自动喷水灭火系统的应用

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1、自动喷水灭火系统的应用摘要：随着城市建设的快速发展，各类建筑层出不穷，建筑屋内人员众多，易 燃物多，一旦发生火灾并迅速蔓延，必然带来极大的危害，室内消防的主要措施 消防栓的地位遭受质疑，正在逐步向自动喷水灭火系统转变，本文将对自动灭火 系统的可行性和优越性详细分析，为进一步预防火灾事故的发生，保障人民的生 命财产安全提供可行措施。关键词：火灾 消防 自动喷水灭火引言长期以来，我国多层建筑的室内消防都是以消火栓系统为主。只有在建筑 设计防火规范 GBJ 1 68（ 2 0 0 1年版 ，以下简称“建规”） 第 8 7 1 条中规定 的特殊场合 和部位才要求设置自动喷水灭火系统 。但大量的灭火实

2、践经验证，室内消火栓系统作为灭火主力军的地位正不断受到质疑。对于多层建 筑，在消防给水系统方面 ，逐步向以自救为主的自动喷水灭火系统过渡，辅以 简化的消火栓给水系统或消防软管卷盘，有条件地弱化消火栓系统，才能使水灭 火系统运用范围得以延伸，进一步发挥水灭火系统技术的作用，更有效的保障人 民生命财产安全 。建筑物内人员多，易燃物多，疏散困难，一旦发生火灾并迅速蔓延，必然带 来极大的危害。从国内近几年发生的多起群死群伤火灾案例来看，一是火灾发现 晚，当发现火灾时局面已难以控制；二是发生火灾时，人的本能心理是尽快逃生 而少有人去主动采取有效措施灭火。如 2004 年 2 月 15 日发生的吉林中百商

3、厦火 灾，造成59人死亡，70 人受伤，而在整个过程中没有任何人使用室内消火栓灭 火。由此可以看出自动灭火系统的重要性，因此及早报警，及时灭火是今后消防 灭火的发展方向。 1 目前面临的建筑火灾特点由于现代空间建筑的规模越来越大，构造越来越复杂，在建筑风格、结构形 式、使用功能等方面多种多样，加之新材料、新技术和新结构形式的发展和应用， 通常使得复杂空间结构的建筑面积大、空间宽敞、装潢考究、电气设备多、火灾 隐患大、结构上多采用轻质高强的钢结构，这类高层建筑与传统建筑在使用功能、 建筑材料、结构形式、空间大小、配套设施等方面有很大的不同，给防火安全带 来很多新的问题，其火灾出现了新的特点。1.

4、1 火势猛烈，火灾蔓延速度极快 高层建筑装修豪华，室内含有大量的可燃物质，如家具、窗帘、地毯、吊顶 装饰等，发生火灾时燃烧猛烈。加之高层建筑的竖向井道多，如电梯井、楼梯井、 通风井、管道井、电缆井、垃圾道、排气道等，它们都是火灾蔓延的通路，形成 “烟囱效应”；加上这些竖井的抽风作用，一旦发生火灾，火势蔓延迅速，楼层 越高，抽风越强，火势越猛。据测定，初期的火灾，烟气水平扩散速度约为 0.31m/S; 在火灾猛烈燃烧阶段，水平扩散速度为0.50.8m/s，而竖向扩散速度高达3 4m/s，例如，美国希尔顿饭店8层起火，火灾蔓延到30层的顶部，仅用了 20分 钟，浓烟翻滚直上，高出楼顶达150米。1

5、.2 火灾扑救工作复杂高层建筑消防设计立足于“自救”，其灭火设备复杂、自动化程度高、只要 任何一个环节有问题，灭火设施便不能充分发挥作用。扑灭初期火灾至关重要， 但现场人员却对灭火设备不会使用或无力使用，等消防人员全副武装从驻地赶到 现场，登上高楼，不仅体力消耗人，还可能与消防中心、水泵房等联系不便、配 合困难，楼高风大、火势猛，消防队员在高热、浓烟下操作，比一般火场难度大 得多。目前国产登高消防车辆尚不能满足高层建筑安全疏散和扑救火灾的需要， 不能将人员及时疏散到室外。1.3 高层建筑钢结构耐火性不够高层建筑一般是采用钢结构建筑或部分采用钢结构，超高层建筑必须采用钢 结构，因混凝土结构太重，

