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摘要：北方严寒地区冬季，低温会造成消防设施及给水管网的冻结与损坏，给消防工作带来极大隐患。故消防给水设施的保温防冻工作就显得至关重要。本文笔者对严寒地区高层建筑火灾的特点进行深入分析，并列举几项高层建筑消防给水系统设计中的抗寒防冻保护措施。
关键词：高层建筑；消防给水；严寒地区；消火栓；保温防冻
Abstract：The cold northern winter could freeze fire control facilities and water supply network，which brought great risks to the fire service.Therefore，the frost insulation of the fire water supply facilities is very important.In this paper，the writer analyze characteristics of fires in high-rise building in-depth，and give several cold frost protection measures of high-rise building fire water system design.
Key Words：High-rise building Fire control facilities Cold areas Hydrant Frost insulation
引言
隨着城镇化进程的加快，城市人口不断增加，城市用地也愈发紧张，为了更充分地利用土地资源，高层、超高层建筑逐渐成为了城市建筑的主流。与此同时，家用电器、智能设备等家用电器越发多样复杂，加之目前人们大多火灾防范意识淡薄，高层建筑的消防给水系统设计工作就显得尤为重要。而对于我国北方严寒地区的高层建筑，冬季时气温远低于零度，常常会出现消防给水设施及消防给水管道冻结现象，火灾一旦发生，给水扑救工作难以进行，将会造成的极大危害与巨大的经济损失。因此，严寒地区高层建筑的消防给水系统的设计就要考虑并解决这些关键问题，保证人们的生命与财产安全。
1 北方严寒地区高层建筑火灾的特点
1.1 火灾蔓延途径多且迅速
寒地高层建筑火灾蔓延速度之所以非常迅速是由于高层建筑火势可通过门、窗、吊顶、走廊等途径横向蔓延，也能通过横向的孔洞、管道、电缆桥架蔓延。高层建筑的楼梯间、电梯井、管道井、风道、电缆井等竖向井道多，如果防火分隔处理不好，发生火灾时就好像一座座高耸的烟囱，成为火势纵向蔓延的途径，尤其是高级宾馆、综合楼和图书馆、办公楼等高层建筑，一般室内可燃物较多，一旦起火，燃烧猛烈，蔓延迅速。加之寒冷地区冬季气候多干燥，进一步加快了火灾蔓延的速度。
1.2人员疏散与救助困难
高层建筑发生火灾时：一是层数多，聚集人员多，垂直距离长，疏散到地面或其它安全场所的时间长；二是由于各竖井空气流动畅通，火势和烟雾向上蔓延快，增加了疏散的难度，我国有些经济较发达城市的消防部门购置了少量的登高消防车，但大多数有高层建筑的城市尚无登高消防车，而且其高度也不能满足安全疏散和扑救的需要；三是火灾发生后由于室内消火栓、自动喷水灭火装置等消防设施的启用，地面上会聚集大量的水，而北方严寒地区冬季气温均在零度以下，地面上的在水短时间内便会结成一层薄冰，人员疏散时很可能会滑到造成例如踩踏事故等非火灾事故的人员及经济损失。
1.3 消防给水设施及给水管网易被冻坏，火灾扑救困难
高层建筑发生火灾时，消防灭火面临着建筑周围场地狭小，登高限度有限的困难，在这种外部扑救困难的情况下，自救就尤为重要。而在寒冷的冬季，消防给水设施及给水管网在低温下极易被冻坏，对外部扑救与内部自救的工作造成了严重的阻碍，消防工作难上加难。
2 寒地高层建筑消防给水系统设计
2.1室外消火栓给水系统
