摘要：家用消防灑水噴頭（以下簡稱家用噴頭）在國外已有30多年的研究和應用歷史，實踐表明，家用噴頭對保護生命和財產安全是有效的，安裝使用是可行的。目前在我國家用噴頭尚處于起步階段，對其應用還很罕見。我國于2009年6月1日頒布實施了家用噴頭的國家產品標準GB 5135.15，這標志著家用噴頭將有機會成為保護家庭和其他類似居住空間的重要角色。本文就以下四個方面對家用噴頭進行了簡要的描述：火災統計和家用噴頭的應用概況、家用噴頭的特點、家用噴頭產品標準和家用噴頭系統設計規范。
1 引言
家用噴頭在國外已有30多年的研究和應用歷史，為保護人身和財產的安全提供了可靠保障。家用噴頭在我國尚處于起步階段。我國于2009年6月1日頒布實施了家用噴頭的國家產品標準GB 5135.15，這是我國首次在國家級的標準中引入家用噴頭的概念。在此之前，國內有關家用噴頭的介紹不是很多，實際應用更是罕見。本文將對家用噴頭的應用、特點和設計方法做一些簡要的介紹，供大家參考。
2 火災統計和家用噴頭的應用概況
2.1 中國
我國的《高層民用建筑設計防火規范》（GB 50045-95 2005年版）規定建筑高度超過100m的高層建筑及其裙房，除游泳池、溜冰場、建筑面積小于5.00m2的衛生間、不設集中空調且戶門為甲級防火門的住宅的戶內用房和不宜用水撲救的部位外，均應設自動噴水滅火系統。
(現有的GB50015-2014的建筑防火規范也同樣的規定：
8.3.3 除本規范另有規定和不宜用水保護或滅火的場所外，下列高層民用建筑或場所應設置自動滅火系統，并宜采用自動噴水滅火系統：
4 建筑高度大于100m的住宅建筑。
而對于建筑高度不超過100m的普通住宅不要求安裝自動噴水滅火系統[1]。我國的《住宅建筑規范》（GB 50386-2005）規定35層及35層以上的住宅建筑應設自動噴水滅火系統[2]。由于我國住宅建筑幾乎都在100m或35層以下，因此絕大部分住宅是沒有噴淋保護的。一旦起火，初期火得不到有效地控制，將很快蔓延，造成更大面積的火災，甚至會發生轟然。在這種情況下，即使消防隊及時趕到，也會錯過最佳的滅火和救援時機，很難避免嚴重的人員傷亡和財產損失。例如2007年2月4日，浙江省臺州市黃巖區東城經濟開發區綠汀路224號商住樓發生火災，造成17人死亡、6人受傷，過火面積近800平方米，直接財產損失43.4萬元[3]。
近幾年的火災統計表明家庭火災的損失占建筑物火災總損失的大部分。據不完全統計，從1998年到2008年的十年間，家庭火災的死亡人數占建筑物火災總死亡人數的70%，財產損失占總損失的30%。例如，2005年我國住宅火災死亡人數為1794人，占當年全部火災死亡人數的71.8%；2008年為968人，占當年全部火災死亡人數的69.9%[3]。
2.2 美國
在1975年以前美國的家庭和其他類似居住空間也不安裝噴頭，每年的生命和財產損失巨大。美國的火災統計表明，在1973年以前，平均每年大約8000人死于家庭火災，占火災死亡總數的80%[4]。面對這種非常嚴峻的局面，美國率先開發了家用噴頭，并陸續頒布了一系列關于家用噴頭的產品標準和設計規范。隨著家用噴頭的不斷推廣，家庭火災的形勢得以緩解，使得每年因家庭火災死亡的人數呈明顯下降趨勢。1977年至2007年的統計數字表明，平均每年死于家庭火災的人數為4000人，比家用噴頭應用前的死亡人數少了一半[5]。目前，美國已有200多個社區或城市強制要求在家庭和其他類似居住空間內安裝噴淋系統，其中有兩個成功使用家用噴頭的城市，它們分別是亞利桑那州的Scottsadale市和馬里蘭州的Prince George市。它們自從使用家用噴頭以來，人員和財產安全都得到了有效保護。因家庭火災死亡的人數由年平均十幾或幾十降低為零，財產損失比以往降低了90%。
根據美國的一個不完全統計，在安裝家用噴頭的場所，90%的火是被一只打開的噴頭控制的。每個火災的平均用水量為1130升，而消火栓的用水量為22680升。從中我們可以看到家用噴頭不但具有良好的滅/控火的效果，而且還能節省大量的消防用水。
