高层建筑消防给水系统超压与减压的探讨

丁 晓 阳

(兴化市公安消防大队,江苏 兴化　225700)



高层建筑消防给水系统超压与减压的探讨

丁 晓 阳

(兴化市公安消防大队,江苏 兴化225700)

以高层建筑消防给水系统为基础，简要分析其给水方式和可靠性，结合超压和减压现象产生的原因和危害，探讨了高层建筑给水系统防超压措施，旨在保证消防设施的经济性及安全性。

高层建筑，给水系统，消防设施，水泵

在城市化进程逐渐推进的时代背景下，用地越来越紧张，促使建筑物在变换样式的同时，不断增加其楼层高度。高层建筑功能复杂，在很大程度上提升了消防难度，在实际施工过程中，必须加大对给水系统的重视程度，安装合理的消防设施，并在建筑投入使用前，做好各项检测，确保给水系统能够正常运行。经过大量建筑工程数据证明，目前，在给水系统中主要存在超压等问题，这一问题不仅极大程度上浪费水资源，也直接威胁着建筑消防给水系统的可靠性。如何采取科学的措施进行防治，是每一个建筑企业和相关政府部门应思考的问题，不断创新防范超压和减压问题的举措，更好的满足人们日益多层次的建筑需要。

1　高层建筑消防给水系统分析

消防给水系统是高层建筑中重要组成部分，但就目前形势而言，存在很多消防安全难题，随着楼层高度不断增加，火灾隐患越来越多，严重的情况下，直接威胁着人们生命安全。为有效避免该类问题，应重视对给水系统的创新，结合其具体特征，有效规避给水系统中可能出现的问题。

1.1给水方式

消防给水系统的分区大多选择减压水箱、水泵、减压阀三种形式，其一共有四种给水方式，其运用范围和所需设备都有所不同，在实际设计和施工过程中，应结合高层建筑用途、外部环境等因素，选择最恰当的给水方式，确保给水过程的稳定性[1]，具体情况如下：

1)消防水泵并联连接分区系统。

优点:a.消防水泵大多集中设置于地下室消防泵房，日常管理与维护比较方便；b.避免在建筑中间层设置消防水泵等设备产生噪声、振动，造成对临近楼层的影响；c.无需在高层建筑中设置避难层、设备层，适用于超高层住宅等。

缺点:a.系统中采用的设备管材、管件、阀门等配件的承压能力使系统允许压力受限，一般建筑高度超过180 m无法采用此分区系统；b.立管增多，采用此系统会增加管井所需面积。特别在高层建筑核心筒面积受限的情况下，采用此系统会增加设计、施工及后期管道检修的难度；c.如火灾发生跨越上下分区，需要不同分区的消防水泵一并启动，增加消防用电的负荷。

2)消防水泵串联连接分区系统。

优点:当建筑物高度大于180 m，若采用消防水泵并联连接分区系统或减压阀减压分区系统，系统的压力会大于2.40 MPa，此时采用消防水泵串联连接分区系统，可以较大可能的减小安全隐患与系统内管道接口发生漏水的可能性。

缺点:a.采用此种分区系统，由于系统管网的复杂性增大，串联过程中的多次转输会使系统的反应速度变慢，系统的安全可靠度降低；b.中间避难层、设备层的设置占据较大的建筑空间；c.采用此种系统，需先启动下层消防水泵，再启动上层消防水泵，电气控制较其余几种供水方式相对繁琐；d.如上级消防水泵出水口的倒流防止器失效，会发生压力回传等情况。

3)减压阀减压分区系统。

优点:a.采用本系统，消防水泵启动控制安全可靠性高，用电负荷小；b.要求泵房面积减小，要求水管井面积减小;c.日常管理方便，无需设置避难层、设备层;d.随着技术的革新，减压阀产品的可靠度不断增加，物业管理水平的不断提高，在建筑高度小于150 m的高层建筑中应用逐渐扩大。

