高層建筑消防系統固定比例式減壓閥應用

                             上海申弘閥門有限公司

     之前介紹高壓管路氮氣減壓閥組協調工作，現在介紹高層建筑消防系統固定比例式減壓閥應用從理論和實踐兩個方面論述固定比例式減壓閥在高層建筑消防系統應用中的優(yōu)化作用。近年來我國高層建筑不斷發(fā)展 ,應用于消防系統內傳統的并聯或串聯分區(qū)供水方式被普遍采用 ,它具有安全可靠 ,供水性能穩(wěn)定的優(yōu)點 ,但同時也有機房占地面積大 ,中間水箱增多 ,設備一次性投資大 ,維護管理工作加重的缺點。隨著進口固定比例式減壓閥被國內逐步采用和國我國高層建筑發(fā)展迅速，而在消防給水設計方面則相對滯后。本文結合實例，就高層民用建筑消防給水系統的設計進行了探討，并分析了消防設計中的注意事項，以滿足高層建筑消防給水的需求，可供設計人員參考。對于建筑高度超過120 m、必須設置避難層的超高層住宅,消防給水一般只能采用消防泵直接串聯的分區(qū)給水系統.直接串聯的消防給水系統中,宜設置分區(qū)消防水箱,其有效容積可按高區(qū)消防泵5 min的流量來確定;低區(qū)消防給水系統的高位消防水箱需單獨設置.我在高層建筑中工作，高層建筑中的消防系統一般分為高區(qū)和低區(qū)，低區(qū)的水壓要把它減下來，一般在管道中使用減壓閥，但我不知道減壓閥的工作原理，因為我總是想，管道中的水通常是流通的，也就是說水在管道中處在密閉容器中，減壓閥的前后是如何實現壓力差的，即實現減壓？從物理學的角度講是什么減壓原理？
關鍵詞：消防給水系統設計；消火栓；消防用水量；注意事項
        隨著社會的進步和經濟建設的發(fā)展，高層建筑也越來越多的出現在城市之中。由于高層建筑造型*，功能多元化，結構復雜，因此，這類建筑的火災危險性也更大。為了防止和減少高層民用建筑火災的危險性，保護國家公民的生命財產安裝，在建筑物內必須設置消防給水系統。本文就結合實例，主要探討了高層民用建筑消防給水系統的設計問題。

        1高層建筑消防系統固定比例式減壓閥應用工程概述
        某高層民用建筑，其主要建筑功能為：商業(yè)及辦公建筑，規(guī)劃用地面積為14176m2，總建筑面積為69520.0m2，其中地下為23020m2，地上為46500m2，女兒墻高59.55m，其中地上15層，地下3層，地下2～3層為地下車庫及設備用房，可停放超過383輛汽車，地下1層至地上4層為購物中心，5～6層為影院，7層為自備用(辦公)，8～15層為辦公等組成。
        2消防給水系統設計
        由于高層民用建筑造型*，功能多元化，結構多樣，地下3層至地上8層，每層的防火分區(qū)都不同。根據《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB50045-95(2005年版)、《自動噴水滅火系統設計規(guī)范》GB50084-2001(2005年版)的相關規(guī)定，該建筑為一類高層建筑，設置室外消火栓系統、室內消火栓系統、自動噴水滅火系統、水噴霧系統。各系統消防用水量標準及一次滅火用水量見表1。減壓閥的構造類型很多，水系統常見的有薄膜式、內彈簧活塞式等。減壓閥的基本作用原理是靠閥內流道對水流的局部“阻力”降低水壓(水壓降的范圍由連接閥瓣的薄膜或活塞兩側的進出口水壓差自動調節(jié))。同時借助閥后壓力的作用調節(jié)啟閉件的開度(甚至關閉)，使閥后壓力保持在一定范圍內，在進口壓力不斷變化的情況下，保持出口壓力在設定的范圍內。
        表1消防用水量標準及一次滅火用水量
        
