室内消火栓给水系统的设计与审核.doc

论室内消火栓给水系统的设计与审核
（某县公安消防大队）
建筑室内消火栓给水系统是把室外给水系统提供的水通过管道系统直接或经加压（外网压力不能满足需要时）输送到建筑物内，用于扑救火灾而设置的固定灭火设备。是建筑物中最基本的灭火设施之一。因此，该系统的设计与审核是建筑消防设计与审核工作中不可缺少的一项重要内容。
一、设置室内消火栓给水系统的原则
按照《建筑设计防火规范》GBJ16—87、《高层民用建筑设计防火规范》GB50045—95、《人民防空工程设计防火规范》GB50098—98和《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067—97等国家现行消防技术规范标准的规定，下列建筑（或部位）应设室内消火栓给水系统：
1、高层民用建筑；
2、厂房、库房（耐火等级为一、二级且可燃物较少的丁、戊类单、多层厂（库）房，耐火等级为三、四级且建筑面积不超过3000㎡的丁戊厂房和建筑面积不超过5000㎡的戊类厂房除外）、科研楼（存有与水接触能引起燃烧爆炸物品的房间除外）；
3、超过800个座位的剧院、电影院、俱乐部和超过1200个座位的礼堂、体育馆；
4、建筑体积超过5000立方米的车站、码头、机场建筑物以及展览馆、商店、病房楼、门诊楼、图书馆、书库等公共建筑；
5、超过7层的单元式住宅，超过6层的塔式住宅、通廊式住宅、底层设有商业网点的单元式住宅；
6、超过5层或体积超过10000立方米的教学楼等其它民用建筑（室内没有生产、生活管道，室外消防用水取自蓄水池且体积不超过5000立方米的建筑除外）；
7、国家级文物保护单位的重点砖木或木结构的古建筑；
8、建筑面积超过300㎡的人防工程以及人防工程中的电影院、礼堂、消防电梯间前室、避难走道；
9、汽车库、修车库（耐火等级为一、二级且停车数不超过5辆的汽车库和IV类修车库除外）。
二、给水方式
室内消火栓给水系统有以下几种给水方式，设计人员和建审人员应根据当地供水部门提供的情况选择确定：
1、直接给水方式
由室外给水管网直接向室内管网供水。这种方式是最简单、最经济的给水方式，但它仅适用于建筑高度不大、室外给水管网提供的压力和流量在任何时候均能满足室内最不利点消火栓设计压力和流量要求的建筑；
2、设水箱的给水方式
这种给水方式宜在室外管网一天之内有一定时间能同时保证室内最不利点消火栓的设计压力和流量要求，但周期性不足（一般是用水高峰期时不足）时采用。设有屋顶水箱或高位水箱，水箱常储水量应保证10min消防用水量，灭火时由水箱供水；
3、设水泵、水箱的给水方式
这种给水方式宜在室外给水管网经常不能满足室内消火栓给水系统所需压力和流量要求时采用。
三、消火栓间距

设有室内消火栓给水系统的建筑物，其各层（无可燃物的设备层除外）均应设置消火栓。消火栓间距经计算确定，且应符合附表1的规定。
（一）可采用1支水枪充实水柱达到室内任何部位时
建筑高度≤24m且体积≤5000立方米的库房，IV类汽车库，Ⅲ、Ⅳ类修车库等可采用1支水枪的充实水柱达到室内任何部位，此时消火栓间距应按下式计算：
（1）
（2）
（3）
式中：——消火栓间距，m；
R——消火栓保护半径，m；
C——水带展开时的弯曲折减系统数,取C=0.8～0.9；
——水带长度，m，；
——水枪倾斜450时充实水柱的水平投影距离，m；对于一般建筑，取；对于工业厂房和层高大于3.5m的民用建筑，按公式（3）计算；
——水枪充实水柱长度，m；
b——消火栓最大保护宽度，应为一个房间的宽度加走廊
宽度的一半，m。
（二）应保证2支水枪充实水柱同时达到室内任何部位时
按规范规定应设室内消防给水但不符合上述条件的建筑，应保证2支水枪充实水柱同时到达室内任何部位，此时，消火栓间距按下式计算：
（4）
式中：S2——消火栓间距，m。
（三） 水枪充实水柱长度
水枪充实水柱长度应按下式经计算确定，并应符合附表2的规定：
（5）
式中：——水枪充实水柱长度，m；
H1——室内最高着火点距楼地面高度，m；
H2——水枪喷嘴离地面高度，m；一般取H2=1m；
——水枪上倾角，一般取。
四、水力设计与审核
室内消火栓给水系统水力计算的主要任务是根据规范规定的室内消防用水量、要求使用的水枪数量和压力，确定系统管网的管径，系统所需水压，消防水池、水箱的容积和水泵的型号等。各类建筑的室内消防用水量和同时使用的水枪数量参见相关国家现行消防技术规范。
（一） 最不利点消火栓栓口处的压力和流量

