广东省轻纺建筑设计院有限公司
摘要：地下车库不但给整个建筑物及人员、车辆带来了火灾隐患，也对如何进行高效的防火设计提出了挑战。地下车库的消防问题日益引起人们的关注，除了合理的防火分区分隔以外，自动喷水-泡沫联用灭火系统已成功应用于一些大、中型车库中。自动喷水-泡沫联用灭火系统，即在传统自动喷水灭火系统中配置可供泡沫混合液的设备，组成既可喷水又可喷泡沫的固定灭火系统。本文简要阐述大型地下车库闭式自动喷水—泡沫联用系统的系统组成和工作原理，同时介绍相关系统设计应注意的问题，并结合某大型地下车库闭式自动喷水—泡沫联用系统的设计计算与优化进行案例分析。
关键词：车库；自动喷水-泡沫联用灭火系统；设计计算
引言
随着随着资源、环境问题日渐凸出，绿色、低碳、环保的呼声日渐高涨，发展新能源汽车将是大势所趋。为全面贯彻新能源汽车发展战略和充电设施建设要求，国务院办公厅先后颁布了《国务院办公厅关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》（国办发【2014】35 号）、《国务院办公厅关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》（国办发【2015】73号）。广东省人民政府于2016年3月颁发了《广东省人民政府关于加快新能源汽车推广应用的实施意见》（粤府办【2016】23 号），明确了新建住宅停车位必须全部建设充电设施或预留安装充电设施接口，新建城市公共停车场以及新建办公楼、商场、酒店等公共建筑类项目，要按不低于停车位总数的一定比例配建充换电桩或预留充换电设施接口，其中广州、深圳市不低于30％，珠三角地区其他城市不低于20％，粤东西北地区不低于10％。根据相关规范规定，配建充电基础设施的汽车库、停车场自动灭火系统设置应符合《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB 50067 的有关规定，自动喷水灭火系统应采用泡沫一水喷淋系统，泡沫混合液连续供给时间不应小于10min，泡沫混合液与水连续供给时间之和不应小于120min。
一、系统介绍
泡沫水喷淋系统是在自动喷水系统基础上发展而来，通过在自动喷水灭火系统上配置可供给泡沫混合液的设备，组成既可以喷水又可以喷泡沫的固定灭火系统。泡沫-水喷淋系统有三种功能，一是灭火功能；二是预防作用，在右B类液体火灾时，可以预防因易燃液体的沸溢而把火灾引到相邻防区域处，三是控制和暴露防护，再不能扑灭火灾时，控制火灾燃烧，减少热量传递，湿的暴露在火灾中的其他物质不易受损。该联用系统集自动喷水和泡沫灭火系统于一体，在性能上弥补了自动喷水灭火系统的不足，加强了扑救B类火灾的能力。虽然相关规范对自动喷水-泡沫联用灭火系统的设计进行了具体的规定，但设计人员在进行具体设计时还有诸多实际问题值得关注。
二、系统组成和工作原理：
1.系统组成：在普通湿式自动喷水灭火系统（湿式报警阀、水流指示器、喷头及管网）中并联一个钢制带橡胶囊的泡沫浓缩液贮压罐，橡胶囊内装混合比为3%或6%的蛋白、氟蛋白、水成膜或成膜氟蛋白泡沫浓缩液，在自动喷水灭火系统中配上控制阀及比例混合器就成了自动喷水—泡沫联用灭火系统。
2.工作原理：当闭式喷头的玻璃球因火灾而爆破后，闭式喷头出水，报警阀打开，消防水进入管网。当消防水通过比例混合器管路时，一部分水进入泡沫罐的水室，利用水压将泡沫液挤过控制阀及比例混合器，通过消防水的引射作用，将泡沫液掺进消防水中，混合液从喷头喷出，在遇空气后自动生成灭火泡沫覆盖在着火物质的表面，通过冷却、隔离和窒息方式灭火。
三、自动喷水-泡沫联用灭火系统的泡沫浓缩液
泡沫浓缩液必须采用轻水泡沫水成膜泡沫液。它不同于普通蛋白泡沫或氟蛋白泡沫，其灭火效能要高得多，不仅能有效地扑灭木材、纸张、棉花、橡胶、塑料及其它聚合物燃烧所引起的火灾，而且对可燃液体火灾的灭火能力强，用量少。轻水泡沫在灭火机理上主要通过冷却、隔离和窒息方式灭火的，因为轻水泡沫除了能起到隔绝燃烧物附近的空气和降低燃烧物表面温度的作用以外，还能在油类的液面上生成具有特殊灭火效果的“水成薄膜”。它可以迅速地在燃烧液体表面扩散，阻隔燃烧液体受热形成的易燃汽化物向外蒸发。虽然泡沫没有覆盖到火灾表面，而流动速度很快的水成膜已经覆盖到了可燃液体，提前把火扑灭了。水成膜还有一种“自愈性”，即使泡沫层遭到破坏，水成膜亦会快速愈合，防止死火复燃。