6、建筑太高将不负重荷。而钢结构质轻，可以做到很高 很大，因此，在高层建筑中得到广泛应用，但对于防控火灾方面就存在问题了， 普通的钢材在6 0 0 的环境下，就会产生变形扭曲。最典型的就是美国“9- 11 ”事件，世贸大楼不是撞塌的，而是烧塌的。因为高温导致钢结构变形，承 受不了上面的重量，就轰然坍塌。所以超高层建筑的钢结构安装后必须在表面喷 涂一层厚厚的防火涂料，一般地，涂料保证的耐火时限最多为 23 小时。但是 目前许多高大建筑结构形式中受力构件无法采用传统的包裹或涂料方法进行防 火保护造成结构破坏甚至倒塌。1.4 人员疏散困难高层建筑层数多，垂直疏散距离长，疏散到室外地面、屋顶直升飞机停机坪

7、 或避难层所需的时间也相应增长。由于高层建筑人员众多，不少公共活动场的人 员相对集中，火灾时增加了疏散的难度，容易造成重大伤亡事故。高层建筑发生 火灾后，常因通讯联络失控，往往下层发生火灾，上层仍然未知有其事。尤其是 在高层酒店中，人员众多，人地生疏，给安全疏散增大了困难，更易导致惨重事 故。2 传统消防措施和自动消防措施比较目前，我国传统的建筑消防措施见表1。而火灾发生时，只有消火栓系统和 自动喷水灭火系统能完成灭火功能。防火分区系统可以防止火灾蔓延，火灾自动 报警可以为人们及早发现、通报火灾。显然，人工灭火系统很难做到将火灾扑灭 在火灾初期阶段这一最佳时机，目前我国普遍采用的“建筑防火分区

8、+火灾自动 报警+自动喷水灭火”组合方式。在这个组合中，有利于提高效益投资比的主 要是自动喷水灭火系统。目前我国有单设消火栓灭火系统的建筑，却没有单设自 动喷水灭火系统公共与民用建筑，这与扑灭早期火灾的原则相悖。为了及时有效 地将火灾消灭在萌芽中，建议采用以自动喷水灭火系统为主，辅以消防卷盘系统 的消防灭火措施或组合，见表 2。表 1 传统消防措施消防措施应用范围优缺点控火保证率消防栓系大多数底层优点：系统简单；缺点：人工灭火、安77统建筑全性差。消防栓+防多层或面积优点：建筑防火分区在一定程度上阻止81火分区较大的单层了火势的蔓延，为消防队员争取了可能建筑灭火的时间；缺点：人工灭火，安全性差

9、.防火分区本身并不能灭火，防火墙、防火卷帘也影响了建筑的使用功能。消防栓+火普遍用于标灾自动报准高的多层警+消防防建筑或一些火分区高层建筑消防栓+火广泛用于低灾自动报层、多层、超警+消防防高层建筑火分区+自动喷水系统优点：消防队员能较早地接到出击命令,提高了消火栓系统的灭火性能；缺点:人工灭火，安全性差，防火墙、防火卷帘。影响了建筑的使用功能，非专业人员不能及时灭火。优点：灭火手段多，给人以较高的安全感；缺点：消防投资费用太大，而灭火成功率却比单设自动喷水灭火系统的灭火成功率高不出很多。8698表 2 扑灭早期火灾为主的建筑消防措施消防措施应用范围消防卷盘系统消防车能达到的大多数低层建筑自动喷

