高层民用建筑室内消火栓系统水压控制

2013-10-08李瑞峰

中国科技信息 2013年19期

李瑞峰

南阳市公安消防支队防火监督处验收科，河南南阳 473000

1 概述

室内消火栓给水系统，是高层民用建筑（以下简称高层建筑）最基本的灭火设备，也是高层建筑火灾发展到猛烈燃烧阶段时唯一还能高效运行的灭火设施。一个能够长期可靠运行，并在火灾发生时有效工作的室内消火栓系统，对高层建筑的消防安全至关重要。室内消火栓系统长期可靠运行和在火灾时有效工作的基础，是合理的设计。这个设计的核心就是水压控制。系统水压过高，容易导致管道渗水、消火栓操作困难等问题，影响系统的运行和使用；系统压力过低，则会直接影响其灭火能力。因此，在设计室内消火栓系统时必须合理控制系统水压。

2 高层建筑室内消火栓系统水压控制参数

高层建筑室内消火栓系统设计中，需要严格控制的水压参数有：

2.1 保证消火栓的水枪充实水柱满足现行《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045—95（以下简称高规）水力计算要求，同时保证消火栓栓口的出水压力不大于0.50MPa。

2.2 保证最不利点消火栓静水压力不低于0.07MPa，同时保证所有消火栓栓口的静水压力不大于1.00MPa（无特别说明时，本文所称建筑为建筑高度不超过100m、设置临时高压给水系统的民用建筑；所引用参数，为相关国家规范对此类建筑要求）。

3 最不利点消火栓最小静水压力的保证

高规要求，高层建筑室内消火栓系统最不利点消火栓静水压力不应低于0.07MPa。这一压力是保证消火栓有效扑救初起火灾需要的最低压力。目前，采用临时高压给水系统的民用建筑，多采用设置高位消防水箱和气压给水设施的办法来保证平时管网压力。这种设计比较成熟，也有相关标准设计可供设计人员和消防部门参考。

4 消火栓栓口的静水压力最大值的控制

消火栓栓口的静水压力过大，可能导致室内消火栓阀体、阀盖渗漏甚至破裂。因此，高规要求，消火栓栓口的静水压力不应大于1.00MPa，当大于1.00MPa时，应采用分区给水系统。

在平时，不采取分区给水系统的建筑，室内消火栓栓口最大静水压力值出现在栓口标高最低的消火栓处。设置高位消防水箱和气压给水设施的系统，消火栓栓口静水压力为：

由图3可知，超声时间在1-3min的时候，随着超声时间的增加，枸杞多糖的提取率逐渐增大，但超声时间超过3min时，枸杞多糖的提取率明显下降，可能是因为时间过长，破坏了多糖结构，故选择超声时间3min为最佳超声时间。

式中p—消火栓栓口静水压力（MPa）；

p0—气压给水设施气压，仅设置高位消防水箱而没有气压给水设施的系统，取0（MPa）；

ρ—水的密度，1.0×103kg/m3；

g—重力加速度，取10m/s2；

h—气压给水设施液面与消火栓栓口之间的高差，仅设置高位消防水箱而没有气压给水设施的系统，为消防水箱液面与消火栓栓口之间的高差（m）。

为计算方便，p0可取管网内任意点压力值，同时h取该点液面与消火栓栓口之间的高差。

p0取最不利点消火栓处压力时，消火栓栓口的最大静水压力为：

式中p—消火栓栓口的最大静水压力（MPa）；

p0—平时系统最不利点消火栓处最大静水压力，取0.15MPa。这个压力，是最不利点消火栓静水压力最小规定值（0.07MPa）、气压水罐的缓冲水容积压差（0.02～0.03 MPa）和稳压水容积压差（0.05～0.06 MPa）三者之和（两个范围值均取中间值）[1]。

因此，要使系统最不利点消火栓静水压力在不低于0.07MPa的同时，保证所有消火栓栓口的静水压力不大于1.00MPa，必须保证：系统最不利点消火栓与标高最低的消火栓之间高差不大于85m；各层消火栓栓口离地面高度相同时，安装消防栓的最底层地面与最高层地面之间标高差不超过85m。仅设置一层地下室的高层建筑，建筑高度小于85m的，室内消火栓系统一般可以不采取分区给水系统；建筑高度超过85m的，室内消火栓系统应该采取分区给水系统。

