消防给水系统流量开关和压力开关设置探讨_周世兵.pdf

工程建设Engineering Construction第 55 卷第 2 期2023 年 2 月收稿日期:2022 03 21作者简介:周世兵(1984)，男，工程师，从事建筑给水排水设计及技术管理。消防给水系统流量开关和压力开关设置探讨周世兵(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海 200092)摘要:消防水泵由压力开关、流量开关的开关信号直接自动启动，因此研究压力开关、流量开关的设置尤为重要。本文对消防给水系统的流量开关和压力开关的设置位置、启动值计算、启动顺序等进行探讨，选取的设置位置能准确及时地反馈启动信号，启动值的计算方法应用简便，选取的启动值兼顾避免误启动的同时，又能在火灾时及时启动消防水泵，以期可为不同工况下流量开关和压力开关的设置提供参考。关键词:消防给水系统;流量开关;压力开关;启动值;启动顺序中图分类号:TU892文献标识码:A文章编号:1673 8993(2023)02 0056 05doi:10.13402/j.gcjs.2023.02.023Discussion on setting of flow switch and pressureswitch of fire water supply systemZHOU Shibing(Tongji Architectural Design(Group)Co.，Ltd.，Shanghai 200092，China)Abstract:The fire pump is directly and automatically started by the switch signal of pressure switch and flow switch，so it is particularly important to study the setting of pressure switch and flow switch.In this paper，the setting position，starting value calculation and starting sequence of the flow switch and pressure switch of the fire water supply systemare discussed，the selected setting position can accurately and timely feedback the start signal，and the calculationmethod of the start value is easy to apply.The selected starting value can avoid false start at the same time，and cantimely start the fire pump in case of fire，so as to provide references for the setting of flow switch and pressure switchunder different working conditions.Key words:fire water supply system;flow switch;pressure switch;starting value;boot sequence消防给水及消火栓系统技术规范(GB509742014)1(以下简称“消水规”)及 自动喷水灭火设计规范(GB 500842017)2(以下简称“喷规”)中对消防给水系统的压力开关和流量开关等开关信号自动启动消防水泵作了原则性的要求。近年来，已有不少学者对此进行了研究。朱柏荣3 对流量开关在不同工况下的启动值进行了计算，并建议了相应设定值的取值区间。刘宇峥4 对压力开关和流量开关的设置位置及启动值进行了分析和建议。陈民等5 对流量开关和压力开关的启动顺序进行了分析。赵世明6 对临时高压消防系统、高压消防系统、市政压力稳压的室外消防系统的流量开关和压力开关的设置进行了分析，并提出了设计中尤为需要关注的消防隐患。