高层建筑消防水源设计与水压保障技术研究与应用

员续生

(山西华鼎建筑设计有限公司，山西 运城 044000)

随着城市化进程的不断加快，高层建筑在现代城市中扮演着日益重要的角色。然而，高层建筑由于其特殊的结构与高度，其消防安全问题也日益凸显。一旦发生火灾等突发事件，如何保障消防水源的充足供应以及水压的稳定成为了至关重要的问题。通过深入探讨高层建筑消防水源与水压保障技术，为保障城市高层建筑的消防安全提供有效的解决方案。

1 高层建筑消防水源设计与综合利用

1.1 消防水池的设计与布置

1.1.1 消防水池与市政供水的关系

消防水池与市政供水系统是相互关联的。消防水池可以作为备用供水系统，当市政供水系统发生故障或水压不足时，消防水池可以提供稳定的消防水源[1]。

消防水池与市政供水系统之间应设置适当的连接和控制装置，以确保消防水池能够及时补充并保持水源的稳定性。同时，消防水池的设计应考虑到市政供水系统的水质要求和消防水源的水质要求，确保供水的安全和可靠性。

为了保证消防水池的供水能力，应定期进行水质检测和水池清洗，确保水池内部的水质符合相关标准要求。

1.1.2 消防水池的容量和数量要求

在高层建筑的消防系统中，消防水池是确保消防水源供应的重要组成部分。消防水池的容量和数量的设计应根据建筑物的高度、使用性质以及消防水源供应的要求来确定。

1)一次灭火用水量。根据规范要求，消防水池的容量应满足以下公式。

V = Q × T

其中，V表示消防水池的容量(单位：m3)，Q表示建筑物每分钟所需的消防水量(单位：L/min)，T表示消防持续时间(单位：s)。根据建筑物的使用性质和规模，可以确定Q的数值。

2)消防水量。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》的要求，建筑物消防用水水量Q(包含室内和室外用水量)可依据表格3.3.2和表格3.5.2查得；消火栓系统和固定冷却水系统的火灾延续时间可依据表3.6.2查得。

3)消防水池数量。消防水池的数量可根据同一时间发生火灾起数确定，建筑群共用临时高压消防给水系统时，工矿企业消防供水的最大保护半径不宜超过1200m，且占地面积不宜大于200hm2；居住小区消防供水的最大保护建筑面积不宜超过500000m2；公共建筑宜为同一产权或物业管理单位。若不满足上述要求，就要增加消防水池数量。

4)消防水池容量。当市政给水管网能保证室外消防给水设计流量时，消防水池的有效容积应满足在火灾延续时间内室内消防用水量的要求；当市政给水管网不能保证室外消防给水设计流量时，消防水池的有效容积应满足火灾延续时间内室内消防用水量和室外消防用水量不足部分之和的要求。当消防水池采用两路消防供水且在火灾情况下连续补水能满足消防要求时，消防水池的有效容积应根据计算确定，但不应小于100m3。当仅设有消火栓系统时不应小于50m3。消防水池的总蓄水有效容积大于500m3时，设两格能独立使用的消防水池；当大于1000m3时，设置能独立使用的两座消防水池。

1.2 高层建筑消防水泵的选择与配置

1.2.1 水泵的类型与特点

在高层建筑的消防系统中，水泵是将消防水源供应到各个消防设施的关键设备。根据不同的需求和特点，常见的水泵类型包括离心泵、柱塞泵和涡流泵等[2]。

1)离心泵。离心泵是最常用的水泵类型之一，其特点是结构简单、运行平稳、效率高。离心泵的流量与扬程之间的关系可以通过以下公式计算。

Q = k×H^0.5

其中，Q表示流量，H表示扬程，k为常数。

2)柱塞泵。柱塞泵是一种容积式泵，其特点是能够提供较高的压力，适用于长距离输送和高层建筑消防系统的需求。柱塞泵的流量与扬程之间的关系可以通过以下公式计算。

Q = k×H

3)涡流泵。涡流泵是一种特殊的离心泵，其特点是能够处理含有固体颗粒的液体。涡流泵的流量与扬程之间的关系可以通过以下公式计算。

Q = k×H^0.75

1.2.2 水泵的安装位置与数量

在高层建筑的消防系统中，水泵的安装位置和数量的选择应考虑到建筑物的高度、消防水源的供应能力以及消防水压的要求。

首先，水泵应安装在建筑物的底部或地下室，以便将消防水源供应到各个楼层和消防设施。同时，为了确保消防水源的供应稳定性，建议在高层建筑中设置多台水泵，以备份和互为替补。

