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多层建筑消防水箱和增压稳压设施的思考

文章来源:海西给排水 发布时间:2012-05-21 16:17:19 阅读次数:7475 次 [关闭]

关于多层建筑消防水箱和增压稳压设施的几点思考

马向伟  都的箭

摘要:  多层建筑消防水箱设置,在现行规范中有诸多不明确之处,尤其是增压稳压设施的相关标准。

本文通过对消防规范条文和条文说明的分析、对比,对消防水箱、增压稳压设施及气体顶压应急消防供水设备的使用提出了自己的看法。

关键词:多层建筑   消防水箱   增压稳压

一、引言

近年来,在很多的建筑中采用了气体顶压供水设备代替消防水箱,这些建筑存在一个共同的特点,就是为了建筑造型的要求或是屋顶结构承重的限制,不便设置屋顶水箱间,不能按照规范设置消防水箱。但是按照消防规范的要求,临时高压消防系统是必须设置消防水箱的,为了达到消防规范的要求,采取了一种替代措施。下面就这种做法的必要性进行分析。

二、什么时候要设消防水箱

按照《建筑设计防火规范» GB50016-2006(以下简称《建规》) 8.4.4:

1、设置常高压给水系统,但不能满足最不利点消火栓、自动喷水灭火系统水量、水压要求的建筑物,要求设消防水箱。

问题:既然是常高压给水系统,为什么会不能满足最不利点消火栓、自动喷水灭火系统的水量和水压要求呢?

笔者认为,常高压就应该能满足系统最不利点水压和系统水量,不能满足的系统就不应该归入常高压给水系统的范畴。

2、设置临时高压给水系统的建筑物应设置消防水箱(包括气压水罐、水塔、分区给水系统的分区水箱)。

三、设置消防水箱有什么要求

1  《建规》正文部分对消防水箱的设置提出了下列要求:

(1)重力自流的消防水箱应设置在建筑的最高部位。

(2)消防水量对水箱容积的要求(从略)。

(3)合用水箱时消防水不被动用的措施要求(从略)。

(4)消防水箱出水管的单向水流要求(从略)。

(5)消防水箱可分区设置。

2   《建规》条文说明中,对重力自流水箱的解释如下:"由于重力自流的水箱供水安全可靠,因此,消防水箱应尽量采用重力自流式,并设置在建筑物的顶部(最高部位),且要求能满足最不利点消火栓栓口静压的要求。" (注意,是最不利点消火栓,没有提到自动喷水灭火系统)

问题1:对正文的理解,"重力自流的消防水箱应设在建筑最高部位",那么非重力自流的消防水箱是可以不设在建筑最高部位的,也就是说哪怕设在地下室都可以?

问题2:对条文说明的理解."重力自流的水箱供水安全可靠",毕竟不用动力。"消防水箱应尽量采用重力自流式",也就是说也可以不采用重力自流的方式?

问题3:当采用重力自流的水箱时,应"设置在建筑物的顶部(最高部位),且要求能满足最不利点消火栓栓口静压的要求"。笔者认为:设置在建筑物顶部的要求一般还是可以达到的,而满足最不利点消火栓栓口静压的要求就非常苛刻了。

问题4:最不利点消火栓栓口静压是多少?

这个在规范中找不到答案(《高规》里面倒是有相关规定),笔者认为,既然是消防要求,应采用较高的标准来要求,或者说唯一可以从规范中找到的"线索",那就是依据《建规》8.4.3第7条中对消火栓充实水柱的要求来反推消火栓栓口压力,这样的话,对于最低标准的7米充实水柱也要求栓口压力不小于11m。按照这个标准,重力自流的消防水箱要设置在高于最不利消火栓11m的地方,那就相当于要增加至少2层的建筑,相信这个设置要求对于大多数建筑来说是做不到了,所以说它苛刻。

问题5:实际工程设计中,消防水箱安装在什么部位?

现行设计参考书中,以住房和城乡建设部发布的《全国民用建筑工程设计技术措施》(以下简称《技术措施》)最具代表性,在2009版《技术措施》给水排水分册中,关于消防水箱,对于多层民用建筑,概括起来就是:临时高压消防给水系统应设消防水箱,消防水箱应为屋顶消防水箱,当只为消火栓给水时,屋顶消防水箱的有效设置高度应为建筑最高处且最高一层的消火栓应自流出水。用自流出水取代了《建规》条文说明中的保证最不利点消火栓栓口静压,是降低了规范的要求吗?

