消防给水及消火栓系统工程技术与发展_黄晓家

给水排水 Vol.36 No.8 20101#水业导航#消防给水及消火栓系统工程技术与发展中国中元国际工程公司副总工程师 黄晓家0 前言消防系统因平时不用而无法通过运行来判断优劣,只能通过火灾的洗礼才能鉴别其合理性,但火灾又是频发的小概率事件,对于一栋建筑物来说可能20年一遇甚或更长的时间,因此其技术进步的周期漫长,技术进步有赖于规范制订的助力推动。

改革开放以来,国家倡导减灾防灾,保障经济社会协调稳定发展,消防事业有了长足的发展。

本文概述在国家规范5消防给水和消火栓系统技术规范6编制过程中消防给水和消火栓系统技术的进步与发展。

根据公安部和住建部规划的我国工程建设规范体系,5消防给水及消火栓系统技术规范6从5建筑设计防水规范6和5高层民用建筑设计防水规范6中分离出来,这将进一步促进消防给水系统技术的发展。

在本次规范制订过程中,理顺概念,引入火灾统计、保证率、灭火用水量理论计算、火灾扑救工艺、安全可靠性、消防水泵、消防排水等新的技术和理念,使消防给水及消火栓系统工程技术能逐步发展为有理论支撑的工程技术科学。

1 消防给水和消防给水系统的概念消防给水和消防给水系统这两个术语和定义是依据我国以往各版规范,并根据工程实际应用经研究确定,术语的确定是梳理和理顺消防给水和消防给水系统的内涵和外延,以进一步在规范编制中确定技术条款和工程中实施,减少争议,满足标准的定义标准的要求。

标准是指在一定的范围内为获得最佳秩序,对活动或其结果规定共同的和重复使用的规则、导则或特性的文件,该文件经协商一致制定并经一个公认机构批准,以科学、技术和实践经验的综合成果为基础,以促进最佳社会效益为目的。

因此定义的准确引入可减少争议,促进工程建设的顺利进行。

1960年9月颁布的5关于建设设计防火的原则性规定6、1974年10月颁布的5建筑设计防火规范6(T J16)74,简称/建规0)中消防给水系统内容涵盖消火栓和自动喷水等系统。

其后1982年版5高层民用建筑设计防火规范6(GBJ 45)82,简称/高规0)和1987年8月颁布的5建筑设计防火规范6(GBJ 16)87)修订逐步涵盖了所有的水消防系统。

因此消防给水是由消防水源和供水管网组成的向水灭火设施供水的给水系统,按供水压力分为高压、临时高压和低压系统;而消防给水系统则是由消防给水和水灭火设施组成的系统。

消防给水和消防给水系统的科学定义将为消防给水和消防给水系统的发展确立良好的基石。

2 消防水源保证率与2路进水2006年版/建规0(GB 50016)2006)参考86版5室外给水设计规范6(GBJ 13)86)的地表水水源保证率,而引入消防水源可靠性的概念,规定采用天然水源时,其保证率不应小于97%。

这一概念在本次5消防给水及消火栓系统技术规范6制订中进一步扩展,当市政管网给水直接向消防给水系统供水时,市政管网给水保证率应大于99%。

20世纪50年代至80年代初期,我国城市给水管网普及率低,且管材质量差,管网出现爆裂中断供水的概率相对较高,为此当时规范提出室外消火栓设计流量大于15L/s 时应采用2路供水。

但随着我国改革开放和经济社会的发展,特别是进入本世纪以来国家专项市政给水管网治理,管网保证率提高。

如上海、天津、广州等17个大城市调查,1991年75mm 以上管道,长度共15840km,修漏11852次,平均为0.73次/(km #a),该值高于发达国家,如日本横滨市平均仅为0.2次/(km #a)。

但1991年上海共爆管543次/a,平均为0.177次/(km #a),天津为532次/a,平均为0.243次/(km #a);成都为87次,平均为0.161次/(km #a),可见大城市的管网保证率较高,基本接近国际水平。

近年我国城市给水的保证率大幅度提高,按爆管维修率计算,供水可2给水排水 Vol.36 No.8 2010靠性高达99%以上。

如按每次爆管最大维修日3天为极限,城市给水管道的供水保证率应为100%减去一次爆裂中断供水概率,则我国城市给水管网的的平均供水保证率为100-(3@0.73/365)@100=99.4%,这一数据大于要求市政管网供水保证率99%,可见我国城市管网平均给水保证率能满足消防给水的要求。

因城市给水管网保证率这一概念的引入,可缩小室外消防给水2路进水双水源地应用范围。

从安全可靠性和经济合理性来讲,一定规模内的建筑物消防给水采用1路供水是可行的,但考虑历史的延续和技术发展的适应性,本次规范修订采用2路供水由原规范的室外消防设计流量大于15L/s,提高到20L/s,对民用建筑物的规模由5000m 3提高到20000m 3,甲、乙、丙类厂房的规模由3000m 3提高到5000m 3,而对丁戊类厂房仅1路供水即可,这样在比较大的建筑范围内消防安全可靠性不降低的情况下可节省消防给水的投入。

3 灭火用水量保证率和消火栓设计流量我国消防规范以前没有关于灭火用水量保证率的概念,5建筑给水排水设计规范6(GB 50015)2003)在引入概率论秒流量计算公式的同时,引入了给水保证率的概念,美国亨特概率法规定给水保证率为99%。

