倉儲建筑自動(dòng)噴水滅火系統設計怎么做？

自動(dòng)噴水滅火系統在民用建筑中的應用較為成熟，系統設計也日趨完善，但對于倉儲建筑，由于涉及到建筑和環(huán)境條件、儲存方式、貨架規格及布置等諸多因素，系統設計較為復雜，也進(jìn)一步削弱了系統控、滅火的成功率?！蹲詣?dòng)噴水滅火系統設計規范》（GB 50084-2017，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“規范”）修訂過(guò)程中，對倉庫及類(lèi)似場(chǎng)所自動(dòng)噴水滅火系統設計理念進(jìn)行了調整，對系統的設計技術(shù)要求也進(jìn)行了修訂。

在倉庫的儲存方式上，目前我國“規范”規定了3種方式，分別是堆垛、托盤(pán)和貨架儲存；FM Global對于儲存方式有5種劃分，除上述3種，還有箱裝以及隔板貨架。儲存方式不同會(huì )影響系統設計參數的選用，因此在設計時(shí)，除了倉庫貯存物品的類(lèi)別外，還應明確儲存方式、儲物高度以及貨架類(lèi)型等。

1.1 堆垛、托盤(pán)儲存

堆垛儲存是指利用儲物自身的支撐能力堆積存放，中間沒(méi)有水平間隙；托盤(pán)儲存則是將貨物直接擱置在托盤(pán)上，上層貨物直接碼放在下部貨物上部；托盤(pán)又分為木托盤(pán)和塑料托盤(pán)等。這2種儲存方式主要為臨時(shí)周轉等，高度較低，設計時(shí)也通常按同一組參數進(jìn)行考慮。

1.2 貨架儲存

貨架儲存又分為2種情況，一種是敞開(kāi)式貨架，層與層之間通透，緊靠桁架結構支撐貨物；另一種帶有隔板，類(lèi)似于書(shū)架、藥架等貨架。對于敞開(kāi)式貨架，“規范”中將其分為單排、雙排和多排貨架，單排貨架是指貨架自身的寬度不超過(guò)1.8 m，兩排貨架之間的通道寬度不少于1.1 m；雙排貨架是指兩列單排貨架背靠背放置，組合寬度不超過(guò)3.7 m，通道之間的寬度不小于1.1 m；多排貨架是指有單、雙排貨架組成的貨架，貨架寬度超過(guò)3.7 m或者通道寬度小于1.1 m。對于移動(dòng)式貨架，由于其可在水平方向上自由移動(dòng)，因此在設計時(shí)應視為多排貨架。

同時(shí)，“規范”規定，倉庫及類(lèi)似場(chǎng)所采用貨架儲存時(shí)應采用通透層板的鋼制貨架，且層板中通透部分的面積不應小于層板總面積的50％。當采用木制貨架或采用封閉層板貨架時(shí)，其系統設置應按堆垛儲物倉庫確定。主要是考慮到采用木質(zhì)貨架時(shí)，可能會(huì )存在發(fā)生火災時(shí)坍塌的風(fēng)險，因此對木質(zhì)貨架應視為堆垛儲存。

1.3 儲存方式對倉庫火災危險性影響的分析

貨物的儲存方式對于火災的蔓延、滅火的難易程度影響很大，圖1為在相同可燃物燃料情況，不同儲存方式下的火災燃燒性對比試驗。試驗燃料采用紙箱內裝空心金屬箱，紙箱規格為500 mm×500 mm×500 mm，質(zhì)量為9.9 kg，金屬箱規格為495 mm×495 mm×492 mm，質(zhì)量為1.7 kg。

圖1 儲存方式對火災燃燒特性的影響

Fig.1 The influence of storage mode on fire combustion characteristics

試驗分別采用貨架和堆垛布置，圖2為2次試驗的火災熱釋放速率對比，從圖2中可知，采用貨架和堆垛時(shí)的最大熱釋放速率分別為4.51 MW和1.29 MW，貨架儲存是堆垛儲存的3.48倍；火災增長(cháng)速率分別約為α=0.163 7 kW/s2和α=0.117 6 kW/s2，貨架儲存是堆垛儲存的1.39倍。

根據“規范”的規定，目前用于倉庫的噴頭類(lèi)型主要有標準覆蓋面積灑水噴頭、早期抑制快速響應噴頭和特殊應用噴頭，“規范”5.0.4、5.0.5和5.0.6條分別是以這3種噴頭為基礎確定的設計參數。3種噴頭的設計理念和動(dòng)作性能完全不同，也代表了以這3種噴頭為基礎的3種系統（見(jiàn)表1）。

