綜合性大學給排水設計探討

鄧 毅 龔增榮 黃正杰

(浙江大學建筑設計研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

1 項目概況

杭州師范大學中心區處于大學城核心地段，主要建筑包括：中心圖書館、行政辦公及研究中心綜合樓、會議中心、接待中心及師生活動中心綜合樓。建筑總面積162 488 m2，最高建筑54.1 m。最不利建筑按一類高層建筑設計。

2 循環冷卻水補水系統的優化

本項目中央空調系統采用水冷機組，冷卻塔設置于會議中心裙房屋面，屋面高度為13.5 m。經核算，市政水源無法滿足冷卻塔補水要求，須采用加壓泵組加壓的方式方能滿足屋頂冷卻塔補水的需求。

2.1 傳統冷卻水補水系統運行弊端

傳統冷卻塔補水通常設置獨立的水池水泵房，通過變頻加壓泵組加壓后供給屋頂冷卻塔補水。通過已竣工的工程業主使用反饋，筆者發現上述供水系統存在以下弊端：

1)大型項目的設計中，由于冷卻塔需要的補水量較大，采用單獨設置鋼板拼裝水池作為補水水箱的方案，由于水箱及水泵四周需要預留必要的安裝檢修空間，往往需要占用較為可觀的地下室面積作為冷卻水補水泵房，使得本來就緊張的地下室面積變得更為局促。

2)變頻加壓泵組由于自身特性(須自帶變頻控制器及氣壓罐)，其采購成本高于普通工頻水泵。且在建筑單體建成投入使用后，業主反饋由于冷卻塔運行的特性，日常使用中經常會出現小流量頻繁補水的情況。由于變頻泵組直接從冷卻水補水箱中吸水后直接加壓補水，導致變頻泵組在使用中小流量頻繁啟動，而且大部分時間是工作在小流量的低效區，導致變頻泵組故障率較高，大大提高了業主日常使用維護和運行成本。

同時，在此前項目消防水池水泵房的設計中筆者發現，現行消防給水及消火栓系統技術規范中并未明確消防水池設置相關水循環凈化裝置；但是在日常使用中，雖然在消防水池進水管上安裝了Y型過濾器，由于消防水池在一次補水后長時間儲水，水質得不到循環凈化，極易發生變質的情況。一旦發生火災，腐壞變質的水隨著水泵加壓進入到噴淋供水管網，極易堵塞水噴淋噴頭，使得著火點上方噴水強度無法達到設計值，滅火效果大打折扣，對業主的生命財產安全可能構成一定的隱患。

2.2 問題探討及解決方法

為解決上述消防水池水質隱患，同時提升用戶使用品質，降低泵組頻繁啟動造成的泵組不必要的損耗，同時減少加壓泵組的運行能耗，合理利用地下室空間。筆者選用了一種新的冷卻水補水方法：

1)適當擴大少許消防水池水泵房面積，將冷卻塔補水儲水水量存放于土建消防水池中，在消防水泵房中設兩臺工頻冷卻水補水泵(一用一備)從消防水池吸水。同時，為保證消防用水儲水不被挪作他用，在冷卻水補水泵吸水管頂端設DN32真空破壞管一根。真空破壞管頂部水位為消防水池最高有效水位，保證消防水池水位下降至消防水池消防最高有效水位時，冷卻水補水泵吸水管形成真空破壞，從而保證了消防水池水位永遠高于水池消防最高有效水位，如圖1所示。

2)在放置冷卻塔的會議中心裙房屋面設置一座4 m×2.5 m×2 m(H)，有效容積15 m3的冷卻塔補水水箱，水箱底標高15.5 m，有效水深1.5 m。冷卻水補水泵不再采用變頻泵直接向冷卻塔補水，而是采用工頻泵向屋面的冷卻水補水水箱補水。由于水箱最低有效水位高于屋面2 m，平時運行時可實現水箱重力供應冷卻塔補水。同時，在冷卻水補水水箱進水管上設水位控制閥，聯動地下式水泵房中冷卻水補水泵：當補水水箱水位低于最高有效水位為0.8 m時，啟動地下室工頻補水泵向冷卻水補水水箱補水；當補水水箱水位達到最高有效水位時，冷卻水補水泵停止向冷卻水補水水箱補水，如圖2所示。

2.3 方案優點及結論

與傳統冷卻塔采用變頻加壓泵組從生活水箱中吸水后直接加壓補水相比，該系統有以下兩個特點：1)在屋面設置補水箱，冷卻塔通過高位水箱補水，避免了加壓泵組直接加壓供水的不穩定性，有利于系統穩定運行，降低泵組頻繁啟動造成的泵組不必要的損耗，同時減少加壓泵組的運行能耗；2)加壓泵組從消防水池中吸水，在加壓泵組吸水管上設置虹吸破壞管，一方面保證了消防水池的有效水量，另一方面保證了消防水池的水質穩定。

3 大空間智能型主動噴水滅火系統設計

本項目會議中心的大型劇院觀眾廳由于自身功能及裝飾效果的需要，存在大量凈空高度超過12 m的空間，超過了規范中普通自動噴水滅火系統所能設置的最大凈空高度，無法對下部區域形成有效保護。

3.1 不同類型大空間智能型主動噴水滅火系統特點探討

對于高大凈空空間的保護，大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程中給出了標準型大空間智能滅火裝置、標準型自動掃描射水高空水炮滅火裝置等選項。對比上述2類滅火裝置的設計參數特點，筆者發現，二者都具有相同的標準噴水流量(5 L/s)。最大安裝高度大流量噴頭(25 m)相較標準型自動掃描射水高空水炮滅火裝置(20 m)略大。兩者最大的不同點在于：

