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1、我国自动喷水灭火系统设计规范之不足摘 要: 分析了我国进入W TO 后, 不容乐观的火灾发展趋势, 指出了我国现行自动喷水灭火系统设计规范存在诸多不足, 阐明了消防规范和消防管理体制离与国际接轨的路程还很长。列出了15 个问题, 采用与N FPA 规范和国外认证消防产品技术资料比照的方法, 来探讨国内规范的不足。 关键词: 特殊喷头; 大孔径喷头; 高温喷头; 排气阀; 无效消防系统;通透性吊顶; 集热板 0前言自动喷水灭火系统设计规范修订本(以下简称修订本) 2001 年4 月5日发布, 同年7 月1 日实施, 至今不到2 年。按我国规范的修订周期来说,修订本是很“新”的。由于修订过程正值我
2、国申请加入W TO 期间,漫长的申请过程, 每一个人都不知道何时能加入。修订本从讨论稿开始历经送审稿初稿、修订本送审稿、修订本报批稿, 再加上近2 年的审批, 经过了几年时间。由于老规范存在的诸多问题, 业内人士特别是设计人员对修订本抱有很高的期望, 但修订本发布后, 修订本的内容和深度与我国当时的经济建设形势已不相称。对比老规范和修订本, 除了“提到了”ESFR K200灭火型喷头, 我用了“提到了”的字眼, 是因为修订本有关ESFR 喷头的条文内容实在是太少了, 不足以指导ESFR 喷头的设计和安装。其它方面变化也不多, 特别是规范编制指导思想。我国的消防研究机构由于众所周知的原因, 没有
3、新的产品和试验成果来充实国内的规范。国外的规范一旦被接纳, 必定要符合中国国情或加以修改, 使之符合中国国情。对国外产品来说, 国外产品制造和系统功能是以认证标准为依据的, 任何超越认证标准的修改, 都是错误的。如果是针对国内产品, 国内产品和系统功能没有认证标准, 系统主要配套产品不完整, 因此有关系统设计的规定无法深入阐明,使得规范条文的可执行性很差。美国N FPA 规范的修订只是每年将制造厂新研制的经过认证并公布的产品、FM 和UL 等认证机构的认证标准、大量灭火试验结论和火灾的教训修订进规范而已, 做的是有米之炊。而国内的规范修订往往要做出无米之炊, 无论哪一位专家去编写规范都是很难的
4、。 我国进入W TO 后, 国内的经济发展速度加快, 大量的高层建筑和自动化立体仓库在全国不断涌现, 与此同时, 火灾危险性也伴随着经济的高速发展而高速发展。经济发展和火灾危险相伴相随, 不以人的意志为转移。修订本的内容和深度已远远不能适应当前我国经济发展的需要。没有一个高水平的消防规范, 就不可能指导出高可靠性的消防系统设计, 也出现不了高水平的安装和维护。从20 世纪80 年代中期, ESFR K14(公制流量系数200) 快速反应火灾抑制型喷头问世,FM 在世界各地仓库中大量推广开始,到90 年代, 用FM 的话说:“水基消防技术有了爆炸性的发展”K17-231、UL TRA K17、E
5、SFR K25、ESFR K17 (上喷和下喷)、EC-25 等等喷头相继问世, 用于扑灭日益危险的火灾。在消防理论上, 提出了无效消防系统概念;在用标准喷头扑灭严重火灾的系统中, 采用高温喷头和大口径喷头的理论并做了大量灭火试验。特别是细水雾消防技术的发展, 从替代气体保护易燃、可燃液体和固体危险物品, 发展到用细水雾保护LH (轻危) 和OH(中危) 场所, 特别是计算机房、通信机房、信息媒体存放库、高低压配电室、贵重物品存放场所(HVO-H ighV alue O ccupancy) 和历史性建筑物。从2002 年7 月1日起, 世界上所有新建船舶必须全部安装细水雾系统替代高压CO2 系
6、统(规范强制性要求)。FM 说:“客户要求用细水雾技术”。为此FM开始研制限制喷水量、性能优良灭火系统的规范, 选定细水雾作为灭火介质,制订了从2002 年1 月开始, 为期3 年的研究计划。对比国外的发展,国内消防领域抱残守缺的现状必须改变。一个真正与国际消防技术和管理体制接轨的新的消防规范和体制该诞生了。新规范不制订, 就可能在当前很多工程中指导出无效消防系统设计, 种下火灾隐患的种子, 但愿这不是事实。 考虑到国内消防现实情况, 希望以此拙文换来对规范的广泛关注和讨论, 错误和观点偏激之处望指正。 图1LH、OH-1、OH-2、EH-1、EH-2 场所系统作用面积-喷水强度曲线 1修订本
