高层建筑消防给水系统设计若干问题探讨.pdf

圆 高层建筑消防给水系统设计若干问题探讨 吴常军 ( 安 徽 省 建 筑 设 计 研 究 院 有 限 责 任 公 司 ， 安 徽 合 肥 2 3 0 0 0 1 ) 摘 要 ： 通过对消防给水系 统设计中消防泵启动控制、 气压罐容积计算、 稳压泵压力设定、系统防超压等几个重要 问题的分析与探讨， 提 出了合理 的控制要 求和解决方案，以保证高层建筑消防给水系统设计的可靠性、合 理 性和 完整 性。 关键词 ：消防主泵；稳压泵；转输水泵； 压力设定；减压阀；气压水罐 中图分类号 ：T U 8 2 1 3 文献标识码 ：A 文章编号：1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 2 2 0 0 4 D OI ：1 0 1 6 3 3 0 j c n k i 1 0 0 7 - 7 3 5 9 2 0 1 6 0 3 0 8 0 0引 言 随着城市经济建设的快速发展 ， 土地资源 日趋紧 张， 高层和超高层建筑 日 益增多， 合理设计高层建筑 消防给水系统成为设计人员面临的重要课题。 消防 给水及消火栓系统技术规范 ( G B 5 0 9 7 4 2 0 1 4)( 以 下简称 “ 消水规” ) 已于 2 0 1 4年 1 O月 1日颁布实施 ， 引起给排水设计人员的广泛关注。 笔者结合工程设计 和施工图审查中遇到的案例， 对消防给水系统设计中 消防泵启动控制 、 气压罐容积计算 、 稳压泵压力设定 、 系统防超压等设计人员关注的重要问题进行分析与 探讨 ，提出了合理的控制要求和解决方案 ，以保证高 层建筑消防给水系统设计 的可靠性 、合理性和完整 生。 1 气压罐容积计算 当消防给水系统设有气压水罐， 气压水罐不贮存 消防主泵启动前消防所需的水量。气压水罐的设置， 其 目的只在于： 控制稳压泵的启停； 缓解稳压泵 启停过于频繁； 缓冲因停泵水锤等原因而造成的对 系统的压力冲击( 当用气压水罐代替屋顶消防水箱的 情况不在本文讨论范围 ) 。 气压罐调节容积应按下式计算： v ： o a 4 a ， z q 口 b 作者简介：吴常军 ( 1 9 6 8 一) ，男，安徽太和人 ，毕业于合肥工业大学，硕 士，高Y I _ T - 程师。 V l P 1 图 1 气 压罐 内压 力不 意 图 式中 ： ： 为气压罐 的调节容积 ( m ) ；q 为水 泵出水量 ( m h ) ；a 为安全系数 ，宜取 1 0 1 3 ；n 为水泵在 1 h内的启动次数，不宜大于 1 5 次。 气压罐的总容积应按下式计算 ： V ： 1 -a 6 式中： 为气压罐的总容积 ( m ) ； 为气压罐 的水容积 ( m 。 ) ， 应大于或等于调节容积；a 为气压 罐 内 的 工 作 压 力 比 (以 绝 对 压 力 计 ) ， 即 (P + O 1 0 MP a ) (P ， + O 1 0 MP a ) ， 宜采用 0 6 5 0 8 5 ， 其中P 、P ： 如图 l 所示； 为气压罐的容积系数， 隔膜式气压罐取 1 5 。 为保证消防系统的安全性， 节省工程造价， 当气 压罐设置在消防泵房时 ， 气压罐 内的工作压力比宜取 0 8 5 ，当气压罐设置在消防水箱间时； 气压罐内的工 作压力比宜取 0 8 0 。 当计算出气压罐的调节容积小于 0 1 5 m ， 应按 0 1 5 m 计算气压罐的总容积，满足 消 水规 第 5 3 4 条的规定。 2 稳压泵设计压力和消防主泵启动压力确定 消水规 规定高位消防水箱的设置应高于其所 服务的灭火设施， 且最低有效水位应满足灭火设施最 弓 不利点处的静水压力。 