综合性大学给排水设计探讨

邓 毅 龚增荣 黄正杰

(浙江大学建筑设计研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

1 项目概况

杭州师范大学中心区处于大学城核心地段，主要建筑包括：中心图书馆、行政办公及研究中心综合楼、会议中心、接待中心及师生活动中心综合楼。建筑总面积162 488 m2，最高建筑54.1 m。最不利建筑按一类高层建筑设计。

2 循环冷却水补水系统的优化

本项目中央空调系统采用水冷机组，冷却塔设置于会议中心裙房屋面，屋面高度为13.5 m。经核算，市政水源无法满足冷却塔补水要求，须采用加压泵组加压的方式方能满足屋顶冷却塔补水的需求。

2.1 传统冷却水补水系统运行弊端

传统冷却塔补水通常设置独立的水池水泵房，通过变频加压泵组加压后供给屋顶冷却塔补水。通过已竣工的工程业主使用反馈，笔者发现上述供水系统存在以下弊端：

1)大型项目的设计中，由于冷却塔需要的补水量较大，采用单独设置钢板拼装水池作为补水水箱的方案，由于水箱及水泵四周需要预留必要的安装检修空间，往往需要占用较为可观的地下室面积作为冷却水补水泵房，使得本来就紧张的地下室面积变得更为局促。

2)变频加压泵组由于自身特性(须自带变频控制器及气压罐)，其采购成本高于普通工频水泵。且在建筑单体建成投入使用后，业主反馈由于冷却塔运行的特性，日常使用中经常会出现小流量频繁补水的情况。由于变频泵组直接从冷却水补水箱中吸水后直接加压补水，导致变频泵组在使用中小流量频繁启动，而且大部分时间是工作在小流量的低效区，导致变频泵组故障率较高，大大提高了业主日常使用维护和运行成本。

同时，在此前项目消防水池水泵房的设计中笔者发现，现行消防给水及消火栓系统技术规范中并未明确消防水池设置相关水循环净化装置；但是在日常使用中，虽然在消防水池进水管上安装了Y型过滤器，由于消防水池在一次补水后长时间储水，水质得不到循环净化，极易发生变质的情况。一旦发生火灾，腐坏变质的水随着水泵加压进入到喷淋供水管网，极易堵塞水喷淋喷头，使得着火点上方喷水强度无法达到设计值，灭火效果大打折扣，对业主的生命财产安全可能构成一定的隐患。

2.2 问题探讨及解决方法

为解决上述消防水池水质隐患，同时提升用户使用品质，降低泵组频繁启动造成的泵组不必要的损耗，同时减少加压泵组的运行能耗，合理利用地下室空间。笔者选用了一种新的冷却水补水方法：

1)适当扩大少许消防水池水泵房面积，将冷却塔补水储水水量存放于土建消防水池中，在消防水泵房中设两台工频冷却水补水泵(一用一备)从消防水池吸水。同时，为保证消防用水储水不被挪作他用，在冷却水补水泵吸水管顶端设DN32真空破坏管一根。真空破坏管顶部水位为消防水池最高有效水位，保证消防水池水位下降至消防水池消防最高有效水位时，冷却水补水泵吸水管形成真空破坏，从而保证了消防水池水位永远高于水池消防最高有效水位，如图1所示。

2)在放置冷却塔的会议中心裙房屋面设置一座4 m×2.5 m×2 m(H)，有效容积15 m3的冷却塔补水水箱，水箱底标高15.5 m，有效水深1.5 m。冷却水补水泵不再采用变频泵直接向冷却塔补水，而是采用工频泵向屋面的冷却水补水水箱补水。由于水箱最低有效水位高于屋面2 m，平时运行时可实现水箱重力供应冷却塔补水。同时，在冷却水补水水箱进水管上设水位控制阀，联动地下式水泵房中冷却水补水泵：当补水水箱水位低于最高有效水位为0.8 m时，启动地下室工频补水泵向冷却水补水水箱补水；当补水水箱水位达到最高有效水位时，冷却水补水泵停止向冷却水补水水箱补水，如图2所示。

2.3 方案优点及结论

与传统冷却塔采用变频加压泵组从生活水箱中吸水后直接加压补水相比，该系统有以下两个特点：1)在屋面设置补水箱，冷却塔通过高位水箱补水，避免了加压泵组直接加压供水的不稳定性，有利于系统稳定运行，降低泵组频繁启动造成的泵组不必要的损耗，同时减少加压泵组的运行能耗；2)加压泵组从消防水池中吸水，在加压泵组吸水管上设置虹吸破坏管，一方面保证了消防水池的有效水量，另一方面保证了消防水池的水质稳定。

3 大空间智能型主动喷水灭火系统设计

本项目会议中心的大型剧院观众厅由于自身功能及装饰效果的需要，存在大量净空高度超过12 m的空间，超过了规范中普通自动喷水灭火系统所能设置的最大净空高度，无法对下部区域形成有效保护。

3.1 不同类型大空间智能型主动喷水灭火系统特点探讨

对于高大净空空间的保护，大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程中给出了标准型大空间智能灭火装置、标准型自动扫描射水高空水炮灭火装置等选项。对比上述2类灭火装置的设计参数特点，笔者发现，二者都具有相同的标准喷水流量(5 L/s)。最大安装高度大流量喷头(25 m)相较标准型自动扫描射水高空水炮灭火装置(20 m)略大。两者最大的不同点在于：

