濕式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的氣體彈墊效應(yīng)

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簡(jiǎn)介： 對(duì)大型高層建筑物濕式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)因管道內(nèi)氣體的存在而產(chǎn)生的彈墊效應(yīng)進(jìn)行理論分析，指出規(guī)范缺少規(guī)定的一些問(wèn)題；并從這一新的視野，對(duì)噴淋系統(tǒng)進(jìn)行重新審視。
關(guān)鍵字：濕式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 彈墊效應(yīng) 噴淋橫支管

一． 問(wèn)題的出現(xiàn)
自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)已經(jīng)被公認(rèn)為是一種最有效的自救滅火系統(tǒng)，問(wèn)世一百多年技術(shù)日臻完善。我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，大型高層建筑物如雨后春筍拔地而起，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)得到十分廣泛的運(yùn)用，對(duì)保障建筑物的安全發(fā)揮了重要作用。但是在一些大型高層建筑物的濕式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中卻發(fā)生了一些令人費(fèi)解的現(xiàn)象：
1. 當(dāng)某一層噴頭噴水時(shí)，鄰近層的水流指示器會(huì)亂報(bào)警;
2. 當(dāng)噴頭噴水開(kāi)始后，水力報(bào)警閥頻繁啟閉，干擾正常報(bào)警;
3. 末端試驗(yàn)閥打開(kāi)后，自動(dòng)報(bào)警閥反應(yīng)遲鈍，不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)開(kāi)啟。
凡此種種，如果我們按目前消防規(guī)范核查，可能也找不出什么問(wèn)題。那么這些毛病究竟是怎么發(fā)生的呢？

二． 噴淋橫管中存在的氣體
在《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50261-96）5.4.4條規(guī)定：排氣閥應(yīng)安裝在配水干管頂部、配水支管的末端。但在所有規(guī)范條文中都忽略了大量噴淋橫管中的氣體。
其實(shí)在噴淋管道安裝完畢并通水之后，管道的氣體并不能完全排出。尤其在大型高層建筑物中，噴淋橫管往往遇梁、風(fēng)管及其它水電管線(xiàn)而上翻下繞; 且橫管長(zhǎng)度大，一個(gè)系統(tǒng)上下層數(shù)多，就有可能在噴淋橫管的一些上凸部位累積了一個(gè)個(gè)大小不同的氣囊團(tuán)。

三． 氣體彈墊效應(yīng)的由來(lái)
上述累積在橫管中的氣囊平時(shí)受屋頂水箱、穩(wěn)壓泵的壓力之下。物理學(xué)告訴我們，在一定溫度下，一定的氣體的壓力與體積之乘積為一常數(shù)，即PV=C。我們假定平時(shí)噴淋系統(tǒng)不工作時(shí)，管道中的氣體P1V1=C。P1為氣體受到屋頂水箱、穩(wěn)壓水泵生成的壓力。
當(dāng)某一噴頭打開(kāi)或末端試驗(yàn)時(shí)，端口與大氣相通，管道內(nèi)氣體壓力得到釋放，體積隨之急劇膨脹，有向新的平衡狀態(tài)P2V2=C的趨勢(shì)。但在這趨勢(shì)過(guò)程中，氣體由于慣性作用而膨脹過(guò)頭，緊接著又被水流壓回來(lái)，不斷反復(fù)，造成管道內(nèi)水流的紊亂，這一過(guò)程我們這里將其稱(chēng)為氣體的“彈墊效應(yīng)”。

