提要 自动喷水灭火系统消防水箱的功能主要是启动系统和准工作状态时提供检测系统组件对水量水压的需要。应根据系统的不同型式,对水箱功能的不同要求,合理确定消防水箱的设置高度。
关键词 自动喷水灭火系统 消防水箱 功能 设置高度
1 对规范相关条文的理解
自动喷水灭火系统(以下简称喷水系统) 的消防水箱是系统中供水设施的重要组成部分。它的主要作用是喷水系统在初始阶段(或检修之后) 向系统充水,当处于准工作状态时补充管道中水的渗漏量,火灾发生后保证及时启动喷水系统并进行控火或灭火。
消防水箱设计的主要工作是确定它的有效贮存容积和设置高度。《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084- 2001) (以下简称“喷规”) 第10.3.1条对此问题作了强制性规定:“采用临时高压给水系统的自动喷水灭火系统,应设高位消防水箱,其储水量应符合现行有关国家标准的规定。消防水箱供水,应满足系统最不利点处喷头最低工作压力和喷水强度。”条文的前一句话指出什么情况设置消防水箱和它的有效容积,后一句话规定了消防水箱的设置高度,即供水时在克服系统的阻力损失后满足最低工作压力和喷水强度。水箱高度的规定是新增内容,由于对它的理解各不相同,加之实施十分困难,因而反响强烈,意见较多。究其原因,笔者认为有以下几方面问题:
(1) 过多地强调了高位水箱在火灾初期的控火灭火作用,为达此目的规定了“应满足系统最不利点处喷头最低工作压力和喷水强度”的要求。这里的喷水强度是灭火需要的强度,还是喷头最低工作压力的喷水强度? 规范条文和条文说明均不明确,给设计带来困难。
(2) 规范条文取消了2001 版发布实施前当水箱高度不够而经常采用并行之有效的水箱O气压给水(或稳压泵) 增压供水方式。只规定建筑高度不超过24 m ,并按轻、中危险级设置湿式、干式、预作用系统时,如设置高位消防水箱有困难,采用5 L/ s 流量的气压给水设备供给10 min 初期用水量(这样的规定是否可行将另文进行探讨) 。
(3) 水箱高度的要求忽视了对于不同型式的喷水系统,不同种类的喷头存在不同的功能需要。
(4) 消防水箱在喷水系统中的作用主要是启动系统,还是控火或灭火。
下面分别对这些问题进行综合分析,并提出对规范条文的修改建议。
2 启动喷水系统是消防水箱的主要功能
根据火灾负荷、室内空间条件、人员密集程度以及疏散难易和外部增援情况等条件划分设置场所的火灾危险等级,以此选择喷水系统的型式。不同的火灾危险等级有不同的喷水强度和作用面积,这是喷水系统能够高效灭火的关键所在。为满足喷水强度的要求需采用不同种类的喷头,并按一定的间距布置在设置场所。我们用湿式系统来进行分析,按照喷规的要求,在喷头以正方形布置时,对不同危险等级和不同种类喷头计算出有关数据列于表1 中。
2.1 消防水箱灭火功能的分析从表1 我们可以看出:
(1) 在轻、中危险级场所采用标准喷头(流量系数K = 80 ,喷头作用水头0.1 MPa ,当采用不同间距布置喷头能够满足设计喷水强度4 ,6 ,8 L/ (min·m2) 的要求。
(2) 在严重危险I 级(仓库危险I 级) 若采用标准喷头并保持0.1 MPa 的工作压力,则喷头间距为2.6 m。一只喷头的保护面积减小到6.75 m2 。在作用面积260 (200) m2 内,大致要布置39 (30) 只喷头,这显然是不经济的。如果改为大口径喷头( K =115 ,工作压力0.1 MPa) ,在严重危险I级的作用面积内只需布置27只喷头,仓库危险I级布置21只喷头就可以了,分别减少了12 只和9 只喷头。
(3) 对于严重危险Ⅱ级和仓库危险Ⅱ级若要继续采用标准喷头,则必须提高喷头的工作压力到0.2 MPa ,增加喷水量来满足12 L/ (min·m2) 喷水强度的需要。若继续维持0.1MPa 的工作压力不变,则喷头间距将小于2.4 m。间距过密将会影响相邻喷头的打开, 对灭火是不利的。因此,“喷规”第7.1.2 条规定,间距不宜小于2.4 m(强制性条文) 。即使采用大口径喷头,它的工作压力也需要采用0.15 MPa。
(4) 对于仓库危险Ⅲ级要满足喷水强度20 L/(min·m2) 的要求,采用标准喷头时工作压力要提高到0.3 MPa,采用超大口径喷头工作压力也需要0.15 MPa 才行。
