高层建筑消防给水系统设计

　　【摘要】高层建筑给水排水设计中的消防对各个用水点或整个系统的压力都有一定的范围要求。本文详细分析了高层建筑给水系统设计的原理及思路，重点分析了为增压稳压而采取的增压泵配合气压罐供水的几种方式在消防给水系统中的具体应用。
　　关键词：高层建筑；消防给水系统；给排水
　　1高层建筑消防的特点和要求
　　1.1高层建筑火灾特点
　　高层建筑由于层数多，建筑高度高，与低层和多层建筑相比，高层建筑发生火灾的危险性大，往往具有:①火灾的隐患多，火种多。②火势猛、蔓延快。③人员疏散困难。④消防设备设施不够完善，补救难度大。⑤伤亡惨重，经济损失巨大。
　　1.2高层建筑消防给水设计要求
　　建筑高度超过消防车有效的灭火高度，即高度为10层及10层以上的住宅和建筑高度超过24m以上的其他民用建筑和工业建筑，主要靠室内消防给水设备扑救火灾的消防给水系统称为高层建筑消防给水系统。①高层建筑消防给水受建筑高度影响:当24m<H<50m时，可用普通登高消防车灭火，以自救和外救相结合的方式灭火;当50m<H<100m时，普通登高消防车灭火能力难以完全达到，需加强室内消防设备的灭火能力。当H>250m时，建筑设计中应采用特殊的防火措施，并提交国家消防主管部门论证。②高层建筑消防应立足于室内自救。③灭火剂以水为主，其他灭火剂为辅。④严格执行国家和地方现行的消防与条例。
　　1.3高层建筑消防给水系统分类
　　（1）按消防给水系统的构成与功能可分为室外消火栓系统、室内消火栓给水系统和自动喷水灭火系统。自动喷水灭火系统又分为闭式自动喷水灭火系统，开式自动喷水灭火系统与自动喷水一泡沫联用灭火系统。
　　（2）按消防给水系统的服务范围大小，可分为区域集中高压(或临时高压)消防给水系统和独立高压(或临时高压)消防给水系统。
　　（3）按消防给水的压力与流量是否满足系统要求，可分为常高压和临时高压消防给水系统。
　　（4）按消防给水方式的不同，可分为分区消防给水系统和不分区消防给水系统。
　　2室外消防给水系统
　　2.1室外消火栓给水管网
　　（1）为确保消防给水安全，高层建筑室外消防管网的进水管不宜少于两条，并宜从两条市政给水管道引入，当其中一条进水管发生故障时，其余进水管应仍能保证全部用水量。进水管管径按式：
　　（式1）
　　式中，D—进水管管径，mm；Q—生活、生产与消防用水总量，L/s;v—进水管水流速度，不宜大于2.5m/s，独立自动喷水灭火系统，进水管水流速度不宜大于5.0m/s;n—进水管数量。
　　（2）管网布置
　　室外消防给水管道布置应符合:①应布置成环状。②环状管网进水管不应少于两条，并宜从两条市政给水管道引入，当其中一条进水管发生事故或检修时，其余的进水管仍应保证全部消防流量。③环状管网应采用阀门分成若干独立段。每段内消火栓数量不宜超过5个，并应在节点处设置阀门。④建筑物室外消防给水管道管径不应小于100mm。⑤室外管道的敷设按《室外给水设计规范》及《建筑给水排水设计规范》的规定，当室外埋设消防给水管时，其管顶应在冻土层底15cm以下埋设。
　　2.2消防水池
　　（1）设置条件:一般情况下将室内消防水池与室外消防水池合并考虑。当市政给水管道和进水管或天然水源不能满足消防用水量，市政给水管道为枝状或只有一条进水管时（二类居住建筑除外），高层建筑应设消防水池。
　　（2）容积计算
　　（式2）
　　式中，Vx—消防水池有效容积，m3；QPi—各种水消防灭火系统设计流量，m3/h，室外给水管网能满足室外消防用水量的要求，可以只计室内消防用水量；ti—火灾延续时间，h;Qb—在火灾延续时间内，可连续补充的水量，m3/h，城市市区给水管补水速率不宜大于2.5m/s;Tb—各种水消防灭火火灾延续时间的最大值，h。
　　3室内消防给水系统
　　3.1高层建筑室内消火栓给水系统的主要设施
　　高层建筑室内消火栓给水系统一般由水枪、水带、消火栓、消防卷盘、消防管道、消防水池、消防水箱、水泵结合器、增压水泵及远距离启动消防水泵的设备等组成。
　　高层建筑自动喷淋给水系统一般由喷头、报警阀组、水流指示器、压力开关、末端试水装置、消防管道、消防水池、消防水箱、水泵结合器、增压水泵及远距离启动消防水泵的设备等组成。
　　3.2高层建筑室内消防给水系统的增压稳压方式
　　高层建筑消防时系统最大工作压力超过市政供水压力的建筑，应采用加压消防系统。按服务范围分为:独立分散的消防给水系统和区域集中消防给水系统。按供水压力可分为:高压消防给水系统和临时高压消防给水系统。
　　为了防止消防储水在短时间内备耗尽和便于消防队员操作，对于高层建筑(H>50)和超高层建筑(H>100)的消火栓给水系统应进行竖向分区，保证消火栓栓口静水压力不应超过1.0MPa。竖向分区高度控制在45~55m范围内；对于报警阀前压力超过1.2Mpa的自动喷淋灭火系统应进行分区供水。高层建筑室内消防给水系统常见的给水方式一般分为不分区给水系统、分区串联给水系统、分区并联给水系统三大类。这三类系统有二种增压稳压方式。
