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摘要：目前大空间中庭建筑越来越多，结合南京某教堂消防工程设计，提出非仓库类高大净空场所室内消火栓充实水柱的设计要求；自动扫描射水高空水炮的使用；消防增压稳压设备的计算，供设计参考。
关键词：教堂 室内消火栓 自动扫描射水高空水炮 增压稳压系统
中图分类号：B977文献标识码：A文章编号：
引言
南京某教堂为文化建筑，容纳800人的教堂由教堂主体建筑和24米高的圣塔组成，基地占地面积1926m2，总建筑面积约为3473.21m2。教堂主体建筑地上3层，地下2层，建筑标志宽度12.2m，建筑长度约为51.2m，檐高16.10m，主楼最大净空高度为11.6米。消防用水水源来自城市自来水，常年稳定供水压力为0.35 Mpa，分别从地块西侧和南侧引入2 路均为DN150的给水管。并在建筑四周形成环状，供本建筑的生活和消防用水。
1 消火栓系统设计
1.1 消火栓用水量：
根据《建筑设计防火规范》GB50016-2006(以下简称“建规”)第8.4.1.2条，室内消火栓用水量应根据水枪充实水柱长度和同时使用水枪数量经计算确定，且不小于表8.4.1的规定。
1.2 消火栓水力计算
水枪充实水柱长度（按最大净空高度11.6米计）：
Sk=(H1-H2)/sinα
=（11.6-1.0）/sin60=12.30m
式中 Sk——水枪充实水柱的长度（m）；
H1——室内最高着火点离地面高度（m）；
H2——水枪喷嘴离地面高度（m），一般取1.0m；
——水枪的上倾角。
根据《给排水设计手册》第二版，查表6.2-15可得：室内消火栓口径DN65，直流水枪φ19，当水枪充实水柱长度为12.5m时，一支水枪的流量为5.4L/s，栓口压力为：18.5m。
查“建规”中表8.4.1得: 同时使用水枪数量为2支
计算得室内消火栓用水量为：10.8L/s（每支水枪流量为5.4L/s），选择室内消火栓用水量为：15L/s，大于表8.4.1中座位数800~1200的会堂、礼堂室内消火栓用水量10L/s的规定，符合规范要求。
从市政接入口至最不利消火栓的距离约55.0m，高差约5.0m，则最不利处消火栓压力：
35-1.05x（55.0x0.01+5+2）=27.07>18.5mH2O
其中 2——低阻力防倒流阀水头mH2O；
0.01——单位水头损失mH2O/m。
1.05——考虑局部水头损失取值。
满足室内消火栓用水压力要求，所以室内消火栓系统采用常高压系统，由市政给水管网直接供给。
2 自动喷水灭火系统
2.1 自喷系统选型
根据《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084-2001（2005年版）（以下简称“喷规”）。
表1 自喷系统设计参数
2.2 自喷系统水力计算
比较表1， 高空水炮系统设计基本参数和普通喷头主要技术参数得知，一个高空水炮的工作压力远远超过普通标准喷头；所以，在同一高度上计算水泵扬程时选择高空水炮为最不利。
H =1.05（∑h+P0+Z+Z0）
=1.05（0.12+0.6+0.20）
=0.97MPa
式中 H——水泵扬程（MPa）；
∑h——管道沿程和局部水头损失的累计值（MPa），水流指示器取0.02Mpa，∑h=（23x0.030+16.5x0.00749）x1.2/10+0.02=0.12MPa；
P0——最不利点处喷头（水炮）的工作压力（MPa），0.6 MPa；
Z——最不利点处喷头与消防水池（消防水池位于地下二层）的最低水位的高程差（MPa），0.2 MPa。
3稳压系统
由于屋顶无法设置屋顶消防水箱，因此地下二层设稳压泵以维持自喷系统压力。
3.1 稳压系统水量：
3.1.1 依据《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001（2005年版）第10.3.2条规定：不设高位消防水箱的建筑，系统应设气压供水设备。气压供水设备的有效容积，应按系统最不利处4只喷头在最低工作压力下的10min用水量确定。
4只喷头10min的用水量为：4x1.33x10x60=3192（L）
