高层建筑发电机房水喷雾系统设计

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高层建筑发电机房水喷雾系统设计
陈 芬
(福州市建筑设计院，福建福州350001)
摘 要：探讨了高层建筑内柴油发电机房水喷雾灭火系统的设计，详述了平面和立体布置法两种设计方案，经比较推荐采用平面布置法。

　
关键词： 水喷雾灭火系统；柴油发电机房；平面布置法；立体布置法　
《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045—95)1997年的修订条文表明，高层建筑内的发电机房应设置水喷雾灭火系统，而以往发电机房则采用气体灭火系统。

目前水喷雾灭火系统的喷头布置一般采用平面布置和立体布置两种方法。

1 设计方案
某16层办公楼的地下室内设有一组YGS-588型470kW 自启动柴油发电机组。

1.1 平面布置法
由于高层建筑物内的自备发电机组及油箱高度较低，故可采用平面布置法来设计水喷雾灭火系统。

① 确定设计喷雾强度W
柴油发电机房火灾定性为液体火灾。

发电机组一般选用0号柴油，其闪点≥65℃，经查《水喷雾灭火系统设计规范》(以下简称《喷雾规范》)设计喷雾强度为20L/(min·m 2)、持续喷雾时间为0.5h 。

② 计算保护面积S
发电机房的保护面积按机房实际使用面积来计算(应扣除墙、柱的面积)，S 发=50.15m 2。

储油间的保护面积为储油间的实际使用面积，S 储＝3.20m 2。

储油间设在发电机房内，由于火灾时对发电机组威胁大而占地面积不大，故可与发电机房视为同一保
护区，即水雾喷头同时喷雾。

③ 计算水雾喷头流量q
要计算q ，首先要确定水雾喷头的型号。

为了节约投资应选雾化角较大的喷头以保证其在相同的水压下保护面积较大，一般选用ZSTG10/114型高速喷射器(黄铜材质)，该喷射器雾化角较大、流量适中，适用于
保护闪点在66℃以上的易燃液体。

q=K·(10·P)0.5≈81.94L/min
式中 P ——最小灭火压力，P=0.35MPa K——水雾喷头流量系数，K=43.8 ④ 计算所需喷头的最小数量N N 发=S 发·W/q ≈12个 N 储=S 储·W/q ≈1个 ⑤ 喷头布置
喷头的合理布置可使喷雾均匀地完全覆盖保护对象以确保喷雾强度。

《喷雾规范》 第3.2.3条规定“水雾喷头与保护对象之间的距离不得大于水雾喷头的有效射程”，第3.2.4 条规定“水雾喷头的平面布置方式可为矩形或菱形。

当按矩形布置时，水雾喷头之间的距离不应大于1.4倍水雾喷头的水雾锥底圆半径；当按菱形布置时，水雾喷头之间的距离不应大于1.7倍水雾喷头的水雾锥底圆半径”，故应根据喷头有效射程、水雾锥底圆半径来布置喷头，也就是说水雾要直接喷射到并完全覆盖保护对象。

水雾喷头用于灭火时的水平射程宜算到喷头水平喷射曲线上线最高点止，当P ＝0.35MPa 时，ZSTG10/114型喷头的水平有效射程为1.70m ，垂直有效射程为3m 。

本设计按矩形方式布置喷头(见图1)。

　
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设计中应注意喷头与油箱的距离≤0.7m ，喷头布置后还应校核喷头间距及水雾覆盖情况。

