變頻控制設備在水滅火消防系統(tǒng)中的應用探討

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簡介： 本文以傳統(tǒng)的穩(wěn)壓泵氣壓罐系統(tǒng)為對照，介紹了恒壓變頻調(diào)速電氣控制技術在水滅火消防設計中的優(yōu)缺點。引入了穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的概念 ，討論了該系統(tǒng)在現(xiàn)行規(guī)范中給水系統(tǒng)分類中的歸屬，并對系統(tǒng)分類提出了一些建議。
關鍵字：消防 穩(wěn)壓泵 恒壓變頻 穩(wěn)高壓 常高壓 臨時高壓

近年來，新技術的不斷涌現(xiàn)和應用正改變著我們的生活，在給排水領域，恒壓（變壓）變頻調(diào)速電氣控制技術的出現(xiàn)正在改變著給水的方式，它使加壓有了新的選擇，也使傳統(tǒng)的泵的概念有了新的延伸。有了這項技術，作為泵特性的流量和壓力不再因葉輪固定而固定，而都有了彈性的空間，尤其由于變頻技術實現(xiàn)的壓力恒定而流量按需供給特性，通過改變電氣控制的頻率，影響改變泵轉(zhuǎn)速的快慢進而實現(xiàn)恒壓變流量（下簡稱“恒壓變頻”），已越來越成為生產(chǎn)生活給水設計的寵兒。

作為生活生產(chǎn)給水的延伸，今天恒壓變頻的設計也已延伸到了消防水滅火系統(tǒng)，正如每一項技術都要經(jīng)歷的過程，對于這個技術在消防領域的延伸，褒貶不一，贊賞與排斥并存，許多人在問：在涉及公眾安全的領域，這個技術能應用嗎？

事實上，恒壓變頻技術發(fā)展到今天，已經(jīng)涌現(xiàn)了綜合各種功能的產(chǎn)品，通常的幾種形式包括純變頻、結合氣壓罐、結合穩(wěn)壓泵、結合穩(wěn)壓泵和氣壓罐、結合高位水箱等。

這幾種型式中，純變頻的恒壓變頻系統(tǒng)可以在小流量時主泵休眠，而流量增加后自動喚醒；結合氣壓罐的恒壓變頻系統(tǒng)可以延長主泵的休眠時間；結合一臺穩(wěn)壓泵的恒壓變頻系統(tǒng)能適應更大的系統(tǒng)；結合兩臺穩(wěn)壓泵、結合一臺穩(wěn)壓泵和一個氣壓罐等則是根據(jù)一些特殊要求而作，實際上對變頻的利用已放到了次要的位置，或者說已無大必要了。

看著變頻技術的日漸成熟，筆者以傳統(tǒng)的主泵加穩(wěn)壓泵和氣壓罐系統(tǒng)（以下簡稱穩(wěn)壓泵系統(tǒng)）為對照，試著將它的一些優(yōu)缺點作了一下整理，列于下文。筆者認為應用恒壓變頻技術作為穩(wěn)壓設施的消防水滅火系統(tǒng)(以下簡稱恒壓變頻系統(tǒng))的頗有優(yōu)勢，其優(yōu)缺點大致如下：

優(yōu)點包括：

一、節(jié)省用地。

由于恒壓變頻系統(tǒng)可以不另設穩(wěn)壓泵、氣壓罐，其占地面積大大減小，通常要比穩(wěn)壓泵系統(tǒng)節(jié)省一半以上，這種優(yōu)點，對于小型的消防水滅火系統(tǒng)體現(xiàn)得特別明顯。比如，假定一個流量10 l/s，揚程為30m的泵房，采用恒壓變頻，泵房的面積基本上和半個樓梯間面積相仿，而穩(wěn)壓泵系統(tǒng)則在增加5 l/s的穩(wěn)壓泵和備用穩(wěn)壓泵、50 l的穩(wěn)壓罐后，沒有大出一倍的面積就不大放得下了。

