消防給水系統穩壓設備設計與探討

摘要：消防穩壓設備在消防給水系統中發揮著重要作用，在設計初期就應做好充分準備。在實際工程中，穩壓設備往往被忽略。消防給水系統設計過程中，穩壓設備選型非常重要，選型不當容易引起消防系統運行的不穩定性?；诖?，本文針對消防給水系統穩壓設備的設計展開分析，以期能夠為相關設計人員提供參考。

關鍵詞：消防給水系統；穩壓設備；設計

引言

近年來，隨著工業、民用建筑的快速發展，消防給水系統中穩壓設備的設計越來越受到重視。穩壓設備設置不僅要滿足消防給水系統設計流量的要求，還應滿足管網最不利點處所需的最低壓力要求。根據《建筑設計防火規范》《消防給水及消火栓系統技術規范》《自動噴水滅火系統設計規范》《消防設施通用規范》等相關標準和規范，結合穩壓設備選型、布置等相關規定，在消防給水系統穩壓設備設計中必須給予高度重視。

一、消防給水系統穩壓設備概述

消防給水系統中的穩壓設備（如圖1）是為了防止管網最不利點處的靜水壓力不足而采取的一種補償措施。

當消防給水系統中高位消防水箱最低有效水位標高不能滿足水滅火設施最不利點處的靜水壓力要求時，應設置穩壓設備，由穩壓設備補壓。當消防給水系統水壓大于按設計流量計算的穩壓設備工作壓力時，應采取其他措施，使管網中的水壓保持穩定^[1]。

消防給水系統穩壓設備的組成一般由穩壓罐和消防水泵等組成。穩壓泵是消防給水系統中最常見的一種設備，其作用是維持消防給水系統中水滅火設施在最不利點處的水壓要求。穩壓罐主要應用于以下幾種消防給水系統，如室內外消火栓系統、自動噴水滅火系統、自動跟蹤定位射流滅火系統等；消防穩壓設備布置方式有兩種布置形式，上置式即穩壓設備常與屋頂高位消防水箱同位置、下置式即穩壓設備常設于消防水泵房內。

二、消防給水系統穩壓設備的重要性

消防給水系統穩壓設備的設置對于消防給水系統的穩定運行至關重要。正確選擇和設置穩壓設備，對于保證消防給水系統安全運行具有重要意義。穩壓設備是通過一定的機械方法，使管網中的氣壓維持一定水平，從而使管網內水壓保持在規定范圍內的一種設施^[2]。它可以消除管網中的空氣，防止氣蝕破壞；可以防止空氣進入管網，影響管網內水流壓力；可以防止空氣進入管網，影響系統安全運行。

穩壓設備的作用是保障消防給水系統的壓力穩定在一定范圍內，不會出現水壓過大或者過小情況，如果管網壓力不穩定，壓力波動幅度較大，會對整個消防給水系統造成較大影響。而穩壓設備的作用就是穩定供水系統的壓力。當系統水壓不穩定時，可以通過穩壓設備來解決水壓波動問題，從而保障消防給水系統供水穩定性。目前市場上比較常見的穩壓設備就是恒壓穩壓泵。恒壓穩壓泵工作原理是在壓力比較穩定的情況下，通過電機驅動水泵來將壓力給到穩壓泵中，然后通過管路將水輸送到消防水箱中，從而起到穩壓的作用。這樣就可以保證消防給水系統的水壓在一定范圍內波動，不超過允許值^[3]。

消防給水系統穩壓設備的工作效率主要受兩個因素的影響：一是系統供水能力；二是供水設備本身效率。供水能力決定了給水系統的實際流量，而供水設備效率決定了其工作效率。在正常情況下，穩壓裝置和水泵一般處于滿額定工況運行狀態，水泵供水流量一定。因此，消防給水系統常采用穩壓罐和水泵的組合形式。如果穩壓裝置或水泵選用不合理，可能會造成部分流量不足或浪費，從而降低系統的工作效率。此外，穩壓設備和水泵等給水設備存在一定的自身損耗。特別是在消防給水系統中，因管路老化、管路漏損，接頭松動，消防穩壓給水裝置經常頻繁啟停，水泵在啟動和停機時還會因為水錘降低損壞設備從而降低系統供水效率。因此，在實際工程中，要合理選擇穩壓裝置或水泵等給水設備組合方式，才能充分發揮其自身優勢。

三、消防給水系統穩壓設備的設計方法

（一）穩壓泵選型

室外內消火栓系統、自動噴水滅火系統、自動跟蹤定位滅火系統中的穩壓設備，應根據系統設置要求選用。根據《消防給水及消火栓系統技術規范》的相關規定，穩壓泵的選型應符合下列要求：宜選用單吸單級或單吸多級離心泵，其泵殼和葉輪等主要部件的材質宜采用不銹鋼；穩壓泵應設置備用泵，常采用一用一備的組合方式，備用泵應選用同一型號，其規格應與工作泵一致；穩壓泵的設計流量不應小于消防給水系統管網的正常泄漏量和系統自動啟動流量，當無管網泄漏量數據時，其設計流量宜按消防給水系統設計流量的1％～3％計，且不宜小于1L/s；穩壓泵的設計壓力應滿足消防給水系統自動啟動和管網充滿水的要求，其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，并應保持系統最不利點處水滅火設施在準工作狀態時的靜水壓力大于0.15MPa；穩壓泵的額定工作壓力應滿足系統自動啟動和管網充滿水要求；穩壓泵的吸水管上應設置明桿閘閥，穩壓泵的出水管上應設置消聲止回閥和明桿閘閥；當穩壓泵應用于臨高壓消防給水系統時，應設置防止穩壓泵頻繁啟停的技術措施，如加強穩壓設備維護與保養、定期檢查管網是否漏損等。