7、“术语和符号”中部分术语定义不确切 1.1标准喷头(修订本2. 1. 7 p3) “流量系数K= 80 的喷头。” (1) 标准喷头的定义沿用于老规范, 修订本没有重新进行定义。老规范在条文说明中解释, 因为规范中喷头水力计算参数表、高位水箱容积等等的确定都是以K= 80 喷头的参数为依据计算的, 所有危险等级场所都采用K80 喷头进行保护, 因此称作标准喷头。在当时的条件下, 就此一种喷头, 并不产生问题。而修订本的技术参照对象是N FPA 13, 在我国进入W TO 后, 随着外资的大量涌入, 外资工程大量出现, 在各地经济开发区、保税区FM 工程和以N FPA 要求的工程大量出现, 喷头
8、定义不确切, 在工程应用中产生了混淆。 (2) 流量系数K= 80 不能作为标准喷头的定义, K= 80 只是标准孔径喷头的定义条件。由于喷头有各种规格的流量系数, 为了比较, 将K= 80喷头的流量作为100% , 称为标准孔径喷头, 见表1。 (3)N FPA 13 中闭式喷头分为两大类: 标准喷头和特殊喷头, 在标准喷头中按照喷头的流量系数K、喷头安装方式等等派生出很多喷头。首先标准喷头是火灾控制型喷头(Control-Mode Sprinklers) , 可以是上喷型、下喷型、侧喷型、嵌入型、豪华隐蔽型等等喷头。根据喷头的设计用途和结构特点用在不同场所, 如标准上喷和下喷喷头可以用在所
9、有危险等级场所, 可以满足所有结构类型。侧喷喷头用在轻危和中危级场所, 平坦天花板下面。 (4) 标准喷头按其类型具有多种喷洒曲线: Conventional称作老式喷头或传统型喷头(Old-Style/ConventionalSprinklers) 的喷洒曲线, 喷头可以向上或向下安装, 上喷或下喷喷洒曲线相同。由于喷头喷洒不均匀N FPA 13 规定, 在新工程中不再使用。 Standard上喷喷头喷洒曲线。 Parabo lo id抛物面型(侧喷喷头喷洒曲线)。 Umbrella伞形曲线(下喷喷头喷洒曲线)。(5)N FPA 13 标准喷头的定义是最大保护面积符合5-6 和5-7 节要求
10、的喷头。 5-6. 2. 2 规定标准上喷或下喷喷头最大保护面积21 m2。 5-7. 2. 2 规定标准侧喷喷头最大保护面积18. 2m2 (196ft2)。 (6)UL 要求标准喷头的动作时间, 在达到喷头动作温度后, 喷头应在100 s 内动作。在LH (轻危) 场所要求使用快速响应喷头, 在达到喷头动作温度后, 喷头应在14 s 内动作。 (7) 标准喷头最重要的条件是: 喷头水力计算方法采用管径法(P ipeSchedu les) 和系统作用面积喷水强度法(A rea2Den sity Cu rves) ,设计曲线见图1。管径法只适用于1/2(DN 15) 口径喷头。 K= 80 喷
11、头只是国外大量喷头中的一种规格, 规范中把K= 80 喷头当做标准喷头的做法, 在设计人员中之所以造成概念混淆, 是因为当设计采用K 80 的喷头后, 规范中找不到相关要求, 譬如, 高位水箱和消防水箱容积如何确定等等无所遵循。尤其是, 修订本引入了ESFR K14 (流量系数K= 200) 后, ESFR 是火灾抑制型( 俗称灭火型) 喷头( Supp ression ModeSp rink lers) , 是特殊喷头, 特殊喷头和标准喷头在设计、安装方面都有不同的要求。特别是ESFR 喷头,FM 在ESFR 喷头安装导则( In stallation Ru les For Suppress
12、ionMode A u tom at ic Sp rink lers) 一开始就提到: 以前对标准喷头或大水滴喷头等控火喷头的知识、设计、安装经验和工程结论不一定适用于ESFR 系统。严格遵循ESFR 喷头的设计规范和安装导则, 解决好障碍物对喷头喷水的障碍和火灾时热气流对喷头动作的影响, 是ESFR 喷头能否早期成功灭火至关重要的条件。但规范中根本没有提到特殊喷头的概念, 当然也没有相关规范条款。我接触到的很多设计人员采用ESFR 喷头不会做设计, 有的人把ESFR 称作大水滴喷头, 有的人称作快速响应喷头, 有的人套用K= 80喷头的相关规范条文做设计, 当然设计完全错误。 1.2作用面积
