一种超高层室内消火栓串联给水方法及系统
技术领域
本发明属于建筑消防领域，尤其涉及一种超高层室内消火栓串联给水方法及系统。
背景技术
随着超高层建筑的日益增多，其特有的消防问题也变得越来越突出，超高层建筑由于受其建筑高度的影响，外部救援能力受到了极大地限制，所以不仅要遵照“预防为主、防消结合”的方针，还必须强调“以自救为主，外救为辅”的主导思想。
根据国家公消办〔2018〕57号文件，即《建筑高度大于250ｍ民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）》第十四条规定，“室内消防给水系统应采用高位消防水池和地面（地下）消防水池供水。高位消防水池、地面（地下）消防水池的有效容积应分别满足火灾延续时间内的全部消防用水量。” 对于高度超过250m超高层的哪个部位出现火灾，消防用水可单独由高位消防水池供水，也可单独由地面（地下）消防水池供水。对于消防分区的临界楼层与其他楼层不存在差异。但对于250m以下超高层建筑就存在高低区临界楼层差异的问题。
根据《消防给水及消火栓技术规范》（GB 50974-2014)第3.5.4条的规定，高度大于50米的高层公共建筑，发生火灾时要求同时使用的消火栓水枪数为8支，每根竖管的最小流量不小于15L/s。由此看出，当任意楼层发生火灾时，与其毗邻的上下楼层的消火栓应按参与扑救来考虑。
对于250米以下的超高层建筑而言，设计师往往会选用临时高压串联消防给水系统。当串联消防系统的高、低区临界楼层发生火灾时，发生火灾的上下楼层的消火栓均参与救火。这样就存在消防高、低区同时参与救火，需要同时开启两个区域的消防水泵。
然而，设计师在设计时经常会依据一次火灾要求的消防用电装机容量，按照所有容量中要求最大的一个区设计，忽略了高、低区临界楼层火灾扑救时存在的上、下楼层消火栓借用的问题，这就造成火灾时消防用电过载，导致供电开关跳闸保护。
再者，跳闸保护还会出现分级控制，可能不仅出现在系统的分控制开关，还可能发生在总控制开关上，当引起总开关跳闸时就会影响整栋大楼的正常灭火，后果非常严重。
发明内容
为了解决现有的串联消防给水系统，在临界楼层发生火灾时高低区供水管网需同时参与救火、造成消防用电过载的问题，本发明提供了一种超高层室内消火栓串联给水方法及系统。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种超高层室内消火栓串联给水方法，包括：
低区最高层发生火灾时，高区最低层的室内消火栓与低区供水管网连通，高区最低层的室内消火栓由低区供水管网供水、并投入低区系统参与低区最高层救火；
高区最低层发生火灾时，低区最高层的室内消火栓与高区供水管网连通，低区最高层的室内消火栓由高区供水管网供水、并投入高区系统参与高区最低层救火。
作为本发明的进一步改进，所述低区最高层发生火灾时，低区最高层、低区次高层、高区最低层的室内消火栓由低区供水管网供水、并投入扑救楼层参与救火。
作为本发明的进一步改进，所述高区最低层发生火灾时，高区最低层、高区次低层、低区最高层的室内消火栓由高区供水管网供水、并投入扑救楼层参与救火。
作为本发明的进一步改进，所述低区次高层发生火灾时，低区最高层、低区次高层、低区倒数第三层的室内消火栓均与低区供水管网连通；
低区最高层、低区次高层、低区倒数第三层的室内消火栓由低区供水管网供水、并投入扑救楼层参与救火。
作为本发明的进一步改进，所述高区次低层发生火灾时，高区最低层、高区次低层、高区第三层的室内消火栓均与高区供水管网连通；
高区最低层、高区次低层、高区第三层的室内消火栓由高区供水管网供水、并投入扑救楼层参与救火。
一种超高层室内消火栓串联给水系统，超高层划分成低区和高区，每个楼层均安装消火栓；超高层室内消火栓串联给水系统包括：消防水池、转输水箱、高位水箱、低区供水管网和高区供水管网，消防水池内的水输送到转输水箱，转输水箱内的水再输送到高区供水管网；低区的消火栓开启后，高位水箱出水管上的低区消火栓流量开关或低区泵出水管上的压力开关动作，反馈信号开启低区泵，低区泵从消防水池内取水经低区供水管网供给低区的消火栓；高区的消火栓开启后，高位水箱出水管上的高区消火栓流量开关或高区泵出水管上的压力开关动作，反馈信号开启转输泵，转输泵从消防水池内取水经转输管网供给转输水箱，再经高区泵从转输水箱取水经高区供水管网供给高区的消火栓；
