消防給水系統中壓力開關及流量開關信號的設置探討

文/張棟 湖南省建筑設計院有限公司 湖南長沙 410012

《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014，以下簡稱“消水規”），第11.0.4條規定“消防水泵應由消防水泵出水干管上設置的壓力開關、高位消防水箱出水管上的流量開關，或報警閥壓力開關等開關信號應能直接自動啟動消防水泵。”規范僅對消防水泵聯動系統中的自動啟動信號的設置提出了原則性要求，對具體的設置方式和設計參數未作明確規定。

1、壓力開關和流量開關的設置方式

關于消防給水系統需要同時設置幾個自動啟泵信號，“消水規”中并沒有給出具體規定，在工程設計和施工圖審查中存在不小的爭議，筆者認為，為保證消防系統的可靠性，對于消火箱系統，應設置2個且采集不同數據的自動啟泵信號，其中一個動作既能自動啟動消防主泵。

對于自動噴水滅火系統，國家標準圖集《消防給水及消火栓系統技術規范》圖示（15S909，以下簡稱“圖示”）第11.0.4圖示“自動噴水滅火系統報警閥的壓力開關可取代本圖中的壓力開關和流量開關”，筆者認為自動噴水滅火系統有著極高的控滅火效率，是目前公認的最佳滅火方式，應該要求比室內消火栓系統有更強的動作可靠性，故自動噴水滅火系統，除報警閥上的壓力開關外，噴淋泵出水主干管上的壓力開關和高位消防水箱出水管上的流量開關信號均能自動啟動噴淋泵很有必要。《火災自動報警系統設計規范》（GB 50116-2013）第4.2.1條第一款：對自動噴水滅火系統的聯動控制方式“應由濕式報警閥壓力開關的動作信號作為觸發信號，直接控制啟動噴淋消防泵”，報警規范是1個自動啟泵信號，所以消防給水系統設計師需在工程設計中將流量開關亦作為自動啟泵信號要求，提資于火災自動報警設計師。

壓力開關和流量開關的設置位置，如下圖所示：

2、壓力開關和流量開關的動作參數設定

關于壓力開關的參數設置在“消水規”和“圖示”中分別有明確規定和說明，但均未對流量開關的動作參數作明確規定或說明。對設計工作者造成一定的困擾，筆者經咨詢我市部分審圖專家，關于流量開關的動作參數，各設計公司的參數不盡相同，甚至部分圖紙不對流量開關的動作參數做任何說明。筆者認為流量開關應在設計圖紙明確其動作參數值，下面就流量的動作參數做相關探討：

2.1 室內消火栓給水系統

（1）消火栓系統中無穩壓泵時，以高層住宅、二類高層公共建筑、多層建筑為例，“消水規”中規定該類建筑“高位消防水箱的最低有效水位應滿足水滅火設施最不利點處的靜水壓力不應低于0.07MPa”，按此規定，最不利消火栓栓口處在準工作狀態下的靜水壓力≥0.085 MPa（注：高位消防水箱在準工作狀態下應為正常水位，正常水位暫按高于最低有效水位1.5m考慮），火災時需動用且僅動用最不利消火栓滅火時，此時消防主泵未啟動，該消火栓由高位消防水箱直接供水。

根據水箱的長管出流水力計算：以消火栓栓口斷面2-2作為基準面，在水箱中距管路進口某一距離處取斷面1-1，該處合乎漸變流條件，對斷面1-1和斷面2-2建立伯努利方程

式中：H——高位消防水箱正常水位與最不利消火栓栓口的高差，一般≥8.5m

hw——管路水頭損失，在一個消火栓動作時，管道內流速較小，管道沿程損失和局部水頭損失均較小，根據管道系統大小，其值約為0.5～1.5(mH2O),

一般水箱截面積遠大管道截面積， V1相對于 V2可以忽略不計。

式中：Hxh-- 消火栓栓口的水壓(7mH2O)

hd--消防水帶的水頭損失(mH2 O)

Hq-- 水槍噴嘴造成一定長度的充實水柱所需水壓(mH2 O)

Ad-- 水帶的比阻

Ld-- 水帶的長度(m)

qxh-- 水槍噴嘴射出流量(L/s)