北方严寒地区，高层建筑室外消火栓一般选用地下式消火栓。尽管在设置时地下消火栓给水管网已经架设了保温层，但这种普通的保温层在寒地的低气温下保温的功能降低，极易造成消火栓和给水管道的破裂，并出现漏水，严重影响火灾扑救，造成水资源浪费。因而寒地高层建筑室外地下消火栓的给水管网在设置时要进行合理的深埋，一般要在冻土层以下，并在管道周围包裹保温材料。管道要布置成进水管不少于2条的环状，管径不小于100mm。室外消火栓要在高层建筑的周围均匀布置，距层建筑外墙的距离在5.00—40.00m之间，距路边的距离也不应大于2.00m。消火栓的数量则根据其建筑使用性质、疏散及扑救难度等来进行确定。为了防止消火栓和水泵接合器的冻结，要在使用完毕后对残留其中的水加以放空清理，避免阀门的冻结。
另外，寒地室外消火栓在设计时，可以根据实际情况考虑在消火栓的出水口及水泵接合器的入水口处安装智能保温装置，冬季时保温功能开启，保证室外消火栓低温环境下长时间使用及灭火使用后的尽快修复。结冰期结束后，保温功能关闭。有效防止水冻结影响设备使用。
图1 SA100/65型 室外地下式消火栓安装图
2.2室内消防给水系统
由于寒地冬季低温会造成外部消防设施的损坏，因此内部消防给水系统在消防灭火时会起到较温、热带高层建筑更大的作用，严寒地区的室内消防给水管网设计就显得尤为重要。室内消防给水管网主要分为室内消火栓灭火系统和自动喷水灭火系统。
2.2.1干式消火栓系统
寒冷地区非采暖的厂房（仓库）及其他建筑的室内消火栓系统，可采用干式系统，但在进水管上应设置快速启闭装置，管道最高处应设置自动排气阀。通常做法如下： （1）在消火栓系统的进水干管上设置干式报警阀，平时干式报警阀常闭，火灾时自动开启，报警阀后的管道充水时间不应大于5min。
（2）在消火栓系统的进水干管上设置电动阀，平时电动阀后为干式管网，当发生火灾时，室内火灾探测装置报警，并同时开启电动阀充水灭火；试验或灭火结束后，关闭电动阀并放空管道防冻。参照上述设干式报警阀的干式消火栓系统，其管道充水时间亦不应大于5min。
2.2.2 住宅底部商业网点室内消火栓防冻措施
住宅底部设置的商业服务网点，由于每户网点的面积不超 300m2，倘若消火栓设置在外墙并对外开门，可大大减少消火栓的数量。寒冷地区建议在连接此消火栓栓头的立管底部设置套筒阀门，套筒盖水平朝外并注有
明显的启闭标识，此阀门常闭，灭火时人工开启。使用完毕后关闭此闸阀，同时打开放水阀门泄水防冻（放水阀门亦应有明显的启闭标识），见图2所示。
2.2.3地下车库自动喷水灭火系统防冻
严寒地区的地下车库的气温很容易达到0℃以下，这势必对车库内的消防系统造成不利影响。通常寒冷地区地下车库内自动喷水灭火系统的防冻建议采取以下措施：
（1）地下车库尽量避免设置露天敞开的采光通风窗井。
（2）采用预作用自动喷水灭火系统时，报警阀前湿式管道的保温加厚或采用电伴热保温。
（3）地下室若设置湿式自动喷水灭火系统，则在车库出入口、采光窗井等容易与外界形成空气对流的部位，設置自限温电伴热保温防冻。
（4）采用防冻湿式系统，使用符合国家和地方有关卫生标准的防冻液（与饮用水系统相连须使用甘油和丙二醇防冻液，与非饮用水系统相连可使用工业防冻液），其与水混合的冰点，所配置防冻液的冰点应低于环境历年统计最低温度，防冻液的密度应校核。
图2 对外开门的消火栓防冻做法
2.3特殊部位保温防冻措施
2.3.1屋顶水箱间设施防冻
屋顶高位消防水箱内水体容积较大，一般不易结冻，而水箱间内的增压稳压泵不经常运转，其与管路均容易结冻造成系统故障。增压稳压水泵一旦运转需要散热，尤其是轴承部位不宜做电伴热，建议采取以下保温防冻的措施。
屋顶水箱间外墙必须做保温处理，检修门尽量开在冬季非主导风向的部位，并采用密封性能好的有保温层的门，尽量开小窗采光，水箱、气压水罐及管路要做加厚保温处理，必要时设置自控温散热装置（如电油汀等），保持室内温度为4℃以上。
2.3.2 消防水池与泵房
