供水压力对消防系统的重要性和计算方法

自动喷水灭火系统中最不利点喷头的工作压力，应按喷头的选型以及选定喷头在给定场所中的应用压力确定。最不利点消火栓的工作压力，应是消火栓的栓口出水压力，应按19 mm喷嘴等给定口径水枪在指定应用场所中使用时给定的充实水柱长度确定。

从启动初期直至达到最大灭火能力，灭火系统在不同灭火阶段同时启用的出水组件的数量并不相同，因此需要的供水流量也不同。以灭火初期和因消防供水泵失效而等待增援供水期间，在供水最不利区域内同时启用一部分出水组件为特定条件确定的供水流量，应确定为灭火系统及消防给水系统的阶段性流量。以供水最不利区域内所有出水组件同时启用为条件确定的供水流量，既是灭火系统的设计流量，同时也是消防给水系统的设计供水流量。确定消防给水系统的供水流量后，应计算确定向最不利区域输送供水流量的供水压力。

供水压力应既能为灭火系统输送供水流量，又能确保按给定数量及位置并同时启用的出水组件的工作压力均不低于应用压力。

枝状给水管网供水压力的水力计算应按下列步骤进行：确定输水能力；确定输水管道的管径。

按公式（3）计算确定供水压力：

式中　P——供水压力（MPa），用于确定水塔、水箱等重力供水设施的设置高度或水泵的扬程。

　　　py——给定应用场所供水最不利点出水组件的应用压力（MPa），即管网控制点用水器具要求的最小工作压力。

　　　I——从供水点到供水最不利点出水组件的总水头损失（MPa），应按向最不利区域输送供水流量时的沿程水头损失与局部水头损失之和确定。

　　　H——供水点与供水最不利点出水组件之间的高程差（m），0.009 8H为水的液重压力（MPa）。向供水点上方供水时，H取正值，反之取负值。

此类计算，应从管网末端，也就是最不利点出水组件开始，向供水点方向逐步计算各管段的流量，并宜采用经济流速（DN100～DN400管道的经济流速为0.6～1.0 m/s）计算各管段的管径及水头损失，最终计算出自供水点至最不利点出水组件的总水头损失，再结合最不利点出水组件选定的应用压力（即最低工作压力）以及输送供水的高程差，求得水箱（水塔）的设置高度或水泵的扬程。

供应灭火系统设计流量的供水设施，应按设计供水流量确定供水压力；供应阶段性灭火流量的供水设施，应按阶段性供水流量确定供水压力。

依据水力学理论，静水压强为

式中　p——静水压强；

　　　p0——表面压强；

　　　γh——液重压强，其中γ为液体重度，h为任意点在自由液面以下的淹没深度。

公式（4）表明：流体中任意点的静水压强（p）由两个独立的部分组成：一部分是自由液面上的表面压强（p0），另一部分是液重压强（γh）。当自由液面与大气相通时，p0为大气压强；液重压强则为单位截面面积上的液柱重量。

静水压强的计量单位有以下几种：

法定单位为N/m2或Pa，1 Pa=1 N/m2或1 Pa=10-5bar。

液柱高度单位为米水柱（m H2O）或毫米汞柱（mm Hg），不同液柱高度的换算：h2=ρ1h1/ρ2，其中hi为液柱高度，ρi为液体密度。

大气压单位：1标准大气压（atm）=1.013 25 bar=1.013 25×105Pa=760 mm Hg=1.033 kgf/cm2。

为了计算方便，可以认为1 atm=105Pa=1 bar。

绝对压强：以设想的没有气体存在的完全真空作为零点计算的压强，用符号pabs表示。

相对压强：在实际工程中，水流表面或建筑物表面多为当地大气压（pa），以当地大气压为零点计算的压强称为相对压强，用符号p表示，也称表压强，简称“表压”。

相对压强与绝对压强之间的关系：

工程上使用的测压仪表在当地大气压下的读数为零，所以测压时仪表上的读数是以当地大气压为计算标准的水的表压，即

表1　压强单位及其换算关系

（续表）

例如，淡水自由液面下2 m深处的绝对压强为

相对压强为

流动液体中任意点上的压强称为动水压强。均匀流和渐变流的动水压强具有与静水压强相同的特性，致使运动流体和静止流体均存在“静压”概念。流动状态下的流体压强分为总压和静压，总压与静压的差值称为动压，或称速度压强。

运动流体静压的测量分为两种情况：一种是流道壁面静压或流线体表面压强分布的测量，另一种是运动流体中静压和静压分布的测量。

流道壁面静压的测量方法：在流道壁面开静压孔，并在静压孔安装压力表等压力传感器，测量某定点处的静压。

水在管道内满管流动的水力现象称为有压管流。管道内充满水，没有自由水面存在的称为有压管道。工程上通常采用弹簧管压力表测量有压管道中任意断面处水流的静压。管道压力采用“表压”表示。

有压管道是输水系统的重要组成部分，管道内充水在压力作用下流动。有压管道内的充水处于静止状态时，水的流速为零，速度压力即动压为零，因此，静水压力既是全压，也是静压。管道内的充水流动时，测点处的动水压力不再等于静水压力，而是等于测点处全压与动压（速度压力）之差。