一类高层公共建筑， 最不利点 处的静水压力不应低于 0 1 0 MP a ，当静水压力不能满 足要求时应设置稳压泵 。 从此规定可以看 出稳压泵的 目的是保证最不利点处的静水压力， 而不是满足最不 利点处消火栓充实水柱所需的压力和流量。 消防增 压稳压设备及安装( 9 8 S 2 0 5 )中稳压泵启停压力是 按满足最不利点处消火栓充实水柱所需的压力计算 的， 笔者认为稳压泵不能按图集直接选用， 其设计压 力应计算确定 ， 并应保持系统最不利点处水灭火设施 在准工作状态时的静水压力大于 0 1 5 MP a 。 当没有消 防系统管 网漏损量数据时， 稳压泵设计流量可按消防 给水系统设计流量的 1 一 3 计算。 I l I I *木 l 一 I I l I 位 术 1 一 肺 c - J X X X F 2 F 1 F l I I f 1 l ：I I ， r = T飞 r I T 厂 厂 0 I 图 3稳压泵设计压力的确定 ( 二 ) 当气压罐设置在消防水箱间时，见图2 。稳压泵 启动压力 0 1 5 M P a H， 为防止稳压泵误启动， 且 P ， + 0 0 7 MP a ；稳压泵停泵压力 P， =P 1 0 8 ； 消防主泵启泵压力P= P 1 + + H 一 0 0 8 5 M P a 。 当气压罐设置在消防泵房时， 见图 3 。稳压泵启 动压力 P ， H + 0 1 5 MP a ，为防止稳压泵误启动 ，且 P + 0 0 1 M P a ；稳压泵停泵压力P 2 = P 1 0 8 5 ； 消防主泵启泵压力P= P 一 0 0 8 5 M P a 。 3 消防水泵启停控制 对于消防水泵启动控制要求， 消水规和 高 层建筑民用建筑设计防火规范( G B 5 0 0 4 5 ) 有本质 的 区别 。高层 建筑 民用 建筑设 计 防火 规范 ( G B 5 0 0 4 5 ) 规定： 消防水泵由设置于消防箱内的按 钮直接启动。 在实际工程调试 中，由于消防管网系统 较大 ， 尤其是区域消防共用消防泵房时 ， 经常出现消 防按钮无法及时启动消防水泵的情况， 因此 消水规 第 1 1 0 4 条的规定： 消防水泵应由消防水泵出水干管 上设置的压力开关、 高位消防水箱出水管上的流量开 关， 或报警阀压力开关等开关信号直接自动启动消防 水泵。 对于 消水规 第 1 1 0 4 条的规定， 笔者认为需 要分两种工况进行分析。 第一种情况： 当消防给水系 统设有高位消防水箱 ， 其最低有效水位能满足灭火设 施最不利点处的静水压力 ， 无需设置稳压泵。消防水 箱消防出水时 ， 消防水泵出水干管压力开关处压力变 化, E 4 , ， 该系统应优先由高位消防水箱出水管上的流 量开关直接启动消防水泵， 同时压力开关信号作为报 警信号和第二启动消防水泵信号 ，以免贻误灭火战 机 。流量开关应具有 以下功能 ：出水动作延迟 3 0 s 启 动消防水泵 ， 流量不超过管网系统设计的漏损量时不 动作 ，管网漏损量可按消防给水系统设计流量 3 计 算 。 第二种情况 ：当消防给水系统设有高位消防水 箱， 其最低有效水位不能满足灭火设施最不利点处的 静水压力 ， 系统设有稳压泵。该系统应由消防水泵出 水干管上压力开关信号直接 自 动启动消防水泵， 高位 消防水箱出水管上的流量开关信号作为报警信号和 第二启动消防水泵信号。 消防主泵启动压力按本文上 节方法计算确定。 消防水泵不应设置自动停泵功能， 自 动关闭消防 水泵会给现场扑救的消防队员造成一定的危险， 因此 臣 口 匪 ： ； 。I 删 ! * ： 囫 U 消防泵不能 自动停泵 ， 只有具有管理权限的人员根据 火灾扑救情况控制消防泵停泵 。 4 消防转输水泵控制 建筑高度大于 1 2 0 m的超高层建筑 ，一般在避难 层设置转输水箱和高区消防泵房。 