分区给水系统竖向分区的划分，需要将不同竖向分区的室内消火栓给水管网分隔，使其相互独立。有条件的，应将不同竖向分区分设为两个相互独立的系统。如：低区室内消火栓系统直接使用市政给水管网供水，设置独立的高压室内消火栓给水系统。这是最可行、也是最经济的分区办法。城市配水管网的供水水压在用户接管点处服务水头一般不低于28m，[2]这一水压，在扣除水头损失之后，一般能够满足标高在15m以下的消火栓对水压的要求。这样的低区高压消火栓系统，加上一个向标高在15m至100m之间的消火栓供水的高区临时高压消火栓系统（最不利点消火栓与标高最低的消火栓之间高差不大于85m），可以满足建筑高度在100m以下的高层建筑对消火栓系统的要求。

在市政给水管网不能满足消防用水水量、水压要求的地方，将不同竖向分区的室内消火栓给水管网分为互相独立的系统很不经济。考虑到系统造价，共用部分设备、同时将系统分隔为两个消防用水互不连通的分区也是一个可行的方法。

仅考虑平时静压时，可以直接共用的设备有：

4.1 消防水泵。平时，消防水泵所充的水压力低于室内消火栓管网的压力，且与管网之间设置的是只允许水流自消防水泵流向管网方向的止回阀。消防水泵与系统管网之间的水不连通。不同竖向分区即使共用消防水泵，它们之间的水也不会通过消防水泵连通起来，分区之间的水的静压也不会相互传递。因此不同分区可以共用消防水泵。但不同分区的管网必须在消防水泵与管网之间的止回阀前（沿水流方向）分开，即不同分区与消防水泵之间应有各自独立的止回阀。

火灾时，消防水泵启动之后，会对管网继续加压，可能导致非工作室内消火栓栓口静水压力增大。因此，在多个竖向分区共用消防水泵时，应采取措施，保证发生火灾时由消防水泵供给的消防用水不进入非工作竖向分区。向多个竖向分区供水的消防水泵，水流在进入低区时必须采取减压措施。

不能共用的设备有：

4.2 气压设备；气压设施在正常工作状态下，其内部的水压高于消火栓管网中的水压，其稳压水可以通过止回阀与消火栓管网连通，并向消火栓管网传递压力。低区消火栓系统如果共用高区的气压设施，就会与高区系统形成一个连通器，达不到竖向分区的目的。低区在在市政给水管网不能满足消防用水水量、水压要求时，必须设置独立的分区消防水箱和气压装置。该分区消防水箱和气压装置，可以设在裙房的顶部或设备用房内。

4.3 水泵接合器。水泵接合器在工作状态下，作用和气压设备类似，都是一个高压水源，不应当共用；高规也明确要求不同分区应分别设置水泵接合器。

需要指出的是，将两个竖向分区的管道通过减压孔板、节流管或比例减压阀等减压设施直接连通的做法，均无法满足高规对系统水压的要求。减压孔板、节流管是增加局部水头损失的装置，不能减小装置后（沿水流方向）的消火栓系统静压，比例减压阀虽然能够减小装置后（沿水流方向）的消火栓系统静压，但受结构限制，无法保证低区消防用水量。

5 消火栓栓口出水压力最小值的保证

高规要求，消火栓的水枪充实水柱应通过水力计算确定，且不应小于10m。水力计算的要求是，消防水枪充实水柱应能够到达室内顶板最高点。具体来说，是要求水枪喷嘴高度为1.1m（《建筑设计防火规范》GB50016-2006设计说明采用的水枪喷嘴高度为1米），水枪上倾角为45度、最大不超过60度时，水枪充实水柱能够到达出水消火栓所在楼层顶板。使用高规说明采用的计算公式计算，层高不超过9.7m的建筑对充实水柱的要求不超过10米。而一般高层建筑层高不会超过9.7m；中庭屋顶距人员可到达的、与中庭回廊相连的最高楼层的地面之间的高差一般也不超过9.7m，一些建筑的门厅静高可能超过这一高度，但这些门厅一般位于建筑底部，也就是消火栓系统水压较大处。综合考虑以上因素，室内消火栓系统最不利点消火栓的水枪充实水柱只要达到10m，就可以满足一般高层建筑要求。