黃 慧

(安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引 言

細(xì)水霧是水在最小設(shè)計(jì)工作壓力下，經(jīng)噴頭噴出并在噴頭軸線下方1.0 m處的平面上形成直徑Dv0.50<200 μm，Dv0.99<400 μm的水霧滴。作為一種清潔高效的滅火劑，被應(yīng)用于撲救可燃固體表面火災(zāi)、可燃液體火災(zāi)和帶電設(shè)備的火災(zāi)[1]。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)制主要為冷卻、窒息及衰減熱輻射。在現(xiàn)有消防滅火技術(shù)中，細(xì)水霧滅火技術(shù)因其環(huán)保節(jié)能、滅火效率高的特點(diǎn)，被大量應(yīng)用在數(shù)據(jù)機(jī)房、油浸變壓器配電房、檔案庫(館)、城市管廊、飛機(jī)庫煤油池等場所。本文結(jié)合工程實(shí)例，在相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，從細(xì)水霧的滅火特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和探討。

1 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)與氣體滅火系統(tǒng)的比較

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)以水作為滅火劑，氣體滅火系統(tǒng)以惰性氣體、化學(xué)藥劑作為滅火劑，兩種滅火系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用場所存在重疊。在《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016—2014)(2018年版)第8.3.9條規(guī)定了使用氣體滅火系統(tǒng)的場所，同時(shí)指出了可采用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)代替的幾個(gè)應(yīng)用場所。表1對(duì)比了幾種常見的氣體滅火系統(tǒng)與高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的特點(diǎn)。

表1 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)與常用的氣體滅火系統(tǒng)對(duì)比表

1.1 滅火機(jī)制對(duì)比

高壓細(xì)水霧：水在溫度變化和相變過程中需要吸收大量熱，因此高壓細(xì)水霧具有較好的吸熱冷卻能力；水經(jīng)過噴嘴的高壓環(huán)境霧化，體積膨脹，降低氧氣濃度，起到隔氧窒息的作用；細(xì)水霧覆蓋燃燒物表面，阻斷熱輻射的傳遞，同時(shí)對(duì)于燃燒的煙塵具有黏合作用，可吸收一部分空氣中的廢氣煙塵，起到清潔的效果。

七氟丙烷：七氟丙烷屬于鹵代烷類物質(zhì)，滅火機(jī)制是物理過程與化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合，與燃燒過程中的連鎖反應(yīng)產(chǎn)生的H+、HO-、 O2活性游離基發(fā)生氣相反應(yīng)，阻斷燃燒，產(chǎn)生大量氫氟酸，降低氧氣濃度。

IG541：IG541由 52%氮?dú)?N2)，40%氬氣(Ar)和 8%的二氧化碳(CO2)組成，滅火機(jī)制為產(chǎn)生大量惰性氣體充斥防護(hù)空間，從而降低防護(hù)區(qū)的氧氣濃度，起到窒息滅火的作用。當(dāng)防護(hù)區(qū)中的氧氣降至15%以下時(shí)，大部分可燃物將停止燃燒。

綜上所述，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)因其多種方式滅火機(jī)制多樣化，具有環(huán)境清潔、人員安全、滅火效率高等特點(diǎn)。

1.2 安全性、適用性及經(jīng)濟(jì)型對(duì)比

安全性：高壓細(xì)水霧、IG541均不破壞臭氧層，也不產(chǎn)生溫室效應(yīng)，具有清潔環(huán)保的特點(diǎn)。但I(xiàn)G541中8%的CO2的含量，導(dǎo)致在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于有人員工作的場所限制設(shè)計(jì)濃度為43%，人員撤離時(shí)間限制為3min。相較而言，七氟丙烷滅火系統(tǒng)不破壞臭氧層，但溫室效應(yīng)明顯，產(chǎn)生的氫氟酸對(duì)設(shè)備具有腐蝕性，對(duì)人的呼吸道具有刺激性。環(huán)保安全性上高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)優(yōu)于IG541優(yōu)于七氟丙烷。

適用性：從表1可看出，三種滅火劑的應(yīng)用場所基本一致，滅火類型較多。但從輸送距離上，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)由于其管道輸送高壓水的特點(diǎn)，輸送距離具有明顯優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)性更廣。

