1、第17章 自动喷水灭火系统l17.1 概述l17.2 湿式自动喷水灭火系统l17.3 干式、干湿式自动喷水灭火系统l17.4 预作用自动喷水灭火系统l17.5 循环自动喷水灭火系统l17.6 雨淋灭火系统l17.7 消防水幕系统17.1 概述l自动喷水灭火系统的历史l自动喷水灭火系统的立法l自动喷水灭火系统的作用l自动喷水灭火系统的分类自动喷水灭火系统l自动喷水灭火系统，简单地说，就是在火灾情况下，能自动洒水灭火，以保障人身和财产安全的一种灭火系统。其特征是：通过加压设备将水送入管网至带有热敏元件的喷头处，喷头在火灾的热环境中自动开启洒水灭火。对于装有闭式喷头的系统，只有那些受火灾影响的喷头才
2、开启洒水扑灭下方的火灾。通常喷头下方的覆盖面积大约为12m2。自动喷水灭火系统的历史l自动喷水灭火系统发展迄今已有100多年的历史，最早是以“钻孔管式喷水灭火系统”（1812年安装在英国皇家剧院Theatre Royal Drury Lane）的形式出现，此系统由英国威廉康格里夫（Colonel William Congreve）设计，并申报了专利（专利号3606号，日期是1812年）。自动喷水灭火系统的历史l在美国，最早是在1852年开始使用钻孔管，用于纱厂。由于纺织业的需要，使得喷淋系统得到了发展。随后，1864年，伦敦的斯图尔特哈里森（Major A. Stewart Harrison）
3、发明了第一个自动喷头（火焰烧断绳子开启橡皮阀，打开喷头）；1875年美国的享利帕米里（Henrys. Parmelee）发明了最早得到广泛应用的帕米里喷头（熔点为160F的易熔焊锡控制喷头启闭）；1922年，出现了格林奈尔玻璃球喷头。自动喷水灭火系统的历史l自20世纪60年代初以来，自动灭火喷头因能适应各种火灾危险场合的需要得到很快发展，出现了大水滴喷头、快速反应喷头。系统也由单一的湿式系统发展而出现了干式系统、预作用系统、雨淋系统等。自动喷水灭火系统的历史l自动喷水灭火系统在我国应用已有60多年。1926年在上海毛纺厂（解放后为上海第十七毛纺厂），1934年在上海国际饭店，50年代苏联援建的
4、一些纺织厂都设了自动喷水灭火系统。1949年后，我国上海消防厂和山东临沂生建机械厂曾先后生产过72、141易熔合金喷头和控制阀门等产品。从80年代初开始，随着我国经济突飞猛进地发展，自动喷水灭火系统的生产和应用也得到了很大的发展。自动喷水灭火系统的立法l由于自动喷水灭火系统能有效地避免因火灾而造成的经济损失，迎合了保险商的需要，因而引起了保险公司和厂家的兴趣。喷水灭火系统的可靠性是保险人、厂家和保险公司最为关心的事情。因此，为了保证所设自动喷水灭火系统的安全可靠性，有必要建立一个可行的自动喷水灭火系统的性能和设计标准。自动喷水灭火系统的立法l世界上最早的自动喷水灭火系统的规范是于1885年由英
5、格兰曼彻斯特的约翰沃曼德（John W. Wormald）起草的。联合火灾保险公司的沃曼德看到了建立喷水灭火系统规范的需要。于1885年起草了第一部喷水灭火系统的规范，并于1888年被伦敦的防火协会（FOC）采用。1892年，由防火协会起草的第一部规范正式出版了。自动喷水灭火系统的立法l为了适应新的发展，这一规范反复进行修订，到1968年出版了第29版的FOC“自动喷水灭火系统”，其中根据用户的需要将火灾分成轻危险级、普通危险级、严重危险级三类。第29版的FOC规范在1985年随着防灾协会（LPC）的成立，转由防灾协会负责，在1952年参考FOC规范，英国标准委员会首次颁布了喷水灭火系统的实用
6、规程（CP402、201，1952），在1979年扩充成英国标准BS5306。自动喷水灭火系统的立法l在北美，自动喷水灭火系统规范的建立也比较早。早在19世纪末，1895年和1896年，来自20个北美保险公司的代表召开了一系列会议，起草了北美共同的自动喷水灭火系统规范。他们成立了国家防火协会（NFPA），并颁布了北美洲统一的“自动喷水灭火系统规程”。该规程也即现在的NFPA13号“自动喷水灭火系统标准”的前身。该规程自颁布后，由NFPA委员会每年修订一次。自动喷水灭火系统的立法l目前世界上广泛使用的有关自动喷水灭火系统的规范和标准还有国际标准化组织的ISO DP6182，美UL试验室的UL19
