王大奎

（昆明恒基建設(shè)工程施工圖審查中心，云南昆明 650000）

0 引言

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50974—2014）第6.2.1 條規(guī)定：系統(tǒng)工作壓力大于2.40MPa；消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa；自動(dòng)水滅火系統(tǒng)報(bào)警閥處工作壓力大于1.60MPa或噴頭處的工作壓力大于1.20MPa 時(shí)，消防給水系統(tǒng)應(yīng)采取豎向分區(qū)供水。豎向分區(qū)供水是指沿高層建筑垂直方向，科學(xué)劃分有獨(dú)立供水設(shè)施的供水區(qū)域，合理選擇分區(qū)壓力值，避免因?yàn)橄到y(tǒng)壓力值設(shè)置過大造成建筑低層配水點(diǎn)處壓力過高，或因壓力值設(shè)置過小，造成高層建筑配水點(diǎn)處壓力不足。因此，在設(shè)計(jì)中要結(jié)合建筑的層高合理劃分豎向分區(qū)，既要滿足消防供水的需求，又要確保管網(wǎng)和設(shè)備承受的工作壓力在可控的范圍內(nèi)[1]。由于各種分區(qū)方式在成本、安全性、負(fù)荷、維護(hù)和管理方面都有著較大的不同，要對各種方式進(jìn)行具體分析，選擇最合理的設(shè)計(jì)方案。

1 消防水泵串聯(lián)分區(qū)供水

1.1 消防水泵串聯(lián)分區(qū)系統(tǒng)的特點(diǎn)

其運(yùn)行特點(diǎn)是在建筑的高區(qū)或低區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，分別啟動(dòng)高區(qū)和低區(qū)消防水泵進(jìn)行供水。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)一般只考慮一個(gè)防護(hù)區(qū)，如果在分區(qū)界面發(fā)生火災(zāi)，則高、低區(qū)水泵同時(shí)工作，此時(shí)實(shí)際消防流量比設(shè)計(jì)流量要大，在消防設(shè)計(jì)中要對消防水池容積和供水系統(tǒng)進(jìn)行必要的調(diào)整。消防水泵串聯(lián)分區(qū)供水系統(tǒng)的特點(diǎn)是水泵臺數(shù)較多，設(shè)備投入較大，同時(shí)在各區(qū)需要較大的占地面積、能耗較大。不過系統(tǒng)的優(yōu)勢在于設(shè)施相互獨(dú)立，控制方便，系統(tǒng)可靠性較高，供水安全性較好。

1.2 消防水泵串聯(lián)分區(qū)供水設(shè)計(jì)

水泵串聯(lián)分區(qū)供水是豎向分區(qū)中最常見的方式之一，適用于超高層建筑，特別是高度在150m 以上的高層建筑中。一般在設(shè)計(jì)中分兩種方式：消防水泵直接串聯(lián)供水、消防轉(zhuǎn)輸水泵與轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水。前者指的是水泵直接串聯(lián)向上的供水方式，其原理是低區(qū)水泵執(zhí)行低區(qū)供水滅火工作，但當(dāng)高區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由轉(zhuǎn)輸泵先啟動(dòng)供水，而后再啟動(dòng)高區(qū)消防水泵，加壓輸送到高區(qū)管網(wǎng)進(jìn)行滅火。在系統(tǒng)工作中，要先啟動(dòng)轉(zhuǎn)輸泵，然后才能啟動(dòng)高區(qū)水泵。高、低各區(qū)系統(tǒng)當(dāng)局部壓力過高時(shí)，又可通過減壓閥進(jìn)行二次分區(qū)供水，實(shí)際工程中也往往要結(jié)合減壓閥進(jìn)行二次分區(qū)供水。水泵直接串聯(lián)供水時(shí)須在高區(qū)加壓水泵出水管上設(shè)置減壓型倒流防止器等裝置保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全，并校核工作壓力，管道設(shè)計(jì)強(qiáng)度要滿足當(dāng)小流量大揚(yáng)程發(fā)生時(shí)的最大揚(yáng)程疊加壓力要求。

消防轉(zhuǎn)輸水泵與轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水指的是當(dāng)高區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，高區(qū)加壓水泵先啟動(dòng)從轉(zhuǎn)輸水箱吸水向高區(qū)管網(wǎng)供水，而后轉(zhuǎn)輸水泵啟動(dòng)從地下室消防水池吸水向轉(zhuǎn)輸水箱內(nèi)補(bǔ)水的供水方式，一般在超高層建筑的接力供水方式中經(jīng)常采用這種方式，這是由于水泵直接串聯(lián)供水方式會引起系統(tǒng)超壓，從而導(dǎo)致管網(wǎng)及設(shè)施承壓過高，而轉(zhuǎn)輸水箱與轉(zhuǎn)輸水泵串聯(lián)供水方式更容易精確控制水壓，確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全。高區(qū)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)輸水箱，也可以作為低區(qū)系統(tǒng)的高位消防水箱，轉(zhuǎn)輸水箱的有效儲水容積要大于60m3，且應(yīng)設(shè)自動(dòng)補(bǔ)水管。

