高层建筑消防给水系统超压问题分析

关键词：高层建筑；消防给水系统；超压问题分析 

　　《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）第7.5.6条规定：“高层建筑给水系统应采取防超压措施”。随着现代高层建筑消防设施的要求越来越高，应在满足其消防给水系统水压和水量要求的前提下，控制系统管网的超压问题，提高消防给水系统的可靠性。 

　　1 高层建筑消防给水系统超压现象产生的原因 

　　①消防水泵选用方面。一般来说，消防水泵是按照设计流量数值来选用的，其流量曲线非常陡直，随着水泵流量的增大，扬程曲线随之降低。在火灾发生初期，消防水泵流量小，灭火装置的出水量不是很大，此时消火栓的水枪和自动喷水灭火系统的喷头只有少数几个，而灭火系统中消防水泵是按照设计秒流量提供动力，在小流量运作下，设计数值是消防水泵实际流量的数倍；当建筑物超过一定高度时，就会造成消防水泵的扬程大幅度升高，从而产生超压现象。另外，消防水泵是从给水管网直接吸水， 水泵扬程是按给水管网的最低水压来计算的。如果水泵运行时正逢给水管网的最高水压，且给水管网的最低水压与最高水压相差较大时，也易出现超压。当施工单位在消防水泵的选型时不注意，造成水泵的实际扬程与设计要求的扬程不符合，甚至相差较大时，也会产生超压。 

　　②分区供水方面。根据《建筑给水排水设计规范》的要求，高层建筑给水系统应竖向分区，各分区最低配水点处的静水压力不宜大于0.45 MPa，特殊情况下不宜大于0.55 MPa；而根据《高层建筑防火设计规范》的规定消火栓栓口处的静水压力应不超过80 m水柱，出水压力不超过50 m水柱。凡不符合上述两点规范的高层建筑均须采用分区供水或减压措施。高层建筑采用分区供水时，若竖向分区的下区水泵出水管与上区水泵的吸水管直接连接或共用水泵结合器，当防止串压的止回阀关闭不严密时，下区的水泵会因静水压力大于其工作压力而产生超压；若消防给水管网按最低位置的室内消火栓静水压力0.80 MPa 进行竖向分区，管网未采取完善的减压措施，在启动消防水泵时，管网下部的消火栓会由于动压值大于静压值而出现超压；若采用减压阀分区给水方式，当减压阀因故障而关闭不严、或旁通管上阀门失控时，也会造成下区给水管网的超压。此外，当消防车车用消防泵向消防给水系统供水时，系统的消防泵与消防车的消防泵串联工作向水泵接合器供水时，易造成室内消防给水管网超压。 

　　2 高层建筑消防给水系统预防超压问题的解决对策 

　　一般来说，常压状态下的给水管网不能完全解决高层建筑的消防给水问题，要改善这一情况，必须采取有效的防超压控制措施。既要保证消防设备的安全、完整性，还需提供一定的给水量，确保给水的及时可靠以及系统内部流量的合理利用。 

　　2.1 合理布设消防给水系统，提高系统承压能力 

　　预防高层建筑消防给水系统的超压问题最基本一点，则是需要正确布置系统，提高其承压能力。首先，高层建筑的自动喷水灭火系统与消火栓给水系统应当作为独立的个体，区分开来设置各自相对的备用水泵。根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95第7.4.3条规定：“室内消火栓给水系统应与自动喷水灭火系统分开设置，有困难时，可合用消防泵，但在自动喷水灭火系统报警阀前（沿水流方向）必须分开设置”。该规定虽然说明允许有条件地合用消防水泵，但一般情况下还是建议分开使用更好些，主要有以下几方面的原因：①两种给水系统的作用时间不同，自动喷水灭火系统为1～2 h，室内消火栓的灭火系统时间为2～3 h；②压力要求不同，前者喷头处的工作压力一般为100 kPa，最不利点允许降到50 kPa，而消火栓的一般在200 kPa；③水质要求不同，自动喷水灭火系统的水质要求比室内消火栓的高些；④两者共用一个消防水泵时，易产生系统超压问题，影响灭火效果，带来严重的安全隐患。其次，要提高消防给水系统的承压能力，预防系统出现超压问题时，系统管网内的压力值仍在规定的工作压力范围内，确保管道设备仍能正常运作。 

　　2.2 合理选用消防水泵 

　　选用合理、正确的消防水泵，有利于消防给水系统的超压预防工作的顺利开展。可以尽量采用流量、扬程曲线相比之下较平缓的消防泵，这样在高层建筑的灭火过程中，随着消防给水流量的变化，水泵扬程变化的幅度则不会太大，那么其系统管网内的压力值就比较接近设计的数值，避免超压问题的发生，使得系统能够正常发挥灭火作用。而且高层建筑也可采用切线消防泵、水冷直联消防泵或变频调速消防泵等设施来防止超压现象。其中切线消防泵主要适用于工业、消防和生活（生产）共用的给水系统、建筑物的消防栓灭火系统、自动喷淋系统和喷雾灭火系统的给水等方面。它属于一种恒压状态的设施，具备变流稳压的特点，即系统流量从零到规定的最大范围之间，水泵的压力变化都保持在5%以内，没有产生大幅度的变化，促进消防给水系统的稳定性，提高消防灭火的效率。而且切线消防泵若与多台水泵同时并联工作的话，不仅可减少所需水泵的数量，降低成本投资；还可保证消防用水量的便利，当需水量由小到大发生变化时，运用适当的水泵消防系统运作，可提供一定的水量和水压，防止超压问题发生。另外，变频调速消防水泵的大力运用也有利于避免超压现象。它根据消防给水管网和水源的各种情况，结合消防用水的需求和特点，保持水泵供水压力的稳定性，不因系统流量的变化而有所浮动，促进消防工作的安全可靠性。 

　　2.3 采用相应的减压装置 

　　利用相应的减压装置，来达到减压和稳压的目的，也是预防消防给水系统的超压问题的一大措施。而可调式减压阀作为一种水压控制的阀门，根据使用目的、功能及场所的不同可演变成遥控浮球阀、减压阀、流量控制阀、水泵控制阀、泄压阀等设施，并通过调节自身的出口压力使其控制在一定的规定范围内，维持给水系统稳定性，防止超压值对给水管网造成一定程度的损坏。在高层建筑消防给水过程中，可调式减压阀宜采用并联的设置方式，避免水流动压力造成部分管道的破坏，促使各通道的回水管在汇合点压力保持平衡，以满足消防灭火系统对出口压力及流量的需求。针对城市高层建筑消防给水系统的特性，只要在单向供水管道上，设定一定范围的出口压力，那么减压阀的阀门进口压力和流量不管怎么变化，确定好的出口压力值都会保持相对的稳定，不会影响其正常给水系统的运转。 

　　3 结 语 

　　综上所述，随着高层建筑已逐渐成为城市发展的主要源动力，我们需要进一步提高其消防安全系数，减少或避免系统管道因超压问题引起的火灾事故。根据建筑物质实际设计情况，设置安全、合理的消防给水系统，并加强对水压的均衡检测以及正确选用消防水泵、泄压和减压等设备，来制定一套有效的防超压措施，以提高消防给水的可靠性，保障高层建筑抵御火灾事故的能力。 

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