丁 曉 陽(yáng)

(興化市公安消防大隊(duì),江蘇 興化　225700)

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高層建筑消防給水系統(tǒng)超壓與減壓的探討

丁 曉 陽(yáng)

(興化市公安消防大隊(duì),江蘇 興化225700)

以高層建筑消防給水系統(tǒng)為基礎(chǔ)，簡(jiǎn)要分析其給水方式和可靠性，結(jié)合超壓和減壓現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和危害，探討了高層建筑給水系統(tǒng)防超壓措施，旨在保證消防設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性及安全性。

高層建筑，給水系統(tǒng)，消防設(shè)施，水泵

在城市化進(jìn)程逐漸推進(jìn)的時(shí)代背景下，用地越來(lái)越緊張，促使建筑物在變換樣式的同時(shí)，不斷增加其樓層高度。高層建筑功能復(fù)雜，在很大程度上提升了消防難度，在實(shí)際施工過(guò)程中，必須加大對(duì)給水系統(tǒng)的重視程度，安裝合理的消防設(shè)施，并在建筑投入使用前，做好各項(xiàng)檢測(cè)，確保給水系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)大量建筑工程數(shù)據(jù)證明，目前，在給水系統(tǒng)中主要存在超壓等問(wèn)題，這一問(wèn)題不僅極大程度上浪費(fèi)水資源，也直接威脅著建筑消防給水系統(tǒng)的可靠性。如何采取科學(xué)的措施進(jìn)行防治，是每一個(gè)建筑企業(yè)和相關(guān)政府部門應(yīng)思考的問(wèn)題，不斷創(chuàng)新防范超壓和減壓?jiǎn)栴}的舉措，更好的滿足人們?nèi)找娑鄬哟蔚慕ㄖ枰?/p>

1　高層建筑消防給水系統(tǒng)分析

消防給水系統(tǒng)是高層建筑中重要組成部分，但就目前形勢(shì)而言，存在很多消防安全難題，隨著樓層高度不斷增加，火災(zāi)隱患越來(lái)越多，嚴(yán)重的情況下，直接威脅著人們生命安全。為有效避免該類問(wèn)題，應(yīng)重視對(duì)給水系統(tǒng)的創(chuàng)新，結(jié)合其具體特征，有效規(guī)避給水系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

1.1給水方式

消防給水系統(tǒng)的分區(qū)大多選擇減壓水箱、水泵、減壓閥三種形式，其一共有四種給水方式，其運(yùn)用范圍和所需設(shè)備都有所不同，在實(shí)際設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合高層建筑用途、外部環(huán)境等因素，選擇最恰當(dāng)?shù)慕o水方式，確保給水過(guò)程的穩(wěn)定性[1]，具體情況如下：

1)消防水泵并聯(lián)連接分區(qū)系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn):a.消防水泵大多集中設(shè)置于地下室消防泵房，日常管理與維護(hù)比較方便；b.避免在建筑中間層設(shè)置消防水泵等設(shè)備產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)，造成對(duì)臨近樓層的影響；c.無(wú)需在高層建筑中設(shè)置避難層、設(shè)備層，適用于超高層住宅等。

缺點(diǎn):a.系統(tǒng)中采用的設(shè)備管材、管件、閥門等配件的承壓能力使系統(tǒng)允許壓力受限，一般建筑高度超過(guò)180 m無(wú)法采用此分區(qū)系統(tǒng)；b.立管增多，采用此系統(tǒng)會(huì)增加管井所需面積。特別在高層建筑核心筒面積受限的情況下，采用此系統(tǒng)會(huì)增加設(shè)計(jì)、施工及后期管道檢修的難度；c.如火災(zāi)發(fā)生跨越上下分區(qū)，需要不同分區(qū)的消防水泵一并啟動(dòng)，增加消防用電的負(fù)荷。

2)消防水泵串聯(lián)連接分區(qū)系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn):當(dāng)建筑物高度大于180 m，若采用消防水泵并聯(lián)連接分區(qū)系統(tǒng)或減壓閥減壓分區(qū)系統(tǒng)，系統(tǒng)的壓力會(huì)大于2.40 MPa，此時(shí)采用消防水泵串聯(lián)連接分區(qū)系統(tǒng)，可以較大可能的減小安全隱患與系統(tǒng)內(nèi)管道接口發(fā)生漏水的可能性。

