刘欢1，方艺璇2
（1机械工业第六设计研究院有限公司，河南 郑州 450007；2河南水利与环境职业技术学院，河南 郑州 450007）
摘要：相对于普通工业厂房而言，卷烟物流联合厂房生产工艺独特，工艺复杂且火灾危险性较大。根据其火灾危险性，在联合厂房内通常设置有自动喷水灭火系统，这对于有效控制初期火灾和防止火灾迅速蔓延举足轻重。设计过程中需要根据联合厂房各功能分区因地制宜的加以区别设计，才能达到经济与安全的效益最大化。本文结合某大型卷烟物流配送中心项目的设计实践，对其中联合厂房的自动喷水给水系统设计进行阐述，并对设计过程中涉及到的难点进行了探讨，得出了一些重要结论，将对此类联合厂房的设计产生指导意义。
关键词：卷烟物流 联合厂房 高架仓库 自动喷水灭火系统
（一）工程概况
某卷烟物流配送中心联合厂房生产工艺按《烟草配送中心设计规范》分为仓储、分拣、配送三大工段。联合厂房分为四个防火分区，分别为卷烟分拣区、成品烟仓储区、空纸箱存放区、收货整理区。其中分拣区和仓储区屋面网架下弦球中心标高为9.9m；辅助用房位于分拣区，层高4.8m；空纸箱暂存区层高9.5m，收货整理区层高9.5m（吊顶下净高6.0m）。联合厂房总建筑高度为13.9m（室外设计地面至檐口与屋脊的平均高度），建筑基底面积：6784.51m2，总建筑面积：7137.34m2。本建筑为单层工业厂房建筑，火灾危险性为丙类，耐火等级为一级；存储区储存物品类别为丙二项。
（二）自喷系统方案及参数选取
（1）成品烟仓储区
该区域设置了单、双排货架和标准烟、细支烟的多层穿梭机货架。对仓库自喷系统的设计基本参数，《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2017，以下简称《喷规》）给出了3种选择：方案一：按《喷规》表5.0.4-1的参数采用标准喷头进行系统设计；方案二：按《喷规》表5.0.5的参数采用早期抑制快速响应喷头进行系统设计；方案三：按《喷规》表5.0.6的参数采用仓库型特殊应用喷头进行系统设计。但是根据《喷规》的要求采用早期抑制快速响应喷头时，系统应为湿式系统；而采用仓库型特殊应用喷头设计为预作用系统时无设计参数支撑，故采用《喷规》表5.0.4-1的参数，按仓库危险I级场所进行预作用自动喷水灭火系统的设计是合适的。
仓储区的最大净空高度12.97m，最大储物高度9.02m，均超出了《喷规》中表5.0.4-1内最大净空高度9.0m，最大储物高度7.5m的要求。笔者认为顶板下自喷的设计应根据喷规5.0.4条进行，而货架内自喷的设计应按《喷规》第5.0.8条。然而规范仅明确了货架内喷头的类型，对于顶板下喷头的选择规范未做明确规定。有文章指出此类顶板下的喷头是按K≥161的非仓库型特殊应用喷头设计[1]。但《喷规》6.1.1条规定：如果设置货架内置洒水喷头，喷头类型和场所可不受表6.1.1的限制。此时笔者认为只要使喷头及时受热开放，并在规范规定的喷水强度下有效的覆盖作用面积即可。而其中喷水强度是首先需要满足的要素，喷水强度受到喷头布置间距、喷头工作压力和流量系数共同的影响，仅仅要求放大流量系数是不全面的。在本次设计中，顶板和货架内喷头均采用K=115的标准覆盖面积洒水喷头进行保护。顶板下喷头的设计喷水强度为18L/（min?m2），作用面积200m2,持续喷水时间2h。货架采用三层货架内置洒水喷头，喷头间距2.5m，开放的洒水喷头数量14个。
（2）空纸箱存放区
该区域属于高架仓库，危险级为仓库II级，净空高度9.5m，设计采用湿式自动喷水灭火系统。根据工艺需要，此处不设置货架内置喷头。对于净空高度超过9m的场所，在不设货架内置喷头的前提下采用仓库型特殊应用喷头（CMSA）最为合适，如选用K=363的直立型喷头，工作压力0.1MPa，可满足最大净空12.0m，最大储物高度10.5m的喷淋设计要求。但是由于目前CMSA喷头的国家标准《自动喷水灭火系统 第22部分 特殊应用喷头》GB5135.22-2019尚未实施，国内对于CMSA喷头的定型和量产还有所欠缺[1,2]。为避免采购风险，本设计参照I、II级沥青制品和箱装不发泡塑料的设计参数选择了早期抑制快速相应喷头（ESFR），喷头的特性系数K=242，工作压力0.35MPa。此处属于加强设计，使系统偏于安全。收获整理区及辅房按中危险I级设计，设计喷水强度6L/（min?m2），作用面积160m2。采用K=80的吊顶型和直立型标准喷头，工作压力0.07MPa。
