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建筑設計防火規(guī)范(以下簡稱《建規(guī)》)和GB50045-95高層民用建筑設計防火規(guī)范(以下簡稱《高規(guī)》)是建筑消防給水設計最常用的兩大規(guī)范,而兩規(guī)范對消火栓給水方式、消防水箱消防用水量、最不利點消火栓口靜水壓力的計算、消防水泵增壓穩(wěn)壓等方面的規(guī)定存在著不完善性,在實際設計工作中,常常因設計人員理解不同或消防主管部門要求不同而產生偏差,因此進一步明確闡述以上幾方面,對建筑消防給水設計而言,具有十分重要的現實意義。

1消火栓給水方式

高層建筑消火栓給水系統(tǒng)的給水方式《高規(guī)》第7.1.3條規(guī)定:“室內消防給水應采用高壓或臨時高壓給水系統(tǒng)……”,高壓消火栓給水系統(tǒng)是指消火栓給水系統(tǒng)任何時間不需啟動消防泵即能滿足系統(tǒng)消防所需的水量和水壓。根據GB50282-98城市給水工程規(guī)劃規(guī)范要求,出廠水壓要求達到接水點水壓一般為28m水柱,高層建筑實際上很難找到一個真正意義上的高壓消火栓給水系統(tǒng),因此高層建筑消火栓給水系統(tǒng)一般采用的就是臨時高壓給水系統(tǒng)。而《建規(guī)》對多層建筑消火栓給水方式及相應的適用范圍未作十分明確的規(guī)定。目前多層建筑室內消火栓給水系統(tǒng)的給水方式有直接給水方式、僅設水箱的給水方式、設水泵+水箱的給水方式[3]。但單設水箱的給水方式在實際工程中經常在設置高位水箱后建筑物最上面1層~2層的消防所需水頭仍無法保證,還須另設消防增壓泵,這就使得消防水箱(或氣壓水罐)和消防水泵在系統(tǒng)中同時出現。因此在實際設計工作中除了在:

1)建筑物不太高、體積不太大,如單層廠房、庫房等;

2)城市有專供消防用壓力較高之管網或建筑物在市政供水設施附近較高壓力范圍內可采用直接給水方式外,嚴格執(zhí)行現行《建規(guī)》對于大多數多層建筑消防給水來講,都只能采用水泵+水箱的臨時高壓給水方式。

2消防水箱水量

消防水箱的主要作用是:提供準工作狀態(tài)和火災初期消防系統(tǒng)所需的水壓;提供火警發(fā)生后所需的初期消防用水量。多層和高層建筑雖然均采用了臨時高壓給水系統(tǒng),但水箱的作用卻有所區(qū)別。由于多層建筑室內消火栓給水系統(tǒng)一般只要求撲救初期10min內的火災,10min以后的火災則由城市消防隊來撲救;所以多層建筑一般應儲存10min的消防用水量以提供火警發(fā)生后所需的初期消防用水量。而高層建筑立足于自救,即室內消火栓給水系統(tǒng)要求在整個滅火過程中均能充分地發(fā)揮作用,因此在高層建筑中消防水箱的主要作用是提供準工作狀態(tài)和火災初期消防系統(tǒng)所需的水壓。一旦高層建筑發(fā)生火災發(fā)揮重要作用的應是消防主泵,按消防水泵產品標準規(guī)定消防水泵啟動時間應不大于20s,所以高層建筑消防水箱的水量可參照國際上通行的做法,從實際滅火需要出發(fā),水箱容積可取小,當獨立或分別設置消火栓和自動噴水滅火系統(tǒng)時,消火栓系統(tǒng)消防水箱(或氣壓給水設備)儲水量不應小于900L,自動噴水滅火系統(tǒng)消防水箱(或氣壓給水設備)儲水量不應小于600L;當消火栓和自動噴水滅火系統(tǒng)合并時,消防水箱(或氣壓給水設備)儲水量不應小于1500L[4]。

3最不利點消火栓口壓力的計算

對多層建筑消防水箱的設置高度《建規(guī)》中8.4.4條規(guī)定:“設置臨時高壓給水系統(tǒng)的建筑物應設置消防水箱(包括氣壓水罐、水塔)……重力自流的消防水箱應設置在建筑的最高部位”。在條文說明里還要求設置高度“能滿足最不利點消火栓栓口靜壓的要求”。但對最不利點消火栓栓口靜壓的要求無明確數據規(guī)定。高層建筑消防水箱的設置高度根據《高規(guī)》第7.4.7條規(guī)定:“采用高壓給水系統(tǒng)時,可不設高位消防水箱。當采用臨時高壓給水系統(tǒng)時,應設高位消防水箱”,7.4.7.2條同時規(guī)定:“高位消防水箱的設置高度應保證最不利點消火栓靜水壓力。當建筑高度不超過100m時,高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.07MPa;當建筑高度超過100m時,高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.15MPa。當高位消防水箱不能滿足上述靜壓要求時,應設增壓設施”。按此規(guī)定高層建筑消防水箱的設置高度很明確應按“保證最不利點消火栓處靜水壓力”執(zhí)行,而且規(guī)定了具體的數據。但實際計算過程中常常有人把消火栓口的靜壓和動壓混淆起來,靜壓是指消火栓內水處于靜止狀態(tài)時的壓力,而動壓是指消火栓內水流在外泄時該處的壓力。如果把此處規(guī)范條文里規(guī)定的靜壓理解成動壓,按算出的結果就會成:消火栓栓口壓力為0.07MPa時,對應消火栓充實水柱長度為3.76m,消火栓流量僅為2.72L/s;當消火栓栓口壓力為0.15MPa時,對應充實水柱長度為9.11m,消火栓流量為4.38L/s。得出的結論是:《高規(guī)》的最不利點消火栓靜水壓力0.07MPa和0.15MPa均不能滿足消火栓充實水柱長度不大于10m(或13m),消火栓流量不大于5L/s的要求,按此結論高位消防水箱的設置高度要同時滿足消火栓充實水柱長度和最小流量要求,最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.19MPa[4]。水箱設置如此之高,在實際工程中難以做到,因為高位消防水箱設置高度除應考慮保證最不利點消火栓水槍的充實水柱長度外,還受到建筑物本身結構特點的限制,不可能“有求必應”,無限制地增高。即使置之于電梯機房上面,最不利點消火栓處的靜水壓力一般也只有7m水柱左右,從而不能滿足最不利點消火栓水壓要求。而產生這種錯誤概念的原因是:兩規(guī)范中對最不利點消火栓栓口的靜水壓力術語沒有定義。建筑消防水箱側重于保證火災前10min的消防用水壓力,一般為沒有受過專業(yè)訓練的非消防人員使用,如果出水壓力過大,水槍將難以架穩(wěn);而水槍充實水柱長度主要考慮火災發(fā)生,消防水泵啟動加壓后,水槍射水達到室內最高著火點的水柱滅火有效長度。側重于火災10min后消防隊員到場使用,快速有效控制、撲滅火災,因此按靜壓確定水箱的設置高度比按動壓確定更準確,更符合實際,并易于執(zhí)行。

