消防水系统设置计算
第4章建筑消防给水
4-1消火栓给水系统及布置
低层建筑：扑救初期火灾
高层建筑：满足自救需要
一. 设置原则
执行国家《建筑设计防火规范》，《高层民用建筑设计防火规范》。例：第8.4.1条第4款：超过七层的单元式住宅，超过六层的塔式住宅、通廊式住宅、底层设有商业网点的单元式住宅。(应设室内消防给水)
二. 建筑内消火拴给水系统组成、组件及类型
(一)组成及组件
水枪、水龙带、消火拴、消防水喉、消防通道、水箱、消防水泵接合器、增压设备和水源。
1.水枪
喷嘴口径：13，16，19mm
与水龙带接口：用快速螺母连接。
2. 水龙带DN50mm，DN65mm
麻质：抗折叠，质轻，水流阻力大q xh≤3l/s，φ16
橡胶：易老化，质重，水流阻力小q xh＞3l/s，φ16，19，DN65 3.消火拴
内扣式快速连接螺母+球形阀，单出口、双出口DN65，DN50
4.消防水喉——小口径拴
25mm，喷嘴，φ6~8mm，L=20，25，30m
工作压力：106Pa=103kPa=1MPa=10kg/cm2
爆破压力：3×106Pa=3MPa=30kg/cm2
5’屋顶检验用拴
5. 消火拴箱——玻璃门
内置：消火拴、水枪、水龙带、水喉、消防报警及启泵装置
设置：承重墙，明、暗、半暗
6.消防水泵接合器
作用：一端接室内消防管网，另一端可供消防车加压供水
组成：闸门、安全阀、止回阀
形式：地面、地下、墙壁式
设置点：便于消防车接管供水地点；周围有15~40m范围内***水池。
7.消防给水管网
环状，立管不变径。低层可生活+消防，高层独立
8.消防贮水设备及加压设备、水源
初期火灾用水(10分钟)水箱，气压给水装置
火灾连续用水水池可与生活贮水合用，但存不动用措施
消防水泵水源
(二)类型
1.不设消防水箱及水泵的消火拴给水系统
室外管网的压力及水量在任何时候均可满足室内消防要求
DN
2. 仅设水箱
只保证火灾初期10分钟供水(室外水量及压力不足) 3. 设消防贮水箱、消火拴泵的消火拴系统 火灾延续时间内由室内保证消防用水量及水压 4. 分区供水的室内消火拴系统(高层) 分区原因：从便于灭火和系统安全考虑
分区依据：最低处消火拴最大静水压力超过80mH 2O 时 分区方式：串联分区，并联分区
三、设置要求
1. 设有消火拴的建筑内，其各层均应设置(无可燃物的设备层除外)；
2. 设在明显、易于取用的地点(走廊、楼梯间、大厅入口处)；
3. 保证有二只水枪的充实水柱同时达到室内任何部位(H ≤24，V ≤5000m 3，库房除外，
一只水枪)；
图4-1 消火拴布置方式
单排一只枪：2212b R S -= 单排二只枪：222b R S -=
4. 保护半径间距通过计算确定
045cos m d H L R +=α
——折减系数，0.8 ——水龙带长度
m H ——充实水柱(为保证喷枪射出的水流具有一定强度而需要的密集射流)
5. 消火拴拴口静水压力≥80mH 2O 减压孔板(便于使用，控制出水量，维持10分钟)；
6. 拴口距地面1.10m ；
7. 同一建筑采用同一规格的消火拴、水枪及水龙带； 8. 消防电梯前应设消火拴；
9. 每个消火栓处应设直接启动消火拴泵按钮。 四、室内消火给水管道的布置
1. 室内消火拴个数大于10个，且室外消防水量大于15l/s ，市内给水管道应为环状，进水管应为二条。一条事故时，另一条供应全部水量；
2.阀门设置便于检修又不过多影响供水；
3.室内消火拴管网与喷淋管网宜分开设，如有困难在报警阀前分开 五、水泵接合器设置
a) 便于消防车接管供水地点，同时考虑周围有15~40m 内有室外消火拴或消防贮水池： b) 数量按室内消防水量及每个接合器流量经计算定，每个接合器10~15l/s 。 六、消防水池与水箱的布置
a) 独立消防水池设置条件
①室外管网的和进水管流量＜室外消室内消生活生产Q Q Q Q +++'
'
②不允许直接抽水
③室外管网为支状,室外消室内消Q Q +＞25l/s
b) 防止消防贮水被动用的措施 c) 水箱
安装高度：原则上满足最不利点灭火设备所需水量和水压。 一类高层(住宅除外)，可设增压设备，气压罐、稳压泵。
二类公共建筑、一类住宅，水箱高度：最高处消火拴静水压力≮7mH 2O 七、消防泵及泵房
a) 消防泵吸水管应有独立的吸水管 b) 消防泵自灌吸水
c) 消防泵压水管二条与环管接 d) 备用泵：不小于一台主泵的能力