1、水枪喷嘴压力
水枪的喷嘴压力与充实水柱长度和水枪喷嘴口径有关，按下式计算：
(6)
(7)
(8)
式中：——水枪喷嘴压力，；
——系数，表示射流总长度与充实水柱长度的比值，不同充实水柱长度下的值列于附表3；
——阻力系数，与水枪喷嘴口径有关，不同水枪喷嘴口径下的阻力系数值列于附表4；
——水枪喷嘴口径，m。
2、水枪喷射流量
水枪喷射流量与喷嘴口径和压力有关，按下式计算：
(9)
(10)
式中：——水枪喷射流量，;
B——水枪水流特性系数，与喷嘴口径有关，各种喷嘴口径的水枪水流特性系数B值列于附表5；
——孔口流量系数,一般取=1.0 。
经计算确定的水枪喷射流量应符合下列规定：
（1）对于建筑高度≤24m且体积≤10000立方米的厂房，建筑体积在5001～10000 立方米的商店、病房楼、教学楼，7—9层的住宅楼，当水枪喷射流量计算值小于时，取;
（2）对于其它工业与民用建筑，人防工程，汽车库、修车库等，当水枪喷射流量计算值小于时，取。
取定之后，按公式修订水枪喷嘴压力。
3、水带水头损失
水带水头损失应按下式计算：

(11)
式中：——水带水头损失，;
——水带阻力系数，按附表6采用。
4、消火栓栓口所需水压
消火栓栓口所需水压为克服消火栓栓口水头损失和水带水头损失之后，仍能满足水枪喷嘴压力要求，按下式计算：
(12)
式中：——消火栓栓口所需水压，;
——消火栓栓口的水头损失，,取。
5、最不利点消火栓栓口压力
当最不利点消火栓栓口压力满足下式时，系统中任一消火栓栓口压力均能满足设计要求：
(13)
（二）系统所需水压
1、给水管网水头损失
室内消火栓给水系统给水管网的水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失部分，按下式计算：
(14)
式中：——给水管网水头损失，;
——沿程水头损失，;
——局部水头损失，。
（1）沿程水头损失
沿程水头损失按下式计算：
(15)
式中：——单位长度沿程水头损失，;
——计算管段的管线长度，。
钢管、铸铁管的单位长度沿程水头损式按下式计算：
当时
（16）

当时
(17)
式中：——计算管段内的平均水流速度，；
——管段计算内径，m。
（2）局部水头损失
由于给水管网中局部零件甚多，随着构造不同，其局部阻力系数也不尽相同，要详细计算相当繁琐且意义不大，因此，在实际工作中局部水头损失按表附7计算：
2、系统所需水压
系统所需水压应为克服室内给水管网起始点到最不利点消火栓栓口的静水压力和管网水头损失之和后，仍能满足最不利点消火栓栓口所需压力，按下式计算：
(18)
式中：H——系统所需水压，；
Hz——室内给水管网起始点到最不利点消火栓栓口处高差引起的静水压力，。
（三）消防竖管的计算流量及直径校核
消防竖管直径应按灭火时最不利点消火栓出水进行计算。
1、计算原则
（1）当每根竖管最小流量为时，按最不利点消火栓出水进行计算；
（2）当每根竖管最小流量为时，按最不利点消火栓及其相邻下层消火栓出水进行计算；
（3）当每根竖管最小流量为时，按最不利点消火栓及其相邻下两层的消火栓出水进行计算；
（4）当出2支水枪的竖管设置双出口消火栓时，最上一层按双出口消火栓进行计算；
（5）当出3支水枪的竖管设置双出口消火栓时，按最上一层双出口消火栓加相邻下一层一支水枪进行计算。
2、最不利点及其相邻下层消火栓栓口处的流量计算
（1）最不利点消火栓栓口流量
最不利点消火栓栓口流量即为最不利点处的水枪喷射流量，按下式计算：
(19)
式中：——最不利点消火栓栓口流量，。
（2）最不利点相邻下层消火栓栓口流量
最不利点相邻下层消火栓栓口流量按下式计算：

