陳紀(jì)文
寧波市城建設(shè)計研究院有限公司,浙江 寧波 315012
《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范(GB 50084—2017)》[1]第11.0.1條規(guī)定:“濕式系統(tǒng)、干式系統(tǒng)應(yīng)由消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)、消防水箱出水管上的流量開關(guān)和報警閥組壓力開關(guān)直接啟動消防水泵?!币?guī)范并未規(guī)定水箱出水管出口的流量開關(guān)設(shè)置參數(shù),在實際設(shè)計中往往出現(xiàn)多種數(shù)值。自動噴水滅火系統(tǒng)作為最為有效的自動滅火系統(tǒng)之一,是保證建筑安全可靠的關(guān)鍵設(shè)施。因此,如何正確理解和實施規(guī)范具有重要的意義。
在探討流量開關(guān)數(shù)值前首先明確一下報警閥的工作原理。濕式報警閥組是僅允許水單方向流入噴水系統(tǒng),在規(guī)定流量下報警并且啟動消防泵的一種單向閥組,主要由報警閥、水力警鈴、壓力開關(guān)、延遲器、控制閥等組件組成。報警閥整個閥體被閥瓣分成上、下兩腔,上腔(系統(tǒng)側(cè))與系統(tǒng)管網(wǎng)相通,下腔(供水側(cè))與水源相通。閥瓣鉸接在閥體上。在平時準(zhǔn)備工作狀態(tài),閥瓣上下充滿水,水壓強近似相等。由于閥瓣上面與水接觸的面積大于下面與水接觸面積,閥瓣受到的水壓合力向下。在水壓力及其自重的作用下,閥瓣坐落在閥座上,處于關(guān)閉狀態(tài),當(dāng)供水側(cè)壓力出現(xiàn)波動或沖擊時,通過補償器(或補水單向閥)使上下腔保持一致,水力警鈴不發(fā)生報警,壓力開關(guān)不接通,閥瓣仍處于準(zhǔn)工作狀態(tài)(或稱伺應(yīng)狀態(tài))。閉式噴頭滅火時,補償器來不及補水,閥瓣上面的水壓下降,當(dāng)下降到使下腔的水壓足以開啟閥瓣時,下腔的水便向系統(tǒng)側(cè)供水。同時水流向延遲器、水力警鈴,警鈴發(fā)出聲光報警,壓力開關(guān)開啟,給出電接點信號報警并啟動自動噴水滅火系統(tǒng)給水泵[2]。
通過上面濕式報警閥的工作原理論述可以看到,報警閥啟動報警需要滿足啟動流量,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《自動噴水滅火系統(tǒng)第二部分濕式報警閥、延遲器、水力警鈴(GB 5135.2—2003)》[3]第4.10.1條、第4.10.2 條規(guī)定,裝配好的報警閥在進口壓力為0.14 MPa 時,系統(tǒng)放水側(cè)流量為15 L/min時,壓力開關(guān)和水力警鈴均不發(fā)出報警信號,在進口壓力為0.14、0.70、1.20、1.60 MPa時,系統(tǒng)側(cè)的放水流量為60 、80、170、170 L/min,壓力開關(guān)和水力警鈴均能發(fā)出報警信號。而在放水流量為15~60 L/min時可能報警,也可能不報警。由此可見,報警閥放水側(cè)流量必須大于60 L/min,且進口壓力為0.14 MPa 時報警,閥正常啟動報警,自噴系統(tǒng)正常運行。
根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī) 范(GB 50084—2017)》[1]第11.0.1 條規(guī)定,在原有報警閥壓力開關(guān)啟動的基礎(chǔ)上增加了流量開關(guān)和消防水泵出水管上的壓力開關(guān),可以理解為在報警閥壓力開關(guān)啟動消防水泵失效的情況下,才能采用流量開關(guān)及消防水泵出水管壓力開關(guān)啟動消防水泵。因此,啟動順序報警閥的壓力開關(guān)應(yīng)高于消防水箱出水管上的流量開關(guān)及消防水泵出水管上的壓力開關(guān)。下面就自噴系統(tǒng)設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)施和不設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)施兩個方面探討流量開關(guān)的設(shè)定值。
