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高層建筑內(nèi)柴油發(fā)電機房水噴霧設計探討 作 者：陳 芬（福州市建筑設計院總工程師） 提要 本文主要探討高層建筑內(nèi)柴油發(fā)電機房水噴霧滅火系統(tǒng)的設計，介紹比較二種設計方法，推薦平面布置法。 關鍵詞 水噴霧柴油發(fā)電機房 直接噴射 完全覆蓋 設計 滅火系統(tǒng) 平面布置法 立體布置法 (一)概述 根據(jù)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB50045-95-1997年局部修訂條文第7.6.6條“高層建筑內(nèi)的下列房間應設置水噴霧滅火系統(tǒng)：……7.6.6.4自備發(fā)電機房”，現(xiàn)設在高層建筑內(nèi)的自備發(fā)電機房應設計水噴霧滅火系統(tǒng)設計，而以往發(fā)電機房則是設計氣體滅火系統(tǒng)。目前柴油發(fā)電機房水噴霧滅火系統(tǒng)噴頭布置一般采用二種方法⑴平面布置方法；⑵立體布置方法。下面就這二種方法進行探討。 (二)設計內(nèi)容 以某一16層的辦公樓為例，該樓在地下室內(nèi)設一組YGS-588型470kW自啟動柴油發(fā)電機組。 1.采用平面布置方法 由于高層建筑物內(nèi)的自備發(fā)電機組高度不大，油箱也不高，可用平面布置方法來設計高層建筑內(nèi)柴油發(fā)電機房水噴霧滅火系統(tǒng)。 ⑴確定保護對象的設計噴霧強度： 柴油發(fā)電機房火災定性為液體火災。柴油發(fā)電機組燃油選用原則應使燃油凝固點較氣溫低10℃，一般選0號柴油。0號柴油的閃點不低于65℃。查《水噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》（以下簡稱《噴霧規(guī)范》）表3.1.2，柴油發(fā)電機房水噴霧滅火系統(tǒng)防護目的－－屬滅火，保護對象－－屬閃點60-120℃的液體，設計噴霧強度Ｗ為20L/mimm2，持續(xù)噴霧時間為0.5h。 ⑵計算保護面積S： 發(fā)電機房的保護面積按機房實際使用面積來計算，計算時應扣除墻、柱的面積，經(jīng)計算S發(fā)電機＝50.15m2。 儲油間的保護面積為儲油間的實際使用面積，經(jīng)計算S儲油間＝3.20m2。 由于貯油間設在發(fā)電機房內(nèi)，火災時對發(fā)電機組威脅大，且其面積不大，可視其與發(fā)電機房為同一保護區(qū)，即水霧噴頭同時噴霧。 ⑶計算水霧噴頭的流量q： 要計算水霧噴頭的流量q，首先要確定水霧噴頭型號。為了節(jié)約投資應選霧化角較大的噴頭，其在相同的水壓下保護面積較大。現(xiàn)發(fā)電機房水霧噴頭一般選用ZSTG10/114型高速噴射器（黃銅材料）。該噴射器霧化角較大，流量適中，適用于保護閃點66℃以上的易燃液體，K＝43.8。 q＝K(10P)0.5，P＝0.35MPa（《噴霧規(guī)范》要求的最小滅火壓力） q＝43.8(100.35)0.5≈81.94L/min ⑷計算所需水霧噴頭的最小數(shù)量N： N發(fā)電機房＝S發(fā)Wq＝50.152081.94≈12個 N儲油間＝S儲Wq＝3.202081.94≈1個 ⑸噴頭布置： 合理地布置水霧噴頭，可以使噴霧均勻地完全覆蓋保護對象，確保噴霧強度。《噴霧規(guī)范》第3.2.3條規(guī)定“水霧噴頭與保護對象之間的距離不得大于水霧噴頭的有效射程。”第3.2.4條規(guī)定“水霧噴頭的平面布置方式可為矩形或菱形。