高层建筑消防给水系统及增压设备参数的研究

陈德坤

（大方县消防救援大队，贵州 毕节 551700）

随着现代化水平的进一步提升，大型城市中气压系统给水属于一项比较普遍的供水技术，由于气压类型的给水装置和设备取得了快速的发展，市面上各种类型的产品层出不穷，其中的变压类型的给水装置款式繁多，在日常生活以及工业生产的给水过程中已经获得了非常普遍的实际应用。另外，定压类型的给水装置和设备的发展速度也比较迅速，而且有逐步替代变压类型的给水装置的势头。不过在实际应用的进程中供水环节夹带气体、气罐装置出现脱水、电气装置故障频繁发生等问题还存在，上述问题其中有一些情况是因为相关装置的选型过程欠妥造成的。为此本文给出了应用定压类型的气压消防供水的模式来代替高层建筑物设置顶层消防用水箱的供水方案，并且针对供水系统在框架设计进程中有关装置和设备在选型方面的相关问题进行详细的讨论和研究。

1 概述

根据高层民用建筑物的有关防火设计的规范和标准，其中规定配备有高位消防用水箱的消防救援给水系统装置的增压水泵的出水量指标，对于消火栓来讲，应该取小于自动工作的喷水系统的气压类型储水罐装置的调节水量数值为最佳。当消火栓装置和喷水系统独立使用给水系统的情况下，气压类型的储水罐的出水量指标分别进行求和来评估和计算。补气类型的气压储水罐和隔膜类型的气压储水罐的工况说明中的相关参数指标中表明的是已知的参数值，其他的参数数值都要通过假定或者计算公式进行求解来选取。火灾事故消防救援的初期，对于火焰的扑灭过程，供水的稳定性将会发挥决定性的作用，怎样选取气压类型的储水罐并选定有关的技术参数数值是一项重要的工作。高层建筑物消防给水系统如图1所示。

图1 高层建筑物消防给水系统

2 定压类型的气压储水罐替代高层建筑物的顶层设置消防用水箱的供水模式简述

现阶段，我国自主研发生产的定压类型的气压给水装置种类比较多，高层建筑物消防灭火用的给水装置系统，主要是满足于自救的设计理念为主。为此在规划设计的过程中通常是应用由计算机进行操控的定压类型的操作系统，空压机装置和空气罐装置与稳压功能的补水泵装置进行协作补气运作，以此为定压状态的供水操作模式。

定压类型的气压给水装置是借助计算机的控制过程来实现其功能；稳压功能的补水泵装置的具体型号和类别选取是采用消防救援的专用泵，随后对于3根吸水管的蓄水池内的取水状态和参数进行分别设置，其中稳压水管的接头串接在定压类型的储水罐上，可以发挥出其稳压和补水的主要功能，另一个接头接到消防用的管网上，这样能够发挥其应有的功能。同时也可以应用4台同样类型的水泵装置，这样可以构成2台设备使用，2台设备进行备用的搭配。

气压类型的储水罐具有4道水位标准，这些水位标准的读数分别和水位继电器装置的4根电极棒部位的终端接头a1、a2、a3及a4相连接，这样就能在不同情况下启动和关闭稳压补水泵装置以及消防用水泵装置，如果储水罐中的水位数值上升到达了P4这个水位线的位置，此时稳压类型的补水泵装置以及消防用的水泵装置都会处于关闭的状态。在火灾事故初始发生状态，消防用的水枪可以2支共同使用，如果P3～P4状态区间的时候，在消防储水罐中贮备容积的显示读数为P3线至P4线之间的区间，空气罐装置可以借助电动方式的调节阀向气压储水罐装置进行补气，这样就可以保持系统中的压力恒定；如果在P3线的状态下，系统将会断开a3部位的触点，此时稳压用的补水泵装置将会启动工作，这样就能供应初期状态的火灾救援使用的2支消防枪的用水，发挥稳压功能的补水泵装置的实际供水量为10L／s的区间；如果现场的水枪数量大于2的时候（也就是消防用水的量超过10L／s的情况下），气压罐装置内的水位将会从P3点位下降到P2点位，当系统从触点a2的位置处断开之后，消防用水泵装置的操控将会转换为压力传感器装置进行自动化的启动状态（同样也能够从消防箱部位设置的按钮装置来对消防用水泵装置进行启动），可以向消防用的管网进行供水工作；如果罐内的压力数值下降到P1的范围，消防用的水泵装置向管网系统的供水工作就将变成常规的运行过程。

通常情况下，当稳压功能的补水泵装置进行工作的时候，当消防灭火系统中或者罐体自身的管道系统的接头以及零件出现松动，管道网络系统中的水量出现渗漏或者气体流失的时候，增压系统中气压罐装置中的水位线读数由P4下降到P3的情况下，稳压功能的补水泵装置就会马上启动，为系统进行补水操作，气压罐体中的气体压力因为得到空气罐装置的有效补充，能够保持住稳压的状态，一直到气压罐中的水位读数上升到P4点位的时候才停止稳压泵的工作，如此进行反复的循环操作，可以确保系统的水位读数保持在P3～P4之间，这样的化水泵装置的启动容积数值可以维持恒定。如果系统向罐中进行补水操作，水位数值将会出现上升的情况，此时罐中的气体压力数值也会随之发生加大，此时对压力相关的传感器装置可以进行操控，首先将进气管道中的电磁阀装置进行自动关闭的操作，其次将电磁类型的排气阀装置的排气功能进行开启，这样就能很好地保持水泵的罐内气压数值恒定。

