高层建筑消火栓系统减压孔板的计算

关于高层建筑消火栓系统减压孔板的计算 孑乙德庆 (中国水电十一局郑州科研设计有限公司，河南郑州450001) 摘要：超压问题在高层建筑消防给水中客观存在，处理不当会给灭火工作带来损害。减压孔板是目前解决消火栓超 压问题比较经济实用的方法。文章结合工作实例论述了计算高层建筑消火栓减压也板的计算方法，在对其两种工作 状态进行了分析后，认为减压孔板的计算应以水泵供水工况计算减压孔板孔径大小，再以水箱供水这种工况进行校 核，从而确定减孔型号保证减压孔板的效果，达到预期的效果。 。 关键词：高层建筑；消火栓系统；减ff,-孑L板计算；屋顶水箱；充实水柱；水泵供水 中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009—2374(2009)05—0038-02 随着国民经济的不断发展，人民生活水平的提高，高层建 筑得到了迅速发展，为了保证人民生命财产的安全，消防设 施在整个建筑中的作用越来越重要。目前的经济和技术条件 仍将消火栓系统作为高层建筑中最基本的灭火设备，但由于 在高层建筑灭火过程中，无论是在火灾前十分钟由屋顶水箱 供水还是由消防主泵供水都存在低层消火栓的反作用力过 大，超出消防人员的承受范围，无法有效的发挥灭火作用。常 见的直流式水枪反作用力(kg)见表1： 表1 喷嘴压力 喷 嘴 口 径(mm) (mH20’ 13 16 19 22 10 2．7 4．0 j．7 7．6 20 j．4 8．0 11．3 15．2 29 78 116 166 220 加 10．6 18．1 22．0 300 50 13．O 22．0 28．0 38．0 60 16．0 26．0 34．0 450 70 19．0 300 400 j30 75 20．0 32．0 42．5 57．0 在发生火灾的初期，专业消防人员尚未到达时，往往是非 专业消防人员进行火灾的扑救，但较大的水枪反作用力导致 非专业消防人员无法实行有效的灭火工作，失去了扑灭火灾 的最佳时机。《高层民用建筑设计防火规范》第7．4．6．5条规 定：“消火栓栓口的静水压力不应大于0．80MPa，当大于 0．80MPa时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大 于0．50MPa时，应设减压装置。” 一、消防给水的两种工况 如图1所示，此建筑为13层的普通高层办公楼的消火栓 给水系统，每只水枪的最小流量为5L／s，选用口径为65mm的 消火栓、喷嘴直径为19mm的水枪，直径65mm长20m的麻织 水龙带。消防管道管径均为DNl00。水箱设在距最高消火栓 8m处，每个消火栓箱均设消防水泵启动按钮。 此消防给水主要有两种工况：一种是水箱供水，它是自上 而下用于火灾初期的灭火，此时最低层消火栓栓口出水压力达 一38一 顶层消火栓栓口出水压力的数倍；另 一种由水泵供水，由于是按最不利的 消火栓水枪充实的水柱的要求来选择 水泵，系统下部的消火栓栓口出水压 力也将过高，所以需采取减压措施保 证消火栓正常使用。从消防给水工况 分析，两种给水工况所形成的剩余水 头也不同，因此，选择减压孑L板作为消 火栓给水系统的减压装置时其孔口尺 寸应从上而下逐渐减小，即南孔板所 消耗的水头损失从上到下逐渐递增。 另外，由于该类建筑的高位水箱设置 通常比顶层消火栓高8m，因而水箱供 水时所形成的压力比水泵供水时小。 8,jtl 图l 所以消火栓给水系统减压计算的原则应以水泵供水工况计算 减压值和孔板型号，再以水箱供水工况进行校核。 二、水泵供水工况下消火栓的计算 1．最不利点消火栓栓口水压及流量 根据图l可知，最不利点消火栓为X1立管13层的消火 栓。由《高层民用建筑设计防火规范》第7．4．6．2条得知充实水 柱为10m，其消火栓口的压力Hn为： H。=仅f}I“1一‘P州0 Hd：水枪喷嘴处所需的水／玉"(mH20) I-L：水枪充实水柱的长度(mH20) ‘P：与水枪喷嘴直径有关的系数，见表2： 袁2 I喷嘴口径(mm) 13 16 19 I 币 00165 00124 00097 试验系数otf见表3： 表3 l Hm(rrIH20)I7 10 13 15 l 0cf 1．19 1．20 1．21 1．22 万方数据 水枪喷嘴射流量： q庐(BHq严 ‰：水枪喷嘴射流量(1_／s) B：水流特性系数，见表4： 表4 l水枪喷嘴直径I 13 16 t9 l B 0．346 0．793 1．577 消火栓栓口处的水压为：H=H一战qIh2㈣z妫 k：水龙带长度(m) A：水龙带阻力系数，见表5： 表5 I水龙带材料 水龙带直径(mm)50 6j 80 I麻织水龙带 0．01051 0．∞430 0．