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在多層和高層民用建筑的消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,經(jīng)常會(huì)遇到需要設(shè)置消防氣壓給水設(shè)備的情況。在具體設(shè)計(jì)實(shí)踐中,筆者發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)者往往存在對(duì)消防規(guī)范的條款理解不夠,或選用消防氣壓給水設(shè)備不當(dāng)?shù)膯栴}?，F(xiàn)提出來與同行們討論與交流。

1. 　多層和高層民用建筑何處需要使用消防氣壓給水設(shè)備

    根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》( GBJ 16 - 87) 1997 年版和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》( GB50045 - 95)1997 年版的有關(guān)條款,室內(nèi)消防給水系統(tǒng)在下列情況下需要設(shè)置氣壓給水設(shè)備。

    (a) 多層或高層建筑室內(nèi)設(shè)有臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng),并且多層建筑的高部位和高層建筑的屋頂都設(shè)有高位消防水箱,但是多層建筑高位消防水箱的設(shè)置高度不能滿足不利點(diǎn)消火栓的水壓要求,而高層建筑高位消防水箱的設(shè)置高度不滿足以下要求:建筑高度不超過100m 時(shí),不利點(diǎn)消火栓靜水壓力不低于0.07MPa ;建筑高度超過100m 時(shí),不利點(diǎn)消火栓靜水壓力不低于0.15MPa 時(shí),消防給水系統(tǒng)需要設(shè)置由穩(wěn)壓泵或氣壓罐組成的增壓設(shè)備。當(dāng)消防給水系統(tǒng)只有消火栓時(shí),氣壓罐的調(diào)節(jié)水容積為300L ;當(dāng)消防給水系統(tǒng)的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置時(shí),氣壓罐的調(diào)節(jié)水容積為150L ;當(dāng)消防給水系統(tǒng)同時(shí)有消火栓和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí),氣壓罐的調(diào)節(jié)水容積為450L 。穩(wěn)壓泵的出水量,對(duì)于消火栓系統(tǒng)為5L/ s ,對(duì)于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)為1L/ s。此時(shí)的系統(tǒng)見圖1 ,穩(wěn)壓泵需有備用。

    當(dāng)建筑物頂部有消防水箱,但放置穩(wěn)壓設(shè)備有困難時(shí),多層建筑經(jīng)常將穩(wěn)壓設(shè)備放在首層或地下室內(nèi),如圖2 所示。高層建筑由于高位消防水箱距地面高差較大,若將穩(wěn)壓設(shè)備放在首層或地下室時(shí),系統(tǒng)的工作壓力較大,可能引起系統(tǒng)超壓(超過管道的允許使用壓力) ,故推薦采用放在建筑物頂部的方案。

    (b) 多層建筑室內(nèi)設(shè)有臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng),但在建筑物的頂部不能放置高位消防水箱,此時(shí)應(yīng)該在建筑物的首層或地下層設(shè)置氣壓罐、穩(wěn)壓泵和消防水泵。氣壓罐內(nèi)應(yīng)貯存10min 的消防用水量。當(dāng)室內(nèi)消防用水量(包括消火栓和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)) 不超過25L/ s , 經(jīng)計(jì)算水箱消防貯水量超過12m3 時(shí),仍可采用12m3 ; 當(dāng)室內(nèi)消防用水量超過25L/ s ,經(jīng)計(jì)算水箱消防貯水量超過18m3 時(shí),仍可采用18m3 。消防水泵的出水量即系統(tǒng)的消防用水量。此時(shí)的系統(tǒng)如圖3 所示。

2. 　成套消防氣壓給水設(shè)備存在的問題

    目前,市場上成套消防氣壓給水設(shè)備存在的主要問題是如“(b) ”情況替代高位水箱作用的氣壓罐,有的生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品貯水容量不滿足《建規(guī)》的有關(guān)條款規(guī)定。
    對(duì)于自動(dòng)補(bǔ)氣式氣壓罐,其容積的計(jì)算公式:V =βV xf / 1 - αb
式中V ———消防氣壓罐的總?cè)莘e,m3 ;
V xf ———消防水總?cè)莘e,等于消防貯水容積與穩(wěn)壓水容積之和。消防貯水容積見表1 ,穩(wěn)壓水容積一般不超過0.05m3 ;
β———氣壓罐的容積系數(shù),對(duì)立式罐取1.10 ;
αb ———氣壓罐的工作壓力比,一般取0.65～0.85 ,當(dāng)工作壓力較小時(shí),可取0.65 。

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   將公式計(jì)算出的氣壓罐的總?cè)莘e與幾家廠家提供的氣壓罐進(jìn)行比較,見表2 。從表2 看出,對(duì)于多層建筑用于代替高位消防水箱的消防氣壓設(shè)備所配套的氣壓罐的容積,有的廠家比較接近規(guī)范要求的容積,有些廠家則相差很遠(yuǎn),如果未經(jīng)當(dāng)?shù)叵啦块T同意不慎選用容積較小的氣壓罐,將會(huì)給建筑物消防驗(yàn)收帶來麻煩。另外,市場上用于消防系統(tǒng)的氣壓給水設(shè)備稱謂太多、太亂。比如有稱消防專用氣壓給水設(shè)備、普通型消防氣壓給水設(shè)備、全自動(dòng)氣壓消防供水設(shè)備、消防專用增壓穩(wěn)壓給水設(shè)備、消防補(bǔ)壓用氣壓給水設(shè)備、消防應(yīng)急供水設(shè)備等。其實(shí)只是兩類設(shè)備,一類是代替高位水箱作用的消防氣壓給水設(shè)備,另一類是增壓穩(wěn)壓用消防氣壓給水設(shè)備。兩類設(shè)備的名稱是否妥當(dāng)請(qǐng)大家評(píng)議,但設(shè)備名稱好統(tǒng)一是肯定的,只有這樣在選用設(shè)備時(shí)才能正確、合理。