从上述数据可以看出,对于不同危险等级的设置场所应选用不同种类的喷头,它们的工作压力也是不同的。“喷规”第5.0.1 和5.0.5条对喷水强度、作用面积和喷头的工作压力进行强制性规定是正确的。要让作用面积内的喷头按规定的强度在1 h内持续不断地喷水灭火只能依靠消防泵供水来实现。从表1 我们还可以看出,当(利用消防水箱供水) 喷头工作压力为0.05 MPa 时,其喷水强度比规定要求分别降低了30 %～60 % ,这样的喷水强度进行灭火显然是十分不可靠的。如果要达到规定的喷水强度则必须减小喷头间距,增加作用面积内的喷头数量。轻危险级喷头间距3.7 m,中危险I 级3 m,中危险Ⅱ级减小到2.6 m ,严重危险级和仓库危险级喷头间距则减小到2.4 m以下,此办法已不可行。为了强调消防水箱的灭火功能而减小喷头间距增加喷头数量的作法是不可取的,而增大水箱设置高度来实现喷水强度的办法在工程中难以实现。
2.2 消防水箱启动功能的分析对于喷水系统启动的功能要求,我们仍然以应用最为广泛的湿式系统为例来进行分析。喷头的打开由火场温度决定,与水压、水量有关的主要是水流指示器和湿式报警阀组(含水力警铃和压力开关)。
公安部标准GA32 - 92《自动喷水灭火系统水流指示器的性能要求和试验方法》中第5.8.1 条灵敏度要求规定,当试验压力在0.14～1.2MPa时:流量小于等于15 L/ min 时,水流指示器不应报警;报警流量应该是在15 L/ min 到37.5 L/ min 间的任意值,到37.5 L/ min 时,必须报警;报警流量不应大于37.5 L/ min。
从产品标准的要求来看:消防水箱供水,最不利喷头打开,当其工作压力为0.05 MPa 时,标准喷头的流量为56 L/ min,能够满足水流指示器工作流量的要求,但工作压力能否满足要求就难以保证了。
国家标准GB797 - 89《自动喷水灭火系统湿式报警阀的性能要求和试验方法》中对报警阀的功能要求规定如下:
4.14.2 带有附件的湿式报警阀,在进口压力分别为0.14 ,0.7 ,1.2 MPa ,系统侧相应以60 ,80 ,170L/ min 流量连续放水时,均应发出报警信号。
4.14.5 湿式报警阀进口压力为0.14 MPa ,阀的报警口或延迟器顶部压力不得小于0.05 MPa。
4.14.7 湿式报警阀工作压力在0.14 ～ 1.2MPa 之间,流速在6 m/ s 之内,不用调整应能准确工作。
从报警阀标准的要求来看,报警阀进行准确报警功能的进口压力为0.14 MPa ,流量为60 L/ min。而消防水箱供水,喷头工作压力为0.05 MPa 时打开喷水,系统中的流量和压力均不能使报警阀可靠工作,启动系统的作用不能100%的得到保证。
2.3 结论与建议
从上述分析我们可以得出这样的结论:对于湿式系统而言,消防水箱供水在满足系统最不利点处喷头最低工作压力的喷水强度时,既不能有效灭火,也不能可靠地启动系统。
如果要使消防水箱供水满足灭火和启动湿式系统的功能,对于轻、中危险级水箱高度应设置在最不利喷头位置15 m以上,采用大口径喷头的严重危险Ⅱ级和采用超大口径喷头的仓库Ⅲ级场所则应在20 m以上,这样的高度除极个别有条件的工程外,绝大多数工程是不能实现的。因此,对消防水箱的作用应将启动系统放在首位,灭火和控火放在第二位。消防水箱与增压设施共同工作是解决此问题的有效途径,这种做法也为以往众多工程所运用,有的工程还经过有效灭火的实践考验。希望规范修编时能将其规定进去,使喷水系统中消防水箱的设置更具合理性和可行性。
3 消防水箱设置高度的确定
喷水系统的设计应根据设置场所的不同情况选择系统型式。消防水箱在不同型式的喷水系统的功能不同,因而它的有效容积和设置高度必然不同。本节仅探讨消防水箱的设置高度,对它的有效容积暂不涉及。
3.1 湿式系统
湿式系统是准工作状态时管道内充满用于启动系统的有压水的闭式系统(“喷规”第2.1.2 条1款) ,见图1 。
消防水箱在此系统中的功能是提供启动系统的水压水量。此水压的最低要求是最不利喷头打开喷水时,系统中的湿式报警阀组进口处压力≥0.14 MPa ,图1 湿式系统示意流量≥60 L/ min。在此条件下,报警阀组延迟器顶部出口的压力不低于0.05 MPa,设置在这里的压力开关的最小动作压力为0.02 MPa ,因而能及时启动消防泵向火场持续不断地供水灭火。
消防水箱设置高度H 按式(1) 进行计算:
，自动喷水灭火系统消防水箱的功能分析