在现有的研究基础上，本文依据不同工况下的临时高压消防给水系统的自动启动理论共性，对其流量开关和压力开关的设置位置、启动值计算、启动顺序等进行综合分析，寻求较为简便的设置依据和计算方法，以期可为不同工况下流量开关和压力开关的设置提供参考。652023 年第 2 期周世兵:消防给水系统流量开关和压力开关设置探讨1流量开关设置1.1流量开关位置依据流量开关的工作原理及其在消防系统启动控制中的作用，对于流量开关位置的设置，应能检测到在初期灭火时消防系统所需的全部消防流量7。消防给水及消火栓系统技术规范图示(15S909)8(以下简称“消水规图示”)对流量开关的设置位置进行了更正，如图 1 所示。流量开关设置在稳压泵组或高位水箱的出水总管上，不仅能检测初期灭火的消防水量，还缩短了流量开关的动作时间，更有利于消防系统及时扑灭火灾。图 1流量开关设置位置示意1.2流量开关启动值“消水规”和“喷规”对流量开关启动值未明确规定。流量开关启动值须有一定取值范围，如设置过小，在补充管网漏损时容易误启动，设置过大又会导致主泵启动不及时进而错失灭火时机。因此，流量开关的启动流量下限值应不小于管网漏损值，上限值不大于初期灭火时消防系统所需的最低消防流量。管网漏损值是一个不确定值，无法精确计算，可按“消水规”以消防给水设计流量的 1%3%取值，且取值不小于 1 L/s。作为流量开关启动流量取值下限，管网漏损可取最小值 1 L/s。火灾初期，各消防系统所需的最低消防流量，以最少开启一只消火栓或一只喷头在准工作状态下的出流量，且应选择流量最小的最不利点处。最不利点的消防流量，与该点处在准工作状态下的压力、消火栓配置、喷头规格参数等相关。消火栓系统栓口压力和水枪喷嘴出流量计算公式如下9。Hxh=hd+Hq+Hsk=AdLdq2xh+q2xhB+Hsk(1)qxh=Hxh Hsk1B+AdLd(2)式中:Hxh为消火栓栓口的水压，m;Hd为消防水带的水头损失，m;Ad为水带的比阻，对于口径 65 mm 的衬胶水带，Ad取值为 0.001 72;Ld为水带长度(m)，规格为 25 m;qxh为水枪喷嘴射出流量，L/s;B 为水枪水流特性系数，常用水枪喷嘴口径的 B 取值如表 1 所示;Hsk为消火栓栓口水头损失，取值为 2 m。表 1水枪水流特性系数喷嘴直径/mmB 值130.346160.793191.577对于 Hxh的最小值取值，高位水箱稳压时可按“消水规”第 5.2.2 条取值，稳压泵稳压时可按“消水规”第 5.3.3 条取值，计算结果如表2 所示。其中，针对建筑高度21 m h27 m的住宅建筑，消火栓设计流量可为 2.5 L/s，宜配置当量喷嘴直径为 11 mm 或 13 mm 的消防水枪，高位水箱稳压时最不利点的净水压力不小于 0.07 MPa，计算结果均在表 2 中列出。喷淋系统喷头出流量，根据“喷规”第9.1.1 条公式计算:q=K10P(3)式中:q 为喷头流量，L/min;P 为喷头工作压力，MPa;K 为喷头流量系数。其中，K 值根据喷头的公称直径选取，并对公式两侧的单位进行转换。喷淋系统最不利点在准工作状态下的最小压力，“消水规”第 5.2.2 条为 0.10 MPa，“喷规”第 5.0.1 条为 0.05 MPa，计算时取值为0.10 MPa。K 值根据“喷规”第 6.1.1 条不同75工程建设第 55 卷第 2 期配置场所进行取值，取常用的 80、115 进行计算，便于参考，计算结果如表 3 所示。表 2消火栓系统最不利点消防流量计算稳压措施栓口压力/m水带比阻水带长度/m水流特性系数栓口水头损失/m水枪喷嘴出流量/(L s1)高位水箱70.001 72250.34621.3170.001 72250.79321.9670.001 72251.57722.72100.001 72251.57723.44150.001 72251.57724.38稳压泵组150.001 72250.34622.11150.001 72250.79323.16150.001 72251.57724.38表 3喷淋系统最不利点消防流量计算稳压措施最不利点最小压力/MPa流量系数喷头流量/(L s1)高位水箱0.10801.330.101151.92稳压泵组0.15801.630.151152.35为了弥补管网漏损时不被误启动，且在火灾时能够及时启动消防泵，流量开关的启动值应尽量取大值。