-41-

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值得一提的是，我国国家标准《消防给水及消火

栓系统技术规范》（GB 50974-2014）同样涉及到了

速度水头公式，但并没有出现系数错误的问题。这表

明我国专家在制定标准时并没有一味地参考的欧美国

家，而是有着自己的思考与研究。我国越来越多地参

与国际标准的制定，需要更多像张之立这样的严谨的

专家，相信在我国专家的共同的努力下，一定能争取

到更多的国际话语权。

同时，张之立也为此给通过电子邮件向美国消防

协会（NFPA）反映此问题，希望能够纠正这一错误，

避免设计人员因为计算错误而引发不良后果。2020 年

8 月 11 日，美国消防协会分管 NFPA750 标准的负责人，

即 NFPA750 标准的编写者联络员——巴兰·奥兹登

（Baran Ozden），代表美国消防协会会长兼首席执

行官吉姆·波利（Jim Pauley）对张之立进行电子邮

件的回复。在回复中，奥兹登先生首先表示感谢，然

后表示将在标准委员会会议上对所反映的问题进行研

究；并准备在 NFPA750 标准进行新的修订工作时，将

其提请委员会关注。同时，也建议张之立按照美国消

防协会有关标准修订网上工作流程正式提交此意见。

最终，美国于 2022 年 3 月 20 日通过了 2023 年

版的 NFPA750 标准，自 2022 年 4 月 9 日起正式实施；

并自 2022 年 4 月 9 日起，正式成为美国国家标准。

在此最新版的 NFPA750 标准中，终于将速度水头公式

的公制单位系数值改为了正确的 2.252。

2024 年 4 月 18 日，张之立才第一次见到 2023 年

版的 NFPA750 标准，发现美国消防协会对此已做了改

正。尽管是迟到两年的喜悦；但他感到能钻研出一些

成果，取得一些进展，仍倍感欣慰。

张之立简介：

1989 开始从事给排水相关设计工作，担任住建部消防标委会委员、煤炭行

业技能大师、全国建筑防火行业高端智库专家、中国消防协会专家委员会委员、

中国土木工程学会工程防火技术分会理事、中国建筑学会建筑给水排水研究分会

理事、全国建筑给水排水两委会常委、教授级高级工程师、一级注册消防工程师、

注册公用设备（给水排水）工程师、中煤科工集团北京华宇工程有限公司技术委

员会委员等职务。

关于美国消防协会标准中

速度水头公式之勘误

张 之 立

（中煤科工集团北京华宇工程有限公司 北京，100120）

摘 要： 本文对美国消防协会标准 NFPA750（2019 年版）中公制单位速度水头公式的正确性进行了研究，

采用了理论推导的研究手段。通过三种不同的推导方式证明美国消防协会标准 NFPA750（2019 年版）

中速度水头公式的公制系数值（5.61×10-7）是错误的，正确值应为 2.252. 同时，对 NFPA750 中英文

用词“国际单位制单位”提出修改建议。

关键词： 消防；速度水头公式；满流管；系数值；NFPA750

-42-

-43-

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-44-

-45-

-46- 参考文献：

[1] NFPA750, 2019 Edition. Standard on Water Mist Fire Protection Systems［S］. Quincy, Massachusetts. National Fire

Protection Association. 2019.

[2] 中国市政工程西南设计研究院 . 给水排水设计手册 . 第 1 册 . 常用资料［M］. 第二版 . 北京：中国建筑工业出版社，2000：343-345.

