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　　高壓細水霧滅火系統(tǒng)在高速電梯試驗塔中的應(yīng)用

　　摘要　電梯試驗塔是為進行電梯性能測試試驗而建設(shè)的塔型建筑，結(jié)合在建的三菱高速電梯試驗塔超高層項目，建設(shè)單位根據(jù)使用功能要求需在塔樓內(nèi)設(shè)置敞開式電梯試驗井道，對建筑內(nèi)的防火滅火設(shè)計有特殊的要求。結(jié)合項目進行了自動滅火系統(tǒng)的分析對比，闡述了高壓細水霧滅火系統(tǒng)的比選過程。

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　　為適應(yīng)市場需求，各電梯廠商都在進行新產(chǎn)品的研發(fā)。尤其在高層及超高層建筑中，電梯的功能及性能要求更加嚴格，因此研發(fā)過程中的試驗要求也更加嚴苛。筆者參與設(shè)計了上海三菱電梯有限公司的高速電梯試驗塔和核心技術(shù)試驗平臺建設(shè)項目，結(jié)合建設(shè)單位使用需求及項目特點，闡述了自動噴水滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等在敞開式電梯試驗塔中應(yīng)用的局限性，剖析了高壓細水霧滅火系統(tǒng)在該項目中的適用性。

　?。薄№椖扛艣r該項目主要功能為電梯試驗塔，丁類超高層廠房，耐火等級一級，總建筑面積為３０　３２４．５ｍ２，其中地上建筑面積２３　２２５．６ｍ２。地上３３層，地下３層，建筑高度２３６ｍ。

　　電梯試驗運行過程中需設(shè)置高速高清攝像頭，以觀察高速電梯的運行狀態(tài)。而國內(nèi)已建成的電梯試驗塔試驗井道均采用防火隔墻進行封閉處理，在封閉的井道內(nèi)設(shè)置輔助照明及攝像頭進行運行狀態(tài)監(jiān)控。但因空間狹小，設(shè)備安裝條件相對較差，難以獲得理想的影像資料。借鑒日本日立電梯試驗平臺經(jīng)驗，建設(shè)單位要求設(shè)置敞開式高速電梯試驗井道，以求獲得良好的影像資料，且可以節(jié)省大量的輔助照明設(shè)施。

　?。病∽詣訙缁鹣到y(tǒng)比選

　　２．１　防火分區(qū)及建筑構(gòu)造的確定

　　本項目塔樓標(biāo)準層為２５ｍ×２５ｍ的平面（如圖１所示），單層面積約６２５ｍ２，共設(shè)有３個電梯試驗井道，如圖１陰影區(qū)域所示。按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（ＧＢ?。担埃埃保叮玻埃保矗┲卸☆惛邔訌S房單個防火分區(qū)最大允許面積為４?。埃埃埃恚驳囊?，需在井道外設(shè)置防火分隔墻或完整性及隔熱性滿足要求的防火卷簾，若試驗井道外設(shè)置防火分隔墻，則使試驗井道成為封閉空間，不能滿足建設(shè)單位的使用功能需求，該方案被排除。

　　若采用防火卷簾進行防火分區(qū)劃分，則在發(fā)生火災(zāi)時，從首層至３３層的防火卷簾需同時動作，以將整個塔樓按樓層分隔。該方案的優(yōu)點是在未發(fā)生火災(zāi)時，試驗電梯井道為敞開空間，可以滿足影像采集需求，滿足建設(shè)單位使用功能需求。該方案根據(jù)建筑專業(yè)提供的卷簾面積估算，卷簾總用電量４００ｋＷ左右，需要從室外其他變電所引來３根ＷＤＺＮ－ＹＪＹ－４Ｘ２４０無鹵低煙耐火電纜作為備用

　　電梯試驗井道示意

　　電源，每根長度約為２５０ｍ。且另需增加消防聯(lián)動控制系統(tǒng)，每個樓層均需設(shè)置防火卷簾控制箱，該系統(tǒng)內(nèi)觸發(fā)聯(lián)動系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，故障風(fēng)險大。因此此方案亦非最佳。

