大厦给水排水及消防系统设计.doc

某大厦给水排水及消防系统设计

摘 要：简要介绍了天津市华苑产业园区某大厦给水排水工程的设计，并就设计过程中遇到的问题进行了探讨。
关键字：高层建筑 中水系统 水喷雾系统 二氧化碳灭火系统
　　某大厦是由韩国新成焕电子技术（天津）有限公司投资建设的一座综合性大楼。该建筑高度为45m，地下一层，地上十层，总建筑面积为16500m2。其中地下室为战时人防，平时设备间及汽车库；一、二层为金融、保险、证券、商务中心等；三、四层为开敞式办公；五层为健身房、洗浴桑拿用房；六～八层为客房；九层为KTV包间；十层为厨房及餐厅；十层顶为设备层。
　　本文介绍了某大厦的给水排水设计，并就设计中遇到的有关问题进行了探讨。
一.设计内容介绍
　　本工程设计共包括生活给水、生活热水、排水、中水、消防给水、冷却循环水等系统。
（一）生活给水系统
　　建筑附近市政给水压力为0.2MPa，由市政给水管线接入两条DN200引入管，经水表计量后接至庭院DN200环形管道。由庭院环形管引两根DN200水管接至室外地下消防水池，引DN100管道接至地下室不锈钢生活水箱。地下室设有三台生活泵，两用一备。
　　从节能角度考虑，把生活给水系统竖向分为两个分区。第一分区为地下层～二层，利用市政水压直接供水；第二分区为三层～十层，由地下生活泵房的变流稳压生活泵从生活水箱抽水加压供给。各区最低卫生器具配水点的静水压力均不大于0.35MPa。
（二）生活热水系统
　　建筑热水用水点为综合楼的客房、洗浴及各个卫生间。热水的最高日用水量为24m3/d。在地下室的锅炉房内设燃气锅炉一台供应热水，在屋顶设备间设热水贮罐一个，贮存4.5 m3热水。采用机械全循环，为同程式热水供应系统。在热水贮罐上设温控阀，在不用水的情况下，贮罐内水温降低到设定值时，即启动循环泵对系统进行循环，以保证热水供应温度始终满足设定值。
（三）排水系统
　　因本建筑涉及到中水系统，故排水系统采用污废水分流制，其生活污水与废水各采用一套管道系统收集排出建筑。地下室地面渗漏水、制冷机冷凝水、泵房排水、坡道雨水、消防排水等清洁废水分别由集水坑汇集后由潜污泵提升排出，水泵由液位控制启停。污水排至庭院污水管网后，经化粪池处理后再排入市政管网。废水排至庭院废水管网后，收集进入调节池作为中水原水。调节池设有溢流管，当中水原水量大于用水量时，多余部分可直接排至污水管网。这样既可保证中水水量始终满足使用要求，又不会因为中水原水量大于用水量而产生污水外溢的情况。
　　屋面雨水采用内排水系统，排至室外雨水管道。室外采用雨污分流制，雨水经管道收集后排入市政雨水管网。
（四）中水系统
　　建筑的中水用水点主要考虑为冲厕用水。中水水源考虑采用洗浴排水、盥洗排水等。因为设计周期较短，又没有实测资料，故采用《建筑中水设计规范》GB50336-2002中表3.1.4（如下表）中的参数进行设计。
各类建筑物分项给水百分率（％）
项目
住宅
宾馆、饭店
办公楼、教学楼
公共浴室
餐饮业、营业餐厅
冲厕
21.3～21
10～14
60～66
2～5
6.7～5
厨房
20～19
12.5～14
—
—
93.3～95
沐浴
29.3～32
50～40
—
98～95
—
盥洗
6.7～6.0
12.5～14
40～34
—
—
洗衣
22.7～22
15～18
—
—
—
总计
100
100
100
100
100
注：沐浴包括盆浴和淋浴
　　根据表中的数据，计算出本建筑的中水用水量为35m3/d。中水原水排水量约为100 m3/d，原水量远大于用水量，故不用考虑调节池的补水。雨水是很好的原水水源，但其具有较强的季节性，将雨水作为中水水源在收集储存等方面有一定的难度，并且设计中还需考虑雨水的冲击负荷问题，解决好雨水的分流和溢流问题，况且室内生活废水量已足够使用，故不考虑雨水的收集。调节池的容积按中水日用水量的110％计算，取40m3。中水贮存水箱的调节容积按中水日用水量的30％计算，取11m3。
　　本设计采用成品膜生物反应器对中水原水进行处理，从安全角度考虑，选用50m3/d的反应器一台。
　　调节池的设计如图所示。

