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高层建筑内柴油发电机房水喷雾设计探讨

作 者：陈 芬（福州市建筑设计院总工程师） 提要

本文主要探讨高层建筑内柴油发电机房水喷雾灭火系统的设计，介绍比较二种设计方法，推荐平面布置法。 关键词

水喷雾柴油发电机房 直接喷射 完全覆盖 设计 灭火系统 平面布置法 立体布置法

(一)概述

根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95-1997年局部修订条文第7.6.6条“高层建筑内的下列房间应设置水喷雾灭火系统：……7.6.6.4自备发电机房”，现设在高层建筑内的自备发电机房应设计水喷雾灭火系统设计，而以往发电机房则是设计气体灭火系统。目前柴油发电机房水喷雾灭火系统喷头布置一般采用二种方法⑴平面布置方法；⑵立体布置方法。下面就这二种方法进行探讨。

(二)设计内容

以某一16层的办公楼为例，该楼在地下室内设一组YGS-588型470kW自启动柴油发电机组。 1.采用平面布置方法

由于高层建筑物内的自备发电机组高度不大，油箱也不高，可用平面布置方法来设计高层建筑内柴油发电机房水喷雾灭火系统。

⑴确定保护对象的设计喷雾强度：

柴油发电机房火灾定性为液体火灾。柴油发电机组燃油选用原则应使燃油凝固点较气温低10℃，一般选0号柴油。0号柴油的闪点不低于65℃。查《水喷雾灭火系统设计规范》（以下简称《喷雾规范》）表3.1.2，柴油发电机房水喷雾灭火系统防护目的－－属灭火，保护对象－－属闪点60-120℃的液体，设计喷雾强度Ｗ为20L/mim·m2，持续喷雾时间为0.5h。

⑵计算保护面积S：

发电机房的保护面积按机房实际使用面积来计算，计算时应扣除墙、柱的面积，经计算S发电机＝50.15m2。

储油间的保护面积为储油间的实际使用面积，经计算S储油间＝3.20m2。

由于贮油间设在发电机房内，火灾时对发电机组威胁大，且其面积不大，可视其与发电机房为同一保护区，即水雾喷头同时喷雾。

⑶计算水雾喷头的流量q：

要计算水雾喷头的流量q，首先要确定水雾喷头型号。为了节约投资应选雾化角较大的喷头，其在相同的水压下保护面积较大。现发电机房水雾喷头一般选用ZSTG10/114型高速喷射器（黄铜材料）。该喷射器雾化角较大，流量适中，适用于保护闪点66℃以上的易燃液体，K＝43.8。

q＝K·(10·P)0.5，P＝0.35MPa（《喷雾规范》要求的最小灭火压力） q＝43.8×(10×0.35)0.5≈81.94L/min ⑷计算所需水雾喷头的最小数量N： N发电机房＝S发·W÷q＝50.15×20÷81.94≈12个 N储油间＝S储·W÷q＝3.20×20÷81.94≈1个 ⑸喷头布置：

合理地布置水雾喷头，可以使喷雾均匀地完全覆盖保护对象，确保喷雾强度。《喷雾规范》第3.2.3条规定“水雾喷头与保护对象之间的距离不得大于水雾喷头的有效射程。”第3.2.4条规定“水雾喷头的平面布置方式可为矩形或菱形。当按矩形布置时，水雾喷头之间的距离不应大于1.4倍水雾喷头的水雾锥底圆半径；当按菱形布置时，水雾喷头之间的距离不应大于1.7倍水雾喷头的水雾锥底圆半径。”应根据喷头有效射程、水

雾锥底圆半径来布置喷头，也就是说水雾要直接喷射到保护对象并完全覆盖。根据“上消”厂家介绍水雾喷头用于灭火时，其水平射程宜算到喷头水平喷射曲线上线最高点止，当P＝0.35MPa时，ZSTG10/114型喷头的水平有效射程为1.70m，上线1.71m，下线2.5m；其垂直有效射程为3m。本设计实例按矩形布置喷头，喷头布置平面详附图(一)。喷射曲线可详产品样本。注意喷头离油箱的距离≤0.7m。喷头布置后，应校核喷头间距、水雾覆盖情况。

a.发电机房：

发电机组高度按2m计，喷头安装高度距发电机组1.3m，水雾锥底圆半径R为1.5m。 间距：1.4R＝1.4×1.5＝2.1m（喷头间距）>1.9m（喷头间距） 角a：[(0.95-0.2)2+1.25×1.25]0.5≈1.46m<1.5m(R) 角b：[0.95×0.95＋（1.25-0.5）)2≈1.21m<1.5m(R) b.储油间：

