自喷灭火系统中喷头的合理布置

黄自勤 (广西建筑综合设计研究院)
吴赳赳(广西城乡规划设计院)

1 喷头布置形式

　　喷头布置形式在《自动喷水灭火系统设计规范》(以下简称《喷规》)中只提到正方形布置，至于别的布置形式是在设计手册中出现的，究其原因：一是正方形布置喷水均匀；二是布置方便；三是应用较多。设计中除正方形布置外常用的还有长方形、菱形等，究竟采用那种形式，笔者认为宜按喷头实际工作压力并结合结构柱网布置形式确定，其优点是：既能满足规范要求的喷水强度又能灵活适应建筑分隔的变化，对地下车库及一些不设吊顶的房间又可将喷头布置在主梁分格中，从而提高了建筑的使用空间。

2 喷头布置间距及间距范围

　　《喷规》第4.1.1条规定，中危险级建筑喷头布置的最大水平间距为3.6m，条文中没有注明这是在最不利点喷头的工作压力为9.8×10⁴ Pa、作用面积内平均喷水强度为6 L/(min·m²)的条件下定出的间距，因而造成民用建筑中出现不少喷头靠柱布置，使该处喷头喷水受阻，并在柱周围形成不被喷水覆盖的空白，对灭火十分不利。产生这种现象的原因就是设计(或施工)忽视了规范规定3.6 m间距的特定条件，没有考虑到结构柱距对喷头布置的影响，这种作法应用在仅布一排喷头的走道就更值得研究，其结果是：对宽走道可能大于实际需要的间距，造成喷水覆盖的空白，留下火灾隐患；对于窄走道则可能小于实际所需要的间距，出现覆盖面重叠过多，造成浪费。
2.1 喷头间距与系统工作压力的关系
　　《喷规》第5.1.4条给出喷头喷水量计算公式：

　　Q=K(P/(9.8×104))^0.5　　　　(1)
　　式中　Q——喷头出水量，L/min
　　　　　K——喷头特性系统，当喷头直径为15mm时，K=80
　　　　　P——喷头工作压力，Pa

　　当喷水量确定以后根据规范给出的中危险级建筑的设计喷水强度为6 L/(min·m²)，即可算出一个喷头的保护面积为：

?　F=Q/6 (2)?
　　式中　　F--保护面积，m²?

　　由式(1)、(2)可知，喷头前作用水头越大，喷水量越大，保护面积越大，喷头的喷水半径亦大，喷头的布置间距即可随之加大。
2.2 正方形布置的喷头间距与系统的压力关系
　　如图1，在喷头A、B、C、D组成的正方形中，要在其中不出现喷水空白又能得到最大的保护面积，其条件是正方形的对角线长度AD、BC等于喷头的喷水覆盖面直径2R(即以R为半径，以对角点为圆心的两圆相切)，此时间距为：

　　L=2^0.5R　　　　(3)

　根据式（1）、（2）、（3）可计算不同工作压力的喷头布置间距。

　　 如图1所示，由A、B、C、D四个喷头围成的正方形面积F内平均每只喷头有1/4的水量喷在其间，相当于一个喷头的喷水量，当喷头的计算水压为9.8×104 Pa时，喷头的出水量：

　　Q=K(P/(9.8×104))^0.5=80L/min　　　　(1)

　　按《喷规》要求，民用建筑的设计喷头强度为6L/（min.m²),则一个喷头的保护面积：

　　F=Q/6=80/6=13.33m²

　　喷头间距：
　　L=F^0.5=3.65≈3.6

　　由式(3)可知，喷水半径：R=L/2^0.5=2.5m

　　依次类推得出，系统压力分别为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25Mpa时，喷头布置间距见表1。

　　从表1看出，喷头布置间距随压力增加而加大。因此，设计中在布置喷头时，不一定受3.6 m的局限，可视系统的设计压力定。实际上，除最不利点喷头外，其余喷头的实际工作压力、流量及喷水半径都超过计算值。因此，在满足规范喷水强度要求下，可以根据实际工作压力适当调整喷头布置间距，既安全又经济。?
2.3 正方形布置喷头的间距范围
　　在自喷系统的设计中，喷头的布置既要适应建筑分隔与结构柱距的变化，又必须确保保护面积内的喷水量和喷水强度。喷水强度是衡量系统能否满足控火灭火的重要尺度。因此《喷规》第7.1.1条(二)明确规定：对轻、中危险级建筑在进行系统水力计算时，应保证作用面积内平均喷水强度不小于《喷规》中表2.0.2的规定［对民用建筑喷水强度为6 L/(min·m²)］，但其中任意四个喷头组成保护面积内平均喷水强度不应超出规定值的±20%，可以由此推算出喷头布置的间距范围。
　　从图1可知：A、B、C、D四个喷头组成的正方形中喷水强度为：

　　q=Q/L² (4)
　　式中　Q——正方形ABCD面积的喷水量（前已述及相当于一个喷头的喷水量）
　　　　　L——正方形边长（即喷头间距）

　　按《喷规》上述条文规定有下列不等式成立[民用建筑q=6L[（min.m²)]：

　　6×（1-20%）≤q≤66×（1+20%） (5)

　　将（4）代入（5），解得：

　　4.8≤Q/L²≤7.2 （6）

　　解（6）得

　　(Q/7.2)^0.5≤L≤(Q/4.8)^0.5 　　(7)

　　 现将几种常用水压作用下喷头的喷水量分别代入式(7)，即可求出喷头布置间距的范围，计算结果见表2。

　　表2说明在不同的工作压力下，确保喷水强度的喷头间距可有不同的适宜范围，不必囿于3.6m。

3 结语

　　合理布置喷头是自动喷水灭火系统设计安全与经济的关键，在民用建筑中，影响喷头布置的因素很多，设计时必须根据工程实际情况，在满足规范要求的喷水强度条件下，按喷头的实际工作压力，结合建筑分隔与结构柱网布置，确定喷头布置形式与间距，以期安全、实用与经济。

参考文献

　　1 水浩然.议自动喷水灭火系统喷头的布置间距.给水排水，1997；23(3)：44
　　2 扬琪.自动喷水灭火系统喷头布置极限间距的探讨.给水排水，1997；23(10)：48

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