首先是設(shè)置了消防穩(wěn)壓設(shè)施的自動噴水滅火系統(tǒng)。根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(GB 50974—2014)》[4],自噴系統(tǒng)設(shè)置的消防水箱高度不滿足最不利點處噴頭靜水壓力時,應(yīng)設(shè)置消防穩(wěn)壓設(shè)施。消防穩(wěn)壓設(shè)施供水泵的流量不應(yīng)小于系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量和系統(tǒng)的自動啟動流,系統(tǒng)的正常泄漏量大約為系統(tǒng)設(shè)計流量的1%~3%,且不宜小于1 L/s;然而規(guī)范對系統(tǒng)的自動啟動流量應(yīng)該按照什么數(shù)值取值并未給出明確的指示。在前面報警閥的工作原理分析中可以得出:自噴系統(tǒng)報警閥進口壓力為0.14 MPa,系統(tǒng)側(cè)流量大于60 L/min 時報警閥啟動報警并啟動消防水泵,那么是否可以把60 L/min 作為穩(wěn)壓泵的流量呢?筆者認(rèn)為不可行,因為這個報警閥啟動流量是進口壓力為0.14 MPa 時的流量,參照文獻[5]試驗的結(jié)果:“報警閥開啟瞬間閥瓣上下腔的壓力比基本是一個定值,報警閥報警瞬間系統(tǒng)的流量值與報警閥進口壓力值近似成正比關(guān)系,隨著報警閥進口壓力的增大,報警閥的報警流量也隨著增大?!碑?dāng)報警閥進口壓力達到0.70 MPa 時報警流量為80 L/min。因此,穩(wěn)壓泵的設(shè)計流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)自動啟動的流量確定,報警閥進口壓力等于0.70 MPa 時,穩(wěn)壓泵流量應(yīng)按照80 L/min 取值,也就是1.33 L/s。由于系統(tǒng)設(shè)置了穩(wěn)壓設(shè)施,可以保證最不利點噴頭靜水壓力不小于0.15 MPa,而噴頭在0.15 MPa 壓力下的出流量為98 L/min,大于報警閥進口靜水壓力0.70 MPa 時的報警啟動流量,系統(tǒng)可以正常啟動。對于報警閥進口壓力大于0.70 MPa 時的啟動報警流量,規(guī)范并未給出確定值,需要按照設(shè)計產(chǎn)品的實際測試數(shù)據(jù)確定。當(dāng)報警閥進口壓力達到1.20 MPa 及以上時(應(yīng)計算確定報警閥后壓力配水管壓力不大于1.20 MPa),根據(jù)國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《自動噴水滅火系統(tǒng)第2部分:濕式報警閥、延遲器、水力警鈴(GB 5135.2—2003)》[3]第4.10.2 條規(guī)定,此時報警閥啟動報警流量為170 L/min,如果系統(tǒng)采用此產(chǎn)品,那么在末端試水裝置按照靜壓0.10 MPa 測試放水,此時噴頭流量小于報警閥啟動報警流量,系統(tǒng)存在無法正常啟動的可能性,這是極不合理的。出現(xiàn)此種情形,主要原因是產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行噴淋設(shè)計規(guī)范不一致所致。