建築消防給水高峰論壇增壓穩壓設備設計探讨

建築消防給水高峰論壇增壓穩壓設備設計探讨

1.問題的提出：

    新消防規範中關于穩壓泵的設計條文如下：

    5.3.2穩壓泵的設計流量應符合下列規定：

    1：穩壓泵的設計流量不應小于消防給水系統管網的正常洩漏量和系統自動啟動流量；

    2：消防給水系統管網的正常洩流量應根據管道材質、接口形式等确定，當沒有管網洩漏數據時，穩壓泵的設計流量宜按消防給水設計流量的1%~3%計，且不宜小于1L/s;

    3：消防給水系統所采用報警閥壓力開關等自動啟動流量應根據産品确定。

    5.3.3穩壓泵的設計壓力應符合下列要求：

    1：穩壓泵的設計壓力應滿足系統自動啟動和管網充滿水的要求；

    2：穩壓泵的設計壓力應保持系統自動啟泵壓力設置點處的壓力在準工作狀态時大于系統設置自動啟泵壓力值，且增加值宜為0.07Mpa~0.10Mpa；

    3：穩壓泵的設計壓力應保持系統最不利點處水滅火設施在準工作狀态時的靜水壓力應大于0.15Mpa。

    新消規對穩壓泵的設計進行了大刀闊斧的改變，在穩壓泵流量的設置上更加的實用和可操作，在穩壓泵揚程的設計上更加實用和節能，但在氣壓罐儲水容積的設置上比較模糊。由于系統原理的一緻性，本文後面未加說明都是對消火栓系統增壓穩壓設備高置時進行探讨。

    2.穩壓泵流量設計的探讨

    穩壓泵最主要的作用是保持消防系統處于“常高壓"狀态，補充管網的洩流量，防止消防給水系統發生誤報警[1]-[2]。《高層民用建築設計防火規範2005年版（GB50045-95）》關于穩壓泵流量的條文是這樣規定：“增壓水泵的出水量，對消火栓給水系統不應該大于5L/s；對自動噴水滅火系統不應大于1L/s"。條文回避了消防管網系統洩漏量的問題，新消規5.3.2第二條明确了洩漏量的問題，我國當前關于建築消防給水系統洩漏量的計算問題基本是空白，有待相關實驗和實踐的深入。5.3.2第二條最後一句話大大增壓了穩壓泵流量設計在缺乏洩漏量數據的的可操作性：穩壓泵的設計流量宜按消防給水設計流量的1%~3%計，且不宜小于1L/s。不宜小于1L./s的出發點是不小于系統自動啟動流量，比如新消規11.0.4中新增的消防水箱出水管上的流量開關。規範光考慮了動作時可以觸發自動啟動系統，但是大大的增壓了誤報警的可能性，同時關于流量開關設置位置規範籠統的規定為：消防水箱出水管上，關于流量開關的設置本人理解如下：

    （1）流量開關應設在自流管的閘閥與止回閥之間，如果設在穩壓設備後，會很容易産生誤報，引起主泵誤啟動。這樣設另一個好處是避免主泵開啟後對流量開關的沖擊，如圖1所示。

    （2）流量開關的動作流量應該要比穩壓泵的流量要大，在(洩流量+1L/s)~5L/s左右。穩壓泵解決的是洩漏量，流量開關是與主泵聯動，總不能管網一點流量就啟動主泵，這樣反而引起誤動作。

    （3）目前關于管網洩流量的數據比較缺乏，流量開關的樣本基本是空白，流量開關的設置位置、動作流量等有待消防部分的完善和工程的摸索和驗證。

3.穩壓泵揚程設計的探讨

    新消防規範實施之前，增壓穩壓設備的設計有四個壓力控制點，分别為P1（最不利消火栓達到一定的水柱所需要的壓力，叫氣壓罐的充氣壓力，也是氣壓罐真的最低工作壓力，），P2（消防泵的啟泵壓力，通過P1和ab求得），Ps1（穩壓泵的啟泵壓力，Ps1=P2+0.02~0.03Mpa），Ps2（穩壓泵的停泵壓力,Ps2=Ps1+0.05~0.06Mpa）,顯然P2、Ps1、Ps2受P1的控制，思路非常清晰[3]。而新消規5.3.3的第二條直接翻譯的美國的消防規範，語序别捏，同時讓不同的人

圖1

    有不同的理解。我們把第二條和第三條倒過來看會更好理解一點。第三條直截了當明确了消防給水管網“常高壓"狀态的壓力要求，不再需要保證最不利點消火栓的出水水柱和強度，隻需要保持系統最不利點水設施在準工作狀态的時候靜水壓力應大于0.15Mpa，其中準工作狀态指的是穩壓泵将啟動未啟動那個臨界點，這個壓力就是穩壓泵啟泵壓力，穩壓泵的啟泵壓力要滿足以下條件：

