【精品論文】變頻控制設(shè)備在水滅火消防系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

1、環(huán)境工程論文變頻控制設(shè)備在水滅火消防系統(tǒng)中的應(yīng)用探討摘要：木文以傳統(tǒng)的穩(wěn)壓泵氣壓罐系統(tǒng)為對(duì)照，介紹了恒壓變頻調(diào)速電氣控制技 術(shù)在水滅火消防設(shè)計(jì)中的優(yōu)缺點(diǎn)。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)范屮給水系統(tǒng)分類中的歸屈，并對(duì)系統(tǒng)分類提出了一些建議。關(guān)鍵詞：消防 穩(wěn)壓泵 恒壓變頻 穩(wěn)高壓 常高壓臨時(shí)高壓近年來，新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和應(yīng)用正改變著我們的生活，在給排水領(lǐng)域，恒壓（變 壓）變頻調(diào)速 電氣控制技術(shù)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(xiàng)技術(shù)，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，尤其曲于變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2、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(jìn)而實(shí)現(xiàn)恒壓變流量（下簡(jiǎn)稱“恒壓變頻”），已越來越成為生產(chǎn)生活給水設(shè) 計(jì)的寵兒。作為生活生產(chǎn)給水的延伸，今天 恒壓變頻 的設(shè)計(jì)也已延伸到了消防水滅火系 統(tǒng)，正如每一項(xiàng)技術(shù)都要經(jīng)歷的過程，對(duì)于這個(gè)技術(shù)在消防領(lǐng)域的延仲，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(lǐng)域，這個(gè)技術(shù)能應(yīng)用嗎？事實(shí)上，恒壓變頻 技術(shù)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(jié)合氣壓罐、結(jié)合穩(wěn)壓泵、結(jié)合穩(wěn)壓泵和氣壓罐、結(jié)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(shí)主泵休眠，而流量增加 后

3、自動(dòng)喚醒；結(jié)合氣壓罐的 恒壓變頻 系統(tǒng)可以延長(zhǎng)主泵的休眠時(shí)間；結(jié)合一臺(tái) 穩(wěn)壓泵的恒壓變頻系統(tǒng)能適應(yīng)更大的系統(tǒng)；結(jié)合兩臺(tái)穩(wěn)壓泵、結(jié)合一臺(tái)穩(wěn)壓泵 和一個(gè)氣壓罐等則是根據(jù)一些特殊耍求而作，實(shí)際上對(duì)變頻的利用已放到了次要 的位置，或者說已無大必要了?？粗冾l技術(shù)的h漸成熟，筆考以傳統(tǒng)的主泵加穩(wěn)壓泵和氣壓罐系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱 穩(wěn)壓泵系統(tǒng)）為對(duì)照，試著將它的一些優(yōu)缺點(diǎn)作了一下整理，列于下文。筆者認(rèn)為應(yīng)用恒壓變頻技術(shù)作為穩(wěn)壓設(shè)施的消防水滅火系統(tǒng)（以卜簡(jiǎn)稱恒壓變頻系統(tǒng)）的頗有優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)缺點(diǎn)大致如下：優(yōu)點(diǎn)包扌4、節(jié)省用地。由于恒壓變頻系統(tǒng)可以不另設(shè)穩(wěn)壓泵、氣壓罐，其占地而積大大減小，通常要 比穩(wěn)壓泵系統(tǒng)節(jié)省一半以上

4、，這種優(yōu)點(diǎn)，對(duì)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(gè)流量1() 1/s,揚(yáng)程為3()01的泵房，采用 恒壓變頻，泵房的面積基本上和半個(gè)樓梯間面積相仿，而穩(wěn)壓泵系統(tǒng)則在增加5 1/s的穩(wěn)壓泵和備用穩(wěn)壓泵、50 1的穩(wěn)壓罐后，沒有大出一倍的而積就不大放得下了。二、環(huán)保。恒壓變頻系統(tǒng)由于是調(diào)速運(yùn)行，泵的轉(zhuǎn)速較小，所以相應(yīng)對(duì)噪聲和振動(dòng)也人人 減輕，系統(tǒng)噪聲小，系統(tǒng)運(yùn)行的振動(dòng)小，是一種環(huán)保的技術(shù)。這種減噪的功能, 再配以低噪?yún)鸨茫耆梢暂p易地將噪聲的影響控制在標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。低噪聲低振 動(dòng)不僅有益于人的健康，同時(shí)對(duì)于機(jī)械的損耗也人人減輕，另外對(duì)建筑的振動(dòng)損 害也人人減小。更需要說明的是，如果

