某超大地下空间工程位于贵阳市,总建设规模297 019m²,地下两层。地下1层中部为换乘通道、商业、少量设备用房、公交车上下客区、出租车上下客区,共划分为5个防火分区,两侧为开敞式公交蓄车场,详见图1a;地下2层中部为地铁、换乘通道(包含通道两侧少量商业设施),两侧为汽车库(包括16 100m²的人防工程),共划分为26个防火分区,详见图1b。

　　 根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》(GB 50067-2014)7.2.3条规定,本工程地下汽车库属于Ⅰ类汽车库,宜采用泡沫-水喷淋系统。设计全部采用泡沫-水喷淋系统。现就该项目地下2层汽车库泡沫-水喷淋系统的相关设计做简要介绍和总结。

　　 泡沫-水喷淋系统即是在普通湿式自动喷水灭火系统中并联一个泡沫液储罐,在系统管路上配上相应的泡沫液控制阀、压力释放阀、泡沫比例混合器及控制管路等,组成一种既可喷水又可喷泡沫的固定式自动灭火系统。该系统有别于普通的自动喷水灭火系统和传统意义上的泡沫灭火系统,集自动喷水和喷泡沫于一体,在性能上弥补了自动喷水灭火系统的不足,加强了扑救B类火灾的能力。

　　 在准工作状态下,管网压力由增压稳压装置维持,系统充满水。系统压力水通过泡沫罐供水管路和供水控制阀,进入泡沫液储罐,罐内泡沫液在系统压力水的作用下,通过泡沫液截止阀,进入泡沫液控制阀的进口腔。同时,系统压力水通过控制管路,进入泡沫液控制阀的控制腔(上腔),使泡沫液控制阀处于关闭状态。

　　 防护区发生火灾时,闭式喷头破裂开始喷水,水流指示器动作,湿式报警阀开启,压力水经延迟器,进入报警泄压管路,水力警铃开始报警,压力开关动作,启动消防水泵,向系统管网加压供水。同时,打开压力释放阀,使控制管路中的压力水泄压,泡沫液控制阀自动开启。泡沫罐内的泡沫液受到压力水挤压,经泡沫液控制阀进入泡沫比例混合器与水混合,形成泡沫混合液,经由开启的喷头喷出,进行灭火。

　　 (1)根据《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084-2001,2005年版,以下简称“喷规”)附录A,汽车库火灾危险等级为中危险级Ⅱ级。

　　 (2)“喷规”5.0.1条,汽车库设计喷水强度8L/(min·m²),作用面积160 m²;《泡沫灭火系统设计规范》(GB 50151-2010,以下简称“泡规”)7.3.4、7.3.5条,系统作用面积465 m²,供给强度6.5L/(min·m²)。作用面积设计取465m²,供给强度取6.5L/(min·m²)。

　　 (3)泡沫混合液连续供给时间按不小于10min计算。

　　 (4)泡沫混合液与水的连续供给时间之和按不小于60min计算。

　　 (5)汽车主要使用非水溶性丙类液体,设计采用水成膜泡沫液,混合比3%。

　　 本工程共设有22套湿式报警阀组,数量众多,全部设于消防泵房或邻近泵房不现实,一方面配水干管数量多,没有足够的敷设空间;另一方面管材耗量大,不经济。因此设计考虑于地下2层设置环状供水管网,各报警阀组靠近其服务的防护区分散设置,从环状管网接管。由于湿式系统单个报警阀组控制喷头数不宜超过800只,因此每3~4个人防分区或2个非人防分区设置一个面积为15~18m²的报警阀间,内设1套报警阀组、1个泡沫液储罐及系统配套的泡沫液控制阀、压力释放阀等。

　　 “泡规”规定的泡沫-水喷淋系统设计流量计算公式与“喷规”相同,但计算方法却不一样。根据“泡规”9.1.4条规定,泡沫-水喷淋系统的设计流量应按最有利水力条件处作用面积内的喷头全部开放、所有喷头的流量之和确定。所谓最有利水力条件是指系统管道压力损失最小,喷头的工作压力最大,亦即喷头流量最大的情况。按“泡规”规定计算得到的流量为系统可能产生的最大流量。这是设计中必须重点注意的问题之一。