-47-

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消防水泵启泵方式

回顾与展望

崔景立 1,2 张海宇 3 张新斓 4

唐蕾 4

（1 机械工业第六设计研究院有限公司 . 郑州 450007；2 国机中兴工程咨询有限公司 . 郑州 450007；

3 悉地国际设计顾问（深圳）有限公司 . 上海 200438;4 湖南省建筑设计院集团股份有限公司 . 长沙 410011 ）

摘 要： 回顾并梳理了消火栓系统和自动喷水灭火系统的联动启泵方式，就有关问题提出了看法，并对消

火栓系统和自动喷水灭火系统的联动启泵方式进行展望。

关键词： 消防水泵；启泵；电压降

0 引言

消防水泵的启泵方式，从曾经的消火栓启泵按钮

与湿式报警阀附带延迟器顶部的压力开关分别联动启

动消火栓泵与喷淋泵，修改为目前的“消防泵出水干

管压力开关”“流量开关”与“报警阀压力开关”启

动消防泵，快 10 年了。从专业技术的角度来看，有

必要对这个问题做一次相对全面的回顾和总结。

1 原有标准对消火栓泵启泵方式的规定与有关问题分析

2014 年，国家标准《消防给水及消火栓系统技术

规范》（GB 50974-2014）[1]（以下简称“水消规”）

和《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）（以下

简称“建规”）先后发布实施。其中，“水消规”对

水消防系统做出较大幅度的修订，“建筑”将原《建

筑设计防火规范》GB 50016 和原《高层民用建筑设

计防火规范》（GB 50045）（以下简称“高规”）合

二为一。

在国家标准 GB 50974-2014 和 GB 50016-2014 实

施之前，已作废的国家标准，如《建筑设计防火规范

（2001 年版）》（GBJ 16—87）、《建筑设计防火规范》

（GB 50016-2006）、《高层民用建筑设计防火规范（2001

年版）》（GB 50045-95）、《高层民用建筑设计防

火规范（2005 年版）》（GB 50045-95），对于室内

消火栓泵的启泵方式，均强调由室内消火栓处（一般

设在室内消火栓箱内）的消防泵启泵按钮直接启动消

防泵。为了进一步论述消防泵启泵的问题，有必要将

上述四部已作废标准的规定整理归纳。原“建规”与

原“高规”对消火栓泵启泵方式的规定见表 1。

如前所述，消防水泵启泵按钮启泵的方式由来已

久。查阅《消防联动控制系统》（GB 16806-2006）

的有关规定，消火栓按钮的工作电压应采用不大于 36

V 的安全电压，通常采用 DC24V 直流供电，根据其“电

源参数波动试验”的有关规定，需按制造商规定的供

电参数上、下限值 ( 如未规定，则上、下限参数分别

为额定参数 110％和 85％ ) 给试样供电。另外，查阅

部分制造商的要求，启泵按钮用于直接启泵的控制接

线通常要求为 1.5mm2 铜线。综合起来看，对于体量不

是很大的建筑，启泵控制线长度有限，线路电压降有

限，1.5mm2 铜线能够满足顺利启泵的要求。对于体量

特别大的建筑，当启泵控制线长度比特别长的时候，

线路电压降也会比较大，这个时候，就需要引起注意，

核算一下线路的电压降。必要的时候，就需要通过

放大线径的方式控制线路电压降，而不是机械的采用

-48- 1.5mm2 的线径。

据有关资料介绍，上述问题在一些体量特别大的

建筑中曾有发生。最终的分析结果，主要是启泵控制

线路过长，线路电压降过大，最终造成不能顺利启泵

的后果。将启泵控制线的线径放大以后，问题消除。

当然，建筑物体量大，室内消火栓多，更换启泵控制

线的工作量也还是比较大的。

2 现有标准对消防泵启泵方式的规定与有关问题分析

继“水消规”实施后，修订后的《自动喷水灭火

系统设计规范》（GB 50084-2017）[2] 于 2018 年 01

月 01 日实施（以下简称“喷规”）。与“水消规”

