10楼
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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 FP
A 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
。
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、U
L TRA K17、ESFR 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20
02 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C
O2 系统(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1 LH、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“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 T
O 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/Conventional
Sprinklers) 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
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1
00 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 ipe
Schedu 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 Mode
Sp 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 stallat
ion Ru les For SuppressionMode 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(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 necess
ary to m eet all po in t 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 in
m2 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/min•m2= 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 (G
B2LO 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, 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< 公告(Liste
d) 中规定的数值, 从0. 61 m 增加到8. 5 m。
N FPA 13 5-9. 2. 2 任何情况下扩展覆盖侧喷喷头的保护面积≤37.
2 m2。
注意: 定义中没有提到流量系数K, 也没有提到喷头热元件的类型。表
2 是美国tyco 集团中央公司的扩展覆盖侧喷喷头资料, 流量系数K= 80 或
115, 热元件类型有标准反应和快速反应。
1.4 快速响应早期抑制喷头ESFR (修订本2. 1. 11p3)
“响应时间指数RT I≤28±8 (m •s)0.5, 用于保护高堆垛与高货架
仓库的大流量特种喷水喷头。”
把ESFR 喷头当作仓库型喷头是对的, 因为ESFR 喷头的研制是为了应
对这样一种消防局面: 自动化立体仓库大量涌现, 仓库主必须及时满足货
主对改变仓库内货架储存空间的要求, 货架结构经常会改变。原来货架内
多层喷头的保护方式无法满足要求; 自动化立体货架高度增加后, 货架内
喷头保护方法的设计、安装也越来越困难。特别是随着塑料制品和塑料包
装材料的大量使用, 仓库火灾的危险性越来越大, 用传统喷头设计的水喷
淋灭火方法, 在很多情况下已经变成无效灭火系统, 需要有一种更有效的
产品来对付越来越严重的火灾危险。80 年代中期ESFR (EarlySupp ressio
n Fast2Respon se) 灭火理论诞生了, 国外把ESFR 技术的出现, 看作是自
动水喷淋技术发展的里程碑, 喷头的制造理论从控制火灾发展到直接抑制
