冷却法灭火系统最常用的是水。水冷却法灭火系统主要有两种形式，即消火栓灭火系统和自动喷水灭火系统。消火栓灭火系统按建筑物外墙为界又分为室内消火栓灭火系统和室外消火栓灭火系统。自动喷水灭火系统尽管具有良好的灭火、控火效果，扑灭火灾迅速及时，但与消火栓灭火系统相比，工程造价高，因此，从经济、技术条件出发，主要的灭火系统应采用消火栓灭火系统。例如高层民用建筑，不论何种情况（不能用水扑灭的部位除外）都必须设置室内和室外消火栓灭火系统，室内消火栓灭火系统已作为高层民用建筑最基本的灭火设备。
3.1.1 室外消火栓灭火系统
担负着灭火任务的给水系统称为消防给水系统。在建筑物外墙中心线以外的消火栓给水系统称为室外消火栓给水系统，担负着城市、集镇、居住地或工矿企业等室外部分的消防给水。
一、室外消防给水管网
1.室外消防给水管网按其用途分类
1）生产、生活、消防合用给水管网
大中型城镇的给水系统均为生产、生活和消防共用管网。其优点是较经济并且安全可靠，尤其在工业企业中采用的较多，能节省大量投资和管道材料。这种管网比较适合于生产和生活用水量很大的情况。不过在设计中必须考虑到当生产、生活用水量达到最大时，仍能保证供给全部消防用水量，不能保证时，作为补救措施，可视具体情况设置必要的储存消防用水设施。
2）生产用水和消防用水合并的消防管网
在工业企业内，当使用消防用水时不致因水压下降引起事故，在生产设备检修时亦不致造成消防用水中断的情况下，可采用生产用水与消防用水合并的给水管网。这种合用管网，当生产用水量达到最大时，仍能供给全部消防用水量，可采取直接在生产管网上设置必要的消火栓，或者在生产管网上设置不多于2个的转换阀，且开启阀门的时间不大于5min，以便发生火警时使生产用水迅速转换为消防用水，成为消防备用水源。然而实际上，因为生产用水和消防用水两者水压要求相差很大，实际用水时相互影响也很大，或者某些企业对生产用水有特殊要求，抑或者生产用水往往易被污染而不能用于消防，所以，实际上某些企业往往采取独立的生产用水管网，加生活、消防共用系统。
3）生活、消防合用给水管网
城市、居住区或大多数企业广泛采用生活、消防合用给水管网。其优点是投资经济，消防用水可靠性高，水质因生活用水的经常流动而不易变质，设计时要求当生活用水达最大量时，仍然能够保证供应消防用水量。
4）独立的消防给水管网
因为这种方式的投资较大，所以较少采用，只有在某些特殊的情况下才考虑采用。比如当企业生产、生活用水量小而消防用水量很大，或者生活、生产、消防用水管网的合并使用在技术上不可能实现或经济上不合算，以及在易燃液体和可燃气体储罐区的火灾危险性大，在这些情况下就必须采用独立的消防给水管网。另外，高压或临时高压消防给水管网，常采用独立的消防给水管网，而低压消防给水管网则很少采用。
2.室外消防给水管网按水压大小分类
1）高压消防给水管网
高压给水管网是指管网内经常保持足够的压力，火场上不需使用消防车或其他移动式水泵加压，而直接由消火栓接出水带、水枪灭火。
2）临时高压消防给水管网
在临时高压给水管道内，平时水压不高，通过高压消防水泵加压，使管网内的压力达到高压给水管道的压力要求。当城镇、居住区或企事业单位有高层建筑时，可以采用室外和室内均为高压或临时高压的消防给水系统，也可以采用室内为高压或临时高压，而室外为低压的消防给水系统。气压给水装置只能算临时高压消防给水系统。一般石油化工厂或甲乙丙类液体、可燃气体储罐区多采用这种管网。
3）低压消防给水管网
是指管网内平时水压较低，火场上水枪的压力是通过消防车或其他移动消防泵加压形成的。消防车从低压给水管网消火栓内取水，一是直接用吸水管从消火栓上吸水；二是用水带接上消火栓往消防车水罐内放水。为满足消防车吸水的需要，低压给水管网最不利点处消火栓的压力不应小于0.1Mpa。一般城镇和居住区多采用这种管网。
3.室外消防给水管网按管网的布置形式分类
1）环状管网消防给水系统
城镇市政给水管网、建筑物室外消防给水管网应布置成环状管网，管线形成若干闭合环，水流四通八达，安全可靠，其供水能力比枝状管网提高1.5～2.0倍。但室外消防用水量不大于15L/s时，可布置成枝状管网。环状管网输水的进水管不应小于2条，且当其中一条发生故障时，另一条干管仍能通过全部消防用水量。环状管网应设分隔阀门，阀门设置在管道的三通、四通分水处。阀门按n—1原则设置（n为管件分支数，如三通n＝3）
灭火实践证明，直径100mm的管道一般只能供一辆消防车抽水灭火，因此，环状管网的直径最小不应小于100mm。
2）枝状管网消防给水系统
在建设初期，或者分期建设和较大工程或是室外消防用水量不大的情况下，室外消防供水管网可以布置成枝状管道。即使管网有设成树枝状，分枝后干线彼此无联系，水流在管网内向单一方向流动，当管网检修或损坏时，其前方就会断水。所以，应限制枝状管网的使用范围。
4.室外消防给水管网按供水范围大小分类
1）独立消防给水管网
独立消防给水管网是指管网供水范围仅限某幢建筑物，其消防给水系统组成体系形成独立工作的管网系统。
2）区域或集中高压消防给水管网
管网供水范围包括两幢及以上的建筑物，其管网系统由数幢建筑合用。多数企业均采用区域集中消防给水管网，在确定其室外消防用水量时，按规定应按区域内最大一幢建筑物的消防用水量作为管网供水量设计依据。
