住宅自动喷淋灭火系统技术应用

随着我国房地产业的迅速发展，各个城市的各类居住小区建设如火如荼，大量的多层和高层住宅在全国各地如雨后春笋。而且随着人民生活水平的提高，住宅装修和家具陈设越来越五彩缤纷，因而造成室内存在大量可燃物，加上大小电器、炊事活动，火灾隐患非常多。根据公安部消防局发布的数据统计，从2006年至2008年，每年发生的住宅火灾数均超过5万起(2007年超过6万起)，虽然仅占火灾发生总数的33%左右，但死伤人数却超过3000人，接近总人数的70%，火灾损失达到了6.2亿左右，且这些数据呈逐年上升趋势。为了有效地降低住宅火灾起数及损失，一些国家在这方面做了大量的工作，为此需要开发了适用于住宅建筑的自动喷水灭火系统。目前，在发达国家已经实现住宅用自动喷水灭火系统保护。
据1995年美国消防协会(NFPA)调查统计，美国建筑火灾有72％发生在住宅，其中32万起火灾发生在单栋双并式住宅(oneandtwofamily)，财产损失6.49千万美元。当人们探讨美国火灾问题时发现，它既不是建筑物构造，也不是建筑物的年龄，而是缺少自动喷水灭火系统。据美国消防协会统计，在81425次火灾中，有96.2％是由自动喷水灭火系统扑灭的。在英国,平均每天有2人死于火灾，50人受伤。但如果所有的多人共住房都装上住宅消防装置，在实际上它们将能消除火灾引起的死亡，而且把火灾损失降低80%，总体上英国的火灾损失率
将一举减少30%以上。又如澳大利亚和新西兰，从1886年到1968年的几十年中，安装这一灭火系统的建筑物，共发生火灾5734次，灭火成功率达99.8%。
住宅自动喷水灭火系统是一种在住宅建筑内安装的自动快速反应的喷水灭火给水系统。它可不依赖于人，早期发现、及时控制家庭内的火灾，是防止住宅内生命和财产遭受火灾损失的有效装置。该系统可靠实用且简单经济，具有以下优点:
(1)快速、及时喷水灭火，减少了烟雾、火和水渍造成的破坏。
(2)用较少的水进行控制和灭火，其用水量比消火栓等其它灭火设施要少得多。
(3)减少火灾现场的烟气，防止人的视线和呼吸困难，最大限度地保证人的生存环境。
(4)自动化控制，无需人员启动有利于消防员对受困人员的疏散和营救。
(5)供水系统安装方便，节省空间，造价低且日常维护量小。
1、给水方式
住宅喷淋灭火系统通常为湿式系统，但在环境温度低于4℃时的无人居住区，可采用干式系统、防冻系统以及预作用系统。防冻系统有电子追踪加热、在管道内加入防冻剂等几种形式。当系统与市政给水总管相连时，不能采用在管道内加入防冻剂的防冻形式。住宅喷淋灭火系统有五种给水方式，分别是市政给水总管给水方式、压力水箱给水方式、水泵从水池吸水给水方式、增压泵从市政总管或高位水箱吸水给水方式以及重力水箱给水方式。无论选择何种方式都必须满足系统对水量和水压的要求。
这五种给水方式中，与市政给水总管直接连接的给水方式为最经济、最佳的给水方式，它有三种不同的形式：
(1)系统直接与市政给水总管相连。
(2)采用紧急关闭阀的生活、喷淋共用给水系统。当住宅喷淋灭火
系统动作时紧急关闭阀将保证给水总管的全部水量仅用于喷水灭火。
(3)无紧急关闭阀的生活、喷淋共用系统。在住宅喷淋灭火系统动作后，这种给水形式仍能保证生活用水的供应。在这种情况下，室外给水必须保证有足够的水压和水量。
生活给水和喷淋灭火生活共用系统是住宅喷淋灭火系统最大的特点和最明显的优势。这种系统无须独立的住宅喷淋灭火系统，省去了相应的一些构筑物和设备，如水池和水泵等，从而使安装费用大大降低，也使住宅喷淋灭火系统的普及成为可能。
2、住宅喷淋灭火系统的组成
以生活给水和喷淋共用系统为例，住宅喷淋灭火系统主要由住宅喷头、管道、水流指示器、止回阀、闸阀、紧急关闭阀、排水和试验装置以及报警试验装置组成。美国和英国规范都明确规定，系统中的每个组成部分均应由全新的设备和材料组成，以保证住宅喷淋灭火系统的可靠性。

图1住宅内生活与喷淋共用给水方式示意图
2.1喷头
住宅喷头分为玻璃球喷头、易熔合金喷头和隐蔽型喷头三种。住宅喷头应为快速响应喷头，响应时间指数RTI应小于等于40，快速响应特性能及时探测火灾，有利于控制初期火灾。喷头的公称动作温度至少要高出环境温度30℃。在正常的条件下，一般均采用动作温度为57℃或68℃的喷头。喷头的布置应综合考虑喷头的喷水模式、喷头的间距、喷头与障碍物的距离、喷头的热敏元件与天花板的距离和阴火迅速蔓延等问题。
2.2水流指示器
水流指示器的作用是报警。当喷头动作后，水流通过喷水灭火系统管路上的水流指示器，采用电路信号既可以发出声响又可以及时报警。水流指示器、紧急关闭阀和闸阀的组合实际上相当于一套简易的水力报警阀组，但可节省使用空间便于住宅内的安装。
2.3止回阀
止回阀的作用是防止喷淋水倒流污染生活用水。由市政给水总管供水的住宅喷淋灭火系统或生活喷淋共用系统，为防止市政用水受到污染，必须安装止回阀。
