给水排水自动喷水灭火的预作用系统自动启动模式选择

杨 琦

华东建筑设计研究总院技术中心总工程师，高级工程师（教授级），注册公用设备（给水排水）工程师。主要研究方向为建筑给水排水和水灭火设计和研究。

随着对自动喷水灭火系统的认识提高，系统得到全面推广、广泛应用。自动喷水灭火系统具有安全可靠、经济实用、灭火成功率高等优点，是公认的最为有效的自动灭火设施之一。在贵重设备间、电气设备间等严禁有水、防止误喷的场所，除了可以采用气体灭火系统外，自动喷水灭火系统中的预作用系统是一种经济、有效的灭火手段，因此，合理设计预作用系统显得尤为重要。

预作用系统的控制除了在常规的消防控制室（盘）远程控制、消防水泵房现场和报警阀组手动以及应急操作外，应具有自动控制的启动方式。预作用系统的自动控制方式相对于其他系统要复杂，其功能目标不同，控制的启动模式也不同。分析预作用系统自动启动模式的特点，确保满足预作用系统应用场所的灭火功能要求，正确选择自动启动模式，对发挥自动喷水灭火系统的作用具有积极意义。

1.1 预作用系统

预作用系统（Preaction sprinkler system）就是自动喷水灭火系统在准工作状态时配水管道内不充水，发生火灾时由火灾自动报警系统、充气管道上的压力开关联锁控制预作用装置和启动消防水泵，向配水管道供水的闭式系统。预作用装置（Preaction devices）是指由预作用报警阀组、控制盘、气压维持装置和空气供给装置组成，通过电动、气动、机械或其他方法进行开启，使水能够单方向流入喷水系统同时进行报警的一种单向阀组装置。

从预作用系统的定义可以看出其特征，预作用系统设有闭式喷头，是一种闭式系统；在伺应工作状态的情况下，配水管道内不充水，预作用系统实际上也是干式系统的一种特殊形式；其开启方式有电动、气动、机械或其他方法，自动启动方式存在多种形式。此外，在预作用系统中也有一种特殊的形式，就是能在扑灭火灾后自动关阀、复燃时再次开阀喷水的重复启闭预作用系统。

预作用系统具有闭式系统的特点，其灭火效率高，同时还具有特定的功能目标，可以应用于怕水渍损失的场所。但预作用系统对管道和喷头的安装要求较高，且系统的投资较湿式系统和干式系统大、管理的技术要求也相对较高。它除了增加火灾自动报警装置的联动外，还需要增加气体维护装置、加速器、排气装置等附件，从而影响可靠性。

1.2 启动模式

从启动控制方式的联锁关系划分，预作用系统可以分为单联锁预作用系统、双联锁预作用系统和无联锁预作用系统3种。设置任何自动控制启动方式的同时，系统还必须设有手动控制和机械应急的启动方式。

单连锁预作用系统是在火灾探测器报警后，自动开启预作用报警阀组，转换为湿式系统的闭式系统。双连锁预作用系统是在火灾探测器和喷头均动作后，自动开启预作用报警阀组，向配水管网供水的闭式系统。无连锁预作用系统就是在火灾探测器报警或喷头动作后，自动开启预作用报警阀组，向配水管网充水的闭式系统。

预作用装置的自动启动方式有电动启动、湿式启动、干式启动、易熔锁封启动等，这些方式可以串联或并联使用。现行设计规范的预作用系统采用火灾探测器报警的电信号和喷头动作的气动信号来联动控制预作用阀组的动作。

2.1 模式的分析

预作用系统自动启动模式的共同特征有：在系统准工作状态时配水管道内均不充水，这样可以有效地防止因管道连接的密闭性或腐蚀引起的漏水问题，还可以防止配水管道中水的杂质堵塞喷头。同时，可以避免管道内水的结冰问题。预作用系统可以消除干式系统充水滞后的情况，提高了灭火的成功率。此外，预作用系统的闭式喷头，可以最大限度地控制喷头动作的水渍损失，避免开启的喷头数量太多、系统流量过大，影响系统的经济性能。