參照文獻[5]“濕式報警閥報警功能的測試試驗的結(jié)果,報警閥進口壓力在1.211 MPa(此時配水管壓力為1.172 MPa,未超過1.20 MPa)的狀態(tài)下,模擬報警閥實際安裝工況,在末端噴頭試水壓力0.10 MPa 時,報警閥報警流量為81.4 L/min”,遠(yuǎn)小于GB 5135.2—2003[3]規(guī)定的170 L/min,此試驗證明市場已經(jīng)根據(jù)噴淋規(guī)范調(diào)整了產(chǎn)品的性能參數(shù),因此,在設(shè)置了穩(wěn)壓設(shè)施的自噴系統(tǒng)報警閥進口壓力大于0.70 MPa 且小于1.20 MPa 時,系統(tǒng)的報警流量不會超過82 L/min,穩(wěn)壓泵可采用不小于82 L/min 作為設(shè)計流量,而消防水箱出水管上的流量開關(guān)作為消防系統(tǒng)的備用啟動方式,其取值應(yīng)高于報警閥報警流量,防止在報警閥未啟動時消防泵的誤動作,且應(yīng)依據(jù)報警閥進口壓力變化確定。
對于自噴系統(tǒng)中消防水箱設(shè)置高度滿足最不利點靜水壓力0.10 MPa時,系統(tǒng)未設(shè)置消防穩(wěn)壓設(shè)施,報警閥的報警流量根據(jù)報警閥進口壓力確定,且不應(yīng)小于60 L/min,但不設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)施的自噴系統(tǒng)的消防水箱設(shè)置高度不應(yīng)太低,需要滿足濕式報警閥最低進口壓力不低于0.14 MPa,也就是說消防水箱設(shè)置高度滿足最不利點靜水壓力時,消防水箱最低有效水位至報警閥進口的靜水壓力不應(yīng)小于0.14 MPa,如此可滿足自噴系統(tǒng)啟動要求;對于僅建筑物底層設(shè)置噴淋系統(tǒng),上部未設(shè)置噴淋系統(tǒng)時,可分為兩種情況:第一種是上部建筑高度不大于24 m 時,消防水箱設(shè)置高度應(yīng)滿足消防水箱最低有效水位至報警閥進口處的靜水壓力不小于0.14 MPa;第二種是當(dāng)上部建筑高度超過24 m 時,因消防水箱設(shè)置高度較大,報警閥進口處靜水壓力較高,滿足初期火災(zāi)一個噴頭的流量及其壓力要求,可能會造成火災(zāi)初期報警閥因報警流量偏大而無法啟動,延誤滅火時機,在此工況下應(yīng)控制消防水箱最低有效水位至報警閥進口處的高度以不超過30 m為宜(報警閥設(shè)置于建筑底部,進口高度與消防水池最低有效水位標(biāo)高相同),超壓部分應(yīng)設(shè)置減壓措施。這樣既可以滿足報警閥進口最低壓力要求,也不會造成報警閥報警流量大于末端噴頭放水流量。至于消防水箱出水管上的流量開關(guān)設(shè)定值,可以按照末端噴頭靜水壓力0.10 MPa 時的出流量取值,采用80 L/min 比較適合(標(biāo)準(zhǔn)K=80 噴頭靜水壓力為0.10 MPa 時的出流量為Q=K10P=80 L/min),這樣既保證了啟動順序在報警閥后,又能在報警閥無法啟動時及時啟動消防水泵,保證了系統(tǒng)的安全可靠性。
下面舉例說明如何確定流量開關(guān)數(shù)值,圖1 為設(shè)置了消防穩(wěn)壓設(shè)施的自動噴水滅火系統(tǒng),最高點噴頭至消防水池最低有效水位的數(shù)值H為55 m,此時噴淋系統(tǒng)報警閥進口進水壓力為70 m,按照國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB 5135.2—2003[3],報警閥的報警流量應(yīng)為80 L/min,穩(wěn)壓泵設(shè)計流量按照系統(tǒng)自動啟泵流量不小于80 L/min,此時末端試水裝置靜壓滿足0.15 MPa,當(dāng)末端試水裝置放水時,流量大于報警閥報警壓力,系統(tǒng)可正常啟動,消防水箱出水管上流量開關(guān)設(shè)定值應(yīng)高于報警閥報警流量80 L/min,可取90 L/min(1.5 L/s)。如果增加噴頭與報警閥之間的距離,報警閥進口壓力大于0.70 MPa時,穩(wěn)壓泵設(shè)計流量可適當(dāng)提高,但不宜大于90 L/min,流量開關(guān)設(shè)定值可按照96 L/min 取值。但是需要計算報警閥后配水管道工作壓力不大于1.20 MPa,否則要進行消防分區(qū)(此時應(yīng)對報警閥提出技術(shù)要求,以滿足消防報警流量要求)。
