有關(guān)室內(nèi)消火栓水槍上傾角的探討

朱永明

（中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103）

消防水流的有效射程通常用充實(shí)水柱表示?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》[1]2.1.23條定義了水槍的充實(shí)水柱：從水槍噴嘴起至射流90%的水柱水量穿過直徑380 mm圓孔處的一段射流長(zhǎng)度。

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[2]7.4.12條第2款：高層建筑、廠房、庫(kù)房和室內(nèi)凈空高度超過8 m的民用建筑等場(chǎng)所，消火栓栓口動(dòng)壓不應(yīng)小于0.35 MPa，且消防水槍充實(shí)水柱應(yīng)按13 m計(jì)算；其它場(chǎng)所，消火栓栓口動(dòng)壓不應(yīng)小于0.25 MPa，且消防水槍充實(shí)水柱應(yīng)按10 m計(jì)算?！镀噹?kù)、修車庫(kù)、停車場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[3]7.1.9條：室內(nèi)消火栓水槍的充實(shí)水柱不應(yīng)小于10 m?！痘鹆Πl(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[4]7.4.2條第2款：水槍的充實(shí)水柱長(zhǎng)度應(yīng)由計(jì)算確定。對(duì)于主廠房及二層或二層以上且建筑高度超過24 m的建筑，充實(shí)水柱長(zhǎng)度不應(yīng)小于13 m；對(duì)于超過4層且建筑高度≤24 m的建筑，水槍的充實(shí)水柱長(zhǎng)度不應(yīng)小于10 m；對(duì)于其它建筑，水槍的充實(shí)水柱長(zhǎng)度不宜小于7 m。

當(dāng)水槍的充實(shí)水柱長(zhǎng)度小于7 m時(shí)，火場(chǎng)的輻射熱使消防人員無法接近著火點(diǎn)，達(dá)不到有效滅火目的；當(dāng)水槍的充實(shí)水柱長(zhǎng)度大于15 m時(shí)，因射流的反作用力而使消防人員無法把握水槍滅火，故水槍的充實(shí)水柱宜為7～15 m。

1 室內(nèi)凈空高度、水槍充實(shí)水柱與水槍上傾角的關(guān)系

關(guān)于水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度，《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》[5]有以下公式：

式中：Sk-水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度，m；

H1-室內(nèi)最高著火點(diǎn)距地面高度，m；

H2-水槍噴嘴距地面高度（m），一般為1 m；

α-水槍的上傾角，一般可采用45°，最大

上傾角不應(yīng)大于60°。

當(dāng) α 為 45°時(shí)，（1）式轉(zhuǎn)化為：

室內(nèi)最高著火點(diǎn)距地面高度為地（樓）面至上部樓板底面或吊頂?shù)酌嬷g的垂直距離，即室內(nèi)凈空高度。取消防水槍噴嘴距地（樓）面的距離為 1 m，由（1）式可得：

圖1 水槍充實(shí)水柱示意圖

式中：Sk-水槍的充實(shí)水柱長(zhǎng)度，m；

H凈高-保護(hù)建筑物的地（樓）面至上部樓板底面或吊頂?shù)酌嬷g的垂直距離，m；

α-水槍的上傾角。按設(shè)計(jì)手冊(cè)，一般可采用45°，最大上傾角不應(yīng)大于60°。

對(duì)于某一給定的保護(hù)建筑物，室內(nèi)凈空高度已知，根據(jù)⑶式即可得出水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度。例如，保護(hù)建筑物的室內(nèi)凈空高度為3.5 m時(shí)，取水槍上傾角為45°，根據(jù)⑶式可得充實(shí)水柱長(zhǎng)度Sk為3.54 m。但是此值小于7 m，小于規(guī)范最低要求。其它室內(nèi)凈空高度的充實(shí)水柱長(zhǎng)度計(jì)算值見表1。

表1 室內(nèi)凈空高度H凈高與水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度Sk關(guān)系表（按α=45°計(jì)）