的规定相协调，“喷规”对喷淋泵的启泵方式做了较

大幅度的修改。“水消规”和“喷规”对消防泵启泵

方式的规定见表 2。

同一个问题，《火灾自动报警系统设计规范》（GB

50116-2013）第 4.3.1 的规定是“联动控制方式，应

由消火栓系统出水干管上设置的低压压力开关、高位

消防水箱出水管上设置的流量开关或报警阀压力开关

等信号作为触发信号，直接控制启动消火栓泵，联动

控制不应受消防联动控制器处于自动或手动状态影

响。”显然，如果要在消防水泵出水管上设压力开关

用以直接启动消防泵，那么究竟是“压力开关”还是“低

压压力开关”，标准之间还是要做好协调。毕竟，标

准中的一些关键用词，或许会涉及到专门的术语标准，

或专门的术语。比如在 GB 5135.10 中，将压力开关

定义为“自动喷水灭火系统中的一个部件，其作用是

将系统的压力信号转换为电信号。”另外，查阅国家

标准《消防词汇》GB 5907.1～ GB 5907.5，均未查到“低

压压力开关”的解释。

《建筑设计防火规范（2001 年版）》

GBJ 16—87

《高层民用建筑设计防火规范（2001 年）》

GB 50045-95

条文编号：8.6.2-9 条文编号：7.4.6.7

高层工业建筑和水箱不能满足最不利点消火栓水压要

求的其他建筑，应在每个室内消火栓处设置直接启动消防

水泵的按钮，并应有保护设施。

临时高压给水系统的每个消火栓处应设直接启动消防水

泵的按钮，并应设有保护按钮的设施。

《建筑设计防火规范》

GB 50016-2006

《高层民用建筑设计防火规范（2005 年版）》

GB 50045-95（）

条文编号：8.4.3-8 条文编号：7.4.6.7

高层厂房（仓库）和高位消防水箱静压不能满足最不

利点消火栓水压要求的其它建筑，应在每个室内消火栓处

设置直接启动消防水泵的按钮，并应有保护设施；

临时高压给水系统的每个消火栓处应设直接启动消防水

泵的按钮，并应设有保护按钮的设施。

表 1 原“建规”与原“高规”对消火栓泵启泵方式的规定

-49-

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对比“水消规”与“喷规”关于消防泵启泵方式

的规定，虽然都提出了“消防泵出水干管压力开关”“流

量开关”与“报警阀压力开关”，“水消规”在表述

上用了一个“或”字，这是明显的三选一的关系；“喷规”

