自动喷水灭火系统减压装置选用设计改进

侯晓瑞

（太原市建筑设计研究院，山西太原 030009）

0 引言

在国家有关部门的积极引导之下，消防安全部门及建筑行业特别针对建筑楼宇消防安全系统出台了一系列新政策、新法规与新标准，皆在全面提高防水灭火系统设计水平以及规范化程度。另外，为了最大限度满足高层建筑消防安全保障需求，有必要针对自动喷水灭火系统减压装置进行改进设计，确保该系统在长期使用过程中，能够切实发挥消防安全保障作用。为此，需要相关设计人员在全面掌握国家相关规定的基础之上，有针对性地开展规范化设计。自动喷水灭火系统流程如图1 所示。

图1 自动喷水灭火系统流程

1 针对系统进行设计改进的背景

在《01SS105 常用小型仪表及特种阀门选用安装》（以下简称《国图01》）当中，建议减压阀自动喷灭火供水系统采用下行上给的方式进行低位设置。这一设置方式是否具备较强的科学合理性，有待于进一步商榷。除了之外，还存在以下亟待解决的设计问题。①对于高层住宅高区报警阀而言，在设计过程中会同时受到多项规范、标准的协同约束。导致安装单个报警阀管井至少需要5.2m2以上的空间。这样一来，不仅带来大量建筑设计需求，还极易造成空间上的浪费；②如果按照相关制度规定采用自下而上方式连接报警阀，意味着报警阀中心距离地面高度较之前有所增加，进一步加大了对空间的占用。不仅如此，在相关规定中，要求将报警阀置于地下室上一层的楼板上，如果是高区报警阀，还需要视情况将其置于更上的几层楼。最终极有可能在多个楼层当中同时设置若干个报警阀，给安装施工环节带来极大不便；③在《自动喷水灭火系统施工及验收规范》（以下简称《喷规》）当中，存在若干矛盾之处。在执行各项规定的过程中，时常令人无所适从。为了有效解决上述问题，需要技术人员针对自动喷水灭火系统减压装置实进行设计改进，使其在符合规范化要求的同时，具备更强的实用性与科学合理性。

2 自动喷水灭火系统减压装置的改进方案

2.1 报警阀和喷头压力

2.1.1 报警阀

在国家尚未出台《国图01》《喷规》等一系列新规范之前，自动喷水灭火系统报警阀的额定压力始终是1.20MPa。然而，随着高层建筑结构多样化、复杂化程度的不断提升，对于自动喷水灭火系统报警阀压力等级提出了更高的要求。对此，四川森田消防装备制造有限公司率先研制开发出一款新型报警阀，将以往的额定压力升至1.60MPa。通过此款新产品的应用，使低置式的缺陷问题得到有效弥补，为自动喷水灭火系统设计改进奠定了基础。

2.1.2 喷头

喷头性能与报警阀额定压力之间密切相关。所以，以往的喷头出水流量始终受到1.20MPa 这一额定压力的制约。但是，与之相矛盾的同时，在《自动喷水灭火系统设计手册》（以下简称《手册》）当中，又做出不同的要求，比如规定喷头试验压力应为3.00MPa。为此，很多自动喷水灭火系统设计人员采用折中策略将报警阀试验压力设定为2.40MPa。然而，自从新型报警阀组投放市场以来，《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50016—2016）也针对喷头静压和动压做出相应的调整，即喷头静压不应大于1.35MPa，动压不应大于1.10MPa。通过实践检验，这一限定是科学合理、安全可靠的。

2.2 减压装置的选用

2.2.1 比例式减压阀

如果减压阀位置不够科学合理，就会导致减压阀在实际运行过程中时常出现忽高忽低现象。当管网压力严重超出规定范围，还会出现无规律断水现象。要想避免出现上述情况，可以采取以下措施：首先，针对减压阀安装位置进行适当调整。比如当喷头静压介于1.35～1.60MPa 之间时，可将减压阀直接安装在所处分区最高喷头所在位置的上一层楼板上，此方式更有利于其作用性能的发挥。其次，采用比例式方法设置减压阀。在采用此方法时，将减压比例调整至2∶1 或2.5∶1 均可达到最佳状态。上述设计思路不仅符合《国图01》《喷规》之相关要求，还可以使低置式水流向上导致Y 型过滤器功能失效这一缺陷得到有效弥补。最后，采用水流向下的方式进行系统设计，还要引进比例式减压阀设计，并保证一个过滤器只服务一个比例式减压阀。通过上述几种设计思路，可以有效提高系统设计的科学合理性，不仅更加方便安装、维修，还为观测读表提供便利条件[1]。

