公安部上海消防研究所，上海 200032
摘 要：高寒地区非采暖区水喷淋系统有连接下垂型闭式喷头的下垂段支管，在防冻措施不到位的情况下会造成水压试验、系统误动作和试验后的积水残留，在采暖季受冻结冰会导致整个系统瘫痪，损坏喷头、管道及连接配件，增加维护成本。采用长度可定制的干式下垂型喷头、对供水管网施工工艺的改进，可以极低的成本避免此类问题，提高了高寒地区非采暖区水喷淋系统对火灾隐患的防控能力。
关键词：高寒地区 水喷淋系统 干式下垂型喷头 防冻施工工艺
高寒地区海拔高、常年低温、冻土常年不化，特别是我国高寒地区占地面积广阔、属于高寒地区的有黑龙江省北部、青藏高原、甘肃、内蒙古等广大地区。高寒地区到了采暖季节（从市政供暖日起至供暖结束日止），室外平均温度一般在冰点以下，极端恶劣的情况下，室外温度能达到-20℃以下。建筑物内设置的水喷淋系统，若在采暖季节，处于采暖空间内，系统所处温度在冰点以上，水喷淋系统能正常工作和运行，若处于非采暖区，针对火灾隐患区域设置的水消防系统没有任何保温措施，此时管网如果有水，则管网容易结冰受冻，导致喷淋系统不能正常工作。因此，本文针对非建筑物内采暖区域内的水喷淋系统进行研究，结合实际，对目前建筑物非采暖区内设计的水喷淋系统闭式喷头前下垂段支管防冻措施进行方案优化和施工工艺改进，保证在非常暖区内存在较大火灾隐患时，水喷淋系统能够正常工作并控制和扑灭火灾，同时降低维修难度和成本。
1 非采暖区水喷淋系统目前主要的系统设置方式
高寒地区非采暖区、特别是处于封闭空间的货物仓库、火车站出站通廊、开放停车场等区域，由于存在火灾隐患，这些区域达到一定面积后，按照消防规范要求除必须设置消火栓及灭火器外，还需配置自动喷淋灭火系统。按照《自动喷水灭火系统设计规范 GB 50084—2001（2005 年版）》“4．2．2 环境温度低4℃，或高于70℃的场所应采用干式系统。”“4．2．3 具有下列要求之一的场所应采用预作用系统：1 系统处于准工作状态时，严禁管道漏水；2 严禁系统误喷；3 替代干式系统 [1]”要求，非采暖区水喷淋系统按照国家规范要求有预作用水喷淋系统、干式水喷淋系统和雨淋系统，由于雨淋系统使用的开式喷头，因此不存在下垂段支管的防冻问题，所以本文重点讨论预作用水喷淋系统与干式水喷淋系统在高寒地区非采暖区下垂段支管的防冻方案和措施。
2 高寒地区非采暖区水喷淋系统下垂段支管防冻存在的问题
无论是预作用水喷淋系统还是干式水喷淋系统，在高寒地区使用时，如果涉及到安装有通透率不足的吊顶，则就会有连接下垂型闭式喷头的下垂段支管，这一段支管虽然长度不长，但防冻措施不到位，会造成水压试验、系统误动作和试验后的积水残留，在寒冷季节会受冻结冰导致整个系统瘫痪，同时由于水结冰膨胀损坏喷头、管道及连接配件，极大的增加了维护难度和成本，下面以银川站和兰州西客站地下出站通廊的水喷淋系统为例来进行讨论。
2.1 下垂型闭式喷头段的支管在非采暖季受冻结冰、阻塞水流导致系统瘫痪
图1 闭式喷头前下垂段支管示意图