二、室外消火栓灭火系统组成
1.消防水源
消防水源指储存消防用水的供水设施。要求能够供给足够的消防用水量，并有可靠的保证措施。
消防水源大致分为三类：
1）城镇的市政管网。市政管网是城市消防水源的主体，利用其上的消火栓为消防部门提供消防用水，或者通过进户管为建筑物提供消防用水。
2）天然水源。例如消防用水量较大的企业，如有丰富的地面水资源，利用天然水源作为消防水源，这样做可以大大节省投资。
3）消防水池。这是人工建造的储存消防用水设施，是对市政管网的补充。
2.消防水泵
设置消防水泵的目的是对消防水源提供的用水加压，使其满足灭火时对水压和水量的要求。可以设置固定消防水泵或移动式消防水泵。其中消防车水泵是最常用的移动式消防水泵。
3.室外消防给水管网
室外消防给水管网担负着输送消防用水的任务。如市政管网，在给水系统中，只有管网埋在地下。
4.室外消火栓
室外消火栓是供灭火设备从消防管网上取水的设施，如市政消火栓。
三、室外消防用水量
消防用水量的大小与形成的火灾规模有关，必须保证足够的供水强度以供灭火之需。经验证明，供水不足是造成扑救火灾失利的主要原因，因此，确保消防供水量是消防安全的一个主要环节。室外消防用水主要有两方面的用途，即供消防队员铺设水带直接从室外消火栓接水，供水枪灭火；通过建筑物水泵接合器向室内消防管网供水，补充室内消火栓用水量。
1.城镇和居住区室外消防用水量
同一时间内的火灾次数和一次灭火用水量，不应小于表3-1的要求。
表3-1 城镇、居住区室外消防用水量
续表
2.工厂、仓库、堆场、储藏区和民用建筑的室外消防用水量
工厂、仓库、堆场、储藏区和民用建筑的室外消防用水量，应按同一时间内的火灾次数和一次灭火用水量确定。
工厂、仓库、堆场、储藏区和民用建筑（低层和多层）的火灾次数不应小于表3-2的规定；建筑物一次室外消防用水量不得小于表3-3的规定。
表3-2 工厂、仓库、堆场、储藏区和民用建筑同一时间内的火灾次数
表3-3 建筑物一次室外消防用水量
3.在确定建筑物室外消防用水量时，应注意以下几点
1）建筑物的室外消防用水量，应按其消防用水量最大的一座计算；一座建筑当设有若干防火分隔时，应按需水量最大的一个防火分隔体积计算。
2）成组布置的建筑物，因为防火间距缩小，防止火势蔓延效果差，容易形成大面积火灾，为了满足防火要求，又能节约投资，可不按成组布置的建筑群同时起火计算室外消防用水量，而只按组内相邻两座用水量较大者之和计算消防用水量。
3）火车站、码头和机场中的中转仓库，由于堆放的货物品种变化大，其室外消火栓系统用水量按相应耐火等级的丙类物品仓库确定。
4）一个单位内设有多种灭火设备，如自动喷水灭火设备、带架水枪、泡沫灭火设备以及其他消防用水设备时，消防总用水量为
5）可燃材料堆场、储罐区的室外消防用水量应按国家标准确定。
四、室外消火栓和消防水池
1.室外消火栓的分类
室外消火栓的主要作用是为消防车提供消防用水。
根据其设置方式分为地上式消火栓和地下式消火栓。
地上式消火栓大部分露出地面，具有目标明显、易于寻找、操作方便等优点，但偶尔会发生被汽车撞击等事件，发生事故造成损坏。在我国南方温暖地区一般采用地上式消火栓，地上式消火栓应有一个直径为150mm或100mm和两个直径为65mm的栓口。见图3-1（a）所示。
地下式消火栓设置在消火栓井内，具有不冻结、不易损坏、不妨碍交通等优点。但地下式消火栓操作不便，为保证目标明显，要求在地下消火栓旁设置明显的指示标志，地下消火栓在我国北方寒冷地区被广泛使用。地下式消火栓应有一个直径为100mm和65mm的栓口各一个，如图3-1（b）所示。室外消火栓规格见表3-4所示。
图3-1 地上式及地下式消火栓
表3-4 室外消火栓规格
续表
2.室外消火栓的设置原则
1）室外消火栓要沿着道路布置。当道路的宽度大于60.0m时，要在道路的两边设置消火栓，并要靠近十字路口布置。
2）甲、乙、丙类液体储罐区和液化石油气储罐区的消火栓应设置在防火堤或防护墙之外。距离罐壁15m范围内的消火栓，不应计算在该罐可使用的数量内。
3）室外消火栓的间距不应大于120.0m。
4）室外消火栓的保护半径不应大于150.0m；在市政消火栓保护半径150.0m以内，当室外消防用水量小于等于15L/s时，可不设置室外消火栓。
5）室外消火栓的数量应按其保护半径和室外消防用水量等综合计算确定，每个室外消火栓的用水量应按10～15L/s计算；与保护对象的距离在5～40m范围内的市政消火栓，可计入室外消火栓的数量内。
6）室外消火栓宜采用地上式消火栓。地上式消火栓应有1个DN150或DN100和2个DN65的栓口。采用室外地下式消火栓时，应有DN100和DN65的栓口各1个。寒冷地区设置的室外消火栓应有防冻措施。
7）消火栓距路边不应大于2.0m，距房屋外墙不宜小于5.0m。
8）工艺装置区内的消火栓应设置在工艺装置的周围，其间距不宜大于60.0m。当工艺装置区宽度大于120.0m时，宜在该装置区内的道路边设置消火栓。
9）建筑的室外消火栓、阀门、消防水泵接合器等设置地点应设置相应的永久性固定标识。
3.消防水池
消防水池储存消防用水必须安全可靠。
