某高层办公大楼室内消防给水系统浅析与探讨

　　摘要：从技术、经济上较系统、全面地分析了某高层办公大楼的室内消火栓、自动喷淋给水系统的组成、功能、特点，并就减压阀的选型、报警阀前环状管网的设置、水锤的消除、过滤器的设置、喷淋稳压泵出水管的连接方式、系统冲洗、闭式喷头的保护等设计及施工方面的问题提出了一些想法和建议。
　　关键词：消火栓系统，自动喷淋系统
　　
　　某高层办公大楼为地下2层、地上21层，建筑面积22000m2，建筑高度92.4米，为一类建筑，耐火等级为一级。大楼内设有消防水系统（消火栓系统、自动喷淋灭火系统）、报警系统（火灾自动报警、消防广播、消防联动）以及疏散指示、应急照明、防排烟、CO2气体灭火等诸多系统。在这里笔者根据自己的工作实践，主要从技术、经济上大楼内的消防给水系统（消火栓系统、自动喷淋系统）进行一些分析和探讨。
　　
　　一．室内消防给水系统分析
　　大楼消火栓给水系统用水量按40L/S，火灾延续时间按3H考虑；喷淋给水系统用水量按30L/S，火灾延续时间按1H考虑。由于两种给水系统作用时间不同，对压力、水质的要求也不同，因此大楼两种系统采取分开独立设置的方式。这种设置的优点是可防止消火栓用水影响自动喷淋系统用水或因消火栓漏水而引起的误报警，具有安全可靠的特点。
　　1． 消火栓给水系统
　　图1为消火栓给水系统图。可以看出，系统为临时高压给水系统，火灾时由消防值班室或消火栓内按钮启动消火栓泵，使管网内压力和流量达到灭火时的要求。
　　
　　
　　1-吸水坑2-闸阀3-消火栓泵4-泄水阀5-压力表6-止回阀7-水泵接合器8-安全阀
　　9-消火栓10-比例式减压阀11-自动排气阀12-减压孔板13-试验消火栓14-屋面水箱
　　图1室内消防给水系统图
　　
　　a． 消火栓给水
　　该办公大楼附近正好有一个人工湖，在室外建造了一个吸水坑，室内消火栓用水由消火栓泵从吸水坑吸水加压供给。考虑到消火栓用水对水质的要求不甚严格，吸水坑储水（30m3）由就近的湖水经沉淀、过滤等处理后引来。湖水常年处于动态流动中且水位基本恒定，可被视作一个巨大的消防水池，能完全满足火灾延续时间3H内的消火栓用水需求。这样不但省去了人工建造一个有足够容积的巨大的消防水池，而且也避免了日后使用时每次更换消防储水而造成的自来水资源的巨大浪费，在节省投资和降低使用、维护成本方面具有积极意义，体现了经济、适用的原则。另外，屋面设有消防水箱，其有效容积为24m3，可以满足火灾初期的灭火需要。
　　b． 竖向分区
　　系统采取分区给水方式：-2F至7F为低区，8F至21F为高区，高低区共用消火栓泵。消火栓泵设于地下二层，两用一备，采用使运行更为可靠的自灌式吸水方式。为保证最不利点消火栓栓口的灭火压力，消火栓泵选型为100DL-5，扬程H＝109米，流量Q＝20L/S。低区为消火栓泵经减压阀减压后供水，高区由消火栓泵直接供水，这样就省去了中间水箱。这种设置方式具有以下优点：（1）节省了上层使用面积；（2）防止了噪声和二次污染；（3）运行简便可靠，维护管理方便。
　　另外，室内系统为保证管网某段维修和发生故障时，仍能保证火场用水，采用了环状管网，其引入管为两根，提高了供水的安全可靠性。为保证消火栓栓口的出水压力不大于0.5MPa，8F至12F消火栓入口处设置了减压孔板。
　　c． 消火栓的平面布置
　　系统采用自救式消火栓箱，箱内配有供专业消防人员使用的全套灭火设施、普通工作人员使用的自救卷盘和破玻按钮及水泵运行指示灯附属设备。消火栓设在走道、楼梯附近等明显易于取用的地点，其间距能保证同层任何部位有两支水枪的充实水柱同时到达。
