【摘要】高層建筑給水排水設(shè)計(jì)中的消防對(duì)各個(gè)用水點(diǎn)或整個(gè)系統(tǒng)的壓力都有一定的范圍要求。本文詳細(xì)分析了高層建筑給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理及思路，重點(diǎn)分析了為增壓穩(wěn)壓而采取的增壓泵配合氣壓罐供水的幾種方式在消防給水系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：高層建筑；消防給水系統(tǒng)；給排水
　　1高層建筑消防的特點(diǎn)和要求
　　1.1高層建筑火災(zāi)特點(diǎn)
　　高層建筑由于層數(shù)多，建筑高度高，與低層和多層建筑相比，高層建筑發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性大，往往具有:①火災(zāi)的隱患多，火種多。②火勢猛、蔓延快。③人員疏散困難。④消防設(shè)備設(shè)施不夠完善，補(bǔ)救難度大。⑤傷亡慘重，經(jīng)濟(jì)損失巨大。
　　1.2高層建筑消防給水設(shè)計(jì)要求
　　建筑高度超過消防車有效的滅火高度，即高度為10層及10層以上的住宅和建筑高度超過24m以上的其他民用建筑和工業(yè)建筑，主要靠室內(nèi)消防給水設(shè)備撲救火災(zāi)的消防給水系統(tǒng)稱為高層建筑消防給水系統(tǒng)。①高層建筑消防給水受建筑高度影響:當(dāng)24m<H<50m時(shí)，可用普通登高消防車滅火，以自救和外救相結(jié)合的方式滅火;當(dāng)50m<H<100m時(shí)，普通登高消防車滅火能力難以完全達(dá)到，需加強(qiáng)室內(nèi)消防設(shè)備的滅火能力。當(dāng)H>250m時(shí)，建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)采用特殊的防火措施，并提交國家消防主管部門論證。②高層建筑消防應(yīng)立足于室內(nèi)自救。③滅火劑以水為主，其他滅火劑為輔。④嚴(yán)格執(zhí)行國家和地方現(xiàn)行的消防與條例。
　　1.3高層建筑消防給水系統(tǒng)分類
　　（1）按消防給水系統(tǒng)的構(gòu)成與功能可分為室外消火栓系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)又分為閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，開式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)與自動(dòng)噴水一泡沫聯(lián)用滅火系統(tǒng)。
　　（2）按消防給水系統(tǒng)的服務(wù)范圍大小，可分為區(qū)域集中高壓(或臨時(shí)高壓)消防給水系統(tǒng)和獨(dú)立高壓(或臨時(shí)高壓)消防給水系統(tǒng)。
　　（3）按消防給水的壓力與流量是否滿足系統(tǒng)要求，可分為常高壓和臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)。
　　（4）按消防給水方式的不同，可分為分區(qū)消防給水系統(tǒng)和不分區(qū)消防給水系統(tǒng)。
　　2室外消防給水系統(tǒng)
　　2.1室外消火栓給水管網(wǎng)
　　（1）為確保消防給水安全，高層建筑室外消防管網(wǎng)的進(jìn)水管不宜少于兩條，并宜從兩條市政給水管道引入，當(dāng)其中一條進(jìn)水管發(fā)生故障時(shí)，其余進(jìn)水管應(yīng)仍能保證全部用水量。進(jìn)水管管徑按式：
　　（式1）
　　式中，D—進(jìn)水管管徑，mm；Q—生活、生產(chǎn)與消防用水總量，L/s;v—進(jìn)水管水流速度，不宜大于2.5m/s，獨(dú)立自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，進(jìn)水管水流速度不宜大于5.0m/s;n—進(jìn)水管數(shù)量。
　　（2）管網(wǎng)布置
　　室外消防給水管道布置應(yīng)符合:①應(yīng)布置成環(huán)狀。②環(huán)狀管網(wǎng)進(jìn)水管不應(yīng)少于兩條，并宜從兩條市政給水管道引入，當(dāng)其中一條進(jìn)水管發(fā)生事故或檢修時(shí)，其余的進(jìn)水管仍應(yīng)保證全部消防流量。③環(huán)狀管網(wǎng)應(yīng)采用閥門分成若干獨(dú)立段。每段內(nèi)消火栓數(shù)量不宜超過5個(gè)，并應(yīng)在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置閥門。④建筑物室外消防給水管道管徑不應(yīng)小于100mm。⑤室外管道的敷設(shè)按《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》及《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，當(dāng)室外埋設(shè)消防給水管時(shí)，其管頂應(yīng)在凍土層底15cm以下埋設(shè)。