B-水槍水流特性系數

Hsk-- 消火栓栓口水頭損失，取(2mH2O)

經計算水槍噴嘴射出流量qxh為2.72～2.98

(L/s)

消防給水系統管網的泄漏量與管道材質、接口形式以及系統大小等因數有關，設計階段管網泄漏量數據無法確，根據“消水規”，管網泄漏量按消防給水設計流量的1%～3%考慮，為0.5～1.2L/s。為保證火災時，第一時間啟動消火栓泵，又不使系統誤報誤動作，高位消防水箱出水管上的流量開關，應在流量達到2.5L/s時，發出啟動消防主泵的信號。

（2）消火栓系統中設有穩壓泵時，穩壓泵的流量僅為管網補水，保證平時系統管網維持一定的水壓。火災時一個消火栓動作，管網壓力突然下降，此時穩壓泵的工作點會向水泵高效區的左端移動（即流量增大，揚程下降），但穩壓泵出口壓力任大于水箱靜水壓力，此時水箱重力流出水管可能不會有水流通過，故流量開關的的安裝位置應為消防水箱重力出水管和穩壓裝置出口的匯集總管上，一般工程設計穩壓泵額定工況流量范圍值為1.1～1.5～2.0L/s。筆者認為不使系統誤報誤動作，流量開關在參數值應設置為3.0L/s，發出啟動消防主泵的信號。

2.2 自動噴水滅火系統

“消水規”第5.2.2條第4款中規定 “自動噴水滅火系統等自動水滅火系統應根據噴頭滅火需求壓力確定，但最小不應小于0.10MPa”，按此規定，最不利噴頭處在準工作狀態下的靜水壓力≥0.115MPa（注：高位消防水箱在準工作狀態下應為正常水位，正常水位暫按高于最低有效水位1.5m考慮），火災時，最不利點出一個噴頭動作噴水，此時消防主泵未啟動，該噴頭由高位消防水箱直接供水。

以噴頭入口斷面2-2作為基準面，在水箱中距管路進口某一距離處取斷面1-1，該處合乎漸變流條件，對斷面1-1和斷面2-2建立伯努利方程：

式中：H——高位消防水箱正常水位與最不利噴頭的高差，一般≥11.5m

hw——管路水頭損失，在一個噴頭動作時，配水主管管道內流速很小，配水主管損失可忽略不計，末端配水支管管路水頭損失較大，其值約為2.0～4.0 (mH2O),一般水箱截面積遠大管道截面積，v1相對于v2可以忽略不計。

根據《自動噴水滅火系統設計規范》(GB 50084-2017) 噴頭流量按下式計算：

式中：q -- 噴頭處節點流量，L/min

P -- 噴頭處水壓MPa

K -- 噴頭流量系數（取80）

則噴頭流量為1.15～1.30(L/s)

自動噴水滅火系統相比消火栓系統，其管網大，接口多，故其管網泄漏量相對較大，很有可能超過一個噴頭動作時的出水量，筆者認為在自噴噴水滅火系統中，保證火災時，第一時間啟動噴淋泵，又不使系統誤報誤動作，高位消防水箱出水管上的流量開關，其流量參數應由施工單位在系統水壓試驗時實測管網泄漏數據后現場設定，其值按管網實測泄漏量+1.0L/s確定。

結語：

關于壓力開關和流量開關的動作次序，在無穩壓泵的系統中，火災初期，消防主泵未啟動，由高位消防水箱供水，滅火設施動作數量少，系統出水量少，高位消防水箱水位下降幅度小，系統壓力下降不明顯，壓力開關無法動作，此時流量開關第一時間動作，發出自動啟泵信號，在流量開關故障時，火災發生短時間內滅火設施動作數量增加，高位消防水箱出流量增大，水箱水位明顯下降，壓力開關動作，發出自動啟泵信號，保障系統安全可靠。

在設有穩壓泵的系統中，穩壓泵的流量僅為管網補水，保證平時系統管網維持一定的水壓。火災時一個滅火設施動作，管網壓力下降明顯，此時壓力開關較流量開關會第一時間響應，發出自動啟泵信號，在壓力開關故障時，流量開關信號既能及時啟泵，保障系統安全可靠。