在表述上用了一个“和”字，意义就不一样了。不过，

在条文说明中，“喷规”对此做了补救，尽管条文说

明不具备正文同样的效力，聊胜于无。

对比二者的条文说明，还是存在一些差别。以“喷

规”第 11.0.1 条的条文说明为例，“压力开关存在

易堵塞、启泵时间长等缺点”。“易堵塞”的原因是

什么？“启泵时间长”的原因是什么？这个问题有必

要具体分析一下。针对“易堵塞”，查阅《自动喷水

灭火系统第 2部分：湿式报警阀、延迟器、水力警铃》（GB

5135.2），延迟器进口通常需装设过滤器，这就需要

在消防设施维保时对过滤器进行清洗。维保到位了，

这个问题就不存在了。还是真个问题，换个角度分析，

对于压力开关（设在延迟器顶部）来说，从湿式报警

阀进入延迟器的一段管道上，是否确有必要加设过滤

器呢？延迟器的下部就是排水口。简单来说，进入延

迟器的水量低于延迟器下部排水口的排水能力时，进

入延迟器的水都会被及时排掉。只有当进入延迟器的

水量超过延迟器下部排水口的排水能力时，超出部分

的水在延迟器内积聚并充满延迟器，当延迟器内的压

力达到 0.035MPa ～ 0.05MPa 时，触发延迟器上部的

压力开关，进而联动启动喷淋水泵，就是这样的。

查阅《自动喷水灭火系统第 10 部分：压力开关》

（GB 5135.10），压力开关装设在延迟器上，普通

型压力开关的动作压力为 0.035MPa ～ 0.05MPa。结

《消防给水及消火栓系统技术规范 》

GB 50974-2014

《自动喷水灭火系统设计规范 》

GB 50084-2017

条文编号：11.0.4 条文编号：11.0.1

消防水泵应由消防水泵出水干管上设置的压力开关、

高位消防水箱出水管上的流量开关，或报警阀压力开关等

开关信号直接自动启动消防水泵。消防水泵房内的压力开

关宜引入消防水泵控制柜内。

湿式系统、干式系统应由消防水泵出水干管上设置的

压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关和报警阀组压

力开关直接自动启动消防水泵。

国际上发达国家常用的启泵信号是压力和流量，其原

因是可靠性高，水流指示器可靠性稍差，误动作概率稍高，

我国在工程实践中也经常采用高位消防水箱的水位信号，

但因高位消防水箱的水位信号有滞后现象，目前在工程中

已经很少采用，但该信号可以作为报警信号。为此本次规

范制订时规定采用压力开关和流量开关作为水泵启泵的信

号。压力开关一般可采用电接点压力表、压力传感器等。

压力开关通常设置在消防水泵房的主干管道上或报警

阀上，流量开关通常设置在高位消防水箱出水管上。（条

文说明部分摘录）

需要说明的是，规定不同的启泵方式，并不是要求系

统均应设置这几种启泵方式，而是指任意一种方式均应能直

接启动消防水泵。

对湿式与干式系统，原规范规定仅采用报警阀压力开

关信号直接联锁启泵这一种启泵方式，但根据目前应用现

状，压力开关存在易堵塞、启泵时间长等缺点。因此，第

11.0.1 条在维持原有启泵方式的基础上，新增了采用消防

水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的

流量开关直接启泵方式。（条文说明部分摘录）

表 2 “水消规”和“喷规”对消防泵启泵方式的规定

-50- 合 GB 5135.2 的规定，“装配好的湿式报警阀，按

5.8.4 的规定进行试验，在进口压力为 0.14 Mpa、

系统侧放水流量为 60 L/min 时，报警口（不安装延

迟器的湿式报警阀）或延迟器顶部压力不应小于 0.05

Mpa。”综合起来看，如果出现“启泵时间长”，还

是要查寻一下原因是什么。需要强调的是，喷淋泵的

联动启泵时间，与整个自动喷水灭火系统管网的设置

有很大关系。当然，从自动喷水灭火系统上的任何一

个喷头出水，到报警阀压力开关的动作，总会有一个

时间差，这个是不以人的意志为转移的。那么，这个

时间差可以接受的程度有多大，则需要认真考虑一下。

最后，无论是流量开关，还是压力开关，或许

有必要在国标 GB 5135 里面予以补充。毕竟，从 GB

5135.1 到 GB 5135.22，并没有流量开关。至于压力

开关，GB 5135.10 还是侧重于普通型压力开关和预作

用装置压力开关，对于可调式压力开关的规定，规定

明显不足。再者，无论是流量开关，还是压力开关，

作为一种测量仪表，其测量的准确度（等级）等重要

指标，都需要在未来的消防行业产品标准中予以明确

（如果编制相关标准的话）。

3 展望与探讨

3.1 自动喷水灭火系统

对自动喷水灭火系统来说，无论是采用“消防泵

出水干管压力开关”“流量开关”，还是采用“报警

阀压力开关”，对于规模较小的自动喷水灭火系统，

从任意喷头出水到联动启泵，很容易实现。对于规模

较大的自动喷水灭火系统，系统配管复杂，报警阀设

置形式多样，要想实现及时启泵，并不是很容易。相

比之下，如果对原有系统稍加改变，将喷淋系统中的

水流指示器的报警功能改为报警与联动启泵的双重功

能，或许就比较有利了。毕竟，一个水流指示器，附

带喷头数量有限，后面的管道规模有限，从任意喷头

出水到水流指示器动作，这个时间相对就比较容易控

制了。

3.2 室内消火栓系统

对室内消火栓系统来说，任意室内消火栓的出水

与室内消火栓泵的启动的关系，从目前来看，还是存

在一些问题。比如说，“水消规”提出“消防给水系

统管网的正常泄漏量应根据管道材质、接口形式等确

定，当没有管网泄漏量数据时，稳压泵的设计流量宜

按消防给水设计流量的 1%～ 3%计，且不宜小于 1L/s。”