寒冷地区的高层建筑的消防水池多利用地下箱式基础做为贮水池。且水池始终为储水状态，一旦发生火灾，水池将以最快的速度进行给水。一般情况下这类贮水池的深度都在冻土层下，不易结冰。但由于冻土层被挖开，因而这种保温效果会有所下降，因而消防水池也要做保温层，防止消防水池表层的水结冰或冻实造成给水困难。并且要在池内安装破冰装置，一旦发现结冰可及时进行清理。对于极冷地区的高层建筑其消防水池周围还应安装取暖设备，温度控制在零上几度左右即可，保证水池内水不冻结。
寒地高层建筑消防水池的有效容积应考虑建筑内所有消防供水设施的水量供给和火灾延续时间内的补水量。一般情况下，消防水泵房与消防水池设在同一层。水泵的出水口位置要加设智能保温装置，在冬季时开启加热功能，从而避免低温下水结成冰将出水口堵塞造成水流不通畅甚至堵死。
3 结束语
我国地域辽阔，南北各地气候与气温差异甚大，北方严寒地区的冬季低气温情况就给设计工作提出了更多要求。现行的规范手册中虽明确了给排水管道的防冻要求，却鲜有防冻做法。以上列举的几个案例仅供参考，以期共同探讨进步。
参考文献：
[1] GB 50015—2003 建筑给水排水设计规范，2009
[2] GB 50016—2014 建筑设计防火规范，2015
[3] GB 50974—2014 消防给水及消火栓系统技术规范，2014
[4] GB 50084-2001 自动喷水灭火系统设计规范，2005
[5] GB 50067—2014 汽车库、修车库、停车场设计防火规范，2015
[6] 建筑给水排水设计手册.第2版.北京：中国建筑工业出版社，2008
[7] 全国民用建筑工程设计技术措施给水排水.北京：中国计划出版社，2009
[8] 自动喷水灭火系统设计手册.北京：中国建筑工、世出版社，2002
[9] 03S401管道和设备保温、防结露及电伴热
[10] 07MS101市政给水管道工程及附属设施
作者简介
黄璇，女，1988-，浙江杭州人，大学本科，工学学士，汉嘉设计集团股份有限公司，助理工程师，从事给水排水工程设计
摘要：北方严寒地区冬季，低温会造成消防设施及给水管网的冻结与损坏，给消防工作带来极大隐患。故消防给水设施的保温防冻工作就显得至关重要。本文笔者对严寒地区高层建筑火灾的特点进行深入分析，并列举几项高层建筑消防给水系统设计中的抗寒防冻保护措施。
关键词：高层建筑；消防给水；严寒地区；消火栓；保温防冻
Abstract：The cold northern winter could freeze fire control facilities and water supply network，which brought great risks to the fire service.Therefore，the frost insulation of the fire water supply facilities is very important.In this paper，the writer analyze characteristics of fires in high-rise building in-depth，and give several cold frost protection measures of high-rise building fire water system design.
Key Words：High-rise building Fire control facilities Cold areas Hydrant Frost insulation
引言
隨着城镇化进程的加快，城市人口不断增加，城市用地也愈发紧张，为了更充分地利用土地资源，高层、超高层建筑逐渐成为了城市建筑的主流。与此同时，家用电器、智能设备等家用电器越发多样复杂，加之目前人们大多火灾防范意识淡薄，高层建筑的消防给水系统设计工作就显得尤为重要。而对于我国北方严寒地区的高层建筑，冬季时气温远低于零度，常常会出现消防给水设施及消防给水管道冻结现象，火灾一旦发生，给水扑救工作难以进行，将会造成的极大危害与巨大的经济损失。因此，严寒地区高层建筑的消防给水系统的设计就要考虑并解决这些关键问题，保证人们的生命与财产安全。
