關(guān)于高層民用建筑消防系統(tǒng)水壓?jiǎn)栴}的探討

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摘要： 在當(dāng)前高層民用建筑室內(nèi)消防供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，上行下給屋頂單設(shè)水箱式被廣泛采用。通過對(duì)最不利點(diǎn)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(jìn)措施。
關(guān)鍵詞： 上行下給 單設(shè)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(shè)計(jì)中，層高為2.8-3.0米，層數(shù)為六至八層的較為普遍；由于受地形、地勢(shì)和市政管網(wǎng)水壓的影響，有些住宅最不利點(diǎn)用戶（通常為頂層）一天24小時(shí)內(nèi)大部分時(shí)間室外給水管網(wǎng)能保證供水，僅高峰用水（如用戶集中用水）時(shí)，外網(wǎng)水壓不足，無法保證上層配水點(diǎn)用水；為確保安全供水，我們一般采取供水管網(wǎng)上行下給，屋面單設(shè)水箱夜間進(jìn)水的室內(nèi)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(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。實(shí)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(nèi)消防給水系統(tǒng)應(yīng)如何設(shè)置，水壓能否滿足室內(nèi)消火栓的要求，值得給排水設(shè)計(jì)人員進(jìn)行研究。

　　二、現(xiàn)行消防供水系統(tǒng)計(jì)算方法及其存在的問題

　　現(xiàn)行室內(nèi)消防供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算方法如下^[1]：

　　1． 根據(jù)建筑物的層數(shù)及性質(zhì)，確定消火栓、水龍帶、水槍口徑及水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度。

　　 根據(jù)《低層建筑室內(nèi)消火栓用水量》可知，7-9層住宅同時(shí)使用水槍數(shù)為2支，每支水槍最小流量為q=2.5L/S，水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)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(tái)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(shí)達(dá)到最高一層室內(nèi)著火點(diǎn)，頂層至上人屋面之間的休息平臺(tái)必須設(shè)置消火栓^[1]，即圖1中的2#消火栓；取水龍帶長(zhǎng)度20m，則消火栓保護(hù)半徑為^[3]:

　　 R=0.8×20m＋10m×cos45^o≈23m

　　根據(jù)住宅建筑設(shè)計(jì)的進(jìn)深條件，能夠滿足規(guī)范規(guī)定兩支水槍（1#和2#水槍）同時(shí)覆蓋頂層房間著火點(diǎn)的要求。

　　3． 確定實(shí)際消防流量q_xl及水槍所需壓力H_q^[3]。

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

　　水槍造成充實(shí)水柱所需壓力由下式計(jì)算^[1]：

　　 ⑴

　　式中 H_q—水槍造成充實(shí)水柱所需壓力(mH₂O);

　　 H_m—充實(shí)水柱長(zhǎng)度(m)；

　　 ψ—水槍噴嘴口徑系數(shù)，見表1

　　a—充實(shí)水柱實(shí)驗(yàn)系數(shù)，見表2；

　　 表1 水槍的ψ值^[4]

　　 表2 實(shí)驗(yàn)系數(shù)a值^[4]

　　對(duì)于7-9層住宅,將以上參數(shù)帶入⑴式進(jìn)行計(jì)算:

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

　　 圖1 圖2

　　 根據(jù)圖1可知，水箱出水口至2#（最不利點(diǎn)）消火栓位置水頭H₁=4.9mH₂O；再對(duì)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(shù)；

　　 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(zhǎng)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(diǎn)）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(shè)計(jì)要求。

　　三．解決方案

　　 為使最不利點(diǎn)消火栓出水口靜水壓力達(dá)到設(shè)計(jì)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(zāi)時(shí)由設(shè)于各層消火栓內(nèi)的消防按鈕啟動(dòng)；對(duì)于本圖，水泵型號(hào)可選為KQL025 40-100(I),流量Q=4.03L/S，揚(yáng)程H=10m；能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

　　 規(guī)范規(guī)定，室內(nèi)消火栓口處的靜水壓力不得超過80mH₂O，所以我們必須當(dāng)水泵啟動(dòng)時(shí)對(duì)最有利點(diǎn)（最底層消火栓）出水口靜水壓力進(jìn)行校驗(yàn)；

　　 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(yáng)程(mH₂O)；

　　 H₂—水箱出水口對(duì)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(nèi)。

　　四、結(jié)語

　　當(dāng)前絕大多數(shù)上行下給單設(shè)水箱式民用建筑消防給水系統(tǒng)僅按圖1設(shè)置，最不利點(diǎn)消火栓是無法滿足消火栓技術(shù)參數(shù)要求的，本改進(jìn)措施能夠解決這一問題；當(dāng)然，針對(duì)不同的建筑，應(yīng)通過計(jì)算來選擇和校驗(yàn)相應(yīng)的消防水泵。

　　參考文獻(xiàn)

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

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

　　作者簡(jiǎn)介：李運(yùn)江（1965—）,男,,副教授,博士研究生,長(zhǎng)期從事建筑設(shè)備科研與教學(xué)工作.