（流量开关的报警流量与此有关系）这个正常泄漏量

与什么有关呢？可以稍作分析如下：（1）消火栓管

道的敷设方式。以钢管为例，室内架空安装，管道泄

露的隐患相对小一些；室外埋地安装，管道泄露的隐

患相对大一些。（2）管道材质与接口型式。这一点

无需赘述。（3）管网规模。一般而言，管网规模越

大、接口越多，施工安装以及维护管理过程中的意外

因素总会多一些，管道出现渗漏的概率总是要大一些。

管网的规模与室内消火栓系统设计流量之间无必然联

系。设计流量大的，管网规模未必大；设计流量小的，

管网规模未必小。（4）维护管理水平。发现渗漏或

渗漏隐患，及时维修。（5）与消防泵的启泵方式相比，

确保室内、外消防供水管网始终处于满水状态，这个

问题同样值得关注，而且确实也应该引起行业的足够

重视。火灾时消防管网没有水，类似的报道并不少见。

消防供水管网里面没有水的原因是什么？是物业管理

不善？是消防维保工作做的不到位？还是说由于技术

层面上的原因造成的？值得深思。另外，曾有观点认

为，鉴于水的不可压缩性，只要平时能够保证消防供

水管网充满水（比方说通过高位消防水箱重力补水），

消防管网平时不再稳压，仅在高位消防水箱间内设“初

起火灾供水泵”，供 2 支水枪或 5 只喷头使用。消防

主泵启动以后，“初起火灾供水泵”就可以联动停止

工作。理由是火灾自动报警系统日趋普及，报警与联

-51-

⦥䌯ょ㔶

动不是问题；与消防主泵相比，高位设置的流量、扬

程和电机功率都比较小的“初起火灾供水泵”，接到

报警信号以后，可以立即启动并达到额定转速。从水

消防系统的工作原理来看，这个思路有一定的积极意

义，值得探讨。

4 结语

本文对消防水泵的启泵方式进行回顾，对其中的

一些问题做了一些分析。限于笔者的水平，理解难免

有失偏颇。但就本文提出的问题而言，亦需正视问题、

分析问题，直至最终简便有效地解决问题。

参考文献：

[1] GB 50974-2014，消防给水及消火栓系统技术规范 [S]. 北京：中国计划出版社，2014.

[2] GB 50084-2017，自动喷水灭火系统设计规范 [S]. 北京：中国计划出版社，2017.

