重慶某電信大樓消防給水穩(wěn)壓方式的選擇

童愚

（機械工業(yè)第三設計研究院 重慶 400039）

重慶某電信大樓建筑高度95m，地上24層（含3層夾層），地下兩層，本大樓功能復雜，設備投資較多，建筑物的安全很重要，這就對消防給水設計提出了較高的要求。通常確保撲滅初期火災，是消防給水設計有效性的關鍵，因此，如何選擇好滿足初期滅火水量水壓的穩(wěn)壓增壓裝置就成了我們亟待解決的問題。

我國現(xiàn)行規(guī)范 《高層民用建筑防火設計規(guī)范》（GBJ50045—95）（以下簡稱“高規(guī)”）第7.4.7.2條，對是否設增壓裝置作了如下規(guī)定，即“高位消防水箱的設置高度應保證最不利點消火栓的靜水壓力；當建筑高度不超過100m時，高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.07MPa……當高位消防水箱不能滿足上述靜壓要求時，應設增壓設施”。重慶某電信大樓23夾層設置的消火栓為最不利消火栓，由于場地所限，屋頂消防水箱只能設于二十四層，故消防水箱不能滿足靜水壓力要求，消防給水系統(tǒng)應設增壓設施。這點對自動噴水系統(tǒng)同樣適用。設了穩(wěn)壓增壓裝置的消防給水系統(tǒng)與高壓系統(tǒng)相比，不像后者在消防全過程都能有效保證水壓和水量要求，但是，消防水壓在消防主泵啟動前，可以靠啟動穩(wěn)壓增壓裝置來保證，消防用水的水量也可以得到若干程度的滿足，用于滅火較普通臨時高壓給水系統(tǒng)及時、可靠、有效，是介于高壓與臨時高壓系統(tǒng)兩者之間的一種系統(tǒng)，所以有人稱之為穩(wěn)高壓系統(tǒng)，這里所謂的增壓裝置，我們也稱之為穩(wěn)壓裝置?，F(xiàn)在就本工程對穩(wěn)壓方式的選擇，談談幾點思考。

1 穩(wěn)壓的主要方式

穩(wěn)壓裝置按設置的位置分，通常有兩種情況，即一種設置于屋頂?shù)南浪渑?；一種設置于地下層，安裝在消防水泵房內(nèi)。對于后一種方式，由于穩(wěn)壓裝置要滿足消防最不利點壓力，故穩(wěn)壓泵揚程較高，電機功率大，且氣壓罐容積也較大；對于前一種方式，相比之下，有效地利用了氣壓罐容積，降低罐內(nèi)壓力，減少穩(wěn)壓泵電機功率，從而有利于減少工程投資和減少運行費用，便于管理維護。因此，除非是屋頂位置緊張或建筑功能不允許，一般情況下，宜采用消防穩(wěn)壓裝置設于屋頂?shù)姆绞?。以下我們討論的均為屋頂消防穩(wěn)壓方式，常見的屋頂消防給水穩(wěn)壓主要有以下三種方式。

1.1 第一種方式

即單設穩(wěn)壓泵（增壓泵），而不設氣壓罐的情況。穩(wěn)壓泵的作用主要是維持消防系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力，對系統(tǒng)起到穩(wěn)壓，同時也要滿足最不利點滅火設施初期火災所需的壓力和流量要求。《高規(guī)》第7.4.8.1條對增壓水泵（這里稱穩(wěn)壓泵）的出流量有以下規(guī)定：“增壓水泵的出流量，對消火栓給水系統(tǒng)不應大于5L/S，對自動噴水滅火系統(tǒng)不應大于1L/S”。（這個規(guī)定的前提條件之一是消防給水系統(tǒng)無氣壓水罐）。即穩(wěn)壓泵流量在消火栓給水系統(tǒng)可按一個消火栓出流量計算，自噴系統(tǒng)可按一個噴頭出流量計算，穩(wěn)壓泵啟停通過設于管道上的壓力傳感器控制；對于這種作法，由于水幾乎不具備可壓縮性，所以常出現(xiàn)穩(wěn)壓泵一開壓力就上去，稍有泄漏壓力又迅速下降，穩(wěn)壓泵頻繁啟動，容易損壞。

