消火栓系统在屋顶水箱初期供水时流量和压力计算.docx

消火栓系统在屋顶水箱初期供水时流量和压力计算张文深圳市建筑设计研究总院第三设计院摘要:通过对屋顶水箱初期供水时消火栓系统流量和压力的计算, 使规范中一些条文解释能得到定量化理解,同时也对屋顶水箱初期供相距较远建筑的消火栓情况作了探讨。关键词:屋顶水箱; 消火栓系统; 流量; 压力; 静水压力屋顶水箱消防时供水主要提供初期 10 m in 的流量和压力。对于消火栓系统来讲, 屋顶水箱的容量v 一般由规范规定的设计流量值 q 与初期用水时间t 按下式确定, 初期用水时间为 10 m in。v = q t值小于 18 m 3 时按计算值, v 大于 18 m 3 时按 18vm 3。屋顶水箱设置高度多层建筑防火规范没有明确规定, 只要求设置在建筑最高处。高层建筑高度超过100 m 时规范规定最不利消火栓栓口静水压力不小 于 15 m , 高度不超过 100 m 时栓口静水压力不小于7 m 。按规范规定确定了消防水箱容量和设置高度,同时室内消火栓系统各横管和立管布置及相应管径 已也确定, 这时按水力学原理, 在忽略屋顶水箱水位 变化的情况下, 打开任一处消火栓, 相应管道内水流 流态确定, 属恒定流, 此时就可以计算任一打开点的 栓口压力和流量。当屋顶水箱设置高度使下层消火栓的静水压力达到或超过 80 m 时, 必须采用分区供水, 规范解释 说有 2 条原因: 一是水枪的压力太大, 一人难以把 握; 二是水枪的流量远远超过 5 l /s, 消防水箱内的 水可能在较短的时间内用完。 对扑救初期火灾极为 不利。 对规范的这 2 条解释, 通过计算可以定量说 明。例如, 某商住楼, 最不利消火栓栓口到屋顶水箱 的垂直距离为 7 m , 每层层高 3 m , 笔者在不分区的 情况下, 对水箱箱底至栓口垂直距离为 10 m 、16 m 、22 m 、28 m 、34 m 、40 m 、46 m 、52 m 、64 m 、70 m 、76 m 、82 m 的消火栓作了计算, 如图 1 所示, 计算结果详见表 1。图 1 中立管管经均为dn 100, 屋顶水箱至 立管部分横干管长度为 20 m , dn 150, 立管至栓口部分长度为 1. 2 m , dn 70。均为单栓麻织水龙带, 水 龙带长度 25 m , 喷枪口径 19。80图 1以下是用到的各计算公式和相关参数h x h = h d + h q + h sk(1)式中, h x h 为消火栓栓口水压 (m ) ; h d 为消防水带的水 头损失; h d = a zl d q2 h (m ) ; h q 为水枪喷嘴造成x一定长度的充实水柱所需水压 (m ) h q = q2 h /b ; a zx为水带比阻, 本例为麻织水龙带 a z = 0. 043; l d 为水带的长度, 本例为 l d = 25 m ; qx h 为水枪喷嘴射出 流量 (l /s) ; b 为水枪水流特性系数, 本例 19 mm 喷 枪 b = 1. 577; h sk 为消火栓栓口水头损失, 本例取 h sk = 2 m 。由水力学能量方程, 消火栓栓口的水压应为h x h = h - 2 h - v 2 /2g(2)式中, h 为水箱消防出水管管中至栓口高差; 2 h为由消防水箱管道出口至栓口水头损失, 其中包括20 m 长, dn 150, 至相应 dn 100 立管的横管水头损 失, 立管从屋顶起端至栓口垂直长度的水头损失,1. 2 m 长 dn 70 管水头损失, 25 m 水龙带水头损失;v 为管道内水流速度。国外建材科技2004 年第 25 卷第 6 期各管段水头损失的计算公式为h = (1 + k ) il式中, i 为单位长度水头损失考虑。c h 为海澄2威廉系数, 镀锌钢管 c h = 100。 k为局部水头损失占沿程损失的百分比, 按 0. 1 计。l为管道长度 (m )。将上 2 式联立求解会很困难, 但如利用电子计 算 表格, 假定一个 qx h 代入试算直至式 ( 1)、式 ( 2) 相等, 则计算就变得比较容易, 以下是利用电子表格计算的结果。(3)105c h - 1. 85 d j - 4. 87 qg 1. 85 (kp /m )(4)i =式 中, d j 为 管 道 计 算 内 径 (m ) , dn 150、dn 100、dn 70 管 径 的 计 算 内 经 分 别 为 dn 159、dn 105、dn 67。 qg 为管道中通过的流量, 火灾初起时, 每根 立管仅出一支水枪, 屋面横管按过 2 支水枪的流量表 1栓口 管线静压 长度管线流量/(l s- 1)计算管径/mm管道面积/m 2管道流速/(m s- 1)栓口动压 1/m水带长度/m水流特性 系数栓口流量/(l s- 1 )栓口动压 2/m喷嘴水压/m水枪反作 用力/kg单位损失管道损失水带比阻/m/m序号117271. 220101. 220161. 220221. 220281. 220341. 220401. 220461. 220521. 220581. 220641. 22032. 412. 414. 823. 053. 056. 14. 034. 038. 064. 814. 819. 625. 485. 4810. 966. 076. 0712. 146. 616. 6113. 227. 17. 114. 27. 577. 5715. 1488168. 418. 4116. 824105671591056715910567159105671591056715910567159105671591056715910567159105671591056715950. 008 70. 003 50. 019 80. 008 70. 003 50. 019 80. 008 70. 003 50. 01980. 00870. 00350. 01980. 00870. 00350. 01980. 00870. 00350. 01980. 00870. 00350. 01980. 00870. 00350. 01980. 00870. 00350. 01980. 00870. 00350. 01980. 00870. 00350. 019860. 280. 680. 240. 350. 870. 310. 471. 140. 410. 561. 360. 480. 631. 560. 550. 71. 720. 610. 761. 880. 670. 822. 010. 720. 872. 150. 760. 922. 270. 810. 972. 