高层消防系统水锤防护设计误区分析

某高层住宅小区消火栓系统水锤防护设计分析摘要 近年来，国家房地产行业发展迅猛，大型住宅小区、高层、超高层的综合体等高层建筑层出不穷，目前高层建筑的消防系统多为临时高压系统，多采用水池水泵水箱联合供水的方式。在消防系统的运行和检测过程中，大家对于水锤的关注度越来越高。以济南某高层住宅小区室内消火栓系统为例，进行消防系统的水锤防护计算，并通过计算结果对目前建筑消防水锤防护存在的问题进行了技术分析。关键词：高层建筑 消防系统 水锤防护A high-rise residential fire hydrant system design and analysis of water hammer protectionAbstract：In recent years, the countrys real estate industry developing rapidly, a large residential area, high-level, high-rise complex tall buildings emerge in endlessly, at present, a lot of high-rise building fire system for temporary high pressure system, use the pool, water pump, water tank joint water supply way. In the process of the operation of the fire protection system and detection, all for the attention of water hammer is higher and higher. A high-rise residential indoor fire hydrant system in jinan as an example, the calculation of fire protection system of water hammer protection and through the calculation results of the current problems existing in the building fire water hammer protection are analyzed in technology.Keywords：High-rise buildings Fire protection system Water hammer protection1 工程概况本工程位于山东省济南市济南东部城区,南接旅游路,西邻建设中的南北主干道凤凰路,东至汉峪中路,北为规划路。项目内包括三个地下车库,12栋高层住宅(3栋31层、3栋24层、1栋18层、5栋10-12层)及北侧3层幼儿园。水箱间设于小区最高的5#住宅楼顶，5#住宅楼正负零绝对标高为136.30，建筑高度92.90m，消防水泵房及消防水池设于与5#楼相连的地下车库内，泵房地面的绝对标高为130.80。本工程已于2014年竣工验收。2 系统选择根据高层民用建筑设计防火规范GB50045-95（2005年版），本工程采用临时高压给水系统，室内消火栓用水量为20L/s。平时由设于5#楼顶的消防水箱和设于消防泵房的稳压泵进行稳压。火灾时，消防泵启动，消防水池内储存2h的消防用水量。3 水锤水锤也称水击，它是管道中因某些因素导致流体产生流速急剧变化而引发管道内液体压力急剧变化的现象。在高层建筑的消防系统中常见的水锤现象有：压力波动、稳压泵频繁启动、管道异响、报警阀异常报警、管道破裂、管网测压正常但喷头不出水等。以上这些现象均较为常见，但又很难解决，轻者影响居民的正常生活和休息，重则影响消防系统的安全运行。根据消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014的5.5.11条规定：消防水泵出水管应进行停泵水锤压力计算。因此，以本工程为例，对本工程进行水锤计算复核。4 水锤计算本工程将消防环状管网简化为枝状管网，以带有高位消防水箱的5#楼为例，进行水锤计算。管道稳态时压力如图1。图1：管道稳态压力图4.1 水泵出口仅安装普通止回阀水泵出口仅安装普通止回阀时管路停泵水锤计算结果如图2。