并扑灭火灾。ESFR K14 (公制K= 200) 在上世纪80 年代通过大量成功的灭
火试验后, FM 作为保险公司, 在世界各地仓库中大力推广使用, 大量灭火
试验证明, 尽管喷头流量系数较大, 由于在火灾初期快速反应, 能有效扑
灭仓库严重火灾, 有效保护货架和建筑物钢结构。所以结论是: 火灾损失
最小, 烟雾损失最小, 水渍损失最小。发生在用ESFR 喷头保护的仓库中的
几次火灾, 灭火都是成功的。N FPA 13 也允许在OH 场所使用, 特别是同
一空间内有仓库区或严重危险区, 又有中危级场所的情况下, FM 推荐全部
使用ESFR 喷头。N FPA 137-9. 5. 1 ESFR 喷头允许保护OH (中危级) 场
所、é 至ì 级商品、塑料商品仓库、混合存储仓库和7-5, 7-6, 7-8节中指
定的其它仓库或者其它N FPA 规范中规定的场所。
(7-9. 5. 1 ESFR sp ri
nk lers shall be
perm it ted top ro tect o rdinary hazard, sto rage of
Class throughClass ì commodit ies, plastic commodities,
miscellan2eous storage, and o ther storageas specified
inSection s 7-5, 7-6, 7-8 o r by other N FPA standard. )
从条文中可以明显看到, 在N FPA 规范中规定使用ESFR 喷头的场所大
大超过我国规范的规定。由于ESFR 喷头优异的灭火性能, 用FM 的话说,
随着新的ESFR 灭火试验的不断进行, 在新世纪里, ESFR 喷头的应用领域
正在不断拓宽。仅我从美国tyco 集团R&D Cen ter (研究与发展) 中心得
到的资料, ESFR喷头的应用范围不断扩展, 已扩展到烟雾剂仓库、汽车塑
料仪表盘存放库(美国福特汽车厂要求进行的灭火试验)、最低温度可达- 2
9℃自动化立体货架冷库中使用新型冷冻液的ESFR K25 湿式系统、总容量
达到8000 加仑, 用金属容器包装的航空燃料货架存放仓库的保护(ESFR K2
5) 等等新的应用领域。FM 的ESFR 安装导则也不断修改。显然我国规范对
ESFR 喷头的定义偏于狭隘, 不利于指导设计和推广使用。
ESFR 喷头优异的灭火性能, 一是源自于喷头设计。喷头反应速度是目
前喷头中最快的, 大流量、大水滴、高速率的喷水可以穿透火焰, 直接到
达燃烧物表面灭火。二是ESFR 喷头灭火系统的设计参数来自“fu ll scal
l”或“large scale”实物规模的灭火试验, 即喷头灭火可靠性是用火烧
出来的。喷头成功灭火试验的水力参数才能作为ESFR 喷头灭火系统的设计
参数。其缺点是还没有被火烧试验过的领域,ESFR 喷头就不能称作火灾抑
制型喷头, 譬如屋面板高度13. 7 m 是ESFR K25 目前做过的成功灭火试验
的最大高度。超过13. 7 m 后ESFR 喷头作为灭火型喷头的设计参数目前还
无法提供。因此在可能的情况下, 应该将仓库高度控制在13. 7 m 以下,使
用ESFR K25 喷头, 使仓库得到最有效的消防保护。目前国内有的厂家仿制
国外ESFR K14 产品,喷头没有检测, 更没有认证, 当然谈不上灭火试验,套
用N FPA 规范的设计参数, 将这样的喷头用在高火灾危险场所, 对业主和
制造厂家都是在玩火。
2 轻危险级的划分和快速响应喷头
当前火灾高危险性的发展原因, 其一是火灾中燃烧物的发热量越来越
大, 一次火灾造成的财产和建筑物的损毁巨大; 为了灭火使用大量的水,
灭火也造成严重的水渍损失。我最近从美国tyco 集团R&D Cen ter的资料
中看到一个火灾案例, 谈到某国位于莱因河边一家工厂的火灾, 灭火以后,
对莱因河造成了污染, 治理火灾对莱因河污染的费用几乎和火灾损失相当
。其二是产品中塑料部件和塑料包装材料的大量使用, 塑料等化工合成材
料燃烧时释放的有毒气体造成人员的大量伤亡。现在火灾中被烧死的人不
多, 主要是被烟雾毒死、逃生措施不当造成的伤亡。美国吸取了几次造成
人员严重伤亡的火灾教训, 将人员密集的场所全部定义为轻危险级(LH) ,
规定在LH 场所必须采用快速响应喷头。理由是火灾时灭火主要靠自动喷水
灭火系统,火场中的人员必须及早离开事故现场, 快速响应喷头能在火灾发
生初期快速反应灭火, 并实现早期火灾自动报警, 使消防队能及早接警,
早期快速到达火场; 初期火灾不至于产生大量有毒烟雾, 有利于人员及早
