民用建筑高大空间场所喷淋系统设计

一、概述

1.定义

民用建筑高大空间主要指最大净空高度大于8m的室内空间，常见于中庭、体育馆、航站楼、影剧院、音乐厅、会展中心等。

2.灭火设施

规范给出了最大净高≤18m的高大空间湿式喷淋设计参数，对于最大净高＞18m的民用建筑高大空间，通常可采用自动跟踪定位射流灭火系统保护。

对于最大净高为18m以内的民用建筑高大空间，也可能存在设置喷淋系统确有困难的情况，如：闭式洒水喷头无法有效感知和喷水灭火的部位、曲面吊顶、喷头固定困难的部位等。此时，个人认为也可采用自动跟踪定位射流灭火系统。

注：本文仅讨论最大净高≤18m、且可设置湿式喷淋的民用建筑，探讨其具体设计细节。

二、要求

1.设计参数

1.1 民用建筑高大空间场所采用湿式喷淋系统的设计基本参数不应低于《喷规》表5.0.2的规定值（见下表）：

注：

a. 表中未列入的场所，应根据本表规定场所的火灾危险性类比确定。

b. 当民用建筑高大空间场所的最大净空高度为 12＜h≤18m时，应采用非仓库型特殊应用喷头。

1.2 对最大净空高度的理解

对于喷淋系统而言，最大净空高度是喷头所保护的最大高度，对于设置了吊顶的场所，如吊顶内满足《喷规》7.1.11条所列举的情况，吊顶内可不设洒水喷头，此时，可以仅设置下喷，则该场所的最大净空高度为地面到吊顶的高差。

对于部分最大净空高度略微超过8m的场所，可通过降低吊顶高度（降到小于8m），来降低喷淋系统喷水强度、设计用水量等。对于吊顶内需设置喷头的情况，上喷保护高度通常小于下喷保护高度，则该场所最大净高计算方式仍为地面到吊顶的高差。

2、喷头选型

设置闭式喷淋系统的场所，洒水喷头类型和场所的最大净空高度应符合表6.1.1的规定：

注：

1）特殊应用喷头介绍见《喷规》术语2.1.23，其产品标准为《自动喷水灭火系统 第22部分：特殊应用喷头》，流量系数有161、202、242等，民用建筑中非仓库型特殊应用喷头通常可采用K161型。

2）上表中，净空高度为8m＜h≤12m，对应有2种喷头的选择，参照规范表5.0.2可知，在此高度范围内也存在两种喷水强度要求。考虑喷头工作压力，为防止配水管起端压力超0.4MPa，建议此高度下喷头选型如下：

a. 设计喷水强度为12L/(L.min)时，可采用K115标准覆盖面积洒水喷头，且应为快速响应喷头。

b. 设计喷水强度为15L/(L.min)时，可采用K161非仓库型特殊应用喷头。

3）对于最大净高为12m＜h≤18m的高大空间场所（民用建筑），均可采用K161非仓库型特殊应用喷头。

注：对于局部高大空间场所，当采用上述喷头时，为避免与其他区域混装、也方便校审，建议在平面图中框出范围，引注说明喷头类型及对应场所的最大净空高度、喷水强度。

3、火灾延续时间

《喷规》5.0.16 除本规范另有规定外，自动喷水灭火系统的持续喷水时间应按火灾延续时间不小于1h确定。规范其他条文未对民用建筑高大空间喷淋系统的火灾延续时间进行规定，故可按1h确定。

三、相关问题解析

1、水流指示器设置

对于高大空间场所为独立防火分区的情况，直接按防火分区设置水流指示器即可，如体育馆、航站楼、会展中心等。以下主要讨论防火分区内局部高大空间场所喷淋系统水流指示器的设置，例如中庭、影院等。

当建筑内设置中庭时，其防火分区的建筑面积应按上、下层相连通的建筑面积叠加计算，当总面积不超规范防火分区面积规定值时，不同楼层可连通，且中庭与其他部位可不采取防火分隔措施，此时中庭喷淋可直接接喷头所在位置对应楼层的水流指示器后的喷淋管网。

