(消防培训)第三章建筑消防系统

第三章建筑消防系统

本章重点介绍层数少于10层的住宅及建筑高度（建筑物室外地面到其女儿墙顶部或檐口的高度）不超过24m的低层民用建筑中，以水作为灭火剂的消火栓给水系统和自动喷水灭火系统。

3.1消火栓给水系统及布置

3.1.1设置室内消火栓给水系统的原则详见书P62

下列建筑应设置消火栓给水系统：背下来

下列建筑物可不设消火栓给水系统：背下来

3.1.2消火栓给水系统的组成和供水方式

1.消火栓给水系统的组成

建筑消火栓给水系统一般由水枪、水带、消火栓、消防管道、消防水池、高位水箱、水泵接合器及增压水泵组成。

（1）消火栓设备

由水枪、水带和消火栓组成，均安装于消火栓箱内。

水枪一般为直流式，喷嘴口径有13、16、19mm3种。

水带口径有50、65mm两种，水带长度一般为15、20、25、30m 4种。水带有麻织和化纤两种；有衬胶和不衬胶之分，衬胶水带阻力较小；水带长度应根据水力计算选定。

水枪13mm配直径50mm水带，16mm配直径50、65mm水带，19mm配直径65mm 水带。低层建筑的消火栓可选用13或16mm口径水枪。

消火栓均为内扣式接口的球形阀式龙头，有单出口和双出口之分。单出口消火栓直径为50和65mm 2种；双出口直径为65mm。当每支水枪最小流量小于5L/s时选用直径50mm 消火栓；最小流量≥5L/s时选用65mm消火栓。

（2）水泵接合器

在建筑消防给水系统中均应设置水泵接合器，其是连接消防车向室内消防给水系统加压供水的装置，一端由消防给水管网水平干管引出，另一端设于消防车易于接近的地方。有地上、地下和墙壁式3种。

（3）消防管道

建筑物内消防管道是否与其他给水系统合并或独立设置，应根据建筑物的性质和使用要求比较后确定。

（4）消防水池

消防水池用于贮存火灾延续时间内的室内消防用水量。根据各种用水系统的供水水质要求是否一致，可将消防水池与生活或生产贮水池合用，也可单独设置。

（5）消防水箱

消防水箱对扑救初期火灾起着重要作用，应在建筑物的最高部位设置重力自流的消防水箱；消防用水与其他用水合并的水箱，应有消防用水不作他用的技术措施；

水箱的安装高度应满足室内最不利点消火栓所需的水压要求，其应储存10min的室内消防用水量。当室内消防用水量不超过25L/s,经计算水箱消防贮水量超过12m3时，仍可采用12m3；当室内消防用水量超过25L/s,经计算水箱消防贮水量超过18m3时，仍可采用18m3；

2.消火栓给水系统的给水方式

室内消火栓给水系统有下列几种给水方式：详见书后图P66-67

1）由室外给水管网直接供水的消防给水方式

室外给水管网提供的水压、水量在任何时候均能满足室内消火栓给水系统所需的水量、

水压时采用。该方式中消防管道有两种布置形式：1.消防管道与生活（或生产）管网共用，此时在水表处应设旁通管，水表选择应考虑能承受短历时通过的消防水量。2.消防管道单独设置，可以避免供水污染。

2）设水箱的消火栓给水方式

室外管网1天之内有一定时间能保证消防水量、水压时（或是由生活泵向水箱补水）采用。由水箱贮存10min的消防水量，灭火初期由水箱供水。

3）设水泵、水箱的消火栓给水方式

室外管网的水压不能满足室内消火栓给水系统的水压要求时采用。水箱由生活泵补水，贮存10min的消防用水量。火灾发生时先由水箱供水灭火，消防水泵启动后由消防水泵供水灭火。

3.1.3消火栓给水系统的布置

1.水枪充实水柱长度

水枪射流在26mm~38mm直径圆断面内、包含全部水量75%~90%的密实水柱长度称为充实水柱长度，以H m表示。详见书P67表3.1.3

2.消火栓布置

规范规定要求设消火栓消防给水系统的建筑内，每层均应设置消火栓。消火栓的间距布置应满足下列要求

1）建筑高≤24m、体积≤5000m3的库房，应保证有一支水枪的充实水柱达到同层内任何部位，其间距按下式计算：

S1=2?√R2?b2

R=C?L d+h

式中S1?消火栓间距，m；

R?消火栓保护半径，m;