13、(修订本2. 1. 6 p3) “一次火灾中系统按喷水强度保护的最大面积。” 消防系统设计、安装、维护是否成功的唯一判断标准是: 火灾发生时系统能否在火灾初始阶段可靠动作,并有效扑灭初期火灾。而喷头灭火时,喷头灭火的有效性和喷头的喷水强度直接有关, 喷水强度越大, 灭火效果越好, 扑灭火灾的喷头总动作数越少, 由此火灾损失、烟雾损失、水渍损失越小。在图1 的5 条曲线上N FPA 13 明确规定, 只取喷水强度值最大,作用面积最小的一个点。即曲线上其它点不必验算。(见N FPA 13 7-2. 3. 2 It shallnot be necessary to m eet all po in t
14、 s on the selected cu re)。注:mm/m in 是N FPA 13 喷水强度的单位, 由原来的喷水强度单位L/m inm2 换算而来, 用集水盘每分钟集水深度表示喷水强度更直观。1 L/min m2= 0. 001m3/minm2= 0.001m/min= 1 mm/min。 1.3边墙型扩展覆盖喷头(修订本2. 1. 10 p3) “流量系数K= 115 的边墙型快速响应喷头。” 我接到过外地设计人员的电话, 他在设计中选用了中央公司GB2HSW (GB2LO 17/3 2) 大口径大覆盖面快速反应水平侧墙式喷头, 该喷头的流量系数K=112. 5。当地消防部门说,
15、规范定义的边墙型扩展覆盖喷头K= 115,要他提供资料证明K= 112. 5 也是扩展覆盖型喷头。该设计人员来电话就是要求公司出证明的。 N FPA 13 扩展覆盖喷头分上喷、下喷和侧喷, 对扩展侧喷喷头的定义是: 喷头的最大保护面积符合529规定的喷头。 N FPA 13 5-9. 2. 1 扩展覆盖侧喷喷头的保护面积不应 开孔最小尺寸, 并且总开孔面积板材面积的70%。(注: 满足例外1开孔率规定的通透性吊顶, 在N FPA 13 条文说明A -1-4. 6 中定义为“非喷水障碍结构(Unobst ructed Construction. ) ” 在通透性吊顶上面的屋面板喷头安装间距应满足
16、表4 和表5 要求: 例外2. 其它类型吊顶不允许安装在喷头下面。 6新设计系统中不采用普通型喷头(6.1. 3 p 13)修订本中普通型喷头在N FPA 13 中称作传统型喷头(Conventional Sprink lers) 又称老式喷头(Old2Style Sprinklers)。 N FPA 13 1996 版1999 版均有规定, 在新工程设计中不再使用传统型喷头。 5-13.15 Old-Style Sp rink lers. Old-style sprinklers shall not used in a new in stallation. 修订本在条文说明6. 1. 3“.
17、本规范不推举在吊顶下使用普通型喷头, 原因是在吊顶下安装此种喷头时, 洒水严重受阻, 喷水强度下降约40%, 严重削弱系统的灭火能力。”但是规范条文6. 1. 3 中没有正面提出禁用普通型喷头的要求。我和不少设计人员接触中,很多人似乎不知道有这样的规定, 新工程中选用普通型喷头者大有人在。 7闷顶和技术夹层中喷头的选用(7. 1.8 p 17)修订本7. 1. 8 中规定在“净空高度大于800 mm的闷顶和技术夹层内有可燃物时, 应设置喷头。”条文本身内容不讨论, 只讨论喷头的选用。中央公司做过可燃隐蔽空间的灭火对比试验, 传统保护方式是采用1/2上喷喷头保护隐蔽空间, 火灾试验证明是无效的,
18、 不能扑灭隐蔽空间火灾。图2 可以看到: 标准喷头喷洒曲线是伞形向下的, 当喷头间距如图2 为4+ 6+ 4=14(4. 3 m ) 时, 在离喷头溅水盘4(1. 2 m ) 平面以上,两个喷头之间的部分空间是干的, 标准喷头不能喷湿隐蔽空间内所有空间。中央公司研制特殊喷洒曲线的CC 型喷头, 即可燃隐蔽空间喷头(Combustible Concealed Sprinkler) , 专门用于可燃隐蔽空间的保护, 喷头喷洒曲线是平的, 水能喷到隐蔽空间所有角落, 因此能有效灭火, 见图3。问题是国内消防领域主动与国际接轨的愿望不强, 我们正在实施的消防产品认证制度, 很多方面有待完善, 不管我们
19、本意如何, 有一个现实问题我们不能不思考: 现行认证制度最直接的负面效应, 是将国外很多新产品和新技术关在了国门外。再加上国内消防领域侵犯国外产品知识产权的行为得不到抑制, 使得国外公司不愿意将太多种类产品, 尤其是新产品投放中国市场。 8采用货架内喷头的保护方法(5. 0. 7p 11)高货架采用货架内喷头的保护方式沿用已久, 设计、施工、维护困难。在对付仓库火灾的一些仓库型喷头, 如ELO -231、K17-231、UL TRA K17ESFR K14、ESFR K17 (上喷和下喷)、ESFR K25、EC25 问世后,货架内喷头的保护方法, 非不得已, 很少采用了。采用ESFR 喷头灭
