高層建筑消防水源設計與水壓保障技術研究與應用

員續生

(山西華鼎建筑設計有限公司，山西 運城 044000)

隨著城市化進程的不斷加快，高層建筑在現代城市中扮演著日益重要的角色。然而，高層建筑由于其特殊的結構與高度，其消防安全問題也日益凸顯。一旦發生火災等突發事件，如何保障消防水源的充足供應以及水壓的穩定成為了至關重要的問題。通過深入探討高層建筑消防水源與水壓保障技術，為保障城市高層建筑的消防安全提供有效的解決方案。

1 高層建筑消防水源設計與綜合利用

1.1 消防水池的設計與布置

1.1.1 消防水池與市政供水的關系

消防水池與市政供水系統是相互關聯的。消防水池可以作為備用供水系統，當市政供水系統發生故障或水壓不足時，消防水池可以提供穩定的消防水源[1]。

消防水池與市政供水系統之間應設置適當的連接和控制裝置，以確保消防水池能夠及時補充并保持水源的穩定性。同時，消防水池的設計應考慮到市政供水系統的水質要求和消防水源的水質要求，確保供水的安全和可靠性。

為了保證消防水池的供水能力，應定期進行水質檢測和水池清洗，確保水池內部的水質符合相關標準要求。

1.1.2 消防水池的容量和數量要求

在高層建筑的消防系統中，消防水池是確保消防水源供應的重要組成部分。消防水池的容量和數量的設計應根據建筑物的高度、使用性質以及消防水源供應的要求來確定。

1)一次滅火用水量。根據規范要求，消防水池的容量應滿足以下公式。

V = Q × T

其中，V表示消防水池的容量(單位：m3)，Q表示建筑物每分鐘所需的消防水量(單位：L/min)，T表示消防持續時間(單位：s)。根據建筑物的使用性質和規模，可以確定Q的數值。

2)消防水量。根據《消防給水及消火栓系統技術規范》的要求，建筑物消防用水水量Q(包含室內和室外用水量)可依據表格3.3.2和表格3.5.2查得；消火栓系統和固定冷卻水系統的火災延續時間可依據表3.6.2查得。

3)消防水池數量。消防水池的數量可根據同一時間發生火災起數確定，建筑群共用臨時高壓消防給水系統時，工礦企業消防供水的最大保護半徑不宜超過1200m，且占地面積不宜大于200hm2；居住小區消防供水的最大保護建筑面積不宜超過500000m2；公共建筑宜為同一產權或物業管理單位。若不滿足上述要求，就要增加消防水池數量。

4)消防水池容量。當市政給水管網能保證室外消防給水設計流量時，消防水池的有效容積應滿足在火災延續時間內室內消防用水量的要求；當市政給水管網不能保證室外消防給水設計流量時，消防水池的有效容積應滿足火災延續時間內室內消防用水量和室外消防用水量不足部分之和的要求。當消防水池采用兩路消防供水且在火災情況下連續補水能滿足消防要求時，消防水池的有效容積應根據計算確定，但不應小于100m3。當僅設有消火栓系統時不應小于50m3。消防水池的總蓄水有效容積大于500m3時，設兩格能獨立使用的消防水池；當大于1000m3時，設置能獨立使用的兩座消防水池。

1.2 高層建筑消防水泵的選擇與配置

1.2.1 水泵的類型與特點

在高層建筑的消防系統中，水泵是將消防水源供應到各個消防設施的關鍵設備。根據不同的需求和特點，常見的水泵類型包括離心泵、柱塞泵和渦流泵等[2]。

1)離心泵。離心泵是最常用的水泵類型之一，其特點是結構簡單、運行平穩、效率高。離心泵的流量與揚程之間的關系可以通過以下公式計算。

Q = k×H^0.5

其中，Q表示流量，H表示揚程，k為常數。

2)柱塞泵。柱塞泵是一種容積式泵，其特點是能夠提供較高的壓力，適用于長距離輸送和高層建筑消防系統的需求。柱塞泵的流量與揚程之間的關系可以通過以下公式計算。

Q = k×H

3)渦流泵。渦流泵是一種特殊的離心泵，其特點是能夠處理含有固體顆粒的液體。渦流泵的流量與揚程之間的關系可以通過以下公式計算。

Q = k×H^0.75

1.2.2 水泵的安裝位置與數量

在高層建筑的消防系統中，水泵的安裝位置和數量的選擇應考慮到建筑物的高度、消防水源的供應能力以及消防水壓的要求。

首先，水泵應安裝在建筑物的底部或地下室，以便將消防水源供應到各個樓層和消防設施。同時，為了確保消防水源的供應穩定性，建議在高層建筑中設置多臺水泵，以備份和互為替補。