當按矩形布置時，水霧噴頭之間的距離不應大于1.4倍水霧噴頭的水霧錐底圓半徑；當按菱形布置時，水霧噴頭之間的距離不應大于1.7倍水霧噴頭的水霧錐底圓半徑?！睉鶕?jù)噴頭有效射程、水霧錐底圓半徑來布置噴頭，也就是說水霧要直接噴射到保護對象并完全覆蓋。根據(jù)“上消”廠家介紹水霧噴頭用于滅火時，其水平射程宜算到噴頭水平噴射曲線上線最高點止，當P＝0.35MPa時，ZSTG10/114型噴頭的水平有效射程為1.70m，上線1.71m，下線2.5m；其垂直有效射程為3m。本設計實例按矩形布置噴頭，噴頭布置平面詳附圖(一)。噴射曲線可詳產(chǎn)品樣本。注意噴頭離油箱的距離≤0.7m。噴頭布置后，應校核噴頭間距、水霧覆蓋情況。 a.發(fā)電機房： 發(fā)電機組高度按2m計，噴頭安裝高度距發(fā)電機組1.3m，水霧錐底圓半徑R為1.5m。 間距：1.4R＝1.41.5＝2.1m（噴頭間距）>1.9m（噴頭間距） 角a：[(0.95-0.2)2+1.251.25]0.5≈1.46m<1.5m(R) 角b：[0.950.95＋（1.25-0.5）)2≈1.21m<1.5m(R) b.儲油間： 油箱頂面離地高度按2m計，噴頭安裝高度距油箱0.7m，水霧錐底圓半徑為0.94m。噴頭距地2.7m，水霧錐底圓半徑R為2.3m。儲油間為三角形，油箱安裝位置長度需1m，油箱只可放在f-g-h-i-j范圍內(nèi)，可按R=0.94m來校核f、g、h、i、j點的水霧覆蓋情況?？紤]儲油間地面通常設有集油溝，還應按R=2.3m來校核c、d、e水霧覆蓋情況。 角f：(0.530.53＋0.5290.529)0.5≈0.75m〈0.94m(R) 角e：(1.531.53＋0.5290.529)0.5≈1.62m〈2.3m(R) 角c：(1.5711.571＋1.0291.029)0.5≈1.88m〈2.3m(R) 角d：(1.831.83＋0.8290.829)0.5≈2.01m<2.3m(R) ⑹水力計算： 水力計算應列管道水力計算表進行計算，此文省略，作法可詳《建筑給水排水設計手冊》。計算結果詳附圖（二）?！秶婌F規(guī)范》第3.1.3條規(guī)定“水霧噴頭的工作壓力，當用于滅火時不應小于0.35MPa”，計算最不利噴頭的起始壓力應按0.35MPa計，計算公式：q=√BH。由于水噴霧系統(tǒng)采用開式噴頭，應根據(jù)特性系數(shù)法計算系統(tǒng)的實際流量、水頭損失等，若用估算法，偏差會較大，可能導致噴出的不是水霧。 計算中應隨時校核噴頭的設計值是否在其正常值的范圍內(nèi)，ZSTG10/114型高速噴射器正常工作壓力為0.28-0.5MPa，相對應正常流量為1.22L/s-1.63L/s。從附圖(二)中可以看出每個噴頭的流量均在此范圍內(nèi)。計算完畢，還應校核每個管段流速。校核每個管段流速詳表1。從表1可以看出各管段流速V均小于5m/s，符合《噴霧規(guī)范》規(guī)定。 管道流速校核表 表1 管段 管徑 流量Ｑ Ｋc 流速Ｖ 管段 管徑 流量Ｑ Ｋc 流速Ｖ (mm) (L/s) (m/s) (mm) (L/s) (m/s) 1-2 DN25 1.375 1.883 2.59 6-7 DN100 18.17 0.115 2.09 2-3 DN32 2.77 1.05 2.91 11-5 DN25 1.43 1.883 2.69 3-4 DN50 5.54 0.47 2.60 4-5 DN80 11.12 0.204 2.27 5-6 DN80 12.55 0.204 2.56 V=KcQ ⑺管道布置： 對于水噴霧滅火系統(tǒng)，管道布置應盡量考慮噴霧管網(wǎng)的均勻性，配水支管宜在配水管兩側(cè)均勻分布，這樣既便于計算，又利于每個噴頭的噴霧流量大小相近。