撤离火场, 消防队到达现场后能尽早将力量投入扑灭初期火灾, 而不必将
力量放在疏散和拯救人员上, 错失扑灭初期火灾的时机; 火灾初期快速动
作的消防系统能有效抑制火灾的蔓延。这也是目前世界各国共识的消防理
论, 反映在各国的消防规范上。除N FPA 13 有较多的内容谈到快速反应喷
头的设计方法外, 我手头一本N FPA 101 L ife Safety Code 生命安全规
范) 2000版, 387 页厚, 可以看出国外对生命安全保护的研究是多么深入
。
2.1 修订本轻危险级(LH) 的划分
(1) 修订本LH 级的定义来自老规范, 由于当时环境的限制: 不重视自
动喷水灭火技术, 也无法和国际沟通, 处在闭国的状态下, 国内消防产品
水平低下, 资金和研发人员短缺。我们没有快速反应产品的制造理念和制
造技术。老规范条文说明中将LH 灭火困难的场所升级到中危险级(OH21) ,
认为将喷水强度提高一级, 就可以提高消防系统的安全性, 减少人员伤亡
, 这在当时可能是我们能采取的唯一技术措施。
(2) 问题是修订稿中仍然没有变化, 不仅LH 定义划分没有变化, 整篇
规范没有一条关于生命安全的强制性条款。修订本中提到人员的条款有下
面几条:
A. 4. 1. 1“自动喷水灭火系统应在人员密集、不易疏散、外部增援
灭火与救生较困难的性质重要或火灾危险性较大的场所中设置。”这一条
表达了两层意思: 首先, 限定了要安装自动喷水灭火系统的场所, 跟N FPA
中几乎所有场所要安装自动喷水灭火系统相差甚远; 然后指出“人员密集
、...场所”只要安装自动喷水灭火系统就可以了, 并没有提出保障生命安
全的特殊要求。
B. 6. 1. 6“下列场所宜采用快速响应喷头”条款中没有使用“应采
用”的强制性要求, 而选用了“宜采用”。6. 1. 6 条文说明中对采用快
速响应喷头的原因和重要性说的很清楚, 但是仅“推举采用”。
C. 至今大量新的工程中, 人员密集场所, 除上海、北京为数不多的一
些设计院接受国外的观点, 开始在相关场所采用快速反应喷头外, 其它地
方, 绝大多数设计部门, 在当前规范的许可下或当地消防审查部门的默认
下采用标准反应喷头。
D. 表3 是修订本和N FPA 13 LH 和OH-1 定义的对比。
3 关于湿式系统串接干式系统, 预作用系统, 雨淋系统(修订本4. 2.
8 p 8)
N FPA 13 在4-1. 3 辅助系统条款中提到: 允许湿式系统为作为辅助
系统的干式系统, 预作用系统, 雨淋系统供水。
N FPA 13 (421W et P ipe System s.421. 3 A ux iliary
System s. A w et p ipe systemshall be perm it ted to supply
an aux iliary drypipe,preaction,ordelugesystem ,provided
the watersupp ly is adequate. )
允许供水的条件是干式系统或预作用系统或雨淋系统是湿式系统的辅
助系统。我理解这是在湿式系统的保护区域内有局部场所, 譬如小的冷库
或局部场所对防误喷有要求, 需要用其它类型系统保护时, 可以从湿式系
统中供水。显然, 这是一种特例。在N FPA 13 条文说明附录A 中都没有解
释它。
修订本“4. 2. 8 建筑物中保护局部场所的干式系统、预作用系统、
雨淋系统、自动喷水2泡沫联用系统,可串联接入同一建筑物内的湿式系统,
并应与其配水干管连接。”条款中没有强调“辅助系统”, 应用范围也扩
大到“自动喷水2泡沫联用系统”, 这容易被设计人员当作通例而扩大使用
。湿式报警阀需要定期维护, 经常有用户反映, 在供水侧稳压泵启动时,
湿式系统中消防警铃和水流指示器误报警。如果不是阀瓣密封损坏或阀座
损伤, 一般故障原因很简单: 阀瓣与阀座密封水线之间有杂质, 使湿式报
警阀失去了止回作用。解决故障的办法就是停用系统, 打开湿式报警阀,
检查、清洁阀腔。国内消防工程的施工质量, 业内人员想必是清楚的, 系
统管网冲洗不彻底, 管道材质不佳造成锈蚀, 焊接和气割残留的焊渣, 使
湿式报警阀停用维护的次数比要求的维护周期短得多。
N FPA 25 对消防系统的检查维护有明确、严格的规定, 例如从系统退
出运行到恢复运行有时间限制, 根据系统重要性, 要求在1 至2 小时恢复
运行。在系统退出运行期间, 要通知消防部门, 并有相应消防替代措施到
位。而修订本对系统维护时间没有规定, 很多系统设计也不具备快速维护
的条件, 一旦湿式报警阀维护, 就会使串接系统停用。如果串接雨淋系统
、水2泡沫联用系统, 这些系统的危险等级比较高, 火灾危险性较大,采用
