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超高层消防给水系统的供水方式研究
发布时间:2019-08-08

系统分析师论文优选范文10篇之第六篇:超高层消防给水系统的供水方式研究

  对于超高层建筑,讨论了常见的消防给水系统,包括串联加压给水、一次加压减压(减压阀)给水方式等。比较了各系统的优缺点及应用场所。以两个超高层综合楼消防给水系统设计为例,对超高层建筑消防设备、系统分区、压力、自喷系统等问题进行了分析。

  随着城市化的进程,地价的持续上涨,为了在城市中心区域得到更多的面积,超高层建筑越来越多,多为功能复杂的综合体,使用人数众多,对工程设计人员提出了许多新的要求。

  一、超高层建筑的定义及执行的相关规定

  超高层建筑是指建筑高度超过100米的高层建筑。防火规范执行《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)及其他相关消防系统规范。建筑高度超过250米的建筑又叫"超限高层建筑(参考结构专业叫法)应采取特殊防火措施,并提交国家消防主管部门专题研究和论证。这种建筑一般在大城市中少量出现;本文不讨论该种类型,讨论常见类型。

超高层消防给水系统

  二、常见超高层建筑消防供水方式

  超高层建筑的消防供水方式有三种:串联加压给水方式、一次加压减压给水方式、重力给水方式;以两个超高层综合楼的工程实例,说明室内消防系统的供水方式。  串联加压给水系统:串联加压给水系统(见图1),在地下泵房内设消防水池、低区消火栓泵、转输泵,在避难层设置转输水箱和高区消火栓泵。低区由地下泵房内消火栓泵供水,高区由避难层消火栓泵供水。同时需满足《消防给水及消火栓系统技术规范》,最不利消火栓处静压不大于1.0MPa,低区、高区用减压阀组分别划分成低I区、低II区,高I区、高II区;在屋顶设置高位消防水箱,在屋顶水箱间设增压稳压设备,满足最高消火栓处静压不小于0.15MPa;以高区发生火灾为例,系统的控制由消防水箱高区出水管上流量开关启动避难层高区消火栓泵,使着火层消火栓喷水灭火,同时连锁启动地下泵房内转输泵向避难层转输水箱供水。

  图1 消火栓给水系统原理图(串联加压)  

  一次加压减压给水系统:在地下设置消防水池及泵房,消火栓泵的扬程满足建筑供水要求,即所谓的"一泵到顶"(见图2)。消防给水分区在每个分区处由给水主管设不同减压值的减压阀组。

  重力式消防给水系统:在建筑最高处设置消防水池,容积满足该建筑在火灾延续时间内室内消防用水总量,消防水池的水以重力流向下各区供水;这种消防系统避免了机械故障和供电系统对给水的影响,安全可靠。缺点是增加了荷载,占用建筑面积,增加结构投资量。

  三种消防给水系统的比较:串联供水系统是一种常用的超高层建筑消防给水方式。高区、低区由分别对应的消防泵供水,其中高区属接力供水。串联加压给水方式的每个区的供水压力均不高,可以采用常规的水泵、管道和阀门,系统比较安全。消防水池、泵房设在地下室,减少上部面积的使用,且管道和阀门的压力等级在合理的范围内,比较经济。一次加压减压的给水系统不设接力水箱、接力泵,占用避难层的面积少,经济性好。缺点为低区消防泵的扬程较高,需采用公称压力高的泵、管道、阀门。低区需减的压力较大,减压阀需串联减压。在火灾初期流量小,当消防主泵启动时,易产生超压现象。该方式适用于不做避难层的住宅或建筑高度在150米以下的建筑。目前国产消防泵的扬程最大为2.0MPa, 高于这个压力需特殊订做, 增加造价。;高位水池重力供水系统是屋顶水箱储存一次火灾用水量, 采用重力及减压水箱供水, 消防系统可采用普通的泵、管道和阀门;对某些火灾, 甚至不用启动消防泵, 仅靠屋顶水箱重力供水灭火。

