浅谈消防给水系统设计计算原则

【摘　要】分析了城市供水压力和周期性变化,结合国内外有关规范,提出直接利用城市自来水作为消防水源的有效压力,并给出消防水泵直接从城市给水管网吸水的消防给水系统设计计算原则。

【关键词】给水管网;消防水泵;流量

0.前言

本文试图根据国内工程实践经验和有关规范规定,以及城市供水的变化等,提出消防水泵直接从城市给水管网吸水的消防给水系统设计计算原则。

1.城市自来水压力的变化影响因素

1.1周期性变化因素城市自来水的水压和水量因时间的变化而变化,主要与作息时间和居民生活工作习惯有关,包括日变化周期、周变化周期和年变化周期。我国规定城市自来水的水压不应低于0.14MPa。

1.2其他影响因素

影响城市自来水压力变化的因素还有管道内部阻力变化和城市自来水管网新增客户用水量增加等。城市自来水压力随着使用年限增加,其管道内部结垢使管径减少,造成管道阻力增大,在消防用水时,水压会降低。随着时间的推移,城市自来水管网新增客户或因生活水平的提高而使用水量增加,也会使水压下降。

2.消防水泵直接从城市自来水管网吸水的有效压力和流量确定

目前,我国消防设计规范关于常高压消防给水系统的有关规定是:如采用高压或临时高压给水系统,管道的压力应保证用水总量达到最大,且在任何建筑物的最高处时,水枪的充实水柱仍不小于10m;在计算水压时,应采用喷嘴口径19mm的水枪和直径65mm、长度20m的麻质水带,每支水枪的计算流量不应小于5L/s。在实际工程中该条文很难操作。

2.1城市自来水直接作为消防给水的压力和流量确定

文献介绍了美国FM保险公司的具体规定,通常是在消防接管处附近的2个相邻的城市消火栓来测量城市自来水的压力和流量,然后通过计算确定在设计流量下的压力是否满足系统设计要求。

消火栓的出流量Qa按式(1)计算:

Qa=2.108Cdj2PV1/2 (1)

式中:Qa——测试余压时的流量(流量测试消火栓在流速测试管测试的流动压力为PV时的流量),L/min;

C——消火栓栓口出流系数(通常根据栓口与消火栓外壳的连接方式确定,当为圆角时,C=0.9;当为直角时,C=0.8;当有突出部位时,C=0.7,为保险起见,C系数在每种情况下均降低0.1);

dj——室外消火栓栓口直径,通常为65mm,80mm和100mm;

PV——流量测试消火栓在流速测试管测试的栓口动压,MPa。

根据上述试验和计算公式,可计算出城市自来水的静压力和余压下的流量,并根据式(2)进行计算:

PT=PS-(PS-Pr)(Qa/QT) (2)

式中:PT——城市自来水与消防给水系统接口处的压力,MPa;

PS——消火栓的测试静压(即邻近消火栓不出水时的压力),MPa;

Pr——邻近消火栓出流时,测试消火栓的剩余压力,MPa;

QT——自动喷水系统需要的城市自来水的出流量,L/min。

通过式(2)可以绘制出城市自来水的供水压力流量曲线,并求出1.5倍设计流量时的压力是否满足额定流量下压力的65%,从而确定城市自来水压力能否满足消防给水系统的压力和流量的要求。

目前,我国还没有相应的城市自来水作为消防时的压力和流量测试方法和规范,考虑到城市自来水压力周期性变化的因素,在城市自来水直接作为消防水源时应考虑折减系数或以实测数据为依据。

文献[1]建议取当地静压的0.7～0.9倍作为城市自来水直接作为消防用水的压力依据。在老城区,通常管网管径偏小,系数宜为0.7,而在新建区域,因给水管径足够大,当从不小于DN400的给水干管上接管时,建议采用0.9的系数。具体可按式(3)计算。

PR=kP0 (3)

式中:PR——城市自来水与消防给水系统接口处消防时的实际使用压力,MPa;

P0——城市自来水与消防给水系统接口处的静压力,MPa;

k——系数,建议取0.7～0.9。

2.2设计计算原则

消防水泵直接从城市给水管网吸水,其室外消防给水一般也由城市给水管网直接供水,此时根据8.1.3条“如采用低压给水系统,管道的压力应保证灭火时最不利点消火栓的水压不小于0.10MPa”的规定,当消防水泵直接从城市给水管网吸水时,一是城市自来水直接作为消防用水,应依据本文2.1的要求确定室内的消防用水的压力和流量;二是应满足室外消防给水管道上消火栓处的压力不应低于0.10MPa。

建筑物或小区给水干管与城市给水管网相接处的压力应根据本文2.1提供的方法计算确定,消防水泵吸水口的压力应根据建筑物或小区给水管网的具体情况进行计算,见式(4)。

PP=PR-h1-Z/100 (4)

式中:PP——为消防水泵吸水口处的压力,MPa;

h1——城市自来水与消防给水系统接口处至消防水泵吸水口的水头损失(包括沿程和局部水头损失),MPa;

Z——消防水泵吸水管中心线在城市自来水与消防给水系统接口处的几何高差,m。

若附近城市给水管网上有消火栓,或小区内消防给水管网上有消火栓,则应验证消火栓处的压力不应小于0.10MPa。

当PR小于0.10MPa时,不允许消防水泵直接从城市给水管网吸水,当PR大于0.10MPa时,应由式(5)验证消防水泵是否能直接从城市管网吸水。

PX=PR-hX-ZX/100 (5)

式中:PX——小区最不利室外消火栓处的压力(从地面计算起),MPa;

hX——城市自来水与消防给水系统接口处至小区最不利室外消火栓处的水头损失(包括沿程和局部),MPa;

ZX——小区最不利室外消火栓地面至城市自来水与消防给水系统接口处的几何高差,m。

当PX小于0.10MPa时,不允许消防水泵直接从城市给水管网吸水;当PX大于0.10MPa时,允许消防水泵直接从城市管网吸水。

3.结论

本文首次提出关于消防水泵直接从城市自来水管网吸水的设计原则,一是考虑城市自来水静压乘以0.7～0.9的折减系数后方可作为城市自来水管网的计算压力;二是应保证灭火时室外最不利点消火栓的水压不小于0.10MPa。当消防水泵直接从城市自来水管网吸水时,建筑物周围或小区设置自身成环的室外给水管网。系统管网设计应经过管网设计计算,否则有可能不满足室外最不利点消火栓的水压不小于0.10MPa的要求。

【参考文献】

［１］黄晓家,姜文源等.自动喷水灭火系统设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.