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摘要：我国的高层建筑因现有消防装备的限制，其防火设计大多立足于自救，并且以室内消防设施为主。水、作为主要的灭火剂已经得到了人们的广泛采用，特别是自动喷水灭火系统，由于其灭火效率高，而被广大的建筑物设计师所使用。随着近几年的发展，在屋顶安置消防水箱已经成为了火灾中采取有效措施的主要方法，本文就主要对建筑物屋顶水箱初期供水时消防栓系统的流量和压力的计算以及相关的内容进行了探究。
关键词：消火栓；建筑物；屋顶水箱；供水初期；流量和压力
中图分类号： TD218 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
Abstract: In our country, because of the existing high-rise building fire equipment limitations, the fire protection design is mostly based on self-help, and indoor fire facilities. Water, as the main fire extinguishing agent has been widely used, especially in the automatic sprinkler system, due to its high fire extinguishing efficiency, was the vast number of building designers used. With the development in recent years, in the placement of fire water tank has become the fire to take effective measures to the main method, this paper mainly on building roof water tank water supply when the initial fire hydrant system flow and pressure calculation and relevant content undertook study.
Key words: fire hydrant；buildings；roof water tank；water stage；flow and pressure
一、我国高层建筑屋顶安装水箱值得思考的几个问题
为了达到迅速灭火的目的，有关规范对室内消防供水系统的水量和水压均做了明确规定。在城市供水中，由于大部分城市管网为枝状，且生活、消防采用合流制，发生火灾时，市政管网的压力和事故点出水口的水量难以满足高层建筑设计的压力和流量。另一方面，即使市政管网能满足其用水量的要求，一般情况下也不允许水泵直接从管网中抽取，以免供水管道中出现负压，影响周围其他用户，因此，高层建筑通常设计消防水池，或利用水井、天然水源等，通过水泵及其他加压设备供水。规范规定，设有稳压泵、气压罐、变频调速水泵的供水设备均为临时高压供水系统，而临时高压系统应设置消防水箱，以保证室内消火栓和自动喷水灭火系统扑救初期火灾所需的水量和水压，达到迅速扑救初期火灾的目的。
我国高层建筑屋顶安装水箱管道的布置
按规范要求，消防水箱应设进水管、出水管、溢流信号管、通气管等，为了保证水质不被污染并定期排放水中的沉淀物和杂质，消防水箱还应设放空管。对于出水管的管径，应根据设计流量和流速来确定，即d（m）＝（4q／3．14v）＾（1／2）（q：m＾3／s v：m／s）。对消火栓系统而言，水箱出水管径增压后，可以直接与消火栓管网连接，而对自动喷水灭火系统，必须经湿式报警阀后，才能与喷淋立管相接，而绝不能不经湿式报警阀直接与管网相连，因为报警阀上的水力警铃是靠水的冲力来报警的，若不经报警阀，发生火灾时，压力水进不了报警通道，致使压力开关、水力警铃不动作，更不会快速发出电信号启动喷淋泵，从而使管网内的水源得不到充分保证。为避免消防水泵开启后水经供水管网进入消防水箱，消防水箱的出水管上还须加逆止阀，保证消防水泵开启时维持管网压力。
消火栓系统区分和消火栓栓口静水压力的有关规定
我国于2005年实施的《高层民用建筑设计防火规范》中第7.4.6.5条规定：“消火栓栓口的静水压力不应大于1.00MPa，当大于1.00Mpa时，应采取分区给水系统。”7.4.7.2条规定：“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”，常用的设备有气压罐或稳压泵。设计时，如果单独在水箱的出水管上设加压泵，则由于管网内没有可供调节水量，一旦管网出现渗漏现象，则管网内的压力会迅速下降，使加压泵启闭频繁，影响其使用寿命。对于单独使用气压供水的设计，在实际工程中也有很多，在已投入使用的工程中，设计人员常采用水泵与气压罐串联的方式加压，经过实践证明，效果很好。正常情况下，由一个小型气压罐维持管网压力，其蓄水量主要起补漏作用，水泵为小流量、低扬程，泵启动后，屋顶水箱中的水经吸水管、水泵送入消防管网，同时，一部分水量进入增压罐，由罐上的压力表控制水泵启闭，由于系统中有了调节水量，可以避免泵频繁启动。其设备构造较为简单，占地面积小，且在无电的情况下，也能出水灭火。