串接系统节省的供水管道投资是以牺牲安全为代价的。按目前国内消防系
统的设计、安装、维护运行现状而言, 推广串接系统, 从消防安全的角度
来说, 应慎重。
4 水流报警装置和水流指示器(2. 1. 4,4. 2. 9, 6. 4. 1 p 2, 8,
15)
4.1 浆片式水流指示器对水流速度有限制浆片式水流指示器由于产品
结构的原因, 对水流速度有限制, 过高速度水流冲击, 会损坏水流指示器
的报警灵敏度, 甚至损坏水流指示器。(注意: 水流指示器是自动水流检测
仪器, 有使用条件限制) , 制造厂(如美国PO TTER 公司) 在水流指示器产
品资料中写得很清楚, 最大允许水流速度= 18 英尺/秒(5. 5 m/s)(M ax i
m um Su rge= 18 FPS)。
4.2 限定只在湿式系统中使用制造厂在产品使用说明中提到只在湿式
系统中使用.(GEN ERAL IN FORMA T ION 2The modelV SR2F is avane typ
e waterflow switch for use on wet sprinkler system. )
NFPA 13 中也明确指出了这一点,3210.2.4Paddle2type waterflow al
arm ndicato rs shall bein stalled in wet
systems only. (Paddle2type 和V ane2type 指的是同一种类型的产品即
浆片式)。
4.3 修订本条文和条文说明矛盾
老规范条文说明很清楚, 也指出只能在湿式系统中使用, 但是规范条
文和条文说明是各写各的, 产生了混淆, 修订稿没有纠正错误。规范条文
和条文说明有好几处也是矛盾的。
修订本2. 1. 4 条“水幕系统2由开式洒水喷头或水幕喷头、雨淋报警
阀组或感温雨淋阀, 以及水流报警装置(水流指示器或压力开关) 等组成,
用于挡烟阻火和冷却分隔物的喷水系统。”
条文中“水流指示器和压力开关”应该是“水流报警装置”或者直接
写成“压力开关”。在条文说明p 62 图4“电动启动雨淋系统示意图”中
水流探测用的是压力开关。
修订本4. 2. 9. 1 条“自动喷水灭火系统应有下列组件、配件和设施
: ”
“1. 应设有洒水喷头、水流指示器、报警阀组、压力开关等组件和末
端试水装置, 以及管道、供水设施; ”
条文中“水流指示器...”应该是水流报警装置,水流报警装置可以是
水流指示器或水流压力开关, 根据系统类型选用。
修订本6. 4. 1 条“雨淋系统和防火分隔水幕, 其水流报警装置宜采
用压力开关。”条文中“宜”应该是“应”。
修订本条文说明图2 干式系统和图3 预作用系统水流探测画的是水流
指示器, 应该是水流压力开关。
令人不解的是, 修订本条文说明6. 4. 1“新增条文. 雨淋系统和水幕
系统采用开式喷头, 平时报警阀出口后的管道内没有水, 系统启动后的管
道充水阶段, 管内水的流速较快, 容易损伤水流指示器, 因此采用压力开
关较好。”已经说的很清楚, 但图、规范条文使人很混淆。
即使在湿式系统中, 湿式系统初始和以后的系统复位操作中, 有一条
重要操作说明: 在向系统管道充水时, 供水控制阀必须慢慢开启, 使系统
管道慢慢充水,防止水流冲击水流指示器。
设计人员在水流报警装置的选用上思维混乱, 这和规范不无关系。
5 通透性吊顶和喷头安装(5. 0. 3 p 10)
5.1 修订本提到通透性吊顶的条文是:
5. 0. 3“装设网格、栅板类通透性吊顶的场所, 系统的喷水强度应按
本规范表5. 0. 1 规定值的1. 3 倍确定。”
7. 1. 10“装设通透性吊顶的场所, 喷头应布置在顶板下。”
5.2 通透性吊顶目前应用很广泛, 如何设计和安装喷头是普遍存在的
问题, 国内规范有两个问题没有明确:
(1) 通透性吊顶结构的定义;
(2) 喷头在吊顶内的安装要求。
通透性吊顶结构的定义是什么?定义不明确, 对建筑设计没有规范约束
力。吊顶通透率不够, 成为喷水障碍物, 增加30% 水量也不行。
N FPA 13 对吊顶结构的通透性是有明确定义的,规范中称作开放性隔
栅式天花板(Open-GridCeilings) 以下改称通透性吊顶。
N FPA 13 5-13. 133 通透性吊顶下面不应安装喷头。
例外1. 通透性吊顶最小开孔孔径应≥6. 4 mm ,吊顶板材厚度或深度
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 Sp
rink 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 no
t used in a new in stallation.