其次，水泵的数量应根据建筑物的高度和消防水压的要求来确定。一般来说，每个消防水泵的扬程应能满足建筑物各楼层的消防水压要求。根据消防规范的要求，每个楼层的消防水压一般为0.2～0.3 MPa。

1.3 其他备用水源的利用

1.3.1 生活水源的利用

在高层建筑的消防系统中，除了市政供水和消防水池之外，还可以考虑利用生活水源作为备用水源。生活水源可以是建筑物内部的自来水系统或其他非消防用途的水源。生活水源的利用可以通过设置合适的阀门和管道连接来实现。当市政供水或消防水池的供水出现问题时，可以通过切换阀门的方式将生活水源引入消防系统，以保证消防水源的供应[3]。

同时，为了确保生活水源的可靠性和水质安全性，需要对生活水源进行定期检查和维护。此外，还需要设置适当的过滤和处理设备，以确保生活水源符合消防用水的要求。

1.3.2 雨水收集系统的应用

雨水收集系统是另一种备用水源的考虑方案。通过收集和储存雨水，可以在市政供水或消防水池供水不足时提供备用水源。雨水收集系统的应用可以通过设置雨水收集装置、储水罐和管道连接来实现。收集到的雨水可以通过过滤和处理设备进行净化，以确保水质符合消防用水的要求。

雨水收集系统的容量和数量的设计应根据建筑物的需求和雨水资源的可利用性来确定。可以通过以下公式计算雨水收集系统的容量。

V = A×R×C

其中，V表示雨水收集系统的容量，A表示建筑物的屋面面积，R表示年平均降雨量，C表示雨水收集效率。

2 高层建筑消防水压保障技术研究与应用

2.1 水压调节设备的选择与配置

2.1.1 减压阀的原理与应用

减压阀是一种常用的水压调节设备，其原理是通过阀门内部的调节装置，如弹簧、活塞等，来控制水流的流速和压力。当供水管道的压力超过设定值时，减压阀会自动调节阀门的开度，使水压保持在设定范围内。在高层建筑的消防系统中，减压阀可以用于调节供水管道的水压，以满足消防系统的需求。

减压阀的应用可以通过设置在供水管道上来实现。根据消防系统的要求和设计参数，选择合适的减压阀型号和规格。减压阀的选择应考虑到供水管道的压力和流量，以及消防系统的水压要求。

2.1.2 变频调速水泵的优势与应用

变频调速水泵是一种先进的水压调节设备，其工作原理是通过控制器和变频器来实现对水泵的转速调节。根据消防系统的需求，通过调整转速，可以实现精确的水压控制，确保消防系统的正常运行。变频调速水泵的优势在于可以根据消防系统的需求实时调整水泵的运行速度和水流量。通过改变水泵的转速，可以有效地控制供水管道的水压。

变频调速水泵的应用可以通过设置在供水管道上来实现。根据消防系统的需求和设计参数，选择合适的变频调速水泵型号和规格。变频调速水泵的选择应考虑到供水管道的压力和流量，以及消防系统的水压要求[4]。

2.2 区域供水系统的设计与实施

2.2.1 分区供水与管网设计

在高层建筑的消防水压保障技术中，分区供水是一种常用的设计策略。通过将建筑物划分为不同的区域，每个区域都有独立的供水系统，可以更好地控制和调节水压。

1)分区供水设计。在进行分区供水的设计时，需要考虑以下因素：①建筑物的结构和布局。根据建筑物的结构和布局，确定合适的分区方案，确保每个区域都能够得到足够的水压供应；②消防系统需求。根据消防系统的需求，确定每个区域的消防水源和供水管道的规格和容量；③水压调节设备。根据每个区域的水压需求，选择合适的水压调节设备，如减压阀和变频调速水泵，来保证每个区域的水压稳定。

