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高压细水雾灭火系统在医院中的应用及经济性分析

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高压细水雾灭火系统在医院中的应用及经济性分析
赵磊  李萍
(山东省建筑设计研究院,济南 250001)
摘要:就高压细水雾灭火系统在医院工程中的应用进行总结,简要阐述了高压细水雾灭火系统灭火机理及灭火特点,并对高压细水雾灭火系统和气体灭火系统做经济技术对比。该系统具有安全可靠经济的特点,具有广阔的应用前景。
关键词:高压细水雾灭火系统 医院 气体灭火系统 经济技术对比
Application and economic analysis of high pressure water mist fire extinguishing system in a hospital construction project
ZHAO Lei, LI Ping
(Shandong Provincial Architectural Design institude, Jinan250001,China)
Abstract:The application of high pressure water mist fire extinguishing system in a hospital program was discussed in the paper. The fire extinguishing mechanism and characteristics were analyzed briefly. Meanwhile, the economic and technology comparison between high pressure water mist fire extinguishing system and gas fire extinguishing system were analyzed. The system has the characteristics of safety and economy, broad application prospects of which.was promising.
Keywords:high pressure water mist system,hospital, gas fire extinguishing systems, economic and technical comparison
1 工程概况
    本工程为江西省余干县东信医院,其是一所集预防、医疗、急救、教学、科研、指导为一体的二级甲等综合性医院,总建筑面积123008㎡。本项目为一期工程门诊病房综合楼,地上十七层,地下一层,属一类高层建筑,建筑面积76260㎡(地上66234㎡,地下10026㎡)。
本项目对变配电室、柴油发电机房、弱电机房、CT、DR、数字胃肠、DSA、直线加速器机房等共27个保护分区采用开式高压细水雾灭火系统进行保护,保护区域总面积为    2038㎡。
2 高压细水雾灭火系统灭火机理、灭火特点、设计依据
2.1 高压细水雾灭火系统灭火机理
高压细水雾具有高效冷却、快速窒息的双重灭火机理,形成了介于液体和气体之间的一种特殊状态,用水量是传统灭火手段的1%,效率是其200-300倍。
    水(压力在10MPa以上)从一种特殊材料的喷头喷出时,形成粒径在10~100μm的水雾,超细高压细水雾粒径多在10μm以下,遇火后迅速汽化,体积可膨胀1700~5800倍,吸收大量的热,使燃烧体表面温度迅速降低;同时,水汽化后形成水蒸汽,将燃烧区域整体包围和覆盖,使燃烧因缺氧而窒息。另外,经过高压雾化的水雾,还能吸附和溶解因燃烧产生的烟雾和粉尘。
2.2 高压细水雾灭火系统灭火特点
高压细水雾灭火系统具高压细水雾灭火系统、高效持续灭火、阻热与净化作用、电绝缘性好的特点。
2.3高压细水雾灭火系统工作原理图,见图1
2.4 设计依据
本工程设计参照规范《细水雾灭火系统技术规范》GB50898-2013
3高压细水雾灭火系统设计
3.1 设计基本参数
依据规范《细水雾灭火系统技术规范》GB50898-2013第3.4.4条规定,本工程的细水雾系统设计基本参数见表1。

1高压细水雾系统在本工程中的设计基本参数

喷水强调(L/min·m2

持续喷雾时间

(min)

作用面积(m2

喷头工作压力

0.8

15

464.8

最不利喷头工作压力为10.0MPa

各防护区的技术参数及保护方式见表2

2 高压细水雾灭火系统各防护区技术参数及保护方式

楼层

层高

m

分区编号

保护场所

保护面积(

喷头数量

共用喷头

流量系数

分区阀口径

应用方式

门诊医技楼地下室

5.1

1分区

弱电进线间

10

4

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

门诊医技楼一层

5.1

2分区

直线加速器

88

13

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

3分区

模拟机

52

9

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

4分区

柴油发电机房

131

16

 

K2=1.0

DN25

全空间应用

5分区

DR

35

6

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

6分区

DR

32

6

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

7分区

钼靶

17

4

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

8分区

介入手术

63

12

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

9分区

CT

38

6

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

10分区

CT

40

6

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

11分区

MRI

54

9

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

12分区

MRI

52

9

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

门诊医技楼四层

4.8

13分区

弱电机房

153

15

10

 

10

K1=0.6

DN25

分区应用

14分区

147

10

K1=0.6

DN32

分区应用

15分区

161

15

K1=0.6

DN25

分区应用

特需病房楼地下室

5.1

16分区

变电室

156

21

 

K1=0.6

DN25

全空间应用

特需病房楼一层

4.5

17分区

病案库

71

12

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

18分区

167

27

 

K1=0.6

DN25

全空间应用

病房楼地下室

5.1

19分区

高压配电室

55

 

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

20分区

高压配电室

116

 

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

21分区

控制室

56

 

