探討高層住宅室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的設計計算

漢嘉設計集團股份有限公司 310000

摘要：伴隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市中的高層住宅小區(qū)也如雨后春筍般拔地而起，沿街商鋪、大型地下機械車庫也都與住宅綜合在一起。保護居民的人身財產(chǎn)安全是消防工作的首要重任，給排水設計工作更是消防系統(tǒng)設計的重中之重。本文將結(jié)合具體的工程案例，對室內(nèi)消防栓系統(tǒng)的設計計算進行闡述，以供相似工程探討和相互學習。

關鍵詞：高層建筑；臨時高壓消防給水系統(tǒng)；消防水泵；穩(wěn)壓泵

引言

高層建筑火災蔓延速度快，途徑多；易燃合成材料多，燃燒猛烈；人員疏散困難，傷亡嚴重；火災撲救困難，自救為主。高層住宅小區(qū)，容積率較高，年齡分布廣泛，加之小區(qū)沿街商鋪、大型地下機械車庫與住宅綜合在一起，人員密度和流動性較大，火災意外發(fā)生的概率和火災帶來的生命財產(chǎn)損失尤為嚴重。火災的預防和初期滅火是消除和減少火災危害的最有效途徑。在消防系統(tǒng)設計工作中，必須綜合考慮整個項目的總經(jīng)濟技術(shù)指標以及各單體建筑的用途和性質(zhì)，才能確定消防等級和消防設備參數(shù)。尤其是給排水設計工作，只有對整個項目的指標和單體的性質(zhì)明確之后，才能通過正確的計算確定火災初期消防水箱的大小及消防水泵的流量揚程等，來確保消防系統(tǒng)合規(guī)、合理、安全、穩(wěn)定的工作以保證居民的生命財產(chǎn)安全！本文以江西省某普通高層住宅小區(qū)為例，對室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的設計計算進行闡述，以便相互探討和學習。

1 工程概況

本工程位于江西省上饒市，項目共有2棟24層高層住宅（底部設置3層商業(yè)用房），7棟18層高層住宅（部分底部設置2層商業(yè)服務網(wǎng)點），1棟4層商業(yè)，1個地下一層的地下機械車庫。

2 消火栓系統(tǒng)設計計算

根據(jù)規(guī)范要求，本工程的消防給水系統(tǒng)涉及室外消火栓給水系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)及自噴給水系統(tǒng)。

2.1消防水量

本工程按同一時間內(nèi)只考慮一次火災的建筑群設計，消防用水量按一類公共建筑（h>50m，20000m?

室外消火栓：30L/s，火災延續(xù)時間2小時；

室內(nèi)消火栓：40L/s，火災延續(xù)時間2小時；

自動噴淋：40L/s，火災延續(xù)時間1小時。

2.2消防水池

消防水池按儲存2小時室內(nèi)消火栓用水、1小時自動噴淋用水考慮，計算可知消防水池有效容積V=432m?，設于地下一層消防水泵房內(nèi)，水源來自小區(qū)市政給水環(huán)管。

2.3室外消防系統(tǒng)

從相鄰的兩條市政給水干管上各引入1根DN300的進水管，繞區(qū)域呈環(huán)狀敷設。沿道路布置室外消火栓，兩個消火栓之間間距不大于120米，保護半徑不超過150米，火災時由城市消防車前來施救。

2.4室內(nèi)消防系統(tǒng)

根據(jù)消防規(guī)范的規(guī)定，本工程在高層住宅樓電梯前室、地下汽車庫、地下自行車庫和配套公建內(nèi)均設置消火栓，消火栓設置的原則是保證同層任一點均有兩股水柱同時到達，本工程室內(nèi)消火栓供水均由消防水泵加壓供給。

2.4.1消火栓系統(tǒng)最不利點確定

1#樓、2#樓為一類高層公共建筑（底部3層商業(yè)用房，4層至頂層為住宅），共24層，建筑高度72.07m，為小區(qū)內(nèi)建筑高度最高樓。1#樓地下室高度3.80m，2#樓地下室高度4.40m，1#樓24層消火栓至地下室底板高度為3.80+69.20+1.10=74.10m；2#樓24層消火栓至地下室底板高度為4.40+69.20+1.10=74.70m，由此確定2#樓24層處消火栓為本小區(qū)最高點。

