鄭渭斌

北京中核四達(dá)工程設(shè)計咨詢有限公司

關(guān)于穩(wěn)壓系統(tǒng)計算討論

鄭渭斌

北京中核四達(dá)工程設(shè)計咨詢有限公司

針對民用建筑臨時高壓給水系統(tǒng)中的穩(wěn)壓系統(tǒng)，其消防水箱最低有效水位不滿足水滅火設(shè)施最不利點(diǎn)處的靜水壓力，需增設(shè)消防增壓穩(wěn)設(shè)備來維持消防管網(wǎng)中的壓力；通過《消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備選用與安裝》98S205與《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范規(guī)》15S909 中穩(wěn)壓泵的流量、揚(yáng)程的計算比較，確定最優(yōu)設(shè)計方案。

增壓穩(wěn)設(shè)備；穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計；系統(tǒng)控制；

一、概述

消防是建筑工程設(shè)計的重要組成部分，應(yīng)能夠滿足消防設(shè)計所需的水量及水壓要求，對保證人民生命財產(chǎn)安全是非常必要的。

根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范要求，消防水箱應(yīng)能供給建筑初期火災(zāi)時消防用水量，并保證相應(yīng)的消防水壓。水箱壓力的高低對于撲救建筑物頂層或附近幾層的火災(zāi)關(guān)系也很大，壓力低可能達(dá)不到出水要求的充實(shí)水柱，也不能啟動自動噴水系統(tǒng)報警閥壓力開關(guān)，影響滅火效率，因此在消防水箱設(shè)置高度不滿足規(guī)范最低要求時，需要設(shè)置增壓穩(wěn)壓設(shè)備來保證消防系統(tǒng)中的壓力。

二、穩(wěn)壓系統(tǒng)介紹

消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備主要由穩(wěn)壓泵、消防氣壓罐及控制系統(tǒng)組成；穩(wěn)壓泵主要由設(shè)置在穩(wěn)壓泵應(yīng)由消防給水管網(wǎng)或氣壓水罐上設(shè)置的穩(wěn)壓泵自動啟停泵壓力開關(guān)或壓力變送器控制。

消防管網(wǎng)平時的壓力由穩(wěn)壓泵提供，當(dāng)壓力升高，達(dá)到穩(wěn)壓水容積的高水位時，穩(wěn)壓泵自動停止運(yùn)行；當(dāng)壓力降低，達(dá)到穩(wěn)壓水容積的低水位時，穩(wěn)壓泵自動開啟，將穩(wěn)壓水容積提升到最高水位。如此循環(huán)以保持系統(tǒng)的高壓狀態(tài)。

三、穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計計算

(一)《消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備選用與安裝》98S205中對穩(wěn)壓系統(tǒng)計算方法：

1、消防穩(wěn)壓罐的設(shè)計

氣壓罐的總?cè)莘e按公式V= βVX÷(1-αb)計算。

式中：V為氣壓罐的總?cè)莘em3；

VX為消防水總?cè)莘e等于消防貯水容積、緩沖水容積和穩(wěn)壓水容積之和；β為氣壓罐的容積系數(shù)，臥式、立式、隔膜式氣壓罐的容積系數(shù)分別為1.25，1.10和1.05；

αb為氣壓罐最低工作壓力和最高工作壓力之比(以絕對壓力計)，一般采用0.65～0.85。

設(shè)置氣壓罐的目的是為了保證火災(zāi)發(fā)生初期消防泵沒有啟動之前消火栓和噴頭所需的水壓，時間約為30s。對于消火栓給水系統(tǒng)，按同時使用2支水槍(每支水槍流量5 L/s)計，消防貯水容積為300L；對于自動噴水滅火系統(tǒng)，按5個噴頭同時開啟，每個噴頭以1 L/s計，消防貯水容積為150L。當(dāng)2個系統(tǒng)共用氣壓罐時，消防貯水總?cè)莘e為300+150=450L。

緩沖水容積V1一般不小于20L，穩(wěn)壓水容積V2一般不小于50L。

2、壓力控制點(diǎn)壓力值的計算

由于壓力傳感器有精度、穩(wěn)定性的要求，一般使緩沖水容積的上、下限水位壓差不小于0.02～0.03 Mpa；穩(wěn)壓水容積的上、下限水位壓差不小于0.05 ～0.06Mpa。

P1=Hq+ Hd+∑h-ΔH(穩(wěn)壓設(shè)備高置)

P1為消防需要壓力或者最不利點(diǎn)消火栓所需的水壓Hmin；

Hq為消火栓栓口壓力；

Hd為水龍帶水頭損失；

∑h為最不利點(diǎn)消火栓至穩(wěn)壓設(shè)備之間管道水頭損失及局部損失；

ΔH為最不利點(diǎn)消火栓至高位消防水箱最低水位幾何高差。

P2為啟動消防泵的壓力。P2=P1/αb；

P01為穩(wěn)壓水容積下限水位壓力，此時啟動穩(wěn)壓泵；P01=P2+(0.02～0.03)；

P02為穩(wěn)壓水容積上限水位壓力，即氣壓罐最高工作壓力，此時停止穩(wěn)壓泵。P02=P01+0.05～0.06Mpa=P2+0.07～0.09MPa。

3、計算舉例

一棟建筑高度50m的公共建筑，在屋頂水箱間內(nèi)設(shè)置增壓穩(wěn)壓設(shè)備，氣壓罐選用立式氣壓罐，屋頂水箱至頂層消火栓栓口的距離ΔH=4m。屋頂水箱至頂層消火栓處的管道沿程水頭損失及局部水頭損失之和∑h=1m，消火栓系統(tǒng)流量取25L/S。

