关于稳压系统计算讨论

郑渭斌

北京中核四达工程设计咨询有限公司

关于稳压系统计算讨论

郑渭斌

北京中核四达工程设计咨询有限公司

针对民用建筑临时高压给水系统中的稳压系统，其消防水箱最低有效水位不满足水灭火设施最不利点处的静水压力，需增设消防增压稳设备来维持消防管网中的压力；通过《消防增压稳压设备选用与安装》98S205与《消防给水及消火栓系统技术规范规》15S909 中稳压泵的流量、扬程的计算比较，确定最优设计方案。

增压稳设备；稳压系统设计；系统控制；

一、概述

消防是建筑工程设计的重要组成部分，应能够满足消防设计所需的水量及水压要求，对保证人民生命财产安全是非常必要的。

根据国家现行规范要求，消防水箱应能供给建筑初期火灾时消防用水量，并保证相应的消防水压。水箱压力的高低对于扑救建筑物顶层或附近几层的火灾关系也很大，压力低可能达不到出水要求的充实水柱，也不能启动自动喷水系统报警阀压力开关，影响灭火效率，因此在消防水箱设置高度不满足规范最低要求时，需要设置增压稳压设备来保证消防系统中的压力。

二、稳压系统介绍

消防增压稳压设备主要由稳压泵、消防气压罐及控制系统组成；稳压泵主要由设置在稳压泵应由消防给水管网或气压水罐上设置的稳压泵自动启停泵压力开关或压力变送器控制。

消防管网平时的压力由稳压泵提供，当压力升高，达到稳压水容积的高水位时，稳压泵自动停止运行；当压力降低，达到稳压水容积的低水位时，稳压泵自动开启，将稳压水容积提升到最高水位。如此循环以保持系统的高压状态。

三、稳压系统设计计算

(一)《消防增压稳压设备选用与安装》98S205中对稳压系统计算方法：

1、消防稳压罐的设计

气压罐的总容积按公式V= βVX÷(1-αb)计算。

式中：V为气压罐的总容积m3；

VX为消防水总容积等于消防贮水容积、缓冲水容积和稳压水容积之和；β为气压罐的容积系数，卧式、立式、隔膜式气压罐的容积系数分别为1.25，1.10和1.05；

αb为气压罐最低工作压力和最高工作压力之比(以绝对压力计)，一般采用0.65～0.85。

设置气压罐的目的是为了保证火灾发生初期消防泵没有启动之前消火栓和喷头所需的水压，时间约为30s。对于消火栓给水系统，按同时使用2支水枪(每支水枪流量5 L/s)计，消防贮水容积为300L；对于自动喷水灭火系统，按5个喷头同时开启，每个喷头以1 L/s计，消防贮水容积为150L。当2个系统共用气压罐时，消防贮水总容积为300+150=450L。

缓冲水容积V1一般不小于20L，稳压水容积V2一般不小于50L。

2、压力控制点压力值的计算

由于压力传感器有精度、稳定性的要求，一般使缓冲水容积的上、下限水位压差不小于0.02～0.03 Mpa；稳压水容积的上、下限水位压差不小于0.05 ～0.06Mpa。

P1=Hq+ Hd+∑h-ΔH(稳压设备高置)

P1为消防需要压力或者最不利点消火栓所需的水压Hmin；

Hq为消火栓栓口压力；

Hd为水龙带水头损失；

∑h为最不利点消火栓至稳压设备之间管道水头损失及局部损失；

ΔH为最不利点消火栓至高位消防水箱最低水位几何高差。

P2为启动消防泵的压力。P2=P1/αb；

P01为稳压水容积下限水位压力，此时启动稳压泵；P01=P2+(0.02～0.03)；

P02为稳压水容积上限水位压力，即气压罐最高工作压力，此时停止稳压泵。P02=P01+0.05～0.06Mpa=P2+0.07～0.09MPa。

3、计算举例

一栋建筑高度50m的公共建筑，在屋顶水箱间内设置增压稳压设备，气压罐选用立式气压罐，屋顶水箱至顶层消火栓栓口的距离ΔH=4m。屋顶水箱至顶层消火栓处的管道沿程水头损失及局部水头损失之和∑h=1m，消火栓系统流量取25L/S。

