高層建筑消防給水系統(tǒng)超壓與減壓的探討

丁 曉 陽

(興化市公安消防大隊,江蘇 興化　225700)

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高層建筑消防給水系統(tǒng)超壓與減壓的探討

丁 曉 陽

(興化市公安消防大隊,江蘇 興化225700)

以高層建筑消防給水系統(tǒng)為基礎，簡要分析其給水方式和可靠性，結合超壓和減壓現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和危害，探討了高層建筑給水系統(tǒng)防超壓措施，旨在保證消防設施的經(jīng)濟性及安全性。

高層建筑，給水系統(tǒng)，消防設施，水泵

在城市化進程逐漸推進的時代背景下，用地越來越緊張，促使建筑物在變換樣式的同時，不斷增加其樓層高度。高層建筑功能復雜，在很大程度上提升了消防難度，在實際施工過程中，必須加大對給水系統(tǒng)的重視程度，安裝合理的消防設施，并在建筑投入使用前，做好各項檢測，確保給水系統(tǒng)能夠正常運行。經(jīng)過大量建筑工程數(shù)據(jù)證明，目前，在給水系統(tǒng)中主要存在超壓等問題，這一問題不僅極大程度上浪費水資源，也直接威脅著建筑消防給水系統(tǒng)的可靠性。如何采取科學的措施進行防治，是每一個建筑企業(yè)和相關政府部門應思考的問題，不斷創(chuàng)新防范超壓和減壓問題的舉措，更好的滿足人們日益多層次的建筑需要。

1　高層建筑消防給水系統(tǒng)分析

消防給水系統(tǒng)是高層建筑中重要組成部分，但就目前形勢而言，存在很多消防安全難題，隨著樓層高度不斷增加，火災隱患越來越多，嚴重的情況下，直接威脅著人們生命安全。為有效避免該類問題，應重視對給水系統(tǒng)的創(chuàng)新，結合其具體特征，有效規(guī)避給水系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的問題。

1.1給水方式

消防給水系統(tǒng)的分區(qū)大多選擇減壓水箱、水泵、減壓閥三種形式，其一共有四種給水方式，其運用范圍和所需設備都有所不同，在實際設計和施工過程中，應結合高層建筑用途、外部環(huán)境等因素，選擇最恰當?shù)慕o水方式，確保給水過程的穩(wěn)定性[1]，具體情況如下：

1)消防水泵并聯(lián)連接分區(qū)系統(tǒng)。

優(yōu)點:a.消防水泵大多集中設置于地下室消防泵房，日常管理與維護比較方便；b.避免在建筑中間層設置消防水泵等設備產(chǎn)生噪聲、振動，造成對臨近樓層的影響；c.無需在高層建筑中設置避難層、設備層，適用于超高層住宅等。

缺點:a.系統(tǒng)中采用的設備管材、管件、閥門等配件的承壓能力使系統(tǒng)允許壓力受限，一般建筑高度超過180 m無法采用此分區(qū)系統(tǒng)；b.立管增多，采用此系統(tǒng)會增加管井所需面積。特別在高層建筑核心筒面積受限的情況下，采用此系統(tǒng)會增加設計、施工及后期管道檢修的難度；c.如火災發(fā)生跨越上下分區(qū)，需要不同分區(qū)的消防水泵一并啟動，增加消防用電的負荷。

2)消防水泵串聯(lián)連接分區(qū)系統(tǒng)。

優(yōu)點:當建筑物高度大于180 m，若采用消防水泵并聯(lián)連接分區(qū)系統(tǒng)或減壓閥減壓分區(qū)系統(tǒng)，系統(tǒng)的壓力會大于2.40 MPa，此時采用消防水泵串聯(lián)連接分區(qū)系統(tǒng)，可以較大可能的減小安全隱患與系統(tǒng)內管道接口發(fā)生漏水的可能性。

缺點:a.采用此種分區(qū)系統(tǒng)，由于系統(tǒng)管網(wǎng)的復雜性增大，串聯(lián)過程中的多次轉輸會使系統(tǒng)的反應速度變慢，系統(tǒng)的安全可靠度降低；b.中間避難層、設備層的設置占據(jù)較大的建筑空間；c.采用此種系統(tǒng)，需先啟動下層消防水泵，再啟動上層消防水泵，電氣控制較其余幾種供水方式相對繁瑣；d.如上級消防水泵出水口的倒流防止器失效，會發(fā)生壓力回傳等情況。

3)減壓閥減壓分區(qū)系統(tǒng)。

優(yōu)點:a.采用本系統(tǒng)，消防水泵啟動控制安全可靠性高，用電負荷小；b.要求泵房面積減小，要求水管井面積減小;c.日常管理方便，無需設置避難層、設備層;d.隨著技術的革新，減壓閥產(chǎn)品的可靠度不斷增加，物業(yè)管理水平的不斷提高，在建筑高度小于150 m的高層建筑中應用逐漸擴大。

