消防給水系統(tǒng)常見問題分析

  以2014 年頒布的GB 50974－2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》為依據(jù)，對(duì)其中新增加一些重點(diǎn)條款以及容易引起疑問的條款進(jìn)行了分析探討，供消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)同行參考。

1  消防水池有效容積即最低水位的確定

       一直以來，某些同行在消防水池有效容積的計(jì)算上都存有疑問，當(dāng)消防水池占地面積確定的情況下，其有效容積僅與有效水深有關(guān)。有效水深即消防水池最高水位和最低水位間的高差，可見最低與最高水位的確定就是解決這個(gè)問題的關(guān)鍵?！断?guī)》第4.3.9條要求消防水池的出水管應(yīng)保證消防水池的有效容積能被全部利用;第5.1.12條要求消防水泵應(yīng)采取自灌吸水［1］。這兩款條文中雖然都未直接提及最低水位，但實(shí)際上都對(duì)其做出了強(qiáng)制要求。

      (1)  消防水泵要求自灌吸水，也就是要求消防水池中的存水至少在高度上高于水泵所在的位置，同時(shí)還要求有效存水能被全部利用，顯而易見，只有能夠自灌的那部分水才能確保被全部利用。換句話說，同時(shí)滿足上述兩款條文中的最低要求的水位，就是消防水池的最低水位，即能夠達(dá)到最小自灌吸水要求的水位。自灌吸水的最基本要求是水能夠在重力作用下自由流到水泵的第一級(jí)葉輪處并淹沒葉輪。所以從理論上講消防水池的最低水位的高度應(yīng)略高于水泵第一級(jí)葉輪，在具體的設(shè)計(jì)中，水泵葉輪的高度往往不易直接確定，但水泵第一級(jí)葉輪的位置必然低于水泵吸水口上緣，所以我們通?？梢杂盟梦?口)的頂標(biāo)高近似確定為消防水池的最低水［2］。

      (2)  上述的自灌吸水水位并不是自灌啟泵水位，這兩個(gè)水位的參照控制點(diǎn)不同，自灌吸水的參照控制點(diǎn)是水泵的第一級(jí)葉輪，而自灌啟泵是水泵能夠在自灌條件下完成正常排氣、吸水并最終達(dá)到正常轉(zhuǎn)速的啟泵方式，其控制點(diǎn)是水泵處的排氣孔。只有當(dāng)消防水池內(nèi)存水的水位高于泵殼頂部的放氣孔(臥式水泵)或出水法蘭頂部的放氣孔(填料密封立式水泵)或泵體上部機(jī)械密封壓蓋端部放氣孔(機(jī)械密封立式水泵)時(shí)，水泵才能確保自灌啟動(dòng)。所以自灌啟泵水位實(shí)際上控制的是消防水池的最高水位的下限，而不是最低水位。

      (3)《消水規(guī)》第5.1.13條款做出了對(duì)消防水泵吸水口淹沒深度的規(guī)定，一方面是在確定了最低水位的前提下對(duì)消防水池的吸水槽深度提出相關(guān)要求，同時(shí)也進(jìn)一步確保了消防水泵能夠自灌吸水。

2  消防水泵自動(dòng)啟動(dòng)控制點(diǎn)處控制值的選取

      《消水規(guī)》第11.0.1中規(guī)定:消防水泵控制柜在平時(shí)應(yīng)使消防水泵處于自動(dòng)啟動(dòng)狀態(tài)［1］。所謂自動(dòng)啟泵就是在無需人工確認(rèn)的情況下，系統(tǒng)直接自動(dòng)開啟消防水泵，又稱自動(dòng)直啟。對(duì)于系統(tǒng)處于什么狀態(tài)時(shí)即達(dá)到了自動(dòng)直啟的充分條件，《消水規(guī)》第11.0.4也提出明確規(guī)定:消防水泵應(yīng)由消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)，或報(bào)警閥壓力開關(guān)等開關(guān)信號(hào)直接自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵。

