杭州智慧電力科創中心消防串聯供水系統設計

錢子俊，吳文堅

浙江綠城建筑設計有限公司，浙江杭州 310007

0 引言

常用的超高層建筑消防供水方式主要有三種：并聯供水方式、串聯供水方式和屋頂消防水池重力供水方式。李昂等［1］從系統安全、建筑功能和設備選型等方面分析了上述三種方案，得出串聯供水系統適用于建筑高度在150～200 m 之間的超高層建筑，還有同行從其他角度探討了串聯供水的系統選擇，其分析過程和結果為設計提供了很好的借鑒。筆者結合杭州智慧電力科創中心超高層建筑項目，探討消防串聯供水系統的相關設計要點。

1 工程概況

杭州智慧電力科創中心（圖1）位于蕭山經濟技術開發區市北西單元，項目用地為一類工業用地（M1，創新型產業用地），用地面積為9 910 m2，總建筑面積77 306 m2。地上共2座建筑，其中1#樓為研發用房，地下共3層（非機動車庫、機動車庫、設備用房），地上32層（1F大堂門廳、展廳、消控室，2～4 層為服務配套，5～22 層為檢驗用房，23～32層為智能電表、無線計量等產品的檢驗研發用房，9層/18層/27層為設備兼避難層），建筑高度為174.95 m。

圖1 杭州智慧電力科創中心效果圖

2 設計要點

2.1 消防給水系統介紹

本項目供水水源為城市自來水，從北側和東側市政供水管上各引入一路DN200 管道，分別經兩塊消防水表計量后形成環狀供水管網。本項目消防用水量：室外消火栓為40 L/s，室內消火栓為40 L/s，火災延續時間3 h。自動噴水滅火系統用水量為50 L/s，火災延續時間1 h。本項目一次火災總用水量（含室內消火栓系統、自動噴水滅火系統）為612 m3。消防泵房及消防水池設置在地下2層，水池分成兩格。

室內消火栓和噴淋系統采用臨時高壓消防給水系統，在地下2層消防泵房內設有低區消火栓泵、低區噴淋泵、消火栓轉輸泵和噴淋轉輸泵各2臺（1用1備），在18層避難層設消防轉輸泵房，內設高區消火栓泵和高區噴淋泵各2臺（1用1備），屋頂設置一座高位消防水箱、消火栓和噴淋穩壓裝置各1套。

2.2 消防轉輸系統的選擇和分區的劃分

《消防給水及消火栓系統技術規范（GB 50974—2014）》（以下簡稱《消水規》）第6.2.1.1條，系統工作壓力大于2.40 MPa時消防給水系統應分區供水［2］。由于1#樓消防水池最低有效水位至最不利水滅火設施的幾何高差約185 m，若采用一泵到頂的形式，則消防水泵零流量時的壓力大于2.40 MPa，因此需選用消防串聯供水系統，它有兩種形式：設轉輸水箱和不設轉輸水箱，系統示意圖見圖2（以下均以消火栓系統為例）。

圖2 消防系統示意

從圖2可以看出，與設轉輸水箱系統相比，直接串聯系統省去了轉輸水箱及溢流管，增加了高位消防水箱的穩壓管、減壓閥和高區水泵出水口的減壓型倒流防止器，其主要優點是設備占地面積小，初期投資??；缺點是對水泵聯動的可靠性要求高，倒流防止器后期維護頻率高（每月進行壓差檢測）。此外，雖然倒流防止器能解決直接串聯系統因止回閥密封不嚴導致的下區管道超壓，但仍不能解決兩級消防水泵在小流量高揚程時出現的最大揚程疊加?？紤]到設轉輸水箱系統已有大量工程實例［3］，安全可靠性較好，避難層設備房面積尚有余量，轉輸水箱增加的投資有限。因此，本項目采用設轉輸水箱的串聯系統。

由于各消防分區應采用環狀給水管網，水平環管線路長、管徑大、閥門多，為減小水平環管檢修維護時對標準層的影響，可優先考慮將水平環管設在避難層，同時1#樓兩個避難層之間的高度均在45 m 左右，初步分區如下：消火栓一區（B3～9層），消火栓二區（10～18 層）、消火栓三區（19～27層）、消火栓四區（28層至屋頂層）。此分區方案消火栓二區可分兩種穩壓方式：一是從高位消防水箱引一根穩壓管經減壓后與二區環網相連；二是從轉輸水箱吸水經增壓穩壓裝置與二區環網相連。設計過程中，由于建筑平面在29F及以上樓層進行了收縮，導致核心筒水管井面積不足，同時業主方希望能減少一次設備投資。因此在不影響標準層使用功能的前提下，將分區方案稍作調整，消火栓二區改為10～14層，由轉輸水箱的出水管直接穩壓，消火栓三區改為15～27層，由高區消防泵經減壓后供水。