从图中可以看出，在仅安装普通止回阀的情况下，消防泵停泵后，由于普通止回阀的快关特性，止回阀后将产生严重的关阀水锤，止回阀处最大升压达到1161m，沿线最高压力都在800m以上，同时管路沿线均有断流现象产生，由此证明管路沿线因为止回阀的快速关闭造成了管路沿线产生了连续的断流弥合水锤。图2：水泵出口仅安装普通止回阀计算图4.2 水泵出口安装普通止回阀及超压泄压阀水泵出口安装普通止回阀及超压泄压阀时管路停泵水锤计算结果如图3。从图中可以看出，安装超压泄压阀后水泵出口处压力有明显下降。对于水泵端保护效果明显，但是管路沿线仍全线产生断流弥合水锤。同时通过图表可以看出，管路的升压主要原因是断流弥合水锤。图3：水泵出口安装普通止回阀及超压泄压阀计算图4.3 水泵出口安装普通止回阀及箱式双向调压塔图4：水泵出口安装普通止回阀及箱式双向调压塔计算图水泵出口安装普通止回阀及箱式双向调压塔时管路停泵水锤计算结果如图4。通过图4与之前图表对比可以看出箱式双向调压塔对管路消除断流弥合水锤效果明显，管路沿线水锤升压也有显著降低。但在管网末端，仍有断流弥合水锤产生。4.4 采用缓闭止回阀和箱式双向调压塔4.4.1缓闭止回阀的缓闭时间选择图5：10S关闭止回阀水泵特性曲线图6：30S关闭止回阀水泵特性曲线图7：60S关闭止回阀水泵特性曲线通过对缓闭止回阀的缓闭时间进行设定计算，从图5到图7中的计算结果可以看出，水泵在停泵3S左右水流开始带动水泵反转。且在16S左右时水泵反转转速达到最大。因此缓闭止回阀的快关时间建议在3S以内，关闭时间在16S之内。4.4.2 3S快关，10S关阀水泵出口采用缓闭止回阀，止回阀快关时间3S，关闭70%，10S全关闭。止回阀后设置箱式双向调压塔，通过图8的计算结果可以看出，采用缓闭止回阀后，管网全线压力未出现明显的升高，达到了系统水锤防护的目的。图8：水泵出口安装缓闭止回阀及箱式双向调压塔计算图5 计算结果分析：5.1 消防系统应对系统进行水锤计算根据消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014的5.5.11条规定：消防水泵出水管应进行停泵水锤压力计算。但是从以上各项计算结果可以看出，仅对消防泵出水管进行水锤计算并不能保证消防系统的安全运行，应对整个消防系统进行水锤计算。5.2 应对水锤防护措施进行验算通常进行消防泵房设计时，仅在水泵出水管设置止回阀和超压泄压阀或者水锤消除器，但是对于各项防护措施的防护效果未进行验算，通过图3可以看出，仅安装普通止回阀和超压泄压阀并不能解决系统的水锤问题。在选用缓闭止回阀时，应对止回阀的关闭时间进行计算和注明，以本工程为例，如果止回阀缓闭时间过短起不到消除水锤的作用，缓闭时间过长，则会造成水泵反转，引发更为严重的事故。5.3 超压泄压阀不适宜在消防泵房中使用在设计中大家都会常规的在水泵出口端设一个超压泄压阀来保证泵端的压力稳定，实际上超压泄压阀均为先导式的，在工作原理上存在滞后性，通常滞后时间为2、3秒钟，2、3秒钟对于水锤波可能已经在管路中来回传播3、4个回合，根本起不到保护作用。且超压泄压阀为单向防护措施，仅消除超压，对于负压波无任何作用。建议在泵房内采用可以即时动作的箱式双向调压箱，即可消除正压波亦可消除负压波。5.4 排气阀的设置目前多数设计师只在管路最高点或者末端设快速排气阀，而消防管路在施工过程中翻管现象非常多，造成很多的凸起，而这些凸起处无排气措施，造成管路气体排出不畅，轻则影响过水流量、重则发生断流弥合水锤，导致爆管。而设计师在排气阀的选择上也缺少比对。目前市场排气阀多数工作原理均为浮球原理。该类排气阀的缺陷是忽略了排气时气流的顶托力，造成排气阀失效。建议选用性能良好的排气阀。5.5 增强消防主干管三通等管件的承压等级本次计算是将消防环状管网简化为枝装管网进行计算的，管网实际运行时，管路为环状管网，水流变化难以预测，尤其在三通处，极易形成水流撞击，造成局部升压，因此建议将三通等管件的承压等级相对于管路提高一个级别。6 结论为了保证消防系统的安全可靠运行，对于功能重要的高层或超高层建筑的消防系统建议应有专业单位的水锤防护计算报告，并有安全可行的水锤防护措施。根据工程情况，建议组织专项专家评审会。在工程验收时，应增加相应的验收和调试工作。参考文献【1】金锥, 姜乃昌, 汪兴华. 停泵水锤及其防护. 北京: 中国建筑工业出 版社, 19 93 . 4 53 48 7【2】GB50974-2014 消防给水及消火栓系统技术规范【3】GB50045-95（2005年版）高层民用建筑设计规范