自动喷水灭火系统设计精析及强化训练

自动喷水灭火系统是扑灭初期火灾的有效自动灭火系统，能有效抑制轰燃的发生，使火灾在初期就被有效控制和扑灭。

1.系统分类和适用条件

自动喷水灭火系统按喷头的开启形式可分为闭式系统和开式系统；按报警阀的形式可分为湿式系统、干式系统、干湿两用系统、预作用系统和雨淋系统等；按对保护对象的功能又可分为暴露防护型（水幕或冷却等）和控灭火型；按喷头形式又可分为传统型（普通型）喷头和洒水型喷头、大水滴型喷头和ESER型喷头等，还可分为泡沫系统和泡沫喷淋联用系统等。

（1）湿式系统湿式自动喷水灭火系统是在一个充满水的管道系统上安装自动喷水闭式喷头，并与至少一个自动给水装置相连，当喷头受到火灾释放的热量驱动而打开时，喷头就立即喷水灭火。

湿式自动喷水灭火系统包括闭式喷头、水流指示器、湿式报警阀组、控制阀、末端试水装置、消防水泵接合器和至少一套自动供水系统等组成。

湿式报警阀组由延迟器、水力警铃、压力开关、信号阀以及报警阀本身等组成。一个喷头动作后系统应自动启动喷水灭火。一个报警阀控制的喷头数不宜大于800只；为提高系统的可靠性，一个报警阀在同一层的保护面积不应大于5000m²。环境温度在4～70℃之间的绝大多数场所可采用湿式自动喷水灭火系统来进行人身和财产的保护，而且适用于各种形式的闭式喷头。

（2）干式系统干式自动喷水灭火系统是在一个干式报警阀后充满有压空气或氮气的管道上安装有自动喷水闭式喷头，当喷头受到火灾释放的热量作用打开后，喷头首先喷射管道中的气体，排空气体后，有压水通过管道达到喷水灭火。干式系统是依据喷头爆破，其管道内的有压气体泄压来驱动干式报警阀，从而实现系统自动启动系统的目的。与湿式系统相比，湿式系统采用水作为系统自动驱动媒介，而干式系统采用有压空气或氮气作为系统自动驱动媒介。

干式系统的组成与湿式系统基本一致，只是干式报警阀组无延迟器，但一般可增加加速器，其他与湿式系统相同。干式系统一个报警阀控制的喷头数不宜大于500只；系统配水管道充水时间不宜大于1min，在工程实践中，一般一个报警阀控制的配水管道的容积宜在1500L以内，大于1500L时应设加速器，且最大容积不宜超过3000L。

干式自动喷水灭火系统适用于环境温度低于4℃或大于70℃的场所。干式系统对喷头安装有严格要求，安装普通喷头时只能向上安装，安装专用干式喷头时可允许向下安装。ESFR喷头和快速反应喷头不能用于干式系统。

（3）预作用系统预作用系统是准工作状态时预作用报警阀后配水管道不充水，且由配套设置的火灾自动报警系统自动连锁或遥控、手动启动预作用报警阀后，配水管道充水转换为湿式系统。

预作用自动喷水灭火系统的特点是无水渍损失，报警阀组内无延迟器。一个报警阀控制的喷头数不宜大于800只，系统的配水管道充水时间不宜大于2min。预作用系统适用于系统处于准工作状态时，严禁管道漏水的场所、严禁系统误喷的场所、替代干式系统的场所、怕水渍损失的场所以及在环境温度低于4℃或大于70℃的场所替代干式系统。目前，多用于保护档案、计算机房、贵重物品、电器设备间和票证，以及小于140m²的计算机房等怕水渍损失场所。喷头选择要求同干式系统。

（4）雨淋系统雨淋系统采用开式喷头，由配套设置的火灾自动报警系统或传动管系统自动连锁或遥控、手动启动雨淋阀后，控制一组喷头同时喷水的自动喷水灭火系统。

雨淋系统适用于火灾水平迅速蔓延的场所，如舞台、火工品厂，以及高度超过闭式喷头保护能力的空间，严重危险Ⅱ级，如易燃液体喷雾操作区域，生产固体易燃物品、可燃的气溶胶制品、溶剂、油漆、沥青制品的工厂的备料及生产车间，摄影棚，舞台“葡萄”架下部及易燃材料制作的景观展厅等。

