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          超高層消防給水系統的供水方式研究
          發布時間:2019-08-08

          系統分析師論文優選范文10篇之第六篇:超高層消防給水系統的供水方式研究

            對于超高層建筑,討論了常見的消防給水系統,包括串聯加壓給水、一次加壓減壓(減壓閥)給水方式等。比較了各系統的優缺點及應用場所。以兩個超高層綜合樓消防給水系統設計為例,對超高層建筑消防設備、系統分區、壓力、自噴系統等問題進行了分析。

            隨著城市化的進程,地價的持續上漲,為了在城市中心區域得到更多的面積,超高層建筑越來越多,多為功能復雜的綜合體,使用人數眾多,對工程設計人員提出了許多新的要求。

            一、超高層建筑的定義及執行的相關規定

            超高層建筑是指建筑高度超過100米的高層建筑。防火規范執行《建筑設計防火規范》(GB50016-2014)及其他相關消防系統規范。建筑高度超過250米的建筑又叫"超限高層建筑(參考結構專業叫法)應采取特殊防火措施,并提交國家消防主管部門專題研究和論證。這種建筑一般在大城市中少量出現;本文不討論該種類型,討論常見類型。

          超高層消防給水系統

            二、常見超高層建筑消防供水方式

            超高層建筑的消防供水方式有三種:串聯加壓給水方式、一次加壓減壓給水方式、重力給水方式;以兩個超高層綜合樓的工程實例,說明室內消防系統的供水方式。  串聯加壓給水系統:串聯加壓給水系統(見圖1),在地下泵房內設消防水池、低區消火栓泵、轉輸泵,在避難層設置轉輸水箱和高區消火栓泵。低區由地下泵房內消火栓泵供水,高區由避難層消火栓泵供水。同時需滿足《消防給水及消火栓系統技術規范》,最不利消火栓處靜壓不大于1.0MPa,低區、高區用減壓閥組分別劃分成低I區、低II區,高I區、高II區;在屋頂設置高位消防水箱,在屋頂水箱間設增壓穩壓設備,滿足最高消火栓處靜壓不小于0.15MPa;以高區發生火災為例,系統的控制由消防水箱高區出水管上流量開關啟動避難層高區消火栓泵,使著火層消火栓噴水滅火,同時連鎖啟動地下泵房內轉輸泵向避難層轉輸水箱供水。

            圖1 消火栓給水系統原理圖(串聯加壓)  

            一次加壓減壓給水系統:在地下設置消防水池及泵房,消火栓泵的揚程滿足建筑供水要求,即所謂的"一泵到頂"(見圖2)。消防給水分區在每個分區處由給水主管設不同減壓值的減壓閥組。

            重力式消防給水系統:在建筑最高處設置消防水池,容積滿足該建筑在火災延續時間內室內消防用水總量,消防水池的水以重力流向下各區供水;這種消防系統避免了機械故障和供電系統對給水的影響,安全可靠。缺點是增加了荷載,占用建筑面積,增加結構投資量。

            三種消防給水系統的比較:串聯供水系統是一種常用的超高層建筑消防給水方式。高區、低區由分別對應的消防泵供水,其中高區屬接力供水。串聯加壓給水方式的每個區的供水壓力均不高,可以采用常規的水泵、管道和閥門,系統比較安全。消防水池、泵房設在地下室,減少上部面積的使用,且管道和閥門的壓力等級在合理的范圍內,比較經濟。一次加壓減壓的給水系統不設接力水箱、接力泵,占用避難層的面積少,經濟性好。缺點為低區消防泵的揚程較高,需采用公稱壓力高的泵、管道、閥門。低區需減的壓力較大,減壓閥需串聯減壓。在火災初期流量小,當消防主泵啟動時,易產生超壓現象。該方式適用于不做避難層的住宅或建筑高度在150米以下的建筑。目前國產消防泵的揚程最大為2.0MPa, 高于這個壓力需特殊訂做, 增加造價。;高位水池重力供水系統是屋頂水箱儲存一次火災用水量, 采用重力及減壓水箱供水, 消防系統可采用普通的泵、管道和閥門;對某些火災, 甚至不用啟動消防泵, 僅靠屋頂水箱重力供水滅火。

