摘要：介紹了壓力開關(guān)、流量開關(guān)的工作原理及產(chǎn)品分類；闡述了初期火災(zāi)高位消防水箱獨(dú)立供水及高位消防水箱、穩(wěn)壓泵聯(lián)合供水的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)壓力開關(guān)設(shè)定壓力的計(jì)算方法；分析了室內(nèi)消火栓系統(tǒng)不同消防設(shè)施配置條件下初期火災(zāi)最小消防流量及流量開關(guān)設(shè)定流量的取值要求；對于增設(shè)消防軟管卷盤的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，提出采用水槍噴嘴∅9的消防軟管卷盤及增加最不利點(diǎn)處栓口的靜壓等措施，有利于系統(tǒng)流量開關(guān)流量的設(shè)定。

《消防給水及消火栓系統(tǒng)給水規(guī)范》（GB 50974-2014，以下簡稱“水消規(guī)”）對于室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的控制，提出 “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設(shè)置的流量開關(guān)等開關(guān)信號應(yīng)能直接自動啟動消防水泵”的要求，用可靠性較高的壓力開關(guān)、流量開關(guān)的開關(guān)信號啟動消防泵的控制方式，替代以往采用的可能誤操作、投資多的消防按鈕的控制方式。對于室內(nèi)消火栓系統(tǒng)宜優(yōu)先采用壓力開關(guān)的自動啟動方式，在20世紀(jì)90年代曾有過報(bào)導(dǎo)。

對于壓力開關(guān)的選用，“水消規(guī)”給出了相關(guān)的條文解釋，“壓力開關(guān)一般可采用電接點(diǎn)壓力表、壓力傳感器等”，不過壓力開關(guān)并不是電接點(diǎn)壓力表、壓力傳感器的統(tǒng)稱，電接點(diǎn)壓力表與壓力傳感器有所區(qū)別；對于流量開關(guān)，“水消規(guī)”沒有規(guī)定其發(fā)出自動啟動開關(guān)信號的最小及最大流量，僅規(guī)定“應(yīng)能在管道流速為 0.1 m/s～10 m/s 時(shí)可靠啟動。”

本文對壓力開關(guān)、流量開關(guān)的工作原理、產(chǎn)品分類作簡要介紹，主要就初期火災(zāi)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力及最小消防流量的計(jì)算，來說明在工程設(shè)計(jì)中如何確定壓力開關(guān)的設(shè)定壓力及流量開關(guān)的設(shè)定流量。

1壓力開關(guān)

1.1壓力開關(guān)的分類及工作原理

壓力開關(guān)是一種簡單地將系統(tǒng)的壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號的壓力控制裝置，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)中壓力開關(guān)的主要功能是將檢測量與設(shè)定值相比較，在設(shè)定點(diǎn)輸出開關(guān)信號，進(jìn)行報(bào)警及聯(lián)鎖啟動消防泵，主要有機(jī)械式和電子式兩大類。

機(jī)械式壓力開關(guān)采用純機(jī)械形變導(dǎo)致開關(guān)元件動作。當(dāng)壓力增加時(shí)，傳感壓力元器件產(chǎn)生形變，通過欄桿、彈簧等機(jī)械結(jié)構(gòu)，最終啟動開關(guān)元件，使電信號輸出。

電子式壓力開關(guān)采用內(nèi)置的由壓敏元件和轉(zhuǎn)換電路組成的壓力傳感器，利用被測介質(zhì)的壓力作用在壓敏元件上產(chǎn)生一個(gè)微小變化的電流或電壓輸出，通過高精度儀表放大器放大壓力信號，由高速微控制單元采集并處理數(shù)據(jù)，在上、下限壓力控制點(diǎn)輸出電信號。

“水消規(guī)”中關(guān)于壓力開關(guān)的條文解釋所提到的壓力傳感器是一種電子式壓力開關(guān)，與機(jī)械式壓力開關(guān)相比，電子式壓力開關(guān)響應(yīng)快、精度高、穩(wěn)定可靠。

1.2電接點(diǎn)壓力表

電接點(diǎn)壓力表指示壓力的指針和設(shè)定壓力上、下限的設(shè)定針上分別安裝有觸頭，通過指針上的觸頭與壓力上、下限設(shè)定針上的觸頭的斷開或閉合，使控制電路得以通斷，以達(dá)到自動控制或報(bào)警的目的。