本节旨在讨论设置 在地下消防泵房内， 向转输水箱供水的转输水泵控制 要求 。 目前设计人员的做法有两种， 第一种是消防转输 水泵的启停， 由转输水箱的液位控制， 即当高区消防 泵启动供水时，消防转输水箱水位下降到设计水位 时 ， 消防转输水泵启动 ；当消防转输水箱水位达到最 高水位时， 转输水泵停泵。 笔者认为： 这种通过转输 水箱液位控制消防转输水泵启停的方式， 虽能避免水 箱溢流， 但不符合 消水规 第 1 1 0 2 条 “ 消防水泵 不应设置自动停泵的控制功能” 的规定要求。 大多数 火灾情况下 ， 高区消防实际用水量均小于消防转输水 泵的流量 ，由于消防转输水箱容积较小 ， 会造成消防 转输水泵频繁启停 ， 增加故障率 ， 影响消防系统的供 水安全性 。 第二种是消防转输水泵与高区消防泵联动控制， 高区任一消防泵启动同时联动消防转输水泵启动， 消 防水泵从接到启泵信号到水泵正常运转的自动启动 时间不应大于 2 m i n ，当确认火灾扑救结束后高区消 防泵手动停泵时 ，同时手动停止消防转输水泵。这种 控制方式既能及时启动消防转输水泵， 又能在火灾延 续时间内不间断工作 ， 保证高区消防给水的连续稳定 供水 。 在实际灭火救援过程中， 高 区消防用水量往往 达不到消防设计流量 ， 而消防转输水泵 以消防设计流 量向转输水箱供水 ， 造成水箱溢流。 为保证消防储水 量能够在火灾延续时间内全部被有效利用， 转输水箱 溢流管应连接到消防水池 。 5 消防给水系统防超压措施 消防给水系统的超压是高层建筑中常见的现象， 严重影响消防管网的安全使用， 造成管道、 配件、附 件 、 器材和设备的损坏。 为确保消防给水系统安全可 靠 ， 必须采取相应防治措施。 造成消防给水系统超压 的主要原因 ，有以下几种常见情况。 消防给水系统中设备 、 管材管件 、 阀门和配件 等选用不当 ， 与消防给水工作压力不匹配 ， 造成管道 、 配件等超压破坏。 按设计流量选消防水泵， 而水泵的流量 扬程 曲线较 陡直 ， 当消防水泵在小流量运行时出现超压 。 消防水泵从给水管网直接吸水 ， 水泵扬程按给 水管网的最低水压计算。 水泵运行时如正逢给水管网 的最高水压， 而给水管网的最低水压与最高水压相差 较大时 ，就会 出现超压 。 消防给水系统竖向分区不合理， 按最低位置的 室内消火栓静水压力 1 O MP a进行竖 向分 区，当系统 设有稳压设备时未考虑稳压泵启停压力 ， 造成管网超 压 。 消防水泵因故障或停电而突然停转 ， 停泵水锤 造成超压 。 消防给水竖 向分 区采用减压阀分区给水方式 ， 当减压阀因故障而关闭不严或旁通管上阀门失控时， 会造成低 区给水管网的超压 。 消防给水采用串联给水方式， 当止回阀不严密 时 ，低 区的水泵会 因静水压力大于其工作压力而超 压 。 通过对上述造成消防给水系统超压 的原 因分析 ， 为保证消防给水系统安全可靠运行 ， 采取下列防超压 措施 。 消防给水系统中采用的设备 、 管材管件、 阀门 和配件等系统组件的工作压力应大于消防给水系统 的系统工作压力 。 选用流量 扬程曲线平缓的水泵 ， 当消防用水 量较大时 ， 可设计多台水泵并联 。 用水量小时单泵运 行 ，用水量大时多泵并联运行 ，并联水泵不宜超过 3 台。 进行合理的竖向分区， 消防给水管网竖向分区 时 ，不按室内消火栓静水压力 1 0 MP a 进行分 区，适 当留有余地。当系统设有稳压设备时， 室内消火栓静 水压力应按稳压泵停泵压力计算 。 消防水泵从给水管网直接吸水时， 以给水管网 的最高水压对水泵的工作情况进行校核，防止超压。 消防水泵出口处设置水锤消除器， 有效防止停 泵水锤 。 