談高層消防給水系統設計的優化方式

閆 秀 秋

(晉城市建筑設計院設計二所，山西 晉城 048000)

談高層消防給水系統設計的優化方式

閆 秀 秋

(晉城市建筑設計院設計二所，山西 晉城 048000)

闡述了建筑消防系統設計應遵循的主要原則，并從建筑消防系統給水設計優化開展討論，提出了一些設計優化思路，以期為今后高層建筑消防給水系統設計提供參考借鑒。

高層建筑，消防給水系統，優化設計，節水節能

近年來，我國經濟高速發展，高層建筑在各地不斷涌現。與低層建筑相比，高層建筑具有層數多，高度大，管網布線復雜，用水要求高，排水量大等特點。如此復雜的建筑邊界條件，也對建筑給排水工程的設計、建造、采購等各環節提出了新的要求。

建筑給排水工程設計是給排水系統建設的前提。設計人員在工作時，除滿足GB 500152—2003建筑給水排水設計規范等相關設計規范外，也應根據建筑實際用水情況進行設計優化。在實際工程設計中，不能一味滿足供水的安全可靠性，而造成無效的能耗和水耗。在保證建筑給水系統的穩定運行情況下，既做到系統優化、防止不必要的消耗，又能節省建設和維護資金投入，始終是擺在建筑給排水設計工作者面前的一道難題。

1 建筑消防系統設計原則

建筑給排水系統主要由建筑給水系統、建筑排水系統和建筑消防系統組成。其中建筑消防滅火系統的建設，是為保障建筑物本身及使用建筑物功能的人民群眾的生命財產安全。建筑物消防系統建設的前提是一套針對建筑物本身特點的系統設計。為保證消防系統的安全可靠，同時節約造價，在消防系統設計之前，應確定相應設計原則。消防系統設計的主要原則為安全性、可靠性、適用性、經濟性。

1)安全性。指通過消防系統設計達到建筑消防安全管理的既定目標。作為設計人員，應熟練掌握各項設計標準、規范，明確各個滅火系統的設置范圍，確定各種滅火設施的滅火或控火功能，對滅火系統設計全面把握，確保不出現漏設或不設的點位。2)可靠性。包括消防電源、消防系統水源、設備和管道系統的可靠性。通常為提高系統的可靠性，建筑內的著火點，需有兩股水柱能夠到達，也就是在兩個消火栓的保護范圍內。對設備及管道系統的選擇和系統管網的設置，在保證可靠性的基礎上應盡量簡化。3)適用性。也可以稱為“合理性”，消防滅火系統的規劃和設計應針對建筑物自身特點進行。對于不同的建筑和火災，應制定不同的滅火方案。4)經濟性。建筑消防系統僅在火災發生時才啟動，因此較少考慮節能的問題。關于消防系統的經濟性指標，應主要考慮消防系統建設費用，如消防泵、噴嘴、給水管道、閥門附件等材料的購置費、安裝費及運行維護費等。在考慮費用花銷外，也應考慮因安裝消防系統而產生的經濟效益，如因防止火災發生而避免的經濟損失，以及通過改善管理手段而使管理效率、管理水平提高等。

2 高層建筑消防滅火系統的給水方式

2.1 減壓給水方式

設立屋面水箱和一組消防水泵,水泵的揚程一般100 m～170 m。高區通過減壓閥減壓向低區供水。使用這種供水方式，給水系統中無需設置中間轉輸水箱和水泵，不占用設備層面積，系統簡單，有利于設計和施工，因此經濟性最高。然而減壓給水方式對消防系統中水泵選型精度、減壓閥長期穩定性等要求較高，短時能耗較大。

2.2 高位水箱給水方式

高位水箱的減壓給水方式是將整個高層建筑的用水且全部由設置在底層的水泵提升至屋頂水箱，然后再通過設置中間轉輸水箱進行垂向分區，分區內可采用串聯減壓、并聯減壓、單閥減壓等減壓方式各區減壓裝置減壓后送至各區給水系統的給水方式。高位水箱重力供水系統，對于一般火災，可以不用啟動消防泵，僅用屋頂水箱重力向系統給水，由于系統有兩路水源供水，因此可靠性最高。

3 高位水箱給水設計中減壓水箱和轉輸水箱的容積確定

GB 50045—95高層民用建筑設計防火規范(2005年版)(以下簡稱《高規》)第7.4.7條明確規定：“當采用臨時高壓給水系統時，應設高位消防水箱，通常一類公共建筑不應小于18 m3；二類公共建筑和一類居住建筑不應小于12 m3”。另外，條文說明也規定“消防水箱指屋頂消防水箱，也包括垂直分區采用并聯給水方式的各分區減壓水箱”。

雖然在《高規》中規定消防水箱包括垂直分區中采用的減壓水箱，但并沒有明文規定減壓水箱和轉輸水箱的具體取值。在一般設計中，以上2種設備的容積都按高位消防水箱的規定選取為18 m3。在消防給水系統設計中，減壓水箱、轉輸水箱是消防給水系統中的必備設施，而高位消防水箱僅僅作為穩高壓系統加強系統可靠性的措施。因此，在設計中不能簡單的將高位消防水箱的規定容積復制到減壓水箱、轉輸水箱的容積設計上，而是應考慮實際消防用水要求。

