李杨
中国中元国际工程有限公司
【摘要】结合清华大学新化学馆项目设计经验，本文介绍了新化学馆作为实验、科研兼办公建筑的给排水系统、消防 系统设计；并结合工程实际，重点分析了本项目实验室特殊给排水系统、实验室纯水系统、消防预作用系统设计要 点，望能为化学实验室类似科研建筑的工程设计提供参考借鉴。
关键词 新化学馆实验室排水纯水系统预作用自喷灭火系统文保地区管线改造
引言
清华大学新化学馆定位为科研办公用楼，主要 功能为实验室（含国家重点实验室）。项目作为先进 的化学实验楼，既要满足科学研究兼顾学术交流等需 求，又要与校园环境相协调，并具备充足的灵活性和 适应性以满足化学系未来的发展。本文对新化学馆给 排水及消防各系统的设计进行简要介绍，供大家探讨 学习，从而为化学实验室类似科研工程设计提供参考 借鉴。
1工程概况
本项目建设用地位于北京市海淀区清华大学园区 西北部，东临校内道路，南邻老化学馆，北侧为人环 楼，东侧为理化楼，东北侧为生物医学馆。项目建设 用地约0.54hm2，总建筑面积12794.7"。
新化学馆定位为科研办公用楼，主要功能为实 验室（含国家重点实验室），属多层公共建筑，耐火 等级为二级，地下三层，地上四层，总建筑高度为 15.920m。主要功能：地下三层主要为人防区域兼平 时实验室、电镜实验室等；地下二层主要为分析化学 实验室，变电所，换热站及空调机房等；地下一层主 要为分析化学实验室，设备用房，生活水泵房、纯水间和数据机房；地上一、二层主要为无机、物化实验 室；三层为高分子分析实验室；四层为有机化学实验 室。每层实验人数约为40人。地下三层人防区域建筑 面积1407m2,为核5级常5级甲类一等人员掩蔽所，平 时为实验室。
2给排水系统
2.1给水系统
水源：给水水源为市政自来水。在地块北侧和南 侧分别接入一路给水引入管，管径DN150，在地块红线 内形成DN150环状给水管网，压力约0.18MPa。供水水 质符合国家《生活饮用水卫生标准》。
系统分区：由于现状市政给水压力较低，且给 水引入总管上设置低阻力倒流防止器，而新化学馆 因功能需在每层设置紧急淋浴器（工作压力为0.10 MPa〜0.20 MPa），故地下三层至地下一层采用市政直 接供水，地上一层至四层采用生活水箱+变频泵组加压 供给水。给水泵房设于地下一层，生活水箱有效容积 为18m，，不低于最高日用水量的20%。给水系统稳压措 施：各用水点处供水压力超过0.20MPa时，采用支管减 压阀或节流型卫生洁具。
给水最高日用水量为155.32m3/d，最大时用水量为23.30m3/h。其中高区生活用水最高日用水量为 80.60m3/d，最大时用水量为12.10m3/h ；低区生活用 水最高日生活用水量为60.60m3/d，最大时用水量为 9.10m3/ho
二次供水消毒及计量：在生活水泵房水箱内设置 1台功率为405W的臭氧自洁消毒器。地下三层至地上四 层各层根据实验室实际使用划分单独计量用水区域； 纵向卫生间分层计量；纯水系统、空调补水单独计 量；进人防区域的给水管道设置水表单独计量。
生活热水供应方式：本工程不设集中生活热水 系统，采用分散布置电热水器供应生活热水。供应部 位：卫生间洗手盆台盆下分散设置即热式小型电热水 器，容积为K=5L，功率为N=2.0kW。电热水器给水管入 口处加设止回阀，必须带有安全使用的装置。
生活饮用水及开水供应：由设在开水间的电开水 器供应，供建筑物内办公及实验人员饮用，供水温度 100°c，在楼内每层开水间设一台全自动电开水器；电 开水器容积为K=60L,功率为N=12kW。电开水器给水管 入口处加设止回阀，电开水器必须有保障使用安全的 措施。
2.2纯水系统
水源：根据工艺要求新化学馆在每层设置1处纯 水供应点，日平均耗量5L/d •人，纯水用量约2.1m3/ d,纯水设备处理能力为0.60m3/h。
纯水工艺及出水水质：本项目纯水处理工艺主 要采用采用反渗透(RO)+EDI处理工艺，工艺流程： 原水增压泵一多介质过滤器一软化过滤器一除氯过 滤器一多功能保护柱一高压泵一反渗透R0处理装置 一多功能纯水箱一分配泵一离子交换柱一254nm紫外 杀菌装置一0.2um除菌过滤器。产水水质：电阻率 5〜15MQ・m，典型值210MQ・m,R 0膜脱盐率为 97%〜99%,T0CW30 ppb，微生物浓度W10CFU/mL, 水质均符合国标《分析实验室用水规格和试验方 法》GB6682-2008中的二级标准，纯水电阻率大于1
