童愚

（機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計(jì)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(fù)雜，設(shè)備投資較多，建筑物的安全很重要，這就對(duì)消防給水設(shè)計(jì)提出了較高的要求。通常確保撲滅初期火災(zāi)，是消防給水設(shè)計(jì)有效性的關(guān)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(wèn)題。

我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范 《高層民用建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ50045—95）（以下簡(jiǎn)稱“高規(guī)”）第7.4.7.2條，對(duì)是否設(shè)增壓裝置作了如下規(guī)定，即“高位消防水箱的設(shè)置高度應(yīng)保證最不利點(diǎn)消火栓的靜水壓力；當(dāng)建筑高度不超過(guò)100m時(shí)，高層建筑最不利點(diǎn)消火栓靜水壓力不應(yīng)低于0.07MPa……當(dāng)高位消防水箱不能滿足上述靜壓要求時(shí)，應(yīng)設(shè)增壓設(shè)施”。重慶某電信大樓23夾層設(shè)置的消火栓為最不利消火栓，由于場(chǎng)地所限，屋頂消防水箱只能設(shè)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(yīng)設(shè)增壓設(shè)施。這點(diǎn)對(duì)自動(dòng)噴水系統(tǒng)同樣適用。設(shè)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(guò)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(dòng)前，可以靠啟動(dòng)穩(wěn)壓增壓裝置來(lái)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(shí)高壓給水系統(tǒng)及時(shí)、可靠、有效，是介于高壓與臨時(shí)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(duì)穩(wěn)壓方式的選擇，談?wù)剮c(diǎn)思考。

1 穩(wěn)壓的主要方式

穩(wěn)壓裝置按設(shè)置的位置分，通常有兩種情況，即一種設(shè)置于屋頂?shù)南浪渑裕灰环N設(shè)置于地下層，安裝在消防水泵房?jī)?nèi)。對(duì)于后一種方式，由于穩(wěn)壓裝置要滿足消防最不利點(diǎn)壓力，故穩(wěn)壓泵揚(yáng)程較高，電機(jī)功率大，且氣壓罐容積也較大；對(duì)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(jī)功率，從而有利于減少工程投資和減少運(yùn)行費(fèi)用，便于管理維護(hù)。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(shè)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(jiàn)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(shè)穩(wěn)壓泵（增壓泵），而不設(shè)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(duì)系統(tǒng)起到穩(wěn)壓，同時(shí)也要滿足最不利點(diǎn)滅火設(shè)施初期火災(zāi)所需的壓力和流量要求?！陡咭?guī)》第7.4.8.1條對(duì)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(duì)消火栓給水系統(tǒng)不應(yīng)大于5L/S，對(duì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)不應(yīng)大于1L/S”。（這個(gè)規(guī)定的前提條件之一是消防給水系統(tǒng)無(wú)氣壓水罐）。即穩(wěn)壓泵流量在消火栓給水系統(tǒng)可按一個(gè)消火栓出流量計(jì)算，自噴系統(tǒng)可按一個(gè)噴頭出流量計(jì)算，穩(wěn)壓泵啟停通過(guò)設(shè)于管道上的壓力傳感器控制；對(duì)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(kāi)壓力就上去，稍有泄漏壓力又迅速下降，穩(wěn)壓泵頻繁啟動(dòng)，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(dòng)前滅火設(shè)施所需的水量和水壓由氣壓罐來(lái)滿足（即滿足消防初期火災(zāi)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(lái)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(shè)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(dòng)。

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(duì)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(lái)控制穩(wěn)壓泵啟停以緩解穩(wěn)壓泵啟停過(guò)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(duì)比以上三種方式，由于第一種形式穩(wěn)壓泵頻繁啟動(dòng)容易損壞，導(dǎo)致穩(wěn)壓失效，所以工程設(shè)計(jì)一般不予采納，這里，我們也不作更進(jìn)一步的研究。下面我們針對(duì)后兩種情況，通過(guò)對(duì)本工程的計(jì)算分析來(lái)討論最佳穩(wěn)壓方案。

2.1 針對(duì)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(dòng)水容積；

P0——起始?jí)毫Γ籔1——最低工作壓力；

P2——最高工作壓力，消防主泵啟動(dòng)壓力；

P3——穩(wěn)壓水容積下限壓力，穩(wěn)壓泵啟動(dòng)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(shuō)明中解釋為兩支水槍和5個(gè)噴頭30S的用水量，即消火栓系統(tǒng)為2X5X30=300L，自動(dòng)噴水系統(tǒng)為5X1X30=150L，二者共為450L。而P1實(shí)際上是指滿足消防初期火災(zāi)最不利點(diǎn)滅火設(shè)施所需的水壓，一般由幾何高差、最不利點(diǎn)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(yīng)按火災(zāi)初期水量計(jì)算，而不是按系統(tǒng)流量計(jì)算，這樣計(jì)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(gè)較低壓力狀態(tài)。

至于P2、P3、P4可以根據(jù)我國(guó)有關(guān)設(shè)計(jì)院的經(jīng)驗(yàn)來(lái)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(duì)應(yīng)的容積差計(jì)算確定。

其次確定穩(wěn)壓泵的揚(yáng)程和流量，穩(wěn)壓泵揚(yáng)程不應(yīng)小于P4，即確定了P4就確定了揚(yáng)程，由于穩(wěn)壓泵流量相當(dāng)小，且小于1L/S，而實(shí)際上小于1L/S泵較難選擇，所以按1L/S計(jì)算穩(wěn)壓泵的出流量。

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

方案a：消火栓系統(tǒng)（這里僅計(jì)算補(bǔ)氣式氣壓水罐）

氣壓罐容積V=βVx/（1—αb）

β——?dú)鈮核奕莘e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(jì)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(yáng)程為0.35 MPa，流量Q≤1L/S選型。

方案b：自動(dòng)噴水系統(tǒng)

同上，已知Vx=0.15m3，計(jì)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(yáng)程為0.25 MPa，流量Q≤1L/S選型。

2.2 針對(duì)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(yáng)程為0.28 MPa，流量Q=5L/S選型。

方案d：自動(dòng)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(yáng)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(jié)構(gòu)負(fù)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(jié)構(gòu)負(fù)荷，增加了工程造價(jià)；而c方案，罐內(nèi)容積未貯存初期消防水，但是真正火災(zāi)發(fā)生時(shí)，在鋪設(shè)完水帶并出水槍滅火這段時(shí)間，實(shí)際上，增壓泵（即所謂的大穩(wěn)壓泵）已經(jīng)啟動(dòng)，在準(zhǔn)備出第二支水槍時(shí)，已超過(guò)30S，即地下層消防主泵也早已啟動(dòng)，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(gè)優(yōu)點(diǎn)：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(dòng)噴水系統(tǒng)的b、d方案，比較b、d兩方案穩(wěn)壓泵揚(yáng)程與氣壓罐容積大小均差距不大，但對(duì)于自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，噴頭一旦爆開(kāi)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(shè)水帶的時(shí)間。所以要提高自動(dòng)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(shuō)，采用b方案比較合適。

3 結(jié)論

通過(guò)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(dòng)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(dāng)然，對(duì)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(duì)一個(gè)需要設(shè)穩(wěn)壓增壓裝置的高層建筑選擇穩(wěn)壓方式時(shí)，都應(yīng)該作一定的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較。

[1]GB 50084-2001,自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB 50045-95,高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].