重庆某电信大楼消防给水稳压方式的选择

2011-06-13童愚

重庆建筑 2011年12期

童愚

（机械工业第三设计研究院重庆 400039）

重庆某电信大楼建筑高度95m，地上24层（含3层夹层），地下两层，本大楼功能复杂，设备投资较多，建筑物的安全很重要，这就对消防给水设计提出了较高的要求。通常确保扑灭初期火灾，是消防给水设计有效性的关键，因此，如何选择好满足初期灭火水量水压的稳压增压装置就成了我们亟待解决的问题。

我国现行规范《高层民用建筑防火设计规范》（GBJ50045—95）（以下简称“高规”）第7.4.7.2条，对是否设增压装置作了如下规定，即“高位消防水箱的设置高度应保证最不利点消火栓的静水压力；当建筑高度不超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.07MPa……当高位消防水箱不能满足上述静压要求时，应设增压设施”。重庆某电信大楼23夹层设置的消火栓为最不利消火栓，由于场地所限，屋顶消防水箱只能设于二十四层，故消防水箱不能满足静水压力要求，消防给水系统应设增压设施。这点对自动喷水系统同样适用。设了稳压增压装置的消防给水系统与高压系统相比，不像后者在消防全过程都能有效保证水压和水量要求，但是，消防水压在消防主泵启动前，可以靠启动稳压增压装置来保证，消防用水的水量也可以得到若干程度的满足，用于灭火较普通临时高压给水系统及时、可靠、有效，是介于高压与临时高压系统两者之间的一种系统，所以有人称之为稳高压系统，这里所谓的增压装置，我们也称之为稳压装置。现在就本工程对稳压方式的选择，谈谈几点思考。

1 稳压的主要方式

稳压装置按设置的位置分，通常有两种情况，即一种设置于屋顶的消防水箱旁；一种设置于地下层，安装在消防水泵房内。对于后一种方式，由于稳压装置要满足消防最不利点压力，故稳压泵扬程较高，电机功率大，且气压罐容积也较大；对于前一种方式，相比之下，有效地利用了气压罐容积，降低罐内压力，减少稳压泵电机功率，从而有利于减少工程投资和减少运行费用，便于管理维护。因此，除非是屋顶位置紧张或建筑功能不允许，一般情况下，宜采用消防稳压装置设于屋顶的方式。以下我们讨论的均为屋顶消防稳压方式，常见的屋顶消防给水稳压主要有以下三种方式。

1.1 第一种方式

即单设稳压泵（增压泵），而不设气压罐的情况。稳压泵的作用主要是维持消防系统管网的压力，对系统起到稳压，同时也要满足最不利点灭火设施初期火灾所需的压力和流量要求。《高规》第7.4.8.1条对增压水泵（这里称稳压泵）的出流量有以下规定：“增压水泵的出流量，对消火栓给水系统不应大于5L/S，对自动喷水灭火系统不应大于1L/S”。（这个规定的前提条件之一是消防给水系统无气压水罐）。即稳压泵流量在消火栓给水系统可按一个消火栓出流量计算，自喷系统可按一个喷头出流量计算，稳压泵启停通过设于管道上的压力传感器控制；对于这种作法，由于水几乎不具备可压缩性，所以常出现稳压泵一开压力就上去，稍有泄漏压力又迅速下降，稳压泵频繁启动，容易损坏。

1.2 第二种方式

即小稳压泵配大气压罐，这种稳压方式主要以气压罐为主；消防主泵启动前灭火设施所需的水量和水压由气压罐来满足（即满足消防初期火灾的水量和水压）。这里气压罐不仅是贮存消防初期的灭火用水量，而且还要贮存一定水量来配合控制稳压泵的启停，因此罐容积要大，而稳压泵作用主要是维持气压罐内的压力和保证罐内贮水量。设于气压罐上的水位和压力传感器可以控制稳压泵启停和消防主泵启动。

1.3 第三种方式

即大稳压泵（增压泵）配小气压罐，这种形式主要以稳压泵为主，稳压泵对出流量的要求基本上与第一种方式相同，其作用也一样。气压罐不贮存消防初期灭火用水量，仅贮存一定量的稳压水来控制稳压泵启停以缓解稳压泵启停过于频繁，其作用重在稳压，这里气压罐仅贮存稳压水，容积小，所以，我们称之为大泵配小罐。

2 稳压方式的确定

对比以上三种方式，由于第一种形式稳压泵频繁启动容易损坏，导致稳压失效，所以工程设计一般不予采纳，这里，我们也不作更进一步的研究。下面我们针对后两种情况，通过对本工程的计算分析来讨论最佳稳压方案。