北京市的《建筑设备专业技术措施》中对消防水箱的设置要求是:设置室内消防水泵加压供水的临时高压消防给水系统的建筑物,除设置干式消防竖管的建筑物外,应设高位消防水箱:高位消防水箱与最不利点处消防设施的最小高度差,单设消火栓系统时,只要设于建筑物最高处即可,最高的什么程度,没有任何要求,更没有最不利点消火栓栓口静压的要求,同样是降低了规范的要求吗?

实际工程设计中,我们也是按照《技术措施》来实施的。

可见,我们并没有完全按照《建规》要求来,采用了规范推荐的具有较高供水安全性的重力自流水箱,却忽视了重力自流水箱的最不利消火栓栓口静压的要求。

问题6:高位消防水箱是否必须满足最不利点消火栓栓口静压?

我们都是按照可以不满足操作的,那么有没有根据呢?

《建规》8.4.3第7条:"高层厂房(仓库)和高位消防水箱静压不能满足最不利点消火栓要求的其他建筑,应在每个消火栓处设置直接启动消防水泵的按钮,并应有保护措施"。

原来《建规》中还是"有机可循"的,高位消防水箱静压可以不满足最不利点消火栓要求,只要通过在消火栓处设置"直接启动消防泵的按钮"就解决了。所以我们以上关于消火栓栓口静压的讨论就有点多余了,都可以按"不满足"来进行设计,因为毕竟普通工业与民用建筑设置常高压的少,对于临时高压给水系统,只要设计消火栓给水系统,都会要求设置启泵按钮的。

四、设置自动喷水灭火系统的建筑的消防水箱如何设置

以上讨论的都是单设消火栓给水系统的多层建筑,那么同时设置自动喷水灭火系统以后该怎么设置呢?

《自动喷水灭火系统设计规范》 (GB50084-2001) 2005年版(以下简称《自喷规范》),关于消防水箱提出以下要求:

"10.3.1采用临时高压给水系统的自动喷水灭火系统,应设高位消防水箱,其储水量应符合现行有关国家标准的规定。消防水箱的供水,应满足系统最不利点处喷头的最低工作压力和喷水强度。"

"10.3.2不设高位水箱的建筑,系统应设气压供水设备。气压供水设备的有效水容积,应按系统最不利处4只喷头在最低工作压力下的10min有水量确定。

问题1:对规范条文的理解:

首先,明确了消防水箱的设置部位,必须是高位消防水箱,那就是建筑顶部最高部位:

其次,明确了消防水箱的替代方案,如果相关规范允许不设高位消防水箱,可以用气压供水设备。那么相关规范有没有允许不设高位消阴水箱的呢?笔者认为《建规》就允许,因为《建规》没有要求消防水箱必须要设于建筑顶部,只是最好设于建筑顶部。也就是说任何建筑,都可以采用气压供水设备来替代自动喷水灭火系统的高位消防水箱。

问题2:高位消防水箱能满足压力和喷水强度的要求吗?

这里涉及到对规范条文的理解的分歧,"系统最不利处喷头"是什么概念?

按照《自喷规范» 9.1.1"系统最不利点处喷头的工作压力应计算确定"这句话来推断,"系统最不利处喷头"是指系统中供水最不利的那只喷头。如果按照这个理解,即使一只啧头工作压力最低可以达到0.05MPa,用啧淋干管输送1只喷头的流量( 1L/s左右),那也需要高位消防水箱和最不利点处喷头的有效位差达到5m以上,一般多层建筑的高位消防水箱很难达到这个要求。