-52- 工艺循环冷却水开式系统

设计与应用

赵立德

（中国电子系统工程第四建设有限公司，北京 100070 ）

摘 要： 在半导体器件设备、电子元件及电子专用材料制造等电子厂房设计时，为对工艺设备进行降温，

必不可缺的需要设计工艺循环冷却水系统。工艺循环冷却水系统分为开式系统和闭式系统，文章对工艺循

环冷却水开式系统进行分析，通过对工艺循环冷却水的工作原理、系统组成、系统设计等内容的介绍与项

目经验的总结，以期为工艺循环冷却水系统设计提供参考。

关键词： 半导体；工艺循环冷却水；开式系统

0 引言

近几年随着全球集成电路制造产能持续紧张，我

国电子信息制造业持续增长。为满足电子元器件、集

成电路、半导体等高精尖产业的生产需要，大部分电

子行业设计需要配备工艺循环冷却水系统。

1 工艺循环冷却水系统工作原理

工艺循环冷却水系统是专为工艺设备冷却的循环

冷却水系统，通过循环冷却水与工艺机台进行热量交

换，带走工艺机台多余热量，以保证设备正常运行，

简称 PCW 系统。

工艺循环冷却水系统其原理是：循环冷却水泵从

补水箱吸水，加压后经过袋式过滤器过滤，过滤水经

板式换热器换热冷却后供至工艺设备，与工艺设备进

行热量交换，带走设备热量，之后循环冷却水回水至

补水箱，以此构成工艺循环冷却水循环。从工艺设备

带走的热量通过冷却塔或冰机释放至室外环境中。

PCW 开式系统原理图参见图 1。

图 1 工艺循环冷却水开式系统流程图

-53-

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2 工艺循环冷却水系统组成

PCW 系统通常分为开式系统和闭式系统，二者区

别在于系统内的循环水是否与空气直接接触。PCW 系

统的主要组成见表 1

表 1 PCW 系统的主要组成

PCW 闭式系统 PCW 开式系统

定压设备 补水箱

补水箱 循环水泵

循环水泵 袋式过滤器

袋式过滤器 板式换热器

板式换热器 加药装置

加药装置 管道及工艺设备

管道及工艺设备 冷却塔或冰机

冷却塔或冰机

闭式循环工艺冷却水不直接与空气接触，其优点

是可以利用管网余压减少循环水泵扬程，同时由于闭

式系统补水箱较小而节约站房面积。其缺点是当系统

冷却的工艺机台数量较多且不同机台需求的压力有差

别时，闭式系统压力不易调节。

开式循环工艺冷却水在水箱处与空气有局部接

触，其优点是可调试性高，调试周期短。其缺点是循

环水泵扬程相对闭式较高，站房面积相对较大。

工艺循环冷却水系统设计可根据不同项目情况选

择开式系统或闭式系统。本文以开式系统设计为例进

行讨论交流。

3 工艺循环冷却水系统的冷源

板式换热器一次侧的冷源可以是冷却塔，也可以

是冰机。冷源的选择与工艺设备对冷却水的进水温度

要求的精度有关。如果设备对进水温度精度要求比较

高，比如 ±1℃，一般冷源会选择冰机；如果设备对

进水温度精度要求不高，可以考虑使用冷却塔。冷却

塔的使用一般是在冬季使用，在夏季或者过渡季节时，

冷却水温读如果达不到工艺机台的要求，就必须使用

冰机。所以很多项目选择冷却塔和冰机共同作为冷源，

在不同季节切换使用。冷源的选择可根据具体工艺设

备需求进行分析选择。

4 工艺循环冷却水系统水质及管材要求

因为工艺设备比较昂贵，一旦受损影响较大。自

来水中的钙镁离子相对较多，容易使管道内壁结垢，

影响冷却效果，所以 PCW 系统水质通常采用软化水（RO

水）。鉴于工艺设备的重要性，PCW 系统采用 RO 水补

水的同时会预留自来水作为应急补水。

根据《洁净厂房设计规范》（GB50073-2013）中

第 7.2.3 条“工艺设备用循环冷却给水和回水管可采

用热镀锌钢材、不锈钢管或工程塑料管等”。由于工

艺设备的重要性，通常 PCW 系统管材选择不锈钢材质

（SUS304 -10s）。不锈钢管材具有耐热性和耐腐蚀

性好、抗压强度高、内壁光滑且使用寿命长等优点，

所以是 PCW 系统管材以不锈钢为主。同理 PCW 系统中

的阀门、部件均采用不锈钢材质。

5 工艺循环冷却水系统的存水量与补水量

PCW 系统的循环水经过工艺设备换热后回到补水

箱，所以补水箱需要存有一部水以保证系统运行的安

全性。但是考虑工程的经济性，补水箱容积并不是越

大越好。

PCW 系统的补水量参考《工业循环冷却水处理设

计规范》（GB50050-2017）中第 5.0.7 条“闭式系统

的补水量不宜大于循环水量的 1‰”[1]。之所以 PCW

开式系统补水量也按循环水量的 1‰考虑，是因为

PCW 系统是闭式循环管路，其水量损失一是因为为水

箱处的蒸发，此蒸发量很小；二是由于循环水水质电

导率的升高而导致的排水，而系统的排水是电导率达

到一定数值时才进行的排放，并不是经常性的排水。

补水箱的有效容积一般按循环水量的 10％考虑即

-54- 可，也有同行按循环水量 10min 的水量做存储依据。

补水箱材质一般选用不锈钢材质。

6 工艺循环冷却水系统管道布置

PCW 系统的管道布置形式分为同程式和异程式。

管道系统的选择与工艺设备的数量、运输距离有很大

关系。因为工艺设备的重要性，为保证供水的可靠性，

一般首选同程式布置。由于不锈钢管材价格相对较高，

对于工艺设备立数量少、输送距离短的系统也可以考

虑异程式布置。

为保证循环管道水力平衡，系统稳定运行，供回

水主管间应设置旁通管道。工艺循环冷却水系统管道

相对高点须设置排气阀；系统管道最低点须设置泄水

阀。洁净厂房均为恒温恒湿房间，冷却水温度较低，