修订本在条文说明6. 1. 3“...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, 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(Combust
ible 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 K17
ESFR 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。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1
3. 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 ilo
t 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≥1
8″×18″(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 located
outdoors or without a ceiling over them to trap the heat,
their spacing shou ld be reduced if p romp t detection is
to be ach ieved. In general,therm al detecto rs are to be
located w ith in the ho t aircu rren t s created by the
fire if they are to operate. A 502percen t reduct ion in
the spacing between detecto rsis requ ired in the absence
of test data on a part icu lardetecto r and f ire size.
Some gu idance m igh t beavailab le f rom the manufacturer.
The sen sit ivity of o ther detecto rs. (e. g. , f lamm
able gas detecto rs) can also be adversely affected by wind
or the lack of w alls of ceilings surounding the hazard.
Hea t collectors loca ted above the p ilot sp inklers
or othe therma l detectors for the sole purpose of trapping
heat are not recommended, they are con s idered botected
canop ies (see 3-5. 1. 2). They can prov ide some benef it
if they are of suff ic ien t s ize (18 in. ×18 in. , or
larger) to trap hea t.
Smaller collectors can reduce sen s itiv ity by causing
a“dead”a ir space.How ever, sh ields o r canop iesneeded
toprotect the detecto r f rom the w eather should not
beelim inated becau se of concern s they m igh t reduce
detectorsen sit ivity. )
我国规范推荐的集热板尺寸≥0. 12 m2 (35 cm ×35 cm ) , 不知是
否属于安装了集热板反而会降低喷头动作灵敏度这种情况。在N FPA 13 和
