谈数字北京大厦大空间智能灭火系统的设计
2010-09-07中国建筑标准设计研究院孙颖慧
◎ 中国建筑标准设计研究院 孙颖慧
一、现状与问题
随着我国经济建设的飞速发展，全国各省市都在大量兴建一些功能明确、人员和财物相对集中的大空间建筑。如：大剧院、音乐厅、会展中心、体育馆、图书馆、科技馆等。这些大空间建筑早期火灾烟气运动具有烟气弥散、沉降，烟气层高度很不均衡的特点。由于弥散、沉降使得早期火灾产生的烟气不能上升到楼层的顶棚，从而使烟感探测器难以探测到火灾；即使少量烟上升至顶棚，但由于温度过低，温感火灾探测器难以启动，从而延误了早期发现火灾、灭火的最有利时机。
现行的消防规范对大空间场所的喷淋系统设置无明确规定。《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2001）规定民用建筑的闭式喷淋系统设置高度不超过8米，传统闭式自动喷洒系统的工作原理是喷头的热敏元件处于“易于接触热气流”的最佳位置，随着温度上升，热敏元件及时受热，喷头的玻璃泡破碎，打开喷头。显然无论是规范规定还是传统闭式喷头的产品性能都不能够满足大空间灭火的要求。而大空间建筑火灾一旦发生往往造成大量的人员伤亡和财产损失，已引起国家有关方面的极大关注，成为迫切需要解决的重大问题之一。
二、设置大空间智能型主动喷水灭火系统的优势
大空间智能型主动喷水灭火系统是近年来研制开发的一种全新的喷水灭火系统。该系统采用的是自动探测及判定火源，启动系统，定点定位主动喷水灭火的灭火方式。尤其适合于空间高、容积大、火场温度升温较慢，难以设置传统闭式自动喷水灭火系统的场所，解决了民用建筑物内净空高度大于8米，仓库建筑物内净空高度大于12米的场所主动喷水灭火系统的设计问题。
大空间智能型主动喷水灭火系统由智能型灭火装置（大空间智能灭火装置；自动扫描射水灭火装置；自动扫描射水高空水炮灭火装置）、信号阀组、水流指示器等组件以及管道、供水设施等组成。与采用由感温元件控制的被动灭火方式的闭式自动喷水灭火系统以及手动或人工喷水灭火系统相比，具有以下优点：
图1 玻璃顶大厅、首层栈桥、e字卷
1.具有人工智能、可主动探测寻找并在早期发现判定火源；
2.可对火源的位置进行定点定位并报警；
3.可主动开启系统定点定位喷水灭火；
4.可迅速扑灭早期火灾；
5.可持续喷水、主动停止喷水并可多次重复启闭；
6.适用空间高度范围广（灭火装置安装高度最高可达25米）；
7.安装方式灵活，不需贴顶安装，不需集热装置；
8.射水型灭火装置（自动扫描灭火装置及自动扫描射水高空水炮灭火装置） 的射水水柱水量集中，扑灭早期火灾效果好；
9.洒水型灭火装置（大空间智能灭火装置）的喷头洒水水滴颗粒大、对火场穿透能力强，不易雾化等；
10.对保护区域实施全方位连续监视。
三、数字北京大厦大空间智能灭火系统的设计
本设计的保护部位为首层栈桥下、一层大空间大厅、南北两侧大空间门厅等处，这些部位内部空间构造复杂（如图1），下面列举了根据具体空间特点相应设计不同类型的大空间智能型主动喷水灭火装置，保证了建筑的安全性。
区域一：首层栈桥下设置自动扫描射水灭火装置
1.建筑空间描述及设置适用性：
首层栈桥下为地下一层的营业厅，栈桥之上为共享大厅，高达四层的共享大厅与地下一层营业厅上下贯通，多个架空栈桥从期间纵横穿过。火灾发生时，火灾产生的热气流将上升，而传统闭式自动喷洒系统的工作原理是喷头的热敏元件处于“易于接触热气流”的最佳位置，随着温度上升，热敏元件及时受热，喷头的玻璃泡破碎，打开喷头。而栈桥所处位置的空间结构，一旦发生火灾，热气流会沿着纵横交错的栈桥间空间向上升，栈桥下升温较慢，甚至不能接触到热烟气流。使得普通喷洒系统的喷头不能及时开放，早期火灾得不到及时的发现和扑救。鉴于营业大厅的重要性及人员活动密集的特殊性，设计采用27个自动扫描射水灭火装置作为该部分的消防保护措施。
2.自动扫描射水灭火装置技术参数及工作原理：
采用自动扫描射水灭火装置：
工作电压 220V
射水流量 2L/S
