自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)減壓裝置選用設(shè)計(jì)改進(jìn)

侯曉瑞

（太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030009）

0 引言

在國(guó)家有關(guān)部門的積極引導(dǎo)之下，消防安全部門及建筑行業(yè)特別針對(duì)建筑樓宇消防安全系統(tǒng)出臺(tái)了一系列新政策、新法規(guī)與新標(biāo)準(zhǔn)，皆在全面提高防水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)減壓裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，確保該系統(tǒng)在長(zhǎng)期使用過程中，能夠切實(shí)發(fā)揮消防安全保障作用。為此，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員在全面掌握國(guó)家相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)之上，有針對(duì)性地開展規(guī)范化設(shè)計(jì)。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)流程如圖1 所示。

圖1 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)流程

1 針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)的背景

在《01SS105 常用小型儀表及特種閥門選用安裝》（以下簡(jiǎn)稱《國(guó)圖01》）當(dāng)中，建議減壓閥自動(dòng)噴滅火供水系統(tǒng)采用下行上給的方式進(jìn)行低位設(shè)置。這一設(shè)置方式是否具備較強(qiáng)的科學(xué)合理性，有待于進(jìn)一步商榷。除了之外，還存在以下亟待解決的設(shè)計(jì)問題。①對(duì)于高層住宅高區(qū)報(bào)警閥而言，在設(shè)計(jì)過程中會(huì)同時(shí)受到多項(xiàng)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同約束。導(dǎo)致安裝單個(gè)報(bào)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(shè)計(jì)需求，還極易造成空間上的浪費(fèi)；②如果按照相關(guān)制度規(guī)定采用自下而上方式連接報(bào)警閥，意味著報(bào)警閥中心距離地面高度較之前有所增加，進(jìn)一步加大了對(duì)空間的占用。不僅如此，在相關(guān)規(guī)定中，要求將報(bào)警閥置于地下室上一層的樓板上，如果是高區(qū)報(bào)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(gè)樓層當(dāng)中同時(shí)設(shè)置若干個(gè)報(bào)警閥，給安裝施工環(huán)節(jié)帶來極大不便；③在《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《噴規(guī)》）當(dāng)中，存在若干矛盾之處。在執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)定的過程中，時(shí)常令人無所適從。為了有效解決上述問題，需要技術(shù)人員針對(duì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)減壓裝置實(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，使其在符合規(guī)范化要求的同時(shí)，具備更強(qiáng)的實(shí)用性與科學(xué)合理性。

2 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)減壓裝置的改進(jìn)方案

2.1 報(bào)警閥和噴頭壓力

2.1.1 報(bào)警閥

在國(guó)家尚未出臺(tái)《國(guó)圖01》《噴規(guī)》等一系列新規(guī)范之前，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)報(bào)警閥的額定壓力始終是1.20MPa。然而，隨著高層建筑結(jié)構(gòu)多樣化、復(fù)雜化程度的不斷提升，對(duì)于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)報(bào)警閥壓力等級(jí)提出了更高的要求。對(duì)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(bào)警閥，將以往的額定壓力升至1.60MPa。通過此款新產(chǎn)品的應(yīng)用，使低置式的缺陷問題得到有效彌補(bǔ)，為自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