《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）规定符合下列条件之一时应设消防水池：
1）市政给水管道或天然水源不能满足消防用水量。
2）市政给水管道为枝状或只有一条进水管（二类居住建筑除外）。且室内外消防用水量之和大于25L/s，应设消防水池。
消防水池的有效容积应符合下列要求。
1）当室外给水管网能保证室外消防水量时，消防水池的有效容积应满足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，消防水池的有效容积应满足火灾延续时间内室内消防用水量及室外消防用水量的不足部分之和；当室外给水管网完全不能保证室外消防用水量时。消防水池的有效容积应满足火灾延续时间内室内和室外消防用水量之和。
高层建筑的火灾延续时间，是指消防车到火场开始出水时起至火灾基本被扑灭止的时间。一般是根据火灾延续时间统计资料，并考虑国民经济水平、消防能力、可燃物多少及建筑物的性质用途等综合因素确定的。
我国高层建筑的火灾延续时间，按建筑的重要性和火灾危险等级分为两类：商业楼、展览楼、综合楼、一类建筑的财贸金融楼、图书馆、书库、重要的档案楼、科研楼和高级旅馆的火灾延续时间按3h计；其他高层建筑的火灾延续时间按2h计。当上述建筑设有自动喷水灭火系统时，自动喷水灭火系统的火灾延续时间按1h计。
2）消防水池内的水一经动用，应尽快补充，其补水时间不宜超过48h。
3）以为了保证在清洗或检修消防水池时仍能供应消防用水，当消防水池总有效容积超过500m3时，应分成两个能独立使用的消防水池。每个消防水池的有效容积为总有效容积的1/2，以便一个水池检修时，另一个仍能供应消防用水。
4）为便于消防车取水灭火，消防水池应设取水口或取水井。取水口或取水井的尺寸应满足吸水管的布置、安装、检修和水泵正常工作的要求。
5）为使消防车水泵能吸上水，消防水池的水深应保证水泵的吸水高度不超过6m。
6）为便于扑救，也为了消防水池不受建筑物火灾的威胁，消防水池取水口或取水井的位置距建筑物，一般不宜小于5m，最好也不大于40m。但考虑到在区域或集中高压（或临时高压）给水系统的设计上，这样做有一定困难。因此，规范规定消防水池取水口与被保护建筑物间的距离不宜超过100m。
当消防水池位于建筑物内时，取水口或取水井与建筑物的距离仍须按规范要求保证，而消防水池与取水口或取水井间用连通管连接，管径应能保证消防流量，取水井有效容积不得小于最大一台（组）水泵3min的出水量。
7）寒冷地区的消防水池应有防冻措施。可以齐水池上覆土保温，人孔和取水口设双层保温井盖等。
消防水池应设有水位控制阀的进水管和溢水管、通气管、泄水管、出水管及水位指示器等附属装置。一般情况下将室内消防水池与室外消防水池合并考虑。
3.1.2 室内消火栓灭火系统
一、室内消火栓灭火系统的设置范围和基本组成
1.下列建筑物必须设置室内消火栓给水系统
1）高层工业建筑和高层民用建筑（指建筑高度超过24m的建筑）。
2）厂房库房、高度不超过24m的科研楼（存有与水接触能引起燃烧爆炸的物品除外）。
3）超过800个座位的剧场和电影院等，超过1200个座位的礼堂、体育馆等。
4）体积大于5000m3的车站、码头、机场的候车（船、机）楼、展览建筑、商店、旅馆建筑、病房楼、门诊室、图书馆建筑等。
5）超过5层或体积大于10000m3的办公楼、教学楼、非住宅类居住建筑等其他民用建筑。
6）超过7层的住宅应设置室内消火栓系统，当确有困难时，可只设置干式消防竖管和不带消火栓箱的DN65室内消火栓。消防竖管的直径不应小于DN65。
7）国家级文物保护单位的重点砖木或木结构的古建筑。
应指出，在一座一、二级耐火等级的单层厂房内，如有生产性质不同的部位时，可根据各部位的特点确定设置或不设置室内消防给水设备。
2.下列建筑物可不设室内消火栓给水系统
1）耐火等级为一、二级且可燃物较少的单层、多层丁、戊类厂房和库房；耐火等级为三、四级且建筑体积不超过3000m3的丁类厂房和建筑体积不超过5000m3的戊类厂房和库房、粮食仓库和金库。
2）室内没有生产、生活给水管道，室外消防车用水取自储水池且建筑体积不超过5000m3建筑物。
3.室内消火栓的设置场所
1）高层建筑和裙房的各层除无可燃物的各层外，每层均应设置室内消火栓。
2）消防电梯前室应设置室内消火栓。
3）超高层建筑的避难层、停机坪应设置室内消火栓。
4）屋顶应设置装有压力显示装置的检查用消火栓。
5）室内消火栓应设置在楼内走道、楼梯附近等明显易于取用之地。
6）高层建筑中高级旅馆、重要的办公楼。一类建筑的商业楼、展览楼等和超高层建筑中，其楼内应设置消防卷盘，避难层也应设置消防卷盘。
7）低层建筑中设有空调系统的旅馆、办公楼，以及超过1500个座位的剧院、会堂，其闷顶内安装有面灯部位的马道内，应增设消防卷盘。
4、室内消火栓给水系统的基本组成（见图3-2）
图3-2 室内消火栓给水系统组成示意图
1）消防供水水源，由市政给水管网、天然水源、消防水池担任。
2）消防供水设备，包括消防水箱、消防水泵、气压给水设备，水泵接合器。
3）室内消防给水管网，包括进水管、水平干管、消防竖管等。
4）室内消火栓设备，包括消火栓箱或消防卷盘。
