高层民用建筑消防给水系统的设计探讨

2017-01-18黄冷雨彦旦旦

绿色科技 2016年18期

关键词：稳压消火栓水箱

黄冷雨，彦旦旦

(福建省泉州市公安消防支队，福建泉州 362000)

高层民用建筑消防给水系统的设计探讨

黄冷雨，彦旦旦

(福建省泉州市公安消防支队，福建泉州 362000)

以高层民用建筑为例，探讨了临时高压消防给水系统的初步设计、参数细化设计及常被忽略的细节，并结合工作实践，提出了一些个人的观点及建议。

高层民用建筑；消防给水；设计

1 引言

高层民用建筑一旦发生大火，不论是建筑内的人员展开自救还是消防队员到场扑救，都依赖于建筑内的消防给水系统是否有效。假若这些系统失效，救火将陷入十分困难的局面。因此建筑消防给水系统在设计上要依照现行的《消防给水及消火栓系统技术规范》(以下简称《水规》)要求认真设计，为后期打下扎实基础，从而为建筑的消防安全提供良好保障。

2 系统初步设计

2.1 确定消防用水量

2.1.1 确定室外消火栓设计流量

依据《水规》3.3.2条规定，建筑物室外消火栓设计流量不应小于表1的规定。

表1 建筑物室外消火栓设计流量(L/s)

当单座建筑的总建筑面积大于500000 m2时，建筑物室外消火栓设计流量应按本表规定的最大值增加一倍。单座建筑指地下室投影线范围内的所有建筑(含地下室)，这些建筑的面积之和即为单座建筑的总建筑面积。

2.1.2 确定室内消火栓设计流量

依据《水规》3.5.2条规定，建筑物室内消火栓设计流量不应小于表2的规定。

表2 建筑物室内消火栓设计流量(L/s)

当建筑物室内设有自动水灭火系统全保护时，高层建筑当高度不超过50 m且室内消火栓设计流量超过20 L/s时，其室内消防用水量可按本规范表2减少5 L/s。

2.1.3 确定其他系统的设计流量

自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统、自动跟踪定位射流灭火系统等水灭火系统、水幕系统等应分别按《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084、《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219等现行国家标准有关规定执行。

2.1.4 确定灭火时间

不同场所消火栓系统和固定冷却水系统的火灾延续时间不应小于表3的规定。

表3 不同场所的火灾延续时间

自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统、自动跟踪定位射流灭火系统等水灭火系统的火灾延续时间一般为1 h。防火分隔水幕和防护冷却水幕的火灾延续时间不应小于其设置部位墙体的耐火极限。

2.1.5 确定室内外用水量及总和

确定了各系统的设计流量以及火灾延续时间后，即可分别计算出各系统的用水量。总用水量应按需要同时作用的室内、外消防给水用水量之和计算(两栋或两座及以上建筑合用时，取最大者)。

2.2 确定是否设置消防水池

如果给市政管网流量小于(或是用水高峰时小于)建筑室内外设计总流量，则无疑要设置消防水池。而即便不小于，若仅1路供水，对于室外流量大于20 L/s或高于50 m的建筑来说，也还是要设置消防水池。

2.2.1 无需设消防水池

在无需设置且未设置消防水池的建筑，室外消火栓管网可直接接入市政给水管网。

室内消防给水系统需要设置消防泵加压。如自来水公司允许，则直接从市政给水管网吸水加压。否则，需设置一吸水池过渡，吸水池的做法同消防水池，规范上对吸水池容积未作具体要求，笔者认为可参照取值50 m3。