其次，水泵的數量應根據建筑物的高度和消防水壓的要求來確定。一般來說，每個消防水泵的揚程應能滿足建筑物各樓層的消防水壓要求。根據消防規范的要求，每個樓層的消防水壓一般為0.2～0.3 MPa。

1.3 其他備用水源的利用

1.3.1 生活水源的利用

在高層建筑的消防系統中，除了市政供水和消防水池之外，還可以考慮利用生活水源作為備用水源。生活水源可以是建筑物內部的自來水系統或其他非消防用途的水源。生活水源的利用可以通過設置合適的閥門和管道連接來實現。當市政供水或消防水池的供水出現問題時，可以通過切換閥門的方式將生活水源引入消防系統，以保證消防水源的供應[3]。

同時，為了確保生活水源的可靠性和水質安全性，需要對生活水源進行定期檢查和維護。此外，還需要設置適當的過濾和處理設備，以確保生活水源符合消防用水的要求。

1.3.2 雨水收集系統的應用

雨水收集系統是另一種備用水源的考慮方案。通過收集和儲存雨水，可以在市政供水或消防水池供水不足時提供備用水源。雨水收集系統的應用可以通過設置雨水收集裝置、儲水罐和管道連接來實現。收集到的雨水可以通過過濾和處理設備進行凈化，以確保水質符合消防用水的要求。

雨水收集系統的容量和數量的設計應根據建筑物的需求和雨水資源的可利用性來確定。可以通過以下公式計算雨水收集系統的容量。

V = A×R×C

其中，V表示雨水收集系統的容量，A表示建筑物的屋面面積，R表示年平均降雨量，C表示雨水收集效率。

2 高層建筑消防水壓保障技術研究與應用

2.1 水壓調節設備的選擇與配置

2.1.1 減壓閥的原理與應用

減壓閥是一種常用的水壓調節設備，其原理是通過閥門內部的調節裝置，如彈簧、活塞等，來控制水流的流速和壓力。當供水管道的壓力超過設定值時，減壓閥會自動調節閥門的開度，使水壓保持在設定范圍內。在高層建筑的消防系統中，減壓閥可以用于調節供水管道的水壓，以滿足消防系統的需求。

減壓閥的應用可以通過設置在供水管道上來實現。根據消防系統的要求和設計參數，選擇合適的減壓閥型號和規格。減壓閥的選擇應考慮到供水管道的壓力和流量，以及消防系統的水壓要求。

2.1.2 變頻調速水泵的優勢與應用

變頻調速水泵是一種先進的水壓調節設備，其工作原理是通過控制器和變頻器來實現對水泵的轉速調節。根據消防系統的需求，通過調整轉速，可以實現精確的水壓控制，確保消防系統的正常運行。變頻調速水泵的優勢在于可以根據消防系統的需求實時調整水泵的運行速度和水流量。通過改變水泵的轉速，可以有效地控制供水管道的水壓。

變頻調速水泵的應用可以通過設置在供水管道上來實現。根據消防系統的需求和設計參數，選擇合適的變頻調速水泵型號和規格。變頻調速水泵的選擇應考慮到供水管道的壓力和流量，以及消防系統的水壓要求[4]。

2.2 區域供水系統的設計與實施

2.2.1 分區供水與管網設計

在高層建筑的消防水壓保障技術中，分區供水是一種常用的設計策略。通過將建筑物劃分為不同的區域，每個區域都有獨立的供水系統，可以更好地控制和調節水壓。

1)分區供水設計。在進行分區供水的設計時，需要考慮以下因素：①建筑物的結構和布局。根據建筑物的結構和布局，確定合適的分區方案，確保每個區域都能夠得到足夠的水壓供應；②消防系統需求。根據消防系統的需求，確定每個區域的消防水源和供水管道的規格和容量；③水壓調節設備。根據每個區域的水壓需求，選擇合適的水壓調節設備，如減壓閥和變頻調速水泵，來保證每個區域的水壓穩定。