管内外温差使管外壁结露，管道应相应采取防结露措

施 [2]。

PCW 系统循环干管设计流速和循环水泵的设计流

速参考《建筑给水排水设计标准》（GB50015-2019）

中第 3.11.11 条 [3]，具体如表 2 和表 3 所示。

表 2 冷却水循环干管设计流速

循环干管管径 DN/mm 流速 /（m·s-1）

DN ≤ 250 1.0 ～ 2.0

250 ＜ DN ＜ 500 2.0 ～ 2.5

DN ≥ 500 2.5 ～ 3.0

表 3 循环水泵吸水管设计流速

循环水泵吸水管管径 DN/mm 流速 /（m·s-1）

从冷却塔集水池吸水 1.0 ～ 1.2

从循环管道吸水且 DN ≤ 250 1.0 ～ 1.5

从循环管道吸水且 DN ＞ 250 1.5 ～ 2.0

7 工艺循环冷却水系统控制

PCW 系统控制的主要要点是压力、温度、流量和

补水。

PCW 系统供水压力是由变频加压供水泵控制，通

过在管道上设置压力传感器进行水压监测，压力信号

传至变频泵，通过调节水泵转速以维持整个系统的供

水压力稳定。袋式过滤器前后设置压差传感器，通过

压差信号指导定时清洗过滤器。

水温的控制是在 PCW 系统管道上设置温度传感器，

根据水温监测，信号传至板式换热器一次侧冷冻水端

的电动调节阀，通过电动阀的开度来调节 PCW 系统的

水温。

流量监测是通过管道上设置流量传感器，通过流

量检测以达到系统的调试和能源检测。

PCW 水箱设有液位检测和电导率检测。当 PCW 回

水电导率达到设定上限时，发出报警通知，同时排水

管电动阀开启排水，当电导率达到设定下限时关闭排

水管电动阀，以此来调节系统内水质。当水箱液位下

降时，补水管电动阀开启进行补水，水位达到有效水

位时补水阀关闭停止补水。

为保证 PCW 系统运行的可靠性，通常会配备至少

30min 的 UPS 用电。

8 结语

工艺循环冷却水开式系统在半导体、光伏、微电

子等行业应用广泛。循环冷却水水量大、运行能耗高，

因此在工程设计时要根据工艺需求、站房布置合理的

规划设计方案，以满足工艺设备对水温、水压、水质

等要求，以保证系统运行的合理性、稳定性和经济性。

参考文献：

[1]GB50050-2017，工业循环冷却水处理设计规范 [S].

[2] 李佳霖 . 电子厂房工艺循环冷却水系统分析与优化 [J]. 造纸装备及材料 ,2022,51(01):25-27+40.

[3]GB50015-2019，建筑给水排水设计标准 [S].

-55-

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Elite Software-FIRE 消防系统水力计算软件介绍及其与

国产软件的比较

孙欢 1

，靳雪姣 2

，徐颖 3

，范洪营 1

（1. 航天规划设计集团有限公司 . 北京 100071；2. 上海蓝色帛缔智能工程有限公司 . 上海 200126；3. 北

京环境特性研究所 . 北京 100071）

摘 要： 本文对 Elite Software-FIRE 软件的使用方法及计算原理进行了介绍，并使用该软件及国产软件

对同一个消火栓系统和雨淋系统进行了计算，并做了简要对比，对国产软件的发展及国际化之路提出了建

议。

关键词： Elite Software-FIRE；水力计算；计算软件；消防系统

0 引言

Elite Software-FIRE（以下简称 FIRE）是一款

用于消火栓、自动喷洒、雨淋等水消防系统的水力计

算软件，在欧美西方、中东等地区应用非常广泛、认

可程度很高。

1 FIRE 软件简况

由于所做项目缘故，笔者接触了一款水消防系统

计算软件 - elite software-fire，并对其进行了一

定程度的研究和学习。 FIRE 能用于消火栓系统、自

动喷水灭火系统、雨淋系统、水喷雾系统等水消防系

统的水力计算，在欧美、中东、非洲等地应用广泛。

FIRE 软件是根据美国国家消防协会（NFPA ）的

要求而建立，能快速执行所有必要的水力计算。Fire

能够根据洒水喷头的要求，计算最佳管道尺寸，并自

动执行峰值分析；可以处理所有类型的喷水灭火系统

（枝状、网格、回路和混合系统），最多适用于 1000

个或更多的节点和管道；还可以对仪表、防回流阀、

报警阀和立管进行分析。

2 使用步骤

（1）绘制消防系统的平面图；

（2）建立模型，绘制消防系统的轴测图，标注

各管道的编号及管长；

（3）输入消防系统的数据，包括管道及阀件的

信息，根据初步估算的管径，输入管径、管长，并统

计弯头、三通、阀门的阀件数量；逐个节点进行管道

或阀件信息的输入，工作量较大；

（4）根据系统的类型，确定出流的 K 值及压力；

（5）确定作用面积或者喷头（消火栓）的数量；

（6）计算并输出计算文件。

图 1 FIRE 软件工作界面

-56- 3 FIRE 计算原理

Fire 使用 Newton-Raphson 矩阵求解管网，并根

据 Hazen-Williams 方程将每根供水管道定义为流动。

该软件可以对给定的供水压力进行计算，也可以通过

计算确定系统所需的最低供水压力。FIRE 软件的计算

公式采用 NFPA13、NFPA14 中推荐的水力计算公式。

（1）管道摩擦损失

根据 Hazen-Williams 公式确定，公式如下 :

式中 :

p—摩擦阻力 (psi/ft) ；

Q—流量 (gpm)；

C—摩擦损失系数；

d—管道实际内径 (in.)。

（2）速度压力公式

速度压力根据以下公式确定 :

