超高层住宅消防给水系统技术分析

文／邹奇峰 广州城建开发设计院有限公司 广东广州 510000

1.消防给水分区原则

《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014：

（1）符合下列条件时，消防给水系统应分区供水:①系统工作压力大于2.40MPa；②消火栓栓口处静压大于1.0MPa；③自动水灭火系统报警阀处的工作压力大于1.60MPa 或喷头处的工作压力大于1.20MPa[1]。

（2）但当系统的工作压力大于2.40MPa 时，应采用消防水泵串联或减压水箱分区供水形式[2]。

（3）高压和临时高压消防给水系统的系统工作压力应根据系统在供水时，可能的最大运行压力确定，并应符合下列规定：①高位消防水池、水塔供水的高压消防给水系统的系统工作压力，应为高位消防水池、水塔最大静压；②市政给水管网直接供水的高庄消防给水系统的系统工作压力，应根据市政给水管网的工作压力确定；③采用高位消防水箱稳压的临时高压消防给水系统的系统工作压力，应为消防水泵零流量时的压力与水泵吸水口最大静水压力之和；④采用稳压泵稳压的临时高压消防给水系统的系统工作压力，应取消防水泵零流量时的压力、消防水泵吸水口最大静压二者之和与稳压泵维持系统压力时两者其中的较大值[3]。

2.消防给水分区分析模型

分析模型：住宅建筑；高度：100m ＜H ≤150m，150m ＜H ≤200m，200m ＜H ≤250m；塔楼室内消火栓用水量：20L/S；塔楼喷淋用水量：20L/S（轻危险级）；车库室内消火栓用水量：10L/S；充电桩车库喷淋用水量：80L/S；消防水池V1=80×1.5×3.6+10×2×3.6=504m3；临时高压系统转输水箱V2=60m3；常高压系统高位消防水池V3=20×2×3.6+20×1×3.6=216m3；屋顶高位消防水箱V4=36m3。

3.100m ＜H ≤150m 住宅消防给水系统分析(图1)

图1 100m ＜H ≤150m 消防系统方案图

3.1 方案一

消防水池V1设置在地下室，高位消防水箱V4设置在屋顶。系统分为3 个分区，消火栓系统和喷淋系统均采用临时高压消防给水系统，Ⅰ、Ⅱ分区通过减压阀控制压力。地下室和塔楼共用消火栓泵组和喷淋泵组[4]。

系统相关设备参数如下：（1）消火栓泵，20L/S，200m，一用一备；（2）喷淋泵，40L/S，200m，两用一备；（3）喷淋稳压泵，1L/S，20m，一用一备。

3.2 方案二

消防水池V1设置在地下室，高位消防水箱V4设置在屋顶。系统分为3 个分区，消火栓系统和喷淋系统均采用临时高压消防给水系统，Ⅰ、Ⅱ分区通过减压阀控制压力。地下室和塔楼共用消火栓泵组，地下室单独设置喷淋泵组，塔楼单独设置喷淋泵组[5]。

系统相关设备参数如下：（1）消火栓泵，20L/S，200m，一用一备；（2）塔楼喷淋泵，20L/S，200m，一用一备；（3）地下室喷淋泵，80L/S，80m，一用一备；（4）喷淋稳压泵，1L/S，20m，一用一备。

3.3 方案三

消防水池V1设置在地下室，高位消防水池V3设置在屋顶。系统分为3 个分区，设置补水泵从消防水池V1供水至高位消防水池V3，Ⅲ分区的消火栓系统和喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置屋顶消防泵供水），地下室喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置地下室喷淋泵供水），Ⅰ、Ⅱ分区的消火栓系统和喷淋系统均采用高压消防给水系统（由高位消防水池V3重力供水），Ⅰ分区通过减压阀控制压力。

系统相关设备参数如下：（1）地下室喷淋泵，80L/S，80m，一用一备；（2）高位消防水池补水泵，5L/S，180m，一用一备；（3）屋顶喷淋泵，20L/S，40m，一用一备；稳压泵，1L/S，20m，一用一备；（4）屋顶消火栓泵，20L/S，40m，一用一备。

3.4 分析总结

方案一的喷淋泵组按地下室和塔楼合用设计，按最大用水量的部位（地下室）选择流量，按最高楼层（塔楼）选择扬程，选择了大流量、高扬程的消防泵。当地下室发生火灾时，需要大流量、低扬程，因此泵组的高扬程无法得到充分利用；当塔楼发生火灾时，需要小流量、高扬程，因此泵组的大流量无法得到充分利用。