缺点：对减压设备的性能要求依赖较大，一旦减压阀作用不能保证，则阀后的供水系统长期处于超压状态，有较大的系统安全隐患。

4)高位消防水池给水系统。

优点:a.通过重力方式对建筑物室内消火栓系统供水，避免设备机械故障或供电中断引起的系统无法运行，在几种供水方式中安全可靠度最高，适用于建筑高度大于250 m的超高层建筑；b.由于建筑高度较大的高层建筑风荷载较大，可以利用重力水箱作为阻尼器使用，当建筑在风中摆向某一侧时，阻尼器向相反方向运行，从而减小大楼的摆幅，增加楼内人员的舒适度。

缺点：a.高位消防水池需要较大的屋面可用空间，使业主的屋面空间利用率降低；b.建筑屋面面积小的高层建筑无法放置高位消防水池；c.为避免水池的消防用水二次污染，需要定期对高位消防水池用水进行更换；d.由于水池储存的消防用水量需要满足火灾延续时间内的消防用水，水池的重量增加了屋顶荷载，对结构专业影响较大。

1.2可靠性分析

可靠性是指给水系统在限定时间、限定条件下，是否能够完成某种特定功能的能力，直接影响着建筑消防系统的安全性，通常借助可靠度表示，即时间函数，代表着随机事件出现的概率。测定可靠度时，可以使用以下两种方式：1)建筑消防的可靠型框图，主要包括复杂、非储备和储备三个方面的系统[2]；2)可靠性的度量，分为并联、串联、混联等几种计算方式。

2　分析给水系统的超压与减压

2.1给水系统超压现象与减压现象

产生高层建筑消防系统超压现象的过程：在确定整个给水系统的水泵扬程时，需要在额定工作的前提下，为保障最不利消防设备点栓口和消防需水量的出水压力，即栓口处必须出现充实水柱。当高层建筑达到特定高度时，给水系统的底层将会出现消火栓超压问题，底层消火栓启动时，只对规定的消防水量进行重新核验，而未考虑水枪的使用数量，或者同一楼层不同部位使用两支水枪的出水压力。如果只使用一支水枪，因为实际水泵流量会少于额定工作的水流量，从而扬程势超过规定好的额定工作前提下测定值，导致底层消火栓出现超压现象。此外，在设计施工过程中过多考虑扬程势富余量，也有可能引发超压现象。为保障消防水箱能够达到标准，必须先消除超压问题，计算低楼层消火栓的出水量，计算公式如下所示：

其中,qsc为上楼层消火栓消防出水量，L/s；qxc为下楼层消火栓消防出水量，L/s；Hsc为上楼层消火栓的栓口处水压，mH2O；Hxc为下楼层消火栓的栓口处水压，mH2O。

高层建筑低压产生过程:当建筑物达到一定的高度时，建筑底层的消火栓可能会出现超压现象，在重新核定栓口的出水压力时，按照启动一个或者两个消火栓的出水量安装减压阀，在经过减压后的超压楼层动压只能刚好充实水柱，那么在使用多支水枪时，将会出现楼层动压偏低的问题。

2.2给水系统中产生超压现象的影响及原因

超压现象主要是指建筑给水系统中水压大于额定工作压力最大值，损坏系统中管道、器材附件、设备或导致灭火过程中给水不均匀，降低灭火的效率，进而阻碍系统的顺利运作，其产生的原因主要包括以下几方面：

1)给水系统中水锤出现超压现象。因停电或其他故障，引起消防水泵突然停止转动，使得水锤停转而出现超压现象。

2)水泵接合器处出现超压现象。消防给水系统的竖向分区下区、上区连用水泵接合器，止回阀出现不严密的现象时，下区将会发生超压的问题；消防车的车用型消防泵在串联状态下运行时，水泵的接合器将会造成超压，一般发生在消防管网处。

3)过大的分区范围。当开启消防泵时，为尽量满足建筑高层的最不利喷头或者消火栓所需要的压力，则只能增加低层的喷头或者消火栓的压力。

4)出水量较少。刚发生火灾时，消火栓需要使用1支～2支水枪，自动喷水型灭火系统1个～3个喷头，其实际的流量远远小于已经规定好的水泵出水量，当扬程升高时，会出现超压。同时，水泵实际出水量较少，相对应的管网压力将会升高。