1)标准型大空间智能灭火装置工作压力(0.25 MPa)相较标准型自动扫描射水高空水炮灭火装置(0.6 MPa)有较大优势。在保护某些标高较高的大空间场所时，标准型自动扫描射水高空水炮灭火装置需要大幅提高喷淋供水管网/喷淋泵的工作压力以保证其最小工作压力；而相同情况下，标准型大空间智能灭火装置不需要或是仅需小幅提高喷淋供水管网/喷淋泵的工作压力就可保证其最小工作压力，从而大幅降低系统造价。

2)标准型自动扫描射水高空水炮灭火装置标准圆保护半径(20 m)相较标准型大空间智能灭火装置(6 m)有较大优势。在保护相同面积的空间区域时，由于标准型自动扫描射水高空水炮灭火装置具有较大的保护半径，在发生火灾时，同时启动个数较标准型大空间智能灭火装置少许多；同时，由于二者的标准喷水流量相同，继而导致火灾动作时系统流量标准型大空间智能灭火装置较之标准型自动扫描射水高空水炮灭火装置大大提升，即喷淋泵流量以及消防水池流量大大提升，这将会导致土建建设成本及机电设备采购成本大大提升。

3.2 大空间主动智能灭火系统选择及设计

结合本工程特点来看，需要设置大空间智能型主动喷水灭火系统的场所会议中心大型剧院观众厅的完成顶面标高约为13.5 m，保护面积约为491 m2，不考虑大空间智能型主动喷水灭火系统供水需要，喷淋泵本身需要扬程120 m，流量30 L/s。

大空间智能型主动喷水灭火系统的加压水泵所需压力为：

Hb=1.05×(Hq+Hf+Hz)。

其中,Hb为理论所需水泵工作扬程,m;Hq为大空间智能型主动喷水灭火系统所需工作压力,m;Hf为系统沿程及局部水头损失之和，经计算取14 m;Hz为大空间智能型主动喷水灭火系统组件安装高度与消防水池最低水位高差，取20 m。

若采用标准型大空间智能灭火装置，则：

Hb=1.05×(Hq+Hf+Hz)=1.05×(25+14+20)=62 m。

由标准型大空间智能灭火装置标准圆保护半径6 m，经布置复核，若要覆盖全部须保护观众厅面积，需要布置标准型大空间智能灭火装置3行3列共9个，参照技术规程5.0.2条之规定，设置同时开启喷头数为9个，流量为5 L/s×9=45 L/s。同时由于同一防火分区内仍需布置普通自动喷淋以保护楼座部分观众席，且考虑楼座部位普通喷淋与观众厅顶部标准型大空间智能灭火装置同时启动，则喷淋泵所需流量Q总=75 L/s，扬程H=120 m。对比原计算中喷淋泵本身需要扬程120 m，流量30 L/s，则喷淋泵扬程不需加大，流量须从30 L/s增加至75 L/s，对应消防水池容积增加162 t。

若采用标准型自动扫描射水高空水炮灭火装置，则:

Hb=1.05×(Hq+Hf+Hz)=1.05×(60+14+20)=98.7 m。

由标准型大空间智能灭火装置标准圆保护半径20 m，经布置复核，若要覆盖全部须保护观众厅面积，需要布置标准型大空间智能灭火装置1行2列共2个，参照技术规程5.0.2条之规定，设置同时开启喷头数为2个，流量5 L/s×2=10 L/s。同时由于同一防火分区内仍需布置普通自动喷淋以保护楼座部分观众席，且考虑楼座部位普通喷淋与观众厅顶部标准型大空间智能灭火装置同时启动，则喷淋泵所需流量Q总=40 L/s，扬程H=120 m。对比原计算中喷淋泵本身需要扬程120 m，流量30 L/s，则喷淋泵扬程不需加大，流量须从30 L/s增加至40 L/s，对应消防水池容积增加36 t。

3.3 综合比选结论

经综合比选，在保证大空间智能型主动喷水灭火系统布置满足规范要求的前提下节约机电设备采购成本及土建建设成本，本项目采用2门标准型自动扫描射水高空水炮灭火装置保护会议中心大型剧院观众厅。系统由大空间高空水炮、智能探测组件、电磁阀、消防水池水泵及管网等组成。大空间高空水炮系统与喷淋系统合用水池水泵及报警阀前管网。

4 结语

大型综合性大学校区的给排水及消防设计具有单体数目多，单体类型复杂的特点。在设计过程中，设计人员应综合考虑各个单体的性质、特点，合理设计集中生活及消防水泵房的水池/箱容积，水泵扬程，流量，系统组成及分区方法。对于循环冷却水补水，笔者提出了采用工频泵组从合用消防水池中吸水补水至屋顶高位冷却水补水水箱的补水方式，同时解决了冷却水补水不稳定、变频泵易损坏、消防水池水质易腐坏的难题。对于大空间智能型主动喷水灭火系统，笔者认为应结合建筑单体布置特点，结合规范中所涉及的大空间智能型主动喷水灭火系统的扬程、供水流量、保护范围等特点，合理比较选择适合的消防灭火设施，节省项目投资造价。