張靜，張平

基于NFPA的高堆倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)噴淋消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Design of Automatic Sprinkler Fire Protection System for High Heap Warehouse Based on NFPA

張靜1，張平2

基于美國(guó)消防標(biāo)準(zhǔn)（NFPA），在設(shè)計(jì)高堆倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)噴淋消防系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)儲(chǔ)存物品的種類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)，按照保護(hù)面積和最大間距的要求布置噴頭，通過(guò)一組設(shè)計(jì)曲線選取系統(tǒng)參數(shù)，這些步驟構(gòu)成了NFPA的一套完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

NFPA；高堆倉(cāng)庫(kù)；自動(dòng)噴淋；噴水強(qiáng)度

美國(guó)消防標(biāo)準(zhǔn)（NFPA）中自動(dòng)噴淋消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體系，與中國(guó)消防標(biāo)準(zhǔn)（GB）相比，方法獨(dú)特。而對(duì)于高堆倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，NFPA也有特殊的設(shè)計(jì)方法和要求，所以應(yīng)對(duì)NFPA13（噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)）進(jìn)行深入的解讀和研究，以便在工程實(shí)踐中順利獲得國(guó)外業(yè)主和咨詢(xún)公司的認(rèn)可。

1 概念定義

在NFPA中，高堆倉(cāng)庫(kù)是指貨物堆積高度＞3.7m的倉(cāng)庫(kù)。根據(jù)物品的種類(lèi)，貨物分成了四類(lèi)，具體分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)如下：

ClassⅠ——不燃物品直接放置于木架上；不燃物品放在單層瓦楞紙箱里，有或沒(méi)有單層硬紙板分隔，有或沒(méi)有貨盤(pán)；不燃物品是用收縮塑料膜或紙包裝的單元貨載，有或沒(méi)有貨盤(pán)。

ClassⅡ——不燃物品放在板條木箱里、實(shí)木盒子、多層瓦楞紙箱或相似的可燃包裝材料里，有或沒(méi)有貨盤(pán)。

ClassⅢ——包括木材、紙、天然橡膠或C類(lèi)塑料，有或沒(méi)有紙箱、木箱或板條箱包裝，有或沒(méi)有貨盤(pán)；也允許包含一定量（按照重量或體積的5%）的A類(lèi)或B類(lèi)塑料。

ClassⅣ——有部分或全部的B類(lèi)塑料構(gòu)造；包括散粒狀的A類(lèi)塑料；包含本體或包裝物有一定量（按照重量的5%～15%，或按照體積的5%～25%）的A類(lèi)塑料。

對(duì)于上述提到的塑料分類(lèi)，其中A類(lèi)塑料包括ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、乙縮醛、腈綸、異丁橡膠、三元乙丙橡膠、纖維增強(qiáng)塑料、天然橡膠（延展性）、丁腈橡膠、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、順丁橡膠、聚碳酸酯、聚酯彈性體、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC（增塑的聚氯乙烯-塑化劑含量＞20%，很少見(jiàn)）、苯乙烯、丁苯橡膠；B類(lèi)塑料包括纖維素酯類(lèi)塑料、氯丁二烯橡膠、氟塑料（乙烯-三氟氯乙烯共聚物；四氟乙烯；氟化乙丙烯）、天然橡膠（非延展性）、尼龍、硅橡膠；C類(lèi)塑料包括氟塑料（聚氯代三氟乙烯；聚四氟乙烯）、三聚氰胺、酚醛樹(shù)脂、PVC（彈性的聚氯乙烯-塑化劑含量多達(dá)20%）、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、脲醛樹(shù)脂。

2 噴頭的選擇與布置

根據(jù)NFPA，標(biāo)準(zhǔn)直立型和下垂型噴頭允許用于所有危險(xiǎn)等級(jí)和結(jié)構(gòu)類(lèi)型的建筑物。由于每種噴頭都有各自的參數(shù)要求，甚至設(shè)計(jì)方法也有不同，這里僅介紹通用性最強(qiáng)的這兩種噴頭。

2.1 噴頭參數(shù)

根據(jù)建筑物天花板的最高溫度，NFPA規(guī)定了噴頭的溫度等級(jí)、分類(lèi)和顏色代碼，見(jiàn)表1。其中，在倉(cāng)儲(chǔ)建筑中，常溫、中溫和高溫噴頭可以應(yīng)用濕式系統(tǒng)，而僅有高溫噴頭可以應(yīng)用干式系統(tǒng)。另外，規(guī)范還特別規(guī)定了在普通倉(cāng)庫(kù)、堆垛倉(cāng)庫(kù)、橡膠輪胎倉(cāng)庫(kù)、卷紙倉(cāng)庫(kù)和棉包倉(cāng)庫(kù)的屋頂噴頭的最小溫度等級(jí)是66℃。

對(duì)于高堆倉(cāng)庫(kù)，噴頭的最小K值應(yīng)為80。任何噴頭的最小工作壓力為0.05MPa（0.5bar，7psi），最大工作壓力為1.21MPa（12.1bar，175psi）。這些參數(shù)與中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求基本一致。

2.2 保護(hù)面積的定義

在NFPA中，沿支管水流方向的噴頭間距定義為S，可以選用相鄰噴頭的最大間距，也可以選用噴頭與墻間距的2倍；相鄰平行支管上的噴頭間距定義為L(zhǎng)，可以選用相鄰噴頭的最大間距，也可以選用噴頭與墻或障礙物間距的2倍。噴頭的保護(hù)面積As應(yīng)由S與L的乘積來(lái)確定。

