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邓大白
正文
2018-08-02 19:25:49 | 分类:默认分类 | 标签:

【提要】:本文介绍了民用建筑中防火卷帘的种类、应用和喷水冷却保护措施,提出了防火卷帘冷却保护的做法和冷却用水量的计算方法。

 0.前言

       在现代化的大型建筑中,如大型商场、展览大厅、候机楼、车站、公共建筑的中庭、大型地下车库等,采用防火卷帘作为防火分隔越来越普遍。

       《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045-95(2001年版)(以下简称“高规”)5.4.4条规定:“在设置防火墙确有困难的场所,可采用防火卷帘作防火分区分隔。当采用包括背火面温升作耐火极限判定条件的防火卷帘时,其耐火极限不低于3.00h;当采用不包括背火面温升作耐火极限判定条件的防火卷帘时,其卷帘的两侧应设独立的闭式自动喷水系统保护,系统喷水延续时间不应小于3.00h。” 对照“高规”(95版)5.4.4条:“采用防火卷帘代替防火墙时,其防火卷帘应符合防火墙耐火极限的判定条件或其两侧设闭式自动喷水灭火系统,其喷头的间距不应小于2.0m。” 新旧版本“高规”对防火卷帘的要求不同,同时新规范对冷却保护系统的做法提出了更明确的要求。《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084-2001)对防护冷却水幕的设计参数规定如下:当喷水点高度≤4m时,喷水强度要求为0.5L/s·m。(注:防护冷却水幕的喷水点高度每增强1m,喷水强度应增加0.1L/s·m,但超过9m时喷水强度仍采用1.0L/s·m。)

       在工程实践中,防火卷帘的选用和设置属于建筑专业的设计范畴,而防火卷帘的冷却保护系统属于给排水专业的设计范围。但现有的给排水设计手册或消防设计手册对防火卷帘的喷水保护做法均未有明确规定。在实际工程中设计人员通常有以下几种做法:1、从自动喷水灭火系统中接出一条水管,在防火卷帘两侧设边墙型喷头,间距为2.0~2.5m;2、设置一套独立的冷却保护系统,在卷帘两侧安装加密喷头;3、从消火栓系统接出管路,在卷帘两侧安装加密喷头。

       另外,对防火卷帘的冷却水量计算上也存在一些分歧。如有的大型工程,一道防火卷帘的总长度超过50m,高度超过8m。按“自喷规范”计算的冷却水量大于40L/S,超过了室内消火栓用水量。如果一个防火分区有两道总长50m的防火卷帘,则计算冷却用水量超过室内消火栓和闭式自动喷水灭火系统用水量之和。把大量的消防水量用于非直接灭火,这样的系统设计是否经济合理呢?对这些问题有必要进行深入的分析和探讨。

⒈ 防火卷帘的概念及其种类

1.1防火卷帘的概念

       防火卷帘是一种特殊的卷帘门,通常安装在建筑中需要进行防火分隔的部位的上方或侧面。平时卷起,当发生火灾时,由火灾报警系统或人工控制展开,起到隔火、隔烟和隔热的功能,阻止火灾蔓延和烟气扩散。

1.2防火卷帘的结构形式如图一所示

1.3防火卷帘的种类

       防火卷帘根据防火和防热辐射性能可分为普通防火卷帘和特级防火卷帘。普通防火卷帘是按照国家产品标准GB 14102《钢质防火卷帘通用技术条件》的要求,只以距背火面一定距离的辐射热强度和帘面是否穿火来判定其耐火极限的卷帘,能达到非隔热防火分隔的要求。包括背火面温升作为耐火极限判定条件,且耐火极限不低于3.0h的防火卷帘为特级防火卷帘。由于普通防火卷帘达不到防火分隔的要求,所以应在卷帘两侧设冷却水幕保护。       

       从防火卷帘开启方向可分为:垂直开启的防火卷帘和水平开启的防火卷帘。后者常用于中庭和自动扶梯的开口分隔。这种卷帘的卷轴为垂直安装,帘片平时卷起收在一个小房间中。

       根据防火卷帘结构形式的不同可分为单层帘片钢质防火卷帘、复合材料防火卷帘、汽雾式钢质防火卷帘、双轨双帘无机复合防火卷帘、蒸发式汽雾防火卷帘等,其中后三种均属于特级防火卷帘 

