高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)若干問(wèn)題探討

吳常軍　（安徽省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽　合肥　230001）

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高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)若干問(wèn)題探討

吳常軍（安徽省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽合肥230001）

通過(guò)對(duì)消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中消防泵啟動(dòng)控制、氣壓罐容積計(jì)算、穩(wěn)壓泵壓力設(shè)定、系統(tǒng)防超壓等幾個(gè)重要問(wèn)題的分析與探討，提出了合理的控制要求和解決方案，以保證高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性、合理性和完整性。

消防主泵；穩(wěn)壓泵；轉(zhuǎn)輸水泵；壓力設(shè)定；減壓閥；氣壓水罐

0　引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，土地資源日趨緊張，高層和超高層建筑日益增多，合理設(shè)計(jì)高層建筑消防給水系統(tǒng)成為設(shè)計(jì)人員面臨的重要課題。《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB50974-2014）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“消水規(guī)”）已于2014年10月1日頒布實(shí)施，引起給排水設(shè)計(jì)人員的廣泛關(guān)注。筆者結(jié)合工程設(shè)計(jì)和施工圖審查中遇到的案例，對(duì)消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中消防泵啟動(dòng)控制、氣壓罐容積計(jì)算、穩(wěn)壓泵壓力設(shè)定、系統(tǒng)防超壓等設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重要問(wèn)題進(jìn)行分析與探討，提出了合理的控制要求和解決方案，以保證高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性、合理性和完整性。

1　氣壓罐容積計(jì)算

當(dāng)消防給水系統(tǒng)設(shè)有氣壓水罐，氣壓水罐不貯存消防主泵啟動(dòng)前消防所需的水量。氣壓水罐的設(shè)置，其目的只在于：①控制穩(wěn)壓泵的啟停；②緩解穩(wěn)壓泵啟停過(guò)于頻繁；③緩沖因停泵水錘等原因而造成的對(duì)系統(tǒng)的壓力沖擊（當(dāng)用氣壓水罐代替屋頂消防水箱的情況不在本文討論范圍）。

氣壓罐調(diào)節(jié)容積應(yīng)按下式計(jì)算：

圖1　氣壓罐內(nèi)壓力示意圖

氣壓罐的總?cè)莘e應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：Vq為氣壓罐的總?cè)莘e（m3）；Vq1為氣壓罐的水容積（m3），應(yīng)大于或等于調(diào)節(jié)容積；ab為氣壓罐內(nèi)的工作壓力比（以絕對(duì)壓力計(jì)），即（p1+0.10MPa）/（p2+0.10MPa），宜采用0.65～0.85，其中p1、p2如圖1所示；β為氣壓罐的容積系數(shù)，隔膜式氣壓罐取1.5。

為保證消防系統(tǒng)的安全性，節(jié)省工程造價(jià)，當(dāng)氣壓罐設(shè)置在消防泵房時(shí)，氣壓罐內(nèi)的工作壓力比宜取0.85，當(dāng)氣壓罐設(shè)置在消防水箱間時(shí)；氣壓罐內(nèi)的工作壓力比宜取0.80。當(dāng)計(jì)算出氣壓罐的調(diào)節(jié)容積小于0.15m3，應(yīng)按0.15m3計(jì)算氣壓罐的總?cè)莘e，滿(mǎn)足《消水規(guī)》第5.3.4條的規(guī)定。

2　穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)壓力和消防主泵啟動(dòng)壓力確定

《消水規(guī)》規(guī)定高位消防水箱的設(shè)置應(yīng)高于其所服務(wù)的滅火設(shè)施，且最低有效水位應(yīng)滿(mǎn)足滅火設(shè)施最不利點(diǎn)處的靜水壓力。一類(lèi)高層公共建筑，最不利點(diǎn)處的靜水壓力不應(yīng)低于0.10MPa，當(dāng)靜水壓力不能滿(mǎn)足要求時(shí)應(yīng)設(shè)置穩(wěn)壓泵。從此規(guī)定可以看出穩(wěn)壓泵的目的是保證最不利點(diǎn)處的靜水壓力，而不是滿(mǎn)足最不利點(diǎn)處消火栓充實(shí)水柱所需的壓力和流量?！断涝鰤悍€(wěn)壓設(shè)備及安裝》（98S205）中穩(wěn)壓泵啟停壓力是按滿(mǎn)足最不利點(diǎn)處消火栓充實(shí)水柱所需的壓力計(jì)算的，筆者認(rèn)為穩(wěn)壓泵不能按圖集直接選用，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)計(jì)算確定，并應(yīng)保持系統(tǒng)最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)的靜水壓力大于0.15MPa。當(dāng)沒(méi)有消防系統(tǒng)管網(wǎng)漏損量數(shù)據(jù)時(shí)，穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)流量可按消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量的1%～3%計(jì)算。

