「超高層」高壓細水霧系統在超高層建筑中的應用超高層高壓

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「超高層」高壓細水霧系統在超高層建筑中的應用 //草丁生活 http://life.caoding.cn/

摘要：通過對現有超高層建筑常規消防系統分析，從滅火機理、適用性方面提出采用高壓細水霧系統對超高層建筑進行保護的優勢。根據某超高層建筑的改造實例進行分析，對其細水霧滅火方案進行介紹，得出高壓細水霧系統是可靠、安全、高效的滅火系統，并根據EI-MIST的在超高層應用的實際案例，對系統各個參數進行介紹，分析高壓細水霧在超高層建筑應用的優勢。

1、研究背景

根據《民用建筑設計通則》[1]中的規定：建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。隨著經濟的發展，超高層建筑作為現代技術的結晶成為越來越多的城市展示發展的手段。雖然超高層建筑具有較強的標志性和可識別性，但一旦發生火災，火災的撲救與人員的疏散都十分困難，超高層建筑火災主要有以下特點：首先超高層建筑的巨大體型及容積決定了其內部所含的可燃物及材料較一般建筑要多許多；其次超高層建筑豎向管井、管道較多，在火災時極易形成煙囪效應；同時超高層建筑用途廣泛、人員繁雜：超高層建筑廣泛的用途使其經常成為眾多功能場合集中的場所，如宴會廳、歌舞廳、酒吧等是火災多發地，同時這些場所人員密集，火災時更容易導致傷亡。最后，超高層建筑報警、滅火和給水系統聯動比較復雜，普遍存在的問題是聯動不合理，有時候因不能聯動而造成火災損失，并且經常因為消防水壓不足或用水量不能保證滅火而使得火災不能及時被撲滅。

由于以上因素的存在，超高層建筑的消防設計格外引人關注。在建設過程中，超高層建筑的消防問題一直是困擾著參建單位的問題之一，為了解決超高層建筑消防系統中存在的各種問題，怎樣利用更高效的滅火系統對超高層建筑進行保護成了重中之重。

2、研究現狀

現有的超高層建筑在防滅火設計時一般采用聯合滅火系統來進行保護。例如廣州某高塔（103層）在設計時就采用了室內外消火栓滅火系統、自動噴水滅火系統、固定泡沫滅火系統、氣體滅火系統等涵蓋了目前建筑內采用的絕大部分滅火系統。除了電氣室、發電機室等場使用氣體和固定泡沫滅火系統以外，其他場所以水系統主對高塔進行保護[2]。然而對于超高層建筑來說，由于其建筑高度較高，除了在地下安裝消防水箱之外，還需在頂層加設消防水箱以保證建筑中上層發生火災時消防用水能及時傳輸到消防管網內。

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從實際應用來看，已有的消防水系統難以完全解決超高層建筑撲滅火問題。首先已有的消防水系統用水量大，供水管網復雜，不同的水壓分區需要分別設置消防水池和減壓閥（上述高塔分別在31層、66層和102層分別設置了），減壓閥屬于精密設備，一旦安裝使用不當，很容易造成閥門失效；其次為了滿足火災滅火需要，高層建筑的消防用水量根據撲滅火災初期或者中期的用水量確定，撲滅大火時，消防用水量往往顯得不足，根據一些超高層火災撲救實踐表明，最高用水量甚至能夠達到120L/s，這對于消防供水也是一個很大的難題。

面對超高層建筑消防中存在的問題，國內外學者提出使用高壓細水霧滅火系統對超高層建筑進行保護。許紅利、王喜世、廖光煊從理論方面闡述了細水霧應用于超高層抑爆的有效性[4]；楊琦,叢北華從經濟角度分析了高壓細水霧系統在超高層建筑應用時對比其他系統的優勢[5]。在越來越多的實際工程中，高壓細水霧系統也越來越成為超高層建筑消防首選方案。

「超高層」高壓細水霧系統在超高層建筑中的應用。3、高壓細水霧滅火系統介紹

細水霧滅火系統是利用消防泵提供壓力，將水用壓力驅動流過專用細水霧噴頭后形成的細小霧滴進行滅火的一種滅火系統。1996年美國發布了世界上第一個細水霧滅火系統的標準NFPA750[3]，標準規定了細水霧霧粒直徑、工作壓力等級等要求，根據NFPA750的規定，細水霧霧粒根據直徑分布可以分為三個等級，如圖一所示；