2.2.2 需要设消防水池

消防水池容积分为以下两种情况。

两路供水时：消防水池容积=室内外总用水量-火灾延续时间内的市政给水管网补水量。但不应小于100 m3，当仅设有消火栓系统时不应小于50 m3。

一路供水时：可以减免部分和全部的室外消防用水量，剩余的量(若未能全部减免)加上室内消防用水量，即消防水池容积。

可见，由于一路供水可靠性不如两路供水，所以即使市政管网满足室外用水量后还有补水能力，也不允许继续折减。

2.3 室外消防给水系统

如由市政给水管网满足室外消防用水量，可市政给水管网直接接入室外消防管网供水，但应采用两路消防供水(除建筑高度超过54 m的住宅外，室外消火栓设计流量小于等于20 L/s时可采用一路消防供水)。其平时运行工作压力不应小于0.14 MPa,火灾时消火栓的出流量不应小于15 L/s，且供水压力从地面算起不应小于0.10 MPa。

如由消防水池通过室外消防泵向室外管网供水，且需设置稳压系统，保持最不利点消火栓栓口处的压力不小于0.17 MPa，当静压降至0.10 MPa时，启动室外消防泵。

2.4 室内消防给水系统

2.4.1 高位消防水箱的设置

高位消防水箱的有效容积应满足初期火灾消防用水量的要求，分有5档：12 m3、18 m3、36 m3、50 m3、100 m3，详见表4。

表4 消防火箱密积规定

注：高层公共建筑内设有商店建筑时，取较大值

2.4.2 分区供水

依据《水规》6.2.1条，符合下列条件时，消防给水系统应分区供水：1)系统工作压力大于2.40 MPa；2)消火栓栓口处静压大于1.00 MPa；3)自动水灭火系统报警阀处的工作压力大于1.60 MPa或喷头处的工作压力大于1.20 MPa。

当需要分区供水时：

高位水箱向低区管网供水上，一种是采用减压阀减压；一种是另设置一个位置较低的高位水箱(可设置在避难层上或同一小区内的较低建筑屋顶上)。笔者认为减压阀维护不便，可靠性稍差。

消防水池向高区管网供水上，如系统压力过高需串联接力供水时，宜采用消防水泵转输水箱串联形式。而转输水箱恰好可与低区的高位水箱合用，容积不小于60 m3。

3 系统重要参数细化设计

3.1 系统压力流量要求

室内消火栓栓口动压不应小于0.35 MPa，且消防防水枪充实水柱应按13 m计算。此外，消火栓栓口动压力不应大于0.50 MPa；当大于0.70 MPa时，必须应设置减压装置(可采用减压孔板减动压，简单可靠)。

同样，其他系统的流量压力也根据实际设计，供水系统应能满足其要求。

3.2 高位消防水箱静水压力要求

高位消防水箱的位置应高于其所服务的水灭火设施，且最低有效水位应满足水灭火设施最不利点处的静水压力要求。最不利点处室内消火栓栓口静水压力要求详见表5。

表5 高位消防水箱静水压力要求

自动喷水灭火系统等自动水灭火系统应根据喷头灭火需求压力确定，但最小不应小于0.10 MPa。

通常情况下，高位水箱高度很难满足系统最不利点处的静压要求(只有屋面高位水箱的水位高出建筑顶层最不利点消火栓口10米时，栓口处的静水压力才为0.10 MPa。这种情况除了高位水箱向低区管网供水外，是很少见的)。为此，应设稳压泵增加并维持一定的压力。稳压泵宜与气压罐配合使用，可避免频繁启停。如此，很好地解决了高位水箱因高度相对不够而导致的管网上层静水压力不足的问题。

3.3 稳压泵的压力流量

配合高位水箱满足系统净水压力的稳压泵，其设计压力应保持系统最不利点处水灭火设施的在准工作状态时的静水压力大于0.15 MPa。

稳压泵的设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄漏量和系统自动启动流量；通常情况下，稳压泵的设计流量宜按消防给水设计流量的1%～3%计，且不宜小于1L/s；稳压泵的启停由电接点压力表控制，通过设置启泵压力值和停泵压力值，使得施加于管网的压力符合系统压力要求，只在一个较小的合理的幅度内变化。

