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摘要：随着我国经济快速的发展，高层建筑不断涌现。建筑的消防也变得十分重要，而在消防系统中，消防给水工程是其重中之重，消防给水设计关系到整栋高层建筑的使用安全。本文结合高层实际，对高层建筑消防给水系统进行分析。
关键词：高层建筑；消防给水系统
本工程是集商业、住宅、公寓、办公楼、车库为一体的综合楼。本工程消防系统主要包括两大组成部分：一是感应系统，二是执行系统。感应系统也叫火灾自动报警系统，包括探测器、报警器、手动报警按钮、警报器等构成。执行系统也叫灭火及联动控制系统，灭火方式包括液体灭火和气体灭火两种，联动控制系统包括应急照明、防排烟设施、疏散指示及通讯系统。
本文针对水灭火系统中的消防水泵选型、消火栓系统及自动喷水灭火系统设计的几个问题进行探讨。为了保证水灭火系统的正常运转，应从源头消防水泵房开始，合理选型，满足最不利点扬程和最小灭火用水量，其次水泵开关会用引起管道、水泵及阀门的破坏，应设置水锤消除措施，最后两大消防供水系统，即消火栓灭火系统和自动喷水灭火系统，要合理分区、计算用水量和优化设计系统。
1、工程概况
该建筑为地上最高27层，地下2 层，总建筑面积为18.9 万㎡。其中地上面积为13.1万㎡，为一类高层建筑，建筑最大高度为100m；地下建筑面积为 5.8 万㎡，主要功能为汽车库及设备用房。本工程一共为8栋塔式高层建筑，为一类高层，间距大于13米。商业楼和住宅楼均为一级耐火等级，地下车库及地下设备用房为一级耐火等级。本工程人流通过出入口大堂或通过地下车库进入。
2、消防泵房
2.1 用水量计算
本工程为一类高层建筑，室内消防用水量按40L/s，火灾持续时间为3h，自动喷水灭火系统30L/s，火灾延续时间为 1h；室外消防用水量 30L/s，火灾持续时间3h。室外消防用水由市政自来水管网供给，工程的供水水源为城市自来水，由双水源 DN300管接入，市政水压为0.4MPa，市政室外消防为 DN150管，按不大于120m 间距设置室外地上式消火栓。规范中对体积大于5万 m³ 的高层公共建筑，室外消防用水量调至40L/s。
表1 消防用水量标准及一次灭火用水量
2.2 水泵选型
在地下二层设置一座消防水池和水泵房，考虑水池补水后，水池有效容积为594m³，储存室内消火栓和自动喷水灭火系统一次灭火用水量。消防水泵房为钢筋混凝土结构，耐火等级为一级，内放置2台室内消火栓泵和2台喷淋泵。室内消火栓泵型号：XBD14/40-SLH型，参数：Q=40L/s，H=140m，N=90KW，一用一备；喷淋泵型号：XBD16/30-SLH 型，参数：Q=30L/s，H=160m，N=110KW，一用一备。
2.3 停泵水锤的计算
由于开、停泵及开关阀门较快，使水流速发生巨大变化，尤其是停泵水锤，破坏管道、水泵及阀门，并能够引起水泵反转，导致管网的压力降低等。水锤有极大的破坏力，压强过高，会引起水管破裂，反之压强过低会导致水管瘪塌，严重还会损坏阀门及固定件。在很短的时间内，水管中的流量从零突增到额定流量，由于水流具有一定动能和压缩性，在极短的时间内流量巨大变化而引起管道的压强过高或过低。压力冲击使得管壁受力而产生噪音，就像锤子敲击管道，故称为水锤效应。当计算所得的水锤压力值超过管道试验压力值时，应采用消除停泵水锤的技术措施。水锤消除装置应设在水泵出水总管处，及消防给水系统管网其他适应的位置[1]，计算公式如下：.png)
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式中：Δp—水锤的最大压力，Pa；ρ—水的密度，kg/m³；c—水击波的传播速度，m/s；v—管道中水流速度，m/s；C0—水中声波的传播速度，宜取 C0=1435m/s（压强0.1MPa~2.5MPa，水温10℃）；K—水的体积弹性模量，宜取 K=2.1×109Pa；E—管道的材料弹性模量，钢管 E=20.6×1010Pa；di—管道的公称直径，mm；δ—管道壁厚，mm。[1]
