高層民用建筑室內(nèi)消火栓系統(tǒng)水壓控制

李瑞峰

南陽(yáng)市公安消防支隊(duì)防火監(jiān)督處驗(yàn)收科，河南 南陽(yáng) 473000

1 概述

室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)，是高層民用建筑（以下簡(jiǎn)稱(chēng)高層建筑）最基本的滅火設(shè)備，也是高層建筑火災(zāi)發(fā)展到猛烈燃燒階段時(shí)唯一還能高效運(yùn)行的滅火設(shè)施。一個(gè)能夠長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，并在火災(zāi)發(fā)生時(shí)有效工作的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，對(duì)高層建筑的消防安全至關(guān)重要。室內(nèi)消火栓系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行和在火災(zāi)時(shí)有效工作的基礎(chǔ)，是合理的設(shè)計(jì)。這個(gè)設(shè)計(jì)的核心就是水壓控制。系統(tǒng)水壓過(guò)高，容易導(dǎo)致管道滲水、消火栓操作困難等問(wèn)題，影響系統(tǒng)的運(yùn)行和使用；系統(tǒng)壓力過(guò)低，則會(huì)直接影響其滅火能力。因此，在設(shè)計(jì)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)時(shí)必須合理控制系統(tǒng)水壓。

2 高層建筑室內(nèi)消火栓系統(tǒng)水壓控制參數(shù)

高層建筑室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要嚴(yán)格控制的水壓參數(shù)有：

2.1 保證消火栓的水槍充實(shí)水柱滿(mǎn)足現(xiàn)行《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50045—95（以下簡(jiǎn)稱(chēng)高規(guī)）水力計(jì)算要求，同時(shí)保證消火栓栓口的出水壓力不大于0.50MPa。

2.2 保證最不利點(diǎn)消火栓靜水壓力不低于0.07MPa，同時(shí)保證所有消火栓栓口的靜水壓力不大于1.00MPa（無(wú)特別說(shuō)明時(shí)，本文所稱(chēng)建筑為建筑高度不超過(guò)100m、設(shè)置臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)的民用建筑；所引用參數(shù)，為相關(guān)國(guó)家規(guī)范對(duì)此類(lèi)建筑要求）。

3 最不利點(diǎn)消火栓最小靜水壓力的保證

高規(guī)要求，高層建筑室內(nèi)消火栓系統(tǒng)最不利點(diǎn)消火栓靜水壓力不應(yīng)低于0.07MPa。這一壓力是保證消火栓有效撲救初起火災(zāi)需要的最低壓力。目前，采用臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)的民用建筑，多采用設(shè)置高位消防水箱和氣壓給水設(shè)施的辦法來(lái)保證平時(shí)管網(wǎng)壓力。這種設(shè)計(jì)比較成熟，也有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)可供設(shè)計(jì)人員和消防部門(mén)參考。

4 消火栓栓口的靜水壓力最大值的控制

消火栓栓口的靜水壓力過(guò)大，可能導(dǎo)致室內(nèi)消火栓閥體、閥蓋滲漏甚至破裂。因此，高規(guī)要求，消火栓栓口的靜水壓力不應(yīng)大于1.00MPa，當(dāng)大于1.00MPa時(shí)，應(yīng)采用分區(qū)給水系統(tǒng)。

在平時(shí)，不采取分區(qū)給水系統(tǒng)的建筑，室內(nèi)消火栓栓口最大靜水壓力值出現(xiàn)在栓口標(biāo)高最低的消火栓處。設(shè)置高位消防水箱和氣壓給水設(shè)施的系統(tǒng)，消火栓栓口靜水壓力為：

由圖3可知，超聲時(shí)間在1-3min的時(shí)候，隨著超聲時(shí)間的增加，枸杞多糖的提取率逐漸增大，但超聲時(shí)間超過(guò)3min時(shí)，枸杞多糖的提取率明顯下降，可能是因?yàn)闀r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，破壞了多糖結(jié)構(gòu)，故選擇超聲時(shí)間3min為最佳超聲時(shí)間。

式中p—消火栓栓口靜水壓力（MPa）；

p0—?dú)鈮航o水設(shè)施氣壓，僅設(shè)置高位消防水箱而沒(méi)有氣壓給水設(shè)施的系統(tǒng)，取0（MPa）；

ρ—水的密度，1.0×103kg/m3；

g—重力加速度，取10m/s2；

h—?dú)鈮航o水設(shè)施液面與消火栓栓口之間的高差，僅設(shè)置高位消防水箱而沒(méi)有氣壓給水設(shè)施的系統(tǒng)，為消防水箱液面與消火栓栓口之間的高差（m）。