雖然美國在控制家庭火災上取得了一定的效果，但是目前的家庭火災的形勢還是不容樂觀。以2007年為例，除死亡2865人外，受傷人數高達14000人，直接財產損失為75億美元。據統計每79秒在美國就發生一次家庭火災，如果沒有噴淋保護就很難避免高傷亡率和高財產損失率。在最新版的美國建筑規范和生命安全規范中都要求在所有家庭和其他類似居住空間安裝家用或快速響應噴頭。這些場所包括：居民單元樓、單家庭或多家庭住宅/別墅、宿舍、康復中心、賓館/旅館等等。
3       家用噴頭的特點
家用噴頭是生命安全型噴頭，它的主要目的是將火災控制在起火點，避免轟然的發生，并且降低火場溫度，幫助被困人員逃生。我國的家用噴頭的產品標準GB 5135.15將家用噴頭定義為“安裝在家庭和其他類似居住空間內，在預定的溫度范圍內自行啟動，按設計的灑水形狀和流量灑水到設計的保護區域內的一種快速響應噴頭”。從定義中我們不難發現家用噴頭的基本特點可以概括為，具有獨特的噴灑性能和布水特點的一種快速響應噴頭。下面是對家用噴頭主要特點的介紹。
3.1 快速響應
盡早發現火災并噴水滅火是它的主要特點之一。所有家用噴頭都是快速響應噴頭，其時間響應系數即RTI值均小于或等于50 (ms)1/2，傳導系數即C值均小于或等于1.0 (m/s)1/2。
3.2布水均勻
家用噴頭要求布水均勻。被家用噴頭保護的場所面積一般較小，保護空間只需安裝幾只甚至一只噴頭即可，噴頭之間噴水的互補性不強，而且總噴水量也相對較少，所以要求布水比普通噴頭更加均勻。
3.3噴灑曲線獨特
家用噴頭的灑水形狀比較獨特。圖1中的左圖為普通噴頭的噴灑形狀，它的布水形狀象一把雨傘。右圖為家用噴頭的噴灑形狀，它不但將水噴到地面，還有一部分水向上并側向擴展噴灑。它獨特的噴灑形狀是由家居空間火災的特殊性決定的：1）由于家居空間內有一些掛件（如窗簾等）和靠墻擺放的家具（如立柜、沙發等），它們很容易被引燃，幫助火焰沿著墻壁蔓延至天花板，使得火很難撲救。家用噴頭獨特的噴灑形狀解決了這個問題，使火災得到有效的控制；2）火災時天花板附近煙氣溫度較高，會引發過多的噴頭打開，造成消防水量不足；高溫煙氣對室內的熱輻射會造成室溫迅速升高，對室內人員生命安全產生極大威脅；高溫煙氣的熱輻射使得室內可燃物大量分解，產生可燃氣體，最終可能會導致轟然。一旦發生轟然，火災可能會從一個防火分區蔓延至另一個防火分區，例如火從較低樓層蔓延至與其相臨的較高樓層等。家用噴頭科學地分配了向各個方向的噴水，既保證了將火控制在起火點，又降低了室內溫度，避免過多的噴頭打開（保證已打開噴頭能提供充足的噴水強度），同時防止了轟然的發生，為室內人員逃生提供有利條件。
4  家用噴頭產品標準
家用噴頭的國家產品標準GB5135.15已于2009年6月1日正式實施。該標準的編制的主要根據是家用噴頭的國際標準ISO6182-10:2006 自動噴水滅火系統-家用噴頭的要求和測試方法（Fire protection-Automatic sprinkler systems-Part 10: Requirementsand test methods for domestic sprinklers），并結合了我國的國情和參照了一些試驗數據。該標準與其它噴頭標準的主要不同點是它的滅火性能要求、墻面噴灑性能中的濕墻要求和廢止了O型圈作為密封元件的噴頭設計方法。
4.1 濕墻要求
GB 5135.15中的第6.5.2.1節規定：“……家用噴頭應連續打濕試驗室四周的墻面，打濕部位距吊頂的距離不應大于711mm”。這個要求規定了家用噴頭不但將水噴到地面，還有一部分向上并側向擴展噴灑。該要求在某種程度上保證了火災不能沿著墻壁向上蔓延，并且降低了室內的煙氣溫度，為家用噴頭滿足滅火性能要求打下基礎。
4.2 滅火性能要求
