应用窗玻璃喷头的防护冷却系统设计探讨.docx

2013 年 第 11 期应用窗玻璃喷头的防护冷却系统设计探讨李欣， 张殿权(中国建筑东北设计研究院有限公司，沈阳 110006)摘要：窗玻璃喷头应用于防护冷却系统是防止火灾蔓延 的有效措施之一 。 通过分析窗 玻璃喷头的优缺点 ， 结合国 内外规范的要求，阐明了窗玻璃喷头和玻璃共同作用替代防火墙的设计依据 ， 明确了 窗玻璃喷头设计采用独立 湿式系统 ， 通过 计算推导出布置喷头合理间距，提出动态防火分区为计算原则的窗玻璃喷头系统的设计水量计算方法。关键词：窗玻璃喷头；防护冷却 ；动态防火分区中图分类号：TU892文献标志码：C文章编号：1673-1093(2013)11-0048-03玻璃采取一些必要的保护措施。就目前经济性、可靠性、安全性以及经过实践检验的要求，我们可 以通过防火玻璃加窗玻璃喷头保护的方式，来达 到目的。窗玻璃喷头按规范要求安装在防火玻璃 的受火面，当火灾发生，空气温度上升达到动作温 度时，感温玻璃球爆裂喷头启动，按设计的布水状态和流量强度覆盖整个玻璃墙面，阻隔火灾辐射热，降低防火玻璃的温度，能有效防止因火灾造成 的防火玻璃的结构损坏，阻止火灾蔓延，起到防火 墙的作用。有关试验证明，窗玻璃喷头加防火玻 璃所构成的玻璃窗、隔断或幕墙能满足碳氢标准 升温曲线 3 h 耐火极限的要求。同水幕系统相比， 可操作性强，节约大量用于冷却的水量，降低系统 的整体造价，节省泵房及水池面积，减少了水渍的 和对周围环境影响。引言随着中国经济的高速发展和城市化不断的推进，很多大中城市开发了大量的 CBD 商业中心、 高层建筑、超高层建筑、展览建筑等。为了整体功 能的实现，同时达到最佳观赏效果，营造舒适轻 松环境，这些建筑大量采用大空间玻璃隔断，但 这些大空间玻璃隔断的采用同时带来了一些问 题，比如难以满足现在防火规范要求，防火分区 面积过大，中庭穿越层数多。本文围绕窗玻璃喷 头应用，通过分析防火玻璃，防火卷帘以及防火 分隔水幕等防火分隔物的优缺点，结合现行国内 外规范要求，探讨窗玻璃喷头的系统选择、喷头 布置和水量计算等。0防火玻璃加窗玻璃喷头替代防火墙的1优缺点防火卷帘因起落等的不可靠性而存在自身的 固有缺陷，而且规范中已经极其严格的要求，除中庭外，当防火分隔部位宽度不大于 30 m 时，防火卷帘宽度不应大于 10 m；当防火分隔部位宽度 大于 30 m 时，防火卷帘不应大于 1/3，且不应大 于 20 m。防火玻璃是在普通玻璃基础上通过二次 加工而得到的深加工产品，其本身的物理特性并 没有改变，在施工，后期维护以及清洁等情况中 留下划痕等损伤，这样导致其在火灾发生时，防 火玻璃的热脆性增加从而形成了潜在的危险性增 高。另外，玻璃的透光物理性质，使火的辐射热可 穿透玻璃到达火灾的背面，因此，火灾背火面温度很容易升高，使其无法满足规范的 180 的规 定。为了实现其防火分隔的目的，我们应对防火防火玻璃加窗玻璃喷头国内，国外规范2设计的依据从国内看，我国目前现行有关消防的规范主要为建筑设计防火规范(简称“建规”)、高层民用 建筑设计防火规范(简称“高规”)、自动喷水灭火 系统设计规范(简称“喷规”)以及人民防空工程 设计防火规范(简称“人规”)。规范中均有“符合现 行国家标准门和卷帘耐火极限试验方法GB7633 有关背火面辐射热的判定条件时，应设置自动喷水 灭火系统保护。”的规定。从国外来看，NFPA132010 自动喷水灭火系统安装标准：“中庭建筑当 采用防火玻璃替代防火墙进行防火分隔时，应在防 火玻璃的两侧布置喷头，并应确保喷头动作后能淋湿所有防火玻璃的表面。并且整个建筑内均应设置自动喷水灭火系统，中庭内只能放置不燃或普通可收稿日期：2013-07-15； 修回日期：2013-08-20482013 年 第 11 期燃物，且中庭内应设置防排烟系统，其启动应与自动喷水灭火系统联动。”