超高层建筑消防系统浅析

超高层建筑消防系统浅析主讲人：第一设计所王喆一．超高层建筑定义根据《民用建筑设计通则》GB50352-2005，3.1.2条规定：“建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑”。根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版），1.0.5条提出：“当建筑高度超过250m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”。二．消防给水系统分类（按压力）高压消防给水系统根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50352-2005，7.1.3条文解释：指管网内经常保持满足灭火时所需的压力和流量，扑救火灾时，不需启动消防水泵加压而直接使用灭火设备进行灭火。临时高压消防给水系统根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50352-2005，7.1.3条文解释：指管网内最不利点周围平时水压和流量不满足灭火的需要，在水泵房内设有消防水泵，在火灾时启动消防水泵，使管网内的压力和流量达到灭火时的要求。三．超高层建筑与一般高层建筑消防给水系统的比较超高层建筑与一般高层建筑相比，在采取的消防措施上基本一样，取决于建筑种类及用房性质。消防给水系统主要区别：一般高层建筑消火栓系统应满足最不利点消火栓7m静压、水枪最小充实水柱要求10m；超高层建筑消火栓系统应满足最不利点消火栓15m静压、水枪最小充实水柱要求13m。一般高层建筑均采用一泵到顶的消防给水形式；超高层建筑采用竖向串联接力的消防给水形式。根据《民用建筑水灭火系统设计规程》DGJ08-94-2007，6.1.8条规定：当建筑高度大于120m时，消防给水竖向分区宜采用多台消防泵直接串联或设中间水箱转输的串联消防泵给水系统。一般高层建筑要求整个消防系统均可由消防车通过水泵接合器供水；超高层建筑低区消防系统是由消防车通过水泵接合器供水；高区消防系统(超过100m)已超过消防车供水能力，一般不再设置水泵接合器，而是在中间转输泵房内设置手抬泵接口。四．超高层建筑消防给水系统分类1.临时高压消防给水系统（1）：设中间水箱的串联消防泵给水系统。在地下部分设置消防水池、低区消防泵、高区转输泵，在中间的避难层内设置转输水箱、高区消防泵，屋顶设置屋顶消防水箱及稳压消防设备。优点：高区消防泵后的止回阀如果出现问题，压力不会传导至低区消防系统，对低区设备、阀门及管道保护性较好。缺点：设备层占地面积较大。四．超高层建筑消防给水系统分类2.临时高压消防给水系统（2）：多台消防泵直接串联的给水系统。在地下部分设置消防水池、低区消防泵（可兼高区转输泵），在中间的避难层内设置高区消防泵、低区稳压水箱，屋顶设置屋顶消防水箱及稳压消防设备。优点：设备层占地面积较小。缺点：高区消防泵后的止回阀如果出现问题，压力会传导至低区消防系统，对低区设备、阀门及管道保护性不好。四．超高层建筑消防给水系统分类3.重力式消防给水系统（一定意义上的高压消防给水系统）：根据《民用建筑水灭火系统设计规程》DGJ08-94-2007，2.1.18条定义：系统不设直接向消防给水管网系统供水的消防泵，由高位水箱直接向消防给水管网供水，并能满足消防给水系统水压和水量。消防水池设置于建筑最高处，中间避难层内设置转输水箱或者减压水箱、转输泵；建筑最上面几层若不满足消防最低压力要求，应采用带稳压罐的消防给水设备单独供给。优点：消防安全性最高。缺点：设备层占地面积大；水泵及阀门联锁要求复杂；消防水池设置于建筑最高处，对结构要求高；系统投资大。五．设中间水箱的串联消防泵给水系统基本特点：中间转输水箱有效容积不应小于60m3；消防系统动作时，高区转输泵及高区消防泵启动顺序要求不严，一般先启动高区消防泵，再启动高区转输泵；全国规范认可低区消防泵兼做高区转输泵做法，上海规范规定低区消防泵与高区转输泵应独立设置；转输给水管不应少于两条。