高压消防给水系统中间水箱分开/合用两种设置形式的探讨

作者:江凯 于明梅
单位:华东建筑设计研究总院 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司
摘要:阐述了高压消防给水系统中减压水箱及转输水箱分开/合用两种设置形式, 并简单介绍了减压水箱及转输水箱的概念及有效容积的设置。通过实际工程对分开/合用两种设置形式的选用, 从安全性、经济性及控制形式三个方面, 探讨和比较了在高压消防给水系统中间水箱分开/合用两种设置形式的优缺点。
关键词:超限高层建筑 高压消防给水系统 中间水箱 减压水箱 转输水箱 控制联动
作者简介: 江凯, 通讯处:200002上海市黄浦区汉口路151号 电话:18801785401 E-mail:jiangxunchen@163.com;

 

   随着我国综合国力的增强, 建筑高度超过250m的超限高层建筑发展迅速。这类建筑有一些共同点:人员密集、建筑功能复杂、装修和商品的可燃物多等特点, 发生火灾后容易导致蔓延迅速, 极易形成立体式火灾, 加之人员疏散困难、城市消防车供水能力的限制, 容易造成巨大的人员伤亡和财产损失等后果。在其消防给水系统设计方面也具有不同于其他一般民用建筑消防给水系统的独特性。此类消防设计结合自身特点, 立足及时发现、及时控制的宗旨, 选择更为安全可靠, 立足自救的消防给水系统。

   在消防水灭火系统中, 高压消防给水系统和临时高压消防给水系统是室内消防给水系统中的两种主要给水形式。前者是一种较新的系统, 随着我国超限高层建筑日益增多, 高压消防给水系统的使用也日趋广泛。

1 高压消防给水系统

   随着水灭火系统理论的出现, 不仅带来了新的设计理念, 而且产生了新的技术, 其中高压消防给水系统就是新技术之一。对于此类新技术, 在《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB 50974-2014, 以下简称“水消规”) 2.1.2中条得以明确。

   从表1中可以看出, 对于超限高层建筑, 一般采用高压消防给水系统, 尤其是近期设计的工程更是倾向于使用这种供水系统。此类系统根据“水消规”2.1.2条定义:“能始终保持满足水灭火设施所需的工作压力和流量, 火灾时无须消防水泵直接加压的供水系统”, 在任何状态下, 均处于工作压力状态, 不需要水泵进行供水。对于超限高层建筑, 特别是400m以上的高楼, 大部分是采用高压消防给水系统, 串联供水形式, 这主要是基于城市消防车供水压力的考虑。串联供水形式对于超限高层建筑而言, 减少了竖向立管的数目, 从而减少了水管井的面积, 也使消防泵压力和管配件的压力减少, 使得系统更为安全。

   高压消防给水系统是将消防贮水全部放在高位水箱内, 即室内各消防给水系统作用所需用水。而临时高压系统系统则侧重于消防水泵, 火灾时由水泵抽吸水池或管网的水进行加压后供给消防系统用水, 由于后者在火灾时需要借助于电力才能实现供水, 而前者是将消防贮水全部放在高位水箱内, 依据物理原理进行灭火, 显然前者要更加安全、可靠[1]。另一方面, 临时高压系统利用减压阀进行分区, 一旦失效, 引起串压问题, 影响系统管配件正常运行;而高压消防给水系统利用减压水箱进行分区, 减压可靠, 有利于串联水泵吸水, 不易产生串压现象[2]

   表1 超限高层建筑消防供水案例汇总   

表1 超限高层建筑消防供水案例汇总

   对于超限高层建筑, 消防设计存在着减压水箱与转输水箱分开/合用两种设置形式, 在实际工程中的使用几乎是平分秋色, 如何更好地选用中间消防水箱设置的两种不同形式, 将会对消防系统设计的优劣起决定性作用。就此笔者总结了设计和调研中的一些体会, 供各位同行探讨。

2 减压水箱与转输水箱

   减压水箱是指设置在超高层建筑消防主配水系统中, 通过水流释放而减压, 并以重力流供水的水箱。其功能是降低消防管网某点处的静水压力以满足系统的压力分区要求, 并同时保证水箱前后的流量不变, 其作用与减压阀相类似。

   转输水箱是指当消防供水系统竖向超过一定高度而不能一次提升到顶时, 在设备层 (或避难层) 设置的水箱。其功能是既作为下一级水泵出水管的接纳水池, 又作为上一级水泵的吸水池, 并兼本区消防给水屋顶水箱的作用;而在高压消防给水系统中, 转输水箱的功能仅需满足下一级水泵出水管的接纳水池, 又作为上一级水泵的吸水池, 无须具备本区消防给水屋顶水箱的作用。