其它N FPA 规范中我没有找到有关集热板的提法。应该感谢FM 同行,是他
们首先对我国规范中集热板的规定提出异议的,国内同行也有不同观点, 反
映在现行规范中, 规范条文和条文说明是模棱两可的。修订本“7. 1. 7
货架内喷头上方的货架层板, 应为封闭层板。货架内喷头上方如有孔洞、
缝隙应在喷头的上方设置集热挡水板。集热挡水板应为正方形或圆形金属
板, 其平面面积不宜小于0.12 m2, 周围弯边的下沿, 宜与喷头的溅水盘平
齐。”条文说明了两点: 第一点指出货架内喷头在特定条件下(喷头上方货
架有孔洞或缝隙) 才需要使用集热板,第二点指出集热板的使用只限于货架
内喷头。而目前工程中是普遍采用。我记得在修订本介绍会议上也是否定
集热板对喷头的集热作用的, 但规范条文中却用了“集热挡水板”的名称
。国外产品中这块板叫做挡水板(W ater Sh ield) , 有几种规格, 直径大
约90 mm 至130mm。只用于保护喷头热敏元件不被上层喷头的水喷湿。在货
架内喷头安装上,N FPA 13 明确规定货架喷头安装位置上面必须有密实搁
板, 这块密实搁板是为喷头集热保障喷头可靠动作的。W ater Sh ield 是
与货架型喷头(Rock Sp rink lers ) 又称中间层喷头( In term ediate L
evel Sprink lers) 配套供应的, 是经认证的喷头标准部件, 见图4。
国外每种喷头的溅水盘与屋面板的允许距离都是认证标准有严格规定,
特别是ESFR 灭火型喷头, 灭火试验数据表明, 喷头装在13. 7 m 屋面板
下, 货架8 层12. 2 m 高, 货架底部点火后不到50 s, 火焰就上升到货架
顶部, 不到一分钟喷头就动作。火焰燃烧非常迅猛。喷头的不正确安装,
就可能导致喷头无法在火灾初期可靠动作, 造成系统灭火失败。大覆盖面
水平侧喷喷头对溅水盘离天花板的距离也是有严格要求的, 喷头只有在平
天花板下规定的距离内, 才能灵敏感受到远端火灾初期的发热, 快速动作
灭火。但FM 也有类似集热板的做法, 当ESFR 喷头下方有挡水结构时
, 如矩形风管, 当风管宽度> 610 mm 时, 要求在风管下增加喷头, 此时矩
形风管底部就变成了喷头的集热板。图6 管不是密实整体, 管道是圆的,
管 或管道下增设的辅助天花板是ESFR 喷头的集热板。
国内规范在集热板问题上应该统一思想, 如果证明目前的做法有问题,
那么国内已建消防系统的安全隐患就很严重了, 要纠正的话就可能是一个
系统工程了。
10 预作用系统和雨淋系统管网充水时间的规定(修订本8. 0. 9 p 23
)
修订本“8. 0. 9 干式系统的配水管道充水时间, 不宜大于1 m in;
预作用系统与雨淋系统的配水管道充水时间, 不宜大于2 m in。”内容和
老规范相比, 有三个变化: 其一是老规范将干式系统的充水时间从N FPA 1
3 要求≤1 m in 改成不宜超过3 m in。这样一改, 完全改变了干式系统的
认证标准, 大大降低了国内设计的干式系统扑灭初期火灾的能力。修订本
接受了干式系统的认证标准, 和N FPA 13 要求一样改成1m in。其二是取
消了老规范对干式系统管网容积(1. 5 m3和3 m3) 限制的要求。取消干式
系统最大管网容积≤3 m3 (NFPA 13 规定是2. 839 m3) 的规定, 对干式系
统设计造成的消防安全隐患是巨大的, 因为2.839 m3[ 是干式阀增加干式
阀快开装置后, 能保证系统输水时间不超过1 m in 的最大管网容积限制,
是确保干式系统灭火性能的认证标准, 也是设计人员能通过管网容积计算
加以控制的参数, 而输水时间在设计时是无法精确计算的, 只是干式系统
验收时的标准。因此可以说, 修订本取消了干式系统管网容积限制的要求,
实际上是取消了对干式系统灭火性能的要求。其三, 增加了“预作用系统
和雨淋系统的配水管道充水时间不宜> 2m in”的规定。“2min”的规定同
样也是没有认证标准根据的, 是没有理由的。这要从系统分类和动作原理
来说明, 需要耐心往下看。
10.1 NFPA13 预作用系统有3 种类型