390. 8570. 001 760. 0156 70. 000 840. 002 720. 024 220. 001 30. 004 550. 040 550. 002170. 006310. 056260. 003010. 008030. 071610. 003840. 00970. 086520. 004640. 011360. 101290. 005430. 012970. 115620. 00620. 01460. 130180. 006980. 016170. 144190. 007730. 017740. 158150. 0084880. 0140. 0210. 0180. 030. 0320. 0290. 080. 0540. 04896. 30100. 004 31125121. 577132. 41146. 31153. 68162. 092108. 870. 004 3251. 5773. 058. 905. 903. 3431614. 01 0. 004 3251. 5774. 0314. 04 10. 305. 844220. 153 19. 120. 0740. 0660. 247 24. 220. 0950. 0840. 363 29. 310. 1140. 1020. 5 34. 370. 1340. 1190. 656 39. 430. 1530. 1360. 835 44. 440. 1720. 1531. 032 49. 470. 190. 171. 249 54. 460. 2090. 1860. 0043251. 5774. 8119. 16 14. 678. 325280. 0043251. 5775. 4824. 27 19. 0410. 806340. 0043251. 5776. 0729. 32 23. 3613. 247400. 0043251. 5776. 6134. 40 27. 7115. 708460. 0043251. 5777. 139. 38 32. 0018. 129520. 0043251. 5777. 5744. 5 36. 3420. 6010580. 0043251. 577849. 46 40. 5823. 0011640. 0043251. 5778. 4154. 45 44. 8525. 4281国外建材科技2004 年第 25 卷第 6 期1270701. 220761. 220821. 2208001. 2208001. 2208. 88. 817. 69. 179. 1718. 349. 539. 5319. 065. 322. 665. 323. 861. 933. 8610567159105671591056715915967159105671050. 00870. 00350. 01980. 00870. 00350. 01980. 00870. 00350. 01980. 01980. 00350. 01980. 00870. 00350. 00871. 022. 50. 891. 062. 60. 921. 12. 70. 960. 270. 750. 270. 450. 550. 450. 019290. 17199d 0. 009220. 020820. 18560. 009950. 022350. 199310. 010680. 001010. 01880. 001010. 00420. 010390. 00421. 485 59. 440. 2270. 2031. 74 64. 410. 2450. 2192. 016 69. 350. 2630. 2350. 887 5. 280. 0250. 0223. 695 2. 780. 0140. 0920. 0043251. 5778. 859. 43 49. 1127. 8313760. 0043251. 5779. 1764. 36 53. 3230. 2214820. 0043251. 5779. 5369. 35 57. 5932. 641570. 0043251. 5772. 665. 25 4. 492. 541670. 0043251. 5771. 932. 76 2. 361. 34表 1 中横序号 7 单位损失由式 (4) 计算而得; 表1 中横序号 8 管道损失由式 (3) 计算而得; 表 1 中横 序号 9 栓口动压 1 由式 (2) 计算而得; 表 1 中横序号14 栓口动压 2 由式 ( 1) 计算而得; 表 1 中横序号 15水枪反作用力由 p = 20. 1h x h 计算而得。 其 中 h x h 为栓口动压 (m ) ; 为水枪横断面积(cm ) , 本例取 19 mm 水枪进行计算 = 0. 25 3. 14 1. 92 = 2. 83 cm 2p 为水枪反作用力 (k g)。 由上述计算表格可以看出在 7 m 充实水柱时,栓口流量为 2. 41 l /s, 栓口动压力为 6. 30 m ( 见计 算表序号栏第 1 栏)。在 82 m 充实水柱时, 栓口流量 为 9. 53 l /s, 栓口动压为 69. 35 m , 此时水枪反作用力为 32. 64 k g (见计算表序号栏 14 栏) , 远大于经过 训 练 的 消 防 队 员 能 承 受 的 水 枪 最 大 反 作 用 力 20k g , 其流量也远大于一支水枪 5 l /s 的流量, 这样当 一个防火分区内发生初起火灾时, 原计划贮 存 10m in 的消防水量在较短的时间内即被用完。 所以消 火栓栓口静 压 超 过 80 m 水 柱 时 必 须 进 行 分 区 减压。在实际工程设计中, 还会碰到一种情况: 一个大 型的居住小区, 仅在小区内一座最高塔楼楼顶设置 屋顶消防水箱, 而此栋建筑与其它某几栋建筑之间相距较远, 有时管线长度由水箱处至最远距离的建筑的最不利消火栓有可能达 800 m , 甚至还多。这时如由一个水箱对最远处一栋建筑提供初期消防 2 支水枪水量和水压, 其值也可同样计算出来。 如采用dn 100 管计算长度共 800 m , 消防水箱提供静水压力 7 m水柱, 则栓口流量为 1.93 l /s, 栓口压力为2. 78 m ( 见计算表序号栏 16 栏) , 这种情况扑救初期火灾的能力就很弱。如采用加大管径的措施, 改为dn 150 管, 计算长度仍为 800 m , 同样按消防水箱提供静水压力 7 m水柱, 则栓口流量为 2.66 l /s, 栓口压力为 5.28 m ( 见计算表序号栏 15 栏) , 比表格第一栏流量计算值稍大。 因此在大型小区