浅谈物流建筑自动喷水灭火系统设计要点

引言

物流建筑是指进行物品收发、储存、装卸、搬运、分拣、物流加工等物流活动的建筑,其按照使用性质可分为存储型、作业型、综合型3种类型。随着电商的飞速发展,我国物流配送中心需求量剧增,物流建筑也朝着大体量、智能化方向发展。特别自2010年后,自动化立体仓库在我国各行各业得到广泛应用,进一步推进了物流建筑的发展。为方便物流活动,物流建筑的建筑面积与防火分区面积均较大,且物流建筑均需配置自动喷水灭火系统(以下简称喷淋系统）。本文主要结合新旧版《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084）,针对物流建筑设计过程中遇到的喷淋系统设计疑点进行分析探讨。

1立体仓库顶板下喷头和货架内喷头的设计参数及设置

1.1顶板下喷头的设置形式

立体仓库的最大净空高度多高达24m,采用自动分拣设备进行自动入货和出货可以大大节约用地,提高进出货效率。货架多采用单排和双排货架,也有采用多排货架。货架高度可超过20m,属于高架仓库。按《建筑设计防火规范》(GB50016一2014）第8.3.2条第4款的规定,除储存戊类物品外,均应设置自动喷水灭火系统。

按2005年版《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084一2001）(以下简称旧喷规）第5.0.7的规定:当货架储物高度的最大净空高度或最大储物高度超过本规范表5.0.5一1～表5.0.5一6及表5.0.6的规定时,应设货架内置喷头。旧喷规表5.0.5一1～表5.0.5一6及表5.0.6已经包含设置自动喷水灭火系统的各种类型的仓库,显然也包含采用早期抑制快速响应喷头(ESFR）的仓库,因此最大净空高度大于13.5m或最大储物高度大于12m的高架仓库可采用ESFR喷头+货架内置喷头的形式。在《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084一2017）(以下简称新喷规）实施前,最大净空高度大于13.5m或最大储物高度大于12m的高架仓库在顶板下设置流量系数K=360或K=200的ESFR喷头,再在货架内按照不大于4m的高度设置货架内喷头,喷水持续时间按1h计。

在新喷规颁布后,上述做法不被推荐使用。按新喷规第5.0.8的规定:当货架仓库的最大净空高度或最大储物高度超过第5.0.5条的规定时,应设货架内喷头,且货架内喷头上方的层间隔板应为实层板。而第5.0.5条是对采用早期抑制快速响应喷头时,对仓库的最大净空高度、最大储物高度等基本参数所作的规定,如表1所示。笔者对此条规定理解是,当仓库的最大净空高度大于13.5m或最大储物高度大于12m时,除顶板下采用早期抑制快速响应喷头(ESFR）外,还应在货架内增设货架内喷头。但第5.0.8条的条文说明解释不是这个意思,条文说明"本次修订删除了ESFR自动喷水灭火系统采用货架内置洒水喷头的布置方式,原因是ESFR喷头在其允许最大净空高度时,可不设置货架内置喷头。规范不推荐采用顶板下布置ESFR＋货架内置喷头的布置方式",这是参考美国+FNP13和FAG1oba1数据库的做法,原因是ESFR喷头属于灭火型喷头,喷水流量大,灭火时间短:若采用ESFR喷头＋货架内置喷头的布置方式,则ESFR喷头应视为控火型喷头,控火型喷头的灭火时间普遍比较长,因此喷水持续时间也应适当延长。

笔者认为新喷规第5.0.8条的条文和条文说明存在不一致的地方,但由于喷规内容基本参考+FNP13和FAG1oba1,而这两者均不推荐采用顶板ESFR＋货架内喷头的形式,且如采用顶板非ESFR喷头＋货架内喷头的形式,在新喷规表5.0.4一1～表5.0.4一3、表5.0.4一5均有规定,即对于最大净空高度大于13.5m或最大储物高度大于12m的高架仓库可在顶板下设置非ESFR喷头,再在货架内按每3m一层设置货架内喷头。顶板下喷头按表5.0.4一1～表5.0.4一3、表5.0.4一5中相应仓库类别下的喷水强度设计,货架内喷头的开放个数按表5.0.8的规定确定,喷水持续时间按2h计。

1.2货架内喷头的设置

货架结构本身会阻碍火灾产生的热量和燃烧产物,同时也会阻碍顶板喷头的喷水。货架内喷头能在较小的局部区域控制火热,并且会预湿着火点周围的区域,从而减少火焰的水平和垂直蔓延。设置货架内喷头的优点是能使系统尽快动作,尽量将火热控制到最小,并且不会使顶板下喷头动作,从而更有效地使用供水。但同时也带来一些不便,譬如管道敷设、货物摆放等。

关于货架内喷头的设置从以下几方面进行探讨:

首先是货架内喷头的设置位置。新旧喷规对货架内喷头在货架的设置位置均没有明确规定,在实际设计中一般有两种设置方法,一种是设置在货物正上方:另一种是设置在货架侧面,在两排货架之间的间隙处。从集热角度看,因烟气往上升,第二种方法更利于集热,且不会阻碍货物进出:而设在货物正上方的做法,由于烟气会被存放的货物阻挡,因此存在喷头动作延迟的可能,且如果货物进出时操作不当,喷头会被货物碰坏而发生事故。

其次是货架内喷头的设置方式。新喷规第5.0.8条第4款规定:设置两层及以上货架内置洒水喷头时,洒水喷头应交错布置。此处没有明确是在垂直方向还是在水平方向交错布置,对于单排、双排货架,因为只需布置一排货架,所以只需在垂直方向交错布置即可:而对于多排货架,从喷头动作和洒水均匀等角度考虑,笔者认为垂直方向和水平方向均应采用交错布置方式。