对大商业来说，叠加后总面积超过规范规定值的情况更为常见，通常会将中庭划分给1F的防火分区，并在与其他楼层连通的部位设置防火卷帘进行分隔。此时，中庭本质仍为1层，相对于1F其他部分而言，只是层高更高的区域而已，发生火灾时，其对应的位置仍是1F。

对于中庭等高大空间，其水流指示器的设置，通常可采用如下图所示的2种方式：

说明：

a. 建议优先考虑“方式1”，当采用“方式1”时，中庭部分可不设置单独的信号阀、水流指示器，中庭仍视为1F的一部分，但应考虑末端试水的位置，复核最不利点是否位于中庭；

b. 当中庭最大净高较高、采用“方式1”不便设置接中庭喷淋的立管或可能导致1F喷淋配水管入口压力超过0.4MPa（轻危险级、中危险级）时，建议中庭自喷从喷头所在位置对应楼层喷淋管网的信号阀之前单独接出，设置独立的信号阀、水流指示器，见“方式2”；

c. 对于影院，影厅通常为挑高设计，不同于中庭的是，其入口层以上通常为实墙分隔，其余情况与中庭类同，其水流指示器的设计方式同中庭，可根据具体情况按“方式1”或“方式2”确定。

d. 当吊顶内不满足《喷规》7.1.11条、需设置吊顶内喷头时，中庭部分可采用上下喷，或上喷与下喷分开布置，上喷采用普通K80标准覆盖面积洒水喷头即可，布置上喷时应注意梁的影响。

2、喷头工作压力和喷水强度复核

1）《喷规》

2.1.18： 一只喷头的保护面积  

同一根配水支管上相邻洒水喷头的距离与相邻配水支管之间距离的乘积。

9.1.1  系统最不利点处喷头的工作压力应计算确定（且≮0.05MPa） 。

9.1.5 系统设计流量的计算，应保证 任意作用面积内的平均喷水强度不低于 本规范表5.0.1、 表5.0.2 和表5.0.4-1~表5.0.4-5的规定值。

最不利点处作用面积内 任意4只喷头的围合范围内的平均喷水强度 ，轻危险级、中危险级不应低于本规范 表5.0.1 规定值的 85% ，严重危险级和仓库危险级不应低于本规范表5.0.1和表5.0.4-1~表5.0.4-5的规定值。

条文说明：本条规定对任意作用面积内的 平均喷水强度 及 最不利点处作用面积内任意4只喷头围合范围内的平均喷水强度 提出了要求。

解析：

a. 第9.1.5条主要是规定了2个方面的要求：

一是要求作用面积内的平均喷水强度要满足相应规定（ “要求1” ）；二是针对最不利点作用面积内任意4只喷头围合范围内的平均喷水强度满足某些规定（ “要求2” ）。

b. 针对以上2个要求，我们先绘制1图进行探讨：

通过观察上图可知，上述4种情况，作用面积内的平均喷水强度均能满足规范要求，但灭火能力各有差异，对于喷水强度分布极其不均的喷头布置而言，即便能满足“要求1”，也存在部分区域薄弱，可能无法灭火、无法抑制火灾壮大和蔓延的可能。

故只满足平均喷水强度，而不强调任意位置的最低喷水强度要求，是存在重大缺陷的，因此，平均喷水强度应是基本前提，而 任意位置应满足的最低喷水强度是保障措施，故“要求2”是对“要求1”的补充和保证，不可缺失 。

c. 通过分析9.1.5条中针对 最不利点作用面积内4个喷头的平均喷水强度 要求可发现，该部分内容覆盖了轻危险级、中危险级、严重危险级及仓库危险级，覆盖表格为表5.0.1和表5.0.4-1~表5.0.4-5， 唯独缺少了表5.0.2 。（表5.0.5和表5.0.6无喷水强度要求数据）

