超高层双塔楼生活、消防给水系统方案选用一..

超高层双塔楼生活、消防给水系统方案选用

一.项目概况

超高层双塔楼项目总建筑面积为16.7万m2，定位为高端甲级综合写字楼,主要为两栋塔楼A座和B座，A座塔楼地上40层，建筑高度166.40m，B座塔楼地上22层，建筑高度为95.10m，地下2层可调式减压阀，埋深9.60m。

鸟瞰图

二.生活给水系统

1.生活给水方案分析

《建筑给水排水设计标准》针对高度超过100m的建筑，第3.4.6条明确：“宜采用垂直串联的供水方式”，术语第2.1.19条串联供水：“建筑各竖向给水分区逐区串联增（减）压供水的方式”，可能对很多初学者还是会不明白，会单纯的理解为仅水泵垂直串联在一起，竖向传递这一供水方式。

在解读串联供水这个术语前，我们需要先明确一下垂直串联泵组的作用是什么，是为了管网中的水逐级向上传输补水而不涉及到供给用户用水点，其串联的泵组应理解为转输用泵组，这样我们可以得出两个词：转输泵组、供给泵组，尽管两者都是给水泵组，但两者设置的位置不同，其理解也就不一样。

接着我们再结合2009版措施表2.3.9-1给水图式无水箱的方式，

第四列分区串联供水和表2.3.9-2 给水图式有水箱的方式，

第五列分区串联供水，可以得出无水箱式的单纯泵组竖向串联和有水箱式的箱、泵组合竖向串联两种供水方式。从图示看，⑴无水箱式泵组竖向串联，实质是最上一区供给泵组和其下的转输泵组的串联，最上一区供给泵组仅供给至用户用水点，其下的转输泵组，其出水主管依次串联。注意转输泵组出水管后管网不要供给用户用水点，实际设计也是这样操作。不建议从供给泵组后的用水管网上设置转输泵组吸水向上传递的原因，如同不能从市政管网上直接设置给水泵组吸水的道理一样；⑵有水箱式箱、泵组合竖向串联，图示实质是各分区高位生活水箱和转输泵组的串联，各区高位生活水箱除重力供给本区用户用水点的需要，还担负着转输泵组吸水供给上区高位生活水箱的启泵水量。

讨论1：本区用户用水点的供给，采用本区低位生活水箱和变频供给泵组的供水方式，此方式在转输泵组存在的情况下，而白白增设一套变频供给泵组，相对高位生活水箱纯自流、无损耗的重力供给，投资及运行成本浪费，不经济，不建议选用。

讨论2：当然也有人可能说采用变频供给泵组除供给本区用水点，能不能作为上区高位生活水箱的转输泵组，变频供给泵组与转输泵组合二为一。不建议，道理同不能从市政管网上直接设置给水泵组吸水。

另外也可以采用各区各泵供给用户用水点，垂直分区并联的方式，本文不作讨论，可参见2009版措施表2.3.9-1 给水图式无水箱式第三列、表2.3.9-2 给水图式有水箱式第三、四列或一泵到顶+垂直分区减压（表2.3.9-1 给水图式无水箱式第五列、表2.3.9-2 给水图式有水箱式第六、七列的供水方式，此方式，建议设计工作压力不大于2.5MPa可适量采用，设计工作压力再大，不建议采用一泵到顶供给至用户用水点的方式，原因是为满足高区用户用水点的水压，其生活水箱处供给泵组的出水水压必然会特别大，有爆管安全隐患，此方式尽可能按标准要求：“针对建筑高度不超过100m的建筑采用”。

再从垂直分区并联的方式引申一些，依据箱、泵组合竖向串联的供水方式，也可以把建筑竖向按不超过100m分大区，每一大区底部设置一处集中生活水泵房，其各小区各泵供给用户用水点，垂直分区并联或一泵到顶+垂直分区减压的供水方式，本文不作讨论。

从以上的分析中，针对超高层建筑，如设计工作压力不大于2.5MPa，大致有八种给水方式可供选用。

2.从给水运行能耗比选项目生活供水方案

办公性质的建筑，标准没有对屋顶生活水箱重力供水和变频恒压供水作一能耗对比，从常识来说，能耗等于提升水量*高度，屋顶生活水箱重力供水模式，其水箱的供水泵可以间断恒速运行在水泵特性曲线上的高效点区域,恒压变频设备供水模式,上班时段（8~10小时）其用水流量也相对均匀，设备也相对在水泵特性曲线上的高效点区域不间断运行，在非上班时段，一般不用水，可以停泵，有些很难判断哪种模式更节能。而住宅等疏散型建筑用水，在用水曲线上，有高山、有驼峰、有尖峰值，如住宅中午、晚上做饭时，晚上洗澡时用水量大，其他时间用水量很小，如果采用恒压变频设备供水模式可调式减压阀，当管网流量比选泵流量小到一定范围时,机组运行效率就会脱离高效区在低效率下运行，必然会有能耗的浪费。