工程实例：贵州金阳办公及五星级酒店，主楼建筑高度142.20m，办公。图纸探讨低区转输泵联锁信号源第一种：高区消防泵直接联锁低区转输泵优点：系统运行连贯性好，在低消防水量或者平时消防检测时，低区转输泵均可联锁启动。缺点：在小消防水量或者平时消防检测时，转输水量大于实际消防末端出水量，会有大流量溢流水从转输水箱溢出，在溢流管设计尺寸不够时，会直接影响到转输泵房内运行设备安全。第二种：高区消防泵与低区转输泵无联锁要求，低区转输泵与转输水箱水位联锁。优点：高区消防水量变化不再对低区转输水量构成影响，溢流量可按常规处理。不管是转输水箱日常补水是由生活水补充还是由低区转输泵补充，溢流管溢流能力都应该比补水能力大。图纸六．多台消防泵直接串联的消防给水系统基本特点：中间各级水箱有效容积不应小于18m3；低区消防泵兼做高区转输泵。消防系统动作时，上下级消防泵联锁启动的时间间隔不应大于20s，且应先启动下部消防泵；转输给水管不应少于两条。工程实例：南通润华项目图纸七．重力式消防给水系统（参照上海规范要求）基本特点：各区转输水箱的数量不应少于2个，且每个水箱的有效容积不应小于100m3；当水箱容积不能满足灭火持续时间内的水量时，应设消防转输泵；重力水箱不能满足消防给水系统压力的部位，应采用稳高压消防给水系统，并应保证不同的消防泵和消防稳压泵从不同的重力水箱吸水。由于城市消防车供水能力的限制和某些超高层建筑的重要性，许多建筑采用了更为安全可靠、立足于自救的重力式消防给水系统。重力式消防给水系统在火灾时，不需要水泵进行供水，这种系统无论平时还是火灾时，均处于系统工作压力的状态，所以这种系统更安全、可靠。一些具有代表性的地标性建筑项目名称建筑高度（m）系统按压力系统按给水方式系统按供水设备上海环球金融中心500临时高压制串联消防水泵为主广州西塔432大部分为高压制串联高位水箱为主南京紫峰大厦420大部分为高压制串联高位水箱为主上海金茂大厦420大部分为高压制串联高位水箱为主北外滩白玉兰广场320大部分为高压制串联高位水箱为主我们将在对表中建筑的各方面比较中来逐渐加深对重力式消防系统的理解。八．重要的超高层建筑消防给水系统中应考虑的几个重要问题8.1水源重要的超高层建筑对水源的要求是很高的，它必须保质保量。根据“高规”第7.3.1条规定：“从两条市政给水管引入，并在室外布置成环状，当其中一条发生故障，其余进水管仍能保证全部用水量时，可以不设置消防水池，由消防水泵直接从管网抽水”。尽管如此，我国许多地方，由于考虑到市政管网的安全可靠性存在问题和建筑的重要性，所以一般还是要求重要的超高层建筑的消防水池要贮存足够的水量，这点与国外的规范也是相符的。从下表可以看出，上海环球金融中心的消防水池贮水最少，仅100m3，这是基于陆家嘴地区安全可靠的供水基础上；而处于同一地区的上海广播电视塔、上海银行等众多超高层项目，甚至连消防水池也没有设置。但从安全角度出发还是设置为好，最少不少于0.5小时的消防用水量。消防水池、水箱设置范例项目名称消防水池m3高位消防水箱m3中间(转输)水箱m3接力泵抽收方式南京紫峰大厦576576350转输水箱抽吸广州西塔15060060转输水箱抽吸上海金茂大厦540126126转输水箱抽吸上海环球金融中心1001818管网抽吸北外滩白玉兰广场2008.2高位水箱水箱内的水对消防给水系统而言是一种可靠的水源。我们平时设计一般建筑时，通常根据“高规”第7.4.7.1条，最少设置18m3的水箱。从上述超高层建筑来看，要远大于这个量（上海环球金融中心18m3的贮水只是一个特例）。一般临时高压系统取大于18m3的量（NFPA美国全国防火协会的标准规定0.5小时的量）。重力给水系统例如上海金茂大厦取126m3的量，这是由于我国当时没有这方面的经验，才参照NFPA标准进行设定。而实际上重力给水系统，在没有其它补水条件时，应该贮存全部的消防用水量。