浅析“消防水泵从市政管网直接抽水时应设置有空气隔断的倒流防止器”.doc

浅析“消防水泵从市政管网直接抽水时应设置有空气隔断的倒流防止器”摘要 新实施的消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014中5.1.12条提出“消防水泵从市政管网直接抽水时，应在消防水泵出水管上设置有空气隔断的倒流防止器；”。笔者以同济大学教学科研综合楼项目为例，对高层建筑采用消防水泵从市政管网直接抽水的消防给水系统在设计过程中遇到的问题和考虑的解决办法进行了介绍。分析了消防水泵从市政管网直接抽水时设置有空气隔断的倒流防止器的必要性。关键词 GB50974-2014 消防水泵 直接抽水 有空气隔断的倒流防止器Analyze when the firefighting pump pumping directly from the municipal pipe network, the backflow preventer with air gap should be equipGong Haining(Tongji architectural design (Group) CO, LTD, Shanghai 200092, China)Abstract: The new implementation of the Code Technical code for fire protection water supply and hydrant systems GB50974-2014 point when the firefighting pump pumping directly from municipal pipe network, the backflow preventer with air gap should be set on the outlet pipe of the pump; in its item 5.1.12. Author takes the project Education and Research Complex Building of Tongji as an example, introducing the encountered problems and solutions in design of a fire water supply system in a high-rise building which firefighting pump pumping directly from municipal network. Analyzes the necessity of equipping backflow preventer with air gap when the fire fighting pump pumping directly from the municipal network.Keywords: GB50974-2014; Firefighting pump; Pumping directly; Air gap消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014（以下简称消规），自2014年10月1日起实施。规范继承了建筑设计防火规范（以下简称建规）和高层民用建筑设计防火规范（以下简称高规）中有关消防给水和消火栓系统设计的相关内容，涵盖消防水源、 供水设施、管网及消火栓用水设备等多个方面。就消防给水和消火栓系统设计的相关内容而言，与建规和高规相比，这本消规的内容变动很大。而消防给水和消火栓系统的设计是建筑给水排水设计中非常重要的组成部分。目前广大给排水设计人员都在积极地学习和讨论消规的相关内容。笔者在学习消规的过程中，从消规5.1.12条中关于消防水泵直接从市政管网吸水的相关规定，联想到了之前设计项目中遇到的问题，特撰文加以探讨。消规5.1.12条第2点原文如下：“5.1.12 消防水泵吸水应符合下列规定：1 。2 消防水泵从市政管网直接抽水时，应在消防水泵出水管上设置有空气隔断的倒流防止器；3 。”笔者在读到这条规范的时候，想起了在之前设计的同济大学教学科研综合楼项目中遇到的问题。