建筑消防給水高峰論壇:對新消火栓消防規范的探討
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對新消火栓消防規范中若干問題的探討
葛萬斌1曹曉龍2
（1中國建筑西北設計研究院陜西西安2西安工業大學陜西西安）
摘要長達十年修改的新《消防給水及消火栓系統技術規范》GB5094-2014已在我國執行其中有一些條文在應用時應值得商榷值得有關生產企業跟進需要設計人員認真思考本文主要就消防選泵問題室外消火栓壓力問題消防泵防淹沒校核等問題進行探討
關鍵詞水泵的選擇原則曲線水泵性能曲線水頭損失
Several issues of thenew fire hydrant fire code
Ge Wanbin 1,Cao Xiaolong 2
1, China Northwest ArchitectureDesign And Research Institute CO.LTD Shanxi Xi’an
210029; 2 Xi’an TechnologyUniversity, Xi ’an 210029
Abstract: The new technicalspecification《Technicalcode for fire protection water supply and hydrant systems》GB5094-2014has beenexecuted in our country.Some of the provisions in the application should beopen to question. The related production enterprise need to be followed suit, thedesign personnel need to think seriously also. In this paper, we mainly discussthe problems of fire pump selected, outdoor fire hydrant’s pressure, fire pumpagainst be flooded and other issues.
Key words: The principle of selecting pump curve ;Water pumpperformance curve ;head loss.
一消防水泵問題
在所有消防設施中最重的莫過于消防供水設備而消防水泵又是消防供水設備中最重要的它的性能優劣直接影響到滅火的效果影響到人的生命和財產的安全故此規范GB5094-2014[1]條文規定
5.1.6-4流量揚程性能曲線應為無駝峰無拐點的光滑曲線零流量時的壓力不應大于設計工作壓力的140%且宜大于設計工作壓力的120%
5.1.6-5當出流量為設計流量的150%時其出口壓力不應低于設計工作壓力的65%
依上述兩條件參考規范條文說明可以繪出滿足規范要求的消防泵泵譜曲線如下圖中紅線所示此泵譜曲線就是選擇消防供水水泵的選擇原則曲線可以這樣理解只有按此曲線生產的消防泵才是符合我國法定條件的消防泵才能在我國應用才能被設計人員選用否則均視為不宜用于消防的泵
水泵的選擇原則曲線
依常規思考在規范全面執行時我國按此水泵泵譜生產的廠家已完成消防水泵技術改造同時已能滿足我國消防工程需求相應的規程消防圖集等也已修改到位滿足消防工程需求然而情非所愿只能夢里尋他千百度望斷天崖路
我國消防規范中此曲線及相應的技術參數從何而來規范修改人員是非常明白的如果依先進的外國生產廠家或國外消防條款為依據尋求更高的消防技術提高我國消防技術水平無可厚非用心良苦值得尊敬但更要充分了解我國消防設施的生產能力更要了解我國的消防水平不能用外國人的鞋套中國人的腳應該用實事求是的貼合實際的符合國情的態度修改我國消防大法使我國的消防事業得以正常發展 ｜
曲線
以我國的消防設備安裝圖集為例以新消防規范的選泵原則來選取消防泵
圖集04S204[2]中的XBD-HY系列臥式恒壓切線消防泵性能曲線形狀為基本水平,而且出現了駝峰明顯不滿足新規范的曲線要求同樣的XBD-SLH系列立式恒壓切線消防泵曲線形狀前部水平后面出現拐點也不滿足要求XBD（HW）系列經計算可知出現流量減小揚程下降的情況即出現了駝峰也不滿足要求XBD-HLXBD-SHY系列為立式恒壓泵揚程不跟隨流量改變而改變且末端出現了拐點必然不能滿足規范要求而只有XBD臥式立式消防泵XBD-SS立式臥式單級雙吸泵系列與規范相似