　　２．２　自動滅火系統(tǒng)比選

　　排除上述兩種方案后，再進行其他方案的分析比選。按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》３．３．３條的要求，當(dāng)丁類地上廠房內(nèi)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)時，每個防火分區(qū)的最大允許建筑面積不限。本項目作為電梯部件試驗，屬于丁類廠房，符合以上規(guī)定。據(jù)此，電梯試驗井道每層敞開面除從梁底至地面設(shè)置鐵絲防墜網(wǎng)外，可不另設(shè)置其他物理分隔設(shè)施，地上電梯試驗井道連通樓層劃分為一個防火分區(qū)，并設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。

　　自動滅火系統(tǒng)有自動噴水滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、自動干粉滅火系統(tǒng)、固定消防炮系統(tǒng)等。由于本項目整個塔樓為一個連通空間，難以形成滿足要求的有限封閉空間，因此氣體滅火系統(tǒng)及自動干粉滅火系統(tǒng)均不適用。固定消防炮系統(tǒng)適用于高大空間，也不適用于本項目?？尚械姆桨钢挥凶詣訃娝疁缁鹣到y(tǒng)，而符合本項目的自動噴水滅火系統(tǒng)有閉式自動噴水滅火系統(tǒng)、開式自動噴水滅火系統(tǒng)、預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)、高壓細水霧滅火系統(tǒng)幾種。

　　閉式自動噴水滅火系統(tǒng)最為常用，造價較低，施工方便，但需在中間設(shè)備層設(shè)置有效容積不小于６０ｍ３的轉(zhuǎn)輸水箱，占用建筑內(nèi)有效使用面積，其系統(tǒng)原理如圖２所示。且上海冬季極端氣溫為－７．７℃，本項目為丁類超高層廠房，塔樓范圍除設(shè)備集中區(qū)域外無采暖設(shè)施。閉式自動噴水滅火系統(tǒng)準工作狀態(tài)時管道中充滿水，因此存在凍結(jié)可能，需要采取相應(yīng)保溫措施，以確保系統(tǒng)安全。

　　若采用開式自動噴水滅火系統(tǒng)，則需至少在每層配置一組雨淋閥組。此系統(tǒng)造價高、消防水量大，易造成火災(zāi)二次災(zāi)害，且維護管理不便，因此該方案被排除。若采用預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)，可以避免閉式自動噴水滅火系統(tǒng)的凍結(jié)問題及開式系統(tǒng)的報警閥組過多的問

　　圖２　閉式自動噴水滅火系統(tǒng)原理

　　題，其系統(tǒng)原理如圖３所示。但該系統(tǒng)仍有風(fēng)險存在：如前述，本項目塔樓平面面積約為６２５ｍ２，標(biāo)準層每層與井道相連通的平面面積為３５０ｍ２（如圖４

　　圖３　預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)原理

　　陰影填充所示），井道開孔平面面積約為１４０ｍ２。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，熱氣流會沿著敞開的井道向上蔓延，從而使火災(zāi)區(qū)域溫度上升緩慢。預(yù)作用系統(tǒng)本質(zhì)上仍是閉式系統(tǒng)，火災(zāi)區(qū)域溫度上升至噴頭玻璃泡破碎溫度，從而使噴頭噴水滅火。而樓板的開孔率高達４０％，將延緩系統(tǒng)響應(yīng)時間。因此該方案仍非最佳方案。經(jīng)分析比較，上述各種系統(tǒng)均存在不同程度的弊端。筆者結(jié)合上述方案的弊端，對高壓細水霧滅火系統(tǒng)進行分析。本項目為丁類廠房，無大量可燃物，可能燃燒發(fā)生火災(zāi)的物料為臨時擱置的包裝物，即木制品包裝箱、紙制包裝箱、泡沫包裝等，均為丙二類。建筑火災(zāi)發(fā)展通常為３個階段：初期增長階段、充分發(fā)展階段和衰減階段。消防滅火的理想情況是在火災(zāi)初期增長階段，自動滅火系統(tǒng)動作撲滅火災(zāi)。在初期增長階段，室內(nèi)可燃物燃燒面積小，局部溫度較高，伴隨燃燒會產(chǎn)生圖４　標(biāo)準層連通區(qū)域示意煙氣等顆粒性物質(zhì)，燃燒發(fā)展不穩(wěn)定；