　　调节池设于室外地下，在调节池的进水管处设毛发聚集井，对废水中的杂物进行初步的过滤，在沉淀槽中废水得到进一步净化。毛发聚集井及沉淀槽需要每隔一段时间进行一次清理，以防影响处理水量。因为总图布置原因，无法就近设置中水机房，所以机房设在了屋顶设备层，由设于地下室的中水泵提升原水至屋顶反应器进行处理。中水泵的控制设在中水机房内，由膜生物反应器的控制器统一控制。在设备层设有中水贮存水箱一座。水箱设有冷水补水管，设备检修时不影响正常用水要求。在中水箱出水管上设有紫外线消毒杀菌器，对中水进行消毒。
（五）消防给水系统
1.消火栓给水系统
　　该建筑为一类建筑的综合楼，根据《高层民用建筑设计防火规范》表7.2.2之规定，室内、外消火栓用水量均为30L/s，但是根据表下注：“建筑高度不超过50m，室内消火栓用水量超过30L/s，且设有自动喷水灭火系统的建筑物，其室内、外消防用水量可按本表减少5 L/s。”所以本设计选用室内、外消火栓用水量均为25L/s，火灾延续时间3小时。
　　在地下消防泵房内设有智能型消火栓加压泵三台，两用一备。屋顶设消火栓系统与喷淋系统合用消防水箱，贮存10min初期消防用水量共18m3。由于消防水箱最低液位与最不利消火栓的静水压力不足0.07MPa，故另设两台消防增压泵，一用一备，为消火栓系统增压。屋顶水箱间设检验消火栓。因为消火栓栓口压力均不超过0.80MPa，故室内消火栓系统采用一个分区，消火栓栓口的出水压力大于0.50MPa时，消火栓采用减压稳压消火栓。室内消火栓管道成环状布置，消火栓间距不大于30m，且保证两股充实水柱同时到达室内任一点。在每层均设有带消防卷盘的消火栓。每个消火栓处均设有启泵按钮。消火栓系统设水泵接合器两套。

　　市政管网供水压力为0.2MPa，室外消火栓用水量由室外环形管道上设置的室外消火栓提供。室外消火栓间距不大于120m，且室外消火栓距建筑物不超过40m。
2.自动喷水灭火系统
　　该建筑火灾危险等级为中危险级Ⅱ级，喷水强度为8L/min·m2，作用面积为160m2。一～十层均采用湿式系统，地下室汽车库采用预作用系统。除十层的厨房采用93℃闭式喷头以外，其余部分均采用68℃闭式喷头。自动喷水灭火系统采用一个供水分区。地下室设智能型喷淋泵三台，两用一备。湿式系统与预作用系统共用一套消防泵，泵后分别接各自系统的报警阀。每层均设有水流指示器，在喷淋立管的顶端设自动跑气阀。在屋顶水箱间设有喷淋稳压泵两台，一用一备，及一台气压罐，泵后管道接至地下消防泵房报警阀前的环形管道。自动喷水灭火系统设水泵接合器两套。
3.卷帘保护系统
　　在建筑首层和二层有一处设有防火卷帘的共享空间。在防火卷帘两侧，设闭式加密喷头对卷帘进行防护冷却。加密喷头的喷水时间不低于3小时，喷水强度不小于0.5L/s·m，喷头间距在2.0m~2.5m，喷头距卷帘的距离为0.5m。消防泵房内设智能型卷帘保护消防泵三台，两用一备。卷帘保护系统设水泵接合器两套。
4.水喷雾系统
　　该建筑的空调系统采用直燃机制冷，直燃机与热水锅炉均设于地下室的制冷机房内。根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2001年版），制冷机房应设水喷雾灭火系统。设计目的为防护冷却，设计喷水强度为9L/min·m2，持续喷水时间为6小时。喷头采用水雾喷头，水雾喷头的布置考虑使水雾直接喷射和覆盖保护对象。在消防泵房设有水雾泵两台，一用一备，系统设雨淋阀。因为水雾喷头的喷口较标准喷头小，故阀前应设过滤器，以防水雾喷头被水中的杂质堵塞，影响灭火效果。
　　在设计过程中，建设单位认为消防水池偏大。为解决这一问题，在与消防部门研究后，决定将制冷机房的水喷雾系统改为二氧化碳灭火系统。
5.二氧化碳灭火系统
　　二氧化碳灭火系统设计采用全淹没灭火系统对锅炉房进行防护。
(1)　防护区具体情况
防护区名称
制冷机房
折算面积（m）
376
防护区面积（m2）
100
总容积（m3）
440
室内高（m）
4.4