缺點：對減壓設備的性能要求依賴較大，一旦減壓閥作用不能保證，則閥后的供水系統(tǒng)長期處于超壓狀態(tài)，有較大的系統(tǒng)安全隱患。

4)高位消防水池給水系統(tǒng)。

優(yōu)點:a.通過重力方式對建筑物室內消火栓系統(tǒng)供水，避免設備機械故障或供電中斷引起的系統(tǒng)無法運行，在幾種供水方式中安全可靠度最高，適用于建筑高度大于250 m的超高層建筑；b.由于建筑高度較大的高層建筑風荷載較大，可以利用重力水箱作為阻尼器使用，當建筑在風中擺向某一側時，阻尼器向相反方向運行，從而減小大樓的擺幅，增加樓內人員的舒適度。

缺點：a.高位消防水池需要較大的屋面可用空間，使業(yè)主的屋面空間利用率降低；b.建筑屋面面積小的高層建筑無法放置高位消防水池；c.為避免水池的消防用水二次污染，需要定期對高位消防水池用水進行更換；d.由于水池儲存的消防用水量需要滿足火災延續(xù)時間內的消防用水，水池的重量增加了屋頂荷載，對結構專業(yè)影響較大。

1.2可靠性分析

可靠性是指給水系統(tǒng)在限定時間、限定條件下，是否能夠完成某種特定功能的能力，直接影響著建筑消防系統(tǒng)的安全性，通常借助可靠度表示，即時間函數(shù)，代表著隨機事件出現(xiàn)的概率。測定可靠度時，可以使用以下兩種方式：1)建筑消防的可靠型框圖，主要包括復雜、非儲備和儲備三個方面的系統(tǒng)[2]；2)可靠性的度量，分為并聯(lián)、串聯(lián)、混聯(lián)等幾種計算方式。

2　分析給水系統(tǒng)的超壓與減壓

2.1給水系統(tǒng)超壓現(xiàn)象與減壓現(xiàn)象

產(chǎn)生高層建筑消防系統(tǒng)超壓現(xiàn)象的過程：在確定整個給水系統(tǒng)的水泵揚程時，需要在額定工作的前提下，為保障最不利消防設備點栓口和消防需水量的出水壓力，即栓口處必須出現(xiàn)充實水柱。當高層建筑達到特定高度時，給水系統(tǒng)的底層將會出現(xiàn)消火栓超壓問題，底層消火栓啟動時，只對規(guī)定的消防水量進行重新核驗，而未考慮水槍的使用數(shù)量，或者同一樓層不同部位使用兩支水槍的出水壓力。如果只使用一支水槍，因為實際水泵流量會少于額定工作的水流量，從而揚程勢超過規(guī)定好的額定工作前提下測定值，導致底層消火栓出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。此外，在設計施工過程中過多考慮揚程勢富余量，也有可能引發(fā)超壓現(xiàn)象。為保障消防水箱能夠達到標準，必須先消除超壓問題，計算低樓層消火栓的出水量，計算公式如下所示：

其中,qsc為上樓層消火栓消防出水量，L/s；qxc為下樓層消火栓消防出水量，L/s；Hsc為上樓層消火栓的栓口處水壓，mH2O；Hxc為下樓層消火栓的栓口處水壓，mH2O。

高層建筑低壓產(chǎn)生過程:當建筑物達到一定的高度時，建筑底層的消火栓可能會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，在重新核定栓口的出水壓力時，按照啟動一個或者兩個消火栓的出水量安裝減壓閥，在經(jīng)過減壓后的超壓樓層動壓只能剛好充實水柱，那么在使用多支水槍時，將會出現(xiàn)樓層動壓偏低的問題。

2.2給水系統(tǒng)中產(chǎn)生超壓現(xiàn)象的影響及原因

超壓現(xiàn)象主要是指建筑給水系統(tǒng)中水壓大于額定工作壓力最大值，損壞系統(tǒng)中管道、器材附件、設備或導致滅火過程中給水不均勻，降低滅火的效率，進而阻礙系統(tǒng)的順利運作，其產(chǎn)生的原因主要包括以下幾方面：

1)給水系統(tǒng)中水錘出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。因停電或其他故障，引起消防水泵突然停止轉動，使得水錘停轉而出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。

2)水泵接合器處出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。消防給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)下區(qū)、上區(qū)連用水泵接合器，止回閥出現(xiàn)不嚴密的現(xiàn)象時，下區(qū)將會發(fā)生超壓的問題；消防車的車用型消防泵在串聯(lián)狀態(tài)下運行時，水泵的接合器將會造成超壓，一般發(fā)生在消防管網(wǎng)處。