C?水带展开时的弯曲折减系数，一般取0.8~0.9;

L d?水带长度，m；

h?水枪充实水柱倾斜45°时的水平投影距离，m；h=0.71H m,对于一般建筑（层高3~3.5m）由于两楼板间的限制，一般去h=3.0m；

H m?水枪充实水柱高度，m;

b?消火栓的最大保护宽度，应为一个房间的长度加走廊的宽度，m;

2）其他民用建筑应保证有2支水枪的充实水柱达到同层内任何部位，其间距按下式计算：

S2?√R2?b2

式中S2?消火栓间距，m；

3）消火栓口距地面安装高度为1.1m，栓口宜向下或与墙面垂直安装。每个消火栓处应设置直接启动消防水泵的按钮或报警信号装置。

4）消火栓应设在使用方便的走道内，宜靠近疏散方便的通道口处、楼梯间内。建筑物设有消防电梯时，其前室应设消火栓。在建筑物屋顶应设1个消火栓。

3.消防给水管道的布置

低层建筑消火栓给水管道布置应满足：

1）当室内消防用水量大于15L/s，消火栓个数多于10个时，室内消防管道应布置成环状，进水管应布置2条。对于7~9层单元式住宅，允许采用一条进水管。

2）超过6层塔式和通廊式住宅，超过5层或体积大于10000m3的其他民用建筑，超过

4层的长房和库房，当室内消防立管≥2条式，至少应每2根竖管相连组成环状管道。

3）消火栓给水管网应与自动喷水灭火系统管网分开设置。困难时可共用给水干管，在自动喷水灭火系统报警阀后不允许设消火栓。

4）关闭阀门后，停止使用的消火栓立管不应多于1根，在1层中停止使用的消火栓不应多于5个。

5）每个水泵接合器的进水流量可达10~15L/s，一般不少于2个。在其附近15~40m范围内有供消防车取水的室外消火栓或贮水池。

3.2消火栓给水系统的水力计算

我国规范规定的各种建筑物消防用水量及要求同时使用的水枪数量可查表 3.2.1、表3.2.2。

3.2.1消火栓口所需水压

1.消火栓口所需水压按下列公式计算：

H xh=H q+h d+H k

式中H xh?消火栓口的水压，Kpa；

H q?水枪喷嘴处的压力，Kpa；

h d?水带的水头损失，kpa；

H k?消火栓栓口水头损失，按20kpa计算；

2.水枪喷嘴处的压力：

H q=H f

1?φ?H f ，φ=K1

d f

式中H q?水枪喷嘴处的压力，Kpa；

H f?垂直射流高度，m；

φ?与水枪喷嘴口径有关的阻力系数，可按经验公式φ=0.25

d f+(0.1d f)3

计算，其值已列入表3.2.3；

d f?水枪喷嘴口径，m；

K1?由实验确定的阻力系数；

系数φ值表3.2.3

3.水枪充实水柱高度H m与垂直射流高度H f的关系：

H f=a f?H m

式中a f?实验系数，a f=1.19+80(0.01×H m)4，可查表3.2.4；

4.