当高大空间场所需要计算最不利点喷头工作压力时，无最不利点4个喷头的平均喷水强度要求，则计算无据可依 ，也不合理，故个人斗胆认为，规范此处存在明显漏洞，即要求里遗漏了表5.0.2。

d. 通过查《喷规》附录A可知，表5.0.2中除去条文9.1.5明确规定的严重危险级外，其余民用高大空间均为轻危险级或中危险级，场所的火灾危险等级主要考量是火灾荷载、蔓延速度等，高度导致的灭火缺陷由快速响应、提高喷水强度、缩小喷头布置间距弥补，场所危险等级不以高度为转移。

e. 故个人坚定认为，场所危险等级为轻危险级、中危险级的民用建筑高大空间，除应执行任意作用面积内的平均喷水强度要求外，还应执行9.1.5条最不利点4个喷头的平均喷水强度要求，即满足不低于《喷规》表5.0.2规定值的85%，按此要求设计，合规、合理。

注：轻危险级、中危险级高大空间场所，如仅执行任意作用面积内的平均喷水强度要求，明面上也不违规，但个人不建议，计算最不利点喷头工作压力时也无据可依。

2）计算

民用建筑内可设置湿式自喷的高大空间场所通常为轻危险级或中危险级，设某高大空间场所喷头流量系数为K，按矩形布置，布置间距为：A×B，场所设计喷水强度为Q [单位-L/(min.㎡)]，单个喷头流量为q，则：

q≥A*B*Q*85%   

≥A*B*Q*85%   

则，最不利点喷头工作压力P的计算公式：

P≥[(A*B*Q*85%/K)?]/10

且：P应≮0.05MPa（规范规定的最低工作压力）

当计算值P≥0.05MPa，可直接按计算值；当P＜0.05MPa时，喷头工作压力可取0.05MPa。

例如，喷头布置间距：3m×2.75m，设计喷水强度：12L/(L.min)，喷头流量系数K=115，计算可得：P≥0.054MPa，则可取最不利点喷头工作压力为0.055MPa。

3、配管管径计算

计算出最不利点喷头工作压力后，可以计算最不利点喷头的设计流量，再通过假定喷头管径的情况下，复核管段流速，通过调整管径，使管段流速符合设计流速。

采用较高的管道流速，不利于均衡系统的水力特性并加大损耗；为了降低管道摩阻而放大管径、采用低流速，将导致管道重量的加重，使设计的经济性降低。

对于民用建筑局部高大空间场所，个人建议将管道流速控制在3~4m/s左右，当管径≥DN100时，流速可适当放大，配水支管末端管段流速宜≤3.0m/s，以实现经济性和水力特性的平衡。

设计初期，当单个喷头平均保护面积不低于7.8㎡（作用面积内的喷头数一般不大于20个）时，可按下表管径配管：

配管管径估算表

注：

配管之后，应采用作用面积法计算复核， 作用面积内平均喷水强度不应低于规范的规定值，当低于规定值时，应调整最不利点喷头工作压力或调整配管，并复算。

可采用天正自带“喷淋计算”功能对不同管段的流速进行赋值，点击左侧菜单-计算-喷淋计算-勾选管道经济流速-设置，复核流速，个别管段流速不合理时，可手动调整管径。

4、系统流量计算

对于局部高大空间场所面积大于规范要求的作用面积时，可直接按规范计算该场所喷淋系统设计流量。

当局部高大空间场所面积小于规范要求的作用面积，例如不大于160㎡，则除需计算该挑高区域内喷淋系统的设计流量外，还应叠加同一防火分区紧挨该区域的一部分面积内的喷淋流量，叠加部分面积应补足规范作用面积要求。

当2个区域接自同一水流指示器时，应根据该防火分区最不利点喷头推导各计算区域喷头的工作压力，根据推导的喷头工作压力，确定设计流量，且 应合理配置配水管起端减压孔板孔径，以防喷头实际工作压力超设计值。

5、提醒

管段流速越大时，管路水损越大，则作用面积内不同位置喷头的工作压力差越大，在最不利点喷头工作压力确定的情况下，喷头平均工作压力越大，单个喷头平均出流量越大，进而系统设计流量越大。