实际工程中还需考虑消防水箱的具体安装高度或稳压泵启泵压力的选取值的影响。1.3管径对流量开关的影响“消水规”第12.2.8 条要求流量开关应能在管速为0.1 10 m/s 时可靠启动。流量开关设置点处管道管径的取值，对流量开关的启动存在影响。例如喷淋系统流量开关启动流量 1.5 L/s，当管道取值DN100 时，管速为0.17 m/s;当管径取值DN150 时，管速为0.08 m/s，低于流量开关启动值下限，流量开关无法启动。因此，在流量开关设置点处的管道管径设置参数对流量开关可靠启动的影响不容忽视 10。2压力开关设置2.1压力开关设置位置“消水规”对系统压力开关的设置位置有以下 3 种表述:1)第 11.0.4 条“水泵的出水干管”;2)第11.0.4 条文说明“消防水泵房的主干管道”;3)第 12.3.2 8 条“系统的总出水管”。如图 2 所示，3 个位置均可理解为“消水规”所约定的设置范围。其中:消防专用水泵选用及安装(一)(19S204 1)11 设置在位置b，“消水规图示”设置在位置 c。在位置 a 和位置 b 安装压力开关时，须设两只压力开关，且均要引入水泵控制系统，输出“或”的逻辑关系信号，位置 c 则只需设置 1 只压力开关。对于水泵控制系统，系统越简单控制效果越可靠，且更为经济12 13。因此建议压力开关设在水泵输水干管连接系统的环网附近，并尽量设于消防水泵房内，以便就近接入消防控制柜。图 2压力开关设置位置示意2.2压力开关启动值消防系统的压力开关平时处于高压段不启动，当火灾时系统压力下降到消防泵启动值时才会动作。消防泵启动值与系统稳压设施的类型和设置位置相关，可以分为由高位水箱稳压和稳压泵稳压两种类型。为便于计算和推论，将消防水泵房所在位置的地面相对标高设定为852023 年第 2 期周世兵:消防给水系统流量开关和压力开关设置探讨零点标高。(1)由高位水箱稳压时，压力开关处的压力值为P=0.01(H2 H1)(4)式中:P 为压力开关处的压力值，MPa;H1为压力开关的标高，m;H2为高位消防水箱有效水位的标高，m。其中，1 MPa 约为 100 m 水柱产生的压强，以 0.01 的系数对公式两侧的单位进行转换，下同。火灾时，高位水箱内水位逐渐下降，直至达到压力开关的动作值。下降值设定过小，压力开关易受水位波动影响引起误动作，过大会导致水泵延迟启动。如水箱尺寸为4 m 3 m，初期灭火时启动一只消火栓按 5 L/s 计，下降 0.5 m 时火灾已经延误了 20 min。一般建议下降值为 0.2 0.3 m 14。压力开关的动作值为P1=0.01(H2 H1)(0.002 0.003)(5)式中:P1为压力开关的动作值，MPa。(2)稳压泵稳压时，压力开关处在准工作状态下的压力值为P=Ps1+0.01(H3 H1)(6)式中:Ps1为稳压泵启泵压力，MPa;H3为稳压泵的标高，m。Ps1需同时满足在准工作状态下系统最不利点的静水压力大于 0.15 MPa，及压力开关处的压力值大于 P1，且增加值为 0.07 0.10 MPa。P1应能使消防水泵及时启动，取值下限应不小于屋顶消防水箱最大水位与压力开关的静水压力。Ps1的计算可为Ps1=max 0.15 0.01(H2 H4)，0.01(H2H3)+(0.07 0.10)(7)式中:H4为系统最不利点的标高，m。综合公式(6)、(7)，压力开关的动作值可表示为P1=Ps1+0.01(H2 H1)(0.07 0.10)(8)上述计算公式对稳压泵位于屋顶消防水箱间和位于消防泵房的情况均适用。当稳压泵位于高位消防水箱间时，启停压力在较小的取值范围，压力波动对系统启动值的影响较小，可取增加值的下限，同理稳压泵位于消防泵房时，可取增加值的上限。2.3启动顺序流量开关设置在稳压泵组或高位水箱的出水总管上，只要有一只消火栓或喷淋启用，消防流量即能达到流量开关的启动值范围，迅速启动消防主泵。而消防泵出水干管上的压力开关，在系统压力未将至启动值不会启动，启动时间滞后于流量开关15。因此，流量开关信号应作为启动消防主泵的优先信号。对于湿报阀组上的压力开关，其动作原理是靠阀前后的压差作用启动，灵敏度较高，应作为自动喷水灭火系统的优先启泵信号与流量开关形成“或”信号启动消防主泵，消防泵出水干管上可不另设压力开关。