纯水系统形式选择：纯水供应采用循环管道系统。在地下一层设置纯水制备间，纯水制备间内设1套 纯水中央处理设备。纯水水箱有效容积为1.5m3。纯水 设备处理能力为0.60m3/h。
纯水系统消毒：纯水系统具备全自动R0和循环管 路消毒功能。消毒剂为0.11mol/L氢氧化钠或10%双氧 水，消毒时间不小于4h。
2.3中水系统
采用市政中水，从地块东侧市政中水干管引 一根管径为DN100mm的中水给水管进入本项目红线 内，用于本项目浇洒道路及绿化市政中水压力为 0.10MPa。在地块内中水管线上布置若干洒水栓井， 洒水栓井间距不超过50m。中水作为绿地灌溉水源 时，采用微灌、滴灌等节水灌溉方式。室外道路冲洗 全部采用节水型高压水枪冲洗方式。中水管道严禁与 生活饮用水给水管道连接。室外中水管道上不得装设 取水龙头。当装有取水接口时，必须采取严格的误 饮、误用的防护措施。
2.4污废水排水系统
本工程室外排水系统采用雨污分流、污废水合 流。室内排水采用生活污水、实验室废水分流的排水 系统，最高日排水总量约为123.6m3/d。
生活污水排水系统：建筑内的生活污水经污水管 道收集排至室外，经化粪池处理后直接排入室外污水 管道。
实验废水排水系统：含有微量酸、碱的实验室废 水，先经各实验室稀释后，直接排入室外污水管网。含 有浓酸或浓碱的实验室废水、含有苯酚等有机试剂、 暗室显影洗液等实验室废液，分别倒入专用废液容器 中，应由专业单位回收处理，不得直接排入排水管道。
地面以上排水均采用重力排水，地面以下排水排 至地下室污、废水集水坑或者一体化污、废水提升设 备，经潜水排水泵提升后排放。
2.5雨水系统
北京市暴雨强度公式：
丨丨…
g = (f + 8)°m式中：q --设计雨水流量（L/s）；
P —设计重现期（a）；
t --降雨历时（min）。
（1） 室外雨水系统
室外区域雨水由室外雨水口收集后排入雨水管 网。室外区域雨水设计重现期采用P=3年，雨水设 计降雨历时t=10min，综合径流系数W=0.56，汇水 面积Fw=5474.23m2。红线区域雨水总设计流量为： Q=89.91L/s。
（2） 屋面雨水系统
屋面雨水重现期设计为10年，5min降雨强度为 q=5.85L/s»100m2。屋面雨水排水工程与溢流设施的总 排水能力不小于50年重现期的雨水量。屋面雨水采用 内排水与外排水结合的方式，有组织地通过重力流排 水系统排入建筑物室外散水坡或雨水沟。经雨水管道 收集后排至室外雨水管网。雨水斗采用87型雨水斗。 面积较小的种植屋面和建筑出挑屋面，采用阳台地 漏。
（3） 雨水控制
为充分利用雨水资源，道路采用透水性路面铺 装，停车场采用渗水砖，接纳地表雨水，渗入地下， 涵养地下水，绿地雨水就地渗透；大于入渗量的雨水 排至室外雨水管网。由于硬化面积为3169.73m2，根 据《雨水控制与利用工程设计规范》规定，每千平方 米硬化面积配建不小于30m3的雨水调蓄池，因此本工 程区域内设置一个有效容积为100m3的雨水调蓄池， 在下次降雨前，将雨水调蓄池内的雨水排空至市政雨 水管网。北京地区年径流总量控制率取80%，对应设计降雨量H=27.3mm。依据容积法计算设计雨水调蓄容 积：V=10 wHF=10X0.56X27.3X0.5474=83.7m3。故 设置100m3雨水调蓄池可满足场地年径流总量控制率 大于80%。
3消防系统
3.1消防水源及用水量
室外消防采用低压制消防系统，由室外环状给水 管网直接供给，环管管径DN150,水压0.18MPa。室内 消防用水采用临时高压制，区域消防水泵房及消防水 池位于新化学馆东北侧生物医学馆（已建）楼内，供 给本项目室内消防水量。高位消防水箱间位于生物医 学馆（已建）屋顶，内设一座有效容积18 m3的消防 水箱及增压稳压泵组，维持室内消火栓系统及自动喷 水灭火系统管道的压力。本项目同一时间火灾发生次数为一次，室外消火 栓用水量为288m3，室内消火栓用水量为144m3，室内自 喷用水量为108m3。按同时开启室内消火栓及自动喷水 系统考虑，本项目室内消防用水量为252m3。本项目消 防用水量标准及消防用水量详见表2。
