高层建筑消防供水系统竖向分区设计探讨

王大奎

（昆明恒基建设工程施工图审查中心，云南昆明 650000）

0 引言

根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974—2014）第6.2.1 条规定：系统工作压力大于2.40MPa；消火栓栓口处静压大于1.0MPa；自动水灭火系统报警阀处工作压力大于1.60MPa或喷头处的工作压力大于1.20MPa 时，消防给水系统应采取竖向分区供水。竖向分区供水是指沿高层建筑垂直方向，科学划分有独立供水设施的供水区域，合理选择分区压力值，避免因为系统压力值设置过大造成建筑低层配水点处压力过高，或因压力值设置过小，造成高层建筑配水点处压力不足。因此，在设计中要结合建筑的层高合理划分竖向分区，既要满足消防供水的需求，又要确保管网和设备承受的工作压力在可控的范围内[1]。由于各种分区方式在成本、安全性、负荷、维护和管理方面都有着较大的不同，要对各种方式进行具体分析，选择最合理的设计方案。

1 消防水泵串联分区供水

1.1 消防水泵串联分区系统的特点

其运行特点是在建筑的高区或低区发生火灾时，分别启动高区和低区消防水泵进行供水。当发生火灾时，系统一般只考虑一个防护区，如果在分区界面发生火灾，则高、低区水泵同时工作，此时实际消防流量比设计流量要大，在消防设计中要对消防水池容积和供水系统进行必要的调整。消防水泵串联分区供水系统的特点是水泵台数较多，设备投入较大，同时在各区需要较大的占地面积、能耗较大。不过系统的优势在于设施相互独立，控制方便，系统可靠性较高，供水安全性较好。

1.2 消防水泵串联分区供水设计

水泵串联分区供水是竖向分区中最常见的方式之一，适用于超高层建筑，特别是高度在150m 以上的高层建筑中。一般在设计中分两种方式：消防水泵直接串联供水、消防转输水泵与转输水箱串联供水。前者指的是水泵直接串联向上的供水方式，其原理是低区水泵执行低区供水灭火工作，但当高区发生火灾时，由转输泵先启动供水，而后再启动高区消防水泵，加压输送到高区管网进行灭火。在系统工作中，要先启动转输泵，然后才能启动高区水泵。高、低各区系统当局部压力过高时，又可通过减压阀进行二次分区供水，实际工程中也往往要结合减压阀进行二次分区供水。水泵直接串联供水时须在高区加压水泵出水管上设置减压型倒流防止器等装置保证系统的运行安全，并校核工作压力，管道设计强度要满足当小流量大扬程发生时的最大扬程叠加压力要求。

消防转输水泵与转输水箱串联供水指的是当高区发生火灾时，高区加压水泵先启动从转输水箱吸水向高区管网供水，而后转输水泵启动从地下室消防水池吸水向转输水箱内补水的供水方式，一般在超高层建筑的接力供水方式中经常采用这种方式，这是由于水泵直接串联供水方式会引起系统超压，从而导致管网及设施承压过高，而转输水箱与转输水泵串联供水方式更容易精确控制水压，确保系统运行的安全。高区系统的转输水箱，也可以作为低区系统的高位消防水箱，转输水箱的有效储水容积要大于60m3，且应设自动补水管。

1.3 消防水泵串联分区供水系统的优势和不足

对于水泵串联分区供水系统来说，缺陷在于管网复杂，水泵、水箱分散设置，水箱和消防水泵占用面积较多，且电气控制相对烦琐，管理不易。但其优势也较为明显，主要表现在管网工作压力较低，而且系统控制性较好，水泵功率较低，启动可靠投资较小。对于150m 以上的超高层建筑来说，往往都要设置避难层，这就为消防转输水箱和加压水泵的设置留足空间，使水泵串联分区系统的使用得到保障。

2 消防水泵并联分区供水

2.1 水泵并联供水设计方式

消防水泵并联分区给水方式是指每个竖向分区各自独立设置一套消防加压泵从消防水池吸水加压供水灭火的供水方式，这种分区方式相对简单，系统运行也相对简单，当建筑的低区发生火灾时，启动低区消防水泵加压供水灭火，高区发生火灾时启动高区消防水泵加压供水灭火，因此系统的操作控制也较为简单，同时由于水泵集中在同一个水泵房内设置，管理较为方便。高、低区系统可分别设置高位消防水箱，也可合用高区消防水箱，当合用高区消防水箱时，低区系统应对高区消防水箱的出水进行减压，以免低区系统的静压过大[2]。设计水泵并联分区供水系统时，往往会因为考虑节约投资或减少系统的复杂性时而尽量少分区，此时每个水泵供水区的供水楼层会相对偏多，因此各个分区的低层部分管网会压力偏高，这就需要设置减压阀等进行局部减压或二次分区。