1.3 消防水泵串聯(lián)分區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)勢和不足

對于水泵串聯(lián)分區(qū)供水系統(tǒng)來說，缺陷在于管網(wǎng)復(fù)雜，水泵、水箱分散設(shè)置，水箱和消防水泵占用面積較多，且電氣控制相對煩瑣，管理不易。但其優(yōu)勢也較為明顯，主要表現(xiàn)在管網(wǎng)工作壓力較低，而且系統(tǒng)控制性較好，水泵功率較低，啟動(dòng)可靠投資較小。對于150m 以上的超高層建筑來說，往往都要設(shè)置避難層，這就為消防轉(zhuǎn)輸水箱和加壓水泵的設(shè)置留足空間，使水泵串聯(lián)分區(qū)系統(tǒng)的使用得到保障。

2 消防水泵并聯(lián)分區(qū)供水

2.1 水泵并聯(lián)供水設(shè)計(jì)方式

消防水泵并聯(lián)分區(qū)給水方式是指每個(gè)豎向分區(qū)各自獨(dú)立設(shè)置一套消防加壓泵從消防水池吸水加壓供水滅火的供水方式，這種分區(qū)方式相對簡單，系統(tǒng)運(yùn)行也相對簡單，當(dāng)建筑的低區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，啟動(dòng)低區(qū)消防水泵加壓供水滅火，高區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)高區(qū)消防水泵加壓供水滅火，因此系統(tǒng)的操作控制也較為簡單，同時(shí)由于水泵集中在同一個(gè)水泵房內(nèi)設(shè)置，管理較為方便。高、低區(qū)系統(tǒng)可分別設(shè)置高位消防水箱，也可合用高區(qū)消防水箱，當(dāng)合用高區(qū)消防水箱時(shí)，低區(qū)系統(tǒng)應(yīng)對高區(qū)消防水箱的出水進(jìn)行減壓，以免低區(qū)系統(tǒng)的靜壓過大[2]。設(shè)計(jì)水泵并聯(lián)分區(qū)供水系統(tǒng)時(shí)，往往會因?yàn)榭紤]節(jié)約投資或減少系統(tǒng)的復(fù)雜性時(shí)而盡量少分區(qū)，此時(shí)每個(gè)水泵供水區(qū)的供水樓層會相對偏多，因此各個(gè)分區(qū)的低層部分管網(wǎng)會壓力偏高，這就需要設(shè)置減壓閥等進(jìn)行局部減壓或二次分區(qū)。

2.2 并聯(lián)分區(qū)供水方式的特點(diǎn)及適用性

水泵并聯(lián)系統(tǒng)各分區(qū)獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立控制、系統(tǒng)可靠、施工方便，更重要的是避免了水泵、水箱等在建筑中分散設(shè)置，節(jié)約了土建投資。但是其缺陷也較為明顯，對豎向分區(qū)減壓設(shè)備要求較高，如果沒有減靜壓功能，會造成系統(tǒng)長期超壓，影響系統(tǒng)的安全。同時(shí)也存在消防水泵房內(nèi)水泵較多，占地面積較大的問題，再者由于管網(wǎng)、閥門等設(shè)施承壓的問題，直接導(dǎo)致水泵并聯(lián)分區(qū)供水的方式不適用于高度較高的建筑，因此實(shí)際應(yīng)用比較少。

3 減壓閥分區(qū)供水

3.1 減壓閥分區(qū)供水方式

減壓閥分區(qū)是目前普遍采用的消防供水分區(qū)方式，其設(shè)計(jì)圖如圖1 所示，其中1~7 分別代表消防水池、消防水泵、水箱、減壓閥、水泵結(jié)合器、水池進(jìn)水管和水箱進(jìn)水管。減壓閥可以采用比例式減壓閥或可調(diào)式減壓閥，設(shè)置以簡單方便，系統(tǒng)安全可靠為原則，設(shè)備選型上要根據(jù)建筑的消防工況合理選擇。用于系統(tǒng)豎向分區(qū)的減壓閥應(yīng)能既減動(dòng)壓，又減靜壓；每個(gè)分區(qū)的減壓閥數(shù)量應(yīng)不少于兩組，為了提升安全性，必須要設(shè)置備用減壓閥；采用比例式減壓閥時(shí)，閥前閥后壓力比值不宜大于3:1，采用可調(diào)式減壓閥時(shí)，閥前閥后壓力差不宜大于0.40MPa。

圖1 減壓閥分區(qū)供水方式

3.2 減壓閥分區(qū)供水方式的特點(diǎn)