气压罐工作压力比取：αb = 0.8

气压罐总容积：V=βVX÷(1-αb)=1.1×(300+20+50)÷(1-0.8)=2.04m3

气压罐充气压力(消防需要压力)：

P1=Hmin=Hq+Hd+∑h-H=0.18+0.03+0.01-0.04=0.18(Mpa)

消防泵启动压力：P2=P1÷αb=0.18÷0.8≈0.23(Mpa)

稳压泵启动压力：P01=P2+0.02～0.03Mpa=0.23+0.02～0.03=0.25～0 .25(Mpa)

稳压泵停泵压力：P02=P2+0.07～0.09Mpa=0.23+0.07～0.09=0.30～0 .32(Mpa)

稳压泵扬程：H=(P01+P02)÷2=(0.25+0.31)÷2=0.28(Mpa)

选用两台水泵(一用一备)，每台稳压泵参数：Q=4.17L/s，H=27m，N=2.2KW。

4、稳压泵的流量

由于消防初期流量由气压罐供给，泵的流量只需考虑系统的渗漏量或气压罐对流量的要求，所以流量可适当选小一点。对于民用建筑消火栓系统稳压泵的流量以约小于1个消火栓的出水量计，为≤5 L/s。喷洒系统稳压泵的流量以约小于1个喷头的出水量计，为≤1 L/s。工业建筑稳压泵流量应根据实际情况确认。

5、系统控制

消防泵启动主要由稳压罐上的压力控制，当发生火灾时，管网中大量缺水，造成管网中压力下降，当管网中压力由P01下降至P2时，发出报警信号，立即启动消防泵，稳压泵停止工作，直至消防泵停止运转，手动恢复设备控制功能。

(二)根据 《消防给水及消火栓系统技术规范规》15S909中对稳压系统计算方法：

1、消防稳压罐的设计计算可参照(一)中方法计算。

2、压力控制点压力值的计算

根据《消防给水及消火栓系统技术规范规》GB50974-2014中5.3.3 条规定及要求计算。

当稳压设备设置在消防水箱间内时，稳压泵设计压力计算：

P01＞15-H1且P01≥H2+7 P01为稳压泵启泵压力

P02=P01÷0.8 P02为稳压泵停泵压力

P2=P01+H1+H-7 P2为消防泵启泵压力

稳压泵设计压力确定图示

3、计算举例

一栋建筑高度50m的公共建筑，在屋顶水箱间内设置增压稳压设备，气压罐选用立式气压罐，屋顶水箱至顶层消火栓栓口的距离：ΔH=4m。屋顶水箱至顶层消火栓处的管道沿程水头损失及局部水头损失之和∑h=1m，有效水深H2为1.5m，假设H=53m，系统消火栓流量取25L/S。

稳压泵启动压力：P01＞15-H1且P01≥H2+7

P01＞15-4=11m，P01≥1.5+7=8.5m 因此稳压泵启泵压力取15米(0.15MPa)。

稳压泵停泵压力：P02=P01÷0.8

P02=15÷0.8=18.75m≈19m=0.19MPa

P2为消防泵启泵压力：P2=P01+H1+H-7

P2=15+4+53-7=65m=0.65MPa

稳压泵扬程：H=(P01+P02)÷2=(0.15+0.19)÷2=0.17(Mpa)

选用两台水泵(一用一备)，每台稳压泵参数：Q=1L/s，H=17m，N=1.5KW。

4、稳压泵的流量

对于民用建筑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；工业建筑稳压泵流量应根据实际情况确认。

5、系统控制

当发生火灾时，管网中大量缺水，造成管网中压力下降，当检测到消防水泵出水干管上压力下降至P2时，由消防水泵出水干管上的压力开关或报警阀压力开关等开关信号直接自动启动消防泵，稳压泵停止工作，直至消防泵停止运转，手动恢复设备控制功能。

四、结论

根据国家现行规范及国家标准图集中两种计算过程比较，可以得出《消防给水及消火栓系统技术规范规》15S909中计算得到稳压泵的压力较小，稳压设备及管网承受压力也会相对较小，且延长管网及设备寿命，同时也比较经济，工程造价相对较低。但是现行稳压设备选型图集中稳压设备压力偏高，对于实际工程减少工程造价时，设计人员应需要消防增压稳压设备厂家配合设计完成，以达到消防设计及工程使用要求。