对于局部应用场景，如上面举例的中庭、影厅，管径略微放大，对于管材的成本增加非常有限，但却能有效降低管路水损，降低系统设计流量，进而减小水泵规格及消防水池储水量。

反之，应用范围广时，例如，大到几万㎡，甚至几十万㎡，此时放大管径带来的设计流量和水池储水量的降低也很有限，增加的管材成本占据更大比重，此时，可适当调高各管段流速。

总而言之，应灵活处理管径、流速、水损、系统设计流量、消防水池储水量之间的关系，以最大程度保证系统的经济性与合理性。

四、设计举例

规范所列举的民用建筑高大空间设置湿式自喷时，共有3种喷水强度：12L/(min.㎡)、15L/(min.㎡)、20L/(min.㎡)，本次按3种喷水强度分别举例。

1、12L/(min.㎡)

某高层办公楼一层大堂局部挑高，大堂部分设置吊顶，吊顶内无可燃物，最大净空高度为10m。大堂上方采用湿式喷淋系统进行保护，设计喷水强度12L/（min.㎡），作用面积160㎡，采用K115快速响应型标准覆盖面积洒水喷头，喷头布置间距：3m*2.75m。

根据公式：P≥[(A*B*Q*85%/K)?]/10

可计算得最不利点喷头工作压力P应≥0.054MPa，取0.055MPa ，则最不利点喷头设计流量为：

=115*根号（10*0.055）

             =85L/min= 1.42L/s

根据上一章节配管管径估算表，绘图如下：

注：上图中末端试水以及接水流指示器的方式为示意，可根据实际情况调整。

计算结果如下：

系统设计流量为34.19 L/s，经复核，各管段流速基本符合设计流速，入口压力也相对合理，平均喷水强度为12.75L/（min.㎡），满足规范要求。

2、15L/(min.㎡)

某高层办公楼一层大堂局部挑高，大堂部分设置吊顶，吊顶内无可燃物，最大净空高度为15m。大堂上方采用湿式喷淋系统进行保护，设计喷水强度 15L/（min.㎡） ，作用面积160㎡，采用 K161非仓库型特殊应用喷头 ，喷头布置间距：3m*2.75m。

根据公式：P≥[(A*B*Q*85%/K)?]/10

可计算得最不利点喷头工作压力P应≥0.043MPa，计算结果小于0.05MPa，取0.05MPa ，则最不利点喷头设计流量为：

=161*根号（10*0.05）

             =114L/min= 1.9 L/s

根据上一章节配管管径估算表，绘图如下：

注：上图中末端试水以及接水流指示器的方式为示意，可根据实际情况调整。

计算结果：

系统设计流量为43.20 L/s，经复核，各管段流速基本符合设计流速，入口压力也相对合理，平均喷水强度为16.16L/（min.㎡），满足规范要求。

3、20L/(min.㎡)

某影院最大净空高度为15m，采用湿式自喷进行保护，火灾危险等级为中危险级，设计喷水强度 20L/（min.㎡） ，作用面积160㎡，采用 K161非仓库型特殊应用喷头 ，喷头布置间距：3m*2.75m。

根据公式：P≥[(A*B*Q*85%/K)?]/10

可计算得最不利点喷头工作压力P应≥0.076MPa，取0.078MPa ，则最不利点喷头设计流量为：

=161*根号（10*0.078）

             =142L/min= 2.37 L/s

根据上一章节配管管径估算表，绘图如下：

注：上图中末端试水以及接水流指示器的方式为示意，可根据实际情况调整。

系统设计流量为53.79 L/s ，经复核，各管段流速基本符合设计流速，入口压力也相对合理，平均喷水强度为20.12L/（min.㎡），满足规范要求。

五、其他

喷头连管时，应注意连接的方式，为减少局部水损， 宜保证水流到达任意作用面积内时，流经的三通、四通数量最少 ，其接管方式宜按下图所示：

不建议采用如下图所示的方式连接：

注：通过查《喷规》附录C“当量长度表”可知，采用如上图所示的接管方式时，管路局部水损占沿程水损的比例远远高于30%，不可取。