圖2　穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)壓力的確定（一）

圖3　穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)壓力的確定（二）

當(dāng)氣壓罐設(shè)置在消防水箱間時(shí)，見(jiàn)圖2。穩(wěn)壓泵啟動(dòng)壓力p1>0.15MPa-H，為防止穩(wěn)壓泵誤啟動(dòng)，且≥H2+0.07MPa；穩(wěn)壓泵停泵壓力p2=p1/0.8；消防主泵啟泵壓力P=p1+H1+H-0.085MPa。

當(dāng)氣壓罐設(shè)置在消防泵房時(shí)，見(jiàn)圖3。穩(wěn)壓泵啟動(dòng)壓力p1>H+0.15MPa，為防止穩(wěn)壓泵誤啟動(dòng)，且≥H2+0.01MPa；穩(wěn)壓泵停泵壓力p2=p1/0.85；消防主泵啟泵壓力P=p1-0.085MPa。

3　消防水泵啟?？刂?/h2>

對(duì)于消防水泵啟動(dòng)控制要求，《消水規(guī)》和《高層建筑民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50045）有本質(zhì)的區(qū)別。《高層建筑民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50045）規(guī)定：消防水泵由設(shè)置于消防箱內(nèi)的按鈕直接啟動(dòng)。在實(shí)際工程調(diào)試中，由于消防管網(wǎng)系統(tǒng)較大，尤其是區(qū)域消防共用消防泵房時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)消防按鈕無(wú)法及時(shí)啟動(dòng)消防水泵的情況，因此《消水規(guī)》第11.0.4條的規(guī)定：消防水泵應(yīng)由消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開(kāi)關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開(kāi)關(guān)，或報(bào)警閥壓力開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)信號(hào)直接自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵。

對(duì)于《消水規(guī)》第11.0.4條的規(guī)定，筆者認(rèn)為需要分兩種工況進(jìn)行分析。第一種情況：當(dāng)消防給水系統(tǒng)設(shè)有高位消防水箱，其最低有效水位能滿(mǎn)足滅火設(shè)施最不利點(diǎn)處的靜水壓力，無(wú)需設(shè)置穩(wěn)壓泵。消防水箱消防出水時(shí)，消防水泵出水干管壓力開(kāi)關(guān)處壓力變化很小，該系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先由高位消防水箱出水管上的流量開(kāi)關(guān)直接啟動(dòng)消防水泵，同時(shí)壓力開(kāi)關(guān)信號(hào)作為報(bào)警信號(hào)和第二啟動(dòng)消防水泵信號(hào)，以免貽誤滅火戰(zhàn)機(jī)。流量開(kāi)關(guān)應(yīng)具有以下功能：出水動(dòng)作延遲30s啟動(dòng)消防水泵，流量不超過(guò)管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的漏損量時(shí)不動(dòng)作，管網(wǎng)漏損量可按消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量3%計(jì)算。

第二種情況：當(dāng)消防給水系統(tǒng)設(shè)有高位消防水箱，其最低有效水位不能滿(mǎn)足滅火設(shè)施最不利點(diǎn)處的靜水壓力，系統(tǒng)設(shè)有穩(wěn)壓泵。該系統(tǒng)應(yīng)由消防水泵出水干管上壓力開(kāi)關(guān)信號(hào)直接自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵，高位消防水箱出水管上的流量開(kāi)關(guān)信號(hào)作為報(bào)警信號(hào)和第二啟動(dòng)消防水泵信號(hào)。消防主泵啟動(dòng)壓力按本文上節(jié)方法計(jì)算確定。

消防水泵不應(yīng)設(shè)置自動(dòng)停泵功能，自動(dòng)關(guān)閉消防水泵會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)撲救的消防隊(duì)員造成一定的危險(xiǎn)，因此消防泵不能自動(dòng)停泵，只有具有管理權(quán)限的人員根據(jù)火災(zāi)撲救情況控制消防泵停泵。