结合这两个角度来看，我们可以推断出防火 玻璃加窗玻璃喷头局部代替防火墙是符合我国， 国外相关规范要求的，是一种安全可靠，经得住 实践检验的设计方案。通过以上的分析，笔者认为防火玻璃加窗玻璃喷头的应用，是自动喷水灭火系统满足建筑设 计思想的发展的需要，是对不同工程实践经验的 总结，也是随着自动喷水灭火系统由经验向理论 科学的方向发展的必然选择。文仅以上海金盾消防安全设备有限公司生产的WS30-ZSTMB-T80，68 窗 玻 璃 喷 头 为 计 算 依 据，来讨论窗玻璃喷头的布置。第一种情况：防火玻璃匹配窗玻璃喷头系统 用于建筑内部防火分隔时，我们应该按玻璃两侧 是否有可燃物的情况来确定喷头的设置。当防火玻璃两侧都有可燃物时，应在防火玻璃两侧设置窗玻璃喷头，水流指示器各自单独设置，但是中庭 按 NAPA13，为两侧均发生火灾的情况考虑。第二种情况：防火玻璃加窗玻璃喷头系统用 于建筑内部火灾相邻楼层、房间或邻近建筑物蔓 延时，应在本建筑防火玻璃隔断的内侧设置窗玻 璃喷头。在明确窗玻璃喷头的布置的位置以后，我们 接下来讨论窗玻璃喷头的布置间距。喷规中要 求布水均匀而且保证喷水强度，最不利点喷头的 工作压力不小于 0.1 MPa，我们取 0.1 MPa。详见喷规水中幕系统的设计参数表 1。防火玻璃加窗玻璃喷头系统的选择和3喷头的布置防火玻璃加窗玻璃喷头替代防火墙系统的特点就是通过对防火玻璃进行洒水冷却，使火灾或 烟气不能够从着火点延伸到其他防火分区。笔者 认为，把自动喷水灭火系统看作一个与火灾的发生和变化同时发生和变化的动态防火分区来确定。这样我们就可以更好的控制防火玻璃加窗玻 璃喷头系统的长度，不再局限在 自动喷水灭火 系统设计规范(以下简称“喷规”)中对水幕仅限 于冷却防火卷帘及开口尺寸不超过 15 m 18 m 的开口限制。整个系统依据防火分区，不同楼层 设置水流指示器，同湿式系统一样设置报警阀 组、水泵接合器、供水泵以及增压稳压装置。在喷头的选择上，笔者根据窗玻璃喷头不属 于自动灭火装置范畴而只起冷却防护作用为出发 点，结合喷规中规定防护冷却水幕应直接将水喷向被保护对象的规定。我们可以选用侧向喷水的快速反应喷头，喷水方向正对受保护对象。由 于洒水喷头的布水是灭火，可用釜底抽薪来形 容，那么窗玻璃喷头的布水是冷却，充其量可用 扬汤止沸来形容，因此，我们应在窗玻璃喷头的 两侧的自动喷水灭火系统设置普通的洒水喷头应 给予加密，保证普通洒水喷头之间的间距均匀的 布置，其间距宜为 2.4 m，充分的发挥自动喷水灭 火系统的灭火率，使其控制初期火灾，成功扑灭 率不低于 90%。由于窗玻璃喷头的生产厂家参数不统一，本P =K 姨10q式中：P 为窗玻璃喷头的流量，L/min；K 为窗玻璃喷头的工作压力，MPa；q 为窗玻璃喷头的流量系数。因此，P =80 姨100.1=80 L/min在民用建筑中，采用玻璃匹配窗玻璃喷头的系统，一般为中危险级 II 级，作用面积为 160 m2，喷水强度为 8 L/minm2，一个喷头最大保护面积 为 11.5 m2，因此：Q=1.3MS=1.3160 m28 L/minm2=1 664 L/min=28 L/sD=11.5M=92 L/min式中：Q 为设计流量，L/min；D 为第一个喷头的出流量，L/min；S 为作用面积，m2；M 为喷水强度，L/minm2。通过以上计算 ，最不利点处的窗玻璃喷头在 0.1 MPa 的条件下不能满足要求，按 0.15 MPa计算得：P =80 姨100.15=98 L/min 的计算结果，符合要求。 