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[摘要]本文通过对气压罐增压设施的工作原理进行分析，提出了气压罐增压设施设置的位置及适用的系统，确定了气压罐增压设施的容积和压力计算方法及如何进行增压水泵选型。
[关键词]气压罐 增压设施 消火栓系统 自喷系统 消防储水有效容积
[中图分类号] TU976+.54[文献码] B [文章编号]1000-405X（2013）-12-250-1
在临时高压高层民用建筑消防给水系统的设计中，往往需设置高位消防水箱。消防水箱底距屋面的距离为5～13米左右，一般高层民用建筑由于立面的美观要求往往难以满足上述规定，因此设增压设施是解决此问题的方法。
1气压罐增压设施的工作原理
气压罐增压设施的工作原理是气压罐内设定4种压力P1，P2，PS1，PS2（P0为气压罐起始压力不计于内），对应有4种消防水位h1，h2，h3，h4。其中P1为最低工作压力，即消火栓系统中最不利点消火栓或自喷系统中最不利点喷头工作时所需压力，对应的水位h1为消防储水下限水位。P2为最高工作压力，即灭火时主消防泵的启动压力，ɑb=P1/P2，ɑb为工作压力比，一般取0.6～0.85，对应的水位h2为消防储水上限水位。PS1为增压水泵的启动压力，PS2为增压水泵的停泵压力，对应的水位h3为稳压水容积下限水位，h4为稳压水容积上限水位。水容积V0为残留水容积，h1与h2之间水容积Vx为消防储水有效容积，h2与h3之间水容积V缓为缓冲水容积，h3与h4之间水容积V稳为稳压水容积。增压水泵的启停由设在水泵出水管上的压力开关控制，平时当气压罐内压力下降至PS1时，启动增压水泵向气压罐供水，当罐内压力上升至PS2时停泵。由于消防管网有一定的渗漏发生，增压水泵在PS1、PS2下反复运行。当火灾发生时喷头或消火栓动作，罐内压力急骤下降至P2，此时发出火灾报警信号，同时启动主消防泵。由于主消防泵的启动需要约30s时间，气压罐内30s消防储水量实施灭火。主消防泵启动后增压水泵自动停止，直至灭火完毕重新恢复消防系统。
2气压罐增压设施的设计计算
2.1气压罐增压设施专用于消火栓系统
某些高层建筑主楼无需设自喷系统，仅裙楼设自喷系统，屋顶高位消防水箱能满足自喷系统的压力要求，仅消火栓系统需增压。此时气压罐的消防储水有效容积Vx应为两个消火栓30s的出水量，Vx=2×5L/s×30s=300L。气压罐的缓冲水容积V缓一般小于50L，稳压水容积一般大于50L，可取100L左右。于是气压罐内消防水总容积Vxf=Vx+V缓+V稳=300L+50L+100L=450L。气压罐的总容积V=βVxf/（1-αb），β为气压罐的容积系数。立式水罐β=1.10，卧式水罐β=1.25，隔膜式水罐β=1.05。若取立式水罐β=1.10，V=1.10×450/（1-0.7）=1650L。
气压罐最低工作压力P1=H1+H2（mH2O），式中H1为管道沿程和局部水头损失，H2为水龙带，消火栓本身的水头损失和水枪所需喷射充实水柱高度。
P2=P1/αb， 取0.6～0.85（mH2O）
PS1=P2+2～3（mH2O）
PS2=PS1+5～6（mH2O）
增压水泵一般选用两台多级泵，一用一备，水泵流量满足3分钟内补足气压罐内稳压水容积。一般为0.5～0.8L/s，扬程满足PS2的要求。本人认为增压水泵主要作用是补水而不是灭火，气压罐内已储存了消防储水容积满足30s的灭火要求，因此采用小流量增压水泵启动快，滞后时间短，功率小，节省投资和长期运转费用。
2.2气压罐增压设施专用于自喷系统
对于自喷系统，气压罐的消防储水有效容积Vx为5个喷头30s的出水量。Vx=5×1L/s×30s=150L。气压罐的缓冲水容积和稳压水容积与消火栓专用系统相同。
于是气压罐消防总容积Vxf=Vx+V缓+V稳=150L+50L+100L=300L；
气压罐的总容积V= βVxf/（1-αb）= 1.10×300/（1-0.7）=1100L；
气压罐的最低工作压力P1=H1+H2+H3（mH2O）。
