消防给水系统中压力开关及流量开关信号的设置探讨

文/张栋 湖南省建筑设计院有限公司 湖南长沙 410012

《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014，以下简称“消水规”），第11.0.4条规定“消防水泵应由消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关，或报警阀压力开关等开关信号应能直接自动启动消防水泵。”规范仅对消防水泵联动系统中的自动启动信号的设置提出了原则性要求，对具体的设置方式和设计参数未作明确规定。

1、压力开关和流量开关的设置方式

关于消防给水系统需要同时设置几个自动启泵信号，“消水规”中并没有给出具体规定，在工程设计和施工图审查中存在不小的争议，笔者认为，为保证消防系统的可靠性，对于消火箱系统，应设置2个且采集不同数据的自动启泵信号，其中一个动作既能自动启动消防主泵。

对于自动喷水灭火系统，国家标准图集《消防给水及消火栓系统技术规范》图示（15S909，以下简称“图示”）第11.0.4图示“自动喷水灭火系统报警阀的压力开关可取代本图中的压力开关和流量开关”，笔者认为自动喷水灭火系统有着极高的控灭火效率，是目前公认的最佳灭火方式，应该要求比室内消火栓系统有更强的动作可靠性，故自动喷水灭火系统，除报警阀上的压力开关外，喷淋泵出水主干管上的压力开关和高位消防水箱出水管上的流量开关信号均能自动启动喷淋泵很有必要。《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-2013）第4.2.1条第一款：对自动喷水灭火系统的联动控制方式“应由湿式报警阀压力开关的动作信号作为触发信号，直接控制启动喷淋消防泵”，报警规范是1个自动启泵信号，所以消防给水系统设计师需在工程设计中将流量开关亦作为自动启泵信号要求，提资于火灾自动报警设计师。

压力开关和流量开关的设置位置，如下图所示：

2、压力开关和流量开关的动作参数设定

关于压力开关的参数设置在“消水规”和“图示”中分别有明确规定和说明，但均未对流量开关的动作参数作明确规定或说明。对设计工作者造成一定的困扰，笔者经咨询我市部分审图专家，关于流量开关的动作参数，各设计公司的参数不尽相同，甚至部分图纸不对流量开关的动作参数做任何说明。笔者认为流量开关应在设计图纸明确其动作参数值，下面就流量的动作参数做相关探讨：

2.1 室内消火栓给水系统

（1）消火栓系统中无稳压泵时，以高层住宅、二类高层公共建筑、多层建筑为例，“消水规”中规定该类建筑“高位消防水箱的最低有效水位应满足水灭火设施最不利点处的静水压力不应低于0.07MPa”，按此规定，最不利消火栓栓口处在准工作状态下的静水压力≥0.085 MPa（注：高位消防水箱在准工作状态下应为正常水位，正常水位暂按高于最低有效水位1.5m考虑），火灾时需动用且仅动用最不利消火栓灭火时，此时消防主泵未启动，该消火栓由高位消防水箱直接供水。

根据水箱的长管出流水力计算：以消火栓栓口断面2-2作为基准面，在水箱中距管路进口某一距离处取断面1-1，该处合乎渐变流条件，对断面1-1和断面2-2建立伯努利方程

式中：H——高位消防水箱正常水位与最不利消火栓栓口的高差，一般≥8.5m

hw——管路水头损失，在一个消火栓动作时，管道内流速较小，管道沿程损失和局部水头损失均较小，根据管道系统大小，其值约为0.5～1.5(mH2O),

一般水箱截面积远大管道截面积， V1相对于 V2可以忽略不计。

式中：Hxh-- 消火栓栓口的水压(7mH2O)

hd--消防水带的水头损失(mH2 O)

Hq-- 水枪喷嘴造成一定长度的充实水柱所需水压(mH2 O)

Ad-- 水带的比阻

Ld-- 水带的长度(m)

qxh-- 水枪喷嘴射出流量(L/s)

