綜合性大學(xué)給排水設(shè)計(jì)探討

鄧 毅 龔增榮 黃正杰

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

1 項(xiàng)目概況

杭州師范大學(xué)中心區(qū)處于大學(xué)城核心地段，主要建筑包括：中心圖書(shū)館、行政辦公及研究中心綜合樓、會(huì)議中心、接待中心及師生活動(dòng)中心綜合樓。建筑總面積162 488 m2，最高建筑54.1 m。最不利建筑按一類(lèi)高層建筑設(shè)計(jì)。

2 循環(huán)冷卻水補(bǔ)水系統(tǒng)的優(yōu)化

本項(xiàng)目中央空調(diào)系統(tǒng)采用水冷機(jī)組，冷卻塔設(shè)置于會(huì)議中心裙房屋面，屋面高度為13.5 m。經(jīng)核算，市政水源無(wú)法滿(mǎn)足冷卻塔補(bǔ)水要求，須采用加壓泵組加壓的方式方能滿(mǎn)足屋頂冷卻塔補(bǔ)水的需求。

2.1 傳統(tǒng)冷卻水補(bǔ)水系統(tǒng)運(yùn)行弊端

傳統(tǒng)冷卻塔補(bǔ)水通常設(shè)置獨(dú)立的水池水泵房，通過(guò)變頻加壓泵組加壓后供給屋頂冷卻塔補(bǔ)水。通過(guò)已竣工的工程業(yè)主使用反饋，筆者發(fā)現(xiàn)上述供水系統(tǒng)存在以下弊端：

1)大型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，由于冷卻塔需要的補(bǔ)水量較大，采用單獨(dú)設(shè)置鋼板拼裝水池作為補(bǔ)水水箱的方案，由于水箱及水泵四周需要預(yù)留必要的安裝檢修空間，往往需要占用較為可觀的地下室面積作為冷卻水補(bǔ)水泵房，使得本來(lái)就緊張的地下室面積變得更為局促。

2)變頻加壓泵組由于自身特性(須自帶變頻控制器及氣壓罐)，其采購(gòu)成本高于普通工頻水泵。且在建筑單體建成投入使用后，業(yè)主反饋由于冷卻塔運(yùn)行的特性，日常使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)小流量頻繁補(bǔ)水的情況。由于變頻泵組直接從冷卻水補(bǔ)水箱中吸水后直接加壓補(bǔ)水，導(dǎo)致變頻泵組在使用中小流量頻繁啟動(dòng)，而且大部分時(shí)間是工作在小流量的低效區(qū)，導(dǎo)致變頻泵組故障率較高，大大提高了業(yè)主日常使用維護(hù)和運(yùn)行成本。

同時(shí)，在此前項(xiàng)目消防水池水泵房的設(shè)計(jì)中筆者發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)行消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中并未明確消防水池設(shè)置相關(guān)水循環(huán)凈化裝置；但是在日常使用中，雖然在消防水池進(jìn)水管上安裝了Y型過(guò)濾器，由于消防水池在一次補(bǔ)水后長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)水，水質(zhì)得不到循環(huán)凈化，極易發(fā)生變質(zhì)的情況。一旦發(fā)生火災(zāi)，腐壞變質(zhì)的水隨著水泵加壓進(jìn)入到噴淋供水管網(wǎng)，極易堵塞水噴淋?chē)婎^，使得著火點(diǎn)上方噴水強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)值，滅火效果大打折扣，對(duì)業(yè)主的生命財(cái)產(chǎn)安全可能構(gòu)成一定的隱患。

2.2 問(wèn)題探討及解決方法

為解決上述消防水池水質(zhì)隱患，同時(shí)提升用戶(hù)使用品質(zhì)，降低泵組頻繁啟動(dòng)造成的泵組不必要的損耗，同時(shí)減少加壓泵組的運(yùn)行能耗，合理利用地下室空間。筆者選用了一種新的冷卻水補(bǔ)水方法：

1)適當(dāng)擴(kuò)大少許消防水池水泵房面積，將冷卻塔補(bǔ)水儲(chǔ)水水量存放于土建消防水池中，在消防水泵房中設(shè)兩臺(tái)工頻冷卻水補(bǔ)水泵(一用一備)從消防水池吸水。同時(shí)，為保證消防用水儲(chǔ)水不被挪作他用，在冷卻水補(bǔ)水泵吸水管頂端設(shè)DN32真空破壞管一根。真空破壞管頂部水位為消防水池最高有效水位，保證消防水池水位下降至消防水池消防最高有效水位時(shí)，冷卻水補(bǔ)水泵吸水管形成真空破壞，從而保證了消防水池水位永遠(yuǎn)高于水池消防最高有效水位，如圖1所示。

