杨洋
核工业工程研究设计有限公司 北京 101300
摘要：在自动喷水灭火系统的设计中，喷头的选型是重中之重，其选型的合理与否，直接决定着自动喷水灭火系统在火灾初期的灭火效能。本文针对喷头流量系数、热敏指数等基本参数的介绍与对比，结合工程实际中的应用情况，对喷头的选型设计应注意的事项作了详细的比较与说明，以期对后续自动喷水灭火系统的喷头选型设计提供一些帮助。
关键词：喷头 参数 选型应用
1.引言
自动喷水灭火系统是在发生火灾时，能自动打开喷头喷水灭火并同时发出火警信号的消防灭火设施，该系统在扑灭初期火灾的有效率达到97%以上。喷头作为自动喷水灭火系统的直接和最终的作用元件，种类繁杂，性能各异，适用条件不一。如何在实际的工程应用中选择合适的喷头是我们设计人员在自动喷水灭火系统设计中应重点关注的方面之一。
本文以自动喷水灭火系统的分类及其重要组成元件喷头的基本参数对比分析为切入点，对不同类型的喷头适应的工程环境进行分析研究，进而为工程应用提供一些借鉴与指导。
2.自动喷水灭火系统及其组成
自动喷水灭火系统由水源、加压贮水设备、喷头、管网、报警装置等组成。而根据喷头的常开、常闭形式和管网充水与否分为下列几种自动喷水灭火系统。
1)湿式自动喷水灭火系统
此系统为喷头常闭的灭火系统，管网中平时充满有压水，当建筑物发生火灾，火点温度达到开启闭式喷头时，喷头出水灭火。该系统具有灭火及时、扑救效率高的优点。但由于管网中充有有压水，一旦发生管网渗漏的情况，就会损坏建筑装饰、影响建筑的正常使用。
2)干式自动喷水灭火系统
此系统也为喷头常闭的灭火系统，管网中平时不充水，而充的是有压空气（或氮气）。当建筑物发生火灾，火点温度达到开启闭式喷头时，喷头开启并排气、充水、灭火。该系统灭火不如湿式系统及时。但由于管网平时不充水，对建筑物装饰无影响。
3)预作用喷水灭火系统
此系统为喷头常闭的灭火系统，管网中平时不充水，当建筑物发生火灾，火灾探测器报警后，自动控制系统控制阀门排气、充水，由干式变为湿式系统。只有着火点温度达到开启闭式喷头时，才开始喷水灭火。该系统弥补了上述两种系统的缺点，适用于对建筑装饰要求高，灭火要求及时的建筑物。
4)雨淋喷水灭火系统
此系统为喷头常开的灭火系统，当建筑物发生火灾，由自动控制装置打开供水系统和雨淋喷水系统控制阀门，使整个保护区域所有的喷头喷水灭火。该系统具有出水量大，灭火及时的优点。适用于火灾蔓延快、危险性大的建筑物或部位。
5)水幕喷水灭火系统
此系统为喷头沿线状布置，发生火灾时主要起阻火、冷却、隔离作用。该系统适用于需防火隔离的开口部位，如舞台与观众之间的隔离水帘、消防防火卷帘的冷却等。
根据以上自动喷水灭火系统的分类介绍，不难看出，喷头是自动喷水灭火系统的重要组成元件。而喷头的主要基本参数为流量系数和热敏指数，流量系数决定喷头的喷水能力，热敏指数决定喷头对着火点的感知灵敏度，下面围绕喷头的基本参数对比来进行说明。
3.喷头的基本参数对比
自动喷水灭火系统的主要作用就是在火灾的发展初期依靠其重要组成元件的喷头喷水灭火，实现早期抑制火灾。影响喷头灭火效果的主要技术参数有流量系数（K）、热敏指数（RTI）、最小工作压力和最大保护面积。本文借此通过介绍喷头的这些基本参数及其不同类型喷头参数的对比分析，把喷头进行归纳分类，为喷头的工程设计选型提供一些参考。
3.1喷头流量系数
喷头的流量系数也叫喷头的K值，其决定着喷头的出水能力，K值越大，表明喷头的出水能力越强。
根据喷头的出水流量系数或出水口径，喷头又分为小口径喷头、标准喷头和大口径喷头。
3.2喷头热敏指数
喷头的热敏指数也称为RTI值，其反应了喷头感应火灾的灵敏程度，RTI值越小，喷头的反应越迅速，喷头的开启也越快，灭火效果也相对较好。随着现代科技技术的不断进步发展，喷头的热敏指数得到了很大的提高，尤其是早期抑制快速响应喷头和住宅类喷头的RTI值已经比普通类喷头的灵敏度提高了2~7倍。
根据喷头热媒元件反应的快慢，喷头又可分为快速反应喷头、特殊喷头和标准喷头。
3.3喷头最大保护面积
按照喷头的布水曲线即最大保护面积，喷头又可分为标准喷头和扩展覆盖面喷头。最大保护面积与喷头的流量系数和工作压力有关，以标准喷头为例进行说明，见下表1。
表1 喷头保护面积、流量系数、工作压力之间的关系