2)管网设计。在管网设计方面，需要考虑以下因素：①管道布局。根据建筑物的结构和布局，设计合理的管道布局，确保供水管道的路径短且直接，减少水流阻力和压力损失；②管道规格和容量。根据每个区域的供水需求和水压要求，确定合适的管道规格和容量，以保证足够的水流量和水压供应；③管道材料和连接方式。选择适合高层建筑消防系统的管道材料，如不锈钢或铜管，以及可靠的连接方式，如焊接或螺纹连接，以确保管道系统的稳定性和耐久性。

2.2.2 分区水箱与供水压力的关联

分区水箱是区域供水系统中的重要组成部分。它可以用来储存水源，并通过供水泵提供水压。分区水箱的容量和供水压力的关联可以通过以下公式计算：

P = (ρgh + Pp)/ A

其中，P表示供水压力，ρ表示水的密度，g表示重力加速度，h表示水箱的有效高度，Pp表示供水泵的压力，A表示供水面积。

根据消防系统的需求和每个区域的水压要求，可以确定分区水箱的容量和高度。同时，需要根据供水泵的性能和工作条件，确定供水泵的压力。

为了保证供水压力的稳定性，分区水箱应设置合适的进水和排水口，以及水位控制装置。水位控制装置可以根据水箱的水位变化自动控制供水泵的启停，以保持恒定的供水压力。

3 消防水源安全性供水策略

3.1 消防水源的备用与监控

在高层建筑的消防水压保障技术中，消防水源的备用与监控是确保消防系统正常运行的关键因素。消防水源的备用是指在主要供水源发生故障或无法正常供水时，能够及时切换到备用供水源，保证消防系统的可靠供水。而消防水源的监控则是指对消防水源进行实时监测，确保其正常运行和供水状态的可靠性。

首先，消防水源的备用是为了应对主要供水源故障或停水情况而设计的。在高层建筑中，主要供水源可能会受到各种因素的影响，如供水管道破裂、供水压力不稳定等。因此，设置备用供水源是非常必要的。备用供水源可以是其他水源，如水井、水泵或其他建筑物的供水系统。在设计时，需要考虑备用供水源的可靠性、供水能力和供水压力等因素。同时，备用供水源应与主要供水源相互独立，以确保在主要供水源发生故障时能够及时切换到备用供水源。

其次，消防水源的监控是为了实时监测供水状态和供水压力，确保消防系统的正常运行。监控系统可以通过传感器、仪表和监控设备等实现。监控系统应能够监测供水源的供水能力、供水压力、水位、水质等参数，并及时报警或提供报警信号，以便消防人员能够及时采取措施。监控系统还应具备数据记录和远程监控功能，以便对供水状态进行分析和评估，并及时进行维护和修复。

3.2 火灾发生时的紧急供水措施

首先，应设置紧急供水控制阀门。这些阀门可以手动或自动控制，用于切断非紧急用水管道，优先保障消防系统的供水。当火灾发生时，可以通过操作这些阀门，将供水重定向到消防系统。

其次，应设置紧急供水泵。这些泵可以是备用消防水泵或其他紧急供水泵。在火灾发生时，可以启动这些泵，提供额外的供水压力和流量，以满足消防系统的需求。

4 结语

综上所述，在高层建筑消防水源设计与水压保障技术研究与应用中，我们深入探讨了消防水源的安全性供水策略。通过备用与监控系统的合理设置，以及紧急供水措施的实施，可以确保消防系统的可靠供水和正常运行。这些技术的应用不仅提高了高层建筑消防安全的水平，也为保护人员生命和财产安全提供了有力保障。然而，我们也要意识到，消防水源设计与水压保障技术的研究与应用是一个不断发展的领域，需要不断更新和完善。下一步，希望通过相关专业人员的努力，为高层建筑消防安全做出更大的贡献，为建筑安全和人员生命安全保驾护航。