建筑物消防給水系統增壓穩壓設施的探討

甄 珍

1 設置增壓穩壓設施的目的

目前,我國大部分建筑采用的是臨時高壓給水系統,意味著管網內平時壓力并不高,水壓和流量均不能滿足最不利點的要求,只有在消防水泵啟動后,才能達到管網壓力滿足滅火需要。在火災發生的初期,消防水泵不能及時向系統提供滅火所需的水量和水壓,只有靠消防水箱來保持,但消防水箱的設置位置通常是保證不了建筑頂部數層的消防栓給水系統壓力,為保證消防泵正常啟動前滅火設備一開啟就能及時出水滅火,應設增壓穩壓設施。現行《高層民用建筑設計防火規范》(以下簡稱《高規》)第7.4.7.2條規定:高位消防水箱的設置高度應保證最不利點消火栓靜水壓力。當建筑高度不超過100 m時,高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.07 MPa;當建筑高度超過100 m時,高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.15 MPa。當高位消防水箱不能滿足上述靜壓要求時,應設增壓設施。對自動噴水滅火系統而言,《自動噴水滅火系統設計規范》(以下簡稱《噴規》)第5.0.1條規定:系統最不利點噴頭的工作壓力不應低于0.05 MPa。且《噴規》第10.3.1條規定:采用臨時高壓給水系統的自動噴水滅火系統,應設高位消水箱,其儲水量應符合現行有關國家標準的規定。消防水箱的供水應滿足系統最不利點處噴頭的最低工作壓力和噴水強度。雖然《噴規》未明確說設置增壓設施,但比照《高規》筆者認為,當高位水箱不能滿足噴頭的最低工作壓力和噴水強度時,也應設增壓設施。

2 常用的增壓穩壓設施

2.1 高位消防水箱最經濟的穩壓設施

我國規范要求采用臨時高壓給水系統的室內消火栓系統和自動噴水滅火系統的建筑,應設高位消防水箱。高位消防水箱的三大作用:1)提高臨時高壓消防給水系統的可靠性;2)保證火災發生后所需提供的初期消防用水量,規范要求消防水箱應儲存10 min的消防用水量;3)提供系統準工作狀態和火災初期消防系統所需的水壓。消防水箱是靠重力自流工作的,應設置在建筑的最高處。若水箱架設的高度能滿足消防給水系統最不利點對靜壓的要求時,按照規范要求就不需要另行設置增壓穩壓設施了。因此,高位消防水箱是最經濟的穩壓設施。在實際工作中,將高位水箱設在電梯機房頂上,高位水箱距頂層的消火栓垂直高度一般都大于7 m,能夠滿足消火栓最不利點的靜水壓力。

2.2 穩壓泵

穩壓泵設置在系統頂部靠近水箱處,是用來給氣壓罐補水,以保證氣壓罐內始終儲存有30 s的消防用水量,從而達到穩壓的目的。《高規》在第7.4.8條及條文說明中對水泵流量提出了具體要求,對消火栓給水系統不應大于5 L/s,對自動噴水滅火系統不應大于1 L/s,其出水量滿足一個消火栓用水量或一個自動噴水滅火系統噴頭的用水量,其目的是能盡快啟動消防水泵的主泵。穩壓泵應與消防主泵連鎖,當主泵啟動后,穩壓泵應能停運。

2.3 氣壓罐

氣壓罐(本文所指的氣壓罐為隔膜式氣壓罐)是利用玻義耳—馬略特定律即在定溫條件下,一定質量氣體的絕對壓力和它所占的體積成反比的原理制造的穩壓設備,儲存一定水量供系統水量調節之用,將系統壓力穩定在設定范圍之內,以降低消防水泵的啟動次數。《高規》中規定氣壓罐的調節水量宜為2支水槍和5個噴頭30 s的用水量,即2×5×30+5×1×30=450 L。