由于实际液体存在黏滞性，使液体在流动过程中，要消耗一部分能量用于克服摩擦力而做功，因此，液体的机械能会沿程减少，两个过流断面之间存在的能量损失称为水头损失。

当有压管道内的充水处于静止状态时，水平管道上不同测点处压力表显示相同的读数，表明水平管道上各测点处管道内水的静压相等。管道内充水由静止转换为流动状态时，水平管道上不同测点处压力表显示的读数不再相等，说明各测点处管道内水流的静压不等，并且随水流方向逐渐下降。当等径管道内充水保持稳定的流速时，水流的动压和单位长度的水头损失保持恒定，但不同测点的压力表显示的静压不同，测点处的静压等于静水压力与供水点至测点处的水头损失之差，也就是供水压力克服输水管道摩擦阻力后的“剩余压力”。水平管道上两相邻测点处压力表显示的压力差等于两测点之间的水头损失。

在水平管段上设置孔板时，管道内充水处于静止状态时，孔板两侧压力表显示相等的静压；当管道内的充水流动时，孔板两侧压力表显示的静压不等，二者之间的压力差便是水流通过孔板时的局部水头损失。

有压管道中水流的点速度可采用毕托管测量。有压管道内水的流量通常采用流量计测量，根据测取的体积流量及测点处管道的内径，确定测点处水流的平均速度。

给水系统中的供水设备通常包括高位水箱、水泵和气压给水设备等。

（1）高位水箱(www.xing528.com)

高位水箱（池、罐）等重力供水设施属于自动供水源，依靠高位水箱与出水组件之间高程差形成的水的液重压强供水（图1）。

高位消防水箱等重力供水设施的最低供水压力以及相应的最低供水水位，应按公式（7）计算：

式中　P——供水设施的最低供水压力（MPa）；

　　　H——重力供水设施最低供水水位与最不利出水组件之间的高程差（m）。

图1　高位水箱供水示意图

1—消火栓；2—压力表；3—高位水箱。

由重力供水设施供水或稳压的灭火系统，稳压状态下重力供水设施应处于最高水位，由于稳压状态下没有出水组件启用，因此，系统处于零流量状态，水头损失为零，重力供水设施最高水位与最不利点出水组件入口处压力表之间的高程差为H+h，最不利点出水组件入口处压力表显示的静水压力P=0.009 8（H+h）。

当启用最不利点出水组件时，最不利点出水组件的工作压力等于高位水箱的供水压力与自供水点至最不利点出水组件输送供水流量的水头损失之差。

重力供水设施在供水水位下降至最低供水水位之前，应能为灭火系统输送设定的供水流量，使供水最不利区域内给定数量的同时启用的出水组件始终保持设定的工作压力。

（2）水泵

采用水泵向用水设施供水时（图2），水泵出口压力应按公式（8）确定：

式中　Pb——水泵出口压力（MPa）；

　　　H——水泵出口与最不利出水组件之间的高程差（m）。

当用水设施处于水泵上方时，水泵的出口压力必须克服水的液重压力，因此水的液重压力应取负值。当用水设施处于水泵下方时，水的液重压力应取正值。

设置在低位的水泵运行时，若用水设施关闭，则用水设施入口压力表显示的静水压力为水泵对用水设施的供水压力，等于水泵出口压力与水的液重压力之差。启用用水设施后，用水设施入口压力表的读数，等于水泵出口压力与水的液重压力以及供水流量下的水头损失之差。

设置在高位的水泵运行时，若用水设施关闭，则用水设施入口压力表的读数，等于水泵出口压力与水的液重压力之和。启用用水设施后，用水设施入口压力表的读数，等于水泵出口压力和水的液重压力叠加后的压力与自水泵出口至测点处输送供水流量的水头损失之差。

消防供水泵用于输送消防给水系统设计流量，应按系统设计流量确定出口压力。

图2　水泵供水示意图

1—消火栓；2—压力表；3—水泵。

图3　气压水罐供水示意图

1—消火栓；2—压力表；3—气压水罐。

（3）气压给水设备

气压给水设备供水时，气压水罐出水口压力表显示气压水罐出水压力，用水设备入口压力应是气压给水设备的给水压力。气压水罐供水示意图见图3。

气压水罐最低工作压力应按公式（9）计算：

式中　Pq——气压水罐最低工作压力（MPa）；

　　　H——气压水罐出水口与最不利点出水组件之间的高程差（m）。

高位设置的气压水罐，在系统处于零流量状态时，最不利点出水组件入口的静水压力应等于Pq+0.009 8H。启用出水组件后，其入口压力为气压给水设备的给水压力，等于气压水罐出水压力和水的液重压力叠加后的压力与自气压水罐出水口输送供水流量至用水设施入口的水头损失之差。

低位设置的气压水罐，系统处于零流量状态时，出水组件入口处静水压力等于Pq-0.0098H。启用出水组件后，气压给水设备的给水压力，等于气压水罐出水压力与水的液重压力以及自气压水罐出水口至出水组件入口的水头损失之差。

气压给水设备在供水水位下降至最低供水水位之前，应能为灭火系统输送设定的供水流量，应能使供水最不利区域内给定数量的同时启用的出水组件始终不低于设定的工作压力。

原《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084）规定按公式（10）计算管道水头损失：

式中　i——单位长度管道的水头损失（MPa/m）；

　　　v——管道内水的平均流速（m/s），应按相应的供水流量确定；

　　　dj——管道的计算内径（m）。

现行《自动喷水灭火系统设计规范》规定按公式（11）计算管道沿程水头损失：

式中　qg——管道流量（L/min）；

　　　Ch——海澄-威廉系数，镀锌钢管取值120。

输水管道的水头损失与管道内壁的粗糙度、管道内水的流速有关。等径管段的水头损失等于单位长度管段的水头损失与管段长度的乘积。

工程设计中应采取优化供水管道布置及节流减压等尽量平衡供水区域内出水组件工作压力的措施，缩小供水有利位置与供水不利位置之间供水压力及供水流量的差异。