消火栓灭火系统|给水排水工程

建筑消火栓灭火系统是把室外给水系统提供的水量，经过加压（外网压力不足时）输送到固定灭火设备，是建筑物中最基本的灭火设施。该系统包括：水源、供水设备、增压设备、管网及消火栓灭火设施。

消火栓灭火系统可分为以下几类。

（1）全自动干式系统：平时系统管道内充满压缩空气，设有类似的干式报警阀装置。

（2）全自动湿式系统：平时系统管道内充满水。

（3）半自动干式系统：干式管道系统上设有像雨淋阀一样的装置，在每一个消火栓处都设有一个遥控装置。

（4）手动干式系统：系统管道为干式，且无永久给水设备，消防用水来自消防车的消防泵。

（5）手动湿式系统：系统管道内充水，且有一个维持系统内水压的供水装置，但系统中无永久给水设备，消防用水来自消防车的消防泵。

我国目前采用的形式主要是全自动湿式系统。

建筑层数少于或等于9层的住宅，建筑高度小于或等于24m的公共建筑以及建筑高度小于24m的单层工业建筑属于低层建筑，相应的消防灭火系统称为低层建筑消防灭火系统。

建筑层数等于或大于10层的住宅、建筑高度大于24m的公共建筑、建筑高度大于24m且建筑层数不少于2层的工业建筑属高层建筑，相应的消防灭火系统称为高层建筑消防灭火系统。

一、消火栓给水系统的组成

1.消火栓灭火设备

由水枪、水带和消火栓组成，通常安装于消火栓箱内。

（1）水枪。水枪有直流水枪、开花多用水枪和开关直流水枪等类型。

1）直流水枪是消火栓设备最常采用的水枪型式，与水带连接喷射密集充实水流，其技术性能见表13-1。

2）开花多用水枪具有喷雾、直流、关闭等多种用途，可防辐射热，适用于扑救一般火灾，技术性能见表13-2。

3）开关直流水枪带有开关，消防员自行控制水流，技术性能见表13-3。

表13-1　直流水枪技术参数

表13-2　开花多用水枪技术参数

表13-3　开关直流水枪技术参数

建筑内部一般多采用直流水枪。直流水枪配50mm或65mm水带，喷嘴口径一般为13mm、16mm和19mm。喷嘴口径为13mm的水枪配50mm的水带；喷嘴口径为16mm的水枪配50mm或65mm的水带；喷嘴口径为19mm的水枪配65mm的水带。水枪规格及选用见表13-4。在一座建筑物内应采用同一规格的水枪、水带和消火栓。

表13-4　水枪规格选用

（2）水带。水带口径有多种规格，常用的为50mm和65mm两种，水带长度有15m、20m、25m和30m等4种规格。消防电梯前室消火栓处应配较短水带，民用建筑中配备水带长度不得超过25m。

根据使用要求的不同，可选用不同材质和性质的水带。

1）聚氨酯（PU）水带：水带薄、软、轻和耐压，重量约为橡胶水带的60%，其技术参数见表13-5。

2）衬胶水带：水流阻力较小，是最常用的一种。其技术性能见表13-6。

表13-5　PU水带技术参数

表13-6　衬胶水带技术参数

3）喷洒水带：水带上每隔一定距离开一个小孔，通水后可形成一定高度的水墙，分离火焰，降低热辐射，保证消防人员的安全，其技术性能见表13-7。

4）表面经特殊处理的水带：如阻燃水带、防静电水带和彩色水带。

5）橡胶软管：用于与消防卷盘、消防车、水泵等连接，其特点是卷伸性能好，无死折，使用方便。消防卷盘技术性能见表13-8。

（3）消火栓。消火栓均为内相式接口，有单出口和双出口之分，单出口消火栓口径有50mm和65mm两种。双出口消火栓口径为65mm，使用时应采用双阀双口式。当水枪最小出流量小于5L/s时宜选用口径为50mm的消火栓。

（4）消火栓箱。消火栓箱有明装和暗装两种形式。根据消火栓出口数量可分为单阀单口消火栓箱和双阀双口消火栓箱，如消火栓箱中同时还放置消防卷盘则称共用消火栓箱。

（5）消防卷盘。消防卷盘又名消防水喉设备，是一种小口径自救式灭火设备，操作简便、机动灵活，供一般扑火人员扑灭初期火灾时使用，消防卷盘的设置条件及位置见表13-9。