二、室内消火栓给水系统主要设备
1.室内消火栓设备及使用方法
室内消火栓设置在消火栓箱内，其箱内一般配备水枪、水带、消火栓、消防水泵按钮等设备，如图3-3所示。
图3-3 室内消火栓
1—消火栓箱；2—消火栓；3—水枪；4—水带；5—水带接口；6—轴
1）室内消火栓
消火栓是具有内扣式接口的球形阀式龙头，一端与消防管相连，另一端与水龙带相连，直径为50mm、65mm两种：射流量小于4L/s的采用50mm，射流量大于4L/s的采用65mm。消火栓、水龙带、水枪之间均采用内扣式快速接口连接，在同一建筑物内应采用同一规格的消火栓、水龙带、水枪，以便于维护保养和替换使用。
2）水带
水龙带为麻质、衬胶和棉质的输水软管，室内多采用麻质和衬胶较多，水龙带常用口径为50mm、65mm，长度一般为15m、20m、25m三种。水带长度不应超过25m。
3）水枪
水枪是主要的灭火工具，常用铝制造。室内消火栓水枪均为直流式水枪，水枪一端口径为13mm、16mm、19mm，另一端为50mm、65mm，水枪的作用：产生灭火所需要的充实水柱。
4）水泵按钮
发生火警后，消防人员敷设好水龙带，接上消火栓和水枪后，打开消火栓，只要有一定压力的水（如果城市水源的压力、流量均满足要求），则可直接使用；若不满足要求，则必须启动水泵。水经过加压后，才能满足扑灭火灾的要求，故必须设置消防水泵按钮。启动水泵的按钮必须在每个消火栓箱内或在其附近设置。
5）消防水喉设备
是消火栓箱内的消防软管卷盘，由胶管和直流开关水枪组成，胶管常用口径为φ16、φ9、φ25，长度一般为16m、20m、25m三种，水枪常用口径为φ6、φ7、φ8。消防软管卷盘是非职业消防人员扑灭初期火灾的有力武器。由于直流开关的水枪口径小，流量小，故水枪的反作用力小，使用方便，不需经过专业训练的人员都可以操作。
6）水泵接合器
消防水泵接合器由闸阀、安全阀、接合器组成，其作用一则是在室内消防水泵发生故障时，消防车从室外消火栓或消防水池取水，通过水泵接合器将水送到室内管道，提供灭火用水；二则是高层民用建筑发生大面积火灾时，室内消防用水量不能满足灭火需要，消防车从室外消火栓或消防水池取水，通过水泵接合器将水送到室内管道，补充灭火用水量。
为了便于扑救火灾，距消防水泵接合器15～40m内应设置室外消火栓和水池。
消防水泵接合器的数量应按室内消防用水量计算确定；每个水泵接合器进水流量可达到10～15L/s，当计算的水泵接合器的数量少于两个时仍采用两个，以保证供水安全。
水泵接合器有地上、地下和墙壁式3种，其设计参数和尺寸分别见表35和表3-6。水泵接合器宜采用地上式，当采用地下式水泵接合器，应有明显的标志，以免被误认为是室外地下消火栓。
表3-5 水泵接合器型号及基本参数
表3-6 水泵接合器的基本尺寸
7）室内消火栓的使用方法：
当建筑物某层发生火警时，首先打开箱门，迅速取下挂架上的水带和弹簧夹上的水枪，将水带接口连接在消火栓接口上，开启消火栓，即可灭火。同时按动远距离启动消防水泵的按钮，此时消火栓箱上的红色指示灯亮，给消防控制中心和消防水泵房发出声光报警信号，以便及时报告险情、组织灭火。使用消防卷盘灭火时，首先打开箱门将卷盘旋出，拉出胶管和小口径水枪，开启供水闸阀即可进行灭火，使用完毕后，先关闭供水闸阀，待胶管排出积水后卷回卷盘，将卷盘转回消火栓箱内。
2.消防水箱
消防水箱的作用在于满足扑救初期火灾的用水量和水压要求。消防水箱通常可分为屋顶消防水箱和中间减压消防水箱。
采用高压消防给水系统时，可不设高位消防水箱，采用临时高压消防给水系统时，应设高位消防水箱，并应符合下列规定。
1）消防水箱的贮水量应按该建筑的室内消防用水总量的10min进行计算。当建筑物内只设有消火栓时，其消防水箱贮水量（采用分区给水时，包括各分区的消防水箱）为：一类公共建筑不应小于18m3；二类公共建筑和一类居住建筑不应小于12m3；二类居住建筑不应小于6m3。
2）高位消防水箱的设置高度应保证最不利点消火栓静水压力。当建筑高度不超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.07MPa，当建筑高度超过1000m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.15MPa。当高位消防水箱不能满足上述静压要求时，应设增压设施，增压设施可以采用气压水罐和稳压泵。
3）并联给水方式的分区消防水箱容量应与高位消防水箱相同。
4）除串联消防给水系统外，发生火灾时除消防水泵供给的消防用水不应进入高位消防水箱。
消防水箱宜与生活或生产高位水箱合用，以保持箱内储水经常流动、防止水箱水质变坏。但水箱应有防止消防储水长期不用而水质变坏和确保消防水量不被挪用的技术措施。见图3-4所示。
图3-4 确保消防用水量的技术措施
1—进水管；2—生活供水管；3—消防供水管；4—生活调节水量；5—消防储水量；6—φ10mm小孔
对于重要的高层建筑以及建筑高度超过50m的建筑物，消防水箱最好采用两个，当一水箱检修时，仍可保证必要的消防应急用水。两个消防水箱底部用连通管进行连接，并在连通管上设阀门，此阀门处于常开状态（见图3-5）。发生火灾时，由消防水泵供给的消防用水不应进入消防水箱，因此在水箱的消防供水管上设置截止阀。
