南宁市城建档案馆给水排水及消防设计
关键词：给水,排水,水景,太阳能热水,消防系统 ,高压细水雾,超音速干粉
随着我国经济水平的不断提高和社会文化需求的不断扩大，现代化档案馆的功能不仅局限于传统的保管和利用，而追求更高的标准，必须满足“五位一体功能”的需要，即档案馆是党和国家重要档案的保管基地和爱国主义教育基地，是依法为公众提供档案信息服务的中心，是电子文件中心，同时又是公众了解政府公开信息、利用已公开现行文件的法定场所。档案馆功能的特殊性和多样化，对给排水专业提出了更高的要求，如何满足档案馆建筑的生活、生产给水，确保建筑的消防安全，使设计更舒适、更人性化，是每个工程设计人员需要考虑的问题。
1.工程概况
南宁市城建档案馆(新馆)是以城市为单位建立的，主要为城市规划、建设、管理提供全方位服务的国家专门档案馆，是南宁市政府督办的重点工程。档案馆的主要功能为办公区、库房区和综合技术服务区。工程总用地面积17650.61㎡;总建筑面积31984.36㎡(其中地上23892.22㎡，地下8092.14㎡);建筑层数：地上7层，地下1层;建筑高度：27.900米，本工程属一类高层公共建筑。
2.生活给水系统
本工程用水水源(含消防用水及部分绿化用水等)由市政给水管网供应,从市政管网分别接出两根De160的给水管，经总水表及倒流防止器后在建筑周围连接呈环状供水管网。给水分区按照市政给水管网供水压力和档案馆使用功能进行划分，竖向分为两个区，地下一层至地上一层为低区，由市政给水管网(用水高峰期市政压力为0.18MPa)直接供给;二层至七层为高区，由地下生活泵房内的生活水箱、矢量变频供水设备供水，生活水箱有效容积为2m³，约占加压供水区最高日用水量的25%，以确保供水的可靠性。
3.水景给水系统
现代建筑为了满足人们的审美、休闲、娱乐等精神需要，往往设置形式多样的水景景观，而景观用水从环保的角度看，又是与时下节能减排的政策导向相冲突，于是雨水、中水、海水等非传统水源的开发利用在近年来逐渐受到业界人士的关注。而且国家在2010年发布的《民用建筑节水设计标准》(GB 50555-2010)也重点提到了此项内容，并将景观用水水源的规定列入强制性条文。
本工程为了建筑物景观的需要，在馆大门外右侧设置一条长37m、宽2.5m、深0.3m，容积约27 m³的叠水池。南宁市雨水资源丰富，平均年降雨量达1310.5mm，有条件进行开发利用，同时雨水又具有易于取用、经济、利用率高等优点，故本工程水景采用雨水作为水源，经过“屋面雨水-初期径流弃流-景观水体”的工艺流程(见图3.1)，满足叠水池的使用要求。本工程水景用水量小，用水点仅为一处，根据这一特点，采用小型弃流装置，分散安装于雨水立管上，并进行弃流量集中控制。该装置具有便于安装、维护，简化雨水利用系统的优点，同时也存在不容忽视的缺点，即因其安装在管道上，在截留雨水过程中，有可能因雨水中携带杂物而堵塞管道，从而影响雨水系统正常排水，此情况涉及到排水系统安全问题，因此更有必要由有资质的专业公司进行施工、维护管理。叠水池的补水由市政给水供给，根据《建规》[1]第3.11.6条规定，本工程水景补水及绿化浇洒龙头均设置软管型真空破坏器，该装置专门用于下游连接软管的场所，能自动消除给水管道内真空，有效地防止虹吸回流和低背压回流，从而确保生活用水的卫生安全。
4.生活热水系统
