清洁能源自动化高架仓库自动喷水灭火系统的设计探讨

黄 慧 （安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 231603）

随着工业生产规模扩大、仓库需求量增大以及机械自动化的不断普及，自动化高架仓库由于其空间利用率高以及仓储效率高等特点，被广泛用于各行各业。自动化高架仓库是一种利用高大净空场所（通常大于12m，高度可达30m以上）设置立体货架储存物资、采用电子计算机管理和控制自动化存取作业的仓库。通常可按双排或多排货架排列，货架之间配以巷道，便于货物的存取，也有贯通式仓储系统取消巷道的设计。

一般而言，自动化高架仓库的火灾有以下显著特点：供氧充足、火灾荷载大、火源多；货架间距小，难以进行防火分隔，火灾蔓延速度快；钢架耐火等级低，火灾时易坍塌等。

本文结合具体工程设计，从《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2017）（以下简称《喷规》）要求出发，对自动化高架仓库的自动喷淋系统设计中设计参数选择，特别是顶面喷淋系统相关参数、喷头选型、货架内喷头布置等进行分析和探讨。

1 项目概况

本项目为某个经开区的清洁能源应用厂区，主要功能为太阳能光伏板的生产与仓储。

总建筑面积为102378.03m2，其中1#仓库建筑面积：10420.9m2，2#厂房建筑面积89192.06m2，3#仓库建筑面积：2765.13m2。1#仓库共划分了五个防火分区，其中一个防火分区为附属办公区域，共四层，其余四个防火分区为仓库，层数为一层，局部设置三层机械上料平台。2#厂房和3#仓库合建（各为独立的防火分区）。其中2#厂房为丁类厂房，建筑高度为23.4m，共有三层，局部办公区域五层。1#仓库及3#仓库，建筑高度为23.4m。项目平面布置详见图1。

图1 项目平面布置图

仓储物品为成品太阳能光伏板，光伏板半成品。采用纸箱或者木箱包装，根据业主提供的设计资料，仓储物质的火灾危险性为丙类。货架布置：双排、多排布置，每个防火分区内设置8 排货架，两个巷道。3#仓库设置两个防火分区，层数为一层，局部三层为机械上料平台。每个防火分区内设置8 排货架，两个巷道。货架平面布置示意图详见图2。

图2 货架平面布置示意图

2 规范依据

《喷规》5.0.4 条至5.0.9 条对仓库及高大净空场所的自喷设计参数做出了规定：

5.0.4 条适用于仓库净空高度小于9m 的仓库，储物高度大于7.5m 时应设置货架喷头；

5.0.5 条适用于采用早期抑制快速响应喷头的仓库及类似场所；

5.0.6 条适用于采用仓库型特殊应用喷头的仓库及类似场所。

5.0.5 及5.0.6 条对两种喷头应用的最大净空高度和最大储物高度进行了限制：

5.0.5 条，建筑高度不大于13.5m，储物高度不大于12.0m的Ⅰ、Ⅱ级、沥青制品、箱装不发泡塑料；

5.0.6 条，净高不大于12.0m，储物高度不大于10.5m的箱装不发泡塑料。

本项目的净空高度与储物高度均已超过5.0.4 条至5.0.6 条的规定。5.0.8条对这类场所进行了补充。条文说明中明确不推荐采用顶板下布置ESFR 喷头+货架内置喷头的布置方式。当最大净空高度或最大储物高度超过表5.0.5的规定时，应按照《喷规》第5.0.4 条和5.0.8 条的规定布置。即应按照5.0.4 条超过7.5m 储物高度的要求，设置顶面喷头和货架间喷头的方式。

3 设计参数的选取

本项目的丙类仓库区域的净高为23.40m，储物高度为20m，仓储物品为木箱、纸箱包装的难燃物品，火灾危险等级为仓库危险级Ⅰ级。按照5.0.4 条的规定，喷淋系统的用水量应为顶面喷头的流量和货架间喷头的流量两部分组成。

①按照《喷规》5.0.4 条“注”的规定，顶板下洒水喷头的喷水强度不应低于18L/(min. m2)，作用面积不应小于200m2，持续喷水时间不应小于2h。按照喷水强度计算，顶板喷头的设计流量为：Q顶=18×200/60=60L/s。

③自动喷水灭火系统的设计流量为顶板喷淋系统和货架喷淋系统流量的叠加，系统的总流量为：Q总=Q顶+Q货架=95.84L/s。

4 喷头的选用与布置

根据顶板下喷头的布置（见图3），选取最不利点作用面积为200m2的喷头按照公式2 进行水力计算，作用面积内喷头数为36 个，顶板下布置的喷头采用K=115，工作压力为0.10MPa。计算结果Q顶= 69L/s ，按照《喷规》5.0.4 注1 的规定，复核喷水强度，满足18L/(min.m2)的要求。