二、環(huán)保。

恒壓變頻系統(tǒng)由于是調(diào)速運行，泵的轉(zhuǎn)速較小，所以相應對噪聲和振動也大大減輕，系統(tǒng)噪聲小，系統(tǒng)運行的振動小，是一種環(huán)保的技術。 這種減噪的功能，再配以低噪音泵，完全可以輕易地將噪聲的影響控制在標準以內(nèi)。 低噪聲低振動不僅有益于人的健康，同時對于機械的損耗也大大減輕，另外對建筑的振動損害也大大減小。 更需要說明的是，如果該系統(tǒng)與生活或生產(chǎn)結合，可以免設水箱，以有效減少水箱的二次污染。

三、啟動平緩。

恒壓變頻設備啟動后，變頻器輸出逐漸上升的頻率和電壓，電機開始旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速逐漸升高，這個過程比較平緩，因此聯(lián)動的泵的轉(zhuǎn)速、由泵帶動的水的壓力也是逐漸升高的，這對于電網(wǎng)的壓力波動、管網(wǎng)的壓力波動和消除水錘都是很有益的。

四、易于控制壓力。

恒壓變頻系統(tǒng)是一種壓力控制系統(tǒng)，因此對于壓力調(diào)節(jié)具有其得天獨厚的優(yōu)勢，它對于調(diào)節(jié)由水泵曲線造成的波動，對于調(diào)節(jié)在直接從市政管網(wǎng)抽水時，由市政水壓波動而造成的壓力波動，甚至在消防時通過調(diào)節(jié)某層火災滅火時的使用水壓改善消防人員的工況等場合提供了一個另外的選擇。

五、節(jié)能。

恒壓變頻是一種按需供水的系統(tǒng)，其運行能耗與用水基本上是一種線性相關的模式，是最節(jié)能的方式。這種優(yōu)點，在生活生產(chǎn)的供水系統(tǒng)中體現(xiàn)得尤其明顯，如果消防系統(tǒng)和生活生產(chǎn)系統(tǒng)結合，這種優(yōu)勢同樣可以得到發(fā)揮，就是純粹的消防水系統(tǒng)，由于恒壓變頻系統(tǒng)可以提供休眠態(tài)，對于小型系統(tǒng)也是一種最節(jié)能的模式。

六、經(jīng)濟。

如果比較穩(wěn)壓泵系統(tǒng)和恒壓變頻系統(tǒng)的一次性投資，恒壓變頻造價略高，但由于占地小，在大城市里，實際上一次性投資反而便宜。另外，由于恒壓變頻是通過電子系統(tǒng)改變電源的頻率來實現(xiàn)的，工作泵的機械損耗小，軸承及電機均不易損壞。恒壓變頻的使用壽命通常要長于8年，使用時間比較長。這樣可以說是既節(jié)省投資費又節(jié)省維護費用。

七、穩(wěn)定。

由于恒壓變頻系統(tǒng)可以不另設穩(wěn)壓泵和氣壓罐，泵、閥門、管道的數(shù)量均大大減少，系統(tǒng)相對簡單，從而使故障機會相應減少。當然，這也許會加大控制電路設計的復雜性，但筆者認為，這不應成為問題，因為無論電路的復雜到何種程度，應該不會超過計算機，而計算機今天也成為隨便組裝的玩具了。

八、可靠。

由于恒壓變頻系統(tǒng)的主泵長期處于準運行狀態(tài)，因而更易于發(fā)現(xiàn)消防主泵的故障，保持消防系統(tǒng)的有效，而且一旦出現(xiàn)火情，其響應也更敏捷。在以前的消防事故調(diào)查中，尤其是臨時高壓制的消防系統(tǒng)中，由于消防泵長期不使用而不能啟動是事故原因中的一個大問題，這種狀況對于恒壓變頻則不存在，因為恒壓變頻的主泵長期處于工況，一有問題馬上發(fā)現(xiàn)。相對而言，穩(wěn)壓泵系統(tǒng)因為主泵長期處于非工況，要避免這種問題，需要另加消防巡檢控制模塊。