（5）水幕系统水幕系统不具备直接灭火的能力，而是利用密集喷洒所形成的水墙或水帘，或配合防火卷帘等分隔物，阻断烟气和火势的蔓延，因此属于暴露防护系统。密集喷洒的水墙或水帘自身即具有防火分隔作用；而配合防火卷帘等分隔物的水幕则利用直接喷向分隔物的水的冷却作用，保持分隔物在火灾中的完整性和隔热性。

水幕系统可分为两种类型：一种与雨淋系统相似，由开式喷头（开式洒水喷头或水幕喷头）、供水管道、控制供水的阀门，以及供水设施和火灾自动报警系统等组成；另一种为湿式系统，工程实践中是以加密喷头的形式出现。前者用水墙或水帘作为防火分隔或冷却防火分隔物，后者仅用于冷却防火分隔物，使其达到设计规定的耐火极限。前者是一旦有火，系统整体动作喷水；后者是随着烟气温度的升高逐步依次开放。目前两种形式在工程中都采用，但加密喷头的形式受到限制。

水幕系统中的报警阀可以采用雨淋报警阀组或湿式报警阀组，也可采用常规的手动操作启闭的阀门。采用雨淋报警阀组的水幕系统，需设配套的火灾自动报警系统或传动管系统联动，由报警系统或传动管系统监测火灾和启动雨淋阀与供水泵的启动。

水幕系统的特点是防止火灾蔓延到另一个区域，无论是防护冷却水幕还是防火分隔水幕，都能起到防止火灾蔓延的作用。防护冷却水幕仅用于防火卷帘的冷却，以及开口尺寸小于15m×8m的开口的防火分隔水幕。

（6）重复启闭预作用系统重复启闭预作用系统是在扑灭火灾后自动关阀、复燃时再次开阀喷水的预作用系统。

重复启闭预作用系统在灭火后且火场温度下降后，系统自动关闭，防止进一步喷水造成不必要的水渍损失，同时在火灾复燃后又自动打开，再一次灭火。因此该系统是真正意义上的自动喷水灭火系统，不但能自动打开，还能自动关闭系统。目前这种系统有两种形式，一种是喷头具有自动重复启闭的功能，另一种是系统通过烟温感传感器控制系统的控制阀，来实现系统的重复启闭的功能。

通常的自动喷水系统自动启动后，必须人工自动关闭。而重复启闭预作用系统具有自动启动和自动关闭的特点，防止因系统自动启动灭火后无人关闭系统，从而产生不必要的水渍损失。通常的自动喷水系统自动启动后，闭式系统必须再次更换喷头后才能再次自动启动；开式系统即雨淋系统，要使雨淋报警阀复位后才能再次自动启动。而重复启闭预作用系统具有多次自动启动和自动关闭的特点，在火灾复燃后能有效扑灭。

重复启闭预作用系统控制喷头的数量不宜超过800个，适用于灭火后必须及时停止喷水的场所（如计算机房、棉花仓库以及烟草仓库等）。

（7）自动喷水-泡沫联用灭火系统自动喷水-泡沫联用灭火系统有3个功能：一是灭火功能；二是预防作用，在有B类易燃液体火灾时，可以预防因易燃液体的沸溢和溢流而将火灾引到近区域，以及复燃；三是控制和暴露防护，在不能扑灭火灾时，控制火灾燃烧，减少热量的传递，使暴露在火灾中的其他物质不致受损。

在自动喷水灭火系统中配置可供给泡沫混合液的设备，组成既可喷水又可喷泡沫的固定灭火系统。自动喷水—泡沫联用系统按喷水先后可分为两种类型：一种是先喷泡沫后喷水，另一种是先喷水后喷泡沫。自动喷水—泡沫联用系统按喷头的形式不同，可分为闭式系统和开式系统两种。