　　2.2消防水池
　　（1）設(shè)置條件:一般情況下將室內(nèi)消防水池與室外消防水池合并考慮。當(dāng)市政給水管道和進(jìn)水管或天然水源不能滿足消防用水量，市政給水管道為枝狀或只有一條進(jìn)水管時(shí)（二類居住建筑除外），高層建筑應(yīng)設(shè)消防水池。
　　（2）容積計(jì)算
　　（式2）
　　式中，Vx—消防水池有效容積，m3；QPi—各種水消防滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，m3/h，室外給水管網(wǎng)能滿足室外消防用水量的要求，可以只計(jì)室內(nèi)消防用水量；ti—火災(zāi)延續(xù)時(shí)間，h;Qb—在火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)，可連續(xù)補(bǔ)充的水量，m3/h，城市市區(qū)給水管補(bǔ)水速率不宜大于2.5m/s;Tb—各種水消防滅火火災(zāi)延續(xù)時(shí)間的最大值，h。
　　3室內(nèi)消防給水系統(tǒng)
　　3.1高層建筑室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)的主要設(shè)施
　　高層建筑室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)一般由水槍、水帶、消火栓、消防卷盤、消防管道、消防水池、消防水箱、水泵結(jié)合器、增壓水泵及遠(yuǎn)距離啟動(dòng)消防水泵的設(shè)備等組成。
　　高層建筑自動(dòng)噴淋給水系統(tǒng)一般由噴頭、報(bào)警閥組、水流指示器、壓力開關(guān)、末端試水裝置、消防管道、消防水池、消防水箱、水泵結(jié)合器、增壓水泵及遠(yuǎn)距離啟動(dòng)消防水泵的設(shè)備等組成。
　　3.2高層建筑室內(nèi)消防給水系統(tǒng)的增壓穩(wěn)壓方式
　　高層建筑消防時(shí)系統(tǒng)最大工作壓力超過市政供水壓力的建筑，應(yīng)采用加壓消防系統(tǒng)。按服務(wù)范圍分為:獨(dú)立分散的消防給水系統(tǒng)和區(qū)域集中消防給水系統(tǒng)。按供水壓力可分為:高壓消防給水系統(tǒng)和臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)。
　　為了防止消防儲(chǔ)水在短時(shí)間內(nèi)備耗盡和便于消防隊(duì)員操作，對(duì)于高層建筑(H>50)和超高層建筑(H>100)的消火栓給水系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行豎向分區(qū)，保證消火栓栓口靜水壓力不應(yīng)超過1.0MPa。豎向分區(qū)高度控制在45~55m范圍內(nèi)；對(duì)于報(bào)警閥前壓力超過1.2Mpa的自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行分區(qū)供水。高層建筑室內(nèi)消防給水系統(tǒng)常見的給水方式一般分為不分區(qū)給水系統(tǒng)、分區(qū)串聯(lián)給水系統(tǒng)、分區(qū)并聯(lián)給水系統(tǒng)三大類。這三類系統(tǒng)有二種增壓穩(wěn)壓方式。
　　（1）在并聯(lián)分區(qū)和串聯(lián)分區(qū)消火栓給水系統(tǒng)中，如果高位水箱高度不能滿足最不利點(diǎn)消火栓所需消防水壓，應(yīng)在高位水箱出水管上設(shè)氣壓給水設(shè)備穩(wěn)壓裝置，如圖1所示。
　　
　　圖1水箱出水管上安裝氣壓給水設(shè)備穩(wěn)壓裝置
　　氣壓水罐內(nèi)設(shè)有消防貯水容積、穩(wěn)壓水容積、緩沖水容積;補(bǔ)氣式氣壓水罐還應(yīng)有不動(dòng)水容積。上述各水容積及相應(yīng)的壓力和水位如圖2所示。
　　
　　圖2補(bǔ)氣式氣壓水罐
　　（2）并聯(lián)分區(qū)給水系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)特點(diǎn)是無水箱，平時(shí)消防穩(wěn)壓裝置工作對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)壓，消防泵不工作。常見的穩(wěn)壓裝置為氣壓給水穩(wěn)壓裝置（如圖3所示）。氣壓給水裝置安裝在靠近水池的地方，其部分放大如圖所示。氣壓給水穩(wěn)壓裝置的選擇計(jì)算方法同上述氣壓給水穩(wěn)壓裝置，但各項(xiàng)壓力值有區(qū)別。
　　
　　圖3氣壓給水穩(wěn)壓裝置示意圖
　　4高層建筑消防給水系統(tǒng)增壓穩(wěn)壓裝置的選用
