自动喷水灭火系统流量开关设置探讨

陈纪文

宁波市城建设计研究院有限公司,浙江 宁波 315012

《自动喷水灭火系统设计规范（GB 50084—2017）》［1］第11.0.1条规定：“湿式系统、干式系统应由消防水泵出水干管上设置的压力开关、消防水箱出水管上的流量开关和报警阀组压力开关直接启动消防水泵。”规范并未规定水箱出水管出口的流量开关设置参数，在实际设计中往往出现多种数值。自动喷水灭火系统作为最为有效的自动灭火系统之一，是保证建筑安全可靠的关键设施。因此，如何正确理解和实施规范具有重要的意义。

1 报警阀的工作原理

在探讨流量开关数值前首先明确一下报警阀的工作原理。湿式报警阀组是仅允许水单方向流入喷水系统，在规定流量下报警并且启动消防泵的一种单向阀组，主要由报警阀、水力警铃、压力开关、延迟器、控制阀等组件组成。报警阀整个阀体被阀瓣分成上、下两腔，上腔（系统侧）与系统管网相通，下腔（供水侧）与水源相通。阀瓣铰接在阀体上。在平时准备工作状态，阀瓣上下充满水，水压强近似相等。由于阀瓣上面与水接触的面积大于下面与水接触面积，阀瓣受到的水压合力向下。在水压力及其自重的作用下，阀瓣坐落在阀座上，处于关闭状态，当供水侧压力出现波动或冲击时，通过补偿器（或补水单向阀）使上下腔保持一致，水力警铃不发生报警，压力开关不接通，阀瓣仍处于准工作状态（或称伺应状态）。闭式喷头灭火时，补偿器来不及补水，阀瓣上面的水压下降，当下降到使下腔的水压足以开启阀瓣时，下腔的水便向系统侧供水。同时水流向延迟器、水力警铃，警铃发出声光报警，压力开关开启，给出电接点信号报警并启动自动喷水灭火系统给水泵［2］。

通过上面湿式报警阀的工作原理论述可以看到，报警阀启动报警需要满足启动流量，根据国家标准《自动喷水灭火系统第二部分湿式报警阀、延迟器、水力警铃（GB 5135.2—2003）》［3］第4.10.1条、第4.10.2 条规定，装配好的报警阀在进口压力为0.14 MPa 时，系统放水侧流量为15 L/min时，压力开关和水力警铃均不发出报警信号，在进口压力为0.14、0.70、1.20、1.60 MPa时，系统侧的放水流量为60 、80、170、170 L/min，压力开关和水力警铃均能发出报警信号。而在放水流量为15～60 L/min时可能报警，也可能不报警。由此可见，报警阀放水侧流量必须大于60 L/min，且进口压力为0.14 MPa 时报警，阀正常启动报警，自喷系统正常运行。

2 流量开关设计参数分析

根据《自动喷水灭火系统设计规 范（GB 50084—2017）》［1］第11.0.1 条规定，在原有报警阀压力开关启动的基础上增加了流量开关和消防水泵出水管上的压力开关，可以理解为在报警阀压力开关启动消防水泵失效的情况下，才能采用流量开关及消防水泵出水管压力开关启动消防水泵。因此，启动顺序报警阀的压力开关应高于消防水箱出水管上的流量开关及消防水泵出水管上的压力开关。下面就自喷系统设置稳压设施和不设置稳压设施两个方面探讨流量开关的设定值。

