消防气压水罐的设置与消防控制

消防气压水罐的设置与消防控制

1稳压设备规定在现代建筑的水消防系统中，作为消防系统的重要组成部分，稳定设备通常起着补偿和压力的作用，火灾期间，主消防泵的快速启动起着重要作用。根据现行的《建筑设计防火规范》(GB50015—2006)、《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045—95,2005年版)、《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084—2001,2005年版)规定(以下分别简称“建规”、“高规”、“喷规”),下列三种情况必须设置稳压系统:(1)“建规”。高层厂房(仓库)和高位消防水箱静压不能满足最不利点消火栓水压要求的其他建筑,且未能在每个室内消火栓处设置直接启动消防水泵按钮的,应设置稳压设备。(2)“高规”。高位消防水箱的设置高度应保证最不利点消火栓静水压力,当建筑高度不超过100m时,最不利点消火栓静水压力不应低于0.07MPa;当建筑高度超过100m时,最不利点消火栓静水压力不应低于0.15MPa。当高位消防水箱不能满足静压要求时,应设增压设施。(3)“喷规”。采用临时高压给水系统的自动喷水灭火系统,须设高位消防水箱,高位消防水箱的供水应满足系统最不利点处喷头的最低工作压力和喷水强度,否则应设稳压设备。在实际工作中,稳压设备的组成一般由隔膜式气压水罐加2台稳压泵组成(泵为1用1备)。主要有几个方面的原因:①隔膜式气压水罐内气水完全分离,气不会溶于水而在使用中减少,可以一次充气长期使用,省却复杂充气设备;②气压水罐本身有一定的调节容积,可以减少稳压泵频繁启动;③气压水罐内隔膜外的气体存在,对消防系统的水锤有很好的防护作用。2消防控制系统在消防系统中的气压水罐与普通给水系统中的作用原理存在着较大差别。主要在于生活给水气压水罐仅有一个调节容积、两个控制压力(停泵压力和启泵压力)(见图1),即随着生活用水量的变化,气压水罐的水位在上下浮动:低位时,启动稳压泵补水;高位时,停止稳压泵运行。但始终保持气压水罐内的调节水量在一定的压力范围内,满足生活用水要求。而在消防稳压系统中气压水罐却存在着四个控制压力、三个水容积(见图2),图2中P1为消防系统中气压水罐最小工作压力,P2为消防水泵启动工作压力,PS1为稳压水泵启动工作压力,PS2为稳压水泵停泵的工作压力。三个水容积中消防储水容积VX1,在不同系统中其值是恒定的,单独稳压的消火栓系统为300L,单独稳压的自动喷水灭火系统为150L,二者合用稳压系统为450L。缓冲水容积VΔP,是为防止在平时(非火灾时)系统中消防主泵误启动而起缓冲作用的水容积,其值不应少于50L;稳压水调节水容积VS,是指稳压泵上下启动范围内的调节水容积,其类似于给水系统中的调节水容积,其值不宜小于50L。缓冲水容积与调节水容积的容量大小,均应在相应选定的压力值条件下复核其有效容量,以保证系统的正常工作。在消防稳压气压水罐中,当罐内压力为PS2时,消防给水管网处于较高的压力状态,稳压泵及消防主泵均处于停止状态,随着管网渗漏或其他原因造成泄压,其值由PS2降至PS1时,稳压泵便通过电接点压力表控制,自动投入工作,补压,直至罐内压力达到PS2,稳压泵则停止运转,从而保证在任何时候(非火灾)气压水罐中的消防储备水量VX1不被动用。如建筑物发生火灾,随着消火栓或自动喷水灭火系统投入使用,使气压水罐内水量减少,压力不断下降,当降至PS1时,稳压泵启动,但由于稳压泵流量小,其补压的速度达不到由于消防系统投入使用而造成的气压水罐泄压速度,此时,水压持续下降,降至P2时,通过电接点压力表输出信号到消控中心,自动启动消防水泵向消防系统供水。当消防主泵启动后,稳压泵便自动停止运转。灭火后须手动恢复方能使设备处于正常控制状态。由此可见,在消防系统中的消防稳压设备,除了在平时保证消防系统处于常备高压状态外,在火灾时还起着启动消防主泵的重要功能。3消防压力制品的类型根据稳压设备在消防系统中设置位置不同,具有以下几种类型(气压水罐的种类很多,下面仅以应用最广泛的隔膜式气压水罐为例)。3.1统一按比例控制放空水压力消防稳压设备设置在屋顶处于消防系统的上端称为上置式消防稳压系统,见图3。其特点是稳压泵直接从消防水箱吸水对整个系统进行加压,所配用稳压泵扬程低、功率小、节能,气压水罐的起始压力小,相同条件下选用较小容积气压水罐就能符合消防储水调节水量的要求。承压低,节省钢材及制造成本。但也存在着噪声对最高层楼层的影响。由于与水泵房分散设置,远路程对启动主泵的电接点信号有一定的衰减影响,对控制管理造成不便。一般该类型系统设置于厂房、库房、普通办公楼等对防止噪声要求不高的楼房的屋顶。3.2单一性与双向异性的生产工艺消防稳压设备设置在地下室消防水泵房内处于消防系统的下端称为下置式消防稳压系统。