自動噴水滅火系統(tǒng)供水管網(wǎng)若干問題探討

劉江凌

(廈門合道工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 福建廈門 361004)

引 言

消防給水是由消防水源和供水管網(wǎng)組成的向水滅火設(shè)施供水的給水系統(tǒng)[1]。如果將消防給水工程比喻為人體，供水管網(wǎng)則如同血管一般，擔(dān)負(fù)著輸送消防用水的重任，是消防給水系統(tǒng)的主要組成部分。

給水管網(wǎng)的形式分為枝狀和環(huán)狀。《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱“消規(guī)”)[2]第8.1.2條對環(huán)狀管網(wǎng)的應(yīng)用場合作了規(guī)定，多數(shù)情況下應(yīng)選用環(huán)狀管網(wǎng)。另外，“消規(guī)”第8.1.6條、《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(以下簡稱“原高規(guī)”)[3]第7.4.4條、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(以下簡稱“原建規(guī)”)[4]第8.4.2.6條款，對室內(nèi)消火栓系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)的技術(shù)要求作了規(guī)定。但對自動噴水滅火系統(tǒng)(以下簡稱噴淋系統(tǒng))環(huán)網(wǎng)的技術(shù)要求，除《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱“噴規(guī)”)[5]第10.1.4條外，現(xiàn)行規(guī)范未進(jìn)一步做出更具體的規(guī)定(如環(huán)網(wǎng)閥門設(shè)置等)。

本文結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，針對自動噴淋供水管網(wǎng)的若干問題進(jìn)行探討，就噴淋環(huán)網(wǎng)的組成形式以及閥門設(shè)置提出幾點(diǎn)個人建議。

1 環(huán)狀管網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

在上述有關(guān)環(huán)網(wǎng)的規(guī)范條文解釋中，無一例外地均闡述了采用環(huán)狀管網(wǎng)的主要考慮因素——可靠性高。枝狀管網(wǎng)正常工況下為單向供水，故障檢修時，關(guān)閉的閥門下游將全面停水;環(huán)狀管網(wǎng)正常工況下為雙向供水，并通過合理的環(huán)網(wǎng)閥門設(shè)置，可將故障時關(guān)停的管段限制在局部，剩余的管網(wǎng)仍保持有單向供水能力。枝狀管網(wǎng)的特點(diǎn)是串聯(lián)，環(huán)狀管網(wǎng)的特點(diǎn)是并聯(lián)，下面通過簡單的概率學(xué)公式分析和試算，進(jìn)一步比較二者的供水保證率。

串聯(lián)。假設(shè)系統(tǒng)有N個環(huán)節(jié)，其中某個環(huán)節(jié)正常工作的概率是Pi，則系統(tǒng)正常工作的概率為:

由于Pi＜1.0，故N越大P越小，即串聯(lián)的環(huán)節(jié)越多，系統(tǒng)正常工作的概率越低;當(dāng)Pi=0，則P=0，即當(dāng)串聯(lián)環(huán)節(jié)中某個環(huán)節(jié)失效，則系統(tǒng)失效(故障關(guān)閉的檢修閥下游失效)。

并聯(lián)。以消防泵為例，假設(shè)單臺泵的正常工作保證率是0.8，故障率0.2。采用不同的臺數(shù)并聯(lián)工作時，系統(tǒng)保證率對比如下(表1)。

表1 并聯(lián)工況系統(tǒng)保證率對比

從表1可以看出，并聯(lián)設(shè)備數(shù)量的增加，有利于提高系統(tǒng)保證率，缺點(diǎn)是工程投入增加。

噴淋環(huán)網(wǎng)上各系統(tǒng)組件(消防泵出水管、水泵接合器接管、高位水箱出水管、報(bào)警閥組等)，應(yīng)以并聯(lián)的方式接入環(huán)網(wǎng)，盡量避免采用串聯(lián)的方式。

2 噴淋系統(tǒng)管網(wǎng)的形式特點(diǎn)

噴淋系統(tǒng)設(shè)有報(bào)警閥，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)一般情況下不設(shè)報(bào)警閥，這是二者的主要不同之處。噴淋系統(tǒng)管網(wǎng)以報(bào)警閥為界，一般稱其上游管網(wǎng)為供水管網(wǎng)，下游管網(wǎng)為配水管網(wǎng)。

供水管網(wǎng)可分為枝狀和環(huán)狀，“消規(guī)”和“噴規(guī)”對環(huán)網(wǎng)的要求，系指供水管網(wǎng)。配水管網(wǎng)雖然也可分為枝狀和環(huán)狀，但一般僅為水流指示器下游才設(shè)成環(huán)狀，報(bào)警閥組至水流指示器的管段仍為枝狀。其主要原因之一，是受報(bào)警閥和水流指示器的靈敏度限制，二者的報(bào)警性能參數(shù)詳見下表。