再次是货架内喷头的设置层数。新喷规第5.0.8条第1款规定:仓库危险级1级、11级场所应在自地面起每3.0m设置一层货架内置洒水喷头,仓库危险级111级场所应在自地面起每1.5～3.0m设置一层货架内置洒水喷头,且最高层货架内置洒水喷头与储物顶部的距离不应超过3.0m。此处规定了最底层和最高层货架内喷头分别到地面和储物顶部的距离,可据此计算出具体储物高度的货架内喷头的设置层数。这与旧规有很大的不同,旧喷规只规定了最底层货架内喷头到地面的距离,而没有规定最高层货架内喷头到储物顶部的距离,因此从经济角度考虑,按旧喷规设计的货架内喷头往往只设到顶板下喷头的保护距离最低处,在该高度以上的货物均由顶板下喷头保护。显然这种做法已无法满足新喷规的要求。

最后是货架内喷头的层间隔板的设置。按新规第5.0.8条的规定:货架内置洒水喷头上方的层间隔板应为实层板。为利于集热,此条规定货架内喷头上方的层间隔板为实层板。而第7.1.10条第1款规定:设置货架内洒水喷头的仓库,当货架内置洒水喷头上方有孔洞、缝隙时,可在洒水喷头的上方设置挡水板。按条文说明解释,此处挡水板的作用主要是防止上部的喷头动作后淋湿下方的喷头而影响喷头动作,即挡水板不是为了喷头集热,与实层板的作用不同,不能代替实层板,但如果货架内喷头上方设了实层板,在集热的同时,也起到了挡水的作用,因此可代替挡水板。

理想情况下货架内喷头的设置如图1所示。

2物流建筑大型装卸棚的喷淋系统设置

物流建筑由于装卸货的需要,往往会在装卸区设置雨棚,防止装卸货时货物被淋湿。多数情况下,此处的雨棚仅用于装卸货而不是堆放货物。《物流建筑设计规范》（GB51157—2016）（以下简称物规）第15.6.4条关于类似货棚的规定:储存或装卸可燃物品的货棚棚顶下应安装喷头:宽度超过1.2m的室外挑檐下,当堆放货物时应设置喷头:当仅供货物装卸等作业使用时可不设置喷头……。从形式来看,此处的货棚不同于雨棚。按照物规的定义,货棚是指设有顶盖和立柱,四周无封顶围墙的物流生产建筑。即物规定义的货棚是一个独立的建筑,而雨棚是指在建筑物出入口或顶部阳台上方用来挡雨、挡风、防高空落物砸伤的一种建筑装配,即雨棚只是建筑物的一个附属构件,只是其中的一部分,雨棚一般是三面无墙,而一面有出入口的围墙。从建筑形式上看,雨棚与货棚有着很大的区别。

对于进深比较小的雨棚,比如小于6.0m,当不堆放货物而仅用于装卸货时可不设置喷头,而对于进深比较大,比如笔者曾经参与某知名物流企业的一个物流建筑,其雨棚进深为60m,雨棚建筑面积约为14000m2。由于该雨棚设有顶盖和立柱,四周不建封顶围墙,已经符合货棚的定义,可理解为是一个60m进深的独立货棚,但该货棚与物流建筑的距离为零。此外,从实际使用功能来看,这种大面积的雨棚,已经完全等同于货棚,因此需设置自动喷水灭火系统。但由于货棚处四周（或三周）无围墙,仅设有顶棚,属于半室外空间,如在顶棚下安装湿式洒水喷头,则受风吹影响,喷头可能会很难集热,如火灾时恰好风力较大,则会导致开放喷头正下方并没有火苗,而真正着火处正上方的喷头则并不爆破,从而不能有效灭火。因此对于这种半室外空间,采用湿式系统存在很大的缺陷。对于净空高度大于6.0m（物流建筑的货棚净高大多高于6.0m）的货棚,可采用智能型灭火装置。由于智能型灭火装置设有红外探测装置,属于主动灭火系统,几乎不受风吹影响,用于货棚的自动喷水灭火系统较合适。

3工程实例

某自动化立体库,占地面积2825m2,高23.9m,用于储存医药物品,纸箱包装,库内设有6个单、双排货架,货架高度22m,层高1.8m。

根据新喷规的规定,本工程属仓库危险级11级,由于最大净空高度和最大储物高度均超过规范规定,因此采用顶板下喷头+货架内喷头的设置方式。

在喷头类型选择时,规范规定顶板下喷头可采用流量系数K=115和K=160的快速响应喷头,由于K=115的喷头造价更低,因此本项目采用K=115的快速响应喷头。喷头间距结合货架间距布置,支管间距在2.8～3.2m,同一根支管上的喷头间距小于3m。货架内喷头亦采用K=115的快速响应喷头,按每层货架设置一层货架内喷头,共设置11层,单排货架喷头布置在货架背面,双排货架布置在货架中间,喷头间距3m,每层喷头交错布置。

顶板下喷头作用面积为200m2,喷水强度20L/（min·m2）,货架内喷头开放数为14只,按最顶端2层、每层各开放7只计算:最不利点处喷头的工作压力均为0.169Ma,用水量分别为87L/s和28L/s,系统设计流量为115L/s,系统所需压力为0.959Ma,喷水持续时间均按2h计。

4结语

物流建筑由于储存、分拣配送的物品比较杂,数量较多,火灾负荷普遍比较大,因此自动喷水灭火系统对建筑物的消防安全尤为重要。在具体设计中,应根据物流建筑的布局、场地条件、工艺特点等作具体分析类比后,再选择合适有效的喷水灭火系统及设置方式,以保证能真正发挥自动喷水灭火系统的作用。