根据稳压设备进水来源不同分为两类,由屋顶消防水箱供给稳压设备进水的,称为下置式A型,见图4,由稳压设备从消防水池吸水稳压供水的,称为下置式B型,见图5。A型(B型)均有下置式稳压设备的优点,即方便集中管理及维修,启动主泵的电接点信号不会因为路程远而衰减。但又各有特点,下置式A型由于从屋顶消防水箱吸水,同B型相比稳压泵仅需多克服消防水箱至稳压设备进水段的水的阻力。其稳压泵具有扬程低、功率小及节省电力的特点。稳压设备的承压能力为水箱至稳压设备进口的静压加上其稳压罐的最高工作压力。B型稳压设备,由于从消防水池吸水,其稳压泵的扬程比消防主泵还要高,存在着扬程高、功率大及耗能大等特点。但无论A型还是B型,其承压能力均要大于上置型稳压设备。又因为气压水罐的起始压力大,相同条件下与上置式稳压设备相比需选用较大容积气压水罐才能符合消防储水调节水量的要求。在实际工程中,除了“建规”、“高规”所明确的消防给水系统:低压、常高压、临时高压系统外,在概念上还逐渐引进了稳高压系统。在上海市工程建设标准《民用建筑水灭火系统设计规程》(DGJ08-94—2007)中有明确规定,在《建筑给水排水设计手册》(第2版)中也引进了该种系统。稳高压系统是指消防给水管网中平时由稳压设施(气压水罐+稳压泵)保持系统中最不利点的水压以满足灭火时需要,并设有消防泵的消防给水系统。其类似于“高规”中的设了稳压设备的临时高压系统。稳高压系统设置气压水罐总容积,消火栓系统50L,自动喷水灭火系统50L,合用80L,同“高规”要求稳压设备有效容积不同,而且要求设置在消防泵房内,故该种稳压方式类似于“高规”中的稳压设备下置式B型。在现行的国家消防体系中,稳压设备的设置是由于屋顶高位消防水箱无法满足消防初期的水压要求。因此,在本意上理解,稳压设备加压的应该是高位消防水箱里的水。故下置式A型稳压方式才是真正意义上符合规范要求的加压系统。但在实际工程中,下置型B型稳压方式也得到广泛的利用,理由在于:(1)稳压设备用水容积有限。设置的消防稳压设备消防储水容积,单独的消火栓灭火系统仅需满足2支水枪30s的消防用水量,VX=2×30×5=300(L),单独的自动喷水灭火系统仅需满足5只喷头30s的消防用水量,VX=5×1×30=150(L),消火栓系统同自动喷水灭火系统合用同一稳压设备的消防储水容积为VX=300+150=450(L)。同时,平时稳压系统仅需补充由于管网泄漏而减少的水容积,水量更少。消防水池水量的减少能快速地通过市政给水管道得到补充。(2)下置式B型稳压设备从消防水池吸水并不会影响系统的完整性和安全性,充其量也就比A型的稳压水泵的功率大一些。由于合格的消防系统其渗漏量有限,稳压泵启动次数也很有限。也就是说,在实际工程中,由于吸水来源不同而造成的两种类型稳压泵功率相差、耗能影响几乎可以忽略。4水泵中中压压ps3三种消防稳压系统比较见表1、表2,其中β为气压水罐的容积系数;V为气压水罐总容积,L;P为稳压泵的扬程(Pa为下置式A型稳压泵扬程,Pb为下置式B型稳压泵扬程),MPa;ab为气压水罐内的工作压力比(以绝对压力计),宜用0.65～0.85;ab为选用标准气压水罐后调整的工作压力比;VX为消防储水总容积,L,VX=VX1+VΔP+VS;VX1为消防储水容积,L;VΔP为缓冲水容积,L;VS为稳压水容积,L;P1为消防系统最低工作压力,MPa;P2为消防系统最高工作压力,灭火时消防水泵启动压力,MPa;PS1为稳压水容积的下限压力,稳压消防水泵启动压力,MPa;PS2为稳压水容积的上限压力,稳压消防水泵停止压力,MPa。表1、表2计算数据表明(图3～图5为表1～表4的计算模型):(1)上置隔膜式气压水罐当ab取0.60～0.70时较好,气压水罐总容积为1050～1400L,有效水容积占气压水罐总容积为29%～21%,PS1-P2在0.04～0.02MPa。PS2-PS1在0.06～0.03MPa。(2)下置式A型(B型)隔膜式气压水罐当ab取0.75～0.85时较好,气压水罐总容积为1680～2800L,有效水容积占气压水罐总容积为18%～11%,PS1-P2在0.06～0.03MPa。PS2-PS1在0.06～0.03MPa。(3)在相同的ab值及气压水罐总容积一样的情况下,下置式稳压泵的扬程均大于上置式的稳压泵扬程,同样,在相同的ab值下,为减少下置式的稳压泵扬程必将增大气压水罐的总容积。可见气压水罐的总容积与气压水罐的内压力比有关系,而内压力比直接与气压水罐设置位置高、低有关,气压水罐设置位置越高,则水罐内压力就越小,罐内有效水容积就增大,反之亦然。因此,气压水罐上置比下置可缩小气压水罐总容积,节省钢材,降低投资,节省能耗。(4)在下置式稳压设备中采用A型下置方式稳压是比较经济的。相同条件下A型系统的稳压泵扬程Pa比B型系统的稳压泵扬程Pb要小,选用的稳压泵功率要小(楼房的高度越高,二者相差越大)。但对于大型小区,高位消防水箱仅