7、9等。自动喷水灭火系统的立法l我国从1985年开始正式颁布了几项有关自动喷水灭火系统的国家标准，它们是自动喷水灭火系统，洒水喷头的性能要求和试验方法（GB5135-85），自动喷水灭火系统，产品系列型谱和型号编制方法（GB5136-85），自动喷水灭火系统设计规范（GB50084-2001），自动喷水灭火系统施工与验收规范。这些都将有助于自动喷水灭火系统在我国的发展和应用。自动喷水灭火系统的应用效果l自动喷水灭火系统之所以能成为目前世界上使用最广泛的固定式灭火系统，特别是应用在高层建筑等火灾危险性较大的建筑物中，主要是由于它在保护人身和财产安全方面有着其他系统无可比拟的优点。l表17-1、表1
8、7-2和图17-1、图17-2 为19821991年由NFIRA美国火灾事故报告系统和NFPA美国消防协会进行的普查结果。自动喷水灭火系统的应用效果自动喷水灭火系统的应用效果自动喷水灭火系统的应用效果l自动喷水灭火系统之所以能成为目前世界上使用最广泛的固定式灭火系统，特别是应用在高层建筑等火灾危险性较大的建筑物中，主要是由于它在保护人身和财产安全方面有着其他系统无可比拟的优点。l表17-1、表17-2和图17-1、图17-2 为19821991年由NFIRA美国火灾事故报告系统和NFPA美国消防协会进行的普查结果。自动喷水灭火系统的控火灭火率l在美国，1925年到1969年的统计资料表明，共发
9、生火灾81425次，系统的灭火控火率达96.2%。在澳大利亚和新西兰，从1886年到1968年的82年间，安装有自动喷水灭火系统的建筑物，共发生火灾5734次，系统的控火灭火率为99.8%。另外，有些国家和地区，近年来安装的自动喷水灭火系统，灭火控火成功率达100%。自动喷水灭火系统的控火灭火率l自动喷水灭火系统的控火灭火率还与喷头的开启数有关。从图17-3美国纽约高层建筑和其他建筑中，当自动喷头开启数为1时，在高层建筑中系统的控火灭火率已达69.7%，在其他建筑中也达到61.3%。当喷头开启数为5个和少于5个的情况下，系统的控火灭火率已达了90%。从表17-4中看到，当喷头开启数接近100时
10、，系统的控火灭火率也接近100%。自动喷水灭火系统的控火灭火率自动喷水灭火系统的分类湿式自动喷水灭火系统干式自动喷水灭火系统干湿式自动喷水灭火系统预作用自动喷水灭火系统循环自动喷水灭火系统闭式自动喷水灭火系统自动喷水灭火系统的分类雨淋系统水幕系统水喷雾系统开式自动喷水灭火系统17.2 湿式自动喷水灭火系统l应用范围l系统组成、工作原理l主要组件l系统分区l系统的设计和计算应用范围l湿式自动喷水灭系统，是世界上使用时间最长、应用最广泛、控火灭火率最高的一种闭式自动喷水灭火系统，目前世界上已安装的自喷水灭火系统中有70%以上是采用了湿式自动喷水灭火系统，在国内外安装使用已有60多年的历史，具有较丰
11、富的设计安装和管理经验，系统的可靠性好，适用于室内温度不低于4且不高于70的建筑物、构筑物内（不能用水扑救的建筑物和构筑物除外）。湿式自动喷水灭火系统工作原理工作原理水力警铃报警主要组件l闭式喷头l湿式报警阀l水流指示器l末端试水装置l其它组件l自动喷水灭火系统控制闭式喷头l闭式喷头实际上带有一种感温阀门，它在火灾的热气流中能自动启动，不能恢复原状，这也就是常说的感温释放器，它在预定的温度下使得喷头能自动开启、喷水、灭火。喷头的动作温度以公称动作温度表示。根据建筑环境的不同要求，喷头的公称动作温度又分为好几种，最常用的是68喷头。l主要有玻璃球和易熔合金闭式喷头。玻璃球闭式喷头l喷头由金属喷头