曲線
但是經曲線校核在接近于零流量時曲線過于平緩不能滿足大于設計流量120%的要求"故此消防泵圖集上所列泵均不能滿足規范要求
筆者查閱我國水泵手冊以及許多水泵生產廠家提供的技術資料按消防規范提供的水泵泵譜曲線生產的消防泵幾乎不存在（因資料有限未能收集全面見諒）不是出現駝峰就是出現拐點或者是曲線過于平緩｜
若消防按兩臺泵串聯或并聯工作工況分析如下
消防按兩臺泵并聯工作按揚程不變流量疊加的辦法合成供水曲線曲線只會變的更加平坦在消防設計點上在聯合曲線上）是不滿足規范要求的不滿足規范零流量時的壓力不應大于設計工作壓力的140%且宜大于設計工作壓力的120%當出流量為設計流量的150%時其出口壓力不應低于設計工作壓力的65%"的要求故消防泵不能采用并聯供水方式
消防按兩臺泵串聯工作按流量不變揚程疊加的辦法合成供水曲線曲線變的更陡在消防設計點上在聯合曲線上）有可能滿足規范零流量時的壓力不應大于設計工作壓力的140%且宜大于設計工作壓力的120%"的要求但不滿足當出流量為設計流量的150%時其出口壓力不應低于設計工作壓力的65%"的要求單泵曲線不能滿足零流量時的壓力不應大于設計工作壓力的140%且宜大于設計工作壓力的120%"的要求故消防泵不能采用串聯供水方式
綜上所述消防泵不能采用串并聯供水方式
二消防泵房防淹沒措施
規范5.5.14消防水泵房應采取防水淹沒的技術措施
消防泵房淹沒主要是排入水泵房的水量大于水泵房內排水泵的排水能力從兩個方面解決這個問題
1加大水泵房內排水泵的能力是排入泵站內的水能夠及時的排除這就要加大排水泵的排水量提高排水泵的排水能力一方面增大了電負荷另一方面增大了集水坑的有效容積以滿足最大一臺排水泵五分鐘排水量的要求給結構和建筑專業提出了更高的要求需要加大建筑面積或增加深度
2減少排入水泵房內的水量將排入消防水泵房內的所有廢水全部排出現在存在一個問題所有廢水指的是什么廢水
A消防時產生的廢水此部分是該工程消防水量消防總量還是部分量部分量是多少如何計算如何做到合理應需認真對待
B進入消防水池的市政進水管因浮球閥失靈而造成大量水通過溢流管而進入消防泵房此部分進水量可按V=1.5m/s流速計依管徑大小確定其進水量
C上述兩部分消防廢水量是需整個地下室所有排水設施排除還是只靠消防泵房排水設施呢?很明顯要按整個地下室排水設施負擔那么消防泵站防水淹的排水量只能考慮排入泵站內的所有廢水量具體應按具體工程具體問題具體分析做出合理設計 ｜
三室外消火栓壓力要求校核
規范7.2.2市政消火栓宜采用直接DN150的室外消火栓設置室外消火栓的主要目的是提供火災時消防車取水提供室外消防救援用水并參與消防滅火故規范7.2.8當市政給水管網設有市政消火栓時其平時運行工作壓力不應小于0.14MPa火災時水力最不利市政消火栓的出流量不應小于15L/s且供水壓力從地面算起不應小于0.10MPa
消防車長度一般為7.2m按進水水頭按2米計算室外消火栓以一條水帶長度能滿足到達消防水罐給消防車供水要求采用直徑D=65mmL=25m麻織水帶則有
水帶阻力系數
水帶水頭損失為按下式計算得ha=0.00430*25*21=2.26m局部損失不計時則需要栓口壓力7.2+2+2.26=11.46m再考慮到其他損失市政共室外消防用水水壓應在0.14Mpa以上
在其他條件不變的情況下如按消防規范要求室外消火栓以最長六條水帶長度計算且能滿足到達消防水罐給消防車供水采用直徑D=65mmL=20mx6=120m麻織水帶則得ha=0.00430x120x21=10.85m局部損失不計時則需要栓口壓力7.2+2+10.85=20.05m再考慮到其他損失市政共室外消防用水水壓應在0.25Mpa以上也符合規范7.4.12條消火栓栓口動壓不應小于0.25MPa"的規定 ｜
四室內消火栓壓力校核
新的《建筑設計防火規范》GB50016-2014合并了原《建規》和《高規》成為一部真正意義上的建筑消防法規是我國消防法規的基本大法是其他法規的基礎解決了設置消防設施的原則部位具體設計參數要依相應滅火系統參見相應的技術規范其中對于消火栓系統參見《消防給水及消火栓系統技術規范》GB5094-2014其中
7.4.12室內消火栓栓口壓力和消防水槍充實水柱應符合下列規定:
