【摘要】高層建筑給水排水設計中的消防對各個用水點或整個系統的壓力都有一定的范圍要求。本文詳細分析了高層建筑給水系統設計的原理及思路，重點分析了為增壓穩壓而采取的增壓泵配合氣壓罐供水的幾種方式在消防給水系統中的具體應用。
　　關鍵詞：高層建筑；消防給水系統；給排水
　　1高層建筑消防的特點和要求
　　1.1高層建筑火災特點
　　高層建筑由于層數多，建筑高度高，與低層和多層建筑相比，高層建筑發生火災的危險性大，往往具有:①火災的隱患多，火種多。②火勢猛、蔓延快。③人員疏散困難。④消防設備設施不夠完善，補救難度大。⑤傷亡慘重，經濟損失巨大。
　　1.2高層建筑消防給水設計要求
　　建筑高度超過消防車有效的滅火高度，即高度為10層及10層以上的住宅和建筑高度超過24m以上的其他民用建筑和工業建筑，主要靠室內消防給水設備撲救火災的消防給水系統稱為高層建筑消防給水系統。①高層建筑消防給水受建筑高度影響:當24m<H<50m時，可用普通登高消防車滅火，以自救和外救相結合的方式滅火;當50m<H<100m時，普通登高消防車滅火能力難以完全達到，需加強室內消防設備的滅火能力。當H>250m時，建筑設計中應采用特殊的防火措施，并提交國家消防主管部門論證。②高層建筑消防應立足于室內自救。③滅火劑以水為主，其他滅火劑為輔。④嚴格執行國家和地方現行的消防與條例。
　　1.3高層建筑消防給水系統分類
　　（1）按消防給水系統的構成與功能可分為室外消火栓系統、室內消火栓給水系統和自動噴水滅火系統。自動噴水滅火系統又分為閉式自動噴水滅火系統，開式自動噴水滅火系統與自動噴水一泡沫聯用滅火系統。
　　（2）按消防給水系統的服務范圍大小，可分為區域集中高壓(或臨時高壓)消防給水系統和獨立高壓(或臨時高壓)消防給水系統。
　　（3）按消防給水的壓力與流量是否滿足系統要求，可分為常高壓和臨時高壓消防給水系統。
　　（4）按消防給水方式的不同，可分為分區消防給水系統和不分區消防給水系統。
　　2室外消防給水系統
　　2.1室外消火栓給水管網
　　（1）為確保消防給水安全，高層建筑室外消防管網的進水管不宜少于兩條，并宜從兩條市政給水管道引入，當其中一條進水管發生故障時，其余進水管應仍能保證全部用水量。進水管管徑按式：
　　（式1）
　　式中，D—進水管管徑，mm；Q—生活、生產與消防用水總量，L/s;v—進水管水流速度，不宜大于2.5m/s，獨立自動噴水滅火系統，進水管水流速度不宜大于5.0m/s;n—進水管數量。
　　（2）管網布置
　　室外消防給水管道布置應符合:①應布置成環狀。②環狀管網進水管不應少于兩條，并宜從兩條市政給水管道引入，當其中一條進水管發生事故或檢修時，其余的進水管仍應保證全部消防流量。③環狀管網應采用閥門分成若干獨立段。每段內消火栓數量不宜超過5個，并應在節點處設置閥門。④建筑物室外消防給水管道管徑不應小于100mm。⑤室外管道的敷設按《室外給水設計規范》及《建筑給水排水設計規范》的規定，當室外埋設消防給水管時，其管頂應在凍土層底15cm以下埋設。
　　2.2消防水池
　　（1）設置條件:一般情況下將室內消防水池與室外消防水池合并考慮。當市政給水管道和進水管或天然水源不能滿足消防用水量，市政給水管道為枝狀或只有一條進水管時（二類居住建筑除外），高層建筑應設消防水池。
　　（2）容積計算
　　（式2）
　　式中，Vx—消防水池有效容積，m3；QPi—各種水消防滅火系統設計流量，m3/h，室外給水管網能滿足室外消防用水量的要求，可以只計室內消防用水量；ti—火災延續時間，h;Qb—在火災延續時間內，可連續補充的水量，m3/h，城市市區給水管補水速率不宜大于2.5m/s;Tb—各種水消防滅火火災延續時間的最大值，h。
　　3室內消防給水系統
　　3.1高層建筑室內消火栓給水系統的主要設施
　　高層建筑室內消火栓給水系統一般由水槍、水帶、消火栓、消防卷盤、消防管道、消防水池、消防水箱、水泵結合器、增壓水泵及遠距離啟動消防水泵的設備等組成。
　　高層建筑自動噴淋給水系統一般由噴頭、報警閥組、水流指示器、壓力開關、末端試水裝置、消防管道、消防水池、消防水箱、水泵結合器、增壓水泵及遠距離啟動消防水泵的設備等組成。
　　3.2高層建筑室內消防給水系統的增壓穩壓方式
　　高層建筑消防時系統最大工作壓力超過市政供水壓力的建筑，應采用加壓消防系統。按服務范圍分為:獨立分散的消防給水系統和區域集中消防給水系統。按供水壓力可分為:高壓消防給水系統和臨時高壓消防給水系統。