2.2.2 可调式减压阀

通过以往的实践经验证明，当消防设施出口流量为0 时，出口压力会逐渐减弱，与之相关联的减静压功能也会逐渐失效。然而，一旦有火灾发生时，需要立即启动消防泵。此时，极有可能导致出口流量短时间内超出100%设计流量，还会带动减压阀出口动压一同偏离设定值。针对这一问题，建议改用比例式减压阀或可调式减压阀。如果选择的是可调式减压阀，应采用水平安装方式。

2.2.3 减压孔板

当高层建筑物的总体高度超过100m 时，为了达到灭火要求，其自动喷水系统主泵扬程需要低于1.35MPa。为了满足这一设计需求，建议设计人员优先选择1.60MPa 新型报警阀。除此之外，还需要在方案设计中落实《喷规》当中相关规定，将2～3 层配水管道直径放大一号，并且可将自动喷水主泵扬程控制在1.35MPa 以内，同时达到减少水头损失的节能目的。

2.3 配水管道和配水管入口的动压

2.3.1 配水压力的界定

在以往的自动喷水灭火系统设计方案当中，报警阀出入口主立管与配水管的作用分工不够明确，还需要将高区报警阀置于高层楼板上，如此设计属于出于无奈，并非明智之举。因此，在自动灭火系统减压阀设计改进中，要赋予报警阀出入口主立管和配水管各自不同的作用，使其各自发挥实际作用。比如采用1.60MPa 报警阀时，将配水管道静压控制在1.35MPa。并且将配水管入口界定在水流指示器部位，也可以视实际情况设置在减压孔板出口部位。需要注意的是，在改进设计的过程中留有一定的余地，确保设计方案的科学合理[2]。

2.3.2 规范用词"不宜"的依据

在自动喷水灭火系统在实际运行的过程中，有可能遇到各种突发情况。因此，在《喷规》当中，多次出现“不宜”一词。通过对一词出现原因进行总结与分析，发现主要存在以下5 个方面原因：①一旦发生火灾时，自动喷水主泵和配水管将立即启动。但是，由于启速度过快，极易导致水头静压超过平时静止状态下的水头静压。②如果自动喷水灭火系统所采用的是不可现场调整扬程的缓冲泵，那么当主泵启动后，其内部水流处于超设计流量状态，导致各配水管入口处压力骤然增加，甚至导致低区出现负压现象。③如果在自动喷水灭火系统设计方案当中采用的是可调式减压阀，就会在实际运行过程中出现缓慢窜静压现象。这一现象虽然不会对系统性能和安全系数造成不良影响，但容易对配水管入口静压造成一定程度的干扰。④每当低置式减压阀动压系数所有变化时，必然会导致减压阀出口动压也随之出现不稳定的现象。⑤减压孔板水头损失计算结果只能起到参考作用，极有可能实与际情况之间存在一定的偏差，需要系统设计人员针对计算结合的精准性给予高度关注。

2.3.3 系统流量和动压控制

在针对自动喷水灭火系统进行改进设计时，为了达到尽快灭火的目的，应将作用面积内的喷头动压范围控制在0.10～0.20MPa 之间，还要保证各喷头喷水强度处于均衡状态下，避免出现大小不一的现象。在设计地下车库的自动喷水灭火系统时，除了参考《喷规》相关规定地行设计以外，还要针对配水支管、配水管管径进行合理改进。以某工程项目为例，在设计自动喷水灭火系统时，同一条配水支管需要同时带动6 个喷头。在这种情况下，如果按照《喷规》要求选择配水管管径，必然会造成较大的水头损失。为了解决这一问题，需要借鉴《手册》当中的相关经验。比如在选择薄壁管时，优先选择DN32-80，如果选择DN25 薄壁管，适合将其应用与喷头连接的部位，配水干管推荐选用DN100-150 加厚管[3]。

2.3.4 喷头动压1.10MPa 的限制

依据《喷规》之相关规定，在选择连接喷头竖直支管材料时，推荐选用DN25，支管长度可取0.5m，三通管长度取1.5m，DN25×15 异径接头取O.2m，三者合计长度为2.2m。当喷头动压为1.10MPa 时，经计算，最大静压合计为1.35MPa。由此看来，当自动喷水主泵扬程压力大于或者等于1.35MPa 时，最低喷头的静压就会小于1.35MPa。此时，最大静压以1.35MPa 最为适宜。当竖直支管的水头损失达到或接近0.25MPa 时，为了消除喷头静压和动压等因素的限制，建议采用1.6MPa 新型报警阀。必要时，可以采用减压孔板代替低置式减压阀。通过上述改进设计手段，达到系统减压的目的[4]。