a.发电机房　
发电机组高度按2m 计，喷头安装高度距发电机组1.3m ，水雾锥底圆半径R 为1.5m 。

喷头间距为1.9m ＜1.4R(2.1m)； 角a 与喷头间距为1.46m ＜1.5m ； 角b 与喷头间距为1.21m ＜1.5m 。

　
b.储油间　
油箱顶面距地面高度按2m 计，喷头安装高度距油箱0.7m ，水雾锥底圆半径R=0.94m 。

喷头距地2.7m ，
水雾锥底圆半径R=2.3m 。

储油间为三角形，油箱只可放在f-g-h-i-j 范围内，可按R=0.94m 来校核f 、g 、h 、i 、j 点的水雾覆盖情况。

考虑储油间地面通常设有集油沟，还应按R=2.3m 来校核c 、d 、e 点水雾覆盖情况。

　
各点与喷头间距： 角f 为0.75m ＜0.94m ；角e 为1.62m ＜2.3m ；角c 为1.88m ＜2.3m ；角d 为2.01m ＜2.3m 。

　
⑥ 水力计算　
水力计算按《建筑给水排水设计手册》中的方法进行计算，结果见图2。

《喷雾规范》第3.1.3条规定
“当用于灭火时水雾喷头的工作压力不应小于0.35MPa”，故最不利喷头的起始 压力应按0.35MPa 计，计算公式为q=。

由于水喷雾系统采用开式喷头，应根据特性系数法计算系统的实际流量、水头损失等，若用估算法则偏差较大，可能会导致喷出的不是水雾。

　
计算中应随时校核喷头的设计值是否在其正常值的范围内，ZSTG10/114型高速喷射器的正常工作压力为0.28～0.5MPa ，对应的正常流量为1.22～1.63L/s ，从图2中可见每个喷头的流量均在此范围内。

计算完毕还应校核每个管段流速(见表1)。

各管段流速V ＜5m/s ，符合《喷雾规范》的规定。

　
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表1 管道流速校核
管段
管径(mm) 流量Q(L/s) Kc
流速V(m/s)
1-2 25
1.375 1.883
2.91
2-3 32 2.77 1.05 2.91 3-4 50 5.54
0.47 2.60
4-5 80 11.12 0.204 2.27 5-6 80
12.55
0.204 2.56
6-7 100 18.17 0.115 2.09
11-5 25 1.43
1.883
2.69
注： V=Kc·Q
⑦ 管道布置
管道布置应尽量考虑喷雾管网的均匀性，配水支管宜在配水管两侧均匀分布，这样既便于计算又利于每个喷头的喷雾流量大小相近，当然也可采用放大配水支管管径的办法使管网均匀，但这样做要增加投资。

　
1.2 立体布置法
立体布置法是传统的布置方法。

① 确定喷雾强度 同平面布置法。

②计算保护面积S
保护面积应按保护对象外表面积确定。

发电机组最大外形尺寸：长×宽×高=3800mm×1594mm×1963mm ，其外表面是不规则的，保护面积应按包容发电机组的最小规则形体的外表面积来计算。

S 发电机=27.3m 2　
通常在储油间内设能储存8 h 所需柴油量的油箱，油箱一般架高1m 以使油靠重力流入发电机组。

设计
中燃油耗量为94L/h ，柴油密度按0.85g/mL 计，则油箱容量≈885L ，故设1m×1m×1m 油箱1个。

S 储=5m 2 ③ 计算水雾喷头流量q 同平面布置法。

　
④ 计算所需喷头的最小数量N
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N 发=S 发·W/q ≈7个 N 储=S 储·W/q ≈2 个 ⑤喷头布置
喷头平面布置见图3。

　
从图3可见，为了达到直接喷射的目的，发电机组设了8个喷头，比计算结果多设了1个。

储油间若按油箱每个面设喷头，得设5个喷头，这显然不合理。

由于油箱高度仅为1m ，故仅在油 箱顶部及底部各
设1个喷头即可达到直接喷射的目的。

⑥ 水力计算 计算结果见图4。

　
2 两种设计方案比较
两种设计方案比较见表2。

表2 两种设计方案比较
项 目
平面布置法
立体布置法
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设计喷雾强度［L/(min·m 2)］
20 20 保护面积(m 2) 53.35 32.3 水雾喷头流量(L/min) 81.94 81.94 喷头数量(个) 13 10 头布置喷 喷头均布，喷头安装高度一致 喷头绕发电机组四周布置， 喷头安装高度差别较大 水力计算 简单
复杂
系统设计流量(L/s) 18.17 13.9 系统所需最小压力(MPa)
0.465 0.4519
由表2可见，平面布置法与传统的立体布置法相比，系统设计流量值、压力值大，喷头数多，故系统更安全。

此外其机组布置更灵活，系统不会因为机组挪位或型号改变而受影响，而立体布置法则难于做到。

因此，对建筑物内的自备发电机房水喷雾灭火系统的设计推荐采用平面布置方式。