為計(jì)算方便，p0可取管網(wǎng)內(nèi)任意點(diǎn)壓力值，同時(shí)h取該點(diǎn)液面與消火栓栓口之間的高差。

p0取最不利點(diǎn)消火栓處壓力時(shí)，消火栓栓口的最大靜水壓力為：

式中p—消火栓栓口的最大靜水壓力（MPa）；

p0—平時(shí)系統(tǒng)最不利點(diǎn)消火栓處最大靜水壓力，取0.15MPa。這個(gè)壓力，是最不利點(diǎn)消火栓靜水壓力最小規(guī)定值（0.07MPa）、氣壓水罐的緩沖水容積壓差（0.02～0.03 MPa）和穩(wěn)壓水容積壓差（0.05～0.06 MPa）三者之和（兩個(gè)范圍值均取中間值）[1]。

因此，要使系統(tǒng)最不利點(diǎn)消火栓靜水壓力在不低于0.07MPa的同時(shí)，保證所有消火栓栓口的靜水壓力不大于1.00MPa，必須保證：系統(tǒng)最不利點(diǎn)消火栓與標(biāo)高最低的消火栓之間高差不大于85m；各層消火栓栓口離地面高度相同時(shí)，安裝消防栓的最底層地面與最高層地面之間標(biāo)高差不超過(guò)85m。僅設(shè)置一層地下室的高層建筑，建筑高度小于85m的，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)一般可以不采取分區(qū)給水系統(tǒng)；建筑高度超過(guò)85m的，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)應(yīng)該采取分區(qū)給水系統(tǒng)。

分區(qū)給水系統(tǒng)豎向分區(qū)的劃分，需要將不同豎向分區(qū)的室內(nèi)消火栓給水管網(wǎng)分隔，使其相互獨(dú)立。有條件的，應(yīng)將不同豎向分區(qū)分設(shè)為兩個(gè)相互獨(dú)立的系統(tǒng)。如：低區(qū)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)直接使用市政給水管網(wǎng)供水，設(shè)置獨(dú)立的高壓室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)。這是最可行、也是最經(jīng)濟(jì)的分區(qū)辦法。城市配水管網(wǎng)的供水水壓在用戶(hù)接管點(diǎn)處服務(wù)水頭一般不低于28m，[2]這一水壓，在扣除水頭損失之后，一般能夠滿(mǎn)足標(biāo)高在15m以下的消火栓對(duì)水壓的要求。這樣的低區(qū)高壓消火栓系統(tǒng)，加上一個(gè)向標(biāo)高在15m至100m之間的消火栓供水的高區(qū)臨時(shí)高壓消火栓系統(tǒng)（最不利點(diǎn)消火栓與標(biāo)高最低的消火栓之間高差不大于85m），可以滿(mǎn)足建筑高度在100m以下的高層建筑對(duì)消火栓系統(tǒng)的要求。

在市政給水管網(wǎng)不能滿(mǎn)足消防用水水量、水壓要求的地方，將不同豎向分區(qū)的室內(nèi)消火栓給水管網(wǎng)分為互相獨(dú)立的系統(tǒng)很不經(jīng)濟(jì)。考慮到系統(tǒng)造價(jià)，共用部分設(shè)備、同時(shí)將系統(tǒng)分隔為兩個(gè)消防用水互不連通的分區(qū)也是一個(gè)可行的方法。

僅考慮平時(shí)靜壓時(shí)，可以直接共用的設(shè)備有：

4.1 消防水泵。平時(shí)，消防水泵所充的水壓力低于室內(nèi)消火栓管網(wǎng)的壓力，且與管網(wǎng)之間設(shè)置的是只允許水流自消防水泵流向管網(wǎng)方向的止回閥。消防水泵與系統(tǒng)管網(wǎng)之間的水不連通。不同豎向分區(qū)即使共用消防水泵，它們之間的水也不會(huì)通過(guò)消防水泵連通起來(lái)，分區(qū)之間的水的靜壓也不會(huì)相互傳遞。因此不同分區(qū)可以共用消防水泵。但不同分區(qū)的管網(wǎng)必須在消防水泵與管網(wǎng)之間的止回閥前（沿水流方向）分開(kāi)，即不同分區(qū)與消防水泵之間應(yīng)有各自獨(dú)立的止回閥。

火災(zāi)時(shí)，消防水泵啟動(dòng)之后，會(huì)對(duì)管網(wǎng)繼續(xù)加壓，可能導(dǎo)致非工作室內(nèi)消火栓栓口靜水壓力增大。因此，在多個(gè)豎向分區(qū)共用消防水泵時(shí)，應(yīng)采取措施，保證發(fā)生火災(zāi)時(shí)由消防水泵供給的消防用水不進(jìn)入非工作豎向分區(qū)。向多個(gè)豎向分區(qū)供水的消防水泵，水流在進(jìn)入低區(qū)時(shí)必須采取減壓措施。

