自动喷水灭火系统喷头布置设计的探讨

费广成

(盐城市消防技术服务事务所，江苏 盐城 224001)

喷头是自动喷水灭火系统的关键组件之一，喷头的布置情况直接关系着喷水灭火系统能否正常发挥功用，能否减少火灾造成的经济财产损失等。［1］因此，对自动喷水灭火系统中喷头的布置进行研究具有重要的现实意义。在喷头的布置中，喷头间距是一个重要设计参数。本文在分析自动喷水灭火系统喷头布置基本原则的基础上，根据GB 50084—2001《自动喷水灭火系统设计规范》(以下简称《规范》)的设计要求，计算了理想状况下喷头的布置间距范围，并分析了喷头布置间距的各种影响因素。

1 系统喷头布置的基本原则

按照GB 50084—2001《自动喷水灭火系统设计规范》，自动喷水灭火系统喷头布置的基本原则包括以下几方面:①喷头应布置在吊顶下易于接触到火灾热气流的部位，以使其热敏元件在最短时间内及时受热并产生动作。②喷水应具有一定的喷水强度，使保护区内任何部位都受到喷头的有效保护。③喷头的洒水点应均匀分布，所有的空白处应有效并不重复覆盖。④喷头能喷湿墙根和指定范围内的墙面。⑤灭火系统的喷头间距合适且互不干扰。⑥如果场所内有障碍物的遮挡，应当按照规范规定的要求增设喷头或调整合适的距离。

2 理想状况下系统喷头布置

2.1 关于喷头布置间距的规定

GB 50084—2001《自动喷水灭火系统设计规范》第5.0.1条规定喷头的最小工作压力为0.05 MPa。而其第7.1.2条又规定，下垂型、直立型喷头的布置(包括同一根配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距)，应根据该系统的喷水强度、喷头的工作压力和流量系数共同确定，取值应小于表1中的规定值且不宜小于2.4 m。在特定工作压力下，《自动喷水灭火系统设计规范》中关于喷头布置间距的规定见表1。

表1 《自动喷水灭火系统设计规范》中关于喷头布置间距的规定

喷头的最小间距设定为2.4 m是为了保证喷头能适时开放且互不影响，如果喷头间距小于2.4 m，一只喷头出的水可能溅到其他喷头上，使其周围的温度降低，从而不能及时开放，达不到喷水强度。［2-3］

喷头的最大限制间距主要是为了控制起火点与喷头间的距离并保证喷头能够及时开放。如果仅仅参考喷水强度来限定所有自动喷水灭火系统设计有失偏颇，《自动喷水灭火系统设计规范》中的条文说明规范中的数据是在工作压力取0.1 MPa且喷头流量系数K=80得出的，但在具体的工程实践中，这2个参数有可能不同，喷头布置间距的限值在不同喷头流量系数和不同工作压力下也是各不相同的。经过计算得知，根据最大间距计算出的标准喷头的工作压力并不正好是0.1 MPa，笔者认为应将《自动喷水灭火系统设计规范》中容易产生疑问、歧义的地方在条文中给出详细说明。

2.2 理想状况下喷头布置间距的计算

喷头一般布置成三种形式:正方形、矩形及菱形，理想状况下作用面积内的喷头不受任何障碍物的影响。如图1所示，以正方形的布置方式为例，具体计算公式如下:

其中，q为喷头流量(L/min);K为喷头流量系数;P为喷头工作压力(MPa);F为喷头的保护面积(m2);q0为喷水强度(L/min·m2)。

当喷头的布置形式为矩形或平行四边形时，喷头布置间距可由式(3)推算:

其中，A为同一配水支管上喷头的间距(m);B为相邻配水支管的间距(m);R为喷头有效保护半径(m)。当喷头布置形式为正方形时。

如图1所示，为保证喷头的洒水能均匀喷湿墙根地面并不留空白点，端墙与喷头的距离应大于相邻喷头间距的一半(即A/2和B/2)。

《自动喷水灭火系统设计规范》第9.1.4条规定:最不利点处作用面积内任意4只喷头围合范围内的平均喷水强度，中、轻危险级不应低于《规范》中表5.0.1规定值的85%;严重危险级和仓库危险级不应低于《规范》中表5.0.1和表5.0.5的规定值。因此在理想状况下，对中、轻危险级场所喷头应均匀布置，计算喷头保护面积时，可以将喷水强度乘以85%，式(2)变为F=q/(q0×0.85)，这样喷头保护面积可以有效增大，作用面积内的喷头数减少，从而降低工程造价。［4-5］

