出自：《 上海消防》，總第 285 期， 2002 年第 10 期，
發(fā)表時間：2002-10

周雪松 高乃云 黃怡
(同濟大學 污染控制與資源化研究國家重點實驗室，上海200092)

摘要 ：噴頭布置是自動噴水滅火系統(tǒng)設計的一個重要環(huán)節(jié)。針對目前在小空間噴頭布置中常用的計算算法，本文提出了不同意見，并特別強調(diào)了點噴水強度在設計保護平面面積中的作用。

關鍵詞 ：保護面積、平均噴水強度、點噴水強度、保護半徑、充實半徑、時間響應指數(shù)（ RTI ）

1. 簡介

　　噴頭布置是自動噴水滅火系統(tǒng)設計至關重要的一個環(huán)節(jié)。噴頭布置是否合理，不僅影響著系統(tǒng)的建設成本，還決定了系統(tǒng)能否及時有效地撲滅火災，最大程度地減少火災和浸漬損失。早期的噴頭，人們僅重視開啟和噴出的水量，并不考慮灑水分布，在長期的實際使用和研究中，發(fā)現(xiàn)自動噴水的噴頭的滅火效果不僅僅與噴頭的灑水量有關，而且與噴頭噴出水的均勻程度有關，即平均噴水強度有關，目前建筑行業(yè)普遍使用的“標準型”噴頭就是在此基礎上問世的，已有足足半個世紀的歷程。本文認為，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，當今僅考慮上述這些方面已經(jīng)不夠，應該增加各危險等級下噴頭的最遲響應時間和最小點噴水強度的限制。

2. 常用計算法

　　在實際工程中，由于功能上的需要，各個建筑層面總是被分隔成許多各種各樣的小房間 , 諸如圖 1 所示的小房間。這些分隔小間的 面積一般比較小，噴頭數(shù)量也少，但噴頭布置卻頗為麻煩，主要表現(xiàn)在：各個小房間不能從面積和尺寸直接套用《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》 第 7.1.2 條 得出噴頭布置 [1] ，需要計算后確定。如圖 1 中房間的面積只有 12.33 ㎡，小于中危險 級Ⅰ 級的單個噴頭保護面積 12.5 ㎡。但若僅在房間中間布置一只噴頭，那么噴頭與墻邊的距離分別約為 2.15m 和 1.6m 。顯然，需要布置幾只噴頭，只有計算后才能確定。 為方便計算，本文假定所討論的設計平面為中危險級Ⅰ 級，保護面積內(nèi)所需平均噴水強度 I 為 6.0 L /min.m 2 ； 噴頭采用標準閉式噴頭，流量系數(shù) K=80 。

　　 2001年7月1日開始施行的《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范（ GB 50084-2001）》，在第 7.1.2 條中 [1] ，明確提出噴頭應根據(jù)系統(tǒng)的噴水強度、噴頭的流量系數(shù)和工作壓力來確定布置噴頭。規(guī)范在 5.0.2 條的條文說明中，提出了走道僅布置單排噴頭的計算法。按照該算法，對于小空間的噴頭布置，通常的做法是通過水力計算，確定噴頭的工作壓力，再根據(jù)規(guī)范 9.1.1 條中噴頭流量公式 q=k(10P)^0.5 計算噴頭流量。由此流量得到噴頭保護面積對應的保護半徑，最后根據(jù)保護半徑外是否留下漏噴空白點確定采用噴頭數(shù)。假定噴頭處工作壓力 p 是 0.1 MPa ，具體計算步驟如下：
　　噴頭流量 q ＝ k(10P)^0.5 ＝ 80(10×0.1)0.5＝ 80 L /min; （ 1 ）
　　保護面積 S=q/I ＝ 80/6 ＝ 13.33 ㎡ （ 2 ）
　　保護半徑 r ＝ 2 m
　　以 r ＝ 2 m 作圓，從圖 1 中可以看出，房間內(nèi)還存在相當面積的漏噴空白點，所以在 0.1MPa 時一只噴頭不能滿足要求，需要布置兩只噴頭。若只布置一只噴頭，由圖 1 可見，則需要：
　　保護半徑 R= 2.69 m
　　保護面積 S=22.72 ㎡
　　噴頭流量 q= 136.33 L /min
　　工作壓力 P=0.29 MPa
　　結(jié)論是噴頭工作壓力不小于 0.29 MPa 。
　　僅從計算過程本身來看，并沒有什么問題；但若根據(jù)它來布置噴頭，卻有點不夠全面了。

