仓储建筑自动喷水灭火系统设计怎么做？
自动喷水灭火系统在民用建筑中的应用较为成熟，系统设计也日趋完善，但对于仓储建筑，由于涉及到建筑和环境条件、储存方式、货架规格及布置等诸多因素，系统设计较为复杂，也进一步削弱了系统控、灭火的成功率。《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2017，以下简称“规范”）修订过程中，对仓库及类似场所自动喷水灭火系统设计理念进行了调整，对系统的设计技术要求也进行了修订。
1 储存方式分类
在仓库的储存方式上，目前我国“规范”规定了3种方式，分别是堆垛、托盘和货架储存；FM Global对于储存方式有5种划分，除上述3种，还有箱装以及隔板货架。储存方式不同会影响系统设计参数的选用，因此在设计时，除了仓库贮存物品的类别外，还应明确储存方式、储物高度以及货架类型等。
1.1 堆垛、托盘储存
堆垛储存是指利用储物自身的支撑能力堆积存放，中间没有水平间隙；托盘储存则是将货物直接搁置在托盘上，上层货物直接码放在下部货物上部；托盘又分为木托盘和塑料托盘等。这2种储存方式主要为临时周转等，高度较低，设计时也通常按同一组参数进行考虑。
1.2 货架储存
货架储存又分为2种情况，一种是敞开式货架，层与层之间通透，紧靠桁架结构支撑货物；另一种带有隔板，类似于书架、药架等货架。对于敞开式货架，“规范”中将其分为单排、双排和多排货架，单排货架是指货架自身的宽度不超过1.8 m，两排货架之间的通道宽度不少于1.1 m；双排货架是指两列单排货架背靠背放置，组合宽度不超过3.7 m，通道之间的宽度不小于1.1 m；多排货架是指有单、双排货架组成的货架，货架宽度超过3.7 m或者通道宽度小于1.1 m。对于移动式货架，由于其可在水平方向上自由移动，因此在设计时应视为多排货架。
同时，“规范”规定，仓库及类似场所采用货架储存时应采用通透层板的钢制货架，且层板中通透部分的面积不应小于层板总面积的50％。当采用木制货架或采用封闭层板货架时，其系统设置应按堆垛储物仓库确定。主要是考虑到采用木质货架时，可能会存在发生火灾时坍塌的风险，因此对木质货架应视为堆垛储存。
1.3 储存方式对仓库火灾危险性影响的分析
货物的储存方式对于火灾的蔓延、灭火的难易程度影响很大，图1为在相同可燃物燃料情况，不同储存方式下的火灾燃烧性对比试验。试验燃料采用纸箱内装空心金属箱，纸箱规格为500 mm×500 mm×500 mm，质量为9.9 kg，金属箱规格为495 mm×495 mm×492 mm，质量为1.7 kg。
图1 储存方式对火灾燃烧特性的影响
Fig.1 The influence of storage mode on fire combustion characteristics
试验分别采用货架和堆垛布置，图2为2次试验的火灾热释放速率对比，从图2中可知，采用货架和堆垛时的最大热释放速率分别为4.51 MW和1.29 MW，货架储存是堆垛储存的3.48倍；火灾增长速率分别约为α=0.163 7 kW/s2和α=0.117 6 kW/s2，货架储存是堆垛储存的1.39倍。
2 顶板层喷头的选型
根据“规范”的规定，目前用于仓库的喷头类型主要有标准覆盖面积洒水喷头、早期抑制快速响应喷头和特殊应用喷头，“规范”5.0.4、5.0.5和5.0.6条分别是以这3种喷头为基础确定的设计参数。3种喷头的设计理念和动作性能完全不同，也代表了以这3种喷头为基础的3种系统（见表1）。
系统的设防功能不同，也造成了系统之间的差异，其中最大的差异在系统设计流量方面，以“规范”5.0.4条为例，其以控制火灾的蔓延为目的，所需的供水时间偏长，部分情况下设计流量的计算值会偏大；而对于“规范”5.0.5条，利用了早期抑制快速响应喷头的“快响应+大流量+大水滴”性能，以压制火灾为设计目标，设计流量的计算会偏小，但系统管网、组件等造价会相应提高。对于设计人员来说，3种系统应是相互并行且相互独立使用，但通常首选抑制型系统（ESFR系统），只有当环境条件或建筑形式无法采用ESFR系统时，才选择另外2种形式。
2.1 标准覆盖面积洒水喷头
标准覆盖面积洒水喷头是应用最多的一种喷头，其设计参数以喷水强度/作用面积为基本要求，主要通过预湿初始着火区域周围的可燃物在屋顶/天花板高度进行冷却，从而将火势限制在一个相对较小的区域内。强度/面积法的一个关键指标是由喷水强度决定作用面积，由喷头的保护面积决定最小工作压力。这种方法是最为传统的设计方法，主要用于火灾危险等级相对不高的场所。
与2005版“规范”相比，2017版“规范”对表格的内容按设计顺序重新调整。如对于某个项目，首先应明确其储存物品的种类和性质，进而判断出其火灾危险等级，然后要明确其储存方式，堆垛、货架或托盘储存等，之后再根据储存特征选取设计参数。
标准覆盖面积喷头的选型对系统控、灭火至关重要，FM Global曾开展过对比性试验，试验采用A组塑料，布置方式完全相同，喷水强度均为24.5 L/（min·m²）。当采用K=115的喷头时，开放了29只喷头才控制住火灾，且天花板最高温度为900 ℃；而当采用K=160的喷头时，仅开放了4只喷头就控制了火灾，天花板最高温度为300 ℃。因此，对于保护一般货架仓库，如果喷水强度为8～14 L/(min·m²)，则应选择K≥115的喷头；如果喷水强度大于14 L/(min·m²)，则应选择K≥160的喷头。
