仓库自喷系统管网的布置形式及安全性和经济性对比研究

浙江省天正设计工程有限公司，浙江杭州 310030

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摘要：本文研究了仓库建筑的自动喷水灭火系统管网不同布置形式下的水力计算和管材造价对比分析，提出了最优的仓库喷淋管网布置方案，以提高仓库自喷系统的水力安全性和经济性，保证自喷系统安全可靠的前提下，降低建造成本，为仓库自喷系统的应用和发展提供理论支持和实践指导。

关键词：物流仓库；自喷系统；管网布置形式；安全性；经济性

一、引言

现如今，物流仓库在全球化的经济体系中发挥着举足轻重的作用。自动喷水灭火系统是当今世界普遍使用的自动灭火系统，也是物流仓库必不可少的消防设施之一。随着仓库向高层、立体、自动化方向发展，与之相应的喷头产品也应运而生，如早期抑制快速响应（ESFR）喷头和仓库特殊应用喷头等。这些喷头同时具有反应快速和水量大的特点，其在高危险等级的大型仓库的消防中，发挥着一般喷头不可替代的作用。物流仓库的自动喷水灭火系统在配管方式、配管管径以及消防供水系统等方面都有较大差异。且不同的配管方式，自喷系统的设计水量、喷水的均匀性以及管网的施工成本同样有较大区别。本研究以某项目的仓库建筑工程为例，在相同的自喷设计参数的条件下，对不同自喷系统配管方式的水力安全性和经济性对比分析，提出最优布置方案。

二、工程概述

某工业仓储物流项目新建一座单层仓库，仓库存储类别为丙类固体，仓库室内最大净空高度为10.5m，最大储物高度为9m，按照货架储物型式，货架高度大于7m，属于丙类高架仓库。根据《建筑防火通用规范》[1]（以下简称《防火规》）第8.1.8条，本仓库需要考虑设置自动灭火系统。另按照本仓库的储物类别和储物型式，依据《自动喷水灭火系统设计规范》[2]（以下简称《喷规》），本仓库自喷系统适宜采用早期抑制快速响应（ESFR）喷头的自喷系统，设计采用直立型喷头，喷头流量系数K=202，最低工作压力为0.50Mpa，喷头最大间距为3.0m，作用面积内开放的喷头数量为12只。

三、仓库自喷管网布置形式介绍

在仓库储物类别，喷头选择型号、布置位置相同的情况下，分别按照不同管网形式连接喷头，分如下几种情况。

3.1 枝状管网布置

仓库采用枝状管网布置，且按照《喷规》要求，控制每条配水支管控制的喷头数为6只。自喷枝状管网布置平面图详见图3.1所示。

3.2 环状管网布置

自喷环状管网，自喷配水主管为环路，配水支管仍为枝状的配管方式，详见图3.2。该方式比较适用于仓库等喷水强度较大的自喷系统。

3.3 格栅状管网布置

美国消防协会标准（NFPA）中关于"格栅状管网"的定义是"由若干平行布置的配水支管两端与配水管连接所构成的管网系统。"【3】本工程仓库自喷按照格栅状管网布置详见图3.3。

四、不同管网形式水力计算分析

本研究按照《喷规》的要求，分别对不同形式的喷淋管网进行水力计算。以下重点考察不同配管方式下系统的总设计流量和设计入口压力（即喷淋泵的最低扬程）以及相应系统的管段最大流速值。详见表4.1。

从上表中的数据可以得出以下结论：

（1）、枝状管网系统设计压力较高，流量较大。主要原因是枝状配管单根DN200主管承担全部设计流量，流速较大（2.98m/s），主管上的阻力损失增加明显。本单体仓库面积中等，如果放在更大型仓库建筑中，由主管水头损失引起的系统扬程增加将更为突出，而伴随扬程的增加，系统的流量也会增大。

（2）、环状管网系统设计压力中等，流量中等。这主要是由于环状管网自喷配水主管为环路供水，DN150环状主管流速约为2.35m/s，流量双向分配利于降低主管上的阻力损失，相比枝状管网，其系统扬程和流量可有效降低。

（3）、格栅状管网系统设计压力最低，流量最低，这主要是由于在这种系统中，任何一个动作的喷头能从与它相连的配水支管两侧获得水。同时，其它配水支管也帮助配水管供水，这种方式有效的降低管道的压力损失，从而保证了各区域喷头喷水的均匀性。

通过上述对比，对于仓库类的喷水强度较大的场所，采用格栅状布置的自喷管网，具有最佳的水力条件，可以有效提高自喷系统供水的可靠性和稳定性。另外较低的设计压力和流量意味着喷淋水泵的规格可以降低，同时消防水池的容量可以缩小，即有效的降低了相应的消防设施投入。

五、管网经济性分析

按照不同配管方式平面图，分别进行管道材料统计，所有管道均以热镀锌钢管（参考《低压流体输送用焊接钢管》GB/T3091—2015）考虑，折算每个系统的总用钢量，详见表5.1：

自动喷水灭火系统的主要投资是管材和安装费用，通常管道投资占整个系统投资的65%左右。从表2可以看出，各系统管道总用钢量以格栅状管网最小，与之相比，枝状管网用钢量高出9.4%，环状管网高出23.5%。

综上，相对于枝状和环状管网，格栅状管网不仅喷头压力和流量分布均匀、所需水源的压力和流量（泵的功率）减小，进而促使消防泵和消防水池的投资减少；而且在确保消防功能的前提下，喷淋系统主管和支管的管径均可减小，从而大大减少了管材成本。此外，由于配水支管可不变径，从而可大量减少管材规格和变径接头的数量及施工和管理费用。因此，采用格栅状管网可使材料、工时和施工、管理成本明显下降，技术经济效益明显提高。

六、结论

本文采用实例分析，对于采用ESFR喷头的仓库自喷系统，详细探讨了自喷系统的不同管网布置形式，通过水力安全性和工程经济性对比分析，提出自喷系统布置的最优方案为格栅状管网布置方式。格栅状管网配水均匀，且管道荷载较为平均，有利于结构设计；另外格栅状管网节省管材和管件，管径规格少，便于采购和安装，整体具有最优的工程造价优势。总的来说，本研究可为物流仓库自喷系统的应用和发展提供理论支持和实践指导，值得广泛推广和应用。

[参考文献]：

[1].建筑防火通用规范：GB55037-2022[S]. 北京：中国计划出版社，2022.

[2].自动喷水灭火系统设计规范：GB50084-2017[S]. 北京：中国计划出版社，2017.

[3].美国标准 NFPA 13 " Standard for the Installation of Sprinkler Systems" 2022 Edition.

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