结合超高层双塔楼项目的办公性质，主楼167m，副楼99.9m，，选用的生活供水方案为箱、泵组合竖向串联，表2.3.9-2给水图式有水箱式第五列分区串联供水的方式，由于副楼物业开发商自持运作，所以副楼单独一套生活供水系统。尽管箱、泵组合竖向串联的弊端：尽管高位生活水箱存在荷载增加和二次污染的问题，但在具体设计中，其不足可以通过措施来解决，笔者觉得运行的能耗对系统的比选占在首位。

另参阅2008年第8期《恒压变频调速泵与水泵-高位水箱供水耗能比较》，比较权威的论述了这个观点。

三. 消防给水系统

1.消防给水方案分析

《消防给水及消火栓系统技术规范》第6.2.2条：“系统的工作压力＞2.4MPa时应采用消防水泵串联或减压水箱分区的供水方式”，图示P62、63、65针对超高层建筑列举了目前现行很有代表性的三种消防给水方式。

无转输水箱式泵组（纯粹转输用泵+供水灭火泵）竖向串联的供水方式

有转输水箱式箱、泵组合（转输水箱+纯粹转输用泵+供水灭火泵）竖向串联的供水方式

一泵或多泵到顶部高位消防水池、分区减压水箱的供水方式

2.从安全可靠性、合理性比选项目消防供水方案

无转输水箱式泵组竖向串联的供水方式，在《消防给水及消火栓系统技术规范》实施前的以往设计中，一般未设置转输泵，上区供水泵直接从下区的顶部水平环状管网中吸水。《消防给水及消火栓系统技术规范》实施指南P114要点说明1阐述了泵组竖向串联的供水方式引起的超压问题现阶段还没有良好的技术措施解决。

有转输水箱式箱、泵组合竖向串联的供水方式，《消防给水及消火栓系统技术规范》实施指南P114要点说明1阐述了此供水方式安全可靠，管材要求低，泵组扬程基本稳定，再者水箱有缓冲作用，控制系统简单有效，可靠性高。

一泵或多泵到顶部高位消防水池、分区减压水箱的供水方式一般为常高压系统，适用于建筑高度超过250m的建筑，可充分利用顶部高位消防水池自身重力满足建筑在任何时候的消防给水流量和压力，在发生火灾时无需启动消防水泵，从而提高消防给水系统的可靠性。

结合超高层双塔楼项目建筑高度，主楼167m，副楼99.9m，选用有转输水箱式箱、泵组合竖向串联的消防供水方式。

四.消防给水系统的设计压力、工作压力、系统工作压力术语理解以及换算为额定状态下的设计工作压力

1.术语解读

⑴设计扬程出现频率2次，见2.2 P、10.1.7。

⑵设计压力出现频率8次，见2.2 P、P0、5.3.3、8.3.4、10.1.1、10.1.7、12.3.4、13.2.8。

⑶设计工作压力出现频率7次，见3.4.12、5.1.6（条文为额定设计压力）、5.1.11、5.1.17、13.1.4、13.1.5、13.2.6。

⑷工作压力出现频率8次，见2.1.2、2.1.3、2.1.4、4.3.11、6.2.1、7.2.8、8.2.1。

⑸动压出现频率1次，见7.4.12。

⑹额定压力出现频率1次，见5.4.9。

⑺额定设计工作压力出现频率1次，见13.1.7。

⑻系统工作压力出现频率10次，见6.2.1、8.2.1、8.2.2、8.2.3、8.2.4、8.2.5、8.2.8、12.4.2、12.4.4、C.0.2。

理解：规范基本已删除了⑹⑺额定二字；⑴~⑶设计二字可以理解为纯理论水力计算的额定工作状态下管道中水的压力；⑷⑸可以理解为实际配置水泵的扬程或水源接管处的水压，按此后额定工作状态下管道中水的压力。由于施工时采购的水泵扬程可能没有匹配我们计算的设计值，此时的选型水泵扬程只能大于设计的计算值，如果恰好匹配的，工作压力可等同于设计扬程或设计压力以及设计工作压力；⑻系统工作压力见《消防给水及消火栓系统技术规范》8.2.3条，现行建筑消防给水系统一般采用高位消防水箱+稳压泵组合稳压的临时高压制，其系统的工作压力为消防水泵零流量时的压力、消防水泵吸水口最大静压二者之和, 消防水泵零流量时的压力见第5.1.6条4：不应大于设计工作压力的1.4倍，且宜大于设计工作压力的1.2倍。

