高层建筑消防给水系统超压及减压策略探讨

高层建筑消防给水系统超压及减压策略探讨

高进举

上海震成消防工程有限公司

摘要：高层建筑消防给水系统的超压问题是一个亟待解决的安全隐患。本文首先分析了高层建筑消防给水系统超压的原因，包括设计不合理、设备老化、维护不当等。接着，本文介绍了几种常见的减压措施，如安装减压阀、调整水泵运行参数、优化管网布局等，并通过实例说明了这些措施的有效性。最后，本文提出了预防超压问题的建议，包括加强设计审核、定期维护检查、提高操作人员的技能水平等，以确保高层建筑消防给水系统的安全稳定运行。

关键词：高层建筑；消防给水系统；超压；减压措施；安全稳定

随着城市化进程速度的加快，高层建筑日益增多，消防安全问题愈发严峻。消防给水系统是高层建筑防火的重要组成部分，其正常运行对于保障人员生命财产安全具有重要意义。然而，在实际运行中，高层建筑消防给水系统常常会出现超压问题，这不仅会影响系统的正常运行，还可能引发安全事故。因此，研究高层建筑消防给水系统超压的原因及减压措施具有重要的现实意义。

1超压、减压的产生

1.1超压的产生

消火栓给水系统在进行运转的过程中，主要是指水泵所设定的额定条件下开展，为了确保消防过程中最不利部位的消防栓栓口充实水柱与其消防过程中对数量的需求量的水泵扬程均能够得到保证。如建筑物高度过高时，就可能导致底层消火栓出现超压现象。

在给水系统底端的消火栓启动期间，只需根据水量表中的用水量复核，而无需考虑火灾过程中可能使用的水枪数量。无论使用一支或两支水枪，都应保证充足的水流和出水压力。在使用一支水枪时，水泵流量较小，扬程可能无法达到额定标准，导致基层消火栓超压。若底层水泵扬程富余过多，可能引发顶层消火栓超压问题。

1.2减压的产生

根据《高层民用建筑设计防火规范》中针对水量表所指定的相关要求来进行水泵流量的设计，并根据建筑的具体高度以及消火栓的栓口充慢水柱中相关要求来确定扬程。但若建筑的高度相对较高，就非常容易致使其底层的消火栓发生超压的情况；在对消火栓口的出血压力进行复核期间，若采取对一支消火栓或者任意的两支消火栓出血量进行启动的方式来对其减压孔板或者减压阀的设置，以此来改变减压的现象，但针对该情况若在其出现减压情况后，其超压的楼层其消火栓的动压通常能够充分满足相关标准所指定的水柱的要求，但若同时对多支水枪进行使用进行灭火处理期间，那么相应楼层就非常容易导致动压出现整体偏低的情况。

1.3消防水箱供水超压计算

当建筑在出现火灾时，在初期阶段通常是通过高位消防水箱给水系统来为消火栓提供水供应以此实现有效灭火处理，在这个过程中往往需要同时使用1-3支水枪。为了能够达到标准所设定的10min的供水时间，就必须针对存在超压现象的消火栓实施相应的减压处理，从而实现对水枪出流量的有效控制。

结合底层消火栓的实际情况，其出水量的计算公式如下：

上述公式中，主要用于对下层消火栓栓口部位水压进行表示；主要用于对上层消火栓栓口部位水压进行表示；、分别表示上、下层消火栓的消防出水量。

2超压问题原因分析和防范减压建议

2.1产生超压问题的原因分析

导致消防给水系统出现超压问题的主要原因，可概括为以下几点：

2.1.1不合理的竖向分区设计

当建筑的楼层较高时，尤其是当前不少城市建立了大量的超高建筑，其在对给水系统进行竖向分区设计过程中，并未严格根据标准要求的1.2MPa工作压力来进行处理。

2.1.2给水系统出水量较少

当建筑在出现火灾时，通常情况初期阶段只会有部分的自动喷水灭火系统进行喷水，或者在进行终端进行试水的过程中，自动喷水灭火系统所喷出的水量非常小，但其配置的加压泵均是根据相关要求来进行动力提供，两者之间的压力出现较为明显的倍数差。针对该情况下，喷头在小流量的状态下实施运作，这势必会致使加压泵的扬程幅度因此增长，故导致喷水系统表现出超压现象。

2.1.3水泵的结合器出现超压现象

部分消防给水系统其在设计时，针对竖向分区范围内的下区与上区均采用了共同的水泵结合器，但在对用于避免串压的止回阀在进行安装时，并未得到有效的密封处理，导致下部区域表现出超压问题；此外，当建筑中的消防给水系统通过消防车消防泵来获取供水时，极易引起成管网有超压问题，特别是针对消防车与系统的消防泵，当其处于串联工作状态下时，就必须会造成较为严重的超压问题。