缺點(diǎn):a.采用此種分區(qū)系統(tǒng)，由于系統(tǒng)管網(wǎng)的復(fù)雜性增大，串聯(lián)過(guò)程中的多次轉(zhuǎn)輸會(huì)使系統(tǒng)的反應(yīng)速度變慢，系統(tǒng)的安全可靠度降低；b.中間避難層、設(shè)備層的設(shè)置占據(jù)較大的建筑空間；c.采用此種系統(tǒng)，需先啟動(dòng)下層消防水泵，再啟動(dòng)上層消防水泵，電氣控制較其余幾種供水方式相對(duì)繁瑣；d.如上級(jí)消防水泵出水口的倒流防止器失效，會(huì)發(fā)生壓力回傳等情況。

3)減壓閥減壓分區(qū)系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn):a.采用本系統(tǒng)，消防水泵啟動(dòng)控制安全可靠性高，用電負(fù)荷小；b.要求泵房面積減小，要求水管井面積減小;c.日常管理方便，無(wú)需設(shè)置避難層、設(shè)備層;d.隨著技術(shù)的革新，減壓閥產(chǎn)品的可靠度不斷增加，物業(yè)管理水平的不斷提高，在建筑高度小于150 m的高層建筑中應(yīng)用逐漸擴(kuò)大。

缺點(diǎn)：對(duì)減壓設(shè)備的性能要求依賴較大，一旦減壓閥作用不能保證，則閥后的供水系統(tǒng)長(zhǎng)期處于超壓狀態(tài)，有較大的系統(tǒng)安全隱患。

4)高位消防水池給水系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn):a.通過(guò)重力方式對(duì)建筑物室內(nèi)消火栓系統(tǒng)供水，避免設(shè)備機(jī)械故障或供電中斷引起的系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行，在幾種供水方式中安全可靠度最高，適用于建筑高度大于250 m的超高層建筑；b.由于建筑高度較大的高層建筑風(fēng)荷載較大，可以利用重力水箱作為阻尼器使用，當(dāng)建筑在風(fēng)中擺向某一側(cè)時(shí)，阻尼器向相反方向運(yùn)行，從而減小大樓的擺幅，增加樓內(nèi)人員的舒適度。

缺點(diǎn)：a.高位消防水池需要較大的屋面可用空間，使業(yè)主的屋面空間利用率降低；b.建筑屋面面積小的高層建筑無(wú)法放置高位消防水池；c.為避免水池的消防用水二次污染，需要定期對(duì)高位消防水池用水進(jìn)行更換；d.由于水池儲(chǔ)存的消防用水量需要滿足火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)的消防用水，水池的重量增加了屋頂荷載，對(duì)結(jié)構(gòu)專業(yè)影響較大。

1.2可靠性分析

可靠性是指給水系統(tǒng)在限定時(shí)間、限定條件下，是否能夠完成某種特定功能的能力，直接影響著建筑消防系統(tǒng)的安全性，通常借助可靠度表示，即時(shí)間函數(shù)，代表著隨機(jī)事件出現(xiàn)的概率。測(cè)定可靠度時(shí)，可以使用以下兩種方式：1)建筑消防的可靠型框圖，主要包括復(fù)雜、非儲(chǔ)備和儲(chǔ)備三個(gè)方面的系統(tǒng)[2]；2)可靠性的度量，分為并聯(lián)、串聯(lián)、混聯(lián)等幾種計(jì)算方式。

2　分析給水系統(tǒng)的超壓與減壓

2.1給水系統(tǒng)超壓現(xiàn)象與減壓現(xiàn)象

產(chǎn)生高層建筑消防系統(tǒng)超壓現(xiàn)象的過(guò)程：在確定整個(gè)給水系統(tǒng)的水泵揚(yáng)程時(shí)，需要在額定工作的前提下，為保障最不利消防設(shè)備點(diǎn)栓口和消防需水量的出水壓力，即栓口處必須出現(xiàn)充實(shí)水柱。當(dāng)高層建筑達(dá)到特定高度時(shí)，給水系統(tǒng)的底層將會(huì)出現(xiàn)消火栓超壓?jiǎn)栴}，底層消火栓啟動(dòng)時(shí)，只對(duì)規(guī)定的消防水量進(jìn)行重新核驗(yàn)，而未考慮水槍的使用數(shù)量，或者同一樓層不同部位使用兩支水槍的出水壓力。如果只使用一支水槍，因?yàn)閷?shí)際水泵流量會(huì)少于額定工作的水流量，從而揚(yáng)程勢(shì)超過(guò)規(guī)定好的額定工作前提下測(cè)定值，導(dǎo)致底層消火栓出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。此外，在設(shè)計(jì)施工過(guò)程中過(guò)多考慮揚(yáng)程勢(shì)富余量，也有可能引發(fā)超壓現(xiàn)象。為保障消防水箱能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，必須先消除超壓?jiǎn)栴}，計(jì)算低樓層消火栓的出水量，計(jì)算公式如下所示：

