探讨高层住宅室内消火栓系统的设计计算

探讨高层住宅室内消火栓系统的设计计算

王超飞

汉嘉设计集团股份有限公司310000

摘要：伴随着我国经济的飞速发展，城市中的高层住宅小区也如雨后春笋般拔地而起，沿街商铺、大型地下机械车库也都与住宅综合在一起。保护居民的人身财产安全是消防工作的首要重任，给排水设计工作更是消防系统设计的重中之重。本文将结合具体的工程案例，对室内消防栓系统的设计计算进行阐述，以供相似工程探讨和相互学习。

关键词：高层建筑；临时高压消防给水系统；消防水泵；稳压泵

引言

高层建筑火灾蔓延速度快，途径多；易燃合成材料多，燃烧猛烈；人员疏散困难，伤亡严重；火灾扑救困难，自救为主。高层住宅小区，容积率较高，年龄分布广泛，加之小区沿街商铺、大型地下机械车库与住宅综合在一起，人员密度和流动性较大，火灾意外发生的概率和火灾带来的生命财产损失尤为严重。火灾的预防和初期灭火是消除和减少火灾危害的最有效途径。在消防系统设计工作中，必须综合考虑整个项目的总经济技术指标以及各单体建筑的用途和性质，才能确定消防等级和消防设备参数。尤其是给排水设计工作，只有对整个项目的指标和单体的性质明确之后，才能通过正确的计算确定火灾初期消防水箱的大小及消防水泵的流量扬程等，来确保消防系统合规、合理、安全、稳定的工作以保证居民的生命财产安全！本文以江西省某普通高层住宅小区为例，对室内消火栓系统的设计计算进行阐述，以便相互探讨和学习。

1工程概况

本工程位于江西省上饶市，项目共有2栋24层高层住宅（底部设置3层商业用房），7栋18层高层住宅（部分底部设置2层商业服务网点），1栋4层商业，1个地下一层的地下机械车库。

2消火栓系统设计计算

根据规范要求，本工程的消防给水系统涉及室外消火栓给水系统、室内消火栓给水系统及自喷给水系统。

2.1消防水量

本工程按同一时间内只考虑一次火灾的建筑群设计，消防用水量按一类公共建筑（h>50m，20000m³＜V≤50000m³）、多层商店（5000m³＜V≤20000m³）、一类机械汽车库中的最大值取，其消防用水量为：

室外消火栓：30L／s，火灾延续时间2小时；

室内消火栓：40L／s，火灾延续时间2小时；

自动喷淋：40L／s，火灾延续时间1小时。

2.2消防水池

消防水池按储存2小时室内消火栓用水、1小时自动喷淋用水考虑，计算可知消防水池有效容积V=432m³，设于地下一层消防水泵房内，水源来自小区市政给水环管。

2.3室外消防系统

从相邻的两条市政给水干管上各引入1根DN300的进水管，绕区域呈环状敷设。沿道路布置室外消火栓，两个消火栓之间间距不大于120米，保护半径不超过150米，火灾时由城市消防车前来施救。

2.4室内消防系统

根据消防规范的规定，本工程在高层住宅楼电梯前室、地下汽车库、地下自行车库和配套公建内均设置消火栓，消火栓设置的原则是保证同层任一点均有两股水柱同时到达，本工程室内消火栓供水均由消防水泵加压供给。

2.4.1消火栓系统最不利点确定

1#楼、2#楼为一类高层公共建筑（底部3层商业用房，4层至顶层为住宅），共24层，建筑高度72.07m，为小区内建筑高度最高楼。1#楼地下室高度3.80m，2#楼地下室高度4.40m，1#楼24层消火栓至地下室底板高度为3.80+69.20+1.10=74.10m；2#楼24层消火栓至地下室底板高度为4.40+69.20+1.10=74.70m，由此确定2#楼24层处消火栓为本小区最高点。

沿程水头损失计算：

局部水头损失计算：

根据可计算出泵房至1#、2#楼最高处消火栓管道局部水头损失，

1#楼=1.52m，2#楼=1.27m。

1#楼、2#楼最高处消火栓所需的设计压力根据：

—安全系数，可取1.20～1.40，取1.40；

—最低有效水位至最不利灭火设施的集合高差（m）；

—最不利点灭火设施所需的设计压力，根据规范规定消火栓栓口动压不应小于0.35MPa，取0.35MPa。

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

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

由此可知1#楼24层处消火栓为本工程消火栓系统最不利点。

2.4.2消防泵选用

由上计算已知1#楼24层处消火栓为本工程消火栓系统最不利点，其所需的设计压力即为消防水泵的设计扬程1.19MPa，消防水量为40L/s，查阅图集选取消防水泵（Q=40L/s，H=1.20MPa，N=90kW），一用一备，置于地下一层消防水泵房内。

2.4.3高位消防水箱

本工程为一类高层公共建筑，根据规范高位消防水箱取36m3，做800mm高混凝土基础，置于小区最高楼2#楼屋顶，水箱底标高78.84m。

水箱高于小区内任何消火栓及喷淋，最低有效水位高于灭火设施最不利点处的静水压力为：

H=（78.84+0.10+4.40）-（69.20+1.10+3.80）=9.24m﹤10m，静压不能满足规范要求，故本消防系统应设置稳压泵。

2.4.4稳压泵

（1）稳压泵流量

稳压泵采用离心泵，设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄漏量和系统自动启动流量，按消防给水设计流量的1%～3%，且不宜小于1L/s，本工程取1L/s。