但按照《自喷规范» 10.3.1条文说明,"消防水箱的设置目的在于:提供系统启动初期的用水量和水压,在供水泵出现故障的紧急情况下应急供水,确保喷头开放后立即喷水,控制初期火灾和为外援灭火争取时间"。要求"消防水箱满足供水最不利楼层和部位喷头的最低工作压力和喷水强度"的原因,是"由于位差的限制,消防水箱向建筑物的顶层或距离较远部位供水时会出现水压不足现象,使在消防水箱供水期间,系统的喷水强度不足,因此将削弱系统的控灭火能力。"那么是否可以这么理解:高位消防水箱要能满足自动啧水灭火给水泵故障时,系统在最不利楼层的喷水强度。如果这样理解的话,高位消防水箱的供水能力要按照作用面积与喷水强度的乘积来计算,相当于在屋顶又设了一套自动喷水灭火给水泵,那么对高位消防水箱的出水口压力和流量的要求就非常高了,一般高位消防水箱是不能满足规范的要求的。

基于规范正文和条文说明的矛盾,结合现实的技术经济比较,笔者认为:高位消防水箱出水管的供水能力只需要满足一只喷头的压力和流量是可以接受的,也是可以做到的,但是要付出消防水箱间高高耸立的代价。

五、多层建筑高位消防水箱不能满足系统压力时的解决方案

当多层建筑的高位消防水箱不能满足系统压力要求时(通常都是不能满足自动喷水灭火给水系统的压力要求),是否允许设置增压稳压设备,《建规》和《自喷规范》均没有明确。

方案一:设消火栓、自动喷水灭火系统合用高位消防水箱,设增压稳压设备为自动喷水灭火系统补偿压力。笔者认为这种方案虽然没有在规范中予以明确,但是可以满足最不利点处一只喷头流量和压力的要求,与规范要求是吻合的。但是当多层建筑较低部位发生火灾时,为了取得与正常高位消防水箱一致的效果,需要注意应该增设水箱与增压稳压设备出水管的旁通管,旁通管上设止回阀,以克服增压稳压设备的阻力损失。这一方案技术可行经济合理。

方案二:采用高位消防水箱来给消火栓系统提供初期水量,采用气压供水设备来给自动喷水灭火系统提供初期水量,这种做法在规范条文中是有据可依的,但是会增加屋顶水箱间的建筑面积,增加土建和设备投资。

六、无条件设置高位消防水箱时的替代方案

当因为各种原因不能设置高位消防水箱时,有什么方案可以替代高位消防水箱?

方案一:低位消防水箱加设增压稳压设备。前面已经讨论过,《建规》并没有"禁止"不能"重力自流"的低位水箱,但是为了能够供水并满足压力要求,就必须给"低位消防水箱"设置增压稳压设施。可是规范并没有提供水箱出流的流量要求,那么是供一只消火栓还是供室内消火栓用水量,流量的可选范围较大。当建筑火灾发生在较低部位,高位消防水箱的出流量是可以达到室内消火栓用水量的,为了达到和高位消防水箱一致的效果,增压泵流量应达到消火栓用水量才满足要求。这样的增压泵流量、扬程、功率和消火栓主泵基本一致,相当于设了两套消防主泵,因为大功率水泵的启动时间问题,消防初期水量(尤其火警30S内)无法得到满足,所以笔者认为,此方案不可行。

方案二:用可以"模拟"高位消防水箱出水工况的设备来替代高位消防水箱,这个设备虽然置于地下泵房或其他部位,但是所存消防水量可以通过有压气体的压力"自流"进入消防管网,不需要电力提升,不需要明确消防水箱的出流量,不需要等待水泵的启动时间,这就是气体顶压应急消防气压给水设备。这种方案既适用于可替代消火栓系统的高位消防水箱,也可与自动喷水灭火系统的气压供水设备合并设置,在目前规范的要求下,是替代高位消防水箱的最好方案。

七、结语

通过以上的分析,可得出如下结论:

1.设高位消防水箱的多层民用建筑,当单设室内消火栓系统时,满足水箱重力自流即可,但要求给每个消火栓配置启泵按钮:当还设有自动喷水灭火系统时,就需要把消防水箱布置的再高一点了,与最不利点处喷头的有效高度差要大于5m,否则,需要设置增压稳压设备,设备流量为一只喷头流量,设备扬程能够补偿高度差的不足即可,同时需要在水箱出口设置增压稳压设备的旁通管。

2.无法设高位消防水箱的多层民用建筑,不能通过设低位消防水箱加增压稳压设备来替代高位消防水箱,而应该采用气体顶压的方式来提供火灾初期消防用水量。



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