目前国内生产的轻水泡沫有两种泡沫液：一种是用于油类及碳氢化合物火灾，一种是用于扑灭极性溶剂、水溶性和非水溶性碳水化合物火灾。轻水泡沫无嗅、无毒、无腐蚀性，其密度约为1.02kg/L，保质期可超过20年。由于泡沫浓缩液与水混合后的液体在流体力学特性上与水几乎相同，因此自动喷水-泡沫联用灭火系统的管道计算可同水系统一样。
四、设计计算及注意的问题：
1.自动喷水灭火系统的设计秒流量与扑救一次火灾的泡沫浓缩液用量有关，Ⅰ类地下汽车库净空高度通常小于8.0m（若遇地下汽车库的净空高度大于8.0m，需另行讨论），火灾危险等级为中Ⅱ级，依照现行《自动喷水灭火系统设计规范》，以下简称《自喷》第5.0.1条规定，喷水强度8L/min.㎡，作用面积为160㎡；结合具体建筑平面布置喷头（因实际布置喷头的数量受建筑平面影响较大，按现行《自喷》第7.1.2条规定，一只喷头的最大保护面积为11.5㎡，理论计算160㎡的作用面积仅需布置约14只喷头即可，在实际工程中，依据实际建筑平面，自喷系统最不利区域实际布置的喷头数一般多余14只，设计中易被忽视的问题），自喷系统最不利处喷头的工作压力不应小于0.05MPa，计算自动喷水灭火系统的设计秒流量。
2.比例混合器安装位置的设计（即泡沫比例混合器的保护范围，应避免其安装位置设计不当导致湿式系统自喷水至喷泡沫的转换时间大于3min）：《自喷》第5.0.8条规定“湿式系统自喷水至喷泡沫的转换时间，按4L/S流量计算，不应大于3min”；为保证每一个防护区内的混合液的喷出时间不大于3min，从比例混合器的出口至其保护区域最不利端喷头间水（混合液）流经的管道的总容积应不大于720L（4×3×60），即为比例混合器的安装位置。
3.泡沫浓缩液贮罐的安装位置受泡沫浓缩液贮罐至比例混合器间管道长度对压降影响，一般压降控制在0.20MPa左右为宜，具体以实际选用泡沫浓缩液贮罐厂商提供的参数为准。以系统自动喷淋的设计秒流量为40L/S为例，计算泡沫液贮罐至比例混合器间管道长度，依据《自喷》第5.0.8条规定“持续喷泡沫的时间不小于10min”，泡沫液贮罐至比例混合器间管道管材采用不锈钢管DN32，局部损失取沿程损失的30%计，20=1.3x 0.0835L，L=184.24m（可理解为泡沫浓缩液贮罐的保护半径，应避免其安装位置设计不当导致其数量增加、浪费投资、增加物业物业维护费用）。
4.泡沫浓缩液贮罐的总容积为充满泡沫浓缩液贮罐至比例混合器间管道的泡沫液用量（V1）、扑救一次火灾的泡沫浓缩液用量（V2）、泡沫浓缩液贮罐的保险容量（V3）三者之和：
1） V1= D2× L/4，式中L（m）—泡沫浓缩液贮罐至比例混合器间管道长度，D（m）—管道内径（实际计算时，由于内径与公称直径相差不大，对泡沫浓缩液的容积影响较小，为简化计算，可采用公称直径进行计算）。
2）V2=1.28×K1×3%或6%（m3），式中1.28—为泡沫浓缩液理论设计用量，依据《自喷》第5.0.8条规定“持续喷泡沫的时间不小于10min”，泡沫浓缩液理论设计用量=160（m2）【作用面积】× 8（L／min?m2）【喷水强度】×10（min）【持续喷泡沫的时间】=12800（L）=1.28（m3）；K1—自喷系统的设计秒流量系数，为自喷系统的设计秒流量比自喷系统的理论设计秒流量，自喷系统的理论设计秒流量=160（m2）【作用面积】× 8（L／min?m2）/60（s）；3%或6%—泡沫浓缩液的混合比。
3）V3=V2?K2，式中K2—泡沫浓缩液贮罐的保险容量系数（考虑泡沫浓缩液贮罐的残余容量和系统最利区域喷头处水压较最不利区域喷头处水压大而导致实际扑救一次火灾所需水量增大，一般K2—0.3～0.5）。
5.由于泡沫混合液供给系统长期与泡沫液接触，泡沫液对管道的具有一定的腐蚀性，所以泡沫浓缩液贮罐至比例混合器间管道、控制阀门采用铜或不锈钢的材料制成。
五、案例分析
某项目地下停车库的概况：建筑概况—本项目为I 类地下停车库，总建筑面积约为57290㎡，共17个防火分区；其中停车位建筑面积约为37718㎡，9个防火分区。自动喷水—泡沫联用系统原设计概况：本项目自动喷水灭火系统按中危险II级设计，设计流量为30L/S，设计选用3%的水成膜原液；停车位区域设置了9泡沫液贮罐（一个防火分区设置1个泡沫液贮罐），且分分散在9贮罐间，不便集中管理，存在多占用地下车库的建筑空间和浪费投资。
