三明市公安消防支隊(duì) 許瑞堂 熊 瑋

EPANET在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用研究

三明市公安消防支隊(duì) 許瑞堂 熊 瑋

EPANET指的就是一種能夠執(zhí)行有壓管網(wǎng)水力以及模擬水質(zhì)特性延時(shí)時(shí)狀態(tài)的一種計(jì)算機(jī)軟件,使用該種軟件當(dāng)中的擴(kuò)散器組件去模擬自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中噴頭的工作情況,使用謝齊-曼寧公式去計(jì)算水力,也可以使用特性系數(shù)法去設(shè)計(jì)并計(jì)算自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng).而經(jīng)過(guò)實(shí)例計(jì)算公式的分析,謝齊-曼寧公式也可以基本與規(guī)范推薦公式的形式相符,而當(dāng)軟件曼寧系數(shù)取值取n為0.0127時(shí),系統(tǒng)端的設(shè)計(jì)壓力規(guī)范公式值就會(huì)達(dá)到百分之七左右,系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流量也會(huì)達(dá)到百分之三左右,這種設(shè)計(jì)所得到的成果也更為保守.該軟件也可以當(dāng)做一種新類(lèi)型工具去計(jì)算并設(shè)計(jì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng).

EPANET;自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng);設(shè)計(jì)中的運(yùn)用研究

在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)當(dāng)中,毫無(wú)疑問(wèn)如何精準(zhǔn)的計(jì)算滅火系統(tǒng)當(dāng)中的數(shù)值也是十分令人頭疼的任務(wù),而在這種情況下,EPANET計(jì)算機(jī)軟件就隨之產(chǎn)生,研究人員可以使用該軟件精確地計(jì)算自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中的所有數(shù)值情況,也可以為以后的研究背景做一定的參考輔助.

1 研究背景

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)能夠自主感知火災(zāi),自主進(jìn)行噴火滅火行為,其具備經(jīng)濟(jì)可靠,經(jīng)濟(jì)實(shí)用,滅火效率高等特點(diǎn),因?yàn)檫@一原因其在建筑消防系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用也就越來(lái)越普遍.自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的水力計(jì)算在系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中占據(jù)主要位置,目前計(jì)算水力的方法有兩種,分別為作用面積法以及特性系數(shù)法.作用面積法是把作用面積當(dāng)中的各個(gè)噴頭的流都統(tǒng)一設(shè)置為同一數(shù)值,不去考慮各個(gè)噴頭之間壓力差異所造成的噴頭噴水量相差的實(shí)際情況,這是一種精煉計(jì)算的方法.特性系數(shù)法則必須要去計(jì)算出每一噴頭在不同設(shè)計(jì)壓力之下的實(shí)際噴水?dāng)?shù)量,因?yàn)樽詣?dòng)噴水滅火系統(tǒng)的管道線路比較復(fù)雜,并且有時(shí)候管道中還會(huì)出現(xiàn)很多不同類(lèi)型的噴頭,所以相比較來(lái)說(shuō)特性系數(shù)法的計(jì)算方法是比較復(fù)雜的.特性系數(shù)法的計(jì)算情況跟實(shí)際的設(shè)計(jì)情景是比較相符的,計(jì)算比較準(zhǔn)確,可以滿足規(guī)范作業(yè)的要求.目前為止,還沒(méi)有一種比較通用的軟件去專門(mén)的計(jì)算自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的水力,而且利用人工計(jì)算的話是非常耗時(shí)間的,還愛(ài)出錯(cuò).EPANET軟件是美國(guó)環(huán)境保護(hù)局研發(fā)的一種分析壓管網(wǎng)的軟件,其主要用于去分析城市水管網(wǎng)的水力并模擬水質(zhì),這一軟件在國(guó)際上也已經(jīng)得到了普遍的認(rèn)可.