预作用和干式水喷淋系统的关键组件之一就是闭式喷头，闭式喷头有直立式和下垂型喷头两种，当防护区无吊顶或者是通透率高的格栅、网孔吊顶时，按照规范要求可以只使用直立式喷头。而当防护区是密实吊顶或者是通透率低的格栅、网孔吊顶时，则要设计上下喷或者是仅设置下喷。无论是预作用还是干式水喷淋系统存在下垂型闭式喷头时，不可避免的存在下垂型支管（图1所示），在系统水压测试、系统误动作和试验以后，供水干管的水会通过阀组进入已经安装好的下垂型支管，再也无法排出，除非卸开闭式喷头或者是喷头热敏玻璃泡破碎。譬如银川站地下通廊水喷淋系统两侧出站通廊均为密实铝板吊顶，无采暖设施。此区域按照规范要求设置了2670个下垂型喷头，喷头安装平面高度与吊顶高度一致，喷头到配水支干管垂直高度均在1.5米左右，此1.5米左右的下垂段支管在非采暖季节由于室温低于水的冰点，水压试验、误动作或者系统动作后，下垂段支管的水无法排出，因此在冬天此段支管全部受冻结冰，管道受冻长度达到了4000米，一旦保护区域着火，即使管道里面再充水，闭式喷头即使破裂，也由于下垂段结冰阻塞水流、致使系统无法正常喷水，整个地下通廊水喷淋系统处于瘫痪状态，一旦发生火灾、后果不可想象。
2.2闭式喷头前下垂段支管受冻结冰后、易致管道破裂，增加维修难度和成本
采用下垂型闭式喷头的下垂段支管由于水压试验、系统误动作或试验动作后，下垂段支管里的水在非采暖季节以液态存在，在寒冷季节由于室温较低、受冻成冰、体积变大，导致此下垂段支管、闭式喷头及连接的组件由于水结冰膨胀挤压变形甚至破裂。而温度回暖以后，管道积冰解冻，系统漏水，干式水喷淋系统甚至会启动，导致更大的水淹损失。系统每年在供暖季处于瘫痪状态，在非供暖季又需要不停的维修，极大的增加了维修难度和成本，因此急需找到一种便捷的方案解决这段下垂段支管的防冻问题。
3 水喷淋系统闭式喷头前下垂段支管防冻解决方案
针对高寒地区非采暖区水喷淋系统的闭式喷头前下垂段支管受冻结冰所带来的系统瘫痪及维护困难的问题，可以有以下几种解决方式可供参考：
（1）、根据高寒地区的极限低温、喷水用量等在喷淋系统水源中加入一定比例的防冻剂[2]，使得进入闭式喷头前下垂段支管的混合液不会结冰；但是这种做法有以下几个方面的缺陷：①防冻剂与水的比例如何确定，怎么确定不好计算，如果防冻剂在水里所含比例太小就会起不到防冻的作用，如果太大，则成本又会太高；②残留在供水管道及管配件里的防冻剂和水的混合液体会腐蚀管道，降低管网使用寿命；③加入了防冻剂的水，不能正常排放，而回收的成本有很大，造成环境污染。因此这种方案可实施性不强，成本也不菲。
图2 干式下垂型喷头 图3 干式下垂型喷头示意图
（2）在闭式喷头前下垂段支管上加做保温措施，缠上伴热带后再裹上不燃保温材料如超细玻璃棉管。这种做法的缺点是：①如果喷头数量很大，需要保护的面积很广，则所需要的伴热电缆数量庞大。除喷头前下垂段支管需要敷设外，从一个喷头到另外一个喷头之间的伴热带不可能断开，不需要保护的无水连接供水管道仍旧需要敷设伴热电缆、进行保温材料包裹；②伴热电缆如果数量过大，所需要的功率也很大，市场上常用伴热电缆的功率在15W/M-40W/M左右，以兰州西客站为例，3000个闭式下垂型喷头需要20000米左右（喷头间距3.4米）的伴热电缆，一旦在寒冷季节候，伴热电缆启用时，所需功率为300KW-800KW左右，耗能巨大，所需配套供电措施也造价不菲；③电伴热带的技术到目前为止不是特别成熟，容易自身短路造成局部大量发热产生火灾隐患，同时整个电伴热系统维护复杂，不够经济。
