介绍

气压罐补水定压装置是利用密封贮罐内气体(空气或氮气等) 的可压缩性,贮存、调节空调水系统水容量,并且补水泵在压力控制器的控制下自动投入和退出运行,将罐内气体压力和系统定压点压力控制在规定的压力范围内。但目前,由于缺少统一的计算方法和技术依据,设计者在选用气压罐定压设备时随意性大。实际使用中存在不少问题,有的工程罐体调节水量过小,补水泵启停频繁,不但达不到节能的目的,反而故障率升高;有的工程罐体选择过大,成本增加,也给安装增加困难。针对当前设计中存在的缺陷,笔者根据气压罐工作原理分析了罐内气体压缩前后状态变化过程,推导出罐体选择计算公式,提出了具体的设计原则、计算步骤和方法,以及设计中应注意的问题。

气压罐的设计计算

    　　气压罐增压系统的设计计算内容主要有两个部分，即气压罐总容积的计算和每个压力控制点压力值的计算。总容积的计算确定所选压力罐的大小，压力的计算确定稳压泵的启、停范围以及开启消防泵的压力值。
    气压罐的总容积V
    　　气压罐的总容积一般按公式V= βVX÷（1- αb）计算。
    　　式中：V为气压罐的总容积m3；VX为消防水总容积等于消防贮水容积、缓冲水容积和稳压水容积之和；β为气压罐的容积系数，卧式、立式、隔膜式气压罐的容积系数分别为1.25，1.10和1.05；αb为气压罐zui低工作压力和zui高工作压力之比（以压力计），一般宜采用0.65～0.85。
    　　消防贮水总容积（VX）：设置气压罐的目的是为了保证火灾发生初期高压消防泵没有启动之前消火栓和喷头所需的水压，这段时间约为30s。对于消火栓给水系统，按同时使用2支水枪（每支水枪流量5 L/s）计，消防贮水容积为2*5*30=300L；对于自动喷水灭火系统，按5个喷头同时开启，每个喷头以1 L/s计，消防贮水容积为5*1*30=150L。当2个系统共用气压罐时，消防贮水总容积为300+150=450L。
    　　缓冲水容积V1一般不小于20L，稳压水容积V2一般不小于50L。
    压力控制点压力值的计算
    　　气压罐设4个压力控制点，如图2所示。其中：P1为气压罐zui低工作压力点或高泉气压罐充气压力，即消防贮水容积的下限水位压力，等于zui不利点消火栓所需的水压Hmin，其计算方法同增压泵；P2为zui高工作压力，即启动消防泵的压力值。按下式计算：
    　　P2 =（P1 + 0.098）÷ αb - 0.098
    　　P01为稳压水容积下限水位压力，此时启动稳压泵；P02为稳压水容积上限水位压力，即气压罐zui高工作压力，此时停止稳压泵。
    　　由于压力传感器有精度、稳定性的要求，一般使缓冲水容积的上、下限水位压差不小于0.02~0.03 Mpa；稳压水容积的上、下限水位压差不小于0.05 ~0.06Mpa。则：
    　　P01 = P2 + 0.02~0.03Mpa　　　　P02 = P01 + 0.05~0.06Mpa = P2 + 0.07~0.09MPa
    计算举例
    　　笔者在一栋建筑高度接近100m的一类综合楼建筑中，顶部几层采用立式气压罐稳压，屋顶水箱至顶层消火栓栓口的距离:H = 4m。屋顶水箱至顶层消火栓处的水头损失∑h=0.82m
    　　气压罐工作压力比：αb = 0.76
    　　气压罐总容积：V= βVX÷（1- αb） = 1.1×（300+20+50）÷（1-0.76）=1.70m3
    　　选用：SQL1000×0.6气压罐一台
    　　气压罐充气压力：
    　　P1 =Hmin= Hq+ Hd+ HK+∑h-H = 0.16+0.01+0.02+0.0082-0.04 = 0.14（Mpa）
    　　zui高工作压力：P2 =（P1 + 0.098）÷ αb - 0.098 = 0.14 ÷ 0.76-0.098 = 0.22 （Mpa）
    　　稳压泵启动压力：P01 = P2 + 0.02~0.03Mpa = 0.22+0.02~0.03 = 0.24~0.25（Mpa）
    　　稳压泵停泵压力：P02 = P2 + 0.07~0.09Mpa = 0.22+0.07~0.09 = 0.29~0.31（Mpa）
    　　稳压泵扬程：H = （P01 +：P02 ）÷2 = （0.24+0.39）÷2 = 0.27 （Mpa）
    　　稳压泵流量：Q ≤5.0L/S 
    　　选用40LG12-15×2水泵两台 一用一备 每台：Q = 4.17L/s　　H = 27m　　N = 2.2KW
    稳压泵的流量
    　　由于消防初期流量由气压罐供给，泵的流量只需考虑系统的渗漏量或气压罐对流量的要求，所以流量可适当选小一点。对于消火栓系统稳压泵的流量以约小于1个消火栓的出水量计，为≤5 L/s。喷洒系统稳压泵的流量以约小于1个喷头的出水量计，为≤1 L/s。