5、該系統(tǒng)與生活或生產(chǎn)結(jié)合，可以免設(shè)水 箱，以有效減少水箱的二次污染。三、啟動(dòng)平緩。恒壓變頻 設(shè)備啟動(dòng)后，變頻器輸出逐漸上升的頻率和電圧，電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn) 速逐漸升高，這個(gè)過程比較平緩，因此聯(lián)動(dòng)的泵的轉(zhuǎn)速、由泵帶動(dòng)的水的壓力也 是逐漸升高的，這對(duì)于電網(wǎng)的壓力波動(dòng)、管網(wǎng)的壓力波動(dòng)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(duì)于壓力調(diào)節(jié)具有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì), 它對(duì)于調(diào)節(jié)由水泵曲線造成的波動(dòng)，對(duì)于調(diào)節(jié)在直接從市政管網(wǎng)抽水時(shí)，由市政 水壓波動(dòng)而造成的壓力波動(dòng)，甚至在消防時(shí)通過調(diào)節(jié)某層火災(zāi)滅火時(shí)的使用水壓 改善消防人員的工況等場(chǎng)合提供了一個(gè)另外的選擇。五、節(jié)能。恒壓變頻

6、是一種按需供水的系統(tǒng)，其運(yùn)行能耗與用水基本上是一種線性相關(guān)的 模式，是最節(jié)能的方式。這種優(yōu)點(diǎn)，在生活生產(chǎn)的供水系統(tǒng)屮體現(xiàn)得尤其明顯， 如果消防系統(tǒng)和生活生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)合，這種優(yōu)勢(shì)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(duì)于小型系統(tǒng)也是一種最節(jié)能 的模式。六、經(jīng)濟(jì)。 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(jià)略高，但 由于占地小，在大城市里，實(shí)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(shí)現(xiàn)的，工作泵的機(jī)械損耗小，軸承及電機(jī)均不易損壞。恒壓變頻的使用壽命通常要長(zhǎng)于8年，使用時(shí)間比較長(zhǎng)。這樣可以說 是既節(jié)省投資費(fèi)乂

7、節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。七、穩(wěn)定。由于 恒壓變頻系統(tǒng)可以不另設(shè)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(duì)簡(jiǎn)單，從而使故障機(jī)會(huì)相應(yīng)減少。當(dāng)然，這也許會(huì)加大控制電路 設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，但筆者認(rèn)為，這不應(yīng)成為問題，因?yàn)闊o論電路的復(fù)雜到何種程度, 應(yīng)該不會(huì)超過計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)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(zhǎng)期處于準(zhǔn)運(yùn)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(yīng)也更敏捷。在以前的消防 事故調(diào)查中，尤其是臨時(shí)高壓制的消防系統(tǒng)中，由于消防泵長(zhǎng)期不使用而不能啟 動(dòng)是事故原因中的一個(gè)大問題，這種狀況對(duì)于恒壓變頻則不存在，因?yàn)楹銐?變頻的

8、主泵長(zhǎng)期處于t況，一有問題馬上發(fā)現(xiàn)。相對(duì)而言，穩(wěn)圧泵系統(tǒng)因?yàn)橹?泵長(zhǎng)期處于非工況，耍避免這種問題，需耍另加消防巡檢控制模塊?？倆,恒壓變頻 在消防的應(yīng)用屮具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，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)建筑屮，內(nèi)類火災(zāi)危險(xiǎn)性的廠房倉庫是非常常見的，這類建筑的設(shè)計(jì) 中，通常流量不大，10 1/s左右，揚(yáng)程也不是很高,3040m,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(duì)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(duì)于這 種類型，恒壓變

9、頻系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)然，作為新技術(shù)，變頻系統(tǒng)1=1前也有具不足z處，體現(xiàn)在： 一、系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)尚無標(biāo)準(zhǔn)。雖然2003年出版的全國(guó)民用建筑丄程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（給水排水）（下簡(jiǎn)稱“措施”）的2.7.14條對(duì)過載、短路、過壓、缺相、欠壓、過熱、停電復(fù)電后的自動(dòng)啟動(dòng)作岀了一些規(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(shí)，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(shè)直接啟動(dòng)消防泵的按鈕等；同時(shí)有些規(guī)泄似 乎過嚴(yán)，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

10、。由于各廠商各自為政，市場(chǎng)上產(chǎn)品質(zhì)量罠莠不齊，這對(duì)于 成為用于直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全場(chǎng)合的產(chǎn)品，述有待改進(jìn)；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(duì)于獨(dú)立的消防 水滅火系統(tǒng)，在節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)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(shí)高壓系統(tǒng)，認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一。這一點(diǎn)需要 詳細(xì)討論一下。由于歷史的原因和當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范gbj1687（下簡(jiǎn)稱“建規(guī)”）在制定的時(shí)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(shí)高壓、低壓共三種給水系統(tǒng)，其條文說明中對(duì)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(chǎng)上不需使用消防車或其