噴淋管網(wǎng)跟城市給水管網(wǎng)比較類(lèi)似,并且EPANET軟件具備比較強(qiáng)大的計(jì)算水力的模塊功能,還有易于操作的圖形界面,在摸索這一軟件用法時(shí)在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)用也具有十分重要的意義.其用于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)水力計(jì)算的研究和應(yīng)用到目前為止展開(kāi)的還不算太多,研究人員只使用這種軟件分析了如何在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)環(huán)狀格柵管網(wǎng)中的應(yīng)用.并且也提出了其在環(huán)狀格柵管網(wǎng)中計(jì)算水力的方法,研究人員普遍認(rèn)為EPANET跟現(xiàn)在的天正軟件相比在計(jì)算自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的水力方面更具有競(jìng)爭(zhēng)力.

2 技術(shù)路徑

2.1 沿程水頭損失計(jì)算

這種軟件所提出的沿程水頭損失計(jì)算公式有海曾-威廉公式、達(dá)西-魏斯巴赫公式和謝齊-曼寧公式.經(jīng)過(guò)研究人員的調(diào)查研究可得知,謝齊-曼寧公式跟"噴規(guī)"的推薦公式在形式上是最為類(lèi)似的,這兩者之間成正比例關(guān)系,而在EPANET的使用手冊(cè)當(dāng)中,定下的鍍鋅鋼管的n數(shù)值約為0.015到0,017左右,中國(guó)相關(guān)規(guī)定中國(guó)設(shè)定的對(duì)于舊鋼管所建議的n數(shù)值一般為0,014到0,018左右,另一部規(guī)范中設(shè)定的n數(shù)值則為0,012.從這種不同就可以看出,各種規(guī)范手冊(cè)所列出的管道粗糙度變化的范圍都比較寬泛.噴水淋水系統(tǒng)中使用的管徑大小跟城市排水管道使用的管徑相比還是比較小的,它的粗糙取值跟城市使用的鋼管非常不同,而為了便于計(jì)算,在之后建議將所有的管徑管道大小都統(tǒng)一為0.0127.

2.2 局部水頭損失計(jì)算

在噴淋系統(tǒng)當(dāng)中,局部水頭的損失所占的總比例是比較大的,無(wú)法忽略.要按照"噴規(guī)"的有關(guān)要求換算為當(dāng)量管長(zhǎng),再計(jì)入到沿程水頭的損失當(dāng)中.

2.3 噴嘴流量計(jì)算

在EPANET軟件當(dāng)中沒(méi)有專業(yè)的消防噴頭組件可用,但是其中的擴(kuò)散器組件可以用于模擬噴頭的水力特點(diǎn).擴(kuò)散器是跟連接點(diǎn)有關(guān)的設(shè)備,經(jīng)過(guò)噴嘴或是控制模擬流量再排向大氣.

3 小結(jié)

EPANET軟件具備超強(qiáng)的模擬有壓管計(jì)算功能,其利用擴(kuò)散器組件就能夠全面實(shí)現(xiàn)對(duì)于消防噴頭的全面水力模擬.而在EPANET軟件當(dāng)中,在計(jì)算管段阻力水力時(shí)統(tǒng)一要使用謝齊-曼寧公式,管段粗糙系數(shù)n一般取值為0.0127,這時(shí)的水頭所損失的計(jì)算就跟"噴規(guī)"所規(guī)定的水頭損失計(jì)算公式比較類(lèi)似了,但總體壓力計(jì)算跟各個(gè)噴頭流量的計(jì)算還是存在一定距離的差距,但是差異程度也不是很大,并且使用EPANET軟件計(jì)算出的結(jié)果也是比較保守的.

4 算例分析

4.1 設(shè)計(jì)方案的計(jì)算方法

依據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置圖,可以在該軟件中進(jìn)行噴淋系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì).管段水力計(jì)算公式統(tǒng)一使用謝齊-曼寧公式,管道粗糙度n取值普遍為0.0127.在確定各個(gè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)值之后,再計(jì)算各管段的官長(zhǎng),要把面積中的噴頭節(jié)點(diǎn)定義為擴(kuò)散器,還要更改擴(kuò)散系數(shù).這種軟件主要用于模擬有壓管網(wǎng),計(jì)算模式一般為在存在入口壓力的情況下,在系統(tǒng)中計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)參數(shù),無(wú)法按照傳統(tǒng)類(lèi)型的設(shè)計(jì)理念從最不利的壓力點(diǎn)去反算入口壓力.

