濕式自動噴水滅火系統(tǒng)的氣體彈墊效應(yīng)

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

一． 問題的出現(xiàn)
自動噴水滅火系統(tǒng)已經(jīng)被公認為是一種最有效的自救滅火系統(tǒng)，問世一百多年技術(shù)日臻完善。我國改革開放以來，大型高層建筑物如雨后春筍拔地而起，自動噴水滅火系統(tǒng)得到十分廣泛的運用，對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噴水滅火系統(tǒng)中卻發(fā)生了一些令人費解的現(xiàn)象：
1. 當某一層噴頭噴水時，鄰近層的水流指示器會亂報警;
2. 當噴頭噴水開始后，水力報警閥頻繁啟閉，干擾正常報警;
3. 末端試驗閥打開后，自動報警閥反應(yīng)遲鈍，不能在規(guī)定時間內(nèi)開啟。
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《自動噴水滅火系統(tǒng)施工及驗收規(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、風管及其它水電管線而上翻下繞; 且橫管長度大，一個系統(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個大小不同的氣囊團。

三． 氣體彈墊效應(yīng)的由來
上述累積在橫管中的氣囊平時受屋頂水箱、穩(wěn)壓泵的壓力之下。物理學告訴我們，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。我們假定平時噴淋系統(tǒng)不工作時，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。
當某一噴頭打開或末端試驗時，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。但在這趨勢過程中，氣體由于慣性作用而膨脹過頭，緊接著又被水流壓回來，不斷反復(fù)，造成管道內(nèi)水流的紊亂，這一過程我們這里將其稱為氣體的“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，形成整個系統(tǒng)水流紊亂，從而影響到鄰層水流指示器發(fā)出錯誤報警信號。這種現(xiàn)象在實際工程中就曾經(jīng)發(fā)生過。如果不考慮氣體的影響，任何理論恐怕也無法解釋得清。
　?。玻疂袷剿缶y反應(yīng)遲鈍
　　　　　　在大型管網(wǎng)中，氣體往往較多，氣體壓強P的減小過程的時間當然會延長。這樣會出現(xiàn)在末端試水時，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打開濕式水力報警閥，這樣消防泵也不能按《自動噴水滅火系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》（GB 50261-96）7.2.3.1條要求在５分鐘內(nèi)正常啟動。有人認把大型噴淋管網(wǎng)中水力報警閥作用太慢歸咎于管道太長，其實這是一種誤解。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缶y頻繁啟閉
　　　　　　當噴頭噴水一段時間后，水力報警閥動作，噴淋水泵被打開，管網(wǎng)大量補水，氣體體積受到迅速壓縮，彈墊效應(yīng)加劇，進而導(dǎo)致水力報警閥閥瓣頻繁啟閉，干擾正常報警。
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，水流的紊亂、氣水的混合加劇，使得管道阻力會相應(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、水流指示器的報警、水力報警閥的開啟、噴頭出水的全過程，必須引起大家警覺。

五． 穩(wěn)壓泵的影響
　　穩(wěn)壓泵原來是為彌補屋頂水箱高度不足，保障系統(tǒng)最不利點噴頭平時壓力而設(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)計人員在實際選泵時揚程往往有較大富裕（尤其是在一些設(shè)計中，噴淋與室內(nèi)消火栓系統(tǒng)合用一套穩(wěn)壓泵，為滿足消火栓的充實水柱，揚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)平時氣體的壓強P1，使噴頭噴水后，彈墊效應(yīng)更加劇烈。
我們在一幢26層辦公大樓的驗收時，末端試驗閥打開后濕式水力報警閥不能及時作用。通過依靠在屋頂增加噴淋穩(wěn)壓泵，也能克服這一問題（由于屋頂水箱到末端噴頭的壓力大于0.05MPa，所以設(shè)計時沒有設(shè)穩(wěn)壓泵）。我們知道，末端試驗閥打開后，管網(wǎng)壓力下降，水力報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，在達到規(guī)定的流量時打開閥瓣，向管網(wǎng)直接供水，并打開濕式報警閥上的壓力開關(guān)，啟動噴淋泵。
但是，我們在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，各個廠家的水力報警閥要求的啟動壓力差值(即靈敏度)是不同的。對一些靈敏度較低的水力報警閥可以通過增加穩(wěn)壓泵（或增加穩(wěn)壓泵的揚程）來解決，但這樣氣體的彈墊效應(yīng)隨著穩(wěn)壓泵揚程的增加而加劇。這時還可以拆開報警閥，在橡膠閥瓣上增打幾只小孔，水力報警閥裝置的靈敏度隨之提高。我們在實際工程中覺得這一招有時還是挺管用的。我們在此并不主張，在管道上翻下繞較多的情況下，一味地增加穩(wěn)壓泵揚程。

六． 取消報警閥所帶噴頭數(shù)目限制引起的后果
幾年前，有些大型高層建筑物在設(shè)計時學習國外一些做法，將二只濕式力報警閥并聯(lián)，并將系統(tǒng)連成環(huán)狀，以突破規(guī)范對每只濕式水力報警閥最多只能帶800只噴頭的限制，節(jié)省開支、少占地。
但是這樣一來整個大樓的噴淋系統(tǒng)往往很龐大，上下連通，若不做好排氣，管道布置不當，各個層樓的管道內(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)的下面幾層平時受的靜壓很大，一旦彈墊效應(yīng)作用，后果不言自明。
國家現(xiàn)行規(guī)范并未有可以這種做法的規(guī)定。若要這樣設(shè)計應(yīng)先征求消防主管部門的同意，并嚴格做好管道系統(tǒng)的排氣，合理布置管道走向。由于這種做法，一個著火點會引起二個水流指示器的同時作用，因此必須選用靈敏度較高的水流指示器，維修更換時若不注意會留下隱患，因此已經(jīng)逐步被消防主管部門限制采用。

七． 幾點建議
綜上所述，在一些大型高層建筑物中，由于橫支管較長、層數(shù)較多，較容易因管道集氣形成彈墊效應(yīng)，對濕式自動噴水滅火系統(tǒng)造成很多危害。但即使在最近更新的《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50084-2001）也未對此做出任何規(guī)定。為此我們建議：
1. 不僅配水立管頂部末端要設(shè)自動透氣閥，而且當橫管上翻時，如凸出部位管段較長也應(yīng)加自動排氣閥。
2． 一個水力報警閥后的管路不宜過于龐大，以免增加隱患。
3． 水力報警閥的生產(chǎn)廠家最好能給出要求的啟動壓力差（即靈敏度），供設(shè)計時選擇。
4. 穩(wěn)壓泵選擇時，揚程不宜有較大富裕。
5．工程驗收時，若發(fā)生濕式水力報警閥和噴淋水泵不能按規(guī)定時間打開，并且無其它違反規(guī)范的情況時，可嘗試在橫支管上凸出部位設(shè)置或增加設(shè)置自動排氣閥，直到滿足驗收規(guī)范要求。
以上只是我們針對實際工作中的一些問題作的初步理論探討。理論源于實踐，還需要在實踐中進一步檢驗、修正、完善。我們希望與廣大同行一起從這一新的視野，對噴淋系統(tǒng)進行重新審視。

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