浅析高层建筑消防给水系统超压与减压

浅析高层建筑消防给水系统超压与减压

王庆

南京荣达建设有限公司   江苏南京   210000

摘要：现代城市化发展进程中，高层建筑物日渐增多，此类建筑由于具有较大火灾危害，所以必须设置安全稳定的消防给水系统。可从大部分高层建筑实际情况看，存在消防给水系统超压现象，导致大量水资源被浪费，甚至直接影响了消防给水系统安全性、可靠性，不利于高层建筑使用。为此，本文通过分析高层建筑消防给水系统超压、减压产生，而后分析了超压原因、减压措施，并提出了高层建筑消防给水系统超压问题防治对策，仅供参考。

关键词：高层建筑；消防给水系统；超压；减压；防治措施

引言：为更好满足城市化建设需求，提高有限土地利用率，使得现代城市各类建筑物楼层高度明显增加，建筑物样式也在不断变换。而大多数高层建筑功能非常复杂，这在很大程度上提高了消防难度，应当予以消防给水系统高度重视，确保消防设施合理安装，使其可以正常使用到建筑物中，保证消防给水系统可以发挥作用，满足火灾等紧急情况使用需求。而深入了解大量建筑工程实践情况可知，多数高层建筑消防给水系统存在超压情况，导致水资源严重浪费，影响高层建筑消防给水系统安全可靠性，为此，相关部门必须提高重视，积极采取有效措施，合理应对超压和减压问题，为高层建筑使用者提供安全保障，促使建筑各项功能得以有效发挥。

一、超压、减压的产生

（一）超压

    分析消火栓给水系统可知，当水泵处于额定工作状态时，可以保证消防栓口出水压力，使得水泵扬程达到一定数值。但若是建筑物高度达到一定时，则给水系统底层消火栓会出现超压情况，导致消防给水系统内水压大于其工作压力限值，进而造成管道、配件、器材、附件、设备发生损坏，最终直接影响到消防给水系统正常工作，如果火灾情况严重，会影响救火工作正常开展，引发重大损失。

（二）减压

    消防给水系统中的水泵流量设定主要依据为《高层民用建筑设计防火规范》水量表相关规定，而水柱扬程确定，主要根据是消火栓栓口充满水柱、建筑高度。如果建筑物过高，则底层消火栓发生超压情况，并且复核消火栓栓口出水压力过程中，一般会按照启动一支消火栓、两支消火栓出水量情况，对减压阀、减压孔板进行设置。当发生减压现象后，超压楼层消火栓动压达到了充实水柱要求，并且需要多支水枪用于灭火，此时，某些楼层则发生动压偏低情况，也就是减压现象。

（三）水箱供水超压计算方法

    如果高层建筑内发生火灾，在刚开始由设置在高位的消防水箱进行供水，满足消火栓出水灭火需求，一般情况下，会开启一个到三个水枪。为确保高位消防水箱供水及时，满足规范中要求的10分钟，应当对超压情况的消火栓实施减压处理，确保减小水枪水流输出量。

      根据公式计算：，可以得到下层消火栓消防出水量。其中Hxc为下层消火栓栓口的水压，mH2O；Hsc代表上层消火栓栓口的水压，mH2O；qsc上层消火栓的消防出水量L/s；qxc下层消火栓的消防出水量，L/s。

二、超压原因及减压措施分析

（一）超压

    由于消防给水系统内水压超出了工作压力极限值，致使相关设备器材不能正常使用，导致给水系统无法正常使用，影响到高层建筑正常灭火，最终造成系统非正常运作情况。从多数高层建筑物消防给水系统看，超压现象较为多见，应当给予高度重视，并积极制定有效的防治措施。深入分析高层建筑超压原因，可以总结为以下几点：

    其一，如果给水系统出水量不足，会引发超压现象。在高层建筑中发生火灾，一般在初期自动喷水灭火系统只会有几个喷头进行喷水，亦或是自动喷水灭火系统在进行试水过程中，系统并不需要过大流量，但加压泵在自动喷水灭火系统中，主要作用就是依照设计为水流量提供喷出动力。由于喷头在小流量情况下工作，导致加压泵扬程明显升高，最终造成自动喷水系统出现超压情况。

    其二，缺乏合理竖向分区。如果高层建筑高度非常高，并且给水系统竖向分区，并没有严格按照1.2MPa工作压力分区，容易发生超压现象。

    其三，如果高层建筑消防泵发生故障，或者建筑突然停电，导致消防泵停止运转，会出现水锤超压现象。

其四，水泵接合器发生超压。如果高层建筑消防给水系统的竖向分区中，上下两区共同使用一个水泵接合器，如果止回阀密封不到位，会直接导致下区发生超压现象。除此之外，消防给水系统主要是借助消防泵进行供水，这一过程中容易发生管网超压情况，特别是系统消防泵、消防车消防泵二者进行串联时，会增加超压发生概率。

    其五，如果缺少排气装置，也会产生超压情况。分析可知，如果自动喷水灭火系统，并未将排气阀安装在给水系统中，或者设置位置不科学，会导致管网内空气被压缩，由此引发压力波动，从而导致超压现象出现。