氣壓罐工作壓力比取：αb = 0.8

氣壓罐總?cè)莘e：V=βVX÷(1-αb)=1.1×(300+20+50)÷(1-0.8)=2.04m3

氣壓罐充氣壓力(消防需要壓力)：

P1=Hmin=Hq+Hd+∑h-H=0.18+0.03+0.01-0.04=0.18(Mpa)

消防泵啟動壓力：P2=P1÷αb=0.18÷0.8≈0.23(Mpa)

穩(wěn)壓泵啟動壓力：P01=P2+0.02～0.03Mpa=0.23+0.02～0.03=0.25～0 .25(Mpa)

穩(wěn)壓泵停泵壓力：P02=P2+0.07～0.09Mpa=0.23+0.07～0.09=0.30～0 .32(Mpa)

穩(wěn)壓泵揚(yáng)程：H=(P01+P02)÷2=(0.25+0.31)÷2=0.28(Mpa)

選用兩臺水泵(一用一備)，每臺穩(wěn)壓泵參數(shù)：Q=4.17L/s，H=27m，N=2.2KW。

4、穩(wěn)壓泵的流量

由于消防初期流量由氣壓罐供給，泵的流量只需考慮系統(tǒng)的滲漏量或氣壓罐對流量的要求，所以流量可適當(dāng)選小一點(diǎn)。對于民用建筑消火栓系統(tǒng)穩(wěn)壓泵的流量以約小于1個消火栓的出水量計，為≤5 L/s。噴灑系統(tǒng)穩(wěn)壓泵的流量以約小于1個噴頭的出水量計，為≤1 L/s。工業(yè)建筑穩(wěn)壓泵流量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確認(rèn)。

5、系統(tǒng)控制

消防泵啟動主要由穩(wěn)壓罐上的壓力控制，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，管網(wǎng)中大量缺水，造成管網(wǎng)中壓力下降，當(dāng)管網(wǎng)中壓力由P01下降至P2時，發(fā)出報警信號，立即啟動消防泵，穩(wěn)壓泵停止工作，直至消防泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，手動恢復(fù)設(shè)備控制功能。

(二)根據(jù) 《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范規(guī)》15S909中對穩(wěn)壓系統(tǒng)計算方法：

1、消防穩(wěn)壓罐的設(shè)計計算可參照(一)中方法計算。

2、壓力控制點(diǎn)壓力值的計算

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范規(guī)》GB50974-2014中5.3.3 條規(guī)定及要求計算。

當(dāng)穩(wěn)壓設(shè)備設(shè)置在消防水箱間內(nèi)時，穩(wěn)壓泵設(shè)計壓力計算：

P01＞15-H1且P01≥H2+7 P01為穩(wěn)壓泵啟泵壓力

P02=P01÷0.8 P02為穩(wěn)壓泵停泵壓力

P2=P01+H1+H-7 P2為消防泵啟泵壓力

穩(wěn)壓泵設(shè)計壓力確定圖示

3、計算舉例

一棟建筑高度50m的公共建筑，在屋頂水箱間內(nèi)設(shè)置增壓穩(wěn)壓設(shè)備，氣壓罐選用立式氣壓罐，屋頂水箱至頂層消火栓栓口的距離：ΔH=4m。屋頂水箱至頂層消火栓處的管道沿程水頭損失及局部水頭損失之和∑h=1m，有效水深H2為1.5m，假設(shè)H=53m，系統(tǒng)消火栓流量取25L/S。

穩(wěn)壓泵啟動壓力：P01＞15-H1且P01≥H2+7

P01＞15-4=11m，P01≥1.5+7=8.5m 因此穩(wěn)壓泵啟泵壓力取15米(0.15MPa)。

穩(wěn)壓泵停泵壓力：P02=P01÷0.8

P02=15÷0.8=18.75m≈19m=0.19MPa

P2為消防泵啟泵壓力：P2=P01+H1+H-7

P2=15+4+53-7=65m=0.65MPa

穩(wěn)壓泵揚(yáng)程：H=(P01+P02)÷2=(0.15+0.19)÷2=0.17(Mpa)

選用兩臺水泵(一用一備)，每臺穩(wěn)壓泵參數(shù)：Q=1L/s，H=17m，N=1.5KW。

4、穩(wěn)壓泵的流量

對于民用建筑穩(wěn)壓泵的設(shè)計流量宜按消防給水設(shè)計流量的1%～3%計，且不宜小于1L/s；工業(yè)建筑穩(wěn)壓泵流量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確認(rèn)。

5、系統(tǒng)控制

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，管網(wǎng)中大量缺水，造成管網(wǎng)中壓力下降，當(dāng)檢測到消防水泵出水干管上壓力下降至P2時，由消防水泵出水干管上的壓力開關(guān)或報警閥壓力開關(guān)等開關(guān)信號直接自動啟動消防泵，穩(wěn)壓泵停止工作，直至消防泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，手動恢復(fù)設(shè)備控制功能。

四、結(jié)論

根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范及國家標(biāo)準(zhǔn)圖集中兩種計算過程比較，可以得出《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范規(guī)》15S909中計算得到穩(wěn)壓泵的壓力較小，穩(wěn)壓設(shè)備及管網(wǎng)承受壓力也會相對較小，且延長管網(wǎng)及設(shè)備壽命，同時也比較經(jīng)濟(jì)，工程造價相對較低。但是現(xiàn)行穩(wěn)壓設(shè)備選型圖集中穩(wěn)壓設(shè)備壓力偏高，對于實(shí)際工程減少工程造價時，設(shè)計人員應(yīng)需要消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備廠家配合設(shè)計完成，以達(dá)到消防設(shè)計及工程使用要求。