自動噴水滅火系統(tǒng)減壓裝置選用設計改進

侯曉瑞

（太原市建筑設計研究院，山西太原 030009）

0 引言

在國家有關部門的積極引導之下，消防安全部門及建筑行業(yè)特別針對建筑樓宇消防安全系統(tǒng)出臺了一系列新政策、新法規(guī)與新標準，皆在全面提高防水滅火系統(tǒng)設計水平以及規(guī)范化程度。另外，為了最大限度滿足高層建筑消防安全保障需求，有必要針對自動噴水滅火系統(tǒng)減壓裝置進行改進設計，確保該系統(tǒng)在長期使用過程中，能夠切實發(fā)揮消防安全保障作用。為此，需要相關設計人員在全面掌握國家相關規(guī)定的基礎之上，有針對性地開展規(guī)范化設計。自動噴水滅火系統(tǒng)流程如圖1 所示。

圖1 自動噴水滅火系統(tǒng)流程

1 針對系統(tǒng)進行設計改進的背景

在《01SS105 常用小型儀表及特種閥門選用安裝》（以下簡稱《國圖01》）當中，建議減壓閥自動噴滅火供水系統(tǒng)采用下行上給的方式進行低位設置。這一設置方式是否具備較強的科學合理性，有待于進一步商榷。除了之外，還存在以下亟待解決的設計問題。①對于高層住宅高區(qū)報警閥而言，在設計過程中會同時受到多項規(guī)范、標準的協(xié)同約束。導致安裝單個報警閥管井至少需要5.2m2以上的空間。這樣一來，不僅帶來大量建筑設計需求，還極易造成空間上的浪費；②如果按照相關制度規(guī)定采用自下而上方式連接報警閥，意味著報警閥中心距離地面高度較之前有所增加，進一步加大了對空間的占用。不僅如此，在相關規(guī)定中，要求將報警閥置于地下室上一層的樓板上，如果是高區(qū)報警閥，還需要視情況將其置于更上的幾層樓。最終極有可能在多個樓層當中同時設置若干個報警閥，給安裝施工環(huán)節(jié)帶來極大不便；③在《自動噴水滅火系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》（以下簡稱《噴規(guī)》）當中，存在若干矛盾之處。在執(zhí)行各項規(guī)定的過程中，時常令人無所適從。為了有效解決上述問題，需要技術人員針對自動噴水滅火系統(tǒng)減壓裝置實進行設計改進，使其在符合規(guī)范化要求的同時，具備更強的實用性與科學合理性。

2 自動噴水滅火系統(tǒng)減壓裝置的改進方案

2.1 報警閥和噴頭壓力

2.1.1 報警閥

在國家尚未出臺《國圖01》《噴規(guī)》等一系列新規(guī)范之前，自動噴水滅火系統(tǒng)報警閥的額定壓力始終是1.20MPa。然而，隨著高層建筑結構多樣化、復雜化程度的不斷提升，對于自動噴水滅火系統(tǒng)報警閥壓力等級提出了更高的要求。對此，四川森田消防裝備制造有限公司率先研制開發(fā)出一款新型報警閥，將以往的額定壓力升至1.60MPa。通過此款新產(chǎn)品的應用，使低置式的缺陷問題得到有效彌補，為自動噴水滅火系統(tǒng)設計改進奠定了基礎。

2.1.2 噴頭

噴頭性能與報警閥額定壓力之間密切相關。所以，以往的噴頭出水流量始終受到1.20MPa 這一額定壓力的制約。但是，與之相矛盾的同時，在《自動噴水滅火系統(tǒng)設計手冊》（以下簡稱《手冊》）當中，又做出不同的要求，比如規(guī)定噴頭試驗壓力應為3.00MPa。為此，很多自動噴水滅火系統(tǒng)設計人員采用折中策略將報警閥試驗壓力設定為2.40MPa。然而，自從新型報警閥組投放市場以來，《高層民用建筑設計防火規(guī)范》（GB 50016—2016）也針對噴頭靜壓和動壓做出相應的調(diào)整，即噴頭靜壓不應大于1.35MPa，動壓不應大于1.10MPa。通過實踐檢驗，這一限定是科學合理、安全可靠的。