本工程五~六层共设有31间管理休息室，按全日不间断供应热水。南宁市地处太阳能资源一般区，倾斜表面年平均日太阳总辐照量约为12788 kJ/m2，有条件利用太阳能作为热水系统的热源。考虑到阴雨天气及冬季日照条件差，太阳能无法满足系统要求，而南宁是亚热带季风气候城市，年平均室外温度为21.6℃，最冷月平均室外温度为12.8℃，适合空气源热泵全年使用。近年来空气源热泵技术在华南地区运用广泛，运行效果良好，如与太阳能系统结合使用，既弥补了太阳能不稳定的缺点，又能保证整个热水加热系统的高效、节能，符合广西“十二五”期间太阳能热利用目标和国家可再生能源中长期发展规划目标的要求。综上，本工程选用太阳能结合空气源热泵集中热水供应系统(见图4.1)。经计算(见表4.1、表4.2)，太阳能系统选用12组真空管集热器(30支/组)，空气源热泵系统选用制热能力为10KW/h的热泵机组两台，结合一个4m3的储热水罐,满足热水供应区100%日用热水量，并保证出水温度不低于60℃。系统竖向分为一个区，供回水管道同程布置，采用全日机械循环，使系统供热安全高效。
5.排水系统
本工程排水采用雨污分流、污废合流方式，排水包括屋面雨水、生活和生产污废水、空调冷凝水、库房地面消防渍水等，由于建筑功能特殊，管道的布置要避开库区、数字化生产线用房等防水要求高的场所。《档案馆建筑设计规范》(JGJ 25-2000)也有明确规定：“库房内不应设置除消防以外的给水点，给、排水管道不应穿越库区;上下水立管不应安装在与档案库相邻的内墙上。”这一严格要求，给工程设计带来了一定难度，如雨水天沟的位置、各系统排水立管的走向都要经过多方考虑，既要满足上述要求，又要保证排水顺畅。针对以上问题，设计人员采取了以下解决方法：(1)屋面天沟要求建筑专业对应下层走道位置设置，避免设在库房上方;雨水悬吊管和横管敷设于走道吊顶内，立管设于走道内靠近外墙且相对隐蔽的位置，以不影响建筑使用功能和美观性。(2)每间库房设置承接消防排水用的直通式地漏，接入设于相邻空调机房内(为保持库房的恒温恒湿，每间库房都配备了一间空调机房)de110排水立管;每间空调机房内再单独设置de50立管承接空调排水。分开排水的措施，避免合用时空调排水产生的水汽串入库房，起到了防潮的目的。
排水系统同时还要满足卫生条件、污染物排放标准等要求，本工程生活污废水经室外化粪池处理，冲洗处理室、配药和化验室的污水经有专业资质处理单位进行深化设计处理后方可排入污水系统。
6.消防系统
档案馆存有大量文献书籍，是火灾易发单位，也是防火重点单位。由于建筑功能复杂，人员众多，尤其外来人员，对楼内环境不熟悉，一旦发生火情，火灾扑救、人员疏散都非常困难，如果灭火不及时，后果将不堪设想。此外，档案馆拥有诸多贵重的设备和极其珍贵的文献，火灾不仅会带来重大的经济损失，还会造成无法挽回的社会损失及重大的政治影响。要避免上述情况的发生，除了做好日常安全防范措施外，还要选择迅速、高效的消防系统，能够在事故发生前期迅速灭火，最大限度减小损失。因此，消防系统是本次设计的重中之重，设计中根据建筑功能性质划分，除设置了室内、外消火栓，自动喷淋等常规消防系统外，还在特殊部位设置了高压细水雾及超音速干粉灭火系统(各系统用水量见表6.1)。
6.1 室内、外消火栓系统
室外消火栓在室外给水环管接出，根据保护半径及间距沿环形消防车道共设置4套。全楼设置室内消火栓系统保护，消火栓设置于易于取用的公共走道位置。因各层功能均不相同，楼层布局一致性较差，为减少支管数量和长度，提高供水安全性，采用水平(在地下室顶板)和竖向均成环的连接方式。系统竖向不分区，为保证下部消火栓出口压力不大于0.5MPa，地下室及一层采用减压稳压型消火栓，其余楼层采用普通型消火栓。
6.2 自动喷淋灭火系统
本工程地下车库按中危险Ⅱ级，地上各层按中危险Ⅰ级设计。系统设计流量按中危险Ⅱ级确定，为30L/S。综合防火分区和每个湿式报警阀组可控制喷头数(不宜大于800只)的规定，共设置4组报警阀组，系统竖向分成了四个区：地下一层为Ⅰ区;地面一层至三层为Ⅱ区;三层至四层为Ⅲ;五层至七层为Ⅳ区。为避免底层压力过大，喷水强度远大于设计值，导致火灾时储存的1h用水量过早消耗完，在Ⅰ区报警阀组前设置减压阀减压后供水。
6.3 高压细水雾灭火系统