假如对于系统进行控制的计算机控制系统发生问题，可以应用人工手动的方式来操控进气量的大小以及补水量的多少，这样就能保证消防水灭火配备的给水系统进行安全稳定的供水作业。控制系统内设置了空气罐装置，此设备能够确保补气量数值的恒定，并且维持一定数值的气压状态的恒定，与此同时，空气压缩机的类型最好选取小规格或者是空气压缩机启动频率比较低的型号。稳压功能的补水泵装置，需要采用和消防用水泵一致的规格，主要是为了减少补水需要消耗的时间以及能够当成同一台消防用的水泵装置来进行使用。

3 气压罐装置进行规划设计的相关计算公式简介

3.1 气压罐装置的相关规划设计所根据的是波义耳——马略特定律作为计算的基础的：

式中：P0——罐体中没有充水的情况下气体的压力（指的是绝对压力），单位为MPa；

P1——最小设计工作状态的压力（指的是绝对压力），单位为MPa；

P2——消防用水泵启动状态的压力（指的是绝对压力），单位为MPa；

P3——稳压功能的补水泵装置启动状态的压力（指的是绝对压力），单位为MPa；

P4——气压罐体中的最大压力数值（指的是绝对压力），单位为MPa；

V0——气压罐装置的总体容积，单位为m3

其中的V1、V2、V3及V4——分别是对应压力状态为P1、P2、P3及P4下的气体的容积数值，单位为m3。

3.2 当罐体内的压力数值从P2到P3的状态下，罐内储存的水量数值也就等于气压罐装置相应的调节容积数值W：

将（1）式以及（2）式进行整理之后代入到（3）式中，可得：W＝V2-V3＝V0P0P2-P0P3＝V0P0P2（1-P2P3）或者是：

上述的表达式是气压罐装置在进行规划设计的过程中相关计算过程使用的基本原理和公式。在设计的过程中，相关工程设计人员能够根据相关的公式来评估计算所得的气压罐装置的有效容积，此时就能根据相应的结果合理选用适当的罐体装置的类型以及实际需要应用装置的数量。

4 水泵装置的设备台数和罐内调节容积的设计简述

选用2台设备进行并联工作，调节用水的体积能够降低50%，因此定压类型的气压给水装置在其规划设计的过程中需要采用一罐体双泵装置的设计理念。如果用水量更多的情况下最好应用3～4台的小规格的水泵装置实施协同工作，这时气压罐装置的总体容量将会比单一的大规格的水泵装置工作的情况降低23%～34%左右，这是因为多台水泵装置并联工作的给水系统中的罐体装置的容积符合流量最大的水泵装置即可。如果是定压类型的气压给水管网中应用多泵装置进行工作，首先会增加不必要的硬件成本，其次会增大不必要的泵房空间，基建方面的成本将会显著增加。因此气压类型的给水装置系统通常是规划设计成一罐体两泵设备的模式，选用定转数类型的离心水泵2台，其中1台用于日常工作，另外1台设备为备用机，定压类型的气压给水管道系统适合应用一罐两泵类型的系统框架，2台小水泵装置采用并联的方式进行工作，可以有效降低罐体装置的容积数值。

5 结语

综上所述，应用定压类型的气压系统装置为消防灭火工作进行给水操作可投入实际应用，而且可以替代现行的高层建筑物的高层位置设置消防用水箱的模式。应用定压类型的气压给水装置的优势和不足可以概括为如下几类。

5.1 定压类型气压给水方案的缺陷

假如水泵装置的出水压力数值需要保持在P1～P4的范围内进行变动，水泵装置的扬程数值需要加大△P＝P4-P1。对于房屋的建设特点来讲，供水相关的系统必须具备相对比较大的调节容积的范围，为确保不利点状态下压力数值，水泵装置必须保证在不利点位置的压力数值上的特定的无用功的区间范围之内进行运行，此过程中约有25%左右的能量因为增加无功水头被消耗掉了。

5.2 警报设备

此种类型的气压装置同时具备相应的报警设备。假如消防救援系统出流水量比较大（也就是用水量超过2支水枪的流量10L/s的情况下），罐体中的水位会达到P2的档位，此时水泵装置将会自动开启，计算机控制柜装置也会相应地进行声光信号的警报动作。

5.3 计算机控制的特点

压力数值相对稳定，当消防水泵装置进行试验以及日常检查的时候，或者水泵装置在火灾初期出水量数值小于规划设计的水量数值的情况下，都可以有效预防消防用水系统出现超压。

5.4 能够及时、稳定地向消防管道网络进行供水，符合消防任务水量及水压的需求

借助计算机控制的相关装置，能够将系统中因为渗漏以及单向阀装置发生回水等导致的压力下降和系统由于消防需要引起的压降有效区分，采用适合的压力来控制水泵装置的启动操作。