        2.1室外消火栓系統
        1)由本建筑西北兩側各引入一根DN200mm市政給水管，壓力為0.25MPa，作為消防水源。
        2)室外消防采用低壓制給水系統，由城市自來水直接供水，發(fā)生火災時，由城市消防車從現場室外消火栓取水經加壓進行滅火或經消防水泵接合器供室內消防滅火用水。
        3)室外消防為兩路供水，設管徑為DN200mm環(huán)狀室外消火栓管道，并設室外地下消火栓6個，滿足室外消防的要求。
        2.2消防水池及屋頂消防水箱
        1)根據《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB50045-95(2005年版)》的相關規(guī)定，該綜合樓按同一時間發(fā)生一次火災考慮，按自動噴淋系統與水噴霧系統之中用水量大值，再加上室內消火栓系統用水量計算消防水池容量。消防水池內貯存有3h室內消火栓滅火用水量及1h水噴霧用水量，水池有效容積594m3，水池分兩格。消防泵房、消防水池設置在地下3層。
        2)屋頂水箱間設有效容積為18m3消防水箱一座，提供消防系統初期用水，并設一套消火栓和自動噴淋合用的消防增壓穩(wěn)壓設備，維持消火栓系統及自動噴淋系統平時壓力。
        2.3室內消火栓系統
        1)室內消火栓系統靜水壓力不超過1.0MPa，室內消火栓管道在豎向不分區(qū)。地下3層、地下2層消火栓管網為單獨環(huán)狀管網；地下1層至6層水平干管與豎向立管也構成環(huán)狀，上干管設在6層，下干管設在地下1層；7層至15層水平干管與豎向立管也構成環(huán)狀，上干管設在15層，下干管設在7層。消防水箱出水管及消防增壓穩(wěn)壓設備出水管與15層水平干管相連。
        2)本建筑物內各層設消火栓進行保護的場所，其布置保證室內任何一處均有2股水柱同時到達。滅火水槍的充實水柱不小于10m。每個消火栓箱內均配置DN65mm消火栓一個、DN65mmL25m麻質襯膠水帶一條，DN65mm×19mm直流水槍一支、自救消防卷盤一套、啟動消防水泵按鈕和指示燈各一只。為保證消火栓栓口出水壓力不超過0.5MPa，地下3層～10層消火栓采用減壓穩(wěn)壓消火栓。
        3)室外設3套消防水泵接合器，供水管分別與室內消火栓給水管網相連。
        4)室內消火栓水泵2臺采用恒壓切線消防水泵，一用一備。消防水泵設有平時自動巡檢功能。
        2.4自動噴淋系統
        1)采用濕式自動噴水滅火系統和預作用自動噴水滅火系統，地下2層、地下3層車庫不采暖，設置預作用自動噴水滅火系統，其它為濕式自動噴水滅火系統。
        2)設計參數：商場、車庫均按中危險Ⅱ級設計；辦公按中危險Ⅰ級設計；噴水強度：商場、車庫8L/min?m2，辦公層6L/min?m2；作用面積160m2，不利點噴灑頭工作壓力不低于0.05MPa。
        3)系統設計
        (1)自動噴水滅火系統在豎向不分區(qū)。
        (2)設置4組為預作用報警閥(用于地下2層、地下3層)，8組為濕式報警閥，每組報警閥擔負的噴灑頭不超過800個。
        (3)噴灑頭：地下車庫采用DN15mm直立式玻璃球噴灑頭，動作溫度為68℃、K=80；機械停車庫采用帶保護網倉庫型快速響應噴頭，動作溫度為68℃、K=115，機械停車噴頭按停車的托板位置分層布置，且應在噴頭的上方設置集熱板；地下1層商場部采用快速響應噴頭，動作溫度為68℃、K=80；其余商場、辦公均采用下垂式吊頂玻璃球噴灑頭，向下安裝，動作溫度為68℃、K=80。
        (4)自動噴水滅火系統每個防火分區(qū)或每層均設信號閥和水流指示器。
        (5)泵房內設2臺恒壓切線噴淋消防泵,設備參數為：Q=45L/s，H=1.20MPa，N=90kW。消防水泵設有平時自動巡檢功能，并在出水管上裝有安全泄壓裝置。
        (6)自動噴水滅火系統共設3套消防水泵接合器，供消防車從室外消火栓取水向室內自動噴水滅火系統補水。
        (7)為了保證系統安全可靠，每個報警閥組的不利噴頭處設末端試水裝置，其它防火分區(qū)和各樓層的不利噴頭處，均設DN25mm試水閥。
        2.5水噴霧系統
        1)根據《民用建筑設置鍋爐房消防設計規(guī)定》DBJ01-614-2002規(guī)定，水噴霧系統保護對象為直燃機和燃氣鍋爐。
        2)在地下1層燃氣直燃機房內設有水噴霧滅火系統，設計噴霧強度：9L/min?m2,水噴霧保護面積為256m2,系統設計流量為45L/s，不利噴頭處設計壓力為0.25MPa；系統工作壓力為0.65MPa，干管DN150mm。系統噴水響應時間60s。水噴霧系統設置一套雨淋閥組。水噴霧噴頭采用水霧用開式噴頭。

        3消防設計中的注意事項
        3.1恒壓切線消防水泵及防超壓措施
        恒壓切線消防泵的特性是從零流量到大流量之間的揚程變化幅度不超過5%，且小流量或零流量時不超壓，此類水泵有供水壓力穩(wěn)定、供水可靠性高、壽命長等優(yōu)點，在恒壓切線消防泵啟動運行的情況下，系統管網壓力變化不大，系統比較安全，但在消防水泵因突然停電或其它原因造成開閥狀態(tài)下水泵突然停止運轉時，會發(fā)生停泵水錘，因此，在本高層綜合樓設計中采用了恒壓切線消防泵防止水泵運行時系統管網超壓，在消防水泵出水管上安裝緩閉式止回閥和泄壓閥可減輕停泵水錘導致的超壓危害，使消防系統更安全。

