高位水箱稳压、气压罐容积设计计算书

2/2高位水箱稳压、气压罐容积设计计算书一、设计依据与设计参数1.1设计依据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014（以下简称《消水规》）《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2017（供喷淋部分稳压参考）1.2建筑基本参数参数名称符号建筑基本分类及取值单位说明建筑名称及类别—一类高层公共建筑—（后续简称“本建筑”）建筑总高度H_bldg48m总建筑面积相应按火灾危险类别考虑室内消火栓设计流量Q_xh30L/s依据《消水规》表3.5.2，高层建筑≤50m、V≤50000m³时自动喷水灭火系统设计流量Q_喷30L/s预估按中危Ⅱ级火灾延续时间（消火栓系统）T_xh2.0h建筑高度≤50m，一类高层公建，T=2h，《消水规》表3.6.2高位消防水箱安装位置—屋顶水箱间—非露天设置，无冰冻风险最高水位与水箱底高差ΔH01.0m水箱有效水深，取值1.0m补充说明：本建筑内设有自动喷水灭火系统全保护，室内消火栓设计流量为30L/s，自动喷水灭火系统设计流量另行确定（按GB50084-2017取值），具体参数取自本计算书前期已完成的消火栓系统设计及自动喷水灭火系统设计数据。1.3高位消防水箱设置位置标高计算参数名称符号数值单位说明屋顶楼板标高Z_roof48.0m室内±0.00相当于绝对标高暂缓明确消防水箱最低有效水位标高Z_min49.8m屋顶楼板标高+水箱基础高度0.3m+水箱有效水深1.0m×0.5倍居中（1/2水位线），即48+0.3+1.0/2=48.8，再考虑泵房安全填充取49.8最不利点处消火栓安装高度（距该层地坪）h_栓1.1m消火栓栓口中心距地1.1m消火栓最不利楼层标高Z_栓45.0m最不利楼层取顶层（屋面下一层）层标高45.0最不利点消火栓栓口距离室外地坪处实测ΔH_水池——储水水位按水池顶部设计二、高位消防水箱有效容积计算2.1计算公式高位消防水箱的有效容积根据《消水规》第5.2.1条直接查表确定，初期火灾消防用水量按保护对象类别及建筑分类等条件取值：V式中：V水箱——高位消防水箱有效容积，单位：m³V表5.2.1——根据建筑类型、建筑高度等条件按《消水规》表5.2.1查取的最小有效容积，单位：2.2查表取值按《消水规》第5.2.1条的规定查取：查表过程：本建筑为一类高层公共建筑，建筑高度H_bldg=48m≤100m，查表5.2.1第1款，一类高层公共建筑，不应小于36m³，但当建筑高度大于100m时，不应小于50m³。因此：VV其他条文考虑：第5.2.1条第6款：总建筑面积大于10000m²且小于30000m²的商店建筑取36m³，大于30000m²的取50m³。本建筑内商业面积不大，本条第6款不控制。如当水箱同时供应消火栓系统及喷淋系统时，满足同一水箱有效容积不低于36m³的要求，故初设本建筑设计选择体积V水箱当建筑功能包含商店等商业面积较大时，按GB50974-2014第5.2.1条第1款与第5.2.1条第6款比较后取较大值。2.3水箱布置尺寸选用矩形不锈钢消防水箱，有效容积V=36m³，规格取4.0m×3.0m×3.0m（长×宽×高），有效水深按实际最低水位与最高水位的高差确定。2.4结论根据《消水规》第5.2.1条第1款，本建筑为高度48m的一类高层公共建筑，V水箱=36m³三、高位消防水箱设置高度及静水压力校核3.1计算公式高位消防水箱的最低有效水位应满足水灭火设施最不利点处的静水压力要求，按《消水规》第5.2.2条确定。最不利点静水压力计算如下：H对于水消防工程，简化换算为水头：静水压力（MPa）计算用下式（简化换算）：P式中：P最低静水压力——高位消防水箱最低有效水位满足的服务最不利点设施在该位置的静水压，单位：MPaZmin——高位消防水箱的最低有效水位标高，49.8mZ最不利点设施——最不利点水灭火设施（此处取消火栓）处的标高，取45.0+1.1=46.1m100——单位换算系数（1m水柱≈0.01MPa）。3.2参数确定（补充及对标）最不利点消火栓设置位置：消火栓设于屋顶下一层，最不利点消火栓入口高度为该层楼板标高Z_floor=45.0m+1.1m（栓口距地）=46.1m。高位水箱最低有效水位取Z_min=49.8m（高位水箱基础设于屋顶楼板48.00m上，池底抬高0.3m，最低有效水位位于水位1/2高度处，可调节取安全值49.8m）。3.3参数代入与计算仅高位水箱本身（不设稳压泵时）最不利点静水压力为：Δ转换为MPa：P3.4规范符合性校核《消水规》第5.2.2条第1款规定：一类高层公共建筑，高位消防水箱提供的最不利点静水压力不应低于0.10MPa。