消防给水竖向分区采用减压阀分区时， 应设置 备用减压阀组 ，阀前设置过滤器 ， 不应设旁通管 。减 弓 淫 压阀减压工况点不得位于减压阀工作曲线气蚀区， 当 一 次减压不能满足要求时，可采用串联减压方式。 消防给水采用消防泵直接串联给水方式时 ， 应 校核系统工作压力 ， 并应在 串联消防水泵 出水管上设 置减压型倒流防止器。 消防给水系统采取了相关防超压措施， 仍存在 超压可能时 ， 可在系统 中采取相应泄压稳压阀。当系 统压力超过泄压阀设定值时， 泄压阀动作泄压； 当系 统压力降低到泄压阀设定值时， 泄压阀自动关闭维持 系统压力 ，不致造成管 网损害。 6 结 论 综上所述 ， 本文 明确了消防稳压系统 中气压罐容 积的计算方法， 并对计算公式中的各参数取值提出合 理建议； 结合不同供水方式和工况， 提出了稳压泵设 计压力、 消防泵启动压力计算方法， 并分析讨论了消 防水泵和消防转输水泵启停控制要求 ； 同时提出了高 层建筑消防给水系统防超压解决方案。 本文观点和结 论仅供设计人员参考和借鉴。 参考文献 1 1 G B 5 0 7 9 4 2 0 1 4 ，消防给水及消火栓系统技术规范【 s 【 2 全国民用建筑工程设计技术措施一 给水排水s 】 【 3 J3 G B 5 0 0 1 5 2 0 0 3 ，建筑给水排水设计规范【 s 【 4 1 5 S 9 0 9 ，消防给水及消火栓系统技术规范图示【 s 【 5 5 建筑给水排水设计手册编写组 建筑给水排水设计手册【 M 】 北京：中国 建筑工业出版社，2 0 0 8 ( 上接第 1 4 7页) 水泥土搅拌法工程费用计算表 表 3 材料名称 真空预压法 水泥土搅拌法 5 3费用计算分析 从以上几个计算表可以看出， 在同样满足建( 构 ) 筑物对地基要求前提下 ， 真空预压法所需的工程费用 比水泥土搅拌法所需的工程费用减少了9 0 9 5 2 万元 ， 同比费用下降幅度达 5 1 6 8 。为更直观反映真空预 压法经济效益， 进一步分析两个方案的单位面积造价 指标 ， 真空预压法每单位面积造价 比水泥土搅拌法每 单位面积造价节约 2 8 7 8 2元 ，下 降幅度达 5 1 6 8 。 主要原因是大量利用材料单价相对便宜的砂土料， 减 少混凝土用量 ， 很好降低 了工程费用 ， 从而有效地控 制了工程造价 。 真空预压法是岩土工程治理 中处理软弱地基 的 一 种行之有效的方法 ，通过预先对 软弱地基施 加荷 载， 来消除地基的部分沉降变形， 缩短地基的固结周 期， 提高地基的强度和抗滑稳定性， 从而达到加固软 弱地基的 目的。适用于加固淤泥 、淤泥质黏性土。与 水泥土搅拌法相比真空预压工期短、 施工简单、 质量 可靠、 可以节约工程造价、 有利于环境保护和具有明 显社会效益。本工程推荐了技术可行、经济更合理、 安全适用、能确保质量的真空预压法。 6 结 语 建设项目一般都具有周期长、 投资大、 风险也较 大、 不可逆转等特点， 一旦投资下去， 即使发现错了， 也很难更改， 损失很难挽回。 这使得项目在工程可行 性研究 阶段方案选择和设计的工作成为投资项 目的 首要环节和重要方面 ， 并且对项 目建设 的成败具有一 定影响力。在现实经济环境 中， 业主建设单位希望设 计方案是最经济， 造价最低的方案， 导致方案经济比 选越来越重要 ， 经济比选结果成为一个建设项 目设计 方案决策重要依据。 参考文献 1 】林宗元岩土工程治理手册 M 北京：中国建筑工业出版社出版，2 0 0 5 【 2 交通部交水发 ( 2 0 0 4) 2 4 7 号 ， 沿海港 口建设工程概算预算编制规定 s 】 【 3 交通部交基发 ( 2 0 0 4)2 4 7号，沿海港口水工建筑工程定额 s 囫 量 孰