建筑消防给水系统设计分析

2022-09-11

建筑消防设计中, 一般建筑高度超过消防车有效的灭火高度, 超过7层的单元式住宅, 超过6层的塔式住宅、通廊式住宅、底层设有商业服务网点的单元式住宅, 应设置室内消防给水设施。主要靠室内消防给水设备扑救火灾的消防给水系统称为多层建筑消防给水系统。

1 消防给水工程

1.1 工程概况

某广场分为 (A、B、C、D) 四个区消防工程, A区首层为停车场, 二层至三层为商铺, 四层至九层为酒店式公寓;B.C区首层为停车场, 二层至三层为商铺;D区A区首层为停车场, 二层至三层为超市, 四层至十八层为住宅。

消火栓系统:十分钟消防用水由商住楼天面消防水箱供给, 消防水箱25m3, 箱底标高60.80m。消防水池有效容积388m3。消防用水由首层泵房消火栓供给, 水泵扬程为100m, 按商住楼 (大于50m) 室内设计流量为40L;灭火器装置:每层均配置手提式磷酸铵盐灭火器, 灭火器充装量为3kg, 灭火等级为中危险等级, 最大保护面积为75m2/A。最大保护距离为15m/ (A类) 。

1.2 消防给水工程

用水量设计:室外消火栓给水系统用水量30L/S;室内消火栓给水系统用水量:40L/S;火灾延续时间为2h。

消火栓给水系统管材与接口形式:DNK100采用镀锌钢管, 螺纹连接;DN≥100采用镀锌钢管, 沟槽式连接件 (卡箍) 连接, 法兰连接或焊接连接。

消防管道试验压力为1.0MPa。

2 室外消防给水系统

2.1 消防给水

为确保消防给水安全, 多层建筑室外消防管网的进水管不宜少于两条, 并宜从两条市政给水管道引入, 当其中一条进水管发生故障时, 其余进水管应仍能保证全部用水量。进水管管径按式:

式中:

D为进水管管径 (mm) ;

Q为生活、生产与消防用水总量 (L/s) ;

v为进水管水流速度, 不宜大于2.5m/s, 独立自动喷水灭火系统, 进水管水流速度不宜大于5.0m/s;

n为进水管数量。

2.2 管网布置

自动喷水灭火系统管网, 由直接安装喷头的配水管、配水支管、配水干管以及总控制阀、向上 (或向下) 的垂直立管组成。

立管与配水管之间的连接方式有四种:即中央中心型给水, 侧边中心型给水, 中央末端型给水和侧边末端型给水。

3 室内消火栓给水系统

3.1 水枪的充实水柱长度

火场常用的充实水注长度一般为10m~15m。《建筑防火规范》规定水枪的充实水柱长度首先应通过水力计算确定, 同时建筑高度不超过100m的多层建筑, 水枪的充实水柱长度不应小于10m;建筑高度超过100m的民用建筑和多层工业建筑, 水枪的充实水柱长度不应小于13m。

3.2 室内消火栓的布置

3.2.1 布置原则

间距应保证同层相邻两个消火栓的水枪充实水柱同时达到被保护范围内任何部位;设置在明显易于取用的位置;栓口离地面高度宜为1.10m;消防电梯前室, 严禁伪装消火栓;多层建筑的屋顶还应设一个装有压力显示器的检查用的试验栓。

3.2.2 布置间距

消火栓保护半径按式:

式中:

R为消火栓保护半径 (m) ;

Ld为水龙带实际长度 (m) 一般为配备水龙带长度的90%;

LS为水枪充实水柱在平面上的投影长度 (m) 。消火栓采用单排布置时, 其间距按式 (见图1) 。

式中:A、B、C、为为室内消火栓;

S为消火栓间距 (m) ;

b为消火栓最大保护宽度 (m) 。

3.3 室内消防给水管网的布置

室内系统给水管网应布置成独立的环状管网系统, 必须保证给水干管和每条消防竖管都能双向供水;室内环状管网的进水管不应少于两条, 并宜从建筑物的不同方向引入;消防竖管不宜少于两条, 其布置应能保证同层相邻两个消火栓的水枪的充实水柱同时达到被保护范围内的任何部位;室内消防给水管道应采用阀门分成若干独立段;当建筑物内同时设有室内消火栓给水系统与自动喷水灭火系统时, 室内消火栓给水管网与自动喷水管网分开设置。

