消防水池设计与水蓄冷技术的有机融合

消防水池设计与水蓄冷技术的有机融合

李卫东

四川省宜宾普拉斯包装材料有限公司 四川省宜宾市 644000

摘要：水蓄冷空调是一种高效、清洁、可持续利用的制冷方式，已被广泛地应用于工业建筑的空调与制冷系统。文章以一家生物医药生产企业为背景，从消防水池的设计需求出发，阐述了在消防水池中应用不多、占用空间大的消防水池设计中应注意的问题。实践证明，该技术不仅节约了土地，节约了材料，而且提高了能源的利用效率，产生很好的经济效益。

关键词：消防水池设计；水蓄冷技术；融合

引言

项目位于某城市，界内建设用地属于一类工业用地。建设内容主要为４类体外诊断试剂盒生产线，均用于定量检测人体体液样本中的细菌及真菌种类。本次共新建６栋单体建筑，包括４栋多层丙类厂房、１栋多层丙类仓库、１栋民用配套楼。总建筑面积约４．５万ｍ２，其中地上约４．２万ｍ２，地下约０．３万ｍ２。消防水池及泵房设置在４号厂房地下１层，制冷机房设置在３号厂房首层。

1.水蓄冷技术概述

1.1.水蓄冷系统

蓄冷是利用工质状态的变化过程中所具有的显热、潜热效应或化学反应中的反应热来进行冷量的储存，主要分为显热蓄冷、潜热蓄冷和热化学蓄冷。水蓄冷系统是利用水的显热容来储存冷量，７ＪＣ经过制冷机组冷却后储存在蓄冷水池中用于次日的冷负荷，在整个蓄冷过程中水不发生相变。根据蓄水池容积的计算公式，储存冷量的大小取决于蓄冷水池中水的体积和蓄冷温差，。蓄冷温差是指负荷回流水与蓄冷水池供冷水之间的温差，Ｘ才大多数空调系统来水，蓄冷水温差可为６￣１１℃。因此维持较髙的蓄冷温差可储存较多的冷量。

1.2.水蓄冷技术应用在消防水池册中的必要性

近年来随着工业的发展、人们生活水平品质的提高，用电需求快速增长，集中空调用电负荷越来越大，在夏季尤其明显。而本项目舒适性集中空调负荷具有明显的峰谷特征，在白天达到很高的峰值，夜间关闭，仅需要很低的空调负荷。因此有必要将电网负荷低谷期（夜间）的电力用于制冷，通过利用消防水池里的蓄冷介质水的显热效应将冷量“积蓄”起来，在电网负荷高峰期（白天）再将冷量释放出来，以承担白天空调所需的全部负荷。

2.水蓄冷消防水池的设计要点

2.1.项目舒适性空调水系统简介

蓄冷水池有自然分层式、空槽式和迷宫式等多种形式。其中自然分层式是一种土建结构较为简单、蓄冷效率较高、经济效益较好的一种方式，目前应用较为广泛。因此本项目采用自然分层式蓄冷水池，系统中蓄冷水池为开式水槽，空调冷水系统采用闭式系统，为保证系统安全稳定、灵活的运行，系统冷源通过板式换热器换热后间接给用户供冷，本系统可实现多种运行工况，即单独蓄冷工况、制冷机单独供冷工况、蓄冷水池单独供冷工况和制冷机与蓄冷水池联合供冷工况。常规供冷模式，即关闭FM.1、FM.2、FM.3、FM.4、FM.5、FM.6、放冷泵P1和蓄冷泵P2,打开FM.7、FM.8和空调冷却水泵P3。当夜间执行低谷电价时可实施单独蓄冷运行模式，即关闭FM.1、FM.2、FM.5、FM.6、FM.7、FM.8、放冷泵P1和空调冷水泵P3,打开FM.3、FM.4和蓄冷泵P2。待白天需要供冷时可实施单独供冷运行模式，即关闭FM.3、FM.4、FM.7、FM.8和蓄冷泵P2,打开FM.1、FM.2、FM.5、FM.6、放冷泵P1和空调冷水泵P3。同理，在放冷泵冷量供给不足时，也可以通过打开FM.7、FM.8,实现蓄冷水池和制冷机组联合供冷等工况。