2.3 高位消防水箱和轉輸消防水箱的容積

本項目用地性質雖然為一類工業用地（M1，創新型產業用地），但從其建筑功能上看，主要為研發及檢驗，其人員數量、工作性質、火災危險性和公共建筑更為接近。因此，若僅按照工業建筑的高位消防水箱容積要求取18 m3，與實際消防需求有較大差距，筆者認為還應參考公共建筑，兩者比較取大值。根據《消水規》第2.2.1條，在屋頂設置容積為100 m3的高位消防水箱。

《消水規》第6.2.3 條：“當采用消防水泵轉輸水箱串聯時，轉輸水箱的有效容積不應小于60 m3?！北卷椖哭D輸水箱尺寸為13.5 m×3.5 m×2 m（高），最低有效水位87.96 m，按有效容積60 m3計，則常水位可取89.23 m。當火災發生在消防分區臨界層并蔓延至相鄰分區時，轉輸水箱的作用既要為低區供水又要供高區消防泵吸水。為滿足最不利情形下消防水泵的吸水要求，低區高位消防水箱容積（按<100 m 公建）取36 m3，由于消防水泵從接到啟泵信號到水泵正常運轉的自動啟動時間不應大于2 min，機械應急啟動時，消防水泵應在報警后5 min內正常工作，轉輸水泵按報警后5 min啟動計算，則轉輸水箱調節容積為90 L/s×5 min×60 s=27 m3，即轉輸水箱總有效容積至少取63 m3。因此將轉輸水箱進水管上的浮球閥關閉水位設定為常水位+0.10 m（89.33 m），實際有效容積為64.7 m3。

2.4 轉輸水箱溢流管的設計

《消水規》對于轉輸水箱溢流量和溢流管徑的計算方法沒有明確規定?！断澜o水及消火栓系統技術規范（GB 50974—2014實施指南）》（以下簡稱《實施指南》）指出串聯轉輸水箱溢流管的排水能力應按轉輸流量計，水平懸吊管應按h/D=0.8的設計充滿度復核其排水能力，當在水位控制閥前設置一個與轉輸水箱溢流水位聯動的緊急關閉閥（緊急關閉閥可在消控室控制啟閉）時可按平時生活補水管徑確定溢流管管徑［4］。在不設置緊急關閉閥的情況下，本項目轉輸流量為90 L/s，假定懸吊管采用鍍鋅鋼管，坡度取1%，粗糙系數取0.012，計算得到不同管徑下立管和懸吊管的流量，見表1。

表1 立管和懸吊管的流量

由表1 可知，要滿足90 L/s 的溢流量，立管需采用DN250，懸吊管需采用DN300。若設置電動閥作為緊急關閉閥，在溢流水位時需能聯動關閉電動閥，當液位下降后需能再次打開，考慮到大流量進水時的水位頻繁波動，對電動閥的質量和控制要求較高，且轉輸泵由于不能自動停泵，當電動閥關閉后，轉輸泵仍持續運轉，存在一定的安全隱患［5］。為避免以上情況，可對上述方案進行優化：1）取消電動閥與溢流水位的聯動控制，只由消控室值班人員根據溢流報警信號經確認后遠程手動關閉，并在電動閥后增加液壓水位控制閥；2）在電動閥前加設小管徑旁通管，當電動閥關閉后，可通過旁通管繼續出水，再通過溢流管再回到消防水池，避免轉輸泵空轉，此時可根據旁通管出流量來確定溢流量，見圖3。

圖3 旁通管示意

本項目消防水池設在地下2層，溢流管設在主樓核心筒水管井內，若溢流管從地下2層水管井經梁底進入消防水池內，經計算標高，會存在如下兩個問題：1）平時消防水池的水會返流至溢流管內，溢流管和水池套管間存在漏水隱患；2）溢流時管口末端形成淹沒出流，導致溢流管排水量減少，甚至消防轉輸泵房被淹。因此，本項目將溢流管在地下一層頂部轉換至消防水池上方區域，再穿過其頂板回流至消防水池，為避免消防水池內水位波動影響管口末端的自由出流，可將管口標高設在消防水池溢流水位以上150 mm［6］。

3 結論

1）建筑條件允許時宜優先選擇設轉輸水箱的消防串聯供水系統，并結合消防分區選擇合適的穩壓方式。

2）對創新型產業用地的工業項目，高位消防水箱容積還應參考公共建筑的要求按大值取。

3）轉輸水箱的轉輸管上增設水位控制閥和旁通管，則轉輸水箱溢流量可根據旁通管流量經計算確定，溢流管回至消防水池宜自由出流。