H q=

a f×H m

1?φ?a f?H m

在计算时，充实水柱长度与充实水柱高度可视为相等。

5.水枪射出流量与喷嘴压力的关系：

q xh=√BH q，B=（0.003477μd f2）2式中q xh?水枪射出流量，L/s；

B?水枪流量系数，与水枪喷嘴口径有关；

μ?孔口流量系数，μ=1.0；

在实际工程中，为方便使用，将以上公式制成表，根据水枪口径和充实水柱长度可查出水枪的射流量和压力值。

6水带水头损失应按下列公式计算：

h d=A z?L d q xh2×10

式中h d?水带水头损失，kpa；

L d?水枪长度，m；

A z?水带阻力系数；

水带阻力系数A

3.2.2

1.消防贮水池的消防贮存水量应按下式确定

V f=3.6（Q f?Q L）×T x

式中V f?消防水池贮存消防水量，m3；

Q f?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；

Q L?市政管网可连续补充的水量，L/s；

T x?火灾延续时间，h，详见附录3.1；

2.消防水箱的消防贮水量

按照规定，消防水箱应贮存10min的室内消防用水总量，以供扑救初期火灾之用。计算公式为：

V x=0.6×Q x

式中V x?消防水箱贮存消防水量，m3；

Q x?室内消防用水总量，L/s；

0.6?单位换算系数；

为避免水箱容积过大，消防水箱的最小消防贮水量也可按下列规定确定：

一类建筑（住宅除外）不小于18m3；二类建筑（住宅除外）和一类建筑的住宅不小于12 m3；二类建筑的住宅不小于6 m3

3.2.3消防管网水力计算

主要目的在于1.确定消防给水管网的管径；2计算或校核消防水箱的设置高度；3选择消防水泵。

在进行消防管网水力计算时，对于枝状管网应首先选择最不利立管和最不利消火栓，以此确定计算管路，并按照消防规范规定的室内消防用水量进行流量分配，低层建筑消防立管流量分配应按附录3.2确定。

在最不利点水枪射流量按公式确定后，以下各层水枪的实际射流量应根据消火栓口处的实际压力计算。见设计举例中消火栓系统水力计算。

在确定了消防管网中各管段流量后，便可按公式计算出各管段管径。通常可由流量Q 和流速V查水力计算表求出管径D 和单位管长沿程水头损失i。

消火栓给水管道中的流速一般以1.4~1.8m/s为宜，不允许大于2.5m/s。消防管道局部水头损失按管道沿程水头损失的10%采用。

当有消防水箱时，应以消防水箱的最低水位作为起点选择计算管路，计算管径和水头损失，确定水箱的设置高度或补压设备。当设有消防水泵时，应以消防水池最低水位作为起点选择计算管路，计算管径和水头损失，确定消防水泵的扬程。

对于环状管网，可假定某管段发生故障，仍按枝状管网进行计算。

对于低层建筑消火栓给水管网管径不得小于DN50。

3.3自动喷水灭火系统及布置

3.3.1自动配水灭火系统分类

自动喷水灭火系统由水源、加压贮水设备、喷头、管网、报警装置等组成。

1.湿式自动喷水灭火系统

喷头常闭的灭火系统。管网中充满有压水，渗漏时会损坏建筑装饰和影响建筑使用。适用于环境温度4℃~70℃的建筑物。

2.干式

喷头常闭的灭火系统。管网中充满有压空气，系统工作时先排气，再充水。故灭火不如湿式及时。适用于采暖期长而建筑物内无采暖的场所。为减少排气时间，一般要求管网的容积不大于2000L。

3.预作用喷水灭火系统

喷头常闭的灭火系统。管网平时不充水（无压），发生火灾时，火灾探测器报警后，系统由干式变成湿式系统，当着火点温度达到开启闭式喷头时，才开始喷水灭火。适用于建筑装饰要求高，灭火要求及时的建筑物。

4.雨淋喷水灭火系统

喷头常开的灭火系统。该系统出水量大，灭火及时的优点。适用于火灾蔓延快、危险性大的建筑或部位。

5.水幕系统

3.3.2喷头及控制配件详见书P79~83

包括喷头、报警阀、水流报警装置。

3.3.3喷头及管网布置

喷头的布置形式应根据天花板、吊顶的装修要求布置成正方形、长方形和菱形3种形式。间距应按下列公式计算：详见书P83图喷头的几种布置形式

正方形布置时：A=2R cos45°

长方形布置时：√A2+B2?2R

菱形布置时：A=4R?cos30°?sin30°

B=2R?cos30°?cos30°

式中R?喷头的最大保护半径，m；见附录3.3

喷头的具体位置可设于建筑的顶板下、吊顶下，喷头距顶板、梁及边墙的距离可采考附录3.4。

自动喷水灭火管网的布置，应根据建筑平面的具体情况布置成侧边式和中央布置式两种形式，如图3.3.11所示。一般情况每根支管上设置的喷头不宜多于8个，一个报警阀所控制的喷头数不宜超过附录3.5所规定的数量。