系统工作压力术语在《消防给水及消火栓系统技术规范》中主要应用有三处，1处是第6.2.1条：符合下列条件时，消防给水系统应分区供水：3自动水灭火系统报警阀处的工作压力大于1.6 MPa或喷头处的工作压力大于1.2 MPa（此处的工作压力我认为是额定流量时的工作压力，不是系统工作压力，可参见《消防给水及消火栓系统技术规范》指南；此处按报警阀后的配水管道不应大于1.20 MPa，即相当于报警阀前的供水管段不应大于1.24 MPa考虑）；2处是第8.2.8条：架空管道当系统工作压力小于等于1.2 MPa时，可采用热浸镀锌钢管；当系统工作压力大于1.2MPa时，应采用热浸镀锌加厚钢管或热浸镀锌无缝钢管；当系统工作压力大于1.6 MPa时，应采用热浸镀锌无缝钢管（ 8.2.5条类同）；3处是第12.4.2条：压力管道水压强度试验的试验压力依据系统工作压力确定，表12.4.2

2.换算为额定状态下的设计工作压力（即设计替换系统二字。为什么加设计二字，因为图纸图面一般只标注计算出来的泵组扬程参数，施工后期才会采购泵组，不同厂家的泵组扬程有所区别）

《消防给水及消火栓系统技术规范》第6.2.1条：符合下列条件时，消防给水系统应分区供水：3自动水灭火系统报警阀处的设计工作压力大于1.24 MP（此处的工作压力我认为是额定流量时的工作压力，不是系统工作压力，可参见《消防给水及消火栓系统技术规范》指南；此处按报警阀后的配水管道不应大于1.20 MPa，即相当于报警阀前的供水管段不应大于1.24 MPa考虑）；第8.2.8条：架空管道当设计工作压力小于等于0.85 MPa时，可采用热浸镀锌钢管；当设计工作压力大于0.85MPa时，应采用热浸镀锌加厚钢管或热浸镀锌无缝钢管；当设计工作压力大于1.2 MPa时，应采用热浸镀锌无缝钢管（ 8.2.5条类同）；第12.4.2条：压力管道水压强度试验的试验压力依据设计工作压力确定，表12.4.2

按报警阀（前）处的设计工作压力1.24 MPa大致推算可服务的竖向高度：124m-40m（最不利楼层水流指示器处水压）-2m（水流指示器）-4m（湿式报警阀水损）-5m（管路水损）=73m，竖向高度超过73m的建筑需要分区，可通过湿式报警阀楼层集中设置或顶部集中设置的方式解决。

按架空管道设计工作压力0.85 MPa以下采用热浸镀锌钢管大致推算可服务的消火栓给水竖向高度：85m-35m（最不利消火栓口动压）-6m（管路水损）=44m；按架空管道设计工作压力1.2MPa以下采用热浸镀锌加厚钢管大致推算可服务的消火栓给水竖向高度：120m-35m（最不利消火栓口动压）-6m（管路水损）=79m。分区内竖向高度超过80m的，需采用热浸镀锌无缝钢管。

按泵组处计算的设计工作压力参数推算楼层减压阀前管路的试验压力，项目双塔楼低区室内消火栓泵扬程167m,则试验压力为（1.4*P）+40m=1.4*167m+40m=273.8m，2.8MPa；高区室内消火栓加压泵扬程110m，则试验压力为（1.4*P）+40m=1.4*110m+40m=164m，1.7MPa。

3.疑问：如果按系统工作压力选用管材的公称压力、管件、阀门的公称压力以及确定管路的试验压力，推算出来的公称压力、试验压力值都比较大，比较疑惑。尽管《消防给水及消火栓系统技术规范》第8.2.1也已经说明：“消防给水系统中采用的设备、器材、管材管件、阀门和配件等系统组件的产品工作压力等级，应大于消防给水系统的系统工作压力”，但文中写的是工作压力等级，而不是公称压力等级，设计人员可能会有一定的误读。