2)在放置冷卻塔的會(huì)議中心裙房屋面設(shè)置一座4 m×2.5 m×2 m(H)，有效容積15 m3的冷卻塔補(bǔ)水水箱，水箱底標(biāo)高15.5 m，有效水深1.5 m。冷卻水補(bǔ)水泵不再采用變頻泵直接向冷卻塔補(bǔ)水，而是采用工頻泵向屋面的冷卻水補(bǔ)水水箱補(bǔ)水。由于水箱最低有效水位高于屋面2 m，平時(shí)運(yùn)行時(shí)可實(shí)現(xiàn)水箱重力供應(yīng)冷卻塔補(bǔ)水。同時(shí)，在冷卻水補(bǔ)水水箱進(jìn)水管上設(shè)水位控制閥，聯(lián)動(dòng)地下式水泵房中冷卻水補(bǔ)水泵：當(dāng)補(bǔ)水水箱水位低于最高有效水位為0.8 m時(shí)，啟動(dòng)地下室工頻補(bǔ)水泵向冷卻水補(bǔ)水水箱補(bǔ)水；當(dāng)補(bǔ)水水箱水位達(dá)到最高有效水位時(shí)，冷卻水補(bǔ)水泵停止向冷卻水補(bǔ)水水箱補(bǔ)水，如圖2所示。

2.3 方案優(yōu)點(diǎn)及結(jié)論

與傳統(tǒng)冷卻塔采用變頻加壓泵組從生活水箱中吸水后直接加壓補(bǔ)水相比，該系統(tǒng)有以下兩個(gè)特點(diǎn)：1)在屋面設(shè)置補(bǔ)水箱，冷卻塔通過(guò)高位水箱補(bǔ)水，避免了加壓泵組直接加壓供水的不穩(wěn)定性，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低泵組頻繁啟動(dòng)造成的泵組不必要的損耗，同時(shí)減少加壓泵組的運(yùn)行能耗；2)加壓泵組從消防水池中吸水，在加壓泵組吸水管上設(shè)置虹吸破壞管，一方面保證了消防水池的有效水量，另一方面保證了消防水池的水質(zhì)穩(wěn)定。

3 大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目會(huì)議中心的大型劇院觀眾廳由于自身功能及裝飾效果的需要，存在大量?jī)艨崭叨瘸^(guò)12 m的空間，超過(guò)了規(guī)范中普通自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)所能設(shè)置的最大凈空高度，無(wú)法對(duì)下部區(qū)域形成有效保護(hù)。

3.1 不同類(lèi)型大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)特點(diǎn)探討

對(duì)于高大凈空空間的保護(hù)，大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程中給出了標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置、標(biāo)準(zhǔn)型自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置等選項(xiàng)。對(duì)比上述2類(lèi)滅火裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)特點(diǎn)，筆者發(fā)現(xiàn)，二者都具有相同的標(biāo)準(zhǔn)噴水流量(5 L/s)。最大安裝高度大流量噴頭(25 m)相較標(biāo)準(zhǔn)型自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置(20 m)略大。兩者最大的不同點(diǎn)在于：

1)標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置工作壓力(0.25 MPa)相較標(biāo)準(zhǔn)型自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置(0.6 MPa)有較大優(yōu)勢(shì)。在保護(hù)某些標(biāo)高較高的大空間場(chǎng)所時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)型自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置需要大幅提高噴淋供水管網(wǎng)/噴淋泵的工作壓力以保證其最小工作壓力；而相同情況下，標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置不需要或是僅需小幅提高噴淋供水管網(wǎng)/噴淋泵的工作壓力就可保證其最小工作壓力，從而大幅降低系統(tǒng)造價(jià)。

2)標(biāo)準(zhǔn)型自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置標(biāo)準(zhǔn)圓保護(hù)半徑(20 m)相較標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置(6 m)有較大優(yōu)勢(shì)。在保護(hù)相同面積的空間區(qū)域時(shí)，由于標(biāo)準(zhǔn)型自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置具有較大的保護(hù)半徑，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)個(gè)數(shù)較標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置少許多；同時(shí)，由于二者的標(biāo)準(zhǔn)噴水流量相同，繼而導(dǎo)致火災(zāi)動(dòng)作時(shí)系統(tǒng)流量標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置較之標(biāo)準(zhǔn)型自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置大大提升，即噴淋泵流量以及消防水池流量大大提升，這將會(huì)導(dǎo)致土建建設(shè)成本及機(jī)電設(shè)備采購(gòu)成本大大提升。

3.2 大空間主動(dòng)智能滅火系統(tǒng)選擇及設(shè)計(jì)