四． 彈墊效應(yīng)的惡果
1． 鄰層水流指示器亂報(bào)警
從上述分析不難看出，氣體在彈墊效應(yīng)作用膨脹后，將水流推向本層及相鄰層的管道，形成整個(gè)系統(tǒng)水流紊亂，從而影響到鄰層水流指示器發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào)。這種現(xiàn)象在實(shí)際工程中就曾經(jīng)發(fā)生過(guò)。如果不考慮氣體的影響，任何理論恐怕也無(wú)法解釋得清。
　?。玻疂袷剿?bào)警閥反應(yīng)遲鈍
　　　　　　在大型管網(wǎng)中，氣體往往較多，氣體壓強(qiáng)P的減小過(guò)程的時(shí)間當(dāng)然會(huì)延長(zhǎng)。這樣會(huì)出現(xiàn)在末端試水時(shí)，由于受氣水混合物的干擾，不能在５~９０秒的延遲作用之后及時(shí)打開(kāi)濕式水力報(bào)警閥，這樣消防泵也不能按《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50261-96）7.2.3.1條要求在５分鐘內(nèi)正常啟動(dòng)。有人認(rèn)把大型噴淋管網(wǎng)中水力報(bào)警閥作用太慢歸咎于管道太長(zhǎng)，其實(shí)這是一種誤解。氣體彈墊效應(yīng)往往成為系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍的隱形殺手。
　?。常疂袷剿?bào)警閥頻繁啟閉
　　　　　　當(dāng)噴頭噴水一段時(shí)間后，水力報(bào)警閥動(dòng)作，噴淋水泵被打開(kāi)，管網(wǎng)大量補(bǔ)水，氣體體積受到迅速壓縮，彈墊效應(yīng)加劇，進(jìn)而導(dǎo)致水力報(bào)警閥閥瓣頻繁啟閉，干擾正常報(bào)警。
4．影響噴頭的出水量
由于管道內(nèi)氣體的存在，尤其是彈墊效應(yīng)發(fā)作時(shí)，水流的紊亂、氣水的混合加劇，使得管道阻力會(huì)相應(yīng)增加，影響噴頭的正常出水量。
　　　　 從以上分析不難看出，氣體彈墊作用的惡果存在于噴頭的起噴、水流指示器的報(bào)警、水力報(bào)警閥的開(kāi)啟、噴頭出水的全過(guò)程，必須引起大家警覺(jué)。

五． 穩(wěn)壓泵的影響
　　穩(wěn)壓泵原來(lái)是為彌補(bǔ)屋頂水箱高度不足，保障系統(tǒng)最不利點(diǎn)噴頭平時(shí)壓力而設(shè)置的。但是由于氣體的作祟，使得穩(wěn)壓泵的影響復(fù)雜化了。尤其是一些設(shè)計(jì)人員在實(shí)際選泵時(shí)揚(yáng)程往往有較大富裕（尤其是在一些設(shè)計(jì)中，噴淋與室內(nèi)消火栓系統(tǒng)合用一套穩(wěn)壓泵，為滿(mǎn)足消火栓的充實(shí)水柱，揚(yáng)程大大地超出了噴淋穩(wěn)壓泵的要求），從而增加了管道內(nèi)平時(shí)氣體的壓強(qiáng)P1，使噴頭噴水后，彈墊效應(yīng)更加劇烈。
我們?cè)谝淮?6層辦公大樓的驗(yàn)收時(shí)，末端試驗(yàn)閥打開(kāi)后濕式水力報(bào)警閥不能及時(shí)作用。通過(guò)依靠在屋頂增加噴淋穩(wěn)壓泵，也能克服這一問(wèn)題（由于屋頂水箱到末端噴頭的壓力大于0.05MPa，所以設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有設(shè)穩(wěn)壓泵）。我們知道，末端試驗(yàn)閥打開(kāi)后，管網(wǎng)壓力下降，水力報(bào)警閥上部的壓力隨之也下降，依靠閥下與閥上壓力差的作用，在達(dá)到規(guī)定的流量時(shí)打開(kāi)閥瓣，向管網(wǎng)直接供水，并打開(kāi)濕式報(bào)警閥上的壓力開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)噴淋泵。
但是，我們?cè)诠こ虒?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，各個(gè)廠(chǎng)家的水力報(bào)警閥要求的啟動(dòng)壓力差值(即靈敏度)是不同的。對(duì)一些靈敏度較低的水力報(bào)警閥可以通過(guò)增加穩(wěn)壓泵（或增加穩(wěn)壓泵的揚(yáng)程）來(lái)解決，但這樣氣體的彈墊效應(yīng)隨著穩(wěn)壓泵揚(yáng)程的增加而加劇。這時(shí)還可以拆開(kāi)報(bào)警閥，在橡膠閥瓣上增打幾只小孔，水力報(bào)警閥裝置的靈敏度隨之提高。我們?cè)趯?shí)際工程中覺(jué)得這一招有時(shí)還是挺管用的。我們?cè)诖瞬⒉恢鲝垼诠艿郎戏吕@較多的情況下，一味地增加穩(wěn)壓泵揚(yáng)程。