理解：《消防给水及消火栓系统技术规范》第1~11章节没有说明泄压阀的设置，仅在第12章施工、第13章系统调试与验收有泄压阀的性能、安装要求，可以理解规范不推荐采用泄压阀设置；规范第5.1.6条采取限定消防水泵零流量时压力的上限和下限的措施。在不设置泄压阀情况下，假如楼层局部失火，现场人员开启一只或多只消火栓灭火，其栓口出水流量可能会小于水泵的额定出水流量，至少在火灾灭火持续时间内水泵出水管网压力能限定设计工作压力120%以上、140%以下，泵组仍可以很好的运行在性能曲线上，按此理解管材的公称压力、管件、阀门的公称压力等选用以及管路的试验压力应依据系统工作压力选用，可以确保系统管网安全。

另考虑到消防给水系统设计人员习惯于在水泵出水管段上设置超压泄压阀，所以《消防给水及消火栓系统技术规范》图示P40针对超压泄压的设定值有所提高，提高到设计工作压力（图示是设计扬程，感觉设计工作压力更贴切点）的1.2倍。

针对泵组出水管上已设置泄压阀的消防给水系统，水压达到1.2倍设计工作压力时，系统开始泄压了，是否可以按1.2倍设计工作压力来确定为系统工作压力，以便稍微降低管材等选用的公称压力等级？有待进一步确认。

4.可不考虑管路系统工作压力的情况

对于输水至高位转输水箱的超高层转输水泵，其泵组输水最终的出流至水箱，管嘴开式出流，压力大小一样出水，系统管路中的水不至于闷打，此种情况管材的公称压力、管件、阀门的公称压力的选用以及管路试验压力的确定可不考虑转输泵组零流量时压力的影响。

五.双塔楼上部区域共用避难层一套消防给水泵组，其系统工作压力可能会出现的超压管段以及处理措施

双塔楼《消防给水及消火栓系统技术规范》第6.2.1条1已明确系统工作压力大于2.4MPa时必须分（大）区供水，其低区消火栓泵组服务的竖向高度大致为125m≈240m/1.4-35m（最不利楼层消火栓口动压）-10m（管路水损）/低区自喷泵组服务的竖向高度大致为120m≈240m/1.4-40m（最不利楼层水流指示器处水压）-2m（水流指示器）-4m（湿式报警阀水损）-5m（管路水损）。

超高层双塔楼项目建筑高度，主楼167m，副楼99.9m，副楼高度在低区消防给水泵组竖向高度125m服务范围内，可以与主楼共用低区消防给水泵组。

假如副楼的竖向高度超过125m，低区消防给水泵组的计算扬程172m≈240m/1.4，其出水管处的系统工作压力会超过2.4MPa，则无法共用。此时可以采用与主楼共用主楼避难层高区消防给水泵组，利用连通管原理供水管路从主楼避难层单独拉两路供水管由上到下至地下联通空间，再从副楼由下到上至供水区域，高区泵组出水管从主楼避难层由上到下下行至某一节点时，其管路中系统工作压力可能会大于2.4MPa，在此节点上侧位置可设置可调式减压，但必须注意阀后整定值与再次下行的高差之和，即最底部的水平联通管中的工作压力确保副楼所需的设计压力，但不能大于2.4MPa，从而避免连通管下部管路超压。

自我理解：默认可调式减压阀后整定压力是恒定的，不考虑水泵零流量的压力的影响。

如果最底部的水平联通管中的工作压力无法确保副楼所需的设计压力，那只能副楼自己避难层设置高区消防给水泵组，与主楼完全独立。

六.当地消防车载泵组供水流量和扬程对超高层低区消防给水系统服务竖向地上高度的影响

消防车载泵组一般通过室外水泵接合器与超高层建筑低区的内部消防给水管网直接连接并加压供水扑灭不同楼层的火灾，可有效地解决建筑发生火灾时建筑内部自救的消防设备由于故障而无法启动供水灭火的情况，所以针对超高层低区消防给水系统服务竖向高度需要核实当地车载泵组的供水流量和扬程。

大城市消防力量雄厚，配置消防车的车载泵组的供水流量和扬程相对较大，一般能够满足需求；而对于中小城市消防力量相对欠缺，其超高层低区消防给水系统服务高度需要核实当地消防车载泵组参数，比如车载泵组的扬程180m，则与室外水泵接合器直接相连接的低区的消防给水系统服务竖向地上高度需要推算确定：低区消火栓给水系统的竖向地上高度大致为135m≈180-35m（最不利楼层消火栓口动压）-10m（管路水损）/低区自喷给水系统的竖向地上高度大致为129m≈180-40m（最不利楼层水流指示器处水压）-2m（水流指示器）-4m（湿式报警阀水损）-5m（管路水损）。

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