1)標準型大空間智能滅火裝置工作壓力(0.25 MPa)相較標準型自動掃描射水高空水炮滅火裝置(0.6 MPa)有較大優勢。在保護某些標高較高的大空間場所時，標準型自動掃描射水高空水炮滅火裝置需要大幅提高噴淋供水管網/噴淋泵的工作壓力以保證其最小工作壓力；而相同情況下，標準型大空間智能滅火裝置不需要或是僅需小幅提高噴淋供水管網/噴淋泵的工作壓力就可保證其最小工作壓力，從而大幅降低系統造價。

2)標準型自動掃描射水高空水炮滅火裝置標準圓保護半徑(20 m)相較標準型大空間智能滅火裝置(6 m)有較大優勢。在保護相同面積的空間區域時，由于標準型自動掃描射水高空水炮滅火裝置具有較大的保護半徑，在發生火災時，同時啟動個數較標準型大空間智能滅火裝置少許多；同時，由于二者的標準噴水流量相同，繼而導致火災動作時系統流量標準型大空間智能滅火裝置較之標準型自動掃描射水高空水炮滅火裝置大大提升，即噴淋泵流量以及消防水池流量大大提升，這將會導致土建建設成本及機電設備采購成本大大提升。

3.2 大空間主動智能滅火系統選擇及設計

結合本工程特點來看，需要設置大空間智能型主動噴水滅火系統的場所會議中心大型劇院觀眾廳的完成頂面標高約為13.5 m，保護面積約為491 m2，不考慮大空間智能型主動噴水滅火系統供水需要，噴淋泵本身需要揚程120 m，流量30 L/s。

大空間智能型主動噴水滅火系統的加壓水泵所需壓力為：

Hb=1.05×(Hq+Hf+Hz)。

其中,Hb為理論所需水泵工作揚程,m;Hq為大空間智能型主動噴水滅火系統所需工作壓力,m;Hf為系統沿程及局部水頭損失之和，經計算取14 m;Hz為大空間智能型主動噴水滅火系統組件安裝高度與消防水池最低水位高差，取20 m。

若采用標準型大空間智能滅火裝置，則：

Hb=1.05×(Hq+Hf+Hz)=1.05×(25+14+20)=62 m。

由標準型大空間智能滅火裝置標準圓保護半徑6 m，經布置復核，若要覆蓋全部須保護觀眾廳面積，需要布置標準型大空間智能滅火裝置3行3列共9個，參照技術規程5.0.2條之規定，設置同時開啟噴頭數為9個，流量為5 L/s×9=45 L/s。同時由于同一防火分區內仍需布置普通自動噴淋以保護樓座部分觀眾席，且考慮樓座部位普通噴淋與觀眾廳頂部標準型大空間智能滅火裝置同時啟動，則噴淋泵所需流量Q總=75 L/s，揚程H=120 m。對比原計算中噴淋泵本身需要揚程120 m，流量30 L/s，則噴淋泵揚程不需加大，流量須從30 L/s增加至75 L/s，對應消防水池容積增加162 t。

若采用標準型自動掃描射水高空水炮滅火裝置，則:

Hb=1.05×(Hq+Hf+Hz)=1.05×(60+14+20)=98.7 m。

由標準型大空間智能滅火裝置標準圓保護半徑20 m，經布置復核，若要覆蓋全部須保護觀眾廳面積，需要布置標準型大空間智能滅火裝置1行2列共2個，參照技術規程5.0.2條之規定，設置同時開啟噴頭數為2個，流量5 L/s×2=10 L/s。同時由于同一防火分區內仍需布置普通自動噴淋以保護樓座部分觀眾席，且考慮樓座部位普通噴淋與觀眾廳頂部標準型大空間智能滅火裝置同時啟動，則噴淋泵所需流量Q總=40 L/s，揚程H=120 m。對比原計算中噴淋泵本身需要揚程120 m，流量30 L/s，則噴淋泵揚程不需加大，流量須從30 L/s增加至40 L/s，對應消防水池容積增加36 t。

3.3 綜合比選結論

經綜合比選，在保證大空間智能型主動噴水滅火系統布置滿足規范要求的前提下節約機電設備采購成本及土建建設成本，本項目采用2門標準型自動掃描射水高空水炮滅火裝置保護會議中心大型劇院觀眾廳。系統由大空間高空水炮、智能探測組件、電磁閥、消防水池水泵及管網等組成。大空間高空水炮系統與噴淋系統合用水池水泵及報警閥前管網。

4 結語

大型綜合性大學校區的給排水及消防設計具有單體數目多，單體類型復雜的特點。在設計過程中，設計人員應綜合考慮各個單體的性質、特點，合理設計集中生活及消防水泵房的水池/箱容積，水泵揚程，流量，系統組成及分區方法。對于循環冷卻水補水，筆者提出了采用工頻泵組從合用消防水池中吸水補水至屋頂高位冷卻水補水水箱的補水方式，同時解決了冷卻水補水不穩定、變頻泵易損壞、消防水池水質易腐壞的難題。對于大空間智能型主動噴水滅火系統，筆者認為應結合建筑單體布置特點，結合規范中所涉及的大空間智能型主動噴水滅火系統的揚程、供水流量、保護范圍等特點，合理比較選擇適合的消防滅火設施，節省項目投資造價。