撖玲

摘要：為克服目前自動噴水滅火系統(tǒng)水力計算方法存在的缺陷，根據(jù)水力學原理分析了自動噴水滅火系統(tǒng)配水支管上各噴頭流量之間的比例關系和水壓平衡方程，提出了適于管路自動噴水滅火系統(tǒng)的水力計算方法，可精確計算自動噴水滅火系統(tǒng)的設計流量。

關鍵詞：自動噴淋;滅火系統(tǒng);水力計算

自動噴水滅火系統(tǒng)的水量、水力計算是自動噴水滅火系統(tǒng)的靈魂，涉及系統(tǒng)的安全可靠性、經(jīng)濟性。自動噴水滅火系統(tǒng)同時具備了防火、控火和滅火的功能，是目前最為有效的自動滅火設施，是現(xiàn)代建筑防火技術的重要組成部分。自動噴水滅火系統(tǒng)應在人員密集、不易疏散、外部增援滅火與救生較困難的性質(zhì)重要或火災危險性較大的場所中設置。正確進行自動噴水滅火系統(tǒng)的水力計算，對于合理選擇加壓水泵、保證滅火時的流量及噴水均勻性有重要意義。

一、“矩形面積—逐點法”

“矩形面積—逐點法”，即面積節(jié)點法。首先確定最不利作用面積在管網(wǎng)中的位置，作用面積的形狀宜采用正方形或長方形。若采用長方形布置時，其長方形的長邊應平行配水支管，邊長宜為作用面積平方根的1.2倍，僅在作用面積內(nèi)的噴頭才計算噴水量，并且每個噴頭的噴水量至少滿足規(guī)定的噴水強度，作用面積后的管段流量不再增加，僅計算管道的水頭損失。對輕、中危險等級建筑的計算時，可假定作用面積內(nèi)噴頭的噴水量相等;對嚴重危險級，應該按照噴頭處的實際水壓計算噴水量。

二、逐點法

逐點法計算是從系統(tǒng)最不利點噴頭開始，計算沿程各噴頭的水壓力、流量和管段的累計流量、水頭損失，直到管段累計流量滿足設計流量為止。在此后的管段中流量不再增加，僅計算沿程和局部阻力損失。在以上計算中，每個噴頭流量按特性系數(shù)法計算，其流量隨噴頭處壓力變化而變化。此計算的特點是在系統(tǒng)中除最不利點噴頭以外的任一噴頭的噴水量或任意4個噴頭的平均噴水量均超過了“噴規(guī)”第4.1.1條規(guī)定，系統(tǒng)設計偏于安全。

三、“矩形面積—逐點法”計算方法

1、矩形面積的確定

火災發(fā)生時，一般都是火源呈輻射狀向四周擴大蔓延，只有失火區(qū)上方的噴頭才會開啟。因此采用作用面積保護法，即計算作用面積內(nèi)噴頭的水量是合理的。同時由于火災時空氣對流的影響，作用面積采用矩形是符合火場實際的?！皣娨?guī)”規(guī)定，確定最不利作用面積在管網(wǎng)中位置（必要時可由水力計算確定），作用面積宜為矩形，其長邊平行于配水支管，其長度不小于作用面積平方根的1.2倍，噴頭數(shù)若為小數(shù)就進位取整。當配水支管的實際長度小于計算邊長時，作用面積要擴展到該配水管相鄰支管上的噴頭。對在走道內(nèi)設置單排噴頭的閉式系統(tǒng)，作用面積應按最大疏散距離所確定的作用面積確定。系統(tǒng)設計流量按系統(tǒng)的有關規(guī)定計算。干式系統(tǒng)的作用面積應按“噴規(guī)”表5.0.1規(guī)定值的1.30倍確定。雨淋系統(tǒng)中每個雨淋閥控制的噴水面積不宜大于“噴規(guī)”表5.0.1中的作用面積。

2、最不利點水壓

“噴規(guī)”規(guī)定：最不利點水壓一般采用0.10MPa，最小也不應小于0.05MPa。由于規(guī)范沒有對如何取值進行詳細闡述，使設計人員在最不利點取值時，沒有一個明確的判斷標準，取值大小因人而異，使系統(tǒng)的可靠性，合理性和經(jīng)濟性都受到一定的影響。根據(jù)多年的設計經(jīng)驗，在查閱有關資料后得出：最不利點水壓應根據(jù)噴頭的實際布置情況確定。對于布置較密的噴頭，最不利點水壓應取較小值;對于噴頭布置間距較大的系統(tǒng)，最不利點水壓應采用較大值。這樣既能較好的滿足規(guī)范的要求，又使系統(tǒng)經(jīng)濟合理。