3. 常用算法的遺漏點

　　我們知道，自動噴水滅火系統(tǒng)要具有足夠的可靠性，首先噴頭應該能夠及時有效地動作，然后在一定的噴水強度下持續(xù)噴水直至撲滅火災。滅火是一個很復雜的物理和化學過程，絕非單靠一個 6.0L /min.m 2 的平均噴水強度就可以的。
3.1 點噴水強度
　　關于噴水強度的要求，規(guī)范只提及保護面積內(nèi)平均噴水強度。但是，噴頭滅火時，起作用的應該是著火處的點噴水強度，而不是平均噴水強度。即使平均噴水強度滿足要求，如果噴水不均勻，點噴水強度不夠，同樣也不能有效撲滅火災。規(guī)范在計算時，為方便起見，假定標準噴頭在噴水平面上是連續(xù)均勻噴灑的。但實際上，在噴水范圍內(nèi)，如果沒有空氣流的影響，點噴水強度是一個連續(xù)函數(shù)，隨著到噴頭距離的增大而減小。上面的計算過程僅僅考慮了平均噴水強度，而忽略了點噴水強度的作用，這至少是不全面的。盡管噴頭工作壓力增大時，點噴水強度也會增加，但若噴頭距離著火點太遠，還是會出現(xiàn)點噴水強度不夠的問題。
3.2 實際噴水半徑與保護半徑
　　前面計算保護半徑時，假定所有噴水集中在以保護半徑所作的圓內(nèi)。然而，實際噴水半徑并不等于保護半徑，前者遠大于后者。這說明在工作壓力 0.29Mpa 時，保護半徑 R= 2.69m 的圓內(nèi)總噴水量小于 136.33 L/min ，因此保護面積內(nèi)平均噴水強度是小于 6.0L /min.m 2 的。由于點噴水強度是一個連續(xù)函數(shù)，因此存在某一個以噴頭為中心的圓內(nèi)平均噴水強度是 6.0L /min.m 2 ，如果將該圓所對應的半徑稱作充實半徑 Rs ，很明顯， Rs 是小于 2.69m 的。
　　其實，將實際噴水半徑與保護半徑的概念等同起來的做法，在規(guī)范條文說明 5..0.2 條中同樣存在。按條文說明中那樣計算走道噴頭間距，至少是不全面的。
3.3 噴頭響應時間的要求
　　閉式噴頭的熱敏性指標是由響應時間指數(shù) RTI（response time index ）來度量的。 RTI 既獨立于空氣溫度，又獨立于空氣流速， RTI 值越小，噴頭啟動越快。標準噴頭的 RTI 范圍是 124 － 386 s 1/2 /m 1/2 。火災初期，熱煙羽流上升至頂棚后，在其約束下形成沿頂棚表面輻射狀平行流動的頂棚射流。當頂棚射流受到墻壁的阻擋后，沿墻壁向下流動不長的距離后又上升，重新上升的熱煙氣先在墻壁附近積聚起來，到達一定厚度時慢慢向室內(nèi)中部擴展，不久在頂棚下方形成逐漸增厚的熱煙氣層，頂棚溫度越來越高。如果火災發(fā)生在小房間角落，噴頭距離著火點越遠，在噴頭處形成厚熱煙氣層的時間越長，噴頭感溫元件的溫升速率越小，噴頭動作時間也越長。時間越長，所需要的噴水強度越大?；馂某跗?，較小的噴水強度就能撲滅火災；而在火災轟燃階段或充分燃燒階段，所需要的噴水強度就會大于 6.0L /min.m 2 。因此，在小空間內(nèi)只布置一只噴頭時，必須要保證噴頭在火災初期增長階段動作。對于 RTI 值確定的噴頭，在確定的環(huán)境下，噴頭與著火點的最大距離是隨壓力的增函數(shù)。但是，不管噴頭工作壓力有多大，噴頭距離著火點和墻壁的最大距離是個確定量，不隨壓力增加而無限制增加。不僅如此，該距離還與噴頭安裝高度和房間開口有關。
　　所以，不能僅僅根據(jù)壓力，計算出平均噴水強度不小于 6.0L /min.m 2 就可以無限制地放大噴頭間距。忽略噴頭響應時間的要求，就無法保證自動噴水系統(tǒng)的有效性。

4. 結(jié)論

　?、?在進行水力學計算的同時，要考慮燃燒學、傳熱學等方面的因素。
　?、?設計平面不僅要滿足平均噴水強度，也要滿足點噴水強度的要求。
　　③ 充分利用噴頭工作壓力增大噴頭與噴頭之間、噴頭與墻之間的距離，減少噴頭數(shù)量，降低工程造價，但不能因此就隨意增大噴頭間距而忽視噴頭響應時間的要求。
　　為了便于設計人員進行自動噴水系統(tǒng)設計，規(guī)范應該明確各危險等級下噴頭的最遲響應時間和最小點噴水強度，而不是僅僅給出平均噴水強度。

參考文獻

1 自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范（ GB 50084-2001 ）及條文說明，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、中華人民共和國建設部聯(lián)合發(fā)布，2001年4月5日 ， 2001年7月1日 實施。
2. 霍然、胡源和李元洲，《建筑火災安全工程導論》，中國科學技術(shù)大學出版社，
3. 張松淘，《工程燃燒學》，上海交通大學出版社