　　d． 水泵接合器
　　考虑到室内消火栓灭火用水量的需求，系统共设置了四组水泵接合器，当室内消火栓泵发生故障或遇大火室内自救消防用水不足时，消防车可从室外消火栓取水，通过水泵接合器将水送到室内消防给水管网，供灭火使用。
　　2． 自动喷淋给水系统
　　图2为自动喷淋给水系统图，按中危险级要求设计。
　　a． 系统组成
　　系统为湿式闭式系统，由储水箱、喷淋加压泵、稳压泵及气压罐、湿式报警阀、水流指示器、管网、闭式喷头、泄水装置等组成，初期火灾10min用水由屋面水箱供给。玻璃钢储水箱置于地下一层，喷淋泵、湿式报警阀均置于地下二层。玻璃钢储水箱的有效容积为120m3，能满足火灾延续时间1H内的室内喷淋用水量。因喷淋系统对水质的要求较高，储水由室外市政供水环网引来。喷淋泵一用一备，选型为100DL-6，扬程H＝110米，流量Q＝30L/S，启动时能保证最不利点喷头处的灭火压力和流量。
　　1-储水箱2-闸阀3-喷淋泵4-泄水阀5-压力表6-止回阀7-比例式减压阀8-湿式报警阀9-水泵接合器10-安全阀11-信号阀12-水流指示器13-截止阀14-自动排气阀15-气压罐16-电接点压力表17-稳压泵18-屋面水箱
　　图2室内自动喷淋给水系统图
　　
　　b． 系统特点
　　系统未设中间水箱，为不分区给水方式，在喷淋泵出口设置了三套湿式报警阀，分别控制-2F～5F、6F～13F、14F～21F，每套报警阀所控制的喷头数不超过800个。气压罐设置在屋面稳压泵出水管处，可避免停泵时因水锤冲击而造成的稳压泵频繁启动的弊端。这种不分区给水方式的优点是：（1）能够保证初期火灾消防用水；（2）气压罐设在高位，工作压力小，其有效容积利用率高；（3）低层部分-2F～5F在报警阀前采用减压阀减压，保证了系统供水压力的均匀性。
　　c． 系统运行
　　火灾发生时，喷头喷水动作，喷淋管内产生水流，水流指示器将信号传送至消防值班室，并指示火灾发生的位置，同时，湿式报警阀的水力警铃发出声响，压力开关动作，启动喷淋泵。稳压泵和气压罐能维持系统平时所需的供水压力，对系统起监护作用并使系统具有自动控制的功能。稳压泵启闭由电接点压力表控制，当系统压力低于设定的低值0.16MPa时，稳压泵启动；当达到设定的高值0.22MPa时，稳压泵停止。
　　
　　二．对几个问题的探讨和建议
　　1．关于减压阀的选型
　　由图1、2可知，本高层办公楼室内消火栓给水系统设置了比例式减压阀，但在实际应用时，应注意对减压阀的选择，因为有许多减压阀只能减动压而不能减静压。常用的减压阀按结构形式有薄膜式、弹簧式和活塞式三种；按作用形式可分为比例式、定压式。定压式减压阀中有一种既减动压、又减静压，且无论阀前压力如何变化，阀后压力都可稳定在所需压力的减压稳压阀。笔者建议，消火栓给水系统当采用减压阀进行给水分区时，为满足规范中关于消火栓栓口静、动压的要求，宜采用既能减动压、又能减静压的可调式薄膜减压阀。
　　2．关于报警阀前环状管网的设置
　　由图2可知，本工程自动喷淋系统两台喷淋泵(一用一备)只设置一条出水管，这种供水方式可靠性较差。因为自动喷淋系统是立足于自救的系统，将在无人操控的条件下自动启动喷水灭火，其扑救初期火灾的功效甚至优于消火栓系统。由于该系统的灭火成功率与供水的可靠性密切相关，因此笔者认为宜采用如图3所示的供水可靠性更高的环状供水：
　　
　　图3报警阀前环状管网设置示意图图4屋面水箱出水管设置示意图
　　
　　同理，在屋面水箱通向管网的出口处也宜分别设置三条出水管，如图4。