H1为最不利点喷头的工作压力；
H2为报警阀.水流指示器的水头损失；
H3为管道沿程和局部水头损失；
P2、PS1、PS2取值同消火栓系统；
增压水泵的选型同消火栓系统。
2.3气压罐增压设施合用于消火栓系统和自喷系统
该方式设一套增压设施，同时用于消火栓系统和自喷系统。此时气压罐的消防储水有效容积为两个消火栓和5个喷头30s的出水量Vx=2×5L/s×30s+5×1L×30s=450L。气压罐的缓冲水容积和稳压水溶积与消火栓专用系统相同。于是气压罐消防总容积Vxf=Vx+V缓+V稳=450L+50L+100L=600L，气压罐总容积V= βVxf/（1-αb）= 1.10×600/（1-0.7）=2200L。
气压罐最低工作压力P1为消火栓专用系统最低工作压力和自喷专用系统最低工作压力中的较高者，P2、PS1、PS2取值同消火栓专用系统。增压水泵的选型同消火栓专用系统。
3控制及信号
（1）气压罐增压设施具有自动和手动功能，并将运行信号传至消防控制中心和消防水泵房控制箱。
（2）两台增压水泵一用一备，轮流工作，自动切换。
（3）当气压罐压力下降至PS1时，启动一台增压水泵运行，水压升至PS2时停泵，下一个轮回则启动另一台增压水泵，如此交替运行。
（4）火灾发生时，气压罐压力下降至P2时输出启动主消防泵信号和声光报警，主消防泵启动后返回信号切断增压水泵的控制电源，火灾后手动恢复原状。
（5）若采用补气式气压罐时，利用空气压缩机进行补气，当水位超过最高工作压力的水位时，由水位继电器启动空压机向罐内补气，当水位降至最高水位时，空压机关闭停止补气。推荐优先采用隔膜式气压水罐，可免去补气的麻烦。
4结论
（1）高层民用建筑的消防增压设施的设置位置首选屋顶水箱间内。
（2）推荐采用消火栓专用增压系统和自喷专用增压系统。
（3）增压水泵的选型尽量采用0.5～0.8L/s的小流量多级泵。
参考文献
[1]《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）.
[2]国家建筑标准设计图集《消防增压稳压设备选用与安装》.
[3]《给排水设计手册》第2册.
[关键词]气压罐 增压设施 消火栓系统 自喷系统 消防储水有效容积
[中图分类号] TU976+.54[文献码] B [文章编号]1000-405X（2013）-12-250-1
在临时高压高层民用建筑消防给水系统的设计中，往往需设置高位消防水箱。消防水箱底距屋面的距离为5～13米左右，一般高层民用建筑由于立面的美观要求往往难以满足上述规定，因此设增压设施是解决此问题的方法。
1气压罐增压设施的工作原理
气压罐增压设施的工作原理是气压罐内设定4种压力P1，P2，PS1，PS2（P0为气压罐起始压力不计于内），对应有4种消防水位h1，h2，h3，h4。其中P1为最低工作压力，即消火栓系统中最不利点消火栓或自喷系统中最不利点喷头工作时所需压力，对应的水位h1为消防储水下限水位。P2为最高工作压力，即灭火时主消防泵的启动压力，ɑb=P1/P2，ɑb为工作压力比，一般取0.6～0.85，对应的水位h2为消防储水上限水位。PS1为增压水泵的启动压力，PS2为增压水泵的停泵压力，对应的水位h3为稳压水容积下限水位，h4为稳压水容积上限水位。水容积V0为残留水容积，h1与h2之间水容积Vx为消防储水有效容积，h2与h3之间水容积V缓为缓冲水容积，h3与h4之间水容积V稳为稳压水容积。增压水泵的启停由设在水泵出水管上的压力开关控制，平时当气压罐内压力下降至PS1时，启动增压水泵向气压罐供水，当罐内压力上升至PS2时停泵。由于消防管网有一定的渗漏发生，增压水泵在PS1、PS2下反复运行。当火灾发生时喷头或消火栓动作，罐内压力急骤下降至P2，此时发出火灾报警信号，同时启动主消防泵。由于主消防泵的启动需要约30s时间，气压罐内30s消防储水量实施灭火。主消防泵启动后增压水泵自动停止，直至灭火完毕重新恢复消防系统。
2气压罐增压设施的设计计算
2.1气压罐增压设施专用于消火栓系统