　　為了防止消防儲水在短時間內備耗盡和便于消防隊員操作，對于高層建筑(H>50)和超高層建筑(H>100)的消火栓給水系統應進行豎向分區，保證消火栓栓口靜水壓力不應超過1.0MPa。豎向分區高度控制在45~55m范圍內；對于報警閥前壓力超過1.2Mpa的自動噴淋滅火系統應進行分區供水。高層建筑室內消防給水系統常見的給水方式一般分為不分區給水系統、分區串聯給水系統、分區并聯給水系統三大類。這三類系統有二種增壓穩壓方式。
　　（1）在并聯分區和串聯分區消火栓給水系統中，如果高位水箱高度不能滿足最不利點消火栓所需消防水壓，應在高位水箱出水管上設氣壓給水設備穩壓裝置，如圖1所示。
　　
　　圖1水箱出水管上安裝氣壓給水設備穩壓裝置
　　氣壓水罐內設有消防貯水容積、穩壓水容積、緩沖水容積;補氣式氣壓水罐還應有不動水容積。上述各水容積及相應的壓力和水位如圖2所示。
　　
　　圖2補氣式氣壓水罐
　　（2）并聯分區給水系統
　　該系統特點是無水箱，平時消防穩壓裝置工作對系統穩壓，消防泵不工作。常見的穩壓裝置為氣壓給水穩壓裝置（如圖3所示）。氣壓給水裝置安裝在靠近水池的地方，其部分放大如圖所示。氣壓給水穩壓裝置的選擇計算方法同上述氣壓給水穩壓裝置，但各項壓力值有區別。
　　
　　圖3氣壓給水穩壓裝置示意圖
　　4高層建筑消防給水系統增壓穩壓裝置的選用
　　在高層建筑消防給水系統的設計中，考慮到高位水箱設置過高不僅增加建筑立面處理難度，投資高且不利于抗震，故消防水箱往往設在電梯機房頂的水箱間內，滿足消防要求的水壓有困難，根據《高層建筑防火設計規范》第7.4.7.2條最不利點消火栓靜水壓力的要求及《自動噴水滅火系統設計規范》第10.3.1條要求，對于不滿足上述要求的水消防系統，必須設置增壓設施。
　　（1）穩壓泵增壓
　　根據所需的水壓、水量選型，室內消火栓給水系統的增壓設備，一般都用離心泵。增壓泵的出水量:消火栓給水系統專用時，Q=5L/s;自動噴水滅火系統專用時，Q=1L/s。增壓泵的揚程:當增壓設施為消火栓系統專用或為自動噴水系統合用時，按氣壓水罐內消防貯水容積下限水位時，仍按能保證最不利點消火栓和噴頭的壓力計算。在實際的設計過程中常選用“98S205”《消防增壓穩壓設備選用與安裝》中的成套設備。
　　（2）管道泵增壓
　　許多設計人員用國產管道泵代替穩壓泵，管道泵的流量為1～5L/s，揚程10～30m，功率0.5～2.5kW。用于消火栓系統時，管道泵的流量可取5L/s，用于自動噴淋系統時，流量取1L/s。在滿足最頂層消火栓水壓的前提下，管道泵的功率盡可能小，不宜超過2.0kW，這樣泵的啟動時間很短，只需1～2s。與穩壓泵相比，管道泵增壓系統工作在噴頭和消火栓已經出水，而消防用水的水壓不足需要增壓時。它能保證一支水槍的水量和水壓，滯后時間由10～30s縮短為1～2s，大大提高了滅火的安全性。因此用管道泵代替穩壓泵理論上是可行的。
　　（3）氣壓罐增壓
　　需要局部增壓設備，采用消防水箱有困難時，一般采用氣壓給水設備，根據設計最低水壓和氣壓水罐容量選擇氣壓水罐。由氣壓水罐的工作原理可知，氣壓水罐在高壓和低壓之間工作，所以選擇氣壓水罐時，應保證:氣壓水罐設計最低供水壓力應滿足計算管路最不利消火栓栓口所需水壓。氣壓罐容量按《高規》中的規定;“增壓設施的氣壓水罐，其調節水容量宜為450L。”對于消火栓系統，不宜大于300L，自動噴水滅火系統不宜大于150L，兩個系統之和不大于450L。
　　（4）變頻調速恒壓供水
　　恒壓變量供水設備是在設計的壓力值下，根據管網用水量變化而產生的壓力差信號反饋給恒壓控制系統，恒壓控制器發出改變頻率的指令從而改變驅動水泵電機轉速，使之出水壓力在滿足管網用水量的前提下恒壓在設計壓力值。
　　5結論
　　高層建筑給排水設計是理論和實踐結合非常緊密的專業。理論上的東西只有拿到實踐上應用才能確認其效果。本文在實踐中檢驗的基礎上進行了消防給水系統的設計的說明，探討了消防給水系統為保證安全可靠采用水箱-增壓泵-氣壓罐聯合增壓穩壓供水系統，增壓泵和氣壓罐均放在水箱間。對于有技術保證的城市或單位，也可省去水箱，而將增壓泵和氣壓罐放在地下室供水泵房設置。另外，消防給水系統的設計必須和電器專業密切配合才能達到合理的控制效果。
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