2.1.2 噴頭

噴頭性能與報(bào)警閥額定壓力之間密切相關(guān)。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(shí)，在《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱《手冊(cè)》）當(dāng)中，又做出不同的要求，比如規(guī)定噴頭試驗(yàn)壓力應(yīng)為3.00MPa。為此，很多自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員采用折中策略將報(bào)警閥試驗(yàn)壓力設(shè)定為2.40MPa。然而，自從新型報(bào)警閥組投放市場(chǎng)以來，《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016—2016）也針對(duì)噴頭靜壓和動(dòng)壓做出相應(yīng)的調(diào)整，即噴頭靜壓不應(yīng)大于1.35MPa，動(dòng)壓不應(yīng)大于1.10MPa。通過實(shí)踐檢驗(yàn)，這一限定是科學(xué)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(xué)合理，就會(huì)導(dǎo)致減壓閥在實(shí)際運(yùn)行過程中時(shí)常出現(xiàn)忽高忽低現(xiàn)象。當(dāng)管網(wǎng)壓力嚴(yán)重超出規(guī)定范圍，還會(huì)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(duì)減壓閥安裝位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。比如當(dāng)噴頭靜壓介于1.35～1.60MPa 之間時(shí)，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(shè)置減壓閥。在采用此方法時(shí)，將減壓比例調(diào)整至2∶1 或2.5∶1 均可達(dá)到最佳狀態(tài)。上述設(shè)計(jì)思路不僅符合《國(guó)圖01》《噴規(guī)》之相關(guān)要求，還可以使低置式水流向上導(dǎo)致Y 型過濾器功能失效這一缺陷得到有效彌補(bǔ)。最后，采用水流向下的方式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還要引進(jìn)比例式減壓閥設(shè)計(jì)，并保證一個(gè)過濾器只服務(wù)一個(gè)比例式減壓閥。通過上述幾種設(shè)計(jì)思路，可以有效提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，不僅更加方便安裝、維修，還為觀測(cè)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)消防設(shè)施出口流量為0 時(shí)，出口壓力會(huì)逐漸減弱，與之相關(guān)聯(lián)的減靜壓功能也會(huì)逐漸失效。然而，一旦有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，需要立即啟動(dòng)消防泵。此時(shí)，極有可能導(dǎo)致出口流量短時(shí)間內(nèi)超出100%設(shè)計(jì)流量，還會(huì)帶動(dòng)減壓閥出口動(dòng)壓一同偏離設(shè)定值。針對(duì)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(yīng)采用水平安裝方式。

2.2.3 減壓孔板

當(dāng)高層建筑物的總體高度超過100m 時(shí)，為了達(dá)到滅火要求，其自動(dòng)噴水系統(tǒng)主泵揚(yáng)程需要低于1.35MPa。為了滿足這一設(shè)計(jì)需求，建議設(shè)計(jì)人員優(yōu)先選擇1.60MPa 新型報(bào)警閥。除此之外，還需要在方案設(shè)計(jì)中落實(shí)《噴規(guī)》當(dāng)中相關(guān)規(guī)定，將2～3 層配水管道直徑放大一號(hào)，并且可將自動(dòng)噴水主泵揚(yáng)程控制在1.35MPa 以內(nèi)，同時(shí)達(dá)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(dòng)壓

2.3.1 配水壓力的界定

在以往的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案當(dāng)中，報(bào)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(bào)警閥置于高層樓板上，如此設(shè)計(jì)屬于出于無奈，并非明智之舉。因此，在自動(dòng)滅火系統(tǒng)減壓閥設(shè)計(jì)改進(jìn)中，要賦予報(bào)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(shí)際作用。比如采用1.60MPa 報(bào)警閥時(shí)，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(shí)際情況設(shè)置在減壓孔板出口部位。需要注意的是，在改進(jìn)設(shè)計(jì)的過程中留有一定的余地，確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理[2]。

2.3.2 規(guī)范用詞"不宜"的依據(jù)

