快速响应早期抑制喷头ESFR系统简介

潘振钦

　　随着社会经济的发展，我国将步入一个高科技、强信息的时代，各种建筑领域发生了巨大变化。建筑的多功能使用替代了过去的单一使用功能；建筑风格的变化，替代了过去的单调划一；建筑内部的布置格局多变代替了过去固定布局设计。总之，现代建筑的不断涌现，常规的自动喷水灭火系统的应用就受到一定局限。如：建筑高度超过8.0m的现代大型展馆、会展中心、剧场、博物馆等；高度超过8.0m的大型现代生产厂房和现代仓储物流库房工程；以及大型高级宾馆、写字楼的地下商场、停车库、娱乐设施等对自动喷水灭火系统的应用提出更高和不断更新的要求。尤其随着我国经济建设的发展、扩大对外交流的需要，大型仓储物流和高架库房工程日益增多（主要是沿海港口城市）而我国目前尚无关于大型仓储物流工程建筑防火设计的有关规范、规定或规程。
　　笔者参照美国FM标准、美国通用防火规范（UFC）、及美国NFRA－231c有关章节以及对照我国现行（自喷规范）2001年版的有关规定，对快速响应早期抑制喷头系统的设计、安装要求作科技介绍，供同行们参考。
　　由于仓库火灾蔓延迅速，不易扑救，易造成重大财产损失，尤其扑救高堆垛高货架仓库火灾，难度更大。为此，美国花巨资试验研究．成功地开发了“快速响应早期抑制喷头”、“大水滴”喷头等用于扑救高堆垛、高货架仓库火灾。同时美国工厂联合保险系统，还研究制订了快速响应早期抑制型喷头（主要为FSFR喷头）系统的设计、安装FM全球操作标准，简称FM标准。按美国FM标准生产的FSFR喷头，主要是针对高堆垛、高货架之大型仓库的灭火系统要求而研制开发的一种喷头，具有以下的特点和功能：

1、ESFR喷头构造特点：

　　ESFR喷头有一个快速响应热敏元件，此元件使该喷头比普通传统型喷头反应快得多，这对于保证喷头能及时开放喷水灭火至关重要。同时，ESFR喷头中心有一个小孔，在高压作用下、在扑灭货架上部火灾的同时，中心这股水柱可直达货架底部扑灭货架下部的火灾。因此，在高架仓库里设置了ESFR喷头就可以取消各层货架的分层喷头，不仅简化了系统也节约了投资，但货架和堆垛应符合本文第6点的要求。喷头构造见图7－1。

2、喷头特性及设计要求：

　　2-1，ESFR喷头特性：
　　q=k(10p)0.5 （l／min）
式中：k——喷头特性
　　　p——喷头处最小工作压力为50psi（0．345MPa）～98psi
　　（0.68MPa）
　　每只喷头出流量（以k=14喷头为例）：按美国FM标准有关规定，当库房净空高度为12.2m，堆垛高度10.7m的条件下（见喷头设计参数表），此时喷头处最小工作压力应不小于0．52MPa，则每只喷头出流量q＝20（10×0.52)0.5=7．6l/s，余下类推。此喷头流量远大于普通传统喷头的出流量。
　　2－2，喷头布置及设计要求：
　　按FM标准要求,表一是喷头设计的几个主要参数：

库房最大建筑高度（m） 最大货物存放高度（m) 末端喷头设计压力（Mpa） 最大喷头间距（m） 最小喷头间距（m） 单一喷头覆盖面积（m2） 同时动作喷头数（个） 最大 最小 9.10 7.60 0.345 3.10 2.40 9.30 7.40 12 12.20 10.70 0.517 3.10 2.40 9.30 7.40 12 13.70 10.70 0.610 3.10 2.40 9.30 7.40 12

　　 表一的规定和我国现行《自喷规范》2001年版的要求是一致的。但我国《自喷规范》5.0.6表注明：仅适用于k＝200的快速响应早期抑制性喷头。美国已生产的ESFR喷头有k=14（公制201）、k=16．8（公制241）、k=（公制316）。美国工厂联合保险系统研究机构对于库房净空高度超过12.2m（不超过13.7m）的高架库房还成功地开发研制了k＝25.2（公制361）的早期抑制型喷头，进一步扩展了ESFR喷头的应用场所。