预作用系统3种自动启动模式的流程，见图1。单联锁预作用系统的报警阀组只能由火灾自动报警系统联动开启，喷头动作时应不能开启阀组。双联锁预作用系统是在火灾探测器和喷头均动作后，自动开启预作用报警阀组的闭式系统。无联锁预作用系统在正常状态下由火灾探测器首先动作，自动开启预作用报警阀组，然后向配水管网供水，如果火灾探测器发生故障不能开启阀组，则系统等效为干式系统，由闭式喷头动作后开启预作用阀组，向系统供水。在前版的规范中，预作用系统是指单联锁预作用系统。

图1 预作用系统自动启动模式的流程

不同的自动启动模式的特征有所不同。在联动控制上，联动动作的信号有火灾探测器报警（A）和闭式喷头打开（B）。单联锁预作用系统联动信号的逻辑关系为“前后”关系（A→B），这是因为火灾探测器在时间上要优于喷头报警。双联锁预作用系统联动信号的关系为“与门”关系（A⊙B）。无联锁预作用系统联动信号的关系为“或门”关系（A?B）。在保证预作用系统特征的防止误喷和管道误充水上，双联锁预作用系统最好。在配水管道的充气情况、不同模式可能的不利情况，见表1。

表1 不同自动启动模式的特征

2.2 模式的选择

预作用系统自动启动模式的选择既要考虑防止误喷、管道漏水的问题，也需要避免出现滞后喷水的现象，确保系统的可靠性。从灭火启动的响应时间来看，单联锁的速度最快，双联锁的速度最慢。动作快对及时灭火有利，但对于预作用系统应用场所而言，重要的是要确认火灾、防止系统误喷和管道漏水。单联锁预作用系统在报警后再向配水管道充水，可以防止喷头碰坏、自爆等误动作引起的系统误喷。其灭火的可靠性和准工作状态防止水次生损失方面，对应其他两种启动模式相对更为适中。双联锁预作用系统解决了任何信号的误报问题，确保系统处于准工作状态时配水管道内不充水，避免了管道在包括误报警情况下的漏水情况。无联锁预作用系统可以替代干式系统，它既有干式系统的闭式喷头的启动方式，又克服了闭式喷头启动相对滞后的缺陷。

不同自动启动模式的启动时间、水的次生损失以及适用场所，见表2。

表2 不同自动启动模式的比较与选择

预作用报警阀组由雨淋阀和湿式阀串接而成，雨淋阀位于供水侧，湿式阀位于配水管道侧。在准工作状态时，雨淋阀控制腔和下腔充满压力水，湿式阀上方的管网充满压缩气体。自动装置与雨淋阀控制腔相连，预作用阀不需要设延时器。

3.1 设计原则

闭式喷头或启动系统的火灾探测器，应能有效探测初期火灾。预作用系统的设计应根据其类型由火灾探测器、闭式洒水喷头作为探测元件，报警后自动启动。作用面积内开放的洒水喷头，应在规定时间内按设计选定的喷水强度持续喷水。喷头洒水时，应均匀分布且不应受阻挡。这4个方面同等重要，均需满足才能确保预作用系统的可靠性。

单联锁预作用系统仅在火灾探测器报警后自动启动，双联锁预作用系统应在火灾探测器和闭式喷头均动作时自动启动，无联锁预作用系统应在火灾探测器或闭式喷头动作时自动启动。灭火后必须及时停止喷水的场所，应采用重复启闭预作用系统。

此外，预作用系统相对湿式系统的响应时间慢，配水管道平时不充水。对以快速喷水灭火为目的的场所不适合使用，如早期抑制快速响应喷头系统、高大空间场所的系统不宜选用预作用的形式。

3.2 设计参数

预作用系统的喷水强度同湿式系统，而系统的作用面积与自动启动模式有关。由于双联锁和无联锁预作用系统需要由火灾自动报警系统和充气管道上设置的压力开关控制预作用装置动作，其对火灾的响应时间相对较滞后、增大了灭火难度，则需要对系统的作用面积有所提高，提升其灭火能力。因此，其作用面积应按湿式系统规定值的1.3倍确定。

