浅析高层建筑消防给水系统的计算及管理

 摘要：文章介绍了消防给水系统形式，列出水压计算原理及公式，对室内室外消火栓展开分析，得出给水超压的问题和相应的管理措施。 

　　关键词：消火栓；水泵接合器；水压力计算 

　　1􀀁消防给水系统形式的确定 

　　合理的给水方式是高层建筑消防给水系统设计的关键，它直接影响消防给水系统的有效性和工程造价。给水形式的选择首要条件是保证系统的安全可靠性，其次才是经济性。消防给水系统按服务范围可以分为独立的消防给水系统和区域集中的消防给水系统两大类，笔者认为采用区域集中的消防给水系统比较合理。通常来说临近的高层建筑都建有消防水池，如在设计时能够共用消防水池能大大节约社会资源，但是由于各部门和单位之间协调困难,导致共用方案得不到推广应用。高层建筑消防给水系统按建筑高度可以分为分区供水和不分区供水。当消火栓栓口的静水压力小于0.8MPa时，采用不分区给水形式，当消火栓口的静水压力大于0.8MPa时，采用分区给水形式。分区供水方式又包括并联分区供水方式、串联分区供水方式、减压阀分区供水方式。并联分区供水方式的优点是各个分区独成体系，并且系统的可靠性高，但造价较高，维护也相对困难。串联分区供水方式的各区水泵压力相近，不需高压泵和高压管，其弱点是水泵分散导致管理困难，而且造价较高。减压阀供水方式的系统简单，造价低廉，便于管理，是较为合理的供水方式。此种方式不仅经济而且安全可靠,维护也简单，但对减压阀的要求较高，应采用可调式减压阀，设定减压后的压力并保持恒定。 

　　2消防给水压力计算 

　　1）压力与高度的关系：通过压强公式 和 计算得10000mm水柱=1kgf/cm2，即10米水柱相当于1公斤压力，也就是说，管道内的水每升高10米(垂直距离)，静水压力减小1公斤(0.1 MPa)。 

　　2）阻力计算：水通过直管、弯头、变径、分路、阀门等都产生阻力损失，总压头降低，那么，在设计给水压力时要考虑到阻力损失，阻力损失在水流动时才产生，速度越大阻力损失越大，管径越小阻力损失越大，静止时就不产生压力损失，每米管道的水头损失应按下式计算 

　　式中i每米管道的水头损失，V管道内的平均流速，dj管道的计算内径。 

　　管道的局部水头损失宜采用当量长度法计算，当量长度可由《自动喷水灭火系统设计规范》查得。 

　　3）压力计算: 知道最不利点处高度和出水压力，计算出阻力损失、流速，通过柏努利方程，就可以计算出消防给水所需的压力。通过压力计算来判断系统采用常高压给水系统还是零时高压给水系统。 

　　4） 消防水泵: 通过前面计算的消防给水流量和压力来选取消防水泵的扬程和流量。消防水泵扬程和流量要略大于计算压力和流量，但不能太大，系统设消防水泵时要设电接点压力表或持压泄压阀，确保系统的运行安全。 

　　3􀀁室内消火栓 

　　消火栓的布置是否合理，对于火灾的控制和扑救有很大影响。《高层民用建筑设计防火规范规》（以下简称《高规》）7.4条规定，消火栓的间距应保证同层任何部位都有两个消火栓水枪的充实水柱同时到达，高层建筑不应大于30m，裙房不应大于50m。消火栓的布置应以主楼梯为起点，消火栓应设置在走道、楼梯等明显易于取用的地点，但同时应该避免将箱体布置在楼梯间出入口处，以免发生火灾时疏散的人群影响使用消火栓的消防队员，延误扑救时机，造成更大损失。《高规》第7.4.6.8还规定“消防电梯间前室应设消火栓”。规范中没有明确规定该处设的消火栓是否计入同层消火栓的数量，对此问题争论很多。由中国建筑标准设计研究所编的《全国民用建筑工程设计技术措施(给水排水）》对此事的答复是：消防电梯前室的消火栓可作为普通室内消火栓使用并计算在布置数量范围内。笔者认为应该具体问题具体对待，有条件多设消火栓时，消防电梯前室的消火栓不应计入同层消火栓数量，其设置目的是便于消防队员尽快使用消火栓扑救火灾并开辟通道。但一些特殊住宅，条件不允许可多设消火栓时，可考虑将消防电梯前室的消火栓计入同层消火栓数量。 