六． 取消報(bào)警閥所帶噴頭數(shù)目限制引起的后果
幾年前，有些大型高層建筑物在設(shè)計(jì)時(shí)學(xué)習(xí)國(guó)外一些做法，將二只濕式力報(bào)警閥并聯(lián)，并將系統(tǒng)連成環(huán)狀，以突破規(guī)范對(duì)每只濕式水力報(bào)警閥最多只能帶800只噴頭的限制，節(jié)省開(kāi)支、少占地。
但是這樣一來(lái)整個(gè)大樓的噴淋系統(tǒng)往往很龐大，上下連通，若不做好排氣，管道布置不當(dāng)，各個(gè)層樓的管道內(nèi)的氣體串通一氣，單靠立管頂端的排氣閥難以迅速排除大量急劇膨脹的氣體；況且這種系統(tǒng)往往出現(xiàn)在層數(shù)較多的高層建筑中，系統(tǒng)的下面幾層平時(shí)受的靜壓很大，一旦彈墊效應(yīng)作用，后果不言自明。
國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范并未有可以這種做法的規(guī)定。若要這樣設(shè)計(jì)應(yīng)先征求消防主管部門(mén)的同意，并嚴(yán)格做好管道系統(tǒng)的排氣，合理布置管道走向。由于這種做法，一個(gè)著火點(diǎn)會(huì)引起二個(gè)水流指示器的同時(shí)作用，因此必須選用靈敏度較高的水流指示器，維修更換時(shí)若不注意會(huì)留下隱患，因此已經(jīng)逐步被消防主管部門(mén)限制采用。

七． 幾點(diǎn)建議
綜上所述，在一些大型高層建筑物中，由于橫支管較長(zhǎng)、層數(shù)較多，較容易因管道集氣形成彈墊效應(yīng)，對(duì)濕式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)造成很多危害。但即使在最近更新的《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50084-2001）也未對(duì)此做出任何規(guī)定。為此我們建議：
1. 不僅配水立管頂部末端要設(shè)自動(dòng)透氣閥，而且當(dāng)橫管上翻時(shí)，如凸出部位管段較長(zhǎng)也應(yīng)加自動(dòng)排氣閥。
2． 一個(gè)水力報(bào)警閥后的管路不宜過(guò)于龐大，以免增加隱患。
3． 水力報(bào)警閥的生產(chǎn)廠(chǎng)家最好能給出要求的啟動(dòng)壓力差（即靈敏度），供設(shè)計(jì)時(shí)選擇。
4. 穩(wěn)壓泵選擇時(shí)，揚(yáng)程不宜有較大富裕。
5．工程驗(yàn)收時(shí)，若發(fā)生濕式水力報(bào)警閥和噴淋水泵不能按規(guī)定時(shí)間打開(kāi)，并且無(wú)其它違反規(guī)范的情況時(shí)，可嘗試在橫支管上凸出部位設(shè)置或增加設(shè)置自動(dòng)排氣閥，直到滿(mǎn)足驗(yàn)收規(guī)范要求。
以上只是我們針對(duì)實(shí)際工作中的一些問(wèn)題作的初步理論探討。理論源于實(shí)踐，還需要在實(shí)踐中進(jìn)一步檢驗(yàn)、修正、完善。我們希望與廣大同行一起從這一新的視野，對(duì)噴淋系統(tǒng)進(jìn)行重新審視。

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