2.2 減壓裝置的選用

2.2.1 比例式減壓閥

如果減壓閥位置不夠科學合理，就會導致減壓閥在實際運行過程中時常出現(xiàn)忽高忽低現(xiàn)象。當管網(wǎng)壓力嚴重超出規(guī)定范圍，還會出現(xiàn)無規(guī)律斷水現(xiàn)象。要想避免出現(xiàn)上述情況，可以采取以下措施：首先，針對減壓閥安裝位置進行適當調(diào)整。比如當噴頭靜壓介于1.35～1.60MPa 之間時，可將減壓閥直接安裝在所處分區(qū)最高噴頭所在位置的上一層樓板上，此方式更有利于其作用性能的發(fā)揮。其次，采用比例式方法設置減壓閥。在采用此方法時，將減壓比例調(diào)整至2∶1 或2.5∶1 均可達到最佳狀態(tài)。上述設計思路不僅符合《國圖01》《噴規(guī)》之相關要求，還可以使低置式水流向上導致Y 型過濾器功能失效這一缺陷得到有效彌補。最后，采用水流向下的方式進行系統(tǒng)設計，還要引進比例式減壓閥設計，并保證一個過濾器只服務一個比例式減壓閥。通過上述幾種設計思路，可以有效提高系統(tǒng)設計的科學合理性，不僅更加方便安裝、維修，還為觀測讀表提供便利條件[1]。

2.2.2 可調(diào)式減壓閥

通過以往的實踐經(jīng)驗證明，當消防設施出口流量為0 時，出口壓力會逐漸減弱，與之相關聯(lián)的減靜壓功能也會逐漸失效。然而，一旦有火災發(fā)生時，需要立即啟動消防泵。此時，極有可能導致出口流量短時間內(nèi)超出100%設計流量，還會帶動減壓閥出口動壓一同偏離設定值。針對這一問題，建議改用比例式減壓閥或可調(diào)式減壓閥。如果選擇的是可調(diào)式減壓閥，應采用水平安裝方式。

2.2.3 減壓孔板

當高層建筑物的總體高度超過100m 時，為了達到滅火要求，其自動噴水系統(tǒng)主泵揚程需要低于1.35MPa。為了滿足這一設計需求，建議設計人員優(yōu)先選擇1.60MPa 新型報警閥。除此之外，還需要在方案設計中落實《噴規(guī)》當中相關規(guī)定，將2～3 層配水管道直徑放大一號，并且可將自動噴水主泵揚程控制在1.35MPa 以內(nèi)，同時達到減少水頭損失的節(jié)能目的。

2.3 配水管道和配水管入口的動壓

2.3.1 配水壓力的界定

在以往的自動噴水滅火系統(tǒng)設計方案當中，報警閥出入口主立管與配水管的作用分工不夠明確，還需要將高區(qū)報警閥置于高層樓板上，如此設計屬于出于無奈，并非明智之舉。因此，在自動滅火系統(tǒng)減壓閥設計改進中，要賦予報警閥出入口主立管和配水管各自不同的作用，使其各自發(fā)揮實際作用。比如采用1.60MPa 報警閥時，將配水管道靜壓控制在1.35MPa。并且將配水管入口界定在水流指示器部位，也可以視實際情況設置在減壓孔板出口部位。需要注意的是，在改進設計的過程中留有一定的余地，確保設計方案的科學合理[2]。

2.3.2 規(guī)范用詞"不宜"的依據(jù)

在自動噴水滅火系統(tǒng)在實際運行的過程中，有可能遇到各種突發(fā)情況。因此，在《噴規(guī)》當中，多次出現(xiàn)“不宜”一詞。通過對一詞出現(xiàn)原因進行總結與分析，發(fā)現(xiàn)主要存在以下5 個方面原因：①一旦發(fā)生火災時，自動噴水主泵和配水管將立即啟動。但是，由于啟速度過快，極易導致水頭靜壓超過平時靜止狀態(tài)下的水頭靜壓。②如果自動噴水滅火系統(tǒng)所采用的是不可現(xiàn)場調(diào)整揚程的緩沖泵，那么當主泵啟動后，其內(nèi)部水流處于超設計流量狀態(tài)，導致各配水管入口處壓力驟然增加，甚至導致低區(qū)出現(xiàn)負壓現(xiàn)象。③如果在自動噴水滅火系統(tǒng)設計方案當中采用的是可調(diào)式減壓閥，就會在實際運行過程中出現(xiàn)緩慢竄靜壓現(xiàn)象。這一現(xiàn)象雖然不會對系統(tǒng)性能和安全系數(shù)造成不良影響，但容易對配水管入口靜壓造成一定程度的干擾。④每當?shù)椭檬綔p壓閥動壓系數(shù)所有變化時，必然會導致減壓閥出口動壓也隨之出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。⑤減壓孔板水頭損失計算結果只能起到參考作用，極有可能實與際情況之間存在一定的偏差，需要系統(tǒng)設計人員針對計算結合的精準性給予高度關注。