图3-5 两个水箱储存消防用水的阀门布置
1，2—水箱；3—连通管；4，5—常开阀门；6—止回阀
3.气压给水装置
气压给水装置是利用密闭储罐内空气的可压缩原理，进行储存、调节和输送需用水量的一种供水设备。
作用：一是相当于高位消防水箱，即储存扑救初期火灾所需用水量和保证扑救初期火灾所需的水压；二是因水箱高度不够，用其增压，并控制水泵。
由于其供水压力是靠罐体内压缩空气维持，故罐体的安装高度不受限制。因此当屋顶消防水箱安装高度不能保证高区最不利点消防设备的水压要求，应采用气压给水设备稳压或增压。
（1）气压给水设备的类型
1）变压式气压给水设备
工作原理：罐内空气的起始压力远高于管网内最不利点灭火设备的设计水压，当消火栓或喷头打开时，水在压缩空气的作用下被送至灭火设备处。随着水量的减少，水位的下降，罐内的空气体积增大，压力即逐渐减小，当压力降到最不利点灭火设备的设计水压时，水泵便在压力继电器的作用下启动，向气压水罐供水，空气重新被压缩，压力上升，当压力上升至最大工作压力时，压力继电器再动作，水泵立即关闭。
2）定压式气压给水设备
它与变压式气压给水设备不同之处：是利用自动启闭空气压缩机和自动调节阀的作用，使气压水罐内水位变化时仍保持管网内恒压。
3）隔膜式气压给水设备
工作原理：气压水罐内有一隔膜囊，将罐的容积分为气相容积和液相容积。隔膜囊内与给水管网相通，囊内储水，隔膜囊与钢罐之间是空气。当水泵向隔膜囊内供水时，隔膜囊胀大，气体被压缩，空气体积缩小，压力升高，体积被压缩的愈小，气体压力愈高。图3-6是一般给水设备的原理图。
图3-6 气压罐给水系统原理图
4）负压补气式气压罐
负压补气式气压罐是比较常用的一种，如图3-7所示，气罐设有自动控制水泵的装置。当气压罐的水位处于A点时，压力为P1，自控装置指令水泵启动；当水位处于B点时，压力为P2，自控装置指令水泵停运。当水泵停止时，止回阀在气压罐的高压下关闭，而进气止回阀Ⅰ开启。这是因为水泵停运后，水泵出水管段中高于水源水位的水和补气罐的水，在自重下经泵流回水源，这时空气由进气止回阀Ⅰ进入空管和补气罐。这段时间，系统用水全靠气压罐供给，由于气压罐的水体积不断消耗，空气体积不断增加，而且一部分气体会溶解于水体中，罐内压力也不断下降，当降至P1时，自控系统指令水泵启动。水泵一启动，高压水首先压缩空管和补气罐内的气体，使进气止回阀Ⅰ关闭，将止回阀Ⅱ顶开，压缩空气被高压水顶入罐内，随后高压水也补入罐内，同时还不断地流入系统的用水点，水泵的供水量总是比系统用水量大，所以罐内水位在不断上升，当上升至B点时，罐内压力达到P2，自动控制装置又指令水泵停运，如此周而复始。
负压补气式气压罐，每启泵一次，就首先向罐内补气一次，而且补入的气量不一定是罐内所消耗的气量。负压补气式气压罐的补水泵不能向系统直接供水，必须先经过气压罐再进入系统。这一点是补气式气压罐与隔膜式气压罐的最大差异。
图3-7 补气式气压罐原理图
负压补气式气压罐和隔膜式气压罐在工作原理上是完全相同的，在适用条件、运行控制、消防给水对气压装置的设计技术要求方面也基本相同，但是由于结构上的差异，使装置的设计有相当大的区别。
（2）增压泵的设计参数
1）增压泵的流量Q
消火栓专用时，Q＝5L/s；自动喷水灭火系统专用时，Q＝1L/s。
2）增压泵的扬程
当增压设施为消火栓专用或为消火栓系统和自动喷水灭火系统合用时，按气压罐内消防储水容积下限水位时，仍能保证消火栓栓口处充实水柱的压力计算；当增压设施为自动喷水灭火系统专用时，按气压罐内消防储水容积下限水位时，仍能保证最不利喷头5m的工作压力计算。
3）气压罐容积
用于消火栓给水系统的气压罐消防储存水容积应满足火灾初期供两支水枪工作30s的消防用水量要求，宜为300L；
用于自动喷水灭火系统的气压罐消防储存水容积应满足火灾初期供5个喷头工作30s的消防用水量要求，宜为150L；
用于消火栓给水系统和自动喷水灭火系统的气压水罐储水容积应满足火灾初期供两支水枪和5个喷头工作30s的消防用水量要求，宜为450L。
三、室内消防用水量
建筑物室内消防用水量应根据设置灭火系统种类同时需要开启的灭火系统的用水量叠加计算而定。
高层建筑的消防用水量与建筑高度、燃烧面积、空间大小、蔓延速度、可燃物质、人员情况、经济损失等密切相关。高级旅馆、一类建筑的商业楼、展览楼、综合楼等和建筑高度超过100m的其他高层建筑，应设消防卷盘，其用水量可不计入消防用水总量。
消防用水量递增顺序：民用建筑→厂房→库房。而工业建筑消防用水量递增顺序是：戊类生产→丁类生产→甲、乙类生产→丙类生产。
综合上述因素，确定建筑物消防用水量，如表3-7和表3-8所示。
表3-7 高层民用建筑消火栓给水系统的用水量
续表
注：建筑高度不超过50m，室内消火栓用水量超过20L/s，且设有自动喷水灭火系统的建筑物，其室内、外消防用水量可按本表减少5L/s。
表3-8 低层建筑、工业建筑室内消火栓用水量
1.消防竖管流量的分配