(1) 4-3. 2. 1 (a ) 单连锁系统(Single In terlockSystem ) , 探
测系统动作后, 预作用阀被打开, 系统管网充水。探测元件可以是烟感、
温感或其它类型探测器, 可以是用作探测器的自动闭式喷头, 称作传动喷
头(Pilot sprink lers)。
(2) 4-3. 2. 1 ( b ) 无联锁系统(Non2In terlockSystem ) , 探测
系统或自动闭式喷头任何一个动作, 预作用阀均被打开, 系统管网进水。
(3) 4-3. 2. 1 (c) 双联锁系统(Doub le In terlockSystem ) , 探
测系统和自动闭式喷头都动作时, 预作用阀才被打开, 系统管网进水。
只有双联锁系统有一例外条款, 双联锁系统中一个预作用阀的最大管
网容积≤2. 84 m3, 除非管网进水时间< 60 s。
还有一种组合系统, 4-4 预作用和干式组合系统(Com b ined D ry an
d P react ion System ) , 在4-4. 1. 1 中要求干式?预作用组合系统当
探测系统故障时, 系统以干式系统状态工作。由于在实际产品中, 它被组
合在预作用系统中, 所以也把它列入预作用系统中进行讨论。规范是对认
证产品的原则要求, 必须通过对具体产品功能的分析, 来了解系统的设计
要求。以美国tyco 集团中央公司的认证产品为例, 中央公司预作用系统有
5 种类型。
10.2 中央公司预作用系统有5 种类型
(1) 电探测启动单联锁带系统管网低气压监测预作用系统
烟感、温感、火焰等火灾探测器(不管是否误动作)一动作, 预作用阀
就被打开, 系统管网充水。平时管网有低气压监测, 因此不会出现误喷事
故。由于电探测器动作时间大大低于闭式喷头动作时间, 闭式喷头动作时
系统管网已经充水。一旦喷头动作, 可以立即喷水。这种系统的灭火性能
接近湿式系统。管网容积不受21839 m 3 (750 加仑) 的限制(2839 L 是N
FPA 13 对干式系统管网容积的限制) , 也没有充水时间限制的规定。
(2) 气压启动单联锁带系统管网低气压监测预作用系统
在系统保护区有两层管网, 一层是预作用系统管网, 装灭火喷头。另
一层是传动管网, 管径DN 15～DN 20, 装传动闭式喷头。气源气压经系统
附件气压维护装置AMD (A ir M ain tenance Device) 后, 一路输出到传
动管网, 使传动管网内气压维持在40 p si (停泵)～ 30 p si(启泵) , 气
压降低到20 p si 压力开关发出传动管网低气压报警信号。气压维护装置
的另一路输出压力, 经过压力调节器(设定值10 p si) 对预作用系统管网
充气, 作为系统管网严密性的监测气压。N FPA 13规定监测气压不应低于7
p si, 低气压压力开关报警设定值8 p si 或者直接采用PS1022A 压力开
关出厂设定值5 p si±1 p si, 产品说明资料中都许可。预作用系统管网
低气压信号只用于报警, 不会使预作用阀打开。由于传动管网管径只有DN
15, 传动喷头破裂后, 管网充气压力很快下降, 不存在干式系统喷头破裂
后管网需要长时间排气的情况。因此本类型系统在灭火喷头动作前, 能提
前发出火警信号。
(3) 电探测启动和气体探测启动双联锁预作用系统(以下简称设备双联
锁)
本系统中释放预作用阀膜片腔压力的执行机构有两个: 一个是电磁阀,
一个是气动隔膜阀。两个阀门串接在一起。预作用系统管网中充入监测用
气压30 p si(本系统没有传动喷头和传动管网) , 压力较高是气动隔膜阀
工作的要求。当电探测系统如烟感、温感、火焰等探测器动作时(不管是否
误动作) , 24V DC (或120VAC) 电磁阀被打开, 但气动隔膜阀没有开, 预
作用阀膜片腔压力水不能释放。当喷头破裂(不管什么原因) 管网内压力下
降, 气动阀被打开, 但电磁阀没有打开, 预作用阀膜片腔也不能泄压。只
有探测系统和喷头都动作, 使电磁阀和气动阀都开启, 膜片腔才能泄压,
预作用阀被打开。由于系统管网充气高达30 p si, 当喷头破裂后, 首先要