5)排气阀出现问题。在水管网如果没有设置排气阀或者安装位置不对，其内在的气体在管网外部的压力下将会处于压缩的状态，从而出现超压。

2.3泄压和减压问题

超压问题属于常见的给水系统问题，为保障消防系统均匀给水，保障灭火时能够可靠给水，同时，能够保护消防系统装置和材料安全，应采取合理的泄压和减压方式，主要有以下三个途径：

1)科学安装自动喷水型灭火系统管网，均衡系统中水管的水压，选择合理的给水系统分区，适当减少分区给水压力值；2)提高给水系统整体承压能力，确保即使发生超压问题，也能较好保护消防给水系统；3)安装安全阀、气罐阀等泄压措施，避免对管网的损害。

3　给水系统防超压措施

3.1利用相关技术措施，避免超压现象

为防止高层建筑消防系统出现超压问题：1)选用高质量的水泵，保障扬程、流量曲线平缓，如消防特种泵等；2)给水管网的竖向分区情况下，不按照最低的位置0.8MPa净水压力(室内消火栓)分区，应适当留下余地，或者按照0.8MPa净水压力(室内消火栓)分区，但必须设置对应的减压方式；3)立足于建筑物的实际用途，设置多台并联形式的水泵，当需水量比较小时，能够只运行单泵，相反，则多个水泵同时运行，从而稳定整个消防系统；4)为防止超压，在消防水泵直接从水管网吸水的情况下，应核验水管网最高处水压运行情况；5)在设置稳压泵时，应从消防水池直接引来吸水管，并在出口处安装适当的速闭止回阀、减压阀等装置，避免停泵水锤的现象。在选择技术措施时，必须综合考虑建筑楼层高度等问题，做好相关的复核工作，保障消防系统能够稳定安全运行。

3.2给水系统的稳压与泄压方式

当前，用于高层建筑消防给水系统泄压和稳压设备有泄压阀、回流管、稳压阀与安全阀，根据多年的建筑实践经验证明，其中最为准确和灵敏的设备为泄压阀，该种设备有利于规避超压的问题，防止其损害整个设备。安装泄压阀的过程中，必须注意其流量、扬程和泄压阀的口径，这些因素直接影响到水泵工作点，在实际运行过程中，可以在支管中安装泄压阀。如果水管网内的压力超过额定压力30%，泄压阀将会自动打开设备回流，确保消防给水系统的稳定。

4　结语

“超压”是影响着高层建筑消防给水系统的重要问题，相关建筑公司必须加大对超压问题的重视力度，根据高层建筑实际情况，采取科学的稳压和减压措施，避免给水系统中出现超压现象，选择最恰当的给水方式，分配合理的水资源，确保给水系统符合我国消防标准，不断创新给水系统的功能，引进先进稳压、泄压设施，延长其使用寿命，减少维修次数，防止超压现象带来的损害，更好地方便人们生活。给水系统需要长时期不间断地进行工作，因此，必须优化消防设施等安装结构，遵循经济性、安全性和可靠性等原则，以获取更大经济效益和生态效益。

[1]魏晨光,张永磊.《消防给水及消火栓系统规范》(GB50974—2014)在地铁工程消火栓系统设计中的应用探究[J].铁道标准设计,2015(11):127-130.

Inquiry on pressuring and depressuring of high-rise building fire-fighting water-supply system

Ding Xiaoyang

(XinghuaPublicSecurityDepartment,Xinghua225700,China)

Taking the high-rise building fire-fighting water-supply system as the foundation, the paper briefly analyzes its water-supply methods and reliability. Combining with pressuring and depressuring causes and hazards, it explores anti-depressuring measures of high-rise building water-supply system, with a view to guarantee the fire-fighting equipment economic and safe.

high-rise building, water-supply system, fire-fighting equipment, water pump

1009-6825(2016)21-0128-02

2016-05-15

丁晓阳(1986- ),男,助理工程师

TU991

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