消防穩(wěn)壓設(shè)備設(shè)計計算方法和相關(guān)規(guī)范問題探討

謝鈿加

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣州 510230）

GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《消規(guī)》）［1］對臨時高壓消防給水系統(tǒng)中穩(wěn)壓泵的流量、設(shè)計壓力和穩(wěn)壓罐的容積進行了具體規(guī)定，但相應(yīng)條文仍存在著爭議，其中規(guī)范對“準工作狀態(tài)”及“有效儲水容積”的定義也不明確，且相關(guān)參數(shù)取值與《〈消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范〉GB 50974—2014實施指南》（以下簡稱《指南》）［2］、國標圖集15S909《〈消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范〉圖示》（以下簡稱《圖示》）［3］和17S205《消防給水穩(wěn)壓設(shè)備選用與安裝》［4］均存在一定出入，而且現(xiàn)有規(guī)范及圖集均缺少穩(wěn)壓罐容積的計算方法。因此，本文以消防的安全性及規(guī)范的嚴謹性為原則，查閱相關(guān)規(guī)范及文獻［5-6］，探討補充解釋消防穩(wěn)壓設(shè)備相關(guān)參數(shù)的定義，明確穩(wěn)壓設(shè)備參數(shù)的取值思路及計算方法，以期為工程設(shè)計和規(guī)范修訂提供參考。

1 穩(wěn)壓設(shè)備在臨時高壓消防給水系統(tǒng)中的作用

《消規(guī)》將《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施／給水排水（2009年版）》中對穩(wěn)壓泵及穩(wěn)壓罐容積選型的要求列入規(guī)范，并增加了少部分條款說明?！断?guī)》及舊版規(guī)范GB 50045—1995《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范（2005版）》均要求當臨時高壓消防給水系統(tǒng)的高位消防水箱水位無法滿足水滅火設(shè)施最不利點處的靜水壓力時，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)備（穩(wěn)壓泵及穩(wěn)壓罐）。設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)備（穩(wěn)壓泵及穩(wěn)壓罐）的主要作用有兩點：一是非火災(zāi)時，補充管網(wǎng)漏損水量，維持消防給水系統(tǒng)壓力；二是發(fā)生火災(zāi)時，保證系統(tǒng)能快速自動啟動消防主泵。

2 隔膜式氣壓罐參數(shù)定義

工程上消防穩(wěn)壓罐均采用隔膜式，因此，本文只對隔膜式氣壓罐進行分析。結(jié)合CECS76∶95《氣壓給水設(shè)計規(guī)范》［7］及GB 27898.3—2011《固定消防給水設(shè)備 第3部分：消防增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備》［8］，隔膜式氣壓罐容積分布及壓力相關(guān)參數(shù)定義見圖1。

圖1 隔膜式氣壓罐水容積對應(yīng)水位及壓力Fig.1 Corresponding water lever and pressure of the water volume of barrier diaphragm－type pressurized water tank

3 《消規(guī)》中穩(wěn)壓設(shè)備相關(guān)參數(shù)的取值

3.1 對《消規(guī)》5.3.3中“準工作狀態(tài)”的理解

《消規(guī)》并未對“準工作狀態(tài)”進行解釋，但GB 50261—2017《自動噴水滅火系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》［9］中對“準工作狀態(tài)”做了描述：“自動噴水滅火系統(tǒng)性能及使用條件符合有關(guān)技術(shù)要求，處于發(fā)生火災(zāi)時能立即動作、噴水滅火的狀態(tài)。”結(jié)合消防主泵的啟動過程，應(yīng)指消防給水系統(tǒng)壓力維持在穩(wěn)壓泵啟泵壓力PS1至穩(wěn)壓泵停泵壓力PS2的狀態(tài)。

3.2 P1，P2，P S1取值

（1）根據(jù)GB 27898.3—2011第5.1.1條要求，穩(wěn)壓設(shè)備氣壓罐充氣壓力P1不應(yīng)小于0.15 MPa（強制性條文），即P1≥0.15 MPa。