图3 顶面最不利作用面积内喷头布置图

4.1 顶板下喷头的选择与布置

顶板下设置的喷头，主要用于保护屋面的钢架和顶层货物。根据《喷规》

7.1.2 条注2 的规定：严重危险级或仓库危险级场所宜采用流量系数大于80 的洒水喷头。在顶板下布置的喷头采用标准覆盖面积洒水喷头，ZSTYZ-20 直立型喷头，K=115，工作压力为0.10MPa。《喷规》表7.1.2 中对直立型、下垂型标准覆盖面积洒水喷头的布置进行了规定（见表2），正方形布置时，喷头最大间距为3.0×3.0m。

喷头的保护面积和布置间距 表2

根据《喷规》7.1.2 条文中四个喷头围合的正方形的验算方式，当选定喷水强度为18L／(min·m2)，喷头工作压力为0.1MPa 时，每只K=115 喷头的出水量为：

②按照《喷规》5.0.8 条的规定（详表1），宜自地面起每3m 高度处设置一层货架内置喷头。为控制系统工作压力，货架内置喷头采用K=115L·（MPa）1/2/min 的直立喷头，最低工作压力为0.10MPa。开放喷头的数量为14个。

货架内开放洒水喷头数量 表1

货架内置单个喷头的流量按照公式2计算可得：q=1.917L/s。

同时动作喷头14 个，货架内置喷淋系统流量为：Q= 14 ×q= 26.84L/s

结合表格数据和实际验算结果，喷头布置时的间距应控制在2.85×2.85m内。通过系统水力优化计算、水泵合理选型等方式保证最不利点喷头处最低工作压力0.10MPa，可在满足规范要求喷水强度的条件下，同时满足喷头与障碍物的间距要求，以保证喷头有效覆盖范围及喷头洒水均匀分布。

4.2 货架间喷头的选择与布置

4.2.1 规范中的相关要求

《喷规》5.0.8 条规定仓库危险级Ⅰ级应在自地面起每3.0m 设置一层货架内置洒水喷头；设置2 层及以上货架内置洒水喷头时，洒水喷头应交错布置。货架内开放的洒水喷头数量为14 个，上下两层每层7个。

《喷规》5.0.7 条：设置自动喷水灭火系统的仓库及类似场所，当采用货架储存时应采用钢制货架，并应采用通透层板，且层板中通透部分的面积不应小于层板总面积的50%。

《喷规》7.1.9 条中规定货架内置洒水喷头宜与顶板下洒水喷头交错布置，喷头溅水盘与上方层的距离满足《喷规》

7.1.6 条规定，溅水盘与下部储物顶面的垂直距离不应小于150mm。

《喷规》7.1.1 0-1 条规定设置货架内置洒水喷头的仓库，当货架内置洒水喷头上方有孔洞、缝隙时，可在洒水喷头的上方设置挡水板。

《喷规》5.0.8 条规定货架内置洒水喷头上方的层间隔板应为实层板。

4.2.2 货架间喷头的选择

货架内的喷头选用ZSTYX-20 下垂型喷头，流量系数K=115，RTI≤50（m·s）0.5（快速响应型），最不利工作压力不小于0.10MPa。由于单排货架的宽度为1m，货架按双排或四排排列，每排货架之间的距离为300mm，因此设计考虑将喷头设置在两排货架之间，设置平面面积不小于0.12m2的不锈钢集热罩，集热罩同时起到挡水的作用，上下两层喷头交错布置。货架每层的高度为1.5m，因此每隔一层设置一排喷头，同一排货架内喷头的水平间距按照不大于3 m 设置。共设置了14 层喷头。货架立面布置示意图见图4。

图4 货架立面布置示意图

同时向货架厂家提出如下要求：在设置有喷头的一层货架上方增加钢板，作为货架实心板层，起到聚集烟气，阻挡上方水流的作用。其余各层按规范要求为通透层，通透面积不小于层板总面积50%。

由于喷头竖向分布，管道布置时应兼顾喷头布置以及货架钢架的承重。考虑将DN150 的管道布置在仓库顶，沿钢梁进行布置，沿竖向钢架固定DN100 的竖向管道，再每层接出DN50 的支管，横向接至喷头。同时将管道荷载传递至货架结构，确保货架的使用安全。

5 结语

本项目以《喷规》的规定为主要依据，明确采用顶面喷头+货架喷头的自动喷水灭火系统设计方案。

由于本项目高架仓库区域净高23.4m，超出早期抑制快速响应喷头（ESFR）（规范应用最大净空高度13.5m）和仓库型特殊应用喷头（CSMA)（规范应用最大净空高度18m）的应用范围，同时货架喷头所需的实板层不利于大水滴水流穿透，两种新型喷头的主要优势无法在实际场景下充分发挥。结合技术规范及工程实践，综合考虑可行性、经济性及必要性，本项目最终选用标准覆盖面积洒水喷头对自动化高架仓库进行保护。

目前，对于同等规模的自动高架库相关研究成果较少，特别是对于净高超出规范范围的喷头布置、选型、狭长形巷道的消防灭火设施选择及布置方式等，缺乏相应的理论依据及实践检验，在如今物流仓储迅速发展的形势下，针对此类自动高架库火灾模拟研究及相关新型灭火技术设备等还有待进一步深入及发展。