下置式消防增压稳压系统设计浅析

下置式消防增压稳压系统设计浅析临时高压消防系统的最不利点消防压力通常利用消防水箱配合增压稳压设备满足。住宅小区为避免噪音污染，增压稳压设备多采用下置式。本文中，笔者对增压稳压设备工作原理、选型计算和设备下置式时的设计要点，谈一谈自己的浅知拙见，以此与大家共同探讨与研究。关键词：增压稳压设备 气压罐 稳压泵 最不利点消防压力Theanalysis of the underneath typeof fire pressure stabilizersystem design Du-taoShandong Provincial Architectural Design Institute Abstract：The most unfavorable point fire pressure of temporary high pressure fire systems usually use fire water tank with the pressure stabilizing device meet. Residential area in order to avoid noise pollution, pressure stabilizing deviceadopts the underneath type. In this paper, the design key points of work pressure regulator principle, equipmentselection calculation and equipment under time, talk about oneself shallow knowledge and opinion, as we discussand researchKey words: Pressure stabilizing device Air pressure tank Pump regulator The most unfavorable pointfirepressure引 言在建筑物火灾初期阶段，燃烧面积小、火势较弱，是扑灭火灾的最佳时机，因此火灾初期用水的可靠性，就显得尤为重要。采用临时高压消防系统的高层建筑，火灾初期，在消防泵未能启动的情况下，消防用水若仅依靠屋顶消防水箱重力落水供给，很难满足最不利处消防压力要求。如果依靠架高消防水箱来满足压力要求，无疑会大大增加成本和结构风险隐患，难以实现。因此，设计中常采用增压稳压设备来保证火灾初期的消防用水压力需求。住宅小区为避免噪音污染，增压稳压设备多采用下置式。1消防增压稳压设备工作原理消防增压稳压设备是由消防稳压泵、气压罐和配套电控柜等附件组成。建筑设计防火规范GB50016-2006第8.6.9条规定“消防水泵应保证火警后30S内启动”，因此，消防增压稳压设备需提供火灾前期30s的消防水量和水压需求。对于消火栓给水系统，按同时使用2支水枪（每支水枪流量5L/s）计，气压罐消防有效水容积VX=2支5 L/s30s=300L；对于自动喷水灭火系统，按5个喷头同时开启，每个喷头以1 L/s计，消防有效水容积为5个1L/s30s =150L。当消火栓和喷淋系统共用气压罐时，消防有效水容积为300L+150L=450L。图1 在无消防报警时，消防给水系统管网压力通过增压稳压设备的气压罐维持。当消防给水系统正常泄漏量达到稳压水容积Vs时（见图1），气压罐气室扩大，气室压力下降至Ps1，发送信号，稳压泵工作，补充消防泄漏水量，此时气压罐水室慢慢扩大，气室减小，气室压力增加至PS2，发送信号，稳压泵停止工作。稳压泵如此周而复始的在Ps1和PS2之间运行，稳压泵反复启停来保证消防管网和气压罐压力。当发生火灾时，消火栓或喷头开启，气压罐内水室迅速缩小，气室扩大，压力由Ps1降至P2，此时发送启动消防主泵的信号；同时气压罐压力持续降低，气压罐有效消防水容积VX（300L或450L）提供消防主泵启动前消防用水，当有效消防水容积VX剩余最后一滴时的压力P1应仍然能满足最不利点的消防水压要求，此时30S时间已过，消防主泵应已经启动供水。消防主泵启动后，稳压泵自动停泵。2下置式消防增压稳压设备与上置式比选根据城镇给水排水设计规范GB50788-2012第3.6.6 “给水加压循环冷却等设备不得设置在居住用房的上层、下层和毗邻的房间内，不得污染居住环境”的要求，住宅工程多将消防增压稳压设备采用下置式，一般设于地下车库消防泵房内。表1：下置式消防增压稳压设备与上置式优缺点比较下置式上置式优点增压设备下置，便于管理；对顶层用户无噪音污染。设备高度通常大于最不利消火栓（或喷头），对消防管网压力等级附加较小。缺点设备下置，需要先克服建筑几何高差产生的水头，再为最不利点加压供水，对消防管网压力等级附加大。稳压设备的启停易对顶层用户造成噪音污染。比选分析适用于住宅等对噪音要求高的建筑适用于公建等对噪音要求低的建筑由上表分析，下置式消防增压稳压设备所提供消防压力P1,需要克服楼层几何高度所产生的水压，并给消防最不利点供水，对稳压泵扬程和消防管网压力等级都提出较高要求，相对上置式并无过多优点，但是，依据上述城镇给水排水设计规范GB50788-2012第3.6.6条规定，并结合日益提高的建筑品质要求，下置式消防增压稳压设备因其降噪优点，也会有自己的一席之地，多用于高档住宅等对噪音要求较高的建筑。3下置式消防增压稳压设备简算3.1结合上图1，计算参数分析如下：P1满足最不利点所需要的消防压力。即当有效水容积Vx全部供给火灾初期用水时，气压罐挤出最后一滴有效水时的压力。消防增压稳压设备下置式设备的P1=建筑高差+最不利点需要压力+水力损失，设计计算式，可取P1=消防主泵压力。P2消防主泵启动压力。下置式设备的P1=建筑高差+最不利点需要压力P0+水力损失。