油箱顶面离地高度按2m计，喷头安装高度距油箱0.7m，水雾锥底圆半径为0.94m。喷头距地2.7m，水雾锥底圆半径R为2.3m。储油间为三角形，油箱安装位置长度需1m，油箱只可放在f-g-h-i-j范围内，可按R=0.94m来校核f、g、h、i、j点的水雾覆盖情况。考虑储油间地面通常设有集油沟，还应按R=2.3m来校核c、d、e水雾覆盖情况。

角f：(0.53×0.53＋0.529×0.529)0.5≈0.75m〈0.94m(R) 角e：(1.53×1.53＋0.529×0.529)0.5≈1.62m〈2.3m(R) 角c：(1.571×1.571＋1.029×1.029)0.5≈1.88m〈2.3m(R) 角d：(1.83×1.83＋0.829×0.829)0.5≈2.01m<2.3m(R) ⑹水力计算：

水力计算应列管道水力计算表进行计算，此文省略，作法可详《建筑给水排水设计手册》。计算结果详附图（二）。《喷雾规范》第3.1.3条规定“水雾喷头的工作压力，当用于灭火时不应小于0.35MPa”，计算最不利喷头的起始压力应按0.35MPa计，计算公式：q=√BH。由于水喷雾系统采用开式喷头，应根据特性系数法计算系统的实际流量、水头损失等，若用估算法，偏差会较大，可能导致喷出的不是水雾。

计算中应随时校核喷头的设计值是否在其正常值的范围内，ZSTG10/114型高速喷射器正常工作压力为0.28-0.5MPa，相对应正常流量为1.22L/s-1.63L/s。从附图(二)中可以看出每个喷头的流量均在此范围内。计算完毕，还应校核每个管段流速。校核每个管段流速详表1。从表1可以看出各管段流速V均小于5m/s，符合《喷雾规范》规定。

管道流速校核表 表1 管段

1-2 2-3 3-4 4-5 5

管径 (mm)

DN25

DN32

DN50

DN80

D

4 11.12 12.7 5.5

47 0.204

0.

27 2.

流量Ｑ

(L/s) 1.375 2.7

05 0.

60 2.

883

1.

91 2.

c 1.

59 2.

1-5

Ｋ

流速Ｖ

(m/s)

2.

-7 1段

6管

管径 (mm) DN100

DN25

43

流量Ｑ

(L/s)

18.17

1.

.115

1.883

c 0Ｋ

流速Ｖ (m/s) 2.09 2.69 V=Kc·Q

-6 ⑺管道布置：

对于水喷雾灭火系统，管道布置应尽量考虑喷雾管网的均匀性，配水支管宜在配水管两侧均匀分布，这样既便于计算，又利于每个喷头的喷雾流量大小相近。当然也可采用放大配水支管管径的作法来使管网均匀，但这样做要增加投资。

2.采用立体布置方法

此种布置方法是水喷雾灭火系统传统的布置方法。 (1)确定保护对象的设计喷雾强度： 同平面布置法。 (2)计算保护面积S：

根据《喷雾规范》第3.1.5条，保护面积应按保护对象外表面积确定。发电机组最大外形尺寸：长×宽×高=3800×1594×1963（单位mm）。发电机组外表面是不规则的，保护面积应按包容发电机组的最小规则形体的外表面积来计算。

S发电机=(3.8+1.594)×1.963×2+3.8×1.594≈27.3m2

通常在储油间内设储有8h所需柴油的油箱，油箱外形尺寸一般为1m×1m×1m，有的设一个油箱，有的设二个油箱。油箱一般架高1m，以便油靠重力流入发电机组。本设计实例燃油耗量94L/h，贮油量为94×8=752L。柴油比重0.8-0.87，按0.85计，油箱容量=752÷0.85≈885L，故设1m×1m×1m油箱1个。油箱布置图详附图（三）。

S储油=（1+1）×2+1×1=5m2 (3)计算水雾喷头的流量q： 同平面布置法。

(4)计算所需水雾喷头的最小数量N： N发电机=S发·W÷q=27.3×20÷81.94 ≈7个 N储油间=S储·W÷q=5×20÷81.94 ≈2个 (5)喷头布置：

喷头平面布置详附图（三）。从布置图可以看出，为了达到直接喷射的目的，发电机组设了8个喷头，比计算结果多设了1个喷头。储油间若按油箱每个面设喷头，得设5个喷头，计算保护面积仅为5m2要设5个喷头，显然不合理。由于油箱高度仅为1m，在油箱顶设一个喷头、底设一个喷头，应该也可达到直接喷射的目的。

(6)水力计算： 计算结果详附图四。 (三)两种设计计算方法比较 两种方法对照表

设计喷雾强度(L/min.m2) 保护面积(m2) 水雾喷头流量(L/min) 喷头数量（个）

平面布置方法

20 53.35 81.94 13

立体布置方法

20 32.3 81.94 10

N80

55

204

56