沿程水頭損失計算：

1#樓 2#樓

序號 管徑

（mm） 流量

（L/s） 管長

（m） 1000i 沿程水頭損失

（m） 管徑

（mm） 流量

（L/s） 管長

（m） 1000i 沿程水頭損失

（m）

① 150 20 174.48 18.1 3.16 150 20 128.12 18.1 2.32

② 100 10 70.30 26.9 1.90 100 10 70.30 26.9 1.90

合計 = 5.06m = 4.22m

局部水頭損失計算：

根據(jù) 可計算出泵房至1#、2#樓最高處消火栓管道局部水頭損失，

1#樓 = 1.52m，2#樓 = 1.27m。

1#樓、2#樓最高處消火栓所需的設計壓力根據(jù)：

—安全系數(shù)，可取1.20～1.40，取1.40；

—最低有效水位至最不利滅火設施的集合高差（m）；

—最不利點滅火設施所需的設計壓力，根據(jù)規(guī)范規(guī)定消火栓栓口動壓不應小于0.35MPa，取0.35MPa。

1#樓 P1=1.40×（5.06+1.52）+74.10+35=118.32m

2#樓 P2=1.40×（4.22+1.27）+74.10+35=116.79m

由此可知1#樓24層處消火栓為本工程消火栓系統(tǒng)最不利點。

2.4.2消防泵選用

由上計算已知1#樓24層處消火栓為本工程消火栓系統(tǒng)最不利點，其所需的設計壓力即為消防水泵的設計揚程1.19MPa，消防水量為40L/s，查閱圖集選取消防水泵（Q=40L/s，H=1.20MPa，N=90kW），一用一備，置于地下一層消防水泵房內(nèi)。

2.4.3高位消防水箱

本工程為一類高層公共建筑，根據(jù)規(guī)范高位消防水箱取36m3，做800mm高混凝土基礎，置于小區(qū)最高樓2#樓屋頂，水箱底標高78.84m。

水箱高于小區(qū)內(nèi)任何消火栓及噴淋，最低有效水位高于滅火設施最不利點處的靜水壓力為：

H=（78.84+0.10+4.40）-（69.20+1.10+3.80）= 9.24m﹤10m，靜壓不能滿足規(guī)范要求，故本消防系統(tǒng)應設置穩(wěn)壓泵。

2.4.4穩(wěn)壓泵

（1）穩(wěn)壓泵流量

穩(wěn)壓泵采用離心泵，設計流量不應小于消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量和系統(tǒng)自動啟動流量，按消防給水設計流量的1%～3%，且不宜小于1L/s，本工程取1L/s。

（2）穩(wěn)壓泵揚程計算

穩(wěn)壓泵的啟泵壓力即穩(wěn)壓泵的設計壓力，也是氣壓水罐的最低工作壓力，據(jù)規(guī)范穩(wěn)壓泵的設計壓力應保持系統(tǒng)最不利點處水滅火設施在準工作狀態(tài)是的靜水壓力應大于0.15MPa，根據(jù)

—最不利用水點與穩(wěn)壓泵吸水口的集合高程差（M）；

—給水管網(wǎng)的總水頭損失（KPa）；

—最不利用水點需要壓力（MPa）。

計算可知=0.90MPa，據(jù)規(guī)范要求穩(wěn)壓泵的設計壓力應保持系統(tǒng)自動啟泵壓力設置點處的壓力在準工作狀態(tài)時大于系統(tǒng)設置自動啟泵壓力值，且增加值宜為0.07MPa～0.10MPa，可知，消火栓泵啟泵壓力為0.80MPa～0.83MPa。