4　消防轉(zhuǎn)輸水泵控制

建筑高度大于120m的超高層建筑，一般在避難層設(shè)置轉(zhuǎn)輸水箱和高區(qū)消防泵房。本節(jié)旨在討論設(shè)置在地下消防泵房?jī)?nèi)，向轉(zhuǎn)輸水箱供水的轉(zhuǎn)輸水泵控制要求。

目前設(shè)計(jì)人員的做法有兩種，第一種是消防轉(zhuǎn)輸水泵的啟停，由轉(zhuǎn)輸水箱的液位控制，即當(dāng)高區(qū)消防泵啟動(dòng)供水時(shí)，消防轉(zhuǎn)輸水箱水位下降到設(shè)計(jì)水位時(shí)，消防轉(zhuǎn)輸水泵啟動(dòng)；當(dāng)消防轉(zhuǎn)輸水箱水位達(dá)到最高水位時(shí)，轉(zhuǎn)輸水泵停泵。筆者認(rèn)為：這種通過(guò)轉(zhuǎn)輸水箱液位控制消防轉(zhuǎn)輸水泵啟停的方式，雖能避免水箱溢流，但不符合《消水規(guī)》第11.0.2條“消防水泵不應(yīng)設(shè)置自動(dòng)停泵的控制功能”的規(guī)定要求。大多數(shù)火災(zāi)情況下，高區(qū)消防實(shí)際用水量均小于消防轉(zhuǎn)輸水泵的流量，由于消防轉(zhuǎn)輸水箱容積較小，會(huì)造成消防轉(zhuǎn)輸水泵頻繁啟停，增加故障率，影響消防系統(tǒng)的供水安全性。

第二種是消防轉(zhuǎn)輸水泵與高區(qū)消防泵聯(lián)動(dòng)控制，高區(qū)任一消防泵啟動(dòng)同時(shí)聯(lián)動(dòng)消防轉(zhuǎn)輸水泵啟動(dòng)，消防水泵從接到啟泵信號(hào)到水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)的自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)間不應(yīng)大于2min，當(dāng)確認(rèn)火災(zāi)撲救結(jié)束后高區(qū)消防泵手動(dòng)停泵時(shí)，同時(shí)手動(dòng)停止消防轉(zhuǎn)輸水泵。這種控制方式既能及時(shí)啟動(dòng)消防轉(zhuǎn)輸水泵，又能在火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)不間斷工作，保證高區(qū)消防給水的連續(xù)穩(wěn)定供水。在實(shí)際滅火救援過(guò)程中，高區(qū)消防用水量往往達(dá)不到消防設(shè)計(jì)流量，而消防轉(zhuǎn)輸水泵以消防設(shè)計(jì)流量向轉(zhuǎn)輸水箱供水，造成水箱溢流。為保證消防儲(chǔ)水量能夠在火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)全部被有效利用，轉(zhuǎn)輸水箱溢流管應(yīng)連接到消防水池。

5　消防給水系統(tǒng)防超壓措施

消防給水系統(tǒng)的超壓是高層建筑中常見(jiàn)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響消防管網(wǎng)的安全使用，造成管道、配件、附件、器材和設(shè)備的損壞。為確保消防給水系統(tǒng)安全可靠，必須采取相應(yīng)防治措施。造成消防給水系統(tǒng)超壓的主要原因，有以下幾種常見(jiàn)情況。

①消防給水系統(tǒng)中設(shè)備、管材管件、閥門(mén)和配件等選用不當(dāng)，與消防給水工作壓力不匹配，造成管道、配件等超壓破壞。

②按設(shè)計(jì)流量選消防水泵，而水泵的流量～揚(yáng)程曲線(xiàn)較陡直，當(dāng)消防水泵在小流量運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)超壓。

③消防水泵從給水管網(wǎng)直接吸水，水泵揚(yáng)程按給水管網(wǎng)的最低水壓計(jì)算。水泵運(yùn)行時(shí)如正逢給水管網(wǎng)的最高水壓，而給水管網(wǎng)的最低水壓與最高水壓相差較大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)超壓。

④消防給水系統(tǒng)豎向分區(qū)不合理，按最低位置的室內(nèi)消火栓靜水壓力1.0MPa進(jìn)行豎向分區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)有穩(wěn)壓設(shè)備時(shí)未考慮穩(wěn)壓泵啟停壓力，造成管網(wǎng)超壓。