首先是设置了消防稳压设施的自动喷水灭火系统。根据《消防给水及消火栓系统技术规范（GB 50974—2014）》［4］，自喷系统设置的消防水箱高度不满足最不利点处喷头静水压力时，应设置消防稳压设施。消防稳压设施供水泵的流量不应小于系统管网的正常泄漏量和系统的自动启动流，系统的正常泄漏量大约为系统设计流量的1%～3%，且不宜小于1 L/s；然而规范对系统的自动启动流量应该按照什么数值取值并未给出明确的指示。在前面报警阀的工作原理分析中可以得出：自喷系统报警阀进口压力为0.14 MPa，系统侧流量大于60 L/min 时报警阀启动报警并启动消防水泵，那么是否可以把60 L/min 作为稳压泵的流量呢？笔者认为不可行，因为这个报警阀启动流量是进口压力为0.14 MPa 时的流量，参照文献［5］试验的结果：“报警阀开启瞬间阀瓣上下腔的压力比基本是一个定值，报警阀报警瞬间系统的流量值与报警阀进口压力值近似成正比关系，随着报警阀进口压力的增大，报警阀的报警流量也随着增大。”当报警阀进口压力达到0.70 MPa 时报警流量为80 L/min。因此，稳压泵的设计流量应根据系统自动启动的流量确定，报警阀进口压力等于0.70 MPa 时，稳压泵流量应按照80 L/min 取值，也就是1.33 L/s。由于系统设置了稳压设施，可以保证最不利点喷头静水压力不小于0.15 MPa，而喷头在0.15 MPa 压力下的出流量为98 L/min，大于报警阀进口静水压力0.70 MPa 时的报警启动流量，系统可以正常启动。对于报警阀进口压力大于0.70 MPa 时的启动报警流量，规范并未给出确定值，需要按照设计产品的实际测试数据确定。当报警阀进口压力达到1.20 MPa 及以上时（应计算确定报警阀后压力配水管压力不大于1.20 MPa），根据国家产品标准《自动喷水灭火系统第2部分：湿式报警阀、延迟器、水力警铃（GB 5135.2—2003）》［3］第4.10.2 条规定，此时报警阀启动报警流量为170 L/min，如果系统采用此产品，那么在末端试水装置按照静压0.10 MPa 测试放水，此时喷头流量小于报警阀启动报警流量，系统存在无法正常启动的可能性，这是极不合理的。出现此种情形，主要原因是产品国家标准与现行喷淋设计规范不一致所致。参照文献［5］“湿式报警阀报警功能的测试试验的结果，报警阀进口压力在1.211 MPa（此时配水管压力为1.172 MPa，未超过1.20 MPa）的状态下，模拟报警阀实际安装工况，在末端喷头试水压力0.10 MPa 时，报警阀报警流量为81.4 L/min”，远小于GB 5135.2—2003［3］规定的170 L/min，此试验证明市场已经根据喷淋规范调整了产品的性能参数，因此，在设置了稳压设施的自喷系统报警阀进口压力大于0.70 MPa 且小于1.20 MPa 时，系统的报警流量不会超过82 L/min，稳压泵可采用不小于82 L/min 作为设计流量，而消防水箱出水管上的流量开关作为消防系统的备用启动方式，其取值应高于报警阀报警流量，防止在报警阀未启动时消防泵的误动作，且应依据报警阀进口压力变化确定。

对于自喷系统中消防水箱设置高度满足最不利点静水压力0.10 MPa时，系统未设置消防稳压设施，报警阀的报警流量根据报警阀进口压力确定，且不应小于60 L/min，但不设置稳压设施的自喷系统的消防水箱设置高度不应太低，需要满足湿式报警阀最低进口压力不低于0.14 MPa，也就是说消防水箱设置高度满足最不利点静水压力时，消防水箱最低有效水位至报警阀进口的静水压力不应小于0.14 MPa，如此可满足自喷系统启动要求；对于仅建筑物底层设置喷淋系统，上部未设置喷淋系统时，可分为两种情况：第一种是上部建筑高度不大于24 m 时，消防水箱设置高度应满足消防水箱最低有效水位至报警阀进口处的静水压力不小于0.14 MPa；第二种是当上部建筑高度超过24 m 时，因消防水箱设置高度较大，报警阀进口处静水压力较高，满足初期火灾一个喷头的流量及其压力要求，可能会造成火灾初期报警阀因报警流量偏大而无法启动，延误灭火时机，在此工况下应控制消防水箱最低有效水位至报警阀进口处的高度以不超过30 m为宜（报警阀设置于建筑底部，进口高度与消防水池最低有效水位标高相同），超压部分应设置减压措施。这样既可以满足报警阀进口最低压力要求，也不会造成报警阀报警流量大于末端喷头放水流量。至于消防水箱出水管上的流量开关设定值，可以按照末端喷头静水压力0.10 MPa 时的出流量取值，采用80 L/min 比较适合（标准K=80 喷头静水压力为0.10 MPa 时的出流量为Q=K10P=80 L/min），这样既保证了启动顺序在报警阀后，又能在报警阀无法启动时及时启动消防水泵，保证了系统的安全可靠性。