圖1 設(shè)置了消防穩(wěn)壓設(shè)施的自動噴水滅火系統(tǒng)
圖2 為消防水箱設(shè)置高度滿足最不利點靜水壓力0.10 MPa 時的工況,消防水箱最低有效水位至最不利點噴頭的數(shù)值H1不小于10 m,噴頭與消防水池最低有效水位之間的距離H值為4 m,報警閥進口靜水壓力不小于0.14 MPa,此時報警閥報警流量為60 L/min,流量開關(guān)設(shè)定值取80 L/min。隨著消防水箱設(shè)置高度的增加,報警閥的報警流量也在增加,此時應(yīng)在保證H1不小于10 m 的情況下控制H1+H之和不大于30 m 為宜,超壓部分應(yīng)在消防水箱出水管設(shè)置減壓措施。
圖2 不設(shè)置消防穩(wěn)壓設(shè)施的自動噴水滅火系統(tǒng)
流量開關(guān)有多種類型,常用的是擋板式水流開關(guān)和葉片式水流開關(guān),也有熱式流量開關(guān)。消防流量開關(guān)的基本工作原理是當(dāng)管網(wǎng)內(nèi)的水流速度大于設(shè)定的流量時(水流量≥1.0~2.0 L/s),通過電氣裝置轉(zhuǎn)化為啟泵信號啟動消防水泵。所以無論何種流量開關(guān)均是通過管道內(nèi)水體的流動來轉(zhuǎn)換電信號,因此所有的流量開關(guān)均有一定的水流速度要求,選型時一定要注意儀表的靈敏度要求,匹配適合的設(shè)備。
流量開關(guān)的安裝位置要保證一定長度的直線管道,且其前后的直線段均留滿足流量開關(guān)的要求距離參數(shù);流量開關(guān)不能安裝在垂直水流方向的管道上,應(yīng)安裝在水平管道上。
有穩(wěn)壓泵消防給水系統(tǒng)流量開關(guān)應(yīng)設(shè)置在氣壓水罐供水后端與重力流管的匯流總管上。無穩(wěn)壓泵消防給水系統(tǒng)消防水箱重力流直接供水,火災(zāi)時其出水管流量即為消防設(shè)施動作用水量。因此,流量開關(guān)設(shè)置在出水管段的任何位置均能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的動作流量并根據(jù)自動啟動流量發(fā)出啟泵信號。
1)自動噴水滅火系統(tǒng)消防水箱出水管上的流量開關(guān)的設(shè)定啟動順序,一定是在濕式報警閥的壓力開關(guān)啟動順序之后,是作為自噴系統(tǒng)安全性提高的輔助設(shè)施,其設(shè)定值應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的自動啟動流量確定。
2)設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)施的自動噴水滅火系統(tǒng)水流開關(guān),在系統(tǒng)合理消防分區(qū)內(nèi)最大不應(yīng)超過末端噴頭在滿足靜水壓力0.15 MPa 時的出流量98 L/min,并且高于對應(yīng)進口壓力下報警閥的報警流量。未設(shè)置消防穩(wěn)壓設(shè)施的水流開關(guān)設(shè)定值應(yīng)根據(jù)報警閥報警流量確定,并且不應(yīng)大于噴頭末端噴頭靜水壓力0.10 MPa時噴水的放水流量80 L/min。
3)設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)施的自噴系統(tǒng)選擇可參考表1。
表1 自噴系統(tǒng)穩(wěn)壓泵設(shè)計流量及水流開關(guān)值選擇
4)水流開關(guān)的選擇應(yīng)注意不同產(chǎn)品類型的靈敏度要求,以及安裝位置的合理性。
5)建議《自動噴水滅火系統(tǒng)第2部分:濕式報警閥、延遲器、水力警鈴(GB 5135.2—2003)》[3]產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范(GB 50084—2017)》[1]中系統(tǒng)控制方式要求的產(chǎn)品相匹配。