摘要：随着我国经济的发展、扩大对外交流的需要，大型仓储物流工程和高架库房工程日益增多。为此，本文笔者参照美国FM标准、美国通用防火规范（UFC）、及美国NFRA－231c有关章节以及对照我国现行《喷规》的有关规定，结合工程实例就仓储物流工程自动喷水灭火系统作详尽介绍，供同行们参考。
　　关键词：喷头，自喷
　　我国目前除上海市消防局于2006年公布有《上海市大型物流仓库消防设计若干规定》（以下简称《上海市文件》）外，尚无其它关于大型仓储物流工程建筑防火设计的有关规范、规程或规定，且《上海市文件》也仅对建筑防火分区面积和建筑救援设施进行了若干定性规定，而对水喷淋仅提到“仓库内应设置自动喷水灭火系统全保护”并无其它定性规定。现行《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-20012005年版）（以下简称《喷规》）有关仓库危险等级条文也较少，如果设计不合理，将影响整个系统的有效性和可靠性。
　　笔者在工作中，有幸接触到成都中新西南物流有限公司开发的“西南物流中心－超市物流配送中心”工程，该工程临三环路，交通便利，建筑面积197，000m2，建筑高度31.5m,地上五层、地下一层。其中一～三层为仓储区，层高均为8m，均为货架区，货品最大堆积高度为6m；四、五层为办公区；地下一层为Ⅰ类地下汽车库。仓储区每层共11个防火分区，其中9个为仓储区，2个为车道，耐火等级为一级。消火栓系统本文不作赘述，本文仅对仓储区自动喷水灭火系统作介绍。
　　1、自动喷水灭火系统喷头布置方案选择：
　　由于本工程是超市物流配送中心，按照《喷规》，其火灾危险等级应定义为仓库危险等级Ⅱ级，就喷头布置方案，本工程可采用如下两种布置方式：
　　1)采用顶层喷头与货架内分层布置喷头相结合的方式，喷头均采用K=80的普通喷头。根据《喷规》第5.0.5条之规定，本工程喷水强度为，作用面积200m2,喷水时间2小时，最不利处喷头工作压力应不低于0.1Mpa，喷头布置间距为3．0mX3．0m(由结构梁的布置而定)，根据《喷规》第5.0.7条之规定，其系统用水量为58.62L/s，总用水量为422m3。但是，货架间喷头存在两个重要的缺陷：一是设置了货架间喷头后，货架的布置就不能随意更改；二是由于操作工人视线被阻挡，货架间喷头容易在装卸货物时被碰坏，产生水浸损失。而本工程为自动化立体仓库，仓库主必须及时满足货主对改变仓库内货架储存空间的要求,货架结构经常会改变。所以货架内多层喷头的保护方式无法满足使用要求。
　　2）采用早期抑制快速响应(ESFR)喷头
　　本工程经与建设单位协商后，建设单位同意在使用时，采用通透性货架。根据《喷规》第5.0.6条之规定，本工程可采用ESFR喷头。美国FM作为保险公司,在世界各地仓库中大力推广使用ESFR喷头,大量灭火试验证明,尽管此种喷头流量系数较大,由于在火灾初期快速反应,能有效扑灭仓库严重火灾,有效保护货架和建筑物结构，火灾损失最小,烟雾损失最小,水渍损失最小。ESFR喷头系统最重要的特性之一是系统被设计成没有货架内置喷头，能满足建设单位的使用要求。
　　因此，安装了ESFR喷头，就可以取消分层布置的喷头，喷头直接安装在屋面板下，这就大大简化了系统设计。故本次设计采用ESFR喷头。
　　2、快速响应早期抑制（ESFR）喷头的系统中，喷头的选择：
　　目前我国国内正推广应用ESFR喷头，主要应用于高架仓库、大型仓储物流库房等普通闭式喷头无法奏效的场所。
