談高層消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方式

閆 秀 秋

(晉城市建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)二所，山西 晉城 048000)

談高層消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方式

閆 秀 秋

(晉城市建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)二所，山西 晉城 048000)

闡述了建筑消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的主要原則，并從建筑消防系統(tǒng)給水設(shè)計(jì)優(yōu)化開(kāi)展討論，提出了一些設(shè)計(jì)優(yōu)化思路，以期為今后高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

高層建筑，消防給水系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)水節(jié)能

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，高層建筑在各地不斷涌現(xiàn)。與低層建筑相比，高層建筑具有層數(shù)多，高度大，管網(wǎng)布線復(fù)雜，用水要求高，排水量大等特點(diǎn)。如此復(fù)雜的建筑邊界條件，也對(duì)建筑給排水工程的設(shè)計(jì)、建造、采購(gòu)等各環(huán)節(jié)提出了新的要求。

建筑給排水工程設(shè)計(jì)是給排水系統(tǒng)建設(shè)的前提。設(shè)計(jì)人員在工作時(shí)，除滿足GB 500152—2003建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范等相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范外，也應(yīng)根據(jù)建筑實(shí)際用水情況進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，不能一味滿足供水的安全可靠性，而造成無(wú)效的能耗和水耗。在保證建筑給水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行情況下，既做到系統(tǒng)優(yōu)化、防止不必要的消耗，又能節(jié)省建設(shè)和維護(hù)資金投入，始終是擺在建筑給排水設(shè)計(jì)工作者面前的一道難題。

1 建筑消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

建筑給排水系統(tǒng)主要由建筑給水系統(tǒng)、建筑排水系統(tǒng)和建筑消防系統(tǒng)組成。其中建筑消防滅火系統(tǒng)的建設(shè)，是為保障建筑物本身及使用建筑物功能的人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。建筑物消防系統(tǒng)建設(shè)的前提是一套針對(duì)建筑物本身特點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為保證消防系統(tǒng)的安全可靠，同時(shí)節(jié)約造價(jià)，在消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，應(yīng)確定相應(yīng)設(shè)計(jì)原則。消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要原則為安全性、可靠性、適用性、經(jīng)濟(jì)性。

1)安全性。指通過(guò)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到建筑消防安全管理的既定目標(biāo)。作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)熟練掌握各項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，明確各個(gè)滅火系統(tǒng)的設(shè)置范圍，確定各種滅火設(shè)施的滅火或控火功能，對(duì)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)全面把握，確保不出現(xiàn)漏設(shè)或不設(shè)的點(diǎn)位。2)可靠性。包括消防電源、消防系統(tǒng)水源、設(shè)備和管道系統(tǒng)的可靠性。通常為提高系統(tǒng)的可靠性，建筑內(nèi)的著火點(diǎn)，需有兩股水柱能夠到達(dá)，也就是在兩個(gè)消火栓的保護(hù)范圍內(nèi)。對(duì)設(shè)備及管道系統(tǒng)的選擇和系統(tǒng)管網(wǎng)的設(shè)置，在保證可靠性的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量簡(jiǎn)化。3)適用性。也可以稱為“合理性”，消防滅火系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)應(yīng)針對(duì)建筑物自身特點(diǎn)進(jìn)行。對(duì)于不同的建筑和火災(zāi)，應(yīng)制定不同的滅火方案。4)經(jīng)濟(jì)性。建筑消防系統(tǒng)僅在火災(zāi)發(fā)生時(shí)才啟動(dòng)，因此較少考慮節(jié)能的問(wèn)題。關(guān)于消防系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，應(yīng)主要考慮消防系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用，如消防泵、噴嘴、給水管道、閥門(mén)附件等材料的購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)等。在考慮費(fèi)用花銷外，也應(yīng)考慮因安裝消防系統(tǒng)而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，如因防止火災(zāi)發(fā)生而避免的經(jīng)濟(jì)損失，以及通過(guò)改善管理手段而使管理效率、管理水平提高等。

2 高層建筑消防滅火系統(tǒng)的給水方式

2.1 減壓給水方式

設(shè)立屋面水箱和一組消防水泵,水泵的揚(yáng)程一般100 m～170 m。高區(qū)通過(guò)減壓閥減壓向低區(qū)供水。使用這種供水方式，給水系統(tǒng)中無(wú)需設(shè)置中間轉(zhuǎn)輸水箱和水泵，不占用設(shè)備層面積，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，有利于設(shè)計(jì)和施工，因此經(jīng)濟(jì)性最高。然而減壓給水方式對(duì)消防系統(tǒng)中水泵選型精度、減壓閥長(zhǎng)期穩(wěn)定性等要求較高，短時(shí)能耗較大。