　　 为减小系统设计流量,应合理配置管网。设计时每个防护区采用了能均衡供水的中央中心进水的管网布置方式,见图2。

　　 采用图2的管网布置方式后,经计算,系统设计流量为72L/s,泡沫液设计用量V=72×(10×60)×3%=1 296(L)。

　　 本工程按同一时间内仅发生一起火灾进行消防设计。由于泡沫液储罐的功能与消防水池类似,理论上仅集中设置一处即可。但为保证系统能尽快控火和灭火,现行“喷规”和“泡规”对从系统启动到开始喷泡沫混合液的时间有具体限值,这客观上也给出了泡沫液储罐的保护半径大小。

　　 火灾发生后,喷头破裂开始喷水,只有当喷头与泡沫比例混合器之间管道内的水被置换成泡沫混合液之后,才能喷出泡沫。因此,开始喷泡沫的时间取决于开放喷头与泡沫比例混合器之间管道长度和容积。

　　 “喷规”5.0.8条规定“湿式系统自喷水至喷泡沫的转换时间,按4 L/s流量计算,不应大于3min”;“泡规”7.3.9条规定“当系统管道充水时,在8L/s的流量下,自系统启动至喷泡沫的时间不应大于2min”。两者要求不一致。

　　 经计算,前者对应的管道容积V₁=4×(3×60)=720(L),后者V₂=8×(2×60)=960(L)。后者管道容积比前者增大了30%,也可以说是后者的保护半径比前者增加了30%。

　　 (1)鉴于“泡规”较“喷规”实施时间晚,为更利于工程实施,减少泡沫罐数量,节省工程投资,设计选择按“泡规”执行,即泡沫比例混合器后的配水干管、配水管以及最不利点处作用面积范围内的配水支管管道总容积按960L进行设计。

　　 (2)为加大泡沫液储罐保护半径,配水干管、配水管的设计水流速度应在满足规范要求的情况下尽量提高。就本工程而言,若忽略配水支管容积,经估算,当配水干管、配水管管径分别为DN200、DN150和DN125时,管道内对应的水流速度分别为2.03m/s、3.62 m/s和5.21 m/s(均符合“喷规”、“泡规”要求),其对应的保护半径分别约为30.5m、54m、78m。显然,减小管径有利于增大保护半径,更便于系统设计。

　　 (3)从上面的估算也可以看出,即使减小配水干管、配水管管径,泡沫液储罐的保护半径也较为有限,因此,当停车库规模较大时,不仅需要分散设置多个泡沫液储罐,还必须采取其他技术措施。

　　 因泡沫液储罐的保护半径是从泡沫比例混合器开始计算,因此另一种增大保护半径的做法就是将泡沫比例混合器尽量设置于每个防护区的中心部位。如图2,设计将水流指示器和信号阀设于每个防护区的中心部位,泡沫比例混合器靠近信号阀进口设置,同时要求将泡沫比例混合器与泡沫液控制阀之间的管路充注泡沫液。

　　 根据产品样本和《自动喷水与水喷雾灭火设施安装》(04S206),压力式泡沫比例混合器的混合液流量范围为4~40L/s,仅为泡沫-水喷淋系统设计流量的一半左右。经咨询厂家,设计采用2只泡沫比例混合器并联使用。

　　 (1)根据《自动喷水与水喷雾灭火设施安装》(04S206)图集和产品样本,报警阀组与泡沫液控制阀、泡沫液储罐之间的相对位置有严格要求,在满足留有维护保养的通道下,设计应尽量减小。

　　 (2)平时充注有泡沫液的系统管道,不但要保证泡沫液的性能不受管道的影响,同时,相应的管道、管件要耐泡沫液腐蚀。设计中此类管道全部采用不锈钢管。

　　 (1)泡沫-水喷淋系统的设计流量是按最有利水力条件处作用面积内喷头同时喷水的总流量计算,自动喷水灭火系统是按最不利点处作用面积计算。两者计算公式相同,计算方法却不同,作用面积也不同。

　　 (2)为了能在发生火灾时按预定时间与供给强度向防护区喷洒泡沫,系统不仅需要设计为均衡供水的管网形式,还可采用较高的水流速度。

　　 (3)为增大泡沫液储罐保护半径,可将泡沫比例混合器设于防护区中心部位,但同时应将泡沫比例混合器至泡沫液控制阀之间的管路预充泡沫液。