（一）消火栓系统计算

1.室内消火栓系统的计算

（1）计算消火栓的间距。按GB50045—95《高层民用建筑设计防火规范》要求，消火栓的间距应保证同层任何部位有两个消火栓的水枪充实水柱同时到达。查《建筑给排水设计手册》，水龙带长度取Ld=20m，展开时的弯曲折减系数C取0.8，充实水柱长度Hm=12m。

则消火栓保护半径

消火栓采用单排布置时，其间距为

据此，应在走道上布置消火栓间距小于23m才能满足要求。另外，消防电梯的前室也必须设置消火栓。

（2）计算消火栓口处所需压力。查表，选用DN65的消火栓，喷口直径d=19mm，喷口系数B=1.577，ф=0.0097，实验系数αf=1.21，麻织水龙带Az=0.00430，查手册可知水枪实际喷射流量qxh=5.2L/s>5L/s，故消防流量采用5.2L/s。

水枪喷嘴压力

水龙带的沿程水头损失

即消火栓栓口处所需水压

式中　Hk——消火栓栓口水头损失，按2mH2O计算。

（3）消防管管径的确定。

1）消火栓立管计算。每根消防立管应保证同时有三股水柱作用。估算通过流量Q=3×5.2=15.6（L/s），消防立管管径取DN=100mm，1000i=65.0，相应流速v=1.80m/s<2.5m/s的允许流速，符合规范（其具体计算见表8-28）。

2）消火栓环管计算。根据规范，该建筑室内消防水量40L/s，故考虑8股水柱同时作用，估算流量Q=8×5.2=41.6（L/s），采用DN150mm管，1000i=77.70，相应流速v=2.45m/s<2.5m/s的允许流速，符合规范（其具体计算见表8-28）。

表8-28　高区消火栓系统水力计算

（4）消防泵扬程和流量的确定。

1）消防流量

2）消防扬程

式中　Hb——消火栓泵扬程，mH2O；

Hxh——最不利点水枪喷嘴所需水压，mH2O；

Hz——最不利点消火栓栓口与贮水池最低水位标高高差，mH2O；

∑h——消防水泵吸水管至最不利点消火栓之间管道的水头损失，mH2O。

∑h的计算，选择一条最不利管线，消防系统计算草图如图8-20所示：按照最不利点消火栓的流量分配要求，最不利消防立管即图8-20中X1立管上出水水枪为3支，相邻消防立管X2上出水枪为3支，立管X3上考虑2支水枪。

管路总水头损失为

则消火栓水泵扬程为

根据室内消防用水量，应设置三套地上式水泵结合器，型号为SQ100。

按消火栓灭火总用水量Qx=41.6L/s，扬程Hb=93.39mH2O，选得XBD10/50—DLX型消防水泵两台，一用一备。各项参数见表8-29。

表8-29　消防水泵参数

图8-20　消防系统计算草图

（5）减压孔板的设计计算。为了使各层消火栓出流量接近设计值，防止消火栓在大压力下流量过大致使消防水量快速用完，需在下面几层消火栓栓口前装设减压孔板，以降低消火栓处压力，保证各层消火栓正常使用。根据规范要求，消火栓栓口压力不大于50mH2O，减压孔板孔径根据《给水排水设计手册》（第二册）确定，且减压孔板设计根据最不利立管进行，其余立管均应满足要求而不致出现水压不足。

1）各层消火栓处剩余水头H0

2）换算剩余水头

式中　H＇——修正后的剩余水头，mH2O；

v——水流通过孔板后实际流速，m/s；

H0——设计的剩余水头，m。

减压孔板计算见表8-30。

表8-30　消火栓系统减压孔板计算

注　1.最低水位为—3.8m。
2.总水损考虑沿程水损和局部水损，局部水损按沿程的10％计。
3.7F消火栓栓口压力为21.23+32.08=52.31（m）>50（m）。
4.8F消火栓栓口压力为21.23+27.71=48.94（m）<50（m），因此在8F以下设减压孔板。
5.H＇=H0/v2，其中消火栓处管径为70mm，

（6）减压阀的计算。

1）低区消火栓的水力计算。计算草图如图8-20所示。按照最不利点消火栓的流量分配要求，最不利消防立管即图8-20中X1＇立管上出水水枪为3支，相邻消防立管X2＇上出水枪为3支，立管X3＇上考虑2支水枪。

