自動噴水滅火系統供水管網若干問題探討

劉江凌

(廈門合道工程設計集團有限公司 福建廈門 361004)

引 言

消防給水是由消防水源和供水管網組成的向水滅火設施供水的給水系統[1]。如果將消防給水工程比喻為人體，供水管網則如同血管一般，擔負著輸送消防用水的重任，是消防給水系統的主要組成部分。

給水管網的形式分為枝狀和環狀。《消防給水及消火栓系統技術規范》(以下簡稱“消規”)[2]第8.1.2條對環狀管網的應用場合作了規定，多數情況下應選用環狀管網。另外，“消規”第8.1.6條、《高層民用建筑設計防火規范》(以下簡稱“原高規”)[3]第7.4.4條、《建筑設計防火規范》(以下簡稱“原建規”)[4]第8.4.2.6條款，對室內消火栓系統環網的技術要求作了規定。但對自動噴水滅火系統(以下簡稱噴淋系統)環網的技術要求，除《自動噴水滅火系統設計規范》(以下簡稱“噴規”)[5]第10.1.4條外，現行規范未進一步做出更具體的規定(如環網閥門設置等)。

本文結合相關規范要求，針對自動噴淋供水管網的若干問題進行探討，就噴淋環網的組成形式以及閥門設置提出幾點個人建議。

1 環狀管網的優點

在上述有關環網的規范條文解釋中，無一例外地均闡述了采用環狀管網的主要考慮因素——可靠性高。枝狀管網正常工況下為單向供水，故障檢修時，關閉的閥門下游將全面停水;環狀管網正常工況下為雙向供水，并通過合理的環網閥門設置，可將故障時關停的管段限制在局部，剩余的管網仍保持有單向供水能力。枝狀管網的特點是串聯，環狀管網的特點是并聯，下面通過簡單的概率學公式分析和試算，進一步比較二者的供水保證率。

串聯。假設系統有N個環節，其中某個環節正常工作的概率是Pi，則系統正常工作的概率為:

由于Pi＜1.0，故N越大P越小，即串聯的環節越多，系統正常工作的概率越低;當Pi=0，則P=0，即當串聯環節中某個環節失效，則系統失效(故障關閉的檢修閥下游失效)。

并聯。以消防泵為例，假設單臺泵的正常工作保證率是0.8，故障率0.2。采用不同的臺數并聯工作時，系統保證率對比如下(表1)。

表1 并聯工況系統保證率對比

從表1可以看出，并聯設備數量的增加，有利于提高系統保證率，缺點是工程投入增加。

噴淋環網上各系統組件(消防泵出水管、水泵接合器接管、高位水箱出水管、報警閥組等)，應以并聯的方式接入環網，盡量避免采用串聯的方式。

2 噴淋系統管網的形式特點

噴淋系統設有報警閥，室內消火栓系統一般情況下不設報警閥，這是二者的主要不同之處。噴淋系統管網以報警閥為界，一般稱其上游管網為供水管網，下游管網為配水管網。

供水管網可分為枝狀和環狀，“消規”和“噴規”對環網的要求，系指供水管網。配水管網雖然也可分為枝狀和環狀，但一般僅為水流指示器下游才設成環狀，報警閥組至水流指示器的管段仍為枝狀。其主要原因之一，是受報警閥和水流指示器的靈敏度限制，二者的報警性能參數詳見下表。

表2 濕式報警閥組和水流指示器的報警性能參數

即當報警閥通過的流量達到60L/min及以上，閥組便連續報警;當該流量在0～15L/min范圍，閥組便不報警。如果報警閥通過的流量在15～60L/min之間，閥組可能報警，也可能不報警[6]。水流指示器類同，但靈敏度較高。若采用兩組報警閥向同一配水管網供水，在一個標準噴頭動作出流量下(工作壓力0.10MPa時流量80L/min)，有可能每組報警閥通過的流量均小于60L/min，無法正常報警。因此，受限于目前的設備技術精度，配水管網只能從一組報警閥出口獲得水源，并不是嚴格意義上的環網。環狀配水管網主要利用的是環網的水力條件優勢，使系統布水更均勻，同時經濟性也較好。

