關于高層民用建筑消防系統(tǒng)水壓問題的探討

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摘要： 在當前高層民用建筑室內消防供水系統(tǒng)設計中，上行下給屋頂單設水箱式被廣泛采用。通過對最不利點消火栓水壓的校核，指出了普遍存在的消火栓出口水壓低于國家規(guī)范要求，并提出了改進措施。
關鍵詞： 上行下給 單設水箱 消防供水系統(tǒng)

　　A approach to the Water Pressure of Fire Fighting System in Highrise Residential Buildings

　　Li Yunjiang Meng Wei Li Hongjie

　　 (College of Civil & Hydraulic Engineering of China Three Gorges University, YiChang,HuBei.443002)

　　[Abstract] The method of water running upward & supplying downward and housetop water tank has been widely applied in the fire fighting system of highrise buildings. This paper figures out that water pressure of hydrants at the most disadvantage position is less than requirement of national relevant code, the improvement has been put forward as well.

　　[Key Words] running upward & supplying downward, installation of water tank, water supplying system of fire fighting

　　一、概述

　　 目前在民用住宅設計中，層高為2.8-3.0米，層數為六至八層的較為普遍；由于受地形、地勢和市政管網水壓的影響，有些住宅最不利點用戶（通常為頂層）一天24小時內大部分時間室外給水管網能保證供水，僅高峰用水（如用戶集中用水）時，外網水壓不足，無法保證上層配水點用水；為確保安全供水，我們一般采取供水管網上行下給，屋面單設水箱夜間進水的室內供水系統(tǒng)^[1]，如圖1所示。這種供水方式已在民用建筑，特別是高層住宅設計中得到了廣泛應用。實踐表明，這種系統(tǒng)能夠滿足用戶生活用水要求；在這種方式下的室內消防給水系統(tǒng)應如何設置，水壓能否滿足室內消火栓的要求，值得給排水設計人員進行研究。

　　二、現(xiàn)行消防供水系統(tǒng)計算方法及其存在的問題

　　現(xiàn)行室內消防供水系統(tǒng)的設計步驟及計算方法如下^[1]：

　　1． 根據建筑物的層數及性質，確定消火栓、水龍帶、水槍口徑及水槍充實水柱長度。

　　 根據《低層建筑室內消火栓用水量》可知，7-9層住宅同時使用水槍數為2支，每支水槍最小流量為q=2.5L/S，水槍充實水柱長度H_m≮10m；由于q<3L/S，可采用50mm口徑的消火栓，水槍噴嘴直徑為16mm；

　　2． 確定消火栓的位置及管道布置。

　　 通常消火栓布置在樓道休息平臺上，栓口中心距地1.1m，出水口與墻面成90^o[2]；為保證兩支水槍同時達到最高一層室內著火點，頂層至上人屋面之間的休息平臺必須設置消火栓^[1]，即圖1中的2#消火栓；取水龍帶長度20m，則消火栓保護半徑為^[3]:

　　 R=0.8×20m＋10m×cos45^o≈23m

　　根據住宅建筑設計的進深條件，能夠滿足規(guī)范規(guī)定兩支水槍（1#和2#水槍）同時覆蓋頂層房間著火點的要求。

　　3． 確定實際消防流量q_xl及水槍所需壓力H_q^[3]。

　　 根據充實水柱長度H_m=10m及所選水槍口徑50mm,通過直流水槍充實水柱技術參數^13]可知，實際消防射流量q_xh =3.3L/S,由于q<q_xh，故實際消防流量q_xl=2×3.3=6.6(L/S)。

　　水槍造成充實水柱所需壓力由下式計算^[1]：

　　 ⑴

　　式中 H_q—水槍造成充實水柱所需壓力(mH₂O);

　　 H_m—充實水柱長度(m)；

　　 ψ—水槍噴嘴口徑系數，見表1

　　a—充實水柱實驗系數，見表2；

　　 表1 水槍的ψ值^[4]

　　 表2 實驗系數a值^[4]

　　對于7-9層住宅,將以上參數帶入⑴式進行計算:

　　即為使水槍充實水柱H_m=10m,必須保證消火栓出口靜水壓力達到14.1mH₂O；

　　 圖1 圖2

　　 根據圖1可知，水箱出水口至2#（最不利點）消火栓位置水頭H₁=4.9mH₂O；再對消火栓閥水頭損失以及管道沿程水頭損失加以考慮：

　　3.1 消火栓閥水頭損失^[5]。

　　 h_D=S_Dq_x² ⑵

　　式中 h_D—消火栓閥水頭損失(mH₂O)；

　　 S_D—消火栓閥阻力系數；

　　 q_x—水槍的噴射流量(L/S)；

　　將S_D=0.0105，q_x=3.3L/S帶入⑵式：

　　h_D=S_Dq_x²=0.0105×3.3²=0.114(mH₂O)；

　　3.3 管道沿程水頭損失^[5]。

　　 h_y=iL ⑶

　　式中 h_y—管道沿程水頭損失(mH₂O)；

　　 i—管道水力坡降（mm/m）；

　　 L—管道長度（m）；

　　將L=4.9m，i=0.038mm/m帶入⑶式：

　　h_y=iL=0.038×4.9=0.186(mH₂O)；

　　這樣，2#（最不利點）消火栓出水口靜水壓力為：

　　H_j=4.9-h_D-h_y=4.9-0.114-0.186=4.6(mH₂O)＜14.1mH₂O

　　顯然無法滿足設計要求。

　　三．解決方案

　　 為使最不利點消火栓出水口靜水壓力達到設計要求，必須在水箱出水口至消防管道系統(tǒng)之間增加消防泵，參見圖2，消防泵僅在發(fā)生火災時由設于各層消火栓內的消防按鈕啟動；對于本圖，水泵型號可選為KQL025 40-100(I),流量Q=4.03L/S，揚程H=10m；能夠滿足設計要求。

　　 規(guī)范規(guī)定，室內消火栓口處的靜水壓力不得超過80mH₂O，所以我們必須當水泵啟動時對最有利點（最底層消火栓）出水口靜水壓力進行校驗；

　　 H_dc=H₁+H₂-H₃-H₄ ⑷

　　式中 H_dc—最底層消火栓口處壓力(mH₂O)；

　　 H₁—水泵揚程(mH₂O)；

　　 H₂—水箱出水口對最底層消火栓的位置水頭(mH₂O)；

　　H₃—消火栓水頭損失(mH₂O)；

　　H₄—管道沿程水頭損失(mH₂O)；

　　將H₁=10m，H₂=28.4-1.1=27.3(m)，H₃=0.114(m)，H₄=0.038×27.3=1.037(m)帶入⑷式得，H_dc=H₁+H₂-H₃-H₄ =10+27.3-0.114-1.037=36.149(mH₂O)＜80(mH₂O)；顯然，最底層消火栓出水口靜水壓力處于規(guī)范規(guī)定范圍內。

　　四、結語

　　當前絕大多數上行下給單設水箱式民用建筑消防給水系統(tǒng)僅按圖1設置，最不利點消火栓是無法滿足消火栓技術參數要求的，本改進措施能夠解決這一問題；當然，針對不同的建筑，應通過計算來選擇和校驗相應的消防水泵。

　　參考文獻

　　[1] 劉錦梁.簡明建筑設備設計手冊.中國建筑工業(yè)出版社.1991:204～217

　　[2] 全國通用給排水標準圖集.中國建筑標準設計研究所出版.北京.1990:89～109

　　[3] 李引擎.邊久榮.熊宏等.建筑安全防火設計手冊.河南科學技術出版社1998:232-234

　　[4] 陳耀宗.王季樓.裴立人等.建筑給水排水手冊. 中國建筑工業(yè)出版社.1992.12:960

　　[5] 高明遠.杜一民.建筑設備工程. 中國建筑工業(yè)出版社.1979:51～54

　　作者簡介：李運江（1965—）,男,,副教授,博士研究生,長期從事建筑設備科研與教學工作.