关于消防设计几点问题的探讨

曹杨
厦门市建筑设计院

　　提要：阐述多层建筑室外消防给水管网设计流速，应结合市政水压情况，以流速不大于2.5m/s进行设计，及阐述自动喷水灭火临时高压给水系统，两位消防水箱的设置高度应以最不利点喷头工作压力不小于0.10MPa来计算。
　　关键词：多层建筑，设计流速，自动喷水灭火系统，水箱设置高度

　　l、多层建筑室外消防给水管网设计流速的确定。

　　对于底层带商业网点的多层住宅，多层综合楼，普通办公楼或厂房，库房等工程，在市政给水管道能够满足室外消防用水量的情况下，同时按多层建筑立足于“外救”的原则，设计一般采用设置屋顶前10分钟消防水箱，及底层设置室外水泵接合器的消防供水方式，消防管网内平时水压较低，当发生火灾时，由消防车通过水泵接合器向室内消防系统加压送水，以达到消防灭火的目的，根据我国现行(建筑设计防火规范)GBJ16—87(以下简称(建规))第8.l.3条“室外消防给水可采用高压或临时高压给水系统或低压给水系统，……如采用低压给水系统，管道的压力应保证灭火时最不利点消火栓的水压不小于10m水柱(从地面算起)。”并注明消火栓给水管道设计流速不宜超过2.5m/s，而厦门消防部门规定室外消防给水管道流速不能大于1.2m/s，笔者对此规定有不同的看法。消防部门的依据是市政部门所提供的市政管道流速为1.2m/s，故在选择室外消防给水管的流速也不大于l.2m/s，但笔者认为管道流速应与市政管道压力有关，只要市政给水管道压力足够大，室外消防管道流速又满足规范不宜大于2.5m/s的要求，既能满足消防流量的设计要求。
　　笔者最近设计了一个厂区内，一幢建筑面积3500m²的六层综合楼和一幢建筑面积3400m²的丙类五层厂房，综合楼室内消防流量为15l／s，室外消防流量为20l／s，厂房室内消防流量为10l／s，室外消防流量为25l／s，室个外消防流量均为35l/s，按同一时间内一 次火灾次数设计，室外消防给水管与市政给水管形成室外环状管网，并设有两个接口，在设计中室外消防给水管若按流速不大于1.2m/s计算时，应选择d200的供水管，按流速不大于2.5m.s计算时，选择d150的供水管即可，本工程室外消防管从市政引入点到灭火时最不利点室外消火栓，管长共50米，设计选用d150的铸铁管，管道流速V＝2.01m/s，市政引入点至最不利点室外消火栓管道沿程损失为：

　　Σh＝Q²×A×L

　　式中：Q—管道流量(m³／s) 本工程Q＝0.035m³／s
　　　　　A—铸铁管比阻; d150时 A＝41.85
　　　　　L——管道长度(m) L=50m

　　故：Σh＝0.0352×41.85×50=2.56m
　　管道总损失：H1＝1.2Σh＝1.2× 2.56＝3.07m
　　按“建规”第8.1.3条室外消防管最不利点消火栓的压力不小于10米水柱，所以本工程需要市政所提供的水压计算如下：
　　H＝10十H₁＝10十3.07＝13.07米水柱＝0.131MPa(这里市政给水引入点的黄海标高与最不利点消火栓黄海标高相同)。
　　而市政所提供的该地段市政水压不小于0.30MPa，远远满足室外消防管所需要的市政水压，所以本工程室外消防管网流速可按规范规定的不大于2.5m/s的速度计算，否则按消防部门所规定的不大于1.12m/s流速进行计算，本工程应选用d200的室外给水管，这样势必放大与市政接口的水表口径，即选用两个L×S150的水表，根据厦门自来水供水章程规定，给水增容费是以水表口径来收费的，而按规范所要求的不大于2.5m/s流速计算，选用两个L×S100的水表即可。这样选用l×S150比选用L×Sl00的水表增容费多12.8万元，还要加上管道，配件所增加的费用，即给开发商造成了不必要的浪费。
　　笔者认为室外消防管道流速不必拘于消防部门所规定的不大于1.2m/s，而应结合市政水压情况，按规范所要求的流速不大于2.5m/s进行设计，这样我们在设计中既能满足规范要求，又能达到科学，节省投资的目的。