从表3-7和表3-8中规定的室内消火栓给水系统用水量，是供选择消防水泵和计算进水管的管径用的。从表可以看出，各类建筑的室内消火栓用水量大致在10～40L/s，每支水枪的流量为5L/s，每根竖管的流量分别为10～15L/s。因此，每根竖管能提供2～3支水枪的用水量，允许在着火层及其上下相邻层的同一根竖管上同时接触水带和水枪进行灭火。以保证灭火的灵活性，有利于迅速扑灭火灾。
2.室内消火栓给水系统用水量
表3-7和表3-8中规定的用水量，仅仅是扑救各类建筑的初、中期火灾的消防用水量，以保证建筑安全所必需的最小用水量。
室内消火栓用水量应根据同时使用水枪数量和充实水柱长度计算确定。室内外消火栓给水系统的用水量，不应小于表3-7和3-8的规定。
四、室内消火栓给水系统管网
1.低层建筑室内消火栓给水系统管网
建筑高度在24m以下的建筑物室内消火栓给水系统，均属低层建筑室内消火栓给水系统。这种灭火系统仅供居民扑救建筑物初期火灾时用的，低层建筑发生火灾时，其主要的灭火力量应为消防车利用室外消火栓或消防水池，接出水带和水枪，直接进行灭火。
根据建筑物高度、管网的压力、流量等要求，其室内消火栓给水系统分为以下三类：
1）无加压水泵和水箱的室内消火栓给水系统，如图3-8所示。此种给水系统管网适宜于建筑物高度不高、室外给水管网不大、室外给水管网的压力和流量完全能够满足设计的水压和水量的要求，这种系统多为合用的给水系统。
图3-8 无加压水泵和水箱的室内消火栓给水系统
1—室内消火栓；2—室内消防竖管；3—给水干管；4—进水管；5—水表；6—旁通管
2）设有消防水箱的消火栓给水系统。如图3-9所示。这种系统在水压变化较大的城市或居住区，当生活和生产用水量达到最大时，则室外管网不能保证室内管网最不利点消火栓的压力和流量，而在生活和生产用水量较小的时间段内，室内管网的压力又较大，常设有水箱（10min消防用水），以调节生活、生产用水量。为了保证扑救初期火灾所需要的水压，水箱高度应满足室内管网最不利点消火栓的水压和水量要求。
图3-9 设有消防水箱的消火栓给水系统
1—室内消火栓；2—室内消防竖管；3—干管；4—进户管；5—水表；6—旁通管；7—水箱；8—单向阀；9—接生产生活管网；10—生产、生活进水管
3）设有消防水泵和水箱的室内消火栓给水系统，如图3-10所示。当室外管网压力经常不能满足室内消火栓给水系统对水量和水压要求，宜设置这种室内消火栓给水系统。
图3-10 设有消防水泵和水箱的室内消火栓给水系统
1—室内消火栓；2—室内消防竖管；3—干管；4—接生产生活管网；5—生产、生活进水管；6—单向阀；7—水泵；8—水泵接合器；9—水箱
对于消防用水与其他用水合并的室内消火栓给水系统，在设计上应满足以下要求：
1）消防水泵必须保证供应生活、生产、消防用水量的最大流量，并应满足室内管网最不利点消火栓对水压的要求。
2）消防水箱应储存10min的消防用水。
2.高层建筑室内消火栓给水系统管网
建筑高度大于24m的室内消火栓给水系统，属高层建筑室内消火栓给水系统。由于消防车水泵泵压和消防水带长度的限制，一般不能直接利用消防车从室外水源送水到高层扑救火灾，因此，高层建筑灭火应立足于“自救”，高层建筑室内消火栓给水系统是扑救高层建筑火灾的主要灭火设备。
1）高层建筑室内消火栓不分区给水系统
高度低于50m的高层建筑室内消火栓给水系统，当室内消火栓所受静水压力不超过1MPa（100m水柱）时，可以采用不分区给水系统。当火灾发生时，消防车从室外消火栓取水通过建筑物水泵接合器，向室内消火栓给水系统管网供水，可以增加供应室内消火栓给水系统消防用水量。这是因为，我国目前广泛采用的解放牌消防车和尼龙水带连接，水泵压力可达到100m水柱，如图3-11所示。
图3-11 高层建筑室内消火栓不分区给水系统示意图
1—生产、生活用水泵；2—消防水泵；3—阀门；4—止回阀；5—水泵接合器；6—环状管网；7—室内消火栓；8—屋顶消火栓；9—水箱；10—接生产、生活管网
2）高层建筑室内消火栓分区给水系统
高度大于50m的高层建筑室内消火栓给水系统，由于高度增加，消防车对扑救高层建筑上部火灾无能为力，因此，室内消火栓给水系统是扑救火灾的主要措施。为保证可靠安全的供水，并便于火场使用，应采用分区给水。因为如果不分区给水，管网内的静水压力很大，下层管网容易损坏，且不利于节约能源。分区给水的界限一般为每一个管网任何一点消火栓口的静水压力不得超过1.0MPa。高层建筑竖向分区高度一般宜在50m左右，在分区给水系统中，低区水箱的高度应保证地区最不利消火栓灭火时水枪的充实水柱长度。分区给水系统一般可分为并联水系统和串联水系统两种。
对于高层建筑并联式分区给水系统，给水管网竖向分区，每区分别各自专用水泵提升供水。它的优点是水泵布置相对集中于最下层，管理方便，安全可靠，缺点是高区水泵扬程较高，需用耐高压管材与管件，对于高于超过消防车供水压力的上部楼层消火栓，水泵接合器将失去作用。供水安全性不如串联好，如图3-12。
图3-12 高层建筑室内消火栓分区给水系统示意图（并联分区）
1—消防进水管；2—水泵接合器；3—逆止阀；4—阀门；5—室内消火栓；6—水力射流继电器；7—管网分隔阀；8—水箱；9—水箱连接管；10—生产、生活进水管；11—消防竖管