20、火有效高度目前只能达到13.7 m , 对仓库结构也有特殊要求。也就是说, 为了使用ESFR喷头有效保护高货架仓库, 必须对仓库的高度和建筑物的结构严格审查把关。但国内消防审查中似乎并不审查仓库建筑物高度、结构和目前有效消防能力之间的关系。有多个仓库工程消防设计遇到困难, 找我咨询, 建筑物高度超过22 m , 自动化立体货架高度20m , 有的存放药品, 有的存放原料纸张和成品纸张, 有的存放家电产品或电子产品部件。业主方要求不做消防保护, 理由是以前造的同样规模的仓库就不需要保护。但新工程消防审查要求必须有保护。我建议改成双层仓库, 高度控制到13. 7 m 以下。采用ESFR 喷头, 但
21、消防审查部门对仓库建筑高度和结构不提反对意见, 当然业主就不会改变仓库结构。但这样高度的自动化立体仓库, 采用货架内喷头保护方式消防效果不好, 设计、安装、维护都很困难。更困难的是设计怎么做? N FPA 13 货架内喷头的规范条文我粗略统计了一下, 涉及范围从p 88 到p 120。不同的货物, 不同的货架高度, 不同的货架排列方式, 选用的喷头类型不同, 喷头额定动作温度不同, 喷头流量系数要求不同, 喷水强度不同, 喷头布置方式不同, 水力计算要求也不同, 除了安装货架内喷头, 还要求安装立面喷头(FaceSp rink lers) , 即安装在货架外面向货架立面喷水的喷头, 非常繁复。
22、设计难度大, 安装困难, 因此较难保证系统的灭火效果。 修订本提到货架内喷头的条文只有: 5. 0. 7、7. 1.6、7. 1. 7 三条。如果我没有记错的话, 在一次规范修订本的报告会上, 提到过不建议采用货架内喷头保护方案, 修订本中有关货架内喷头的条文只是ESFR K200喷头的辅助条文。ESFR K200 喷头最大保护高度为12. 2 m , 当保护高度为13. 7 m 时, 必须增加一层货架内喷头。如果不是这样, 很难设想, 设计人员依靠这三条能设计出有效的高货架自动化仓库消防系统。 9喷头集热板的使用(7. 1. 7p 17)从国内老规范开始, 在不能保证喷头溅水盘离屋面板的距离
23、符合规范和产品要求时, 就在喷头上增加一块面积不小于1200 mm2 的集热板, 喷头就可以在任何高度安装。在老的工程以及目前完成或在建的新工程中, 是常见的工程做法。工程中喷头安装要避开障碍物, 设计和安装有时确实不易, 增加集热板的做法, 使设计人员和施工人员的工作大大简化。集热板的做法源自日本消防规范, 这块板日本消防规范上的名称, 就是中文“集热板”三个字。有人说N FPA 规范中没有集热板的提法, 实际上N FPA 中也有关于集热板的规定, 美国规范N FPA 15条文说明A 2325. 2. 3 中就有类似名称和做法。当热探测器安装在室外或探测器上面没有天花板集热的情况下, 美国人
24、也使用过集热板, 英文名称是“HeatCo llecto rs”, 安装在热探测器或用在当作热探测器使用的湿式传动或干式传动喷头(P ilot Sp rink lers) 上面, 用来集热使探测器或喷头热敏元件动作。但是集热板的集热效果看来也是有争议的,N FPA 15 首先表示:如果仅仅为了起集热作用, 不建议采用(看来集热板作用勉强)。进而表示如果集热板面积1818(0. 46m 0. 46m ) , 用来集热有点效果。下面一句话是关键:较小的集热板会引起“死”的气流空间, 反而会降低探测器的动作灵敏度。 不知道我对原文有没有理解错, 请各位看原文。 (N FPA 15 A 2325. 2. 3 W here detecto rs are locatedoutdoors or without a ceiling over them to trap the heat,their spacing shou ld be reduced if p romp t detection isto be ach ieved. In general,therm al detecto rs are to belocated w ith in the ho t aircu rren t s creat