電接點(diǎn)壓力表通常不能直接用在工作電路上，只能通過繼電器類元件，間接控制工作電路，而壓力開關(guān)可以通過單觸點(diǎn)或雙觸點(diǎn)的開關(guān)信號來直接啟動消防泵；電接點(diǎn)壓力表大多數(shù)未按消防產(chǎn)品的要求通過相應(yīng)的消防檢測，其安全可靠性不及壓力開關(guān)。

1.3壓力開關(guān)的設(shè)定壓力

室內(nèi)消火栓系統(tǒng)通常采用常高壓系統(tǒng)或設(shè)置用于初期火災(zāi)的高位消防水箱的臨時(shí)高壓系統(tǒng)；對于臨時(shí)高壓系統(tǒng)，根據(jù)高位消防水箱的設(shè)置高度，可分為高位消防水箱的最低水位滿足最不利點(diǎn)處消火栓栓口靜水壓力的獨(dú)立供水系統(tǒng)（以下簡稱“獨(dú)立供水系統(tǒng)”）及在不能滿足前述條件下的高位消防水箱與穩(wěn)壓泵相結(jié)合的聯(lián)合供水系統(tǒng)（以下簡稱“聯(lián)合供水系統(tǒng)”），對應(yīng)的系統(tǒng)示意見圖1。示意圖中，按照“水消規(guī)”的要求，壓力開關(guān)設(shè)置在消防泵的供水主干管上，流量開關(guān)設(shè)置于高位消防水箱的出水總管上。

常高壓系統(tǒng)內(nèi)無消防泵，不需要配置壓力開關(guān)。

對于圖1a獨(dú)立供水系統(tǒng)，高位消防水箱補(bǔ)水管的管徑不小于DN32，在通常使用的1 m/s的設(shè)計(jì)流速條件下，其供水能力為1 L/s，基本滿足系統(tǒng)泄漏量的要求，高位消防水箱內(nèi)滿足其規(guī)定的最小有效容量的水位基本是不變的。因初期火災(zāi)消防用水量的需要，其水位必然下降，系統(tǒng)內(nèi)消防泵出水干管上壓力開關(guān)設(shè)置點(diǎn)處的壓力相應(yīng)地下降；“水消規(guī)”規(guī)定，不同的建筑條件下，最不利點(diǎn)處消火栓栓口的動壓不應(yīng)小于0.25 MPa或0.35 MPa，在高位消防水箱供水的情況下，栓口的動壓不能滿足規(guī)范的要求，需要啟動消防泵，因此高位消防水箱滿水時(shí)系統(tǒng)內(nèi)壓力開關(guān)設(shè)置點(diǎn)處的壓力H1可作為消防泵是否需要自動啟動的設(shè)定壓力。為避免非消防條件下，高位消防水箱滿水位的正常波動引起壓力開關(guān)設(shè)置點(diǎn)處壓力的變化，造成消防泵的誤啟動，需在高位消防水箱滿足其規(guī)定的最小有效容量的基礎(chǔ)上增設(shè)必要的波動水位H2，非消防時(shí)壓力開關(guān)設(shè)置處的壓力介于H1與（H1+H2）之間。

對于圖1b聯(lián)合供水系統(tǒng)，壓力開關(guān)設(shè)定壓力主要依據(jù) “穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)保持系統(tǒng)最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)的靜水壓力應(yīng)大于0.15 MPa”的要求來確定。聯(lián)合供水系統(tǒng)最不利點(diǎn)處消火栓栓口的靜水壓力應(yīng)大于0.15 MPa，如穩(wěn)壓泵不能維持其最小壓力，說明系統(tǒng)的出水量已超過穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量，需要啟動消防泵來供水，那么可以將最不利點(diǎn)處消火栓栓口0.15 MPa的靜水壓力作為整個(gè)系統(tǒng)是穩(wěn)壓泵工作還是消防泵工作的臨界壓力，消防泵出水干管上壓力開關(guān)設(shè)置點(diǎn)所對應(yīng)的壓力通過兩者的幾何高差H確定為（H+0.15）MPa，此壓力為設(shè)定壓力的最小值。在工程設(shè)計(jì)中，當(dāng)最不利點(diǎn)處消火栓栓口的設(shè)計(jì)靜水壓力增加時(shí)，此設(shè)定壓力應(yīng)相應(yīng)增加。

