超高层建筑给排水设计重点及难点分析

超高层建筑给排水设计重点及难点分析吴开合2013.11一、生活给水系统1.供水方式比较主要供水方式为分区并联供水及分区串联供水，其主要优缺点如下：分区并联供水优点是事故时仅涉及一个区，不会涉及整栋楼停水，控制系统相对简单，各区单一控制，没有联动要求，缺点是高区水泵扬程高,给水管管材及接口承压要求高；分区串联供水优点是事故时仅涉及一个区，短时不会涉及整栋楼停水，各区水泵扬程相对偏低，给水管管材及接口承压要求不高，供水可靠性高，节能节水且节约投资，缺点是中间楼层需要设置水泵房，且有较高的防震要求，同时控制要求较高，各区需联动控制，自动化程度要求高。2.供水分区原则《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003(2009年版)第3.3.5条“高层建筑生活给水系统应设竖向分区，竖向分区压力应符合下列要求：1)各分区最低卫生器具配水点处的静水压力不宜大于0.45MPa。2）静水压力大于0.35MPa的入户管（或配水横管），宜设减压或调压设施。3）各分区最不利配水点的水压，应满足用水水压要求。”第3.3.6条“建筑高度超过100米的建筑，宜采用垂直串联供水方式”。3.供水方式本工程为建筑高度超过100米的办公公共建筑，每栋楼均设置有两层避难层，避难层设置转输水泵房条件成熟，办公建筑对防震要求比居住建筑低；结合市政自来水供水压力，共分四个区：-4F~5F为I区，由市政自来水管网直接水；1号楼6F~10F、2号6F~9F为II区，由低区生活加压泵与第一避难层(1号楼12F、2号楼11F)转输水箱联合供水；1号楼11F~21F、2号楼10F~20F为III区，由III区生活加压泵与第二避难层(1号楼23F、2号楼22F)转输水箱联合供水；1号楼22F~34F、2号楼21F~34F为IV区，由IV区生活加压泵与屋顶生活水箱联合供水。如图示，本工程生活给水系统采用串联供水，地下4层分别设置1、2号楼生活贮水箱，避难层分别设置各区转输水箱及转输水泵，转输水箱除满足本区用水需要，还应储存上区转输泵所需水量；各区水压超过0.35MPa时设支管减压阀组减压后供水。4.特别强调1）超高层住宅建筑优选分区并联供水系统，因为住宅楼层防震动要求高，不易控制。2）公共建筑优选分区串联供水系统，但应特别注意各区联动控制要求（需要设计提出控制要求）。3）最好设置低位贮水箱：住宅建筑采用箱式无负压叠压变频供水设备，公共建筑设置水箱（含转输水箱），以备停水时应急用。二、排水系统排水系统没有特别要求，需要注意以下几点：1.消能要求，特别是雨水系统消能措施：污水规范无明确要求，可以不设；雨水主要是排出管消能，因雨水可能是满流状态，排出时压力特别大，尤其是几百米高的高层建筑更需要设置消能措施。2.雨水系统溢流设施，住宅建筑排水相对单一，公共建筑汇水面积大，特别需要设置对应年限的雨水溢流口。(裙房雨水汇水面积计算规则)3.管材承压要求，特别是雨水管管材承压要求。三、消防灭火系统超高层建筑分两类：建筑高度在100~250米之间的及建筑高度超过250米的超高层建筑；《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)第1.0.5条“当高层建筑的建筑高度超过250米时，建筑设计采取的特殊的防火措施，应提交国家消防主管部门组织专题研究、论证”；本次主要讨论建筑高度100~250米之间的消防供水系统。以某大厦为例：本工程建筑面积约16.8万m2，建筑高度163.80米，建筑层数为地上34层，地下4层；其中-1至-4层为设备用房及地下停车库，1至4层为裙房，主要功能为办公配套用房：餐厅、多功能会议室及健身房等；5至34层为塔楼，共2栋，均为办公用房；其中1号楼12层、23层，2号楼11层、22层为避难层；本工程为建筑高度超过100米的一类综合楼。1.消防给水系统1.1.