3.4 流量开关与压力开关

没有稳压泵的消防给水系统中，应由流量开关直接起泵。没有稳压泵的系统，其高位水箱是高于最不利点消火栓10 m以上的。当最不利点的消火栓开启时，流量也较大，足以保证流量开关会动作。与此同时，管网的压力并不会随着打开一个消火栓而明显降低(因为有高位水箱充足流量的补给)，消防泵出水干管上设置的压力开关不会动作。所以不能依靠此开关启泵。

有稳压泵的消防给水系统中，流量开关(流量开关应设置于旁通管上。否则稳压泵的频繁启动，均会导致流量开关动作)只做报警信号，不直接起泵。因为在这样的系统中，当最不利点的消火栓开启时，由于此时稳压泵增加的压力几乎被全部释放(由于稳压泵流量远小于消火栓的设计流量)，所以，系统的压力只剩下高位水箱施加的不足的压力，消火栓静压和动压都很小，流量也就不大，且大部分又是稳压泵提供，经旁通管的流量更小，很难保证流量开关会动作。而恰恰在这样的系统中，消火栓管网的压力会随着打开一个消火栓而明显降低，压力开关会可靠动作，从而，可以设计由消防泵出水干管上设置的压力开关启泵。

3.5 压力开关设计启泵压力值

消防泵出水干管上的压力开关，一般为电接点压力表。当该点(该点指的是出水干管上安装压力开关的点)的压力降到设定的启泵压力值时，启动消防泵。这里要协调好消防泵、高位水箱及稳压泵三者的关系。设计举例：

在只有高位水箱施加压力时，该点的压力为H，稳压泵运行时，该点的压力增加到H+0.15 MPa。该压力开关启泵压力设置为H+0.05 MPa，如此，当开启消火栓后，稳压泵增加的压力几乎被全部释放，该点压力迅速接近于只有高位水箱时的压力H，低于设定的H+0.05 MPa，压力开关动作，直接联动消防泵，并通过反馈模块向消控中心报警。

4 容易忽略的细节

4.1 水泵房的通风

笔者曾经遇到多个实例(有的是设计上的，有的是已经建好了的)：独立建造的地下水泵房，仅在露天的地面上开个小口子，平常这个口子用一铁盖闷住，以防雨水。仅在使用时，才打开，从这个口子攀着一个铁爬梯下去。这样的水泵房没有通风，十分潮湿，电气设备受到腐蚀。

如安海镇某幼儿园，最初水泵房就是这样设计。后修改设计，将铁爬梯改成楼梯，突出地面的楼梯出口小间开有窗户，起到良好的采光通风作用，也方便了人员进出。

4.2 水泵房防水淹没措施

设置挡水门槛，设置排水沟、集水坑及双潜水泵排水(单台潜水泵的排水流量不应低于消防水池的补水管流量)。

4.3 水泵控制柜的保护措施

当控制柜与水泵设置在同一空间时，其防护等级不应低于IP55(能满足防尘防射水要求，因水泵房内有压水管多，一旦因压力过高如水锤等原因而泄漏，当喷泄到控制柜时，有可能影响其控制柜运行)。

当设置在专用消防水泵控制室时，其防护等级不应低于IP30(能满足防尘要求)。

4.4 水泵控制柜设置机械应急启泵装置

对于机械应急启泵，《水规》未详细说明。笔者将消防泵的启动可归纳为4类方式，见表6。

表6 启动方式

第4类即机械应急启泵装置，无继电器，只需徒手操作一手柄，直接合电闸，这种看似简单落后的方式却是最可靠的。当然，应做好绝缘和灭电弧的措施。因其是大电流的强电开关，必须由被授权的值班人员来进行。

