浅析消防水设计

摘要消防给水设计包括：消火栓给水和自动喷淋给水，根据建筑物性质、高度、面积的差异，消防给水的压力和流量也不同，消防给水所选用的消防水泵也不同。

关键词 消火栓自动喷淋最低水位

中图分类号： TU998.1文献标识码： A 文章编号：

消防给水的流量如何确定，消防给水的压力如何确定，消防泵的有效吸水高度是多少，消防水池的有效水深又该如何计算，设计与实际工程应用当中有何差距，而工程实例中是否都具有真正的自灌式吸水，下面进行探讨。

一、 举例

举例说明：1#楼为地上33层，地下1层，1～2层为商铺，3层为架空层，4~33层为普通住宅,地下1层为设备用房和汽车库。每层建筑面积约572m2,建筑高度99.3m。按一类高层居住建筑进行消防给水设计。

1、消火栓给水系统设计：

室内消火栓每支水枪最小流量为5 L/S，消火栓口距地1.1m。

（1）充实水柱长度计算：

Sk=1.41(H1- H2)

式中: Sk --------水枪充实水柱的长度；(m)

H1 --------室内最高着火点离地高度 (m) ；5.2m

H2 --------水枪喷嘴离地面高度(m)，一般取1m；

所以：Sk=1.41×(5.2-1)=5.9m

根据《高层民用建筑设计防火规范》7.4.6.2条， Sk取10m

（2）消火栓的保护半径计算：

R=Ld+Ls

式中: R --------消火栓保护半径；(m)

Ld --------水带敷设长度L=25m，考虑到水带的转角曲折，应乘以折减系数0.8；

Ls --------水枪充实水柱在平面上的投影长度(m)；水枪的上倾角一般按45度计算，则：Ls=0.71 Sk

所以：R=25×0.8+0.71×10=20+7=27m

（3）室内布置多排消火栓，且要求室内有两股水柱同时达到室内任何部位时，消火栓间距为：

a、消火栓排间距：S1=1.6R=1.6×27=43m；b、排内消火栓间距：S2=0.8R=0.8×27=21m

（4）消火栓栓口处所需水压计算：

Hxh= hd+ Hq +HSK =d Ldq²xh+ q²xh/B+HSK

式中: Hxh --------消火栓栓口处所需水压；(m H2O)

hd --------消防水带的水头损失；(m H2O)

Hq --------水枪喷嘴造成一定长度的充实水柱所需水压(m H2O)，查表：Sk=10m时，ø 19水枪为13.5 m H2O

qxh --------消火栓射流出水量(L/s)，查表：Sk=10m时，ø 19水枪为4.6L/S

d --------水带的比阻，查表：衬胶水带DN65, d=0.00172

Ld --------水带长度；(m)

B --------水流特性系数，查表： ø 19时，为1.577

HSK--------消火栓栓口水头损失，取2m.

Hxh=0.00172×25×4.6²+4.6²/1.577+2=0.91+13.42+2=16.33m H2O

为保证每只水枪的出水流量为5 L/S,查表: ø 19时，Hxh =18.93m H2O

（5）消火栓流量和水压计算：

室内消防用水量为20L/s，每根竖管最小流量10 L/S。同时使用水枪数量2支，横干管流量为20L/S。室外消防水量为30L/s，火灾延续时间2小时。本系统共分两个区:-1~6层为低区,由消防泵房消火栓泵经减压阀减压后供给;7~33层为高区,由消防泵房消火栓泵供给.水平干管与竖向立管构成环状,高区上干管设在33层,下干管设在7层,低区上干管设在6层,下干管设在一层和地下室。该系统为临时高压系统，其室内消防用水量由地下室消防水池(有效容积384m³)经泵加压后供给。室外消防用水量及水压由市政管网保证。平时管网压力由综合楼屋顶消防水箱维持，其消防水箱有效容积>18m³，保证消防初期消防用水量。室外设DN100地上式、地下式消火栓，间距不大于120m，沿主楼环状敷设，室内选用单栓室内消火栓，环状布置，消火栓间距保证有二支水枪的充实水柱同时到达室内任何部位，每套消火栓箱内设直接启动消防水泵的按钮。查表得：横干管DN125,V=1.63m/s,i=0.0425;立管DN125，V=0.81m/s,i=0.0112

（6）消火栓扬程计算：

H=∑h+Z+P0=100X0.0181X1.2+99X0.0112X1.2+99+19=2.2+1.4+99+19=121.6mH2O

选用XBD13/20-SLH型消火栓泵两套（一用一备）Q=0~20L/SH=130m N=75kw

2、自动喷淋系统设计：

地下1层和1~2层商铺设自动喷淋灭火系统,属中危险II级,设计喷水强度8L/min.m2作用面积160m2。流量为32L/s，火灾延续时间1小时，该系统为临时高压系统，其室内消防用水量由地下室消防水池(有效容积384m2)经泵加压后供给。室外消防用水量及水压由市政管网保证。平时管网压力由综合楼屋顶消防水箱维持，其消防水箱有效容积>18m³，保证消防初期消防用水量。

火灾时,喷头动作,水流指示器动作向消防中心显示着火区域位置,此时湿式报警阀处的压力开关动作自动启动喷水泵,并向消防中心报警。室外设三套地上式消防水泵接合器与自动喷水泵出水管相连。自动喷水系统为3个防火分区。