根据上述分析得出喷头的布置间距不仅仅由喷水强度决定，而是由喷水强度、工作压力、流量系数等参数共同作用的结果，另外喷头的不同布置形式(即A和B的值)决定了喷头与端墙的距离。由公式可以方便地计算出理想状况下特定工作压力下喷头的有效保护面积和喷头布置间距，也可以由布置好的喷头间距计算出最不利点喷头所需要的工作压力。

图1 喷头矩形布置示意图

2.3 计算结果分析

以中危险Ⅱ级场所喷头布置成正方形为例，此时设计喷水强度为8 L/min·m2时，采用流量系数K=80的标准喷头，最不利点处喷头工作压力P取最小值0.05 MPa，具体计算结果如下:

由上述计算分析得出喷头工作压力取最小值0.05 MPa，喷头布置成2.88 m×2.88 m时，已满足规定喷水要求。如果工作压力高于0.05 MPa，间距小于2.88 m，相当于增大了喷水强度及流量，这样布置浪费了喷头;当间距大于2.88 m时，可以通过提高喷头工作压力来满足要求。因此将中危险Ⅱ级场所喷头的最小间距定为2.88 m。

反之，通过查表1得出正方形布置时喷头最大间距为3.4 m，根据式(2)推出喷头的流量q=0.85q0·F=0.85 ×8 ×3.42=78.6(L/min)，由式(1)推出喷头的工作压力，由式(4)得出喷头有效保护半径。

从上述分析可以得出正方形布置时喷头间距应在2.88～3.4 m间选取较为合理，同理可以推算出其他危险等级场所喷头的布置间距，具体数据详见表2，表2中上排数据为喷头最小间距2.4 m或工作压力为0.05 MPa时的数据，下排为喷头按最大间距布置时的数据，具体设计时喷头间距取该范围内的数据较为合理。

对于中、轻危险场所，喷水强度是否取规定值的85%这一折减系数要视具体工程情况来定。假如整个建筑物都设置了喷头并满足作用面积的要求，则可以考虑这一折减系数;如果场所内的喷头无法形成4支围合，或达不到规定的作用面积时，可以不用考虑折减系数。［6］

3 喷头布置间距工程实例分析

某商贸大厦系一座集商场、办公写字楼、地下停车场于一体的综合性大厦，负1层为地下停车场，层高3.2 m;1～3层为商场，层高4.6 m;4～20层为办公写字楼，层高3 m，建筑总高度为65 m。在进行喷头布置时，喷头采用正方形布置模式，设定场所为中危险级Ⅰ级，喷水强度6 L/min·m2，最不利点处喷头工作压力取最小值0.05 MPa，为保证保护区内不出现空白点，查表2得出喷头的最小间距为3.3 m，如果取规定值，查表1得到喷头间距为3.6 m。

根据场所的实际情况，如果采用3.3～3.6 m距离布置喷头，则将出现喷头贴梁、贴柱安装，喷头与灯具、探测器发生冲突等现象，并且喷头数量多也给装修设计带来麻烦。现将喷头的喷水压力提升至0.13 MPa时，根据公式计算得出喷头间距为3.9 m，如图2所示，柱网内仅设4个喷头，这种布局方式增大了每个柱网正中央的面积，可方便布置探测器、灯具等，同时在被保护范围内也消灭了空白点，满足了喷头布置原则，因此采用这种布置方案非常适用于工程实际。

4 结语

图2 柱网内喷头正方形布置图

合理布置喷头是自动喷水灭火系统设计的一项重要内容，自动喷水灭火系统的喷水强度是制订喷头水平间距的基础数据，同时应综合考虑喷水强度、工作压力、流量系数等参数对喷头间距的影响，即喷头间距不是定值。实际工程中，由于喷头的布置受建筑物面积、进深、形状、布置、风管走向等众多因素的影响，设计人员应根据具体需求灵活配置，在满足喷头设置原则的前题下，尽量做到经济、合理。

［1］姜文源.建筑灭火设计手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997.

［2］王增长，曾雪华.建筑给水排水工程［M］.北京:中国建筑工业出版社，1998.

［3］中华人民共和国建设部.GB 50084—2001自动喷水灭火系统设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2005.

［4］潘振钦.自动喷水灭火系统设计技术探讨［J］.中国给水排水，1999，15(5):25-27.

［5］唐楚丁，杨晓芳.自动喷水灭火系统设计探讨［J］.工程建设与设计，2005(7):41-42.

［6］姚飞骏.关于自动喷水灭火系统喷头布置的探讨［J］.给水排水，2007，33(1):118-120.