2流量開關(guān)

2.1流量開關(guān)的定義、作用及常用種類

流量開關(guān)是由流速傳感器和開關(guān)元件構(gòu)成的電器，當(dāng)介質(zhì)（流動介質(zhì)）流速（根據(jù)其增加或減少）達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)改變輸出信號。流速傳感器用于檢測介質(zhì)的流速，通過流速、管徑可以確定流量；開關(guān)元件用于導(dǎo)通開關(guān)電路的電流。室內(nèi)消火栓系統(tǒng)中流量開關(guān)的主要功能是將檢測量與設(shè)定值相比較，在設(shè)定點(diǎn)輸出開關(guān)信號，進(jìn)行報(bào)警及聯(lián)鎖啟動消防泵。對于介質(zhì)為清水的消火栓系統(tǒng)，主要可選用差壓式流量開關(guān)、數(shù)字靶式流量開關(guān)及電磁流量開關(guān)。

2.2流量開關(guān)的設(shè)定流量

2.2.1初期火災(zāi)最小消防流量

流量開關(guān)發(fā)出開關(guān)信號的設(shè)定流量應(yīng)首先滿足初期火災(zāi)最小消防流量的使用要求。按照室內(nèi)消火栓系統(tǒng)滅火設(shè)備的不同配置要求，消防時(shí)首先使用的是消火栓或消防軟管卷盤，對應(yīng)的初期火災(zāi)的最小消防流量為最不利點(diǎn)處消火栓栓口所配置的當(dāng)量噴嘴∅19水槍的流量或工程設(shè)計(jì)中最不利點(diǎn)處消防軟管卷盤所配置的當(dāng)量噴嘴不小于∅6、通常為∅6或∅9水槍的流量，不同水槍的流量均可以采用式（1）進(jìn)行計(jì)算：

為簡化計(jì)算，不考慮連接∅6、∅9水槍的橡膠消防軟管及其控制閥門的水頭損失，∅19水槍噴嘴處的壓力需考慮栓口及水帶的水頭損失，其計(jì)算公式見式（2）：

“水消規(guī)”要求，獨(dú)立供水系統(tǒng)高位消防水箱的最低有效水位對于最不利點(diǎn)處消火栓栓口及消防軟管卷盤水槍噴嘴處的靜壓力，按照不同的建筑分類，其最小值可分別取為0.07 MPa、0.1 MPa、0.15 MPa；聯(lián)合供水系統(tǒng)的最小值應(yīng)大于0.15 MPa。由這些數(shù)據(jù)，利用式（1）~式（3），可分別計(jì)算2種系統(tǒng)的初期火災(zāi)最小消防流量，計(jì)算結(jié)果見表 1、表2。為簡便計(jì)算，獨(dú)立供水系統(tǒng)的靜水壓力不考慮高位消防水箱的有效水位高度，聯(lián)合供水系統(tǒng)的靜水壓力按0.15 MPa計(jì)算。

2.2.2系統(tǒng)正常泄漏量

室內(nèi)消火栓系統(tǒng)在日常的使用過程中，系統(tǒng)正常泄漏量與系統(tǒng)使用時(shí)間的長短、維護(hù)狀況的優(yōu)劣、系統(tǒng)內(nèi)壓力的變化、管網(wǎng)規(guī)模的大小、管道的材質(zhì)與接口形式等因素有關(guān)，其值較難計(jì)算；為了能夠確定與之相關(guān)的消防系統(tǒng)穩(wěn)壓泵的流量，“水消規(guī)”給出了系統(tǒng)正常泄漏量上、下限的計(jì)算方法， “宜按消防給水設(shè)計(jì)流量的1%～3%計(jì)，且不宜小于1 L/s”，其最大值按設(shè)計(jì)流量取40 L/s進(jìn)行計(jì)算為1.2 L/s。

