谈高层消防给水系统设计的优化方式

闫 秀 秋

(晋城市建筑设计院设计二所，山西 晋城 048000)

谈高层消防给水系统设计的优化方式

闫 秀 秋

(晋城市建筑设计院设计二所，山西 晋城 048000)

阐述了建筑消防系统设计应遵循的主要原则，并从建筑消防系统给水设计优化开展讨论，提出了一些设计优化思路，以期为今后高层建筑消防给水系统设计提供参考借鉴。

高层建筑，消防给水系统，优化设计，节水节能

近年来，我国经济高速发展，高层建筑在各地不断涌现。与低层建筑相比，高层建筑具有层数多，高度大，管网布线复杂，用水要求高，排水量大等特点。如此复杂的建筑边界条件，也对建筑给排水工程的设计、建造、采购等各环节提出了新的要求。

建筑给排水工程设计是给排水系统建设的前提。设计人员在工作时，除满足GB 500152—2003建筑给水排水设计规范等相关设计规范外，也应根据建筑实际用水情况进行设计优化。在实际工程设计中，不能一味满足供水的安全可靠性，而造成无效的能耗和水耗。在保证建筑给水系统的稳定运行情况下，既做到系统优化、防止不必要的消耗，又能节省建设和维护资金投入，始终是摆在建筑给排水设计工作者面前的一道难题。

1 建筑消防系统设计原则

建筑给排水系统主要由建筑给水系统、建筑排水系统和建筑消防系统组成。其中建筑消防灭火系统的建设，是为保障建筑物本身及使用建筑物功能的人民群众的生命财产安全。建筑物消防系统建设的前提是一套针对建筑物本身特点的系统设计。为保证消防系统的安全可靠，同时节约造价，在消防系统设计之前，应确定相应设计原则。消防系统设计的主要原则为安全性、可靠性、适用性、经济性。

1)安全性。指通过消防系统设计达到建筑消防安全管理的既定目标。作为设计人员，应熟练掌握各项设计标准、规范，明确各个灭火系统的设置范围，确定各种灭火设施的灭火或控火功能，对灭火系统设计全面把握，确保不出现漏设或不设的点位。2)可靠性。包括消防电源、消防系统水源、设备和管道系统的可靠性。通常为提高系统的可靠性，建筑内的着火点，需有两股水柱能够到达，也就是在两个消火栓的保护范围内。对设备及管道系统的选择和系统管网的设置，在保证可靠性的基础上应尽量简化。3)适用性。也可以称为“合理性”，消防灭火系统的规划和设计应针对建筑物自身特点进行。对于不同的建筑和火灾，应制定不同的灭火方案。4)经济性。建筑消防系统仅在火灾发生时才启动，因此较少考虑节能的问题。关于消防系统的经济性指标，应主要考虑消防系统建设费用，如消防泵、喷嘴、给水管道、阀门附件等材料的购置费、安装费及运行维护费等。在考虑费用花销外，也应考虑因安装消防系统而产生的经济效益，如因防止火灾发生而避免的经济损失，以及通过改善管理手段而使管理效率、管理水平提高等。

2 高层建筑消防灭火系统的给水方式

2.1 减压给水方式

设立屋面水箱和一组消防水泵,水泵的扬程一般100 m～170 m。高区通过减压阀减压向低区供水。使用这种供水方式，给水系统中无需设置中间转输水箱和水泵，不占用设备层面积，系统简单，有利于设计和施工，因此经济性最高。然而减压给水方式对消防系统中水泵选型精度、减压阀长期稳定性等要求较高，短时能耗较大。

2.2 高位水箱给水方式

高位水箱的减压给水方式是将整个高层建筑的用水且全部由设置在底层的水泵提升至屋顶水箱，然后再通过设置中间转输水箱进行垂向分区，分区内可采用串联减压、并联减压、单阀减压等减压方式各区减压装置减压后送至各区给水系统的给水方式。高位水箱重力供水系统，对于一般火灾，可以不用启动消防泵，仅用屋顶水箱重力向系统给水，由于系统有两路水源供水，因此可靠性最高。

3 高位水箱给水设计中减压水箱和转输水箱的容积确定

GB 50045—95高层民用建筑设计防火规范(2005年版)(以下简称《高规》)第7.4.7条明确规定：“当采用临时高压给水系统时，应设高位消防水箱，通常一类公共建筑不应小于18 m3；二类公共建筑和一类居住建筑不应小于12 m3”。另外，条文说明也规定“消防水箱指屋顶消防水箱，也包括垂直分区采用并联给水方式的各分区减压水箱”。