3、經(jīng)濟流速

“噴規(guī)”在水力計算時規(guī)定：管道內(nèi)的水流速度宜采用經(jīng)濟流速，必要時可超過5m/s，但不宜大于10m/s。由于噴淋系統(tǒng)只在火災時短時間內(nèi)使用，不同于生產(chǎn)和生活用水。生活給水管道始終處于運行狀態(tài)，通過提高流速的辦法，來減小管徑以降低工程造價是可行的。但流速過高，管段損失過大，噴頭處的水壓增大和流量增大，會造成在作用面積內(nèi)系統(tǒng)平均噴水強度滿足規(guī)范要求，但上下游噴頭由于水壓和流量差異較大，使系統(tǒng)的安全性和可靠性降低。“噴規(guī)”中只提到了水力計算采用經(jīng)濟流速，而對噴淋系統(tǒng)的經(jīng)濟流速的數(shù)據(jù)在條文和說明中均沒有涉及，設計過程中很難把握尺度。結(jié)合多年的實踐經(jīng)驗，噴水支管和配水干管的設計流速一般不超過2.5m/s，常用1.8m/s～2.8m/s，并對作用面積內(nèi)系統(tǒng)的配水干管和支管的水頭損失進行控制，使干管水頭損失控制在2m左右，支管水頭損失控制在5m左右。經(jīng)計算可得，對于作用面積內(nèi)干管來說，管徑DN100時，其容許長度最大為8m～11m;管徑DN125時，其容許長度最大為26m～34m;管徑DN150時，其容許最大長度為65m～87m。由此方法設計計算的噴淋系統(tǒng)能較好的滿足規(guī)范有關作用面積和噴水強度的規(guī)定要求，且系統(tǒng)水頭損失較小，消防水泵揚程較小，噴頭出水均勻性較好。系統(tǒng)可以在安全、經(jīng)濟下運行。

4、系統(tǒng)設計流量計算

每個噴頭流量按下式計算：

q=

其中，q為噴頭流量，L/min;K為噴頭流量系數(shù)，決定噴頭的出水能力;p為噴頭處水壓，MPa。系統(tǒng)的設計流量。應按最不利點作用面積內(nèi)噴頭同時噴水的總流量確定：

其中，Qs為系統(tǒng)設計流量，L/s;qi為最不利點作用面積內(nèi)各噴頭節(jié)點的流量，L/min;n為最不利點作用面積內(nèi)的噴頭數(shù)。

四、逐點法水力計算

雖然管壁厚度法和精確計算法是兩個相互獨立的水力計算方法，但由于管道估算法具有很大的局限性，在系統(tǒng)設計時應按照精確計算法計算。輕、中、嚴重及倉庫危險等級均按逐點法進行水力計算，即矩形面積每個噴頭噴水量按該處的水壓計算。具體步驟如下：

1、首先假設最不利點處水壓，求該噴頭的出水量，由此流量求噴頭之間管段的水頭損失;最不利點水壓一般為0.1MPa，最小也不應小于0.05MPa。

2、根據(jù)水力平衡原理，由第一個噴頭處的壓力和第一個噴頭到第二個噴頭的水頭損失之和，作為第二個噴頭處的壓力，根據(jù)此壓力求得第二個噴頭的流量，依次類推，計算作用面積內(nèi)的所有噴頭的壓力和管道的流量。

3、兩管段交點處的計算水壓不同時，應按下式對交匯點處低水壓一側(cè)的管段流量進行修正。

q2=q1

其中，q1為低水壓側(cè)管段的修正流量，L/s;q2為高水壓側(cè)管段的計算流量，L/s;h1為低水壓側(cè)管段的水壓，kPa;h2為高水壓側(cè)管段的水壓，kPa。經(jīng)濟流速與系統(tǒng)的經(jīng)濟性、安全性有密切的關系，從實踐比較中得出1.8m/s～3.0m/s經(jīng)濟流速范圍可滿足要求。

結(jié)論

提出的自動噴水滅火系統(tǒng)水力計算方法，概念清晰，理論完善，克服了現(xiàn)有計算方法存在的誤差較大或應用條件受局限的缺陷，既可用于閉式自動噴水滅火系統(tǒng)，也可用于各類開式自動噴水滅火系統(tǒng)。利用該計算方法可得到作用面積范圍內(nèi)各噴頭流量的準確值，便于計算任意噴頭圍合范圍內(nèi)的平均噴水強度，以校核噴水強度的合理性。水力計算步驟具有明顯的規(guī)律性和重復性，既可編制計算機程序計算，也可采用Excel電子表格計算，用于不同系統(tǒng)的水力計算時，只需調(diào)整管徑、管長等原始數(shù)據(jù)，計算簡便。

參考文獻

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