  图2 消火栓给水系统原理图 (一次加压减压)  

  三、系统存在的风险及应对办法

  超高层建筑消防管路系统、控制系统复杂,维护管理系统技术要求高;影响系统安全稳定性的两个主要因素就是系统超压和机械故障。

  超压问题:系统中的水压超过其工作压力限值,造成管道、附件、设备损坏。超压的主要原因有以下3种情况:1.消防泵因故障或停电而突然停泵造成的水锤现象。2.在火灾初期加压泵小流量工作,会造成加压泵扬程大幅度升高,使管网超压。3.消防系统管网设计不合理,减压阀失灵。可通过选取质量好、性能稳定的消防泵解决,采用流量-扬程曲线为无驼峰、无拐点的光滑曲线,零流量时压力不大于工作压力的140%,且宜大于设计工作压力的120%;水锤造成的管网超压采取相应措施进行控制或规避,如系统中增设泄压阀、安全阀、水锤消除器等。管路系统设置力求简洁,分区压力控制在1.6MPa以下,使整个系统所有设备、阀门、管道工作压力在1.6MPa以下,即使减压阀失灵,也不会造成管路系统超压问题。

  消防设备在使用中会出现机械故障。超高层建筑消防系统设备多,增加了机械故障率。设计应简化系统,精简设备使用数量,选择质量可靠、技术成熟的产品,消防泵组及阀门均设置备用,平时应定期对消防设备巡检。

  消防给水系统合理分区,使管道、阀门等工作压力均在1.6MPa以下,是保证系统安全的有效办法。常用工作压力等级有1.0MPa、1.6MPa;也有2.5MPa甚至更高压力等级管道、阀门等,但造价高。按《消水规》及《喷规》对系统分区的压力要求,消防给水系统采用工作压力1.6MPa的管道、阀门具有最大的安全、可靠、经济等优势。

  室内消火栓和自喷系统应按规范设置消防水泵接合器,如系统有分区,在消防车供水压力范围内的分区,应分别设置水泵接合器。目前城市消防车消防供水能力有限,串联、并联及重力式消防给水下区、高、低区及转输管网上均应设置水泵接合器,转输层转输泵前后配备移动接力泵接口,火灾时可通过水泵接合器与移动接力泵给上区消防管网供水。

  四、自喷系统的思考

  自动喷水灭火系统是公认的最有效的自救灭火设施,应用最广,灭火成功率高。其给水方式通常也分为两种,一种是串联加压方式,另一种是一次加压减压方式;超高层建筑消防设计应加强自喷系统应用,高大空间应采用消防水炮等灭火设施,首选可靠的消防给水方式。

  重力式系统里,喷淋系统和消火栓系统都利用了高位消防水池供水,减少了对水泵的依赖。重力式消防给水系统形式在超高层建筑中是最安全的。但是为了增加安全,而不顾经济性,是不合实际的。在安全性和经济性综合统筹下优化系统。故自喷系统采用重力式常高压系统,消火栓系统采用临时高压系统。自喷系统的火灾延续时间为1小时,综合楼的消火栓系统的火灾延续时间为3小时,自喷系统一次灭火的用水量相对较少,增加屋面荷载不大,占用面积不大,又可以增强消防的安全性与可靠性。

  五、结语

  本文介绍了几种常见的超高层消防给水系统,实际在设计中需灵活运用,通常是几种方式的结合,比如重力系统中常结合串联转输系统和减压阀并联分区组合形式。如按压力分,还可分为常高压、临时高压,除重力式消防给水系统为常高压与临时高压制组合型,其他均为临时高压制。综上所述,对于一般的超高层建筑的消防给水通常采用以下方式:建筑高度小于150米可以采用一次加压减压(减压阀)给水方式;对于建筑高度大于150米,设避难层的超高层建筑,一般采用串联加压给水方式。

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