设计计算式，可取P1=消防主泵压力。PS1稳压泵启动压力，取PS1= P2+(0.020.03)Mpa;PS2稳压泵停泵压力。取PS2= PS1+(0.050.06)Mpa;V1 、V2 、Vs1 、Vs2气压罐气室压力为P1、P2、Ps1、Ps2时，对应的气体体积。Vx消防有效水容积;消火栓系统Vx=300L，喷淋系统Vx= 150L，消火栓与喷淋合用系统Vx=450L。Vs稳压水容积，即稳压泵启、停泵之间水容积差，要求Vs50L。Vp缓冲水容积，即稳压泵启泵时水容积与消防主泵启泵水容积差，用于缓冲，防止误启消防泵，要求Vp20L。Vxz贮水容积，Vxz = Vx + Vs + Vp V气压罐总体积，V = 工作压力比，工作压力比是气压罐内最低工作压力和最高工作压力之比，选取范围一般为0.50.9。消防增压稳压设备为=（注：P1等压力值均为表压，计算时候需加0.098换算成绝对压力，下同）气压罐容积系数，消防增压稳压系统多用隔膜式（胆囊式）气压罐，取值宜为1.05.3.2设计简算步骤第步 预选取工作压力比，（0.50.9），宜取中间数值。第步，由公式=计算P2;并计算PS1= P2+(0.020.03)Mpa; PS2=P S1+(0.050.06)Mpa;第步，结合玻马定律（PaVa=PbVb），联立下列方程，计算气压罐V、Vp、Vs、等各项容积参数。P1V1= P2V2= Ps1Vs1= Ps2Vs2 V2=V1- Vx. Vs1=V1- Vx - VpVs2=V1- Vx - Vp-VSVxz = Vx + Vs + VpV = 第步，根据上步计算成果V，选择气压罐直径和规格；并核算Vs 、Vp 是否满足要求（Vs50L、Vp20L）。3.3稳压泵的选取3.3.1稳压泵流量的选取探讨气压给水设计规范CECS76-95第4.3.2条和高层民用建筑设计防火规范GB50045-95第7.4.8.1条对稳压泵流量规定均有明确要求：稳压泵流量，消火栓系统中不应大于5L/S，自喷系统中不应大于1L/S。稳压泵流量，消火栓系统中不应大于5L/S。目的是为防止1只消火栓出流时，其水量若仅由稳压泵提供即可满足，会造成气压罐水容积不减小的极端状况，影响消防主泵的启动。自喷系统中稳压泵流量不应大于1L/S。其目的是同样是为了防止1只喷头出流时，其水量若仅由稳压泵提供即可满足，会造成气压罐水容积不减小的极端状况，影响消防主泵的启动。但消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014第5.3.2条第二款规定“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”。其规定与上述两本规范规定并不完全统一，此处有待与读者共同探讨与研究。在际设计中，为同时满足现行规范，并考虑到水泵启动泵次数不宜过于频繁等因素，可将稳压泵流量选定为略小于1L/S为宜，此数据仅为笔者个人见解，仅供参考。3.3.2稳压泵扬程应根据计算出的PS2选取。4消防增压稳压设备下置时几个容易疏忽的地方下置式消防增压稳压设备计算中，要注重考虑建筑物几何高差所产水的水头压差，并注意稳压设备从消防水箱吸水和从消防水池吸水时候稳压泵选取的区别，其它计算与上置式基本无异。 A、B-减压阀，C-流量开关，D 、E-压力开关图2但是设计绘图中，消防增压稳压设备采用下置式时，流量开关、压力开关等组件的设置位置均与上置式有所不同，例如图2为某住宅消火栓系统构成示意。图中，消防增压稳压设备从消防水箱的引下管吸水；消火栓系统高低区各设2组消火栓泵，高区通过消防增压稳压设备增压为系统稳压，低区消火栓系统依靠消防水箱重力水头减压后稳压。上图2中，消火栓系统的流量开关为避免增压稳压设备吸水干扰影响精度，宜设置于地下车库的消防水箱引下管上，并置于低区减压阀组之前、增压稳压设备吸水管之后，如上图2中C点位置。在流量开关前部增设止回阀（图2中B点），也是为了防止增压稳压设备吸水回流，干扰流量开关精度。高区消火栓系统的压力开关可置于消防泵房主干管上，其输送电信号的压力值宜与消防增压稳压设备P2压力值相同或宜略低于P2；低区消火栓系统管网依靠高位水箱稳压，水箱压力过大时候设置减压阀，当采用比利时减压阀时，低区消火栓系统压力开关仍可置于消防泵房主干管上（图2中D点），比例式减压阀阀前压力为消防水箱几何高差；当采用阀后压力恒定的可调式减压阀时，压力开关应设于减压阀前（图2中E点），其输送电信号的压力值宜略低于消防水箱竖向几何高差产生的水头压差。无论低区压力开关位置放在何处，都应在消防水箱引下管与高区消防管连接处设置止回阀（图2中A点）,以避免高、低区压力系统对对方压力开关之间干扰。实际设计中，各类阀门组件的设置位置根据系统形式的不同应具体分析，例如增压稳压设备从消防水池吸水或者采用高精度可靠的流量开关等可避免上述流量开关的设置位置限制，但是从消防水池吸水无疑大大增加了稳压泵扬程；流量开关也很难保证，在长期受稳压泵吸水干扰下能保证正常精度。各方案有利有弊，有优点优缺点，设计人可根据具体工程实例来比选自己的最优设计方案。结论消防增压稳压设备提供火灾初期消防水压力，其安全可靠性对建筑物火灾的扑灭有着重要的意义。仅从消防系统设计的合理性而言，下置式消防增压稳压设备比上置式并无明显优势，其主要用于住宅、高档酒店等降噪要求较高的建筑。当采用下置式时，其计算、连管形式及阀门开关等附件的设置都与上置式有所不同。设计师可根据所设计工程性质和消防系统形式，合理选择，保证消防系统的正确性和安全性。参考文献1 黄晓佳，马恒等，消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-20142 吴以仁，姜文源，蒋丕杰等气压给水设计规范CECS76-953 黄汝宏等消防增压稳压设备选用与安装图集98S205