（2）稳压泵扬程计算

稳压泵的启泵压力即稳压泵的设计压力，也是气压水罐的最低工作压力，据规范稳压泵的设计压力应保持系统最不利点处水灭火设施在准工作状态是的静水压力应大于0.15MPa，根据

—最不利用水点与稳压泵吸水口的集合高程差（M）；

—给水管网的总水头损失（KPa）；

—最不利用水点需要压力（MPa）。

计算可知=0.90MPa，据规范要求稳压泵的设计压力应保持系统自动启泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力值，且增加值宜为0.07MPa～0.10MPa，可知，消火栓泵启泵压力为0.80MPa～0.83MPa。

稳压泵的停泵压力即气压水罐的最高工作压力：

—气压水罐内的工作压力比（以绝对压力计），取0.899；

计算可知=1.01MPa。

稳压泵扬程：

—磨损系数，宜取1.05～1.10，取1.05；

—高位消防水箱最低水位与稳压泵吸水口的集合高程差（M）

计算可知稳压泵扬程P=0.20MPa。

（3）气压水罐

本工程稳压泵配套气压水罐采用立式隔膜式气压水罐，气压水罐的调节水容积计算：

—水泵（或泵组）的出流量（m3/s），本工程为1.0L/s；

—安全系数，宜取1.0～1.3，取1.3；

—水泵在一小时内启动次数，据规范要求不大于15次/h，取15次/h。

通过计算可知气压水罐的调节水容积=78L。

气压水罐的总容积计算：

—气压水罐的水容积（m3），应大于或等于调节水容积，据规范要求气压水罐有效储水容积不宜小于150L，由上计算可知气压水罐调节水容积=78L﹤150L，本工程取150L；

—气压水罐内的工作压力比（以绝对压力计），取0.899；

—气压水罐的容积系数，立式隔膜式为1.05。

通过计算可知气压水罐的总容积=1.56m3。

根据计算结果=1.56m3，选用立式隔膜式气压水罐，直径1000mm，设计压力1.60MPa（Ø1000-1.6）。

由上可知，稳压泵流量1.0L/s，扬程20m，一用一备，配套立式隔膜式气压水罐Ø1000-1.6，置于地下一层消防水泵房内。

2.4.5消防水泵接合器

消防水泵接合器的给水流量按每个10L/s计算，根据系统设计流量40L/s计算，本工程需设置4个消防水泵接合器，消防水泵接合器宜在每栋单体附近就近设置，每两栋单体中间设置一个水泵接合器，并应在便于消防车使用的地点，距室外消火栓或消防水池的距离不宜小于15m，并不宜大于40m。

2.4.6分区供水

地下室消火栓静压H0=H4+100P-1.10

—高位消防水箱最低水位与稳压泵吸水口的集合高程差（M）；

—稳压泵扬程（MPa）。

计算可得H0=101.64m。

根据规范要求，消火栓栓口处静压大于1.0Mpa，消防给水系统应分区供水，故本工程消火给水系统应竖向分两区供水。低区为地下车库，由消火栓泵出水经减压阀减压后供水，减压阀后压力0.50MPa；高区为地上部分，由消防水泵直接加压供水，其中一层至19层消火栓采用减压稳压型消火栓。

因考虑地上单体建筑内的空间有限，为尽量不占用单体空间，将地下车库分为低区，地上部分为高区，这样既可以避免单体管井内高区、低区消防管占用较多空间，不便于管理及检修维护，又可以在地下室范围内合理的布置管线，避免立管成环影响单体局部层高及美观性。

3结束语

本工程中建筑群包括一类高层公共建筑、高层住宅、多层商店、一类机械汽车等性质及类别区别较大，种类较多的建筑单体，应将其各个罗列并综合考虑，结合规范正确选出最安全合理的方案，这样才能通过正确的计算得到各消防设备的参数，选用安全稳固的消防设施。

作为一名给排水设计工作者，我们必须保持严谨的工作态度，不仅要紧随规范做出安全的方案，还要更多的跟随项目后期的安装、调试、运行，不断发现施工现场遇到的问题以及后日运行中的问题，将问题一个个解决掉，努力让以后的设计方案更加科学合理。我们必须与时俱进，学习新知识，运用新科技，培育新人才，只有我们设计人员自己的水平提高了，消防系统灭火效率才会提高，人民的生命财产才能得到更好的保障！

参考文献：

[1]GB50015—2003建筑给水排水设计规范，2009

[2]GB50016—2014建筑设计防火规范，2015

[3]GB50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范，2014

[4]GB50084—2001自动喷水灭火系统设计规范，2005

[5]GB50067—2014汽车库、修车库、停车场设计防火规范，2015

[6]建筑给水排水设计手册．第2版．北京：中国建筑工业出版社，2008

[7]全国民用建筑工程设计技术措施给水排水．北京：中国计划出版社，2009

作者简介

王超飞，男，1989-，陕西西安人，大学本科，汉嘉设计集团股份有限公司，助理工程师，从事给排水工程设计。