探讨《水消规》中消防增压稳压设备的功能变化及算法调整

1、“高规”中增压稳压设施的作用及运行原理

《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045-95,2005年版,以下简称“高规”）中对于设有高位水箱的临时高压消防系统的增压设施的作用描述如下：

“主要是在火灾初期时，消防水泵启动前，满足消火栓和自动喷水灭火系统的水压要求”，并且对其增压水泵的流量和气压水罐的调节水容积做了要求。

目前的增压设施主要采用气压水罐-增压稳压泵联合工作的形式（见图1），利用气压水罐所设定的P1、P2、Ps1、Ps2运行压力(见图2)，控制水泵运行工况，始终保证消防给水管道系统最不利点消防所需压力，同时亦保证气压水罐内始终储有30 s消防水量，满足火警后30 s消防水泵启动时间的要求。

平时管道系统如有渗漏等泄压情况，控制稳压水泵不断补水稳压，在Ps1、Ps2（启动↔停止）反复运行。一旦有火情，管道系统大量缺水，造成Ps1压力下降（Ps1→P2），降至P2时（此时气压水罐内储水容积Vx≥30 s消防水量），发出警报信号，立即启动消防泵（手动或自动启动由设计人确定），消防泵启动后，稳压泵自动停止，直至消防泵停止运转，手动恢复“设备”的控制功能。

2、增压稳压设备的设计要点

（1）增压稳压设备的设计参数P1应该是满足消防系统最不利点消防所需压力时，增压稳压设备所在位置对应的压力，应根据不同消防系统采用相应的计算方法。

消火栓系统稳压设备设置示意见图3，设计参数P1计算见式（1）：

P1=H2+H3+H4－H1（1）

式中 H4——消火栓充实水柱长度所需压力，m;

H3——水龙带和消火栓本身的压力损失，m;

H2——管道系统的沿程和局部压力损失，m;

H1——水箱最低水位-最不利点消火栓的几何高度，m。

考虑到对高位消防水箱的有效利用，不建议采用稳压设备直接从底层消防水池直接吸水的方式。

自动喷水灭火系统稳压示意见图4a，设计参数P1计算见式（2）：

P1=∑H+H0+Hr－Z（2）

式中∑H——自动喷水管道至最不利点喷头的沿程和局部压力损失之和，m；

H0——最不利点喷头的工作压力，m；

Hr——报警阀的局部水头损失，m；

Z——水箱最低水位-最不利点喷头的几何高度，m。

计算P1时，计算管道系统沿程和局部水头损失所采用的流量应为火灾初期消防给水量，消火栓系统为两股消火栓流量2×5=10（L/s）；自动喷水灭火系统则为5只喷头流量，一般采用5×1=5（L/s）。

（2）根据计算求得消防系统中最不利点所需的消防压力P1作为气压水罐的充气压力，亦气压水罐最低工作压力。

通过计算所选定的气压罐规格和αb值，求得P2：

式中  P2——消防泵房泵压力，MPa；

V——消防气压水罐总容积，m3；

Vx——消防储水容积，m3；

αb——系数，取αb=0.5~0.85；

β——容积系数，卧式水罐宜为1.25，立式水罐宜为1.10，隔膜式水罐宜为1.05。

（3）Ps1和Ps2的确定：

Ps1=P2+0.02～0.03(MPa)；

Ps2=Ps1+0.05～0.06(MPa)。

（4）气压水罐内应有消防用水系统所要求的储存水容积（Vx）、稳压水容积（Vs）和缓冲水容积（VΔP），按确定的αb求得其直径和规格。

根据“高规”7.4.8.2条，消火栓给水系统与自动喷水灭火系统合用的气压水罐的储水容积（Vx）不小于450 L，其中用于自动喷水灭火系统的气压水罐储水容积（Vx）不小于150 L，用于消火栓给水系统的气压水罐储水容积（Vx）不小于300 L。稳压水容积（Vs）不小于50 L，最低工作压力P1应为最不利点所需压力，工作压力比宜为0.5～0.9。

（5）稳压水泵流量应在3 min内，补足气压水罐内实际稳压水容积所需流量。

根据“高规”7.4.8.1条，稳压水泵的出水量，对于消火栓给水系统不应大于5 L/s，对自喷系统不应大于1 L/s。稳压水泵扬程应以（Ps1+Ps2）/2时，水泵曲线高效区取值。

（6）对于消火栓系统和自动喷水灭火系统合用稳压设备的情况（见图4b），应综合考虑各消防系统最不利点压力要求计算P1及相关参数。

当火灾发生时，气压水罐内压力降至P2，消防控制中心或消防泵房根据其发出的启动消防泵报警信号综合不同消防系统其他信号确定启动消火栓消防泵或自喷消防泵。

3“水消规”中稳压设施的作用及运行原理

根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014，以下简称“水消规”）：

“稳压泵的设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄漏量和系统自动启动流量”，“稳压泵的设计压力应满足系统自动启动和管网充满水的要求”。

可见，稳压设施的功能已经变成管网泄漏补水和实现系统自动启动（见图5），而不再是由火灾初期时，消防水泵启动前（30 s），满足消火栓和自动喷水灭火系统的水压要求。因而，不再要求气压水罐的储水容积Vx满足火灾初期30 s内5只喷头和2股消火栓水柱的用水量450 L。

V_s 稳压水容积 V_⊿P缓冲水容积  P₁ 最不利点在准工作状态时的静水压力P₂ 准工作状态下系统自动启泵压力  P_s1 稳压泵起泵压力  P_s2 稳压泵停泵压力

图5 隔膜式气压水罐（“水消规”）

平时管道系统如有渗漏等泄压情况，控制稳压水泵不断补水稳压，在Ps1、Ps2（启动↔停止）反复运行。一旦有火情，管道系统大量缺水，造成Ps1压力下降［Ps1→P2（P1）］，降至P2（P1）时，消防泵启动。

4“水消规”稳压设备的设计要点

（1）根据“水消规”，“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”。

P2=0.15-h1（其中h1为消防水箱最低水位与最不利点消火栓的静高差对应的压力值，MPa）。

（2）根据“水消规”，“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0.07～0.10 MPa。”

Ps1=P2+0.07～0.10（MPa）。

(3)稳压泵的设计流量。

根据“水消规”，“稳压泵的设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄漏量和系统自动启动流量”，“当没有管网泄漏数据时，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1 L/s”。

因而，稳压泵的设计流量按1 L/s考虑，能够满足常规消防系统设计流量（<100 L/s）1%～3%要求，同时也能满足常规报警阀压力开关等自动启动流量（15～60 L/min）要求。

（4）Ps2和Ps1之间的调节容积Vs，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。

稳压泵设计流量按1 L/s考虑。

5“高规”和“水消规”相关内容对照（见表1）