高层建筑消防给水系统设计若干问题探讨

吴常军　（安徽省建筑设计研究院有限责任公司，安徽　合肥　230001）



高层建筑消防给水系统设计若干问题探讨

吴常军（安徽省建筑设计研究院有限责任公司，安徽合肥230001）

通过对消防给水系统设计中消防泵启动控制、气压罐容积计算、稳压泵压力设定、系统防超压等几个重要问题的分析与探讨，提出了合理的控制要求和解决方案，以保证高层建筑消防给水系统设计的可靠性、合理性和完整性。

消防主泵；稳压泵；转输水泵；压力设定；减压阀；气压水罐

0　引言

随着城市经济建设的快速发展，土地资源日趋紧张，高层和超高层建筑日益增多，合理设计高层建筑消防给水系统成为设计人员面临的重要课题。《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）（以下简称“消水规”）已于2014年10月1日颁布实施，引起给排水设计人员的广泛关注。笔者结合工程设计和施工图审查中遇到的案例，对消防给水系统设计中消防泵启动控制、气压罐容积计算、稳压泵压力设定、系统防超压等设计人员关注的重要问题进行分析与探讨，提出了合理的控制要求和解决方案，以保证高层建筑消防给水系统设计的可靠性、合理性和完整性。

1　气压罐容积计算

当消防给水系统设有气压水罐，气压水罐不贮存消防主泵启动前消防所需的水量。气压水罐的设置，其目的只在于：①控制稳压泵的启停；②缓解稳压泵启停过于频繁；③缓冲因停泵水锤等原因而造成的对系统的压力冲击（当用气压水罐代替屋顶消防水箱的情况不在本文讨论范围）。

气压罐调节容积应按下式计算：

图1　气压罐内压力示意图

气压罐的总容积应按下式计算：

式中：Vq为气压罐的总容积（m3）；Vq1为气压罐的水容积（m3），应大于或等于调节容积；ab为气压罐内的工作压力比（以绝对压力计），即（p1+0.10MPa）/（p2+0.10MPa），宜采用0.65～0.85，其中p1、p2如图1所示；β为气压罐的容积系数，隔膜式气压罐取1.5。

为保证消防系统的安全性，节省工程造价，当气压罐设置在消防泵房时，气压罐内的工作压力比宜取0.85，当气压罐设置在消防水箱间时；气压罐内的工作压力比宜取0.80。当计算出气压罐的调节容积小于0.15m3，应按0.15m3计算气压罐的总容积，满足《消水规》第5.3.4条的规定。

2　稳压泵设计压力和消防主泵启动压力确定

《消水规》规定高位消防水箱的设置应高于其所服务的灭火设施，且最低有效水位应满足灭火设施最不利点处的静水压力。一类高层公共建筑，最不利点处的静水压力不应低于0.10MPa，当静水压力不能满足要求时应设置稳压泵。从此规定可以看出稳压泵的目的是保证最不利点处的静水压力，而不是满足最不利点处消火栓充实水柱所需的压力和流量。《消防增压稳压设备及安装》（98S205）中稳压泵启停压力是按满足最不利点处消火栓充实水柱所需的压力计算的，笔者认为稳压泵不能按图集直接选用，其设计压力应计算确定，并应保持系统最不利点处水灭火设施在准工作状态时的静水压力大于0.15MPa。当没有消防系统管网漏损量数据时，稳压泵设计流量可按消防给水系统设计流量的1%～3%计算。

图2　稳压泵设计压力的确定（一）

图3　稳压泵设计压力的确定（二）

当气压罐设置在消防水箱间时，见图2。稳压泵启动压力p1>0.15MPa-H，为防止稳压泵误启动，且≥H2+0.07MPa；稳压泵停泵压力p2=p1/0.8；消防主泵启泵压力P=p1+H1+H-0.085MPa。

当气压罐设置在消防泵房时，见图3。稳压泵启动压力p1>H+0.15MPa，为防止稳压泵误启动，且≥H2+0.01MPa；稳压泵停泵压力p2=p1/0.85；消防主泵启泵压力P=p1-0.085MPa。

3　消防水泵启停控制

对于消防水泵启动控制要求，《消水规》和《高层建筑民用建筑设计防火规范》（GB50045）有本质的区别。《高层建筑民用建筑设计防火规范》（GB50045）规定：消防水泵由设置于消防箱内的按钮直接启动。在实际工程调试中，由于消防管网系统较大，尤其是区域消防共用消防泵房时，经常出现消防按钮无法及时启动消防水泵的情况，因此《消水规》第11.0.4条的规定：消防水泵应由消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关，或报警阀压力开关等开关信号直接自动启动消防水泵。

对于《消水规》第11.0.4条的规定，笔者认为需要分两种工况进行分析。第一种情况：当消防给水系统设有高位消防水箱，其最低有效水位能满足灭火设施最不利点处的静水压力，无需设置稳压泵。消防水箱消防出水时，消防水泵出水干管压力开关处压力变化很小，该系统应优先由高位消防水箱出水管上的流量开关直接启动消防水泵，同时压力开关信号作为报警信号和第二启动消防水泵信号，以免贻误灭火战机。流量开关应具有以下功能：出水动作延迟30s启动消防水泵，流量不超过管网系统设计的漏损量时不动作，管网漏损量可按消防给水系统设计流量3%计算。

第二种情况：当消防给水系统设有高位消防水箱，其最低有效水位不能满足灭火设施最不利点处的静水压力，系统设有稳压泵。该系统应由消防水泵出水干管上压力开关信号直接自动启动消防水泵，高位消防水箱出水管上的流量开关信号作为报警信号和第二启动消防水泵信号。消防主泵启动压力按本文上节方法计算确定。

