对室内消火栓给水系统设计与计算的几点探讨

对室内消火栓给水系统设计与计算的几点探讨摘要根据最不利点消火栓栓口静水压力的计算，探讨消火栓给水系统的分区问题，提出消火栓系统的静水压力应能满足最不利点消火栓的最低工作压力要求。探讨消防水泵扬程的计算方法，提出合理降低水泵扬程，有利于减少建设投资。关键词消火栓栓口静水压力消火栓系统分区消防水泵扬程计算1规范中对消火栓系统分区和消火栓栓口静水压力的相关规定《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95，2005年，以下简称“高规”）[1]“消火栓栓口的静水压力不应大于1.00MPa，当大于1.00Mpa时，应采取分区给水系统。”“高位消防水箱的设置高度应保证最不利点消火栓静水压力。当建筑高度不超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.07Mpa；当建筑高度超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.15Mpa。当高位消防水箱不能满足上述静压要求时，应设增压设施。”2消火栓给水系统分区探讨根据“高规”①高位消防水箱的设置高度能保证规范中所要求的最不利点消火栓静水压力（7m、15m）。②高位消防水箱不能满足上述静压要求，设增压设施。以一栋27层高层住宅为例来说明两种情况的不同。该住宅层高3.00m，室内外高差0.45m，建筑高度81.45m。第①种情况计算出的消火栓栓口最大静水压力为7+78=85m，竖向可以不分区。第②种情况，②种情况在设计中常采用消防增压稳压设备，且当建筑高度大于50m时，增压设备宜设于屋顶。本实例中，增压设备设于屋顶，消火栓系统最不利点所需消防压力P=H1+H2，其中H1为水龙带及消火栓本身的压力损失，H2为水枪喷射充实水柱长度（10m）所需压力。要同时满足水枪喷射充实水柱长度（10m）和每支水枪最小流量5l/s,查直流水枪充实水柱技术数据表（19mm喷嘴）可得H2=17m，qxh2+2+5.22/1.577=2.9+2+17=22m，P值即为气压水罐的充气压力，考虑到消防增压稳压设备设置高度及稳压泵停泵压力，则消火栓栓口最大静水压力大于22+78=100m，竖向应该分区。以上两种情况不同的主要原因是对最不利点消火栓栓口压力要求不同造成的。究其实质，第①种情况是临时高压消防给水系统。该系统管网内最不利点周围平时水压和流量不能满足灭火的需要，在水泵房内设有消防水泵，在火灾时启动消防水泵，使管网内的压力和流量达到灭火时的要求。第②种情况是稳高压消防给水系统，由稳压给水设备（稳压泵和气压罐）和消防主泵组成，平时系统压力由稳压给水设备维持，发生火灾时，主泵根据系统压力变化自动开启。按照现行规范进行设计，则第①种情况建筑高度达到96.45m（仍以层高3.00m，室内外高差0.45m的住宅为例）时消火栓系统才考虑分区，此时消防泵的扬程为128m。第②种情况建筑高度达到81.45m时，消火栓系统竖向即应分区，此时消防泵的扬程为111m。两者建筑高度相差15m，扬程相差17m。从初期火灾能否被及时有效地控制和扑灭以及保证供水管道和给水设备安全性来看，显然第②种情况设计更为合理，在火灾初期，最不利点消火栓灭火所需的流量和压力均能够满足，且整个管道系统内压力相对较小，在扑救火灾过程中，因水枪开闭产生水锤而使给水系统中的设备受到破坏的可能性也相对减小。综上所述，较好的设计方案应该是使消火栓系统的静水压力能满足最不利点消火栓的最低工作压力要求，而不是仅仅如“高规”中所规定的保证最不利点消火栓的静水压力，即高位消防水箱的设置高度应提高至满足最不利点消火栓的最低工作压力要求[2]。另一方面，若系统为稳高压消防给水系统，则系统内静水压力应考虑系统持压，此时竖向分区高度不应超过80m[3]。3消防水泵扬程计算探讨消防水泵扬程的计算公式为：HP=Hq+Hd+HSK+hg+hz,Hq为最不利点消防水枪喷嘴所需水压，Hd为消防水带水头损失，HSK为消火栓栓口水头损失，hz为消防水池最低水面与最不利点消火栓之高差，这四项值的计算均十分清楚，hg为管网水头损失。消火栓管网水头损失目前多按支状管网进行计算，消防泵的扬程在满足最不利点消火栓水压要求的情况下按最不利条件（水池在最低水位、仅有一条供水管供水）进行水力计算校核。经这种方法计算出的管网水头损失偏大。比较合理的计算方法是：室内消火栓给水系统的竖管流量根据最大可关闭竖管数量时，剩余一组最不利的竖管，并由这一组竖管平均分摊消火栓用水量，但每根竖管的流量不应小于规范中所要求的竖管最小流量。室内消火栓给水系统横干管的流量应为消火栓用水量[4]。但是不论采用何种方式计算，都应该结合工程的实际情况。以18层普通住宅（层高3.00m，室内外高差0.45m，室内消防用水量20l/s）为例。按支状管网最不利条件进行水力计算校核，消防水泵扬程（本例中为引入管接管压力）HP=Hq+Hd+HSK+hg+hz按第二种情况，每层设双阀双出口消火栓的情况与上述计算结果相同；一般普通住宅按每个单元两根竖管，检修时关闭停用竖管数为一根，因单元式住宅的每个单元之间有耐火性能较好的分隔墙进行分隔，火灾在单元之间不易蔓延，因此最不利情况时，单元内另一根竖管将承担全部消防用水量20l/s，计算结果与按支状管网相同。若18层普通住宅为通廊式住宅，按第二种情况关闭停用竖管数为一根时，最不利和次不利两根竖管分别承担10l/s消防用水量，则HP=Hq+Hd+HSK+hg+hz与上述计算结果相差5m。上述算例均未考虑给水横干管的水头损失。当室内消防用水量更大时，两种方式计算出的消防水泵扬程也会相差更大。因此在计算消防水泵扬程时应考虑具体情况，在保证安全性的前提下充分考虑经济性，有利于减少建设投资，使设计更加完善[5]。4结语随着国家经济建设的迅速发展，高层建筑越来越多，而高层建筑火灾的不断出现，对高层建筑消防设施的安全性也提出更高要求。建议高层建筑考虑消防分区时，尽量采用稳高压系统，使消火栓系统的静水压力能满足最不利点消火栓的最低工作压力要求，同时在保证安全性的前提下，结合工程实际计算消防水泵扬程，使设计更为经济。参考文献1G