      以一個(gè)由消防水泵、高位水箱、穩(wěn)壓設(shè)備以及末端消火栓等設(shè)施組成的臨時(shí)高壓消火栓系統(tǒng)為例。根據(jù)要求應(yīng)有消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)和高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)兩種方式直接啟泵。所以只有正確選取壓力值P開和水量值Q開，才能保證系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)及時(shí)啟動(dòng)消防水泵或者無火災(zāi)時(shí)不發(fā)生誤啟泵。平時(shí)系統(tǒng)中的壓力主要由穩(wěn)壓設(shè)備和屋頂消防水箱維持，所以P開的確定與穩(wěn)壓泵揚(yáng)程的選取是分不開的。

      《消水規(guī)》第5.3.3中要求:穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)保持系統(tǒng)自動(dòng)啟泵壓力設(shè)置點(diǎn)處的壓力在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)大于系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)啟泵壓力值，且增加值宜為0.07～0.10MPa［1］。由前文我們知道，這個(gè)自動(dòng)啟泵壓力設(shè)置點(diǎn)就是消防水泵出水干管上的壓力開關(guān)處，穩(wěn)壓泵的準(zhǔn)工作狀態(tài)即無火災(zāi)時(shí)穩(wěn)壓泵在PS1和PS2兩個(gè)壓力點(diǎn)間的正常往復(fù)自動(dòng)啟停的狀態(tài)。根據(jù)消防氣壓水罐計(jì)算方法，我們可以通過系統(tǒng)最不利點(diǎn)處滅火壓力值P1求得消防水泵的啟泵壓力值P2，需要注意的是這個(gè)P2值是穩(wěn)壓泵處的消防水泵啟泵壓力，《消水規(guī)》最新要求的壓力信號(hào)采集點(diǎn)已經(jīng)不在穩(wěn)壓泵處，而是在消防水泵的出水干管壓力開關(guān)處，所以要通過穩(wěn)壓泵與壓力開關(guān)處的高差h求得P開，即P開=P2+h。
      當(dāng)穩(wěn)壓泵高度高于壓力開關(guān)時(shí)，h為正值;當(dāng)穩(wěn)壓泵高度低于壓力開關(guān)時(shí)，h為負(fù)值。同時(shí)，可以根據(jù)P2求得PS1和PS2以及穩(wěn)壓泵的揚(yáng)程P穩(wěn)，最終需要滿足PS1－P開≥0.07～0.10MPa的要求。

      系統(tǒng)中平時(shí)的漏損量也是由穩(wěn)壓設(shè)備和消防水箱負(fù)責(zé)補(bǔ)充，無火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消防水箱出水管內(nèi)的流量是很小的，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)中某處的第一個(gè)消火栓開啟，水箱出水管的流量迅速提高至Q開，此時(shí)消防水泵自動(dòng)直啟，間接確定火災(zāi)發(fā)生。顯而易見，Q開從數(shù)值上應(yīng)該大于系統(tǒng)平時(shí)的最大漏損量Q漏，或大于系統(tǒng)中一個(gè)消火栓的出水量Q栓，才能確認(rèn)系統(tǒng)出水量超出正常值。對(duì)于單體建筑來說，系統(tǒng)的最大漏損量Q漏一般不大于1L/s，而除建筑高度21m＜h≤27m的住宅Q栓=2.5L/s外，其余建筑的Q栓=5.0L/s。為了保證系統(tǒng)間接確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生的靈敏性，選取Q漏與Q栓之間的小者確定為Q開，即一般情況下Q開≥1L/s。當(dāng)系統(tǒng)管網(wǎng)十分龐大時(shí)(公眾號(hào):泵管家)，此數(shù)值還需詳細(xì)計(jì)算。自動(dòng)噴水系統(tǒng)及其它消防系統(tǒng)的啟泵壓力值P開與水量值Q開均可以通過上述的方式同理計(jì)算。