表2 濕式報(bào)警閥組和水流指示器的報(bào)警性能參數(shù)

即當(dāng)報(bào)警閥通過的流量達(dá)到60L/min及以上，閥組便連續(xù)報(bào)警;當(dāng)該流量在0～15L/min范圍，閥組便不報(bào)警。如果報(bào)警閥通過的流量在15～60L/min之間，閥組可能報(bào)警，也可能不報(bào)警[6]。水流指示器類同，但靈敏度較高。若采用兩組報(bào)警閥向同一配水管網(wǎng)供水，在一個標(biāo)準(zhǔn)噴頭動作出流量下(工作壓力0.10MPa時流量80L/min)，有可能每組報(bào)警閥通過的流量均小于60L/min，無法正常報(bào)警。因此，受限于目前的設(shè)備技術(shù)精度，配水管網(wǎng)只能從一組報(bào)警閥出口獲得水源，并不是嚴(yán)格意義上的環(huán)網(wǎng)。環(huán)狀配水管網(wǎng)主要利用的是環(huán)網(wǎng)的水力條件優(yōu)勢，使系統(tǒng)布水更均勻，同時經(jīng)濟(jì)性也較好。

噴淋環(huán)網(wǎng)的技術(shù)要求，僅針對供水管網(wǎng)，配水管網(wǎng)本質(zhì)上為枝狀。

3 其他規(guī)范條文的借鑒

如前所述，采用并聯(lián)方式有利于提高系統(tǒng)保證率。縱觀“消規(guī)”條文，其中對兩路市政水源的要求(第4.2.2條)、對消防水泵吸水管和出水管的要求(第5.1.13條)等，均隱含著一用一備的理念，甚至第6.2.4.3條款中對供水分區(qū)減壓閥組數(shù)量的要求，已經(jīng)達(dá)到了一用三備的程度。并聯(lián)的理念，也理應(yīng)作為噴淋環(huán)網(wǎng)技術(shù)措施的指導(dǎo)思想之一。

“原高規(guī)”第7.4.1條條文解釋，提出了對室內(nèi)消火栓系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)的技術(shù)要求:必須保證供水干管和每條消防豎管都能做到雙向供水。噴淋系統(tǒng)供水環(huán)網(wǎng)也應(yīng)滿足雙向供水的基本要求。

“噴規(guī)”第6.2.3條規(guī)定了一個報(bào)警閥組控制的噴頭數(shù)量:濕式、預(yù)作用系統(tǒng)不宜超過800只;干式系統(tǒng)不宜超過500只。一是為了保證維修時，系統(tǒng)的關(guān)停部分不致過大;二是為了提高系統(tǒng)的可靠性。除了控制接入同一組報(bào)警閥的噴頭數(shù)外，供水環(huán)網(wǎng)上閥門的設(shè)置也是影響檢修時關(guān)停范圍大小的因素。環(huán)網(wǎng)閥門的設(shè)置，應(yīng)做到能將各組報(bào)警閥分隔開來，在某段環(huán)網(wǎng)關(guān)停時，僅關(guān)閉一組報(bào)警閥，如此方能真正將“噴規(guī)”第6.2.3條落到實(shí)處。另外，多組報(bào)警閥成列布置時，間距較近(一般為1.5m)，設(shè)在兩報(bào)警閥之間的環(huán)網(wǎng)閥，基本等效于N－1設(shè)閥原則，已可替代報(bào)警閥入口的控制閥。

4 圖示對比分析

(圖 1)取自“噴規(guī)”第10.1.4條條文解釋里的圖示。供水管網(wǎng)閉合成環(huán)，水泵一用一備并聯(lián)接入環(huán)網(wǎng)，并于節(jié)點(diǎn)處按N－1原則設(shè)閥。其中，筆者認(rèn)為原圖環(huán)網(wǎng)分段閥的設(shè)置略有不妥之處，當(dāng)兩個閥B之間的環(huán)網(wǎng)故障檢修時，所有報(bào)警閥將全部關(guān)停。宜在A點(diǎn)增設(shè)閥門，并可同時取消閥B與閥C，當(dāng)某組報(bào)警閥需要關(guān)閉檢修時，可關(guān)閉環(huán)網(wǎng)段上與故障點(diǎn)相鄰的閥門(替代原閥C)，雖有一段環(huán)網(wǎng)檢修關(guān)停，但剩余給水系統(tǒng)仍處于準(zhǔn)工作狀態(tài)，關(guān)停的報(bào)警閥數(shù)量僅為一組。而且，閥門改置后，數(shù)量反而減少了三個，不存在閥門數(shù)量過多之虞(一種觀點(diǎn)認(rèn)為閥門本身的故障率比管道高，設(shè)置過多反而不利于系統(tǒng)的供水可靠性)。