在氣壓罐中有四個壓力控制點分別為 P1,P2,PS1,PS2(見圖1)。其中,P1為氣壓罐的設計最小工作壓力;P2為消防水泵的啟動壓力;PS1為穩壓泵啟動壓力;PS2為穩壓泵的停泵壓力。若建筑物發生火災,隨著滅火設備的開啟,氣壓罐內的水減少,壓力降低,當壓力由 PS2降至 PS1時,穩壓泵啟動,但穩壓泵流量小,氣壓罐得不到有效地補水,壓力繼續下降,當壓力降至 P2時,信號回到消防控制室,自動啟動消防水泵向管網內供水。當消防水泵啟動后,穩壓泵便自動停止運轉,消防增壓穩壓工作完成。

3 增壓穩壓設施在應用中應注意的問題

3.1 氣壓罐代替消防水箱

在實際工作中,見到過個別建筑未設消防水箱,只設氣壓罐和穩壓泵,并同時供消火栓系統與噴淋系統,且氣壓罐為450 L,僅滿足30 s的消防用水量。施工單位認為:一旦發生火災,滅火設備開啟,氣壓罐壓力下降,下降至P2時,消防水泵就自動啟動了,有消防水池作水源,消防給水設施能正常運行。雖然《噴規》第10.3.2條規定不設高位消防水箱的建筑,可設氣壓罐作供水設備;《建筑設計防火規范》第8.4.4條也規定設置臨時高壓給水系統的建筑物應設置消防水箱(包括氣壓水罐、水塔、分區給水系統的分區水箱)。但規范均對其容量做出了要求:應滿足10 min消防用水量。顯然,這種“小罐”是滿足不了10 min消防用水量的要求。應注意,“小罐”是與高位消防水箱配合使用的,是為高位水箱高度不足時,為其出水增壓的。因此,不允許用“小罐”取代高位消防水箱。

3.2 穩壓泵直接穩壓

有的施工單位在消防水箱消防出水管上直接設置穩壓泵,用以增壓,使水箱出水滿足最不利消火栓、噴頭的壓力要求。實際上,直接用穩壓泵配合高位水箱穩壓,會造成穩壓泵啟動頻繁,水泵磨損快,管網內水擊嚴重。由于水幾乎不具備可壓縮性,所以會出現穩壓泵一開壓力就上去,稍有泄漏壓力又迅速下降的現象,這種穩壓方式不利于系統的穩定。

3.3 穩壓泵出水管不設止回閥

有些建筑的水箱間在表面上看似乎很完整,設有氣壓罐、旁通管、兩個穩壓泵并且一備一用。但實際運行起來,系統會延遲升壓,水回流至水源。其主要錯誤是:每臺穩壓泵的出水管上無各自的止回閥,旁通管也未設止回閥。當一臺穩壓泵工作時,工作泵的高壓水通過另一臺不工作泵和旁通管回流至消防水箱。其次,穩壓泵停運時,氣壓罐的高壓水也會通過兩臺泵和旁通管回流至消防水箱。

3.4 加壓水流直接接向報警閥后

在自動噴水滅火系統中,經過穩壓泵加壓的水流應經過報警閥,不允許直接向報警閥之后的系統側加壓。若加壓水流接向報警閥后,一旦發生火災,噴頭爆破灑水,管網內壓力降低,穩壓泵啟動工作,消防水箱內的水會不斷地向管網內供水,在此期間由于水流沒有經過報警閥,壓力開關和水力警鈴不能發出警報,也就無法啟動噴淋泵。由于消防水箱只儲存了10 min用水量,會發生消防水箱的水用完后,自動噴水滅火系統無水可用,直接影響了滅火的進程。

[1] GB 50016-2006,建筑設計防火規范[S].

[2] GB 50045-95,高層民用建筑設計防火規范[S].

[3] GB 50084-2001,自動噴水滅火系統設計規范[S].

[4] 李念慈,張明燦,萬月明.建筑消防工程技術[M].北京:中國建材工業出版社,2006:278-284.