临时高压消防给水系统是消火栓系统给水的重要形式之一,它被广泛应用于社会各种建筑(群)中;消防泵、高位消防水箱及增压稳压设备是临时高压消防给水系统的重要组成部分;消防泵及时、可靠地启动是扑灭火灾(尤其是初期火灾)的重要保障;压力开关的选择及启泵压力值的设置是否合理是消防泵能否及时、可靠启动的关键因素;正确选择增压稳压设备和压力开关对消火栓系统有重要意义。

　　 自2014年10月1日起开始正式实施的《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974—2014,以下简称“水消规”)相对原《建筑设计防火规范》、《高层民用建筑设计防火规范》对消火栓系统中的消防泵、高位消防水箱及增压稳压设备等均提出了新的要求。由于“水消规”执行时间较短,设计、施工及运营经验相对欠缺,设计过程中遇到了许多问题。本文针对目前常见的3个问题进行探讨:(1)如何确定增压稳压设备在消火栓系统中的设计压力;(2)消火栓系统中是否一定设置压力开关;(3)压力开关启泵压力值的计算方法。

　　 对一般的高层建筑而言,高位消防水箱设置高度很难满足“水消规”规定的最不利点静水压力要求,在实际工程中,一般采用稳压泵+气压罐(常采用隔膜式气压罐)形式增压,这种形式组成的设备常称增压稳压设备。根据设置位置不同,增压稳压设备分为上置式和下置式2种。

　　 气压罐、稳压泵是增压稳压设备的重要组成部分,由于“水消规”对气压罐、稳压泵的要求有变化,并且图集98S205《消防增压稳压设备选用与安装》(隔膜式气压罐)没有及时根据“水消规”更新,导致许多人对这部分理解出现了分歧。在原《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045—95,2005年版)7.4.8.2条及图集98S205中对气压罐的满足火灾初期30s内5只喷头和2股消火栓水柱的储水容积及稳压泵起泵压力、消防泵起泵压力设计要求较为清楚;而“水消规”中由于强调实现消火栓系统自动启动,不再要求气压罐的满足火灾初期30s内5只喷头和2股消火栓水柱的储水容积,只要求:为“防止稳压泵频繁启停”,“当采用气压水罐时,其调节容积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150L”。在稳压泵的设计压力方面提出了:5.3.3稳压泵的设计压力应符合下列要求: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;稳压泵的设计压力应保持(1)系统自动启泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于(2)系统设置自动启泵压力值,且增加值宜为0.07 MPa~0.10 MPa;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应大于0.15 MPa。”

　　 5.3.3条中第2款读起来比较拗口,在理解上出现了一些出入。笔者认为:(1)系统自动启泵是指稳压泵系统自动启动稳压泵,此时的稳压系统压力为P_S1;(2)系统设置自动启泵是指消火栓系统自动启动消火栓泵,此时稳压系统压力为P₁;整个第2条的意思是稳压泵的设计压力应满足稳压系统自动起泵时的压力P_S1在准工作状态时大于消火栓系统自动启动消火栓泵时的稳压系统压力P₁,且宜为:P_S1=P₁+(0.07~0.10)MPa。

　　 结合第2款,笔者认为第3款的意思为:准工作状态时保持最不利点消火栓栓口的静水压力应大于0.15 MPa。

　　 有人认为稳压泵的启泵压力就是系统的最低稳压压力,笔者认为此观点是错误的,因为如若稳压泵的启泵压力就是系统的最低稳压压力,那么在管网正常泄漏的情况下,系统压力降至启泵压力时,会引起消防泵误启动,所以稳压泵的启泵压力应大于系统的最低稳压压力。

　　 隔膜式气压罐示意见图1。气压罐稳压(调节)容积与缓冲容积之和即为有效容积。在执行“水消规”过程中,笔者对气压罐有效容积规定存在以下疑问:“水消规”11.0.3条规定:“消防水泵应确保从接到启泵信号到水泵正常运转的自动启动时间不应大于2min。”也就意味着在接到启泵信号到水泵正常运转的2min内会出现最不利点供水压力和流量不足的问题,笔者认为这对控制初期火灾是不利的。

　　 “水消规”对消火栓系统的启动方式做了重大调整,由之前的手动启泵改为自动启泵。11.0.4条“消防水泵应由水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关,或报警阀压力等开关信号应能直接自动启动消防水泵。”笔者认为11.0.4条中提到的2种开关信号对是否用作启动消防泵是“或”的逻辑关系,即压力开关和流量开关中只要任意一个发出信号都可以启动消防泵。

