新聞主題	發電機房自動噴淋滅火系統設計規范

 

摘要：根據《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045—95）1997年的修訂條文表明，高層建筑內的發電機房應設置自動噴淋滅火系統，而以往發電機房則采用氣體滅火系統。目前水噴霧滅火系統的噴頭布置一般采用平面布置和立體布置兩種方法。康明斯公司在本文探討了高層建筑內柴油發電機房水噴霧滅火系統的設計，詳述了平面和立體布置法兩種設計方案，經比較后推薦采用平面布置法。

 

一、水噴霧滅火機理

 

水噴霧消防安全系統工作時，水通過專用的噴灑裝置后，形成細小水霧形態，對火情進行撲滅和控制，由于形成的水霧非常細小，噴發到火災現場時，水霧可以迅速汽化，因此可以有效的提高水的滅火效率，增加冷卻效果，根據計算使用大約1千克水就可以在火災現場吸收4504千焦耳的熱量。所以，水噴霧消防裝置可以通過物理和化學作用有效的控制、撲滅火情，冷卻火災現場。而且，水霧在火災現場中可以迅速汽化，如果空氣中包含35%以上的水蒸氣時，可以有效隔離氧氣，形成室息效果，阻止燃燒。

（1）如果遇到引發火情的燃燒物是液體，而且不溶于水的情況時，水噴霧消防裝置可以對燃燒物起到沖擊效果，形成乳化層并有效阻止液體燃燒。

（2）如果應用在引發火情的燃燒物是液體，而且可以溶于水的情況時，水噴霧消防裝置可以使用水稀釋可燃液體，當可燃液體稀釋到一定的程度時，就可以達到阻燃的作用，而且，水霧在蒸發時會吸取熱量，降低可燃液體和火情現場的溫度，更有效的撲滅火情。

水噴霧消防裝置主要就是通過沖擊乳化、冷卻降溫、窒息、稀釋的作用控制和撲滅火情。

 

二、水噴霧系統組成及特點

 

1、系統組成

水噴霧滅火系統由雨淋閥組、水源控制閥、試驗閥、回流閥、管網、水霧噴頭、火災探測器、供水設備、控制柜等設備和組件組成。水霧噴頭是系統的重要組件，用于滅火的水霧噴頭壓力不應小于0.35MPa;用于范虎冷卻的壓力不應小于0.2MPa。

2、水噴霧特點

（1）在以水為滅火劑的自動滅火系統中，水噴霧滅火系統是唯一兼有直接滅火和防護冷卻功能的固定滅火系統。

（2）水噴霧滅火（水滴直徑不大于1000μm）的效率比自動噴水滅火系統的水滴（水滴直徑2000-4000μm）高，耗水量較小。

（3）水噴霧系統是直接向保護對象表面噴射水霧的方式實現其防護目的的，還具有乳化和稀釋的作用。

（4）水噴霧滅火系統對發電機房響應時間有明確的要求，用于滅火時間不應大于45s。

 

圖1 發電機房噴淋滅火系統演示圖

圖2 水噴霧系統啟動步驟圖

 

 

三、設計方案

 

以深圳高層樓宇的地下室發電機房內設有一組常載500kW自啟動康明斯柴油發電機組為例。

1、平面布置法

由于高層建筑物內的自備發電機組及油箱高度較低，故可采用平面布置法來設計水噴霧滅火系統。

（1）確定設計噴霧強度W

柴油發電機房火災定性為液體火災。發電機組一般選用0號柴油，其閃點≥65℃，經查《水噴霧滅火系統設計規范》（以下簡稱《噴霧規范》）設計噴霧強度為20L/（minm²）、持續噴霧時間為0.5h。

（2）計算保護面積S

發電機房的保護面積按機房實際使用面積來計算（應扣除墻、柱的面積），S發=50.15m²。儲油間的保護面積為儲油間的實際使用面積，S儲=320m²。

儲油間設在發電機房內，由于火災時對發電機組威脅大而占地面積不大，故可與發電機房視為同一保護區，即水霧噴頭同時噴霧。

（3）計算水霧噴頭流量q

要計算q，首先要確定水霧噴頭的型號。為了節約投資應選霧化角較大的噴頭以保證其在相同的水壓下保護面積較大，一般選用ZSTG10/114型高速噴射器（黃銅材質），該噴射器霧化角較大、流量適中，適用于保護閃點在66℃以上的易燃液體。

q=K（10-P）^0.5≈81.94L/min

式中p——最小滅火壓力，P=0.35MPa；

K——水霧噴頭流量系數，K=43.8。

（4）計算所需噴頭的最小數量N

N_發=S_發·W/q≈12個

N_儲=S_儲·W/q≈1個

（5）噴頭布置

噴頭的合理布置可使噴霧均勻地完全覆蓋保護對象以確保噴霧強度。《噴霧規范》第3.2.3條規定“水霧噴頭與保護對象之間的距離不得大于水霧噴頭的有效射程"，第3.2.4條規定“水霧噴頭的平面布置方式可為矩形或菱形。當按矩形布置時，水霧噴頭之間的距離不應大于1.4倍水霧噴頭的水霧錐底圓半徑；當按菱形布置時，水霧噴頭之間的距離不應大于1.7倍水霧噴頭的水霧錐底圓半徑”，故應根據噴頭有效射程、水霧錐底圓半徑來布置噴頭，也就是說水霧要直接噴射到并完全覆蓋保護對象。水霧噴頭用于滅火時的水平射程宜算到噴頭水平噴射曲線上線最高點止，當P=0.35MPa時，ZSTG10/114型噴頭的水平有效射程為1.70m，垂直有效射程為3m。