对于高层建筑串联式分区给水系统，高区水泵在低区高位水箱中吸水，此时，低区水泵出水流入该水箱；高、低区水泵也可以直接串联向上。这时，当高区发生火灾时，必须同时打开高、低区消防水泵灭火。它的优点是不需要高扬程水泵和耐高压的管材、管件；可通过水泵接合器并经各区水泵串联向高区供水，因此，它的供水安全性比并联好。缺点是水泵分散在各层，管理不便。
3.1.3 室内消火栓给水系统设计原则
一、室内消火栓给水系统管网的设计要求
室内消防给水系统应与生活、生产给水系统分开独立设置。室内消防给水管道应布置成环状，室内消防给水环状管网的进水管和区域高压或临时高压给水系统的引入管不应少于两根，当其中一根发生故障时，其余的进水管或引入管应能保证消防用水量和水压的要求。
室内环状管网有水平、垂直、立体环网，可根据建筑类型、消防给水管道和消火栓布置确定，但必须保证供水干管和每条消防竖管都能做到双向供水。需要由环状管网引出支状管网时（如设量屋顶消火栓），支状管道上的消火栓数不宜超过一个（双口消火栓按一个计算）。塔式高层建筑一般布置成竖向环网。
室内环状管网的进水管不应少于两条，并宜从建筑物的不同方向引入。若在不同方向引入有困难时，引入管宜接至竖管的两侧。若在两根竖管之间引入两条进水管时，应在两条进水管之间设置只供发生事故或检修时使用分隔阀门，此阀门为常开阀门。当其中一条进水管发生事故或检修时，其余的进水管仍应保证全部消防流量和规定的消防水压。
消防竖管的布置，应保证同层相邻两个消火栓的水枪的充实水柱同时达到被保护范围内的任何部位。每根消防竖管的直径应按通过的流量经计算确定，但不应小于100mm。
18层及18层以下的单元式住宅，18层及18层以下，每层不超过8户、建筑面积不超过650m2的塔式住宅，当设两根消防竖管有困难时，可设一根竖管，但必须采用双阀双出口型消火栓。
室内消防给水管道应采用阀门分成若干独立段。阀门的布置，应保证检修管道时关闭停用的竖管不超过一根。当竖管超过4根时，可关闭不相邻的两根。阀门布置见图3-13所示。
图3-13 室内消防管网阀门布置
1—消防水箱；2—止回阀；3—阀门；4—水泵
裙房内消防给水管道的阀门布置可按现行的国家标准《建筑设计防火规范》的有关规定执行。阀门应有明显的启闭标志。
当建筑物内同时设有室内消火栓给水系统与自动喷水灭火系统时，室内消火栓给水管网与自动喷水管网分开设置。如有困难，可合用消防泵，但应在自动喷水系统的报警阀前（沿水流方向）将管道分开设置。
二、室内消火栓的水枪充实水柱长度和保护半径及间距
1.充实水柱长度
根据灭火要求，从水枪喷嘴射出的水流，不但要射及火焰，而且还应有足够的力量扑灭火焰，因此计算时只采用水枪射流中最有效的一段作为消防射流，此段射流称为充实水柱。按规定由水枪喷嘴起到射流90%的水柱水量穿过直径380mm圆圈处的一段射流长度为充实水柱（Sk）。
密集射流是灭火时由直流水枪喷射出来的高速射流，具有射程远、冲击力大。机械破坏力强的特点，如图3-14（a）所示，假如水枪在真空中喷射，射流可达A点，这时水枪射程为hq，该射程实质上就是水枪喷嘴处压力。射流在空气中实际达到的高度为hf，称为密集射流的垂直高度。hq－hf＝Δh。即为射流在空气中的阻力损失引起的射程损失。在消防给水设计中，采用密集射流的有效射程即充实水柱长度Sk进行计算，计算充实水柱长度的根本目的是确定消火栓栓口水压和消火栓保护半径。
规范规定，充实水柱长度由计算确定，见图3-14（b），但不应小于按表3-9所列的最小充实水柱长度。如计算值大于表中数据时，应选择计算值，如计算值小于表中数据时，应按表列数据选用。
图3-14（a） 垂直射流
图3-14（b） 充实水柱长度计算
表3-9 各类建筑要求的最小充实水柱长度
水枪的充实水柱长度可按下式计算
【例3-1】 有一层高为4.2m的6层建筑，求所需充实水柱长度。
解 水枪和水平面夹角取45°，根据公式3-1得
所需充实水柱为4.38m。按《消防设计防火规范》规定，一般低层或多层建筑，室内消火栓充实水柱长度不应小于7m，所以本题应取7m。
2.充实水柱与喷嘴压力关系
水枪喷嘴的水压hq与垂直射流高度hf关系如下
又知水枪充实水柱长度和垂直射流高度有以下关系：
将式3-3代入3-2可得
表3-10 实验系数af
表3-11 水枪的φ值
3.水枪射流量与喷嘴压力之间的关系
按照水枪喷嘴压力的计算公式得出的值，应按下式计算在该压力下的水枪流量
表3-12 喷嘴的流量系数B
4.消防水带的水头损失
消防水带的水头损失可按照下述公式计算：
表3-13 水带的比阻Ad
5.消火栓栓口处水压的确定
消火栓栓口处水压应按下式确定：
6.消火栓保护半径和间距
1）室内消火栓保护半径R可按下式计算
2）消火栓的布置间距
按照《建筑设计防火规范》规定，单层或多层建筑，其室内消火栓的布置应保证每个防火分区同层有两支水枪的充实水柱同时到达室内任何部位。但建筑高度小于等于24m，体积小于等于5000m3的多层库房，可采用一支水枪充实水柱到达室内任何部位的保护方式。
按照《高层民用建筑设计防火规范》规定，室内消火栓应保证同层任何部位有两支水枪的充实水柱同时到达。
一股水柱保护，单排布置的消火栓如图3-15所示；
两股水柱保护，单排布置的消火栓如图3-16所示。
图3-15 一股水柱保护，单排布置
图3-16 两股水柱保护，单排布置