11、它移動(dòng)式 水泵加壓，而直接由消火栓接出水帶、水槍滅火?！迸R時(shí)高壓系統(tǒng)：“平時(shí)水壓不高，在水泵站內(nèi)（房）內(nèi)設(shè)有高壓消防水泵，當(dāng)接 到火警時(shí)，高壓消防水泵開動(dòng)后，使管網(wǎng)內(nèi)的壓力達(dá)到高壓給水管道的壓力要 求?！睆倪@里來看，恒壓變頻系統(tǒng)明顯地應(yīng)劃入高壓給水系統(tǒng)里去，因?yàn)樵?系統(tǒng)“管網(wǎng)內(nèi)經(jīng)常保持足夠的壓力”，而且“火場(chǎng)上不需使用消防車或其它移動(dòng) 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 折不扌ii；而臨時(shí)高壓系統(tǒng)的特征則是“平時(shí)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(guān)水箱設(shè)置的規(guī)定部分，在 這里“建規(guī)” （2001年版）8

12、.6.3條文說明解釋了常高壓給水系統(tǒng)（即設(shè)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(yīng)劃入常高壓給 水系統(tǒng)里去。因?yàn)檎f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(shí)高壓是肯定的。當(dāng)然，將這種系統(tǒng)說成“常高壓”，字面上也許有點(diǎn)不易接受，因?yàn)閺倪@三個(gè)字 望文生義，常高圧是永遠(yuǎn)高圧的意思，給人無條件的感覺，把帶穩(wěn)圧設(shè)施的系統(tǒng) 歸入常高壓，感覺文詞不是很達(dá)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(shè)計(jì)規(guī)程dgj08-94-200

13、1）（下簡(jiǎn)稱“水規(guī)”）中的 一些概念，也許是因?yàn)槭切鲁龅木壒?，筆者認(rèn)為從學(xué)術(shù)的角度看，“水規(guī)”在這 方面更加嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)。在上海市“水規(guī)”的術(shù)語屮，對(duì)系統(tǒng)的劃分進(jìn)行了細(xì)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(shí)髙壓消防給水系統(tǒng)、低壓消防給 水系統(tǒng)四種，具中的兒個(gè)解釋分別是：高壓消防給水系統(tǒng)：“消防給水管網(wǎng)屮最不利點(diǎn)的水壓和流量平時(shí)能滿足滅火時(shí) 的需要，系統(tǒng)中不設(shè)消防泵和消防轉(zhuǎn)輸泵的消防給水系統(tǒng)?！狈€(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)：“消防給水管網(wǎng)中平時(shí)由穩(wěn)壓設(shè)施保持系統(tǒng)中最不利點(diǎn)的 水壓以滿足滅火時(shí)的需要，系統(tǒng)屮設(shè)有消防泵的消防給水系統(tǒng)。在滅火時(shí)，由壓 力聯(lián)動(dòng)裝置啟動(dòng)消防泵，使管網(wǎng)屮最

14、不利點(diǎn)的水壓和流量達(dá)到滅火的要求?！迸R時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)：“消防給水管網(wǎng)屮平時(shí)最不利點(diǎn)的水壓和流量不能滿足 滅火時(shí)的需要，系統(tǒng)中設(shè)有消防泵的消防給水系統(tǒng)。在滅火時(shí)啟動(dòng)消防泵，使管 網(wǎng)中最不利點(diǎn)的水壓和流量達(dá)到滅火的要求?！痹谶@個(gè)分類中，應(yīng)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(gè)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的的概念其實(shí)正是對(duì)應(yīng)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(shí)高壓 給水系統(tǒng)。上而從“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(shí) 高壓給水系統(tǒng)。但是，有人卻從流量的角度看，認(rèn)為它是臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)，他 們

15、的理由是這個(gè)系統(tǒng)（包括“水規(guī)”屮的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的整個(gè)概念）平時(shí) 雖能提供高壓，但不能同時(shí)提供流量。這個(gè)理由對(duì)不對(duì)呢？“水規(guī)”的條文說明屮是這樣說的：“規(guī)程屮引入穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的概念。 它強(qiáng)調(diào)平時(shí)應(yīng)保持系統(tǒng)屮的壓力，冃應(yīng)有聯(lián)動(dòng)裝置啟動(dòng)消防泵?！彼劻藟毫Φ?并討論流量，是不是疏忽了流量問題呢。不是，因?yàn)槭聦?shí)上穩(wěn)高壓系統(tǒng)平時(shí)的流 量就是約等于零，討論流量實(shí)際上是在討論管道泄漏，而不是加壓的系統(tǒng)型式。筆者認(rèn)為“水規(guī)”的這個(gè)觀點(diǎn)是合理而重要的，它可以使我們對(duì)系統(tǒng)的分類更明 晰。而需要指出的是，2003年出版的全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（給水排水）7.4.2條卻基于流量的觀點(diǎn)，一籠統(tǒng)地“按水