圖1 環(huán)狀供水示意圖

(圖1)中未表達(dá)屋頂水箱、水泵接合器、泄壓閥等系統(tǒng)組件，比較完整的噴淋系統(tǒng)圖示詳見(圖2，圖3)，可以適用于工程設(shè)計(jì)中較常見的住宅小區(qū)地下車庫噴淋系統(tǒng)。相比之下，筆者認(rèn)為(圖3)更優(yōu)于(圖2)，分以下三點(diǎn)討論:

(1)圖2的供水管網(wǎng)不是嚴(yán)格意義上的環(huán)網(wǎng)，充其量僅為一條橫干管。兩路水泵出水管向橫干管供水，正常工況時，各報(bào)警閥似乎均能從干管兩個方向獲得水源。但其實(shí)不然，水泵為一用一備，工作泵運(yùn)行時，每個報(bào)警閥僅能從干管一個方向獲得水源，備用泵運(yùn)行時，方能從另一個方向獲得水源，兩個方向的水源來自不同的供水工況。(圖3)供水管網(wǎng)閉合成環(huán)(水平環(huán)網(wǎng))，任一路水源均能對各報(bào)警閥組雙向供水，符合“原高規(guī)”第7.4.1條條文解釋。

圖2 典型住宅車庫自動噴淋系統(tǒng)示意圖A

(2)圖2各系統(tǒng)組件之間為串聯(lián)關(guān)系，保證率低。如a點(diǎn)檢修時需關(guān)閉環(huán)網(wǎng)閥F1，F(xiàn)2，并關(guān)停相鄰報(bào)警閥B1，B2，且此時報(bào)警閥 B3，B4 將無法得到來自水泵P1、屋頂水箱和水泵接合器的供水。圖3各系統(tǒng)組件均以并聯(lián)方式接入環(huán)網(wǎng)，并通過設(shè)置分段閥，能夠做到檢修時互不影響。

(3)“消規(guī)”第5.4.4條規(guī)定:臨時高壓消防給水系統(tǒng)向多棟建筑供水時，消防水泵接合器應(yīng)在每座建筑附近就近設(shè)置。在“消規(guī)”之前，各規(guī)范均無類似規(guī)定，暗示了水泵接合器集中一處設(shè)置是比較不可取的做法。當(dāng)報(bào)警閥、水泵接合器等環(huán)網(wǎng)主要組件位置都較集中時，噴淋系統(tǒng)供水管網(wǎng)大多局促在消防泵房附近區(qū)域，如圖2。比較來看，圖3的好處有兩點(diǎn):①水泵接合器分散布置，滿足“消規(guī)”要求，且接合器支管管路短，分別接入不同的環(huán)網(wǎng)管段，相互之間為并聯(lián)關(guān)系，保證率更高;②報(bào)警閥組相對集中設(shè)置(分設(shè)三處)，用長距離的供水環(huán)網(wǎng)替代了同樣長距離的報(bào)警閥后枝狀配水管網(wǎng)，發(fā)揮了環(huán)網(wǎng)的水力條件優(yōu)勢，正常工況下配水更均勻。換個角度思考，水泵接合器需按現(xiàn)行規(guī)范要求分散布置，要么仍將環(huán)網(wǎng)局促在泵房附近并拉長水泵接合器接管，要么擴(kuò)大環(huán)網(wǎng)范圍，當(dāng)選擇后者時報(bào)警閥分散設(shè)置也即成了舉手之勞。滿足規(guī)范的同時又能獲得更好的水力條件，筆者認(rèn)為理應(yīng)選擇后者。

圖3 典型住宅車庫自動噴淋系統(tǒng)示意圖A

上述分析中多處提及環(huán)網(wǎng)閥門的設(shè)置問題。“噴規(guī)”第6.2.7條規(guī)定:“連接報(bào)警閥進(jìn)出口的控制閥應(yīng)采用信號閥。當(dāng)不采用信號閥時，控制閥應(yīng)設(shè)鎖定閥位的鎖具。”本條為強(qiáng)制性條文，對取代報(bào)警閥進(jìn)口控制閥(圖1閥C)的2個環(huán)網(wǎng)閥(圖1閥A)，是否應(yīng)采用信號閥的問題，業(yè)內(nèi)存在不同看法。下面將就此問題展開討論，談一談個人的理解和觀點(diǎn)。

5 關(guān)于信號閥的選用部位

首先單從字面上理解，筆者認(rèn)為規(guī)范條文中所指的“連接報(bào)警閥進(jìn)出口的控制閥”，系針對(圖1)中閥C而言，而非閥A所在的環(huán)網(wǎng)閥。