喷水强度【L/(min·m2)】 标准喷头的最大保护面积（m2） 喷头流量系数 喷头工作压力(MPa)
4 20 80 0.1
6 12.5 0.088
8 11.5 0.132
10 9 0.1275
12 9 115 0.088
16 9 0.157
20 9 155 0.135
根据以上喷头的基本参数对比及它们之间的关系，可得出如下结论：
1)若采用出水量大的喷头，在口径不变情况下，相应喷洒的水粒粒径就会较大，使更多的水滴能够穿透火灾烟气而达到燃烧物表面，进而提高灭火效果。在建筑物净空高度较大时应优先考虑采用流量系数大的喷头。
2)一般情况下，我们在住宅楼建筑自动喷水灭火系统的喷头选型设计中，选用的喷头工作压力和出水量均小于标准喷头，这是由于住宅类建筑物火灾危险性相对较小，但是为了考虑居住人员的人身安全，对喷头的响应速度要求会很高。
3)结合在自动喷淋作用下的火灾发展曲线（见图1），可以得出，自动喷水系统的设计前提是自救，其主要目的就是在火灾未能发展到严重程度前对火灾的初级阶段进行抑制。因此，喷淋系统的作用一定要在火灾的初期或发展期体现出来。随着科技的不断进步，我们要重点关注喷头的热敏性能的改善，从而使自动喷水系统尽早的作用，进而增强对建筑物火灾的灭火效果。
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4)在进行喷头设计选型时，也应考虑到相关场所的火灾危险等级，以民用建筑和工业厂房为例，如下表2。
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4.喷头的选型设计及应用
在自动喷水灭火系统的设计中，喷头的选型合适与否直接关系着自动喷水系统能否有效的运行。要想充分发挥自动喷水灭火系统的作用，就必须正确的设计与安装，尤其在喷头的选型设计上，要根据建筑物本身的构造特点与功能部位进行合理的选择。若自动喷水灭火系统所选型的喷头不正确或者没有根据建筑物本身的构造或功能部位进行科学的布置，就会大大的降低甚至丧失自动喷水灭火系统的灭火效能。
4.1喷头的选型
喷头的选型应依据被保护建筑物场所的火灾危险等级、被保护空间的建筑构造特点、自动喷水灭火系统本身的特点以及喷头的流量系数、热敏指数、最大保护面积来确定。在实际的工程设计中，应着重考虑以下几个方面：
4.1.1不同危险等级的适用场所
轻、中危险等级场所和保护生命场所宜采用快速反应喷头。如公共娱乐场所、住宅、中庭环廊、医院、疗养院的病房及治疗区域，老年、少儿、残疾人的集体活动场所等；严重危险等级场所不应采用快速反应喷头。这是因为严重危险等级发生火灾时，燃烧迅速、猛烈，会在短时间内释放大量的热，由于快速反应喷头热敏指数低，对热的感知灵敏度极高，就有可能造成大面积的喷头开启，从而使开启的喷头数量超过设计水平，导致喷水强度不足（实际喷水强度小于所需喷水强度），进而无法实现灭火功能。
4.1.2不同K值喷头的适用场所
1)K=80的系列喷头，其应用较为广泛，安装形式多样，该系列喷头主要用于轻、中危险等级场所。该类场所可燃物不多，物品可燃性相对较低，在火灾的初期不会出现剧烈燃烧、外部增援难、内部人员疏散不易等情况。
2)K=112的系列喷头，主要为易熔合金喷头，该类喷头主要应用于严重危险Ⅰ级和仓库危险Ⅰ级场所。
3)K=116的系类喷头，也主要为易熔合金喷头，该类喷头主要应用于严重危险Ⅱ级和仓库危险Ⅱ级场所。
4)K=200的系列喷头，此为快速响应早起抑制喷头，该喷头出水量大，适用于8m~12m高的货堆仓库使用。
不同K值喷头的区别比较见下表3。
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4.1.3不同安装方式及布水能力的适用场所
根据不同的安装方式要求，自动喷水灭火系统的喷头有直立型、下垂型和普通型之分。
1)直立型喷头，该喷头直立安装于供水支管上，喷水形状为抛物线形，将水量的60%~80%向下喷洒，同时也会有一部分喷向顶棚。
2)下垂型喷头，该喷头下垂安装于供水支管上，喷水形状同样也是抛物线形，它可以将水量的80%以上向下喷洒。