1.2 第二種方式

即小穩(wěn)壓泵配大氣壓罐，這種穩(wěn)壓方式主要以氣壓罐為主；消防主泵啟動前滅火設施所需的水量和水壓由氣壓罐來滿足（即滿足消防初期火災的水量和水壓）。這里氣壓罐不僅是貯存消防初期的滅火用水量，而且還要貯存一定水量來配合控制穩(wěn)壓泵的啟停，因此罐容積要大，而穩(wěn)壓泵作用主要是維持氣壓罐內(nèi)的壓力和保證罐內(nèi)貯水量。設于氣壓罐上的水位和壓力傳感器可以控制穩(wěn)壓泵啟停和消防主泵啟動。

1.3 第三種方式

即大穩(wěn)壓泵（增壓泵）配小氣壓罐，這種形式主要以穩(wěn)壓泵為主，穩(wěn)壓泵對出流量的要求基本上與第一種方式相同，其作用也一樣。氣壓罐不貯存消防初期滅火用水量，僅貯存一定量的穩(wěn)壓水來控制穩(wěn)壓泵啟停以緩解穩(wěn)壓泵啟停過于頻繁，其作用重在穩(wěn)壓，這里氣壓罐僅貯存穩(wěn)壓水，容積小，所以，我們稱之為大泵配小罐。

2 穩(wěn)壓方式的確定

對比以上三種方式，由于第一種形式穩(wěn)壓泵頻繁啟動容易損壞，導致穩(wěn)壓失效，所以工程設計一般不予采納，這里，我們也不作更進一步的研究。下面我們針對后兩種情況，通過對本工程的計算分析來討論最佳穩(wěn)壓方案。

2.1 針對第二種方式

這種方式以氣壓罐為主，故首先確定氣壓罐的主要參數(shù)：Vx、Vs、P1、P2、P3、P4等，如圖1。

圖1 氣壓水罐

Vx——消防貯水容積；Vs——穩(wěn)壓水容積；

Vop——緩沖水容積；Vo——不動水容積；

P0——起始壓力；P1——最低工作壓力；

P2——最高工作壓力，消防主泵啟動壓力；

P3——穩(wěn)壓水容積下限壓力，穩(wěn)壓泵啟動壓力；

P4——穩(wěn)壓水容積上限壓力，穩(wěn)壓泵停止壓力；

h1——消防貯水容積下限水位；

h2——消防貯水容積上限水位；

h3——穩(wěn)壓水容積下限水位；

h4——穩(wěn)壓水容積上限水位。

氣壓罐消防貯水容積在《高規(guī)》中有規(guī)定，根據(jù)其中的第7.4.8.2條“氣壓水罐的調(diào)節(jié)水量宜為450L”，條文說明中解釋為兩支水槍和5個噴頭30S的用水量，即消火栓系統(tǒng)為2X5X30=300L，自動噴水系統(tǒng)為5X1X30=150L，二者共為450L。而P1實際上是指滿足消防初期火災最不利點滅火設施所需的水壓，一般由幾何高差、最不利點所需出流水頭、管網(wǎng)總水頭損失三部分組成；這里幾何高差，與出流水頭均易確定，總水頭損失則應按火災初期水量計算，而不是按系統(tǒng)流量計算，這樣計算出的P1較小，這就使消防給水系統(tǒng)，在滿足了消防要求的情況下，平常仍處于一個較低壓力狀態(tài)。

至于P2、P3、P4可以根據(jù)我國有關設計院的經(jīng)驗來確定，即P2—P1≤0.13MPa，P3—P2≈0.02MPa，P4—P3≈0.05MPa，h4—h3區(qū)段的水容積為穩(wěn)壓水容積，一般可按不少于50L確定，h3—h2區(qū)段的水容積為緩沖水容積，可根據(jù)P3—P2≈0.02MPa對應的容積差計算確定。

其次確定穩(wěn)壓泵的揚程和流量，穩(wěn)壓泵揚程不應小于P4，即確定了P4就確定了揚程，由于穩(wěn)壓泵流量相當小，且小于1L/S，而實際上小于1L/S泵較難選擇，所以按1L/S計算穩(wěn)壓泵的出流量。