其次，結(jié)合信號閥的動作原理。信號閥是在閥門的動作機(jī)構(gòu)上加裝閥位監(jiān)視裝置和信號遠(yuǎn)傳裝置。能在閥門從全開到關(guān)閉過程中，從輸出“通”信號轉(zhuǎn)換為輸出“斷”信號，要求轉(zhuǎn)換點(diǎn)的流量不應(yīng)低于全開流量的80%，通常在閥門全開時，電接點(diǎn)斷開，無信號輸出時，表示閥位全開。當(dāng)閥門向關(guān)閉方向轉(zhuǎn)動達(dá)到全行程的1/4～1/5時，信號開關(guān)觸點(diǎn)閉合，發(fā)出“斷”信號報(bào)警。所以信號閥是監(jiān)視非全開的閥位。蝶閥、明桿闡閥常作為信號閥[7]。

如上所述，信號閥在閥門開啟度為80%時須輸出報(bào)警信號，也就是在有關(guān)閉傾向，但開啟度仍較大時就輸出報(bào)警信號，偏于保守，同時也意味著誤報(bào)的可能性大。(圖1)中閥C所在位置已處于枝狀管段，單向供水，一個閥誤關(guān)就將危及下游系統(tǒng)安全，十分有必要提高保證率，采取保守措施并不為過。而閥A位于雙向供水的環(huán)網(wǎng)段，一個閥誤關(guān)，管網(wǎng)由環(huán)狀變?yōu)橹睿员３钟袉蜗蚬┧芰Γ鑳蓚€閥同時誤關(guān)才致危及系統(tǒng)安全性。相比之下，環(huán)網(wǎng)分段閥采用信號閥的必要性更弱一些。

另外，“噴規(guī)”第6.3.3條也規(guī)定了水流指示器入口前的控制閥應(yīng)采用信號閥。兩條條文規(guī)定的三處閥門的共同點(diǎn)，是均位于配水管網(wǎng)上，配水管網(wǎng)均為枝狀，每一個閥門均控制著的下游全部配水管網(wǎng)，為提高系統(tǒng)可靠性而要求采用信號閥。從這個角度分析，以管網(wǎng)的單、雙向供水條件為判定原則，在枝狀的配水管網(wǎng)上采用信號閥、在環(huán)狀的供水管網(wǎng)上不采用信號閥，也與規(guī)范的精神相契合。

綜合考量，筆者認(rèn)為環(huán)網(wǎng)分段閥可不采用信號閥，但應(yīng)根據(jù)規(guī)范設(shè)置鎖定閥位的鎖具;鑒于配水管網(wǎng)的枝狀屬性，除前、末端泄水閥外，水流指示器后的配水管網(wǎng)不應(yīng)再設(shè)置閥門，當(dāng)必須設(shè)置時(如穿越人防圍護(hù)結(jié)構(gòu)處的抗爆波闡閥)，均需采用信號閥。

6 結(jié)語

(1)向兩個及以上報(bào)警閥控制的自動水滅火系統(tǒng)供水時，供水管網(wǎng)應(yīng)設(shè)置成環(huán)狀。配水管網(wǎng)均視為枝狀。

(2)環(huán)網(wǎng)應(yīng)閉合成環(huán)(水平或垂直)，其他系統(tǒng)組件接管宜以并聯(lián)方式各自接入環(huán)網(wǎng)。

(3)環(huán)網(wǎng)閥門的設(shè)置，應(yīng)能將并聯(lián)接入環(huán)網(wǎng)的系統(tǒng)組件分隔開來，檢修關(guān)停時互不影響，重要節(jié)點(diǎn)處宜按N－1原則設(shè)閥。

(4)向多棟建筑供水時，宜結(jié)合水泵接合器分散布置的要求，將報(bào)警閥分開若干點(diǎn)位，相對集中設(shè)置。

(5)供水管網(wǎng)上的環(huán)網(wǎng)分段閥可不采用信號閥，但應(yīng)設(shè)鎖定閥位的鎖具;配水管網(wǎng)上設(shè)置的控制閥門均應(yīng)采用信號閥(前、末端泄水閥除外)。

以上是本人對噴淋環(huán)網(wǎng)的粗淺理解，不當(dāng)之處還請各位同仁指正。

[1]黃曉家.消防給水及消火栓系統(tǒng)工程技術(shù)與發(fā)展[J].給水排水，2010，36(08):1 －5.

[2]GB50974－2014，消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB50045－95，高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(2005年版)[S].

[4]GB50016－2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[5]GB50084－2001，自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(2005年版)[S].

[6]黃曉家，姜文源.自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[7]李悅，余威，李念慈.水滅火系統(tǒng)詳解[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2014.