四、消火栓系统在屋顶水箱初期供水时流量和压力计算
在我国建筑物的屋顶水箱消防时供水主要提供初期10分钟的流量和压力，这对于消火栓而言，建筑物屋顶水箱的容量V一般是由规范规定的设计流量值q和初期用水的时间t按照以下的公式确定的，初期用水时间为10分钟，V=q*t，其中V的数值要小于18立方米时按计算值，V大于18立方米时按18立方米算。
1、消火栓栓口静水压力
按照《高层民用建筑设计防火规范》的规定，确定了消防水箱容量和设置高度，与此同时，室内消火栓系统各横管和立管布置以及相应管径也已经确定，这时按照水力学原理，在对建筑物屋顶水箱水位变化不考虑的情况下，开启任何一处消火栓，相应管道内水流流态确定，属于恒定流，此时就可以计算出任意一个打开点的栓口的压力和流量。在屋顶水箱设置的高度使下层消火栓的静水压力达到或者是已经超过了80米时，就需要采用分区供水，其主要的原因有：1、水箱的压力过大，一人难以把握。2、水箱的流量远远大于5L/S，这样一来，消防水箱内的水可能在较短的时间内用完，这对于火灾初期的扑救有不利的影响。
2、消火栓系统区分
消火栓系统分区首先应该计算消火栓栓口静水压力，这有两种情况：①高位消防水箱的设置高度能保证规范中所要求的最不利点消火栓静水压力（7m、15m）。②高位消防水箱不能满足上述静压要求，设增压设施。
例如：一栋27层高层住宅，该住宅层高3.00m，室内外高差0.45m，建筑高度81.45m。第①种情况计算出的消火栓栓口最大静水压力为7+78=85m，竖向可以不分区，第②种情况，应设增压设施。根据规定第7.4.8条条文说明，设置增压设施的目的主要是在火灾初起时，消防水泵启动前，满足消火栓系统的水压要求。第②种情况在设计中常采用消防增压稳压设备，且当建筑高度大于50m时，增压设备宜设于屋顶。本实例中，增压设备设于屋顶，消火栓系统最不利点所需消防压力P=H1+H2，其中H1为水龙带及消火栓本身的压力损失，H2为水枪喷射充实水柱长度（10m）所需压力。要同时满足水枪喷射充实水柱长度（10m）和每支水枪最小流量5L/S,查直流水枪充实水柱技术数据表（19mm喷嘴）可得H2=17m，qxh=5.2l/s,P=H1+H2=0.00430*25*5.22+2+5.22/1.577=2.9+2+17=22m，P值即为气压水罐的充气压力，考虑到消防增压稳压设备设置高度及稳压泵停泵压力，则消火栓栓口最大静水压力大于22 m +78 m =100m，竖向应该分区。
按照现行规范进行设计，则第①种情况建筑高度达到96.45m（仍以层高3.00m，室内外高差0.45m的住宅为例）时消火栓系统才考虑分区，此时消防泵的扬程为128m。第②种情况建筑高度达到81.45m时，消火栓系统竖向应分区，此时消防泵的扬程为111m，两者建筑高度相差15m，扬程相差17m。
从初期火灾能否被及时有效地控制和扑灭以及保证供水管道和给水设备安全性来看，显然第②种情况设计更为合理，在火灾初期，最不利点消火栓灭火所需的流量和压力均能够满足，且整个管道系统内压力相对较小，在扑救火災过程中，因水枪开闭产生水锤而对系统中设备破坏的可能性也相对减小。
五、总结
高层建筑将会成为人们将来居住的主要建筑形式，与此同时，高层建筑物火灾发生频率较高，就对高层建筑物消防设施的安全性提出了更高的要求。高层建筑在消防分区时，要使消火栓系统的静水压力能够满足最不利点消火栓的最低工作压力，提高消防能力，减少伤亡。
参考文献
[1] 建筑给排水设计规范GB50015-2003
[2] 高层民用建筑设计防火规范GB50045-95，2005年
关键词：消火栓；建筑物；屋顶水箱；供水初期；流量和压力
中图分类号： TD218 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
Abstract: In our country, because of the existing high-rise building fire equipment limitations, the fire protection design is mostly based on self-help, and indoor fire facilities. Water, as the main fire extinguishing agent has been widely used, especially in the automatic sprinkler system, due to its high fire extinguishing efficiency, was the vast number of building designers used. With the development in recent years, in the placement of fire water tank has become the fire to take effective measures to the main method, this paper mainly on building roof water tank water supply when the initial fire hydrant system flow and pressure calculation and relevant content undertook study.