噴淋環網的技術要求，僅針對供水管網，配水管網本質上為枝狀。

3 其他規范條文的借鑒

如前所述，采用并聯方式有利于提高系統保證率。縱觀“消規”條文，其中對兩路市政水源的要求(第4.2.2條)、對消防水泵吸水管和出水管的要求(第5.1.13條)等，均隱含著一用一備的理念，甚至第6.2.4.3條款中對供水分區減壓閥組數量的要求，已經達到了一用三備的程度。并聯的理念，也理應作為噴淋環網技術措施的指導思想之一。

“原高規”第7.4.1條條文解釋，提出了對室內消火栓系統環網的技術要求:必須保證供水干管和每條消防豎管都能做到雙向供水。噴淋系統供水環網也應滿足雙向供水的基本要求。

“噴規”第6.2.3條規定了一個報警閥組控制的噴頭數量:濕式、預作用系統不宜超過800只;干式系統不宜超過500只。一是為了保證維修時，系統的關停部分不致過大;二是為了提高系統的可靠性。除了控制接入同一組報警閥的噴頭數外，供水環網上閥門的設置也是影響檢修時關停范圍大小的因素。環網閥門的設置，應做到能將各組報警閥分隔開來，在某段環網關停時，僅關閉一組報警閥，如此方能真正將“噴規”第6.2.3條落到實處。另外，多組報警閥成列布置時，間距較近(一般為1.5m)，設在兩報警閥之間的環網閥，基本等效于N－1設閥原則，已可替代報警閥入口的控制閥。

4 圖示對比分析

(圖 1)取自“噴規”第10.1.4條條文解釋里的圖示。供水管網閉合成環，水泵一用一備并聯接入環網，并于節點處按N－1原則設閥。其中，筆者認為原圖環網分段閥的設置略有不妥之處，當兩個閥B之間的環網故障檢修時，所有報警閥將全部關停。宜在A點增設閥門，并可同時取消閥B與閥C，當某組報警閥需要關閉檢修時，可關閉環網段上與故障點相鄰的閥門(替代原閥C)，雖有一段環網檢修關停，但剩余給水系統仍處于準工作狀態，關停的報警閥數量僅為一組。而且，閥門改置后，數量反而減少了三個，不存在閥門數量過多之虞(一種觀點認為閥門本身的故障率比管道高，設置過多反而不利于系統的供水可靠性)。

圖1 環狀供水示意圖

(圖1)中未表達屋頂水箱、水泵接合器、泄壓閥等系統組件，比較完整的噴淋系統圖示詳見(圖2，圖3)，可以適用于工程設計中較常見的住宅小區地下車庫噴淋系統。相比之下，筆者認為(圖3)更優于(圖2)，分以下三點討論:

(1)圖2的供水管網不是嚴格意義上的環網，充其量僅為一條橫干管。兩路水泵出水管向橫干管供水，正常工況時，各報警閥似乎均能從干管兩個方向獲得水源。但其實不然，水泵為一用一備，工作泵運行時，每個報警閥僅能從干管一個方向獲得水源，備用泵運行時，方能從另一個方向獲得水源，兩個方向的水源來自不同的供水工況。(圖3)供水管網閉合成環(水平環網)，任一路水源均能對各報警閥組雙向供水，符合“原高規”第7.4.1條條文解釋。

圖2 典型住宅車庫自動噴淋系統示意圖A

(2)圖2各系統組件之間為串聯關系，保證率低。如a點檢修時需關閉環網閥F1，F2，并關停相鄰報警閥B1，B2，且此時報警閥 B3，B4 將無法得到來自水泵P1、屋頂水箱和水泵接合器的供水。圖3各系統組件均以并聯方式接入環網，并通過設置分段閥，能夠做到檢修時互不影響。

(3)“消規”第5.4.4條規定:臨時高壓消防給水系統向多棟建筑供水時，消防水泵接合器應在每座建筑附近就近設置。在“消規”之前，各規范均無類似規定，暗示了水泵接合器集中一處設置是比較不可取的做法。當報警閥、水泵接合器等環網主要組件位置都較集中時，噴淋系統供水管網大多局促在消防泵房附近區域，如圖2。比較來看，圖3的好處有兩點:①水泵接合器分散布置，滿足“消規”要求，且接合器支管管路短，分別接入不同的環網管段，相互之間為并聯關系，保證率更高;②報警閥組相對集中設置(分設三處)，用長距離的供水環網替代了同樣長距離的報警閥后枝狀配水管網，發揮了環網的水力條件優勢，正常工況下配水更均勻。換個角度思考，水泵接合器需按現行規范要求分散布置，要么仍將環網局促在泵房附近并拉長水泵接合器接管，要么擴大環網范圍，當選擇后者時報警閥分散設置也即成了舉手之勞。滿足規范的同時又能獲得更好的水力條件，筆者認為理應選擇后者。