e) 泵房有直通室外出口，在楼层内应靠近安全出口
4-2 建筑内消火栓系统的水力计算
目的：确定管径、系统所需压力、选定设备 一. 消防用水量
根据：火场用水量统计资料，消防设备供水能力，建筑物的重要性和保证建筑物的基本安全及国民经济发展水平等因素综合确定。《建筑设计防火规范》《高层建筑设计防火规范》。 二. 充实水柱
充实水柱——从水枪喷口射出的水流，为保证一定的强度而需要的密集射流长度。过长，压力大，作用力大，使用不便，过短，不能射及火焰
充实水柱，低层m H ≮ 7m
甲、乙厂房，大于六层民宅m H ≮10m 高层 m H ≮13m 计算： α
sin n
m H H = ——建筑层高 三. 水力计算
1.拴口所需压力xh H
图5-2 垂直射流组成
d q xh H H H +=
——枪口造成某长度的充实水柱所需水压 ——水龙带水头损失 ① 求
q mgH mv =2
2
1 不计空气阻力，理想状态下的射流长度，所以
g
v H q 22
=
其中：——水流离开喷嘴的流速 ——重力加速度
实际上，水枪喷嘴及空气都对射流产生阻力，
H H H q f ?-= ——垂直射流高度 f q H H H -=?
按水力学管道的沿程损失公式：iL H =
L g
v d H f ??=?22
λ
式中：——水流与管壁的阻力系数，因是水流在空气中流动故用代替 ——水流流动距离，用代替
——柱口喷嘴直径
f f H g
v d K H ??=?22
1
q H g
v =22
f q f H H d K H ??=
?1 令：α=f
d K
1 f q f q H H H H ??=-α
整理： q
q f H H H α+=
1 或 f
f q H H H α-=
1 建立了与的关系
——与喷嘴直径有关的系数，由试验得：2
)
1.0(25
.0f f d d +=
α(表5-8，p79) 与m H 之间的关系 由试验m f f H H α= ——垂直射流高度 ——试验系数，
4)01.0(8019.1m f H +=α (表5-9)
则：m
f m
f f f q H H H H H ?αα?-=
-=
11 给出了与m H 之间的关系(，查表得到)。
故确定了m H 值后，便可求出产生m H 的枪口压力值
实验证明：充实水柱长度与倾角无关 ② 水龙带损失
2
xh d z d q L A H ??=
式中：——水带水头损失，mH 2O
——水带长度，m ——水带阻力系数 ——消防射流量，l/s
③ 消防射流量
与水枪枪口压力有关，规范规定≮5l/s ，≮2.5l/s 是不同性质建筑消防水枪射流的界限值，实际射流量应根据枪口压力计算并满足规范规定。
v q xh μω=
其中： 24
d π
ω=
q gH v 2=
q xh gH d q 24
2??
=π
μ
q H d 200347.0?=μ ——喷口流量系数
q xh H d q 4220000121.0?=μ ——圆形断面，=1.0
令：q H d B 4
20000121.0μ= 则：q xh BH q =2
，q xh BH q =
2
，给出与之间的关系
例：DN=50mm ，=20m ，=16mm ，m H =8m ，求xh H ？
d q xh H H H +=
7.108
19.10124.018
19.11=??-?=-=
m m q H H H ?ααm ，
2
xh d d q L A H ??=
9.27.101610000121.04=???==g xh BH q l/s ＞2.5l/s ，
52.29.2200154.022=??=??=xh d d q L A H ——(p80，5-12表)
2.1352.27.10=+=+=d q xh H H H mH 2O
查表p80，表5-11
根据xh d q xh m H H O mH H s l q H ?→?+=?→?=?→?27.10/9.2
最不利点消火拴压力确定。 2.消防贮备水量计算
1000
60x
f xh t q V ??=
x L f T Q Q V )(6.3-=池
其中：——室内消防用水量
——初期火灾时间，10分钟 ——室内外消防用水量，l/s ——水池连续补水量 ——火灾延续时间 3.管路水力计算
目的：确定DN 和h ∑
环状网：假设不通水管段，选不利管段进行计算，方法同给水