单排布置，一股水柱保护的消火栓间距S应按下式计算：
单排布置，两股水柱保护的消火栓间距应按下式计算：
式中符号意义同上。
一股水柱保护，双排布置时，排距L1的消火栓布置如图3-17所示；
两股水柱保护，双排布置时，排距L2的消火栓布置如图3-18所示。
图3-17 一股水柱保护，双排布置
图3-18 两股水柱保护，双排布置
三、室内消火栓给水系统的水力计算
1.消火栓给水系统管网水头损失
1）管网沿程水头损失计算：
2）局部阻力损失
可按沿程水头损失的10%计算。
2.系统用水量与竖管流量分配
系统用水量与竖管流量有直接关系，消火栓给水系统的布置都是以竖管穿越楼层布置的，除上下部位的环管外，每条竖管在每层接出一个消火栓。一层建筑的竖管，按建筑标准层平面所布置的消火栓数量来决定。
系统流量在各竖管的分配见表3-14（a）（b）（c）所示
表3-14（a） 高层民用建筑消火栓给水系统竖管流量分配
注：计算时，消火栓应选在最高层，最不利部位的竖管。
表3-14（b） 低层及多层建筑消火栓给水系统竖管流量分配
注：计算时，消火栓应选在最高层，最不利部位的竖管。
表3-14（c） 高层厂房、高层库房消火栓给水系统竖管流量分配
3.消防水泵流量和扬程的确定
消防水泵流量按各竖管水枪出流量之和计算。
消防水泵扬程的计算：应在满足消防流量的条件下，保证最不利点消火栓的水压要求，可按下式计算：
3.1.4 室内消火栓给水系统典型应用
一幢13层普通办公楼，其消火栓给水系统如图3-19所示。
图3-19 消火栓消防给水系统
1.水箱消防储水容积
此建筑总高小于50m，属于二类公共建筑。根据消防规范，室内消防用水量不小于20L/s，每根竖管最小流量10L/s，每支水枪最小流量5L/s，水箱储水量为12m3。
2.水箱设置高度
如果要满足最高层最不利点消火栓的水枪充实水柱为10m的要求，则水箱的设置高度离屋顶的距离至少在15m以上，这时建筑设计是很困难的，也是不现实的，因此，消防规范中规定，二类公共建筑顶层消火栓处静水压力不应低于7m（实验消火栓除外），辅以每个消火栓处设启动消防水泵的按钮来迅速启动加压解决。
3.消火栓的选定
底层消火栓承受静水压力小于1.0MPa，故本系统不分区。
高层建筑一般选用65mm口径消火栓，19mm喷嘴水枪，直径65mm、长度20m麻质水龙带，消火栓箱按规定应配置直接启动消火栓水泵的按钮，并应设有保护按钮的设施，消防竖管及上、下环状管均采用100mm管径。
4.最不利点水枪的实际喷射压力和水量
根据规范，此建筑发生火灾时室内需4支水枪同时工作，且每支消防竖管上需2支水枪同时工作，图中消防Ⅰ、Ⅱ号竖管上的12、13层消火栓离消防泵最高最远，处于系统最不利位置。
Ⅰ号竖管的13层消火栓的水枪造成10m充实水柱时所需的压力为
水枪喷射流量为
不能满足5的要求，应提高压力，增大消防流量至5L/s。
其实际充实水柱长度应为
13层消火栓处所需的压力为
12层消火栓处所需的压力为h13＋（层高3.5m）＋（12～13层消防竖管的水头损失）。
12～13层消防竖管的水头损失
12层消火栓的消防出水量为
从理论上讲，Ⅱ号消防竖管上的12、13层消火栓离消防水泵近，其消防出水量应比1号消防竖管上的消火栓稍大，但相差甚微。为了简化计算工作，可采用与1号竖管相同的流量。
5.消防管道计算流量分配
消防管道计算流量的分配如图3-19所示，流量分配是考虑了Ⅲ号消防竖管发生检修关闭不利的情况。正常情况下，12、13层消火栓的出流量由环网供应，当然管径和水泵扬程的计算应按不利情况考虑。
6.消防水泵选定
消防水泵流量为20.94L/s，如果从消防水泵吸水管到消防管道最不利点的总水头损失为9m（计算从略），水池中消防最低水位至最不利点消火栓的标高差为44m。则消防水泵扬程为
因此，选用两台100TSWx5多级水泵，其中一台备用，每台水泵流量为17.2～22.2L/s，扬程为81～70m。当水泵流量在20.94L/s时，水泵扬程为72m。在屋顶上设置两个试验消火栓，试验时只需一股或两股水柱工作，流量减小，水泵扬程提高，完全能满足屋顶试验消火栓有10m以上的充实水柱，不再校核计算。
7.水泵接合器选定
水泵接合器是作为应急备用的，可弥补消防水量不足，因此不必严格按室内实际所需的消防流量计算，可按规范中规定的室内消防流量计算。本例题室内消防流量为20L/s，而一个100mm管径水泵接合器的负荷流量为10～15L/s，所以选用两个100mm管径的地面式水泵接合器，如配置两只以上水泵接合器时，其布置不宜设在一处，应按建筑外形、室外道路、市政消火栓位置取对称布置，以利消防车分散扑救，并有充分的室外周转场地。
本例室外消防用水量为20L/s，设置两个100mm室外地面式消火栓。一个利用室外道路上的市政消火栓，一个设在建筑地基内。
8.消火栓减压
根据规范，当消防水泵工作时，消火栓处的水压力超过50m时宜采取减压措施。当消防系统水泵由下向上供水时，消火栓孔板的减压数值等于该消火栓距最高消火栓的垂直高度及该消火栓和最高消火栓间管道内的水头损失之和。
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