　　4􀀁室外消火栓 

　　《高规》第7.3.6规定：“室外消火栓的数量应按本规范第7.2.2条规定的室外消火栓用水量经计算确定，每个消火栓的用水量应为10～15L/s”，但是《高规》的“条文说明”是这样解释：“室外消火栓的数量应保证供应建筑物需要的灭火用水量，其中包括室内、室外两部分”，设计室外消火栓时必须区分不同的情况，当室内消防用水由室外管网提供时，室外消火栓的数量应考虑水泵接合器的数量。一个室外消火栓对应一个水泵接合器。有的设计者考虑将水泵接合器按室外消防水量计算所得的室外消火栓数量与水泵接合器所要求的室外消火栓数量相加,来设计室外消火栓，设置数量太多，不符合实际，不合理。笔者认为两者取最大值较合理。例如某高层建筑，消火栓系统与自喷系统皆为一个分区，室外消防用水量为30L/s，室内消防用水量为30L/s，自动喷水系统用水量为30L/s。按计算，室外消火栓设2个就可以了，而实际应设4个，因为要考虑水泵接合器的数量，用于室内消火栓的水泵接合器有2个，用于喷淋的水泵接合器有2个，共计4个水泵接合器,因此要求设4个室外消火栓。当把室内消防用水储存在室内消防水池时，室外消火栓一般就按室外消防用水量来确定。 

　　5􀀁水泵接合器 

　　水泵接合器的主要用途是当室内消防水泵发生故障或遇大火室内用水不足时，供消防车从室外消火栓取水，通过水泵接合器将水送到室内消防管网,供灭火使用，水泵接合器实质上就是备用的消防措施。“消防水泵接合器的数量应按室内消防用水量经计算确定，每个水泵接合器的流量应按10～15L/s计算”。《高规》这条规定应具体情况具体对待。如果室外所提供的水量远小于室内消防用水量时，那么就水泵接合器设置那么多是毫无疑义的。 

　　6􀀁超压问题及解决方法 

　　给水系统的超压问题会严重影响管网的安全使用，如消火栓与水龙带接口易漏水，直流水枪难以控制，影响自动喷水系统喷头的灭火效果等等。引起高层消防给水系统超压的原因主要有： 

　　(1)消防给水系统设置不当。高层建筑消防给水系统主要有消火栓系统和自动喷水灭火系统两大类，两个系统应该分别设置工作泵，但在实际工程为了节省成本和空间而采取了共用一台备用泵的方案。由于消火栓系统和自动喷水灭火系统对水量、水压要求差别很大,其管网布置差别更大，因此对工作泵的型号要求也不同。消防规范规定，消防备用泵的工作能力不应小于其中最大一台消防工作泵，因此当有水压要求低的消防系统工作泵出现故障时，由消防备用泵供水而出现超压。 

　　(2)设计人员在选用消防水泵时按设计流量计算。火灾初期消火栓和自动喷水灭火系统的使用要比规范规定的数量少得多，因此消防的实际用水量远小于水泵选定的流量值，造成超压现象。另外消防水泵在实验和检查时，水泵出水量也较少，若选用一般水泵，由于其流量及扬程曲线较陡直，因此管网的压力升高而出现超压现象。 

　　(3)消防给水竖向分区时，采用减压阀分区给水方式，有的工程把这种半独立的上区和下区分开使用水泵接合器，误用消防车中压出口达到1～2MPa 的相对高压水流接通下区接合器时，下区会出现超压。 

　　目前防超压有以下几种解决方法： 

　　(1)正确布置给水系统，将消火栓系统和自动喷水灭火系统分开设置。由于两种系统在作用时间、用水量、压力等方面的要求不一致，两系统若共用水泵作消防供水，在小流量情况下工作时，产生的超压值比较大，容易出现安全事故。 

　　(2)选用流量 扬程曲线平缓的水泵。建筑消防特种泵(原名为切线泵)的流量 扬程曲线平缓，呈恒压状态。此种水泵系统在零流量或小流量下运行时所产生的超压保持在允许范围之内，不会影响正常使用；而当火场需要超出设计流量时，供水扬程稳健性强，不致于大幅度下降，仍能保证一定的充实水柱进行灭火。 

　　(3)采用多台水泵给水，根据水流量的大小来决定水泵的使用。当水流量较小时可采取小水泵运行或单泵运行方案，在水流量大时可采用大泵运行或多泵并联运行来保证火灾现场所需要的流量而不产生超压现象。 

　　(4)进行合理的竖向分区。管网竖向分区时，适当留有余地降低分区给水压力值，或按0.8MPa值进行竖向分区，并采取相应有效的减压措施。还可以独立分区给水系统,根据系统压力对消火栓给水进行分区，分上下两个或上中下三个给水分区，由不同的水泵机组根据需要提供不同的压力。 

　　7结 语 

　　火灾的发生严重影响着人们的生命财产安全，作为消防事业的工作者，我们将加强一切管理措施，防患火灾的放生于未然。