3)普通型喷头，该喷头的安装方式既可以向上也可以向下安装，喷水形状为球形，它可将水量的40%到60%向下喷洒，同时还将一部分水喷向顶棚。
普通型喷头看似安装比较灵活自由，安装人员也会认为在现场安装方式无所谓，然而事实并非如此。由于随着经济及人们生活水平的提高，几乎所有的建筑室内都会作吊顶，以增强建筑物室内的美观与艺术性。如若此时采用普通喷头向上安装，由于喷头溅水盘与吊顶之间距离太小，向上喷水的水量在分散开之前便受到吊顶的阻挡而集中落到喷头正下方（见图2），喷头的最大保护面积也就成了虚设，务必极大的降低灭火效能。
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4.1.4不同自动喷水系统的适用场所
随着自动喷水灭火系统的不断发展，该系统的专业程度不断的提升，所选用的喷头针对性也更强。有必要对不同的自动喷水灭火系统选择适用该系统的喷头。总结如下：
1)ESFR喷头和快速反应喷头仅应用于湿式自动喷水灭火系统。
2)干式自动喷水系统对喷头的安装有严格的要求，安装普通喷头只能向上安装，安装专用干式喷头可允许向下安装。
3)ESFR喷头和快速反应喷头不得应用于干式自动喷水灭火系统。
4)预作用喷水灭火系统对喷头的要求同干式系统。
5)雨淋系统和水幕系统均应采用开式喷头（本文不探讨开式喷头）。
6)喷头的出水量与出口处压力、流量系数的关系：
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4.2喷头的选型设计在实际工程设计中的应用
通过自动喷水灭火系统中的喷头分类及其基本参数的对比分析，我们知道各个种类的喷头各具有不同的适用性及针对性。这就要求我们在实际的工程设计中，根据不同的建筑物构造特点及功能定位选择最合适的喷头进行消防自动喷水灭火系统的设计。下面通过本人在实际设计工作中遇到的工程实例进行说明。
某工程生产区临建工程物资仓库的自动喷水灭火系统喷头的选型设计。
该物资库为室内库，结构为轻钢结构，用于存放缓冲物项、自购物资及专用工具等。物资库规格：长度尺寸为84米，宽度为60米，高度为7.8米（檐高），总建筑面积为5040平米。
应业主方要求：该物资库储备、中转现场所需的重要物项，需增设自动喷水灭火系统。
该物资库的自动喷水灭火系统喷头的选型设计如下：
1)根据建筑结构图纸，该库房采用井字梁结构，次梁间距为3米，为考虑自动喷水灭火系统喷头的布水均匀性尽量不受次梁的影响，在喷头的布置设计中采用正方形布置形式，即喷头布置在井字梁围绕称的空间中心，由此确定出每只喷头的保护面积为9平米。
2)查最新建筑设计防火规范，该物资库的火灾危险等级为仓库危险Ⅰ级。
3)由表2可知，仓库危险Ⅰ级的喷头设计喷水强度为12 L/min?m2。
4)由表3可知，仓库危险Ⅰ级的喷头要求的工作压力为0.10MPa。
5)为满足综上要求，根据公式2计算出每只喷头的流量为：
Q=DAS=12 L/min?m2x9m2=108L/min
6)根据公式1，求出应选择的喷头流量系数K值为：
由Q=K(10P)1/2
得K=Q/(10P)1/2
故K=108/(10x0.1)1/2=108
由此得出结论，该喷头的K值必须大于108才能满足设计要求，最终选用K值为112的喷头作为该物质库自动喷水灭火系统中适用的喷头，而K值为80的普通喷头并不适用于该系统要求。该结论也正好印证了前文所述的不同K值喷头的适用场所中的喷头类型。
由于该物资库的结构为轻钢结构，且仓库内多为重要物资，为防止平时自动喷水灭火系统的管网出现渗漏而造成物项的损毁并腐蚀钢结构，从而最终确定选用喷头K值为112的预作用喷水灭火系统。
5.结论
伴随着现代社会科技技术的不断进步发展，喷头的类型也越来越多，它们所适用的环境及功能定位各不相同，这就要求我们设计人员在选用喷头时应依据最新规范及建筑物的功能与构造特点，更要关注不同类型自动喷水灭火系统及不同安装方式的喷头的适应性。
本文通过介绍自动喷水灭火系统的类型及喷头的基本参数对比、选型应用，详细阐述了在喷头的选型设计中应注意的要点，以期对后续自动喷水灭火系统喷头的选型设计与施工安装提供一些借鉴与参考。
参考文献
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