其中,qsc為上樓層消火栓消防出水量，L/s；qxc為下樓層消火栓消防出水量，L/s；Hsc為上樓層消火栓的栓口處水壓，mH2O；Hxc為下樓層消火栓的栓口處水壓，mH2O。

高層建筑低壓產(chǎn)生過(guò)程:當(dāng)建筑物達(dá)到一定的高度時(shí)，建筑底層的消火栓可能會(huì)出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，在重新核定栓口的出水壓力時(shí)，按照啟動(dòng)一個(gè)或者兩個(gè)消火栓的出水量安裝減壓閥，在經(jīng)過(guò)減壓后的超壓樓層動(dòng)壓只能剛好充實(shí)水柱，那么在使用多支水槍時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)樓層動(dòng)壓偏低的問(wèn)題。

2.2給水系統(tǒng)中產(chǎn)生超壓現(xiàn)象的影響及原因

超壓現(xiàn)象主要是指建筑給水系統(tǒng)中水壓大于額定工作壓力最大值，損壞系統(tǒng)中管道、器材附件、設(shè)備或?qū)е聹缁疬^(guò)程中給水不均勻，降低滅火的效率，進(jìn)而阻礙系統(tǒng)的順利運(yùn)作，其產(chǎn)生的原因主要包括以下幾方面：

1)給水系統(tǒng)中水錘出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。因停電或其他故障，引起消防水泵突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)，使得水錘停轉(zhuǎn)而出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。

2)水泵接合器處出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。消防給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)下區(qū)、上區(qū)連用水泵接合器，止回閥出現(xiàn)不嚴(yán)密的現(xiàn)象時(shí)，下區(qū)將會(huì)發(fā)生超壓的問(wèn)題；消防車的車用型消防泵在串聯(lián)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，水泵的接合器將會(huì)造成超壓，一般發(fā)生在消防管網(wǎng)處。

3)過(guò)大的分區(qū)范圍。當(dāng)開(kāi)啟消防泵時(shí)，為盡量滿足建筑高層的最不利噴頭或者消火栓所需要的壓力，則只能增加低層的噴頭或者消火栓的壓力。

4)出水量較少。剛發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消火栓需要使用1支～2支水槍，自動(dòng)噴水型滅火系統(tǒng)1個(gè)～3個(gè)噴頭，其實(shí)際的流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于已經(jīng)規(guī)定好的水泵出水量，當(dāng)揚(yáng)程升高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)超壓。同時(shí)，水泵實(shí)際出水量較少，相對(duì)應(yīng)的管網(wǎng)壓力將會(huì)升高。

5)排氣閥出現(xiàn)問(wèn)題。在水管網(wǎng)如果沒(méi)有設(shè)置排氣閥或者安裝位置不對(duì)，其內(nèi)在的氣體在管網(wǎng)外部的壓力下將會(huì)處于壓縮的狀態(tài)，從而出現(xiàn)超壓。

2.3泄壓和減壓?jiǎn)栴}

超壓?jiǎn)栴}屬于常見(jiàn)的給水系統(tǒng)問(wèn)題，為保障消防系統(tǒng)均勻給水，保障滅火時(shí)能夠可靠給水，同時(shí)，能夠保護(hù)消防系統(tǒng)裝置和材料安全，應(yīng)采取合理的泄壓和減壓方式，主要有以下三個(gè)途徑：

1)科學(xué)安裝自動(dòng)噴水型滅火系統(tǒng)管網(wǎng)，均衡系統(tǒng)中水管的水壓，選擇合理的給水系統(tǒng)分區(qū)，適當(dāng)減少分區(qū)給水壓力值；2)提高給水系統(tǒng)整體承壓能力，確保即使發(fā)生超壓?jiǎn)栴}，也能較好保護(hù)消防給水系統(tǒng)；3)安裝安全閥、氣罐閥等泄壓措施，避免對(duì)管網(wǎng)的損害。