⒉ 防火卷帘的喷水冷却保护措施

       普通钢质防火卷帘需要加装防护冷却水幕保护,才能达到防火分隔的要求。防护冷却水幕应采用独立的系统,作用时间不少于3h。具体的做法为在防火卷帘两侧(两侧可能受火的情况)或一侧(单侧受火的情况,如自动扶梯开口或中庭),吊顶下安装边墙型闭式喷头,喷头间距为2~2.5m,朝向卷帘。喷水强度按照“自喷规范”第5.0.10节规定。

       普通防火卷帘的冷却用水量较大。如总长30m的卷帘,高度8m,计算冷却用水量约为27L/ S,相当于中危险等级Ⅱ级自动喷水灭火系统的用水量。在大型工程中一个防火分区总长几十米甚至上百米的防火卷帘经常遇到。防护冷却水幕的用水量在消防用水中所占的比例很大。为了解决这个问题,近年来开发了用水量较小的汽雾式钢质防火卷帘、蒸发式汽雾防火卷帘,及不需喷水保护的双轨双帘无机复合防火卷帘等特级防火卷帘

       汽雾式防火卷帘是在常规钢质防火卷帘的基础上加装了一套喷雾冷却装置,如图二所示。控制冷却系统喷水的阀门由卷帘盒上的温感装置控制。当卷帘的温感探测器动作时,即打开卷帘喷雾装置供水管上的电磁阀,接通消防水源,冷却水经喷淋系统呈雾状喷淋到帘片表面。由于帘片是特制的,表面有规律地压制“X”形凹槽。因此,在整个帘片的表面会形成一层均匀的、持续流动的水膜,不断地将热量带走,有效地控制了帘片的温升,从而达到防火、隔热、防烟的作用,其所需冷却喷水量按帘板平均布水强度约为2.2L/m²·min。[1]以一樘8m长,4m高的防火卷帘作比较,汽雾式防火卷帘的用水量约为普通防火卷帘用水量的30%,可以大大节约冷却用水量。

3. 冷却水量的计算

3.1普通钢质防火卷帘的冷却水量

       3.1.1当卷帘高度小于4m时       

       Q=0.5·L

       式中:Q为冷却水量L/S。

                  L为防火卷帘的长度

3.1.2当卷帘的高度为4~9m时

       Q=[0.5+(H-4)·0.1]·L

       式中:H为防火卷帘的高度(m)

3.1.3当卷帘的高度≥9m 时

       Q=1.0·L

3.2汽雾式防火卷帘的冷却水量

Q=q·A

       式中:q为汽雾式防火卷帘单位面积的冷却水量测定值(L/S.m²),由产品制造厂提供。

                 A为防火卷帘的表面积(m²)

3.3  防火卷帘计算长度的确定

       建筑物内发生火灾时,同时着火点一般假定为一处。火势由着火点向四周蔓延,当受到防火墙或防火卷帘等阻碍时,火场被局限在一定的范围内。当建筑内的自动喷水灭火系统启动以及消防员到达后用室内消火栓喷水灭火时,火势受到压制,以致最后被扑灭。所以,建筑物内火场的面积不是自由扩展的。在“自喷规范”中,对轻危险和中危险等级民用建筑内,自动喷水灭火系统作用的范围规定为160m²,约相当于10m×16m范围,安装约14个闭式喷头。根据统计资料【2】显示,当参与灭火的喷头达到14个时。对高层建筑灭火的成功率高达99.4%。考虑到火场着火区域的随机性和进一步增加安全系数,将着火区域面积放大一倍,则火场的长边约16×√2=22.6m,短边约10×√2=14m。当着火区域位于防火分区中间位置时,受火灾威胁,需要开启喷水冷却保护的防火卷帘长度约22.6m。若采用汽雾式特级防火卷帘,卷帘高度为6m,单位面积冷却喷水量为2.2L/m²·min,需要开启冷却系统的卷帘为3樘,每樘长度为8m ,则冷却水量为5.3L/S,相当于一个消火栓的用水量。       