總之，恒壓變頻在消防的應用中具有許多獨特的優(yōu)點，尤其在小型的水滅火消防系統(tǒng)更是前景廣闊。

比如在工業(yè)建筑中，丙類火災危險性的廠房倉庫是非常常見的，這類建筑的設計中，通常流量不大，10 l/s左右,揚程也不是很高,30~40m，在小流量的民用建筑中也常見這種型式，這些工程許多不能或不希望建高位水箱，而市政的壓力又常不滿足消防的要求，對這些工程，建立穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)是很有必要性的，在占地凸顯珍貴的地方，這種占地小，又高效的消防系統(tǒng)，尤其受歡迎，對于這種類型，恒壓變頻系統(tǒng)應該算是最佳的選擇。 因此，討論恒壓變頻系統(tǒng)在消防系統(tǒng)中的應用具有重要的現(xiàn)實意義。

當然，作為新技術，變頻系統(tǒng)目前也有其不足之處，體現(xiàn)在：

一、系統(tǒng)控制的設計尚無標準。雖然2003年出版的《全國民用建筑工程設計技術措施（給水排水）》（下簡稱“措施”）的2.7.14條對過載、短路、過壓、缺相、欠壓、過熱、停電復電后的自動啟動作出了一些規(guī)定，但尚沒有專門用于消防控制的規(guī)范，例如，在變頻器損壞時，怎樣保證系統(tǒng)的控制系統(tǒng)仍然有效、變頻系統(tǒng)里的消火栓箱里是否必須設直接啟動消防泵的按鈕等；同時有些規(guī)定似乎過嚴，如“措施”2.7.16條要求雙電源或雙回路供電方式，不知為什么與普通控制的要求不統(tǒng)一。由于各廠商各自為政，市場上產(chǎn)品質(zhì)量莨莠不齊，這對于成為用于直接關系到人民生命財產(chǎn)安全場合的產(chǎn)品，還有待改進；

二、恒壓變頻系統(tǒng)似乎更適用于消防與生活生產(chǎn)合用的系統(tǒng)，對于獨立的消防水滅火系統(tǒng)，在節(jié)能方面的優(yōu)勢也許不大體現(xiàn)得出來；

三、恒壓變頻系統(tǒng)是常高壓系統(tǒng)還是臨時高壓系統(tǒng)，認識不統(tǒng)一。這一點需要詳細討論一下。

由于歷史的原因和當時技術的限制，《建筑設計防火規(guī)范GBJ16-87》（下簡稱“建規(guī)”）在制定的時候還沒有穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)的概念，如8.1.3條只列出了高壓、臨時高壓、低壓共三種給水系統(tǒng)，其條文說明中對它們的解釋分別是這樣的： 高壓系統(tǒng)：“管網(wǎng)內(nèi)經(jīng)常保持足夠的壓力，火場上不需使用消防車或其他移動式水泵加壓，而直接由消火栓接出水帶、水槍滅火?！?

臨時高壓系統(tǒng)：“平時水壓不高，在水泵站內(nèi)（房）內(nèi)設有高壓消防水泵，當接到火警時，高壓消防水泵開動后，使管網(wǎng)內(nèi)的壓力達到高壓給水管道的壓力要求?！?從這里來看，恒壓變頻系統(tǒng)明顯地應劃入高壓給水系統(tǒng)里去，因為該系統(tǒng)“管網(wǎng)內(nèi)經(jīng)常保持足夠的壓力”，而且“火場上不需使用消防車或其他移動式水泵加壓，而直接由消火栓接出水帶、水槍滅火”，與條文說明絲絲入扣，不折不扣；而臨時高壓系統(tǒng)的特征則是“平時水壓不高”，與恒壓變頻系統(tǒng)顯然不一致。

