民用建筑高大空间场所自动喷水灭火系统与自动扫描射水高空水炮灭火装置比选探讨

周维屹 谭春 李波 黄文钟

通过民用建筑高大空间场所的工程实例，对比GB 50084-2017《自动喷水灭火系统设计规范》中8～18 m民用建筑高大空间场所的湿式系统设计与CECS 263： 2009《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》 中自动扫描射水高空水炮灭火装置设计，对民用建筑设计中高大空间场所采用不同自动喷水灭火系统的选型提供设计参考。

非仓库型特殊应用喷头; 高大空间场所; 自动喷水灭火系统; 自动扫描射水高空水炮灭火装置

TU998.13 A

［定稿日期］2022-01-05

［作者简介］周维屹（1992—），男，本科，工程师，从事给排水设计、研究工作。

GB 50084-2017《自动喷水灭火系统设计规范》（以下简称“新喷规”）对高大空间场所采用湿式系统的设计基本参数有较大修改，对比于2005年版“喷规”民用建筑高大空间场所布置喷头的高度范围从8～12 m扩大到了8～18 m，整体喷水强度也有所提高，作用面积相应有所减小，并新增了非仓库型特殊应用喷头，对喷头选用也有了更明确的要求。相较于高大空间场所常采用的自动扫描射水高空水炮灭火装置，本次通过工程实例对两者进行对比研究。

1 高大空间场所自动喷水灭火系统设计分析

根据“新喷规”6.1.1条，民用建筑高大空间场所采用闭式系统，当高度为8 m＜h≤12 m时，可选用K≥115的快速响应喷头或非仓库型特殊应用喷头；当高度为12 m＜h≤18 m時，仅可选用非仓库型特殊应用喷头。由上可见，非仓库型特殊应用喷头可用于8～18 m的高大空间场所，但规范未对其流量系数K作出明确要求，仅于5.0.2条提出对喷水强度的要求。而目前市面上存在K=161、K=202、K=242、K=363等非仓库型特殊应用喷头类型，要对系统进行正确的选型，即选取合适的流量系数K值喷头，需计算各喷头作用下的喷水强度，由得到的喷水强度与规范作比较。

研究过程：首先，按支管管径随喷头数而变径，流速控制满足“新喷规”9.2.1条，喷头及管网按“新喷规”5.0.2条（喷头间距1.8 m≤S≤3.0 m）进行布置。根据“新喷规”9.1.2条，取最不利点处作用面积160 m2所含的计算喷头数，并对节点进行编号，建立标准模型如图1所示。计算分别选用K=115、K=161、K=202、K=252、K=363型喷头，并加入K=80型喷头作为参考研究。喷头采用某厂家提供数据，详见表1。

计算方式采用逐点计算法，单个喷头的流量按公式q=K10P进行计算，以K=80，最不利点喷头工作压力取P=0.10 MPa为例：逐点计算作用面积内每个喷头处的压力值，进而计算出每个喷头的流量值qi，下游喷头流量逐步相

加即得到管道流量，作用面积内喷头总流量即为自动喷水灭火系统的系统流量，再由系统流量除以最不利点处作用面积（160 m2）得到平均喷水强度值，计算过程详见表2。再以不同K值与最不利点喷头工作压力取P=0.07 MPa、P=0.05 MPa的情况下以相同方式分别计算，结果详见表3～表5。

根据“新喷规”5.0.2条，民用建筑高大空间场所根据场所功能和最大净空高度不同，喷水强度的可大致分为12 L/（min·m2）、15 L/（min·m2）、20 L/（min·m2）3个档，将其与上表的计算结果对比可得到图2所示。根据笔者市场调查，市面上的快速应用喷头最低工作压力需0.05 MPa，非仓库型特殊应用喷头最低工作压力需0.05 MPa。如图2所示，K=115的快速响应喷头在最不利点P=0.05 MPa的条件下并不能满足平均喷水强度大于12 L/（min·m2）的要求。另一方面，根据计算K=80喷头最不利点P=0.10 MPa的条件下可以满足平均喷水强度大于12 L/（min·m2）的要求，K=115喷头最不利点P=0.10 MPa的条件下也可以满足平均喷水强度大于15 L/（min·m2）的要求，但喷头的选择必须符合前文所述“新喷规”6.1.1条规定。综合分析，列出不同功能和最大净空高度的民用建筑高大空间场所下最符合的2项喷头及其最不利点工作压力数据，详见表6。最终分析可得出结论：民用建筑高大空间场所采用闭式系统，当高度为8 m＜h≤12 m时，可选用K=115的快速响应喷头或K=161非仓库型特殊应用喷头；当高度为12 m＜h≤18 m时，根据设置场所不同，可选用K=161或K=202的非仓库型特殊应用喷头。而K=242和K=363的非仓库型特殊应用喷头，应其系统流量过大，从计算结果看已无实际意义，是否适用于民用建筑还有待进一步实验论证。