在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過程中，有可能遇到各種突發(fā)情況。因此，在《噴規(guī)》當(dāng)中，多次出現(xiàn)“不宜”一詞。通過對(duì)一詞出現(xiàn)原因進(jìn)行總結(jié)與分析，發(fā)現(xiàn)主要存在以下5 個(gè)方面原因：①一旦發(fā)生火災(zāi)時(shí)，自動(dòng)噴水主泵和配水管將立即啟動(dòng)。但是，由于啟速度過快，極易導(dǎo)致水頭靜壓超過平時(shí)靜止?fàn)顟B(tài)下的水頭靜壓。②如果自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)所采用的是不可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整揚(yáng)程的緩沖泵，那么當(dāng)主泵啟動(dòng)后，其內(nèi)部水流處于超設(shè)計(jì)流量狀態(tài)，導(dǎo)致各配水管入口處壓力驟然增加，甚至導(dǎo)致低區(qū)出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象。③如果在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案當(dāng)中采用的是可調(diào)式減壓閥，就會(huì)在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)緩慢竄靜壓現(xiàn)象。這一現(xiàn)象雖然不會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能和安全系數(shù)造成不良影響，但容易對(duì)配水管入口靜壓造成一定程度的干擾。④每當(dāng)?shù)椭檬綔p壓閥動(dòng)壓系數(shù)所有變化時(shí)，必然會(huì)導(dǎo)致減壓閥出口動(dòng)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(jì)算結(jié)果只能起到參考作用，極有可能實(shí)與際情況之間存在一定的偏差，需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)計(jì)算結(jié)合的精準(zhǔn)性給予高度關(guān)注。

2.3.3 系統(tǒng)流量和動(dòng)壓控制

在針對(duì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)，為了達(dá)到盡快滅火的目的，應(yīng)將作用面積內(nèi)的噴頭動(dòng)壓范圍控制在0.10～0.20MPa 之間，還要保證各噴頭噴水強(qiáng)度處于均衡狀態(tài)下，避免出現(xiàn)大小不一的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)地下車庫(kù)的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí)，除了參考《噴規(guī)》相關(guān)規(guī)定地行設(shè)計(jì)以外，還要針對(duì)配水支管、配水管管徑進(jìn)行合理改進(jìn)。以某工程項(xiàng)目為例，在設(shè)計(jì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí)，同一條配水支管需要同時(shí)帶動(dòng)6 個(gè)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(huì)造成較大的水頭損失。為了解決這一問題，需要借鑒《手冊(cè)》當(dāng)中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。比如在選擇薄壁管時(shí)，優(yōu)先選擇DN32-80，如果選擇DN25 薄壁管，適合將其應(yīng)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(dòng)壓1.10MPa 的限制

依據(jù)《噴規(guī)》之相關(guān)規(guī)定，在選擇連接噴頭豎直支管材料時(shí)，推薦選用DN25，支管長(zhǎng)度可取0.5m，三通管長(zhǎng)度取1.5m，DN25×15 異徑接頭取O.2m，三者合計(jì)長(zhǎng)度為2.2m。當(dāng)噴頭動(dòng)壓為1.10MPa 時(shí)，經(jīng)計(jì)算，最大靜壓合計(jì)為1.35MPa。由此看來，當(dāng)自動(dòng)噴水主泵揚(yáng)程壓力大于或者等于1.35MPa 時(shí)，最低噴頭的靜壓就會(huì)小于1.35MPa。此時(shí)，最大靜壓以1.35MPa 最為適宜。當(dāng)豎直支管的水頭損失達(dá)到或接近0.25MPa 時(shí)，為了消除噴頭靜壓和動(dòng)壓等因素的限制，建議采用1.6MPa 新型報(bào)警閥。必要時(shí)，可以采用減壓孔板代替低置式減壓閥。通過上述改進(jìn)設(shè)計(jì)手段，達(dá)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(dòng)噴水滅火系統(tǒng)當(dāng)中安裝水流指示器以后，其靜壓下限就支超過動(dòng)壓上限，其壓力差為0.40MPa。之所以會(huì)形成靜動(dòng)壓差，存在多種形成因素。比如受到水流指示器、報(bào)警閥、信號(hào)閥等設(shè)備的運(yùn)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(jìn)設(shè)計(jì)成效，推薦選用XBD13/35.75.SHY 型緩沖泵。通過引進(jìn)這一設(shè)備，不僅可以有效保證自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的安全可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性，還可以大大提升系統(tǒng)性價(jià)比。另外，當(dāng)水頭流量超出設(shè)計(jì)流量的30%左右時(shí)，主泵水頭損失就會(huì)達(dá)到104kPa，由此造成資源的極大浪費(fèi)。針對(duì)這一情況，建議系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將靜動(dòng)壓差的設(shè)計(jì)控制值設(shè)定為250kPa。同時(shí)，將減壓孔板的靜壓下限設(shè)定為0.65MPa。具體而言，只有當(dāng)出口靜壓大于或等于0.65MPa 時(shí)，才有必要在系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)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(guān)系，當(dāng)設(shè)計(jì)人員計(jì)算水頭損失誤差時(shí)，可以忽略配水管入口的動(dòng)壓正負(fù)偏差，因?yàn)檫@一偏差并不會(huì)對(duì)系統(tǒng)流量產(chǎn)生較大影響[5]。

