新版《自动喷水灭火系统设计规范》 (GB 50084—2017, 以下简称“喷规”) 修订了很多内容, 如增加了净空高度为12～18 m的民用建筑采用湿式系统的设计参数;增加了一项新的应用系统——防护冷却系统;完善了仓库场所采用自动喷水灭火系统的设计要求等。本文主要针对用于仓库场所、本次规范新增的一种喷头——仓库型特殊应用喷头, 通过具体的工程实例探讨该种喷头在实际设计中的选型、设计以及计算。

本工程为某航空公司的大型维修机库项目。航材库位于机库附楼内, 两层, 一层层高6.0 m, 二层层高5.0 m;局部一、二层打通, 用于将航材吊装至二层, 吊装区净空高度为10.76 m, 总面积约2 500 m², 其剖面见图1。其中, 一、二层局部放置单、双排货架, 储物高度不超过3.5 m;其他区域为堆垛货物, 高度不超过4.0 m;吊装区临时堆放航材, 储物高度不超过4.0 m。要求工作状态时严禁自动喷水灭火系统 (以下简称自喷系统) 误喷, 因此, 航材库可采用预作用系统或干式系统。

根据“喷规”, 本航材库的火灾危险等级为仓库危险级Ⅱ级, 一、二层堆垛区的喷水强度为16 L/ (min·m²) , 作用面积200 m², 持续喷水时间2 h。

但在对吊装区自喷系统设计时, 遇到了困难。首先, 吊装区净高超过了9.0 m, 按照“喷规”, 只能选用早期抑制快速响应喷头或仓库型特殊应用喷头。由于工作状态时严禁误喷, 而可用于净空高度13.5 m以下空间的早期抑制快速响应喷头 (ESFR) , “喷规”规定, 仅能用于湿式系统, 故无法采用早期抑制快速响应喷头, 只能选用仓库型特殊应用喷头。结合“喷规”4.2.8条, 仓库型特殊应用喷头的适用场所之一为:最大净空高度不超过12.0 m, 且最大储物高度不超过10.5 m, 储物类别为仓库危险级Ⅰ、Ⅱ或箱装不发泡塑料的仓库及类似场所。本航材库是满足此条要求的, 可以选用仓库型特殊应用喷头。

但“喷规”5.0.6条只提供了仓库型特殊应用喷头用于湿式系统的设计参数, 且5.0.10条干式系统和5.0.11条预作用系统的设计要求中, 并没有提及仓库型特殊应用喷头, 应用于干式系统或预作用系统时的设计参数应该如何取值。笔者联系了“喷规”规范编制组, 给出的答复是:设计参数尚不成熟, 不宜用于干式系统及预作用系统。故目前仅按照中国规范, 尚不宜用于项目的设计中。鉴于本项目为外资定制, 在中国规范无法覆盖时, 寻求FM GLOBAL的财产防损数据予以技术支持。

在FM GLOBAL的财产防损数据册8-9中, 根据手册“2.3.3.7条顶板层自动喷水灭火系统的设计标准”中的表2“1 类、2 类和3 类储物, 采用堆垛、托盘、隔板或箱装储存时顶板层自动喷水灭火系统设计基本参数”可知, 当选用干式系统、直立式喷头时, 喷头的最低工作压力为0.10 MPa, 作用面积内开放喷头数为24只, 动作温度为140 ℃;当选用湿式系统、直立式喷头时, 喷头最低工作压力为0.10 MPa, 作用面积内开放喷头数为24只, 动作温度为70 ℃。这两种情况的差别, 仅在于喷头动作温度不同。

综合考虑, 本航材库吊装区选用干式系统, 仓库型特殊应用喷头设计参数为:喷头流量系数K=363, 直立型喷头, 动作温度140 ℃, 最低工作压力0.10 MPa, 作用面积内开放的喷头数24只, 喷头最大间距3.0 m, 最小间距2.4 m, 持续喷水时间1.0 h。