由表1可知，為達(dá)到最小充實(shí)水柱長(zhǎng)度7 m，在水槍上傾角為45°的前提下，所需的建筑物室內(nèi)凈空高度為6.0 m，要想達(dá)到13 m的充實(shí)水柱長(zhǎng)度，建筑物的室內(nèi)凈空高度需要大于10 m。當(dāng)增大上傾角時(shí)，對(duì)建筑物室內(nèi)凈空高度要求更高。在一般情況下，民用建筑的室內(nèi)凈空高度為3～3.5 m，只有某些倉(cāng)庫(kù)和特殊功能的建筑的室內(nèi)凈空高度才能達(dá)到10 m。所以按水槍上傾角45°計(jì)算，充實(shí)水柱長(zhǎng)度很少能達(dá)到規(guī)范要求。

由⑶式亦可知，對(duì)于規(guī)范中要求的某一特定充實(shí)水柱長(zhǎng)度，水槍的上傾角與室內(nèi)凈空高度存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表2。

表2 水槍的上傾角α（°）與室內(nèi)凈空高度H凈高、充實(shí)水柱長(zhǎng)度Sk的關(guān)系表

由表2可知，為達(dá)到7 m的充實(shí)水柱長(zhǎng)度，當(dāng)建筑物室內(nèi)凈空高度為3.0 m時(shí)，水槍傾角為16.60°，當(dāng)室內(nèi)凈空高度為6.0 m時(shí)，水槍上傾角才需要45°。在同樣的室內(nèi)凈空高度條件下，10 m充實(shí)水柱長(zhǎng)度的水槍上傾角更小，13 m充實(shí)水柱長(zhǎng)度的水槍上傾角最小。

由此可知，水槍的上傾角應(yīng)綜合保護(hù)建筑物的室內(nèi)凈空高度和充實(shí)水柱長(zhǎng)度來確定，而不是一概而論地取45°。實(shí)際工程中，對(duì)很多建筑物來說，水槍上傾角45°是偏大的。

2 水槍充實(shí)水柱和上傾角的計(jì)算方法

水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度由水槍噴嘴處壓力確定?！督ㄖo水排水工程》[6]給出了水槍噴嘴處壓力的計(jì)算公式：

式中：Hq-水槍噴嘴處壓力，kPa；

Sk-水槍的充實(shí)水柱長(zhǎng)度，m；

αf-與水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)，αf=1.19+80（0.01Sk）4，也可以按表 3選用；

φ-與水槍噴嘴口徑有關(guān)的阻力系數(shù)，見表4。

表 3 系數(shù) αf值

表4 系數(shù)φ值

水槍的射流量可由水槍噴嘴處壓力確定：

式中：qxh-水槍的射流量，L/s；

Hq-水槍噴嘴處壓力，kPa

表5 水槍水流特性系數(shù)B

由式（4）、（5）計(jì)算制成表 6，根據(jù)水槍口徑和充實(shí)水柱長(zhǎng)度可查出水槍的射流量和壓力值。

表6 水槍充實(shí)水柱Sk、噴嘴處壓力Hq與流量qxh之間的關(guān)系表

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[2]表3.5.2，可得每支水槍的最小射流量qxh。除21 m＜高度h≤27 m的多層住宅最小射流量qxh為2.5 L/s外，其余最小射流量qxh均為5 L/s。

由（5）式可得：

與（4）式聯(lián)立得：

根據(jù)規(guī)范要求的水槍最小射流量qxh，可確定水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度Sk。對(duì)于某一給定保護(hù)建筑物，室內(nèi)凈空高度已知，由（3）式可得水槍上傾角：

由此可確定室內(nèi)消火栓的保護(hù)半徑：

式中：R-室內(nèi)消火栓保護(hù)半徑，m；

k-水帶折減系數(shù)，一般取0.8～0.9；

Ld-水帶長(zhǎng)度，m；

Ls-消火栓水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度的水平投影（m），Ls=Sk·cosα。

將式（8）、式（9）代入式（10）即可得消火栓的保護(hù)半徑。

3 結(jié)論

室內(nèi)消火栓充實(shí)水柱長(zhǎng)度與水槍上傾角的確定步驟如下。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定的水槍最小射流量，計(jì)算得出水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定的最小充實(shí)水柱長(zhǎng)度復(fù)核計(jì)算值，取大值作為水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度。

根據(jù)保護(hù)建筑物室內(nèi)凈空高度和充實(shí)水柱長(zhǎng)度，確定水槍上傾角。