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

22分区

低压配电室

130

12

6

K1=0.6

DN20

分区应用

23分区

130

12

K1=0.6

DN20

分区应用

病房楼一层

5.1

24分区

消防控制室

56

9

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

病房楼三层

4.5

25分区

UPS

8

2

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

病房楼四层

4.5

26分区

UPS

8

2

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

病房楼五层

3.9

27分区

UPS

11

4

 

K1=0.6

DN20

全空间应用

共计

 

27个分区

2038

303

 

 

 

3.2 系统设计
3.2.1 系统组成
高压细水雾开式灭火系统由高压泵组、补水增压装置、不锈钢水箱、开式分区控制阀、细水雾开式喷头、供水系统和不锈钢管道、阀门等组成。高压泵组由主泵、安全溢流阀、阀件、机架等组成。本工程高压细水雾灭火系统原理示意图见图2。
3.3 主要设备选型
3.3.1 喷头选型
     根据保护对象火灾危险性和空间尺寸选择喷头:柴油发电机房选用K2=1.0的开式喷头,其他区域选用K1=0.6的开式喷头。
3.3.2泵组选型
本系统最大流量防护区为弱电机房内第14分区,30只喷头,喷头流量系数K1=0.6,系统工作压力按最不利点喷头工作压力10MPa。
根据《细水雾灭火系统技术规范》GB50898-2013第3.4节关于高压细水雾系统水力计算的相关公式及参数,经计算本工程系统的设计流量Q=189L/min,扬程H=13.3MPa,据此,选用高压细水雾泵组一套, HWB-70/16主泵4台(3用1备),总流量Q= 210L/min,H=16.0MPa,总功率N=55.5kW。
3.3.3附件选型
    根据《细水雾灭火系统技术规范》GB50898-2013第3.4.19条,系统水箱有效容积: ,系统设计流量 = 210L/min,持续喷雾时间t=15min,系统设有效容积V=4.0m³不锈钢水箱一套。水箱含有高低位报警、自动补水、放空装置等,水箱由液位变送器控制补水电磁阀的启闭实现对水箱自动补水。高压细水雾系统补水压力不低于0.2MPa,不高于0.6MPa。为保证正常、连续供水设置补水增压装置2套(1用1备),流量Q=280L/min,扬程H=20m。
4 高压细水雾灭火系统和气体灭火系统的性能对比
医院项目中常用的气体自动灭火系统主要有七氟丙烷(FM200)、烟烙烬(IG-541)等,它们与高压细水雾灭火系统性能对比详见表3。

3 高压细水雾与七氟丙烷(FM200)、烟烙烬(IG-541)的性能对比

项目

气体灭火系统

高压细水雾灭火系统

FM200

IG-541

灭电气类火灾的有效性

可以有效灭火,但灭火的不确定性因素较多。最大的问题在于空间密闭条件被破坏时的灭火失败效率较高,另外,对于电气深位火灾,复燃的几率较高。

FM200

高效灭火,对密封性及空间温度均无要求,可开门、开窗灭火。更能承受一定的通风,可有效抑制深位火灾

对防护分区面积及容积的要求

一个防护区面积不宜大于800m2,且容积不宜大于3600m3。保护区的门窗和墙壁均有特耐压要求和密封要求。

 

对防护分区面积、容积均无要求,可采用分割喷头进行软分割,分区灵活,对强度及密封性无材料要求。

有无毒性

热态下产生FH物质,具有腐蚀性有毒。

主要由少量CO2和惰性气体组成,固体表面火灾灭火浓度28.1%

无毒,且可以降低火灾现场的烟尘、CO2CO含量。

对设备的影响

产生的FH,有腐蚀性

无影响

影响很小,通过采用可靠工艺,影响会降到最低

对空间环境及结构要求

防火区须密闭和设计泄压口,超过8个防火分区就要另设一套钢瓶系统,本项目需要多个钢瓶间。

FM200

对防火区无密闭要求。一个消防项目只需一个高压泵站。节省空间,可靠性高。

吸热、阻隔热辐射及除烟性能

冷却作用很小,无阻隔辐射热及除烟性能

FM200

具有很强的吸热、阻隔热辐射及除烟性能

对人员安全性要求

气体在对人员喷放时,可造成人员窒息,喷放前人员须撤离现场。

FM200

有除烟和除CO的能力,喷放时,对人员没有危险

有无爆炸性

1、高压气体长期存放,钢瓶存在爆炸的危险;

2、高压气体在快速喷放时,喷放空间内浓度过大、压力过大时会造成整个灭火空间的爆炸。

FM200

无任何爆炸及其它危险

此外在医院项目中,放射科(CTMR等)及核医学科(直线加速器机房等)贵重设备室均有防辐射要求,若采用气体灭火系统,按《气体灭火系统设计规范》(GB50370-2005)第3.2.7条防护区要求需设置泄压口,而这些部位的泄压口需要进行防辐射处理,如若处理不当,可能会对辐射防护区外的人群造成辐射危害;若不设置泄压口,在气体灭火系统喷放时,会显著增加防护区的内压,可能会对防护区内的贵重设备及防护区的围护结构造成损坏。