    H1--消防水箱最低水位與最不利點消火栓的靜高差（m）；

    H2--消防水箱最低水位與氣壓罐電接點壓力表的靜高差（m）。

    新消規5.3.3第二條可以把這句話分解來分析：滿足A在（系統）準工作狀态下大于B，且最好A=B+0.07~0.10，其中A約等于我們給穩壓泵的設計揚程，是“約等于"不是“等于"，因為這個A不是“額定"揚程，而是“實測"值，規範編制者要求在“任何"實際"情況下A均能滿足比B大0.07~0.10。B很好理解，就是管網壓力下降到該啟泵時管網的壓力，公式如下： 

    P--穩壓泵的設計揚程（Mpa）；

    穩壓泵的停泵壓力根據圖集98s205計算為：Ps2=Ps1+0.05~0.06Mpa。

    增壓穩壓設備的報警壓力根據圖集98s205計算為：P2=Ps1-0.02~0.03

    新消規消防水泵出水幹管設置了壓力開關，壓力開關動作壓力的設置，規範沒有進行說明，本人認為在P2的基礎上再降低兩米即可認為不是誤報警，可以直接啟動消防泵，壓力開關的動作壓力PY=P2-0.02Mpa，具體如何設置有待實際的驗證。

    新消規在增壓穩壓設備的設置中最大的變化就是對于“常高壓"壓力值的控制，原來要按照兩股水槍的壓力計算P1值，然後逐步增加得出Ps1值，一般情況下最不利消火栓處的壓力達到了30~40m，新消規穩壓泵隻需在準工作狀态時最不利處水滅火設置的靜壓達到15m即可，按照新消規設計，最不利消火栓處的壓力一般在20m左右，把消防給水系統的“常高壓"壓力和穩壓泵的揚程降低了10m左右，這樣氣壓罐充氣壓力變小、消防給水管網承壓變低，節省鋼材和運行費用。顯而易見新消規立足點是報警和啟泵的及時性，而不是消防前期水量和水壓的充足性。

4．穩壓設備中氣壓罐的儲水容積設計的探讨

    高規規定宜為450L，圖集98s205消火栓系統規定不小于300L/s，考慮的是30s兩股水柱的流量。按照兩股水柱設計的氣壓罐，一隻水槍動作的時，報警時間會變得遲緩，表1是在圖集98s205随即抽取的穩壓設備，主要研究這些穩壓設備在消防動作時，氣壓罐壓力從Ps1~Ps2之間的一個壓力點降到P2報警壓力所需要的時間。

    表1增壓穩壓設備參數表  

圖2

    注：V1、Vy、V2、Vs1、Vs2表示對應狀态下的氣體體積，氣壓罐的總體積為V

    根據理想氣體狀态方程： 

    其中V1=V，從而得出各個設備的V2、Vs1、Vs2值，如表2所示。

    表2增壓穩壓設備體積計算表   

    一隻水槍出水的流量以5L/s計，各設備氣壓罐壓力降至P2值所需的時間如表3所示。

    表3增壓穩壓設備報警計算表  

    從計算結果可以看出，從動作到報警需要30s左右的時間，略顯遲緩，如果按照一隻水槍設計氣壓罐的儲水容積，一隻水槍動作的時候，報警速度會大大的加快，氣壓罐體積小，壓力下降的會更快，ZW（L）-I-X-10的計算結果就是最好的佐證。

    新消規5.3.4條文如下：設置穩壓泵的臨時高壓消防給水系統設置放置穩壓泵頻繁啟停的技術措施，當采用氣壓水罐時，其調節容積應根據穩壓泵啟泵次數不大于15次/h計算确定，但有效出水容積不宜小于150L。150L/s剛好是一支水槍的30s的出流量，再次說明了新消規強調的是報警和啟泵的速度，不是消防前期水量和水壓的充足性。

 5、結論

    （1）新消規對穩壓泵流量的設計更加細化，立足于洩漏量，有條件的應該按照消防給水管網的洩流量來确定；

    （2）流量開關建議設置在自流管的閘閥與止回閥之間，流量開關的動作流量值建議在（洩流量+1L/s）~5L/s範圍之内；

    （3）新消規使消防給水系統“常高壓"的壓力值降低了10m左右，立足報警和啟泵的及時性，節能的同時具有很強的實用性；

    （4）氣壓罐儲水容積的設計宜按照一支水槍進行計算。

    參考文獻：

    [1]趙正華，王甯，建築消防系統增壓穩壓設備流量設計探讨[J]，武漢，《給水排水》；

    [2]陳聰，淺談消防穩壓泵流量的确定[J]，廣州，《建材發展導向》；

    [3]彭立春，穩高壓消防系統中穩壓泵設計參數确定的探讨。

    作者簡介：

    王浩：安徽省建築設計研究院有限責任公司副總工程師，注冊公用設備（給排水）工程師，從事建築給排水設計28年。

    翟光日：安徽省建築設計研究院有限責任公司助理工程師

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