2.2 高位水箱給水方式

高位水箱的減壓給水方式是將整個(gè)高層建筑的用水且全部由設(shè)置在底層的水泵提升至屋頂水箱，然后再通過(guò)設(shè)置中間轉(zhuǎn)輸水箱進(jìn)行垂向分區(qū)，分區(qū)內(nèi)可采用串聯(lián)減壓、并聯(lián)減壓、單閥減壓等減壓方式各區(qū)減壓裝置減壓后送至各區(qū)給水系統(tǒng)的給水方式。高位水箱重力供水系統(tǒng)，對(duì)于一般火災(zāi)，可以不用啟動(dòng)消防泵，僅用屋頂水箱重力向系統(tǒng)給水，由于系統(tǒng)有兩路水源供水，因此可靠性最高。

3 高位水箱給水設(shè)計(jì)中減壓水箱和轉(zhuǎn)輸水箱的容積確定

GB 50045—95高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(2005年版)(以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》)第7.4.7條明確規(guī)定：“當(dāng)采用臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)設(shè)高位消防水箱，通常一類公共建筑不應(yīng)小于18 m3；二類公共建筑和一類居住建筑不應(yīng)小于12 m3”。另外，條文說(shuō)明也規(guī)定“消防水箱指屋頂消防水箱，也包括垂直分區(qū)采用并聯(lián)給水方式的各分區(qū)減壓水箱”。

雖然在《高規(guī)》中規(guī)定消防水箱包括垂直分區(qū)中采用的減壓水箱，但并沒(méi)有明文規(guī)定減壓水箱和轉(zhuǎn)輸水箱的具體取值。在一般設(shè)計(jì)中，以上2種設(shè)備的容積都按高位消防水箱的規(guī)定選取為18 m3。在消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，減壓水箱、轉(zhuǎn)輸水箱是消防給水系統(tǒng)中的必備設(shè)施，而高位消防水箱僅僅作為穩(wěn)高壓系統(tǒng)加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性的措施。因此，在設(shè)計(jì)中不能簡(jiǎn)單的將高位消防水箱的規(guī)定容積復(fù)制到減壓水箱、轉(zhuǎn)輸水箱的容積設(shè)計(jì)上，而是應(yīng)考慮實(shí)際消防用水要求。

發(fā)生火災(zāi)時(shí)，減壓水箱可使用的水量應(yīng)滿足剛起火時(shí)的消防水量要求，即10 min的消防用水，按一般高層建筑消防滅火用水量標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)消防用水量(67.8 L/s)=噴淋用水量(27.8 L/s)+室內(nèi)消火栓用水量(40 L/s)，10 min用水總量為67.8×60×10/1 000=40.68 m3。與一般設(shè)計(jì)中規(guī)定的18 m3相比，減壓水箱容積按火災(zāi)初期的10 min消防用水量確定為40.68 m3，水箱的容積和占地增加不多，但極大提升了消防系統(tǒng)的可靠性和安全性。

轉(zhuǎn)輸水箱作為高層給水系統(tǒng)中的過(guò)渡環(huán)節(jié)，它的容積主要根據(jù)在消防系統(tǒng)中所處的位置和作用確定。轉(zhuǎn)輸水箱在消防系統(tǒng)中的設(shè)置一般分為兩種，一種是在各區(qū)水泵分別串聯(lián)加壓供水系統(tǒng)，轉(zhuǎn)輸水箱直接作為第二水源通過(guò)轉(zhuǎn)輸水泵抽水直接向室內(nèi)消火栓和自動(dòng)噴淋系統(tǒng)供水；另外一種情況在地下消防水池中抽水供往屋頂消防水池時(shí)作為消防系統(tǒng)的第二水源的接力水箱。在第一種情況中，轉(zhuǎn)輸水箱作為直接供水裝置，可以通過(guò)擴(kuò)大容積以提高供水可靠度；在另一種情況中，轉(zhuǎn)輸水箱只作為接力水箱，對(duì)容積要求比第一種情況低，只要不小于轉(zhuǎn)輸水箱進(jìn)水管的容積即可。因此，在第一種情況中，按直接供水系統(tǒng)的10 min容積概念，按轉(zhuǎn)輸水泵10 min水量作為設(shè)計(jì)容積即可。在第二種情況中，以進(jìn)水管內(nèi)水流速度1.5 m/s計(jì)，如系統(tǒng)給水管道長(zhǎng)度為150 m～200 m，則水流經(jīng)過(guò)100 s～134 s即可進(jìn)入轉(zhuǎn)輸水箱。在一般設(shè)計(jì)中可按水泵3 min流量確定水箱容積即可。為避免水泵吸水口存在一定的吸水高度的影響，提高系統(tǒng)可靠度，轉(zhuǎn)輸水箱按水泵流量的5 min容積即可滿足要求。