Ⅰ級細水霧：Dv0.1=100μm同時Dv0.9=200μm連線左側部分的細水霧。即累計體積比占水霧總體積的10%的水霧顆粒中，最大霧粒的直徑≤100μm，占水霧總體積的90%的水霧顆粒中，最大霧粒的直徑≤200μm；Ⅱ、Ⅲ級細水霧同理。

細水霧霧粒等級分類

而根據工作壓力，細水霧又可以分為低壓、中壓以及高壓細水霧，對應的工作壓力分別為：

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低壓系統：工作壓力小于17.5bar(1.75MPa)；

中壓系統：工作壓力17.5bar(1.75MPa)~34.5bar（3.45MPa）；

高壓系統：工作壓力大于34.5bar(3.45MPa)。

高壓細水霧是指霧滴直徑在40~200μm之間、工作壓力在3.45MPa以上的的細水霧。相對比其他滅火系統，高壓細水霧在滅火機理的優勢主要體現在：

「超高層」高壓細水霧系統在超高層建筑中的應用。①高效吸熱：高動量密集的細小霧粒受熱后迅速汽化，在這個過程中，霧粒從燃燒物表面和火場吸收了大量的熱量，是普通水噴淋的十幾萬倍，促使燃燒物表面溫度瞬間迅速下降，短時間內阻燃。

②快速窒息：細水霧霧滴平均直徑小于200μm，比表面積和密度較高，遇火焰高溫后迅速汽化，體積可膨脹1700倍以上，使保護區的氧濃度大為降低，具有很強的汽化降溫作用和隔氧窒息作用，同時吸收大量熱量，起到隔絕氧氣和降溫的雙生作用，達到迅速滅火的目的。

③隔離熱輻射：高壓細水霧噴入火場后，形成的水蒸汽迅速將燃燒物、火焰和煙霧籠罩包裹，其對火焰的輻射熱具有極佳的阻隔能力，能夠有效抑制輻射熱引燃周圍其他物品和傷及周邊人員，達到保護生命和防止火焰蔓延的結果。

在超高層建筑的實際適用性方面，高壓細水霧系統有以下優勢：

①滅火用水量小：由于細水霧霧滴是介于液體與氣體之間的一種特殊狀態，因此高壓細水霧系統用水量極小，對于同一個建筑，其用水量是傳統水噴淋的10%甚至更少。

②由于用水量小，相應的管道管徑也較小，具有安裝、維護較為簡便的特點。

③水浸漬損失較小，適用場所更全面：當今超高層建筑通常是功能比較集中的場合，包括商場、辦公樓、資料儲藏室等，功能繁雜，高壓細水霧在滅火時，噴射出的細水霧絕大部分被汽化，只有少量水霧噴射在防護區內，使得在滅火時能夠極大減少水浸漬對防護區的進一步損害；同時由于高壓細水霧系統采用的是去礦物質水作為水源，噴射出的細水霧具有良好的絕緣性，不僅常規水噴淋保護的場所可以使用細水霧，同時一些電氣、計算機房等場所也可以使用。這就使得高壓細水霧在超高層建筑使用時，可以使用高壓細水霧系統對整套建筑采取保護，而不必采用多種滅火技術，在工程滅火方案上，高壓細水霧系統具有比較強的優勢。

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4、案例分析

某超高層建筑高500m，是歐洲最高的超高層建筑之一。2000年8月在該超高層400m處突然冒出濃煙，由于起火位置過高，大型消防設備無法投入滅火，白色煙霧彌漫在整個建筑頂上，而藥液缺無法噴射到建筑內，最后消防員只好沿著建筑內樓梯爬上去用泡沫滅火機救火。直到一天后，火災才被完全撲滅。