排气, 出现了与干式系统类似的系统管网充水时间问题, 因此本系统有一
个系统选件——加速器可供选用, 当系统末端测试口稳定出水时间> 60 s(
和干式系统充水时间要求一样) 时, 应加装加速器(见产品说明p 14 Op t
ionalA ccelerato r T rim )。加速预作用阀的开启, 利用进入管网的水
流加快管网排气。
(4) 电探测信号和低气压信号相“与”双联锁预作用系统(以下简称信
号双联锁)
本系统使预作用阀动作的执行机构只有电磁阀,单个信号出现时, 只发
出消防预警信号或故障信号。管网低气压信号和电探测信号必须都送到消
防控制箱,消防控制箱才输出24V DC (或120V AC) 电磁阀驱动信号, 打开
电磁阀, 使预作用阀开启。
双联锁预作用系统用在对防误喷要求严格的场所, 如一些重要的政治
、经济敏感场所以及代替干式系统应用在有可能结冰的场所, 如冷库等。
由于干式系统靠管网内气压维持干式阀的关闭, 干式阀不是自动控制阀,
在意外的情况下, 如果不能维持管网最低压力, 干式阀就会误动作。如果
误动作发生在冷库, 将会造成重大的经济损失。由于预作用阀是控制阀,
双联锁系统管网内压力降低只发出故障报警信号, 预作用阀不会误动作。
请注意双联锁系统中“设备双联锁”和“信号双联锁”的差别,“设备
双联锁”系统中, 由于气动隔膜阀的要求, 管网压力较高(达30 至40 p si
) , 系统有充水时间规定。“信号双联锁”系统中没有气动隔膜阀, 管网
充气压力和单联锁系统一样是10 p si, 所以没有系统充水时间60 s 要求
。
(5) 无联锁电探测启动预作用系统
与“设备双联锁”系统一样, 执行机构有两个, 电磁阀和气动阀。预
作用系统管网内充气压力为30 p si (汽动阀工作的要求)。探测系统动作,
电磁阀被打开, 预作用阀开启; 喷头动作, 管网气压降低, 气动隔膜阀打
开,预作用阀也开启。在探测系统故障的情况下, 系统工作模式与干式系统
类似, 喷头破裂后先排气, 然后喷水。这个功能与N FPA 13“4-4 预作用
和干式组合系统(Com b ined D ry and P react ion System ) ”功能要
求类似。在N FPA 13 4-4. 1. 1 中要求干式?预作用组合系统当探测系统
故障时, 系统以干式系统状态工作。
无联锁预作用系统使用在干式系统管网容积超过2. 84 m3或打开系统
末端探测阀后出水时间超过60 s的场所(2. 84 m3 和60 s 是N FPA 13 对
干式系统性能的要求)。由于无联锁系统第一工作模式是探测系统启动模式
, 与单联锁系统一样, 探测系统动作后, 预作用阀立即开启, 系统进水。
当喷头破裂时, 系统管网已充水。符合N FPA 13 4-3. 2. 1 (a) (b) 的规
定: 单联锁系统和无联锁系统无管网容积和管网充水时间要求(见产品资料
p2 W here Non-In terlock System are U sed 和W hy Non-In terlock S
ystem are Used)。
设计规范应该是产品认证标准的反映, 不能脱离产品制造标准和产品认
证标准人为地“制造”规定。一个没有经过认证的系统, 其灭火性能是没
有保障的。中央公司预作用系统认证情况见表6。
至于雨淋系统由于规范允许每个雨淋阀保护的系统面积很小, 以修订
本规定为例:
LH 和OH 危险场所, 保护面积≤160 m2;
EH 危险等级场所, 保护面积≤260 m2。
另外, 规范要求雨淋系统设计时, 雨淋阀必须安装在保护区域以外,
靠近保护区域, 便于观察, 容易到达能手动紧急操作的场所。所以管网容
积远远小于预作用系统。雨淋系统使用开式喷头, 管网是敞开的, 不存在
排气问题。加上雨淋阀俗称洪水阀, 一旦脱扣, 进水速度很迅猛, 与干式
阀随着管网排气逐渐开启不同。规范也没有要求雨淋系统安装末端测试阀,
如何测试和鉴定雨淋系统2 分钟的输水性能呢? 雨淋系, 统工作原理不再详
述.
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