3.1.2 依据《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》CECS263:2009第9.3.11条规定：无条件设置高位水箱时或水箱高度不能满足第9.3.2条规定（第9.3.2条规定：高位水箱底的安装高度应大于最高一个灭火装置的安装高度1m）时，应设置隔膜式气压稳压装置，稳压泵流量宜为1个喷头（水炮）标准喷水流量，压力应保证最不利一个灭火装置处的最低工作压力要求。气压罐的有效调节容积不应小于150L。
因此，气压罐的有效调节容积为3192L=3.192m3。
气压罐的总容积(m3)≈17.0(m3)
式中 V——气压水罐的总容积（m3）；
——气压罐的容积系数，隔膜式水罐宜为1.05；
——气压罐内最低工作压力和最高工作压力之比，宜取0.65~0.85，取0.80。
3.2 稳压系统扬程计算
以水炮系统为例计算：
P1=∑h+H0+Hr+Z
=0.10+0.6+0.02+0.20
=0.92MPa
式中 P1——气压水罐的充气压力（消费需要的压力）（MPa）；
∑h——管道沿程和局部水头损失的累计值（MPa），∑h=（23x0.030+16.5x0.00749）x1.2/10=0.10MPa；
H0——最不利点处喷头（水炮）的工作压力（MPa），0.6 MPa；
Hr——水流指示器的局部水头损失（MPa），0.02 MPa；
Z——最不利点处喷头与消防水池的最低水位的高程差（MPa），0.20MPa。
PS1=P2+0.03=1.17+0.03=1.20(MPa)
PS2=PS1+0.06=1.20+0.06=1.26(MPa)
式中 P2——消防泵启动压力(MPa)；
Ps1——增压稳压水泵启动压力(MPa)；
Ps2——增压稳压水泵停泵压力(MPa)。
3.3 稳压系统选型
自喷增压稳压设备型号（参照国标图集98S205）为：ZW（L）-Ⅱ-Z-0.6
立式隔膜式气压罐（2个）：SQL9400*1.6=0.80 V标定容积=1800L
配用水泵：25LGW3-10x14N=4.0kw 一用一备
气压罐：2个 直径为2.0m高为3.0m 承压1.6MPa
压力参数：P1=0.92MPaP2=1.17 MPaPS1=1.20 MPaPs2=1.26 MPa
4结论
4.1 由于室外市政给水管网水量及压力能满足室内消火栓系统要求，所以室内消火栓系统采用常高压系统。
4.2 二层圣殿主会堂顶部梁为十字拱结构，且按宗教习惯，教堂建筑不能设置吊顶，设计中必须尽量减少管道数量及管道的隐藏布置，且由于空间高度较高，采用其他自动喷水灭火系统难以有效的探测、扑灭及控制火灾，所以本工程主会堂采用自动扫描射水高空水炮。
4.3 建筑外形为壳体建筑，若将屋顶水箱设置在屋面上将严重影响建筑外立面的美观，为了满足建筑美观的要求同时又满足消防要求，所以本工程自喷稳压系统采用下置式增压稳压设备，須在底层水泵房设置增压稳压系统。
4.4 气压稳压罐容积较大，因此设计两个气压罐，以减少施工难度。
参考文献：
[1]《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）.中国计划出版社,2006年
[2]《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）.中国计划出版社,2005年
[3]《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001）.中国计划出版社,2005年
[4]《旋转型喷头自动喷水灭火系统技术规程》（CECS213：2006）.中国计划出版社,2006年
[5] 国家建筑标准设计图集（95S205）.《消防增压稳压设备选用及安装（隔膜式气压罐）》中国建筑标准设计研究院出版,2006年
[6] 黄晓家,姜文源.《自动喷水灭火系统设计手册》.中国建筑工业出版社,2005年
[7]《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》建设部工程质量安全监督与行业发展司中国建筑标准设计研究所出版2003年，《全国民用建筑工程设计技术措施》编委会 主编
[8] 樊建军,梅胜,何芳.《建筑给水排水及消防工程》.中国建筑工业出版社,2006年
[9] 刘日存.浅谈闭式自动喷水灭火系统在非仓库类高大净空场的应用[J]，广东科技,2007,(11):244-245