8.2高位水箱作为一种安全的水源，高位水箱还必须有一定的安全高度，所以“高规”第7.4.7.2条要求超高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.15Mpa，否则要求设置增压设施。这就要求重力供水系统必须保证所服务区域的最低工作压力。而实际上，超限高层建筑的重力供水系统所服务区域的最上面几层，由于压力无法满足，而只能设计为临时高压系统。由于高度原因，超限高层建筑中一般均设有中间转输水箱，通常均按≥60m3容积进行设计，即0.5h-1h的消防用水量。8.3系统减压在上述超高层建筑的消防给水系统中，每一级都存在着必须减压分成2-3个分区的问题。由于建筑给水管道和配件的最大工作压力一般在2.4MPa，因此建议系统每级工作压力不要超过2.4MPa，否则会增加系统造价，这就成为串联泵分级的实际依据。根据“高规”7.4.6.5条：如果消火栓栓口的静水压力大于1.0MPa，应进行分区给水；喷淋系统报警阀承压一般在1.2MPa以内，超过此压力值也应进行分区给水。分区的方式可以是设置减压阀进行，也可以通过设置减压水箱实现。8.3系统减压二者主要优、缺点如下：名称优点缺点减压阀1、系统简单；2、省地方；3、投资较小。1、失效时，引起串压问题，影响系统管配件正常运行；2、要求经常检查。减压水箱1、减压可靠；2、有利于串联水泵吸水；3、不易产生串压现象。1、占地大；2、易产生噪声。3、投资较大。对于超高层而言，串压是一个比较严重和值得关注的问题，虽然发生几率不大，但后果较严重，所以在建筑及资金条件许可的情况下，应优先考虑设置减压水箱。8.4水泵接合器目前国内用消防车进行灭火试验，最多能达到180m高度。重力系统从理论上讲只要没有特别意外的事故发生，消防水还是能够保证的，对水泵接合器的要求并不高。如果要在下级管网设置水泵接合器，一般应接在重力水箱的出水管上。上级管网一般不考虑设置水泵接合器。南京紫峰大厦水泵接合器示意图南京紫峰大厦水泵接合器示意图对于重力系统的转输水箱，可以适当加大容积，如南京紫峰大厦有350m3，它能够很好地担负起上级消防系统的供水问题，所以我们在水箱上特地引出输水泵的快速接口，在上级管网上设置水泵接合器，这样就可以起到快速输水至上级管网的作用。8.5系统中的阀门选择8.5.1信号阀的设置在临时高压系统中，除了喷淋报警阀前、后和阀体之后的喷淋系统管道上的阀门要求需设置信号阀外，其它消防给水系统，只要设置普通的检修阀就可以了。但在重力系统中，一般要求尽可能设置信号阀，以免误动作，如：上海金茂大厦中，所有的消防给水系统中的阀门均为信号阀。但由于信号阀的价格相对较高，一般项目难以接受，所以在有些项目中我们采取有选择地在一些系统的重要部位进行设置：除喷淋系统按要求设置信号阀外，还在一些相对比较重要的部位，如：重力水箱的出水管上、消火栓系统的引入总管上，设置了信号阀。也就是说除了消火栓系统外，在其它部位均设置了信号阀。8.5系统中的阀门选择8.5.2电动阀的设置在重力系统中，当喷淋动作了1小时后，可以不再供水，此时如不切断喷淋系统的供水，就会使水箱中的水不足以提供给消火栓系统用，因此有必要在喷淋报警阀前设置电动阀，在1小时后自动关闭（当然也可以手动关闭）。对于喷淋的供水灭火时间是否按1小时供水，可以根据工程情况进行分析，使水箱储存充足的消防水量。当然最下面消防水池采用液位控制阀外，其余屋顶消防水池、中间转输水箱、中间减压水箱的进水管上均设置电动阀，此电动阀与相应的供水水箱水位联锁开启、关闭。8.5.2电动阀的设置（1）屋顶消防水池水位联锁（自上而下）：上级消防转输泵关停、上级消防转输泵开启。（2）中间减压水箱水位联锁（自上而下）：水箱转输进水电动阀关闭、水箱转输进水电动阀开启。（3）中间转输水箱水位联锁（自上而下）8.5.2电动阀的设置第一种选择：下级消防转输泵关停、下级消防转输泵开启、水箱转输进水电动阀关闭、水箱转输进水电动阀开启。优点：不管是上级区域还是下级区域消防系统动作，消防水流向均很合理。缺点：下级区域消防动作时，是以下方消防水池作为主供水方向，需要下级消防转输泵动作，有悖于重力给水理论