2.3.3 系統(tǒng)流量和動壓控制

在針對自動噴水滅火系統(tǒng)進行改進設計時，為了達到盡快滅火的目的，應將作用面積內(nèi)的噴頭動壓范圍控制在0.10～0.20MPa 之間，還要保證各噴頭噴水強度處于均衡狀態(tài)下，避免出現(xiàn)大小不一的現(xiàn)象。在設計地下車庫的自動噴水滅火系統(tǒng)時，除了參考《噴規(guī)》相關規(guī)定地行設計以外，還要針對配水支管、配水管管徑進行合理改進。以某工程項目為例，在設計自動噴水滅火系統(tǒng)時，同一條配水支管需要同時帶動6 個噴頭。在這種情況下，如果按照《噴規(guī)》要求選擇配水管管徑，必然會造成較大的水頭損失。為了解決這一問題，需要借鑒《手冊》當中的相關經(jīng)驗。比如在選擇薄壁管時，優(yōu)先選擇DN32-80，如果選擇DN25 薄壁管，適合將其應用與噴頭連接的部位，配水干管推薦選用DN100-150 加厚管[3]。

2.3.4 噴頭動壓1.10MPa 的限制

依據(jù)《噴規(guī)》之相關規(guī)定，在選擇連接噴頭豎直支管材料時，推薦選用DN25，支管長度可取0.5m，三通管長度取1.5m，DN25×15 異徑接頭取O.2m，三者合計長度為2.2m。當噴頭動壓為1.10MPa 時，經(jīng)計算，最大靜壓合計為1.35MPa。由此看來，當自動噴水主泵揚程壓力大于或者等于1.35MPa 時，最低噴頭的靜壓就會小于1.35MPa。此時，最大靜壓以1.35MPa 最為適宜。當豎直支管的水頭損失達到或接近0.25MPa 時，為了消除噴頭靜壓和動壓等因素的限制，建議采用1.6MPa 新型報警閥。必要時，可以采用減壓孔板代替低置式減壓閥。通過上述改進設計手段，達到系統(tǒng)減壓的目的[4]。

2.4 減壓孔板入口的靜壓下限

2.4.1 減壓孔板前總水頭損失

在自動噴水滅火系統(tǒng)當中安裝水流指示器以后，其靜壓下限就支超過動壓上限，其壓力差為0.40MPa。之所以會形成靜動壓差，存在多種形成因素。比如受到水流指示器、報警閥、信號閥等設備的運行情況和自身性能的影響，還有因各種原因造成的水頭損失影響等。要想取得較為理想的系統(tǒng)改進設計成效，推薦選用XBD13/35.75.SHY 型緩沖泵。通過引進這一設備，不僅可以有效保證自動噴水滅火系統(tǒng)的安全可靠性和運行穩(wěn)定性，還可以大大提升系統(tǒng)性價比。另外，當水頭流量超出設計流量的30%左右時，主泵水頭損失就會達到104kPa，由此造成資源的極大浪費。針對這一情況，建議系統(tǒng)設計人員將靜動壓差的設計控制值設定為250kPa。同時，將減壓孔板的靜壓下限設定為0.65MPa。具體而言，只有當出口靜壓大于或等于0.65MPa 時，才有必要在系統(tǒng)當中設置減壓孔板。此外，由于閥門、管件、孔板、管道等水頭損失與系統(tǒng)流量之間成正比關系，當設計人員計算水頭損失誤差時，可以忽略配水管入口的動壓正負偏差，因為這一偏差并不會對系統(tǒng)流量產(chǎn)生較大影響[5]。