方案比较高层、超高层建筑室内消防给水系统主要分两种：并联给水及串联给水；其主要优缺点为：并联给水优点是水泵布置相对集中在地下室水泵房内，管理方便，安全可靠，缺点是高区水泵扬程较高，需用耐高压管材及管件，对于高区超过消防车供水压力的上部楼层水泵接合器将失去作用，供水的安全性不如串联的好；串联给水优点是不需要高扬程水泵和耐高压的管材、管件，可通过水泵接合器并经各转输水泵向高区供水灭火，其供水可靠性比并联好；缺点是水泵分散在各层，管理不便，消防时下部水泵与上部水泵联动，安全可靠性差。本工程建筑高度163.80米，最高区消火栓在消防车供水压力（180米）范围内，高区消防管材及阀门压力等级不超过2.5MPa，无须特别定制，各分区消防水泵流量大，水泵启停噪音大，防震要求高，同时设置转输消防水池及水泵房占地面积较多，综合各种因数比较后采用并联给水系统应优于串联给水系统。本工程所在地为开发新区，市政供水管网设施不太完善，无法直接满足消防灭火取水要求，需要设置消防贮水池；其室内、外消防用水量之和为900m3，均储存在地下4层消防贮水池内，等分为两格；消防水泵房设置在负4层，水泵房内集中设置室内消火栓给水系统高、低区加压泵、自动喷水系统加压泵、室外消防给水系统加压泵各两台，均为一用一备。1.2供水系统1).室外消防给水系统根据重庆地方山城特点及征得消防主管部门同意，储存在地下4层的室外消防水量可以通过室外消防加压泵组加压供至室外消防给水环网，同时从市政进水管上接出一根DN150mm给水管与室外消防环网相连接，连接点前端设置防倒流污染阀组；室外消防给水系统图见右图。室外消防给水系统图2).室内消火栓给水系统室内消火栓给水系统垂直分四个区：-4F~4F为I区，1号楼5F~11F、2号楼5F~10F为II区，1号楼12F~22F、2号楼11F~21F为III区，1号楼23F~34F、2号楼22F~34F为IV区；I、II区共用一套加压泵组（低区加压泵组：Q=40L/S,H=1.1MPa），III、IV区共用一套加压水泵组（高区加压泵组:Q=40L/S,H=2.2MPa）；1、2号楼屋顶均设屋顶消防水箱，有效容室内消火栓给水系统图积均为18m3，同时设置屋顶增压设施，保证最不利点消火栓工作压力。室内消火栓给水系统分高、低区分别设置水泵接合器，每个系统分别设置DN150mm水泵接合器4套；各区间管道通过减压阀组相连接。室内消火栓给水系统图见上图。3).自动喷水灭火系统自动喷水灭火系统垂直分四个区：-4F~4F为I区，1号楼5F~11F、2号楼5F~10F为II区，1号12F~22F、2号楼11F~21F为III区，1号楼23F~34F、2号楼22F~34F为IV区；各分区间管道通过减压阀组相连接。湿式报警阀组按分区情况分开设置：I区设置在-4F消防水泵房内，其余各区分别设在各栋楼避难层水设备间内。各区共用一套加压泵组(Q=40L/S,H=2.30MPa)，屋顶消防水箱与室内消火栓系统共用，且同时设置屋顶自动喷水系统增压设施，保证最不利点处喷头的最小工作压力；系统共设置DN150mm水泵接合器四套。自动喷水灭火系统图见右图。自动喷水系统图4).大空间智能型主动喷水灭火系统1号楼3F、31F,2号楼1F、30F净空高度大于8米，普通喷头无法满足消防灭火要求，设计为自动扫描射水高空水炮自动灭火装置，采用标准型高空水炮，每个水炮设计流量为5L/S，最大防火分区系统设计流量为25L/S，火灾延续时间1h，因其设计流量不大于自动喷水灭火系统设计流量，故设计流量以自动喷水灭火系统为准。自动扫描射水高空水炮灭火装置与室内自动喷水灭火系统共用加压泵组、屋顶消防水箱及水泵接合器。大空间智能型主动喷水灭火系统图见自动喷水系统图。5).高压细水雾自动灭火系统a.高压细水雾灭火机理水从一种特殊材料的喷头喷出时，形成粒径在10-100微米的水雾，比表面积小，遇火后迅速汽化，体积可迅速膨胀1700～5800倍，吸收大量的热，使燃烧表面温度迅速降低；同时，水汽化后形成水蒸气，将燃烧区域整体包围和覆盖，使燃烧因缺氧而窒息。b.