3　給水系統(tǒng)防超壓措施

3.1利用相關(guān)技術(shù)措施，避免超壓現(xiàn)象

為防止高層建筑消防系統(tǒng)出現(xiàn)超壓?jiǎn)栴}：1)選用高質(zhì)量的水泵，保障揚(yáng)程、流量曲線平緩，如消防特種泵等；2)給水管網(wǎng)的豎向分區(qū)情況下，不按照最低的位置0.8MPa凈水壓力(室內(nèi)消火栓)分區(qū)，應(yīng)適當(dāng)留下余地，或者按照0.8MPa凈水壓力(室內(nèi)消火栓)分區(qū)，但必須設(shè)置對(duì)應(yīng)的減壓方式；3)立足于建筑物的實(shí)際用途，設(shè)置多臺(tái)并聯(lián)形式的水泵，當(dāng)需水量比較小時(shí)，能夠只運(yùn)行單泵，相反，則多個(gè)水泵同時(shí)運(yùn)行，從而穩(wěn)定整個(gè)消防系統(tǒng)；4)為防止超壓，在消防水泵直接從水管網(wǎng)吸水的情況下，應(yīng)核驗(yàn)水管網(wǎng)最高處水壓運(yùn)行情況；5)在設(shè)置穩(wěn)壓泵時(shí)，應(yīng)從消防水池直接引來(lái)吸水管，并在出口處安裝適當(dāng)?shù)乃匍]止回閥、減壓閥等裝置，避免停泵水錘的現(xiàn)象。在選擇技術(shù)措施時(shí)，必須綜合考慮建筑樓層高度等問(wèn)題，做好相關(guān)的復(fù)核工作，保障消防系統(tǒng)能夠穩(wěn)定安全運(yùn)行。

3.2給水系統(tǒng)的穩(wěn)壓與泄壓方式

當(dāng)前，用于高層建筑消防給水系統(tǒng)泄壓和穩(wěn)壓設(shè)備有泄壓閥、回流管、穩(wěn)壓閥與安全閥，根據(jù)多年的建筑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，其中最為準(zhǔn)確和靈敏的設(shè)備為泄壓閥，該種設(shè)備有利于規(guī)避超壓的問(wèn)題，防止其損害整個(gè)設(shè)備。安裝泄壓閥的過(guò)程中，必須注意其流量、揚(yáng)程和泄壓閥的口徑，這些因素直接影響到水泵工作點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可以在支管中安裝泄壓閥。如果水管網(wǎng)內(nèi)的壓力超過(guò)額定壓力30%，泄壓閥將會(huì)自動(dòng)打開(kāi)設(shè)備回流，確保消防給水系統(tǒng)的穩(wěn)定。

4　結(jié)語(yǔ)

“超壓”是影響著高層建筑消防給水系統(tǒng)的重要問(wèn)題，相關(guān)建筑公司必須加大對(duì)超壓?jiǎn)栴}的重視力度，根據(jù)高層建筑實(shí)際情況，采取科學(xué)的穩(wěn)壓和減壓措施，避免給水系統(tǒng)中出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，選擇最恰當(dāng)?shù)慕o水方式，分配合理的水資源，確保給水系統(tǒng)符合我國(guó)消防標(biāo)準(zhǔn)，不斷創(chuàng)新給水系統(tǒng)的功能，引進(jìn)先進(jìn)穩(wěn)壓、泄壓設(shè)施，延長(zhǎng)其使用壽命，減少維修次數(shù)，防止超壓現(xiàn)象帶來(lái)的損害，更好地方便人們生活。給水系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)期不間斷地進(jìn)行工作，因此，必須優(yōu)化消防設(shè)施等安裝結(jié)構(gòu)，遵循經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性等原則，以獲取更大經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

[1]魏晨光,張永磊.《消防給水及消火栓系統(tǒng)規(guī)范》(GB50974—2014)在地鐵工程消火栓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2015(11):127-130.

Inquiry on pressuring and depressuring of high-rise building fire-fighting water-supply system

Ding Xiaoyang

(XinghuaPublicSecurityDepartment,Xinghua225700,China)

Taking the high-rise building fire-fighting water-supply system as the foundation, the paper briefly analyzes its water-supply methods and reliability. Combining with pressuring and depressuring causes and hazards, it explores anti-depressuring measures of high-rise building water-supply system, with a view to guarantee the fire-fighting equipment economic and safe.

high-rise building, water-supply system, fire-fighting equipment, water pump

1009-6825(2016)21-0128-02

2016-05-15

丁曉陽(yáng)(1986- ),男,助理工程師

TU991

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