10、水灭火系统面积较大的低层建筑或不超过50 m的高层普通建筑自动喷水灭火 系统+消防卷 盘系统自动喷水灭火 系统+消防卷 盘系统+消火 栓系统不超过50 m的高层建筑 或面积较大的危险性高 的低层建筑超过50 m的高层建筑优缺点优点：系统简单，及时灭火，不需专业 人员灭火；缺点：人工灭火，安全性差。优点：系统较简单，及时灭火，不需专 业人员灭火，阻止了火势的蔓延，有、 一定的自救能力；缺点：需专业人员维 护。优点：及时灭火，不需专业人员灭火， 阻止了火势的蔓延，有一定的自救能力;缺点：系统较复杂，需专业人员维护。 优点：及时灭火，阻止了火势的蔓延， 有较好的自救能力和火灾发展阶段的灭 火能力；缺

11、点：系统较复杂，自动灭火 为主，辅以专业人员灭火。3 自动喷水灭火系统自动喷水灭火系统由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置（水流指示器或压 力开关）等组件，以及管道、供水设施组成，并能在发生火灾时喷水的自动灭火 系统。依照采用的喷头分为两类：采用闭式洒水喷头的为闭式系统；采用开 式洒水喷头的为开式系统。属于闭式自动喷水灭火系统的有湿式系统、干式系 统、预作用系统、重复启闭预作用系统、自动喷水泡沫联用灭火系统。属于开 式自动喷水灭火系统的有水幕系统、雨淋系统和水雾系统。（详见下表） 自动喷水灭火系统:闭式自动喷水灭火系统f湿式自动喷水灭火系统干式自动喷水灭火系统 预作用自动喷水灭火系统 重复启闭预

12、作用系统 自动喷水泡沫联用灭火系统 开式自动喷水灭火系统f雨淋灭火系统水幕系统水喷雾灭火系统闭式自动喷水灭火系统采用闭式喷头，它是一种常闭喷头，喷头的感温、闭 锁装置只有在预定的温度环境下才会脱落和开启喷头。因此，在发生火灾的时候， 这种喷水灭火系统只有处于火焰之中或临近火源的喷头才会开启灭火。 开式自动喷水灭火系统采用的是开式喷头，开式喷头不带感温闭锁装置，处于常 开状态。发生火灾时，火灾所处的系统保护区域内的所有开式喷头一起出水灭火。 （以下仅举三例做详细介绍）3.1 湿式系统1. 湿式系统工作原理： 火灾发生的初期，建筑物的温度随之不断上升，当温度上升到以闭式喷头温感元 件爆破或熔化脱落

13、时，喷头即自动喷水灭火。该系统结构简单，使用方便、可靠， 便于施工，容易管理，灭火速度快，控火效率高，比较经济，适用范围广，占整 个自动喷水灭火系统的 75%以上，适合安装在能用水灭火的建筑物、构筑物内。 （详见下图）2. 湿式系统使用范围：在环境温度不低于4C、不高于70C的建筑物和场所（不能用水扑救的建筑物和 场所除外）都可以采用湿式系统。3. 湿式系统特点： . 结构简单，使用可靠 . 系统施工简单、灵活方便 . 灭火速度快、控火效率高 . 系统投资省，比较经济 . 适用范围广3.2 干式系统1. 工作原理 干式系统与湿式类似只是控制信号阀的结构和作用原理不同，配水管网与供水管 间设置干

14、式控制信号阀将它们隔开，而在配水管网中平时充满着有压力气体用于 系统的启动。发生火灾时，喷头首先喷出气体，致使管网中压力降低，供水管道 中的压力水打开控制信号阀而进入配水管网，接着从喷头喷出灭火。不过该系统 需要多增设一套充气设备，一次性投资高、平时管理较复杂、灭火速度较慢。（详 见下图）2. 干式系统适用范围干式系统适用于环境温度低于低于4C和高于70C的建筑物和场所，如不采暖的 地下车库、冷库等。3. 干式系统特点 . 干式系统，在报警阀后的管网内无水，故可避免冻结和水汽化的危险，不受环境温度的制约，可用于一些无法使用湿式系统的场所。 . 比湿式系统投资高。因需充气，增加了一套充气设备而提