1)水箱供水：从水箱出水口到最不利点算h ∑，已确定水箱安装高度，选补压设备。 2)水泵供水：从水池液面到最不利点求h ∑，选泵的扬程。 注意：
①建筑内同时发生火灾的次数为1次，着火点1处
②消防管，低层≮50，高层≮100，且立管不变径(流向水箱供水、水泵供水，双向) ③各立管流量确定应符合规范要求，p82，表5-13 各管段流量应符合实际情况 4.余压消耗
多层建筑，最不利点A
d q xA H H H +=；xA xA BH q =
h H H H d q xB ++=；)(h H B q xA xB +=
使得＞，故B 点着火消防射流量增大，
使水箱贮水迅速放空。(数据10层建筑，低层出水量=2.5，
10分钟水在5分钟用完)，为保证柱出水均匀，需将余压消耗掉。 采用减压孔板
g v h 22ξ= 2
24
4d q d Q
Q v xh ππω===
g
d q h xh 2)4/(2
22
π
ξ?=，求出即为孔口口径。 各层不同，求出孔径不同，由小到大，由下到上。 4.增压设备选型 ①水泵，H 、Q
A
h
B
②气罐
局部增压 =30s ，室内消防用水量 代替水箱 =60s ，室内消防用水量
m in P 应满足最不利点消火拴口需要的水压。
4-3 自动喷水灭火系统及布置
一. 组成及动作过程
自喷系统是一种固定式的自动喷水灭火系统设置，在国外有百年的历史，国内有五十余年的历史，是控制火灾的有效手段之一。与消火拴系统相比有如下优点：
1.自动报警，自动洒水。
2.随时处于准备工作状态。
3.从火场中心喷水，并不受烟雾的影响，造成水渍的损失小。
4.灭火及时，2~5min 使火灾不易扩散，灭火成功率高：
美国纽约69~78年十年间，254起装有自动喷淋灭火系统的建筑发生的火灾中有仅开放3个喷头而扑灭的火灾239起，成功率94.1%。
美国国家防火协会1922~1967(45年)发生火灾81425起，自动喷淋设备火灾控制率96.2%。
澳大利亚和新西兰1886~1967(81年)扑救了5734次，成功率99.8%。
成功的灭火，保证建筑的安全，国外应用于各类建筑及住宅(保险金下降，10年内回收) 投资：占建筑总投资的1~3% 我国自动喷淋设置要求见规范。 二、分类
1. 闭式：湿式——系统充水 4℃＜室温＜70℃建筑 干式——系统充气 70℃＜室温＜4℃ 预作用式——探测系统+喷水系统。快速排气充水，变干式为湿式，减少误报、
水渍。
2. 开式：水幕——冷却、阻火、防火隔断 雨淋——严重危险级别
喷雾——喷射出水雾状，起冷却、窒息、稀释、乳化作用。 1. 湿式 适用4℃＜t ＜70℃
2. 干式 适用无采暖场所管路容积V ≯ 2000L
3. 预作用 适用建筑装饰要求高，灭火要求及时
4. 水幕
5. 雨淋喷水系统
6. 水喷雾灭火系统 三、布置
7. 喷头布置：喷头布置在吊顶下
正方形 0
45cos 2R B A ==
长方形 2
2
2
)2(R B A =+
——喷头的最大保护半径(见P270表4-3)
表中给出的喷头的最大保护面积=12.5m 2，=2.5m ，=5m 正方形 B A = 54.3==
∴F A 。规范正方形最大间距为3.6m 。
A
B
长方形 B A F ?= B A ?=5.12 选=4.0m =3.1m 2.管网布置 1) 中央布置 2) 侧边布置
支管喷头个数≯ 8个 报警阀个数≯500个
4-4 自动喷淋灭火系统的水力计算
目的：选定管径，计算管路的总水头损失，确定实际消防用水量和所需总压力，选择加压设备。
注：1)困难时，最不利点工作压力可为5×10
2)设计流量=1.3理论流量
3)消防用水量=设计喷水强度/60×F 2. 计算方法 1)步骤
①选择系统内最不利计算管路，从末端起编号。
②逐一计算各喷头节点的出流量和各管段的流量，使计算管段的流量为规定流量的1.3倍。
③按求出各管段的流量(v ＜5m/s)初选管径，求出水头损失。 ④流量达到设计流量后的管段，其流量按设计流量求水头损失。 ⑤确定水泵扬程 举例1.特性系数法 管段Ⅰ 喷头1.2.3.4 管段Ⅱ 喷头a.b.c.d
每个喷头的出水量 BH q =
式中：——l/s =0.184(=12.7) ——喷头工作压力，mH 20
(——kPa 时，=0.0184)
——喷头特性系数，喷头一定，该值为常数，故喷头出水量与作用于每个喷头上