“建規(guī)”另一處提到系統(tǒng)分類的地方是8.6.3條，有關水箱設置的規(guī)定部分，在這里“建規(guī)” （2001年版）8.6.3條文說明解釋了常高壓給水系統(tǒng)（即設有高位水池或區(qū)域高壓給水系統(tǒng)）。在這里，恒壓變頻系統(tǒng)似乎也應劃入常高壓給水系統(tǒng)里去。因為說明中的常高壓給水系統(tǒng)包括了兩種情況，一種是高位水池，另一種則是區(qū)域高壓給水系統(tǒng)，而恒壓變頻系統(tǒng)與區(qū)域高壓給水系統(tǒng)是相適合的。

這就是說無論是高壓或是常高壓，恒壓變頻系統(tǒng)不是臨時高壓是肯定的。

當然，將這種系統(tǒng)說成“常高壓”，字面上也許有點不易接受，因為從這三個字望文生義，常高壓是永遠高壓的意思，給人無條件的感覺，把帶穩(wěn)壓設施的系統(tǒng)歸入常高壓，感覺文詞不是很達意。在這里，筆者想說一些題外話，推薦一下上海市《民用建筑水滅火系統(tǒng)設計規(guī)程DGJ08-94-2001》（下簡稱“水規(guī)”）中的一些概念，也許是因為是新出的緣故，筆者認為從學術的角度看，“水規(guī)”在這方面更加嚴謹、科學。

在上海市“水規(guī)”的術語中，對系統(tǒng)的劃分進行了細化，將消防水滅火系統(tǒng)分為高壓消防給水系統(tǒng)、穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)、臨時高壓消防給水系統(tǒng)、低壓消防給水系統(tǒng)四種，其中的幾個解釋分別是：

高壓消防給水系統(tǒng)：“消防給水管網(wǎng)中最不利點的水壓和流量平時能滿足滅火時的需要，系統(tǒng)中不設消防泵和消防轉(zhuǎn)輸泵的消防給水系統(tǒng)?！?

穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)：“消防給水管網(wǎng)中平時由穩(wěn)壓設施保持系統(tǒng)中最不利點的水壓以滿足滅火時的需要，系統(tǒng)中設有消防泵的消防給水系統(tǒng)。在滅火時，由壓力聯(lián)動裝置啟動消防泵，使管網(wǎng)中最不利點的水壓和流量達到滅火的要求?！?

臨時高壓消防給水系統(tǒng)：“消防給水管網(wǎng)中平時最不利點的水壓和流量不能滿足滅火時的需要，系統(tǒng)中設有消防泵的消防給水系統(tǒng)。在滅火時啟動消防泵，使管網(wǎng)中最不利點的水壓和流量達到滅火的要求?！?

在這個分類中，應該說恒壓變頻給水系統(tǒng)很自然地屬于穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)了，而且我們注意到，這個穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的的概念其實正是對應了“建規(guī)” （2001年版）8.6.3條條文說明所謂的“區(qū)域高壓給水系統(tǒng)”，而不是臨時高壓給水系統(tǒng)。

上面從“建規(guī)”和“水規(guī)”討論了恒壓變頻給水系統(tǒng)的系統(tǒng)歸屬，它不是臨時高壓給水系統(tǒng)。但是，有人卻從流量的角度看，認為它是臨時高壓給水系統(tǒng)，他們的理由是這個系統(tǒng)（包括“水規(guī)”中的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的整個概念）平時雖能提供高壓，但不能同時提供流量。這個理由對不對呢？

“水規(guī)”的條文說明中是這樣說的：“規(guī)程中引入穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的概念。它強調(diào)平時應保持系統(tǒng)中的壓力，且應有聯(lián)動裝置啟動消防泵?！彼劻藟毫Φ⒂懻摿髁?，是不是疏忽了流量問題呢。不是，因為事實上穩(wěn)高壓系統(tǒng)平時的流量就是約等于零，討論流量實際上是在討論管道泄漏，而不是加壓的系統(tǒng)型式。