低区最高层消火栓的供水环状管网上还接入两根第一辅助管道，两根第一辅助管道分别与低区次高层消火栓的供水环状管网连通，低区消防环管还与高位水箱的出水管道连通，两根第一辅助管道上均设有电动阀A；
高区最低层消火栓的供水环状管网上接入两根第二辅助管道，两根第二辅助管道分别与高区次低层消火栓的供水环状管网连通，高区最高层消火栓的环状管网还与高位水箱的出水管道连通，两根第二辅助管道上均设有电动阀C；
高区最低层消火栓的供水环状管网与低区最高层消火栓的供水环状管网之间还通过第三辅助管道使得高、低区管网连通，并在第三辅助管道上设有电动阀B；
当低区发生火灾时，高位水箱出水管上的低区消火栓流量开关L1或低区泵出水管上的压力开关启动，低区供水管网打开、高区供水管网关闭，此时通过电气信号反馈先关闭电动阀C，电动阀C关闭后打开电动阀B，高区最低层的消火栓通过低区泵从消防水池取水后，经过低区供水管网、第一辅助管道、第三辅助管供水；
当高区发生火灾时，高位水箱出水管上的高区消火栓流量开关L2或高区泵出水管上的压力开关启动，此时通过电气信号反馈先关闭电动阀A，电动阀A关闭后打开电动阀B，低区最高层的消火栓通过转输泵从消防水池取水后，经转输管道、转输水箱、高区泵、第二辅助管道、第三辅助管道取水；
未发生火灾时，电动阀B保持关闭状态，低区最高层消火栓的供水管与高区最低层消火栓的供水管被电动阀B阻断。
作为本发明的进一步改进，低区最高层发生火灾，第二辅助管道断开后，第一辅助管道和第三辅助管道导通；
低区最高层消火栓的供水环状管网与高区最低层消火栓的供水环状管网通过第三辅助管道连通。
作为本发明的进一步改进，高区最低层发生火灾，第一辅助管道断开后，第二辅助管道和第三辅助管道导通；
低区最高层消火栓的供水环状管网与高区最低层消火栓的供水环状管网通过第三辅助管道连通，低区最高层的消火栓从转输水箱取水。
作为本发明的进一步改进，低区的消火栓开启后，低区消防水泵把消防水池内的水输送到低区供水管网，低区供水泵通过低区供水管网向消火栓供水；
高区的消火栓开启后，高位水箱先向消火栓供水，高区消防水泵从转输水箱取水后加压输送到高区供水管网、也向消火栓供水；
转输水箱与消防水池通过转输管网连通，所述转输管网上设有传输泵，该传输泵从消防水池取水并向转输水箱供水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能够在不增加用电负荷的情况下，解决了250米以下超高层室内消火栓串联给水系统跨区启泵而导致的用电负荷过载的问题，使得该系统在火灾时不会因临界楼层着火用电负荷不足而跳闸保护使整个系统瞬间瘫痪，同时也减少了机房的占地面积和项目的投资。
附图说明
图1为超高层室内消火栓串联给水方法的示意图；
图2为超高层室内消火栓串联给水系统的原理图；
图3为第一至第三辅助管道的分布示意图（此图中灰色部分为常规的消防管网）；
图4为低区最高层着火的水流走向示意图（此图中灰色部分表示未启用设备）；
图5为高区最低层着火的水流走向示意图（此图中灰色部分表示未启用设备）；
图6为超高层室内消火栓串联给水系统的应用实例示意图。
附图标记：100、第一辅助管道；200、第二辅助管道；300、第三辅助管道。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
实施方式一：
本实施方式提供了一种超高层室内消火栓串联给水方法，如图1所示，包括：
低区最高层发生火灾时，高区最低层的室内消火栓与低区供水管网连通，高区最低层的室内消火栓由低区供水管网供水、并投入低区最高层参与救火；低区最高层发生火灾时，低区最高层、低区次高层、高区最低层的室内消火栓由低区供水管网供水、并投入扑救楼层参与救火。
高区最低层发生火灾时，低区最高层的室内消火栓与高区供水管网连通，低区最高层的室内消火栓由高区供水管网供水、并投入高区最低层参与救火；高区最低层发生火灾时，高区最低层、高区次低层、低区最高层的室内消火栓由高区供水管网供水、并投入扑救楼层参与救火。