穩(wěn)壓泵的停泵壓力即氣壓水罐的最高工作壓力：

—氣壓水罐內(nèi)的工作壓力比（以絕對壓力計），取0.899；

計算可知=1.01MPa。

穩(wěn)壓泵揚程：

—磨損系數(shù)，宜取1.05～1.10，取1.05；

—高位消防水箱最低水位與穩(wěn)壓泵吸水口的集合高程差（M）

計算可知穩(wěn)壓泵揚程P=0.20MPa。

（3）氣壓水罐

本工程穩(wěn)壓泵配套氣壓水罐采用立式隔膜式氣壓水罐，氣壓水罐的調(diào)節(jié)水容積計算：

—水泵（或泵組）的出流量（m3/s），本工程為1.0L/s；

—安全系數(shù)，宜取1.0～1.3，取1.3；

—水泵在一小時內(nèi)啟動次數(shù)，據(jù)規(guī)范要求不大于15次/h，取15次/h。

通過計算可知氣壓水罐的調(diào)節(jié)水容積=78L。

氣壓水罐的總?cè)莘e計算：

—氣壓水罐的水容積（m3），應大于或等于調(diào)節(jié)水容積，據(jù)規(guī)范要求氣壓水罐有效儲水容積不宜小于150L，由上計算可知氣壓水罐調(diào)節(jié)水容積=78L﹤150L，本工程取150L；

—氣壓水罐內(nèi)的工作壓力比（以絕對壓力計），取0.899；

—氣壓水罐的容積系數(shù)，立式隔膜式為1.05。

通過計算可知氣壓水罐的總?cè)莘e=1.56m3。

根據(jù)計算結(jié)果=1.56m3，選用立式隔膜式氣壓水罐，直徑1000mm，設計壓力1.60MPa（?1000-1.6）。

由上可知，穩(wěn)壓泵流量1.0L/s，揚程20m，一用一備，配套立式隔膜式氣壓水罐?1000-1.6，置于地下一層消防水泵房內(nèi)。

2.4.5消防水泵接合器

消防水泵接合器的給水流量按每個10L/s計算，根據(jù)系統(tǒng)設計流量40L/s計算，本工程需設置4個消防水泵接合器，消防水泵接合器宜在每棟單體附近就近設置，每兩棟單體中間設置一個水泵接合器，并應在便于消防車使用的地點，距室外消火栓或消防水池的距離不宜小于15m，并不宜大于40m。

2.4.6分區(qū)供水

地下室消火栓靜壓H0=H4+100P-1.10

—高位消防水箱最低水位與穩(wěn)壓泵吸水口的集合高程差（M）；

—穩(wěn)壓泵揚程（MPa）。

計算可得H0=101.64m。

根據(jù)規(guī)范要求，消火栓栓口處靜壓大于1.0Mpa，消防給水系統(tǒng)應分區(qū)供水，故本工程消火給水系統(tǒng)應豎向分兩區(qū)供水。低區(qū)為地下車庫，由消火栓泵出水經(jīng)減壓閥減壓后供水，減壓閥后壓力0.50MPa；高區(qū)為地上部分，由消防水泵直接加壓供水，其中一層至19層消火栓采用減壓穩(wěn)壓型消火栓。

因考慮地上單體建筑內(nèi)的空間有限，為盡量不占用單體空間，將地下車庫分為低區(qū)，地上部分為高區(qū)，這樣既可以避免單體管井內(nèi)高區(qū)、低區(qū)消防管占用較多空間，不便于管理及檢修維護，又可以在地下室范圍內(nèi)合理的布置管線，避免立管成環(huán)影響單體局部層高及美觀性。

3 結(jié)束語

本工程中建筑群包括一類高層公共建筑、高層住宅、多層商店、一類機械汽車等性質(zhì)及類別區(qū)別較大，種類較多的建筑單體，應將其各個羅列并綜合考慮，結(jié)合規(guī)范正確選出最安全合理的方案，這樣才能通過正確的計算得到各消防設備的參數(shù)，選用安全穩(wěn)固的消防設施。

作為一名給排水設計工作者，我們必須保持嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，不僅要緊隨規(guī)范做出安全的方案，還要更多的跟隨項目后期的安裝、調(diào)試、運行，不斷發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場遇到的問題以及后日運行中的問題，將問題一個個解決掉，努力讓以后的設計方案更加科學合理。我們必須與時俱進，學習新知識，運用新科技，培育新人才，只有我們設計人員自己的水平提高了，消防系統(tǒng)滅火效率才會提高，人民的生命財產(chǎn)才能得到更好的保障！

參考文獻：

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[4] GB 50084—2001 自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范，2005

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[7] 全國民用建筑工程設計技術(shù)措施給水排水.北京：中國計劃出版社，2009

作者簡介

王超飛，男，1989-，陜西西安人，大學本科，漢嘉設計集團股份有限公司，助理工程師，從事給排水工程設計。