表13-7　喷洒水带技术参数

表13-8　消防卷盘技术性能

表13-9　消防卷盘设置条件及位置

2.水泵接合器

建筑消防给水系统中均应设置水泵接合器，水泵接合器属于临时供水设施，其作用是连接消防车向室内消防给水系统加压供水的装置，水泵接合器的形式有：地上式、地下式和墙壁式3种。

3.消防管道

建筑内部的消防管道在低层建筑中可以独立设置，也可以与其他给水系统合并，但在高层建筑中应独立设置。在消防、生活共用给水系统中管材应满足生活给水的要求。

4.消防水箱

消防水箱对扑救初期火灾起着重要的作用，临时高压消防给水系统中必须设消防水箱，保证火灾初期10min的消防水量。

5.消防水池

消防水池的作用是储水和供消防水泵吸水用。应根据室外给水管网条件和火灾持续时间内室内、室外消防用水量综合确定其储水容积；如消防水池与其他贮水池合用，必须有保证消防水量不被动用的技术措施。

二、消火栓给水系统的给水方式

1.直接给水方式

直接给水方式属于高压给水系统应用形式，它与室外给水管网直接相连，利用室外给水管网水压直接供水（见图13-1）。还有一种形式是消防管道与生活给水和生产管网共用，其优点是系统简单、经济，但随着人们对给水水质要求不断的提高，生活、消防共用系统中，在消防立管内长期滞留的死水对生活用水的影响已不容忽视，在住宅设计中宜分开单独设置。

图13-1　直接供水的消防-生活共用给水方式(www.xing528.com)

1-室外给水管网；2-室内管网；3-消火栓及立管；4-给水立管及支管

2.水泵-水箱给水方式

水泵-水箱给水方式是临时高压给水系统中应用的一种形式，当室外给水管网的压力不能满足建筑内部消防所需压力时可用该形式。水箱的作用是保证10min的消防水量和维持一定水压，水箱水量可由生活泵补充。消防水泵有两种吸水形式，即与外网管道直连和从贮水池吸水。当采用与外网直连时须征得当地有关主管部门的同意。

3.水泵-稳压装置给水方式

水泵-稳压装置给水方式用于临时高压给水系统中，在给水系统中设置专用的稳压泵或气压水罐装置。平时由稳压设施保持系统中的压力，灭火时由压力联动启动消防水泵工作，如图13-2所示。

三、消火栓系统计算

1.消火栓口所需压力

消火栓口所需压力由三部分组成：水龙带水头损失、消火栓口局部水头损失及水枪喷嘴处为形成一定长度的充实水柱所需要的压力，其相互关系见下列3个公式：

图13-2　气压给水方式

（a）无水箱；（b）有水箱

式中：Hxh为消火栓口处的水压，kPa；hd为水带的水头损失，kPa；Hq为水枪喷嘴处的水压，kPa；qxh为水枪射出水量L/s，按所需充实水柱计算；Az为水带比阻；Ld为水带长度，m；B为水流特性系数；Hk为消火栓栓口局部水头损失，kPa，一般可按20kPa计算。

2.充实水柱长度

从水枪喷嘴起，到有75%～90%水量穿过直径26～38mm圆环处的射流水柱长度称为充实水柱长度（Hm）。保证充实水柱的作用是使射流水柱具有一定长度和冲击力，以便有效地射到并扑灭火焰，同时还可减少火场辐射热、烤灼等对消防人员的影响，保护人员安全。

充实水柱长度越大，水枪对操作者的反作用力也越大，当水枪喷嘴口径为19mm时，其反作用力见表13-10。

表13-10　喷嘴口径19mm的水枪的反作用力

注经过训练的人能承受的水枪最大反作用力不应超过2.0MPa，一般不宜超过1.5MPa。

但充实水柱长度不能过小，否则不能有效扑灭火焰，水枪的充实水柱长度不应小于有关规定。

充实水柱长度与水枪口径、水枪实际射流量和水枪口处压力的关系见表13-11。表中所列数值是在无风状态下的计算值。但火场往往是有风的且燃烧区热空气上升、冷空气补入，形成空气对流。在较大火场，对流形成的风速一般不小于3m/s，风能使直流水枪的密集射流体分散，减小充实水柱作用半径。根据试验和火场灭火实践，充实水柱长度、水枪口径、水枪实际射流量和水枪口处压力应按表13-12选用。