虽然在《高规》中规定消防水箱包括垂直分区中采用的减压水箱，但并没有明文规定减压水箱和转输水箱的具体取值。在一般设计中，以上2种设备的容积都按高位消防水箱的规定选取为18 m3。在消防给水系统设计中，减压水箱、转输水箱是消防给水系统中的必备设施，而高位消防水箱仅仅作为稳高压系统加强系统可靠性的措施。因此，在设计中不能简单的将高位消防水箱的规定容积复制到减压水箱、转输水箱的容积设计上，而是应考虑实际消防用水要求。

发生火灾时，减压水箱可使用的水量应满足刚起火时的消防水量要求，即10 min的消防用水，按一般高层建筑消防灭火用水量标准，室内消防用水量(67.8 L/s)=喷淋用水量(27.8 L/s)+室内消火栓用水量(40 L/s)，10 min用水总量为67.8×60×10/1 000=40.68 m3。与一般设计中规定的18 m3相比，减压水箱容积按火灾初期的10 min消防用水量确定为40.68 m3，水箱的容积和占地增加不多，但极大提升了消防系统的可靠性和安全性。

转输水箱作为高层给水系统中的过渡环节，它的容积主要根据在消防系统中所处的位置和作用确定。转输水箱在消防系统中的设置一般分为两种，一种是在各区水泵分别串联加压供水系统，转输水箱直接作为第二水源通过转输水泵抽水直接向室内消火栓和自动喷淋系统供水；另外一种情况在地下消防水池中抽水供往屋顶消防水池时作为消防系统的第二水源的接力水箱。在第一种情况中，转输水箱作为直接供水装置，可以通过扩大容积以提高供水可靠度；在另一种情况中，转输水箱只作为接力水箱，对容积要求比第一种情况低，只要不小于转输水箱进水管的容积即可。因此，在第一种情况中，按直接供水系统的10 min容积概念，按转输水泵10 min水量作为设计容积即可。在第二种情况中，以进水管内水流速度1.5 m/s计，如系统给水管道长度为150 m～200 m，则水流经过100 s～134 s即可进入转输水箱。在一般设计中可按水泵3 min流量确定水箱容积即可。为避免水泵吸水口存在一定的吸水高度的影响，提高系统可靠度，转输水箱按水泵流量的5 min容积即可满足要求。

4 自动喷淋系统中报警阀的设置

报警阀是自动喷水灭火系统的一个重要组成部分，在自动喷水灭火系统中主要起到接通或关断报警水流、防止水倒流和接通或关断向配水管道的供水等作用，GB 50084—2001自动喷水灭火系统设计规范(2005修订)(以下称“喷规”)中明确规定了一个报警阀组控制的喷头数：“湿式系统、预作用系统不宜超过800只；干式系统不宜超过500只。”

然而，在实际工程设计中，在大面积、大体量、超高层建筑的消防系统中，往往会设置上万个喷头。如果一个报警阀组只能控制不超过800个的喷头，那整个建筑中就要设置起码十几个报警阀组，相应配套的配水干管则要更多。大量干管设置在消防管井中，将会极大增加管井的建设面积，占据室内空间，造成管道敷设困难，并且提升工程造价。

针对一个报警阀组控制的喷头数，“喷规”进行了相应的条文说明：一是为了保证维修时，系统无需大面积关停；二是为了保障系统平稳运行。传统设计方法中，采用报警阀分散设置以减少管道集中敷设产生的占据空间问题。通过将功能分区设置或移至各楼层报警阀间，减少过路水平管及干管的数量。但使用这种方式布置，需分布设置报警阀间，不利于集中管理，同时报警阀间仍要占据一定空间。因此，分散设置的方式并没有很好的解决问题。

在报警阀设置中，可以学习消火栓系统布置成环状管网的设计方法，在湿式报警阀后自喷管网成环状布置，然后接入各个防火分区，使系统的供水可靠度提升。同时，为解决维修时自喷系统无法正常作用的问题，可以并联设置备用阀。依据以上思路，在高层建筑自喷系统只需设置4个报警阀组，除保证系统可靠度外，还可省掉一大部分的干管，简化系统，节省建筑空间和费用。

5 结语

本文以高层建筑消防系统设计为研究对象，对消防系统设计中的一些优化方法进行探讨。从建筑高位水箱给水方式中的转输水箱和减压水箱容积确定，及自动喷淋系统中的报警阀设置等两方面提出了消防给水系统设计优化建议。希望能通过以上优化途径，起到节省能源，节省建设资金的目的。

[1] 中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施——给水排水[M].北京:中国计划出版社,2009:133-134.

[2] 杨 琦.超限高层建筑水灭火系统选择的研究[J].给水排水，2011,37(6):91-95.

[3] 杨 琦.系统评价在建筑水灭火系统应用的探讨[J].给水排水，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

闫秀秋(1982- )，男，工程师

TU976.5

A