5种自动喷水—泡沫联用系统分别为：泡沫—雨淋系统，即在原有的雨淋系统上增加泡沫供给装置，使系统能喷泡沫；泡沫—干式系统，即在原有的干式自动喷水系统上增加泡沫供给装置，使系统能喷泡沫；泡沫—预作用系统，即在原有的预作用自动喷水系统上增加泡沫供给装置，使系统能喷泡沫；泡沫—水喷雾系统，即在原有的水喷雾系统上增加泡沫供给装置，使系统能喷泡沫；泡沫—闭式自动喷水系统，即在原有的湿式自动喷水系统上增加泡沫供给装置，使系统能喷泡沫。自动喷水—泡沫联用系统的喷头有水泡沫喷头、水喷雾喷头和自动喷水喷头3种。

自动喷水—泡沫联用系统的特点为，强化灭火效果，前期喷水控火，后期喷泡沫强化灭火效果；前期喷泡沫灭火，后期喷水冷却防止复燃。自动喷水—泡沫联用系统的大小同自动喷水灭火系统湿式、干式、预作用、雨淋及水喷雾等系统的大小相同。

自动喷水—泡沫联用系统是比自动喷水灭火系统更高级的系统，可应用于A类固体火灾、B类易燃液体火灾及C类气体火灾的扑灭。我国《汽车库设计防火规范》（GB 50067—1997）中规定大型汽车库宜采用自动喷水—泡沫联用系统。该系统是自动喷水和水喷雾系统的更高一级的系统，可在需要时替代自动喷水系统和水喷雾系统。

（8）其他系统自动喷水灭火系统还有其他系统，如干湿两用系统、防冻系统、室外暴露防护系统及干式—预作用联合系统等，在此不作详细介绍。

2.设计参数

民用建筑和工业厂房的自动喷水灭火系统设计基本参数不应低于表3-2-12的规定。仓库的系统设计参数不应低于表3-2-13的规定。

表3-2-12 民用建筑和工业厂房的自动喷水灭火系统设计基本参数

注：系统最不利点处喷头的工作压力，不应低于0.05MPa。

表3-2-13 仓库的自动喷水灭火系统设计基本参数

注：系统最不利点处喷头的工作压力，不应低于0.05MPa。

仅在走道设置单排喷头的闭式系统，其作用面积应按最大疏散距离所对应走道的面积确定。装设网格、栅板类通透性吊顶的场所，系统的喷水强度应按表3-2-12规定值的1.3倍确定。当网格、栅板的投影面积小于地面面积15%时，其喷头应安装在网格、栅板内；当投影面积为15%～40%时，应在该吊顶的上下均设置喷头；当投影面积大于40%时，可安装在网格和栅板类吊顶的下面。

雨淋系统中每个雨淋阀控制的喷水面积应根据保护对象的燃烧速度来确定，对于火工品等燃烧速度快的场所，一个防火分区应为一个系统，当为其他燃烧速度较慢的A类物品时，一般宜为表3-2-12中的系统作用面积，且作用面积的长边应为火焰可能较快的传播方向。

闭式自动喷水—泡沫联用系统的设计基本参数，除执行表3-2-12的规定外，尚应符合下列规定：湿式系统自喷水至喷泡沫的转换时间，按4L/s流量计算，不应大于3min；泡沫比例混合器应在流量等于和大于4L/s时符合水与泡沫灭火剂的混合比规定；持续喷泡沫时间不应小于10min。

雨淋自动喷水—泡沫联用系统应符合下列规定：前期喷水后期喷泡沫的系统，喷水—泡沫强度不应低于表3-2-12和表3-2-13的规定；前期喷泡沫后期喷水的系统，喷泡沫强度应执行现行国家标准《低倍数泡沫灭火系统设计规范》（GB 50151—1992）（2000年版）的规定；持续喷泡沫时间不应小于10min。