00l卯 最不利消火栓处流量为：5L／s 水枪喷嘴出口所需水压为： Hq=qx2m=52／1．577=15．85mH20 实际充实水柱长度： H庐Hq／“l+t0Hq)=15．85／1．2(1+0．0097×15．85)=11．4mHzO 13层消火栓栓口水压： H”=H。+Akq盎-15．85+0．0043X20X5L-18mH20 2．12层消火栓栓口水压及流量 H1卢Hl—AH+h12—13X1．1 H：层高(m) hn-n：12一13层消防竖管的水头损失(mH20) Hu=H13+AH+h12．13X1．1=21．53米 12层消火栓的流量为： q庐【HI舭×Lr卜tm)f“=5．47L信 由此类推可以分别计算出其它各层消火栓栓口水压。 三、水箱供水工况下的消火栓计算 根据《高层民用建筑设计防火规范》第7．4．7．2条：“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。” 假设水箱至xl立管上13层消火栓的阻力损失为lm： 1．13层消火栓栓口水压及流量 表6 消火栓 水泵工况 水箱工况 所在层 栓口水压 剩余水头 栓口水压 剩余水头 l 6378 44．78 49．57 42j7 2 j7．67 39．67 44．65 3765 3 540j 36．0j 41．2l 34．21 ， d 如44 3244 3776 3076 j 4683 28．83 3432 2732 6 4321 2j2l 3087 23．87 7 3960 21．60 27．42 2042 8 3598 1798 2398 16．98 9 3237 1437 20j3 13．53 10 28．76 1076 1708 1008 ll 25．14 7．14 1364 664 12 2tj3 3．j3 1044 344 13 1800 0 7 0 Hl，=8-1=7mH20； q庐(Hl批XLe,-1／B)n5_3．12Ida 2．12层消火栓栓口水压及流量 Ht2=8+3．5一l—0．0139X3．5×1．1=10．44mH20； q庐(Ht雄×L一1／B)n名3．84Ids 由此类推可以分别计算出其它各层消火栓栓口水压。 表6为两种工况下消火栓栓口的水压和剩余水头。从表 中可以看出两种工况下剩余水头相差不大，因此以水泵供水 工况计算减压值和初选孔板型号，再以水箱供水工况进行校 核从而确定减压孔板型号的原则是合理的。 五、减压孔板的选型 1．水泵工况下减压孔板的选型 根据《高层民用建筑设计防火规范》第7．4．6．5条可以确 定1～4层需减压，水箱工况下1—3层需要减压，因此以水泵 供水工况确定减压楼层及减压值和孔板的型号。 2．孔板水头损失的计算 l驴sQ2 lld：孔板的水头损失(mHzO) Q：通过孑L饭的流量(L／8) S：孔板的阻抗系数，见表7： 袁7 减压孔板选型见表8： 表8 水泵供水工况 榜层 理论减压值 理论孔板 选用孔板 孔板孔径 减压值 (mI-I?回 阻抗系觳 阻机系觳 (m婶 (mH，印 l 1278 043 043 39 1278 2 767 026 043 38 1278 3 40j 014 0226 40 676 4 044 001 0226 48 676 由表8可知水泵供水工况下，减压值小于剩余水头，并且 减压后消火栓栓口水压小于50mH20，这说明水泵供水工况下 减压后消火栓栓口水压既能达到充实水柱的要求又能小于 最大消火栓栓中水压50mH20，因此孔板选型是适宜的。 3．水箱供水工况下的校核 由表10可知水箱供水工况下，减压值小于剩余水头，并且 减压后消火栓栓口水压小于50mH20，这说明水箱供水工况下减 压后消火栓栓口水压既能达到充实水柱的要求又能小于最大消 火栓栓中水压50mH20，因此孔板选型是适宜的。可见，孔板的选 型在两种工况下均能满足消防的要求，孔板选型合理。 六、结论 减压孔板的选型应以水泵工况为主，再以水箱供水工况 进行校核，最终确定减压孔板型号。 作者简介：孔德庆(1974一)，男，河北黄骅人，中国水电十 一局郑州科研设计有限公司工程师，从事设计工作，给排水专 业负责人。 一39—万方数据 关于高层建筑消火栓系统减压孔板的计算 作者： 孔德庆 作者单位： 中国水电十一局郑州科研设计有限公司,河南,郑州,450001 刊名： 中国高新技术企业 英文刊名： CHINA HIGH TECHNOLOGY ENTERPRISES 年，卷(期)： 2009，(5) 引用次数： 0次 相似文献(10条) 1.期刊论文 钟晓临 高层建筑消火栓系统设计探讨 -长沙电力学院学报(自然科学版)2003,18(3) 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