由于考慮到自動噴水系統(tǒng)與消火栓系統(tǒng)最不利點所要求的壓力和流量均不同，所以本工程采取兩個系統(tǒng)分別設置穩(wěn)壓裝置的方式，以下我們就這兩個系統(tǒng)來計算穩(wěn)壓方案。

方案a：消火栓系統(tǒng)（這里僅計算補氣式氣壓水罐）

氣壓罐容積V=βVx/（1—αb）

β——氣壓水罐容積系數(shù)，選擇立式罐，即系數(shù)為1.10；

αb——工作壓力比，即（P1+0.098）/（P2+0.098）（所述壓力均為表壓）

經(jīng)計算P1=0.21MPa，已知Vx為0.30m3

從而得出P2=0.28MPa，P3=0.30MPa，P4=0.35MPa，V=1.8m3。

這樣氣壓罐按H=1.8m，Φ1200選型，穩(wěn)壓泵按揚程為0.35 MPa，流量Q≤1L/S選型。

方案b：自動噴水系統(tǒng)

同上，已知Vx=0.15m3，計算得出P1=0.11MPa，

所以有P2=0.18MPa，P3=0.20MPa，P4=0.25MPa，V=0.66m3。

這樣氣壓罐按H=1.3m，Φ800選型，穩(wěn)壓泵按揚程為0.25 MPa，流量Q≤1L/S選型。

2.2 針對第三種方式

氣壓罐未貯存消防初期用水量，即Vx=0，其余參數(shù)均采取上述方法確定。

方案C：消火栓系統(tǒng)

同樣，P1=0.11MPa，得出P3=0.23MPa，P4=0.28MPa（P2不存在）。

Vs=0.06 m3，Vop=0.04 m3，V=0.60m3。

這樣，氣壓罐按H=1.2m，Φ800選型，穩(wěn)壓泵按揚程為0.28 MPa，流量Q=5L/S選型。

方案d：自動噴水系統(tǒng)

P1=0.11MPa，得出P3=0.13MPa，P4=0.18MPa（P2不存在）。

Vs=0.05 m3，Vop=0.03 m3，V=0.35m3。

氣壓罐按H=1.2m，Φ600選型，穩(wěn)壓泵按揚程為0.18 MPa，流量Q≥1L/S選型。

綜合以上四種方案，首先分析消火栓系統(tǒng)的a、c兩方案。比較之下，a方案氣壓罐較大，而本工程屋頂二十四層位置較緊張，且為懸挑梁承重，結構負荷不能太大，故采用a方案有兩種不利因素，一是安裝難度大，二是增加結構負荷，增加了工程造價；而c方案，罐內(nèi)容積未貯存初期消防水，但是真正火災發(fā)生時，在鋪設完水帶并出水槍滅火這段時間，實際上，增壓泵（即所謂的大穩(wěn)壓泵）已經(jīng)啟動，在準備出第二支水槍時，已超過30S，即地下層消防主泵也早已啟動，所以，這是貯存初期消防水，必要性不大。顯然采用c方案有兩個優(yōu)點：一是減少了穩(wěn)壓裝置的占地面積，安裝較容易；二是減少了氣壓罐的容積，也就減少了一次性投資。所以，消火栓系統(tǒng)c方案比較適宜。

其次分析自動噴水系統(tǒng)的b、d方案，比較b、d兩方案穩(wěn)壓泵揚程與氣壓罐容積大小均差距不大，但對于自動噴淋系統(tǒng)，噴頭一旦爆開則需要一定量的有壓水立即噴出滅火，不象消火栓要有鋪設水帶的時間。所以要提高自動噴水系統(tǒng)的可靠性，氣壓罐貯存初期消防水有必要，也就是說，采用b方案比較合適。

3 結論

通過上面的分析比較，我們得出：穩(wěn)壓方式消火栓給水系統(tǒng)宜采用增壓泵（即大穩(wěn)壓泵）配小氣壓罐；自動噴水系統(tǒng)宜采用貯存初期消防水量的氣壓罐配穩(wěn)壓泵。當然，對于不同的工程，也未必一成不變，但是為確保初期滅火的有效性，對一個需要設穩(wěn)壓增壓裝置的高層建筑選擇穩(wěn)壓方式時，都應該作一定的技術、經(jīng)濟比較。

[1]GB 50084-2001,自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范[S].

[2]GB 50045-95,高層民用建筑設計防火規(guī)范[S].