GB 5135.15中的第6.28節中規定了家用噴頭的滅火性能要求。試驗是在如圖2所示的條件下進行的（以非邊墻型噴頭為例）。圖中1為熱電偶，位于吊頂表面后6mm；2為木垛；3為模擬家具組件；4為2只熱電偶，其中一只位于吊頂下76mm，另外一只位于地面上1.6m；5為熱電偶，位于吊頂下76mm；6為家用噴頭；W為單只噴頭設計寬度；L為單只噴頭設計長度。室內的南北方向各有一個開口，在試驗中提供自然通風。試驗中最多2只家用噴頭啟動，試驗室門口的第3只噴頭不應啟動（一旦啟動試驗被判為失敗），且室內溫度應滿足a) 吊頂下76mm處最高溫度不應超過315℃；b) 地面以上1.6m處最高溫度不應超過93℃，且任何連續2min內的平均溫度不應超過54℃；c) 吊頂表面后6mm處吊頂材料最高溫度不應超過260℃。居家場所希望通過少量噴頭進行滅/控火，幫助人員疏散，不允許打開過多的噴頭，否則會造成水量或壓力不足的現象。因此標準中規定門口的第3只噴頭不應啟動。家用噴頭向上噴水的目的之一就是降低天花板附近的煙起溫度，防止過多噴頭打開。家用噴頭控制室內溫度是它的一個重要作用，控制室溫既能幫助人員逃生，又能防止發生轟然，將火控制在起火點。因此標準中規定了一系列的對溫度的控制要求。
5 家用噴頭系統設計規范
5.1 中國
現行的2005年版的自動噴水滅火系統設計規范（GB 50084-2001）沒有家用噴頭的設計要求。
5.2 美國
美國消防協會（NFPA）與家用噴頭設計相關的規范有NFPA 13, NFPA 13D和NFPA 13R。
5.2.1 NFPA 13D
美國NFPA于1973年成立了NFPA 13D規范編制組。1975年NFPA 13D問世，它是第一部針對家庭火災保護的噴淋設計規范，名稱是：單家庭、兩家庭和移動房屋家庭水噴淋系統安裝規范（Installation of Sprinkler Systems in One- and Two-Family Dwellingsand Manufactured Homes）。在保證滿足產品認證的最小流量的前提下，設計要求系統的最低噴水強度為2mm/min，最大設計噴頭數為2只。
5.2.2 NFPA 13
NFPA 13（Standard forthe installation of sprinkler systems）是美國最常用的水噴淋設計規范。NFPA13于1983年增加了家用噴頭的設計要求。其保護場所主要是針對家庭和其他類似居住空間，例如：公寓、療養和院醫院等。設計要求下列情況中噴水量較大的參數：1）產品認證的最小流量；2）系統的噴水強度為4mm/min。設計噴頭數為4只。
5.2.3 NFPA 13R
NFPA于1989年正式頒布了NFPA 13R, 它是一部介于NFPA 13和NFPA 13D的規范，其名稱是：四層或四層以下的住宅水噴淋安裝規范（Installationsof Sprinkler Systems in Residential Occupancy up to and including Four Storiesin Height）。相對于NFPA 13D針對一個或兩個家庭的火災保護和NFPA 13對不限層高的廣義上的居住場所的火災保護，NFPA 13R為低層、多家庭住宅的火災保護提供了設計規范。在保證滿足產品認證的最小流量的前提下，NFPA 13R設計要求系統的最低噴水強度為2mm/min，最大設計噴頭數為4只。
5.2.4家用噴頭系統
根據13D和13R設計的系統比普通的噴淋系統較為簡單，系統不需要報警閥和消防水泵，它與家庭日常用水相連并且共用市政管網，如圖3所示。圖3展示了家用噴淋系統的典型安裝。圖中的自動關斷閥是該系統的關鍵部件。它的入口側與市政供水源相接。它有兩個出口，其中的一個通向日常用水側，供應家庭的日常生活用水，該出口平時為開啟狀態；另外一個出口通向家用噴頭，平時為關閉狀態。當火災發生時，家用噴頭上的熱敏元件破裂，噴頭打開，這時自動關斷閥關閉日常生活用水，并打開消防供水側，從而達到滅/控火的目的。由于家用噴淋系統的用水量相對較少，因此在保護四層或四層以下的住宅時，系統直接由市政管網供水，不需要消防水泵。考慮到水力摩阻小并且施工更加快捷、方便，在美國家用噴淋系統的管網一般使用經消防部門認證的塑料管（CPVC）。另外，家用噴頭生產商提供隱蔽型噴頭，室內的美觀不會因為安裝了家用噴頭而受到負面影響。
6 結論
從中國和美國的火災統計數字中發現家庭火災的損失相當嚴重，特別是死亡人數占火災總死亡人數的比例高達70-80%。美國成功使用家用噴頭的案例表明家用噴頭在家庭和其他類似居住空間的使用必將大大降低火災損失并能節省大量的消防用水。我國的家用噴頭產品標準已經頒布實施，它將為家用噴頭在我國的推廣和使用打下良好的物質基礎。