3.4自动喷水灭火系统的水力计算

3.4.1消防用水量及水压

自动喷水灭火系统设计的基本参数应按《自动喷水灭火系统设计规范》的规定选取。自动喷水灭火系统的持续喷水时间，应按火灾持续时间不小于1h确定。

开式喷雾灭火系统的消防用水量及喷头要求工作压力见附录3.7

3.4.2管网水力计算

目的在于确定管网各管段管径、计算管网所需的供水压力、确定高位水箱的设置高度和选择消防水泵。

1作用面积法（推荐）

首先按照基本设计参数选定自动喷水灭火系统中最不利工作作用面积（以F表示）的位置，此作用面积的形状宜采用正方形或长方形，当采用长方形布置时，其长边应平行于配水支管，边长宜为1.2√F。

在计算喷水量时，仅包括作用面积内的喷头。对于轻微险级和中危险级建、构筑物的自动喷水灭火系统，计算时可假定作用面积内每只喷头的喷水量相等，均以最不利点喷头喷水量取值，且应保证作用面积内的平均喷水强度不小于表3.4.1中的规定，最不利点4个喷头组成的保护面积内的平均喷水强度，轻微险级、中危险级不应低于表3.4.1规定值的85%；对于严重危险级和仓库危险级不应低于表3.4.1和表3.4.2的规定值。

作用面积选定后，从最不利点喷头开始依次计算各管段的流量和水头损失，直至作用面积内最末一个喷头为止。以后管段的流量不再增加，仅计算管道水头损失。

对仅在走道内布置单排喷头的闭式系统，其作用面积应按最大疏散距离所对应的走道面积计算。

对于雨淋喷水灭火系统和水幕系统，其喷水量应按照每个设计喷水取内的全部喷头同时开启喷水计算。

1）喷头的出流量应按下式计算：

q=K√10P

式中q?喷头出流量，L/min；

P?喷头工作压力，Mpa；

K?喷头流量系数，标准喷头K=80。；

2）系统的设计流量，应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量确定：

Q s=1

60

∑q i

n

i=1

式中Q s?系统设计流量，L/s；

q i?最不利点处作用面积内个喷头节点流量，L/min；

n?最不利点处作用面积内的喷头数；

系统的理论计算流量，应按设计喷水强度与作用面积的乘积确定：

Q L=

q p×F

式中Q L?系统理论计算流量，L/s；

q p?设计喷水强度，L/min m2；

F?作用面积，m2；

自动喷水灭火系统设计秒流量可按理论值的1.15~1.30倍计算。

Q s=（1.15~1.30）Q L

3）沿程水头损失和局部水头损失

每米管道的水头损失应按下式计算：

i=0.0000107V2 d i

式中i?每米管道的水头损失，Mpa/m；

V?管道内的平均流速，m/s；

d i?管道的计算内径，m，取值应按管道的内径减1mm确定。

沿程水头损失应按下式计算：

h=i×l

式中h?沿程水头损失，Mpa；

l?管道长度，m；

管道的局部水头损失宜采用当量长度法计算。

4）系统供水压力或水泵所需扬程

自动喷水灭火系统所需的水压应按下式计算：

H=∑h+P0+Z

式中H?系统所需水压或水泵扬程，Mpa；

∑h?管道的沿程和局部水头损失之和，Mpa；湿式报警阀、水流指示器取值0.02Mpa，雨淋阀取值0.07Mpa；

P0?最不利点处喷头的工作压力，Mpa；

Z?最不利点处喷头与消防水池的最低水位或系统入口管水平中心线之间的高程差。

5）管道系统的减压措施

为了使各分支管段水压均衡，可采用减压孔板、节流管或减压阀消除多余水压。

（1）减压孔板

减压孔板应设在直径不小于50mm的水平直管段上，前后管段长度不宜小于该管段直径的5倍。孔口直径不应小于管段直径的30%，且不宜小于20mm。应采用不锈钢板材制作。

