關于穩壓系統計算討論

鄭渭斌

北京中核四達工程設計咨詢有限公司

關于穩壓系統計算討論

鄭渭斌

北京中核四達工程設計咨詢有限公司

針對民用建筑臨時高壓給水系統中的穩壓系統，其消防水箱最低有效水位不滿足水滅火設施最不利點處的靜水壓力，需增設消防增壓穩設備來維持消防管網中的壓力；通過《消防增壓穩壓設備選用與安裝》98S205與《消防給水及消火栓系統技術規范規》15S909 中穩壓泵的流量、揚程的計算比較，確定最優設計方案。

增壓穩設備；穩壓系統設計；系統控制；

一、概述

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

根據國家現行規范要求，消防水箱應能供給建筑初期火災時消防用水量，并保證相應的消防水壓。水箱壓力的高低對于撲救建筑物頂層或附近幾層的火災關系也很大，壓力低可能達不到出水要求的充實水柱，也不能啟動自動噴水系統報警閥壓力開關，影響滅火效率，因此在消防水箱設置高度不滿足規范最低要求時，需要設置增壓穩壓設備來保證消防系統中的壓力。

二、穩壓系統介紹

消防增壓穩壓設備主要由穩壓泵、消防氣壓罐及控制系統組成；穩壓泵主要由設置在穩壓泵應由消防給水管網或氣壓水罐上設置的穩壓泵自動啟停泵壓力開關或壓力變送器控制。

消防管網平時的壓力由穩壓泵提供，當壓力升高，達到穩壓水容積的高水位時，穩壓泵自動停止運行；當壓力降低，達到穩壓水容積的低水位時，穩壓泵自動開啟，將穩壓水容積提升到最高水位。如此循環以保持系統的高壓狀態。

三、穩壓系統設計計算

(一)《消防增壓穩壓設備選用與安裝》98S205中對穩壓系統計算方法：

1、消防穩壓罐的設計

氣壓罐的總容積按公式V= βVX÷(1-αb)計算。

式中：V為氣壓罐的總容積m3；

VX為消防水總容積等于消防貯水容積、緩沖水容積和穩壓水容積之和；β為氣壓罐的容積系數，臥式、立式、隔膜式氣壓罐的容積系數分別為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。

設置氣壓罐的目的是為了保證火災發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，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，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2個系統共用氣壓罐時，消防貯水總容積為300+150=450L。

緩沖水容積V1一般不小于20L，穩壓水容積V2一般不小于50L。

2、壓力控制點壓力值的計算

由于壓力傳感器有精度、穩定性的要求，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(穩壓設備高置)

P1為消防需要壓力或者最不利點消火栓所需的水壓Hmin；

Hq為消火栓栓口壓力；

Hd為水龍帶水頭損失；

∑h為最不利點消火栓至穩壓設備之間管道水頭損失及局部損失；

ΔH為最不利點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為穩壓水容積下限水位壓力，此時啟動穩壓泵；P01=P2+(0.02～0.03)；

P02為穩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，在屋頂水箱間內設置增壓穩壓設備，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，消火栓系統流量取25L/S。

氣壓罐工作壓力比取：αb = 0.8

氣壓罐總容積：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)

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

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

穩壓泵揚程：H=(P01+P02)÷2=(0.25+0.31)÷2=0.28(Mpa)

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

4、穩壓泵的流量

由于消防初期流量由氣壓罐供給，泵的流量只需考慮系統的滲漏量或氣壓罐對流量的要求，所以流量可適當選小一點。對于民用建筑消火栓系統穩壓泵的流量以約小于1個消火栓的出水量計，為≤5 L/s。噴灑系統穩壓泵的流量以約小于1個噴頭的出水量計，為≤1 L/s。工業建筑穩壓泵流量應根據實際情況確認。

5、系統控制

消防泵啟動主要由穩壓罐上的壓力控制，當發生火災時，管網中大量缺水，造成管網中壓力下降，當管網中壓力由P01下降至P2時，發出報警信號，立即啟動消防泵，穩壓泵停止工作，直至消防泵停止運轉，手動恢復設備控制功能。

(二)根據 《消防給水及消火栓系統技術規范規》15S909中對穩壓系統計算方法：

1、消防穩壓罐的設計計算可參照(一)中方法計算。

2、壓力控制點壓力值的計算

根據《消防給水及消火栓系統技術規范規》GB50974-2014中5.3.3 條規定及要求計算。

當穩壓設備設置在消防水箱間內時，穩壓泵設計壓力計算：

P01＞15-H1且P01≥H2+7 P01為穩壓泵啟泵壓力

P02=P01÷0.8 P02為穩壓泵停泵壓力

P2=P01+H1+H-7 P2為消防泵啟泵壓力

穩壓泵設計壓力確定圖示

3、計算舉例

一棟建筑高度50m的公共建筑，在屋頂水箱間內設置增壓穩壓設備，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H=53m，系統消火栓流量取25L/S。

穩壓泵啟動壓力：P01＞15-H1且P01≥H2+7

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

穩壓泵停泵壓力：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

穩壓泵揚程：H=(P01+P02)÷2=(0.15+0.19)÷2=0.17(Mpa)

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

4、穩壓泵的流量

對于民用建筑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；工業建筑穩壓泵流量應根據實際情況確認。

5、系統控制

當發生火災時，管網中大量缺水，造成管網中壓力下降，當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或報警閥壓力開關等開關信號直接自動啟動消防泵，穩壓泵停止工作，直至消防泵停止運轉，手動恢復設備控制功能。

四、結論

根據國家現行規范及國家標準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技術規范規》15S909中計算得到穩壓泵的壓力較小，穩壓設備及管網承受壓力也會相對較小，且延長管網及設備壽命，同時也比較經濟，工程造價相對較低。但是現行穩壓設備選型圖集中穩壓設備壓力偏高，對于實際工程減少工程造價時，設計人員應需要消防增壓穩壓設備廠家配合設計完成，以達到消防設計及工程使用要求。