2.2 并联分区供水方式的特点及适用性

水泵并联系统各分区独立运行、独立控制、系统可靠、施工方便，更重要的是避免了水泵、水箱等在建筑中分散设置，节约了土建投资。但是其缺陷也较为明显，对竖向分区减压设备要求较高，如果没有减静压功能，会造成系统长期超压，影响系统的安全。同时也存在消防水泵房内水泵较多，占地面积较大的问题，再者由于管网、阀门等设施承压的问题，直接导致水泵并联分区供水的方式不适用于高度较高的建筑，因此实际应用比较少。

3 减压阀分区供水

3.1 减压阀分区供水方式

减压阀分区是目前普遍采用的消防供水分区方式，其设计图如图1 所示，其中1~7 分别代表消防水池、消防水泵、水箱、减压阀、水泵结合器、水池进水管和水箱进水管。减压阀可以采用比例式减压阀或可调式减压阀，设置以简单方便，系统安全可靠为原则，设备选型上要根据建筑的消防工况合理选择。用于系统竖向分区的减压阀应能既减动压，又减静压；每个分区的减压阀数量应不少于两组，为了提升安全性，必须要设置备用减压阀；采用比例式减压阀时，阀前阀后压力比值不宜大于3:1，采用可调式减压阀时，阀前阀后压力差不宜大于0.40MPa。

图1 减压阀分区供水方式

3.2 减压阀分区供水方式的特点

减压阀分区消防供水系统的适用性较广，既适用于高度不太高的普通高层建筑，也适用于高度较高的超高层建筑，其优点在于管道系统简单，节省加压水泵数量，和水泵分区相比，数量能够减少一半左右，泵房占地面积小，配电负荷也大大降低，投资较小。同时低区减压阀能够精确调节消防供水的工作压力，避免了管网压力过大的问题。目前这种分区方式运用较广，但是减压阀分区也存在一定的缺陷，主要问题在于质量不好的减压阀容易发生故障，尤其是我国高层建筑水质一般，非常容易造成减压阀故障。此外，减压阀密封失效，膜片损坏以及馈孔堵塞等问题都会导致减压阀失灵，系统的可靠性就会大大降低，如减压阀失灵时，维修人员不能及时发现，那么在发生火灾时低区喷淋系统洒水喷头前压力过大，导致系统保护面积不足；对于消火栓系统，则因管网压力过大，消防人员无法使用消火栓，影响火灾的扑救。因此要对减压阀分区方式采取控制措施，为避免减压阀失灵，可以采用智能传感器等设施，将系统的压力等信息传到消防控制中心，让消防管理人员随时掌握系统信息，对设备进行及时检修或更换。此外还应该采取保证水质的技术措施，比如在阀前安装过滤器，改善管道的材质等。为了避免水中杂质过多，还要定时进行清理，比如每季度进行泄水操作，必要时更新水池储水等，另外还应该做好防腐保温措施，保证供水系统的稳定性。

4 减压水箱分区供水

4.1 减压水箱分区供水方式

当消防水泵的供水压力在2.4MPa 以下，避难层等中间层有位置设置消防水箱时，可采用减压水箱进行分区供水。这种分区方式主要是从高区到低区分别设置减压水箱，火灾发生时，相应分区减压水箱首先启动向管网供水，同时屋顶消防水箱把水输送到分区减压水箱，使系统始终满足消防用水量的要求。屋顶消防水箱的储水量由消防水泵从消防水池吸水增加供给，同时屋顶消防水箱还应设置平时补水管，以维持系统准工作状态的水位要求[3]。减压水箱的有效容积应不小于18m3，水箱分两格设置，每格应分别设置进水管和出水管，两格间还应设置连通管，保证其中一格在清洗或检修时都能满足消防用水的需求。此外，减压水箱的水位控制应可靠，水箱应设置质量可靠的水位控制阀，以免系统因水位失控造成不必要的损失。

4.2 减压水箱分区供水方式的特点

减压水箱分区供水系统运行安全可靠，因此80 年代开始曾经在我国大量使用。但由于水箱占地面积大，很多高层建筑实际上无减压水箱的设置位置，且系统对减压水箱进水阀的安全可靠性要求较高，同时随着减压阀的不断发展，减压水箱分区供水的方式逐渐被取代。

5 结语

在高层建筑消防给水系统的设计中，既要避免系统压力设置过高导致管网设备承受压力较大，消防供水系统难以控制，又要提升系统的安全性和可靠性，降低成本投入和能源消耗[4]。因此在系统的设计中应该综合考虑设备选型、水池（箱）的容积和系统各个部件的设置，还应考虑后期管理及安全设施保障。在设计中，还要充分结合几种竖向分区的优势，取长补短，比如将重力设计、串联设计和减压阀设计等结合起来，提升系统的可靠性和控制的精确性。