2.2.3流量開關(guān)的設(shè)定流量

在室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的使用過程中，系統(tǒng)正常泄漏量是與使用時(shí)間、管道內(nèi)壓力大小等因素相關(guān)的一個(gè)變量，任何時(shí)刻流量開關(guān)的設(shè)定流量應(yīng)滿足大于系統(tǒng)正常泄漏量且小于初期火災(zāi)最小消防流量的要求，不能采用系統(tǒng)初期火災(zāi)最小消防流量與系統(tǒng)正常泄漏量的累加值。

在“水消規(guī)”所規(guī)定的不同分類建筑最不利點(diǎn)消火栓栓口最小靜壓及正常泄漏量取為1 L/s的條件下，從表1、表2的數(shù)據(jù)中可以看出，對于僅設(shè)置消火栓的獨(dú)立或聯(lián)合供水系統(tǒng)，初期火災(zāi)最小消防流量大于正常泄漏量，設(shè)定流量只要介于兩者之間，就能滿足系統(tǒng)維持正常泄漏量及自動啟動的需要；對于增設(shè)消防軟管卷盤的系統(tǒng)來說，系統(tǒng)正常泄漏量與初期火災(zāi)最小消防流量相比存在不確定性，如果初期火災(zāi)最小消防流量小于正常泄漏量，流量開關(guān)的設(shè)定流量就較難確定。以正常泄漏量來確定，使用消防軟管卷盤時(shí)不能自動啟動消防泵，系統(tǒng)的動壓不能達(dá)到“水消規(guī)”的要求，不利于提高消防軟管卷盤自救的使用效果，延誤滅火時(shí)間，如消防軟管卷盤∅6噴嘴的水槍在0.07 MPa的靜壓條件下，計(jì)算其流量為0.33 L/s；以此流量來啟動，不能滿足系統(tǒng)正常泄漏量的需要，造成消防泵頻繁啟動和誤報(bào)警；在各種設(shè)置條件中，僅∅9噴嘴的水槍在0.15 MPa靜壓條件下的初期火災(zāi)最小消防流量大于1 L/s，能避免上述的不利工況；根據(jù)式（1）及表1、表2的計(jì)算數(shù)據(jù)，與其他設(shè)置條件相比，主要是初期火災(zāi)最小消防流量與消防軟管卷盤所配置的水槍噴嘴直徑及水槍噴嘴處的壓力有關(guān)。筆者認(rèn)為，在工程設(shè)計(jì)中對于增設(shè)消防軟管卷盤的消火栓系統(tǒng)，可以通過增加最不利點(diǎn)栓口靜壓、采用直徑較大的?9噴嘴水槍來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初期火災(zāi)最小消防流量大于系統(tǒng)正常泄漏量，便于流量開關(guān)啟動流量的設(shè)定。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，對于滿足最不利點(diǎn)最小靜壓條件70 kPa的獨(dú)立供水系統(tǒng)，在采用∅9噴嘴水槍的條件下，如不能抬高高位消防水箱的高度，可采取設(shè)置穩(wěn)壓泵來增大最不利點(diǎn)處栓口壓力的措施。

3結(jié)語

（1）室內(nèi)消火栓系統(tǒng)消防泵出水干管上壓力開關(guān)的設(shè)定壓力應(yīng)根據(jù)不同的消火栓系統(tǒng)來確定。

（2）室內(nèi)消火栓系統(tǒng)初期火災(zāi)最小消防流量與系統(tǒng)內(nèi)最不利點(diǎn)處滅火設(shè)施的靜壓力及使用的滅火設(shè)施的種類有關(guān)；系統(tǒng)流量開關(guān)的設(shè)定流量應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)初期火災(zāi)最小消防流量及系統(tǒng)正常泄漏量來確定。

（3）僅設(shè)置消火栓的獨(dú)立供水及聯(lián)合供水系統(tǒng)中流量開關(guān)的設(shè)定流量應(yīng)介于系統(tǒng)的正常泄漏量與初期火災(zāi)最小消防流量之間。

（4）對于增設(shè)消防軟管卷盤的獨(dú)立供水及聯(lián)合供水系統(tǒng)，可以通過采用水槍噴嘴∅9的消防軟管卷盤、增加最不利點(diǎn)處栓口的靜壓等措施來增大系統(tǒng)初期火災(zāi)最小消防流量，便于系統(tǒng)流量開關(guān)流量的設(shè)定。

本文來自2015年《給水排水》雜志第9期。