从上计算：P_s=0.037MPa<0.10MPa，不满足规范GB50974第5.2.2条的要求。故本建筑必须设置稳压泵以满足最不利点消火栓静压力不低于0.15MPa（《消水规》第5.3.3条第3款：稳压泵应保持系统最不利点水灭火设施在准工作状态时的静水压力应大于0.15MPa）。3.5结论高位消防水箱无法满足最不利点静压要求（计算值0.037MPa<规范要求0.10MPa），必须增设稳压泵及配套气压水罐以满足最不利点静压不低于0.15MPa的要求。四、稳压泵设计流量计算4.1计算公式按《消水规》第5.3.2条第2款，稳压泵的设计流量按下式计算：Q当无管网泄漏量数据时，稳压泵的设计流量宜按消防给水设计流量的1%~3%计，且不宜小于1L/s。4.2符号说明Q稳压——稳压泵设计流量，单位：L/sQ泄漏——消防给水系统管网的正常泄漏量，单位：L/sQ自动——Q下限——规范下限值，取1L/s4.3参数代入与计算步骤1（消火栓系统）：消火栓系统消防给水设计流量为Q设计总量=30L/s。按《消水规》第5.3.2条第2QQ取整并与规范下限1L/s比较：Q稳压，计算值为0.9L/s≤1L/s，因此取1L/s。步骤2（自动喷水灭火系统）：当自动喷水灭火系统与消火栓系统共用稳压泵设计时，取二者中较大值。自动喷水灭火系统设计流量按Q_喷=30L/s（中危Ⅱ级）计，但稳压泵对喷淋系统同样按1%~3%取值，最后取大值。综合分析：稳压泵的设计流量不宜小于1L/s。步骤3（管网泄漏量复核）：对于本建筑的钢结构或钢筋混凝土框架结构，室外干管采用钢管、室内采用镀锌钢管，正常泄漏量估算宜取0.5~1.0L/s。稳压泵启动频率≤15次/h时，流量按12L/min~15L/min（即0.20~0.25L/s最小值）不能满足管网超过约12L/h泄漏量。因此设计取Q_稳压=1.5L/s比较合适。工程实践经验：稳压泵设计流量宜为1~3L/s。本设计稳压泵流量取1.5L/s。4.4结论Q稳压=1.五、稳压泵设计压力及气压罐工作压力计算5.1计算公式——稳压泵启泵压力本建筑因消防水箱高度仅约49.8m，不能满足最低0.10MPa静压。需使用气压罐与稳压泵共同作用，保证最不利消火栓在准工作状态时静水压力大于0.15MPa。a.最不利消火栓在准工作状态下所需静压≥0.15MPa。启用稳压泵时该系统设定气压罐的最低压力值（P1）应大于最不利点的静压需求。P1的计算公式为：Pb.按简化公式，以下公式满足规范条件：稳压泵启泵压力P1根据稳压泵设置位置与高差推算。参照常用设计（图集15S909-45）经验：稳压泵设置在屋顶水箱间时，稳压泵启泵压力P1按下式计算：P式中：P1——稳压泵启泵压力（即气压罐最低工作压力），单位：MPaHz——最不利消火栓相对于稳高差（m），取Hz=Zminc.根据规范5.3.3条第二款“稳压泵的设计压力应保持系统自动启泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力值，且增加值宜为0.07MPa～0.10MPa”，同时参照图集15S909（2020年勘误版）——稳压泵设置在屋顶水箱间时，启泵压力P1=H+0.07（MPa），停泵压P2=P1+0.10（MPa）。5.2规范符合性5.3.3条要求第5.3.3条第3款：稳压泵的设计压力应保持系统最不利点处水灭火设施在准工作状态时的静水压力应大于0.15MPa。第5.3.3条第2款：稳压泵的设计压力应保持系统自动启泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力值，且增加值宜为0.07MPa～0.10MPa。5.3参数代入与计算5.3.1计算最不利点消火栓所需绝对压力依据《消水规》第7.4.12-2条，高层建筑充实水柱13m时栓口动压不小于0.35MPa，但在准工作状态时只须静压。目前计算最不利点至水箱高差仅3.7m，故需增压。设稳压泵从屋顶消防水箱水位吸水。高位水箱标高48.0m（屋顶面层）。稳压泵吸水管吸水口低于最低有效水位（水箱底0.3m），取水面标高49.0m。水位差最不利点46.1m与49.0m相比，高差Z=2.9m。5.3.2气压罐最低工作压力P1计算根据《消水规》要求的最不利点静压≥0.15MPa，最不利点处静压（MPa）：P已知：最不利点标高层45.0m（楼板）+1.1m（栓口距地）=46.1m，稳压泵/气压罐安装在屋顶机房层，参考设计高度下，气压罐压力感受点在屋顶，与最不利点静压差无管路损失，但压力差引起的压力值应进行补偿。通常理论设计推荐的简化公式：气压罐工作压力比αb=P1/P2（绝对压力）。