下面举例说明如何确定流量开关数值，图1 为设置了消防稳压设施的自动喷水灭火系统，最高点喷头至消防水池最低有效水位的数值H为55 m，此时喷淋系统报警阀进口进水压力为70 m，按照国家产品标准GB 5135.2—2003［3］，报警阀的报警流量应为80 L/min，稳压泵设计流量按照系统自动启泵流量不小于80 L/min，此时末端试水装置静压满足0.15 MPa，当末端试水装置放水时，流量大于报警阀报警压力，系统可正常启动，消防水箱出水管上流量开关设定值应高于报警阀报警流量80 L/min，可取90 L/min（1.5 L/s）。如果增加喷头与报警阀之间的距离，报警阀进口压力大于0.70 MPa时，稳压泵设计流量可适当提高，但不宜大于90 L/min，流量开关设定值可按照96 L/min 取值。但是需要计算报警阀后配水管道工作压力不大于1.20 MPa，否则要进行消防分区（此时应对报警阀提出技术要求，以满足消防报警流量要求）。

图1 设置了消防稳压设施的自动喷水灭火系统

图2 为消防水箱设置高度满足最不利点静水压力0.10 MPa 时的工况，消防水箱最低有效水位至最不利点喷头的数值H1不小于10 m，喷头与消防水池最低有效水位之间的距离H值为4 m，报警阀进口静水压力不小于0.14 MPa，此时报警阀报警流量为60 L/min，流量开关设定值取80 L/min。随着消防水箱设置高度的增加，报警阀的报警流量也在增加，此时应在保证H1不小于10 m 的情况下控制H1+H之和不大于30 m 为宜，超压部分应在消防水箱出水管设置减压措施。

图2 不设置消防稳压设施的自动喷水灭火系统

3 流量开关选型及设置位置

流量开关有多种类型，常用的是挡板式水流开关和叶片式水流开关，也有热式流量开关。消防流量开关的基本工作原理是当管网内的水流速度大于设定的流量时（水流量≥1.0～2.0 L/s），通过电气装置转化为启泵信号启动消防水泵。所以无论何种流量开关均是通过管道内水体的流动来转换电信号，因此所有的流量开关均有一定的水流速度要求，选型时一定要注意仪表的灵敏度要求，匹配适合的设备。

流量开关的安装位置要保证一定长度的直线管道，且其前后的直线段均留满足流量开关的要求距离参数；流量开关不能安装在垂直水流方向的管道上，应安装在水平管道上。

有稳压泵消防给水系统流量开关应设置在气压水罐供水后端与重力流管的汇流总管上。无稳压泵消防给水系统消防水箱重力流直接供水，火灾时其出水管流量即为消防设施动作用水量。因此，流量开关设置在出水管段的任何位置均能准确反映系统的动作流量并根据自动启动流量发出启泵信号。

4 结语

1）自动喷水灭火系统消防水箱出水管上的流量开关的设定启动顺序，一定是在湿式报警阀的压力开关启动顺序之后，是作为自喷系统安全性提高的辅助设施，其设定值应根据系统的自动启动流量确定。

2）设置稳压设施的自动喷水灭火系统水流开关，在系统合理消防分区内最大不应超过末端喷头在满足静水压力0.15 MPa 时的出流量98 L/min，并且高于对应进口压力下报警阀的报警流量。未设置消防稳压设施的水流开关设定值应根据报警阀报警流量确定，并且不应大于喷头末端喷头静水压力0.10 MPa时喷水的放水流量80 L/min。

3）设置稳压设施的自喷系统选择可参考表1。

表1 自喷系统稳压泵设计流量及水流开关值选择

4）水流开关的选择应注意不同产品类型的灵敏度要求，以及安装位置的合理性。

5）建议《自动喷水灭火系统第2部分：湿式报警阀、延迟器、水力警铃（GB 5135.2—2003）》［3］产品标准与《自动喷水灭火系统设计规范（GB 50084—2017）》［1］中系统控制方式要求的产品相匹配。