消火栓給水系統豎向分區探討與計算

胡云龍

摘 要 根據《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014）中對消火栓系統豎向分區的要求，展開討論了豎向分區的目的、依據，并通過計算，總結出常用消火栓給水系統的分區界限。

關鍵詞 消防給水;系統工作壓力;靜壓力;豎向分區

引言

消火栓系統為建筑消防系統中常用系統之一，《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014，以下簡稱“消水規”[1]）對其豎向分區做出了要求，本文主要分析了豎向分區依據并對分區建筑高度進行了計算。

1豎向分區的目的

隨著建筑行業的發展，高層及超高層建筑的增多，建筑高度的增加對消火栓給水系統的供水設備、管材、管件等的要求都有所提高。從各部件的承壓能力、安全可靠性以及經濟合理性等因素出發，勢必要對消火栓系統進行豎向分區[2-3]。

2豎向分區的依據

“消水規”第6.2.1條明確了消火栓系統豎向分區的依據：

（1）系統工作壓力大于2.40MPa;

（2）消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa;

符合上述條件時，消火栓給水系統應分區供水。

系統工作壓力為高壓和臨時高壓消防給水系統在供水時可能存在的最大運行壓力。根據“消水規”及“消水規”圖示[4]8.2.3條可以分四種情況分別計算。

消火栓栓口靜壓為消防給水管網在水靜止時消火栓口的壓力，靜壓最大的點在系統的最低處。根據常用消火栓系統形式可分以下三種情況：①采用高位消防水箱（無穩壓泵）的臨高壓系統，其消火栓栓口靜壓為消防水箱最高水位到最低消火栓栓口高差;②采用高位消防水箱+穩壓泵，穩壓泵設置于高位水箱間的消火栓系統，其栓口靜壓按高位消防水箱最高水位與最低消火栓栓口高差加上穩壓泵的停泵壓力之和計算;③采用高位消防水箱配穩壓泵，穩壓泵設置于低位消防泵房內的消火栓系統，其栓口靜壓可按穩壓泵的停泵壓力減去穩壓泵與最低消火栓栓口高差計算（對于本文中地下室設消火栓的情況，該高差可忽略不計）。

3豎向分區的界限計算

3.1 設計條件的設定與假設

本文設計條件設定如下：地上建筑層高3.0m，消火栓栓口高度1.1m，消防水箱最高水位深h2=1.85m，不設穩壓泵時，為滿足最不利消火栓栓口靜壓大于0.07MPa，最低有效水位距最不利消火栓栓口距離h1取8m，設穩壓泵時，水箱基礎高度0.7m，則最低有效水位距最不利消火栓栓口距離為h1=0.7+（3.0-1.1）=2.6m。消防泵安裝高度距離消防泵房地面高度一般為1m以內，計算時忽略不計。

3.2 對于上述分區依據

“消水規”6.2.2條明確要求，當系統工作壓力大于2.40MPa時，應采用消防水泵串聯或減壓水箱分區供水形式。此條款主要針對超高層建筑，以穩壓泵置于屋頂的臨高壓系統為例，如圖1所示，計算一個分區最大服務建筑高度如下：

系統工作壓力最大為2.40MPa，此壓力為水泵零流量壓力（設計揚程的1.2～1.4倍）+水泵吸水口出靜壓力h，取2m。則水泵設計揚程為H0=（2.4-0.02）/1.2=1.98MPa=198m，為保證最不利消火栓靜壓不低于0.35MPa，根據圖1可知，H1=H0-35-10+（3.0-1.1）=198-35-10+1.9=154.9m，

式中：H0——為消防水泵設計揚程;H1——單個分區系統最大建筑高度;35——最不利栓口壓力;10——管道水頭損失;（3.0-1.1）——最高層高減去栓口高度。

在實際工程設計中，考慮到一定的安全富余量，此最大服務高度建議為140m（包含地下室高度）。

3.3 對于分區依據

主要是針對高層建筑，系統分區可采用減壓閥分區。本文以實際工程中常用的高位消防水箱臨時高壓系統三種情況為例分析。

（1）高位消防水箱不帶穩壓泵

此時最大靜壓消火栓為地下室的消火栓，其消火栓栓口壓力為1.0MPa時，可知H1=100-8=92m，即服務建筑高度大于92m（包含地下室高度）時，需要豎向分區。

（2）高位消防水箱+穩壓泵（置于屋面）

如圖2所示，根據“消水規”圖示15S909第8.2.3條，此時最低點消火栓栓口靜壓為穩壓泵停泵壓力P2+H1-1.1。

P2根據《消防給水穩壓設備選用與安裝》17S205[5]選型舉例，啟泵壓力P1=0.18Mpa，停泵壓力P2=P1/0.80=0.22MPa。則H1=100+1.1-22=79.1m，即系統服務建筑高度大于79.1m時，應豎向分區，需要說明的是此服務高度是基于圖集中所選的穩壓設備停泵壓力計算所得。在實際工程應用中要根據設備選型計算。

（3）高位消防水箱+穩壓泵（置于地下消防泵房）

如圖3所示，與穩壓泵置于屋面不同，當穩壓泵置于地下消防泵房時，為保證最不利點消火栓栓口靜壓不小于0.15MPa，其啟泵及停泵壓力均較大。根據“消水規”圖示，計算如下：

P1≥H1-（3-1.1）+15，①

且P1≥H1+0.7+1.85+10，②

由于地下室設置消火栓，其安裝高度與穩壓泵高度差在實際工程中可以忽略，故系統最大消火栓栓口靜壓為P2， P2=P1/0.85，③。

當P2為1.00MPa時，由①②③計算得H1為71.9m。

4 結束語

通過上述分析和計算， 可以得到以下結論：

（1）從消火栓系統部件的承壓能力、安全可靠性以及經濟合理性等因素出發，需要對消火栓系統進行豎向分區。

（2）對于服務建筑高度大于140m的超高層建筑，應采用消防水泵串聯或減壓水箱的形式進行豎向分區。

（3）對于采用高位消防水箱穩壓的臨高壓系統，無穩壓泵時，服務建筑高度大于92m時，應豎向分區;穩壓泵置于屋頂時，服務建筑高度大于79.1m時，應豎向分區;穩壓泵置于地下消防泵房時，服務建筑高度大于71.9m時，應豎向分區;可采用減壓閥分區。

參考文獻

[1] GB 50974-2014.消防給水及消火栓系統技術規范[S].北京：中國標準出版社，2014.

[2] 王紅玉，賀際章，黃琳琳.消防給水系統的設計壓力和分區壓力[J]. 給水排水，2017， 43（3）：142-144.

[3] 馬林海 郭尚鳴.消防氣壓罐、穩壓泵計算及消火栓系統豎向分區確定[J].工業用水與廢水，2015，46（6）：76-79.

[4] 15S909.《消防給水及消火栓系統技術規范》圖示[S].北京：中國標準出版社，2014.

[5] 17S205.消防給水穩壓設備選用與安裝[S].北京：中國標準出版社，2018.