Key words: fire hydrant；buildings；roof water tank；water stage；flow and pressure
一、我国高层建筑屋顶安装水箱值得思考的几个问题
为了达到迅速灭火的目的，有关规范对室内消防供水系统的水量和水压均做了明确规定。在城市供水中，由于大部分城市管网为枝状，且生活、消防采用合流制，发生火灾时，市政管网的压力和事故点出水口的水量难以满足高层建筑设计的压力和流量。另一方面，即使市政管网能满足其用水量的要求，一般情况下也不允许水泵直接从管网中抽取，以免供水管道中出现负压，影响周围其他用户，因此，高层建筑通常设计消防水池，或利用水井、天然水源等，通过水泵及其他加压设备供水。规范规定，设有稳压泵、气压罐、变频调速水泵的供水设备均为临时高压供水系统，而临时高压系统应设置消防水箱，以保证室内消火栓和自动喷水灭火系统扑救初期火灾所需的水量和水压，达到迅速扑救初期火灾的目的。
我国高层建筑屋顶安装水箱管道的布置
按规范要求，消防水箱应设进水管、出水管、溢流信号管、通气管等，为了保证水质不被污染并定期排放水中的沉淀物和杂质，消防水箱还应设放空管。对于出水管的管径，应根据设计流量和流速来确定，即d（m）＝（4q／3．14v）＾（1／2）（q：m＾3／s v：m／s）。对消火栓系统而言，水箱出水管径增压后，可以直接与消火栓管网连接，而对自动喷水灭火系统，必须经湿式报警阀后，才能与喷淋立管相接，而绝不能不经湿式报警阀直接与管网相连，因为报警阀上的水力警铃是靠水的冲力来报警的，若不经报警阀，发生火灾时，压力水进不了报警通道，致使压力开关、水力警铃不动作，更不会快速发出电信号启动喷淋泵，从而使管网内的水源得不到充分保证。为避免消防水泵开启后水经供水管网进入消防水箱，消防水箱的出水管上还须加逆止阀，保证消防水泵开启时维持管网压力。
消火栓系统区分和消火栓栓口静水压力的有关规定
我国于2005年实施的《高层民用建筑设计防火规范》中第7.4.6.5条规定：“消火栓栓口的静水压力不应大于1.00MPa，当大于1.00Mpa时，应采取分区给水系统。”7.4.7.2条规定：“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”，常用的设备有气压罐或稳压泵。设计时，如果单独在水箱的出水管上设加压泵，则由于管网内没有可供调节水量，一旦管网出现渗漏现象，则管网内的压力会迅速下降，使加压泵启闭频繁，影响其使用寿命。对于单独使用气压供水的设计，在实际工程中也有很多，在已投入使用的工程中，设计人员常采用水泵与气压罐串联的方式加压，经过实践证明，效果很好。正常情况下，由一个小型气压罐维持管网压力，其蓄水量主要起补漏作用，水泵为小流量、低扬程，泵启动后，屋顶水箱中的水经吸水管、水泵送入消防管网，同时，一部分水量进入增压罐，由罐上的压力表控制水泵启闭，由于系统中有了调节水量，可以避免泵频繁启动。其设备构造较为简单，占地面积小，且在无电的情况下，也能出水灭火。
四、消火栓系统在屋顶水箱初期供水时流量和压力计算
在我国建筑物的屋顶水箱消防时供水主要提供初期10分钟的流量和压力，这对于消火栓而言，建筑物屋顶水箱的容量V一般是由规范规定的设计流量值q和初期用水的时间t按照以下的公式确定的，初期用水时间为10分钟，V=q*t，其中V的数值要小于18立方米时按计算值，V大于18立方米时按18立方米算。