3工程实例上海某酒店项目为一栋建筑为 79.9 m 的高层建筑，地下一层设 100 m3消防水池，屋顶设36 m3消防水箱及消防稳压泵组，消火栓系统和喷淋系统均为临时高压系统。其中消火栓系统如图 3 所示。图 3消火栓系统示意由图 3 可知:该消火栓系统由位于屋顶的稳压泵组稳压，流量开关设于稳压泵组的出水95工程建设第 55 卷第 2 期总管上。消防水泵位于地下一层，压力开关于消火栓供水环管上，并靠近消防水泵房。不同H 的定义与 3.2 节相关 H 的定义相同。该项目消火栓口径为 DN65，水带为内衬胶材质，水枪喷嘴口径为 19 mm，由表 1 可知:消火栓系统流量开关的启动值上限为 4.38 L/s。喷淋系统最不利点喷头流量系数为80，由表 2 可知喷淋系统流量开关的启动值上限为 1.63 L/s。考虑稳压泵停泵压力设计值为 0.18 MPa 的影响，流量开关的启动值上限:消火栓系统调整为4.83 L/s，喷淋系统调整为 1.79 L/s。经酒店管理公司、审图公司、消防审核部门的认可，流量开关的启动设定值消火栓系统为 4 L/s，喷淋系统为1.5 L/s。图 3 中 H1 H4分 别 为 3.50、86.90、85.20、85.20、82.50 m。由公式(7)可得 Ps10.11 MPa，工程消防泵停泵压力设计值 Ps1为0.18 MPa，满足规范要求。将 0.18 MPa 带入公式(8)，可得 P1为 0.935 MPa，即消火栓系统压力开关的启动设定值为0.935 MPa。对于喷淋系统，H4为 83.90 m，其他数值与计算过程与消火栓系统一致，最终得出 P1为 0.935 MPa。由推论可以看出式(8)进行设计时所体现出的便捷，计算结果的影响因素也一目了然，为流量开关和压力开关的启动设定值的确定提供脉络清晰的理论依据。该工程消火栓系统流量开关和系统压力开关的启动信号均能启动消防主泵。喷淋系统上虽设有压力开关，但主要依靠流量开关和湿报阀组的压力开关的启动信号启动消防主泵。4结语本文依据不同工况下的临时高压消防给水系统自动启动理论共性，对其流量开关和压力开关的设置位置、启动值计算、启动顺序等进行综合分析。流量开关设置在稳压泵组或高位水箱的出水总管上，压力开关设在水泵输水干管连接系统的环网附近，并尽量设于消防水泵房内较为合理和安全。不同工况下流量开关和压力开关启动值的计算方法应用简便，选取的启动值既能避免系统误启动，又能在火灾时及时启动消防水泵。根据信号启动灵敏程度确定不同信号的优先启动顺序。参考文献:1消防给水及消火栓系统技术规范:GB 509742014S.北京:中国计划出版社，2014.2自动喷水灭火系统设计规范:GB 500842017S.北京:中国计划出版社，2017.3朱伯荣.临时高压消防给水系统流量开关启动流量设定取值探讨J.给水排水，2016，52(5):141 144.4刘宇峥.低压压力开关和流量开关设置探讨J.消防科学与技术，2016，35(11):1572 1574.5陈民，张科杰.消火栓系统流量开关和压力开关启动顺序探讨 J.给水排水，2016，52(S1):215 217.6赵世明.消防给水临时高压系统的启泵控制分析J.给水排水，2018，54(1):102 106.7易培萍.基于对建筑室内消火栓系统流量开关流量设置值的探讨J.江西建材，2016(22):48;52.8中国建筑标准设计研究院.消防给水及消火栓系统技术规范图示M.北京:中国计划出版社，2015.9住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院.全国民用工程设计技术措施:给水排水(2009年版)M.北京:中国计划出版社，2009.10 王珂.临时高压消防给水系统设计及运行参数探究J.广西城镇建设，2021(5):65 67;75.11 消防专用水泵选用及安装(一):19S204 1S.北京:中国计划出版社，2020.12 廖楷.消防给水系统水泵自动启动控制探讨J.给水排水，2017，53(2):143 144.13 王帅.建筑消防水系统设计落实新消规问题探讨J.给水排水，2016，52(S1):339 343.14 郝秦峰.浅析 GB509742014 中消防水泵的自动启动 J.给水排水，2015，51(6):123 128.15 相坤，华高英，宋云龙，等.浅析消火栓系统的自动启动 J.消防技术与产品信息，2016(10):3 5.06