（2）《消規(guī)》5.3.3條第2款規(guī)定：“穩(wěn)壓泵的設(shè)計壓力應(yīng)保持系統(tǒng)自動啟泵壓力設(shè)置點處的壓力在“準工作狀態(tài)”時大于系統(tǒng)設(shè)置自動啟泵壓力值，且增加值宜為0.07 MPa～0.10 MPa”，結(jié)合上文分析，是指PS1－P2＝0.07～0.10 MPa。

（3）《圖示》規(guī)定：當穩(wěn)壓設(shè)備上置時（圖2），要求PS1≥H2＋0.07 MPa；當穩(wěn)壓設(shè)備下置時（圖3），要求PS1≥H3＋0.10 MPa。

圖2 穩(wěn)壓設(shè)備上置Fig.2 Pressure stabilizing device set at the top

圖3 穩(wěn)壓設(shè)備下置Fig.3 Pressure stabilizing device set at the bottom

（4）《消規(guī)》5.3.3條第3款規(guī)定：“穩(wěn)壓泵的設(shè)計壓力應(yīng)保持系統(tǒng)最不利點處水滅火設(shè)施在準工作狀態(tài)時的靜水壓力應(yīng)大于0.15 MPa”。結(jié)合《圖示》及17S205，即PS1＋H1＞0.15 MPa（穩(wěn)壓設(shè)備上置）或PS1－H"＞0.15 MPa。因為PS1＞P1≥0.15 MPa，因此必有PS1＋H1＞0.15 MPa。

綜上，P1≥0.15MPa，PS1＝P2＋（0.07～0.10）MPa，當穩(wěn)壓設(shè)備上置時，PS1≥H2＋0.07 MPa；當穩(wěn)壓設(shè)備下置時，PS1＞H"＋0.15 MPa，PS1≥H3＋0.10 MPa。

3.3 穩(wěn)壓罐容積取值

（1）《消規(guī)》5.3.4條中提到“當采用氣壓水罐時，其調(diào)節(jié)容積應(yīng)根據(jù)穩(wěn)壓泵啟泵次數(shù)不大于15次／h計算確定，但有效儲水容積不宜小于150 L。”根據(jù)本文第2章可知，穩(wěn)壓泵啟停次數(shù)與消防貯水容積VX并無直接關(guān)系，此處將條款中的有效儲水容積理解為穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓水容積VS較為合理，即VS≥150 L。

（2）GB 27898.3—2011規(guī)定穩(wěn)壓罐有效水容積V3＝VX＋V△p，應(yīng)滿足系統(tǒng)最不利點給水壓力的消防初期用水量，且V3≥300 L（強制性條文），并規(guī)定穩(wěn)壓罐緩沖水容積V△p≥50 L（強制性條文），穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓水容積VS≥50 L（強制性條文），則消防水總?cè)莘eVxf＝VX＋V△p＋VS≥450 L。

綜上，穩(wěn)壓罐容積取值：V3≥300 L，V△p≥50 L，VS≥150 L，Vxf≥450 L，同時應(yīng)滿足穩(wěn)壓泵啟泵次數(shù)不大于15次／h。

4 穩(wěn)壓設(shè)備參數(shù)計算

4.1 穩(wěn)壓罐相關(guān)計算公式

根據(jù)CECS76∶95規(guī)定：

式中：V為消防氣壓水罐總?cè)莘e，m3；β為消防氣壓水罐容積系數(shù)，隔膜式水罐宜為1.05；α為消防氣壓水罐工作壓力比。

從公式（2）式可知，在β及Vxf一定時，α越小，V越小。因此，本文以α優(yōu)先取小值為原則進行穩(wěn)壓設(shè)備選型，在不提高管網(wǎng)壓力等級的前提下減少穩(wěn)壓罐容積。

