某文化中心舞台水幕系统设计总结与思考
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摘要 本文对水幕系统的做法及常见要点做了简要阐述
关键词水幕系统 水幕喷头布置 手动应急启动装置
中图分类号：TU2文献标识码： A
一 项目概况
本工程位于山东省昌乐县，总建筑面积39896m2，共分为剧场及综合楼两大部分，地下一层，地上四层，为多层建筑，左侧剧场总座位数1600座。在剧场内设有主舞台及侧舞台，因建筑专业主舞台开口处无法设置防火卷帘，仅设置防火幕，且高度超过4m。故在主舞台开口部位设置有防火分隔水幕系统。
二 水幕系统的组成及分类。
水幕系统（也称水幕灭火系统）是由水幕喷头、雨淋报警阀组、供水与配水管道、控制阀等装置组成的主要起阻火、隔离及冷却作用的自动喷水灭火系统。
水幕系统的工作原理与雨淋喷水系统基本相同。所不同的是水幕系统喷出的水为水帘状，而雨淋系统喷出的水为开花射流。由于水幕喷头将水喷洒成水帘状，所以说水幕系统不是直接用来灭火的，其作用是冷却简易防火分隔物（如防火卷帘、防火幕），提高其耐火性能，或者形成防火水帘阻止火焰穿过开口部位，防止火势蔓延。
水幕系统有两种形式，一种是防护冷却水幕，即利用水的冷却作用配合防火卷帘等分隔物进行防火分隔。另一种是防火分隔水幕，即利用密集喷洒形成的水墙或水帘阻火挡烟，起防火分隔作用。
三 水幕系统相关设计参数的确定
1. 水幕系统的基本设计参数
设计参数在《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084-2001（2005年版）（以下简称《自喷规范》）及《全国民用建筑工程设计技术措施》（给水排水，2009年版）（以下简称《技术措施》）中均有提到，如下表分别所示。
《自喷规范》表5.0.10规定的水幕系统的设计基本参数：
水幕类型 喷水点高度（m） 喷水强度 （L/s.m） 喷头工作压力（Mpa）
防火分隔水幕 ≤12 2 0.1
防护冷却水幕 ≤4 0.5 0.1
注：防护冷却水幕喷水点高度每增加1m，喷水强度应增加0.1L/s.m，但超过9m时喷水强度仍采用1.0L/s.m。
《技术措施》中表7.2.13-5规定的水幕系统的设计基本参数：
水幕类型 喷水点高度（m） 喷 水 强 度（L/s.m） 喷头工作压力（Mpa） 持续喷水时间（h）
防火分隔水幕 ≤12 2 0.1 3
防护冷却水幕 ≤4 0.5
注：防护冷却水幕喷水点高度每增加1m，喷水强度应增加0.1L/s.m，但超过9m时喷水强度仍采用1.0L/s.m。
《自喷规范》与《技术措施》在设计喷水强度等方面参数一致。
2. 喷水时间的确定
《技术措施》表7.2.13-5明确说明水幕火灾延续时间均为3h。但《自喷规范》未明确说明，根据《自喷规范》5.0.11“除本规范另有规定外，自动喷水灭火系统的持续喷水时间，应按火灾延续时间不小于1h确定”，部分设计人员据此统一按1h取。笔者当时经内部商讨，设计实际取喷水时间取3h。笔者认同“建筑内用于防火分隔的防火分隔水幕和防火冷却水幕的火灾延续时间，应采用与保护的防火墙和分隔墙的耐火极限一致的等效替代原则”。设计人员应根据不同的情况取火灾延续时间。
3. 喷头布置
在《自喷规范》、《自动喷水灭火系统设计手册》（以下简称《设计手册》）及《自动喷水及水喷雾灭火设施安装》（04S206）（以下简称《04S206》）均有提到喷头布置要求。《自喷规范》7.1.15规定“防火分隔水幕的喷头布置，应保证水幕的宽度不小于6m。采用水幕喷头时，喷头不应少于3排；采用开式洒水喷头时，喷头不应少于2排。防护冷却水幕的喷头宜布置成单排”。 《设计手册》表6.3-27中规定K=80，P=0.10MPa时，喷头间距为1.40m。《04S206》第35页规定喷头间距S应经过计算确定，且图示中表示不小于2400。