15、高了系统造价。 . 干式系统的施工和维护管理较复杂，对管道的气密性有较严格的要求，管道 平时的气压应保持在一定的范围，当气压下降到一定值时，就需进行充气。 . 比湿式系统喷水灭火速度慢，因为喷头受热开启后，首先要排出管道中的气 体，然后再出水，这就延误了时机。自动喷水灭火系统是世界上公认的最为有效的灭火设施，是应用最广、用量 最大的自动灭火系统。美国纽约对 1969-1978 年 1648起高层建筑喷水灭火案例 统计，高层办公楼灭火成功率 98.4%，其它高层建筑97.7%；澳大利亚和新西兰， 从 1886-1968 年，安装自动喷水灭火系统的建筑物共发生火灾 5734 次，灭火成 功率达 9

16、9.8%。实践证明，自动喷水灭火系统安全可靠、经济实用、灭火成功率 高，而简易喷淋系统则具有投资少、效果好，维护保养方便的特点，应予以大力 推广普及。4 增设自动喷水灭火系统的方式目前应用广泛的是简易自动喷水灭火系统。简易自动喷水灭火系统与标准湿 式自动喷水灭火系统相比，减少了消防水池、消防水泵组、湿式报警阀组等组件。 其原理是：充分利用城市自来水、高位消防水箱和室内消火栓系统来保证系统自 动喷水灭火。增设方式：1 、设在市政环状管网上且市政管网水压常年保证在 0 ，3MPa 以上的多层建 筑， 自动喷水灭火系统可直接从市政管网上接管取水。此时市政管网实际上能 满足 自动喷水灭火系统的水量、水

17、压要求，且断水的几率很小，因此，系统可视作安 全、可靠。2 、市政管网是枝状或常年水压不能满足最不利点喷头工作压力的，以及为从“经 济”的角度出发（城市供水部门常收取从市政给水管网接管取水的高额“开 口 费”） ，基于多层建筑仅立足于初期火灾的扑救，在结构等允许的情况下， 可 在屋顶适当位置增设存在1 0 mi n（ 1 0 m。左右）自动喷水灭火系统所需用水 量 的屋顶消防水箱 （设计上一般都容易解决 ） 。不能满足最不利点喷头工作压 力 的，应设增压设施 （能满足最不利点喷头工作压力的仅在屋最高部位设置消 防 水箱即可） 。3 、室内消火栓灭火系统和自动喷水灭火系统局部组合室内消火栓灭火系

18、统和自动喷水灭火系统局部组合是目前正在推广的一种 简易自动喷水灭火系统。(1) .实现消火栓泵与喷淋泵的组合和消防水泵电源控制柜的组合，要求消防 水泵电源控制柜应具备以下功能：接收到消火栓按钮信号直接启动消防水泵；湿式报警阀开启，接收到压力开关信号后直接启动消防水泵；接收到消防控 制中心的指令后，具备启动或关闭消防水泵的功能。只要保证消防水泵电源控制柜具备以上功能，就能保证发生火灾时，消防水泵能 够如约启动；(2) .我们在计算消防水池容量时是按照2h-3h室内消火栓灭火系统用水量加 上 1h 自动喷水灭火系统用水量来考虑。由于发生火灾时自动喷淋泵一旦开 启，需手动关闭。传统消火栓泵与自动喷淋

19、泵分开设置时，火灾发生1h后，人 工手动关闭自动喷淋泵。而合用消火栓泵与自动喷淋泵时，由于自动喷水灭火系 统的火灾延续时间比室内消火栓灭火系统火灾延续时间短lh-2h,如果不及时关 闭自动喷水灭火系统，就有可能造成消防水池内的室内消火栓用水量被自动喷水 灭火系统挪用的后果。但是，如果在自动喷水灭火系统报警阀组前加装一个电磁 阀，由消防控制中心远程控制该阀门，火灾发生1h后，在消防控制中心人工手 动关闭此阀门就可以及时切断自动喷水灭火系统水源，保证室内消火栓系统 2h-3h火灾延续时间的用水量不被挪用；(3) . 自动喷水灭火系统设计规范规定“自动喷水灭火系统喷头处工作 压力一般为lOOkPa,