2.2 ESFR喷头
ESFR喷头主要用于高架仓库的保护，利用其水滴大和冲量高的特点穿透货架之间的间隔和层板的缝隙。因此，采用的货架应为通透性层板，不适宜用于带实层隔板的货架。对于带有实层隔板的货架仓库，应综合考虑实层隔板的面积确定是否需要增设货架内喷头，NFPA 13规定，当货架内实层隔板的面积不超过2 m²时，可不视为实层隔板；当实层隔板的面积为2～6 m²时，可不必每个实层隔板下方均设置货架内喷头，但货架内喷头的竖向间隔不应超过2 m；当实层隔板的面积超过6 m²时，应在每个实层隔板下方均设置货架内喷头。
与2005版“规范”相比，2017版“规范”的变化内容主要有：
（1）增加了喷头安装方式要求。明确了直立型、下垂型喷头的适用范围；由于下垂型喷头喷水时不会受到配水支管的遮挡，具有比直立型喷头更大的优势，因此对于仓库场所应优先采用下垂型喷头，并且当最大储物高度超过9 m时，不推荐采用直立型ESFR喷头。
（2）增加了喷头间距要求。包括喷头之间的距离以及喷头与端墙的距离，喷头之间的距离与最大净空高度有关，当最大净空高度不超过9.0 m时，喷头最大间距为3.7 m；当最大净空高度大于9.0 m时，喷头最大间距为3 m。而喷头与端墙的距离可按不小于100 mm且不大于喷头最大间距的1/2确定。
（3）删除了ESFR自动喷水灭火系统采用货架内置洒水喷头的布置方式，原因是ESFR喷头在其允许最大净空高度内，可不设置货架内置喷头。规范不推荐采用顶板下布置ESFR喷头＋货架内置喷头的布置方式。当最大净空高度或最大储物高度超过“规范”表5.0.5的规定时，应按照“规范”5.0.4条和5.0.8条的规定布置，即顶板层喷头的设计参数按“规范”5.0.4条相应表格的规定选取，货架内喷头的布置则执行“规范”5.0.8条的规定。
2.3 特殊应用喷头
仓库型特殊应用喷头为本次“规范”修订新增的一种喷头类型，广义上讲，其属于标准响应喷头范畴，因此其与ESFR喷头的最大区别是不仅可用于湿式系统，还可用于干式及预作用系统，但其最大保护高度、最大储物高度以及保护的储物范围等较ESFR小，且其用于干式或预作用系统与湿式系统时属于完全不同的设计理念，从喷头选型、动作温度、开放数量等均与湿式系统有较大的差别。考虑到该类喷头在我国的应用尚不成熟，“规范”仅规定了其应用于湿式系统的基本参数，下一步需开展其用于干式、预作用系统的设置技术研究。
基于上述分析，“规范”对于仓储建筑顶板层喷头的选型建议如表2所示。
3 货架内喷头的设置
“规范”规定，在不设置货架内喷头的情况下，3种喷头的最大保护高度分别是9.0 m、13.5 m和12.0 m；而当设置货架内置喷头时，应按照“规范”5.0.4条规定执行，且仓库的最大净空高度不受限制。
3.1 货架的布置要求
货架内喷头的设置除了与净空高度和储物高度有关外，还取决于顶板层喷头的选型以及货架内部是否有实层挡板，如果货架内有实层挡板，则实层挡板会严重阻挡顶板层喷头的喷水，因此应在每层实层挡板的下方均设置货架内喷头。
通常，对于设置货架内喷头的仓库，货架之间应留有不小于150 mm的烟道间隔，烟道间隔分为纵向烟道间隔（垂直于走道）和横向烟道间隔（平行于走道），该烟道间隔有2个作用，一是发生火灾时的热烟气流通过该空间向上扩散，以驱动喷头及时动作，二是顶板层喷头的洒水通过该空间喷洒至着火货物的表面。因此，当储物高度超过7.6 m时，双排货架必须设置纵向烟道间隔。
3.2 货架内喷头设置要求
设置货架内喷头是货架火灾最有效的应对方式之一，弥补了顶板层喷头启动时间长的缺陷，在较小的火灾下启动并实施灭火，对建筑物的高度没有限制且不受屋面顶板坡度的影响。但也具有货架布置受限以及易造成机械性损伤等缺陷。因此，如果建筑高度和储物高度符合仅在顶板层设置喷头保护的条件，应首选顶板层喷头进行保护，只有顶板层喷头设置受限时，才会选择增设货架内喷头的设置方式。
货架内喷头在布置时既要保证喷头的洒水完全覆盖货物表面，又要防止受到机械破坏，货架内喷头的溅水盘尽量与层板的表面齐平或略低。货架内喷头通常应布置在货架的内部，即在货架的水平投影范围内。对于双排货架或多排货架，通常布置在纵向烟道间隔和横向烟道间隔（即货物之间形成的通透空间）的交叉处，对于单排货架，如果其靠墙布置且与墙的距离不超过300 mm时，喷头可布置在货架外部，且与货架侧面的偏移距离不超过150 mm，与烟道间隔交叉处的距离不超过75 mm（见图3）。
图3 单、双排货架时货架内喷头的布置
Fig.3 Arrangement of nozzles in shelves with single and double rows of shelves
4 结语
仓储建筑自动喷水灭火系统的设计参数需考虑的因素较多，其与民用建筑系统设计的最大区别就是根据喷头类型设计系统。因此，设计人员应综合考虑上述因素，选择适宜的系统类型及喷头类型，以提高仓储建筑的消防安全水平。