干式和预作用自动喷水—泡沫联用系统的设计参数可参考雨淋自动喷水—泡沫联用系统的设计参数。

水幕系统的设计基本参数应符合表3-2-14的规定。

表3-2-14 水幕系统的设计基本参数

注：防护冷却水幕的喷水点高度每增加1m，喷水强度应增加0.1L/（s·m），但超过9m时的喷水强度采用1.0L/（s·m）。

3.喷头布置的一般规定

喷头应布置在顶板或吊顶下易于接触到火灾热气流并有利于均匀布水的位置。当喷头附近有障碍物时，应符合喷头与障碍物距离要求的规定或增设补偿喷水强度的喷头。

直立型和下垂型喷头的布置，包括同一根配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距，应根据系统的喷水强度、喷头的流量系数和工作压力确定，且不应大于表3-2-15的规定值，也不宜小于2.4m。

表3-2-15 同一根配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距

注：1.仅在走道设置单排喷头的闭式系统，其喷头间距应按走道地面不留漏喷空白点的原则确定。

2.货架内喷头的间距不应小于2m，并不应大于3m。

除吊顶型喷头及吊顶下安装的喷头外，直立型和下垂型标准喷头，其溅水盘与顶板的距离不应小于75mm，且不应大于150mm。

快速响应早期抑制喷头的溅水盘与顶板的距离，应符合表3-2-16的规定。

表3-2-16 快速响应早期抑制喷头的溅水盘与顶板的距离（单位：mm）

图书馆、档案馆、商场、仓库中的通道上方宜设有喷头。喷头与被保护对象的水平距离，不应小于0.3m；喷头溅水盘与保护对象的最小垂直距离不应小于表3-2-17的规定。

表3-2-17 喷头溅水盘与保护对象的最小垂直距离 （单位：m）

货架内喷头宜与顶板下喷头交错布置，其溅水盘与上方层板的距离，不应小于75mm，且不应大于150mm，与其下方货品顶面的垂直距离不应小于150mm。货架内喷头上方的货架层板，应为封闭层板。货架内喷头上方如有孔洞、缝隙，应在喷头的上方设置集热挡水板。集热挡水板应为正方形或圆形金属板，其平面面积不宜小于0.12m²，周围弯边的下沿，宜与喷头的溅水盘平齐。

净空高度大于800mm的闷顶和技术夹层内有可燃物时，应设置喷头。

当局部场所设置自动喷水灭火系统时，与相邻不设自动喷水灭火系统场所连通的走道或连通开口的外侧，应设置喷头。

装设通透性吊顶的场所，喷头应布置在顶板下。

顶板或吊顶为斜面时，喷头应垂直于斜面，并应按斜面距离确定喷头间距。尖屋顶的屋脊处应设一排喷头。喷头溅水盘至屋脊的垂直距离，屋顶坡度大于1/3时，不应大于0.8m；屋顶坡度小于1/3时，不应大于0.6m。

边墙型标准喷头的最大保护跨度与间距，应符合表3-2-18的规定。

表3-2-18 边墙型标准喷头的最大保护跨度与间距 （单位：m）

注：1.单排相对喷头应交错布置。

2.室内跨度大于两排喷头的最大保护跨度时，应在两排相对喷头中间增设一排喷头。

边墙型扩展覆盖喷头的最大保护跨度、配水支管上的喷头间距、喷头与两侧端墙的距离，应按喷头工作压力下能够喷湿对面墙和邻近端墙距溅水盘1.2m高度以下的墙面确定，且保护面积内的喷水强度应符合表3-2-12的规定。直立式边墙型喷头，其溅水盘与顶板的距离不应小于100mm，且不宜大于150mm，与背墙的距离不应小于50mm，并不应大于100mm。水平式边墙型喷头溅水盘与顶板的距离不应小于150mm，且不应大于300mm。