与气体灭火系统的比较气体灭火系统由管网、喷高压细水雾灭火系统原理图头及钢瓶组组成，钢瓶要求压力等级高，灭火时需要疏散人员，灭火空间需要封闭，同时还需设置门、窗自动关闭控制系统，储存气体有一定使用寿命，需要定期更换充装，火灾时气体容易造成人员窒息伤亡，有些气体有一定的毒副作用，存在一定的安全隐患。高压细水雾是一种清洁的灭火系统，能有效灭火的同时，可以阻止火灾复燃，不会对人员造成伤害，同时可以局部灭火，无须封闭空间，系统运行安全可靠。c.系统组成及控制要求因本工程1号楼5F为报刊档案资料库，7~9F为每层面积约400m2的网络服务机房，根据使用功能及规范要求，应用消防性能化设计思路和方法，结合保护对象的功能、几何特性和火灾特性，最终确定5F报刊档案资料库及7~9F网络服务机房、UPS电池、电源间设计高压细水雾自动灭火系统，其余楼层及房间均设计普通自动喷水灭火系统，做到了安全可靠、技术先进、经济合理。本工程选用全室应用、开式高压细水雾灭火系统，由高压细水雾泵组、开式细水雾喷头、区域控制阀组、不锈钢管路及管件、储水水箱及火灾控制联动系统等组成。设计喷雾强度：档案资料库及网络服务机房、UPS电池电源间均为0.75L/min.m2,最不利点喷头压力不低于10MPa，持续喷雾时间30min，系统响应时间不大于30s，系统设计流量为292L/min，系统设计压力为12MPa。系统选用K=0.45,q=4.5L/min开式细水雾喷头，喷头安装间距不大于3m，不小于1.5m，距边墙不大于1.5m；系统加压设备布置在-4F消防水泵房内；系统管道选用满足压力要求的型号为316、316L的无缝不锈钢管或铜管，采用氩弧焊焊接或卡套连接。系统控制方式分手动控制、自动控制及应急操作三种控制方式。高压细水雾自动灭火系统原理图详上图。2.压缩空气泡沫灭火系统根据重庆市公安消防局要求，建筑高度超过100米的公共建筑需要设置压缩空气泡沫灭火系统。在每栋塔楼建筑高度超过50米(1号楼12F~34F，2号楼11F~34F)的每个消防合用前室设置一根DN100mm消防竖管，每栋楼各两根；每层设置一套双出口泡沫消火栓箱，栓口直径为DN65mm，箱内配置水带。每栋楼系统保持独立，每套系统设置DN100mm水泵接合器两套；系统管道顶部设放气阀，底部设排空阀。压缩空气泡沫系统竖管采用内外壁镀锌无缝钢管，沟槽式连接（卡箍）、丝扣或法兰连接。泡沫消火栓箱体和管道涂刷成泡沫管道专用的黄色。压缩空气泡沫灭火系统原理图见右图。压缩空气泡沫灭火系统原理图3.气体灭火系统本工程变配电室、发电机房、储油间及其他它不宜用水扑救的电气房间，因设置位置分散，不适宜采用有管网气体灭火系统，设置S型热气溶胶预制式无管网气体灭火系统，控制系统简单明了，造价低，节约投资的同时达到了自动灭火的效果。4.超细干粉灭火系统在本工程建筑物内建筑面积超过5m2的强、弱电间内设置超细干粉自动灭火系统，根据建筑面积大小，分别布置FZXA2.0(保护体积20m3)、FZXA5.0(保护体积50m3)两种规格的超细干粉灭火系统，控制方式简单灵活。5.厨房自动灭火装置本工程裙房二层设置有员工餐厅，在厨房灶台、烟罩及排烟管道内设置厨房专用自动灭火装置。四、几个技术难点的探讨1.楼层配电间消防措施本工程塔楼楼层配电间建筑面积大于5m2，规范中没有明确设置何种消防系统，可供采用的有：气体灭火系统、超细干粉自动灭火系统及自动喷水灭火系统；因部分配电间设置有电气设备，设置自动喷水灭火系统不妥，同时设置气体灭火系统暖通专业排气井道设置比较困难，最后确定采用超细干粉自动灭火系统。2.消防电梯机房消防措施个人认为，超高层电梯机房可以纳入《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)第7.6.7.6条“其它特殊重要设备室”适用范围，超高层民用建筑电梯机房一旦发生火灾，将对生产、生活产生严重影响，故需要设置必要的消防设施；可供选择的系统有：自动喷水灭火预作用系统、气体灭火系统、超细干粉自动灭火系统及高压细水雾自动灭火系统；电梯厂商不同意采用自