低区次高层发生火灾时，低区最高层、低区次高层、低区倒数第三层的室内消火栓均与低区供水管网连通；低区最高层、低区次高层、低区倒数第三层的室内消火栓由低区供水管网供水、并投入扑救楼层参与救火。
高区次低层发生火灾时，高区最低层、高区次低层、高区第三层的室内消火栓均与高区供水管网连通；高区最低层、高区次低层、高区第三层的室内消火栓由高区供水管网供水、并投入扑救楼层参与救火。
实施方式二：
在实施方式一公开方案的基础上，在本实施方式中，以超高层室内消火栓串联给水系统为例，系统分高、低两个区，低区采用低区室内消火栓泵临时高压制供水，高区经一次转输泵、高区转输水箱及高区室内消火栓泵临时高压制供水。
优选本实施方式的高区与低区以避难层为界进行划分，当低区最高层发生火灾时，室内消火栓需要投入扑救的楼层有低区最高层（即第二避难层的下一层）、低区次高层（即第二避难层的下两层）、以及高区最低层（即第二避难层）等三个楼层；当高区最低层发生火灾时，室内消火栓需要投入扑救的楼层有高区最低层（即第二避难层）、高区次低层（即第二避难层的上一层）、以及低区最高层（即第二避难层的下一层）等三个楼层。
如图2所示，当平时未发生火灾时，系统与常规设计一致，电动阀A、电动阀C常开，电动阀B常关；当低区发生火灾时，低区流量开关L1或消防主泵出水管上的压力开关P1发生动作，先关闭电动阀C，电动阀C关闭后打开电动阀B；当高区发生火灾时，高区流量开关L2或消防主泵出水管上的压力开关P2发生动作，先关闭电动阀A，电动阀A关闭后打开电动阀B。
如果高区最低层及低区最高层中的所有室内消火栓动作均有编码或者与探测器联动时，则可以仅当低区最高层发生火灾时，低区流量开关L1或消防主泵出水管上的压力开关P1发生动作，先关闭电动阀C，后打开电动阀B；仅当高区最低层发生火灾时，高区流量开关L2或消防主泵出水管上的压力开关P2发生动作，先关闭电动阀A，后打开电动阀B；其他楼层着火时与平时控制方式一致。但这种方式可靠性较前一种更差，存在联动故障，建议采用前一种。
本实施方式能够在不增加用电负荷的情况下，解决了超高层室内消火栓串联给水系统跨区启泵而导致的用电负荷过载的问题，使得该系统在火灾时不会因临界楼层着火用电负荷不足而跳闸保护使整个系统瞬间瘫痪，同时也减少了机房的占地面积和项目的投资。
实施方式三：
通常，串联消防给水系统是一种串联分区的消防水泵接力供水方式，可分为两种形式：1、由水泵直接串联向上的给水方式；2、经转输水箱传输再由水泵提升的间接串联给水方式。
由水泵直接串联向上的给水方式，其基本流程为：当低区系统灭火时，开启低区消防水泵；当高区系统灭火时，高区消火栓开启后，传输泵先启动供水，然后高区消防水泵启动，加压输送至高区消防管网。
由于水泵直接串联分区引起的超压问题很难准确掌控，因此，本实施方式选用转输水箱传输再由水泵提升的间接串联给水方式。
当低区系统启动后，低区消防水泵启动，向低区系统供水。当高区系统启动后，高区消防水泵从转输水箱取水，加压输送至高区消防管网，向高区系统供水，高区消防水泵启动以后，再启动传输泵向转输水箱供水。
本实施方式的转输水箱可同时作为低区高位消防水箱，转输水箱兼做高位水箱时，和屋顶高位消防水箱一样，容量均应符合《消防给水及消火栓系统技术规范》5.2.1临时高压消防给水系统的高位消防水箱的有效容积要求。
由于超高层建筑功能复杂，发生火灾后迅速蔓延，容易造成人员大量伤亡，建筑越高，逃生越不容易，火灾扑救和救人也越困难，在建筑内部设置避难层等待救援是非常重要的，避难层是指建筑内用于人员暂时躲避火灾及其烟气危害的楼层。
建筑高度大于100m的公共建筑，应设置避难层，第一个避难层的楼地面至灭火救援场地地面的高度不应大于50m，以便火灾时不能经楼梯疏散而要停留在避难层的人员可采用云梯车救援下来。两个避难层之间的高度不宜大于50m。
本实施方式选用避难层作为低区与高区的划分界限，能够在不增加用电负荷的情况下，解决了超高层室内消火栓串联给水系统跨区启泵而导致的用电负荷过载的问题。
在图6所示的建筑物的整个系统中，还可将转输水箱供水与重力水箱供水组合使用。同时在串联的各区级内，还可以根据分区要求，采用减压阀或多出口泵等方式的并联供水。
