斜屋顶仓库快速反应早期抑制喷淋系统设计案例

南方某纺织厂成品库房，属丙类二级建筑，占地面积为72.6米×96.6米=7013.16平方米，建筑檐口高度为7.27米，屋顶高度9.80米，屋顶坡度7%，体积为50985.6732立方米，仓库无吊顶，部分面积净空大于9.80米。

因主要存贮棉毛麻丝化纤及其制品，根据《建筑设计防火规范(GBJ16-87 2001修订版)》(以下简称《建规》)第8.7.1条第二款“每座占地面积超过1000m²的棉、毛、丝、化纤、毛皮及其制品库房；……”的规定，该类库房除了要设置室内消火栓系统外，还必须安装自动喷水灭火系统。

二、喷淋系统设计

1、系统设计参数

根据《自动喷水灭火系统设计规范(GB 50084-2001)》(以下简称《喷规》)附录A，该建筑自动喷水灭火系统应按仓库危险级II级设置；又因为室内最高净空高度大于9.80米，货品最大堆积高度小于7.50米，根据《喷规》第5.0.6条及表5.0.6规定，必须采用快速反应早期抑制型喷头，本设计采用K=200直立型ESFR喷头，最不利处喷头最低工作压力为0.50Mpa。

参考美国FM标准及NFPA13规范，采用快速反应早期抑制喷头时，单个湿式报警阀允许最大保护面积为3716m²（40000平方尺），这主要是考虑到报警阀后管网容积和管段长度的限制；屋顶坡度不得大于16.7%，坡度超过16.7%时应增加一层吊顶，并应将喷头布置在吊顶下；室内净空高度大于9米小于12米时最不利处喷头最低工作压力为0.52Mpa；结合我国规范，因此设计采用两套湿式报警阀控制整个仓库的全部喷头，喷头最低工作压力按照我国《喷规》执行，但适当考虑富裕量。

2、喷头布置

根据《喷规》第7.1.2条规定，喷头按正方形布置时最大间距不超过3.00米，喷头离墙最远距离不大于1.50米，喷头布置间距如下图：

《喷规》第7.1.4条规定，快速响应早期抑制型喷头的溅水盘与顶板的距离应大于100mm而小于150mm，这是因为喷头与顶板的相对位置是影响喷头动作速度的主要因素，有研究表明如果喷头的感温元件太靠近顶板，会使初期火灾产生的热气流在喷头下流动，从而延误了喷头的动作；如果离顶板太远，则初期火灾产生的热气流会在喷头上方流动，同样会延误喷头动作。本设计取120mm。

《喷规》第7.1.11条规定，顶板或吊顶为斜面时，喷头必须垂直于斜面布置，屋脊处也必须布置一排喷头。喷头布置如下图所示，平行于屋面的斜边长度3000，对边高为3000´7%=200，则喷头水平间距为=2993，取3米。

对于斜屋面来说，喷头配水支管及配水管可能的安装方法有两种，一种是配水支管垂直于屋脊敷设，一种是配水支管平行于屋脊敷设，如下图所示，但无论采用哪一种方式，配水(干)管必须位于最高处，以利于系统排除管网中气体。

查阅美国FM标准和NFPA13规范，得知按美国标准ESFR喷头布置如下：

1)、每一支管安装不应超过6只。

2)、库房高度超过9.00时喷头间距大于2.4m，小于3.05m。

可见，与我国规范极为相似。

3、水力计算

根据《喷规》规定，单个喷头的流量计算采用如下所示公式计算：

q=K

最不利点单个喷头流量= K=200/60* =7.45L/s；

系统设计流量应按同时开放12个ESFR喷头并采用下式计算：

Qs=

节点流量采用下式计算：

q2=(1+)´q1

流量计算用简图如下：

系统设计流量计算表

节点6-5流量：

q_6-5=(1+)´q_5-4= (1+)´ 44.90 =90L/s

平均流速：

v=Q/(0.25π×dj²)=0.09001/(0.25π×0.198²)=2.92m/s

水力坡度：

i=0.00107×v²/dj^1.3=0.00107×2.92²/0.198^1.3=0.07507

湿式报警阀后管段折算后长度250米，则水头损失：

H=i×L=0.07507×250=18.77m

即设计流量=90L/s；

湿式报警阀入口压力=8.30米喷头安装地形高差+ 5米报警阀等局部损失+20.70米沿程水头损失+52米工作压力=86米，取90米。

4、消防总用水量

(1) 室内消防总用水量为10 +90=100 L/s。

(2) 室内、外消防总用水量为100+45=145L/s，至少应布置11个室外消火栓。

(3) 应在自动喷水灭火系统室外管网的适当位置布置7个水泵结合器。

三、使用ESFR喷头注意事项

(1) ESFR喷头适用于净高大于9.00m小于13.00m的仓储库房和高架库房；

(2) 保护区为钢结构屋面，同时抑制型喷头的安装符合要求时，不需要再对钢屋面和钢柱采用其他防火措施；

(3) 任何情况下，自动喷水灭火系统管网内水温不得超过49°C，当水温超过37.8°C时，就需要使用更高动作温度的喷头；

(4) 按NFPA13规范的要求，抑制型喷头不得安装在坡度大于16.7%的天棚下，天棚坡度大于16.7%，可在天棚下安装一层合适坡度的天棚，再将喷头布置在天棚下；如果夹层内有可燃物或夹层本身为可燃物，则应在夹层内增设喷头；

(5) 采用快速反应早期抑制喷头时，单个湿式报警阀允许最大保护面积为3716m²，而按我国《喷规》则可达9平方米×800个喷头=7200 m²。

(6) 应考虑提高自动喷水灭火系统供水可靠性的措施，如报警阀前环状管网供水、正确设置阀门将管网分段、消防水池分两格设置等。

参考资料：

1、《建筑设计防火规范(GBJ16-87 2001修订版)》

2、《自动喷水灭火系统设计规范(GB 50084-2001)》

3、NFPA13 2001 EDITION

作者：刘红永，1996年毕业于西安冶金建筑学院，现在茂盛咨询(深圳)有限公司(AECOM MAUNSELL TECHNOLOGY GROUP SHENZHEN OFFICE)从事给排水设计工作。联系方法：liuhongyong@tom.com。