3  消防穩(wěn)壓設(shè)施的設(shè)置

      臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)中的消防水泵平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)報(bào)警系統(tǒng)確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生后發(fā)出指令，消防水泵才會(huì)開啟。由上面的討論我們可知，消防水泵從收到啟動(dòng)信號(hào)后至其達(dá)到正常轉(zhuǎn)速是需要一定的時(shí)間的，那么這個(gè)時(shí)間段內(nèi)必須要有相應(yīng)的措施來保證對(duì)初期火災(zāi)的控制，換句話說這個(gè)時(shí)間段內(nèi)不但要有水而且還要保證一定的水量和壓力才能實(shí)現(xiàn)對(duì)初期火災(zāi)較好的控制。規(guī)范中規(guī)定用來完成這項(xiàng)任務(wù)的設(shè)施就是高位消防水箱，其不但要儲(chǔ)存火災(zāi)初期的消防水量，還要滿足水滅火設(shè)施最不利點(diǎn)處的最小使用壓力，當(dāng)壓力不能滿足時(shí)，應(yīng)設(shè)置穩(wěn)壓泵及相應(yīng)的氣壓水罐［3］。

      《消水規(guī)》頒布后，細(xì)心的同行會(huì)發(fā)現(xiàn)很多變化。首先是原GB50016－2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中要求的儲(chǔ)存10min的消防水量的條文不見了;其次是原GB50045－95(2005年版)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中要求的穩(wěn)壓泵按不同系統(tǒng)確定的出水量(消火栓系統(tǒng)不大于5L/s，自噴系統(tǒng)不大于1L/s)不見了，以及氣壓水罐調(diào)節(jié)水量宜為450L的要求也不見了。這些變化給很多同行帶來了疑惑，對(duì)上述問題不知該怎么處理。

      仔細(xì)體會(huì)這其中的變化就能找到答案，規(guī)范的編制者在這些地方做出了如此明顯的調(diào)整，必然是刻意的。所以不必再糾結(jié)于原規(guī)范的條文，只需要遵循《消水規(guī)》的要求即可。對(duì)于消防穩(wěn)壓設(shè)施的設(shè)置，《消水規(guī)》進(jìn)行了兩個(gè)淡化，第一是對(duì)消防初期滅火時(shí)間的淡化，取消了10min的概念，氣壓水罐原來的450L的調(diào)節(jié)水量也是依據(jù)10min計(jì)算出來的，所以自然也就沒有相應(yīng)的條文了。高位消防水箱的有效容積僅需根據(jù)建筑的性質(zhì)及高度按照《消水規(guī)》第5.2.1條中要求選定即可。

第二個(gè)淡化的內(nèi)容是消防穩(wěn)壓設(shè)施對(duì)于初期消防水量的貢獻(xiàn)，首先是穩(wěn)壓泵的水量不再按照消防設(shè)施的用水量計(jì)算，而是根據(jù)系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量和系統(tǒng)必要的自動(dòng)啟動(dòng)流量來確定;其次氣壓水罐內(nèi)原先的存水主要由穩(wěn)壓水容積、緩沖水容積以及消防水容積三部分組成，既然取消了根據(jù)10min計(jì)算消防水容積的條文，也就是對(duì)消防水這部分容積就不再做過多的要求，而是僅要求氣壓水罐調(diào)節(jié)容積應(yīng)根據(jù)穩(wěn)壓泵啟泵次數(shù)不大于15次/h計(jì)算確定，且總有效儲(chǔ)水容積不宜小于150L。所以突出了氣壓水罐的主要作用是輔助穩(wěn)壓泵維持系統(tǒng)壓力以及保證初期火災(zāi)用水的水壓，而初期消防用水的水量還是由消防水箱來提供。

4  其他規(guī)定

      4.1  消火栓系統(tǒng)消防水泵揚(yáng)程的變化《消水規(guī)》第7.4.12.2中規(guī)定：高層建筑、廠房、庫房和室內(nèi)凈空高度超過8m的民用建筑等場所，消火栓栓口動(dòng)壓不應(yīng)小于0.35MPa，且消防水槍充實(shí)水柱應(yīng)按13m計(jì)算;其他場所，消火栓栓口動(dòng)壓不應(yīng)小于0.25MPa，且消防水槍充實(shí)水柱應(yīng)按10m計(jì)算。本條對(duì)于消火栓栓口處的動(dòng)壓做出了直接要求。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，我們知道，通過水力計(jì)算，當(dāng)栓口動(dòng)壓分別為0.16MPa和0.22MPa時(shí)即可以滿足消防水槍充實(shí)水柱分別達(dá)到10m和13m。故目前消火栓系統(tǒng)消防水泵的揚(yáng)程需要比以往計(jì)算值高出0.09～0.13MPa才能滿足《消水規(guī)》的要求。