不能共用的設(shè)備有：

4.2 氣壓設(shè)備；氣壓設(shè)施在正常工作狀態(tài)下，其內(nèi)部的水壓高于消火栓管網(wǎng)中的水壓，其穩(wěn)壓水可以通過(guò)止回閥與消火栓管網(wǎng)連通，并向消火栓管網(wǎng)傳遞壓力。低區(qū)消火栓系統(tǒng)如果共用高區(qū)的氣壓設(shè)施，就會(huì)與高區(qū)系統(tǒng)形成一個(gè)連通器，達(dá)不到豎向分區(qū)的目的。低區(qū)在在市政給水管網(wǎng)不能滿(mǎn)足消防用水水量、水壓要求時(shí)，必須設(shè)置獨(dú)立的分區(qū)消防水箱和氣壓裝置。該分區(qū)消防水箱和氣壓裝置，可以設(shè)在裙房的頂部或設(shè)備用房?jī)?nèi)。

4.3 水泵接合器。水泵接合器在工作狀態(tài)下，作用和氣壓設(shè)備類(lèi)似，都是一個(gè)高壓水源，不應(yīng)當(dāng)共用；高規(guī)也明確要求不同分區(qū)應(yīng)分別設(shè)置水泵接合器。

需要指出的是，將兩個(gè)豎向分區(qū)的管道通過(guò)減壓孔板、節(jié)流管或比例減壓閥等減壓設(shè)施直接連通的做法，均無(wú)法滿(mǎn)足高規(guī)對(duì)系統(tǒng)水壓的要求。減壓孔板、節(jié)流管是增加局部水頭損失的裝置，不能減小裝置后（沿水流方向）的消火栓系統(tǒng)靜壓，比例減壓閥雖然能夠減小裝置后（沿水流方向）的消火栓系統(tǒng)靜壓，但受結(jié)構(gòu)限制，無(wú)法保證低區(qū)消防用水量。

5 消火栓栓口出水壓力最小值的保證

高規(guī)要求，消火栓的水槍充實(shí)水柱應(yīng)通過(guò)水力計(jì)算確定，且不應(yīng)小于10m。水力計(jì)算的要求是，消防水槍充實(shí)水柱應(yīng)能夠到達(dá)室內(nèi)頂板最高點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，是要求水槍噴嘴高度為1.1m（《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006設(shè)計(jì)說(shuō)明采用的水槍噴嘴高度為1米），水槍上傾角為45度、最大不超過(guò)60度時(shí)，水槍充實(shí)水柱能夠到達(dá)出水消火栓所在樓層頂板。使用高規(guī)說(shuō)明采用的計(jì)算公式計(jì)算，層高不超過(guò)9.7m的建筑對(duì)充實(shí)水柱的要求不超過(guò)10米。而一般高層建筑層高不會(huì)超過(guò)9.7m；中庭屋頂距人員可到達(dá)的、與中庭回廊相連的最高樓層的地面之間的高差一般也不超過(guò)9.7m，一些建筑的門(mén)廳靜高可能超過(guò)這一高度，但這些門(mén)廳一般位于建筑底部，也就是消火栓系統(tǒng)水壓較大處。綜合考慮以上因素，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)最不利點(diǎn)消火栓的水槍充實(shí)水柱只要達(dá)到10m，就可以滿(mǎn)足一般高層建筑要求。

6 消火栓栓口出水壓力最大值的控制

高規(guī)要求，消火栓栓口的出水壓力大于0.50MPa時(shí)，應(yīng)采取減壓措施。目前，常用的減壓措施主要是采用減壓消火栓，這一技術(shù)比較成熟，這里不再贅述。

需要指出的是，在布置室內(nèi)消火栓時(shí)，不能簡(jiǎn)單使用增大水槍充實(shí)水柱的辦法來(lái)擴(kuò)大水槍控制范圍。對(duì)住宅等房間組合、或者走道設(shè)置比較復(fù)雜的建筑，只有在水帶能夠鋪設(shè)到可供水槍進(jìn)入房間、并且到達(dá)其內(nèi)部能看清內(nèi)部環(huán)境的位置，水槍才有能有效控制該房間。如水帶不能進(jìn)入房間內(nèi)，水槍的充實(shí)水柱無(wú)論多長(zhǎng)，都會(huì)存在控制盲區(qū)。

[1]98S205，消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備選用與安裝（隔膜式氣壓罐）[S]

[2]GB50282-98， 城市給水工程規(guī)劃規(guī)范 [S]