表8-31　低区消火栓系统水力计算

2）阀后压力的确定。由表8-31低区水力计算可得：

减压阀至低区最不利点消火栓的水损为1.1×7.03=7.73（m）。

消火栓口所需水压23.13m，最不利消火栓至减压阀的高差为3.1m，则减压阀后的水压为23.13+7.73+3.1=33.96（m）。

3）阀前压力的确定。由表8-31可得：

消防水泵至减压阀的水损为1.1×6.03=6.63（m），水泵出水管至减压阀的高差为14.4—（—3.8）=18.2（m），阀前压力为93.39—6.63—18.2=68.56（m）。

选用型号为Y110型供水减压阀。

（7）消防水池和消防水箱的容积确定。

1）消防水池容积计算。根据规范，当室外给水管网能保证室外消防用水量时，消防水池的有效容量应满足在火灾延续时间内室内消防用水量的要求；当室外给水管网不能保证室外消防用水量时，消防水池的有效容量应满足火灾延续时间内消防用水量和室外消防用水量不足部分之和的要求。

本设计中，由高层民用建筑消火栓给水系统用水量表可知，室外消火栓用水量30L/s，而室内消火栓用水量41.6L/s，室外给水管网流量为15.49L/s，未能满足室外消防用水量。

考虑火灾持续3h的水量为（30—15.49+41.6）×3×3600/1000=605.988（m3），本建筑为中危险级，自动喷淋所需水量[火灾持续时间1h，作用面积160m2，喷水强度6L/（min·m2）]为160×6/60×3600/1000×1.1=63.36（m3）。

则消防共用水605.988+63.36=669.348（m3）（取670m3）。

经过以上的计算得消防水池有效容积为670m3，层高为6.0m，取水池尺寸为15m×12m×4m，其中0.28m的保护高，水池高度为4.0m，水池底标高—4.20m，水池顶标高—0.20m。

2）消防水箱容积计算。消防水箱贮水量按10min的室内消防用水量计算。当室内消防用水量不超过25L/s，经计算水箱消防储水量超过12m3时，仍可采用12m3；当室内消防用水量超过25L/s，经计算水箱消防储水量超过18m3时，仍可采用18m3。

本设计中，室内消防用水量为41.6+160×6/60×1.1=59.2（L/s）>25（L/s）。

则Vf=59.2×10×60=35520L=35.52（m3），但是室内消防用水量超过25L/s，经过计算水箱消防储水量超过18m3时，仍可采用18m3，在此可按18m3设计，取消防水箱尺寸为4m×4m×1.5m，1.5m中包括0.3m的保护高度，水箱高度为1.5m。取垫高为0.3m，则水箱底标高57.60m，水箱顶标高58.30m。

（8）消防水箱高度的校核。水箱间消防水箱的出水口标高为57.60+0.10=57.70（m），最不利消火栓的标高为50.70+1.10=51.80（m），消防水箱供给最不利消火栓的静压57.70—51.80=5.9（m）<7（m），不满足规范要求，需要气压罐加压。

2.室外消火栓系统的计算

根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）消火栓给水系统的用水量，室外消火栓用水量为30L/s，室外消火栓的数量应根据室外消火栓用水量经计算确定，每个消火栓的用水量应为10～15L/s。本设计中取10L/s，则需要布置3个室外消火栓，连接在室外给水环网上。

（二）自动喷水灭火系统计算

1.系统的设计数据

根据《建筑灭火设计手册》确定火灾危险等级划分，确定该建筑物喷水灭火系统的基本设计数据。基本设计数据通常包括喷水强度、作用面积、喷头动作数、每只喷头保护面积、最不利处喷头压力以及理论供水量等。

最不利处喷头压力一般情况为1.0 MPa，最低不得小于0.05 MPa，主要根据喷头特性和喷水强度要求决定。本设计中建筑物属于中危险级Ⅰ级，则设计喷水强度qp=6L/（min·m2），喷头工作压力为0.1 MPa，设计喷水量为20L/s。

查《建筑给排水设计手册》知本建筑的仓库属于堆垛储物仓库危险级Ⅰ级，其喷头正方形布置边长最大3.4m，喷头距离墙不小于0.6m，不大于1.8m；其余属中危险级Ⅰ级，喷头正方形布置边长最大3.6m，喷头间距不宜小于2.4m，喷头距墙不小于0.6m，不大于1.8m；可以各根据实际情况调整喷头距离。在最不利层设置末端试压装置，其余层均设置泄水阀，废水排入专设的废水立管内。