　　火災(zāi)發(fā)展到充分發(fā)展階段后，燃燒范圍擴大，溫度升高，室內(nèi)房間溫度可達到４００～６００℃，室內(nèi)絕大部分可燃物起火燃燒，火災(zāi)發(fā)展至轟燃階段；火災(zāi)衰減階段

　　時隨著室內(nèi)可燃物數(shù)量減少，火災(zāi)燃燒速度減慢，燃燒強度減弱，溫度逐漸下降。撲滅火災(zāi)的最佳階段是在火災(zāi)發(fā)展初期進行有效撲救，當(dāng)火災(zāi)發(fā)展到充分發(fā)展階段后火勢難以控制，撲救異常困難。結(jié)合本項目中塔樓試驗區(qū)域４０％的樓板開孔面積，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時樓層集熱慢的特點，對高壓細水霧幾種不同形式的系統(tǒng)進行如下分析比較。

　　高壓細水霧滅火系統(tǒng)通過高達１０ＭＰａ的壓力，高壓細水霧噴頭利用離心力使水霧化，形成細小的霧狀水滴，通過冷卻、窒息等作用撲滅火災(zāi)，適用于各種火災(zāi)類型的撲救工作，包括電氣用房等。因高壓細水霧滅火系統(tǒng)滅火水流量小，連續(xù)噴水時間０．５ｈ，系統(tǒng)一次滅火用水量不超過１８ｍ３，因此可將高壓細水霧滅火系統(tǒng)撲救一次火災(zāi)的全部用水量儲存在塔樓機房內(nèi)。

　　高壓細水霧滅火系統(tǒng)亦分為閉式系統(tǒng)、開式系統(tǒng)、預(yù)作用系統(tǒng)幾種。閉式高壓細水霧滅火系統(tǒng)工作原理與閉式自動噴水滅火系統(tǒng)相同，因此亦存在閉式自動噴水滅火系統(tǒng)在本項目中延遲響應(yīng)的問題，難以在火災(zāi)發(fā)展初期及時噴水滅火。開式高壓細水霧滅火系統(tǒng)動作觸發(fā)條件與閉式高壓細水霧滅火系統(tǒng)不同的是，開式系統(tǒng)靠火災(zāi)探測器探測火災(zāi)并由消防報警控制器聯(lián)動系統(tǒng)動作來實現(xiàn)自動滅火。本項目火災(zāi)發(fā)生時進入初期增長階段后因樓板開孔面積大而導(dǎo)致室內(nèi)溫度上升緩慢，但燃燒伴隨溫度上升的同時會有煙霧等產(chǎn)生，煙霧會聚集在樓板下的梁格內(nèi)，煙霧在樓板下梁格內(nèi)聚集的速率高于溫度上升速率，因此在火災(zāi)初期即可報警并聯(lián)動開式高壓細水霧滅火系統(tǒng)動作滅火。因此開式高壓細水霧滅火系統(tǒng)適用于聯(lián)通井道的試驗平臺公共區(qū)域。而變配電間、強弱電間、電梯機房等重要電氣機房，因其為封閉房間，發(fā)生火災(zāi)時閉式噴頭可以及時探測火災(zāi)并動作滅火，為避免噴頭誤噴可采用預(yù)作用高壓細水霧滅火系統(tǒng)。鑒于此，高壓細水霧滅火系統(tǒng)在保護整個建筑公共試驗平臺的同時，可以省去電氣用房的氣體滅火系統(tǒng)，節(jié)約了投資成本。高壓細水霧滅火系統(tǒng)原理如圖５所示。上述各方案比較見表１。