1 北方严寒地区高层建筑火灾的特点
1.1 火灾蔓延途径多且迅速
寒地高层建筑火灾蔓延速度之所以非常迅速是由于高层建筑火势可通过门、窗、吊顶、走廊等途径横向蔓延，也能通过横向的孔洞、管道、电缆桥架蔓延。高层建筑的楼梯间、电梯井、管道井、风道、电缆井等竖向井道多，如果防火分隔处理不好，发生火灾时就好像一座座高耸的烟囱，成为火势纵向蔓延的途径，尤其是高级宾馆、综合楼和图书馆、办公楼等高层建筑，一般室内可燃物较多，一旦起火，燃烧猛烈，蔓延迅速。加之寒冷地区冬季气候多干燥，进一步加快了火灾蔓延的速度。
1.2人员疏散与救助困难
高层建筑发生火灾时：一是层数多，聚集人员多，垂直距离长，疏散到地面或其它安全场所的时间长；二是由于各竖井空气流动畅通，火势和烟雾向上蔓延快，增加了疏散的难度，我国有些经济较发达城市的消防部门购置了少量的登高消防车，但大多数有高层建筑的城市尚无登高消防车，而且其高度也不能满足安全疏散和扑救的需要；三是火灾发生后由于室内消火栓、自动喷水灭火装置等消防设施的启用，地面上会聚集大量的水，而北方严寒地区冬季气温均在零度以下，地面上的在水短时间内便会结成一层薄冰，人员疏散时很可能会滑到造成例如踩踏事故等非火灾事故的人员及经济损失。
1.3 消防给水设施及给水管网易被冻坏，火灾扑救困难
高层建筑发生火灾时，消防灭火面临着建筑周围场地狭小，登高限度有限的困难，在这种外部扑救困难的情况下，自救就尤为重要。而在寒冷的冬季，消防给水设施及给水管网在低温下极易被冻坏，对外部扑救与内部自救的工作造成了严重的阻碍，消防工作难上加难。
2 寒地高层建筑消防给水系统设计
2.1室外消火栓给水系统
北方严寒地区，高层建筑室外消火栓一般选用地下式消火栓。尽管在设置时地下消火栓给水管网已经架设了保温层，但这种普通的保温层在寒地的低气温下保温的功能降低，极易造成消火栓和给水管道的破裂，并出现漏水，严重影响火灾扑救，造成水资源浪费。因而寒地高层建筑室外地下消火栓的给水管网在设置时要进行合理的深埋，一般要在冻土层以下，并在管道周围包裹保温材料。管道要布置成进水管不少于2条的环状，管径不小于100mm。室外消火栓要在高层建筑的周围均匀布置，距层建筑外墙的距离在5.00—40.00m之间，距路边的距离也不应大于2.00m。消火栓的数量则根据其建筑使用性质、疏散及扑救难度等来进行确定。为了防止消火栓和水泵接合器的冻结，要在使用完毕后对残留其中的水加以放空清理，避免阀门的冻结。
另外，寒地室外消火栓在设计时，可以根据实际情况考虑在消火栓的出水口及水泵接合器的入水口处安装智能保温装置，冬季时保温功能开启，保证室外消火栓低温环境下长时间使用及灭火使用后的尽快修复。结冰期结束后，保温功能关闭。有效防止水冻结影响设备使用。
图1 SA100/65型 室外地下式消火栓安装图
2.2室内消防给水系统
由于寒地冬季低温会造成外部消防设施的损坏，因此内部消防给水系统在消防灭火时会起到较温、热带高层建筑更大的作用，严寒地区的室内消防给水管网设计就显得尤为重要。室内消防给水管网主要分为室内消火栓灭火系统和自动喷水灭火系统。
2.2.1干式消火栓系统
寒冷地区非采暖的厂房（仓库）及其他建筑的室内消火栓系统，可采用干式系统，但在进水管上应设置快速启闭装置，管道最高处应设置自动排气阀。通常做法如下： （1）在消火栓系统的进水干管上设置干式报警阀，平时干式报警阀常闭，火灾时自动开启，报警阀后的管道充水时间不应大于5min。
（2）在消火栓系统的进水干管上设置电动阀，平时电动阀后为干式管网，当发生火灾时，室内火灾探测装置报警，并同时开启电动阀充水灭火；试验或灭火结束后，关闭电动阀并放空管道防冻。参照上述设干式报警阀的干式消火栓系统，其管道充水时间亦不应大于5min。
