高层建筑消防给水系统设计若干问题探讨

2016-08-23吴常军安徽省建筑设计研究院有限责任公司安徽合肥230001

安徽建筑 2016年3期

关键词：消防泵稳压水箱

吴常军　（安徽省建筑设计研究院有限责任公司，安徽　合肥　230001）

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230001）

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。

消防主泵；稳压泵；转输水泵；压力设定；减压阀；气压水罐

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》（GB50974-2014）（以下简称“消水规”）已于2014年10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、合理性和完整性。

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：①控制稳压泵的启停；②缓解稳压泵启停过于频繁；③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：

图1　气压罐内压力示意图

气压罐的总容积应按下式计算：

式中：Vq为气压罐的总容积（m3）；Vq1为气压罐的水容积（m3），应大于或等于调节容积；ab为气压罐内的工作压力比（以绝对压力计），即（p1+0.10MPa）/（p2+0.10MPa），宜采用0.65～0.85，其中p1、p2如图1所示；β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0.85，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0.80。当计算出气压罐的调节容积小于0.15m3，应按0.15m3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0.10MPa，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》（98S205）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0.15MPa。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%～3%计算。

图2　稳压泵设计压力的确定（一）

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p1>0.15MPa-H，为防止稳压泵误启动，且≥H2+0.07MPa；稳压泵停泵压力p2=p1/0.8；消防主泵启泵压力P=p1+H1+H-0.085MPa。

当气压罐设置在消防泵房时，见图3。稳压泵启动压力p1>H+0.15MPa，为防止稳压泵误启动，且≥H2+0.01MPa；稳压泵停泵压力p2=p1/0.85；消防主泵启泵压力P=p1-0.085MPa。

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》（GB50045）有本质的区别。《高层建筑民用建筑设计防火规范》（GB50045）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11.0.4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11.0.4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很小，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30s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120m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11.0.2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2min，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。