（二）管網計算

根據《自動噴水滅火系統設計規范》相關規定：“自動噴水滅火系統的管網布置，應根據火災撲救需要及地形條件，采取最有利于滅火的方式”。設計時，應先計算管網管徑，然后結合水力工況、水頭損失和設備等要求選定水泵。在計算中，應采用管網水力計算程序來完成。在實際設計中，不可能有全面的管網計算程序，因此常采用水力計算軟件進行管網計算。消防給水管網設計中的水力工況分析，主要有以下幾個方面：消防給水管網揚程；消防水泵流量；消防用水量。

（三）水泵出水壓力確定

根據《消防給水及消火栓系統技術規范》相關規定：“消防給水系統應保證在發生火災時，仍能向建筑內提供足夠的消防用水?！奔聪澜o水系統在火災發生時，應能提供足夠的消防用水量，使供水管網內保持足夠壓力，而不應出現因供水不足而影響滅火工作。因此，水泵出水壓力應根據報警閥壓力設定值和消火栓泵、自動噴水滅火系統等消防設施的流量及揚程來確定。根據《消防給水及消火栓系統技術規范》規定，消火栓栓口動壓不應大于0.50MPa；當大于0.70MPa時必須設置減壓裝置。在高層建筑、廠房、庫房和室內凈空高度超過8m的民用建筑等場所，消火栓栓口動壓不應小于0.35MPa，且消防水槍充實水柱應按13m計算；其他場所的消火栓栓口動壓不應小于0.25MPa，且消防水槍充實水柱應按10m計算^[4]。民用建筑和工業廠房中的自動噴水滅火系統應滿足最不利點處灑水噴頭的工作壓力，不應低于0.05MPa。

（四）消防水泵的供水方式

采用消防給水穩壓泵供水時，當建筑高度小于54m時，應設置獨立的消防給水系統，并應符合《建筑設計防火規范》GB50016的有關規定。當采用消防給水高位水箱穩壓泵供水時，消防豎管最末端應設置自動排氣閥。當采用消防給水低位水池穩壓泵和高位水箱聯合供水時，應設排水設施。當室內、外消火栓系統均采用臨高消防給水系統時且兩者供水揚程相差不大時，可共用一套消防給水系統，其供水管網可獨立設置，但必須保證水泵接合器供水不得接入室外消防給水管網。

（五）減壓措施設置

根據《自動噴水滅火系統設計規范》第8.0.7條，管道的直徑應經水力計算確定。配水管道的布置應使配水管入口的壓力均衡。在輕危險級、中危險級場所中，各配水管入口的壓力均不宜大于0.40MPa。由于自動噴水滅火系統未合理采取減壓措施，導致配水管入口較高，影響整個系統的穩壓運行。因而，在設計時，應通過計算分析入配水管入口處的壓力值，以便選用合適的減壓措施，如采用減壓孔板、節流管等。

（六）穩壓泵的最不利點壓力計算

在消防給水系統設計中，經常會遇到穩壓泵的最不利點壓力問題。因此，穩壓泵的最不利點壓力和流量應選擇消防給水系統設計工況。為了計算方便，本文采用以下表達方式：P₁—穩壓泵的啟泵壓力；P₂—穩壓泵的停泵壓力；P—消防泵的啟泵壓力。穩壓泵采用上置式時，即放置于高位水箱，如圖2。穩壓泵相關計算公式如下：穩壓泵啟泵壓力P₁>15-H₁，且≥H₂+7。穩壓泵停泵壓力P₂=P₁/0.8；消防水泵啟泵壓力P=P₁+H₁+H-7。式中：H₁-穩壓泵吸水管中心至最不利點消火栓中心的距離；H₂-消防水箱最高有效水位至穩壓泵吸水管中心的距離；H-最不利點消火栓至消防泵房壓力開關安裝位置的距離。

穩壓泵采用下置式時，即放置于水泵房內，如圖3。穩壓泵相關計算公式如下：穩壓泵啟泵壓力P₁>H+15，且≥H₁+10。穩壓泵停泵壓力P₂=P₁/0.85。消防水泵啟泵壓力P=P₁-（7～10）。式中：H₁-消防水箱最高有效水位至消防水泵吸水管中心的距離；H-最不利點消火栓至消防泵房壓力開關安裝位置的距離。

通過以上對比不難發現，上置式穩壓泵設計揚程較下置式小得多，在流量相同的情況下，其功率也要小得多，上置式更加節能。因此，在條件允許的情況下，建議采用上置式穩壓設備。

結語

綜上所述，隨著社會的發展，人們生活水平不斷提高，對建筑物的要求越來越高。為了使建筑物更加安全可靠，減少火災發生頻率，應做好消防給水系統的設計工作。消防給水系統設計的重點是如何保證消防給水系統在火災發生時不會出現失穩狀態。消防給水系統穩壓設備選型應根據實際工程，依據相關規范標準，根據不同的工況合理確定穩壓泵設計參數，而不是機械套用圖集。本文就建筑工程中的消防給水系統穩壓設備進行了分析，并針對其中穩壓設備的設計提出了對應的方法。希望能為建筑工程中消防給水系統設計工作提供一定借鑒，使之更加安全可靠。

參考文獻

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[3]黃耀坤，于妮瓊，朱丹.氣壓供水設備在消防給水系統中的應用分析[J].給水排水，2022，58（S2）：37-41+46.

[4]GB50974-2014《消防給水及消火栓系統技術規范》.

作者簡介：袁小林（1987- ），男，漢族，江西撫州人，本科，工程師，研究方向：給排水設計。