　　ESFR喷头比普通喷头更敏感，热敏元件能快速反应，可以在火势较弱的时候动作。ESFR喷头喷射出的水量也大于普通喷头，可以直接到达起火点。该喷头在高压下(喷头处工作压力不小于0.35MPa)喷出大量的水(直径19mm喷嘴，在最小压力0.345MPa的作用下ESFR喷头喷出流量为6.3L／s)，有足够的水流量抑制火灾。这样火灾就可以在初期阶段被压制住。ESFR喷头的另一特点是喷头在扑灭货架上部火的同时，喷头中心有一股强大的水柱，可以穿过货架扑灭在喷头下方货架底部的火灾。
　　现有的ESFR喷头按动作温度区分，有74℃和101℃两种；按喷头朝向分，有直立型和下垂型两种；按K系数分，有K＝200、240和360三种。根据对喷头构造的分析，下垂型灭火效果优于直立型，故设计时采用下垂型喷头。喷头构造见图2.1
　　图2.1
　　
　　FM在ESFR喷头安装导则(1nstallationRulesForSuppressionModeAutomaticSprinklers)中介绍：对标准喷头或大水滴喷头等控火喷头的知识、设计、安装经验和工程结论不一定适用于ESFR系统。严格遵循ESFR喷头的设计规范和安装导则，解决好障碍物对喷头喷水的障碍和火灾时热气流对喷头动作的影响，是ESFR喷头能否早期成功灭火的关键。
　　为了使ESFR喷头有效保护高货架仓库，还必需对仓库的高度和建筑物的结构严格审查把关。该物流中心ESFR喷头的设计参数应按《喷规》要求，其响应时间指数
　　RTI≤28士8(m•s)0•5，超市物流中心的货架区的火灾危险等级属于仓库危险Ⅱ级；货架储物仓库的最大净空高度或货品最大堆积高度不能超过该规范表5．0．6的规定，应设货架内置喷头，而本工程货品最大堆积高度为6m，故可采用ESFR喷头，不设货架内置喷头。
　　我国规定采用快速响应早期抑制喷头的仓库内货物最大堆积高度的数值，与美国《自动喷水灭火系统安装标准))NFPA-13(1996年版)和美国工厂联合保险系统标准相比，均偏于保守。
　　按美国FM标准生产的ESFR喷头特性：
　　q＝式中：q--喷头流量(L／min)；K--喷头流量系数，从公制200～公制360；P--喷头处最小工作压力(MPa)，为0.35MPa一0.50MPa。
　　我国现行《喷规》根据最大净空高度和最大储物高度不同分别规定了不同的喷头流量系数和喷头最低工作压力，同时作用喷头数均为12只，设计者可根据具体情况选用，就本工程而言，可选用K=200和0.35MPa或K=360和0.10MPa，其每只喷头的出流量分别为6.23L／s和6.00L／s，其系统流量相差不大，而按美国FM标准，库房层高≤9.1m可采用K＝201喷头；层高>9.1m应采用K＝315喷头或K＝358喷头。该物流中心的最大净空高度不超过8m，结合我国现行《喷规》，同时考虑到在老版本《喷规》中未采用过K=360喷头，笔者也翻阅了大部分厂家的样本，市面上K=200的喷头较多，造价相对K=360的喷头较低，故本次设计采用K＝200喷头，喷头处最小工作压力为0.35MPa，每只喷头的出流量为6.23L／s，经逐点计算，系统流量为90L／s。　3、快速响应早期抑制（ESFR）喷头的系统中，管道管径的选择：
　　仓库危险级Ⅱ级，ESFR喷头的最小流量为6.23L／s，因此喷头与支管间的连接短管不应小于DN50，最好是DN80。如果按3根支管上各4只喷头动作计算，则每根支管的流量达到25升/秒以上，因此ESFR喷头系统中，支管管径不应小于DN100，总管可达到DN200。如果按常规普通控制型喷头系统进行设计，支管管径最大DN50，喷头与支管间的连接短管为DN25，这样的ESFR系统是绝对不能正常工作的。
