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武汉宜家购物中心自动喷水灭火系统设计

2001年,宜家家居母公司宜家集团与英特宜家集团分别出资49%和51%成立了合资公司IICG,总部位于丹麦哥本哈根,目前已在全球14个国家建成30座购物中心,并有24个在建及规划中的项目。英特宜家集团在中国无锡、北京和武汉已建成三个购物中心项目,并计划在未来几年内投资超过100亿人民币于中国购物中心项目上,将带来总计533,000平方米的零售面积。

   1工程概况

   武汉英特宜家购物中心选址位于武汉市硚口区额头湾,外观形如一条“鱼”,设计灵感源于有名诗句“才饮长沙水,又食武昌鱼”,富含标志意义和代表性。购物中心集百货、超市、时尚、家电、运动、餐饮、娱乐影院及家居等全方位消费功能于一体,主体5层,局部6层,建筑高度为33.53m,总建筑面积242124m2。方案设计单位:BDP(BDP建筑师事务所);初步设计单位:同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,合作设计单位:BDP;施工图设计单位:同济大学建筑建设研究院(集团)有限公司,合作设计单位:BDP、B+H建筑师事务所、艾勒泰建筑工程咨询(上海)有限公司。武汉宜家是华中地区最大的一站式购物中心,已于2015年4月30日正式开业运行。

   2自动喷水灭火系统设计

   宜家作为大型购物中心,具有建筑面积大、人员密集、各场所火灾危险性多样化等特点,因此,其自动喷水灭火系统设计较为复杂,主要有以下特点:

   (1)场所功能复杂,使用性质多样。主要区域分别为1层停车库,2~5层左侧A~F区6个岛为零售品牌及大型餐饮店铺,中庭为安全区域及大空间,右侧H区2、3层为欧尚大型超市、苏宁电器仓库,4、5层为影院,2层以上平面布局见图1。

图1

   (2)自动喷水灭火系统形式多样。针对不同场所,设计除采用常规自动喷水灭火系统外,还分别设计了窗玻璃卷帘保护系统、预作用系统、泡沫系统、消防炮系统。

   (3)不同场所的设计参数、标准及危险性区别较大。宜家作为外资企业,设计除了需要满足国内现行《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)、《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084-2001,2005年版,以下简称“喷规”)等国标外,还应同时满足宜家技术手册(TechnicalDesignManual,简称TDM)、NFPA13等国际标准,因此致使不同场所的设计喷水强度、喷头选型等具有较大的差异性,不能一概而论。

   各部位设计采用的灭火系统见表1。

图2

   2.1泡沫+干式系统

   (1)设计用水量。系统作用面积465m2,泡沫混合液供给强度6.5L/(min·m2),连续供给时间10min。系统采用6%水成膜泡沫液,喷头设置高度小于9m。

   设计理论用水量QS=1.3×6.5×465/60=65.5(L/s)。

   在计算出理论用水量的同时进行管网水力计算,选取系统最不利作用面积465m2,实际动作喷头数量为45个,最不利喷头压力取0.05MPa,系统实际流量为Q=72.55L/s,与理论流量基本吻合。

   (2)泡沫系统的设计用量。计算得Vf=1.3×3930L/min×6%×10min=3065L。

   (3)泡沫系统选型。系统选用3T嚢式压力比例混合装置,ZPHY64比例混合器(进出口通径DN150),泡沫罐主管道进出口通径为DN150,泡沫原液管道为DN40。6%水成膜泡沫液3000L(不含泡沫液管道充满量)。

   (4)喷头选型。1层车库喷头采用直立型压缩式易熔合金标准喷头K=80,公称动作温度74℃。

   (5)管网设计。系统在非工作状态下,管网为干式,管道内为有压气体,泡沫原液贮存在比例混合装置中。火灾发生时,通过管网末端设置的电磁阀和快速排气阀迅速排除管网内气体,报警阀动作,管道内充水,系统转变为湿式系统,系统喷水灭火。同时,泡沫原液与水经比例混合装置混合,形成6%的水成膜泡沫液,通过泡沫管道供至各防火分区水流指示器后的比例混合器,湿式系统转变为泡沫系统,系统喷放泡沫灭火。系统原理如图2所示。

图2

   为了保证灭火效率,本工程干式系统充水时间取1min,湿式系统转化为泡沫系统时间取3min。从报警阀至管网末端喷头、快速排气阀和从泡沫比例混合器至管网末端的管网容积,分别为1500L和720L。由于泡沫管道的管网容积约为水的1/2,因此系统控制的管网容积取720L,即每720L管道设置一组水流指示器、信号阀及比例混合器。

   管道的控制距离根据干管、支管的管径和长度以及每米管道的容积计算得出。因为防火分区较多且各分区的建筑面积较大,如果将报警阀设于防火分区的一端,则会造成管道距离过长,不能满足要求。因此在汽车库区域均匀布置6个报警阀间,其内分别设干式报警阀及比例混合装置,每个报警阀间均位于其所负责的防火分区中部,如图3所示。