由于本航材库中, 吊装区的喷头位于系统的最不利端, 本节将着重对此区域内的自喷系统进行设计、计算。

本航材库无吊顶, 喷头需布置在梁间, 顶板厚120 mm。喷头的布置间距及其与顶板的距离, 需同时满足“喷规”5.0.6条、7.1.6条及7.2.1条的规定。首先, 尝试在梁间布置喷头, 喷头的初始布置间距为2 400 mm×2 400 mm, 其布置方式见图2。

根据“喷规”7.2.1条, 靠近②轴或③轴处的喷头与梁底的间距b≤140 mm。喷头溅水盘与顶板最大间距为550 mm, 则900 (②、③轴处的梁高) -550-120 (板厚) =230 (mm) >140 mm, 因此这种喷头布置方式, 无法满足“喷规”的要求;且中间次梁的板下梁高为600-120=480 (mm) , 若溅水盘与顶板最大间距为550 mm, 次梁两侧的喷头间距为1 100 mm, 间距小于2 400 mm, 会互相喷湿, 也不符合“喷规”要求。因此, 可以尝试在不考虑中间次梁的情况下, 在梁间重新布置喷头, 其布置方式见图3。此时, 喷头的布置可同时满足“喷规”5.0.6条、7.1.6条及7.2.1条的要求。

因本航材库的火灾危险等级为仓库危险级Ⅱ级, 采用的喷头流量系数K=363, 且喷头的最低工作压力为0.10 MPa, 因此, 喷头的配水支管、配水管的管径均需经水力计算确定。根据“喷规”9.1.1条, 最不利点单只喷头的流量为:$q={\rm K}\sqrt[]{10{\rm P}}=363\times \sqrt[]{10\times 0.1}\approx 3639(\text{L}/\min )\approx 6.05\text{L}/\text{s}$。

再根据“喷规”9.2.1条, 以及初算确定的配水支管、配水管控制的喷头数量 (见表1) , 对吊装区自喷系统最末端的24只喷头进行水力计算, 设计流量为156.26 L/s, 此时, 最不利点喷头工作压力为100.14 kPa。

根据“喷规”8.0.11条规定, 干式系统的配水管道充水时间不宜大于1 min。本项目自喷系统的管道容积约为12.7 m³, 放气量至少为762 m³/h。根据国标图集01SS105/35, 需选用2个DN50的CARX复合式排气阀 (排气量220～740 m³/h) 。

(1) 虽然仓库型特殊应用喷头作为“喷规”的一种新型喷头, 满足了高堆垛或高货架仓库自动喷水灭火系统的使用要求, 但其应用于干式系统或预作用系统时, 仍缺乏有效的试验数据及其设计基本参数。本设计借鉴了FM GLOBAL财产防损数据册8-9中的2.3.3.7条“关于1 类、2 类和 3 类储物适用的顶板层自动喷水灭火系统设计基本参数”, 以保证设计的严谨性。建议在下一版“喷规”修订时, 明确当系统采用干式或预作用系统时, 仓库型特殊应用喷头开放的喷头数及喷头的动作温度。

(2) 由于“喷规”实施不久, 经笔者询问, 市场上仍没有符合国内CCCF认证标准的仓库型特殊应用喷头。这也得到了规范编制人员的证实:目前, 仓库型特殊应用喷头作为一种新的消防产品, 其产品的认证时间晚于“喷规”的实施时间。希望其能尽快获得相关的认证, 以保证工程设计的顺利实施。

编后语:仓库型特殊应用喷头为《自动喷水灭火系统设计规范》 (GB50084-2017) 新增的一种喷头类型, 广义上讲, 属于标准响应喷头范畴, 不仅可用于湿式系统, 还可用于干式及预作用系统, 其用于干式或预作用系统与湿式系统时属于完全不同的设计理念, 从喷头选型、动作温度、开放数量等均与湿式系统有较大的差别。考虑到该类喷头在我国的应用尚不成熟, 规范仅规定了其应用于湿式系统的基本参数, 对于干式、预作用系统的应用, 目前规范尚未有设计参数。因此, 实际项目中仓库型特殊应用喷头应用于干式、预作用系统, 目前尚未得到我国规范的支持, 应谨慎选用。