   转输兼减压水箱是指高压消防给水系统中, 将减压水箱及转输水箱功能合一, 既可以满足消防供水系统竖向转输作用, 又可满足消防系统压力分区作用。

   转输水箱, 根据“水消规”6.2.3条规定, 其有效容积不应小于60m3;根据《全国民用建筑工程设计技术措施》 (给水排水) 2009版中7.4.2条, 其储水有效容积按15~30min消防设计水量经计算确定, 并不宜小于60 m3。对于高压消防给水系统, 虽然其转输水箱无须具备本区消防给水屋顶水箱的作用, 但其有效容积仍应满足“水消规”6.2.3条规定, 转输水箱有效容积不应小于60m3

   减压水箱, 其有效容积仅需保证通过流量的延续性即可。根据“水消规”6.2.5条规定, 其有效容积不应小于18 m3。实际工程中, 水箱平时保持在一定的水位, 当水箱下游用水时, 水位下降, 上游进水管打开水位控制阀对水箱进行补水, 考虑到上游进水管阀门由关闭状态到完全打开需要一定的时间, 且平时水箱也应具有一定的安全储水量, 避免下游用水时出现瞬间断流, 并根据项目设计中消防评审专家的意见, 一般情况下, 减压水箱有效容积可按不小于10min室内消防系统用水量来确定。对于超限高层建筑, 其室内消防总用水量一般为70L/s (室内消火栓系统为40L/s, 自动喷水灭火系统为30L/s) , 经计算为42m3

   对于转输兼减压合用水箱, 顾名思义, 其有效容积应为转输水箱与减压水箱容积之和。转输水箱有效容积按15~30min消防设计水量经计算确定, 对于减压水箱, 其有效容积可按不小于10min室内消防系统用水量来确定;考虑到转输水量与减压水量两者之间存在着调节与缓和作用, 合用水箱有效容积可按不小于20~30min室内消防系统用水量确定, 实际工程中, 对于超限高层建筑, 合用水箱容积不小于100m3

3 中间消防水箱两种设置形式的探讨

   超限高层建筑, 高压消防给水系统的选用越来越广泛, 本文将从以下三个方面探讨消防转输水箱与减压水箱分开/合并两种设置形式的主要优缺点。

3.1 安全性

   高压消防给水系统, 根据“水消规”4.3.11条第4款规定:“高层民用建筑采用高位消防水池供水的高压消防给水系统时, 高位消防水池储存室内消防用水量确有困难, 但火灾时补水可靠, 其总有效容积不应小于室内消防用水量的50%”, 但根据“水消规”图示 (15S909) 第2.1.3图示, 当高位消防水池的有效容积满足“水消规”4.3.11条第4款不小于50%储水量情况, 且满足消防系统的流量、水压要求时, 仍属于临时高压系统。故实际工程中, 如消防设计系统为高压消防给水系统, 其屋顶高位消防水箱应贮存该建筑火灾延续时间内所需消防用水量。

   中间消防水箱分设系统, 当某中间层发生火灾时, 在火灾初期, 如果该分区减压水箱重力补水管上电动阀或电磁阀出现故障或延误启动时, 消防可利用水量为减压水箱有效容积用水量, 最不利情况下, 可利用消防总水量仅为10min室内消防系统用水量;而对于中间水箱合用系统, 在火灾初期, 即使合用消防水箱重力补水管上电动阀或电磁阀出现故障或延误启动, 其初期可利用水量亦不低于20~30min室内消防系统用水量且不小于100m3, 而初期消防水源的提供是保障整体消防灭火系统可靠性的重要因素。

   中间消防水箱合用系统, 由于转输系统与减压系统彼此之间通过共用消防水箱结合为一整体, 即使水箱重力补水管上电动阀或电磁阀出现故障或延误启动, 在保证初期火灾用水量后, 仍可自动启动消防转输供水系统, 使其在火灾时, 得到源源不断水资源的补充, 而中间消防水箱分设系统, 由于转输水箱与减压水箱相互独立设置, 不存在此供水“借用”优势。

   综合上述分析, 中间消防水箱合用系统, 无论是火灾初期可利用消防水量还是火灾进行时消防用水的补充, 皆优于中间消防水箱分设系统, 对在于现今超高层消防安全至上的理念下, 中间水箱合用系统优势较为明显。

3.2 经济性

   现如今, 土地越来越珍贵, 超高层建筑设计中, 避难层或设备层机房面积非常紧凑, 如何有效控制及利用设备层机房面积, 在机电整体设计中越来越重要, 对于给排水设计, 设备层消防水泵房在整体水机房面积中所占比例较大, 特别是根据“水消规”及其图示 (15S909) 中对消防水箱有效容积及最低有效水位要求的规定, 消防水箱体积也较原规范增大, 因而对两种中间消防水箱设置形式的选择显得尤为重要。

