高层建筑消防给水系统及可靠性研究

姜　红

中图分类号:TU2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0920149-01

高层建筑是城市现代化的标志,由于其楼层高、空间跨度大、功能复杂,使之一旦发生火灾,扑救困难,损失巨大,后果惨重。高层建筑物的这些火灾特点,决定了建筑物内必须设置消防给水设施以自救为主,所以消防给水系统是高层建筑消防灭火系统中极为重要的组成部分。

一、消防给水系统的分类

1.按系统的构成和功能可分为室内消火栓给水系统、室外消火栓给水系统和自动喷水灭火系统。

2.按消防给水压力可分为高压、临时高压和低压消防给水系统。

3.按消防给水系统按服务范围分类可分为独立高压(或临时高压)消防给水系统、区域或集中高压(临时高压)消防给水系统。

4.按给水方式可分为不分区和分区消防给水系统。不分区消防给水系统一般在建筑高度不超过50m时采用;分区消防给水系统一般在建筑高度超过50m时采用。

二、高层建筑消防给水的几种形式

(一)高位消防水池供水形式。这种供水方式是在高层建筑的屋顶设置大容量消防水池(水池的容积应满足灭火灾延续时间内所需要的全部消防用水),平时利用生活加压水泵将水一次抽升至屋顶消防水池贮存。当火灾发生时,直接依靠水池中的消防贮水通过室内消火栓给水系统和自动喷水灭火系统进行灭火。尤其是对于50m以上,需要分区减压供水的高层建筑,该特点尤为突出,只需在分区的适当高度和部位设置小容量的调压水箱即可满足消防使用要求,此种供水方式消防的安全可靠性高,控制简单,使用方便。但是该方式消防水池的容积庞大,对建筑外观和结构计算以及抗震投资等影响较大,不易被接受,因而限制了该供水方式的应用。

(二)消防专用水泵屋顶高位水箱供水形式。这种供水方式是高层建筑消防给水设计中采用最多、最易接受的一种方式。在高层建筑屋顶设小容量的高位水箱,一般和生活用水合用,并且满足10min的消防用水量。在建筑物底层(地下室)或室外设消防专用水池、水泵及泵房。从建筑的高度及分区情况看,该供水方式又可分为一次加压供水,分区并联加压供水及分区串联加压供水三种形式。

一次加压供水适用于建筑高度在50m以下,且不需要分区供水的高层建筑。分区并联加压供水或分区串联加压供水,用于建筑高度超过50m,且需要分区减压供水的高层建筑。分区并联加压供水,各分区供水互不影响,消防安全可靠,分区水箱容积较小;消防专用水泵可集中设置,便于平时维护、管理,但对消防供水管材的质量要求较高。分区串联加压供水,对消防管道压力要求较低,可减少管道的维修。但各区供水有联系,消防安全可靠性较差。当下一区的消防专用水泵出现故障时,将影响其上区消防灭火的可靠性。且串联供水,水泵安装分散,平时的维修、管理困难较多。

(三)消防气压罐供水形式。该种供水方式与其他供水方式的不同点在于无需另设高位水箱,使消防管网始终处于常高压状态。消防安全可靠性高,但对供电要求严格,需两路电源或柴油发电机供电系统。

近几年,该供水方式以其独特的供水形式,不受高度的限制,安装灵活方便,操作简单,自动化程度高,消防出水快,技术上安全可靠等优点,为广大设计者和使用者青睐。在高层建筑消防给水设计中不断被采用。但是,该供水方式耗电较高,经常运行费用大。据调查,该供水方式约有四分之一的能耗用来维修无效压力的区间上而被浪费掉。此外,在需要分区减压供水的高层建筑消防给水设计中,由于每分区都要设一个存有10min消防用水量的大气压罐,可以说是很不经济,很不合理的。

(四)全自动恒压变频调速供水形式。这是一种用于生活、消防的新型节能供水设备。它采用了最新的交流变频调速技术和自动化技术,对管网压力实行检测,控制水泵转速、扬程等,保证了管网压力的恒定。其特点是生活、消防供水共用一组水泵,并共用备用水泵,减少了设备的占地面积,避免了因水泵久置不用而锈蚀所引起的不安全因素,增强了消防供水的安全可靠性,该供水方式同消防专用水泵高位水箱供水方式基本相同。

三、消防给水方式的选择

在选择消防给水方式时,应充分了解建筑物的性质、结构特征、建筑高度、平面布局、防火分区的划分、设备层和避难层的位置等,同时注意以下几个方面:

(一)消防水泵房的位置。根据建筑布置以及室外管网的水压,消防水泵房通常设在地下室内。此外,当消防水池同时存有室外消防用水时,消防水池宜设置在下一层,并应保证消防车的消防水泵的吸水高度不大于6m。当消防水池内只存有室内消防用水时,其位置不受限制,但无论如何都应有直通室外的消防通道。

(二)屋顶高位水箱和中间消防水箱的位置。屋顶高位水箱和中间消防水箱的位置通常设在设备层、避难层或专用的水箱间内,并且不宜靠近对安静程度要求较高的房间(包括上下层和相邻的房间),当中间楼层不宜设中间消防水箱和水泵时,可用屋顶水箱和减压阀联合工作的方式替代中间消防水箱和水泵。

屋顶水箱的设置高度应保证消火栓系统最不利点消火栓的静水压力要求(设在屋顶水箱间或屋顶设备层内的检验用消火栓除外),当建筑高度不超过100m时,最不利点消火栓的静水压力不应低0.O7mPa;当建筑高度超过100m时,最不利点消火栓的静水压力不应低于0.15MPa。屋顶水箱的设置高度还应保证自动喷泉水灭火最不利点喷头的工作压力不应低于0.O5MPa。中间水箱的设置高度应保证所在供水分区内的最不利点消火栓或喷头消防时所需的压力。为达到这一要求,通常将该供水分置于中间水箱以下若干层。

(三)供水分区的划分。在消防水泵房、屋顶高位水箱及各区中间消防水箱的位置确定后,就可以在它们之间进行进一步的分区。对于自动喷水灭火系统的竖向分区宜,为保证供水的均匀性,将每个竖向分区再划分成若干个小分区,每个小分区由独立的报警阀控制,小分区的最高喷头与最低喷头之间的垂直高差控制在50m以内,并在入口压力大于0.42MPa的入口管上设减压孔板或减压阀。另外配水管道的工作压力应控制在1.20MPa以下。

在城市供水管网能保证室内消防供水安全,并且当地主管部门允许消防水泵直接抽水的情况下,可充分利用城市供水管网的压力,单独形成一个供水分区。

四、结论

通过对以上的高层消防供水方式的分析和比较,可以看出他们各有利弊,因此在选择设计时应根据建筑的性质、高度、抗震、电力等具体情况,进行合理的、切合实际的技术经济比较,正确地选择和组合。

总之,在选择消防给水方式时,应根据工程的具体情况,在安全与经济两者之间求得合理的平衡得到最优的可靠度,并对与之相关的各种因素进行综合评估。如:供水可靠性、投资大小、能耗高低、设备宜集中设置还是分散设置、对水箱占用上层使用面积的限制,可能产生的噪声和二次污染,运行和维护管理是否方便以及外网供水能力等,同时应咨询当地消防部门的意见,从上述各类给水方式中选择适合于体建筑物特点的消防给水,或者采用几种消防给水方式的组合,制定出切实可行的方案来。