4 自動(dòng)噴淋系統(tǒng)中報(bào)警閥的設(shè)置

報(bào)警閥是自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中主要起到接通或關(guān)斷報(bào)警水流、防止水倒流和接通或關(guān)斷向配水管道的供水等作用，GB 50084—2001自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(2005修訂)(以下稱“噴規(guī)”)中明確規(guī)定了一個(gè)報(bào)警閥組控制的噴頭數(shù)：“濕式系統(tǒng)、預(yù)作用系統(tǒng)不宜超過(guò)800只；干式系統(tǒng)不宜超過(guò)500只。”

然而，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，在大面積、大體量、超高層建筑的消防系統(tǒng)中，往往會(huì)設(shè)置上萬(wàn)個(gè)噴頭。如果一個(gè)報(bào)警閥組只能控制不超過(guò)800個(gè)的噴頭，那整個(gè)建筑中就要設(shè)置起碼十幾個(gè)報(bào)警閥組，相應(yīng)配套的配水干管則要更多。大量干管設(shè)置在消防管井中，將會(huì)極大增加管井的建設(shè)面積，占據(jù)室內(nèi)空間，造成管道敷設(shè)困難，并且提升工程造價(jià)。

針對(duì)一個(gè)報(bào)警閥組控制的噴頭數(shù)，“噴規(guī)”進(jìn)行了相應(yīng)的條文說(shuō)明：一是為了保證維修時(shí)，系統(tǒng)無(wú)需大面積關(guān)停；二是為了保障系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中，采用報(bào)警閥分散設(shè)置以減少管道集中敷設(shè)產(chǎn)生的占據(jù)空間問(wèn)題。通過(guò)將功能分區(qū)設(shè)置或移至各樓層報(bào)警閥間，減少過(guò)路水平管及干管的數(shù)量。但使用這種方式布置，需分布設(shè)置報(bào)警閥間，不利于集中管理，同時(shí)報(bào)警閥間仍要占據(jù)一定空間。因此，分散設(shè)置的方式并沒(méi)有很好的解決問(wèn)題。

在報(bào)警閥設(shè)置中，可以學(xué)習(xí)消火栓系統(tǒng)布置成環(huán)狀管網(wǎng)的設(shè)計(jì)方法，在濕式報(bào)警閥后自噴管網(wǎng)成環(huán)狀布置，然后接入各個(gè)防火分區(qū)，使系統(tǒng)的供水可靠度提升。同時(shí)，為解決維修時(shí)自噴系統(tǒng)無(wú)法正常作用的問(wèn)題，可以并聯(lián)設(shè)置備用閥。依據(jù)以上思路，在高層建筑自噴系統(tǒng)只需設(shè)置4個(gè)報(bào)警閥組，除保證系統(tǒng)可靠度外，還可省掉一大部分的干管，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，節(jié)省建筑空間和費(fèi)用。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以高層建筑消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，對(duì)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些優(yōu)化方法進(jìn)行探討。從建筑高位水箱給水方式中的轉(zhuǎn)輸水箱和減壓水箱容積確定，及自動(dòng)噴淋系統(tǒng)中的報(bào)警閥設(shè)置等兩方面提出了消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化建議。希望能通過(guò)以上優(yōu)化途徑，起到節(jié)省能源，節(jié)省建設(shè)資金的目的。

[1] 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——給水排水[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2009:133-134.

[2] 楊 琦.超限高層建筑水滅火系統(tǒng)選擇的研究[J].給水排水，2011,37(6):91-95.

[3] 楊 琦.系統(tǒng)評(píng)價(jià)在建筑水滅火系統(tǒng)應(yīng)用的探討[J].給水排水，2007,33(8):94-96.

Discussion on the optimization methods of high-rise fire water supply system design

Yan Xiuqiu

(JinchengArchitecturalDesignInstituteSecondDesignDepartment,Jincheng048000,China)

This paper elaborated the main principle should follow in building fire system design, and discussed the water supply design optimization from the building fire system, put forward some design optimization ideas, in order to provide reference for future high-rise building fire water supply system design.

high-rise building, fire water supply system, optimization design, water saving and energy saving

1009-6825(2015)30-0124-02

2015-08-07

閆秀秋(1982- )，男，工程師

TU976.5

A