3)過大的分區(qū)范圍。當開啟消防泵時，為盡量滿足建筑高層的最不利噴頭或者消火栓所需要的壓力，則只能增加低層的噴頭或者消火栓的壓力。

4)出水量較少。剛發(fā)生火災時，消火栓需要使用1支～2支水槍，自動噴水型滅火系統(tǒng)1個～3個噴頭，其實際的流量遠遠小于已經(jīng)規(guī)定好的水泵出水量，當揚程升高時，會出現(xiàn)超壓。同時，水泵實際出水量較少，相對應的管網(wǎng)壓力將會升高。

5)排氣閥出現(xiàn)問題。在水管網(wǎng)如果沒有設置排氣閥或者安裝位置不對，其內在的氣體在管網(wǎng)外部的壓力下將會處于壓縮的狀態(tài)，從而出現(xiàn)超壓。

2.3泄壓和減壓問題

超壓問題屬于常見的給水系統(tǒng)問題，為保障消防系統(tǒng)均勻給水，保障滅火時能夠可靠給水，同時，能夠保護消防系統(tǒng)裝置和材料安全，應采取合理的泄壓和減壓方式，主要有以下三個途徑：

1)科學安裝自動噴水型滅火系統(tǒng)管網(wǎng)，均衡系統(tǒng)中水管的水壓，選擇合理的給水系統(tǒng)分區(qū)，適當減少分區(qū)給水壓力值；2)提高給水系統(tǒng)整體承壓能力，確保即使發(fā)生超壓問題，也能較好保護消防給水系統(tǒng)；3)安裝安全閥、氣罐閥等泄壓措施，避免對管網(wǎng)的損害。

3　給水系統(tǒng)防超壓措施

3.1利用相關技術措施，避免超壓現(xiàn)象

為防止高層建筑消防系統(tǒng)出現(xiàn)超壓問題：1)選用高質量的水泵，保障揚程、流量曲線平緩，如消防特種泵等；2)給水管網(wǎng)的豎向分區(qū)情況下，不按照最低的位置0.8MPa凈水壓力(室內消火栓)分區(qū)，應適當留下余地，或者按照0.8MPa凈水壓力(室內消火栓)分區(qū)，但必須設置對應的減壓方式；3)立足于建筑物的實際用途，設置多臺并聯(lián)形式的水泵，當需水量比較小時，能夠只運行單泵，相反，則多個水泵同時運行，從而穩(wěn)定整個消防系統(tǒng)；4)為防止超壓，在消防水泵直接從水管網(wǎng)吸水的情況下，應核驗水管網(wǎng)最高處水壓運行情況；5)在設置穩(wěn)壓泵時，應從消防水池直接引來吸水管，并在出口處安裝適當?shù)乃匍]止回閥、減壓閥等裝置，避免停泵水錘的現(xiàn)象。在選擇技術措施時，必須綜合考慮建筑樓層高度等問題，做好相關的復核工作，保障消防系統(tǒng)能夠穩(wěn)定安全運行。

3.2給水系統(tǒng)的穩(wěn)壓與泄壓方式

當前，用于高層建筑消防給水系統(tǒng)泄壓和穩(wěn)壓設備有泄壓閥、回流管、穩(wěn)壓閥與安全閥，根據(jù)多年的建筑實踐經(jīng)驗證明，其中最為準確和靈敏的設備為泄壓閥，該種設備有利于規(guī)避超壓的問題，防止其損害整個設備。安裝泄壓閥的過程中，必須注意其流量、揚程和泄壓閥的口徑，這些因素直接影響到水泵工作點，在實際運行過程中，可以在支管中安裝泄壓閥。如果水管網(wǎng)內的壓力超過額定壓力30%，泄壓閥將會自動打開設備回流，確保消防給水系統(tǒng)的穩(wěn)定。

4　結語

“超壓”是影響著高層建筑消防給水系統(tǒng)的重要問題，相關建筑公司必須加大對超壓問題的重視力度，根據(jù)高層建筑實際情況，采取科學的穩(wěn)壓和減壓措施，避免給水系統(tǒng)中出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，選擇最恰當?shù)慕o水方式，分配合理的水資源，確保給水系統(tǒng)符合我國消防標準，不斷創(chuàng)新給水系統(tǒng)的功能，引進先進穩(wěn)壓、泄壓設施，延長其使用壽命，減少維修次數(shù)，防止超壓現(xiàn)象帶來的損害，更好地方便人們生活。給水系統(tǒng)需要長時期不間斷地進行工作，因此，必須優(yōu)化消防設施等安裝結構，遵循經(jīng)濟性、安全性和可靠性等原則，以獲取更大經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。

[1]魏晨光,張永磊.《消防給水及消火栓系統(tǒng)規(guī)范》(GB50974—2014)在地鐵工程消火栓系統(tǒng)設計中的應用探究[J].鐵道標準設計,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

丁曉陽(1986- ),男,助理工程師

TU991

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