系統的設防功能不同，也造成了系統之間的差異，其中最大的差異在系統設計流量方面，以“規范”5.0.4條為例，其以控制火災的蔓延為目的，所需的供水時(shí)間偏長(cháng)，部分情況下設計流量的計算值會(huì )偏大；而對于“規范”5.0.5條，利用了早期抑制快速響應噴頭的“快響應+大流量+大水滴”性能，以壓制火災為設計目標，設計流量的計算會(huì )偏小，但系統管網(wǎng)、組件等造價(jià)會(huì )相應提高。對于設計人員來(lái)說(shuō)，3種系統應是相互并行且相互獨立使用，但通常首選抑制型系統（ESFR系統），只有當環(huán)境條件或建筑形式無(wú)法采用ESFR系統時(shí)，才選擇另外2種形式。

2.1 標準覆蓋面積灑水噴頭

標準覆蓋面積灑水噴頭是應用最多的一種噴頭，其設計參數以噴水強度/作用面積為基本要求，主要通過(guò)預濕初始著(zhù)火區域周?chē)目扇嘉镌谖蓓?天花板高度進(jìn)行冷卻，從而將火勢限制在一個(gè)相對較小的區域內。強度/面積法的一個(gè)關(guān)鍵指標是由噴水強度決定作用面積，由噴頭的保護面積決定最小工作壓力。這種方法是最為傳統的設計方法，主要用于火災危險等級相對不高的場(chǎng)所。

與2005版“規范”相比，2017版“規范”對表格的內容按設計順序重新調整。如對于某個(gè)項目，首先應明確其儲存物品的種類(lèi)和性質(zhì)，進(jìn)而判斷出其火災危險等級，然后要明確其儲存方式，堆垛、貨架或托盤(pán)儲存等，之后再根據儲存特征選取設計參數。

標準覆蓋面積噴頭的選型對系統控、滅火至關(guān)重要，FM Global曾開(kāi)展過(guò)對比性試驗，試驗采用A組塑料，布置方式完全相同，噴水強度均為24.5 L/（min·m²）。當采用K=115的噴頭時(shí)，開(kāi)放了29只噴頭才控制住火災，且天花板最高溫度為900 ℃；而當采用K=160的噴頭時(shí)，僅開(kāi)放了4只噴頭就控制了火災，天花板最高溫度為300 ℃。因此，對于保護一般貨架倉庫，如果噴水強度為8～14 L/(min·m²)，則應選擇K≥115的噴頭；如果噴水強度大于14 L/(min·m²)，則應選擇K≥160的噴頭。

2.2 ESFR噴頭

ESFR噴頭主要用于高架倉庫的保護，利用其水滴大和沖量高的特點(diǎn)穿透貨架之間的間隔和層板的縫隙。因此，采用的貨架應為通透性層板，不適宜用于帶實(shí)層隔板的貨架。對于帶有實(shí)層隔板的貨架倉庫，應綜合考慮實(shí)層隔板的面積確定是否需要增設貨架內噴頭，NFPA 13規定，當貨架內實(shí)層隔板的面積不超過(guò)2 m²時(shí)，可不視為實(shí)層隔板；當實(shí)層隔板的面積為2～6 m²時(shí)，可不必每個(gè)實(shí)層隔板下方均設置貨架內噴頭，但貨架內噴頭的豎向間隔不應超過(guò)2 m；當實(shí)層隔板的面積超過(guò)6 m²時(shí)，應在每個(gè)實(shí)層隔板下方均設置貨架內噴頭。

與2005版“規范”相比，2017版“規范”的變化內容主要有：

（1）增加了噴頭安裝方式要求。明確了直立型、下垂型噴頭的適用范圍；由于下垂型噴頭噴水時(shí)不會(huì )受到配水支管的遮擋，具有比直立型噴頭更大的優(yōu)勢，因此對于倉庫場(chǎng)所應優(yōu)先采用下垂型噴頭，并且當最大儲物高度超過(guò)9 m時(shí)，不推薦采用直立型ESFR噴頭。

（2）增加了噴頭間距要求。包括噴頭之間的距離以及噴頭與端墻的距離，噴頭之間的距離與最大凈空高度有關(guān)，當最大凈空高度不超過(guò)9.0 m時(shí)，噴頭最大間距為3.7 m；當最大凈空高度大于9.0 m時(shí)，噴頭最大間距為3 m。而噴頭與端墻的距離可按不小于100 mm且不大于噴頭最大間距的1/2確定。

