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自动灭火设置之八：从集热板到挡水板的变化和问题
采用下列简称：
1.《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2017简称：《喷规》或GB50084-2017
2.《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001简称：GB50084-2001
3.NFPA 13《Sta_n_dard for the Installation of Sprinkler Systems》2022版，简称：NFPA13
01
《喷规》要求
受到国外旧标准的影响，GB50084-2001开始要求货架内喷头上方如有孔洞、缝隙，应在喷头的上方设置集热挡水板。集热挡水板应为正方形或圆形金属板，其平面面积不宜小于0.12㎡（7.1.7），行业习惯称“集热板”，引进国外的做法，解决了一些问题，但也造成了“集热板”滥用的情况，喷头与天花距离太大，超出标准要求不能快速动作时，很多设计就采用了“集热板”解决这个问题，将“集热板”用作辅助启动洒水喷头的手段。后来，NFPA13认识到国外通过一些实验证明“集热板”没有集热功能，GB50084-2017也做了修订（7.1.10），除下列情况和相关规范另有规定外，其他场所或部位不应采用挡水板：1.设置货架内置洒水喷头的仓库，当货架内置洒水喷头上方有孔洞、缝隙时，可在洒水喷头的上方设置挡水板；2.宽度大于本规范第7.2.3条规定的障碍物，增设的洒水喷头上方有孔洞、缝隙时，可在洒水喷头的上方设置挡水板。
GB50084-2017明确将“集热挡水板”修改为“挡水板”，再没有集热的说法，同时7.1.10限制了挡水板的使用范围，仅仅用于上方非密实搁板的货架内置喷头和管道、桥架等障碍物的宽度大于1.2m（0.6m）时，其下方应增设的喷头（图1）。避免了无效集热滥用的情况。
图1成排布置的管道宽度大于1.2m增设喷头及其挡水板
但是，GB50084-2017对挡水板的设计要求与GB50084-2001的集热挡水板一致，要求挡水板应为正方形或圆形金属板，其平面面积不宜小于0.12㎡，周围弯边的下沿宜与洒水喷头的溅水盘平齐，这个问题就是本文重点要谈的问题。而且，没有提及格栅天花、格栅夹层、格栅走道增设格栅喷头对挡水板的需求，这是一个缺陷，但实际设计中没有因此而遗漏。
02
为何不能集热？
为何喷头需要距离天花75~150mm?(或者使用吊顶喷头）？为何NFPA13要求“不得将集热器用作辅助启动洒水喷头的手段”。
原因是火灾初期产生的烟羽流上升撞击天花产生天花喷射（Ceiling jet，见图2），高温烟气迅速布满天花，距离烟羽流越近，温度越高，靠近天花板和靠近烟柱的喷头最先动作，接着是靠近天花但距离烟柱远些的喷头动作，随着燃烧越来越多，烟气逐步填充储烟仓，烟层厚度越来越厚，若喷头标高距离天花越远，则喷头受热开启的时间越慢，失去了灭火先机。若再加上排烟系统启动，甚至烟雾层可能维持在一定的高度和厚度，暂时性不再下降，低于烟雾层的喷头都有可能一直不动作直至火灾扩大或排烟停止。
图2天花喷射（Ceiling jet）
若烟羽流正面向上冲击挡水板，挡水板截留的高温烟气停留在挡水板的内凹空间内造成喷头动作，GB50084-2001之所以要求洒水喷头的溅水盘与“集热挡水板”周围弯边的下沿平齐，是为了实现“集热挡水板”截留的烟气能够浸泡喷头的热敏感元件。但是，火灾初期的烟柱刚好能对准喷头及其“集热挡水板”的概率何其低，假如10㎡ 一个喷头，挡水板直径400mm，在此标高烟柱直径800mm ,只有喷头正下方及附近约1200直径范围内的初始火灾才可能有些烟气被截留，也就是1.13㎡的面积，占比不足12%，大部分情况是烟柱与挡水板错身而过（见图3），即使部分烟气被截留进挡水板，与常温空气稀释后，温度也不一定能够启动喷头，因此，通过集热板用作辅助启动洒水喷头的手段，基本上不可能实现，所以喷头必须靠近天花敷设，才能迅速反应。
图3烟柱被挡水板截留的概率低
03
为何需要设置挡水板
因此，由于顶棚射流的影响，有缝隙的成排管线、货架搁板、吊顶、夹层板、马道等结构下方需要增设喷头时，由于上方的天花喷头先于下喷头动作，造成上喷头喷水淋湿下喷头的热敏感元件，即使火灾扩大，高温烟层下沉弥漫整个室内空间下喷头都不能动作，而上喷头喷水又受挡难以直接向燃烧物喷水，火灾不能及时扑灭，因此，必须在下喷头设置挡水板，避免热敏感元件淋水降温。