12、架、玻璃球、溅水盘等组成。玻璃球用于支撑喷水口的阀盖，玻璃球内充装一种高膨胀液体，如乙醚、酒精等。球内留有一个小气泡，当温度升高时，小气泡会缩小，溶入液体中，在低于动作温度5时，液体全部充满玻璃球容积，温度再升高，玻璃球爆炸成碎片，喷水口阀盖脱落，喷水口开启，喷水灭火。l在不同的环境温度场所使用的喷头，对其公称动作温度也有不同的要求。规范要求，选择喷头时，喷头的公称动作温度应比环境最高温度高30左右。玻璃球闭式喷头1阀座2垫圈3阀片4玻璃球5色液6支架7锥套8溅水盘易熔合金闭式喷头l喷水口的支撑利用熔解温度很低的金属合金控制，铋、铅、锡、镉等数种金属，按不同配比组合时，就可以得到不同的低熔解温
13、度，利用这种特性，可以制造各种焊料，做成不同温度下的喷头，在要求的温度下开放喷水。l易熔合金闭式喷头，喷口平时被玻璃阀堵封盖住，玻璃阀堵由三片锁片组成的支撑顶住，锁片由易熔合金焊料焊住。当喷头周围温度达到预定限制时，焊接锁片的易熔合金焊料熔化，三锁片各自分离落下，管路中的压力水冲开玻璃阀堵喷出。易熔合金闭式喷头1支架；2锁片；3溅水盘；4弹性隔板；5玻璃阀堵伞型溅水盘喷头的布水形式平板型及边墙型溅水盘喷头的布水形式喷头的选择和设置l喷头的选用，应根据被保护建筑物或场所的实际情况和要求来决定，如安装地点的几何形状、结构特点、最高环境温度、腐蚀情况、美观要求等，来合理选择喷头。l选择喷头应注意的情
14、况见P280。湿式报警阀l湿式报警阀是湿式自动喷水灭火系统的主要部件，安装在总供水干管上，连接供水设备和配水管网，是一种只允许水流单方向流入配水管网，并在规定流量下报警的止回型阀门，在系统动作前，它将管网与水流隔开，避免用水和可能的污染；当系统开启时，报警阀打开，接通水源和配水管；在报警阀开启的同时，部分水流通过阀座上的一环形槽，经信号管道送至水力警铃，发出音响报警信号。湿式报警阀水流指示器l水流指示器安装在管网中，当有大于预定流量的水流通过管道时，水流指示器能发出电信号，显示水的动用情况。通常水流指示器设在喷水灭火系统的分区配水管上，当喷头开启时，向消防控制室指示开启喷头所处的位置分区，有时
15、也可设在水箱的出水管上，一旦系统开启，水箱水被动用，水流指示器可以发出电信号，通过消防控制室启动水泵供水灭火。为了便于检修分区管网，水流指示器前宜装设安全信号阀。桨状水流指示器1桨片2法兰底座3螺栓4本体5接线孔6喷水管道末端试水装置l自动喷水灭火系统喷水管网的末端均需设置末端试水装置，末端试水装置的设置宜与水流指示器一一对应。l末端试水装置包括压力表、闸阀或电磁阀和流量表，流量表直径与喷头相同。连接管道直径不小于20mm。l末端试水装置是用在平时维护管理时，对系统进行定期检查，以确认系统能否正常工作。l末端试验阀可以采用手动阀或电磁阀。末端试水装置安全信号阀l利用电信号显示阀门启闭状态的阀门
16、。管理人员从信号显示装置可以得知每一个阀门的开关状态和开启程度，以防阀门误动作，提高了消防供水的安全度。l国内生产的安全信号阀有无触点式输出和有触点式输出两种，电源为24V直流电，显示灯可就地显示，也可远距离（消防中心控制室）显示。节流装置l有多层喷水管网时，低层喷头的流量大于高层喷头的流量，造成不必要的浪费，应采用减压孔板或节流管等技术措施，以均衡各层管段的流量。l设置减压孔板时，应符合下列要求：l节流管内流速不应超过20m/s，长度不宜小于1m。(1) 应设置在直径50mm及50mm以下的水平管道上；(2) 孔口直径不小于安装管段直径的50%；(3) 孔板应安装在水流转变处下游一侧的直管段
17、上，其距离不应小于安装管段管径的两倍。自动喷水灭火系统的控制l设有自动喷水灭火喷头，需早期火灾自动报警的场所（不易检修的天棚、闷顶或厨房等处除外），宜同时设置感烟探测器。l自动喷水灭火系统中设置的水流指示器，不应作自动起动消防水泵的控制装置。报警阀压力开关、水位控制开关和气压罐、稳压泵的压力开关等可控制消防水泵自动启动。自动喷水灭火系统的控制l消防控制室内，对自动喷水灭火系统宜有下列控制监测功能： 控制系统的启、停； 系统的控制阀开启状态； 消防水泵电源供应和工作情况； 水池、水箱的水位。对于重力式箱，在严寒地区宜安设水温探测器，当水温降低到5以下时，即应发出信号报警； 自动喷水灭火系统的控制