为控制系统在自动启动后能够及时喷水，从系统响应时间和气体排放的角度考虑，无联锁和双联锁预作用系统配水管道充水时间不宜大于1 min，单联锁预作用系统配水管道充水时间不宜大于2 min。预作用系统设计中应确保充水时间小于喷头动作与火灾报警器报警之间的时间差，这样方可满足发生火灾时喷头在动作前系统预先充水转换为湿式系统。因此，并非报警器的灵敏性、洒水喷头的响应时间越快越好，还与配水管道内的总容积相关。

3.3 值得注意的问题

3.3.1 充气压力

喷头启动装置包括空压机、气动阀、低气压监测开关、自动气压维护装置等。配水管道内的有压气体为压缩空气或氮气。预作用系统配水管网充气主要有两个作用：一是作为启动控制的信号，当洒水喷头动作或破坏后，管道内的气体压力降低，空压机的补气不能满足泄压的下降时，气动阀打开，雨淋阀控制腔泄压，雨淋阀的阀瓣打开；另一是对管网密闭性检测，当管网造成气体泄漏，管网内气压降低超出正常的充气压力范围时，低气压监测开关动作、报警，对管网充气，及时提醒维修。在火警状态，气动阀处可配置加速器，以提高气体的排放速度。

单联锁预作用系统配水管道内可充压缩气体，也可不充压缩气体。若设计维持一定气压，可以监测管道的密闭性和寻找泄漏点。双联锁和无联锁预作用系统配水管道内应充满压缩气体。利用有压气体启动介质的预作用报警阀组，其配水管道内的充气压力范围应根据报警阀的技术性能确定。利用有压气体检测管道是否严密的预作用系统（单联锁），配水管道内正常的充气压力范围，宜为0.03～0.05 MPa，即气压维护装置控制的压力范围。此外，预作用系统的供气管道应防止堵塞。采用钢管时管径不宜小于15 mm，采用铜管时管径不宜小于10 mm。

3.3.2 喷头选型与报警阀检测

预作用系统配水管道平时不允许有水，一旦进水也要防止水的误喷。在喷头的选型上，应采用直立型洒水喷头或干式下垂型洒水喷头。干式下垂型洒水喷头可以防止在充水阶段，因不密闭引起的漏水问题。

此外，预作用系统的组件和设备较多、功能较复杂，更需要加强从设计、安装、检验、测试、维护等活动确保可靠性，报警阀组加强日常的检测和维护管理是必要的。可以在预作用报警阀组的出水管上安装带信号的控制阀（V1），其管道之间设与全流量的排水支管并配置带信号的控制阀（V2）。当需要进行联动启动测试或检测时，可先关闭V1、打开V2；完成后，关闭V2、打开V1。

3.3.3 单联锁联动的改进

常规的单联锁预作用系统由火灾探测器报警后联锁预作用阀组。采用单一的火灾报警器联锁存在误动作的风险。根据国家标准《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-2013）的规定，需要火灾自动报警系统联动控制的消防设备，其联动触发信号应采用两个独立的报警触发装置报警信号的“与”逻辑组合。而这种报警信号应采用不同类型的报警（感温探测器、感烟探测器），这样单联锁预作用系统可以适应气体灭火系统场所的控制模式，见图2。

图2 单联锁预作用系统双报警启动模式流程

确认火灾后，预作用阀组，使系统转变为湿式系统。当设有快速排气装置时，应联动控制排气阀入口前电动阀的开启。

在自动喷水灭火系统得到广泛认可的今天，正确选用预作用系统的启动模式，合理设计预作用系统，可以有效地解决不得误喷场所和确保配水管道不得漏水场所的应用。在预作用系统自动启动模式的选择中，管道不得漏水的场所选用双联锁预作用系统，系统不得误喷的场所选用单联锁预作用系统，替代干式系统且对提高系统动作时间的场所可选用无联锁预作用系统。

微信对原文有修改。原文标题 ： 自动喷水灭火的预作用系统自动启动模式与选择；作者：杨琦；作者单位：华东建筑设计研究总院。刊登在《给水排水》2021年第2期。