3、ESFR喷头的安装要求：

　　8-1，喷头与顶板的间距：
　　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。
　　正确的安装应使感温元件的中线处在顶板下102mm-330mm，或喷头的溅水盘处在顶板下127m—356mm之间。
　　美国FM标准推荐喷头溅水盘距天花板下的距离为14in（358mm）和6in（152mm）之间，我国＜自圆规范＞第7．1．4条规定；下垂型喷头溅水盘与顶板的距离不应小于150mm，不应大于360mm。
　　FM研究机构的试验表明k=25.2（公制361）的下垂式压制型喷头溅水盘应处在顶板下457mm效果最佳。
　　说明：目前使用的ESFR喷头主要为下垂型，直立型极少使用。
　　3－2，喷头与墙的距离为喷头间距的一半。
　　3－3，喷头溅水盘与下部被保护堆垛的距离至少应保持36in（914m）。
　　3－4，喷头与梁的距离（m）见表二

表二

喷头溅水盘与梁底面的最大垂直距离（mm） 喷头溅水盘与梁边水平距离（mm） 12.5 150 25 220 40 300 60 400 80 500 100 600

　　3－5；喷头与其下方障碍物的距离；
　　处于喷头下方的障碍物虽不会对喷头的布水形状形成干扰，但会造成“阴影区”并减小那个区域喷头出水的动量，导致那个区域的火既无法被控制也无法被压制。
　　对于喷头下方障碍物宽度＞19mm，＜51mm，溅水盘离障碍物最近的边缘的水平距离至少为305mm或障碍物应处在低于溅水盘至少610mm的距离。
　　宽度＞51mm，＜305mm的连续障碍物，则溅水盘离障碍物最近的边缘的水平距离至少为305mm。
　　宽度＞305mm，且小于610mm的连续障碍物，则溅水盘离障碍物最近的边缘的水平距离至少为610mm。
　　宽度＞610mm的喷头下面障碍物如是连续扁平，水平的实体应在障碍物下安装一排喷头，喷头的感温元件离障碍物最大距离为330mm，喷头间距最大为2.43m（指所补喷头与上方正常布置喷头之间水平距离）。
　　当障碍物是连续的但不是扁平（如圆形风管）或不是实体（如一组电缆），应在障碍物下方安装一个档板，挡板定不小于障碍物宽度，然后在挡板下增设喷头。
　　当屋面板下结构实体部件高度小于305mm时，喷头可直接布置在这些实体底部。例如：高度小于305mm的“Z”型檩条钢屋面及高度小于305的T型梁。
　　当库房上方有屋顶排烟口或通风器时，喷头不应直接布置在排烟口或通风器下方，应在其下加设挡板，把喷头安装在挡板下，挡板的位置及尺寸应能保证喷头处空气流速不超过1．52m/s。

4、系统设计：

　　ESFR喷头系统的工作压力应满足最不利处喷头的最小工作压力要求，喷头的最小工作压力应符合表一的规定，此规定与我国现行＜自喷规范＞第5．0．6条的规定是一致的。系统水力计算：按美国FM标准要求及我国现行＜自喷规范＞2001年版的规定：系统的设计应按最不利区域内三根支管上各四只喷头同时动作进行水力计算，当每根支管上的喷头数不足四只时，则支管上所有喷头都考虑为动作喷头并考虑相邻支管上的喷头为动作喷头，以便使动作喷头总数达到12只。
　　当动作喷头区域内有补偿性喷头（如风管、电缆、桥架下补设的喷头）时，应增加设计动作区域内补偿性喷头同时开启的流量。
单个系统允许最大保护面积为3716m²（4D，000尺²）。

5．ESFR喷头系统的适用条件：

　　5－1，ESFR喷头系统适用于净空高度大于8.0m，小于13．7m的仓储库房和高架库房；5—2，ESFR喷头仅适用于湿式喷水灭火系统，不适用于于式系统和预作用系统；
　　5－3，保护场所室内温度不应高于66℃；如室内温度短时或长期高于38℃者，应选用中温式喷头（79℃或107℃温度级喷头），通常选用68℃或71℃温度级喷头。
　　5－4，按FM标准要求抑制型喷头不得安装在坡度大于9．5°的天棚下，天棚坡度大于9．5°，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（但未指明夹层内净空高度的限值——笔者）。
　　5－5，保护区为钢结构屋面同时抑制型喷头的安装符合上述要求时，不需要再对钢屋面和钢柱采用其他防火措施。