　　3． 消除水锤的技术措施
　　为保证消防系统的供水安全性，消防值班员需定期进行开机调试或检测。由于湿式自动喷淋系统的报警阀具有使水单向流动的止回功能，一旦关闭喷淋泵，将在报警阀后的管道上产生一定程度的水锤现象，造成管道的晃动，使支架松动，影响系统的正常使用。消除这一弊端的有效措施是：
　　（1）按施工规范的要求设置防晃支架；
　　（2）在报警阀后的管段上每隔一定距离设置可挠曲的橡胶街头，以减少水锤的冲击振动。
　　4． 关于过滤器的设置
　　本工程原设计中未设置任何过滤器，笔者认为不妥。因为消防储水池和屋面水箱中难免有碎杂物存在，这些杂物一旦进入消防给水系统，对消火栓系统而言，有可能堵塞减压阀而导致减压阀的动作失灵，使减压阀后的管道水流不畅或超压；对自动喷淋系统而言，碎杂物的进入除有可能堵塞闭式喷头外，还有可能堵塞湿式报警阀内通向水力警铃的和压力开关的管孔，造成系统需动作灭火时水力警铃无法发出铃声报警，压力开关无法启动发出电信号，从而无法启动喷淋泵。另外，碎杂物还有可能卡住湿式报警阀的座圈，使报警阀无法关闭，系统内的水不断经报警阀流向水力警铃和压力开关，造成系统不动作灭火也报警的误报现象。因此，笔者认为在消防给水系统的下述部位设置过滤器是十分必要的：
　　（1）消火栓泵、喷淋泵吸水管的入口处；
　　（2）在屋面水箱通向室内消防系统的出水管处。
　　5．关于喷淋系统中稳压泵出水管的连接方式
　　由图2可见，本高层办公楼设计自动喷水灭火系统的出水管连接在报警阀前，这是一种正确的做法。有些设计将此出水管连接在报警阀后，如图5，这样做的结果是：当火灾发生喷头喷水时，报警阀无法报警，压力开关不动作，消防水泵也无法启动。这个问题应引起设计人员的重视。
　　
　　(a)正确（b）不正确
　　图5稳压泵出水管的连接方式
　　
　　6．关于系统冲洗
　　消火栓系统、自动喷淋系统均应在安装完毕试压合格后进行冲洗，特别是对于自动喷淋系统，对冲洗的要求更为严格，若冲洗不彻底，碎杂物很可能在管网局部造成堵塞（如前所述的减压阀、报警阀处）和破坏止回阀的密封性能，使系统部分或完全丧失灭火功能。在监理工作实践中，发现施工单位往往不重视系统管网的冲洗的工作，这是极其错误也是非常有害的一种认识，将给系统的安全运行带来重大隐患，所以，必须重视系统清洗工作。
　　冲洗的具体要求是：
　　（1）冲洗前，应检查管道的支架、吊架，必要时采取加固措施；还应对系统的仪表采取保护措施，止回阀、报警阀、水流指示器等应拆除，冲洗工作结束后应及时复位。
　　（2）冲洗应分段进行，先室外，后室内；先地下，后地上；室内部分的冲洗应按配水干管、配水管、配水支管的顺序进行。
　　（3）冲洗的水流速度不宜小于3m/s，并应连续进行，当出口处水的颜色、透明度与入口处基本一致时，冲洗方可结束。
　　7．施工中闭式喷头的保护
　　自动喷淋系统的喷头是系统的重要组成部分，灭火的可靠性很大程度上依赖于喷头的安装质量。喷头应在系统试压、冲洗合格后安装，安装时应使用专用扳手，安装后应对其采取保护措施，以防止水泥砂浆、涂料、油漆等附着在闭式喷头的感温元件上，造成闭式喷头不能感温作用，延缓动作灭火时间等不良后果。闭式喷头安装后的保护方法为：采用厚度为0.2mm的塑料布将喷头包裹紧，待系统通水调试前，再将塑料布从喷头取下。
　　
　　
　　参考文献：
　　1. 高层民用建筑设计防火规范，GB50045-95，2005年版。
　　2. 自动喷水灭火系统设计规范，GB50084-2001。
　　3. 自动喷水灭火系统施工及验收规范，GB50261-2005。