       因为防火卷帘冷却保护系统的作用时间为3.0h,等于消火栓的作用时间。若采用汽雾式特级防火卷帘时,一个防火分区防火卷帘的冷却用水量相当于一个消火栓的用水量。所以汽雾式防火卷帘的冷却水系统宜与消火栓系统合用。

⒋ 工程实例

       广州国际会议展览中心(首期)建筑面积39.5万m²,是目前亚洲最大的展览中心。图三、图四为广州会展中心首层展厅局部平面图和剖面图。广州会展中心首层南侧有相邻五个展厅,每个展厅的平面尺寸为126.6m×86m,吊顶下净高13米。根据不同规模展览的需要,五个展厅既要能独立使用,又能联合使用。因此,采用了不锈钢材料的汽雾式特级防火卷帘。当展厅需独立使用时,这些卷帘降下,起到隔断作用。两个展厅间有4m的通道,柱距为10m,柱宽为1.5m。每樘卷帘的长度为8.5m,高度为6m。当展厅发生火灾时,展厅两侧的防火卷帘由火灾报警系统控制降下。每樘防火卷帘均设有一套喷雾冷却装置。当卷帘附近的温度显著升高时,由卷帘盒上的温感装置发出信号,打开喷雾系统的电磁阀,喷头喷雾,冷却卷帘。按前文分析,火场的长度可按23m计,则需喷雾保护的卷帘有3樘。经计算,喷雾冷却系统用水量为5.6l/s,相当于一个室内消火栓的用水量。因此,经与当地消防部门协商,在设计中把展厅卷帘的冷却系统并入消火栓系统。从室内消火栓管网上就近接出管道,提供卷帘冷却用水,同时增加消火栓系统供水量。需要指出的是,卷帘冷却系统的供水压力较低(约0.10MPa),因此,在电磁阀前加装了减压阀,避免供水压力过大而造成喷雾水量过大,消耗消防用水。这种做法,在广州会展中心消防安全评审会上得到了“高规”和“自喷”规范编委等消防界知名人士的认可。

⒌ 有关“高规”第5.4.4条的讨论

       “高规”第5.4.4条规定“……当采用不包括背火面温升作耐火极限判定条件的防火卷帘时,其卷帘的两侧应设独立的闭式自动喷水系统保护,系统喷水延续时间不应小于3.00h。” 笔者认为,当防火卷帘只有一侧受火的情况下,如中庭、自动扶梯开口部位等,只需在其一侧设喷水保护系统。至于“应设独立的闭式自动喷水保护系统”,笔者认为规范的用意在于喷水保护系统要与自动喷水灭火系统独立。因为自动喷水灭火系统的作用时间为1.0h。当火灾延续时间超过1.0h时,由于火灾蔓延,过火面积已超过自动灭水灭火系统作用面积,爆破的闭式喷头数过多,导致喷淋系统供水不足而失去作用。而用作防火分隔的防火卷帘,耐火极限为大于3.0h。因此,冷却系统的作用时间应大于3.0h,所以不能与闭式喷淋系统合用管网。       

       对综合楼而言,室内消火栓系统的作用时间为大于3.0h。只要消火栓系统的供水能力考虑了卷帘冷却系统的用水量,笔者以为两个系统可以共用管网和水泵。“高规”第7.4.3条也认可了室内消火栓系统和自动喷水灭火系统合用消防泵的做法。合用系统消防泵的供水量为两个系统用水量之和。

⒍ 结论

       在民用建筑中当采用防火卷帘作防火分隔时,冷却系统根据防火卷帘类型的不同有如下几种做法:       

       1) 当采用普通防火卷帘时,应做独立的冷却喷水系统。当卷帘的高度<4m时,喷水量为0.5L/S;高度超过4m时,每增加1m,水量增加0.1L/ s·m。高度超过9m时,喷水强度为1.0 L/ s·m。需要冷却保护的卷帘的计算长度应根据火场的范围确定,一般可按不大于30m计。

       2) 当采用汽雾式等特级防火卷帘时,应按卷帘面积计算冷却水量,卷帘的计算长度同上。因这种卷帘的冷却水量较小,且作用时间与室内消火栓系统相同,可以考虑与消火栓系统合用供水管网,适当增加消火栓系统的供水量。

       3) 当采用双帘双轨无机复合等特级防火卷帘时,无需喷水冷却系统。 

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