圖3 典型住宅車庫自動噴淋系統示意圖A

上述分析中多處提及環網閥門的設置問題。“噴規”第6.2.7條規定:“連接報警閥進出口的控制閥應采用信號閥。當不采用信號閥時，控制閥應設鎖定閥位的鎖具。”本條為強制性條文，對取代報警閥進口控制閥(圖1閥C)的2個環網閥(圖1閥A)，是否應采用信號閥的問題，業內存在不同看法。下面將就此問題展開討論，談一談個人的理解和觀點。

5 關于信號閥的選用部位

首先單從字面上理解，筆者認為規范條文中所指的“連接報警閥進出口的控制閥”，系針對(圖1)中閥C而言，而非閥A所在的環網閥。

其次，結合信號閥的動作原理。信號閥是在閥門的動作機構上加裝閥位監視裝置和信號遠傳裝置。能在閥門從全開到關閉過程中，從輸出“通”信號轉換為輸出“斷”信號，要求轉換點的流量不應低于全開流量的80%，通常在閥門全開時，電接點斷開，無信號輸出時，表示閥位全開。當閥門向關閉方向轉動達到全行程的1/4～1/5時，信號開關觸點閉合，發出“斷”信號報警。所以信號閥是監視非全開的閥位。蝶閥、明桿闡閥常作為信號閥[7]。

如上所述，信號閥在閥門開啟度為80%時須輸出報警信號，也就是在有關閉傾向，但開啟度仍較大時就輸出報警信號，偏于保守，同時也意味著誤報的可能性大。(圖1)中閥C所在位置已處于枝狀管段，單向供水，一個閥誤關就將危及下游系統安全，十分有必要提高保證率，采取保守措施并不為過。而閥A位于雙向供水的環網段，一個閥誤關，管網由環狀變為枝狀，仍保持有單向供水能力，需兩個閥同時誤關才致危及系統安全性。相比之下，環網分段閥采用信號閥的必要性更弱一些。

另外，“噴規”第6.3.3條也規定了水流指示器入口前的控制閥應采用信號閥。兩條條文規定的三處閥門的共同點，是均位于配水管網上，配水管網均為枝狀，每一個閥門均控制著的下游全部配水管網，為提高系統可靠性而要求采用信號閥。從這個角度分析，以管網的單、雙向供水條件為判定原則，在枝狀的配水管網上采用信號閥、在環狀的供水管網上不采用信號閥，也與規范的精神相契合。

綜合考量，筆者認為環網分段閥可不采用信號閥，但應根據規范設置鎖定閥位的鎖具;鑒于配水管網的枝狀屬性，除前、末端泄水閥外，水流指示器后的配水管網不應再設置閥門，當必須設置時(如穿越人防圍護結構處的抗爆波闡閥)，均需采用信號閥。

6 結語

(1)向兩個及以上報警閥控制的自動水滅火系統供水時，供水管網應設置成環狀。配水管網均視為枝狀。

(2)環網應閉合成環(水平或垂直)，其他系統組件接管宜以并聯方式各自接入環網。

(3)環網閥門的設置，應能將并聯接入環網的系統組件分隔開來，檢修關停時互不影響，重要節點處宜按N－1原則設閥。

(4)向多棟建筑供水時，宜結合水泵接合器分散布置的要求，將報警閥分開若干點位，相對集中設置。

(5)供水管網上的環網分段閥可不采用信號閥，但應設鎖定閥位的鎖具;配水管網上設置的控制閥門均應采用信號閥(前、末端泄水閥除外)。

以上是本人對噴淋環網的粗淺理解，不當之處還請各位同仁指正。

[1]黃曉家.消防給水及消火栓系統工程技術與發展[J].給水排水，2010，36(08):1 －5.

[2]GB50974－2014，消防給水及消火栓系統技術規范[S].

[3]GB50045－95，高層民用建筑設計防火規范(2005年版)[S].

[4]GB50016－2006，建筑設計防火規范[S].

[5]GB50084－2001，自動噴水滅火系統設計規范(2005年版)[S].

[6]黃曉家，姜文源.自動噴水滅火系統設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，2002.

[7]李悅，余威，李念慈.水滅火系統詳解[M].北京:中國建筑工業出版社，2014.