消防穩(wěn)壓罐用于頂層消防給水的增壓也是設(shè)計常用的一種增壓設(shè)施。氣壓罐的主要作用是提供足夠的消防水壓,而貯存少量的消防用水,室內(nèi)10min的消防水量仍然貯存在屋頂水箱中,因此,消防氣壓罐的容積較小,這是與其它氣壓給水系統(tǒng)的不同之處。
一、消防穩(wěn)壓(氣壓)罐的工作原理
消防氣壓罐的消防水總?cè)莘e分為3個部分,即消防貯水容積(調(diào)節(jié)容積)、緩沖水容積和穩(wěn)壓水容積,如圖1所示。
系統(tǒng)平時的壓力由穩(wěn)壓泵提供,當壓力升高,達到穩(wěn)壓水容積的高水位時,穩(wěn)壓泵自動停止運行;當壓力降低,達到穩(wěn)壓水容積的低水位時,穩(wěn)壓泵自動開啟,將穩(wěn)壓水容積提升到最高水位。如此循環(huán)以保持系統(tǒng)的高壓狀態(tài)。
當發(fā)生火災(zāi)時,隨著消火栓的投入使用,系統(tǒng)壓力開始下降,當降至消防貯水容積的最低水位時,停止穩(wěn)壓泵,自動開啟消防泵滅火。
二、消防穩(wěn)壓(氣壓)罐的設(shè)計計算
氣壓罐增壓系統(tǒng)的設(shè)計計算內(nèi)容主要有兩個部分,即氣壓罐總?cè)莘e的計算和每個壓力控制點壓力值的計算。
總?cè)莘e的計算確定所選壓力罐的大小,壓力的計算確定穩(wěn)壓泵的啟、停范圍以及開啟消防泵的壓力值。
1、氣壓罐的總?cè)莘eV
氣壓罐的總?cè)莘e一般按公式V= βVX÷(1- αb)計算。
式中:V為氣壓罐的總?cè)莘em3;VX為消防水總?cè)莘e等于消防貯水容積、緩沖水容積和穩(wěn)壓水容積之和;β為氣壓罐的容積系數(shù),臥式、立式、隔膜式氣壓罐 的容積系數(shù)分別為1.25,1.10和1.05;αb為氣壓罐最低工作壓力和最高工作壓力之比(以絕對壓力計),一般宜采用0.65~0.85。
消防貯水總?cè)莘e(VX):設(shè)置氣壓罐的目的是為了保證火災(zāi)發(fā)生初期消防泵沒有啟動之前消火栓和噴頭所需的水壓,這段時間約為30s。對于消火栓給水系統(tǒng),按同時使用2支水槍(每支水槍流量5 L/s)計,消防貯水容積為2*5*30=300L;對于自動噴水滅火系統(tǒng),按5個噴頭同時開啟,每個噴頭以1
L/s計,消防貯水容積為5*1*30=150L。當2個系統(tǒng)共用氣壓罐時,消防貯水總?cè)莘e為300+150=450L。
緩沖水容積V1一般不小于20L,穩(wěn)壓水容積V2一般不小于50L。
2、壓力控制點壓力值的計算
氣壓罐設(shè)4個壓力控制點,如圖2所示。其中:P1為氣壓罐最低工作壓力點或氣壓罐充氣壓力,即消防貯水容積的下限水位壓力,等于最不利點消火栓所需的水壓Hmin,其計算方法同增壓泵;P2為最高工作壓力,即啟動消防泵的壓力值。按下式計算:
P2 =(P1 + 0.098)÷ αb - 0.098
P01為穩(wěn)壓水容積下限水位壓力,此時啟動穩(wěn)壓泵;P02為穩(wěn)壓水容積上限水位壓力,即氣壓罐最高工作壓力,此時停止穩(wěn)壓泵。
由于壓力傳感器有精度、穩(wěn)定性的要求,一般使緩沖水容積的上、下限水位壓差不小于0.02~0.03 Mpa;穩(wěn)壓水容積的上、下限水位壓差不小于0.05 ~0.06Mpa。則: P01 = P2 + 0.02~0.03Mpa P02 = P01 + 0.05~0.06Mpa = P2 + 0.07~0.09MPa
3、計算舉例
在一棟建筑高度接近100m的一類綜合樓建筑中,頂部幾層采用立式氣壓罐穩(wěn)壓,屋頂水箱至頂層消火栓栓口的距離:H = 4m。屋頂水箱至頂層消火栓處的水頭損失∑h=0.82m
氣壓罐工作壓力比:αb = 0.76
氣壓罐總?cè)莘e:V= βVX÷(1- αb) = 1.1×(300+20+50)÷(1-0.76)=1.70m3