（3）采用可定制长度的干式下垂型喷头。此类喷头的组成部分除了传统意义的闭式喷头部分，还有一段不含水的干式管道，此管道可根据吊顶的高度来进行调节和定制。国内相关消防研究机构经过近几年对干式下垂型喷头的技术攻关，已经获得重大突破，喷头生产不再受国外技术所限制，成本大幅降低。同时干式下垂型喷头施工工艺简单、无需再添加任何辅助系统，因此本文推荐干式下垂型喷头在高寒地区非采暖区水喷淋系统中广泛使用。目前，此类喷头已经用于兰州西客站地下通廊干式水喷淋系统中，反映良好。图2为干式下垂型喷头图片。
4 干式下垂型喷头工作原理及安装工艺改进
4.1干式下垂型喷头的工作原理
干式喷头正常工作时，喷头接管入口处有一个带弹性密封垫圈的管堵头，防止水进入喷头接管内，火灾时，喷头玻璃泡爆裂，玻璃泡和玻璃泡座脱落，喷头接管内压缩的弹簧伸展，向喷头方向推动通水管和导管，与此同时向下拉动与管堵连接的套筒，使管堵和弹簧垫圈离开入口位置，水进入喷头接管，喷头喷水。图3为干式下垂型喷头组成示意图。
4.2干式下垂型喷头的安装工艺改进
图4 干式下垂型喷头安装工艺示意图
连接干式下垂型喷头的水平管应是能够在排水后不产生积水，处于管道系统的高位。如果干式下垂型喷头在干式系统或者是预作用系统中仍旧按照普通闭式喷头的安装方式一样，直接安装在普通水平供水支干管或干管上，由于施工工艺存在偏差，有时水平供水支干管或供水干管坡度不够或者施工原因导致的坡度向喷头侧倾斜，则喷淋系统管网可能存在排水不畅产生积水，最终在冬天受冻，而干式下垂型喷头的螺纹接管入口处则会由于管网受冻后，带弹性的密封垫圈也会被冻坏，进而导致干式下垂型喷头的损坏。因此有必要对干式下垂型喷头的安装工艺进行改进。图4为干式下垂型喷头安装工艺示意图，图中干式下垂型喷头在连接供水干管前，可做一段向上的供水支管（长度可根据下垂型喷头长度及供水高管高度来定），再做一段坡向供水干管的水平支管，使得干式下垂型喷头的螺纹接管入口处于管网的高处，在干式水喷淋系统或预作用系统水压试验完毕、误动作或年检试验后，可通过管网低处的排水管道将水排出，不会在喷头接管入口处残存水，从而避免了喷头的损坏和管网的积水。同时此改进施工工艺的优点也使得一个区域，甚至一整个系统干式下垂型喷头可以定制成一样的长度，从而达到批量生产的效果、大打降低生产成本。
5 结语
高寒地区非采暖区水喷淋系统在选型及施工过程中，如果涉及到安装有通透率不足的吊顶，则就会有连接下垂型闭式喷头的下垂段支管，这一段支管虽然长度不长，但处置不当会造成水压试验、系统误动作和试验后的积水残留，在采暖季会受冻结冰导致整个系统瘫痪，同时膨胀损坏喷头、管道及连接配件，极大的增加了维护难度和成本。干式下垂型喷头的广泛使用和对管网施工工艺的改进，可以以极低的成本避免了此类问题，提高了高寒地区非采暖区水喷淋系统对火灾隐患的防控能力。
参考文献：
[1]中华人民共和国公安部，GB 50084—2001自动喷水灭火系统设计规范（2005 年版），北京：中国计划出版社，2005.
[2]肖巍.寒冷地区非采暖空间喷淋系统的选择.建筑与文化. 2013.
作者简介：
杨建（1979-）硕士研究生，湖北人，目前职从公安部上海消防研究所助理研究员，长期以来从事灭火理论与消防工程建设研究。
论文作者:杨建
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/11
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