关于高层民用建筑消防系统水压问题的探讨

摘要： 在当前高层民用建筑室内消防供水系统设计中，上行下给屋顶单设水箱式被广泛采用。通过对最不利点消火栓水压的校核，指出了普遍存在的消火栓出口水压低于国家规范要求，并提出了改进措施。
关键词： 上行下给 单设水箱 消防供水系统

　　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

　　 目前在民用住宅设计中，层高为2.8-3.0米，层数为六至八层的较为普遍；由于受地形、地势和市政管网水压的影响，有些住宅最不利点用户（通常为顶层）一天24小时内大部分时间室外给水管网能保证供水，仅高峰用水（如用户集中用水）时，外网水压不足，无法保证上层配水点用水；为确保安全供水，我们一般采取供水管网上行下给，屋面单设水箱夜间进水的室内供水系统^[1]，如图1所示。这种供水方式已在民用建筑，特别是高层住宅设计中得到了广泛应用。实践表明，这种系统能够满足用户生活用水要求；在这种方式下的室内消防给水系统应如何设置，水压能否满足室内消火栓的要求，值得给排水设计人员进行研究。

　　二、现行消防供水系统计算方法及其存在的问题

　　现行室内消防供水系统的设计步骤及计算方法如下^[1]：

　　1． 根据建筑物的层数及性质，确定消火栓、水龙带、水枪口径及水枪充实水柱长度。

　　 根据《低层建筑室内消火栓用水量》可知，7-9层住宅同时使用水枪数为2支，每支水枪最小流量为q=2.5L/S，水枪充实水柱长度H_m≮10m；由于q<3L/S，可采用50mm口径的消火栓，水枪喷嘴直径为16mm；

　　2． 确定消火栓的位置及管道布置。

　　 通常消火栓布置在楼道休息平台上，栓口中心距地1.1m，出水口与墙面成90^o[2]；为保证两支水枪同时达到最高一层室内着火点，顶层至上人屋面之间的休息平台必须设置消火栓^[1]，即图1中的2#消火栓；取水龙带长度20m，则消火栓保护半径为^[3]:

　　 R=0.8×20m＋10m×cos45^o≈23m

　　根据住宅建筑设计的进深条件，能够满足规范规定两支水枪（1#和2#水枪）同时覆盖顶层房间着火点的要求。

　　3． 确定实际消防流量q_xl及水枪所需压力H_q^[3]。

　　 根据充实水柱长度H_m=10m及所选水枪口径50mm,通过直流水枪充实水柱技术参数^13]可知，实际消防射流量q_xh =3.3L/S,由于q<q_xh，故实际消防流量q_xl=2×3.3=6.6(L/S)。

　　水枪造成充实水柱所需压力由下式计算^[1]：

　　 ⑴

　　式中 H_q—水枪造成充实水柱所需压力(mH₂O);

　　 H_m—充实水柱长度(m)；

　　 ψ—水枪喷嘴口径系数，见表1

　　a—充实水柱实验系数，见表2；

　　 表1 水枪的ψ值^[4]

　　 表2 实验系数a值^[4]

　　对于7-9层住宅,将以上参数带入⑴式进行计算:

　　即为使水枪充实水柱H_m=10m,必须保证消火栓出口静水压力达到14.1mH₂O；

　　 图1 图2

　　 根据图1可知，水箱出水口至2#（最不利点）消火栓位置水头H₁=4.9mH₂O；再对消火栓阀水头损失以及管道沿程水头损失加以考虑：

　　3.1 消火栓阀水头损失^[5]。

　　 h_D=S_Dq_x² ⑵

　　式中 h_D—消火栓阀水头损失(mH₂O)；

　　 S_D—消火栓阀阻力系数；

　　 q_x—水枪的喷射流量(L/S)；

　　将S_D=0.0105，q_x=3.3L/S带入⑵式：

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

　　3.3 管道沿程水头损失^[5]。

　　 h_y=iL ⑶

　　式中 h_y—管道沿程水头损失(mH₂O)；

　　 i—管道水力坡降（mm/m）；

　　 L—管道长度（m）；

　　将L=4.9m，i=0.038mm/m带入⑶式：

　　h_y=iL=0.038×4.9=0.186(mH₂O)；

　　这样，2#（最不利点）消火栓出水口静水压力为：

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

　　显然无法满足设计要求。

　　三．解决方案

　　 为使最不利点消火栓出水口静水压力达到设计要求，必须在水箱出水口至消防管道系统之间增加消防泵，参见图2，消防泵仅在发生火灾时由设于各层消火栓内的消防按钮启动；对于本图，水泵型号可选为KQL025 40-100(I),流量Q=4.03L/S，扬程H=10m；能够满足设计要求。

　　 规范规定，室内消火栓口处的静水压力不得超过80mH₂O，所以我们必须当水泵启动时对最有利点（最底层消火栓）出水口静水压力进行校验；

　　 H_dc=H₁+H₂-H₃-H₄ ⑷

　　式中 H_dc—最底层消火栓口处压力(mH₂O)；

　　 H₁—水泵扬程(mH₂O)；

　　 H₂—水箱出水口对最底层消火栓的位置水头(mH₂O)；

　　H₃—消火栓水头损失(mH₂O)；

　　H₄—管道沿程水头损失(mH₂O)；

　　将H₁=10m，H₂=28.4-1.1=27.3(m)，H₃=0.114(m)，H₄=0.038×27.3=1.037(m)带入⑷式得，H_dc=H₁+H₂-H₃-H₄ =10+27.3-0.114-1.037=36.149(mH₂O)＜80(mH₂O)；显然，最底层消火栓出水口静水压力处于规范规定范围内。

　　四、结语

　　当前绝大多数上行下给单设水箱式民用建筑消防给水系统仅按图1设置，最不利点消火栓是无法满足消火栓技术参数要求的，本改进措施能够解决这一问题；当然，针对不同的建筑，应通过计算来选择和校验相应的消防水泵。

　　参考文献

　　[1] 刘锦梁.简明建筑设备设计手册.中国建筑工业出版社.1991:204～217

　　[2] 全国通用给排水标准图集.中国建筑标准设计研究所出版.北京.1990:89～109

　　[3] 李引擎.边久荣.熊宏等.建筑安全防火设计手册.河南科学技术出版社1998:232-234

　　[4] 陈耀宗.王季楼.裴立人等.建筑给水排水手册. 中国建筑工业出版社.1992.12:960

　　[5] 高明远.杜一民.建筑设备工程. 中国建筑工业出版社.1979:51～54

　　作者简介：李运江（1965—）,男,,副教授,博士研究生,长期从事建筑设备科研与教学工作.