結(jié)合本工程特點(diǎn)來(lái)看，需要設(shè)置大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的場(chǎng)所會(huì)議中心大型劇院觀眾廳的完成頂面標(biāo)高約為13.5 m，保護(hù)面積約為491 m2，不考慮大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)供水需要，噴淋泵本身需要揚(yáng)程120 m，流量30 L/s。

大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的加壓水泵所需壓力為：

Hb=1.05×(Hq+Hf+Hz)。

其中,Hb為理論所需水泵工作揚(yáng)程,m;Hq為大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)所需工作壓力,m;Hf為系統(tǒng)沿程及局部水頭損失之和，經(jīng)計(jì)算取14 m;Hz為大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)組件安裝高度與消防水池最低水位高差，取20 m。

若采用標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置，則：

Hb=1.05×(Hq+Hf+Hz)=1.05×(25+14+20)=62 m。

由標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置標(biāo)準(zhǔn)圓保護(hù)半徑6 m，經(jīng)布置復(fù)核，若要覆蓋全部須保護(hù)觀眾廳面積，需要布置標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置3行3列共9個(gè)，參照技術(shù)規(guī)程5.0.2條之規(guī)定，設(shè)置同時(shí)開(kāi)啟噴頭數(shù)為9個(gè)，流量為5 L/s×9=45 L/s。同時(shí)由于同一防火分區(qū)內(nèi)仍需布置普通自動(dòng)噴淋以保護(hù)樓座部分觀眾席，且考慮樓座部位普通噴淋與觀眾廳頂部標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置同時(shí)啟動(dòng)，則噴淋泵所需流量Q總=75 L/s，揚(yáng)程H=120 m。對(duì)比原計(jì)算中噴淋泵本身需要揚(yáng)程120 m，流量30 L/s，則噴淋泵揚(yáng)程不需加大，流量須從30 L/s增加至75 L/s，對(duì)應(yīng)消防水池容積增加162 t。

若采用標(biāo)準(zhǔn)型自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置，則:

Hb=1.05×(Hq+Hf+Hz)=1.05×(60+14+20)=98.7 m。

由標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置標(biāo)準(zhǔn)圓保護(hù)半徑20 m，經(jīng)布置復(fù)核，若要覆蓋全部須保護(hù)觀眾廳面積，需要布置標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置1行2列共2個(gè)，參照技術(shù)規(guī)程5.0.2條之規(guī)定，設(shè)置同時(shí)開(kāi)啟噴頭數(shù)為2個(gè)，流量5 L/s×2=10 L/s。同時(shí)由于同一防火分區(qū)內(nèi)仍需布置普通自動(dòng)噴淋以保護(hù)樓座部分觀眾席，且考慮樓座部位普通噴淋與觀眾廳頂部標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置同時(shí)啟動(dòng)，則噴淋泵所需流量Q總=40 L/s，揚(yáng)程H=120 m。對(duì)比原計(jì)算中噴淋泵本身需要揚(yáng)程120 m，流量30 L/s，則噴淋泵揚(yáng)程不需加大，流量須從30 L/s增加至40 L/s，對(duì)應(yīng)消防水池容積增加36 t。

3.3 綜合比選結(jié)論

經(jīng)綜合比選，在保證大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)布置滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下節(jié)約機(jī)電設(shè)備采購(gòu)成本及土建建設(shè)成本，本項(xiàng)目采用2門(mén)標(biāo)準(zhǔn)型自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火裝置保護(hù)會(huì)議中心大型劇院觀眾廳。系統(tǒng)由大空間高空水炮、智能探測(cè)組件、電磁閥、消防水池水泵及管網(wǎng)等組成。大空間高空水炮系統(tǒng)與噴淋系統(tǒng)合用水池水泵及報(bào)警閥前管網(wǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

大型綜合性大學(xué)校區(qū)的給排水及消防設(shè)計(jì)具有單體數(shù)目多，單體類(lèi)型復(fù)雜的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮各個(gè)單體的性質(zhì)、特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)集中生活及消防水泵房的水池/箱容積，水泵揚(yáng)程，流量，系統(tǒng)組成及分區(qū)方法。對(duì)于循環(huán)冷卻水補(bǔ)水，筆者提出了采用工頻泵組從合用消防水池中吸水補(bǔ)水至屋頂高位冷卻水補(bǔ)水水箱的補(bǔ)水方式，同時(shí)解決了冷卻水補(bǔ)水不穩(wěn)定、變頻泵易損壞、消防水池水質(zhì)易腐壞的難題。對(duì)于大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，筆者認(rèn)為應(yīng)結(jié)合建筑單體布置特點(diǎn)，結(jié)合規(guī)范中所涉及的大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的揚(yáng)程、供水流量、保護(hù)范圍等特點(diǎn)，合理比較選擇適合的消防滅火設(shè)施，節(jié)省項(xiàng)目投資造價(jià)。