根據事故后對火災的總結，火災是由于該超高層建筑內的高能電纜超負荷使用所致，電纜過熱起火，并沿著電纜隧道和管道迅速蔓延。這起火災雖然沒有涉及到油料或者爆炸，卻用了一天一夜的時間才完全撲滅，最主要的原因是建筑太高，相關滅火單位缺乏撲滅超高層建筑火災的有效設備，而沿著樓梯向上爬到起火部位，則需要太長的時間。火災發生造成了極大的損失。火災發生后，相關部門對該超高層建筑整個消防系統進行改造。安全專家同意采用EI-MIST高壓細水霧系統對整棟建筑從地下至頂層進行保護。

EI-MIST滅火系統是歐洲最大的消防集團Eusebi-impianti（簡稱EI）自行設計、研發并制造、具有自主知識產權的高壓細水霧滅火系統，該系統工作壓力在10MPa~14MPa之間，水霧粒徑在100μm以下，屬于Ⅰ級細水霧。憑借其獨特的技術優勢及優異的產品品質，已經在意大利、歐洲包括民用及公共建筑、船用領域和工業能源領域等多項領域廣泛引用。在該超高層建筑應用EI-MIST細水霧系統時，采用一套高壓細水霧系統對全部的公共、設備、辦公和電纜隧道場所進行保護，同時設置高壓細水霧消防水龍保護電梯間等場合。高壓細水霧系統主要的特點主要體現在以下幾個方面：

①該超高層建筑采用一套泵組對該超高層建筑所有防護區進行保護，全部泵組均設置在地下一層的泵房內，工作壓力在12MPa~14MPa之間，由于高壓細水霧系統的工作壓力高達12MPa，其揚程可達1200m以上，系統無需在其他區域加裝泵組即可為該超高層建筑各個樓層全部防護區提供細水霧，在前期成本控制、后期系統安裝施工都有極大的優勢。

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②該超高層建筑全部泵組使用1個水箱，該水箱同樣設置在地下一層的泵房。相對于水噴淋系統需要在避難層（兼設備用層）以及頂層設置水池，EI-MIST高壓細水霧系統減少了設備用房需求以及對建筑結構影響方面。由于設備用房的減少，累計使用面積節省是相當可觀的；同時由于不需設置其他水池，也減少了減壓閥等相關精密管件的使用。

③在用水量方面，通過對用水量的核算，整套高壓細水霧系統用水量相對于水噴淋系統用水量大大減少，這是由于水經過高壓細水霧專用噴頭后，形成極細的霧滴，使得相同體積的水滅火效率大大提高；同時由于高壓細水霧系統使用去礦物質水，高壓細水霧霧滴還具有不導電的特性，該超高層建筑中包括設備間、電纜隧道等所有場合由一套細水霧設備即可全部保護。

④在管道方面，該超高層建筑所有管道全部采用316L不銹鋼，全部管道不含任何焊接和法蘭，全部采用卡套式連接，降低了安裝的難度；同時主供水管徑較小，易于在狹窄的空間安裝。而這些優點，恰是水噴淋系統在設計及安裝過程中的劣勢，若采用傳統水噴淋系統，其管道甚至會達到DN150甚至以上，較大的管徑對于整體的維護與檢修對于消防相關人員將會是比較大的負擔，特別對于這種超高層建筑，其立管高度可達到450m以上，較粗的管徑在法蘭、相關連接件使用方面在安裝時就需特別關注，后期維護時由于連接點較多，可能存在泄漏的節點數量也會隨之上升。

5、總結

自NFPA750頒布以后，高壓細水霧滅火系統相關技術在最近二十年內得到了飛速的發展，歐、美國家已經有了成熟的設計、施工及驗收方案，并生產出了系列專利產品。各地區、各領域也相繼頒布了地方標準和行業標準，國標的頒布也在近年提上了日程。

高壓細水霧以其用水量少、適用范圍廣及滅火性能高的優勢，已經開始逐漸被人們所接受。特別是超高層建筑由于其獨特的結構和使用特點，對于消防有著特殊的要求。而這些需求正是高壓細水霧滅火系統的優勢所在。在實際案例中對歐洲某超高層建筑進行分析，通過對改造后采用的EI-MIST高壓細水霧系統與水噴淋系統各項參數的比較，更直觀、具體的體現出高壓細水霧在超高層建筑應用時的優勢，證明了高壓細水霧系統在實際工程應用中可行性與實用性。