3 減壓孔板應用實例

3.1 工程簡介

某高層住宅總面積為92778m2，整個屋面標高為93.6m。地面以上 29 層，1～2 層層高 4.5～5.1m。3～29 層的層高為 3m，地下 1層層高為3.6m。消防水箱底板面96.6m，頂板面98.1m，中水位為97.2m；地下消防水池底板面4.5m，中水位為2.8m。自動噴水滅火系統(tǒng)設計流量為30L/s，選用的是XBD13/35.75-SHY 穩(wěn)壓緩沖立式多級消防泵，H=130m，N=75kW[6]。

3.2 系統(tǒng)設計改進策略

在選擇高層住宅自動噴水滅火系統(tǒng)配水管時，推薦DN25～80 薄壁管。但是，在設計27～29 層時，由于高度原因，有必要采用大一號管徑。在設計29 層水流指示器時，也可以視情況將其由原來的DN65，放大至DN80，從而滿足高區(qū)對于水流指示需求。建議將配水管入口動壓設定為0.12MPa。29 層配水管入口標高要略高于水池水位。水泵現(xiàn)場揚程需大于或等于1.30MPa。為了確保該系統(tǒng)的靈活性與實用性，建議采用可在現(xiàn)場調(diào)高揚程的方式，將壓力從原有的1.30MPa 調(diào)高至1.43MPa，從而滿足消防滅火需求[7]。

4 建議

通過上述研究討論，主要得到以下結論：①在針對高層建筑自動噴水滅火系統(tǒng)進行改進設計時，優(yōu)先考慮1.60MPa 壓力等級，積極引進新型報警閥。還可以考慮采用高置式減壓孔板供水圖式取代低置式圖式，提高設計方案的科學合理性。②如果自動噴水主泵額定揚程已經(jīng)超過1.35MPa，可以采用高置式、比例式等思想進行系統(tǒng)改進設計。為了達到最佳實用效果，可將減壓比例定格為2∶1 或者2.5∶1。相關實踐效果證明，這兩種比例最為科學合理；為了進一步提升系統(tǒng)性能，還可以考慮在減壓閥出口部位安裝一個自動排氣閥。③在各項新規(guī)范的指導之下，可以考慮在水泵吸水管上設置安裝一個過濾器。但是，前者更傾向于強制性，而后者則傾向于建議。針對這一差異，筆者認為在吸水管上設過濾器利大于弊，具體可以根據(jù)實際使用需求而定。主要原因是：首先，由于過濾器存在水頭損失，當自動噴水滅火系統(tǒng)在執(zhí)行滅火任務時，極有可能因為過濾器原因導致主泵無法正常啟動，或者需要加壓才能正常供水，這無疑不利于火災撲救工作的有效開展；其次，由于過濾器自身的規(guī)格尺寸較大，所以在設計及安裝過程中，需要為其預留出足夠的空間，這一需求導致吸水管中心線位置抬高大約500mm 左右，容易引發(fā)自灌引水問題，即如果依靠水泵強行抽水，水流量也比較小；再次，一直以來，始終未曾在連接自來水水泵上安裝過濾器，而伴隨著自來水水質標準的大幅提升，反而在相關規(guī)定中要求加裝過濾器，從某種程度上看，這不僅違背了節(jié)約性原則，還容易加大系統(tǒng)運行負擔；最后，《噴規(guī)》所例舉的一些示意圖，有些來自于國外的經(jīng)驗或觀點，并不值得我國仿效，更與實際設計需求不符。④出于節(jié)能環(huán)保、降低成本等方面的考慮，要針對管材材質進行合理選擇，避免噴頭因鐵銹雜質堵塞而影響其使用性能和使用壽命。

5 結語

如今，雖然國家為了保證建筑工程消防安全，相繼頒布實施了多項新標準與新規(guī)范。但在具體執(zhí)行階段，還需要自動噴水滅火系統(tǒng)設計人員依據(jù)實際設計需求，從科學合理、實用高效、節(jié)能環(huán)保等角度出發(fā)，針對設計方案進行全方位考慮與優(yōu)化改進，尤其針對系統(tǒng)減壓裝置進行合理選擇，確保自動滅火系統(tǒng)的實用價值得到有效發(fā)揮，為居民生命構建一個安全可靠的居住環(huán)境。