減壓閥分區(qū)消防供水系統(tǒng)的適用性較廣，既適用于高度不太高的普通高層建筑，也適用于高度較高的超高層建筑，其優(yōu)點(diǎn)在于管道系統(tǒng)簡單，節(jié)省加壓水泵數(shù)量，和水泵分區(qū)相比，數(shù)量能夠減少一半左右，泵房占地面積小，配電負(fù)荷也大大降低，投資較小。同時(shí)低區(qū)減壓閥能夠精確調(diào)節(jié)消防供水的工作壓力，避免了管網(wǎng)壓力過大的問題。目前這種分區(qū)方式運(yùn)用較廣，但是減壓閥分區(qū)也存在一定的缺陷，主要問題在于質(zhì)量不好的減壓閥容易發(fā)生故障，尤其是我國高層建筑水質(zhì)一般，非常容易造成減壓閥故障。此外，減壓閥密封失效，膜片損壞以及饋孔堵塞等問題都會導(dǎo)致減壓閥失靈，系統(tǒng)的可靠性就會大大降低，如減壓閥失靈時(shí)，維修人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，那么在發(fā)生火災(zāi)時(shí)低區(qū)噴淋系統(tǒng)灑水噴頭前壓力過大，導(dǎo)致系統(tǒng)保護(hù)面積不足；對于消火栓系統(tǒng)，則因管網(wǎng)壓力過大，消防人員無法使用消火栓，影響火災(zāi)的撲救。因此要對減壓閥分區(qū)方式采取控制措施，為避免減壓閥失靈，可以采用智能傳感器等設(shè)施，將系統(tǒng)的壓力等信息傳到消防控制中心，讓消防管理人員隨時(shí)掌握系統(tǒng)信息，對設(shè)備進(jìn)行及時(shí)檢修或更換。此外還應(yīng)該采取保證水質(zhì)的技術(shù)措施，比如在閥前安裝過濾器，改善管道的材質(zhì)等。為了避免水中雜質(zhì)過多，還要定時(shí)進(jìn)行清理，比如每季度進(jìn)行泄水操作，必要時(shí)更新水池儲水等，另外還應(yīng)該做好防腐保溫措施，保證供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 減壓水箱分區(qū)供水

4.1 減壓水箱分區(qū)供水方式

當(dāng)消防水泵的供水壓力在2.4MPa 以下，避難層等中間層有位置設(shè)置消防水箱時(shí)，可采用減壓水箱進(jìn)行分區(qū)供水。這種分區(qū)方式主要是從高區(qū)到低區(qū)分別設(shè)置減壓水箱，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，相應(yīng)分區(qū)減壓水箱首先啟動(dòng)向管網(wǎng)供水，同時(shí)屋頂消防水箱把水輸送到分區(qū)減壓水箱，使系統(tǒng)始終滿足消防用水量的要求。屋頂消防水箱的儲水量由消防水泵從消防水池吸水增加供給，同時(shí)屋頂消防水箱還應(yīng)設(shè)置平時(shí)補(bǔ)水管，以維持系統(tǒng)準(zhǔn)工作狀態(tài)的水位要求[3]。減壓水箱的有效容積應(yīng)不小于18m3，水箱分兩格設(shè)置，每格應(yīng)分別設(shè)置進(jìn)水管和出水管，兩格間還應(yīng)設(shè)置連通管，保證其中一格在清洗或檢修時(shí)都能滿足消防用水的需求。此外，減壓水箱的水位控制應(yīng)可靠，水箱應(yīng)設(shè)置質(zhì)量可靠的水位控制閥，以免系統(tǒng)因水位失控造成不必要的損失。

4.2 減壓水箱分區(qū)供水方式的特點(diǎn)

減壓水箱分區(qū)供水系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，因此80 年代開始曾經(jīng)在我國大量使用。但由于水箱占地面積大，很多高層建筑實(shí)際上無減壓水箱的設(shè)置位置，且系統(tǒng)對減壓水箱進(jìn)水閥的安全可靠性要求較高，同時(shí)隨著減壓閥的不斷發(fā)展，減壓水箱分區(qū)供水的方式逐漸被取代。

5 結(jié)語

在高層建筑消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，既要避免系統(tǒng)壓力設(shè)置過高導(dǎo)致管網(wǎng)設(shè)備承受壓力較大，消防供水系統(tǒng)難以控制，又要提升系統(tǒng)的安全性和可靠性，降低成本投入和能源消耗[4]。因此在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)該綜合考慮設(shè)備選型、水池（箱）的容積和系統(tǒng)各個(gè)部件的設(shè)置，還應(yīng)考慮后期管理及安全設(shè)施保障。在設(shè)計(jì)中，還要充分結(jié)合幾種豎向分區(qū)的優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，比如將重力設(shè)計(jì)、串聯(lián)設(shè)計(jì)和減壓閥設(shè)計(jì)等結(jié)合起來，提升系統(tǒng)的可靠性和控制的精確性。