本工程母片库、珍贵档案间、计算机检索室、丙类库房、档案数字化生产线用房、档案处置室、音像档案处理室等，功能特殊，需要选择技术成熟、安全可靠的灭火设备，并能防止灭火时导致的二次损害。过去档案馆库房等多采用卤代烷气体灭火系统保护，近年来，随着国际社会对环境保护问题的关注与日俱增，传统的卤代烷灭火系统因对大气臭氧层具有破坏作用而逐渐被淘汰，代之以新型、环保的灭火系统。根据哈龙会议精神，可用新型的洁净气体代替原灭火气体，但因其价格昂贵，在本工程中大面积使用难度较大，而细水雾灭火系统作为卤代烷灭火系统最具潜力的替代技术，具有投资费用低、灭火高效、水渍损失小、节能环保、安全等优良性能，目前已被应用在国内外多个档案库房的消防保护中。鉴于该技术的诸多显著优势，结合本工程的实际情况，在上述区域使用细水雾灭火系统。
6.3.1 细水雾灭火的机理
细水雾灭火系统的灭火机理是冷却，同时伴有局部稀释氧浓度的窒息灭火和把可燃物与火焰以及氧隔离开来的隔离灭火。经过机械加压的水从特殊材料的喷头高速喷出，与周围的空气产生强烈的摩擦，水流被撕裂，从而形成直径非常小的雾滴，通常在几十到几百微米之间(为普通喷水灭火系统出水粒径的1%)。水被雾化后，表面积剧增，吸热作用增强，使燃烧表面温度迅速降低，从而使燃烧中止。同时，水雾吸热后迅速汽化，体积急剧膨胀(增大约1700倍)，在燃烧物周围形成一道屏障，阻挡新鲜空气的吸入，起到窒息灭火的作用。另外，汽化后的水雾能迅速将燃烧物、火焰和烟羽笼罩，对火焰的辐射热具有极佳的阻隔能力，能够有效抑制辐射热引燃周围其它物品，达到防止火焰蔓延的效果。
6.3.2 系统的类型选择
细水雾根据工作压力，可分为低压、中压、高压系统，对应的压力分别为低于1.21MPa，介于1.21~3.45MPa之间和大于3.45MPa。低压系统，因其工作压力低，产生的水微粒较大，能产生表面浸湿作用，对扑灭深层A类火灾有良好效果，但对扑救受遮挡火灾能力较差;高压系统产生的雾滴直径小，提高了扑救受遮挡火灾的能力，适用于扑救大空间、受遮挡的火灾;中压系统则介于低压和高压系统之间。本工程库房空间大，书架布置紧密，火灾时阻遮挡性大，同时考虑浸湿对档案文献的损害作用，选择高压细水雾系统。事实上，《档案馆高压细水雾灭火系统技术规范》DA/T45-2009的出台，也证明了高压系统在档案馆中应用的适用性，并给工程设计人员提供了有力的实施依据。
系统根据选用的喷头，可分为开式系统和闭式系统;根据供水方式，又可分为泵组式系统和瓶组式系统。开式系统以抑制或扑灭火灾为主，闭式系统以控制火灾为主，火灾时火势往往迅速蔓延，闭式喷头的开放不能及时使喷雾有效覆盖火灾区域，并且闭式系统的窒息作用相对较弱，仅靠冷却作用，灭火效率不高。此外，目前闭式系统在国内的应用实例较少，缺乏工程试验数据，故本工程采用开式系统;供水方式方面，泵组式系统应用范围广泛，相对于瓶组式系统可以持续灭火，更适合长时间、持续工作。再者，泵组式系统以柴油机或电机为动力源，灭火剂可为纯水或自来水，而瓶组式系统以惰性压缩气体为动力，灭火剂只能为纯水。显然，泵组式系统更经济、安全性更高，故选用泵组式供水系统。
6.3.3系统设计
本工程选用的高压细水雾系统由高压细水雾泵组、细水雾喷头、开式区域控制阀组、不锈钢管道以及火灾报警系统等组成。其中泵组包括主泵、稳压泵、控制柜、调节水箱(含液位显示及控制器)等。火灾发生后，火灾报警系统联动开启区域控制阀，系统管道的压力下降，稳压泵随之启动，稳压泵运行10s后压力仍达不到设定的1.2MPa时，主泵启动同时稳压泵停止运行，主泵向开式喷头供水，实现喷雾灭火(见图6.1、图6.2)。