⑤消防水泵因故障或停電而突然停轉(zhuǎn)，停泵水錘造成超壓。

⑥消防給水豎向分區(qū)采用減壓閥分區(qū)給水方式，當(dāng)減壓閥因故障而關(guān)閉不嚴(yán)或旁通管上閥門(mén)失控時(shí)，會(huì)造成低區(qū)給水管網(wǎng)的超壓。

⑦消防給水采用串聯(lián)給水方式，當(dāng)止回閥不嚴(yán)密時(shí)，低區(qū)的水泵會(huì)因靜水壓力大于其工作壓力而超壓。

通過(guò)對(duì)上述造成消防給水系統(tǒng)超壓的原因分析，為保證消防給水系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，采取下列防超壓措施。

①消防給水系統(tǒng)中采用的設(shè)備、管材管件、閥門(mén)和配件等系統(tǒng)組件的工作壓力應(yīng)大于消防給水系統(tǒng)的系統(tǒng)工作壓力。

②選用流量～揚(yáng)程曲線(xiàn)平緩的水泵，當(dāng)消防用水量較大時(shí)，可設(shè)計(jì)多臺(tái)水泵并聯(lián)。用水量小時(shí)單泵運(yùn)行，用水量大時(shí)多泵并聯(lián)運(yùn)行，并聯(lián)水泵不宜超過(guò)3臺(tái)。

③進(jìn)行合理的豎向分區(qū)，消防給水管網(wǎng)豎向分區(qū)時(shí)，不按室內(nèi)消火栓靜水壓力1.0MPa進(jìn)行分區(qū)，適當(dāng)留有余地。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)有穩(wěn)壓設(shè)備時(shí)，室內(nèi)消火栓靜水壓力應(yīng)按穩(wěn)壓泵停泵壓力計(jì)算。

④消防水泵從給水管網(wǎng)直接吸水時(shí)，以給水管網(wǎng)的最高水壓對(duì)水泵的工作情況進(jìn)行校核，防止超壓。

⑤消防水泵出口處設(shè)置水錘消除器，有效防止停泵水錘。

⑥消防給水豎向分區(qū)采用減壓閥分區(qū)時(shí)，應(yīng)設(shè)置備用減壓閥組，閥前設(shè)置過(guò)濾器，不應(yīng)設(shè)旁通管。減壓閥減壓工況點(diǎn)不得位于減壓閥工作曲線(xiàn)氣蝕區(qū)，當(dāng)一次減壓不能滿(mǎn)足要求時(shí)，可采用串聯(lián)減壓方式。

⑦消防給水采用消防泵直接串聯(lián)給水方式時(shí)，應(yīng)校核系統(tǒng)工作壓力，并應(yīng)在串聯(lián)消防水泵出水管上設(shè)置減壓型倒流防止器。

⑧消防給水系統(tǒng)采取了相關(guān)防超壓措施，仍存在超壓可能時(shí)，可在系統(tǒng)中采取相應(yīng)泄壓穩(wěn)壓閥。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)泄壓閥設(shè)定值時(shí)，泄壓閥動(dòng)作泄壓；當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到泄壓閥設(shè)定值時(shí)，泄壓閥自動(dòng)關(guān)閉維持系統(tǒng)壓力，不致造成管網(wǎng)損害。

6　結(jié)論

綜上所述，本文明確了消防穩(wěn)壓系統(tǒng)中氣壓罐容積的計(jì)算方法，并對(duì)計(jì)算公式中的各參數(shù)取值提出合理建議；結(jié)合不同供水方式和工況，提出了穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)壓力、消防泵啟動(dòng)壓力計(jì)算方法，并分析討論了消防水泵和消防轉(zhuǎn)輸水泵啟?？刂埔螅煌瑫r(shí)提出了高層建筑消防給水系統(tǒng)防超壓解決方案。本文觀點(diǎn)和結(jié)論僅供設(shè)計(jì)人員參考和借鑒。

[1]GB50794-2014，消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].

[2]全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-給水排水[S].

[3]GB50015-2003，建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]15S909，消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范圖示[S].

[5]建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組.建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

TU821.3

A

1007-7359(2016)03-0220-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.080

吳常軍（1968-），男，安徽太和人，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，碩士，高級(jí)工程師。