消防稳压设备设计计算方法和相关规范问题探讨

谢钿加

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广州 510230）

GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》（以下简称《消规》）［1］对临时高压消防给水系统中稳压泵的流量、设计压力和稳压罐的容积进行了具体规定，但相应条文仍存在着争议，其中规范对“准工作状态”及“有效储水容积”的定义也不明确，且相关参数取值与《〈消防给水及消火栓系统技术规范〉GB 50974—2014实施指南》（以下简称《指南》）［2］、国标图集15S909《〈消防给水及消火栓系统技术规范〉图示》（以下简称《图示》）［3］和17S205《消防给水稳压设备选用与安装》［4］均存在一定出入，而且现有规范及图集均缺少稳压罐容积的计算方法。因此，本文以消防的安全性及规范的严谨性为原则，查阅相关规范及文献［5-6］，探讨补充解释消防稳压设备相关参数的定义，明确稳压设备参数的取值思路及计算方法，以期为工程设计和规范修订提供参考。

1 稳压设备在临时高压消防给水系统中的作用

《消规》将《全国民用建筑工程设计技术措施／给水排水（2009年版）》中对稳压泵及稳压罐容积选型的要求列入规范，并增加了少部分条款说明。《消规》及旧版规范GB 50045—1995《高层民用建筑设计防火规范（2005版）》均要求当临时高压消防给水系统的高位消防水箱水位无法满足水灭火设施最不利点处的静水压力时，系统应设置稳压设备（稳压泵及稳压罐）。设置稳压设备（稳压泵及稳压罐）的主要作用有两点：一是非火灾时，补充管网漏损水量，维持消防给水系统压力；二是发生火灾时，保证系统能快速自动启动消防主泵。

2 隔膜式气压罐参数定义

工程上消防稳压罐均采用隔膜式，因此，本文只对隔膜式气压罐进行分析。结合CECS76∶95《气压给水设计规范》［7］及GB 27898.3—2011《固定消防给水设备 第3部分：消防增压稳压给水设备》［8］，隔膜式气压罐容积分布及压力相关参数定义见图1。

图1 隔膜式气压罐水容积对应水位及压力Fig.1 Corresponding water lever and pressure of the water volume of barrier diaphragm－type pressurized water tank

3 《消规》中稳压设备相关参数的取值

3.1 对《消规》5.3.3中“准工作状态”的理解

《消规》并未对“准工作状态”进行解释，但GB 50261—2017《自动喷水灭火系统施工及验收规范》［9］中对“准工作状态”做了描述：“自动喷水灭火系统性能及使用条件符合有关技术要求，处于发生火灾时能立即动作、喷水灭火的状态。”结合消防主泵的启动过程，应指消防给水系统压力维持在稳压泵启泵压力PS1至稳压泵停泵压力PS2的状态。

3.2 P1，P2，P S1取值

（1）根据GB 27898.3—2011第5.1.1条要求，稳压设备气压罐充气压力P1不应小于0.15 MPa（强制性条文），即P1≥0.15 MPa。

（2）《消规》5.3.3条第2款规定：“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0.07 MPa～0.10 MPa”，结合上文分析，是指PS1－P2＝0.07～0.10 MPa。

（3）《图示》规定：当稳压设备上置时（图2），要求PS1≥H2＋0.07 MPa；当稳压设备下置时（图3），要求PS1≥H3＋0.10 MPa。

图2 稳压设备上置Fig.2 Pressure stabilizing device set at the top

图3 稳压设备下置Fig.3 Pressure stabilizing device set at the bottom

（4）《消规》5.3.3条第3款规定：“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0.15 MPa”。结合《图示》及17S205，即PS1＋H1＞0.15 MPa（稳压设备上置）或PS1－H"＞0.15 MPa。因为PS1＞P1≥0.15 MPa，因此必有PS1＋H1＞0.15 MPa。

综上，P1≥0.15MPa，PS1＝P2＋（0.07～0.10）MPa，当稳压设备上置时，PS1≥H2＋0.07 MPa；当稳压设备下置时，PS1＞H"＋0.15 MPa，PS1≥H3＋0.10 MPa。