室内最高温度40℃，故厨房采用93℃直立型喷头，仓库采用68℃直立型喷头，客房采用GB—HSW型边墙扩展型喷头外，其余处均采用68℃吊顶型喷头。设计喷水强度qp=6L/（min·m2），计算作用面积A=160m2，最不利点处喷头的工作压力不应低于0.05 MPa。

2.自动喷淋系统的水力计算

（1）喷头的出流量计算。GB 50084—2001《自动喷水灭火系统设计规范》第9.1.1条规定：喷头的流量应按下式计算

式中　q——喷头出水量，L/min；

P——喷头工作压力，MPa；

Κ——喷头流量系数。

系统最不利点处喷头的工作压力应计算确定。

1）喷头出水量

2）理论流量

3）设计流量

（2）系统各管道的水力计算。根据喷头个数按管道估算表初选管径，15F作用面积内喷头出水量均按0.94L/s计，其余各层喷头出水量均按1.33L/s计。对系统各管道编号进行水力计算。

根据规范，系统设计流量的计算，应保证任意作用面积内的平均喷水强度不低于qp=6L/（min·m2），最不利点处作用面积内任意4个喷头围合范围内的平均喷水强度不应低于qp=6L/（min·m2）的85％。为确保作用面积内喷头布置合理，任意4个喷头平均喷水强度为80/（3.4×3.4）=6.92[L/（min·m2）]>6[L/（min·m2）]，符合规范。最不利点作用面积内任意4个喷头平均喷水强度为56.56/（3×3）=6.28[L/（min·m2）]>6[L/（min·m2）]的85％，符合规范。

每米管道的水头损失按下式计算

式中　i——每米管道的水头损失，MPa/m；(www.daowen.com)

v——管道内的平均流速，m/s；

dj——管道的计算内径，取值应按管道的内径减1mm确定，m。

设计流速时，管道内的水流速度宜采用经济流速，钢管一般不宜大于5m/s，必要时可超过5m/s，但不应大于10m/s。此设计中，可按下式计算

式中　v——流速，m/s；

Q——计算管段流量，L/s；

KC——计算管段流速系数，其选值见表8-32，m/L。

表8-32　流速系数KC值

1）茶楼层A组作用面积保护线（图8-21）（实际作用面积A1=164.36m2），计算结果见表8-33。

表8-33　茶楼层A组自动喷水管网水力计算

注　沿程水损按式h1=i L计算。

图8-21　茶楼层A组作用面积保护线

2）三层B组作用面积保护线（图8-22）（计算过程略）。

3）二层C组作用面积保护线示意图（图8-23）（计算过程略）。

3.自动喷淋水泵的选择

（1）流量确定。水泵流量应按4个报警阀组控制的灭火区域最大流量计。经计算，Q=31.92L/s作为选泵参数。

图8-22　三层B组作用面积保护线示意图

图8-23　二层C组作用面积保护线示意图

（2）扬程确定。水泵扬程应按报警阀组控制的灭火区域最不利点压力计。自动喷水立管选用DN100钢管，Q=22.56L/s，湿式报警阀的比阻值S=0.00302，则湿式报警阀的水损为Hkp=SQ2=0.00302×22.562=1.54（mH2O）；立管每米管道的水头损失i=1.45 MPa/m，管道总长为L=58.2m，管道局部水头损失h2取管道沿程水头损失的20％。则最不利点至湿式报警阀管道总水头损失为

此外，喷头出流压力为0.05 MPa，泵房水损以2m计，则自动喷淋泵扬程

式中　Hpb——自动喷淋泵扬程，mH2O；

Hz——最不利点喷头出口与贮水池最低水位标高差，mH2O；

Hpk——湿式报警阀的水头损失，mH2O；

H3——最不利喷头的工作压力，取5mH2O；

∑h——自喷泵吸水管至最不利点喷头之间管道的水头损失，mH2O。

按自动喷头灭火总用水量Q=31.92L/s，扬程Hb=86.01m，选得消防水泵型号为XBD9/30—QL两台，一用一备，各项参数见表8-34。

表8-34　生活给水水泵参数

4.减压孔板的计算

为了使各层喷头出流量接近设计值，防止喷头在大压力下流量过大致使水量快速用完，需在下面几层配水管入口前装设减压孔板，以降低喷头处压力，保证各层喷头正常使用。根据规范要求，中危险级场所中各配水管入口压力均不宜大于0.4 MPa，则要求在配水管入口压力大于0.4 MPa处设置减压孔板，使喷头喷水流量压力不宜过大而损坏喷头，影响喷数灭火效果（表8-35）。减压孔板孔径根据《给水排水设计手册》（第二册）确定。