　　（1）在并联分区和串联分区消火栓给水系统中，如果高位水箱高度不能满足最不利点消火栓所需消防水压，应在高位水箱出水管上设气压给水设备稳压装置，如图1所示。
　　
　　图1水箱出水管上安装气压给水设备稳压装置
　　气压水罐内设有消防贮水容积、稳压水容积、缓冲水容积;补气式气压水罐还应有不动水容积。上述各水容积及相应的压力和水位如图2所示。
　　
　　图2补气式气压水罐
　　（2）并联分区给水系统
　　该系统特点是无水箱，平时消防稳压装置工作对系统稳压，消防泵不工作。常见的稳压装置为气压给水稳压装置（如图3所示）。气压给水装置安装在靠近水池的地方，其部分放大如图所示。气压给水稳压装置的选择计算方法同上述气压给水稳压装置，但各项压力值有区别。
　　
　　图3气压给水稳压装置示意图
　　4高层建筑消防给水系统增压稳压装置的选用
　　在高层建筑消防给水系统的设计中，考虑到高位水箱设置过高不仅增加建筑立面处理难度，投资高且不利于抗震，故消防水箱往往设在电梯机房顶的水箱间内，满足消防要求的水压有困难，根据《高层建筑防火设计规范》第7.4.7.2条最不利点消火栓静水压力的要求及《自动喷水灭火系统设计规范》第10.3.1条要求，对于不满足上述要求的水消防系统，必须设置增压设施。
　　（1）稳压泵增压
　　根据所需的水压、水量选型，室内消火栓给水系统的增压设备，一般都用离心泵。增压泵的出水量:消火栓给水系统专用时，Q=5L/s;自动喷水灭火系统专用时，Q=1L/s。增压泵的扬程:当增压设施为消火栓系统专用或为自动喷水系统合用时，按气压水罐内消防贮水容积下限水位时，仍按能保证最不利点消火栓和喷头的压力计算。在实际的设计过程中常选用“98S205”《消防增压稳压设备选用与安装》中的成套设备。
　　（2）管道泵增压
　　许多设计人员用国产管道泵代替稳压泵，管道泵的流量为1～5L/s，扬程10～30m，功率0.5～2.5kW。用于消火栓系统时，管道泵的流量可取5L/s，用于自动喷淋系统时，流量取1L/s。在满足最顶层消火栓水压的前提下，管道泵的功率尽可能小，不宜超过2.0kW，这样泵的启动时间很短，只需1～2s。与稳压泵相比，管道泵增压系统工作在喷头和消火栓已经出水，而消防用水的水压不足需要增压时。它能保证一支水枪的水量和水压，滞后时间由10～30s缩短为1～2s，大大提高了灭火的安全性。因此用管道泵代替稳压泵理论上是可行的。
　　（3）气压罐增压
　　需要局部增压设备，采用消防水箱有困难时，一般采用气压给水设备，根据设计最低水压和气压水罐容量选择气压水罐。由气压水罐的工作原理可知，气压水罐在高压和低压之间工作，所以选择气压水罐时，应保证:气压水罐设计最低供水压力应满足计算管路最不利消火栓栓口所需水压。气压罐容量按《高规》中的规定;“增压设施的气压水罐，其调节水容量宜为450L。”对于消火栓系统，不宜大于300L，自动喷水灭火系统不宜大于150L，两个系统之和不大于450L。
　　（4）变频调速恒压供水
　　恒压变量供水设备是在设计的压力值下，根据管网用水量变化而产生的压力差信号反馈给恒压控制系统，恒压控制器发出改变频率的指令从而改变驱动水泵电机转速，使之出水压力在满足管网用水量的前提下恒压在设计压力值。
　　5结论
　　高层建筑给排水设计是理论和实践结合非常紧密的专业。理论上的东西只有拿到实践上应用才能确认其效果。本文在实践中检验的基础上进行了消防给水系统的设计的说明，探讨了消防给水系统为保证安全可靠采用水箱-增压泵-气压罐联合增压稳压供水系统，增压泵和气压罐均放在水箱间。对于有技术保证的城市或单位，也可省去水箱，而将增压泵和气压罐放在地下室供水泵房设置。另外，消防给水系统的设计必须和电器专业密切配合才能达到合理的控制效果。
　　参考文献
　　[1]王增长，建筑给水排水工程，北京：中国建筑工业出版社，2005
　　[2]姜文源，《建筑给水排水设计手册》，北京：中国建筑工业出版社，2009
　　[3]尹纲领，高层建筑给排水设计应注意的几个问题[J]，山东建筑工程学院学报，Vo1.11No.3,2006,63-65
　　[4]《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003，北京：中国计划出版社，2003
　　[5]《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2001年版），北京：群众出版社，2001
　　[6]《自动喷水灭火设计规范》GB50084-2001，北京：群众出版社，2001