（1）系统水量：

最不利点作用面积160m2内喷头个数为21个，系统用水量为Q=1.15×21×1.33=32L/S

（2）自动喷水干管管径确定：

室内消防用水量为32L/S

查表得：DN150,V=1.89m/s,i=0.046

（3）自喷扬程计算：

H=∑h+Z+P0=50X0.0148X1.2+10X0.0719X1.2+9+40+4

=0.9+0.9+9+40+4=54.8mH2O

选用XBD60/40-SLH型自动喷淋泵两套（一用一备）Q=0~40L/SH=60mN=75kw

消防水池有效容积V=20X2X3.6+40X3.6=288m3，地下室设钢筋砼消防水池一座，容量按火灾延续时间内用水量最大一座建筑物计，计384m3, 本工程城市自来水为两路进水，室外消防用水量及水压由市政供水保证，室内消防用水量补充水量=0。

3、消防器材的选用：

室内选用SN65型单栓室内消火栓，水龙带长25m，水枪口径19mm，湿式报警阀选用ZFSZ150型，喷头：ZSTX-15型，ZSTZ-15型，ZSTYX-15型，公称动作温度680C和930C，水泵结合器选用SQX150-B型,Q=15L/S，灭火器选用MF/ABC4型4kg装磷酸铵盐手提式干粉灭火器。

4、消防水泵自灌计算：

消防给水系统的消防水泵和水池布置剖面图如下图：

设计给定条件为：

1）、水池净长20m，净宽6m;

2）、消火栓泵出水量为20L/s，喷淋泵出水量为40L/s，均为一用一备，成组设置。

水池的有效水深为3.2m，消防水泵为恒压切线立式消防泵，

消防技术规范如《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045―95(2005年版)）第7.5.4条规定，设在高层民用建筑内的消防水泵应采用自灌式吸水;《建筑设计防火规范》(GB50016―2006)第8.6.6条规定消防水泵应采用自灌式吸水，《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50261―2005)第10.2.3规定，系统的供水泵、稳压泵应采用自灌式吸水方式。

由于消防水泵有自动启动和备用泵自动互投及备用电源自动切换的要求，在任何时间都可能有启动的可能，因此必须采用自灌式吸水，也就是说消防水泵吸水管所在的水体最低水位在整个火灾延续时间内都不应低于水泵中轴线的标高。

按《建筑给水排水设计规范》（GBJ50015-2003）第2.1.32条：自灌式吸水指卧式离心泵的泵顶、立式多级离心泵吸水端第一级（段）泵体置于最低设计启动水位标高以下，启动时水靠重力充入泵体的引水方式。也就是水泵吸水管所处的水体在水泵启动时的最低水位高过水泵中轴线的标高。

消防水泵的启动指火灾时消防水泵从静态条件下启动，也指消防水泵在运行中，由于机械或供电方面的原因，发生主备泵切换，或短暂停电后重新启动;对多组消防水泵，如消火栓泵、喷淋泵等，共同在一个水池中吸水时，也指它们中的任一泵组先期启动，而另一组泵组后期启动。 因此“消防水泵启动时水池的最低水位”应包含以下三种情况。

第一种是消防水泵在静态条件下启动；

第二种是消防水泵在运行中，发生主备泵切换和主备电切换时的重新启动；

第三种是多组消防水泵的先后启动。无论何种消防水泵启动，水体的最低水位不允许低于启动泵的中轴线。否则需要启动的水泵无法启动。

在本例中，当消火栓泵启动时，工作泵运行，备用泵待命。工作泵在启动时，最高水位在溢流口处，自启动是完全可以的，而且可以一直将水体水位从A点降至B点为止。然而当工作水泵运行一段时间，将水池水位从A点降至B点以下时，可能产生以上三种情况，致使所有的消防水泵均不能启动。

为此，只能认为水位B点为任何泵在任何条件下启动的最低水位，则A点至B点的水池容积即可以认为是可利用的消防水容积，即有效容积。

若认定上图的消防水泵引水方式为自灌式时，按上述原则确定的最低水位在B点，则该消防水池可利用的消防水量仅为V1，按下式计算：

V1=SH

已知：S=6x20=120（m2），H=2.4m，故：

V1=120x2.4=288（m3）

按规定该建筑应储存的消防水量V2：

V2= VF1 +VF2

VF1=20x3600x3=216000（L/h）=216（m3/h）

VF2=40x3600x1=14400（L/h）=144（m3/h）

V2=216+144=360（m3）（未计补水量）

显然按自灌式引水标准，该水池消防水量储备不足。如果外部补水量能达到60L/s或以上时，水池水位不会低于B点，则可判定该水池和水泵仍为自灌式。但该水池中不能利用的水体积太多，水池设计不合理。

本例中水泵引水方式如认定为自吸式时，水池最低水位可降至C点，这样，水泵可资利用的消防水量为V3。

已知：S=6x20=120（m2），H=3.2（m）,故：

V3=SH=120x3.2=384（m3）

由计算可知，可资利用的消防水量完全满足建筑物在火灾延续时间内的消防水量要求。但这种引水方式毕竟是自吸式，不能称自灌式。对于消防水泵而言，这种方式不能保证水泵的迅速启动和可靠运行。

从以上分析可知：

（1）凡是在火灾延续时间内，水池补水量能保证水池最低水位高过消防泵中轴线标高时，方能认定为自灌式充水。反之，如上图则为自吸式。

（2）不能满足自灌式充水的消防水泵，必须在泵的吸水管上安装底阀，并增设自动充水设备。

二、 总结

以上的分析不仅适用于水泵在水池取水的消防水泵，也适用于消防稳压泵从水箱取水，但不考虑水箱的补水时间，仅以水泵吸水管中心轴标高作为最低水位，计算消防十分钟用水量。消防给水设计的水压和水量应严格按照防火规范进行计算并校核，并能保证火灾时，在灭火时间内的所需的全部用水量和水压。