1.消火栓栓口動壓不應大于0.50MPa當大于0.70MPa時必須設置減壓裝置
2.高層建筑廠房庫房和室內凈空高度超過8m的民用建筑等場所消火栓栓口動壓不應小于0.35MPa且消防水槍充實水柱應按13m計算其他場所消火栓栓口動壓不應小于0.25MPa且消防水槍充實水柱應按l0m計算
5.2.2高位消防水箱的設置位置應高于其所服務的水滅火設施且最低有效水位應滿足水滅火設施最不利點處的靜水壓力要求并應按下列規定確定
1.一類高層公共建筑不應低于0.10Mpa但當建筑高度超過100m時不應低于0.15Mpa
2.高層住宅二類高層公共建筑多層公共建筑不應低于0.07Mpa多層住宅不宜低于0.07Mpa
3.工業建筑不應低于0.10Mpa當建筑體積小于20000㎡時不宜低于0.07Mpa
消火栓消防分區供水的原則按規范6.2.1--1系統工作壓力大于2.40Mpa6.2.1--2.消火栓栓口靜壓大于1.0Mpa
從上述數據分析
A）.消火栓栓口動壓最低為0.25MPa高層建筑廠房庫房和室內凈空高度超過8m的民用建筑等場所消火栓栓口動壓最低為0.35MPa壓力在0.25Mpa~0.35Mpa~0.50Mpa可不設減壓閥0.50Mpa~0.70Mpa間可設可不設大于0.70MPa時必須設置減壓裝置
B）.消火栓減壓是按動壓減壓的如何確定動壓是消火栓減壓的關鍵性問題而分區又是按工作壓力又按消火栓栓口靜壓一動一靜又是工作壓力工作壓力和動壓的關系是什么?依工作壓力能否減壓
C）.按動壓值減壓后用靜壓值復核時不能滿足消防水槍充實水柱的要求如何辦
D）.減壓閥依規范6.2.4在150%設計流量時減壓閥的出口動壓不應小于設計值的65%此條與消防水泵的選擇規范5.1.6-5相同說明真是按動壓減壓的上述存在的兩個問題就需工程技術人員解決
動壓如何計算按按動壓值減壓后用靜壓值復核時不能滿足消防水槍充實水柱時動壓減壓是否合適的問題
動壓關鍵在消防水泵水泵的設計工況是消防的核心問題規范5.1.6-4條對消防水泵做出以下要求流量揚程性能曲線應為無駝峰無拐點的光滑曲線零流量時的壓力不應大于設計工作壓力的140%且宜大于設計工作壓力的120%"很明顯消防水泵在設計工況點到零流量區間的變化曲線斜率必須在1.20~1.40之間變化動壓在（1.20~1.40）H之間變化如何減壓?如果按分區工作壓力2.40Mpa為設計水泵工況點動壓變化在2.40~2.88~3.36Mpa壓力相差0.48Mpa如何減壓
在最不利消火栓處高位水箱的設置高度只要滿足規范5.2.2條要求就認為是合理的設計是滿足消防的而靜壓的要求為三檔0.07Mpa0.10Mpa,0.15Mpa與最低動壓0.25Mpa最小相差0.10Mpa即動壓和靜壓相差0.10Mpa此時在減壓閥設計計算時就相差0.10Mpa在工程設計時應首先考慮靜壓能否滿足消防要求再考慮動壓問題不能搞錯否則火災初期時僅靠高位水箱供水時消防壓力不夠影響滅火效果
當高位消防水箱不能滿足最不利點的消防靜壓要求時應設穩壓泵穩壓泵的設計參數規范給了以下規定
A.穩壓泵流量要求
規范5.3.2穩壓泵的設計流量應符合下列規定
1穩壓泵的設計流量不應小于消防給水系統管網的正常泄漏量和系統自動啟動流量
2消防給水系統管網的正常泄漏量應根據管道材質接口形式等確定當沒有管網泄漏量數據時穩壓泵的設計流量宜按消防給水設計流量的1%～3%計且不宜小于lL/s
3消防給水系統所采用報警閥壓力開關等自動啟動流量應根據產品確定
依上述要求可以認為在一般設計人員無法確定管網正常泄漏量的前提下按消防給水設計流量的1%～3%且不宜小于lL/s計算是可靠的此時消防設計流量的確定就是關鍵大的工程特別是大型演藝中心歌劇院的舞臺雨淋系統其消防流量可超過100L/S以上穩壓泵流量的流量在1～5L/S之間結合以往《建規》《高規》的設計經驗參考具體工程做法建議穩壓泵流量的流量采用5L/S
B.穩壓泵壓力要求
5.3.3穩壓泵的設計壓力應符合下列要求
1穩壓泵的設計壓力應滿足系統自動啟動和管網充滿水的要求
2穩壓泵的設計壓力應保持系統自動啟泵壓力設置點處的壓力在準工作狀態時大于系統設置自動啟泵壓力值且增加值宜為0.07MPa～0.l00MPa;
3穩壓泵的設計壓力應保持系統最不利點處水滅火設施在準工作狀態時的靜水壓力應大于0.15MPa