2.2.2 住宅底部商业网点室内消火栓防冻措施
住宅底部设置的商业服务网点，由于每户网点的面积不超 300m2，倘若消火栓设置在外墙并对外开门，可大大减少消火栓的数量。寒冷地区建议在连接此消火栓栓头的立管底部设置套筒阀门，套筒盖水平朝外并注有
明显的启闭标识，此阀门常闭，灭火时人工开启。使用完毕后关闭此闸阀，同时打开放水阀门泄水防冻（放水阀门亦应有明显的启闭标识），见图2所示。
2.2.3地下车库自动喷水灭火系统防冻
严寒地区的地下车库的气温很容易达到0℃以下，这势必对车库内的消防系统造成不利影响。通常寒冷地区地下车库内自动喷水灭火系统的防冻建议采取以下措施：
（1）地下车库尽量避免设置露天敞开的采光通风窗井。
（2）采用预作用自动喷水灭火系统时，报警阀前湿式管道的保温加厚或采用电伴热保温。
（3）地下室若设置湿式自动喷水灭火系统，则在车库出入口、采光窗井等容易与外界形成空气对流的部位，設置自限温电伴热保温防冻。
（4）采用防冻湿式系统，使用符合国家和地方有关卫生标准的防冻液（与饮用水系统相连须使用甘油和丙二醇防冻液，与非饮用水系统相连可使用工业防冻液），其与水混合的冰点，所配置防冻液的冰点应低于环境历年统计最低温度，防冻液的密度应校核。
图2 对外开门的消火栓防冻做法
2.3特殊部位保温防冻措施
2.3.1屋顶水箱间设施防冻
屋顶高位消防水箱内水体容积较大，一般不易结冻，而水箱间内的增压稳压泵不经常运转，其与管路均容易结冻造成系统故障。增压稳压水泵一旦运转需要散热，尤其是轴承部位不宜做电伴热，建议采取以下保温防冻的措施。
屋顶水箱间外墙必须做保温处理，检修门尽量开在冬季非主导风向的部位，并采用密封性能好的有保温层的门，尽量开小窗采光，水箱、气压水罐及管路要做加厚保温处理，必要时设置自控温散热装置（如电油汀等），保持室内温度为4℃以上。
2.3.2 消防水池与泵房
寒冷地区的高层建筑的消防水池多利用地下箱式基础做为贮水池。且水池始终为储水状态，一旦发生火灾，水池将以最快的速度进行给水。一般情况下这类贮水池的深度都在冻土层下，不易结冰。但由于冻土层被挖开，因而这种保温效果会有所下降，因而消防水池也要做保温层，防止消防水池表层的水结冰或冻实造成给水困难。并且要在池内安装破冰装置，一旦发现结冰可及时进行清理。对于极冷地区的高层建筑其消防水池周围还应安装取暖设备，温度控制在零上几度左右即可，保证水池内水不冻结。
寒地高层建筑消防水池的有效容积应考虑建筑内所有消防供水设施的水量供给和火灾延续时间内的补水量。一般情况下，消防水泵房与消防水池设在同一层。水泵的出水口位置要加设智能保温装置，在冬季时开启加热功能，从而避免低温下水结成冰将出水口堵塞造成水流不通畅甚至堵死。
3 结束语
我国地域辽阔，南北各地气候与气温差异甚大，北方严寒地区的冬季低气温情况就给设计工作提出了更多要求。现行的规范手册中虽明确了给排水管道的防冻要求，却鲜有防冻做法。以上列举的几个案例仅供参考，以期共同探讨进步。
参考文献：
[1] GB 50015—2003 建筑给水排水设计规范，2009
[2] GB 50016—2014 建筑设计防火规范，2015
[3] GB 50974—2014 消防给水及消火栓系统技术规范，2014
[4] GB 50084-2001 自动喷水灭火系统设计规范，2005
[5] GB 50067—2014 汽车库、修车库、停车场设计防火规范，2015
[6] 建筑给水排水设计手册.第2版.北京：中国建筑工业出版社，2008
[7] 全国民用建筑工程设计技术措施给水排水.北京：中国计划出版社，2009
[8] 自动喷水灭火系统设计手册.北京：中国建筑工、世出版社，2002
[9] 03S401管道和设备保温、防结露及电伴热
[10] 07MS101市政给水管道工程及附属设施
作者简介
黄璇，女，1988-，浙江杭州人，大学本科，工学学士，汉嘉设计集团股份有限公司，助理工程师，从事给水排水工程设计