選用:SQL1000×0.6氣壓罐一臺
氣壓罐充氣壓力:
P1 =Hmin= Hq+ Hd+ HK+∑h-H = 0.16+0.01+0.02+0.0082-0.04 = 0.14(Mpa)
最高工作壓力:P2 =(P1 + 0.098)÷ αb - 0.098 = 0.14 ÷ 0.76-0.098 = 0.22 (Mpa)
穩(wěn)壓泵啟動壓力:P01 = P2 + 0.02~0.03Mpa = 0.22+0.02~0.03 = 0.24~0.25(Mpa)
穩(wěn)壓泵停泵壓力:P02 = P2 + 0.07~0.09Mpa = 0.22+0.07~0.09 = 0.29~0.31(Mpa)
穩(wěn)壓泵揚程:H = (P01 +:P02 )÷2 = (0.24+0.39)÷2 = 0.27 (Mpa)
穩(wěn)壓泵流量:Q ≤5.0L/S
選用40LG12-15×2水泵兩臺 一用一備 每臺:Q = 4.17L/s H = 27m N = 2.2KW
4、穩(wěn)壓泵的流量
由于消防初期流量由氣壓罐供給,泵的流量只需考慮系統(tǒng)的滲漏量或氣壓罐對流量的要求,所以流量可適當選小一點。對于消火栓系統(tǒng)穩(wěn)壓泵的流量以約小于1個消火栓的出水量計,為≤5 L/s。噴灑系統(tǒng)穩(wěn)壓泵的流量以約小于1個噴頭的出水量計,為≤1 L/s。
三、兩種增壓設(shè)施的比較
單設(shè)管道泵的增壓系統(tǒng)設(shè)備簡單,占地面積小,設(shè)計與施工都較方便,系統(tǒng)控制簡單,保證系統(tǒng)正常工作的前提是需選擇性能良好的低功率管道泵,可靠的繼電 器開停裝置;供電應(yīng)保證雙回路并能自動切換。此種增壓方式存在的不足之處為:對于管網(wǎng)漏損壓力波動較大的供水系統(tǒng),管道泵的啟停頻繁,設(shè)備容易損害,故障 率高,能耗提高,從而增加運行費用。同時消防安全度較低。
與單設(shè)管道泵的增壓系統(tǒng)相比,消防穩(wěn)壓(氣壓)罐不但能調(diào)節(jié)容積(貯存30s的室內(nèi)消防用水),更重要的是貯存能量。穩(wěn)壓泵每啟動1次,可以長時間地 維持管網(wǎng)壓力,設(shè)備啟動次數(shù)少,運行費用低,頂部管網(wǎng)經(jīng)常處于承壓水狀態(tài),供水安全可靠?;馂?zāi)初期,氣壓罐不但能保證頂部幾層消火栓和噴頭的壓力要求,而 且能提供30s的室內(nèi)消防用水(450L)。即消火栓或噴頭隨時可以取得符合壓力要求的消防用水,在這一點上氣壓罐明顯-優(yōu)于增壓泵。但氣壓罐增壓系統(tǒng)也 存在不足之處:設(shè)備占地面積相對較大,一次性投資相對較高。
四、選用方法
上述2種增壓設(shè)施各有所長,在具體工程中應(yīng)分別對待,選用合適的設(shè)計方案。對于一類高層建筑和重要的建筑物,火災(zāi)造成的損失巨大,防火要求高,應(yīng)盡量 采用氣壓罐增壓設(shè)施解決頂部幾層的壓力需求,且穩(wěn)壓泵應(yīng)設(shè)置備用泵,以提高使用的可靠性;對于二類高層建筑和普通危險級的建筑物,由于受場地、資金等條件 的限制,可考慮只設(shè)增壓泵,但在選用增壓泵產(chǎn)品時應(yīng)確保質(zhì)量可靠。
五、結(jié)語
無論是氣壓罐還是增壓泵,提供的都是火災(zāi)初期消火栓和噴頭的水壓保障,而初期滅火的成功是控制火災(zāi)的關(guān)鍵,可將火災(zāi)造成的損失降低到最低限度。
綜上所述,高層建筑的高位消防水箱增壓設(shè)施的設(shè)計,應(yīng)根據(jù)具體工程對照規(guī)范確定;增壓泵的流量、揚程及氣壓罐的總?cè)萘康葏?shù)還應(yīng)根據(jù)不同的工況來確定,而不是機械套用,做到符合規(guī)范、運行可靠、經(jīng)濟合理。