[10] 杨丙杰; 陈民.高大净空场所采用闭式自动喷水灭火系统的应用研究[J],给水排水,2005(12):71-74
关键词：教堂 室内消火栓 自动扫描射水高空水炮 增压稳压系统
中图分类号：B977文献标识码：A文章编号：
引言
南京某教堂为文化建筑，容纳800人的教堂由教堂主体建筑和24米高的圣塔组成，基地占地面积1926m2，总建筑面积约为3473.21m2。教堂主体建筑地上3层，地下2层，建筑标志宽度12.2m，建筑长度约为51.2m，檐高16.10m，主楼最大净空高度为11.6米。消防用水水源来自城市自来水，常年稳定供水压力为0.35 Mpa，分别从地块西侧和南侧引入2 路均为DN150的给水管。并在建筑四周形成环状，供本建筑的生活和消防用水。
1 消火栓系统设计
1.1 消火栓用水量：
根据《建筑设计防火规范》GB50016-2006(以下简称“建规”)第8.4.1.2条，室内消火栓用水量应根据水枪充实水柱长度和同时使用水枪数量经计算确定，且不小于表8.4.1的规定。
1.2 消火栓水力计算
水枪充实水柱长度（按最大净空高度11.6米计）：
Sk=(H1-H2)/sinα
=（11.6-1.0）/sin60=12.30m
式中 Sk——水枪充实水柱的长度（m）；
H1——室内最高着火点离地面高度（m）；
H2——水枪喷嘴离地面高度（m），一般取1.0m；
——水枪的上倾角。
根据《给排水设计手册》第二版，查表6.2-15可得：室内消火栓口径DN65，直流水枪φ19，当水枪充实水柱长度为12.5m时，一支水枪的流量为5.4L/s，栓口压力为：18.5m。
查“建规”中表8.4.1得: 同时使用水枪数量为2支
计算得室内消火栓用水量为：10.8L/s（每支水枪流量为5.4L/s），选择室内消火栓用水量为：15L/s，大于表8.4.1中座位数800~1200的会堂、礼堂室内消火栓用水量10L/s的规定，符合规范要求。
从市政接入口至最不利消火栓的距离约55.0m，高差约5.0m，则最不利处消火栓压力：
35-1.05x（55.0x0.01+5+2）=27.07>18.5mH2O
其中 2——低阻力防倒流阀水头mH2O；
0.01——单位水头损失mH2O/m。
1.05——考虑局部水头损失取值。
满足室内消火栓用水压力要求，所以室内消火栓系统采用常高压系统，由市政给水管网直接供给。
2 自动喷水灭火系统
2.1 自喷系统选型
根据《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084-2001（2005年版）（以下简称“喷规”）。
表1 自喷系统设计参数
2.2 自喷系统水力计算
比较表1， 高空水炮系统设计基本参数和普通喷头主要技术参数得知，一个高空水炮的工作压力远远超过普通标准喷头；所以，在同一高度上计算水泵扬程时选择高空水炮为最不利。
H =1.05（∑h+P0+Z+Z0）
=1.05（0.12+0.6+0.20）
=0.97MPa
式中 H——水泵扬程（MPa）；
∑h——管道沿程和局部水头损失的累计值（MPa），水流指示器取0.02Mpa，∑h=（23x0.030+16.5x0.00749）x1.2/10+0.02=0.12MPa；
P0——最不利点处喷头（水炮）的工作压力（MPa），0.6 MPa；
Z——最不利点处喷头与消防水池（消防水池位于地下二层）的最低水位的高程差（MPa），0.2 MPa。
3稳压系统
由于屋顶无法设置屋顶消防水箱，因此地下二层设稳压泵以维持自喷系统压力。
3.1 稳压系统水量：
3.1.1 依据《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001（2005年版）第10.3.2条规定：不设高位消防水箱的建筑，系统应设气压供水设备。气压供水设备的有效容积，应按系统最不利处4只喷头在最低工作压力下的10min用水量确定。
4只喷头10min的用水量为：4x1.33x10x60=3192（L）