6、关于货架的设置问题：

　　FM标准要求：以托盘货物为主的堆货方式中，货堆间的垂直通透空间是抑制型喷头能否成功灭火的主要关键因素，因此，无论建筑物或堆货高度有多高都必须保持垂直通透空间（即缝隙），缝隙宽度不应小于75mm。
　　高度大于7．60m的货堆则横向通透空间（即与货堆长度方向平行、货物与货物之间的缝隙）以及纵向通透空间（即与货堆长度方向平行、每排货堆之间的缝隙）都是必需的。
　　在用货架并排储存货物方式中，如果货物间在一个方向上，边靠边紧贴排列形成一排，排与排间保持通透空间，即使没有纵向通透空间（即与货架长度方向平行、每排货架之间通透空间）也不会对喷头洒水形成不利影响。见图7－2。

　　如果货架下部几层中存在通透空间而上部几层被阻挡封闭了，这种情况会产生火灾隐患，因上部喷水无法到达底部着火区。

7、关于防排烟：

　　按美国通用防火设计规范（UFC）要求：面积大于12000尺2（1115m2）以上的大型食储物流及高架库房应设置防排烟系统。
库房由于堆放货物较多，一旦有火警，浓烟难免且难于扩散，通常应设防排烟系统，但FM研究机构认为，采用ES-FR喷头系统的场所设置了防排烟系统是弊大于利，即其负面影响大于正面影响，理由是初期火灾烟热气流过早被抽走就会影响喷头动作速度。排烟系统直在喷头动作后启动，即灭火后将烟排掉，故防排烟系统宜采用手动控制。
　　若消防主管部门有要求应采用自动启动时，也可采用温度不低于180℃的感温电缆进行控制。
　　关于挡烟垂壁的设置问题：当防护区内需要设置挡烟垂壁时，挡烟垂壁应设置在喷头与喷头或支管与支管的中线上，如果无法设置在中线上，应该加设喷头，使其两侧的喷头到挡烟垂壁的距离不大于该建筑高度条件下，相应喷头间距的一半。挡烟垂壁有时可用作由抑制型喷头保护区和由普通喷头保护区之间分隔。一旦火灾发生在普通喷头保护区，但靠近抑制型喷头保护区的边界，会造成不在火区上的抑制型喷头动作。由于抑制型喷头用水量较大，会夺走普通型喷头水量。这一点应予以注意。
　　大型仓储物流和高架库房工程目前在国内沿海城市兴建较多，每座库房面积大至5万多平方米，库房净空高度均在80m以上，厦门特区作为沿海开放城市，对外交流需要，已兴建多座此类库房，其设计大多依据美国上述有关标准和规定：
　　1、管网布置大多采用每一支管安装4只喷头（按规定每支管安装喷头数不应超过6只）；
　　2、喷头间距大于2.4m，小于3.05m（库房高度超过9．0m）或3.70m（库房高度小于等于9.0m）：

　　3、喷头安装方式见图7－3，此安装方法不同于其他普通喷头安装方式。其一为了保持喷头周边300mm范围内没有任何障碍物；其二保证在管网冲洗过程中，杂物不致堵塞喷头。
　　4、库区内划分若干段，每段设旁通管、泄水管。在较大库房区内为了分段检修需要应适当设置信号控制阀，不同防火分区应分别设置水流指示器和信号阀。设旁通管的目的是为了分流，分流目的是为了降低各管段流速，降低系统压力。图7-4是厦门某库房SFR喷头系统设计实例摘录。该仓库为二层库房、贮存物品为丙类（2项）、钢筋混凝土框架结构、井字梁楼盖。所摘录为一层局部ESFR喷头系统，层高（净空高度）为12.30m，货物最大堆积高度小于10.0m。依据我国现行（自喷规范）要求，喷头采用K=14（公制200），喷头最不利处工作压力采用0．52MPa。喷头布置间距不小于2.4m，不大于3.0m。按最不利作用面积内同时开放12只喷头确定系统计算流量。采用下垂型喷头，喷头安装参照美国FM标准，喷头距天花板内底为350mm。喷头距下部被保护货物的垂直高度最小为1.95m，喷头下方遇有宽度大于610mm的排烟管道时．在排烟管道下方加设一排喷头。所补喷头溅水盘距下部货物最小垂直距离大于0.914m。