本实施方式选用的串联供水方式，由于高区级与低区级之间的分隔采用单向阀解决串压问题。为避免单向阀失效后，高区级的静压力传递给低区级而使系统严重超压遭到破坏的现象产生，因此整个消防供水系统中必须选用性能优良、质量可靠的单向阀。
转输水箱供水方式的优点有：系统区段之间为静压，相互之间不影响，各区级设各自的独立消防泵，其进水压力恒定。此外，系统的各区级之间联系的转输水箱，既是下区级的层顶水箱，又是本区级的消防水池，还是上区级的传输水池，其作用相当大。
实施方式四：
本实施方式公开了一种超高层室内消火栓串联给水系统，如图3至图5所示，超高层划分成低区和高区，每个楼层均安装消火栓；超高层室内消火栓串联给水系统包括：消防水池、转输水箱、高位水箱、低区供水管网和高区供水管网，消防水池内的水输送到转输水箱，转输水箱内的水再输送到高区供水管网；低区的消火栓开启后，高位水箱出水管上的低区消火栓流量开关或低区泵出水管上的压力开关动作，反馈信号开启低区泵，低区泵从消防水池内取水经低区供水管网供给低区的消火栓；高区的消火栓开启后，高位水箱出水管上的高区消火栓流量开关或高区泵出水管上的压力开关动作，反馈信号开启转输泵，转输泵从消防水池内取水经转输管网供给转输水箱，再经高区泵从转输水箱取水经高区供水管网供给高区的消火栓。
如图3所示，低区最高层消火栓的供水环状管网上还接入两根第一辅助管道100，两根第一辅助管道100分别与低区次高层消火栓的供水环状管网连通，其中低区消防环管与高位水箱的出水管道连通，两根第一辅助管道100上均设有电动阀A。
如图3所示，高区最低层消火栓的供水环状管网上接入两根第二辅助管道200，两根第二辅助管道200分别与高区次低层消火栓的供水环状管网连通，高区最高层消火栓的环状管网还与高位水箱的出水管道连通，两根第二辅助管道200上均设有电动阀C。
如图3所示，高区最低层消火栓的供水环状管网与低区最高层消火栓的供水环状管网之间还通过第三辅助管道300使得高、低区管网连通，并在第三辅助管道300上设有电动阀B。
如图2和图4所示，当低区发生火灾时，高位水箱出水管上的低区消火栓流量开关L1或低区泵出水管上的压力开关启动，低区供水管网打开、高区供水管网关闭，此时通过电气信号反馈先关闭电动阀C，后打开电动阀B，高区最低层的消火栓通过低区泵从消防水池取水后，经过低区供水管网、第一辅助管道100、第三辅助管道300供水。
如图2和图5所示，当高区发生火灾时，高位水箱出水管上的高区消火栓流量开关L2或高区泵出水管上的压力开关启动，此时通过电气信号反馈先关闭电动阀A，后打开电动阀B，低区最高层的消火栓通过转输泵从消防水池取水后，经转输管道、转输水箱、高区泵、第二辅助管道200、第三辅助管道300取水。
未发生火灾时，电动阀B保持关闭状态，低区最高层消火栓的供水管与高区最低层消火栓的供水管被电动阀B阻断。
在本实施方式中，如图4所示，低区最高层发生火灾，第二辅助管道200断开后，第一辅助管道100和第三辅助管道300导通；低区最高层消火栓的供水环状管网与高区最低层消火栓的供水环状管网通过第三辅助管道300连通。
在本实施方式中，如图5所示，高区最低层发生火灾，第一辅助管道100断开后，第二辅助管道200和第三辅助管道300导通；低区最高层消火栓的供水环状管网与高区最低层消火栓的供水环状管网通过第三辅助管道300连通，低区最高层的消火栓从转输水箱取水。
在本实施方式中，低区的消火栓开启后，低区消防水泵把消防水池内的水输送到低区供水管网，低区供水泵通过低区供水管网向消火栓供水；高区的消火栓开启后，高位水箱先向消火栓供水，高区消防水泵从转输水箱取水后加压输送到高区供水管网、也向消火栓供水；转输水箱与消防水池通过转输管网连通，转输管网上设有传输泵，该传输泵从消防水池取水并向转输水箱供水。
本实施方式以超高层室内消火栓串联给水系统为例，系统分高、低两个区，低区采用低区室内消火栓泵临时高压制供水，高区经一次转输泵、高区转输水箱及高区室内消火栓泵临时高压制供水。解决了现有超高层消防串联给水系统技术中存在的高低分区临界楼层的消防问题。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