2.2.消防水池册要点与工程措施

2.2.1.水质

做为消防水源，根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014(以下简称《消水规》)第4.1.2条，水质应满足其所服务的灭火设施的功能要求，主要包括温度、水中颗粒物的粒径、水的pH值。一般情况下水温越低，在升温及汽化的过程中带走的热量越多，冷却效果越好；另外根据本项目特点，室内消火栓水枪喷嘴直径为19mm,选用喷头玻璃泡直径为5mm;最后考虑到消防管道长期充水，水池中的pH值应稳定在6~9范围内。

做为水蓄冷水池，单独蓄冷或放冷时，冷水进出水冷螺杆制冷机组和板式换热器的温度分别为8℃15℃,且消防水池为敞开式水池。此水源与循环冷却水有较大的不同，虽然都与大气接触，但循环冷却水在循环的过程中有具有浓缩、散除CO₂、复氧的作用，同时由于冷却塔内光照充足、温度适宜、有充足的溶解氧有利于细菌和藻类的生长。而蓄冷水池中的水温在需要供冷的季节长期稳定在5℃~8℃,蓄冷放冷的过程中无蒸发、风吹及喷洒的过程，且此温度下微生物基本不生长，因此做为水蓄冷水源时水质较稳定。结合部分水冷螺杆制冷机组产品样本的巡检日志，在进出冷水侧仅需pH值的日常监测。

一般情况下，消防水池根据其容积设置臭氧自洁器。臭氧消毒能力强，安装简单，操作方便，对水质条件要求较低，在非蓄冷季，可抑制水中微生物的生长。另外在自动水喷淋泵组吸水管上安装30目的Y型过滤器，可有效的

防止颗粒物进入管道系统中，保障了喷头的正常工作。

综上所述，满足消防灭火设施功能的水质可以满足水蓄冷冷源的水质要求，水蓄冷设备的运行也不会影响消防灭火设施对水质的要求。

2.2.2.水量

无论是蓄冷过程还是放冷过程，蓄冷水池中水量是始终用水量不做它用，本项目采用以下2种措施：

(1)在放冷泵和蓄冷泵的吸水管上均设置φ50mm真空破坏孔；

(2)设置保护液位和液位传感器。当水位下降至一定高度时，通控中心并启动声光报警。报警的同时放冷泵和蓄冷泵停止工作。

2.2.3.保温

蓄冷温差的维持可以通过降低储存冷水温度、提高回水温度以及防止回流温水与储存冷水的混合等措施来实现。因此尽量采用可靠的保温做法，在单独蓄冷期间，保持蓄冷水池的冷水温度为5℃是非常有必要的。在进行保温设计时要考虑蓄冷水池底部、侧壁和顶部的绝热。如果底部导入的热量大于侧壁，则可能形成水温分布的逆转从而诱发对流，破坏分层效果9。因此本项目在消防水池的底部、侧壁和顶部均采用硬聚氨酯发泡保冷层，底部增设1层50mm厚的混凝土垫层。

蓄冷水池在夏季进出水温度为8℃/5℃,在湿度较大的情况下需考虑管道的防结露做法。一般情况下，消防巡检每3个月试车1次，因此在夏季当灭火设施试水时，消防水池内的水所流经的管道有结露的可能性。每次试水持续时间10min,室内消火栓系统按最不利点消火栓1股水柱，自动水喷淋系统按末端试水装置出流量考虑，经计算，本项目从消防水泵吸水管出池壁开始，自动水喷淋系统管道需做约30m的防结露保冷层；室内消火栓系统管道需做约95m的防结露保冷层。做法参考《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-20124附录K表K.0.2,采用柔性泡沫橡塑保温材料，保温层厚度40mm。

3.结束语

综上所述，作为蓄冷池的消防水池具有很高的可操作性，在夏季空调负荷很大的情况下，可以实现电力的“削峰”，节约土地，节约材料，节约能源，节约企业的运行费用。

参考文献

[1]张广华.数据中心机房水蓄冷技术经济性分析[J].安装,2020,(10):27-28.

[2]苏钢,王君,张敏华.水蓄冷技术在某工厂空调改造工程中的应用[J].洁净与空调技术,2019,(02):80-85.

[3]邹元霖,高青,蔡宇,王志刚.水蓄冷设备在数据中心的多功能联合应用[J].节能与环保,2018,(10):56-57.[4]蒋辉华.大温差水蓄冷技术应用及经济性分析[J].节能,2018,37(08):16-20.