4.5 水位显示装置

消防水池应设就地水位显示装置，同时要反馈至消防控制中心显示。实际上，当前水池有安装水位显示装置的是寥寥无几。有了水位显示装置，十分方便日常对消防水池水位的检查。

4.6 消防给水系统试验装置处专用排水设施。

常遇见到一些这样的自动喷水灭火系统，有的末端试水装置的出水未采取孔口出流的方式排入排水管道；有的水则是直接排向地板；有的则是排水管径偏小(排水立管管径不宜小于DN75，报警阀处的排水立管宜为DN100)。

对于需要经常试验排水来保证前后压差的减压阀来说(减压阀本不经常使用，如果亦未经常地试验排水，其阀前向阀后合理渗漏一段时间后，导致前后压差减少，使得减压达不到要求，造成阀后的管网净压过大)，专用排水设施也是必不可少的。其排水管径应根据阀流量确定，但不小于DN100。

4.7 消防泵流量扬程性能曲线

在灭火过程中，消防泵的流量是不断变化的，其出水压力也自然跟随不断变化。出水压力随着流量的增加而降低，反之升高。选择消防泵时，应尽量选择出水压力相对平稳的消防泵，即流量扬程性能曲线平缓的泵：零流量时的压力不应大于设计工作压力的140%，当出流量为设计流量的150%时，其出口压力不应低于设计工作压力的65%。

4.8 水锤消除

一个快速奔跑的人突然撞向墙，会产生一个强大的力使得他瞬间止步于墙。同样，流动的水突然被阻挡，也会产生一个强大的力使得水流瞬间停止，这个力就是水锤。在消防泵机组突然停车或阀门突然关闭时，就会产生水锤，引起管网内的压力急剧升高或降低，对管道、阀门、水泵等造成破坏。

设计上，控制消防水泵出水管的流速：出水管的直径不大于DN250时，其流速宜为1.5～2.0 m/s；直径大于DN250时，宜为2.0～2.5 m/s；安装超压泄压阀，其规格、型号应满足管网压力及安全的要求。缓开缓闭阀门也可减小水锤，可选用断水速度慢的阀门如螺杆闸阀。消防水泵出水管上的止回阀宜采用水锤消除止回阀，当泵供水高度超过24 m时，应采用水锤消除器。出水管上设有囊式气压水罐，也可消除水锤。

4.9 埋地管道

应充分考虑管道的耐腐蚀能力、可能受到土壤、建筑基础、机动车等其他附加荷载的影响以及管道穿越伸缩缝和沉降缝的影响，消防给水管道不宜穿越建筑基础，当必须穿越时，应采取防护套管等保护措施。经常发生一些建筑管道漏水而停用消防给水系统，漏水点恰恰在维修十分困难的埋地管道上。

4.10 消防取水口(井)

消防取水口(井)的设置。有几种做法。如设置室外取水井并用连通管与消防水池连接。或设置室外消火栓并用连通管与消防水池连接，连通管的管径经水力计算确定。

当采用后一种做法时，取水口的这个室外消火栓应作明显标记，因为其有别于其他普通室外消火栓。(其他室外消火栓是连接室外消火栓管网的，供水压力从地面算起不小于0.10 MPa，水可直接通过消防水带自流到消防车的水箱。而取水口的这个室外消火栓只连通消防水池，无压力或静压低，消防车须通过吸水管连接，启动车载泵吸水。)

取水口(井)应设置在消防车道或救援场地边上，便于消防车吸水。吸水高度不应大于6.0 m(设计时还应考虑消防车吸水接口离地高度)。取水口(井)与建构筑物应有足够的距离，以防这些建构筑物的火势威胁和高空坠物。

4.11 室内消火栓设置

应首先设置在楼梯间及其休息平台和前室、走道等明显易于取用以及便于火灾扑救的位置。尤其是楼梯间及其休息平台和前室(消防电梯前室、防烟楼梯间前室、合用前室)的消火栓，十分必要，当建筑起火时，这是一个相对安全的地方，消防队员在这里设置进攻火灾的桥头堡是合适的，也便于补给和消防队员的轮换。