      4.2  消防系統(tǒng)的工作壓力《消水規(guī)》第8.2.3中對(duì)于常高壓和臨時(shí)高壓消防系統(tǒng)的工作壓力做出了明確規(guī)定，所以不能簡單的認(rèn)為系統(tǒng)的工作壓力等同于消防水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程。例如采用穩(wěn)壓泵穩(wěn)壓的臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)的系統(tǒng)工作壓力，應(yīng)取消防水泵零流量時(shí)的壓力、消防水泵吸水口最大靜壓二者之和與穩(wěn)壓泵維持系統(tǒng)壓力時(shí)兩者其中的較大值。這個(gè)值有時(shí)會(huì)遠(yuǎn)大于消防水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程，正確的確定系統(tǒng)的工作壓力對(duì)于試驗(yàn)壓力和管材承壓級(jí)別的選取至關(guān)重要。

      4.3  消防排水設(shè)施設(shè)計(jì)《消水規(guī)》第9.3.1中要求:消防給水系統(tǒng)試驗(yàn)裝置處應(yīng)設(shè)置專用排水設(shè)施。通常以前的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員往往將噴淋的末端試水裝置引至就近的衛(wèi)生間或空調(diào)機(jī)房等有排水設(shè)施的房間，使得試水時(shí)消防水可以及時(shí)排放，但是《消水規(guī)》明確要求設(shè)置專用排水設(shè)施，也就是專門服務(wù)于試水裝置的排水系統(tǒng)，本條是強(qiáng)制執(zhí)行條款，需要設(shè)計(jì)人員引起重視。

      4.4  消防水泵房與消防控制室的距離有關(guān)消防水泵房和消防控制室的距離問題，在之前的相關(guān)規(guī)范中沒有明確規(guī)定。但《消水規(guī)》第11.0.12中要求:消防水泵控制柜應(yīng)設(shè)置機(jī)械應(yīng)急啟泵功能，并應(yīng)保證在控制柜內(nèi)的控制線路發(fā)生故障時(shí)由有管理權(quán)限的人員在緊急時(shí)啟動(dòng)消防水泵。機(jī)械應(yīng)急啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)確保消防水泵在報(bào)警后5min內(nèi)正常工作［1］。這里5min實(shí)際上包括以下幾個(gè)方面的時(shí)間：
①消防報(bào)警后，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)消防水泵及其備用泵均未自動(dòng)啟動(dòng)，且在控制室內(nèi)通過手動(dòng)遙控仍未啟動(dòng)，此時(shí)確認(rèn)自動(dòng)啟動(dòng)和遠(yuǎn)程遙控啟動(dòng)失敗，這個(gè)過程經(jīng)歷的時(shí)間比較短，一般不會(huì)大于1min；
②相關(guān)人員從消防控制室迅速趕至消防水泵房進(jìn)行消防水泵機(jī)械應(yīng)急啟動(dòng)；
③水泵從收到應(yīng)急啟動(dòng)信號(hào)后至水泵達(dá)到正常轉(zhuǎn)速，這個(gè)時(shí)間約2min。所以留給第二項(xiàng)的時(shí)間最多只有2～3min，這也就決定了消防水泵房與消防控制室的最遠(yuǎn)距離不能超過一個(gè)成年人2min～3min的跑步距離。本條要求為強(qiáng)條，需要引起注意。

5、結(jié)束語

      上述提及的都是在消防安全設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的或容易忽略的問題，而且大多數(shù)都涉及《消水規(guī)》中的強(qiáng)制執(zhí)行條款，泵管家在這里提出自己的觀點(diǎn)，旨在拋磚引玉，并引起廣大消防工程設(shè)計(jì)人員的重視。希望廣大同行在更好的理解規(guī)范的基礎(chǔ)上，共同攜手為我國的城市建設(shè)和消防安全提供愈加堅(jiān)實(shí)的保障。

注釋：
［1］GB50974－2014，消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
［2］04S204消防專用水泵選用及安裝
［3］98S205消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備選用與安裝