高層建筑消防泵啟動控制參數探析

彭祖平 （中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016）

0 前 言

在高層建筑中，當消防水箱的高度與最不利點消火栓處靜水壓力不能滿足《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014）關于一類公共建筑不應低于0.1MPa，建筑高度超過100m時不應低于0.15MPa，高層住宅、二類公共建筑、多層公共建筑不應低于0.07MPa的規定時，一般常在靠近高位水箱的頂層采用增壓泵加氣壓罐的方式增壓。本文就《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014）（以下簡稱《水消規》）對消防泵啟動控制方法和各參數計算做簡要分析。

1 臨時高壓消防給水系統定義

按照《水消規》條文2.1.3臨時高壓消防給水系統定義：平時不能滿足滅火設施所需的工作壓力和流量，火災時能自動啟動消防水泵以滿足火災設施所需的工作壓力和流量的供水系統。按照條文要求，臨時高壓系統在滿足火災設施所需的工作壓力和流量的條件下，消防水泵能自動啟動。按照條文11.0.4：消防水泵應由消防水泵出水干管上設置的壓力開關、高位消防水箱出水管上的流量開關、或報警閥壓力開關等開關信號應能直接自動啟動消防水泵。以下就自動啟動消防泵的流量開關和壓力開關參數值進行分析。

2 流量開關參數值

按照《水消規》條文5.3.2.2條：消防給水系統管網的正常泄流量應根據管道材質、接口形式等確定，當沒有管網泄流量數據時，穩壓泵的設計流量宜按消防給水設計流量的1%～3%計，且不宜小于1L/s。管網泄流量數據通過計算幾乎是難以實現的，得到其數據值要么在安裝完成后通過試驗得到，要么按規范規定取1%～3%且不小于1L/s。按照規范表3.5.2建筑室內消防用水量最大取40L/s。建議泄流量取40×3%=1.2L/s。按《水消規》3.5.2高層建筑單只消防水槍最小出流量5L/s，流量開關取值5L/s能夠滿足火災發生時消防泵自動啟動的要求。

3 壓力開關參數取值

根據《水消規》條文5.3.4條：設置穩壓泵的臨時高壓消防給水系統應設置防止頻繁啟停的技術措施，當采用氣壓罐時，其調節容積應根據穩壓泵啟停次數不大于15次/h計算確定，但有效儲水容積不宜小于150L。高層建筑臨時高壓消防給水系統通常采用屋頂水箱+穩壓泵+氣壓罐的形式作為滿足最不利滅火設施所需工作壓力和流量。以P1表示滿足最不利點消火栓栓口壓力，P2為滿足消防儲水容積時氣壓水罐內的最高工作壓力，Ps1為消防穩壓泵啟動時的壓力，Ps2為穩壓泵停泵時的壓力。常采用的隔膜式氣壓水罐工作原理：氣壓水罐運行前，排凈隔膜囊內空氣，穩壓泵向囊內充水，氣壓水罐壓力表讀數為P1時開始計量充水量，當水罐壓力達到P2時增加的水量為消防儲水量Vx，繼續充水，隔膜囊膨脹壓力達到Ps1=P2+0.02MPa即為穩壓泵啟動壓力，繼續充水達到壓力Ps2=Ps1+（0.05～0.06）MPa時為穩壓泵停泵壓力，增加的水量即為穩壓水容積，通常取50L。日常運行中，如消防水系統管路滲漏，囊內水容積會減少，水壓降低至Ps1時，穩壓泵開啟，囊內水增加，壓力升高至Ps2時停泵，如此反復，使氣壓罐內始終儲存消防水量，并使壓力大于P2，滿足消防系統供水壓力和流量要求。火災時，由于穩壓泵出水量小于一支消火栓流量，即使穩壓開啟氣壓水罐內壓力也維持不了Ps1的壓力，消火栓管網系統壓力會下降。按《水消規》條文5.3.3.2條，為防止系統誤動作，當壓力下降至Ps1～0.08時消火栓水泵出水干管上的壓力開關給出電信號，啟動消防泵。

4 臨時高壓消防給水系統消防泵的啟動控制參數計算實例

圖1 消火栓系統布置示意圖

由本文第2及第3節得出了自動啟動消防水泵的2個參數值：高位消防水箱出水管上的流量開關參數值5L/s，即當通過流量大于5L/s時，給出電信號自動啟動消防泵；消火栓水泵出水干管上的壓力開關當壓力下降至Ps1～0.08時自動啟動消防泵。兩個控制條件是當滿足任何一個條件時，均自動啟動消防泵，增加了系統自動啟動的安全性。

本工程為一類公共建筑，建筑高度為83.4m，地上23層，地下一層，屋頂水箱間設有36m3高位消防水箱及穩壓泵、氣壓罐；消防水池及泵房設于負一層，室內消火栓系統設計流量40L/s，消火栓系統原理圖如圖1。

4.1 最不利點消火栓的拴口壓力

根據《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045-95）（2005年版），最不利點消火栓的水槍充實水柱不應小于13m，采用?19mm水槍噴嘴和長25m直徑65mm麻質帆布水帶。水槍噴嘴處壓力）

與充實水柱有關的系數αf=1.19+80（0.01Sk）4=1.19+80×(0.01×13)4=1.21，代入式（1），Hq=10×=185.6kPa

則最不利點消火栓栓口壓力Hxh=Hq+hd+Hk（2）

4.2 氣壓水罐內的最低工作壓力P 1

增壓水泵出口至最不利消火栓的水頭損失按20kPa計，按《水消規》條文5.2.6.2條，穩壓泵吸水管設防止旋流器，取150mm保護高度，則最低有效水位為88.8+0.15=88.95m，最不利消火栓標高為80.25+1.1=81.35m，則P1=（23.69+2）-（88.95-81.35）=18.09m=0.181MPa。

4.3 氣壓水罐內的最高工作壓力P 2

4.4 穩壓泵的啟動壓力P s1 和停泵壓力P s2

按本文第3節介紹穩壓泵及氣壓水罐工作原理知

4.5 流量開關及壓力開關控制參數

按本文第2節分析，流量開關控制參數取5L/s，本文4.1節計算知，最不利消火栓設計流量為5.4L/s，火災發生時，高位消防水箱出水管流量大于5L/s，能夠滿足自動啟動消火栓泵的要求。按本文第3節分析氣壓水罐的工作原理，推出本例消防水泵出水干管上設置的壓力開關準工作狀態時壓力P=Ps1+0.882+0.038=0.321+0.882+0.038=1.241MPa。按《水消規》5.3.3.2條：穩壓泵的設計壓力應保持系統自動啟泵壓力設置點處的壓力在準工作狀態時大于系統設置自動啟泵壓力值，且增加值宜為0.07MPa～0.10MPa。本文取值0.09MPa。則壓力開關控制參數取1.241-0.09=1.15MPa，及壓力下降至1.15MPa時，壓力開關給出電信號啟動消火栓泵。

5 結 語

《水消規》規定消防水泵應由消防水泵出水干管上設置的壓力開關、高位消防水箱出水管上的流量開關控制其自動啟動，但沒有給出具體參數值，本文通過計算分析，得出兩個重要參數值的計算方法。

[1]GB50974-2014，消防給水及消火栓系統技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[2]GB50015-2003，建筑給水排水設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[3]98S205，消防增壓穩壓設備選用與安裝[S].

[4]上海市政工程設計研究總院.給水排水設計手冊（第三冊）[M].北京：中國建筑工業出版社，1986.