超高层建筑给排水和消防系统设计

摘 要：超高层建筑给排水和消防系统都是建筑的基础设施又是重要的设施,其设计关系到建筑的使用质量和安全.本文简要介绍了某世纪中心C楼给排水系统、常规消防和特殊消防系统的设计原则和部分设计参数,给出关于构建绿色型建筑的一些节水、节能以及环保措施在设计中加入应用一些新材料、新技术,最后基于规范做出一些思考.

关 键 词：超高层综合楼；导流三通；节水节能；超静音排水管；串联分区；高压细水雾

引言

随着我国经济的不断增长,综合型建筑、超高层建筑等大型建筑项目在城市里越来越多,这样也对其的施工质量要求随之提高.但是,由于在施工前的设计不够严谨完善等原因,大型建筑的一些基础设施和系统例如排水、消防系统经常出现问题,这就对整个建筑的安全使用造成了障碍.下面我们就如何对这些系统设计进行讨论分析.

1工程概况

某建筑地下3层,与同一地块的B楼（30层办公楼）地下室连为一体,主要功能为停车库、设备机房和酒店辅助用房.地上42层,其中1～4层为裙房,为酒店怎么写作区（包括接待、餐饮、休闲、商业等）；6～19层为酒店客房区；21～42层为办公区.不计入屋顶设备机房高度,建筑总高度为153.5m,地上总建筑面积约为7.2万m2.

2给排水系统设计

2.1给水系统

2.1.1冷水系统设计

大楼为超高层综合楼,针对不同用户具有不用性质的用水特点,采用了分区、分质供水的方式.

分质供水方面,在地下3层生活泵房内设置一套水质净化、软化处理设备,并分别设置原水池、净水池、软水池.软水供给酒店洗衣房,净水供给除洗衣房外的酒店其他区域,而办公部分则采用自来水.

分区供水方面,裙房部分采用生活水池→水泵→用水点的变频供水方式,裙房及其屋顶冷却塔分开独立设置变频泵；酒店客房区和办公区各独立采用生活水池→水泵→高位水箱→用水点的高层建筑传统供水方式,其中酒店客房高位生活水箱位于20层避难层内；办公采用两级串联供水,在35层避难层内设置中间生活水箱,此水箱既作为21～34层办公生活水箱,又兼作为向屋顶36～42层办公生活水箱供水的水池.

2.1.2热水系统设计

大楼集中热水供应的区域主要包括酒店的客房、厨房、包房、SPA、游泳池等,根据业主的建议,办公部分根据用户实际需要就地制备热水.

考虑到不同功能区热水使用上的差异,热水系统也做了适当的分区.酒店厨房、包房、SPA共用一套热水系统,在地下3层换热间内设置3台导流型半容积式热水器.为保证冷热水系统分区相同且冷热水压差不大于0.02MPa,酒店的客房又分为6～10层、11～15层、16～19层三个热水次级分区,在5层避难层换热间内分别为6～10层、11～15层独立设置2台导流型半容积式热水器；由于16～19层冷水采用20层中间水箱加压供水,为减少多余管程,就近在20层换热间内为16～19层设置2台导流型半容积式热水器.为进一步改善冷热水压力平衡,除传统的同程回水措施外,本设计热水立管和回水干管的连接采用了导流三通（见图1）,它具有进、出两个回水干管接口和一个垂直于干管的回水支管接口,回水支管内端插入导流三通内且开口方向朝向三通的出水端；通过导流三通,回水支管内的热水能够顺利进入回水干管,并与干管内水流方向保持一致,从而消除远、近热水环路内循环流量的不平衡现象.

另外,在裙房4层设置一个小型恒温室内游泳池,池水采用了太阳能与80℃高温热媒水联合加热的方式.太阳能热水作为热媒通过板换与游泳池循环水间接换热,当热量不足时可由80℃高温热媒水作为辅助热源.

2.1.3节水、节能与降噪

（1）给水系统除了传统的采用阻力小的管材、管件和节水型器具外,合理安装计量表则是利用经济杠杆进行节水.大楼每层和具有独立产权的小单元,以及厨房、游泳池、冷却塔、各类水箱进水、洗衣房等具有特别功能的用水点均设置了远传数字式水表,并将用水信息传递至控制中心,实时监控用水使用情况.

（2）在上述标准中要求各用水点压力不应大于0.2MPa,因此当引入管入口压力大于0.2MPa时,为避免高压下龙头出流量较大,在支管上设置专用的小型减压阀减压供水.

（3）对于用水特点差异较大的功能分区分开独立设置变频泵组,如洗衣房、厨房和冷却塔都分设变频泵组；同种功能分区用水波动较大的采用多台变频泵,如厨房及其包房则设置了3台变频泵.在设计流量变化范围内,各台泵保持在高效区运行；在额定转速时,水泵最不利工况点在高效区段的右端点.为避免小流量时水泵频繁启动,每套变频泵组均设置了隔膜式气压水罐.

（4）热水系统采用强制机械循环,热水设备、供回水管和热媒管均做了保温处理,在热交换器的热媒进出水管上均设置了流量计.换热器按分区就近设置,避免了管路过长造成的热损失.