3.4 室内消火栓系统的设计计算

3.4.1 消防用水量

多层建筑的消防用水量与建筑高度、燃烧面积、空间大小、蔓延速度、可燃物资、人员情况、经济损失等密切相关。多层建筑室内消火栓用水量应根据同时使用水枪数量和充实水柱长度计算确定。室内、外消火栓给水系统的用水量, 不应小于规范规定值。

3.4.2 水力计算

理想状况的水枪射流长度为:

式中:Hq为理想状态水枪射流长度 (m) ;

v为水枪喷嘴水流速度 (m/s) ;

g为重力加速度 (m/s2) 。

水枪喷嘴处的压力与充实水柱高度的关系为:

式中:

Hq为同上式;

∂f为可查表;

Hm为水枪充实水柱高度。

水枪喷射流量:

式中:

qxh为水枪射流量 (L/s) ;

B为水枪特性系数;

Hq为水枪喷口造成某充实水柱所需压力 (MPa) 。

水龙带水头损失:

式中:

hd为水龙带水头损失 (MPa) ;

Az为水龙带的阻力系数;

Ld为水龙带长度 (m) 。

消火栓栓口所需水压:

式中:

Hxh为消火栓栓口所需水压 (MP a) ;Hq, dh同前。

确定消防给水管网的管径:选定建筑物的最高与最远的两个或多个消火栓为计算最不利点, 以此确定计算管路, 并按照消防规定的室内消防用水量进行流量分配。

消防给水管网的水头损失:

式中:

h为管道沿程水头损失 (MPa) ;

i为水力坡度;

L为管段长度 (m) 。管道局部水头损失宜采用当量长度法计算, 也可按沿程水头损失的10%计。

消防水泵扬程计算:

式中:

Hb为消火栓扬程 (MPa) ;

Hq为最不利点消防水枪喷嘴所需压力 (MPa) ;

ha为管网的水头损失 (MPa) ;

hz为消防水池的最低消防水面或水泵吸水管轴心与最不利点消火栓的高差 (m) 。

3.4.3 增压与稳压设施的选用

发生火灾的10min内由屋顶消防水箱供水, 但很难保证高区最不利点消防设备的水压要求。当不能满足要求时, 应采用气压给水设备或稳压泵等局部加压设施补充水压。

3.4.4 消火栓系统减压 (包括消防干管减压和消防支管减压)

由于高低层消火栓所受水压不同, 实际出水量相差较大。为便于消防队员使用消火栓和防止消防储水在短时间内耗尽, 《建筑设计防火规范》规定:室内消火栓栓口处的静水压力应不大于0.50MPa, 如超过1.0MPa, 应进行分区或干管减压, 按竖向将消火栓系统分成若干个给水系统。消防干管一般采用减压水箱或减压阀减压。

由于高低层消火栓所承受水压不同, 实际出水量相差很大, 当上部的消火栓栓口水压满足消防灭火要求时, 则下部的消火栓压力过剩, 消防支管减压的目的在于消除消火栓的剩余水压。当消火栓栓口出水压力大于0.50MPa时, 可在消火栓栓口处加设不绣钢减压孔板或采用减压稳压消火栓减压, 使消火栓的实际出水量接近设计出水量。

减压稳压式消火栓是一种能自动调节, 使栓后压力保持稳定的消火栓。

4 结语

消防给水系统为保证安全可靠采用水箱—水泵—增压泵—气压罐联合加压供水系统, 增压泵和气压罐均放在水箱间。对于有技术保证的城市或单位, 也可省去水箱而将增压泵和气压罐放在地下室供水泵房设置。另外, 消防给水系统的设计必须和电器专业密切配合才能达到合理的控制效果。对于多层建筑消防给水的设计, 既要严格执行有关规范, 又要从实际出发。

摘要：一项成功的建筑工程设计, 除了考虑结构安全, 还应同时考虑消防安全问题, 因为它直接关系到人民的生命财产安全。消防给水系统设计规划随着新技术、新设备的使用而不断改进, 安全性也更高。本文对多高层建筑消防给水系统设计进行了分析探讨。

关键词：建筑,消防给水,设计分析