3.1.2 依据《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》CECS263:2009第9.3.11条规定：无条件设置高位水箱时或水箱高度不能满足第9.3.2条规定（第9.3.2条规定：高位水箱底的安装高度应大于最高一个灭火装置的安装高度1m）时，应设置隔膜式气压稳压装置，稳压泵流量宜为1个喷头（水炮）标准喷水流量，压力应保证最不利一个灭火装置处的最低工作压力要求。气压罐的有效调节容积不应小于150L。
因此，气压罐的有效调节容积为3192L=3.192m3。
气压罐的总容积(m3)≈17.0(m3)
式中 V——气压水罐的总容积（m3）；
——气压罐的容积系数，隔膜式水罐宜为1.05；
——气压罐内最低工作压力和最高工作压力之比，宜取0.65~0.85，取0.80。
3.2 稳压系统扬程计算
以水炮系统为例计算：
P1=∑h+H0+Hr+Z
=0.10+0.6+0.02+0.20
=0.92MPa
式中 P1——气压水罐的充气压力（消费需要的压力）（MPa）；
∑h——管道沿程和局部水头损失的累计值（MPa），∑h=（23x0.030+16.5x0.00749）x1.2/10=0.10MPa；
H0——最不利点处喷头（水炮）的工作压力（MPa），0.6 MPa；
Hr——水流指示器的局部水头损失（MPa），0.02 MPa；
Z——最不利点处喷头与消防水池的最低水位的高程差（MPa），0.20MPa。
PS1=P2+0.03=1.17+0.03=1.20(MPa)
PS2=PS1+0.06=1.20+0.06=1.26(MPa)
式中 P2——消防泵启动压力(MPa)；
Ps1——增压稳压水泵启动压力(MPa)；
Ps2——增压稳压水泵停泵压力(MPa)。
3.3 稳压系统选型
自喷增压稳压设备型号（参照国标图集98S205）为：ZW（L）-Ⅱ-Z-0.6
立式隔膜式气压罐（2个）：SQL9400*1.6=0.80 V标定容积=1800L
配用水泵：25LGW3-10x14N=4.0kw 一用一备
气压罐：2个 直径为2.0m高为3.0m 承压1.6MPa
压力参数：P1=0.92MPaP2=1.17 MPaPS1=1.20 MPaPs2=1.26 MPa
4结论
4.1 由于室外市政给水管网水量及压力能满足室内消火栓系统要求，所以室内消火栓系统采用常高压系统。
4.2 二层圣殿主会堂顶部梁为十字拱结构，且按宗教习惯，教堂建筑不能设置吊顶，设计中必须尽量减少管道数量及管道的隐藏布置，且由于空间高度较高，采用其他自动喷水灭火系统难以有效的探测、扑灭及控制火灾，所以本工程主会堂采用自动扫描射水高空水炮。
4.3 建筑外形为壳体建筑，若将屋顶水箱设置在屋面上将严重影响建筑外立面的美观，为了满足建筑美观的要求同时又满足消防要求，所以本工程自喷稳压系统采用下置式增压稳压设备，須在底层水泵房设置增压稳压系统。
4.4 气压稳压罐容积较大，因此设计两个气压罐，以减少施工难度。
参考文献：
[1]《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）.中国计划出版社,2006年
[2]《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）.中国计划出版社,2005年
[3]《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001）.中国计划出版社,2005年
[4]《旋转型喷头自动喷水灭火系统技术规程》（CECS213：2006）.中国计划出版社,2006年
[5] 国家建筑标准设计图集（95S205）.《消防增压稳压设备选用及安装（隔膜式气压罐）》中国建筑标准设计研究院出版,2006年
[6] 黄晓家,姜文源.《自动喷水灭火系统设计手册》.中国建筑工业出版社,2005年
[7]《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》建设部工程质量安全监督与行业发展司中国建筑标准设计研究所出版2003年，《全国民用建筑工程设计技术措施》编委会 主编
[8] 樊建军,梅胜,何芳.《建筑给水排水及消防工程》.中国建筑工业出版社,2006年
[9] 刘日存.浅谈闭式自动喷水灭火系统在非仓库类高大净空场的应用[J]，广东科技,2007,(11):244-245
[10] 杨丙杰; 陈民.高大净空场所采用闭式自动喷水灭火系统的应用研究[J],给水排水,2005(12):71-74