我国自动喷水灭火系统设计规范之不足.docx

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我国自动喷水灭火系统设计规范之不足

我国自动喷水灭火系统设计规范之不足

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WTO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”ESFRK200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NFPA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WTO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,ESFRK14（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、ULTRAK17、ESFRK25、ESFRK17（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-HighValueOccupancy）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2.1.7p3）

“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NFPA13,在我国进入WTO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NFPA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）NFPA13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-ModeSprinklers）,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/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NFPA13规定,在新工程中不再使用。

Standard—上喷喷头喷洒曲线。

Paraboloid—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）NFPA13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≤21m2。

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100s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14s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（PipeSchedules）和系统作用面积—喷水强度法（Area2DensityCurves）,设计曲线见图1。

管径法只适用于1/2″（DN15）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ESFRK14（流量系数K=200）后,ESFR是火灾抑制型（俗称灭火型）喷头（SuppressionModeSprinklers）,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（InstallationRulesForSuppressionModeAutomaticSprinklers）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2.1.6p3）

“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NFPA13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NFPA137-2.3.2Itshallnotbenecessarytomeetallpointsontheselectedcure）。

注:

mm/min是NFPA13喷水强度的单位,由原来的喷水强度单位L/minm2换算而来,用集水盘每分钟集水深度表示喷水强度更直观。

1L/minm2=0.001m3/min·m2=0.001m/min=1mm/min。

1.3　边墙型扩展覆盖喷头（修订本2.1.10p3）

“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（GB2LO17/32″）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。

NFPA13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。

NFPA135-9.2.1扩展覆盖侧喷喷头的保护面积不应

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RTI≤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（EarlySuppressionFast2Response）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。

ESFRK14（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。

NFPA13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。

NFPA137-9.5.1ESFR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NFPA规范中规定的场所。

（7-9.5.1ESFRsprinklersshallbe

permittedtoprotectordinaryhazard,storageof

ClassthroughClassìcommodities,plasticcommodities,

miscellan2eousstorage,andotherstorageasspecified

inSections7-5,7-6,7-8orbyotherNFPAstandard.）

从条文中可以明显看到,在NFPA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&DCenter（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-29℃自动化立体货架冷库中使用新型冷冻液的ESFRK25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（ESFRK25）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“fullscall”或“largescale”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13.7m是ESFRK25目前做过的成功灭火试验的最大高度。

超过13.7m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13.7m以下,使用ESFRK25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ESFRK14产品,喷头没有检测,更没有认证,当然谈不上灭火试验,套用NFPA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&DCenter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NFPA13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NFPA101LifeSafetyCode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NFPA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NFPA13LH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4.2.8p8）

　　NFPA13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。

NFPA13（421WetPipeSystems.421.3Auxiliary

Systems.Awetpipesystemshallbepermittedtosupply

anauxiliarydrypipe,preaction,ordelugesystem,provided

thewatersupplyisadequate.）

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NFPA13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。

NFPA25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（2.1.4,4.2.9,6.4.1p2,8,15）

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POTTER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（5.5m/s）（MaximumSurge=18FPS）。

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.（GENERALINFORMATION2ThemodelVSR2Fisavanetypewaterflowswitchforuseonwetsprinklersystem.）

NFPA13中也明确指出了这一点,3210.2.4Paddle2typewaterflowalarmndicatorsshallbeinstalledinwet

systemsonly.（Paddle2type和Vane2type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p62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