變頻控制設(shè)備在水滅火消防系統(tǒng)中-應(yīng)用探索

1、變頻控制設(shè)備在水滅火消防系統(tǒng)中-應(yīng)用探索            摘要：本文以傳統(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)范中給水系統(tǒng)分類(lèi)中的歸屬，并對(duì)系統(tǒng)分類(lèi)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(lái)，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

2、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，尤其由于變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的壓力恒定而流量按需供給特性，通過(guò)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(chēng)“恒壓變頻”），已越來(lái)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(guò)程，對(duì)于這個(gè)技術(shù)在消防領(lǐng)域的延伸，褒貶不一，贊賞與排斥并存，許多人在問(wèn)：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

3、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)一些特殊要求而作，實(shí)際上對(duì)變頻的利用已放到了次要的位置，或者說(shuō)已無(wú)大必要了。 看著變頻技術(shù)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(jiǎn)稱(chēng)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)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)恒壓變頻系統(tǒng))的頗有優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)缺點(diǎn)大致如下：

4、優(yōu)點(diǎn)包括：一、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(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10 l/s，揚(yáng)程為30m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 l/s的穩(wěn)壓泵和備用穩(wěn)壓泵、50 l的穩(wěn)壓罐后，沒(méi)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(yùn)行，泵的轉(zhuǎn)速較小，所以相應(yīng)對(duì)噪聲和振動(dòng)也大大減輕，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，再配以低噪音泵，完全可以輕易地將噪聲的影響控制在標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。 低噪聲低振

5、動(dòng)不僅有益于人的健康，同時(shí)對(duì)于機(jī)械的損耗也大大減輕，另外對(duì)建筑的振動(dòng)損害也大大減小。 更需要說(shuō)明的是，如果該系統(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壓，電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速逐漸升高，這個(gè)過(guò)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(guò)

6、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)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(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(guò)電子系統(tǒng)改變電源的頻率來(lái)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

7、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(shuō)是既節(jié)省投資費(fèi)又節(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(mén)、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(wèn)題，因?yàn)闊o(wú)論電路的復(fù)雜到何種程度，應(yīng)該不會(huì)超過(guò)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

8、個(gè)大問(wèn)題，這種狀況對(duì)于    2007-05-17        恒壓變頻則不存在，因?yàn)楹銐鹤冾l的主泵長(zhǎng)期處于工況，一有問(wèn)題馬上發(fā)現(xiàn)。相對(duì)而言，穩(wěn)壓泵系統(tǒng)因?yàn)橹鞅瞄L(zhǎng)期處于非工況，要避免這種問(wèn)題，需要另加消防巡檢控制模塊。 總之，恒壓變頻在消防的應(yīng)用中具有許多獨(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)建筑中，丙類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性的廠房倉(cāng)庫(kù)是非常常見(jiàn)的，這類(lèi)建筑的設(shè)計(jì)中，通常流量不大，10 l/s左右,揚(yáng)程也不是很高,30"40m，在小流量的民用建筑中也

9、常見(jiàn)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(lèi)型，恒壓變頻系統(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)目前也有其不足之處，體現(xiàn)在： 一、系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)。雖然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）（下簡(jiǎn)稱(chēng)“措施”）的2.7.14條對(duì)過(guò)載、短路、過(guò)壓、缺相、欠壓、過(guò)熱、停電復(fù)電后的自動(dòng)啟動(dòng)作出了一

10、些規(guī)定，但尚沒(méi)有專(zhuān)門(mén)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)定似乎過(guò)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。由于各廠商各自為政，市場(chǎng)上產(chǎn)品質(zhì)量莨莠不齊，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，還有待改進(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(lái)； 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

11、，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GBJ16-87（下簡(jiǎn)稱(chēng)“建規(guī)”）在制定的時(shí)候還沒(méi)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(shuō)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(chē)或其他移動(dòng)式水泵加壓，而直接由消火栓接出水帶、水槍滅火?！?臨時(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(kāi)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?！?從這里來(lái)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)樵撓到y(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(chē)或其他移動(dòng)式水泵加壓，而直

12、接由消火栓接出水帶、水槍滅火”，與條文說(shuō)明絲絲入扣，不折不扣；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(lèi)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）8.6.3條文說(shuō)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(shuō)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(shuō)無(wú)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(shuō)成“常高壓”，字面上

13、也許有點(diǎn)不易接受，因?yàn)閺倪@三個(gè)字望文生義，常高壓是永遠(yuǎn)高壓的意思，給人無(wú)條件的感覺(jué)，把帶穩(wěn)壓設(shè)施的系統(tǒng)歸入常高壓，感覺(jué)文詞不是很達(dá)意。在這里，筆者想說(shuō)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DGJ08-94-2001（下簡(jiǎn)稱(chēng)“水規(guī)”）中的一些概念，也許是因?yàn)槭切鲁龅木壒剩P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(yǔ)中，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)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(gè)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(diǎn)的水壓和流量平時(shí)能滿足滅火時(shí)的需要，系統(tǒng)

14、中不設(shè)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(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)中設(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)中最不利點(diǎn)的水壓和流量達(dá)到滅火的要求?！?臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)：“消防給水管網(wǎng)中平時(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?！?在這個(gè)分類(lèi)中，應(yīng)該說(shuō)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(shuō)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(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)，他們的理由是這個(gè)系統(tǒng)（包