B-水枪水流特性系数

Hsk-- 消火栓栓口水头损失，取(2mH2O)

经计算水枪喷嘴射出流量qxh为2.72～2.98

(L/s)

消防给水系统管网的泄漏量与管道材质、接口形式以及系统大小等因数有关，设计阶段管网泄漏量数据无法确，根据“消水规”，管网泄漏量按消防给水设计流量的1%～3%考虑，为0.5～1.2L/s。为保证火灾时，第一时间启动消火栓泵，又不使系统误报误动作，高位消防水箱出水管上的流量开关，应在流量达到2.5L/s时，发出启动消防主泵的信号。

（2）消火栓系统中设有稳压泵时，稳压泵的流量仅为管网补水，保证平时系统管网维持一定的水压。火灾时一个消火栓动作，管网压力突然下降，此时稳压泵的工作点会向水泵高效区的左端移动（即流量增大，扬程下降），但稳压泵出口压力任大于水箱静水压力，此时水箱重力流出水管可能不会有水流通过，故流量开关的的安装位置应为消防水箱重力出水管和稳压装置出口的汇集总管上，一般工程设计稳压泵额定工况流量范围值为1.1～1.5～2.0L/s。笔者认为不使系统误报误动作，流量开关在参数值应设置为3.0L/s，发出启动消防主泵的信号。

2.2 自动喷水灭火系统

“消水规”第5.2.2条第4款中规定 “自动喷水灭火系统等自动水灭火系统应根据喷头灭火需求压力确定，但最小不应小于0.10MPa”，按此规定，最不利喷头处在准工作状态下的静水压力≥0.115MPa（注：高位消防水箱在准工作状态下应为正常水位，正常水位暂按高于最低有效水位1.5m考虑），火灾时，最不利点出一个喷头动作喷水，此时消防主泵未启动，该喷头由高位消防水箱直接供水。

以喷头入口断面2-2作为基准面，在水箱中距管路进口某一距离处取断面1-1，该处合乎渐变流条件，对断面1-1和断面2-2建立伯努利方程：

式中：H——高位消防水箱正常水位与最不利喷头的高差，一般≥11.5m

hw——管路水头损失，在一个喷头动作时，配水主管管道内流速很小，配水主管损失可忽略不计，末端配水支管管路水头损失较大，其值约为2.0～4.0 (mH2O),一般水箱截面积远大管道截面积，v1相对于v2可以忽略不计。

根据《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084-2017) 喷头流量按下式计算：

式中：q -- 喷头处节点流量，L/min

P -- 喷头处水压MPa

K -- 喷头流量系数（取80）

则喷头流量为1.15～1.30(L/s)

自动喷水灭火系统相比消火栓系统，其管网大，接口多，故其管网泄漏量相对较大，很有可能超过一个喷头动作时的出水量，笔者认为在自喷喷水灭火系统中，保证火灾时，第一时间启动喷淋泵，又不使系统误报误动作，高位消防水箱出水管上的流量开关，其流量参数应由施工单位在系统水压试验时实测管网泄漏数据后现场设定，其值按管网实测泄漏量+1.0L/s确定。

结语：

关于压力开关和流量开关的动作次序，在无稳压泵的系统中，火灾初期，消防主泵未启动，由高位消防水箱供水，灭火设施动作数量少，系统出水量少，高位消防水箱水位下降幅度小，系统压力下降不明显，压力开关无法动作，此时流量开关第一时间动作，发出自动启泵信号，在流量开关故障时，火灾发生短时间内灭火设施动作数量增加，高位消防水箱出流量增大，水箱水位明显下降，压力开关动作，发出自动启泵信号，保障系统安全可靠。

在设有稳压泵的系统中，稳压泵的流量仅为管网补水，保证平时系统管网维持一定的水压。火灾时一个灭火设施动作，管网压力下降明显，此时压力开关较流量开关会第一时间响应，发出自动启泵信号，在压力开关故障时，流量开关信号既能及时启泵，保障系统安全可靠。