2.1.4水锤超压

当出现突然性停电导致消防泵不得不停止运转或者当其发生故障时使得消防泵无法运转时，都会引起水锤表现出超压现象[3]。

2.1.5未配置相应的排气装置

未根据相关规定要求的数量和位置为给水系统配置排气装置，造成管网中的空气长时间处在一个压缩的状态下，经过一段时间的积累最终引发超压问题。

2.2减压与泄压防范

要实现对给水系统超压问题的有效改善，那么就必须结合引起超压问题的原因来对其实施有效的减压、泄压处理，具体可通过以下三种方式来实现：

2.2.1对消防给水系统的承压能力进行提升：为了避免在发生超压时，给水系统受到损害，可对其承压能力进行提升。

2.2.2合理技术有效预防超压

①选取流量-扬程曲线现对较为平缓的消防泵来取代以往的传统的消防泵，此外，还可根据建筑消防给水系统的实际情况，选用具有切线、水冷直联或者变频调速等功能的消防泵。②结合建筑实际，合理布置管网位置，确保配水管两侧喷头均匀分布，以实现水压平衡。同时，科学选择给水系统下方分区，有效控制分区压力值。对于建筑高度不超过120m的情况，采用减压阀与分区水泵并联，保证消防泵给水系统压力；对于超过120m的情况，可设置中间水箱串联或串联多台消防泵处理。

2.2.3减压与泄压处理

通过对气罐阀、安全阀等进行合理运用，来实现对超过了压力范围内的压力进行减压和泄压处理，从而有效避免对给水管网造成损坏。

2.3相应的泄压和稳压设施

运用回流管、安全阀、泄压阀、稳压阀以及气压罐等泄压和稳压装置进行合理运用，通过大量的实践表明，其中泄压阀具有较高的灵敏度、准确性和可靠性，其在预防超压对给水系统造成的损害上效果显著[4]。通过对泄压阀进行合理运用的过程中，必须对泄压阀口径问题进行注意。泄压阀口径是致使水泵实际扬程、流量以及工作点受到影响的关键。

根据图1来看，RAB主要用于对AB端阻力曲线进行表示；H-Q主要用于对水泵的流量-扬程曲线进行表示；B点则主要是指泄压阀所安装的部位，Q’则用于对泄流量进行表示。根据Q’到BC段管的阻力曲线RBC来看，通过将RAB与RBC相互串联，使其能够形成一个阻力曲线R，此时H-Q与R能够相互交汇，并形成一个M点，其可被视为是水泵的具体工作点。

图1  管中分出部分流量的供水曲线

另通过对图1进行观察可观察这样的规律，随着泄压阀口径的逐渐增加，其RBC位置也逐渐偏向右侧，Q值也会逐渐增加，曲线R所处位置也就逐渐降低，M点的位置也必然会表现明显的下降。泄压阀口径影响水泵工况和扬程-流量曲线。确定泄压阀口径时，应结合水泵出水管大小，以稍小或相同口径为宜。考虑曲线R相较于RAB明显较高，并且属于RAB与RBC相互串联的曲线，为此，在M点工况下，相较于原本无泄压阀的水泵的工况点更高。

图2为水泵出口止回阀在装配泄压阀后的工作原理。通过在消防水泵的出水管上段安装一个消防水池支管，并在支管上配置适当的泄压阀，系统得以在管网压力超过预设阈值时，自动通过泄压阀调节回流，从而实现对系统压力的有效控制。在建筑物内部发生火灾时，尽管实际的消防用水量可能并不大，但供水泵仍会按照其预设的特性曲线运行。这时，通过人为干预操作泄压阀，可以实现对“实际消防用水量”的灵活调整，使系统能在最理想的状态下运行。随着实际用水量的增加，系统压力会相应下降，当压力降至泄压阀设定的阈值时，泄压阀会自动关闭。

图2  回流泄压装置示意图

3结论

总而言之，随着国家加大了对高层建筑消防的全面整治力度，越来越多的高层建筑都开始配置相应的自动喷水灭火系统，但其在实际运行期间，所表现出超压问题却成为了研究的热点。针对消防给水系统超压问题预防中，主要通过减压、泄压的方式来进行防范，这就要求在对建筑消防给水系统进行设计期间，必须从其楼层高度、给水系统运行情况来进行综合考虑，以此提供有效超压控制方法，从而实现给水系统运行功能的保证和使用寿命的延长，更好的保证建筑在火灾发生时，可能表现出的各方面问题，使得建筑内人员的人身财产安全得到保障。

参考文献：

[1]刘芬.关于高层建筑消防给水系统超压及减压分析[J].房地产导刊,2020(2):116.

[2]张帆,韩鹏,于群利,等. RCW检修备用厂房消防水系统超压故障分析及处理[J]. 设备管理与维修,2022(10):83-84.

[3]王祥意.高层建筑消防给水系统超压问题对策及其优缺点[J].建筑·建材·装饰,2020(13):130-131,134.

[4]朱冰,徐长坤.高层建筑消火栓给水系统超压问题及如何解决[J].百科论坛电子杂志,2020(11):1709.