04
实现挡水板功能要求的尺寸和做法
集热需要集热板内凹空间，也需要洒水喷头的溅水盘与“集热挡水板”周围弯边的下沿平齐，因此过去的集热挡水板的做法要求符合其功能目标，由于集热的可能性低，取消了集热功能的挡水板，就没有必要按照GB50084-2001的规定制作了（见下图图4），挡水板板的功能仅仅是挡水，只要能遮盖住上喷头的喷水，怎么做都可行，也不需要内凹空间，更不需要喷头的溅水盘与挡水板周围弯边的下沿平齐，理论上，喷头与挡水板的距离可以不限。
图4符合GB50084-2001要求的集热挡水板
但是，喷头与挡水板的距离越大，上喷头的射流水就需要更大面积的挡水板遮盖，这样才能保证下喷头不被淋湿，因此，NFPA规定：“挡水板尺寸应大于挡水板与热敏感元件距离的4倍”（图5），距离1m,则挡水板直径至少4m,那这样，与取消格栅吊顶直接改成密闭吊顶有何区别？所以，距离不限，仅仅是从挡水功能出发，仅仅是给习惯于按过去设计“集热板”的同行警醒而已，挡水板需要在合理的尺寸范围，直径一般不宜超过600mm，也就是说挡水板与热敏感元件距离不要大于150mm，这在大部分项目中都能够实现。
图5挡水板尺寸应大于挡水板与热敏感元件距离的4倍
05
挡水板设计需要注意的几个问题
(1)开式喷头不需要设置挡水板，没有热敏元件就不需要。
(2)除了有缝隙的成排管线、货架搁板、吊顶、夹层板、马道等结构下方需要增设下喷头并设置挡水板外，还有复式车位的层板喷头、仓库临空喷头、多层次防护冷却闭式喷头。由于防护冷却喷头保护高度受到限制，保护对象高度过高时或受挡时，需要设置多层喷头保护，如保护防火玻璃、丙类液体储罐（采用闭式的少）等。同样，下喷头存在被上喷头淋湿的可能，需要设置挡水板。
(3)仓库临空喷头、货架喷头，国外有专用的中间液位洒水喷头/支架式洒水喷头（Intermediate-Level Sprinkler/Rack Storage Sprinkler），配有整体挡水板的洒水喷头，以保护其操作元件免受上喷头淋湿，图6为国外常见产品，由于感温元件与固定挡水板距离短，因而挡水板直径小。
图6自带挡水板中位喷头
(4)通透性吊顶下喷头设计：必须配置挡水板，且挡水板宜设在吊顶内，喷头整体低于吊顶平面水平线［1］：
(5)通透性斜吊顶下喷头设计：短立管及喷头必须垂直于斜面、曲面，喷头整体在吊顶斜面外侧［1］：
(6)复式车库层板喷头采用边墙型喷头时，挡水板下沿必须高于喷头溅水盘一定尺寸，否则边墙型喷头喷水被挡，失去喷头设置的意义［2］：
(7)障碍物侧边设置下喷头时，挡水板与障碍物之间应封闭缝隙，避免淋水从缝隙滴下临时下喷头感温元件，或者感温元件与缝隙需要3~5cm的距离或以上（图7）：
图7挡水板与障碍物之间应封闭缝隙
06
总结
GB50084-2017《喷规》7.1.10要求挡水板应为正方形或圆形金属板，其平面面积不宜小于0.12㎡，周围弯边的下沿宜与洒水喷头的溅水盘平齐，这是没有与时俱进的错误规定，这个规定仅适合原先的“集热板”，在认识到“集热板”不能集热之后，设置挡水板，但应根据不同功能目标做出相关要求。一些情况，或许按“集热板”要求设置挡水板，可能仅仅是多此一举而已，有些情况妨碍了实际设计，如造成格栅吊顶下喷头挡水板需要设置在格栅下，影响观感，有些情况是影响功能，如复式车库层板喷头，或导致边墙型喷头喷水被挡而影响到设置喷头的初衷。建议挡水板与喷头热敏感元件距离根据实际需要并尽量靠近，并按4倍距离选用挡水板尺寸，在实际设计中，下喷头挡水板，应根据实际情况分析使用。
［1］《自动灭火设置之四：喷淋设计争议问题、普遍错误问题补充》，刘植蓬，本公众号文章
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg5MDUxOTUxMg==&mid=2247484180&idx=1&sn=3e18aa31c1457ef239dfd50e6c527735&chksm=cfda29a3f8ada0b599869e48da40eb1d38e3561eb19cd41e594e1e5c9564f520fe9642e0fc9e&token=241692452&lang=zh_CN#rd
［2］《自动灭火设置之一：喷淋设计普遍错误和争议问题》，刘植蓬，本公众号文章
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