國 別 自動撒水設備查驗
第四節 各國消防用配管及其摩擦損失計算之檢討
一、消防用配管之定義
在符合各類場所消防安全設備設置標準之要求下，能夠經濟合理拘 束消防流體或滅火藥劑於管道內完成安全輸送之系統稱之為消防配管。
所謂經濟合理即需考量安裝、操作、維護之是否容易與方便，在 消 防法規及安全可靠之基本要求下選用最經濟之管線材料以及講求具有 規劃特性之消防配管佈置。
依據設置標準第 32 條，水系統滅火設備使用之消防配管規定如下：
(一)應為專用。但與其他滅火設備及連結送水管等滅火系統共用，無礙 其功能不在此限。
(二)符合下列規定之一：
1.CNS 6445 配管用碳鋼鋼管、CNS4626 壓力配管用碳鋼鋼管、CNS6331 配管用不銹鋼鋼管或具同等以上強度、耐腐蝕性及耐熱性者。
2.經中央消防主管機關認可具氣密性、強度、耐腐蝕性、耐候性及耐 熱性等性能之合成樹脂管。
因此，消防上使用之配管種類如下:
SGP 鋼管 CN6445 (鍍鋅鋼管)、STGP 鋼管 CNS4626 (高壓無縫鋼管)、
不鏽鋼管 CNS6331 ((耐腐蝕性)、黑白鍍鋅鐵管 (自來水管與消防配管 共用)、外襯硬質 PVC 鋼管 (耐候性、耐熱性)、內襯硬質 PVC 鋼管 (氣 密性、耐腐蝕性)、ABS 塑鋼管 (耐腐蝕性)、CPVC 管 (耐腐蝕性，NFPA ORDINARY #1 用)等。
CNS6445 鍍鋅鋼管 外襯硬質 PVC 鋼管 鍍鋅鋼管 粉體塗裝鍍鋅鋼管
CNS4626 鍍鋅鋼管 內襯硬質 PVC 鋼管 不鏽鋼管 CNS6331 CPVC 管
圖 2-7 各種消防用管材
(資料來源: 本研究整理)
表 2-12 日本 JIS 相關配管名稱與符號
GPW: Gas Pipe Water
5 STR 一般構造用碳鋼鋼管 S: Steel (鋼) T: Tube (管) Pressure Gas
9 STS 特殊高壓用配管用管 S: Steel (鋼)
TS: Special Tube (特殊鋼管) 10 STPT 高溫配管用碳鋼鋼管 S: Steel (鋼)
TPT: High Temperature Pipe 11 STPY 配管用電弧熔接碳鋼鋼管
S: Steel (鋼)
TP: High Temperature Pipe Y: 熔接 TB: Boiler Heat Exchanger 18 STBL 低溫熱交換器用鋼管 TBL: Low Temperature Heat
Exchanger 19 STM 鑽探用無縫鋼管 T: Tube
M: Mining (採礦) 20 STKR 一般構造用方型鋼管 T: Tube K: 構造
R: Rectangular (長方形) (資料來源: 本研究整理)
二、消防用配管之限制
在水系統滅火設備室內外消防栓、自動撒水設備等配管可能會導致 嚴重腐蝕問題，究其主要的因素如下:
1.在設備竣工開始運行前，因缺乏或使用不當的化學清潔劑可能會留 下如金屬屑鏽蝕、清漆、氧化皮、氧化鐵顆粒物和異物等，導致後 來管系產生嚴重的問題。
2.自來水質若消毒不完全，剩餘的有機微生物，和微粒碎片與來自新 鮮消防水源任何營養物質結合，很容易導致一個微生物惡化水質 (MIC)的狀態，尤其是在配管施工時管材溫度較高，提供菌類良好 環境。
3.密閉濕式自動撒水滅火系統者，定期測試放水與輸入新的自來水 (含氧水)，是幾乎可以肯定其係加速引發嚴重腐蝕問題之根源。一 個經常性穩壓泵或壓力計動作，冷管或是結露，洩漏或管內水流動 兩個現象，可確定其問題的跡象。
4.密閉乾式或預動式自動撒水滅火系統者，為維持穩定管系高低氣壓，
連接空氣壓縮機，不定期壓入新鮮潮濕空氣，也肯定其係加速引發 腐蝕問題之根源之一，通常鏽蝕問題卻比濕式系統者來得嚴重。
據研究統計，管材鏽蝕洩漏原因係因微生物惡化水質（MIC）者約低 於 10%，其餘非 MIC，因氧化造成者比率約佔 90%。另外，設備管系暴露 於陽光下或高溫設備處所時，鏽蝕速率按溫度每上昇 18oF，增為原來的 兩倍。
一旦生銹沉積物的存在下，在特定配管表面處即發生管壁材質的鏽 蝕 損 失， 該處 也 是鏽 蝕速 率 大於 其 它配 管的 表 層（ under-deposit acceleration）。至於管壁損失可利用超因音波檢查識別，以確定鐵氧 化已產生。雖然藉沖洗消防管系系統可能移除在管道中有限範圍內之鏽 蝕材料，但是它已可能完全消除這些較重的沉積物，且最大鏽蝕的點問 題仍然存在。
