2013年高层建筑消火栓给水系统分区静水压力计算(word2003版格式).doc

高层建筑消火栓给水系统分区静水压力计算陈礼洪1，程宏伟2，蒋柱武1（1.福建工程学院环境与设备工程系，福建 福州 350007；2.福建省建筑设计研究院，福建 福州 350001）摘要： 高层建筑消火栓给水系统合理分区关系到系统的安全运行和可靠性，正确计算消火栓给水系统分区静水压力是合理分区的关键。分区最大静水压力与供水方式密切相关，在分析总结高层建筑消火栓给水系统各种供水方式的基础上，归纳提出3类分区静水压力的计算形式，并推导出分区最低消火栓静水压力计算公式和分区最高消火栓或分区减压阀组与最低消火栓高差计算公式。关键词：消火栓给水；系统分区；静水压力计算Calculation of hydrostatic pressure of fire hydrant system in high-rise building partitionChen Li-hong1 , Chen Hong-wei2, Jiang zhu-wu1(Environment and equipment Engineering Department of Fujian University of Technology, Fuzhou, Fujian, 350007. Architectural Design Institute of Fujian Province,Fuzhou,Fujian,350001)Abstract: Reasonable partition of fire hydrant water supply system of high-rise building is related to the safe operation and reliability of the system. Correct calculation of hydrostatic pressure of the fire hydrant water system is the key to reasonable partition of the building. The maximum hydrostatic pressure of fire partition and water supply modes of fire hydrant systems are closely related. Based on the analysis of various modes of fire hydrant water systems, three calculation models of hydrostatic pressure of fire partition were derived and summarized. The calculation formulas of minimum fire hydrant hydrostatic pressure were derived and the calculation methods of the relative altitude between the highest fire hydrant or partition valve group and the lowest fire hydrant were also deduced.Key words: Fire hydrant system, Building partition, Hydrostatic pressure calculation0 引言消火栓给水系统是高层建筑的主要灭火设施，消火栓给水系统给水分区是高层建筑设计中常遇到的技术问题。高层民用建筑设计防火规范（GB50045-95，2005年版，以下简称“高规”）第7.4.6.5条规定“消火栓栓口的静水压力不应大于1.0MPa，当大于1.0MPa时，应采取分区给水系统” 1。分区静水压力值规定不应大于1.0MPa的原因主要是考虑消防给水管网及各组件的承压能力、减压方式及可行性2，此外，还关系到系统运行的安全性，因此，工程设计时严格执行第7.4.6.5条规定是非常必要的。执行第7.4.6.5条规定的关键是正确计算分区静水压力值。对静水压力的理解，有不少工程技术人员简单理解为消防水箱到消火栓口的垂直高差，正确的理解应是消火栓给水系统水流处于静止状态时相应点的测压管水头高度，因此，消火栓给水系统分区静水压力与其各分区供水方式密切相关，应根据其供水方式合理计算静水压力值后进行合理分区。总结高层建筑消火栓系统各种供水方式的情况，归纳起来有3种分区静水压力的计算。1 单设高位消防水箱（池）稳压的高区静水压力计算“高规”第7.4.7.2条规定：“高位消防水箱的设置高度应保证最不利点消火栓静水压力。当建筑高度不超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.07MPa；当建筑高度超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.15 MPa。当高位消防水箱不能满足上述静压要求时，应设增压设施。”因此，当高层建筑高位消防水箱设置高度H1（图1所示）若能满足不小于7m或15m的要求时，可不需要设置增压设施，系统由高位水箱水位重力稳压供水。对这种供水方式高区最大静水压力可按（1）式计算确定，该分区最高栓口与最低栓口高差应满足（2）式要求，并根据H2来合理分区，确保分区最低消火栓栓口静水压力Pmax100 mH2O。图1 消火栓给水系统原理图（一）Fig.1 Principle figure of water supply system of hydrant（一） Pmax=H1+H2+h （1） H2=Pmax-H1-h100-H1-h （2）式中： Pmax分区最低消火栓静水压力（mH2O）， Pmax100 mH2O； H1消防水箱（池）最低水位与最高消火栓高差（m）； H2分区最高消火栓与最低消火栓高差（m）；h消防水箱（池）最高水位与最低水位高差（m）； 2 设高位消防水箱和增压稳压设施的高区静水压力计算当高层建筑高位消防水箱设置高度H1（图2所示）不能满足不小于7m或15m的要求时，应设置增压设施。