　　 下面按照临时高压消防给水系统中高位消防水箱的设置高度及增压稳压设备设置的相对位置,分别对压力开关的设置要求展开讨论。

　　 第一种情况,高位消防水箱设置高度满足规范要求,系统不设置稳压泵(见图2)。

　　 压力开关设置点平时压力为:

　　 式中P_平———压力开关设置点平时压力,MPa;

　　 H———消火栓泵启泵压力开关设置点与最不利点消火栓之间的垂直距离,m;

　　 H₁———最不利点消火栓与高位消防水箱最低水位之间的垂直距离,m;

　　 H₂———高位消防水箱最低水位与最高水位之间的垂直距离,m;

　　 0.01———mH₂O和MPa的换算系数。

　　 从式(1)可以看出,由于H、H₁为固定值,消防水泵启动前压力开关处的压力变化主要是由高位消防水箱水位H₂变化引起的。

　　 由于蒸发等各种原因,高位消防水箱水位常在最高有效水位上下50mm范围内波动,为了避免压力开关误启动,压力开关启动值需设置在最低报警水位以下,但为了发生火灾时能及时启动消防泵,压力开关启动值对应的消防水箱水位不宜过低;有学者认为最高消防水位下200 mm比较合适,即动作压力值与平时压力值差为0.002 MPa。目前,市场上压力开关的消防专用产品相对较少,且产品精度相对较低,难以满足要求;另外施工中也存在一定的误差;所以笔者认为由于水位变化引起的管网压力变化较小,压力开关的设定存在一定的难点;因此,消防水泵出水干管上可不设置压力开关,消防泵的启动可以通过高位消防水箱出水管上的流量开关实现。

　　 第二种情况,高位消防水箱设置高度不满足规范要求时,系统中设置上置式增压稳压设备(见图3)。

　　 增压稳压设备上置式消火栓系统设计要求如下:

　　 气压罐最低稳压压力:

　　 稳压泵启泵压力:

　　 稳压泵停泵压力:

　　 消防泵启泵压力:

　　 式中P₁———气压罐(稳压设备)最低稳压压力,MPa;

　　 H₃———高位消防水箱最低水位与稳压设备压力开关处的垂直距离,m;

　　 P_S1———稳压泵启泵压力,MPa;

　　 P_S2———稳压泵停泵压力,MPa;

　　 P———消防泵启泵压力(压力开关启泵压力值),MPa。

　　 当H₃=0时,也就是增压稳压设备与高位消防水箱在同一屋面,即为图集15S909第45页所见形式。

　　 第三种情况,高位消防水箱设置高度不满足规范要求时,系统中设置下置式增压稳压设备(见图4)。

　　 增压稳压设备下置式消火栓系统设计要求如下:

　　 气压罐最低稳压压力:

　　 稳压泵启泵压力:

　　 稳压泵停泵压力:

　　 消防泵启泵压力:

　　 式中H₄———消防泵启泵压力开关设置点与稳压泵压力开关设置点的垂直距离,m。

　　 可以看出,对同一消火栓系统增压稳压设备采用下置式比上置式设备承压要求高出了很多,压力等级的提高会带来造价成本的提高,因此笔者认为高层建筑消火栓系统宜采用上置式增压稳压设备。

　　 以增压稳压设备上置式为例。首先,根据式(2)计算出需要的理论最低稳压压力选择增压稳压设备,然后,通过式(3)、式(4)、式(5)复核所选设备是否满足要求,同时满足要求后根据增压稳压设备确定的P₁值代入式(6),计算得出压力开关消防泵启泵压力值。增压稳压设备下置式计算步骤与上置式相同。

　　 可以看出,最终选定增压稳压设备的最低稳压压力有可能不等于式(2)或式(7)计算得出的最小值,所以直接采用由式(2)或式(7)计算出的最小值代入式(6)或式(11)得出消防泵启泵压力值,是不妥的。

　　 综上所述,笔者认为有关部门应尽快修订98S205《消防增压稳压设备选用与安装》(隔膜式气压罐),使之与“水消规”匹配,减少设计误区;在接到启泵信号到水泵正常运转这段时间内如何提高最不利点的供水压力和流量的保障是值得行业思考的问题;在高位消防水箱设置高度满足要求的情况下,消防水泵出水干管上可不设置压力开关;压力开关的启泵压力值应根据不同的消火栓系统分别计算,且应以增压稳压设备选型确定的P₁值计算消防泵启泵压力值,确保压力开关启泵压力值合理、有效。