表8-35　茶楼层A组减压孔板计算表

注　1.最低水位为—3.8m。
2.4～14F客房内的引入管至喷头的水损按10.00m考虑。
3.总水损考虑沿程水损和局部水损，局部水损按沿程的20％计。
4.4F配水管压力为40.40m>40m。
5.5F配水管压力为36.53m<40m，因此只在4F引入管上设减压孔板。
6.H＇=H0/v2，其中引入处管径为100mm，，则H＇=H0/2.872。

（1）各层引入管处剩余水头H0

式中　H3——喷头出口压力，茶楼层为5mH2O，其他层均为10mH2O。

（2）换算剩余水头

式中　H＇——修正后的剩余水头，mH2O；

v——水流通过孔板后实际流速，m/s；

H0——设计的剩余水头。

其余组减压孔板计算略。

5.校核消防水箱的安装高度（表8-36）

根据《建筑防火规范》可知，在校核15F最不利喷头时，最不利的情况为水箱—湿式报警阀—最不利喷头的供水方式，可以按作用面积内最不利处4个喷头开启计算前10min的水量，即Q=4L/s，且保证最不利点有0.05 Mpa的压力，在此选用高区最不利处的4个喷头1、2、3、4工作，计算草图见茶楼层A组作用面积保护线图8-22。

表8-36　校核最不利喷头水力计算表

续表

湿式报警阀的水损为Hkp=SQ2=0.00302×42=0.05（mH2O）；立管每米管道的水头损失i=0.05 MPa/m，管道总长为L=154.1m，管道局部水头损失h2取管道沿程水头损失的20％。

则水箱至最不利喷头管道总水头损失为

最不利喷头的压力为

不能满足规范的压力要求。

因此，本设计采用气压罐增压设备，设在高位水箱层内。

6.气压罐加压设备的计算

（1）气压罐调节容积Vsb。在双电源条件下，气压罐容积按5个喷头和2个消火栓工

作10～30s消防水量计，本设计取t=30s。即Vsb=30×（5+10）=450（L）。

（2）气压罐最小工作压力P1。其最小工作压力必须满足最不利喷头所需压力

式中　Hx——15F喷水管网标高，m；

h1——水箱至报警阀管网的水头损失，m；

h2——报警阀至最不利喷头管网的水头损失，m；

h3——最不利喷头所需工作压力，mH2O；

Hkp——报警阀的水头损失，mH2O；

Hc——水箱出水口标高，m。

则

又，本设计采用0.75。则气压罐最大工作压力P2=5.48mH2O

气压罐平均压力

根据Q=14L/s，P=Pcp=4.8mH2O，选两台GDR100—21型管道泵，一用一备。其参数：Q=60m3/h=16.7L/s，H=21m，n=2900r/min，气压罐选用SN1000—0.6型号囊状隔膜自动气压罐。

（三）气体灭火系统的计算

1.气体灭火系统的特点

在—1F变配电房、发电机房和1F的消防控制中心采用WLQF柜式无管网七氟丙烷灭火装置。

WLQF柜式无管网七氟丙烷灭火装置是一种预制的、以全淹没方式灭火、独立成套、可移动的灭火设备，它安装灵活方便、外形美观、灭火剂无管网损失、灭火效率高。可以与消防控制中心相连接，由火灾报警灭火控制器驱动实施自动灭火；也可以单独配装自动灭火控制器，自成系统。

2.柜式无管网灭火装置系统的技术参数

灭火形式：全淹没。

灭火剂储瓶充装压力：（20℃）2.5 MPa。

最大压力：（20℃）3.4 MPa。

灭火剂喷放时间：≤10s。

灭火剂最大充装密度：≤1150kg/m3。

启动瓶充装氮气压力：6.0 MPa。

使用温度：0～50℃。

3.柜式无管网灭火装置的设计

选用隐藏式喷嘴灭火装置，其技术参数见表8-37。

表8-37　隐藏式喷嘴灭火装置技术参数

注　表中技术参数的前提条件是保护区为理想的密闭空间。

表8-37中灭火剂设计浓度为8％，七氟丙烷灭火剂过热蒸汽比容为0.13716（20℃）。储瓶残余量为储瓶虹吸管管口以下的残余灭火剂。