2.1 针对第二种方式

这种方式以气压罐为主，故首先确定气压罐的主要参数：Vx、Vs、P1、P2、P3、P4等，如图1。

图1 气压水罐

Vx——消防贮水容积；Vs——稳压水容积；

Vop——缓冲水容积；Vo——不动水容积；

P0——起始压力；P1——最低工作压力；

P2——最高工作压力，消防主泵启动压力；

P3——稳压水容积下限压力，稳压泵启动压力；

P4——稳压水容积上限压力，稳压泵停止压力；

h1——消防贮水容积下限水位；

h2——消防贮水容积上限水位；

h3——稳压水容积下限水位；

h4——稳压水容积上限水位。

气压罐消防贮水容积在《高规》中有规定，根据其中的第7.4.8.2条“气压水罐的调节水量宜为450L”，条文说明中解释为两支水枪和5个喷头30S的用水量，即消火栓系统为2X5X30=300L，自动喷水系统为5X1X30=150L，二者共为450L。而P1实际上是指满足消防初期火灾最不利点灭火设施所需的水压，一般由几何高差、最不利点所需出流水头、管网总水头损失三部分组成；这里几何高差，与出流水头均易确定，总水头损失则应按火灾初期水量计算，而不是按系统流量计算，这样计算出的P1较小，这就使消防给水系统，在满足了消防要求的情况下，平常仍处于一个较低压力状态。

至于P2、P3、P4可以根据我国有关设计院的经验来确定，即P2—P1≤0.13MPa，P3—P2≈0.02MPa，P4—P3≈0.05MPa，h4—h3区段的水容积为稳压水容积，一般可按不少于50L确定，h3—h2区段的水容积为缓冲水容积，可根据P3—P2≈0.02MPa对应的容积差计算确定。

其次确定稳压泵的扬程和流量，稳压泵扬程不应小于P4，即确定了P4就确定了扬程，由于稳压泵流量相当小，且小于1L/S，而实际上小于1L/S泵较难选择，所以按1L/S计算稳压泵的出流量。

由于考虑到自动喷水系统与消火栓系统最不利点所要求的压力和流量均不同，所以本工程采取两个系统分别设置稳压装置的方式，以下我们就这两个系统来计算稳压方案。

方案a：消火栓系统（这里仅计算补气式气压水罐）

气压罐容积V=βVx/（1—αb）

β——气压水罐容积系数，选择立式罐，即系数为1.10；

αb——工作压力比，即（P1+0.098）/（P2+0.098）（所述压力均为表压）

经计算P1=0.21MPa，已知Vx为0.30m3

从而得出P2=0.28MPa，P3=0.30MPa，P4=0.35MPa，V=1.8m3。

这样气压罐按H=1.8m，Φ1200选型，稳压泵按扬程为0.35 MPa，流量Q≤1L/S选型。

方案b：自动喷水系统

同上，已知Vx=0.15m3，计算得出P1=0.11MPa，

所以有P2=0.18MPa，P3=0.20MPa，P4=0.25MPa，V=0.66m3。

这样气压罐按H=1.3m，Φ800选型，稳压泵按扬程为0.25 MPa，流量Q≤1L/S选型。

2.2 针对第三种方式

气压罐未贮存消防初期用水量，即Vx=0，其余参数均采取上述方法确定。

方案C：消火栓系统

同样，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。

这样，气压罐按H=1.2m，Φ800选型，稳压泵按扬程为0.28 MPa，流量Q=5L/S选型。

方案d：自动喷水系统

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。

气压罐按H=1.2m，Φ600选型，稳压泵按扬程为0.18 MPa，流量Q≥1L/S选型。

综合以上四种方案，首先分析消火栓系统的a、c两方案。比较之下，a方案气压罐较大，而本工程屋顶二十四层位置较紧张，且为悬挑梁承重，结构负荷不能太大，故采用a方案有两种不利因素，一是安装难度大，二是增加结构负荷，增加了工程造价；而c方案，罐内容积未贮存初期消防水，但是真正火灾发生时，在铺设完水带并出水枪灭火这段时间，实际上，增压泵（即所谓的大稳压泵）已经启动，在准备出第二支水枪时，已超过30S，即地下层消防主泵也早已启动，所以，这是贮存初期消防水，必要性不大。显然采用c方案有两个优点：一是减少了稳压装置的占地面积，安装较容易；二是减少了气压罐的容积，也就减少了一次性投资。所以，消火栓系统c方案比较适宜。

其次分析自动喷水系统的b、d方案，比较b、d两方案稳压泵扬程与气压罐容积大小均差距不大，但对于自动喷淋系统，喷头一旦爆开则需要一定量的有压水立即喷出灭火，不象消火栓要有铺设水带的时间。所以要提高自动喷水系统的可靠性，气压罐贮存初期消防水有必要，也就是说，采用b方案比较合适。