   根据“水消规”5.2.6条规定, 消防水箱外壁与建筑本体结构墙面或其他池壁之间的净距, 应满足施工或装配的需要, 无管道的侧面, 净距不宜小于0.7m;安装有管道的侧面, 净距不宜小于1.0m。

   中间消防水箱分设系统, 在实际超限高层建筑设计中, 一般转输水箱有效容积取为60 m3, 减压水箱有效容积取为42m3, 总消防水箱有效容积为102m3;中间消防水箱合用系统, 在实际工程中, 一般其有效容积取为100m3。对比两种形式, 在总水量上, 几乎没有差别, 但考虑到:一方面, 中间消防水箱分设系统中两个水箱之间的净距要求, 实际工程中水箱之间的净距不宜小于1.0 m, 中间消防水箱合用系统对机房面积的利用率高;另一方面, 机房中墙、柱的影响, 在满足水箱净距要求的前提下, 中间消防水箱合用系统在布置形式上更加简单灵活多元化, 对机房面积利用率高。综合上述分析, 在经济性方面, 中间消防水箱合用系统也存在一定的优势。

3.3 控制形式

   根据“水消规”第11章的要求, 消防系统的联动控制更为精细合理, 在不少项目中, 由于消防控制实现的“优势”而选择中间消防水箱分设系统。以下探讨两者水位控制联动形式的各自优势。

   中间消防水箱分设系统, 对于转输水箱而言, 由于屋顶消防水池贮存一次火灾全部室内消防用水量, 根据“水消规”图示 (15S909) 第11.0.4图示, 当屋顶高位消防水池水位降至有效水位1/2处时, 需依次启动消防转输泵, 各泵启动间隔时间不大于20s。

   对减压水箱系统, 当某个消防分区发生火灾时, 喷头动作, 水流指示器、报警阀延时报警, 消火栓动作, 该分区的减压水箱出水管供水, 当减压水箱水位下降100mm时, 打开该减压水箱补水管上的电磁阀 (电动阀) 对其进行补水, 同时该消防分区内消火栓箱内的报警按钮及报警阀压力开关亦将联动该减压水箱补水管上的电磁阀 (电动阀) , 使其开启对减压水箱进行补水, 各分区减压水箱联动控制方式相同。减压水箱补水管上的电磁阀 (电动阀) 采取多联动单开启模式, 根据水位、报警按钮及报警阀压力开关进行联动, 每个信号皆可自动独立开启电磁阀 (电动阀) 。

   中间消防水箱合用系统, 由于转输水量与减压水量贮存在一个消防水箱内, 相互之间存在协调作用, 当某个消防分区发生火灾时, 喷头动作, 水流指示器、报警阀延时报警, 消火栓动作, 该区域的合用消防水箱出水管供水;当该区域减压水箱水位下降100mm时, 打开该消防水箱补水管上的电磁阀 (电动阀) 对其进行补水, 同时该消防分区内消火栓箱内的报警按钮及报警阀压力开关联动该减压水箱补水管上的电磁阀 (电动阀) , 使其开启对减压水箱进行补水;各分区合用消防水箱, 当水位下降至合用消防水箱60m3有效容积的贮存用水量时, 启动下级消防转输水泵。

   根据“水消规”11.0.7条规定, 消防水箱及水池皆应设置液位计, 将水位信号传至消防控制室。比较中间消防水箱的两种不同设置形式: (1) 合用系统较分设系统, 由于消防水箱个数减少, 减少了液位计的设置, 从而消防控制柜或控制盘中的水位显示数据将减少, 整体界面将更加简单化、明了化, 值班人员的管理效率也将提升; (2) 合用系统较分设系统, 在水位控制联动方面, 仅需增加转输水泵启动液位控制, 就整体消防系统的控制而言, 并未使其复杂化, 对比分设系统, 也减少了各转输水泵启动间隔之间误差存在的可能性, 转输水泵控制联动更加明确化。故从控制联动方面, 并不存在中间消防水箱分设系统绝对的“优势”, 反而中间消防水箱合用系统在控制联动系统方面更加便捷、清晰。

4 小结

   对于超限高层建筑, 考虑其火灾特殊性及灭火可靠性, 消防水灭火系统应尽可能地选用高压消防给水系统。对于该消防系统中间消防水箱的两种设置形式, 从安全性、经济性、控制形式三个方面进行分析, 认为中间消防水箱合用系统, 从整体消防系统角度而言更加安全、可靠、便捷。

  

 

    

    

参考文献[1]曾杰, 陶观楚.稳高压消防给水系统的探讨与应用.给水排水, 1997, 23 (12) :21~23

[2]王学良, 李洋.超限高层建筑消防给水系统设计特点探讨.给水排水, 2007, 33 (10) :97~100

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