        3.2減壓穩(wěn)壓消火栓及減壓孔板的選用
        上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥根據《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB50045-95(2005年版)》第7.4.6.5條規(guī)定，本工程室內消火栓系統靜水壓力不超過1.0MPa，室內消火栓管道在豎向不分區(qū)。消火栓栓口出水壓力大于0.5MPa時，應采取減壓措施，根據《自動噴水滅火系統設計規(guī)范》第8.0.5條中危險級場所中各配水管入口的壓力均不宜小于0.4MPa的規(guī)定，本工程設計中減壓措施為：室內消火栓采用減壓穩(wěn)壓消火栓，噴淋系統各配水管采用減壓孔板。減壓穩(wěn)壓消火栓不需要人工調試，安裝方便，但不能隨意設置，依據減壓穩(wěn)壓消火栓的栓前壓力、栓后壓力的特性曲線(參見04S202《室內消火栓安裝》P35)，當栓前壓力等于0.4MPa時，栓后壓力為0.25MPa，且小于0.4MPa時，栓后壓力明顯下降。為了保證消火栓的水槍充實水柱不小于10m的要求，當栓前壓力小于0.4MPa時，不應設置減壓穩(wěn)壓消火栓。

3.6.1  設置在管道直飲水系統中的減壓閥及閥組組件，其過流部件應采用食品級不銹鋼材質（S30408及以上），其橡膠密封件宜選用硅橡膠或食品級三元乙丙橡膠。減壓閥的減壓比不宜大于3：1，當減壓比大于3：1時，宜采用串聯減壓方式或按本規(guī)程3.3.3條圖3.3.3中的65℃氣蝕控制線進行氣蝕校核，并避開氣蝕區(qū)。
〖條文說明〗3.6.1  管道直飲水系統的閥件，應選用衛(wèi)生合格的食品級材料，其防銹、防腐性能不應低于S30408不銹鋼材料，尤其是橡膠件，應為食品級的橡膠材料。其減壓閥的性能要求與冷水減壓閥相同。
3.6.2  管道直飲水系統中的減壓閥，不應設置在供回水干管和循環(huán)支管上，減壓閥組可按單閥減壓方式設置，在減壓閥組中可不設過濾器。
〖條文說明〗3.6.2  減壓閥不設在循環(huán)管上，是為了回水壓力的平衡和節(jié)能；由于管道直飲水為生活改善型供應系統，停水維修對于生活的影響較小，為了減少設備投資，可采用單閥減壓方式。直飲水的水質較好，無需在閥前過濾，故在減壓閥組中不應設置過濾器。
3.6.3  僅干管循環(huán)的管道直飲水系統，宜采用分層支管減壓方式，可參照生活飲用水給水系統的分區(qū)方法采用分區(qū)減壓方式。
〖條文說明〗3.6.3  為了防止管道死水和細菌滋生繁殖，管道直飲水系統均設置供回水循環(huán)管道，且為獨立管路系統，僅干管循環(huán)的直飲水系統的供水方式和供水壓力分布與生活飲用水相仿，其減壓方式可參照生活飲用水的供水方式設置，但為了減小死水管道的長度，宜采用分層支管減壓方式減壓，對于用水概率較高的建筑，可采用分區(qū)減壓方式。
3.6.4  采用全循環(huán)方式（支管也循環(huán)）的管道直飲水系統，可參照本3.5.5全循環(huán)方式的要求，采用循環(huán)泵分區(qū)供水方式減壓，壓力超過0.35MPa的支管，應設置減壓閥，宜采用分層支管減壓方式。
〖條文說明〗3.6.4  采用全循環(huán)方式的直飲水供水系統，為了解決回水壓力平衡問題，不應在循環(huán)管上設置減壓閥，應按照壓力分區(qū)，采用循環(huán)泵分區(qū)供水，分區(qū)減壓；由于直飲水為獨立管道系統，其分區(qū)高度可大于生活飲用水系統，可減少分區(qū)數量和循環(huán)泵數量，減少設備投資，對于超壓管事宜采用分層支管減壓方式。

        3.3機械車庫自噴水量的確定
        本工程地下2層、地下3層車庫為2層機械立體汽車庫，自噴水量的計算是根據高有貨架內置噴頭倉庫的的設計計算方法確定設計流量，分為天花板流量(中危險級Ⅱ級)和車架內置部分流量(按倉庫貨架內置噴頭計算)，設計流量為二者之和，天花板下的噴頭采用直立型，K=80，每個下層車位的保護噴頭采用倉庫型快速響應噴頭，K=115，噴頭的計算數量為8個(依據全國民用建筑工程設計技術措施)，經計算自動噴淋的總水量為40L/s。
        4 結束語
        目前，我國在高層建筑消防給水系統設計方面還相對滯后。為此，筆者結合自己工作實踐，針對如何提高高層民用建筑消防供水系統的安全性及經濟性進行了探討。但實際工程中，各種建筑形態(tài)千變萬化，外部條件各不相同，應根據具體情況，在滿足國家有關規(guī)范規(guī)定及當地主管部門有關條文條例的前提下，選擇合理的消防給水系統，確保消防給水系統的安全可靠，節(jié)省投資。與本產品相關論文：膜片式減壓閥材料性能