高層建筑消防給水系統及增壓設備參數的研究

陳德坤

（大方縣消防救援大隊，貴州 畢節 551700）

隨著現代化水平的進一步提升，大型城市中氣壓系統給水屬于一項比較普遍的供水技術，由于氣壓類型的給水裝置和設備取得了快速的發展，市面上各種類型的產品層出不窮，其中的變壓類型的給水裝置款式繁多，在日常生活以及工業生產的給水過程中已經獲得了非常普遍的實際應用。另外，定壓類型的給水裝置和設備的發展速度也比較迅速，而且有逐步替代變壓類型的給水裝置的勢頭。不過在實際應用的進程中供水環節夾帶氣體、氣罐裝置出現脫水、電氣裝置故障頻繁發生等問題還存在，上述問題其中有一些情況是因為相關裝置的選型過程欠妥造成的。為此本文給出了應用定壓類型的氣壓消防供水的模式來代替高層建筑物設置頂層消防用水箱的供水方案，并且針對供水系統在框架設計進程中有關裝置和設備在選型方面的相關問題進行詳細的討論和研究。

1 概述

根據高層民用建筑物的有關防火設計的規范和標準，其中規定配備有高位消防用水箱的消防救援給水系統裝置的增壓水泵的出水量指標，對于消火栓來講，應該取小于自動工作的噴水系統的氣壓類型儲水罐裝置的調節水量數值為最佳。當消火栓裝置和噴水系統獨立使用給水系統的情況下，氣壓類型的儲水罐的出水量指標分別進行求和來評估和計算。補氣類型的氣壓儲水罐和隔膜類型的氣壓儲水罐的工況說明中的相關參數指標中表明的是已知的參數值，其他的參數數值都要通過假定或者計算公式進行求解來選取。火災事故消防救援的初期，對于火焰的撲滅過程，供水的穩定性將會發揮決定性的作用，怎樣選取氣壓類型的儲水罐并選定有關的技術參數數值是一項重要的工作。高層建筑物消防給水系統如圖1所示。

圖1 高層建筑物消防給水系統

2 定壓類型的氣壓儲水罐替代高層建筑物的頂層設置消防用水箱的供水模式簡述

現階段，我國自主研發生產的定壓類型的氣壓給水裝置種類比較多，高層建筑物消防滅火用的給水裝置系統，主要是滿足于自救的設計理念為主。為此在規劃設計的過程中通常是應用由計算機進行操控的定壓類型的操作系統，空壓機裝置和空氣罐裝置與穩壓功能的補水泵裝置進行協作補氣運作，以此為定壓狀態的供水操作模式。

定壓類型的氣壓給水裝置是借助計算機的控制過程來實現其功能；穩壓功能的補水泵裝置的具體型號和類別選取是采用消防救援的專用泵，隨后對于3根吸水管的蓄水池內的取水狀態和參數進行分別設置，其中穩壓水管的接頭串接在定壓類型的儲水罐上，可以發揮出其穩壓和補水的主要功能，另一個接頭接到消防用的管網上，這樣能夠發揮其應有的功能。同時也可以應用4臺同樣類型的水泵裝置，這樣可以構成2臺設備使用，2臺設備進行備用的搭配。

氣壓類型的儲水罐具有4道水位標準，這些水位標準的讀數分別和水位繼電器裝置的4根電極棒部位的終端接頭a1、a2、a3及a4相連接，這樣就能在不同情況下啟動和關閉穩壓補水泵裝置以及消防用水泵裝置，如果儲水罐中的水位數值上升到達了P4這個水位線的位置，此時穩壓類型的補水泵裝置以及消防用的水泵裝置都會處于關閉的狀態。在火災事故初始發生狀態，消防用的水槍可以2支共同使用，如果P3～P4狀態區間的時候，在消防儲水罐中貯備容積的顯示讀數為P3線至P4線之間的區間，空氣罐裝置可以借助電動方式的調節閥向氣壓儲水罐裝置進行補氣，這樣就可以保持系統中的壓力恒定；如果在P3線的狀態下，系統將會斷開a3部位的觸點，此時穩壓用的補水泵裝置將會啟動工作，這樣就能供應初期狀態的火災救援使用的2支消防槍的用水，發揮穩壓功能的補水泵裝置的實際供水量為10L／s的區間；如果現場的水槍數量大于2的時候（也就是消防用水的量超過10L／s的情況下），氣壓罐裝置內的水位將會從P3點位下降到P2點位，當系統從觸點a2的位置處斷開之后，消防用水泵裝置的操控將會轉換為壓力傳感器裝置進行自動化的啟動狀態（同樣也能夠從消防箱部位設置的按鈕裝置來對消防用水泵裝置進行啟動），可以向消防用的管網進行供水工作；如果罐內的壓力數值下降到P1的范圍，消防用的水泵裝置向管網系統的供水工作就將變成常規的運行過程。

通常情況下，當穩壓功能的補水泵裝置進行工作的時候，當消防滅火系統中或者罐體自身的管道系統的接頭以及零件出現松動，管道網絡系統中的水量出現滲漏或者氣體流失的時候，增壓系統中氣壓罐裝置中的水位線讀數由P4下降到P3的情況下，穩壓功能的補水泵裝置就會馬上啟動，為系統進行補水操作，氣壓罐體中的氣體壓力因為得到空氣罐裝置的有效補充，能夠保持住穩壓的狀態，一直到氣壓罐中的水位讀數上升到P4點位的時候才停止穩壓泵的工作，如此進行反復的循環操作，可以確保系統的水位讀數保持在P3～P4之間，這樣的化水泵裝置的啟動容積數值可以維持恒定。如果系統向罐中進行補水操作，水位數值將會出現上升的情況，此時罐中的氣體壓力數值也會隨之發生加大，此時對壓力相關的傳感器裝置可以進行操控，首先將進氣管道中的電磁閥裝置進行自動關閉的操作，其次將電磁類型的排氣閥裝置的排氣功能進行開啟，這樣就能很好地保持水泵的罐內氣壓數值恒定。