3.消防水池、水箱的贮存容积

（1）消防水池容积：

式中：Vf为消防水池贮水量，m3；Qf为室内消防用水量与室外给水管网不能保证的室外消防用水量之和，L/s；QL为市政管网可连续补充的水量，L/s；Tf为火灾延续时间，h，按有关规定选取。

（2）高位消防水箱容积：高位消防水箱中应储存10min室内消防用水量，其计算公式如下：

式中：Vx为消防水箱贮存容积，m3；Qx为室内消防用水总量，L/s。

表13-11　直流水枪Hm-qxh-Hq关系

注表中数值为理论计算值。

表13-12　直流水枪Hm-qxh-Hq关系

注表中数值为考虑风速（3m/s）后的计算值。

为避免水箱容积过大，高层建筑防火规范规定：一类建筑（住宅除外）的水箱容积不小于18m3；二类建筑（住宅除外）和一类建筑中的住宅的水箱容积不小于12m3；二类建筑的住宅的水箱容积不小于6m3。

4.消防管网水力计算

消防管网水力计算的目的是确定消防给水管网中管道的直径及水头损失，以便计算或校核消防水箱的设置高度及选择消防水泵（包括稳压设备）。

根据防火规范规定的室内消防用水量进行流量分配，在确定管网中各管段的流量后，以流速为控制条件即可计算出管径和单位管长沿程水头损失值，再根据局部水头损失占沿程水头损失的百分数定出局部水头损失值，则可计算出管网系统的总水头损失。如资料充足，局部水头损失可按管（配）件当量长度法计算。

消防管道内流速一般控制在1.4～1.8m/s，不宜大于2.5m/s。沿程水头损失的计算方法同给水管道。

局部水头损失可按沿程水头损失的百分数确定。

（1）金属管道：

1）消火栓系统给水管网为10%。

2）生产、消防共用给水管网为15%。

3）生活、消防或生活、消防、生产共用给水管网为20%。

（2）钢塑复合管：消火栓消防给水管道为30%。

四、灭火设施及设备

1.减压消火栓

以往为解决消火栓口静压力过高的问题，常采用减压孔板方法，这种方法计算和施工安装都较繁琐。现在已研制出减压稳压消火栓，其工作原理是采用栓口前取样技术，使其具有自动辨别栓口前压力变化的能力，并快速根据栓口前压力变化来控制其内部减压稳压装置工作，保持栓后出口压力稳定，减压稳压消火栓如图13-3所示。

减压稳压消火栓进水口压力为0.4～0.8MPa时，出水口压力为0.3MPa，稳压精度在±0.05MPa，出水流量不小于5L/s。在设有减压稳压消火栓管道系统中，宜考虑在适当位置设置过滤器，以防异物堵塞泄水孔，管材宜选用镀锌钢管，如有条件可采用钢塑复合管。

减压稳压消火栓在使用中存在的问题是它不能充当临时水泵接合器。

2.切线水泵

消防用水泵一直采用普通离心式水泵，其优势是规格型号齐全，易于选用；而随水泵出水量的增大，水泵扬程降低，这类泵不符合消防用水量的特点。消防水泵要求出水量在一定范围内时，扬程应尽可能保持定值。现在我国已生产出一种切线泵，其特性是：流量-扬程曲线接近一条平滑直线（扬程变化在5%以内），可以解决消防泵小流量或零流量运转时产生的超压问题，这种泵的特点是：泵与电机共轴直连，占地少，运转平稳，噪声小，机械密封可靠，可靠性高，维护方便等。

图13-3　减压稳压消火栓

图13-4　切线泵Q -H曲线

切线泵根据消防水量的不同分为8个系列，其水泵出水量变化范围分别为0～10L/s、0～15L/s、0～20L/s、0～30L/s、0～40L/s、0～50L/s、0～60L/s和0～70L/s。8个系列的切线泵的特性曲线见图13-4。

但切线泵存在效率偏低、功率偏大的缺点，会影响电气设备装机容量。