至於開放式撒水設備，與空氣接處部分有建議使用鍍鋅鋼管者。然 而，鍍鋅鋼管消防管道內的持續濕潤是受氧的存在，富含氧氣的環境下，
高度局部化的影響。 ECS 研究顯示，相同的運行條件下鍍鋅鋼管遭受的 40)不同鏽蝕率年產氧化鐵沉積物體積。(MPY:Mils Per Year)
表 2-13 鋼管(Sch 40)不同鏽蝕率年損失重量
管道內發生腐蝕而嚴重影響管道輸送水之流量與壓力
圖 2-8 黑鐵管(濕式管)與鍍鋅鋼管(乾式管)腐蝕發生的情形 (資料來源: www.ecscorrosion.com)
三、配管摩擦損失檢討
C = Hazen-Williams C 係數，通常平均使用 C=100。Hazen-Williams
C = Hazen-Williams C 係數(see NFPA) 3.我國與日本消防法規引用壓損計算:
圖 2-9 默迪圖(配管磨擦損失) 水力計算電腦模擬軟體(KYPIPE)
水力計算電腦模擬軟體(HASS)
圖 2-10 管內發腐蝕之情形說明
(資料來源:www.coengineers.com)
圖 2-11 使用配管用碳鋼管 CNS6445 SGP (資料來源: 本研究整理)
圖 2-12 使用配管用碳鋼管 CNS4626 SGP SCH40 (資料來源: 本研究整理)
圖 2-13 使用配管用碳鋼管 CNS4626 SGP SCH80 (資料來源: 本研究整理)
至於新型設備如水霧滅火設備(細水霧)、泡沫滅火設備等會使用壓 力管路用碳鋼鋼管、不鏽鋼管等管材，便無法適用以上相關摩擦損失公 式或圖表﹔因此，日本消防廳告示第三十二號(2008 年十二月二十六日) 依消防法施行規則第十二條第七號［現行第十二條第一項第七號］（昭和 三十六年自治省令第六號），第十四條第一項第十一號,第十六條第三項 第三號及根據第三十一條第八號規定，配管的摩擦損失計算基準（昭和 五十一年消防廳告示第三號）的全部修改如下。
1.管的類別配管用碳鋼管(日本工業標準(工業標準化法(昭和二十四年 法律第一百八十五號）第十七條第一項規定的日本工業標準,以下同。) 如果使用 G 3452 或壓力管路用碳鋼鋼管（日本工業標準 G 3454）)
2.管的類別普通配管用不鏽鋼管(日本工業標準 G 3448）或使用配管用 不鏽鋼管（日本工業標準 G 3459）)
3.管的類別配管用碳鋼管(日本工業標準 G 3452），壓力管路用碳鋼鋼管
（日本工業標準 G 3454），如果普通配管用不鏽鋼管（日本工業標準 G 3448）或使用配管用不鏽鋼管（日本工業標準 G 3459）以外)
Qk: 標稱管徑 K 配管內流的水或泡水溶液的流量的絕對值（單位:L/min）
Dk: 標稱管徑 K 管之內徑絕對值（單位:cm）
C: 是流量係數，根據下面公式求得的數值
Q: 標稱管徑 K 配管內流的水或泡水溶液的流量（單位:L/min）
P: 每 100m 的水頭損失（單位: m/100m）
D: 標稱管徑 K 管之內徑絕對值（單位:cm）
I k’: 標稱管徑 K 管之直管長度的合計（單位:m）
I k’’:標稱管徑 K 管之閥門類，根據下面式（從附表 1 提出到作為表 7 的安裝接頭及閥門類有從按照該安裝接頭及閥門類的大小的標稱每使 用的管的類別決定的附表 1 到為附表 7 的數值）定為直管等價管長度換 算的管長的合計（單位:m）
其中: λ: 由安裝及閥門類的形狀的摩擦係數 F: 由安裝及閥門類的材質等的摩擦係數
本研究將納入此修正內容，使用管材規格並比對我國國家標準相關 編號，列入結論建議中。
表 15 使用普通配管用不鏽鋼管（日本 G3448）的閥門類
口徑(A) 種 別
25 32 40 50 65 80 100 125 150 200 250 300
閥
類
閘 閥 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 1.9 2.3 球 閥 12.1 15.4 17.7 22.0 28.0 32.5 42.2 51.9 60.9 80.4 99.9 119.5 底 閥 6.0 7.7 8.8 11.0 14.0 16.3 21.1 26.0 30.4 40.2 50.0 59.7 逆止閥
擺動型
3.0 3.9 4.4 5.5 7.0 8.1 10.5 13.0 15.2 19.9 20.1 29.9
(資料來源: 日本 G3448)
表 16 配管使用不鏽鋼管（日本 G3459）Sch10S 的安裝及閥門類