當然也可采用放大配水支管管徑的作法來使管網(wǎng)均勻，但這樣做要增加投資。 2.采用立體布置方法 此種布置方法是水噴霧滅火系統(tǒng)傳統(tǒng)的布置方法。 (1)確定保護對象的設計噴霧強度： 同平面布置法。 (2)計算保護面積S： 根據(jù)《噴霧規(guī)范》第3.1.5條，保護面積應按保護對象外表面積確定。發(fā)電機組最大外形尺寸：長寬高=380015941963（單位mm）。發(fā)電機組外表面是不規(guī)則的，保護面積應按包容發(fā)電機組的最小規(guī)則形體的外表面積來計算。 S發(fā)電機=(3.8+1.594)1.9632+3.81.594≈27.3m2 通常在儲油間內(nèi)設儲有8h所需柴油的油箱，油箱外形尺寸一般為1m1m1m，有的設一個油箱，有的設二個油箱。油箱一般架高1m，以便油靠重力流入發(fā)電機組。本設計實例燃油耗量94L/h，貯油量為948=752L。柴油比重0.8-0.87，按0.85計，油箱容量=7520.85≈885L，故設1m1m1m油箱1個。油箱布置圖詳附圖（三）。 S儲油=（1+1）2+11=5m2 (3)計算水霧噴頭的流量q： 同平面布置法。 (4)計算所需水霧噴頭的最小數(shù)量N： N發(fā)電機=S發(fā)Wq=27.32081.94 ≈7個 N儲油間=S儲Wq=52081.94 ≈2個 (5)噴頭布置： 噴頭平面布置詳附圖（三）。從布置圖可以看出，為了達到直接噴射的目的，發(fā)電機組設了8個噴頭，比計算結果多設了1個噴頭。儲油間若按油箱每個面設噴頭，得設5個噴頭，計算保護面積僅為5m2要設5個噴頭，顯然不合理。由于油箱高度僅為1m，在油箱頂設一個噴頭、底設一個噴頭，應該也可達到直接噴射的目的。 (6)水力計算： 計算結果詳附圖四。 (三)兩種設計計算方法比較 兩種方法對照表 平面布置方法 立體布置方法 設計噴霧強度(L/min.m2) 20 20 保護面積(m2) 53.35 32.3 水霧噴頭流量(L/min) 81.94 81.94 噴頭數(shù)量（個） 13 10 噴頭布置 噴頭均布，噴頭安裝高度一致 噴頭繞發(fā)電機組四周布置，噴頭安裝高度差別較大 水力計算 簡單 復雜 系統(tǒng)設計流量（L/S） 18.17 13.9 系統(tǒng)所需最小壓力（MPa） 0.465 0.4519 從表2可以看出，采用平面布置方法比采用傳統(tǒng)的立體布置方法更偏安全，系統(tǒng)設計的流量值、壓力值及噴頭數(shù)均比立體布置方法大，對于設在室內(nèi)的小型發(fā)電機組，由于其高度不高，可以達到直噴的效果。且采用平面布置計算方法，發(fā)電機房內(nèi)的發(fā)電機組布置可較靈活，不會因為機組挪位或施工臨時改機組型號而要改機房內(nèi)的水噴霧系統(tǒng)。常常設計選用的發(fā)電機組廠家與甲方購買的不同，導致發(fā)電機組外形尺寸不同，這是設計水噴霧滅火系統(tǒng)采用立體布置法的難處。本設計實例就是這樣的,設計時原本采用300kW自啟動柴油發(fā)電機組，而到施工時由于甲方加大用電負荷，改成了470kW自啟動柴油發(fā)電機組。采用平面布置法，由于噴頭安裝高度基本一致，計算簡單，施工也不容易弄錯。采用立體布置法，配水支管繞著發(fā)電機組布置，妨礙日常操作。因此本文推薦建筑物內(nèi)的自備發(fā)電機房水噴霧滅火系統(tǒng)采用平面布置方法來設計。 參考文獻: 1.《水噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》 2.《高層民用建筑設計防火規(guī)范》 3.《建筑給水排水設計手冊》 附圖如下：