設計中應注意噴頭與油箱的距離≤0.7m，噴頭布置后還應校核噴頭間距及水霧覆蓋情況。

① 發電機房

● 發電機組高度按2m計，噴頭安裝高度距發電機組1.3m，水霧錐底圓半徑R為1.5m；

● 噴頭間距為1.9m<1.4R（2.1m）；

● 角a與噴頭間距為1.46m<1.5m；

● 角b與噴頭間距為1.21m<1.5m。

② 儲油間

油箱頂面距地面高度按2m計，噴頭安裝高度距油箱0.7m，水霧錐底圓半徑R=0.94m。噴頭距地2.7m，水霧錐底圓半徑R=2.3m。儲油間為三角形，油箱只可放在fg-h-ij范圍內，可按R=0.94m來校核f、g、h、i、j點的水霧覆蓋情況。考慮儲油間地面通常設有集油溝，還應按R=2.3m來校核c、d、e點水霧覆蓋情況。

③ 各點與噴頭間距：

角f為0.75m<0.94m;角e為1.62m<2.3m;角c為1.88m<2.3m;角d為2.01m<2.3m。

（6）水力計算

水力計算按《建筑給水排水設計手冊》中的方法進行計算，結果見圖2。《噴霧規范》第3.1.3條規定“當用于滅火時水霧噴頭的工作壓力不應小于0.35MPa”，故最不利噴頭的起始壓力應按0.35MPa計，計算公式為q=。由于水噴霧系統采用開式噴頭，應根據特性系數法計算系統的實際流量、水頭損失等，若用估算法則偏差較大，可能會導致噴出的不是水霧。

計算中應隨時校核噴頭的設計值是否在其正常值的范圍內，ZSTG10/114型高速噴射器的正常工作壓力

為0.28～0.5MPa，對應的正常流量為1.22～1.63L/s，從圖2中可見每個噴頭的流量均在此范圍內。計算完畢還應校核每個管段流速（見表1）。各管段流速V<5m/s，符合《噴霧規范》的規定。

表1 管道流速校核

管段	管徑(mm)	流量Q(L/s)	Kc	流速V(mis)
1-2	25	1.375	1.883	2.91
2-3	32	2.77	1.05	2.91
3-4	50	5.54	0.47	2.60
4-5	80	11.12	0.204	2.27
5-6	80	12.55	0.204	2.56
6-7	100	18.17	0.115	2.09
11-5	25	1.43	1.883	2.69
注：V=Kc·Q

（7）管道布置

管道布置應盡量考慮噴霧管網的均勻性，配水支管宜在配水管兩側均勻分布，這樣既便于計算又利于每個噴頭的噴霧流量大小相近，當然也可采用放大配水支管管徑的辦法使管網均勻，但這樣做要增加投資。

 

圖3 柴油發電機房水噴霧系統布置平面圖

 

 

2、立體布置法

立體布置法是傳統的布置方法。

（1）確定噴霧強度

同平面布置法。

（2）計算保護面積S

保護面積應按保護對象外表面積確定。發電機組最大外形尺寸：長x寬x高=3800mm×1594mm×1963mm，其外表面是不規則的，保護面積應按包容發電機組的最小規則形體的外表面積來計算，S_發電機=27.3m²。

通常在儲油間內設能儲存8h所需柴油量的油箱，油箱一般架高1m以使油靠重力流入發電機組。設計中燃油耗量為94Lh，柴油密度按0.85g/mL計，則油箱容量≈885L，故設1m×1m×1m油箱1個，S_儲=5m²。

（3）計算水霧噴頭流量q

同平面布置法。

（4）計算所需噴頭的最小數量N

N_發=S_發·W/q≈7個

N_儲=S_儲·W/q≈2個

（5）噴頭布置

為了達到直接噴射的目的，發電機組周邊設了8個噴頭，比計算結果多設了1個。儲油間若按油箱每個面設噴頭，得設5個噴頭，這顯然不合理。由于油箱高度僅為1m，故僅在油箱頂部及底部各設1個噴頭即可達到直接噴射的目的。

（6）水力計算

根據噴頭數量預估管徑，進行水力試算，分別計算支管1、2、3至交叉點6的壓力，根據計算結果，重新進行水力計算，以達到節點6各支管壓力平衡為止（需調整1-6支管、7-6支管管徑，減少水損）。

系統至17節點處的計算流量為：Qj=19.9L/s，根據《水噴霧滅火系統技術規范》GB50219-2014第7.1.4條，系統的設計流量為：19.9*1.05=20.9L/s。

對于多分支、不對稱系統，需進行多次水力試算，調整管網布置，以達到節點各支管壓力平衡。再以調整后的管網進行最終的水力計算。

 

圖4 柴油發電機房水管分布圖

 

 

3、方案比較

表2 發電機房布置方案對比表

項目	平面布置法	立體布置法
設計噴霧強度[L/（minm²）]	20	20
保護面積（m³）	53.35	32.3
水霧噴頭流量（L/min）	81.94	81.94
噴頭數量（個）	13	10
頭布置噴	噴頭均布，噴頭安裝高度一致	噴頭繞發電機組四周布置，噴頭安裝高度差別較大
水力計算	簡單	復雜
系統設計流量（L/s）	18.17	13.9
系統所需最小壓力（MPa）	0.465	0.4519

由表2可見，平面布置法與傳統的立體布置法相比，系統設計流量值、壓力值大，噴頭數多，故系統更安全。此外其機組布置更靈活，系統不會因為機組挪位或型號改變而受影響，而立體布置法則難于做到。因此，對建筑物內的自備發電機房水噴霧滅火系統的設計推薦采用平面布置方式。

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