為了獲取在設(shè)計(jì)情況下管路情況的參數(shù)值,可以使用如下方式進(jìn)行展開(kāi)計(jì)算:首先,試算系統(tǒng)入口壓力,要選擇最不利節(jié)點(diǎn)處的水頭,壓力值達(dá)到5mH2O左右為基準(zhǔn),構(gòu)建以0.1米為間隔步長(zhǎng)的一系列入口壓力值,該軟件可以自動(dòng)的計(jì)算這一系列情況的變化值.要從最不利的節(jié)點(diǎn)數(shù)值變化開(kāi)始分析,按照"噴規(guī)"規(guī)定計(jì)算總流量,而且要在最不利節(jié)點(diǎn)周?chē)鷩婎^出計(jì)算流量數(shù)值及強(qiáng)度,之后再做分析,要選取能夠滿足流量交驗(yàn)條件的最小系統(tǒng)入口壓力值作為設(shè)計(jì)指標(biāo),以此獲取參數(shù)狀態(tài).

4.2 設(shè)計(jì)方案的計(jì)算與校驗(yàn)

在使用EPANET軟件按照上述文中提到的計(jì)算方法去計(jì)算噴頭周?chē)臄?shù)值變化時(shí),也不可忽視"噴規(guī)"的相關(guān)規(guī)則,要按照這兩條規(guī)定一對(duì)一的進(jìn)行手工計(jì)算對(duì)比.在這一研究過(guò)程中,一號(hào)節(jié)點(diǎn)所設(shè)計(jì)的水頭為5mH20時(shí),經(jīng)過(guò)軟件所計(jì)算出的系統(tǒng)入口壓力值大概為45mH20,在這時(shí)系統(tǒng)總噴水量也將會(huì)達(dá)到32L/S左右.

4.3 針對(duì)結(jié)果做出的對(duì)比與分析

在按照上述這些計(jì)算過(guò)程依一一做完之后,在針對(duì)軟件中的計(jì)算以及手工計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析校驗(yàn),在最不利節(jié)點(diǎn)的噴頭周?chē)?而且壓力情況比較一致的情況狀態(tài)之下,要使用統(tǒng)一的EPANET軟件去計(jì)算水頭會(huì)產(chǎn)生的損失,而得到的數(shù)值肯定會(huì)跟按照"噴規(guī)"規(guī)定所計(jì)算出來(lái)的數(shù)值大小存在一定的差距,在這次研究過(guò)程中所使用的系統(tǒng)的相對(duì)偏差也大約為百分之八左右,在分析產(chǎn)生這一結(jié)果的過(guò)程當(dāng)中,也不可忽視有關(guān)規(guī)定的重要性,一般經(jīng)過(guò)手工計(jì)算得到的結(jié)果數(shù)值都會(huì)偏大,這種研究結(jié)果在某種程度上來(lái)說(shuō)也是無(wú)法避免的,但是研究人員也要重視這一差異,要記住是在使用哪種規(guī)定計(jì)算出的結(jié)果跟最終結(jié)果有較大差異,而追究產(chǎn)生這種差異的最根本原因可發(fā)現(xiàn),主要是因?yàn)楣艿纼?nèi)部對(duì)各種不同規(guī)格的管徑大小都統(tǒng)一換成了管徑換算的管道粗糙度.在使用這種管道的情況下,管徑越小當(dāng)然計(jì)算結(jié)果也會(huì)偏大,偏差也就會(huì)越大.

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,EPANET在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)和應(yīng)用對(duì)我國(guó)建筑滅火事業(yè)具有重要意義,因此確保該系統(tǒng)的運(yùn)行計(jì)算準(zhǔn)確十分重要.

[1]魏磊,王慶國(guó),鮮志斌.EPANET在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].給水排水,2015(S1).

[2]杜坤,龍?zhí)煊?張勤 等.基于EPANET的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)環(huán)狀格柵管網(wǎng)水力計(jì)算研究[J].給水排水,2012(5).

[3]段冬松,朱林.關(guān)于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工及實(shí)際應(yīng)用中若干問(wèn)題的探討[J].中國(guó)科技信息,2012(4).