　?。场「邏杭毸F滅火系統(tǒng)設(shè)計原則及控制方式

　?。常薄∠到y(tǒng)設(shè)計原則

　　根據(jù)系統(tǒng)比選結(jié)論，本項目設(shè)置高壓細水霧滅火系統(tǒng)，塔樓內(nèi)的電梯機房、塔樓樓層平面、設(shè)備層采用開式高壓細水霧滅火系統(tǒng)，強弱電間、變配電所采用預(yù)作用高壓細水霧滅火系統(tǒng)保護。

　　按《細水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（ＧＢ?。担埃福梗福?br />
　?。玻埃保常常矗硹l“閉式系統(tǒng)的作用面積不宜小于１４０ｍ２，每套泵組所帶噴頭數(shù)不應(yīng)超過１００只”。本項目中用于保護電氣用房等重要機房的預(yù)作用高壓細水霧滅火系統(tǒng)噴頭總數(shù)超過１００只，結(jié)合高壓細水霧加壓泵組、穩(wěn)壓泵組及高壓細水霧噴頭的最佳工作壓力等因素，設(shè)置２套高壓細水霧滅火系統(tǒng)。地下３層～地上１８層為低區(qū)，１９～３３層為高區(qū)，２個分區(qū)分別于１３層及２６層設(shè)置高壓細水霧機房，以保證每套泵組所帶的閉式噴頭數(shù)量不超過１００只，每個分區(qū)內(nèi)各樓層的高壓細水霧噴頭在最佳工作壓力范圍內(nèi)。

　　表１　不同方案優(yōu) 缺點比較Ｔａｂ．１?。茫铮恚穑幔颍椋螅铮睢。鳎椋簦琛。洌椋妫妫澹颍澹睿簟。螅悖瑁澹恚澹?方案優(yōu)點缺點防火隔墻層層封堵安全、造價相對較低不滿足建設(shè)單位使用需求電梯試驗井道每層設(shè)置防火卷簾滿足建設(shè)單位使用需求聯(lián)動控制點位多，系統(tǒng)故障風(fēng)險較大閉式自動噴水滅火系統(tǒng) 造價低、安裝方便　靠火災(zāi)時溫度上升使閉式噴頭動作，系統(tǒng)響應(yīng)延緩；管道冬季有凍結(jié)風(fēng)險開式自動噴水滅火系統(tǒng) 采用感煙型火災(zāi)探測器聯(lián)動，系統(tǒng)可靠消防用水量大，雨淋閥設(shè)置多，機房及報警閥間占用面積大預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng) 管道冬季無凍結(jié)風(fēng)險靠火災(zāi)時溫度上升使閉式噴頭動作，系統(tǒng)響應(yīng)延緩高壓細水霧滅火系統(tǒng) 　采用感煙型火災(zāi)探測器聯(lián)動，系統(tǒng)可靠；消防用水量小，可將一次消防用水量全部儲存于設(shè)備層機房內(nèi)；適用于重要的電氣機房，節(jié)省了氣體滅火系統(tǒng) 　單系統(tǒng)造價相對較高，但綜合節(jié)省的氣體滅火系統(tǒng)考慮，總造價并無明顯提高

　　按《細水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》３．４．５條“采用全淹沒應(yīng)用方式的開式系統(tǒng)，其防護區(qū)數(shù)量不應(yīng)大于３個。單個防護區(qū)的容積，對于泵組系統(tǒng)不宜超過