先设定稳压泵启泵压力P1的计算公式，以维持最不利点处的静水压力不低于0.15MPa：PHs：最不利点相对于高差（以MPa）=从气压罐(默认与水箱最低水位同压)~最不利点消火栓间相对高差（取2.0m，近似0.02MPa）当压力测点在气压罐内时（因主管设在顶层水平管段），高差补偿取1m≈0.01MPaP沿程损失概算：略取值约0.02MPa～0.03MPa（包含阀门、过滤器等）。综合取0.05MPa估算P1：P取P1=0.22MPa作为气压罐最低工作压力。5.3.3P2（稳压泵停泵压力）根据规范第5.3.3条第2款，P2与P1的差值宜为0.07MPa～0.10MPa。取P2=P1+0.08=0.22+0.08=0.30MPa。5.3.4P3/消防泵启动压力气压罐在P1～P2间运行时由稳压泵维持系统压力。当火灾发生导致消火栓开启，系统压力下降至P1（即启泵压力值0.22MPa）时，应启动主消防泵，避免稳压泵长期超流量运行。据此P3可取为P1的95%～100%。设P启动=P1=0.22MPa。5.4结论PsPstop=0.αb=0.22/0.30=0.733≈0.73气压罐工作压力比，满足0.65～六、气压罐调节容积与总容积计算6.1调节容积计算（按启泵次数法）根据《消水规》第5.3.4条：设置稳压泵的临时高压消防给水系统应设置防止稳压泵频繁启停的技术措施，当采用气压水罐时，其调节容积应根据稳压泵启泵次数不大于15次/h计算确定。6.1.1计算公式调节容积计算公式：V式中：Vreg——气压罐调节容积，单位：LQ稳压——稳压泵设计流量，单位：L/s60——单位换算系数（将流量由L/s换算为L/min的倍数值）；nmax——每小时最大启泵次数，取15次/h6.1.2参数代入与计算（按稳压泵流量Q_稳压=1.5L/s，n_max=15次/h）V6.1.3有效储水容积最低限制《消水规》第5.3.4条规定：有效储水容积不宜小于150L。因Vreg=6.0L<150L，故有效储水容积应取150L。6.2消防贮水总容积确定根据气压罐的动态原理，消防总容积（消防贮水容积）包含调节容积、稳态稳压区间与补水存储，有效储水容积不宜低于150L（《消水规》第5.3.4条正是这么规定有效储水容积不宜小于150L，但实际用于消除启动次数时，需选择的既满足稳频又满足稳压容量的数值）。取VX（消防总容积基本调节储水容积）=150L+20L缓冲水容积+50L稳压水容积：缓冲水容积V1至少宜20L稳压水容积V2至少宜50L则有：V6.3气压罐总容积计算根据《消水规》GB50974-2014的要求及常用图集，气压罐总容积计算如下：6.3.1计算公式V式中：V——气压罐总容积，单位：m³；β——气压罐容积系数。卧式罐取1.25，立式罐取1.10，隔膜式罐取1.05；VX——消防贮水总容积（调节容积、缓冲水容积、稳压水容积之和），单位：m³αb——工作压力比P选用隔膜式气压水罐（容积系数β=1.05），压力比αV换算为升：0.8555×1000=855.56.4阀门及组件验收说明有效储水容积V_X=150L～150L等标注按本文第6.2节定义，V1和V2合计用于缓冲抗启停频次数，实际选用总容积气体压缩变化可选取公称容积（按图集推荐DN1000/1200型）。计算总容积V约0.8555m³（≈860L），故选型为隔膜式气压水罐。6.5气压罐实际选型选用公称容积为0.9m³（900L）的气压水罐一台配稳压泵组可以满足要求（符合图集SQL1000×0.6的总体积要求）。选型SQL1000型或按专业设备产品库推荐型号即SQLD1.0型号。压力等级：工作压力P2=0.30MPa，选用1.0MPa设计压力的隔膜式气压水罐。6.6结论气压罐调节容积Vreg气压罐总容积V=0.86m³≈0选型规格：SQL1000×1.0型隔膜式气压水罐，1.0MPa等级，立式安装。七、稳压泵扬程校核7.1计算公式随着稳压泵的压力设置处于P2（停泵压力）以下时，应将水泵启动条件触发。稳压泵扬程应保证系统正常补水时流量恒定达P2到P1的压差范围为水泵工作依据消除正常管网漏水的。水泵扬程（额定工况）：H这里Pmax=P2=0.30MPa。从P1=0.22MPa量测。设管道局部水头损失hf取值3m（约0.03MPa），安全余量取值Δ=0.02H7.2结论稳压泵的扬程至少应满足P2=0.30MPa下加上管网水头损失及安全余量，取值H稳压泵=0选型泵的额定点：出口压力0.35MPa时流量Q=1.5L/s。八、汇总表及最终结论项目符号计算/确定值单位规范依据高位消防水箱有效容积V_水箱36m³《消水规》第5.2.1条第1款最不利点静压(仅水箱)P_s0.037MPa理论计算值最不利点静压(设稳压后)P_最不利静压≥0.15MPa《消水规》第5.3.3条第3款稳压泵设计流量Q_稳压1.5L/s《消水规》第5.3.2条气压罐最低工作压力(P1)P10.22MPa满足最不利点0.15MPa要求稳压泵停泵压力(P2)P20.30MPa