工作压力 0.15MPa
保护半径 6M
安装高度 小于6M
系统工作原理:射水灭火装置为探测器及喷头一体化设置。当装置探测到火灾后发出指令联动打开相应的电磁阀，启动水泵使喷头灭火，进行声光报警，并将火灾信号送到火灾报警控制器。扑灭火源后，探测器再发出信号关闭电磁阀，喷头停止喷水。若有新火源系统重复上述动作。
区域二：e字卷下设置自动扫描射水高空水炮装置
1.建筑空间描述及设置适用性：
e字卷和门厅之间的共享大厅通高五层18.50米，顶面采用玻璃顶，为共享大厅带来充足的阳光。（如图2）由于其净高超出了民用建筑设置闭式自动喷水灭火系统净空高度小于等于8米的要求，设置闭式自动喷水灭火系统是不能满足消防要求的。如果在玻璃顶下采用区域二所设置的大空间智能灭火装置，则会对玻璃顶有遮挡，破坏建筑的美观性。ZSD控制器与喷头相配套，当控制器发现火警，打开相应的阀门后，与该控制器相对应的喷头将喷水，扑灭火灾的效能非常高。（如图3）该方式非常适合于敞开式高大空间建筑的防火。该大厅是一个重要的产品发布场所，人员活动密集。从其重要性及保证建筑美观的要求出发，设计在e字卷下设置了自动扫描射水高空水炮装置4套。
2.自动扫描射水高空水炮装置技术参数及工作原理：
自动扫描射水高空水炮装置采用ZSS-25灭火装置：
工作电压 220V
射水流量 5L/S
工作压力 0.6MPa
保护半径 20M
安装高度 小于20M大于6M
系统工作原理:ZSS-25水炮为探测器及喷头一体化设置。当ZSS-20装置探测到火灾后发出指令联动打开相应的电磁阀，启动水泵使喷头进行灭火，并进行声光报警，并将火灾信号送到火灾报警控制器。扑灭火源后，探测器再发出信号关闭电磁阀，喷头停止喷水。若有新火源系统重复上述动作。
区域三：大空间门厅设置大空间智能灭火装置
1.建筑空间描述及设置适用性：
大空间门厅为建筑的主入口，三层通高14.0米，已经超出了民用建筑设置闭式自动喷水灭火系统净空高度小于等于8米的要求。但该处为建筑的住入口，人员活动密集，鉴于其重要性，该处设置了大空间智能灭火装置37个。
2.大空间智能灭火装置技术参数及工作原理：
采用ZSD探测器及ZSD40A喷头。
技术参数及工作原理：
工作电压 24V
射水流量 5L/S
工作压力 0.25MPa
保护半径 6M
安装高度 小于25M
四、大空间智能主动灭火装置的系统及控制
系统工作原理:ZSD探测器全天候检测保护范围内的一切火情。一旦发生火灾，探测器立即启动探测火源，在确定火源后探测器打开电磁阀并输出信号给联动柜，同时启动水泵使喷头进行灭火。扑灭火源后，探测器再发出信号关闭电磁阀，喷头停止喷水。若有新火源系统重复上述动作。
1.系统设计流量Q=60L/S，火灾延续时间1小时。系统与水喷雾系统共用一套消防泵，但独立设置水流指示器及信号阀，并在雨淋阀前将管道分开。在各分区管网末端最不利点处设置模拟末端试水装置。
2.系统平时由高位水箱稳压。该系统与消火栓、自动喷洒系统共用高位消防水箱，出水管单独接出，并设止回阀和检修阀门。
3.每个喷头前设有电磁阀，电磁阀应水平安装。
4.系统在室外设置4套水泵接合器。
5.大空间智能型主动喷水灭火系统在开启一个喷头的同时自动启动并报警。
系统电磁阀的控制方式：
a.由红外探测组件自动控制
b.消防控制室手动强制控制并设有防误操做的设施
c.现场人工控制。
系统消防泵的控制方式：
a.自动控制
b.消防控制室手动控制
c.水泵房现场手动启泵。
6.消防控制室应能显示智能型红外探测组件的报警信号。显示信号阀、水流指示器、电磁阀、消防水泵的状态。
五、小结
图3 e字卷下消防验收工作中的的自动扫描射水高空水炮
大空间智能灭火系统有利于提高大空间安全，并且覆盖面广、喷水效率高、精准度高；体积小布置灵活，不影响建筑装饰效果。针对大空间场所的火灾特性以及危险性，依据保护区域的空间特点选择合适的灭火系统，充分优化，以达到火灾早期探测和提高性价比的目的。克服内高气流、大空间、探测难的问题，达到火灾超早期报警，火灾损失最小化的目的。