1、消火栓栓口静水压力
按照《高层民用建筑设计防火规范》的规定，确定了消防水箱容量和设置高度，与此同时，室内消火栓系统各横管和立管布置以及相应管径也已经确定，这时按照水力学原理，在对建筑物屋顶水箱水位变化不考虑的情况下，开启任何一处消火栓，相应管道内水流流态确定，属于恒定流，此时就可以计算出任意一个打开点的栓口的压力和流量。在屋顶水箱设置的高度使下层消火栓的静水压力达到或者是已经超过了80米时，就需要采用分区供水，其主要的原因有：1、水箱的压力过大，一人难以把握。2、水箱的流量远远大于5L/S，这样一来，消防水箱内的水可能在较短的时间内用完，这对于火灾初期的扑救有不利的影响。
2、消火栓系统区分
消火栓系统分区首先应该计算消火栓栓口静水压力，这有两种情况：①高位消防水箱的设置高度能保证规范中所要求的最不利点消火栓静水压力（7m、15m）。②高位消防水箱不能满足上述静压要求，设增压设施。
例如：一栋27层高层住宅，该住宅层高3.00m，室内外高差0.45m，建筑高度81.45m。第①种情况计算出的消火栓栓口最大静水压力为7+78=85m，竖向可以不分区，第②种情况，应设增压设施。根据规定第7.4.8条条文说明，设置增压设施的目的主要是在火灾初起时，消防水泵启动前，满足消火栓系统的水压要求。第②种情况在设计中常采用消防增压稳压设备，且当建筑高度大于50m时，增压设备宜设于屋顶。本实例中，增压设备设于屋顶，消火栓系统最不利点所需消防压力P=H1+H2，其中H1为水龙带及消火栓本身的压力损失，H2为水枪喷射充实水柱长度（10m）所需压力。要同时满足水枪喷射充实水柱长度（10m）和每支水枪最小流量5L/S,查直流水枪充实水柱技术数据表（19mm喷嘴）可得H2=17m，qxh=5.2l/s,P=H1+H2=0.00430*25*5.22+2+5.22/1.577=2.9+2+17=22m，P值即为气压水罐的充气压力，考虑到消防增压稳压设备设置高度及稳压泵停泵压力，则消火栓栓口最大静水压力大于22 m +78 m =100m，竖向应该分区。
按照现行规范进行设计，则第①种情况建筑高度达到96.45m（仍以层高3.00m，室内外高差0.45m的住宅为例）时消火栓系统才考虑分区，此时消防泵的扬程为128m。第②种情况建筑高度达到81.45m时，消火栓系统竖向应分区，此时消防泵的扬程为111m，两者建筑高度相差15m，扬程相差17m。
从初期火灾能否被及时有效地控制和扑灭以及保证供水管道和给水设备安全性来看，显然第②种情况设计更为合理，在火灾初期，最不利点消火栓灭火所需的流量和压力均能够满足，且整个管道系统内压力相对较小，在扑救火災过程中，因水枪开闭产生水锤而对系统中设备破坏的可能性也相对减小。
五、总结
高层建筑将会成为人们将来居住的主要建筑形式，与此同时，高层建筑物火灾发生频率较高，就对高层建筑物消防设施的安全性提出了更高的要求。高层建筑在消防分区时，要使消火栓系统的静水压力能够满足最不利点消火栓的最低工作压力，提高消防能力，减少伤亡。
参考文献
[1] 建筑给排水设计规范GB50015-2003
[2] 高层民用建筑设计防火规范GB50045-95，2005年