本工程水锤压力计算如下：
v=Q/A=4Q/d2π=4×0.04/（0.1572×3.14）=2.07m/s（管道流速计算公式，流量根据室内消火栓用水量标准计算，取40L/s，管径为DN150mm 镀锌管）.png)
Δp=1000×1411.22×2.07=2.92MPa ＞ 2.1MPa 管道试验压力。故应设置消除停泵水锤的技术措施。
对于 DN40及以下，系统压力在1.6MPA 及以下适合胶胆式水锤消除器，而 DN50 及以上，系统压力 2.5MPA 及以下适合活塞式水锤消除器。活塞式安全性能好，寿命较长，胶胆式效果好，抗冲击和寿命较差。本工程停泵水锤消除装置设置在消防水泵出水总管上，选择 DN150活塞气囊式消除器，该水锤消除器是吸纳供水系统水锤余压的设备，消防水泵出水管路上设置的止回阀应为水锤消除止回阀。消声止回阀与活塞活塞气囊式水锤消除器组合使用，能有效缓冲水冲击的瞬间压力，使得管道内压力得到调节，保护管道不受到破坏。
图1 活塞式水锤吸纳器安装示意图.png)
3、消火栓系统及自动喷淋灭火系统
3.1 系统分区
旧规范规定消火栓栓口的静水压力不应大于1.00MPa，当大于1.00MPa 时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.5MPa 时，应采用减压措施。新规范中规定以下几种情况需要分区供水：消火栓栓口处最大工作压力大于1.2MPa 时，自动水灭火系统报警阀处的工作压力大于1.6MPa或喷头处的工作压力大于1.2MPa时，系统最高压力大于2.40MPa时[1]。本工程楼层最高为100m，参照上述水泵参数，可得知该消火栓系统和喷淋系统均分为两个区供水。自动喷水灭火系统在竖向分两区，在地下室泵房内集中设置9组湿式报警阀，供地下车库喷淋用水，在4栋商业楼共设置13组湿式报警阀，供商铺、办公及公寓喷淋用水，每个报警阀负担的喷头不超过800个。一个湿式报警阀最高层喷头与最低喷头的高差不超过50米，配水管道的工作压力不大于1.2MPa。
3.2自动喷淋灭火系统设计
地下车库，商铺，办公楼，公寓等处设置自动喷水灭火系统。地下车库按中危险等级Ⅱ级设计，办公楼、公寓、商业部分按中危险Ⅰ级设计。喷水强度：车库喷水强度为8L/min• ㎡，作用面积为160 平方米；最不利点喷洒头工作压力为 0.1MPa。
自动喷水灭火系统共设置三套地上式消防水泵结合器，供消防车从室外消火栓取水向室内自动喷水灭火系统补水。平时由屋顶消防水箱和消防稳压设施专用水管接至报警阀前供水管，保证系统的供水压力，发生火灾时由加压泵从水池取水加压供水。为了保证系统安全可靠，每个报警阀组的最不利喷头处设置末端试水装置，其他防火区的最不利喷头处，均设置 DN25试水阀，每个报警阀前控制阀门均采用信号阀。自动喷淋系统中，喷头选型非常重要，由于该综合类的功能复杂，不同功能要求应选择相应的喷头。地下车库，直立式玻璃球喷洒头，喷头的动作温度为68℃、K=80。除公共建筑厨房采用93℃级喷头，其余喷头公称动作为68℃，根据建筑装修要求采用吊顶型或普通型玻璃球闭式喷头，净空高大于800mm 的闷顶和技术夹层内有可燃物时，应设置在上喷喷头。当梁、通风管道、排水管、桥架等障碍物的宽度大于1.2m 时，其下方增设喷头。
4、结束语
合理的水泵选型和系统分区即满足消防给水系统的扬程和流量要求，同时也是起到节能减排的作用；其次消除停泵水锤的影响，解决了在调试系统过程中，避免水锤对消防给水系统的破坏；再次，准确的计算消火栓及喷淋系统用水量，能够保证火灾发生时有足够的灭火用水量，同时喷头的选型对功能复杂的建筑也至关重要，不同场合使用不同喷头，起到事半功倍的灭火效果。
论文作者:黄文学
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/17
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