室内消火栓环状给水管网的研究

论文摘要

室内消火栓系统作为国家规范强制要求设置的消防设施,是扑救高层民用建筑火灾的重要手段。室内消火栓系统给水管道有枝状管网和环状管网两种形式。环状管网的各个竖管彼此相通,水流四通八达,供水能力比枝状管网大,在火场需要增大供水量时,通过水泵接合器和环状管网可以满足火场的需要;同时供水安全可靠,在管网某管段维修或发生故障时,仍能保证火场供水。《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）8.4.2条第1款规定:“室内消火栓超过10个且室外消防用水量大于15L/s时,其消防给水管道应连成环状。”《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-94,2005年）7.4.1条规定:“室内消防给水管道应布置成环状。”由此可见,建筑物体积大于5000m3的建筑室内消火栓系统给水管道都要求是环状管网。本文在阐述室内消火栓系统的组成、特点的基础上,分析研究了消火栓系统不同的环网供水方式。在实际工程中可根据建筑物结构的不同选择不同的供水方式。供水方式的选择直接影响系统的投资经济性、运行可靠性等多方面问题,关系到系统压力平衡以及水泵、水箱设置、管道布置等多方面的重要问题,往往决定着系统的成功与失败,是给排水设计人员在高层项目设计中首先要解决的问题。目前我国室内消火栓环状给水管网水力计算,工程设计中通常采用估算法,或将环状管网简化为枝状管网,计算结果与实际运行有较大误差,造成消火栓给水泵的选择或系统减压不合理。本文采用有限元法分析室内消火栓给水管网的数学模型,建立管网整体矩阵,应用对称正定方程组的平方根法求解管网水力平衡方程,得出各项水力要素。编写通用电算程序,能快捷准确进行水力计算,在精度上远高于目前的近似计算。用有限元法建立消火栓系统管网水力计算数学模型,比较接近管网中水流形态,具有方法简单,输入原始数据少,迭代收敛速度快,计算精确的优越性。该方法也可以被借鉴到室内外给水管网的设计计算,将极大提高设计工作的效率。本论文只是提供了环网水力计算的一种切实可行的计算方法,对于整套计算软件的编制还需与专业编程人员密切配合。此软件的开发将是管网设计工作的一次重大进步。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 火灾的形成条件及发展过程
• 1.1.1 燃烧的条件
• 1.1.2 火灾发展的过程
• 1.2 我国的消防现状
• 1.2.1 目前我国的消防模式
• 1.2.2 目前建筑消防的主要措施
• 1.2.3 高层民用建筑的分类和耐火等级
• 1.3 消火栓灭火系统的地位及现状
• 1.4 课题研究的内容及意义
• 2 消火栓给水系统综述
• 2.1 消火栓给水系统的组成
• 2.2 消火栓给水系统的主要部件
• 2.2.1 消火栓
• 2.2.2 消防水箱
• 2.2.3 消防水泵
• 2.2.4 水泵接合器
• 2.2.5 消防水池
• 2.2.6 辅助供水设备
• 2.2.7 减压设备
• 3 室内消火栓系统的供水方式及其性能研究
• 3.1 消火栓系统的供水方式
• 3.1.1 按用途
• 3.1.2 按压力
• 3.1.3 按管网形式
• 3.1.4 按建筑高度决定是否分区供水
• 3.2 不分区室内消火栓给水系统
• 3.3 并联分区供水室内消火栓给水系统
• 3.3.1 低区利用外网压力供水的并联分区
• 3.3.2 分泵供水的并联分区
• 3.3.3 变频调速泵供水的并联分区
• 3.3.4 多出口泵供水的并联分区
• 3.3.5 减压阀减压供水的并联分区
• 3.3.6 减压水箱减压供水的并联分区
• 3.4 串联分区供水室内消火栓给水系统
• 3.4.1 串联水泵供水的串联分区
• 3.4.2 串联水箱供水的串联分区
• 3.5 消火栓系统的给水方式的选择
• 3.6 本章小结
• 4 环状管网水力计算的研究
• 4.1 消火栓系统环状管网的水力计算
• 4.1.1 流量分配
• 4.1.2 局部水头损失的计算
• 4.2 室内消火栓管网的数学模型
• 4.2.1 数学模型
• 4.2.2 水力计算程序
• 4.2.3 电算程序框图
• 4.3 本章小结
• 5 工程验证
• 5.1 工程实例
• 5.2 计算结果
• 5.3 本章小结
• 6 结论建议
• 6.1 研究结论
• 6.2 对后续研究的一些意见
• 致谢
• 参考文献
• 附录