2.4紧急关闭阀
紧急关闭阀设置位置见图1，此阀通常为常开。喷头动作后，水流指示器检测到管道中的水流，将信号传递给紧急关闭阀，在接收到火灾信号后紧急关闭阀将关闭，保证进水管水量全部用于喷水灭火。
2.5排水和试验装置
排水和试验装置安装在喷淋管道的最低点。在每个系统包括生活、喷淋子系统的闸阀后(按水流方向)宜安装一套报警试验和排水装置。它同时具有这两种功能，在平时的维护管理中，可以对系统进行检测、试验，还可以把系统里的水放空维修。
2.6管材
在住宅喷淋灭火系统中管道可选用铜管、钢管等。目前欧美国家在住宅喷淋灭火系统中使用的主要管材为铜管，铜管与其他金属管相比，重量轻、连接方便、摩擦阻力小，应用在住宅喷淋灭火系统中，可以节省空间，减少管道支吊架。铜管还能耐腐蚀，稳定性好，即便在维护条件不佳的情况下，也可长期使用。此外，铜的熔点为1083℃，不影响铜管在住宅喷淋系统中的运用。因此，铜管在住宅自动喷水灭火系统中的运用具有一定的优越性。
3、设计计算的基本要求
3.1住宅危险等级的确定
住宅设置自动喷水灭火系统始于20世纪70年代的美国，20世纪90年代英国在推广住宅自动喷水灭火系统。2005版"高规"第7.6.1,条规定建条规定建筑高度超过100m的高层建筑除面积小于5.0m2的卫生间、厕所和不宜用水扑救的部位外，均应设自动喷水灭火系统。第7.6.2.4条规定高级住宅的居住用房应设自动喷水灭火系统。可见规范对住宅中设置自动喷淋系统有所要求，但2005版"喷规"的附录A设置场所火灾危险等级举例中没有列举住宅的危险等级。根据美国和其他国家的有关规定，一般情况住宅被列为轻危险等级。为此，住宅应按轻危险等级考虑系统设置参数。
3.2设计作用面积
美国NFPA13的有关规定：采用快速响应喷头的自动喷水灭火系统,其作用面积可以相应减少。在实际工程中，住宅被分成若干防火独立的小间，作用面积的计算可以按防火独立的房间来进行设计，作用面积的大小一般以最大的分隔面积为设计依据。
3.3设计流量
同时开放喷头数作适当限制，只考虑一个房间内的喷头数有可能同时开放。对于单户，一个房间内最多开放的喷头数不多于2个；对于多户住房，一个房间内最多开放的喷头数不于4个。当单个喷头动作时，其流量不能小于68L/min；当多个喷头同时动作时，每个喷头的流量不能小于47L/min。另外，设计流量还需加上用于报警的水量。
3.4水箱或水池容积的计算
住宅设置了快速响应喷头对住宅发生的初期火灾一般都能快速扑灭。水箱或水池为生活和喷淋合用时，容积应至少为住宅喷淋灭火系统用水量的1.1倍。对于单户住房，住宅喷淋灭火系统用水量为水压最高的单个喷头动作10min的用水量和单个房间内2个喷头同时动作10min的用水量两者中的最大值。对于多户住房，住宅喷淋灭火系统用水量为水压最高的房间内最多4个喷头同时动作10min的用水量。当住宅给水系统采用屋顶水箱供水时，水箱的容量不需要增加很多就能满足系统的设计要求。
3.5喷头工作压力
国外规范对住宅喷头工作压力的要求为不小于0.05MPa。但对于高层住宅的顶层来说，生活水箱的设置高度较低，很难使喷头的工作压力达到0.05MPa。目前，国内针对已建歌舞娱乐游艺场所增设自动喷水灭火系统，研制开发了工作压力要求低于标准喷头的低压洒水喷头，其公称直径DN20mm，工作压力为0.025MPa，玻璃球直径≤3mm，特性系数K=115，响应时间指数RTI≤50，公称动作温度为57℃、68℃。如果将这种低压洒水喷头应用于住宅喷淋灭火系统，现有的生活水箱设置高度就可满足顶层低压喷头的工作压力。
4、我国现行规范中对住宅部分设置自喷的规定
按2005版"高规"第7.6.2条及7.6.3条规定,不管楼幢是否为一、二类建筑，底部的商业、办公等用房均应设置自动喷水灭火系统。对于上部的住宅部分，如为二类建筑，规范无具体要求；但对于超过50m不超过100m的一类建筑，规范7.6.3条有规定但可给予不同解读。如规范中"普通住宅"为局部定性，则住宅部分(包括其公共走道)可不设置自喷系统；如理解规范中"普通住宅"为整体楼幢定性，则上部住宅部分仅公共走道要设置自喷水系统。
又如2005版"高规"与2001版相比，放宽了高层住宅自动喷水灭火系统的设置条件。按2005版"高规"规定，只有100m以上且设置中央空调的住宅户内用房，才必须设置自动喷水灭火系统。2005版"高规"对此给出的解释是："住宅火灾蔓延到相邻户及相邻单元的案例不多见，故取消原条文7.6.2.1~7.6.2.5款的规定"。2005版"高规"弱化了自动喷水灭火系统的设置条件，同时明确规定了高度不到100m的一类高层建筑中的住宅部分不设置火灾自动报警系统，这不利于早发现、早报警、早扑救，也与高层建筑立足于自救的要求相矛盾。