經(jīng)濟(jì)性：噴頭是高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的核心組件，管網(wǎng)采用不銹鋼管材，造價(jià)高，需要配合泵組、電氣聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的建設(shè)，初期投資較大。IG541的初期投資取決于防護(hù)區(qū)的設(shè)置，防護(hù)區(qū)多，氣瓶組數(shù)量多，造價(jià)較高。七氟丙烷藥劑價(jià)格昂貴，初期投資也取決于防護(hù)區(qū)，對(duì)于小規(guī)模的系統(tǒng)，七氟丙烷的初期投資小于高壓細(xì)水霧和IG541，對(duì)于較大規(guī)模的系統(tǒng)，七氟丙烷的無初期投資優(yōu)勢(shì)[2]。

系統(tǒng)投入使用后，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)管網(wǎng)系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用小。IG541滅火系統(tǒng)氣體儲(chǔ)瓶的檢驗(yàn)維修費(fèi)較高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)高。七氟丙烷藥劑昂貴，定期更換維護(hù)費(fèi)用高。

2 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在醫(yī)院建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

某正在建設(shè)的三級(jí)甲等綜合醫(yī)院。項(xiàng)目總建筑面積約43萬m2，床位數(shù)1900床，一條東西向市政道路將項(xiàng)目用地分為南北兩個(gè)地塊。醫(yī)院的門診、治療區(qū)設(shè)置貴重醫(yī)療設(shè)備用房如CT室、核磁共振和直線加速器等房間、醫(yī)療檔案庫、信息化機(jī)房等。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016-2018)8.3.9條的規(guī)定，特殊重要設(shè)備室應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)，可選擇氣體滅火系統(tǒng)或高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。

2.2 自動(dòng)滅火系統(tǒng)的選擇

針對(duì)超大規(guī)模醫(yī)療建筑，在選擇自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí)，需重點(diǎn)考慮以下因素：

(1) 此類特殊設(shè)備房間在本項(xiàng)目的分布較廣，分散在不同單體的不同樓層內(nèi)。按照一個(gè)功能房間一個(gè)區(qū)域統(tǒng)計(jì)，北區(qū)共有35個(gè)房間、南區(qū)共有30個(gè)房間需設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

(2) 醫(yī)院內(nèi)的此類特殊設(shè)備房間基本都安裝有貴重的醫(yī)療設(shè)備，具有醫(yī)療診斷功能，為醫(yī)務(wù)人員和病患經(jīng)?；顒?dòng)的區(qū)域。其余的房間為病案庫、UPS室及弱電機(jī)房等。

(3) 醫(yī)院的此類特殊設(shè)備房間，因考慮輻射因素，房間門、墻壁有圍護(hù)要求。氣體滅火系統(tǒng)要求設(shè)置泄壓口，對(duì)空間完整性存在破壞可能。

(4) 該項(xiàng)目規(guī)模較大，初期投資和后期維護(hù)費(fèi)用應(yīng)統(tǒng)籌考慮。

綜合上述的四點(diǎn)因素，和本文第1條的分析比較，從建設(shè)規(guī)模和人員設(shè)備安全角度，首先排除七氟丙烷滅火系統(tǒng)。從投資和維護(hù)角度，IG541滅火系統(tǒng)和高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用均較大，但高壓細(xì)水霧系統(tǒng)后期維護(hù)方便、維護(hù)成本較小，優(yōu)于IG541。從防護(hù)區(qū)的分布，由于IG541與七氟丙烷都有傳輸距離的限制，分散的功能布局增加了系統(tǒng)的鋼瓶數(shù)量和設(shè)備房間，對(duì)于醫(yī)療建筑整體功能實(shí)現(xiàn)存在不利影響。因此，本項(xiàng)目選用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作為特殊設(shè)備房間的消防保護(hù)措施。