3.3 稳压罐容积取值

（1）《消规》5.3.4条中提到“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，但有效储水容积不宜小于150 L。”根据本文第2章可知，稳压泵启停次数与消防贮水容积VX并无直接关系，此处将条款中的有效储水容积理解为稳压罐稳压水容积VS较为合理，即VS≥150 L。

（2）GB 27898.3—2011规定稳压罐有效水容积V3＝VX＋V△p，应满足系统最不利点给水压力的消防初期用水量，且V3≥300 L（强制性条文），并规定稳压罐缓冲水容积V△p≥50 L（强制性条文），稳压罐稳压水容积VS≥50 L（强制性条文），则消防水总容积Vxf＝VX＋V△p＋VS≥450 L。

综上，稳压罐容积取值：V3≥300 L，V△p≥50 L，VS≥150 L，Vxf≥450 L，同时应满足稳压泵启泵次数不大于15次／h。

4 稳压设备参数计算

4.1 稳压罐相关计算公式

根据CECS76∶95规定：

式中：V为消防气压水罐总容积，m3；β为消防气压水罐容积系数，隔膜式水罐宜为1.05；α为消防气压水罐工作压力比。

从公式（2）式可知，在β及Vxf一定时，α越小，V越小。因此，本文以α优先取小值为原则进行稳压设备选型，在不提高管网压力等级的前提下减少稳压罐容积。

根据波义耳定律，在恒温条件下：

根据CECS76∶95，稳压调节容积按以下公式计算：

式中：c为安全系数（宜取1.0～1.3）；q为消防稳压泵出水流量，m3／h；n为消防稳压泵在1 h内启动次数。

公式（13）中，令VS＝150 L，n＝15，c＝1.3，得q＝6.9 m3／h（1.9 L／s），即当稳压泵流量不大于1.9 L／s时，VS＝150 L可同时满足稳压泵启泵次数不大于15次／h的要求。

4.2 稳压设备设计选型步骤

（1）确定q及VS最小值。根据《消规》5.3.2条确定稳压泵流量q，若q≤1.9 L／s，则VS取150 L，否则根据公式（13）确定VS最小值。

（2）确定PS1、α、P1及PS2。根据本文4.1节确定PS1，根据系统管道压力等级、系统分区要求及最低点消火栓压力要求等确定PS2最大值，并将VS最小值、V3＝300 L、Vxf＝VS＋V3一起代入公式（8）求得α值。再将以上参数及α代入公式（9）、公式（10）求得P1、PS2，根据P1及PS2复核α。

（3）复核V3、VS、V。将V3＝300 L、P1、PS1及PS2代入公式（11），求得VS，将VS最小值、P1、PS1及PS2代入公式（11），求得V3，取VS、V3大值，保证VS及V3满足规范要求。由V3及VS可得Vxf，将Vxf及α代入公式（2）求得V。

（4）确定V△p及P2。根据PS1－P2＝0.07～0.10 MPa及V△p≥50 L，并结合公式（11）确定V△p及P2。

（5）确定稳压泵扬程HW并进行稳压设备选型。稳压泵扬程HW≥（PS1＋PS2）／2，并结合图集17S205选型。

5 总结及建议

（1）现有规范和图集均只侧重于稳压设备设计压力的计算，忽略了气压罐容积计算，而稳压罐各部分的容积和压力是相互关联的，设计时还应确保气压罐容积满足规范GB 27898.3—2011及《消规》5.3.4条的要求，设计参数应注明气压罐容积并根据市场产品情况选型，避免泵房高度或预留基础面积不足。

（2）《消规》、GB 27898—2011、《图示》及国标图集17S205对稳压设备的压力及容积参数缺少统一的定义及说明，取值要求也不一致，建议相关规范标准能及时修订，并补充气压罐容积的计算方法，便于指导设计。

（3）本文的计算公式按照计算选型步骤输入excel表格中，可以快速得出结果，便于实际工程的选用计算。

（4）现行行业标准JG／T 3010.1—1994《隔膜式气压给水设备》出版时间较早，对气压罐的型号标识仅体现罐体结构形式及直径，未体现有效高度及对应容积，各个厂商的生产规格也不统一，不利于目前实际工程中选用，建议该标准能及时修订完善，补充气压罐容积参数，以便进一步规范厂商，也便于设计参考。