自动喷水灭火系统根据建筑高度、储物高度和类别，喷头安装条件等因素综合考虑，对不同的功能区和防火分区进行差异设计，合理的对联合厂房进行了保护。联合厂房各区域自动喷水系统的设计参数见表1：
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（三）预作用系统空压机的选型
对于系统充压的单连锁预作用系统设计，空压机作为其区别于湿式系统的重要组件，其位置和参数均需要在平面图和材料表加以体现。空压机的供气能力应在30min内使系统报警阀后管道的压力达到设计要求，但是具体的计算方法并未明确[3]。部分设计人员在设计时直接采用（1）式的方法计算空压机供气量，结果偏大。这不仅导致成本的浪费，更为甚者，使空压机平时运行时频繁启停造成损坏[4]
Q=V/t （1）
式中：Q为空压机供气量，L/min；V为阀后管网总体积，L；t为充气时间，min。
笔者认为比较精确的方法是采用理想气体状态方程来计算空压机供气量。根据理想气体状态方程：
PV=nRT （2）
式中：P为绝对压力，单位KPa；N为气体的物质的量，单位mol；V为报警阀后管网的总体积，单位L；T为绝对温度，单位K；R为比例常数，值为8.314J/mol?k。
初始状态管道内为一个大气压的空气，空气的量n0=P0V/RT，其中P0＝100KPa（大气压）。系统气压设计值P=0.03-0.05MPa，则在此状态下气体的物质的量n1=P1V/RT,其中P1＝P0+P设。则需要空压机压入的空气的量为n1-n0=V（P1-P0）/RT=VP设/RT，设空压机的排气压力为P压，排气体积为V压，P压V压=（n1-n0）RT=VP设。再根据规范规定的供气时间≤30min，可求得排气量：Q压=V压/t。
根据上述的计算思路，本设计仓储区屋顶面及货架预作用系统的管网体积分别约为：7250L及11850L，系统设计压力取0.04MPa，充气时间取15min，则选取2台供气压力0.5Mpa的空压机，经计算供气量为Q=65L/min。另外需校核预作用系统其配水管道充水时间，11850/120=98s≤2min，满足《喷规》要求。
结语
本文结合某卷烟物流联合厂房消防给水设计，对设计参数的选取及设计过程中的重难点进行了详细介绍，并得出了一些经验性的结论：
1、成品烟高架仓储区当设计多层货架内喷头时，其储物高度和最大净空高度可突破《喷规》表5.0.4-1~5.0.4-3的限制，但其顶板下喷头的喷水强度仍上述表的参数要求选取。
2、预作用自动喷水灭火系统顶板下喷头特性系数K可在满足喷水强度的要求下根据系统工作压力进行选取，并非定要选取大流量喷头。
3、系统充气（压）的单连锁预作用自动喷水灭火系统的空压机供气量可按照理想气体状态方程进行计算。
参考文献
[1]吴平,康钦来.2017版“喷规”在高架仓库灭火设计中的应用探讨[J].给水排水,2019,55(04):94-96.
[2]高慧慧,钱坤.医药物流中心高架仓库自动喷水灭火系统设计探[J].安徽建筑,2019,26(11):69-71.
[3]黄晓家，姜文源.自动喷水灭火系统技术手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[4]贾苇，赵锂.全国民用建筑工程设计技术措施给水排水（2009）[M].北京：中国计划出版社，2009.
作者简介：刘欢（1988－)，男，河南新乡人，硕士，工程师，研究方向为建筑给水排水技术及应用、水污染控制理论与技术研究
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