　?。怠「邏杭毸F滅火系統(tǒng)原理

　　３?。埃埃埃恚常瑢τ谄拷M系統(tǒng)不宜超過２６０ｍ２。當(dāng)超過單個防護區(qū)最大容積時，宜將該防護區(qū)分成多個分區(qū)進行保護。各分區(qū)的容積，對于泵組系統(tǒng)不宜超過３?。埃埃埃恚??！币虼吮卷椖恐袑⒚總€樓層的試驗平臺劃分為１個防護區(qū)，單個防護區(qū)的容積不超過３　０００ｍ３。其中高區(qū)共１７個防護區(qū)、低區(qū)共１２個防護區(qū)。而對于面積較小的強、弱電間，借鑒某地鐵項目《細水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》國家標(biāo)準管理組關(guān)于細水霧滅火系統(tǒng)防護區(qū)等問題的回復(fù)函：“防護區(qū)是能夠滿足系統(tǒng)應(yīng)用條件的有限空間。在房屋建筑內(nèi)，防護區(qū)一般是一個防火分區(qū)中不大于所在防火分區(qū)的一個相封閉的空間。征詢來函所述設(shè)備用房，單個房間的容積較小且相互間采用的防火隔墻進行分隔，一般應(yīng)單獨作為一個防護區(qū)。如經(jīng)濟技術(shù)等條件允許，可以將相鄰數(shù)個設(shè)備用房作為一個防護區(qū)，但一個防護區(qū)的設(shè)備用房數(shù)量不宜大于８個，并應(yīng)符合本規(guī)范３．４．５條的規(guī)定，同一個防護區(qū)的各設(shè)備用房應(yīng)能在滅火時同時噴放細水霧”。將每４個樓層共８個強、弱電間設(shè)為１個防護區(qū)，采用１套預(yù)作用閥組控制，高區(qū)共設(shè)置５個預(yù)作用防護區(qū)，低區(qū)共設(shè)置７個預(yù)作用防護區(qū)，每個分區(qū)的閉式噴頭數(shù)量不超過１００個。該方案經(jīng)消防局、審圖公司評審后通過。

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　　開式高壓細水霧滅火系統(tǒng)在準工作狀態(tài)下，從泵組出口至區(qū)域閥前的管網(wǎng)由穩(wěn)壓泵維持壓力１．０～１．２ＭＰａ，區(qū)域閥箱后管道內(nèi)為空氣。發(fā)生火災(zāi)后，由火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動依次開啟對應(yīng)的區(qū)域控制閥和主泵，噴放細水霧滅火；或者手動開啟對應(yīng)的區(qū)域控制閥，管網(wǎng)降壓，壓力開關(guān)連鎖啟動主泵，噴放細水霧滅火。經(jīng)人員確認火災(zāi)撲滅后，手動關(guān)閉主泵和區(qū)域控制閥，火災(zāi)報警系統(tǒng)復(fù)位，管網(wǎng)恢復(fù)、系統(tǒng)復(fù)位。

　　預(yù)作用高壓細水霧滅火系統(tǒng)在準工作狀態(tài)下，從泵組出口至區(qū)域閥前的管網(wǎng)由穩(wěn)壓泵維持壓力１．０～１．２ＭＰａ，區(qū)域閥箱后管道內(nèi)充有空氣。發(fā)生火災(zāi)后，由火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動依次開啟對應(yīng)的區(qū)域控制閥，向滅火分區(qū)內(nèi)管網(wǎng)充水。待火源處閉式噴頭玻璃泡的溫度達到動作溫度，玻璃泡破碎，管網(wǎng)降壓自動啟動主泵。壓力水經(jīng)打開的閉式噴頭噴放細水霧滅火。經(jīng)人員確認火災(zāi)撲滅后，手動關(guān)閉主泵和區(qū)域控制閥，火災(zāi)報警系統(tǒng)復(fù)位，管網(wǎng)恢復(fù)、系統(tǒng)復(fù)位。

　?。础〗Y(jié)語

　　高壓細水霧滅火系統(tǒng)是一種高效、綠色環(huán)保的自動滅火系統(tǒng)，在歐美等國家，高壓細水霧技術(shù)已經(jīng)非常成熟且應(yīng)用廣泛。近年來，高壓細水霧滅火系統(tǒng)在國內(nèi)也逐步被廣泛應(yīng)用于古建筑防火、地鐵站消防、變配電機房消防等，如建筑高度６３２ｍ的上海中心設(shè)置了３套高壓細水霧滅火系統(tǒng)用以保護消控中心及電梯機房等。本項目結(jié)合建筑功能特點及高壓細水霧滅火系統(tǒng)特點進行了方案比選，并經(jīng)建設(shè)單位、設(shè)計單位、消防局、審圖公司共同討論，最終確定了方案，在滿足消防系統(tǒng)安全可靠的前提下同時滿足了建設(shè)單位的使用要求。