　　2、自动喷水灭火采用临时高压给水系统时高位水箱设置高度的确定。

　　我国现行规范《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045—95)(以下简称《高规》)第7.4.7.2条对高位消防水箱的设置高度有以下规定即“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0.15MPa，当高位消防水箱不能满足上述静压要求时应设增压设施”，通常设计中消火栓系统与自动喷水灭火系统共用一个高位消防水箱，即由此选定的消水箱的高度能否满足自动喷水灭火系统的要求?根据《自动喷水灭火系统设计规范》(GBJ84—85)(以下简称《自喷》)第2.0.2条中规定“湿式喷水灭火系统喷头工作压力9.8×l0⁴帕斯卡，最不利点喷头最低工作压力均不小于4.9x10⁴帕斯卡(0.5公斤／厘米²)”的规定，高位水箱最低水位与最不利点喷头的几何高差计算如下：

　　H≥H₁十H₂十H₃

　　式中：H1——最不利喷头工作压力(mH₂O)
　　　　　H2——自动喷水灭火系统的管道沿程水头损失(∑h)和局部水损失的总和(mH₂O)
　　　　　H3——报警阀的压力损失(mH₂O)

　　其中：H₁按《自喷》第2.0.2条取5mH₂O
　　　　　H₂＝1.2∑h
　　∑h=∑ALQ²　（式中Q=K×P^０.5=1.33×0.5^0.5=0.94 l/s，流量Q=0.94 l/s,亦符合(高规)第7.4.8条，对自动喷水灭火系统不应大于l l／s的规定)。
　　根据工程实例，当管道设计流量为0.94L/s时，主要管道沿程损失为管径DN25的给水管，当管＞DN50以后的给水管管道损失可勿略不计，笔者是以较不利的喷头布置，计算得：
　　∑h＝2.0米　　 H₂＝1.2∑h＝2.4米
　　H₃＝0.00869Q²d＝0.01米(报警阀公称直径为DN150)
　　故　H＝H₁十H₂十H₃=5十2.4十0.1＝7.41米
　　即高位消防水箱设置高度要满足最不利点喷头静压7.41米(0.074MPa)以上，若最不利层自动喷水灭火系统的最小管径选为DN32的给水管时，计算H≥6.0米，即高位消防水箱满足最不利点喷头静压6.0米(0.06MPa)以上，比(高规)第7.4.7.2条消火栓水箱的设置高度还需提高1.0米左右(以最不处层层高计算)，这样即不用增设增压设置。

图7-1

　　笔者以上计算对于中危级高层建筑设计具有较广泛的普遍性。但在实际工程验收中，当最不利点未端试水装置打开时，系统湿式报警阀存在迟迟不能动作，喷淋主泵亦不能及时启动的现象，若多开几个喷头或打开次不利层的末端试水装置，报警阀马上动作，启动主泵(这里采用的报警阀为合格产品)。分析各种原因笔者认为与报警阀的结构有关(见报警阀剖面图1)，报警阀为防止因系统管网渗漏和水源压力波动或水锤现象至使报警阀的阀瓣时有开启而造成误报警，采取了在报警阀外加一单向旁通管路，当水源端压力波动上升，或系统端因管网泄漏(不大于15升／分，即0.25L/S)而使压力下降时，则连通报警阀上下腔的单向阀开启，平衡上下腔压力，稳定阀瓣，从而避免误报警，这里报管阀只规定了系统侧以≤15L/分的流量放水时，不发生报警信号，而没有规定多少流量通过时，应发生报警信号，所以当最不利点喷头动作时，屋顶水箱通过报警阀的回流管及时给整个管网补压，补水，使得阀瓣前后压力稳定，压力开关不能及时动作，延误报警，不能及时启动主泵，这种现象表明当系统侧以0.96L／S的流量放水时，报警阀未能及时发生报警信号。笔者认为国家对消防器材广生产报警阀的检测标准应符合《自喷》第2.0.2条最不利点处喷头最低工作压力值的规定，若由此引起报警阀灵敏度增加，容易产生误报警，那么《自喷》对自动喷水灭火系统当采用临时高压给水系统时，最不利点喷头最低工作压力值应进行修正。
　　因存在上述情况，笔者建议在临时高压自动喷水灭火系统高位水箱设置高度时应采用最不利点工作压力0.10MPa进行计算。若水箱达不到设计高度，应增设增压设施。