系统设计持续喷雾时间30min，系统响应时间不大于30s，最不利点喷头工作压力不低于10MPa。根据保护对象的火灾危险性及空间尺寸选用高压细水雾喷头，本工程所有保护区均采用开式K=0.95、Q=9.5L/min喷头，喷头的安装间距不大于3.0m且不小于1.5m;距墙不大于1.5m(见图6.3)。系统流量按照防护区内同时动作喷头流量之和进行计算，比较并取其中最大值。本工程最大流量防护区为长19m宽14m高3.9m的丙类库房，共布置35个喷头，系统设计流量为335L/min。根据管网水力计算，系统所需最小压力为12.5MPa。由此选用型号为PAH80-4的泵组(其中主泵三用一备，稳压泵一用一备)，泵组流量Q=336L/min，H=14MPa，N=90kw。由于高压细水雾灭火系统补水压力要求不低于0.2MPa，且不得大于0.6MPa，本工程市政压力不能满足，需设补水增压泵，选择型号为CDLF20-3增压泵两台，Q=22 m³/h，H=33m，N=4kw，一用一备。
鉴于高压细水雾系统的特性，在初步设计中，选定了有一定技术力量的有国家级试验机构测试产品灭火数据的厂家进行配合，提供喷头形式、泵组参数等相关设计内容，同时对其他配套专业提出设计要求或给出必要的参考依据。设计中还要注意如下事项：(1)细水雾实施灭火前，防护区内所有影响灭火效果的通风、排烟系统及其管道应自动停止工作并关闭相应阀门;(2)细水雾灭火系统应具有自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式;(3)火灾自动报警及控制系统在自动控制下，应在接受到两个独立的火灾信号后才能启动细水雾灭火系统。
6.4 超音速干粉灭火系统
固定式燃气型超音速干粉灭火系统是通过探测器探测到火情，报警控制器经过确认后，通过气体灭火控制盘，立即发出启动电流信号，使灭火装置瞬间工作的系统。超音速干粉灭火装置以固体动力药剂的化学能为动力源，产生超音速气流，装置内的干粉在超音速气流作用下被冲击、挤压、撕裂，部分被超细化。超音速气流搅动细化的干粉以气固二相流的状态疾速的射向火场，达到高速、高效的灭火目的。该产品适用扑救固体可燃物的表面火灾、可燃液体火灾和5KV以下的带电设备火灾。 本工程变配电室、弱电设备间、柴油发电机房采用该系统。使用该种气体灭火方式，高效灵活，省去复杂的气体管路，而且系统对保护空间的开口面积、密闭性无要求。
7.结束语
现代化档案馆建筑由于设计标准高，功能复杂，与其他公共建筑相比，具有很大的特殊性。要把握好该类建筑的设计，不仅要求设计人员对档案馆的性质、功能、工艺设备等具有准确深入的了解，还要对不断发展的行业技术进行知识更新。细水雾灭火系统作为行业的新技术，对许多设计人员来说尚且陌生，但国家在2009年发布的《档案馆高压细水雾灭火系统技术规范》(DA/T45-2009)，给设计人员提供了有力的技术依据，有效推广了该项技术在档案馆建筑中的应用。近年来，国内外各个科研、生产及学术研究机构对细水雾灭火系统在超限高层建筑、企业生产车间、城市轨道交通工程、电力工程、航空船舶等领域进行了研究和试验，也取得了一定成果。对于民用建筑行业，随着国家大力发展城市建设，超限高层的出现逐渐形成一种热潮，目前我国已建成或封顶的超高层建筑1884栋，规划和在建的为1223栋(数据来源于“高楼迷论坛”)，已经远远超越美国、阿联酋、日本等国家，成为名副其实的摩天王国，这势必给超高层建筑消防设计带来新的机遇和挑战。2008年哥们哈根第八届国际细水雾会议中进行了“高压细水雾系统对高层建筑的保护”的探讨和案例分析，芬兰(Cirrus,86m)、法国(Phare,300+m)等国家的高层建筑也相继采用了高压细水雾灭火系统。细水雾灭火系统越来越受到界内人士的推崇，未来其在我国超高层建筑等领域的应用也将成为一种趋势。目前，国家相应技术规范的滞后在一定程度上制约了该技术的推广使用，仅有的《细水雾灭火系统技术规范(送审稿)》以及各省市出台的地方标准，还远不能有效地起到统一指导和规范作用，相信在不久的将来，国家技术规范的全面出台、国内自主技术产品的日趋成熟，将会使细水雾灭火系统普遍运用于高层建筑等民用建筑当中。
参考文献
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