综上，笔者认为喷头布置的前提是须满足喷水强度要求。笔者认为《04S206》规定喷头间距S不小于2400，不尽合理，《自喷规范》规定喷头间距不宜小于2400，主要为避免喷头动作后，使临近喷头的动作有延迟动作或者不动作的情况发生。对开式系统，笔者认为可以不受此距离限制要求。参考《设计手册》相关规定，本工程喷头实际布置如下：
4. 本工程舞台开口处高度为9m，长度共计16m。依据上表相关规定，本工程设计用水量为32L/s。采用开式洒水标准喷头（K=80），两排布置。
5. 水幕流量计算复核。
计算前提：开式标准洒水喷头（DN15，K=80），两排布置。
喷头流量计算公式：
式中：q -- 喷头处节点流量，L/min ；
P -- 喷头处水压（喷头工作压力）MPa；
K -- 喷头流量系数；
实际计算得q=32.1L/s，经复核，满足分隔水幕喷水强度要求。故实际本工程水幕系统设计流量取35 L/s。
四 水幕系统常见要点分析。
1. 注意水幕系统开口尺寸的大小，《自喷规范》4.2.10规定“防火分隔水幕不宜用于开口尺寸超过15m（宽）×18m（高）的开口（舞台口除外）”。
2. 水幕一般采用开式洒水喷头，且喷头的布置须满足规范规定的喷水强度的要求。
3. 水幕常规启动方式为附近火灾探测系统联动启动，给排水专业须提请电气专业注意。
4. 《04S206》要求水幕系统须设置除报警阀处以外的单独手动应急启动装置，设置位置为保护区以外的主要出入口明显又易于启动的位置。此种到底如何设置，各类规范手册均未给出具体做法参考。
5. 水幕宽度校核问题
《自喷规范》7.1.15对水幕宽度进行了规定，“防火分隔水幕的喷头布置，应保证水幕的宽度不小于6m”，条文说明及各类技术手册中未给出水幕宽度的名词解释跟计算过程。
6. 防火卷帘加密喷头冷却保护问题。
《人民防空工程设计防火规范》GB 50098-98(2001年修订版)有这样的规定：7.3.2 第3款“采用防火卷帘替代防火墙或防火门，当防火卷帘不符合防火墙耐火极限的判定条件时，应在防火卷帘的两侧设置闭式自动喷水灭火系统，喷头间距应为2.00m，喷头与卷帘的距离应为0.5m；有条件时，也可设置水幕保护。”
《人民防空工程设计防火规范》7.3.2条条文说明解释如下：“参照《高层民用建筑设计防火规范》5.4.4条规定，作了在防火卷帘的两侧设置闭式自动喷水加密喷头保护的规定加密喷头可与室内其他闭式自动喷水灭火系统连接，水量可不计。”
根据以上分析：
1) 为保护防火卷帘防护冷却水幕系统持续喷水时间应按防火墙耐火极限来满足消防要求，即3h或4h。 而室内自动喷水系统的喷水延续时间为1h。因此，笔者认为防火卷帘的两侧设置闭式自动喷水系统是不能与室内其他闭式自动喷水灭火系统连接。
2) 为了对防火卷帘形成水膜保护，应根据喷头不同流量系数和工作压力采用不同的喷头间距。而不能简单的规定喷头间距，否则就不能对防火卷帘形成有效的保护。
《人民防空工程设计防火规范》7.3.2条部分规定和条文说明与其他规范的相关说法有矛盾之处。
五 结语。
水幕系统在建筑给排水设计工作当中较为少见，大部分设计人员此类经验较少。在项目设计之前设计人员应仔细查看规范相关规定，确定各设计参数，并与建筑及电气专业紧密配合，以便正确、经济、合理地设计此系统。
参考文献
1.《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084-2001（2005年版）
2. 全国民用建筑工程设计技术措施》（给水排水）（2009年版）
3. 黄晓家 姜文源《自动喷水灭火系统设计手册》，北京，中国建筑工业出版社，2002
4. 《自动喷水及水喷雾灭火设施安装》（04S206）