式中 :

Pv—速度压力 (psi) (SI, 1 psi = 0.0689 bar)；

Q —流量 (gpm) (SI, 1 gal = 3.785 L)；

D —内径 (in.)(SI, 1 英寸 )= 25.4 mm)。

（3）压力公式

正常压力 (Pn) 应根据以下公式确定 :

式中 :

Pn —常压 [psi (bar)]；

Pt —总压力 [psi (bar)]；

Pv —速度压力 [psi (bar)]。

（4）流量系数 k 值公式

孔板、喷头或者消火栓的流量系数应根据下列公

表 1 管件阀门当量长度表

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式确定 :

式中 :

Kn—节点的等效 K 值 [gpm/(〖psi)〗0.5]

；

Q—节点的流量 [gpm]；

P—节点的压力 [psi]。

（5）阀门及管件等效管长

消防系统中的弯头、三通、四通、阀门等，均以

当量长度的形式体现，见下表。在输入数据时（即步

骤 3），选择相应的管件阀组，FIRE 软件会根据管径

自动换算成当量长度。见表 1。

（6）等效长度修正系数。

对于内径不同于 Schedule 40 的钢管，上表所示

的等效长度应乘以由以下公式得出的修正系数：

式中：

Kx—等效长度修正系数；

DS—管道的实际内径；

D—Schedule40 的钢管内径。

4 与国产软件对比

近些年，国产设计软件异军突起，极大地推动了

工程设计的质量和效率，比较有代表性的有天正、鸿

业、奥林等等，其中的水力计算模块的功能和准确性，

经过多年的迭代，也有很大的突破。笔者在做某国外

的项目中，分别采用 FIRE 和天正对同一个建筑物进

行了计算。

图 2 某建筑物雨淋系统平面图

图 3 雨淋系统图（天正，自动生成编号及管径）

-58- 选取某建筑物的消火栓系统（standpipe system

and landing valve）及雨淋系统（deluge sprinkler

system） 进 行 计 算， 用 elite software-FIRE 和

T20V6 分别对两系统进行计算，并对结果进行对比。

天正软件需采用 T20V6 及以上版本，这样可采用与

FIRE 相同的计算公式。

在使用方法上，两个软件差异较大。FIRE 不能自

动生成管径，需要人工初步估算管径后，手动输入，

工作量较大；需要逐段统计管长、管件、阀组，耗力

图 4 雨淋系统图（FIRE，手动输入编号及管径）

费时；但软件方便调整系统中的管件阀组的类型，必

要时还可以自定义所需的管件阀组。而天正，在选择

系统的供水主干管后，则可以自动生成管径，降低了

操作难度；但天正没有给设计师修改或者自定义管件

阀组的机会，只能按照软件已设置的模式进行计算 ,

在计算成果方面，从表格中可以看出，雨淋系统的计

算差异较大，但在工程设计上也能满足精度要求，消

火栓系统的计算结果差异不大。

表 2 雨淋系统计算结果

表 3 消火栓系统计算结果

-59-

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5 结论及建议

FIRE 软件经过三十多年的发展和迭代，在国际上

有很大的市场和知名度，但在自动化及减少设计师工

作量方面，仍有所欠缺，有待改进。

国产设计软件在近几年发展迅猛，完全没有必要

妄自菲薄。在自动化方面更高瞻远瞩，可借鉴国际上

比较知名的软件，建议在设计师可参与程度上要有所

加强，让设计师更多的参与到水力计算的过程中，给

予更多的自定义内容，方便多样化的设计计算。同时，

也可以对软件进行国际化的第三方认证，比如 FM、UL

认证等，增加软件在国际上的知名度，走向国际市场。

“一带一路”战略的实施，有利于国产设计行业

与国际接轨，并逐步走上国际化之路。国产设计软件，

也遇到了前所未有的发展机遇，乘着千载难逢的“国

际化”东风，国产设计软件，连同设计行业一起，可

以迈上出海之路。

参考文献：

[1] National Fire Protection Association. NFPA 13: Standard for the Installation of Sprinkler Systems(2019 version)[J].

2019.

[2] National Fire Protection Association. NFPA 14: Standard for the Installation of Standpipe and Hose Systems(2019

version)[J]. 2019.

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