已知生物医学馆地下消防泵房设置一座有效容积 为（K=260m3）的消防水池，可满足本项目室内消防用 水需求。消防泵房内设两台消火栓给水泵、两台自动 喷水给水泵，其中消火栓给水泵性能参数Q=20L/s, H=0.60MPa，N=22.0kW, 一用一备；自动喷水给水泵性 能参数Q=30L/s, H=0.80MPa，N=55.0kW，一用一备； 经校核以上设备参数均能满足本项目消防水压要求。
3.2室外消火栓系统
室外消火栓系统与生活供水共用室外环状管网， 在环状给水管网上设若干地下式消火栓。室外消火
栓型号为：SA100/65型。室外消火栓的间距不大于 120m，保护半径不大于150m。
3.3室内消火栓系统
室内消火栓系统采用临时高压系统，竖向不分 区，采用水平干管和竖向立管成环状布置。消火栓栓 口压力超过0.50MPa时采用减压稳压型消火栓。同层相 邻两个消火栓的水枪的充实水柱保证同时达到被保护 范围内的任何部位，消防给水管道采用阀门分成若干 独立段。阀门的布置，保证检修管道时至多关闭停用 不相邻的两根竖管。水枪充实水柱210m，消火栓栓口 动压不小于0.25MPa。
采用1800x700X180带灭火器箱组合式铝合金消 防柜，箱内设DN65mm消火栓1个，DN65mm长25m衬胶龙 带一条，DN19水枪一支，自救式消防卷盘一套，磷酸 铵盐手提灭火器2具，消防按纽及指示灯各一个。安装 在防火墙上的消火栓箱应保证箱体后面防火墙耐火极 限不小于设计要求。
在新化学馆室外设2组消火栓用地下式水泵结合 器，水泵结合器型号为SQX100-A型，位于室外消火栓 15〜40m范围内。每组水泵接合器流量不大于15L/s, 水泵接合器处设置永久性标志铭牌，注明供水系统、 供水范围、系统设计流量和额定压力等参数。
3.4自动喷水灭火系统
自动喷水灭火系统采用临时高压制，本楼各部 位均属中危险I级。各层除细胞间、数据机房、变电 所、电镜区域等部位外均设置喷头。新化学馆实验室 区域为准工作状态严禁勿喷的场所，均采用预作用自 动喷水系统，公共区域及书写区均采用湿式自动喷水 系统。
自动喷水灭火系统竖向不分区，报警阀间位于本 楼地下一层，共设有1个湿式报警阀，3个预作用报警 阀，每个报警阀负担喷头数不超过800只（不计吊顶 内喷头数量），水力警铃设于报警阀处的通道墙上。 每个报警阀所负担的最不利喷头处，均设末端试水装 置。每层每个防火分区均设水流指示器和电触点信号 阀，并在靠近管网末端设DN25的末端试水阀。供水动自动喷水泵由各报警阀上压力开关控制自动喷 水泵自动启动，消防控制中心可远距离启动自动喷水 泵，水流指示器指示楼层或防火分区，信号反馈至消 防控制中心。
本工程采用喷头均采用K=80标准玻璃球闭式喷 头，喷头温级为68。。。预作用报警阀后管网平时充满 0.03〜0.05MPa低压气体，空压机维持压力。空压机启 动压力为0.03MPa,停机压力0.05MPa。当加压泵启动 时空压机停机，同时末端快速排气阀前的电动阀自动 开启。
新化学馆室外设2组自动喷水用地下式水泵接合 器，水泵结合器型号均为SQX100-A型。
3.5气体灭火系统
地下一层的数据机房、地下二层的变电所及变 电所夹层、地下三层电镜设备间、电镜数据处理间等 设置二氧化碳气体灭火系统。本工程采用管网式组合 分配系统，灭火系统由储存装置、控制系统和分配系 统等组成。二氧化碳气体灭火系统应具有自动控制、 手动控制和机械应急三种启动方式。每个防护区均设 泄压口，泄压口位于防护区净高的2/3以上。防护区 入口应设声光报警器和指示灯，防护区内配置空气呼 吸器。
3.6建筑灭火器
本建筑均配置磷酸铵盐干粉灭火器。栓型号为：SA100/65型。室外消火栓的间距不大于 120m，保护半径不大于150m。区域面积大的特点，因此本项目从方案设计到施工图 设计，BIM应用贯穿始终。依托BIM信息模型直观的优 势，从数字化模型中模拟施工过程中的难点及问题， 对机电各专业管线综合协调布置，提岀解决方案，进 而达到避免施工阶段中的材料浪费、缩短施工周期的 目的。
参考文献
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