表 17 使用配管用不鏽鋼管（日本 G3459）Sch 20S 的安裝及閥門類
表 18 使用配管用不鏽鋼管（日本 G3459）Sch 40S 的安裝及閥門類
流體在管路中流動特性計算流體在管路內流動的阻力損失，主要依 據 物 質 不 滅 原 理 ( conservation of mass) 及 能 量 不 滅 原 理 (conservation of energy) 的基本觀念計算而來。從流體力學的能量 方程式與流體壓力或揚程 (head and pressure) 的關係，逐漸演算出 所有計算阻力的數學方程式。上項所論述的數學方程式都是由工程師從 實務中演算、實驗而得到。各個數學方程式提出後均已歷經一個世紀或 半個世紀以上的修正演算，答案都正確無誤，平均在 3%～%2 誤差範圍 內。
設若 Q、Di 相同，則 C 值對管路的阻力損失有重大的影響。因此內 襯 PVC 鋼管的 C 值優於無內襯金屬管的 C 值，內襯 PVC 鋼管的流體輸送 特性，明顯優於金屬管材料。
Hazen-Williams 數學式是最簡易、最方便的非壓縮流體在管路內輸送 的阻力計算方程式。
可壓縮流體在管路內輸送的阻力計算方程式，不能用 Hazen-Williams 數學式計算。需依據可壓縮流體在管路內輸送的特性，才能決定計算流 體在管路內輸送的阻力之方程式為何者。本研究嘗試以不同之 C 值，以 海真威廉 SI 單位與設置標準計算式作比較﹔以及 30 年後之配管，請重 新以上述二法作一比較。
表 2-19 海真威廉公式所提列之 C 值 (參考 NFPA)
管 材 類 別 海真威廉公式所提列之 C 值
全新 ABS 熱塑性塑膠管 150
使用 10 年之 ABS 熱塑性塑膠管 150
使用 20 年之 ABS 熱塑性塑膠管 150
使用 30 年之 ABS 熱塑性塑膠管 150
全新 PVC/CPVC 內襯鋼管 150
使用 10 年之 PVC/CPVC 內襯鋼管 150
使用 20 年之 PVC/CPVC 內襯鋼管 150
使用 30 年之 PVC/CPVC 內襯鋼管 150
使用 50 年之 PVC/CPVC 內襯鋼管 150
PE/PP 等其他內襯鋼管 140
銅管、玻璃管 140
新的光滑金屬管 140
新的一般金屬管 130
全新的鑄鐵管 (GIP) 120
使用 10 年的無內襯鍍鋅鐵管 (GIP) 90
使用 15 年的無內襯鍍鋅鐵管 (GIP) 75
使用 20 年的無內襯鍍鋅鐵管 (GIP) 65
使用 30 年的無內襯鍍鋅鐵管 (GIP) 55
使用 50 年的無內襯鍍鋅鐵管 (GIP) 50
使用 10 年的無內襯鑄鐵管 (CIP) 107
使用 20 年的無內襯鑄鐵管 (CIP) 95
使用 30 年的無內襯鑄鐵管 (CIP) 80
使用 40 年的無內襯鑄鐵管 (CIP) 65
(二) 配管摩擦損失計算基準
水系統滅火設備設計上應考量管路之流量、壓力損失等水力計算，
依據現行消防署公布之消防幫浦加壓送水裝置等及配管摩擦損失計算 基準 (87/02/04 修正) 第二十三點明定配管之摩擦損失，應依下列方 式計算：
𝐻𝑛 = ∑𝑁𝑛=1𝐻𝑛+ 5
（不使用自動警報逆止閥或流水檢知裝置時，Ｈ＝Σ Ｈｎ） n=1 其中:
H：配管摩擦損失水頭（m）
N：Hn 數
Hn：依下列各公式計算各配管管徑之摩擦損失水頭 𝐻𝑛 = 1.2 ∗ 𝑄^1.85/𝐷^4.87 ((𝐼_𝑘^′ + 𝐼_𝑘^”)/100) Q：標稱管徑 K 配管之流量（L／min）
D：標稱管徑 K 管之內徑絕對值（cm）
I'k：標稱管徑 K 直管長之合計（m）
I"k：標稱管徑 K 接頭、閥等之等價管長之合計（m）。
等價管長應依附表 1、附表 2、附表 3 按接頭，閥 之大小及管別求之。但 1.2 ∗ 𝑄^1.85/𝐷^4.87 值得依附圖 1、附圖 2、附圖 3 按管別，管徑及流 量求之。
2010 年最新 NFPA 14 Standard for the Installation of Standpipe and Hose Systems 已刪除使用管徑規格法（Pipe Schedule）計算方式，
而全面改以水力計算（Hydraulically Designd System）為設計方法。國 內目前一般建築物及高層建築物之連結送水管、室內消防栓設備或自動
而全面改以水力計算（Hydraulically Designd System）為設計方法。國 內目前一般建築物及高層建築物之連結送水管、室內消防栓設備或自動