4消防水泵的增壓穩(wěn)壓

多層民用建筑消防水箱儲水10min供水撲救初期火災是十分必要的,但對僅僅為了撲救初期火災而由于水箱高度不能滿足最不利點消火栓所需水壓,就設置消防主泵,增添了設備費用和管理難度,要求顯然有些過高。況且,在工程設計中,常常碰到多層建筑底層是商鋪,上層是住宅。而高層建筑消防系統(tǒng)采用的水泵根據作用分實質有兩類:一類是在未發(fā)生火災時用于維持管網壓力的增壓設施習慣稱為穩(wěn)壓泵;一類是火災初期消防主泵啟動前,用于滿足消火栓和噴頭出水水壓水量的增壓設施習慣稱此時的增壓設施為增壓泵,《高規(guī)》中的規(guī)范條文對此未予明確區(qū)分,而實際上增壓泵和穩(wěn)壓泵在作用和功能上有所區(qū)別,其流量值也不相同。《高規(guī)》第7.4.8.1條:“增壓水泵的出水量,對消火栓給水系統(tǒng)不應大于5L/s;對自動噴水滅火系統(tǒng)不應大于1L/s”,是針對穩(wěn)壓泵而言,《高規(guī)》第7.4.8.2條:“氣壓水罐的調節(jié)水容量宜為450L”,是針對增壓泵而言,在實際工程中這兩種增壓方式在流量和揚程的選擇上是有區(qū)別的,如:某高層辦公樓,地下1層,地上20層,地下1層消防貯水池最低水面標高-4.50m,20層地面標高73.00m,屋面標高76.30m,屋頂消防水箱最低水面標高80.50m。按規(guī)范要求,應設消防增壓設施(按設于地下1層考慮),如按增壓泵+氣壓罐(隔膜式)的方式選擇,增壓泵揚程Hp′≥1.34MPa;增壓泵流量q>6.0L/s。而按穩(wěn)壓泵+氣壓罐(隔膜式)的方式選擇穩(wěn)壓泵揚程Hp′≥1.15MPa;q≤5L/s,這兩種方式中,增壓泵+氣壓罐(隔膜式)方式,無論平時還是火災初期,都能滿足消防水壓水量要求,是較完備的增壓穩(wěn)壓方式;但是所需氣壓罐容積較大,增壓泵揚程較高,致使整個管網系統(tǒng)壓力升高,在系統(tǒng)分區(qū)和減壓方面帶來麻煩,工程造價較大。第2種穩(wěn)壓方式,平時能維持管網的消防水壓,所需氣壓罐容積較小,能有效緩解穩(wěn)壓泵啟停頻繁,管網系統(tǒng)壓力不致過高,設計計算簡單;唯一不足的是在火災初期僅滿足短時間的水壓水量要求,不過現在的消防主泵絕大多數能在10s左右啟動[5],具體選擇時應注意這兩種增壓方式的區(qū)別。

5結論與建議

1)多層建筑和高層建筑消火栓給水系統(tǒng)采用的給水方式大多是水泵+水箱的臨時高壓給水系統(tǒng)。多層建筑規(guī)范應明確水箱給水方式的設置范圍。

2)多層建筑消防水箱的主要作用是提供火警發(fā)生后所需提供的初期消防用水量,容積按10min消防用水量確定。高層建筑消防水箱的主要作用是提供準工作狀態(tài)和火災初期消防系統(tǒng)所需的水壓,容積從實際滅火需要出發(fā),可適當取小。消防水泵發(fā)揮主要作用。

3)水箱的設置高度應滿足最不利點消火栓口靜水壓力的要求。不能把靜壓理解成動壓。規(guī)范對最不利點消火栓口靜水壓力的術語應予明確規(guī)定。

4)消防水箱設置高度滿足不了最不利點消火栓口靜水壓力的要求,應設消防水泵,多層建筑可采用設管道增壓泵的方式,只考慮增壓作用;而高層建筑的消防水泵應考慮增壓和穩(wěn)壓兩方面的要求。