3. 　消防氣壓給水設(shè)備氣壓罐的計(jì)算

    氣壓罐的計(jì)算過程中,有幾個(gè)參數(shù)是待定而不能一次確定的,因此有一個(gè)待定參數(shù)的試算過程,常用的是預(yù)選氣壓罐尺寸規(guī)格的方法,具體運(yùn)算見下算例。
    例:有一幢建筑高度超過100m 的超高層民用建筑,高位水箱供樓內(nèi)消火栓和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)用水。因受屋頂停機(jī)坪的限制,建在屋頂設(shè)備層內(nèi)的高位消防水箱的設(shè)置高度不能滿足《高規(guī)》關(guān)于樓內(nèi)不利點(diǎn)消火栓(不利消防用水設(shè)備是消火栓,而不是自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的噴頭) 靜水壓力不應(yīng)低于0.15MPa 的規(guī)定。設(shè)計(jì)擬采用在設(shè)備層內(nèi)設(shè)置穩(wěn)壓泵加氣壓罐的方法解決樓內(nèi)頂上幾層消防水壓不足的問題。試計(jì)算研究氣壓罐的規(guī)格。樓內(nèi)設(shè)備層的標(biāo)高見圖1 。氣壓罐采用立式補(bǔ)氣式水罐。經(jīng)計(jì)算從水泵出口至不利消火栓,啟泵時(shí)水頭損失為210mH2O(0.02MPa) 。
解:氣壓罐運(yùn)行工況下的參數(shù)見圖4 。

(1) 確定滿足不利點(diǎn)消火栓工作壓力下氣壓罐內(nèi)的低工作壓力P1 。
    根據(jù)《高規(guī)》,不利點(diǎn)消火栓的水槍充實(shí)水柱不應(yīng)小于13m ,采用! 19 水槍,25m 長65mm 口徑麻織水帶。此時(shí)消火栓流量qxh = 5.7L/ s ,消火栓栓口壓力為23.59mH2O(0.24MPa) 。此時(shí),罐內(nèi)低工作壓力P1 計(jì)算如下:
P1 = (消火栓栓口壓力+ 管道水頭損失)- (水箱底標(biāo)高- 高層樓面標(biāo)高-消火栓栓口距地高度)
= (23.59 + 2.0) - (123.2 - 118.6 - 1.1)
= 22.1 (mH2O)
= 0.221 (MPa ,表壓)
= 0.321 (MPa ,絕壓)
 

    (2) 求氣壓罐充水時(shí)的初始?jí)毫0 。
取β = 1.1 , P0 =P1/β =0.321/1.1 = 0.292 (MPa ,絕壓)

    (3) 預(yù)選氣壓罐規(guī)格,確定氣壓罐的總?cè)莘eV 。
預(yù)選氣壓罐規(guī)格為! 1 000 ×2 180mm(罐體圓柱段長1 600mm) 1 臺(tái)。查表3 ,氣壓罐總?cè)莘eV為:V = 0.162 ×2 + 0.785 ×1.6 = 1.58m3

    (4) 運(yùn)用氣體定律計(jì)算各工況點(diǎn)時(shí)罐內(nèi)壓力與相應(yīng)的罐內(nèi)空氣體積。
    低消防工作壓力P1 時(shí),氣壓罐內(nèi)的空氣體積V 1 :
V 1 =(P0/P1)V =(0.292/0.321) ×1.58 = 1.436 (m3)
    由于高位消防水箱同時(shí)供給消火栓與自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng),故氣壓罐調(diào)節(jié)水容積V x 取0145m3 。高工作壓力下罐內(nèi)的空氣容積V 2 :
V 2 = V 1 - V x = 1.436 - 0.45 = 0.986 (m3)
高工作壓力P2 :
P2 =(V 1/V 2)P1 =(1.436/0.986) ×0.321 = 0.468 (MPa ,絕壓)
    根據(jù)經(jīng)驗(yàn),穩(wěn)壓泵的啟動(dòng)壓力PS1取值比P2 大0.02MPa ,即: PS1= P2 + 0.02 = 0.488 (MPa ,絕壓)
    則穩(wěn)壓泵啟動(dòng)壓力下罐內(nèi)的空氣容積V S1:
V S1=(P2/PS1)V 2 =(0.468/0.488 )×0.986 = 0.946 (m3)
    計(jì)算時(shí),氣壓罐的工況還應(yīng)滿足以下條件:
    穩(wěn)壓泵的停泵壓力PS2按PS2= PS1+ 0.05MPa取值,同時(shí)應(yīng)符合穩(wěn)壓水容積V S = V S1- V S2不少于0.05m3 的規(guī)定。     據(jù)此繼續(xù)計(jì)算:
PS2= PS1+ 0.05 = 0.538 (MPa ,絕壓)
V S2=(PS1/PS2)VS1=(0.488/0.538 )×0.946 = 0.858 (m3)
V S = V S1- V S2= 01946 - 01858 = 01088 (m3)> 0105 (m3)
　　如不滿足要求,可調(diào)整氣壓罐規(guī)格重新計(jì)算。對(duì)于氣壓罐與穩(wěn)壓泵放在低處的情況,系統(tǒng)穩(wěn)壓工作壓力較高,為了避免系統(tǒng)工作壓力過高或超壓,在計(jì)算時(shí)一般宜將PS1-P1 值控制在012MPa以內(nèi)。
    本例氣壓罐選用! 1 000 ×2 180mm 是合理的,需要時(shí)可算出各種工況下罐內(nèi)水位h1 、h2 、h3 、h4的值。