依上述要求可以認為穩壓泵壓力在0.22（0.15+0.07）MPa～0.250.15+0.10MPa,此值與按自噴均衡理論計算下的最小壓力0.234MPa相吻合但消火栓系統要求最低壓力為0.25MPa故穩壓泵確保系統的最低壓力值應為0.25MPa穩壓泵的揚程應按穩壓泵所設置的位置來確定位于高位水箱處時應減去水箱到最不利點的幾何高差位于地下室時應加上最不利點到地下室的幾何高差｜
五消防水泵吸水口淹沒深度
消防水泵吸水口淹沒深度的規定是確保消防水泵正常運行的關鍵技術措施之一為此規范5.1.13-4已強條的形式規定消防水泵吸水口的淹沒深度應滿足消防水泵在最低水位運行安全的要求吸水管喇叭口在消防水池最低有效水位下的淹沒深度應根據吸水管喇叭口的水流速度和水力條件確定但不應小于600mm當采用旋流防止器時淹沒深度不應小于200mm
1.不采用旋流防止器時吸水口淹沒深度的確定
規范規定消防水泵吸水管的直徑小于DN250時其流速宜為1.0m/s～1.2m/s直徑大于DN250時宜為1.2m/s～1.6m/s
此條規范是為了避免旋流危害旋流是在泵站進水時因地球自轉的作用進水管處水流產生渦流當渦流大到一定程度時中心區域會講空氣帶入水泵氣體對泵會帶來很大的危通常把這種帶入氣體的渦流叫貫通式漩渦這種漩渦會在進水處形成挾氣渦流帶甚至氣囊對流動產生阻礙又使得泵部件受力不均誘發振動危害很大對離心泵而言吸氣量為1%時離心泵抽水效率將下降15%如圖所示
而避免氣體進入的方法之一就是增加吸水口的淹沒深度有關這方面的研究國內外有很多計算方法而得到的結果也有較大差異比較符合實際的Gordon[3]公式它是以實際資料為基礎推導出來的具有既簡單又方便的計算特點按此公式對泵站進水口淹沒深度進行驗證計算
Gordon公式
其中h--臨界淹沒深度（m）D--吸水口直徑（m）V--吸水口流速（m/s）
c--進水系數（側向進水系數0.73正向進水系數0.55）
計算時先不考慮喇叭口對管徑的放大采取吸水管管徑進行計算由公式可知vD越大h就越大而當吸水管直徑不大于DN250流速取最大為1.2m/sD按0.25m選用則有即規范0.6m的深度大于計算深度滿足使用條件若吸水管直徑等于DN250時當流速取到1.6m/s側向進水c=0.73則h=584mm若吸水管直徑等于DN300時當流速取到1.6m/s正向進水c=0.55則h=482mm
上述計算未考慮吸水喇叭口放大作用如考慮到吸水喇叭口的作用使進水口直徑變大流速減小而流速的減小比直徑增大對計算公式的影響更明顯故按設置喇叭口淹沒深度0.6m的規定是可靠的措施此淹沒深度足以避免渦流挾帶氣體進入泵組
2.采用旋流防止器時吸水口淹沒深度的確定
當淹沒深度的設置受到限制不能滿足0.60m時就得采用旋流防止器（如下圖）
這種旋流防止器能使吸水口的流速減小到到原來的1/6防止了大漩渦的生成減小空氣進入泵組的風險從而使喇叭口上部的液位高度降低成為可能經計算得到管徑和最低水位的關系如下圖
計算可知當吸水口上淹沒深度為200mm以上時對應的吸水管管徑為400mm以上從而規范的200mm滿足要求
在計算消防有效容積時一定要注意此高度不得將此容積計算在有效消防容積內｜
六結論
（1）依規范規定中規定的消防泵特性曲線目前選到合適的消防水泵是不易的采用串并聯的方式是不可取的設計時慎之
（2）采取消防泵房防淹沒措施中排入消防泵房的水量是關鍵性問題只有明確此問題消防泵房防淹沒問題就好解決
（3）規范中室外消火栓供水壓力是按一條水帶長度計算的按六條水帶進行校核時則不能滿足規范要求設計時宜按六條水帶計算且不小于0.25MPa確定
（4）室內消火栓工作壓力的確定需按動靜壓壓力的不同綜合考慮合理計算穩壓泵是消防穩壓增壓系統的關鍵穩壓泵應確保系統的最低壓力值不低于0.25MPa流量不小于5L/s穩壓泵的揚程應按穩壓泵所設置的位置來確定位于高位水箱處時應減去水箱到最不利點的幾何高差位于地下室時應加上最不利點到地下室的幾何高差
（5）規范中給出的消防水泵吸水淹沒深度0.6米的前提條件是不設旋流防止器及吸水管徑不大于DN300吸水淹沒深度為0.2米的前提條件是設旋流防止器及吸水管徑不大于DN400在計算消防有效容積和吸水管設計深度時務必注意特別注意消防容積
參考文獻
[1]消防給水及消火栓系統技術規范GB50974-2014
[2]S2-2004消防設備安裝
[3]鄭雙凌馬吉明陳浩波等.進水口漩渦特性及臨界淹沒水深的研究進展[J]南水北調與水利科技
2010,85:129-132
[4]高等流體力學天津工業大學出版社2005.03