同济大学教学科研综合楼位于同济大学本部校区东北角，占地1.57公顷，总建筑面积46240平方米。地下1层，地上21层，是一栋集教学、科研、办公等多项功能的综合楼，建筑高度98.00米。作为同济大学百年校庆的重要项目，2003年开始设计，2007年同济大学百年校庆时竣工投入使用。同济大学教学科研综合楼属于典型的一类高层公共建筑，项目的消防给水采用临时高压给水方式，消防给水系统竖向分区，消防泵直接从市政给水管网吸水，建筑消防用水量见表-1。其中室内消火栓系统采用两个压力分区。地下1层至地上12夹层为低区，地上13层至21层为高区。高区消防给水由消防水泵和消防水箱联合供水，低区消防给水经减压阀减压供水。自动喷水系统采用两个压力分区。地下1层至地上12层为低区，地上12夹层至21层为高区。高区消防给水由消防水泵和消防水箱联合供水，低区消防给水经减压阀减压供水。消防用水量 表-1用 途设计秒流量火灾延续时间一次灭火用水量室外消防30L/S3小时324m3室内消火栓系统40L/S3小时432m3自动喷淋系统30L/S1小时108m3合 计 +100L/S+864m3项目建设地点是上海地区，根据当时上海市水灭火系统的地方规范上海市工程建设规范民用建筑水灭火系统设计规程DGJ08942001 J100892001（以后简称水灭火规程）第5.1.5条“符合下列情况之一的建筑应设消防水池：1。市政给水管道、引入管不能满足消防用水量；2。市政给水管道为枝状或只有一条引入管，且室内消火栓用水量超过15L/s。注：超高层建筑宜设消防水池”。的规定。本项目符合以下条件：1. 市政给水管道、引入管能够满足项目消防水量的要求；2. 市政给水引入管从周边的市政环状管网接出；3. 建筑高度为98米，不属于超高层建筑。所以按照水灭火规程的规定，本建筑可以不设置消防水池，消防水泵采用直接从市政管网吸水的给水方式。但在设计过程中发现了以下问题：由于本项目采用临时高压的消防给水方式，由屋顶高位消防水箱和地下室消防泵房内的消防水泵联合供水。而本项目建筑高度98m（与超高层建筑的划分标准之间仅相差2米），在屋面安装的高位消防水箱的高水位与消防水泵吸水口之间的高差达到了约106m。在采用消防水泵直接从市政管网吸水的工况下，水泵出水管一侧由于承受来自屋顶消防水箱的高水压，约为1.04MPa，而水泵吸水管一侧的市政水压只有约0.16MPa，在这种情况下，即使消防水泵出水管上安装有止回阀，也很可能在长时间高背压条件下产生倒灌现象，对市政给水管网造成污染。这种由于消防水泵一侧高背压而产生的回流污染在设置消防水池的情况下不会产生。因为按照规范要求设置的消防水池补水管与消防水池的溢流水位之间有空气隔断，可以防止产生虹吸回流污染，也不具备产生背压回流污染的条件。那么是否说明消防水泵直接从市政管网吸水的方式不合理呢？笔者认为：消防水泵直接从市政管网吸水的方式还是有其优点的，以上海为例，上海地区建筑密度大，高层建筑众多，如果每栋建筑都兴建消防水池，则会有极大量的消防水池分布于上海地下。这对寸土寸金的上海无疑是一种巨大的浪费。而同时上海地区市政管网条件好，城市环状供水管网完全可以满足大部分建筑的室内外消防用水要求。对符合规范要求的建筑允许消防水泵直接从市政管网吸水，这样在满足消防用水安全性的条件下，节约了大量的建筑空间，科学地在安全性与经济性之间找到了一个合适的平衡点。那么如何解决高度较高的高层建筑在采用消防水泵直接从市政管网吸水的给水方式时面临的背压倒流污染隐患呢？在同济大学教学科研综合楼的设计过程中，笔者和多位给排水工程师以及上海市自来水公司的技术人员经历了多次讨论。在讨论过程中提出了以下几种方案：方案a：自来水公司的技术人员提出，为防止消防系统内的水倒灌、污染市政管网，应该将高位消防水箱与其他生活水箱合用，通过不断更新消防水箱内的储水，来防止消防水箱水质恶化。结论：该方案对防止消防水箱储水水质恶化有一定作用，可以采纳，但应采取确保消防用水不作他用的技术措施。该方案对防止消防水泵处的背压倒流污染没有任何作用。同时该方案只能更新合用水箱内的消防储水，室内消防管网内的水并不能通过这种方式得以更新。而如果发生倒流污染，在管网静压作用下率先倒流入市政管网的正是室内消防管网底部的水。方案b：用倒流防止器代替消防水泵出水管道上的止回阀，防止回流污染。