假如對于系統進行控制的計算機控制系統發生問題，可以應用人工手動的方式來操控進氣量的大小以及補水量的多少，這樣就能保證消防水滅火配備的給水系統進行安全穩定的供水作業。控制系統內設置了空氣罐裝置，此設備能夠確保補氣量數值的恒定，并且維持一定數值的氣壓狀態的恒定，與此同時，空氣壓縮機的類型最好選取小規格或者是空氣壓縮機啟動頻率比較低的型號。穩壓功能的補水泵裝置，需要采用和消防用水泵一致的規格，主要是為了減少補水需要消耗的時間以及能夠當成同一臺消防用的水泵裝置來進行使用。

3 氣壓罐裝置進行規劃設計的相關計算公式簡介

3.1 氣壓罐裝置的相關規劃設計所根據的是波義耳——馬略特定律作為計算的基礎的：

式中：P0——罐體中沒有充水的情況下氣體的壓力（指的是絕對壓力），單位為MPa；

P1——最小設計工作狀態的壓力（指的是絕對壓力），單位為MPa；

P2——消防用水泵啟動狀態的壓力（指的是絕對壓力），單位為MPa；

P3——穩壓功能的補水泵裝置啟動狀態的壓力（指的是絕對壓力），單位為MPa；

P4——氣壓罐體中的最大壓力數值（指的是絕對壓力），單位為MPa；

V0——氣壓罐裝置的總體容積，單位為m3

其中的V1、V2、V3及V4——分別是對應壓力狀態為P1、P2、P3及P4下的氣體的容積數值，單位為m3。

3.2 當罐體內的壓力數值從P2到P3的狀態下，罐內儲存的水量數值也就等于氣壓罐裝置相應的調節容積數值W：

將（1）式以及（2）式進行整理之后代入到（3）式中，可得：W＝V2-V3＝V0P0P2-P0P3＝V0P0P2（1-P2P3）或者是：

上述的表達式是氣壓罐裝置在進行規劃設計的過程中相關計算過程使用的基本原理和公式。在設計的過程中，相關工程設計人員能夠根據相關的公式來評估計算所得的氣壓罐裝置的有效容積，此時就能根據相應的結果合理選用適當的罐體裝置的類型以及實際需要應用裝置的數量。

4 水泵裝置的設備臺數和罐內調節容積的設計簡述

選用2臺設備進行并聯工作，調節用水的體積能夠降低50%，因此定壓類型的氣壓給水裝置在其規劃設計的過程中需要采用一罐體雙泵裝置的設計理念。如果用水量更多的情況下最好應用3～4臺的小規格的水泵裝置實施協同工作，這時氣壓罐裝置的總體容量將會比單一的大規格的水泵裝置工作的情況降低23%～34%左右，這是因為多臺水泵裝置并聯工作的給水系統中的罐體裝置的容積符合流量最大的水泵裝置即可。如果是定壓類型的氣壓給水管網中應用多泵裝置進行工作，首先會增加不必要的硬件成本，其次會增大不必要的泵房空間，基建方面的成本將會顯著增加。因此氣壓類型的給水裝置系統通常是規劃設計成一罐體兩泵設備的模式，選用定轉數類型的離心水泵2臺，其中1臺用于日常工作，另外1臺設備為備用機，定壓類型的氣壓給水管道系統適合應用一罐兩泵類型的系統框架，2臺小水泵裝置采用并聯的方式進行工作，可以有效降低罐體裝置的容積數值。

5 結語

綜上所述，應用定壓類型的氣壓系統裝置為消防滅火工作進行給水操作可投入實際應用，而且可以替代現行的高層建筑物的高層位置設置消防用水箱的模式。應用定壓類型的氣壓給水裝置的優勢和不足可以概括為如下幾類。

5.1 定壓類型氣壓給水方案的缺陷

假如水泵裝置的出水壓力數值需要保持在P1～P4的范圍內進行變動，水泵裝置的揚程數值需要加大△P＝P4-P1。對于房屋的建設特點來講，供水相關的系統必須具備相對比較大的調節容積的范圍，為確保不利點狀態下壓力數值，水泵裝置必須保證在不利點位置的壓力數值上的特定的無用功的區間范圍之內進行運行，此過程中約有25%左右的能量因為增加無功水頭被消耗掉了。

5.2 警報設備

此種類型的氣壓裝置同時具備相應的報警設備。假如消防救援系統出流水量比較大（也就是用水量超過2支水槍的流量10L/s的情況下），罐體中的水位會達到P2的檔位，此時水泵裝置將會自動開啟，計算機控制柜裝置也會相應地進行聲光信號的警報動作。

5.3 計算機控制的特點

壓力數值相對穩定，當消防水泵裝置進行試驗以及日常檢查的時候，或者水泵裝置在火災初期出水量數值小于規劃設計的水量數值的情況下，都可以有效預防消防用水系統出現超壓。

5.4 能夠及時、穩定地向消防管道網絡進行供水，符合消防任務水量及水壓的需求

借助計算機控制的相關裝置，能夠將系統中因為滲漏以及單向閥裝置發生回水等導致的壓力下降和系統由于消防需要引起的壓降有效區分，采用適合的壓力來控制水泵裝置的啟動操作。