2 高大空间场所自动扫描射水高空水炮装置设计分析

对于高大空间场所，还可以选用自动扫描射水高空水炮装置进行设计。根据CECS263-2009《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》规定，标准型大空间采用自动扫描射水高空水炮装置标准工作压力为0.6 MPa，最大保护半径为20 m，喷头安装高度为6～20 m，此系统设计流量直接由设置装置的行列数确定，最大流量不超过45 L/s，具体参数详见表7［2］，并应保证被保护区域至少有两股水柱同时达到。

对于架空安装、边墙安装和退平台安装，自动扫描射水高空水炮装置不限制净空高度，也不存在选型的变换，设置灵活度较高。

3 工程实例分析

某音乐厅建筑总建筑面积为7 582 m2，建筑高度为9.5 m，体积约25 614 m3，为多层剧场建筑。消防泵房设置于室外，地下1层为厨房和商业；地上1层为商业和游客接待中心；1层与屋顶间设有夹层，夹层为观景平台。建筑高大空间分2个部分，架空休闲区净高9 m，下沉式广场及中庭净高13.5 m，2个部分由楼梯连接，如图3所示。

根据项目实际情况，对本项目大于8 m的高大空间场所自动灭火系统提出三方案：方案一：全采用自动喷水灭火系统；方案二：全采用自动扫描射水高空水炮灭火装置；方案三：净高9 m处采用自动喷水灭火系统，净高13.5 m处采用自动扫描射水高空水炮灭火装置。根据以上3种方案进行分析。

3.1 方案一设计

不同净高的高大空间场所需采用不同K值的喷头，从经济角度考虑，并结合上文分析计算，净高9 m处选用K=115型快速响应喷头，净高13.5 m处选用K=161非仓库型特殊应用喷头（图4、图5）。

3.2 方案二设计

本工程净高9.0 m高大空间场所与13.5 m高大空间场所处于同一防火分区，且为一个整体，考虑采用同一类自动扫描射水高空水炮灭火装置，采用4行×4列布置，布置如图6所示。

根据CECS 263∶2009《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》 规定，当喷头数超过3行×3列布置时，设置同时开启喷头数为9个，系统设计流量为45 L/s。

3.3 方案三设计

净高13.5 m采用自动扫描射水高空水炮灭火装置。仅于净高13.5 m处采用自动扫描射水高空水炮灭火装置，采用2行×2列布置，布置如图7所示。

同样根据CECS 263： 2009《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》 规定，当喷头数为2行×2列布置时，设置同时开启喷头数为4个，系统设计流量为20 L/s。

4 综合方案分析

为保证消防系统可靠性，自动喷水灭火系统与自动扫描射水高空水炮灭火装置分别在消防泵房内设置加压泵。喷淋流量按该方案中最大设计流量计算。统计结果见表8。

按方案一考虑，需设置2台70 L/s喷淋加压泵，一用一备。按方案二考虑，需设置2台40 L/s喷淋加压泵，一用一备；2台45 L/s自动扫描灭火装置加压泵，一用一备。按方案三考虑，需设置2台50 L/s喷淋加压泵，一用一备；2台20 L/s自动扫描灭火装置加压泵，一用一备。

根据表9统计可看出，方案一与方案三造价相差不大，方案二造价相对偏低，主要价格差距在于管道。因自动喷水灭火系统喷头布置原则，管道布置较为密集，造成管道造价金额较高。但自动喷水灭火系统结构相对简单，由闭式喷头探测火灾，喷头爆裂即喷水，系统可靠性高，在火灾初期灭火效果好；自动扫描射水高空水炮系统喷射水柱易被障碍物阻断，且需要智能探测组件发现火灾位置，由电磁阀控制开启，其消防可靠性不如自喷系统，适用于宽敞且无障碍物的场所。综合上述原因，结合建筑美观性和实用性，最终本项目采用方案三进行消防设计。

5 总结

本文通过某音乐厅建筑自动灭火系统方案分析，结合作用面积法和相关规范规定计算出高大空间场所采用不同自动灭火系统的设计流量。对于民用建筑，净空高度小于12 m的高大空间场所，通过采取选用K值较大的自动喷水灭火喷头、扩大喷淋管径、扩大消防水池容积等措施即可满足规范需求，对消防系统改动较小，易于实现；净空高度大于12 m的高大空間场所，则需综合考虑造价、实用性和安全性，根据建筑形式选择合适的系统。

参考文献

［1］ 自动喷水灭火系统设计规范： GB560084-2017［S］.

［2］ 大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程： CECS 263： 2009［S］.

［3］ 建筑设计防火规范（2018年版）： GB50016-2014［S］.

［4］ 消防给水及消火栓系统技术规范： GB50974-2014［S］.

［5］ 杜毅.民用建筑高大空间自动喷水灭火系统初探［J］. 四川建筑，2007（4）：221-222.

［6］ 石晓飞 郭汝艳.民用建筑和厂房8～18m高大净空场所自动喷水灭火系统水量计算的探讨［J］. 给水排水， 2018（6）：97-101.

［7］ 张舰艇.仓库型特殊应用喷头在干事或预作用系统设计中的应用探讨［J］. 给水排水， 2019（5）：106-108.

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