消防水泵不应设置自动停泵功能，自动关闭消防水泵会给现场扑救的消防队员造成一定的危险，因此消防泵不能自动停泵，只有具有管理权限的人员根据火灾扑救情况控制消防泵停泵。

4　消防转输水泵控制

建筑高度大于120m的超高层建筑，一般在避难层设置转输水箱和高区消防泵房。本节旨在讨论设置在地下消防泵房内，向转输水箱供水的转输水泵控制要求。

目前设计人员的做法有两种，第一种是消防转输水泵的启停，由转输水箱的液位控制，即当高区消防泵启动供水时，消防转输水箱水位下降到设计水位时，消防转输水泵启动；当消防转输水箱水位达到最高水位时，转输水泵停泵。笔者认为：这种通过转输水箱液位控制消防转输水泵启停的方式，虽能避免水箱溢流，但不符合《消水规》第11.0.2条“消防水泵不应设置自动停泵的控制功能”的规定要求。大多数火灾情况下，高区消防实际用水量均小于消防转输水泵的流量，由于消防转输水箱容积较小，会造成消防转输水泵频繁启停，增加故障率，影响消防系统的供水安全性。

第二种是消防转输水泵与高区消防泵联动控制，高区任一消防泵启动同时联动消防转输水泵启动，消防水泵从接到启泵信号到水泵正常运转的自动启动时间不应大于2min，当确认火灾扑救结束后高区消防泵手动停泵时，同时手动停止消防转输水泵。这种控制方式既能及时启动消防转输水泵，又能在火灾延续时间内不间断工作，保证高区消防给水的连续稳定供水。在实际灭火救援过程中，高区消防用水量往往达不到消防设计流量，而消防转输水泵以消防设计流量向转输水箱供水，造成水箱溢流。为保证消防储水量能够在火灾延续时间内全部被有效利用，转输水箱溢流管应连接到消防水池。

5　消防给水系统防超压措施

消防给水系统的超压是高层建筑中常见的现象，严重影响消防管网的安全使用，造成管道、配件、附件、器材和设备的损坏。为确保消防给水系统安全可靠，必须采取相应防治措施。造成消防给水系统超压的主要原因，有以下几种常见情况。

①消防给水系统中设备、管材管件、阀门和配件等选用不当，与消防给水工作压力不匹配，造成管道、配件等超压破坏。

②按设计流量选消防水泵，而水泵的流量～扬程曲线较陡直，当消防水泵在小流量运行时出现超压。

③消防水泵从给水管网直接吸水，水泵扬程按给水管网的最低水压计算。水泵运行时如正逢给水管网的最高水压，而给水管网的最低水压与最高水压相差较大时，就会出现超压。

④消防给水系统竖向分区不合理，按最低位置的室内消火栓静水压力1.0MPa进行竖向分区，当系统设有稳压设备时未考虑稳压泵启停压力，造成管网超压。

⑤消防水泵因故障或停电而突然停转，停泵水锤造成超压。

⑥消防给水竖向分区采用减压阀分区给水方式，当减压阀因故障而关闭不严或旁通管上阀门失控时，会造成低区给水管网的超压。

⑦消防给水采用串联给水方式，当止回阀不严密时，低区的水泵会因静水压力大于其工作压力而超压。

通过对上述造成消防给水系统超压的原因分析，为保证消防给水系统安全可靠运行，采取下列防超压措施。

①消防给水系统中采用的设备、管材管件、阀门和配件等系统组件的工作压力应大于消防给水系统的系统工作压力。

②选用流量～扬程曲线平缓的水泵，当消防用水量较大时，可设计多台水泵并联。用水量小时单泵运行，用水量大时多泵并联运行，并联水泵不宜超过3台。

③进行合理的竖向分区，消防给水管网竖向分区时，不按室内消火栓静水压力1.0MPa进行分区，适当留有余地。当系统设有稳压设备时，室内消火栓静水压力应按稳压泵停泵压力计算。

④消防水泵从给水管网直接吸水时，以给水管网的最高水压对水泵的工作情况进行校核，防止超压。

⑤消防水泵出口处设置水锤消除器，有效防止停泵水锤。

⑥消防给水竖向分区采用减压阀分区时，应设置备用减压阀组，阀前设置过滤器，不应设旁通管。减压阀减压工况点不得位于减压阀工作曲线气蚀区，当一次减压不能满足要求时，可采用串联减压方式。

⑦消防给水采用消防泵直接串联给水方式时，应校核系统工作压力，并应在串联消防水泵出水管上设置减压型倒流防止器。

⑧消防给水系统采取了相关防超压措施，仍存在超压可能时，可在系统中采取相应泄压稳压阀。当系统压力超过泄压阀设定值时，泄压阀动作泄压；当系统压力降低到泄压阀设定值时，泄压阀自动关闭维持系统压力，不致造成管网损害。

6　结论

综上所述，本文明确了消防稳压系统中气压罐容积的计算方法，并对计算公式中的各参数取值提出合理建议；结合不同供水方式和工况，提出了稳压泵设计压力、消防泵启动压力计算方法，并分析讨论了消防水泵和消防转输水泵启停控制要求；同时提出了高层建筑消防给水系统防超压解决方案。本文观点和结论仅供设计人员参考和借鉴。

[1]GB50794-2014，消防给水及消火栓系统技术规范[S].

[2]全国民用建筑工程设计技术措施-给水排水[S].

[3]GB50015-2003，建筑给水排水设计规范[S].

[4]15S909，消防给水及消火栓系统技术规范图示[S].

[5]建筑给水排水设计手册编写组.建筑给水排水设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

TU821.3

A

1007-7359(2016)03-0220-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.080

吴常军（1968-），男，安徽太和人，毕业于合肥工业大学，硕士，高级工程师。