方案二的喷淋泵组按地下室和塔楼分开设计，地下室选择了大流量、低扬程的消防泵，塔楼选择了小流量、高扬程的消防泵。当地下室或塔楼发生火灾时，启动相应的消防泵组，因此消防泵组是在高效区间运行，使消防泵的功能充分发挥。

方案三地下室喷淋系统、Ⅲ分区的消火栓系统和喷淋系统采用临时高压消防给水系统，其余部位的消火栓系统和喷淋系统均采用高压消防给水系统。塔楼的临时高压消防给水泵组设置于屋顶，减少了泵组的扬程，但是屋顶要设置消防水泵房，并做隔振处理；屋顶设置了高位消防水池，Ⅰ、Ⅱ分区采用了高压消防给水系统，安全性高，但是屋顶需要设置大水池。

总结：结合初投资、运行效率、安全性考虑，建议选择方案二、方案三。

4.150m ＜H ≤200m 住宅消防给水系统分析(图2)

图2 150m ＜H ≤200m 消防系统方案图

4.1 方案一

消防水池V1设置在地下室，转输水箱V2设置在屋顶。系统分为4 个分区，设置转输泵从消防水池V1供水至转输水箱V2，Ⅳ分区的消火栓系统和喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置屋顶消防泵供水），地下室喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置地下室喷淋泵供水），Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分区的消火栓系统和喷淋系统均采用临时高压消防给水系统（由转输水箱V2重力供水），Ⅰ、Ⅱ分区通过减压阀控制压力[6]。

系统相关设备参数如下：（1）地下室喷淋泵，80L/S，80m，一用一备；（2）转输泵，20L/S，220m，两用一备（转输泵供水是开式系统，无零流量状态，只要额定压力≤2.4MPa 即可）；（3）屋顶喷淋泵，20L/S，40m，一用一备；稳压泵，1L/S，20m，一用一备；（4）屋顶消火栓泵，20L/S，40m，一用一备。

4.2 方案二

消防水池V1设置在地下室，高位消防水池V3设置在屋顶。系统分为4 个分区，设置补水泵从消防水池V1供水至高位消防水池V3，Ⅳ分区的消火栓系统和喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置屋顶消防泵供水），地下室喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置地下室喷淋泵供水），Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分区的消火栓系统和喷淋系统均采用高压消防给水系统（由高位消防水池V3重力供水），Ⅰ、Ⅱ分区通过减压阀控制压力。

系统相关设备参数如下：（1）地下室喷淋泵，80L/S，80m，一用一备；（2）高位消防水池补水泵，5L/S，220m，一用一备（采用水位控制补水泵的启停，补水泵供水是开式系统，无零流量状态，只要额定压力≤2.4MPa 即可）；（3）屋顶喷淋泵，20L/S，40m，一用一备；稳压泵，1L/S，20m，一用一备；（4）屋顶消火栓泵，20L/S，40m，一用一备。

4.3 方案三

转输水箱V2设置在地下室，消防水池V1设置在屋顶。系统分为4 个分区，设置补水泵从转输水箱V2供水至消防水池V1，Ⅳ分区的消火栓系统和喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置屋顶消防泵供水），Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分区（包括地下室喷淋系统）的消火栓系统和喷淋系统均采用高压消防给水系统（由高位消防水池V1重力供水），Ⅰ、Ⅱ分区通过减压阀控制压力。

系统相关设备参数如下：（1）消防水池补水泵，5L/S，220m，一用一备（采用水位控制补水泵的启停，补水泵供水是开式系统，无零流量状态，只要额定压力≤2.4MPa 即可）；（2）屋顶喷淋泵，20L/S，40m，一用一备；稳压泵，1L/S，20m，一用一备；（3）屋顶消火栓泵，20L/S，40m，一用一备。

4.4 分析总结

三个方案相同之处：Ⅳ分区的消火栓系统和喷淋系统采用临时高压消防给水系统，屋顶要设置消防水泵房，并做隔振处理。

方案一消防水池V1设置在地下室，转输水箱V2设置在屋顶，设置转输泵从消防水池V1供水至转输水箱V2。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分区均为临时高压消防给水系统，地下室喷淋单独设置消防泵组供水。优点：屋顶水池小。缺点：转输泵、地下室喷淋泵耗能高，初投资高。