防火分隔水幕的喷头布置，应保证水幕的宽度不小于6m。采用水幕喷头时，喷头不应少于3排；采用开式洒水喷头时，喷头不应少于2排。防护冷却水幕的喷头宜布置成单排。

4.自动喷水灭火系统水力计算

（1）系统的设计流量喷头的流量应按式（3-2-10）计算

式中，q为喷头的流量（L/min）；P为喷头工作压力（MPa）；K为喷头流量系数。

水力计算选定的最不利点处作用面积宜为矩形，其长边应平行于配水支管，其长度不宜小于作用面积平方根的1.2倍。

系统的设计流量，应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量确定

式中，Q_s为系统设计流量（L/s）；q_i为最不利点处作用面积内各喷头节点的流量（L/min）；n为最不利点处作用面积内的喷头数。

系统设计流量的计算，应保证任意作用面积内的平均喷水强度不低于表3-2-12和表3-2-13的规定值。最不利点处作用面积内任意4只喷头围合范围内的平均喷水强度，轻危险级、中危险级不应低于表3-2-12规定值的85%；严重危险级和仓库危险级不应低于表3-2-12和表3-2-13的规定值。

设置货架内喷头的仓库，顶板下喷头与货架内喷头应分别计算设计流量，并应按其设计流量之和确定系统的设计流量。

建筑内设有不同类型的系统或有不同危险等级的场所时，系统的设计流量，应按其设计流量的最大值确定。

当建筑物内同时设有自动喷水灭火系统和水幕系统时，系统的设计流量，应按同时启用自动喷水灭火系统和水幕系统的用水量计算，并取两者中的最大值。

雨淋系统和水幕系统的设计流量，应按雨淋阀控制的喷头的流量之和确定。多个雨淋阀并联的雨淋系统，其系统设计流量，应按同时启用雨淋阀的流量之和的最大值确定。

当原有系统延伸管道、扩展保护范围时，应对增设喷头后的系统重新进行水力计算。

（2）管道水力计算管道内的水流速度宜采用经济流速，必要时可超过5m/s，但不应大于10m/s。

每米管道的水头损失应按式（3-2-12）计算

式中，i为每米管道的水头损失（MPa/m）；v为管道内水的平均速度（m/s）；d_j为管道的计算内径（m），取值应按管道的内径减1mm确定。

管道的局部水头损失，宜采用当量长度法计算。

水泵扬程或系统入口的供水压力应按下式计算

H=∑h+P₀+Z （3-2-13）

式中，H为水泵扬程或系统入口的供水压力（MPa）；∑h为管道沿程和局部水头损失的累计值（MPa），湿式报警阀、水流指示器取值0.02MPa，雨淋阀取值0.07MPa；P₀为最不利点处喷头的工作压力（MPa）；Z为最不利点处喷头与消防水池的最低水位或系统入口管水平中心线之间的高程差，当系统入口管消防水池的最低水位高于最不利点处喷头时，Z应取负值（MPa）。

（3）设计计算步骤①判断保护对象的性质，划分危险等级和选择系统。②确定作用面积和喷水强度。③确定喷头的形式和保护面积。④确定作用面积内的喷头数。⑤确定作用面积的形状。⑥确定第一个喷头的压力和流量。⑦计算第一根支管上各喷头的流量、支管各管段的水头损失，以及支管流量和压力，并计算出相同支管的流量系数。⑧根据支管流量系数计算出配水干管各支管的流量和各管段的流量、水头损失；并计算出作用面积内的流量、压力和作用面积流量系数。⑨计算系统供水压力或水泵扬程（包括水泵的选择等），以及灭火用水量等。⑩确定系统水源和减压措施。

（4）作用面积形状计算作用面积内的喷头数可根据喷头的平面布置、喷头的保护面积A_S和系统作用面积A确定。即

N═A/A_S （3-2-14）

式中，N为作用面积内的喷头数量（个）；A为相应危险等级的作用面积（m²）；A_S为喷头的保护面积（m²）。

作用面积的长边的计算公式为

L_min≥1.2A^1/2 （3-2-15）

式中，L为作用面积长边的最小长度（m）；A为作用面积（m²）。

作用面积的短边的计算公式为

B═A/L （3-2-16）

式中，B为作用面积的短边（m）。

根据式（3-2-14）和式（3-2-15）计算出作用面积的长宽，再根据喷头保护面积的长宽确定系统设计作用面积。作用面积应根据喷头保护面积的整数倍，且应大于规范规定的设计作用面积。