筆者認為“水規(guī)”的這個觀點是合理而重要的，它可以使我們對系統(tǒng)的分類更明晰。而需要指出的是，2003年出版的《全國民用建筑工程設計技術措施（給水排水）》7.4.2條卻基于流量的觀點，一籠統(tǒng)地“按水壓、流量分”，將穩(wěn)壓泵系統(tǒng)，以“可滿足壓力，不滿足水量”為由，將之歸入了臨時高壓給水系統(tǒng)。這種草率的分法實在讓人覺得有失嚴謹，筆者認為，是不正確的，因為它違背了“建規(guī)” （2001年版）8.6.3條文說明中對常高壓給水系統(tǒng)定義中“區(qū)域高壓給水系統(tǒng)”的內(nèi)涵。從規(guī)范的實施來看，如果按這種分法，也將造成系統(tǒng)中穩(wěn)壓泵的設置變得多余。

因為區(qū)分是臨時高壓系統(tǒng)還是常高壓系統(tǒng)，從實施“建規(guī)”來看，主要的區(qū)別是涉及設不設消防水箱或氣壓罐、水塔，如果不設穩(wěn)壓設施是臨時高壓制，設也是臨時高壓制，那么為什么要設穩(wěn)壓設施呢？這顯然不是規(guī)范的初衷，也不是“建規(guī)”的真實內(nèi)涵，因為從“建規(guī)”8.6.3條中看，常高壓給水系統(tǒng)與臨時高壓給水系統(tǒng)的技術措施應該是一種平等互換的關系。

如果要流量問題，不應該是平時的流量，而應該是滅火時的流量，或者說是滅火時供水的可靠性。這個問題在實踐中實際上已轉(zhuǎn)化為一個控制問題，也就是“水規(guī)”中所說的聯(lián)動裝置。今天，聯(lián)動控制技術已相當成熟，按要求在精確到秒級的時間里把流量增大至滅火時的狀態(tài)也已是輕而易舉的事情，從這個角度來看，因為供水的可靠性而提出的流量問題也已經(jīng)是一個不算問題的問題了，因此把平時的流量問題放到加壓系統(tǒng)的劃分中，其合理性和必要性均值得懷疑。

另外有一個將恒壓變頻系統(tǒng)或穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)歸入臨時高壓給水系統(tǒng)理由是——“建規(guī)”8.1.3條文說明2最后一句“氣壓給水裝置只能算臨時高壓”。 筆者認為該條文說明中說“裝置”而未說“系統(tǒng)”應該指的是僅含氣壓罐的局部穩(wěn)壓設施，而不是指含有氣壓罐的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)。如果不這樣理解，我們會發(fā)現(xiàn)不能建立所謂的“區(qū)域高壓給水系統(tǒng)”，因為如果帶氣壓罐或不帶氣壓罐的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)都是臨時高壓系統(tǒng)，那么只有獨立的主泵運行的系統(tǒng)才是“區(qū)域高壓給水系統(tǒng)”了，而對于消防系統(tǒng)來說，只有在滅火時才真正有流量，或者說平時流量為零，這就意味著要讓泵在常況下長期零流量運行——這是不可能的一件事情。

綜上所述，筆者認為由于恒壓變頻系統(tǒng)具有許多獨特的優(yōu)點，將之應用于消防水滅火系統(tǒng)將是一個有益的補充，該系統(tǒng)和穩(wěn)壓泵系統(tǒng)一樣屬于目前“建規(guī)”中的常高壓給水系統(tǒng)，而非臨時高壓給水系統(tǒng)。鑒于目前“建規(guī)”中的一些概念未盡明晰，筆者建議引入上海市“水規(guī)”中的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的概念，認為在區(qū)分給水系統(tǒng)的型式時，不應加入平時流量的標準，而應著眼于滅火時流量的實現(xiàn)措施。

The application of frequency control equipmentin water extinguishing system Abstract : The characters of frequency control equipment in water extinguishing system and which fire water supply system the system including frequency control equipment is belonging to was discussed , further more , the conception of fire water supply system of stable high pressure was introduced. Keyword: frequency control water extinguishing stable high pressure temporary

E_mail地址：gps@egesh.comWed Aug 11 16:41:31 2004發(fā)自: (210.51.170.41)