　　除了要控制ESFR喷头离建筑物顶板的距离，还要严格控制ESFR喷头与障碍物之间的距离。因本次设计ESFR喷头采用下垂型，如果按常规普通直立型喷头布置，ESFR系统是无效的。本工程快速响应早期抑制喷头(ESFR)安装示意图如下：
　　
　　此安装方法不同于其他普通喷头安装方式。其一为了保持喷头周边300mm范围内没有任何障碍物；其二保证在管网冲洗过程中，杂物不致堵塞喷头。
　　
　　4、喷头布置及设计要求：
　　按FM标准要求,下表是喷头设计的几个主要参数：

　　表一的规定和我国现行《喷规》2005年版的要求有一定区别。我国《喷规》对不同最大净空高度和最大储物高度分别作出了可供选择的喷头流量系数和喷头最低工作压力，进一步扩大了ESFR喷头的设计选择及方便性。
　　5、ESFR喷头的安装要求：
　　5-1，喷头与顶板的间距：
　　喷头与顶板的相对位置是影响喷头动作速度的主要因素。有研究表明如果喷头感温元件太靠近顶板，会使初期火灾产生的热气流在喷头下流动，从而延误了喷头的动作；如果离顶板太远，则初期火灾产生的热气流会在喷头上方流动，同样会延误喷头动作。
　　正确的安装应使感温元件的中线处在顶板下102mm-330mm，或喷头的溅水盘处在顶板下127m—356mm之间。
　　美国FM标准推荐喷头溅水盘距天花板下的距离为14in（358mm）和6in（152mm）之间，我国《喷规》第7．1．4条规定；下垂型喷头溅水盘与顶板的距离不应小于150mm，不应大于360mm。
　　FM研究机构的试验表明k=25.2（公制361）的下垂式压制型喷头溅水盘应处在顶板下457mm效果最佳。
　　5－2，喷头与墙的距离为喷头间距的一半。
　　5－3，喷头溅水盘与下部被保护堆垛的距离至少应保持36in（914m）。
　　5－4，喷头与梁的距离见下表

　　5－5；喷头与其下方障碍物的距离；
　　处于喷头下方的障碍物虽不会对喷头的布水形状形成干扰，但会造成“阴影区”并减小那个区域喷头出水的动量，导致那个区域的火既无法被控制也无法被压制。
　　对于喷头下方障碍物宽度＞19mm，＜51mm，溅水盘离障碍物最近的边缘的水平距离至少为305mm或障碍物应处在低于溅水盘至少610mm的距离。
　　宽度＞51mm，＜305mm的连续障碍物，则溅水盘离障碍物最近的边缘的水平距离至少为305mm。
　　宽度＞305mm，且小于610mm的连续障碍物，则溅水盘离障碍物最近的边缘的水平距离至少为610mm。
　　宽度＞610mm的喷头下面障碍物如是连续扁平，水平的实体应在障碍物下安装一排喷头，喷头的感温元件离障碍物最大距离为330mm，喷头间距最大为2.43m（指所补喷头与上方正常布置喷头之间水平距离）。
　　当障碍物是连续的但不是扁平（如圆形风管）或不是实体（如一组电缆），应在障碍物下方安装一个档板，挡板定不小于障碍物宽度，然后在挡板下增设喷头。
　　当屋面板下结构实体部件高度小于305mm时，喷头可直接布置在这些实体底部。例如：高度小于305mm的“Z”型檩条钢屋面及高度小于305的T型梁。
　　当库房上方有屋顶排烟口或通风器时，喷头不应直接布置在排烟口或通风器下方，应在其下加设挡板，把喷头安装在挡板下，挡板的位置及尺寸应能保证喷头处空气流速不超过1．52m/s。
　　6、系统设计：