20、最不利点允许降至50kPa”，而室内消火栓的工作压力一般 为200kPa，但由于自动喷水灭火系统管路一般较长，变径较多，系统沿程水损 和局部水损一般都比室内消火栓灭火系统大。工程实践证实相同工作高度的室内 消火栓的工作压力与自动喷淋配水管的工作压力相差不大。即使由于室内消火栓 灭火系统与自动喷水灭火系统设置地点不同，造成工作压力不同，也可以通过使 用减压孔板或减压阀等减压措施来调节压力不同的问题；(4) . 消火栓系统对水质要求不甚严格，系统水源如由市政给水管道供给， 无须特殊处理；自动喷水灭火系统由于喷头孔较小，容易堵塞，要求水质较好， 可通过在自动喷水灭火系统湿式报警阀组前加装过滤器提高自

21、动喷水灭火系统的用水水质；(5) . 为防止自动喷水灭火系统和室内消火栓用水相互影响，可将自动喷水灭 火系统管网和室内消火栓给水系统管网在自动喷水灭火系统报警阀组前(沿水流 方向)分开设置。只合用消防水泵和水池到消防管网的供水主管道，这部分管道 成为室内消火栓系统和自动喷水灭火系统公用区域，其流量应按室内消防用水量 和自动喷淋用水量之和确定。而合用管道之外的分支管网实现系统独立，即室内 消火栓环管与进水主管相连接处设止回阀，自动喷水灭火系统的湿式报警阀组前 设止回阀。这样既能避免出现室内消火栓系统因检修或漏水引起自动喷水灭火系 统发生误报警的情况，又保证了两个系统使用的灵活性和可靠性。(6)

22、.室内消火栓灭火系统和自动喷水灭火系统局部组合的优越性：1. 节约 资金 因合用消防水泵从而减少了水泵数量。例如：两个系统未合并前至少需 要4 台水泵。即消火栓泵2 台，一用一备；自动喷淋泵2 台，一用一备。而合用 消防泵后，只需要2台性能曲线平滑的多级消防泵，一用一备； 水泵数量的 减少相应减少了消防水泵电源控制柜的数量； 因合用消防水池到消防管网的 供水主管道，从而节省了管材；减少了设备安装的人工费用。2.节约面积， 因消防水泵，消防水泵电源控制柜，管道数量的减少，节约了相应所占用的面积 和空间。 3. 便于管理和维护，设备减少，减轻了管理和维护的工作量，为系统 管理带来了方便。5 总结综

23、上所述，自动喷水灭火系统比传统的消防系统更具有技术上的可行性、经 济上的实用性、功能上的有效性，理应成为我国建筑消防的主要设施。借鉴发达 国家先进的经验，还应制定出配套且符合国情的设计规范，逐步完善管理措施， 确定其主导地位，以便于在工程中不断推广和广泛应用，充分发挥自动喷水灭火 系统的功能。(1) 我们应冲破固有观念的束缚，确立起以自动喷水灭火系统为主的消防体 系，推广普及自动喷水灭火系统+消防卷盘灭火系统，强化早期主动灭火的理念， 适当增加建筑灭火器具，如手提式灭火器等。视建筑体积、功能，弱化室内消火 栓系统、火灾自动报警系统及建筑防火分区。(2) 消火栓灭火系统+火灾自动报警+建筑防火分

24、区+自动喷水灭火系统联合 灭火方式。尽管它比单设自动喷水灭火系统的控火保证率稍高。但由于该种组合 的投资与管理费用较高，投资效果较差。参考文献：【1】赵世明.我国建筑消防减灾的关键措施.给水排水，2000, 26(11)4953 【2】程远平，李增华消防工程学M 徐州：中国矿业大学出版社,2002【3】王增长，高羽飞，曾雪华等.建筑给水排水工程(第五版)M.北京：中国 建筑工业出版社， 2005 【4】张祥中，程宏伟.建筑设计防火规范关于住宅消防若干问题探讨J.给 水排水，2007.【5】王冬，王爱平.从大型体火灾危险性及防范对策J.消防技术与产品信息，2003【6】杨勇.消防水喷淋工程投资估算.消防技术与产品信息. 2001(4)2327