根據(jù)波義耳定律，在恒溫條件下：

根據(jù)CECS76∶95，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)容積按以下公式計算：

式中：c為安全系數(shù)（宜取1.0～1.3）；q為消防穩(wěn)壓泵出水流量，m3／h；n為消防穩(wěn)壓泵在1 h內(nèi)啟動次數(shù)。

公式（13）中，令VS＝150 L，n＝15，c＝1.3，得q＝6.9 m3／h（1.9 L／s），即當穩(wěn)壓泵流量不大于1.9 L／s時，VS＝150 L可同時滿足穩(wěn)壓泵啟泵次數(shù)不大于15次／h的要求。

4.2 穩(wěn)壓設(shè)備設(shè)計選型步驟

（1）確定q及VS最小值。根據(jù)《消規(guī)》5.3.2條確定穩(wěn)壓泵流量q，若q≤1.9 L／s，則VS取150 L，否則根據(jù)公式（13）確定VS最小值。

（2）確定PS1、α、P1及PS2。根據(jù)本文4.1節(jié)確定PS1，根據(jù)系統(tǒng)管道壓力等級、系統(tǒng)分區(qū)要求及最低點消火栓壓力要求等確定PS2最大值，并將VS最小值、V3＝300 L、Vxf＝VS＋V3一起代入公式（8）求得α值。再將以上參數(shù)及α代入公式（9）、公式（10）求得P1、PS2，根據(jù)P1及PS2復(fù)核α。

（3）復(fù)核V3、VS、V。將V3＝300 L、P1、PS1及PS2代入公式（11），求得VS，將VS最小值、P1、PS1及PS2代入公式（11），求得V3，取VS、V3大值，保證VS及V3滿足規(guī)范要求。由V3及VS可得Vxf，將Vxf及α代入公式（2）求得V。

（4）確定V△p及P2。根據(jù)PS1－P2＝0.07～0.10 MPa及V△p≥50 L，并結(jié)合公式（11）確定V△p及P2。

（5）確定穩(wěn)壓泵揚程HW并進行穩(wěn)壓設(shè)備選型。穩(wěn)壓泵揚程HW≥（PS1＋PS2）／2，并結(jié)合圖集17S205選型。

5 總結(jié)及建議

（1）現(xiàn)有規(guī)范和圖集均只側(cè)重于穩(wěn)壓設(shè)備設(shè)計壓力的計算，忽略了氣壓罐容積計算，而穩(wěn)壓罐各部分的容積和壓力是相互關(guān)聯(lián)的，設(shè)計時還應(yīng)確保氣壓罐容積滿足規(guī)范GB 27898.3—2011及《消規(guī)》5.3.4條的要求，設(shè)計參數(shù)應(yīng)注明氣壓罐容積并根據(jù)市場產(chǎn)品情況選型，避免泵房高度或預(yù)留基礎(chǔ)面積不足。

（2）《消規(guī)》、GB 27898—2011、《圖示》及國標圖集17S205對穩(wěn)壓設(shè)備的壓力及容積參數(shù)缺少統(tǒng)一的定義及說明，取值要求也不一致，建議相關(guān)規(guī)范標準能及時修訂，并補充氣壓罐容積的計算方法，便于指導(dǎo)設(shè)計。

（3）本文的計算公式按照計算選型步驟輸入excel表格中，可以快速得出結(jié)果，便于實際工程的選用計算。

（4）現(xiàn)行行業(yè)標準JG／T 3010.1—1994《隔膜式氣壓給水設(shè)備》出版時間較早，對氣壓罐的型號標識僅體現(xiàn)罐體結(jié)構(gòu)形式及直徑，未體現(xiàn)有效高度及對應(yīng)容積，各個廠商的生產(chǎn)規(guī)格也不統(tǒng)一，不利于目前實際工程中選用，建議該標準能及時修訂完善，補充氣壓罐容積參數(shù)，以便進一步規(guī)范廠商，也便于設(shè)計參考。