　　ESFR喷头系统的工作压力应满足最不利处喷头的最小工作压力要求，喷头的最小工作压力应符合《喷规》表5．0．6的规定。
　　系统水力计算：按美国FM标准要求及我国现行＜自喷规范＞2001年版的规定：系统的设计应按最不利区域内三根支管上各四只喷头同时动作逐点进行水力计算，当每根支管上的喷头数不足四只时，则支管上所有喷头都考虑为动作喷头并考虑相邻支管上的喷头为动作喷头，以便使动作喷头总数达到12只。
　　当动作喷头区域内有补偿性喷头（如风管、电缆、桥架下补设的喷头）时，应增加设计动作区域内补偿性喷头同时开启的流量。
　　7．ESFR喷头系统的适用条件：
　　7－1，ESFR喷头系统适用于净空高度不超过12.0m的仓储库房和高架库房；
　　7—2，ESFR喷头仅适用于湿式喷水灭火系统，不适用于于式系统和预作用系统；
　　7－3，保护场所室内温度不应低于冰冻温度和高于66℃；如室内温度短时或长期高于38℃者，应选用中温式喷头（79℃或107℃温度级喷头），通常选用68℃或71℃温度级喷头。
　　7－4，按FM标准要求抑制型喷头不得安装在坡度大于9．5°的天棚下，天棚坡度大于9．5°，可在天棚下安装一层合适坡度的天棚，再将喷头布置在天棚下；如果夹层内有可燃物或夹层本身为可燃物，则应在夹层内增设喷头（但未指明夹层内净空高度的限值——笔者）。
　　7－5，保护区为钢结构屋面同时抑制型喷头的安装符合上述要求时，不需要再对钢屋面和钢柱采用其他防火措施。
　　8、关于货架的设置问题：
　　FM标准要求：以托盘货物为主的堆货方式中，货堆间的垂直通透空间是抑制型喷头能否成功灭火的主要关键因素，因此，无论建筑物或堆货高度有多高都必须保持垂直通透空间（即缝隙），缝隙宽度不应小于75mm。高度大于7．60m的货堆则横向通透空间（即与货堆长度方向平行、货物与货物之间的缝隙）以及纵向通透空间（即与货堆长度方向平行、每排货堆之间的缝隙）都是必需的。
　　在用货架并排储存货物方式中，如果货物间在一个方向上，边靠边紧贴排列形成一排，排与排间保持通透空间，即使没有纵向通透空间（即与货架长度方向平行、每排货架之间通透空间）也不会对喷头洒水形成不利影响。如果货架下部几层中存在通透空间而上部几层被阻挡封闭了，这种情况会产生火灾隐患，因上部喷水无法到达底部着火区。
　　9、关于防排烟：
　　按美国通用防火设计规范（UFC）要求：面积大于12000尺2（1115m2）以上的大型食储物流及高架库房应设置防排烟系统。
　　库房由于堆放货物较多，一旦有火警，浓烟难免且难于扩散，通常应设防排烟系统，但FM研究机构认为，采用ES-FR喷头系统的场所设置了防排烟系统是弊大于利，即其负面影响大于正面影响，理由是初期火灾烟热气流过早被抽走就会影响喷头动作速度。排烟系统直在喷头动作后启动，即灭火后将烟排掉，故防排烟系统宜采用手动控制。
　　若消防主管部门有要求应采用自动启动时，也可采用温度不低于180℃的感温电缆进行控制。
　　关于挡烟垂壁的设置问题：当防护区内需要设置挡烟垂壁时，挡烟垂壁应设置在喷头与喷头或支管与支管的中线上，如果无法设置在中线上，应该加设喷头，使其两侧的喷头到挡烟垂壁的距离不大于该建筑高度条件下，相应喷头间距的一半。挡烟垂壁有时可用作由抑制型喷头保护区和由普通喷头保护区之间分隔。一旦火灾发生在普通喷头保护区，但靠近抑制型喷头保护区的边界，会造成不在火区上的抑制型喷头动作。由于抑制型喷头用水量较大，会夺走普通型喷头水量。这一点应予以注意。
　　本工程经与防排烟专业和消防部门进行协商后,库房内未设防排烟系统。