5 本项目高压细水雾灭火系统和气体灭火系统造价对比

目前市场上高压细水雾灭火系统和气体灭火系统产品有国产和进口的区别,价格也相差很多,下面以成熟的国产产品做价格分析。

1)七氟丙烷灭火系统

    由于本工程防护区域多且较为分散,若采用管网式七氟丙烷(FM200)灭火系统,根据按《气体灭火系统设计规范》(GB50370-2005)第3.1.4条本工程需设置多处钢瓶间,由于防护区的医疗用房多,要求面积大,无法提供合适房间作为钢瓶间,故选用无管网七氟丙烷(FM200)灭火系统进行保护。按照总保护区面积2038㎡,平均层高4m计算,根据《气体灭火系统设计规范》(GB50370-2005)第3.3节关于七氟丙烷灭火系统计算的相关公式及参数,经计算得 需气体药剂约5400Kg(防护区最低环境温度按10),气体药剂市场报价在150~350/ Kg,以150/Kg做参考,那么气体药剂造价约为81.0万元,钢瓶及配套设备造价约和气体药剂造价持平,约为65.6万元。

综上,该项目七氟丙烷(FM200)灭火系统的初期投资约为146.6万元。

2IG-541灭火系统

    烟烙烬(IG-541)同样采用无管网系统。按照总保护区面积2038㎡,平均层高4m计算,根据《气体灭火系统设计规范》(GB50370-2005)第3.4节关于IG-541混合气体灭火系统计算的相关公式及参数,经计算得需气体药剂约5700Kg(防护区最低环境温度按10),气体药剂市场报价在220~350/ Kg,以220/Kg做参考,那么气体药剂造价约为125.4万元,钢瓶及配套设备造价约和气体药剂造价一半,约为63.0万元。

综上,本项目烟烙烬(IG-541)灭火系统的初期投资约为188.4万元。

3)高压细水雾灭火系统造价

    本项目设计高压泵组4套(31备),喷头303个,分区控制阀箱27套。以上所列设备是该系统的核心部件,主要造价也集中在这些部分,按照市场行情,以上所列设备估价约100~130万元,以115万元作参考,其余设备辅材及管材管件造价约为主材造价30%,约为35万元。

综上,本项目高压细水雾灭火系统的初期投资约为150万元。

无论高压细水雾灭火系统还是气体灭火系统除初投资外,还会产生后期运行维护费用,二者综合经济比较,详见表4

4 高压细水雾与气体灭火系统综合经济对比

灭火系统

初次投资

后期维护明细

平均后期维护费用

使用10年所需要的投资

高压细水雾系统

150

1.水箱每半年左右换次水

2.定期检修

1-2万每年

170

七氟丙烷(FM200

146.6

1.  5年冲次药剂

2.  10年换次钢瓶

3.  定期检修

23万每年

374.2

烟烙烬(IG-541

188.4

1.  5年冲次药剂

2.  10年换次钢瓶

3.  定期检修

32万每年

502.2

烟烙烬(IG-541) 188.4万 1.  5年冲次药剂
2.  10年换次钢瓶
3.  定期检修 32万每年 502.2万
6结语
(1)高压细水雾气体灭火系统在本医院项目中用于扑灭电气设备火灾,此类火灾会产生大量烟雾,而高压细水雾具有良好降烟效果,对火场人员形成很好的保护,方便火场人员的疏散。而这些是气体灭火系统所不具备的。
(2)通过与气体灭火系统的对比,高压细水雾灭火系统在本项目应用中,在技术上,比气体灭火系统更加安全,灭火效率跟高;在经济上,初投资基本与七氟丙烷灭火系统持平,但低于IG541灭火系统,但是在后期维护成本大大低于气体灭火系统。
(3)虽然高压细水雾灭火系统在本项目应用中无论从技术上还是综合经济上都优于气体灭火系统,但是此系统还是存在一些缺点,比如误喷会造成水渍损失。但是随着本系统技术的日臻完善,其自身的安全性及系统的安全性也会大大提高,在医院项目中值得推广应用。
参考文献
1 《建筑设计防火规范》GB50016-2014
2 《气体灭火系统设计规范》 GB50370-2005
3 《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014
4 《细水雾灭火系统技术规范》GB50898-2013
5 《建筑给水排水设计手册》(第二版)
6 《综合医院建筑设计规范》GB51039-2014
7 周建昌 勇俊宝 高压细水雾灭火系统在某医院建筑中的应用探讨 给水排水 2012 12:84~88
作者简介
赵磊(1981- ),男,山东费县人,大学本科,工程师,主要从事医疗建筑给排水及消防工程设计。工作以来,完成综合医院项目数十项,在对医院给排水、消防、医用气体等系统设计中积累了一定的工作经验。
李萍(1972- ),女,山东嘉祥人,大学本科,高级工程师,国家注册共用设备工程师(给水排水),主要从事医疗建筑给排水及消防工程设计。近20年工作中,参与完成综合医院项目数十项,对医院给排水、消防、医用气体等系统设计有丰富的工作经验及深刻的理解,设计成果多次获得省级设计大奖。