2.4 减压孔板入口的静压下限

2.4.1 减压孔板前总水头损失

在自动喷水灭火系统当中安装水流指示器以后，其静压下限就支超过动压上限，其压力差为0.40MPa。之所以会形成静动压差，存在多种形成因素。比如受到水流指示器、报警阀、信号阀等设备的运行情况和自身性能的影响，还有因各种原因造成的水头损失影响等。要想取得较为理想的系统改进设计成效，推荐选用XBD13/35.75.SHY 型缓冲泵。通过引进这一设备，不仅可以有效保证自动喷水灭火系统的安全可靠性和运行稳定性，还可以大大提升系统性价比。另外，当水头流量超出设计流量的30%左右时，主泵水头损失就会达到104kPa，由此造成资源的极大浪费。针对这一情况，建议系统设计人员将静动压差的设计控制值设定为250kPa。同时，将减压孔板的静压下限设定为0.65MPa。具体而言，只有当出口静压大于或等于0.65MPa 时，才有必要在系统当中设置减压孔板。此外，由于阀门、管件、孔板、管道等水头损失与系统流量之间成正比关系，当设计人员计算水头损失误差时，可以忽略配水管入口的动压正负偏差，因为这一偏差并不会对系统流量产生较大影响[5]。

3 减压孔板应用实例

3.1 工程简介

某高层住宅总面积为92778m2，整个屋面标高为93.6m。地面以上 29 层，1～2 层层高 4.5～5.1m。3～29 层的层高为 3m，地下 1层层高为3.6m。消防水箱底板面96.6m，顶板面98.1m，中水位为97.2m；地下消防水池底板面4.5m，中水位为2.8m。自动喷水灭火系统设计流量为30L/s，选用的是XBD13/35.75-SHY 稳压缓冲立式多级消防泵，H=130m，N=75kW[6]。

3.2 系统设计改进策略

在选择高层住宅自动喷水灭火系统配水管时，推荐DN25～80 薄壁管。但是，在设计27～29 层时，由于高度原因，有必要采用大一号管径。在设计29 层水流指示器时，也可以视情况将其由原来的DN65，放大至DN80，从而满足高区对于水流指示需求。建议将配水管入口动压设定为0.12MPa。29 层配水管入口标高要略高于水池水位。水泵现场扬程需大于或等于1.30MPa。为了确保该系统的灵活性与实用性，建议采用可在现场调高扬程的方式，将压力从原有的1.30MPa 调高至1.43MPa，从而满足消防灭火需求[7]。

4 建议

通过上述研究讨论，主要得到以下结论：①在针对高层建筑自动喷水灭火系统进行改进设计时，优先考虑1.60MPa 压力等级，积极引进新型报警阀。还可以考虑采用高置式减压孔板供水图式取代低置式图式，提高设计方案的科学合理性。②如果自动喷水主泵额定扬程已经超过1.35MPa，可以采用高置式、比例式等思想进行系统改进设计。为了达到最佳实用效果，可将减压比例定格为2∶1 或者2.5∶1。相关实践效果证明，这两种比例最为科学合理；为了进一步提升系统性能，还可以考虑在减压阀出口部位安装一个自动排气阀。③在各项新规范的指导之下，可以考虑在水泵吸水管上设置安装一个过滤器。但是，前者更倾向于强制性，而后者则倾向于建议。针对这一差异，笔者认为在吸水管上设过滤器利大于弊，具体可以根据实际使用需求而定。主要原因是：首先，由于过滤器存在水头损失，当自动喷水灭火系统在执行灭火任务时，极有可能因为过滤器原因导致主泵无法正常启动，或者需要加压才能正常供水，这无疑不利于火灾扑救工作的有效开展；其次，由于过滤器自身的规格尺寸较大，所以在设计及安装过程中，需要为其预留出足够的空间，这一需求导致吸水管中心线位置抬高大约500mm 左右，容易引发自灌引水问题，即如果依靠水泵强行抽水，水流量也比较小；再次，一直以来，始终未曾在连接自来水水泵上安装过滤器，而伴随着自来水水质标准的大幅提升，反而在相关规定中要求加装过滤器，从某种程度上看，这不仅违背了节约性原则，还容易加大系统运行负担；最后，《喷规》所例举的一些示意图，有些来自于国外的经验或观点，并不值得我国仿效，更与实际设计需求不符。④出于节能环保、降低成本等方面的考虑，要针对管材材质进行合理选择，避免喷头因铁锈杂质堵塞而影响其使用性能和使用寿命。

5 结语

如今，虽然国家为了保证建筑工程消防安全，相继颁布实施了多项新标准与新规范。但在具体执行阶段，还需要自动喷水灭火系统设计人员依据实际设计需求，从科学合理、实用高效、节能环保等角度出发，针对设计方案进行全方位考虑与优化改进，尤其针对系统减压装置进行合理选择，确保自动灭火系统的实用价值得到有效发挥，为居民生命构建一个安全可靠的居住环境。