2.3 系統(tǒng)形式和適用場所

細(xì)水霧的系統(tǒng)形式及適用場所見表2 ?！兑?guī)范》第3.1.3條做了如下規(guī)定：液壓站，配電室、電纜隧道、電纜夾層，電子信息系統(tǒng)機(jī)房，文物庫，以及密集柜存儲(chǔ)的圖書庫、資料庫和檔案庫，宜選擇全淹沒應(yīng)用方式的開式系統(tǒng)。

表2 系統(tǒng)形式及使用場所

本工程采用開式全淹沒滅火系統(tǒng)，采用泵組進(jìn)行加壓供水。

其中開式系統(tǒng)又分為兩種形式：全淹沒滅火系統(tǒng)(向整個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)噴放細(xì)水霧，保護(hù)其內(nèi)部所有保護(hù)對(duì)象的系統(tǒng)應(yīng)用方式)和局部應(yīng)用方式(向保護(hù)對(duì)象直接噴放細(xì)水霧，保護(hù)空間內(nèi)某具體保護(hù)對(duì)象的系統(tǒng)應(yīng)用方式)。

2.4 防護(hù)區(qū)的劃分

《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB 50898—2013，以下稱《規(guī)范》)第3.4.5條有如下要求：用全淹沒應(yīng)用方式的開式系統(tǒng)，其防護(hù)區(qū)數(shù)量不應(yīng)大于3個(gè)。單個(gè)防護(hù)區(qū)的容積，對(duì)于泵組系統(tǒng)不宜超過3 000 m3，對(duì)于瓶組系統(tǒng)不宜超過260 m3。當(dāng)超過單個(gè)防護(hù)區(qū)最大容積時(shí)，宜將該防護(hù)區(qū)分成多個(gè)分區(qū)進(jìn)行保護(hù)，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1) 各分區(qū)的容積，對(duì)于泵組系統(tǒng)不宜超過3 000 m3，對(duì)于瓶組系統(tǒng)不宜超過260 m3；

(2) 當(dāng)各分區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性相同或相近時(shí)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)可根據(jù)其中容積最大分區(qū)的參數(shù)確定；

(3) 當(dāng)各分區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性存在較大差異時(shí)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)分別按各自分區(qū)的參數(shù)確定；

此項(xiàng)規(guī)定對(duì)防護(hù)區(qū)的個(gè)數(shù)和體積進(jìn)行了限制，但是同時(shí)引入防護(hù)分區(qū)的概念。對(duì)2、3款的解讀可知，每個(gè)房間作為一個(gè)防護(hù)分區(qū)，設(shè)置一個(gè)開式閥箱進(jìn)行控制；分區(qū)內(nèi)的火災(zāi)危險(xiǎn)性可相同，也可存在差異。這讓系統(tǒng)控制的范圍擴(kuò)大，節(jié)省了泵組的數(shù)量，從而降低造價(jià)。本工程以南、北地塊為單位，分別采用兩套泵組，每套泵組服務(wù)于各自地塊的高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，以南地塊為例，分區(qū)見表3。

表3 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)分區(qū)與設(shè)計(jì)參數(shù)

2.5 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

根據(jù)《規(guī)范》第3.4.4條的要求，采用全淹沒應(yīng)用方式的開式系統(tǒng)，其噴霧強(qiáng)度、噴頭的布置間距、安裝高度和工作壓力，可根據(jù)噴頭的安裝高度按《規(guī)范》表3.4.4確定系統(tǒng)的最小噴霧強(qiáng)度和噴頭的布置間距。根據(jù)防護(hù)分區(qū)保護(hù)面積以及防護(hù)分區(qū)噴頭數(shù)量按照根據(jù)式(1)可校核最小噴霧強(qiáng)度是否滿足《規(guī)范》表3.4.4的要求。最小噴霧強(qiáng)度演算數(shù)據(jù)見表3，在流量系數(shù)K=1，噴頭工作壓力為10 MPa，噴頭布置間距≤3 m的情況下，防護(hù)分區(qū)內(nèi)的最小噴水強(qiáng)度均能滿足規(guī)范的要求。

(1)

從表3中可看出，系統(tǒng)最大流量防護(hù)區(qū)為骨科樓變電所2，共55只噴頭，設(shè)計(jì)流量根據(jù)式(2)計(jì)算得550 L/min。

(2)