在作用面积内窗玻璃喷头的数量：n=1 664 L/min/98 L/min=17(个)表 1 水幕系统的设计基本参数492013 年 第 11 期通过水幕系统的设计基本参数表，可以知道防护冷却水幕喷水强度为 0.51 L/sm，可以由 / (0.5 1 L/sm) 得出式 ：56 28 m，再由 /n=3.21.7 m，由于高规中规定喷头的之间的 间距为 22.5 m，WS30-ZSTMB-T80 喷头之间的最大间距不能大于 2.4 m，最小间距不能小于 1.8 m，所以，窗玻璃喷头之间的距离宜取 2 m，如果受实 际情况限制可以在 22.4 m 之间取值，喷头与玻璃的竖向隔板的最大距离不应大于 1.2 m。在满足喷头布水强度，以及布置间距的条件 的情况下，为了保证其火灾隔断效果，同时也应注意防火玻璃采用热增强型或钢化玻璃，其最小厚度不小于 6 mm，当采用标准 EPDM(三元乙丙 橡胶)橡胶密封条的不可燃玻璃架，两块玻璃的垂 直接缝必须对接并用硅胶密封剂连接或用不可燃 竖框连接，不允许有水平方向的接缝和框架。对 用竖向隔板或框架连接组合的玻璃窗、隔断或幕 墙，喷头应安装在每个分隔区段内。分隔区段长 度大于喷头最大间距下限时，应按长度设置多只 喷头，喷头间距应符合上述要求。当分隔区段长 度小于喷头最大间距下限时，应采用一只喷头并 安装在分隔区段的中心位置。喷头垂直向下，窗玻璃喷头安装时框架应平行于玻璃，喷头溅水盘 上的水流方向应指向玻璃面；喷头中心距玻璃 表 面 120 140 mm，溅 水 盘 距 玻 璃 顶 部 80 120 mm；所有可燃材料距离玻璃正面的净距离最 小 50 mm，可采用安装最小 915 mm 的小型隔墙，或当地消防部门认可的方法。火玻璃加窗玻璃喷头的方式来替代防火墙，喷头的间距为 2 m，喷头距玻璃的净距为 0.3 m，喷头 的连续供水时间为 3 h，在设置防火玻璃加窗玻 璃喷头的系统中用水量最大的系统为 17 L/s。2)第二种情况，当地消防局不认可自动喷水 灭火系统作为动态防火分区的城市。玻璃匹配窗玻璃喷头系统的设计流量计算等于一个防火分区 内布置窗玻璃喷头总长度乘以喷水强度，系统持续供水时间为 3 h。3)第三种情况，中庭四周的冷却保护水幕的 设计计算问题较特殊。建筑设置的中庭可能穿越多层建筑空间，这样就产生了水幕的计算是按照一层，还是多层计算的问题。国内中庭计算理论 是通过着火区域可燃物的数量和产烟量为依据，推导出中庭中烟气有效高度，用来计算高度和层数。在没有这些数据的时候，我们可以根据性能 化分析的原则，在中庭中放有可燃物的情况时，至少按最大的两层作为设计计算层数，其用水量根 据上面的第一种情况或者第二种情况计算；在中庭中绝对没有可燃物的时候，我们可以按最大一 层的水量作为设计水量。结语在民用建筑中，应用防火玻璃加窗玻璃喷头的防火冷却系统将越来越多，系统应用难度越来 越复杂，建筑的设计思想发展对给排水专业提出的要求会越来越高。设计者需要把握住此系统的国内外设计依据，借鉴已建成，运行的实际工程经 验，通过公式推算出喷头布置的合理间距，把握好其设计水量的计算，就可以使防火玻璃加窗玻璃 喷头的防火冷却系统的设计做到安全可靠，技术 先进，经济合理，从而达到节水节能，减少火灾的损失的目的。5防火玻璃加窗玻璃喷头系统设计水量4的确定防火玻璃加窗玻璃喷头系统的设计流量应采用窗玻璃喷头系统的各个防火分区中计算流量最 大的一个防火分区的流量为计算流量，系统的压力应能满足各个防火分区压力的要求。1)第一种情况，当地消防局认可自动喷水灭 火系统作为动态防火分区的城市。防火玻璃加窗 玻璃喷头系统的设计流量把自动喷水灭火系统看 作一个动态防火分区，按其危险等级作用面积的 长边作为计算长度，而且同时动作的喷头数不能 超过 7 个，依据高规5.4.4 条“其卷帘两侧 应独立的闭式自动喷水系统保护，系统喷水的延 续时间不应小于 3h”的规定，采用连续供水时间 为 3 h。例如沈阳佳兆业中心项目，由裙房商业、 办公楼、住宅楼共同组成，建筑高度约 180 m，总 面积约 30 万 m2，在商业裙房部分我们采用了防参考