　　在高層建筑消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，考慮到高位水箱設(shè)置過高不僅增加建筑立面處理難度，投資高且不利于抗震，故消防水箱往往設(shè)在電梯機(jī)房頂?shù)乃�箱間內(nèi)，滿足消防要求的水壓有困難，根據(jù)《高層建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.4.7.2條最不利點(diǎn)消火栓靜水壓力的要求及《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.3.1條要求，對(duì)于不滿足上述要求的水消防系統(tǒng)，必須設(shè)置增壓設(shè)施。
　　（1）穩(wěn)壓泵增壓
　　根據(jù)所需的水壓、水量選型，室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)的增壓設(shè)備，一般都用離心泵。增壓泵的出水量:消火栓給水系統(tǒng)專用時(shí)，Q=5L/s;自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)專用時(shí)，Q=1L/s。增壓泵的揚(yáng)程:當(dāng)增壓設(shè)施為消火栓系統(tǒng)專用或?yàn)樽詣?dòng)噴水系統(tǒng)合用時(shí)，按氣壓水罐內(nèi)消防貯水容積下限水位時(shí)，仍按能保證最不利點(diǎn)消火栓和噴頭的壓力計(jì)算。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中常選用“98S205”《消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備選用與安裝》中的成套設(shè)備。
　　（2）管道泵增壓
　　許多設(shè)計(jì)人員用國產(chǎn)管道泵代替穩(wěn)壓泵，管道泵的流量為1～5L/s，揚(yáng)程10～30m，功率0.5～2.5kW。用于消火栓系統(tǒng)時(shí)，管道泵的流量可取5L/s，用于自動(dòng)噴淋系統(tǒng)時(shí)，流量取1L/s。在滿足最頂層消火栓水壓的前提下，管道泵的功率盡可能小，不宜超過2.0kW，這樣泵的啟動(dòng)時(shí)間很短，只需1～2s。與穩(wěn)壓泵相比，管道泵增壓系統(tǒng)工作在噴頭和消火栓已經(jīng)出水，而消防用水的水壓不足需要增壓時(shí)。它能保證一支水槍的水量和水壓，滯后時(shí)間由10～30s縮短為1～2s，大大提高了滅火的安全性。因此用管道泵代替穩(wěn)壓泵理論上是可行的。
　　（3）氣壓罐增壓
　　需要局部增壓設(shè)備，采用消防水箱有困難時(shí)，一般采用氣壓給水設(shè)備，根據(jù)設(shè)計(jì)最低水壓和氣壓水罐容量選擇氣壓水罐。由氣壓水罐的工作原理可知，氣壓水罐在高壓和低壓之間工作，所以選擇氣壓水罐時(shí)，應(yīng)保證:氣壓水罐設(shè)計(jì)最低供水壓力應(yīng)滿足計(jì)算管路最不利消火栓栓口所需水壓。氣壓罐容量按《高規(guī)》中的規(guī)定;“增壓設(shè)施的氣壓水罐，其調(diào)節(jié)水容量宜為450L。”對(duì)于消火栓系統(tǒng)，不宜大于300L，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)不宜大于150L，兩個(gè)系統(tǒng)之和不大于450L。
　　（4）變頻調(diào)速恒壓供水
　　恒壓變量供水設(shè)備是在設(shè)計(jì)的壓力值下，根據(jù)管網(wǎng)用水量變化而產(chǎn)生的壓力差信號(hào)反饋給恒壓控制系統(tǒng)，恒壓控制器發(fā)出改變頻率的指令從而改變驅(qū)動(dòng)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，使之出水壓力在滿足管網(wǎng)用水量的前提下恒壓在設(shè)計(jì)壓力值。
　　5結(jié)論
　　高層建筑給排水設(shè)計(jì)是理論和實(shí)踐結(jié)合非常緊密的專業(yè)。理論上的東西只有拿到實(shí)踐上應(yīng)用才能確認(rèn)其效果。本文在實(shí)踐中檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的說明，探討了消防給水系統(tǒng)為保證安全可靠采用水箱-增壓泵-氣壓罐聯(lián)合增壓穩(wěn)壓供水系統(tǒng)，增壓泵和氣壓罐均放在水箱間。對(duì)于有技術(shù)保證的城市或單位，也可省去水箱，而將增壓泵和氣壓罐放在地下室供水泵房設(shè)置。另外，消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須和電器專業(yè)密切配合才能達(dá)到合理的控制效果。
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