由表3可看出，對(duì)于相同的流量系數(shù)取值，系統(tǒng)的噴霧強(qiáng)度較《規(guī)范》表3.4.4的數(shù)值大，此處可按照式(1)對(duì)噴頭的流量系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而優(yōu)化系統(tǒng)流量和泵組參數(shù)。不同流量系數(shù)的噴頭在工作壓力為10 MPa的情況下，對(duì)應(yīng)的噴頭流量見表4。以骨科變電所1為例，按照規(guī)范最小噴霧強(qiáng)度為1.2 L/(min·m2)，噴頭工作壓力為10 MPa，在保護(hù)面積為306 m2，噴頭數(shù)量為53個(gè)的條件下，可算出噴頭的流量為6.9 L/min，同時(shí)可根據(jù)式(1)算出或根據(jù)表4得出噴頭的流量系數(shù)最小為0.7。噴頭是細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的核心技術(shù)，通過優(yōu)化計(jì)算，可提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

表4 常見噴頭10 MPa工作壓力下噴頭流量系數(shù)與流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系

《規(guī)范》第3.4.8條規(guī)定開式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)大于30 s；第3.4.9條對(duì)設(shè)計(jì)持續(xù)噴霧時(shí)間做出規(guī)定：用于保護(hù)電子信息系統(tǒng)機(jī)房、配電室等電子、電氣設(shè)備間，圖書庫、資料庫、檔案庫，文物庫，電纜隧道和電纜夾層等場所時(shí)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)持續(xù)噴霧時(shí)間不應(yīng)小于30 min。系統(tǒng)儲(chǔ)水箱的設(shè)計(jì)有效容積按式(3)計(jì)算，可得V=16.5 m3。

V=QS·t

(3)

2.6 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的控制

《規(guī)范》規(guī)定，泵組系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)、手動(dòng)控制方式，開式系統(tǒng)為了減少火災(zāi)探測器誤報(bào)引起的誤動(dòng)作，要求設(shè)置兩路獨(dú)立回路的火災(zāi)探測器以確認(rèn)火災(zāi)的真實(shí)性。本項(xiàng)目采用自動(dòng)控制、手動(dòng)控制及機(jī)械應(yīng)急操作三種方式。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 開式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)工作原理圖

有工程實(shí)例提出了單個(gè)功能房間作為防護(hù)分區(qū),并以滿足系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的管道長度來確定防護(hù)區(qū)規(guī)模的設(shè)計(jì)思路[3]，防護(hù)區(qū)設(shè)置開式分區(qū)控制閥，在每個(gè)防護(hù)分區(qū)設(shè)置開式區(qū)域控制閥，利用第一路探測器聯(lián)動(dòng)開式分區(qū)控制閥，當(dāng)接收到第一路探測器報(bào)警時(shí)，開啟分區(qū)控制閥，對(duì)閥后管道預(yù)充水，當(dāng)接收到第二路探測器報(bào)警時(shí)，開啟區(qū)域控制閥，向噴頭供水。這種控制方式，在防護(hù)區(qū)、防護(hù)分區(qū)合理劃分的基礎(chǔ)上，滿足了規(guī)范減少系統(tǒng)誤動(dòng)作的要求，使充水管道長度減少，同時(shí)對(duì)分區(qū)閥組設(shè)置位置、管道沖水時(shí)間滿足規(guī)范要求的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間提出較高要求，對(duì)工程設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義。

3 結(jié)束語

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)由于環(huán)保清潔、滅火效率高、系統(tǒng)適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，可選做大型綜合醫(yī)院貴重設(shè)備室的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中，防護(hù)區(qū)的合理劃分，可減少泵組數(shù)量，提高工程的經(jīng)濟(jì)性。確定系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，要根據(jù)噴頭布置與噴頭流量系數(shù)校核防護(hù)區(qū)域內(nèi)的噴霧強(qiáng)度，滿足《規(guī)范》中最小噴霧強(qiáng)度的要求。噴頭的流量系數(shù)可根據(jù)不同防護(hù)區(qū)的噴頭布置對(duì)應(yīng)最小噴霧強(qiáng)度來確定，可優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。