某些高层建筑主楼无需设自喷系统，仅裙楼设自喷系统，屋顶高位消防水箱能满足自喷系统的压力要求，仅消火栓系统需增压。此时气压罐的消防储水有效容积Vx应为两个消火栓30s的出水量，Vx=2×5L/s×30s=300L。气压罐的缓冲水容积V缓一般小于50L，稳压水容积一般大于50L，可取100L左右。于是气压罐内消防水总容积Vxf=Vx+V缓+V稳=300L+50L+100L=450L。气压罐的总容积V=βVxf/（1-αb），β为气压罐的容积系数。立式水罐β=1.10，卧式水罐β=1.25，隔膜式水罐β=1.05。若取立式水罐β=1.10，V=1.10×450/（1-0.7）=1650L。
气压罐最低工作压力P1=H1+H2（mH2O），式中H1为管道沿程和局部水头损失，H2为水龙带，消火栓本身的水头损失和水枪所需喷射充实水柱高度。
P2=P1/αb， 取0.6～0.85（mH2O）
PS1=P2+2～3（mH2O）
PS2=PS1+5～6（mH2O）
增压水泵一般选用两台多级泵，一用一备，水泵流量满足3分钟内补足气压罐内稳压水容积。一般为0.5～0.8L/s，扬程满足PS2的要求。本人认为增压水泵主要作用是补水而不是灭火，气压罐内已储存了消防储水容积满足30s的灭火要求，因此采用小流量增压水泵启动快，滞后时间短，功率小，节省投资和长期运转费用。
2.2气压罐增压设施专用于自喷系统
对于自喷系统，气压罐的消防储水有效容积Vx为5个喷头30s的出水量。Vx=5×1L/s×30s=150L。气压罐的缓冲水容积和稳压水容积与消火栓专用系统相同。
于是气压罐消防总容积Vxf=Vx+V缓+V稳=150L+50L+100L=300L；
气压罐的总容积V= βVxf/（1-αb）= 1.10×300/（1-0.7）=1100L；
气压罐的最低工作压力P1=H1+H2+H3（mH2O）。
H1为最不利点喷头的工作压力；
H2为报警阀.水流指示器的水头损失；
H3为管道沿程和局部水头损失；
P2、PS1、PS2取值同消火栓系统；
增压水泵的选型同消火栓系统。
2.3气压罐增压设施合用于消火栓系统和自喷系统
该方式设一套增压设施，同时用于消火栓系统和自喷系统。此时气压罐的消防储水有效容积为两个消火栓和5个喷头30s的出水量Vx=2×5L/s×30s+5×1L×30s=450L。气压罐的缓冲水容积和稳压水溶积与消火栓专用系统相同。于是气压罐消防总容积Vxf=Vx+V缓+V稳=450L+50L+100L=600L，气压罐总容积V= βVxf/（1-αb）= 1.10×600/（1-0.7）=2200L。
气压罐最低工作压力P1为消火栓专用系统最低工作压力和自喷专用系统最低工作压力中的较高者，P2、PS1、PS2取值同消火栓专用系统。增压水泵的选型同消火栓专用系统。
3控制及信号
（1）气压罐增压设施具有自动和手动功能，并将运行信号传至消防控制中心和消防水泵房控制箱。
（2）两台增压水泵一用一备，轮流工作，自动切换。
（3）当气压罐压力下降至PS1时，启动一台增压水泵运行，水压升至PS2时停泵，下一个轮回则启动另一台增压水泵，如此交替运行。
（4）火灾发生时，气压罐压力下降至P2时输出启动主消防泵信号和声光报警，主消防泵启动后返回信号切断增压水泵的控制电源，火灾后手动恢复原状。
（5）若采用补气式气压罐时，利用空气压缩机进行补气，当水位超过最高工作压力的水位时，由水位继电器启动空压机向罐内补气，当水位降至最高水位时，空压机关闭停止补气。推荐优先采用隔膜式气压水罐，可免去补气的麻烦。
4结论
（1）高层民用建筑的消防增压设施的设置位置首选屋顶水箱间内。
（2）推荐采用消火栓专用增压系统和自喷专用增压系统。
（3）增压水泵的选型尽量采用0.5～0.8L/s的小流量多级泵。
参考文献
[1]《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）.
[2]国家建筑标准设计图集《消防增压稳压设备选用与安装》.
[3]《给排水设计手册》第2册.