减压孔板的水头损失计算：

H k=εV k2 2g

式中H k?减压孔板的水头损失，10-2 Mpa；

V k?减压孔板后管道内水的平均流速，m/s;

ε?减压孔板局部阻力系数；

（2）节流管

节流管直径宜按上游管段直径的1/2确定，且节流管内水平均流速不大于20m/s，长度不宜小于1m。

节流管的水头损失应按下列公式计算：

H g=δV g2

2g

+0.0017L

V g2

d g1.3

式中H g?节流管的水头损失，10-2 Mpa；

V g?节流管内水的平均流速，m/s;

δ?节流管中渐缩管与渐扩管的局部阻力系数之和，取0.7；

d g?节流管的计算内径，m，按节流管内径减1mm确定；

L?节流管长度，m

（3）减压阀

减压阀应设在报警阀组入口前，为防止堵塞，在入口前应装设过滤器。垂直安装的减压

阀，水流方向宜向下。

2特性系数法

这种方法偏于安全，适用于严重危险级建、构筑物的自动喷水灭火系统及雨淋、水幕系统。

3.5水喷雾灭火系统略详见书P92~97

3.6其他固定灭火设施简介略详见书P97~104

3.7高层建筑消防给水系统

3.7.1技术要求

高层建筑消防给水设计应立足“自救”，即自足于用室内消防设施来扑救火灾。这是高层建筑消防的核心。一般高度在24m以下的裙房在“外救”的能力范围内，应以“外救”为主；高度在24m~50m的部位，应立足“自救”并借助“外救”二者同时发挥作用；50m 以上部位，则完全立足“自救”灭火。

3.7.2技术措施

1.消防给水系统的分类和选择

高层建筑必须设立独立的消防给水系统，分类如下：

1）按消防给水压力的不同，可分为高压和临时高压消防给水系统

高压消防给水系统指管网内经常保持灭火所需水量、水压，不需启动升压设备，可直接使用灭火设备救火。，有条件时应优先采用。

临时高压给水系统有两种情况：1.管网内最不利点周围平时水压和水量不满足灭火要求，火灾时需启动消防水泵，使管网压力、流量达到平时灭火要求。2.管网内经常保持足够的压力，压力由稳压泵或气压泵给水设备等增压设施来保证，在泵房内设消防水泵，火灾时需启动消防水泵使管网压力满足消防水压要求。

后者为目前高层建筑中广泛采用的消防给水系统。临时高压需有可靠电源，才能保证安全供水。

2）按消防给水系统供水范围的大小，可分为区域集中高压（或临时高压）消防给水系统和独立高压（或临时高压）消防给水系统。

区域集中高压（或临时高压）消防给水系统是指数栋建筑共用一套消防供水设施集中供水，适用于集中建设的高层建筑。

独立高压（或临时高压）消防给水系统是指每栋建筑单独设置消防给水系统，适用于地震区或区域内分散建设的高层建筑。

3)按消防给水系统灭火方式的不同，分为消火栓给水系统和自动喷水灭火系统。

自动喷水灭火系统，目前我国100m以下的高层建筑中主要用于消防要求高，火灾危险性大的场所，详见3.3.1。100m以上的高层建筑，除面积小于5㎡的卫生间、厕所和不宜用水扑救的部位外，均应设置自动喷水灭火系统。

消火栓给水系统，当前100m以下的高层建筑仍以消火栓给水系统为主，各类高层建筑均需设置消火栓给水系统。

根据设计要求，高层建筑中需同时设置消火栓给水系统和自动喷水灭火系统时，应优先选用两类系统独立设置方式。若有困难，可合用消防泵，在自动喷水灭火系统报警阀进水口前将两类系统的官网分开设置。

2.消防给水方式

消防给水系统有分区、不分区两种给水方式，后者为一栋建筑采用同一消防给水系统供水，见图3.7.3。当消火栓给水系统中，消火栓口处压力超过0.8Mpa、自动喷水灭火系统中官网压力超过1.2Mpa时，则需分区供水。详见图3.7.2和3.7.3串联分区和并联分区图。