2.3 布置要求

在布置噴頭時(shí)，噴頭的保護(hù)面積和最大間距見(jiàn)表2，而距墻的最大距離不應(yīng)超過(guò)噴頭允許間距的一半。另外，噴頭距墻的最小距離為102mm，噴頭最小中心間距在非特殊情況下不應(yīng)＜1.8m，在貨架間布置的噴頭允許間距＜1.8m。

表1 溫度等級(jí)、分類(lèi)和顏色代碼

表2 用于高堆倉(cāng)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)下垂型和直立型噴頭的保護(hù)面積和最大間距*

噴頭的濺水盤(pán)與天花板的最小間距為25.4mm，最大間距為305mm，但這一規(guī)定不適用于天花板型噴頭。對(duì)于尖屋頂，在屋脊下面或附近布置的噴頭，距離屋脊的垂直距離不應(yīng)＞914mm，見(jiàn)圖1。從圖1還可以看出，在斜屋頂下布置噴頭，間距的測(cè)量應(yīng)沿著屋頂?shù)男倍冗M(jìn)行。需要說(shuō)明的是，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定在尖屋頂?shù)奈菁固帒?yīng)設(shè)一排噴頭，而NFPA則規(guī)定可設(shè)也可不設(shè)。

圖1 人字形屋頂下的噴頭布置

3 系統(tǒng)參數(shù)的確定

噴水強(qiáng)度和作用面積是自動(dòng)噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中非常重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)表格形式直接給出了各類(lèi)倉(cāng)庫(kù)的噴水強(qiáng)度和作用面積，而NFPA對(duì)這兩個(gè)參數(shù)則有獨(dú)特的選取方法。當(dāng)選用常溫等級(jí)的噴頭時(shí)，按照貨物屬于ClassⅠ～ClassⅣ的具體類(lèi)別，從圖2中的曲線選點(diǎn)，以確定噴水強(qiáng)度和作用面積；按照NFPA規(guī)定，中溫等級(jí)的噴頭也從圖2選取參數(shù)；當(dāng)選用高溫等級(jí)的噴頭時(shí)，按照適合的貨物類(lèi)別，從圖3中選點(diǎn)，以確定噴水強(qiáng)度和作用面積。需要注意的是，如果常溫和中溫等級(jí)噴頭的K值為161（11.2）或更大時(shí)，應(yīng)被允許使用高溫等級(jí)噴頭的噴水強(qiáng)度，即可從圖3中選取參數(shù)。從圖2和圖3中可以看出，對(duì)于相同的貨物種類(lèi)，高溫等級(jí)噴頭的噴水強(qiáng)度相對(duì)較小，而當(dāng)K值＞161（11.2）時(shí)，單個(gè)噴頭的噴水流量較大，所以相應(yīng)降低了噴水強(qiáng)度的要求。

由于圖2和圖3僅是貨物堆積高度為6.1m時(shí)的參數(shù)曲線，所以還需根據(jù)實(shí)際堆積高度進(jìn)行噴水強(qiáng)度的校核（校核曲線見(jiàn)圖4）。最后，將之前選取的噴水強(qiáng)度與校正系數(shù)相乘，得出設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

圖2 噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)曲線-堆積高度為6.1m（20ft）-常溫噴頭

圖3 噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)曲線-堆積高度為6.1m（20ft）-高溫噴頭

圖4 屋頂噴頭強(qiáng)度-堆積高度

通過(guò)上述步驟得出噴水設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，還應(yīng)滿(mǎn)足以下的強(qiáng)制要求：

（1）對(duì)于高堆倉(cāng)庫(kù)，設(shè)計(jì)強(qiáng)度不應(yīng)＜6.1mm/min（0.15gpm/ft2），作用面積對(duì)于濕式系統(tǒng)不應(yīng)＜186m2(2 000ft2），對(duì)于干式系統(tǒng)不應(yīng)＜242m2（2 600ft2）。

（2）當(dāng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度≤8.2mm/min（0.20gpm/ft2）時(shí)，允許使用K為80（5.6）或更大的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)噴頭。

（3）當(dāng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度為8.2～13.9mm/min（0.20～0.34gpm/ft2）時(shí)，允許使用K為115（8.0）或更大的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)噴頭。

（4）當(dāng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度＞13.9mm/min（0.34gpm/ft2）時(shí)，允許使用K為161（11.2）或更大的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)噴頭。

4 計(jì)算案例

某小型紙袋倉(cāng)庫(kù)，堆積高度為4.5m，按照NFPA要求進(jìn)行計(jì)算，選擇參數(shù)，布置噴頭。具體步驟如下：

首先，確定該倉(cāng)庫(kù)的貨物種類(lèi)為ClassⅢ，屋頂噴頭可選溫度等級(jí)為79℃的中溫噴頭。

其次，從圖2中的ClassⅢ曲線任意選點(diǎn)，可選擇作用面積為200m2，噴水強(qiáng)度為11mm/min。

然后，根據(jù)堆積高度，從圖4中可知校正系數(shù)為70%，得出設(shè)計(jì)強(qiáng)度為7.7mm/min，噴頭K值為80。

最后，得出噴頭的保護(hù)面積為12.1m2，噴頭最大中心間距為4.6m，最小中心間距為1.8m，距墻最大距離為2.3m，距墻最小距離為102mm。

[1]American National Standard.NFPA 13 Standard for the Installation of Sprinkler sy Stems[S].2010．

[2]GB50084-2001,自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].■

TU892

A

1001-6171（2017）01-0067-04

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2016-05-22；編輯：呂光