方案二消防水池V1设置在地下室，高位消防水池V3设置在屋顶，设置补水泵从消防水池V1供水至转输水箱V3。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分区均为高压消防给水系统，地下室喷淋单独设置消防泵组供水。优点：补水泵流量小，节能；采用了高压消防给水系统，安全性高。缺点：地下室消防水池大，屋顶消防水池较大。

方案三转输水箱V2设置在地下室，消防水池V1设置在屋顶，设置补水泵从转输水箱V2供水至消防水池V1。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分区（包括地下室喷淋系统）均为高压消防给水系统。优点：补水泵流量小，节能；采用了高压消防给水系统，安全性高；地下室消防水池小。缺点：屋顶消防水池很大。

总结：屋顶有条件设置大水池的情况下，选择方案二或者方案三；屋顶无法设置大水池的情况下，选择方案一。

5.200m ＜H ≤250m 住宅消防给水系统分析(图3)

图3 200m ＜H ≤250m 消防系统方案图

5.1 方案一

消防水池V1设置在地下室，转输水箱V2设置在屋顶。系统分为5 个分区，设置转输泵从消防水池V1供水至避难层转输水箱V2，再设置避难层转输泵供水至屋顶转输水箱V2，Ⅴ分区的消火栓系统和喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置屋顶消防泵供水），地下室喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置地下室喷淋泵供水），Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分区的消火栓系统和喷淋系统均采用临时高压消防给水系统（由屋顶转输水箱V2重力供水），Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分区通过减压阀控制压力[7]。

系统相关设备参数如下：（1）地下室喷淋泵，80L/S，80m，一用一备；（2）转输泵，20L/S，170m，两用一备；（3）避难层转输泵，20L/S，120m，两用一备；（4）屋顶喷淋泵，20L/S，40m，一用一备；稳压泵，1L/S，20m，一用一备；（5）屋顶消火栓泵，20L/S，40m，一用一备。

5.2 方案二

消防水池V1设置在地下室，转输水箱V2设置在避难层，高位消防水池V3设置在屋顶。系统分为5 个分区，设置补水泵从消防水池V1供水至避难层转输水箱V2，再设置避难层补水泵供水至高位消防水池V3，Ⅴ分区的消火栓系统和喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置屋顶消防泵供水），地下室喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置地下室喷淋泵供水），Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分区的消火栓系统和喷淋系统均采用高压消防给水系统（由高位消防水池V3重力供水），Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分区通过减压阀控制压力。

系统相关设备参数如下：（1）地下室喷淋泵，80L/S，80m，一用一备；（2）避难层转输水箱补水泵，5L/S，170m，一用一备；（3）高位消防水池补水泵，5L/S，120m，一用一备；（4）屋顶喷淋泵，20L/S，40m，一用一备；稳压泵，1L/S，20m，一用一备；（5）屋顶消火栓泵，20L/S，40m，一用一备。

5.3 方案三

转输水箱V2设置在地下室和避难层，消防水池V1设置在屋顶。系统分为5 个分区，设置补水泵从地下室转输水箱V2供水至避难层转输水箱V2，再设置避难层补水泵供水至高位消防水池V3，Ⅴ分区的消火栓系统和喷淋系统采用临时高压消防给水系统（设置屋顶消防泵供水），Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分区（包括地下室喷淋系统）的消火栓系统和喷淋系统均采用高压消防给水系统（由高位消防水池V1重力供水），Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分区通过减压阀控制压力。

系统相关设备参数如下：（1）避难层转输水箱补水泵，5L/S，170m，一用一备；（2）高位消防水池补水泵，5L/S，120m，一用一备；（3）屋顶喷淋泵，20L/S，40m，一用一备；稳压泵，1L/S，20m，一用一备；（4）屋顶消火栓泵，20L/S，40m，一用一备。

5.4 分析总结

200m ＜H ≤250m 住宅消防给水系统三个方案的优缺点与150m ＜H ≤200m 住宅消防给水系统三个方案的优缺点相同。

总结：屋顶有条件设置大水池的情况下，选择方案二或者方案三；屋顶无法设置大水池的情况下，选择方案一。

结语：

（1）100m ＜H ≤150m 住宅消防给水系统，建议选择方案二、方案三；（2）150m ＜H ≤200m住宅消防给水系统，屋顶有条件设置大水池的情况下，选择方案二或者方案三；屋顶无法设置大水池的情况下，选择方案一；（3）200m ＜H ≤250m 住宅消防给水系统，屋顶有条件设置大水池的情况下，选择方案二或者方案三；屋顶无法设置大水池的情况下，选择方案一。