前苏联76和85版5建筑给水排水设计规范6规定给水保证率采用99.7%。

日本消防厅颁布的5消防水利基准6规定消防给水应防御占全部火灾起数62%和占全部火灾损失额97%的建筑物火灾。

参考日本,以及/建规0消防水源97%的规定,确定灭火用水量保证率为97%较合理。

这一概念的引入可以根据火灾统计数据用概率论理论来推导市政和室内、外消火栓设计流量等工程技术参数。

3.1 市政与建筑物室外消防设计流量我国现行的市政消防用水量为10~100L/s,建筑物室外消火栓设计流量为10~45L/s,堆场等的室外消防用水量为10~60L/s 。

前苏联建筑物的室外消防设计流量为100L/s,美国NFPA1规定建筑物室外消防设计流量为95~505L/s,我国1990~2007年间调查的30起特大火灾的消防部队灭火用水量为50~430L/s 。

依据灭火用水量保证率97%的新理念,进一步确认我国市政和室外消火栓用水量,以消除争议。

规范组在规范编制过程中到吉林、辽宁、山东、宁夏、甘肃、内蒙等十几个城市调研,目前消防部队加强第一出动以提高灭火成功率的战训规定,第一出动一般为3辆消防车,载水总量为6~10m 3,灭火成功率在95%左右,超过3个中队出动的火灾概率极低,市政消防给水量满足要求,因此从灭火用水量保证率97%来看,我国的城市和建筑物室外消火栓用水量能满足城市灭火的需要,我国城市现行的消防水量和建筑物消防用水量标准符合我国目前的经济社会发展水平,个别大火应启动城市应急预案,消防联动自来水公司调水确保消防用水,以期实现城市消防设置的合理性。

3.2 室内消火栓设计流量我国室内消火栓设计流量为5~40L/s,美国NFPA13规定当有自喷时,室内消火栓用水量可减少为0,3.15L/s,6.3L/s,美国NFPA14规定室内消火栓立管的最小流量为31.55L/s,附加立管的最小流量应为每一根15.76L/s,但总流量不应超过78.85L/s;SN25消火栓系统水力最不利消火栓立管的最小流量为6.32L/s,不需附加流量。

美国FM 规定在有自动喷水灭火系统时室内消火栓给水设计流量,中轻危险级为15.77L/s,仓库等严重危险级为31.545L/s 。

日本室内消火栓给水设计流量1~5L/s 。

前苏联高层建筑为20~40L/s,多层建筑13L/s 。

南非为20L/s 。

世界各国室内消火栓给水设计流量差异很大,其原因是消防部队外部救援力量和国民消防意识和素质不尽相同。

根据本次规范引入的灭火用水量保证率97%,借鉴英国BS7974火灾统计数据,在不设自动喷水灭火系统时,酒店、俱乐部、餐厅过火面积为101m 2,办公、零售建筑无喷淋时过火面积为100~199m 2,按照上述过火面积,依据体积法消防用水量计算式(1)和式(2),计算结果消防用水量基本在40L/s 以内,因此从理论上讲我国的室内消火栓设计流量合理。

q =01134V f1f 2(1)式中q )))建筑物一次消防用水量,m 3;V )))火灾过火建筑物部分的体积,m 3;f 1)))建筑物危险等级系数,按火灾危险性从给水排水 Vol.36 No.8 20103高到低分别为3、4、5、6、7;f 2)))建筑结构耐火等级系数,分别为0.5、0.75、1.0、1.5。

Q =qT @3.6(2)式中Q )))室内消火栓设计流量,L/s;T )))火灾延续时间,h 。

4 消防水源消防水源是消防的重要保障,从安全性出发约束和引导工程技术的发展,消防给水水质应能满足水灭火设施灭火、控火和冷却等消防功能的要求。

消防给水管道内平时所充水其pH 应为6~9,不应有腐蚀性。

根据消防给水安全可靠性原则,明确消防水池最少有效蓄水容积,仅设有消火栓系统时不应小于50m 3,其他为100m 3。

消防水池最小补水管不应小于DN 50等。

规定了天然水源和水景、游泳池水等作为消防给水的保障措施。

水井作为消防水源时应按照消防泵的原则来设计,如供水压力和流量的校核,以及消防泵供电应根据规范确定是一级、二级负荷、自备柴油发电机或采用柴油机泵等。

5 消防泵和稳压泵5.1 消防泵本次规范制订拓展了消防泵的类型,有离心消防泵、轴流(深井)消防泵和柴油机消防泵等,并规定了这些消防泵的应用场所和技术要求。

消防泵是消防给水的心脏,提出了消防泵的技术要求,如最小流量为10L/s,最大为320L/s;水泵所配电动机的功率应满足所选水泵流量扬程性能曲线上任何一点运行所需功率的要求;流量扬程性能曲线应无驼峰,零流量时的压力不应超过设计压力的140%,且不宜小于设计额定压力的120%,当出流量为设计流量的150%时,其出口压力不应低于设计压力的70%;泵轴的密封方式和材料应满足消防泵在低流量时运转的要求;消防给水同一泵组的消防泵型号宜一致,且工作泵不宜超过3台,多台并联时,应校核流量叠加对消防泵出口压力的影响等。

柴油机泵和轴流深井泵的应用和安装技术规定。

消防泵从市政管网直接吸水时,倒流防止器应安装在水泵出口,以减少消防泵气蚀发生的可能性。

5.2 稳压泵从功能出发明确了稳压泵的流量和压力确定原则,流量应满足系统管网正常的泄流量和系统自动启动流量的要求,5给水排水管道工程施工及验收规范6(GB 50268)97)条文说明规定DN 100的钢管允许渗水量为0.28L/(min #km),DN 150的钢管允许渗水量为0.35L/(min #km)。

国际城市给水平均单位管长统计漏水量为0.32L/(min #km)。

2004年我国平均单位管长漏水量为0.59L/(min #km),这一数据接近国际的2倍,依据管道漏水统计数据和管道长度。