图3

   2.2湿式系统

   本工程设计参数根据“喷规”、TDM和NFPA13综合选取。结合各设计标准的基本设计参数及图纸最不利作用面积水力计算书,最终的计算结果见表5。

图5

   2.3窗玻璃及卷帘加密保护系统

   结合本工程实际情况,根据武汉消防局意见及消防性能化设计报告(FSD),对防火卷帘和窗玻璃分隔的两侧建筑使用性质定性:一侧为有可燃物、人员密集的室内场所,功能为商铺,另一侧为无可燃物的室外连廊及中庭,规定室外为“安全区域”,故仅需在商铺靠内一侧加设喷淋保护。喷头安装节点见图4。

图6

   系统设计计算:

   (1)防火卷帘保护选用普通K80型喷头,动作温度68℃。最长一段防火卷帘设计长度100m,位于3层欧尚超市区域,加密喷头设置间距2m,设计喷水强度0.5L/(s·m),设计水量Q=100×0.5×1.3=65(L/s)。

   (2)防火玻璃保护选用K80窗玻璃喷头(下垂边墙型),动作温度68℃。最不利保护长度30m,设计喷水强度0.5L/(s·m),设计水量Q=30×0.5×1.3=20(L/s)。喷头平面布置见图6。

图6

   二者设计流量取大值65L/s,并设独立的加密保护系统。

   2.4预作用系统

   本工程预作用系统设置部位为1层消防、安保控制室,6层UPS、CCTV、BMS等电气设备用房。此类机房的特点是存放电子、电气等精密仪器及设备,灭火系统平时严禁漏水、火灾警报时严禁误喷。系统工作原理见图7。

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   2.5自动消防炮灭火系统

   建筑中庭部位为4层通高场所,建筑高度大于12m,设置带有雾化功能的自动消防炮灭火系统。采用稳高压系统,用水量按最大两台自动消防炮同时射水计算,设计流量为40L/s,火灾延续时间1h。系统工作原理见图8。

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   消防炮采用ZNM-A40X1-1型自动消防炮,每门炮前设有信号闸阀、电动阀、水流指示器,单台炮流量20L/s,额定工作压力0.8MPa,最大保护半径50m,每门炮自重13.6kg,悬挂于中庭大空间顶部屋面钢结构处,每个中庭设置2门,管道采用内外壁热镀锌钢管,管网环状供水。

   2.6消防泵选型及控制

   2.6.1消防泵选型

   本工程为保证驱动器能源安全可靠性,结合宜家设计手册要求,消防主泵选用1台电泵主泵,并配备1台柴油泵做为备用泵。根据系统类型,消防水泵房内设置喷淋电动消防泵1台(Q=100L/s,H=100m,N=132kW),窗玻璃及卷帘喷淋保护电动消防泵1台(Q=65L/s,H=100m,N=110kW),自动消防炮电动消防泵1台(Q=40L/s,H=130m,N=90kW),备用泵设置喷淋柴油消防泵1台(Q=100L/s,H=100m),窗玻璃及卷帘喷淋保护柴油消防泵1台(Q=65L/s,H=100m),自动消防炮柴油消防泵1台(Q=40L/s,H=130m),每台柴油消防泵配备1组柴油罐,柴油罐有效容积按1.5L/kW配置。

   2.6.2消防泵启泵控制方式

   本工程根据NFPA20要求消防泵的启动应满足压力降逐级启动的要求,设稳压泵的停泵压力为P0,启泵压力为P1,消防泵启泵压力为P2,备用泵启泵压力为P3,h为稳压泵气压罐接点的压力表与消防泵压力开关的净高差(m)。则消防泵及稳压泵启泵满足:P1=P0-0.035(MPa);P2=P1+0.01h-0.07(MPa);P3=P2-0.07(MPa)。

   在武汉宜家项目设计时,国内消防泵的启动是由压力开关控制的,其启动控制依据并未满足逐级启动的要求。直到最新的设计规范GB50974-2014出台后,才对消防泵及稳压泵的启动控制做出了具体要求:稳压泵的设计压力(P1)应保持系统自动启泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统自动启泵压力值(P2),且增加的值为0.07~0.10MPa,即P2=P1+0.01h-(0.07~0.10)(MPa);同时P1=P0-(0.05~0.07)(MPa),而对备用泵的启泵压力未曾提及。

   对比可知GB50974-2014与NFPA20逐级启动的控制要求基本吻合。

   3小结

   武汉英特宜家购物中心共采用5种自动喷水灭火系统,即泡沫+干式系统、湿式系统、预作用系统、窗玻璃及卷帘加密保护系统和自动消防炮灭火系统。

   (1)对于功能复杂的建筑,采用一种自动喷水灭火系统往往难以满足设计的要求,通常需要根据灭火部位的特点,选取多种自动喷水灭火系统组合,实现局部单一系统,总体多种系统结合。

   (2)明确各灭火系统设计参数的选取方法,对于另有特殊设计手册或准则的项目,应能保证设计既能满足国家标准规范的要求,又符合设计手册的标准,实现二者的统一,使设计依据合理。

   (3)自动喷水灭火系统的设计用水量,应满足规范要求火灾延续时间下,喷水强度及保护面积内的水量要求,又要对不同设计参数,不同部位的最不利作用面积内的管网进行水力计算,综合考虑取计算的最大值,作为项目的设计用水量


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