3 減壓孔板應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程簡(jiǎn)介

某高層住宅總面積為92778m2，整個(gè)屋面標(biāo)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(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為30L/s，選用的是XBD13/35.75-SHY 穩(wěn)壓緩沖立式多級(jí)消防泵，H=130m，N=75kW[6]。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)策略

在選擇高層住宅自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)配水管時(shí)，推薦DN25～80 薄壁管。但是，在設(shè)計(jì)27～29 層時(shí)，由于高度原因，有必要采用大一號(hào)管徑。在設(shè)計(jì)29 層水流指示器時(shí)，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(duì)于水流指示需求。建議將配水管入口動(dòng)壓設(shè)定為0.12MPa。29 層配水管入口標(biāo)高要略高于水池水位。水泵現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)程需大于或等于1.30MPa。為了確保該系統(tǒng)的靈活性與實(shí)用性，建議采用可在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)高揚(yáng)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(jié)論：①在針對(duì)高層建筑自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)先考慮1.60MPa 壓力等級(jí)，積極引進(jìn)新型報(bào)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(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理性。②如果自動(dòng)噴水主泵額定揚(yáng)程已經(jīng)超過1.35MPa，可以采用高置式、比例式等思想進(jìn)行系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)。為了達(dá)到最佳實(shí)用效果，可將減壓比例定格為2∶1 或者2.5∶1。相關(guān)實(shí)踐效果證明，這兩種比例最為科學(xué)合理；為了進(jìn)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(gè)自動(dòng)排氣閥。③在各項(xiàng)新規(guī)范的指導(dǎo)之下，可以考慮在水泵吸水管上設(shè)置安裝一個(gè)過濾器。但是，前者更傾向于強(qiáng)制性，而后者則傾向于建議。針對(duì)這一差異，筆者認(rèn)為在吸水管上設(shè)過濾器利大于弊，具體可以根據(jù)實(shí)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(dāng)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)在執(zhí)行滅火任務(wù)時(shí)，極有可能因?yàn)檫^濾器原因?qū)е轮鞅脽o法正常啟動(dòng)，或者需要加壓才能正常供水，這無疑不利于火災(zāi)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(shè)計(jì)及安裝過程中，需要為其預(yù)留出足夠的空間，這一需求導(dǎo)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(qiáng)行抽水，水流量也比較??；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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的大幅提升，反而在相關(guān)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(yùn)行負(fù)擔(dān)；最后，《噴規(guī)》所例舉的一些示意圖，有些來自于國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)或觀點(diǎn)，并不值得我國(guó)仿效，更與實(shí)際設(shè)計(jì)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(duì)管材材質(zhì)進(jìn)行合理選擇，避免噴頭因鐵銹雜質(zhì)堵塞而影響其使用性能和使用壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

如今，雖然國(guó)家為了保證建筑工程消防安全，相繼頒布實(shí)施了多項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)與新規(guī)范。但在具體執(zhí)行階段，還需要自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員依據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求，從科學(xué)合理、實(shí)用高效、節(jié)能環(huán)保等角度出發(fā)，針對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全方位考慮與優(yōu)化改進(jìn)，尤其針對(duì)系統(tǒng)減壓裝置進(jìn)行合理選擇，確保自動(dòng)滅火系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值得到有效發(fā)揮，為居民生命構(gòu)建一個(gè)安全可靠的居住環(huán)境。