(2)　二氧化碳灭火系统主要设计参数
设计灭火浓度（％）
灭火剂喷射时间（s）
储存压力（MPa）
设计计算环境温度
47
≤60
5.17
20℃
(3)　二氧化碳灭火系统管网设计计算结果
i.灭火剂储存容器：
浓度系数
储存压力（MPa）
容器容积（L）
充装比（Kg/L）
充装量（Kg/瓶）
1.5
5.17
70
0.64
43.6
ii.灭火剂用量：
设计浓度（％）
设计灭火剂用量（Kg）
储存用量（Kg）
剩余量（Kg/瓶）
储瓶数量（个）
47
575
598
23
14
(4)　二氧化碳灭火系统的工作原理
　　当保护区内一路火灾探测器发出报警信号时，报警控制器发出报警信号；当保护区内感烟和感温两路探测器同时发出报警信号时或手动操作紧急启动按钮时，声光报警器向保护区内发出声光报警信号，此时保护区内的人员应立即撤离现场，延时20～30秒后，自动启动电磁阀，驱动二氧化碳灭火系统，向保护区内喷放灭火药剂实施灭火，同时，保护区门外的放气指示灯闪亮，警告人员不要入内。灭火完成后，由专业人员使系统恢复到监测状态。
6.消防泵房及消防水池
　　地下室的消防泵房每套系统均设有DN70的放水阀门和巡检回流管。消防泵房内设有集水坑。集水坑内设两台由液位控制的潜污泵，其有效容积按一台潜污泵5min流量设计。消防电梯与消防泵房相邻，因为结构专业在基础的处理方面无法满足消防电梯下集水坑的容积要求，故在消防泵房内另设有效容积为2m3的集水坑，通过连通管与消防电梯基坑相连，集水坑内设流量为10L/s的潜污泵两台，一用一备，由液位自动控制启停。在消防泵房内设吸水母管，两端接至室外地下消防水池内。消防泵房内的消防泵均由吸水母管上吸水，吸水管的流速控制在1.0～1.2m/s，水泵出水管的流速控制在1.5～2.0m/s。
　　消防水池贮存室内消防用水量3小时，卷帘保护系统用水量3小时及自动喷水灭火系统用水量1小时，考虑DN200进水管连续补水3小时，水池中共贮存消防用水280m3。
（六） 冷却循环水系统
　　该建筑的地上部分均设有中央空调，制冷机房设于地下室，冷却塔设于屋顶。制冷机房内设三台循环泵，两用一备。在循环泵前设除污器，以截留水中的杂质，循环泵后进制冷机组的管道上设电子水处理仪，以达到防垢、除垢、杀菌、灭藻的功能。
二.设计锅炉房灭火系统时遇到的问题
　　根据《高层民用建筑设计防火规范》中第7.6.6条之规定，燃油、燃气锅炉房应设置水喷雾灭火系统。本设计在设计之初选用了水喷雾灭火系统对地下锅炉房进行了保护，水喷雾灭火系统的设计目的确定为防护冷却。《水喷雾灭火系统设计规范》中设计喷雾强度和持续喷雾时间不应小于表3.1.2（如下表）的规定：
设计喷雾强度和持续喷雾时间
防护目的
保护对象
设计喷雾强度（L/min·m2）
持续喷雾时间（h）
灭火
固体火灾
15
1
液体火灾
闪点60～120℃的液体
20
0.5
闪点高于120℃的液体
13
电气火灾
油浸式电力变压器、油开关
20
0.4
油浸式电力变压器的集油坑
6
电缆
13
防护冷却
甲乙丙类液体生产、储存、装卸设施
6
4
甲乙丙类液体储罐
直径20m以下
6
4
直径20m及以上
6
可燃气体生产、输送、装卸、储存设施和灌瓶间、瓶库
9
6

　　因为上表中并没有涉及到燃气锅炉的描述，而《高层民用建筑设计防火规范》中又有明确规定必须使用水喷雾灭火系统，因此只能套用上表中“可燃气体生产、输送、装卸、储存设施和灌瓶间、瓶库”这一条。这样又会涉及到一个持续喷雾时间的问题，表中持续喷雾时间为6小时，很显然这个时间对于建筑物内的燃油、燃气锅炉房来说是不合理的，毕竟建筑物主体的最大耐火极限才只有3小时。笔者个人认为可以参考自动喷水灭火系统的灭火时间1小时设计。因为水喷雾灭火的一个主要原理是利用细小的水滴对空气进行稀释，降低空气中的氧气含量，从而达到灭火的目的。如果喷水时间过长，反而会使空气中的细水滴结合在一起，降低灭火效果。因此笔者以为建筑物内的水喷雾灭火系统喷水时间不宜过长。

　　就此问题，笔者也曾请教过一些专家，但是最终都因为没有明确的规范规定，而只能按照6小时设计，由此带来的问题就是消防水池容积的增大和投资的加大。当前，在高层民用建筑中设燃油、燃气锅炉房的情况还是比较普遍的，因此解决此类问题的要求还是很迫切的。在此，笔者提出这个问题，希望规范编制人员在对规范的进一步修订时可以予以考虑。