            圖2 消火栓給水系統原理圖 (一次加壓減壓)  

            三、系統存在的風險及應對辦法

            超高層建筑消防管路系統、控制系統復雜,維護管理系統技術要求高;影響系統安全穩定性的兩個主要因素就是系統超壓和機械故障。

            超壓問題:系統中的水壓超過其工作壓力限值,造成管道、附件、設備損壞。超壓的主要原因有以下3種情況:1.消防泵因故障或停電而突然停泵造成的水錘現象。2.在火災初期加壓泵小流量工作,會造成加壓泵揚程大幅度升高,使管網超壓。3.消防系統管網設計不合理,減壓閥失靈。可通過選取質量好、性能穩定的消防泵解決,采用流量-揚程曲線為無駝峰、無拐點的光滑曲線,零流量時壓力不大于工作壓力的140%,且宜大于設計工作壓力的120%;水錘造成的管網超壓采取相應措施進行控制或規避,如系統中增設泄壓閥、安全閥、水錘消除器等。管路系統設置力求簡潔,分區壓力控制在1.6MPa以下,使整個系統所有設備、閥門、管道工作壓力在1.6MPa以下,即使減壓閥失靈,也不會造成管路系統超壓問題。

            消防設備在使用中會出現機械故障。超高層建筑消防系統設備多,增加了機械故障率。設計應簡化系統,精簡設備使用數量,選擇質量可靠、技術成熟的產品,消防泵組及閥門均設置備用,平時應定期對消防設備巡檢。

            消防給水系統合理分區,使管道、閥門等工作壓力均在1.6MPa以下,是保證系統安全的有效辦法。常用工作壓力等級有1.0MPa、1.6MPa;也有2.5MPa甚至更高壓力等級管道、閥門等,但造價高。按《消水規》及《噴規》對系統分區的壓力要求,消防給水系統采用工作壓力1.6MPa的管道、閥門具有最大的安全、可靠、經濟等優勢。

            室內消火栓和自噴系統應按規范設置消防水泵接合器,如系統有分區,在消防車供水壓力范圍內的分區,應分別設置水泵接合器。目前城市消防車消防供水能力有限,串聯、并聯及重力式消防給水下區、高、低區及轉輸管網上均應設置水泵接合器,轉輸層轉輸泵前后配備移動接力泵接口,火災時可通過水泵接合器與移動接力泵給上區消防管網供水。

            四、自噴系統的思考

            自動噴水滅火系統是公認的最有效的自救滅火設施,應用最廣,滅火成功率高。其給水方式通常也分為兩種,一種是串聯加壓方式,另一種是一次加壓減壓方式;超高層建筑消防設計應加強自噴系統應用,高大空間應采用消防水炮等滅火設施,首選可靠的消防給水方式。

            重力式系統里,噴淋系統和消火栓系統都利用了高位消防水池供水,減少了對水泵的依賴。重力式消防給水系統形式在超高層建筑中是最安全的。但是為了增加安全,而不顧經濟性,是不合實際的。在安全性和經濟性綜合統籌下優化系統。故自噴系統采用重力式常高壓系統,消火栓系統采用臨時高壓系統。自噴系統的火災延續時間為1小時,綜合樓的消火栓系統的火災延續時間為3小時,自噴系統一次滅火的用水量相對較少,增加屋面荷載不大,占用面積不大,又可以增強消防的安全性與可靠性。

            五、結語

            本文介紹了幾種常見的超高層消防給水系統,實際在設計中需靈活運用,通常是幾種方式的結合,比如重力系統中常結合串聯轉輸系統和減壓閥并聯分區組合形式。如按壓力分,還可分為常高壓、臨時高壓,除重力式消防給水系統為常高壓與臨時高壓制組合型,其他均為臨時高壓制。綜上所述,對于一般的超高層建筑的消防給水通常采用以下方式:建筑高度小于150米可以采用一次加壓減壓(減壓閥)給水方式;對于建筑高度大于150米,設避難層的超高層建筑,一般采用串聯加壓給水方式。

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