18、l消防控制室内，对自动喷水灭火系统宜有下列控制监测功能： 干式喷水灭火系统的最高和最低气压，一般压力的下限值宜与空气压缩机联动或在消防控制室设充气机手动启动和停止按钮； 预作用喷水灭火系统的最低气压； 报警阀和水流指示器的动作情况。自动喷水灭火系统的控制l设有充气装置的自动喷水灭火管网应将高、低压力报警信号送至消防控制室。消防控制室宜设充气机手动启动按钮和停止按钮。l预作用喷水灭火系统中应设置由感烟探测器组成的控制电路，控制管网预作用充水。l雨淋和水喷雾灭火系统中宜设置由感烟、定温探测器组成的控制电路，控制电磁阀。电磁阀的工作状态应当反馈到消防控制室。自动喷水灭火系统分区l大型建筑或高层建筑往
19、往需若干个自动喷水灭火系统才能满足实际使用的要求，在平面上、竖向上分区设置各自的系统。平面分区原则l系统的布置宜与建筑防火分区一致，尽量作到区界内不出现两个以上的系统交叉；若在同层平面上有两个以上自动喷水灭火系统时，系统相邻处两个边缘喷头的间距不应超过0.5m，以加强喷水强度，起到加强两区之间阻火能力。l每一个系统所控制的喷头数不能超过一个报警阀控制的最多喷头数。l系统管道敷设应有一定的坡度坡向排水口，管道坡降值一般不宜超过0.3m。竖向分区原则l自动喷水灭火系统管网内的工作压力不应大于1177kPa，但考虑到系统管网安装在吊顶之内以及我国管道安装的条件，竖向分区压力可与生活给水系统相近（即3
20、00450kPa）。l屋顶设高位水箱供水系统，最高层喷头最低供水压小于49kPa时，需设置增压设备，可单独形成一个系统。l在城市供水管能保证安全供水时，可充分利用城市自来水压力，单独形成一个系统。竖向分区图示l无水箱分区供水l设水箱分区供水l串联水箱分区供水l水泵并联供水l水泵串联供水自动喷水灭火系统设计步骤l确定建、构筑物的火灾危险等级；l确定设计技术数据；l选择系统类型；l选择和布置喷头；l进行管网布置，并绘制管网平面布置图和轴侧图；l进行管网水力计算；自动喷水灭火系统设计步骤l校核设计作用面积内的平均喷水强度；l选择减压装置；l选择消防水泵；l确定高位水箱的容积和设置高度；l确定水泵结合
21、器的型号和设置数量；l确定消防水池容积。系统的设计和计算l建筑物火灾危险等级的划分l基本设计数据的确定l喷头流量l消防供水l喷头布置l自动喷水灭火系统的设计计算l计算步骤建筑物火灾危险等级的划分基本设计数据的确定l基本设计数据通常包括喷水强度、作用面积、喷头动作数、每只喷头保护面积、最不利点处喷头压力以及理论供水量等。l喷水强度是喷水灭火系统最重要的控制数据，因为不同火灾危险等级的建筑物，万一发生火灾，要达到控火、灭火效果，必须要有足够的喷水强度。喷水强度是一个实验数据，并参考世界各国有关资料而在规范中给以限定。基本设计数据的确定l作用面积，即喷水灭火系统设计喷水的最大面积，在这个面积内，喷水
22、强度、喷水的均匀性能得到保证。作用面积的大小主要是根据建筑物的燃烧特性（包括建筑物内储存的可燃物）、可燃物多少及燃烧时间等因素来定的。l喷头动作数和作用面积是紧密相关的，选定了喷头，确定了作用面积，也就知道喷头最大动作数。基本设计数据的确定l最不利点处喷头压力一般情况为0.1MPa，最低不得小于0.05MPa（在确定高位水箱的高度时），这主要是根据喷头特性和喷水强度要求决定的。l民用建筑和工业厂房危险等级的设计喷水强度、作用面积和喷头设计压力，应符合表17-11。l仓库危险等级的设计喷水强度、作用面积和喷头设计压力，应符合表17-12。喷头流量l喷头的流量lDN15mm的玻璃球喷头和DN12.