结论：由于当时市场上的倒流防止器实际上是两个独立止回阀的串联装置。所以该方案对防止消防水泵处背压倒流污染的效果要比常规只安装一个止回阀的做法效果要好。但实际效果仅相当于增加了一个串联的止回阀，其本质没有改变，在长时间高背压条件下，消防管网系统内的存水仍有可能突破两道止回阀，产生背压倒流。方案c：设置消防取水井，在消防管网与市政给水管网间设置空气隔断，解除产生背压倒流污染的条件。结论：由于设置了消防取水井，产生了空气隔断，解除了产生背压倒流污染的条件。但消防取水井的市政补水管与消防取水井最高水位之间应按相关规范要求设置，保证空气隔断的有效性，防止虹吸倒流产生。需要根据市政管网的补水能力计算消防取水井的有效容积，保证火灾时的消防用水量。这里所说的市政管网的补水能力是指在市政管网的管径满足建筑室内外消防用水量要求的前提下，可以采用消防水泵直接从市政管网吸水的给水方式。为了防止可能产生的背压倒流污染，采用设置消防吸水井的方式，此时还应该复核市政管网的供水压力。因为由市政管道向消防取水井补水是管口自由出流，这与水泵直接从市政管网吸水是不同的。在相同的市政给水压力下，水泵直接从市政管网吸水（由于水泵吸水产生的抽吸作用）的取水量会比以管口自由出流方式向消防取水井补水的流量大。消防取水井的有效容积应该考虑满足同时投入使用的消防水泵的5min的最大吸水量，同时还应该考虑储存在火灾延续时间内市政给水管在最低市政保证水压下的补水能力与消防用水量之间的差值。以上3种讨论的方案都有局限性：方案a：不能解决产生背压倒流的问题。方案b：只是加强了防倒流措施。在长时间高背压条件下，只能减少或者延缓背压倒流现象。方案c：引入空气隔断，可以解决背压倒流问题。但设置消防吸水井，也需要占用一定的建筑面积，需要相应的土建配套。削弱了消防水泵直接从市政管网吸水方式的优势。同时设置消防集水井的做法在理论上可行，但在工程实践中还缺乏规范依据，因为规范明文提及的只有消防水泵从消防水池吸水和消防水泵直接从市政管网吸水两种方式。以上3种方案和讨论结果是在当时的规范要求和产品性能条件下得出的。在当时的市场上，我们所知的倒流防止器一般都是两个独立止回阀直接串联的构造，可以称为“双止回阀倒流防止器”。目前市场上仍然有“双止回阀倒流防止器”，在只需要防止轻度回流污染的场合依然适用。随着给水排水相关产品的升级进步，现在市场上出现了消规中提到的“有空气隔断的倒流防止器”，笔者了解到“有空气隔断的倒流防止器”一般由两个独立作用的止回阀和一个泄水阀组成。两个独立作用的止回阀通过一个泄水阀串联在一起。其工作原理为：当水流按正常流向流动时，泄水阀在倒流防止器进出口之间的压力差下保持关闭，水流正常流动；当倒流防止器的进口压力下降，产生倒流趋势时，倒流防止器的进出口压力差减小，当达到设定值时，泄压阀开启泄水，空气即进入倒流防止器的中间腔室，形成空气隔断，防止倒流现象产生。随着倒流防止器的革新、完善，使得消防水泵从市政管网直接抽水的消防给水方式对市政管网而言更加安全。笔者认为，消规中关于“消防水泵直接从市政管网抽水时，应在消防水泵出水管上设置有空气隔断的倒流防止器”这一强制性条文，结合了给水排水设备的革新，在工程实践中具有现实意义。随着我国各个城市市政基础设施的完善，将会有越来越多地区的市政给水管网满足消防水泵直接吸水的要求。这将节省大量兴建消防水池的投资和占用的建筑面积。同时随着城市建设发展，将会有越来越多的高层建筑出现，消防水泵进水侧和出水侧的高压力差的情况会在消防水泵直接从市政管网抽水的给水系统中成为常态。在这样的趋势下，要求在消防水泵出水管上设置有空气隔断的倒流防止器十分必要。那么对于采用消防水泵直接从市政管网抽水的单层，多层建筑呢？很显然消防水泵进水侧和出水侧的压差一般情况下会比高层建筑中的压差小，在有些案例中可能只要在消防水泵出水管上设置止回阀或者双止回阀倒流防止器就可以防止倒流了。那么消规中没有区别得要求所有消防水泵直接从市政管网抽水时，应在消防水泵出水管上设置有空气隔断的倒流防止器的作法是否合理呢？笔者认为，由于实际工程中各种建筑的功能不同，导致其中水灭火系统的设置不同，进而对消防给水系统的稳压压力要求不同，即消防水泵出水管侧的压力不同；同时各地区的市政水压并不一致，而且市政管网也可能由于各种原因产生压力波动，即消防水泵吸水管侧的压力不同。所以无法简单从建