（3）刪除了ESFR自動(dòng)噴水滅火系統采用貨架內置灑水噴頭的布置方式，原因是ESFR噴頭在其允許最大凈空高度內，可不設置貨架內置噴頭。規范不推薦采用頂板下布置ESFR噴頭＋貨架內置噴頭的布置方式。當最大凈空高度或最大儲物高度超過(guò)“規范”表5.0.5的規定時(shí)，應按照“規范”5.0.4條和5.0.8條的規定布置，即頂板層噴頭的設計參數按“規范”5.0.4條相應表格的規定選取，貨架內噴頭的布置則執行“規范”5.0.8條的規定。

2.3 特殊應用噴頭

倉庫型特殊應用噴頭為本次“規范”修訂新增的一種噴頭類(lèi)型，廣義上講，其屬于標準響應噴頭范疇，因此其與ESFR噴頭的最大區別是不僅可用于濕式系統，還可用于干式及預作用系統，但其最大保護高度、最大儲物高度以及保護的儲物范圍等較ESFR小，且其用于干式或預作用系統與濕式系統時(shí)屬于完全不同的設計理念，從噴頭選型、動(dòng)作溫度、開(kāi)放數量等均與濕式系統有較大的差別?？紤]到該類(lèi)噴頭在我國的應用尚不成熟，“規范”僅規定了其應用于濕式系統的基本參數，下一步需開(kāi)展其用于干式、預作用系統的設置技術(shù)研究。

基于上述分析，“規范”對于倉儲建筑頂板層噴頭的選型建議如表2所示。

“規范”規定，在不設置貨架內噴頭的情況下，3種噴頭的最大保護高度分別是9.0 m、13.5 m和12.0 m；而當設置貨架內置噴頭時(shí)，應按照“規范”5.0.4條規定執行，且倉庫的最大凈空高度不受限制。

3.1 貨架的布置要求

貨架內噴頭的設置除了與凈空高度和儲物高度有關(guān)外，還取決于頂板層噴頭的選型以及貨架內部是否有實(shí)層擋板，如果貨架內有實(shí)層擋板，則實(shí)層擋板會(huì )嚴重阻擋頂板層噴頭的噴水，因此應在每層實(shí)層擋板的下方均設置貨架內噴頭。

通常，對于設置貨架內噴頭的倉庫，貨架之間應留有不小于150 mm的煙道間隔，煙道間隔分為縱向煙道間隔（垂直于走道）和橫向煙道間隔（平行于走道），該煙道間隔有2個(gè)作用，一是發(fā)生火災時(shí)的熱煙氣流通過(guò)該空間向上擴散，以驅動(dòng)噴頭及時(shí)動(dòng)作，二是頂板層噴頭的灑水通過(guò)該空間噴灑至著(zhù)火貨物的表面。因此，當儲物高度超過(guò)7.6 m時(shí)，雙排貨架必須設置縱向煙道間隔。

3.2 貨架內噴頭設置要求

設置貨架內噴頭是貨架火災最有效的應對方式之一，彌補了頂板層噴頭啟動(dòng)時(shí)間長(cháng)的缺陷，在較小的火災下啟動(dòng)并實(shí)施滅火，對建筑物的高度沒(méi)有限制且不受屋面頂板坡度的影響。但也具有貨架布置受限以及易造成機械性損傷等缺陷。因此，如果建筑高度和儲物高度符合僅在頂板層設置噴頭保護的條件，應首選頂板層噴頭進(jìn)行保護，只有頂板層噴頭設置受限時(shí)，才會(huì )選擇增設貨架內噴頭的設置方式。

貨架內噴頭在布置時(shí)既要保證噴頭的灑水完全覆蓋貨物表面，又要防止受到機械破壞，貨架內噴頭的濺水盤(pán)盡量與層板的表面齊平或略低。貨架內噴頭通常應布置在貨架的內部，即在貨架的水平投影范圍內。對于雙排貨架或多排貨架，通常布置在縱向煙道間隔和橫向煙道間隔（即貨物之間形成的通透空間）的交叉處，對于單排貨架，如果其靠墻布置且與墻的距離不超過(guò)300 mm時(shí)，噴頭可布置在貨架外部，且與貨架側面的偏移距離不超過(guò)150 mm，與煙道間隔交叉處的距離不超過(guò)75 mm（見(jiàn)圖3）。

圖3 單、雙排貨架時(shí)貨架內噴頭的布置

Fig.3 Arrangement of nozzles in shelves with single and double rows of shelves

倉儲建筑自動(dòng)噴水滅火系統的設計參數需考慮的因素較多，其與民用建筑系統設計的最大區別就是根據噴頭類(lèi)型設計系統。因此，設計人員應綜合考慮上述因素，選擇適宜的系統類(lèi)型及噴頭類(lèi)型，以提高倉儲建筑的消防安全水平。