23、7mm易熔金属喷头， K=4.2。q为喷头的出水量，L/sK为特性系数， K=4.2H为喷头工作压力，MPa自动喷水灭火系统流量 为最不利点处作用面积内各喷头节点的流量，L/s； 为系统设计流量，L/s。消防供水l消防用水通常按两种情况进行计算，即水箱供水和水泵供水。前者指火灾发生至消防水泵开启时的一段时间内的供水情况，一般采用高位水箱、水塔、气压水罐等储水设备。后者指消防水泵开动后的供水情况。消防系统配合l自动喷水灭火系统是特殊消防设备，消火栓是基本消防设备。设置自动喷水灭火系统的建筑物，同时必须设置消火栓，消火栓与自动喷水灭火系统的用水总量应按同时作用计算。l当建筑物内还同时设有水幕等消防
24、系统时，应视这些系统是否同时作用来确定这些消防用水量是否相加。消防储水池l装有自动喷水灭火系统的建筑物，下列情况应设消防水池：l消防水池的容量应以火灾延续时间不小于1h计算，但在发生火灾时能保证连续送水时，水池容量可减去火灾延续时间内连续补充的水量。 无给水管道或天然水源； 给水管道和天然水源不能满足消防用水量； 给水管道为枝状或只有一条进水管道。消防储水池l中间储水池和蓄水池的要求：自动喷水灭火系统的中间储水池（高层建筑分区供水时用得较多）和蓄水池可用钢结构或钢筋混凝土结构，可安装在中间层或地下层。中间水池的容量当作有限水源时，用于轻火灾危险级建筑物，水池容量不小于5m3，用于中火灾危级建筑
25、物，水池容量不小于20m3，用于严重火灾危险级建筑物，水池容量不小于70m3。高位水箱采用临时高压给水系统的自动喷水灭火系统，应设高位消防水箱，其储水量应符合现行有关国家标准的规定。消防水箱的供水，应满足系统最不利点处喷头的最低工作压力和喷水强度。建筑高度不超过24m、并按轻危险级或中危险级场所设置湿式系统、干式系统或预作用系统时，如设置高位消防水箱确有困难，应采用5Ls流量的气压给水设备供给10min初期用水量。消防水箱的出水管，应符合下列规定：(1) 应设止回阀，并应与报警阀入口前管道连接；(2) 轻危险级、中危险级场所的系统，管径不应小于80mm，严重危险级和仓库危险级不应小于100mm
26、。自动喷水灭火系统消防用水与其它用水合用水箱时，应有确保消防用水不被它用的技术措施。消防水泵结合器l动喷水灭火系统应设水泵接合器，当自动喷水灭火消防水泵因检修、停电、发生故障或消防用水量不足时，需要利用消防车从消火栓、消防蓄水池或天然水源取水，通过水泵接合器送至室内管网，供灭火用水。l水泵接合器的设置数量应按室内消防用水量确定，每个水泵接合器的流量应按1015L/s计算。当计算出来的水泵接合器数量少于两个时，仍应采用两个，以利安全。消防水泵结合器l采用分区给水的高层建筑物，每个分区的消防给水管网应分别设置水泵接合器。l水泵接合器应设在便于同消防车连接的地方，其周围1545m内应设室外消火栓或消
27、防水池取水口。消防水泵自动喷水灭火系统应设独立的供水泵，并应按一运一备或二运一备比例设置备用泵。按二级负荷供电的建筑，宜采用柴油机泵作备用泵。系统的供水泵、稳压泵，应采用自灌式吸水方式。采用天然水源时，水泵的吸水口应采取防止杂物堵塞的措施。每组供水泵的吸水管不应少于2根。报警阀入口前设置环状管道的系统，每组供水泵的出水管不应少于2根。供水泵的吸水管应设控制阀；出水管应设控制阀、止回阀、压力表和直径不小于65mm的试水阀。必要时，应采取控制供水泵出口压力的措施。 喷头的布置形式l正方形布置l长方形布置l平行四边形布置喷头间距及保护面积喷头的布置其它规定l见教材pp246248。自动喷水灭火系统的设计计算l管网l水力计算(1)管网布置(2)管径选择矩形作用面积逐点计算法管网布置管网布置逐点法水力计算逐点法水力计算支管的计算支管的计算可采用与支管相同的方法得逐点法水力计算管系特性系数逐点法水力计算由于支管、的水力情况完全相同（喷头构造、数量、管段长度、管径、标高等），因此其余各段，再依次进行计算。水压和流速的规定l水压：对闭式自动喷水灭火系统，最不利点处喷头的工作水压，一般为0.10MPa，最小不应小于0.05MPa。l流速：管内允许流速，钢管一般不大于5m/s，特殊情况下不应超过10m/s。管道水头损失计算报警阀、水流指示器及减压孔板水头损失计算管网计算压力