發生火災時，減壓水箱可使用的水量應滿足剛起火時的消防水量要求，即10 min的消防用水，按一般高層建筑消防滅火用水量標準，室內消防用水量(67.8 L/s)=噴淋用水量(27.8 L/s)+室內消火栓用水量(40 L/s)，10 min用水總量為67.8×60×10/1 000=40.68 m3。與一般設計中規定的18 m3相比，減壓水箱容積按火災初期的10 min消防用水量確定為40.68 m3，水箱的容積和占地增加不多，但極大提升了消防系統的可靠性和安全性。

轉輸水箱作為高層給水系統中的過渡環節，它的容積主要根據在消防系統中所處的位置和作用確定。轉輸水箱在消防系統中的設置一般分為兩種，一種是在各區水泵分別串聯加壓供水系統，轉輸水箱直接作為第二水源通過轉輸水泵抽水直接向室內消火栓和自動噴淋系統供水；另外一種情況在地下消防水池中抽水供往屋頂消防水池時作為消防系統的第二水源的接力水箱。在第一種情況中，轉輸水箱作為直接供水裝置，可以通過擴大容積以提高供水可靠度；在另一種情況中，轉輸水箱只作為接力水箱，對容積要求比第一種情況低，只要不小于轉輸水箱進水管的容積即可。因此，在第一種情況中，按直接供水系統的10 min容積概念，按轉輸水泵10 min水量作為設計容積即可。在第二種情況中，以進水管內水流速度1.5 m/s計，如系統給水管道長度為150 m～200 m，則水流經過100 s～134 s即可進入轉輸水箱。在一般設計中可按水泵3 min流量確定水箱容積即可。為避免水泵吸水口存在一定的吸水高度的影響，提高系統可靠度，轉輸水箱按水泵流量的5 min容積即可滿足要求。

4 自動噴淋系統中報警閥的設置

報警閥是自動噴水滅火系統的一個重要組成部分，在自動噴水滅火系統中主要起到接通或關斷報警水流、防止水倒流和接通或關斷向配水管道的供水等作用，GB 50084—2001自動噴水滅火系統設計規范(2005修訂)(以下稱“噴規”)中明確規定了一個報警閥組控制的噴頭數：“濕式系統、預作用系統不宜超過800只；干式系統不宜超過500只。”

然而，在實際工程設計中，在大面積、大體量、超高層建筑的消防系統中，往往會設置上萬個噴頭。如果一個報警閥組只能控制不超過800個的噴頭，那整個建筑中就要設置起碼十幾個報警閥組，相應配套的配水干管則要更多。大量干管設置在消防管井中，將會極大增加管井的建設面積，占據室內空間，造成管道敷設困難，并且提升工程造價。

針對一個報警閥組控制的噴頭數，“噴規”進行了相應的條文說明：一是為了保證維修時，系統無需大面積關停；二是為了保障系統平穩運行。傳統設計方法中，采用報警閥分散設置以減少管道集中敷設產生的占據空間問題。通過將功能分區設置或移至各樓層報警閥間，減少過路水平管及干管的數量。但使用這種方式布置，需分布設置報警閥間，不利于集中管理，同時報警閥間仍要占據一定空間。因此，分散設置的方式并沒有很好的解決問題。

在報警閥設置中，可以學習消火栓系統布置成環狀管網的設計方法，在濕式報警閥后自噴管網成環狀布置，然后接入各個防火分區，使系統的供水可靠度提升。同時，為解決維修時自噴系統無法正常作用的問題，可以并聯設置備用閥。依據以上思路，在高層建筑自噴系統只需設置4個報警閥組，除保證系統可靠度外，還可省掉一大部分的干管，簡化系統，節省建筑空間和費用。

5 結語

本文以高層建筑消防系統設計為研究對象，對消防系統設計中的一些優化方法進行探討。從建筑高位水箱給水方式中的轉輸水箱和減壓水箱容積確定，及自動噴淋系統中的報警閥設置等兩方面提出了消防給水系統設計優化建議。希望能通過以上優化途徑，起到節省能源，節省建設資金的目的。

[1] 中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施——給水排水[M].北京:中國計劃出版社,2009:133-134.

[2] 楊 琦.超限高層建筑水滅火系統選擇的研究[J].給水排水，2011,37(6):91-95.

[3] 楊 琦.系統評價在建筑水滅火系統應用的探討[J].給水排水，2007,33(8):94-96.

Discussion on the optimization methods of high-rise fire water supply system design

Yan Xiuqiu

(JinchengArchitecturalDesignInstituteSecondDesignDepartment,Jincheng048000,China)

This paper elaborated the main principle should follow in building fire system design, and discussed the water supply design optimization from the building fire system, put forward some design optimization ideas, in order to provide reference for future high-rise building fire water supply system design.

high-rise building, fire water supply system, optimization design, water saving and energy saving

1009-6825(2015)30-0124-02

2015-08-07

閆秀秋(1982- )，男，工程師

TU976.5

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