（二）减压与泄压

    在高层建筑中，由于自动喷水系统运行时，经常出现超压现象，必须运用有效措施处理，如减压、泄压等手段。在具体实践中，使给水系统减压、泄压，使得出水更加稳定均匀，确保在消防供水作业区域内获得可靠给水，针对此，需要正确利用系统设计流量，使得出水更加可靠。并且还需要确保系统设备、材料质量、安全，充分发挥出给水系统减压、泄压装置作用，满足高层建筑消防供水需求。基于超压现象产生原因，可以通过三种方法实现对自动喷水灭火系统减压处理：

    第一，引入科学有效技术避免发生超压：一方面，相关技术人员可以从自动喷水灭火系统管网位置入手，结合实际情况进行合理设置，在条件允许的情况下，尽量让喷头均匀排布，使其分布在配水管两侧，以此保证各个配水管内部水压均衡性。与此同时，技术人员也需要合理选择给水系统下方分区，根据实际情况，适当调整给水分区压力值。举例分析，如果建筑物高度在120米以下，则消防给水竖向分区内，应当设置分区水泵、减压阀等并联消防泵给水系统；若是建筑物高度超过了120米，则在消防给水竖向分区中，可以设置多台消防泵串联，也可以设置中间水箱串联消防泵给水系统。另一方面，对于消防泵的选用，建议应用流量、扬程曲线相对平缓的，此外，若是高层建筑物本身具备良好条件，可以使用水冷直联消防泵、切线消防泵、变频调速消防泵。

    第二，为了达到减压目的，可以结合实际情况合理提高消防给水系统承压能力，使其尽量不发生超压情况，从而有效避免消防给水系统受到损害。

    第三，相关技术人员可以引入减压、泄压方法，保证超出压力控制在合理范围内，尽量避免对给水管网带来伤害，对此，可以引入泄压阀、安全阀、稳压阀、气罐阀等装置。

三、高层建筑消防给水系统超压问题防治对策

（一）借助有效技术措施规避超压现象

    1、选用建筑消防特种泵，此类流量、扬程曲线相对平缓的水泵，从而保证给水系统处于恒压状态。2、在对消防给水系统管网进行竖向分区过程中，可以根据最低位置室内消火栓静水压力0.80MPa分区要求基础上进行合理调整，结合实际需求留出一定余地。也可以直接按照0.80MPa完成竖向分区，但在此基础上运用相关减压措施。3、使用多台供水泵，如果消防给水系统运行过程中无需大量水资源，可以使用小泵或者单泵运行，若是需要大量供水时，可以使用大泵或者进行多泵并联运行。4、为保证水泵供水稳定性，应当对水泵供水速度进行合理调控，对此，可以进行恒压变流量变频调速，确保水泵供水压力不受流量变化影响，一直处于稳定状态。5、如果水泵直接从给水系统管网吸水，应当按照给水系统最高水压，校核水泵实际运行情况，避免发生超压现象。6、如果稳压泵进行低位设置，则可以在消防水池引出一个吸水管，借此达到避免出现超压的情况。7、可以将速闭止回阀装置安装在水泵出口位置，借此避免停泵而引发水锤超压情况。

（二）应用泄压和稳压设施

    安全阀、稳压阀、泄压阀、气压罐、回流管等都可以作为泄压、稳压设施使用。根据实践应用情况看，泄压阀较为灵敏、反应准确，并且安全可靠，能够很好的防止受到超压影响，而引发损害。需要注意的是，在选择泄压阀时，需要注意泄压阀口径问题，因为泄压阀口径大小，会对水泵工作点、实际扬程、流量等情况产生直接影响。下文结合实际案例进行分析，如图1所示，其中H-Q为水泵的流量、扬程曲线，AB段的阻力曲线为RAB，其中B点是泄压阀安装点，Q‘是泄流量。如图所示，在Q‘开始作BC段管的阻力曲线RBC，并将AB段和BC段的曲线进行串联，也就是让RBC与RAB串联成阻力曲线R，M点是水泵工况点。

通过上图1分析可知，如果泄压阀口径大，则对应的Q值就越大，此时RBC会向右侧偏靠，并且曲线R位置越低，对应M点也会降低。可以说，泄压阀口径大小，会直接影响水泵工作情况，进而对水泵扬程、流量曲线产生一定影响。所以，通常情况下，需要保证泄压阀口径和水泵出水管大小相等，甚至要小一级。   

在水泵出口位置安装泄压阀应安装，让其位于止回阀后侧。将消防水池支管设置在消防水泵出水管上，并设置相应的泄压阀，如果管网压力大于限定工作压力30%，此时泄压阀会自动打开回流，以此达到降低管网压力的情况。在火灾发生初期，消防需水量并不高，可此时供水泵还是以固定特性曲线运行，所以安装泄压阀，主要作用就是进行人为控制，增加实际消防用水量，确保消防给水系统达到理想工作状态。

结论：   

综上所述，在高层建筑中应当予以给水系统超压现象高度重视，结合实际情况加强设计，同时合理利用减压、稳压措施，避免消防给水系统出现超压现象。为此，设计人员需要和技术人员加强沟通，确保给水方式合理性，能够满足高层建筑物消防给水系统功能，延长使用寿命，进而更好保证高层建筑抵御火灾风险，提高建筑安全性。

参考文献：

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