2)管網設計。在管網設計方面，需要考慮以下因素：①管道布局。根據建筑物的結構和布局，設計合理的管道布局，確保供水管道的路徑短且直接，減少水流阻力和壓力損失；②管道規格和容量。根據每個區域的供水需求和水壓要求，確定合適的管道規格和容量，以保證足夠的水流量和水壓供應；③管道材料和連接方式。選擇適合高層建筑消防系統的管道材料，如不銹鋼或銅管，以及可靠的連接方式，如焊接或螺紋連接，以確保管道系統的穩定性和耐久性。

2.2.2 分區水箱與供水壓力的關聯

分區水箱是區域供水系統中的重要組成部分。它可以用來儲存水源，并通過供水泵提供水壓。分區水箱的容量和供水壓力的關聯可以通過以下公式計算：

P = (ρgh + Pp)/ A

其中，P表示供水壓力，ρ表示水的密度，g表示重力加速度，h表示水箱的有效高度，Pp表示供水泵的壓力，A表示供水面積。

根據消防系統的需求和每個區域的水壓要求，可以確定分區水箱的容量和高度。同時，需要根據供水泵的性能和工作條件，確定供水泵的壓力。

為了保證供水壓力的穩定性，分區水箱應設置合適的進水和排水口，以及水位控制裝置。水位控制裝置可以根據水箱的水位變化自動控制供水泵的啟停，以保持恒定的供水壓力。

3 消防水源安全性供水策略

3.1 消防水源的備用與監控

在高層建筑的消防水壓保障技術中，消防水源的備用與監控是確保消防系統正常運行的關鍵因素。消防水源的備用是指在主要供水源發生故障或無法正常供水時，能夠及時切換到備用供水源，保證消防系統的可靠供水。而消防水源的監控則是指對消防水源進行實時監測，確保其正常運行和供水狀態的可靠性。

首先，消防水源的備用是為了應對主要供水源故障或停水情況而設計的。在高層建筑中，主要供水源可能會受到各種因素的影響，如供水管道破裂、供水壓力不穩定等。因此，設置備用供水源是非常必要的。備用供水源可以是其他水源，如水井、水泵或其他建筑物的供水系統。在設計時，需要考慮備用供水源的可靠性、供水能力和供水壓力等因素。同時，備用供水源應與主要供水源相互獨立，以確保在主要供水源發生故障時能夠及時切換到備用供水源。

其次，消防水源的監控是為了實時監測供水狀態和供水壓力，確保消防系統的正常運行。監控系統可以通過傳感器、儀表和監控設備等實現。監控系統應能夠監測供水源的供水能力、供水壓力、水位、水質等參數，并及時報警或提供報警信號，以便消防人員能夠及時采取措施。監控系統還應具備數據記錄和遠程監控功能，以便對供水狀態進行分析和評估，并及時進行維護和修復。

3.2 火災發生時的緊急供水措施

首先，應設置緊急供水控制閥門。這些閥門可以手動或自動控制，用于切斷非緊急用水管道，優先保障消防系統的供水。當火災發生時，可以通過操作這些閥門，將供水重定向到消防系統。

其次，應設置緊急供水泵。這些泵可以是備用消防水泵或其他緊急供水泵。在火災發生時，可以啟動這些泵，提供額外的供水壓力和流量，以滿足消防系統的需求。

4 結語

綜上所述，在高層建筑消防水源設計與水壓保障技術研究與應用中，我們深入探討了消防水源的安全性供水策略。通過備用與監控系統的合理設置，以及緊急供水措施的實施，可以確保消防系統的可靠供水和正常運行。這些技術的應用不僅提高了高層建筑消防安全的水平，也為保護人員生命和財產安全提供了有力保障。然而，我們也要意識到，消防水源設計與水壓保障技術的研究與應用是一個不斷發展的領域，需要不斷更新和完善。下一步，希望通過相關專業人員的努力，為高層建筑消防安全做出更大的貢獻，為建筑安全和人員生命安全保駕護航。