浅谈预作用喷水灭火系统的设计要点

向晴

【摘要】从预作用系统的工作原理入手，从系统控制、喷头选用、充水时间以及排气阀的设置四点上，进行归纳总结并提出设计建议。

【关键词】预作用；灭火；设计

预作用喷水灭火系统已广泛应用在严禁误喷的民用、工业建筑，以及各种寒冷无采暖区域。系统主要由供水设施、充气设备、预作用报警阀组、有压气体管网、喷头以及火灾探测装置等组成。美国消防协会NFPA 13 将预作用系统分为：単连锁（single-interlock）、双连锁（double-interlock），以及无连锁（non-interlock）。国内《自动喷水灭火系统设计规范》（以下简称《喷规》）中的预作用系统仅仅指単连锁系统（电气単连锁），本文主要讨论単连锁预作用系统的设计。

1、 系統控制

预作用系统在准工作状态下，报警阀后管道不充水，由空压机维持管网气体压力在0.03～0.05 MPa（系统带气压监测：设压力开关，控制空压机启停或供气管电磁阀开关）。当发生火情，设置在保护区内的火灾探测器先于喷头动作，发出信号开启预作用报警阀中的电磁阀，泄放预作用阀隔膜室的压力水，阀板在稳压装置的水压推动下开启，使阀后管网冲水。预作用阀开启的同时完成三个动作：水流经过阀组内的压力开关，开关动作发出指令开启喷淋泵，并且关闭空压机或者供气管道上的电磁阀；水流推动水利警铃发出报警。同时火灾探测器发出的信号也开启管网末端排气阀前的电磁阀，使管道内气体能顺利排出。排气充水完成，预作用系统转为湿式系统。如果是误操作开启了报警阀组，或者是火情被控制住，喷头没有破裂，泵站内的泄压阀开启，保证系统不发生超压。这时可以人工关闭喷淋泵，放尽管网余水，使系统恢复到准工作状态。如果火情继续发展，高温使喷头破裂，闭式喷头开启喷水灭火。此外还有一个启泵信号，就是屋顶高位水箱-稳压装置出水管上的流量开关。以上是単连锁系统的运行控制，在设计中应当注意以上几个信号指令。

NFPA 13中的双连锁（double-interlock），是指开启报警阀和排气阀的触发条件是火灾探测器和喷头同时动作，这就要求供气管上的压力开关在喷头破裂管网气压下降至某个设定值时，发出信号，和火灾探测器的信号一同作用开启报警阀组和排气阀，适用于严格禁止水误喷的区域。而无连锁（non-interlock）是指火灾探测器和喷头任何一个动作都可以启动系统充水，这种控制方式比较少见。

2、 喷头选用

《喷规》6.1.4中规定：“干式系统、预作用系统应采用直立型喷头或干式下垂型喷头”。预作用系统充水之后排尽余水恢复到准工作状态，如果安装的是普通下垂型喷头，喷头的直立管内会有一段无法排除的积水。如果安装在采暖房间内，喷头误喷会有水渍污染的危险，如果是在非采暖区域，管内积水结冰可能冻破管道，这样都违背了设置预作用系统的初衷。有的项目考虑到干式下垂型喷头造价较高，还是采用普通下垂型喷头，系统重置时将喷头挨个拆下来放尽余水，但笔者认为这种方法人为影响因素比较多，也不方便操作，不建议采用。

3、 充水时间

预作用系统比干式系统的灭火效率更高，原因就在于预作用系统的喷头一开启就有水可喷，而这是由预作用系统的充水要求达到的。《喷规》中规定预作用系统的充水时间在2min内。系统充水时间与管网容积、系统流量存在以下关系：

V------预作用系统管网容积，即报警阀后所有管道的容积之和

Q------系统设计流量

T------充水时间<2min

由上式可以看出，系统的设计流量确定以后，管网容积有一个上限值，容积越小，系统的充水时间也越小。但是这样就意味着要增加报警阀组的数量，即增加成本又使系统复杂化。那么怎样才能使一个报警阀组控制的喷头数尽可能多呢？我们都知道，管道尺寸越小，管道体积就越小。有研究表明，在喷头数量不变的情况下，将系统布置成主干管+分干管+小支管的形式，分干管一侧的喷头数量越少，管网总容积就越小。

4、 排气阀的设置

有一些设计者担心排气阀不能及时排出管网的气体，在一个报警阀控制的管网内设置多个排气阀。其实这是不必要的，首先，每个排气阀都是一个潜在的漏气点，其次，排气阀多了，需要控制的电磁阀也会增加。其实不管排气阀怎么设置，充水过程中管网内的气体都是不可能被完全排出的。预作用系统的充水实际上是在自喷泵的水力推动下完成的。假设准工作状态下气体压力为0.03MPa，充水完成后压力为0.40MPa，这时候管网内没有排走的气体，其体积仅为准工作状态下的0.075倍，这一点体积完全可以在喷头开放后一瞬间就排掉了，并不影响喷头的灭火效果。由于管网容积要求的特殊性，一个预作用报警阀很少有同时控制不同楼层的情况，因此每个报警阀只需在系统最高处配备一个排气阀即可。

小结：

设计预作用喷水灭火系统首先要清楚它的控制原理，特别要注意各种信号采集、指令传递；预作用系统的下喷一定要选用干式下垂型喷头；尽量将系统布置成主干管+分干管+小支管的形式，这样可以有效减少管网容积，使一个报警阀能尽可能控制更多个喷头；排气阀设置在系统最高点，如果是多层，也可以每层设一个。

参考文献：

[1]GB 50084-2001.自动喷水灭火系统设计规范，2005版

[2]GB 50016-2014.建筑设计防火规范

[3]方汝清，余斌，朱振平.预作用自动喷水灭火系统的控制和运行。给水排水，2001，27（9），61～63

[4]张留霞.预作用自动喷水灭火系统的设计探讨。给水排水，2009，35，388～392