消防给水系统若为高压消防给水系统，均不需设置水箱，由室外高压管网直接供水。若

为临时高压消防给水系统，均需设高位水箱，其容积确定方法同3.2.2所述。高度超过100m 的高层建筑贮水量可适当增加。水箱的设置高度应满足最不利喷头处工作压力不低于0.05Mpa和建筑高度不超过100m，最不利点消火栓静水压力不低于0.07Mpa或建筑高度超过100m，最不利消火栓静水压不低于0.15Mpa的要求。否则应在系统中设增压贮水设备。增压贮水设备可采用稳压泵或气压给水设备，其出水量可分别以1个消火栓的出水量5L/s 和1个喷头的出水量不小于1L/s计。

气压罐只需保证消防水泵启动前所需水量，一般火灾初起以2支水枪，5个喷头工作考虑，消防泵启动时间30s计。故气压水罐容积宜为450L。

3.消防给水系统的设置

1)当天然水源作为消防唯一水源不能满足消防用水量；市政给水管道、进水管不能满足消防用水量；市政给水管道为枝状或只有一条进水管（二类建筑住宅除外）时，应设贮水池。容积按3.2.9计算。当水池总容积＞500m3时，应分成2个，一备一用。

高层建筑群共用消防水池的容积应按消防用水量最大的一栋高层建筑计算。供消防车取水的消防水池，应设取水口或取水井，其水深应保证消防车的消防水泵吸水高度不超过6m，取水口或取水井与被保护建筑的外墙距离不宜小于5m，大于100m。

2）在高级宾馆、重要办公室、一类建筑的商业楼、展览馆、综合楼和消防高度超过100m 的其他高层建筑内，均应增设消防卷盘。其栓口直径为25mm或32mm，配带的小口径开关水枪喷嘴口径为6mm、8mm或9mm，橡胶水龙带内径19mm，长度20~40m。胶带卷绕在可旋转的转盘上，可与普通消火栓设置组合式消防箱内，也可单独设置。其只能在火灾初起使用，可按地面有1股水流达到的要求布置，其水量不计入消防总用水量。

3）高层建筑消火栓给水系统中消火栓应选用口径65mm的消火栓，喷嘴直径不小于19mm的水枪，水带长度不超过25m。

4）分区供水的消防给水系统中，在消防车供水压力范围内的各区，应分别设水泵接合器，如图3.7.3、3.7.4，只有采用串联给水方式时，可在下区设水泵接合器，供全楼使用。消防立管管径不应小于100mm。

5）当消火栓口处压力＞0.5Mpa时，应在消火栓处设减压装置，一般采用减压阀或减压孔板，用以减少消火栓前的剩余水压。

各层消火栓生于水压可按下式计算：

H s=H b?（Z+∑h+h d+H q）

式中H s?计算层消火栓处剩余水压，kpa；

H b?消防水泵扬程，kpa;

Z?消防水池最低水位或消防水泵与室外给水管网连接点至消火栓口垂直高度所要求的静水压，kpa；

∑h?消防水泵自水池或外网吸水送至计算层消火栓的消防管道沿程和局部水头损失之和，kpa；

h d?水龙带的水头损失，kpa；

H q?水枪喷嘴满足所需充实水柱长度所需的水压，kpa；

水流通过减压孔板时的水头损失为：

H k=ε?v k2

2g

×10

式中H k?水流通过减压孔板时的水头损失，kpa；

ε?孔板局部阻力系数;

v k?水流通过减压孔板后的流速，m/s;

因消火栓处的剩余水压可由减压孔板所形成的水流阻力消耗，在已知消防管管径和计算剩余水压后，可直接查表3.7.1，选定减压孔板孔径，减压孔板一般用不锈钢等材料制作。在自动喷水灭火系统中，喷头处压力偏高时，也可采用减压孔板减压，孔板应设置在直径不小于50mm的水平配水管上，或水流转弯处下游一侧的直管上，与弯管的距离不应小于设置段直径的2倍。

高层建筑消火栓给水系统和自动喷水灭火系统的水力计算方法同前所述。但消火栓给水系统的消防水量不应小于表3.7.2的规定。