16、圧、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z歸入了臨時(shí)高圧給水系統(tǒng)。這 種草率的分法實(shí)在讓人覺得有失嚴(yán)謹(jǐn)，筆者認(rèn)為，是不正確的，因?yàn)樗`背了“建 規(guī)” （2001年版）8.6.3條文說明中對(duì)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(shí)施來看，如果按這種分法，也將造成系統(tǒng)中穩(wěn)壓泵的 設(shè)置變得多余。因?yàn)閰^(qū)分是臨時(shí)高壓系統(tǒng)述是常高壓系統(tǒng)，從實(shí)施“建規(guī)”來看，主要的區(qū)別是 涉及設(shè)不設(shè)消防水箱或氣壓罐、水塔，如杲不設(shè)穩(wěn)壓設(shè)施是臨時(shí)高壓制，設(shè)也是 臨時(shí)高壓制，那么為什么要設(shè)穩(wěn)壓設(shè)施呢？這顯然不是規(guī)范的初衷，也不是“建 規(guī)”的真實(shí)內(nèi)涵，因?yàn)閺摹敖ㄒ?guī)”8.6.3條中看，

17、常高壓給水系統(tǒng)與臨時(shí)高壓給 水系統(tǒng)的技術(shù)措施應(yīng)該是一種平等互換的關(guān)系。如果要流量問題，不應(yīng)該是平時(shí)的流星，而應(yīng)該是滅火時(shí)的流屋，或者說是滅火 時(shí)供水的可靠性。這個(gè)問題在實(shí)踐屮實(shí)際上已轉(zhuǎn)化為一個(gè)控制問題，也就是“水 規(guī)”屮所說的聯(lián)動(dòng)裝置。今天，聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)己相當(dāng)成熟，按要求在精確到秒級(jí) 的時(shí)間里把流量增大至滅火時(shí)的狀態(tài)也已是輕而易舉的事情，從這個(gè)角度來看， 因?yàn)楣┧目煽啃远岢龅牧髁繂栴}也已經(jīng)是一個(gè)不算問題的問題了，因此把平 時(shí)的流量問題放到加壓系統(tǒng)的劃分屮，其合理性和必要性均值得懷疑。另外有一個(gè)將恒壓變頻系統(tǒng)或穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)歸入臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)理 由是“建規(guī)” 8.1.3條文說明2最后一

18、句“氣壓給水裝置只能算臨時(shí)高壓”。 筆者認(rèn)為該條文說明中說“裝置”而未說“系統(tǒng)”應(yīng)該指的是僅含氣壓罐的局部 穩(wěn)壓設(shè)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(huì)發(fā)現(xiàn)不能建立所謂的“區(qū)域高壓給水系統(tǒng)”，因?yàn)槿绻麕鈮汗藁虿粠鈮汗?的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)都是臨時(shí)高壓系統(tǒng)，那么只有獨(dú)立的主泵運(yùn)行的系統(tǒng)才是 “區(qū)域高壓給水系統(tǒng)” 了，而對(duì)于消防系統(tǒng)來說，只有在滅火時(shí)才真正有流量， 或者說平時(shí)流量為零，這就意味著要讓泵在常況下長(zhǎng)期零流屋運(yùn)行這是不可 能的一件事情。綜上所述，筆者認(rèn)為由于恒壓變頻系統(tǒng)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，將之應(yīng)用于消防 水滅火系統(tǒng)將是一個(gè)有益的補(bǔ)充，該系統(tǒng)和穩(wěn)壓泵系統(tǒng)一樣屬于冃前“建規(guī)”屮 的常高壓給水系統(tǒng)，而非臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)。鑒于冃前“建規(guī)”屮的一些概念未 盡明晰，筆者建議引入上海市“水規(guī)”屮的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的概念，認(rèn)為在 區(qū)分給水系統(tǒng)的型式時(shí)，不應(yīng)加入平時(shí)流量的標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)著眼于滅火時(shí)流量的實(shí) 現(xiàn)措施。the applicat ion of frequency control equipment in wa t e r extinguishing system abs tract : the characters of frequency cont rol equipment in water extinguishing