(20)
式中：——最不利点相邻下层消火栓栓口流量，
——最不利点相邻下层消火栓栓口压力，,按公式（18）计算
依此类推，由公式（18）、（20）即可计算出最上第三层及以下各层消火栓栓口压力和流量。
3、消防坚管计算流量及流量分配
（1）消防坚管计算流量
消防竖管流量按下式计算：
(21)
式中：——消防竖管计算流量，;
——最上第三层消火栓栓口流量，。
公式（21）按3·1规定的计算原则选用、
（2）流量分配
当室内消防用水量小于最小消防用水量时，每根竖管的流量应按每根竖管的计算流量比例，以最小室内消防用水量重新进行分配。
4、消防竖管直径校核
消防竖管直径按下式进行校核：
（22）
式中：——消防竖管平均水流速度，，以1.4～1.8为宜，当时，则该设计符合要求；当时，应调整放大消防竖管直径，重新计算直至。
对于高层建筑，消防竖管直径不应小于100㎜。
（四）消防水箱设置高度
消防水箱设置高度应能保证室内最不利点消火栓的水压，按下式计算：
（23）
式中：H——消防水箱与最不利点消火栓之间的高差，m;
——从消防水箱到最不利点消火栓之间管道的水头损失，。
当消防水箱实际设置高度不能满足设计要求时，应设增压设施和远程启动消防泵按扭。

（五）消防水泵扬程计算与校核
根据消防水泵与室外管网连接分式的不同，其扬程按以下不同的公式计算：
1、当市政给水环形干管允许直接吸水时，消防水泵应从室外给水管网直接吸水，其扬程按下式计算：
(24)
式中：——消防水泵扬程，;
——室外引入管至最不利消火栓栓口高差产生的静水压，;
——室外给水管网提供的最低水压，。
根据公式（24）计算选定消防水泵后，应以室外给水管网提供的最高水压校核泵的工作效率和超压情况，当室外给水管网出现最大压力，使水泵扬程过大时，为避免管道、附件等损坏，应采取多台扬程不同的消防泵并联工作或设水泵回流管、管网泄压管等保护措施。
2、当从消防蓄水池抽水时，其扬程按下式计算：
(25)
式中：——蓄水池最低水位到最不消火栓栓口高差产生的静水压，。
（六）减压设施
1、各层消火栓栓口处的剩余水压
各层消火栓栓口处的剩余水压按下式计算：
(26)
式中：——计算层消火栓栓口处的剩余水压，;
——计算层消火栓栓口与消防水泵的标高差产生的静水压，;
——消防水泵至计算层消火栓的消防管道水头损失，。
当时，应设减压设施，减压设施一般采用减压孔板或设减压阀。
2、减压孔板孔径的设计与校核
设置减压孔板的原则是使减压孔板产生的水头损失等于消火栓栓口处剩余水压，其孔径按下式计算：
(27)
(28)
式中：——减压孔板的水头损失，;
——水流通过减压孔板后的平均流速，;
g——重力加速度，;
——减压孔板的局部阻力系数；
D——消防竖管内径，㎜;
d——减压孔板的孔径，㎜。

附表1
各类建筑室内消火栓最大间距

建筑类别
消火栓间距 （m）
工业建筑
高层工业建筑，高架库房，甲、乙类厂房
≤30
其它工业建筑
≤50
民用建筑
高层民用建筑
≤30
高层建筑裙房及其它单、多层民用建筑
≤50
人防工程
当保证同层相邻有2支水枪的充实水柱同时到达被保护对象范围内的任何部位时
≤30
当保证有1支水枪的充实水柱到达室内任何部位时
≤50
汽车库、 修车库
高层汽车库、地下汽车库
≤30
其它汽车库、修车库
≤50

附表2
各类建筑要求的水枪充实水柱长度

建筑类别
充实水柱长度 （m）
单、多层建筑
高架库房
≮13
甲、乙类厂房，超过四层的厂、库房，超过六层的民用建筑
≮10
一般建筑
≮7
高层建筑
高层工业建筑
≮13
建筑高度＞100m的民用建筑
≮13
建筑高度≤100m的民用建筑
≮10
人防工程
≮10
汽车库、修车库
≮10

附表3
系数值

7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

1.192
1.193
1.195
1.198
1.202
1.207
1.213
1.221
1.231
1.242
1.257
1.274
1.294
1.318
附表4
系数Φ值

(㎜)
13
16
19

0.0165
0.0124
0.0097
附表5
水枪水流特性系数B值

(㎜)
13
16
19
B
0.345
0.792
1.576

附表6
水带阻力系数A2值

水带材料
水带直径 (㎜)
50
65
帆布水带、麻质水带
0.01501
0.00340
衬胶水带
0.00677
0.00172
附表7
局部水头损失计算表

管网性质
局部水头损失
独立的消防给水管网

生产、消防共用管网

生活、消防共用管网

生产、生活、消防共用管网