2.2排水系统

2.2.1污废水设计

室内采用污废水合流,卫生间污水立管均设置专用通气立管,不同的功能分区分设排水系统,避免互相干扰.21～35层办公污水立管在20层避难层内汇合后通过主水管井接至室外；裙房3、4层内包房、SPA管井与6～19层客房管井对应,因此两者污水立管在2层汇合后通过主水管井接至室外.为了分散立管排水压力、减少坡降和抗事故冲击性,每种功能区的汇合立管均不少于2根,并与其他功能区的汇合立管分开设置.厨房独立设置废水立管,并与其他废水分开排放,降低了隔油设备的负荷.

2.2.2雨水设计

大楼的雨水主要来自主楼屋面、裙房屋面和不容忽视的侧墙,经测算毗邻裙房以上1/2主楼侧墙正投影面积约为3300m2,几乎等于主楼和裙房屋面面积之和.主楼屋面较小,采用87型雨水斗按重力流布置立管；裙房屋面承接了主楼侧墙雨水,考虑雨水量较大,传统悬吊管泄流量小等原因,裙房则取10年重现期,采用虹吸雨水排放系统,对屋面雨水分块集中设立管排放.由于屋面面层厚度较小,为安装虹吸雨水斗,结合结构梁的布置,采用了局部梁间降板的措施.另外,根据规范在屋面适当位置设置若干溢流口,减少雨水对建筑结构本体的危害.超高层建筑雨水在立管中下泄时,压力和速度都增长较快,减速降噪实属必要.除采用金属管材外,大楼雨水立管在5、20、35层避难层,采用简单的Π型管件进行雨水消能,缓解了管道的压力.

3消防系统设计

3.1消火栓系统

大楼整体按照一类高层综合楼设计消火栓系统,室内消火栓用水量取为40L/s,室外消火栓用水量取为30L/s.采用消防泵直接串联的分区系统,高区消火栓泵和低区消防水箱设置在20层避难层.为解决低区水泵切换等短时间内的特殊供水,应设管道从低区水箱内抽水,因此条文将低区水箱容积从18m3增加至30m3.为保证最不利消火栓栓口处的静水压力不小于0.15MPa,高低区在消防水箱出水管上均设置了增压泵.值得注意的是当计算消火栓栓口处的静水压力时,很容易忽略增压泵的出水压力；因设置增压泵的目的就是为了维持最不利栓口处的静水压力,所以在分区时应考虑增压泵的出水压力.

3.2自动喷水灭火系统

大楼地下部分危险等级为中危险Ⅱ级,地上部分为中危险Ⅰ级,作用面积均为160m2；由于入口门厅处高度大于8m且小于12m,可按非仓库类高大净空场所中的中庭考虑,上述规范中将此类场合的喷水强度定为6L/（m2min）,作用面积定为260m2,并将系统最小设计用水量定为40L/s,大楼依此选取低区喷淋泵流量为40L/s,而高区则按中危险Ⅰ级选取水泵.大楼采用喷淋泵直接串联的分区系统,与消火栓系统共用消防水箱,高区喷淋泵吸水管布置原则与消火栓系统相似.

3.3特殊消防系统

大楼内部设有变配电站、柴油发电机房、燃气锅炉房等场合,因其火灾的特殊性,工程设计中常用气体灭火系统或水喷雾灭火系统进行控火灭火.但传统的气体灭火系统对大气臭氧层有破坏作用或对人体健康有影响,而水喷雾灭火系统存在喷头必须直接喷向着火或被保护部位的限制.因此,设计对上述场合采用了近几年发展起来的高压细水雾灭火系统.细水雾灭火机理是利用水从喷头喷出时,形成粒径在40～200μm的水雾遇火后迅速气化,体积可膨胀1700～5800倍,将火灾区域整体包围或覆盖,使燃烧因缺氧而窒息灭火.具有均衡的表面冷却、高效吸热、窒息灭火、冲击乳化和稀释、阻隔热辐射、电绝缘性好、洗涤烟雾和废气等特点.针对大楼内需要防护的区域较多,距离供水装置远近高低不同,系统设计流量比较大（防护面积最大的燃气锅炉房系统流量为417L/min）等特点,设计采用了泵组式的全淹没系统.在地下室泵房内设置1个储水池和3台（2用1备）高速水喷雾泵,系统持续供水时间为20min.采用开式高压细水雾喷头,布置比较灵活,可用正方形、矩形或菱形均匀布置喷头,但喷头间距不应大于3m,距离被保护对象表面不应小于0.5m,距离边墙不应大于1.5m.

大楼机房屋顶设有一个停机坪,可满足中、小型直升机起降.因涉及油类火灾,由专业设计单位配置一套H2级泡沫灭火设备,每次火灾至少需要5m3消防水,与屋顶高区消防水箱合并设置,容积由18m3增加至24m3.

4结语

总的来说,超高层综合楼的使用功能复杂,我们要考虑到建筑给排水各个层面的问题.在进行设计的时候来说,我们不仅要满足大楼的基本功能需求,还应该有意识地运用新技术、新材料,使建筑朝节能、节水、环保等绿色建筑方向发展,这样才能创造更多的经济和社会效益.