优化方案：地下车库停车位区域共设2只泡沫液贮罐，单只泡沫贮罐的服务半径约为110m，具体为防火分区1、2、3、4、5的1只泡沫液贮罐，防火分区6、7、8、9的1只泡沫液贮罐。
（一）优化方案技术上的可行性：
1.由于泡沫浓缩液贮存在有压贮罐里，只要不改变原设计比例混合器的位置就不会改变自喷水至喷泡沫的转换时间，仅对泡沫浓缩液贮罐的容积略有影响，因从泡沫浓缩液贮罐至比例混合器之间的管道长度增加了，在选择泡沫浓缩液贮罐时需要增加这部分容积。
2.泡沫浓缩液贮罐至最不利防火分区比例混合器之间的管道长度约为150m，泡沫浓 缩液贮罐至比例混合器间的压降为1.3x0.049x150/1000=0.010MPa，满足泡沫浓缩液贮罐至比例混合器间的压降小于0.20MPa。
（二）优化后的泡沫浓缩液用量设计计算：
1.服务防火分区1、2、3、4、5的泡沫浓缩液贮罐到比例混合器间管道的体积：V1= D2 ×L/4=3.142x0.032x0.032x350/4=0.282（m3），不锈钢管总长度L为350（m），管径DN32。服务防火分区6、7、8、9的泡沫浓缩液贮罐到比例混合器间管道的体积：V1= D2×L/4=3.142x0.032x0.032x300/4=0.193（m3），不锈钢管总长度L为300（m），管径DN32。
2.泡沫喷淋系统扑救一次火灾的泡沫混合液计算设计用量：V2=1.28K1×3%或6%=1.28x1.406x3%=0.054（m3），由于“区域内自动喷淋系统设计流量为30L/S”，则160（m2）x8（L／min?m2）K1/60（S）=30（L/S），K1=1.406。
3.服务防火分区1、2、3、4、5的泡沫浓缩液贮罐的总容积V= V1+V2×（1+K2）=0.282+0.054?（1+0.5）=0.363（m3）；服务防火分区6、7、8、9的泡沫浓缩液贮罐的总容积V= V1+ V2×（1+ K 2）=0.193+0.054×（1+0.5）=0.274（m3）；泡沫浓缩液贮罐的保险容量系数K2取0.5。
4.综合上述计算并结合市场泡沫浓缩液贮罐的实际情况，选用0.60（m3）泡沫浓缩液贮罐，满足系统的使用要求。
（三）优化前后经济性分析：
1.通过优化前后的投资分析比较：优化后节省投资约：15.681万元。
2.优化后，泡沫液贮罐间减少7间，节约房间面积70.48平方米，综合造价按3000元/㎡，节省造价21.084万元。
注：①、表中泡沫浓缩液单价为2010年10月市场价；②、住宅大型地下车库的产权年限按70年计，继续使用期限不计；③、目前泡沫液贮罐充装后的正常使用寿命有2年、10年、20年，计算中按10年计。
3.优化后节约系统正常维护费用（7.02-1.56）×70/7=38.22万元。
综上所述，无论是技术的可行性，还是从一次性投资合理性、正常维护费用都建议按优化方案实施。
结束语
地下车库的自动喷水-泡沫联用灭火系统设计，是在工程实践中经常要遇到的问题，许多具体问题只有靠逐步加深对规范的理解，从该系统灭火的机理上仔细分析各种工况，才能使得系统设计得以不断完善。以上所述，只是笔者在设计过程中对遇到的问题的理解和思考，肯定存在着认识不够全面的地方，希望各位同行能够不吝赐教。
参考文献
[1]黄晓家，姜文源.自动喷水灭火系统设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2016
[2]何建龙，闭式自动喷水-泡沫联用灭火系统简析，中国科技信息，2016
[3]《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》 GB50067-2014
[4]《自动喷水灭火系统设计规范》 GB50084-2017
[5]《泡沫灭火系统设计规范》 GB50151-2010
[6]《电动汽车充电桩基础设施建设技术规程》DBJ/T15-150-2018
[7]王则慧，浅议地下汽车库自动喷水灭火系统设计，给水排水，2017
论文作者:段玉婷
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年5期
论文发表时间:2019/7/2
标签：泡沫论文; 混合器论文; 贮罐论文; 浓缩液论文; 系统论文; 灭火系统论文; 火灾论文; 《建筑学研究前沿》2019年5期论文;