对增压稳压设施的运行控制，一般是通过对气压水罐设定4个压力值来实现，即最小工作水压P1、最大工作水压P2、增压水泵起泵压力Ps1、增压水泵停泵压力Ps2，且Ps1= P2+23 mH2O，Ps2= Ps1+56 mH2O 3。P1、P2、Ps1、Ps2四个压力值中，P1是满足该分区最不利消火栓工作压力要求的最小压力，气压罐水位最高时对应的停泵压力Ps2才是对消火栓系统产生最大静水压力，因此，这种供水方式高区最大静水压力应按（3）式计算确定，该分区最高消火栓与最低消火栓高差应满足（4）式要求。由于气压罐内水位在设计阶段通常不会考虑，因此，式（4）中的H1、h难以确定，从安全角度考虑，气压罐最高水位到最高消火栓的高差（H1+h）可用气压罐罐顶到最高消火栓的高差H1a来取代，即H2可按（5）式计算确定。图2 消火栓给水系统原理图（二）Fig.2 Principle figure of water supply system of hydrant（二） Pmax=H1+H2+h+Ps2 （3） H2=Pmax-H1-h-PS2 100-H1-h-Ps2 （4） H2100-H1a-Ps2 （5）式中： Pmax、H2符号意义同（1）式； H1气压罐最低水位与最高消火栓高差（m）；h气压罐最高水位与最低水位高差（m）； H1a气压罐罐顶到最高消火栓高差（m）；由气压水罐的工作原理可知，若气压罐工作压力比确定，则P2、Ps1、Ps2等压力的大小是有P1的大小决定的。关于临时高压消火栓系统增压设施设置的规定，“高规”第7.4.8条仅对增压水泵的流量和气压水罐的调节容积做了相应的规定，对增压稳压系统的最小工作压力P1未做明确规定，由此，行业对气压罐最小工作压力P1的确定有不同的理解，目前行业主要有两种倾向意见：一种观点认为，P1只要确保最不利点消火栓静水压力满足7m或15m的要求即可；另一种观点认为，既然已设置增压稳压设施，最小工作压力P1就一步到位，即确保最不利点消火栓静水压力满足火灾时灭火所需充实水柱的要求， 消防增压稳压设备选用及安装(隔膜式气压罐) （98S205）图集总说明中强调P1应满足最不利点消火栓火灾时灭火所需充实水柱的要求3。两种不同观点的直接影响Ps2值的大小，由（5）式分析可知会间接影响H2值的大小，也就是会影响该分区的楼层数量，进而可能影响整个消火栓系统分区的数量。对于建筑高度不大于100m的建筑，水力计算分析可知，满足消火栓水枪的充实水柱长度达到11.2 m（即满足水枪出流量5L/s，栓口动压约0.19 MPa）要求和满足“高规”第7.4.7.2条“消火栓静水压力不应低于0.07MPa”要求两种情况的Ps2相差约18.5mH2O，即两种不同观点计算出来的H2相差18.5m，影响分区楼层数约45层。对于建筑高度大于100m的建筑，水力计算分析可知，满足消火栓的水枪充实水柱达到13 m（栓口动压约0.22 MPa）要求和满足“高规”第7.4.7.2条“消火栓静水压力不应低于0.15MPa”要求两种情况的Ps2相差约10.8mH2O，即两种不同观点计算出来的H2相差10.8m，影响分区楼层数约3层。应用于具体工程时，笔者建议根据工程项目具体情况灵活处理：当不影响分区数量时，P1按满足最不利消火栓灭火充实水柱达到设计要求考虑；当会影响分区数量时，P1按最不利消火栓口静水压力不小于0.07MPa或0.15MPa的要求做适当调整。3 采用减压阀组减压的下部区域静水压力计算对下部区域采用减压阀组减压来实现分区供水的消火栓给水系统（如图2），其首先应通过水力计算合理确定减压阀阀后静水压力P-，阀后静水压力P-应考虑动压时能满足该区最不利点消火栓水枪灭火所需充实水柱的要求。由图2分析可知，采用减压阀组供水的分区的最大静水压力可按（6）式计算确定，该分区最高消火栓与最低消火栓高差应满足（7）式要求。 Pmax=H2+P- （6） H2=Pmax-P-100-P- （7）式中： Pmax符号意义同（1）式； P-减压阀阀后静水压力（mH2O）； H2分区减压阀组与最低消火栓高差（m）；应该注意的是，确定阀后静水压力P-应考虑所采用减压阀的类型问题：若采用比例式减压阀减压分区，应校核系统启动灭火时减压阀阀后动水压强是否能满足最不利消火栓充实水柱的要求，特别是采用图2所示气压罐稳压的供水方式，计算系统分区的最大静压力出现在Ps2工况，而灭火所需最小压力出现在P1工况，水力计算分析可知Ps2比P1大20mH2O左右，即使不考虑比例式减压阀的动静压比（即减压阀局部损失）因素，如果采用3:1的比例式减压阀，两种不同工况阀后压力相差约7mH2O，也就是说，按Ps2工况确定式（7）中的阀后静水压力P-应该比P1工况的阀后静水压力P-富余7mH2O，才能确保灭火时阀后动水压强满足充实水柱的要求。如果采用可调式减压阀（或串联的减压阀组中最后一组是可调式减压阀）减压分区，由于可调式减压阀的阀后动静压力都是稳定一致的，没有动静压比的问题，确定式（7）中阀后静水压力P-时也就没有上述校核的问题。因此，减压分区时尽可能采用可调式减压阀组减压。4 结束语（1）消火栓给水系统分区静水压力应是系统水流处于静止状态时最低消火栓可能出现的最高静压（测压管水头高度），应区别于灭火时所需的工作压力。（2）对于设水箱和增压气压罐的供水方式，其气压罐最小工作压力P1的设置，建议根据工程项目具体情况灵活处理：当不影响分区数量时，P1按满足最不利消火栓灭火充实水柱达到设计要求考虑；当会影响分区数量时，P1可按最不利消火栓口静水压力不小于0.07MPa或0.15MPa的要求做适当调整。（3）采用减压分区供水时，尽可能采用可调式减压阀组减压，保证阀后动静压稳定；若采用比例式减压阀分区供水，应校核减压阀后动水压强是否能满足最不利消火栓充实水柱