吳欣

（重慶市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，重慶 401147）

1 流量計(jì)算方法

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)在目前的消防滅火體系中應(yīng)用非常廣泛，能夠在火災(zāi)初期自動(dòng)動(dòng)作，最大程度地早期抑制、快速滅火，確保生命財(cái)產(chǎn)安全，是建筑水滅火系統(tǒng)中非常重要的組成部分。

噴水強(qiáng)度是自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)最主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，直接影響噴淋系統(tǒng)的作用效果。針對(duì)不同的火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)、凈空高度，規(guī)定了在不同作用面積下滅火所需的噴水強(qiáng)度。民用建筑和廠房采用濕式系統(tǒng)的基本參數(shù)，即《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》表5.0.1）中規(guī)定[1]，如表1 所示。

表1 民用建筑和廠房采用濕式系統(tǒng)的基本參數(shù)

筆者在工程設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)最不利作用面積數(shù)值，選取不同形狀的幾何邊界，所計(jì)算出的噴淋水量、工作壓力有明顯區(qū)別。同時(shí)，在相同的形狀下，由于噴頭的布置方式不同，導(dǎo)致噴淋系統(tǒng)的工作壓力、系統(tǒng)水量也存在差異。

本文以地下車(chē)庫(kù)為例，按作用面積內(nèi)同時(shí)動(dòng)作的噴頭數(shù)，以特性系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算參數(shù)如下所示。

1.1 噴水強(qiáng)度設(shè)定

凈空高度小于8m，火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為中危險(xiǎn)Ⅱ級(jí)，噴水強(qiáng)度為8L/min·m2，作用面積為160m2。

1.2 噴頭工作壓力設(shè)定

最不利點(diǎn)噴頭工作壓力取0.05MPa~0.10MPa，噴頭流量系數(shù)取K=80。

1.3 作用面積形狀選擇

為便于計(jì)算，作用范圍邊界形狀暫按矩形考慮。本文選取了16m×10m、10m×16m、20m×8m、8m×20m、14m×11.5m、11.5m×14m、12.6m×12.6m 等7 種不同邊界尺寸。通過(guò)計(jì)算，論證同一作用面積采用不同邊界形狀及尺寸對(duì)噴淋流量的影響。

1.4 水力計(jì)算公式選擇

（1）噴頭流量[2]：

式中：q——噴頭處節(jié)點(diǎn)流量，L/min；P——噴頭處水壓（噴頭工作壓力），MPa；K——噴頭流量系數(shù)。

（2）流速V：

式中：Q——管段流量，L/s；Dj——管道的計(jì)算內(nèi)徑，m。

（3）水力坡降：

式中：i——每米管道的水頭損失，kPa/m；dj——管道的計(jì)算內(nèi)徑，m；qg——管道設(shè)計(jì)流量，L/min；Ch——海登-威廉系數(shù)。

本次系統(tǒng)選用的管材按照鍍鋅鋼管，海登-威廉系數(shù)取值為120。

（4）沿程水頭損失：

式中：L——管段長(zhǎng)度，m。

（5）局部損失（采用當(dāng)量長(zhǎng)度法）：

式中：L（當(dāng)量）——管段當(dāng)量長(zhǎng)度，m，參考《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C。

（6）總損失：

（7）終點(diǎn)壓力：

1.5 噴頭布置原則

本次分析中，噴頭盡量對(duì)稱(chēng)布置，即噴淋系統(tǒng)配水管兩側(cè)的噴頭數(shù)量及其間距盡量一致，這樣布置的管道水力條件較好，水損相當(dāng)，壓力均衡。

2 選擇不同作用面積形狀計(jì)算噴淋系統(tǒng)流量

（1）布置方式一：16m×10m。

16m×10m 的噴頭布置方式如圖1 所示[3]。

圖1 16m×10m 的噴頭布置方式

計(jì)算過(guò)程如表2 所示。

計(jì)算結(jié)果：流量為29.9L/s，噴水強(qiáng)度11.2L/min·m2，入口壓力P=20.1m。

（2）以同樣方式，計(jì)算10m×16m、20m×8m、8m×20m、14m×11.5m、11.5m×14m、12.6m×12.6m 的系統(tǒng)流量，不同布置方式的噴淋流量和壓力計(jì)算如表3 所示。

表3 不同布置方式的噴淋流量和壓力計(jì)算匯總

3 對(duì)不同作用面積形狀選擇下的噴淋系統(tǒng)的流量分析

通過(guò)圖2 可以發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)的離散性比較大、作用面積相同的情況下，噴淋系統(tǒng)流量出現(xiàn)較大偏差，本文針對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了研究。

圖2 不同作用面積下的噴淋流量和工作壓力

筆者對(duì)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了離散性分析，結(jié)果如下。

（1）流量的平均值為23.54L/s。

（2）中位數(shù)為22.43L/s。

經(jīng)計(jì)算峰度=0.515，峰度大于0，說(shuō)明數(shù)據(jù)正態(tài)分布更為陡峭。

（6）偏度：

經(jīng)計(jì)算，偏度=0.65。

通過(guò)以上分析，可以判定并得出以下結(jié)論。

（1）噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量不是定值。計(jì)算流量基本在22~30L/s 之間，工程實(shí)際中往往簡(jiǎn)單地以噴水強(qiáng)度與作用面積相乘得出的流量（約21L/s）不正確，需要根據(jù)工程的具體情況（如柱網(wǎng)尺寸、作用面積形狀、噴頭間距、噴頭選型、布管方式、管徑取值、入口壓力等）經(jīng)計(jì)算比較后按最大值確定系統(tǒng)流量。

（2）本次模擬計(jì)算的噴頭布置均勻，單根配水支管連接噴頭數(shù)不超過(guò)3 個(gè)，水頭損失小，系統(tǒng)流量及入口壓力相對(duì)較小，但各種管徑的配水管長(zhǎng)度高于工程實(shí)際。工程中為簡(jiǎn)化布置并節(jié)約管道，單根配水支管連接噴頭數(shù)按中危險(xiǎn)級(jí)不超過(guò)8 個(gè)控制，且噴頭間距受建筑框架尺寸影響不能保持均勻一致，必然導(dǎo)致支管水損、系統(tǒng)流量及入口壓力相比本次模擬結(jié)果增大較多。根據(jù)工程實(shí)際計(jì)算統(tǒng)計(jì)，作用面積160m2的中等危險(xiǎn)Ⅱ級(jí)噴淋系統(tǒng)流量可超過(guò)35~60L/s（特別是機(jī)械立體停車(chē)庫(kù)、高大空間場(chǎng)所等），大型建筑噴淋系統(tǒng)的樓層干管入口壓力可超過(guò)0.4MPa。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量是非常關(guān)鍵的系統(tǒng)參數(shù)，流量決定噴水強(qiáng)度和滅火效能，是噴淋泵選型和確定消防水池容積的依據(jù)。流量計(jì)算或選擇錯(cuò)誤，對(duì)水滅火消防系統(tǒng)的滅火效果影響較大，且一旦建成就很難彌補(bǔ)。

最后，筆者在此強(qiáng)調(diào)以下3 點(diǎn)。

（1）噴淋系統(tǒng)的流量計(jì)算，必須復(fù)核噴水強(qiáng)度是否滿(mǎn)足規(guī)范要求。如本文中的第3、6、7 種噴頭布置方式，筆者計(jì)算之初把噴頭工作壓力統(tǒng)一取值，均按照最不利點(diǎn)5m 來(lái)計(jì)算，卻發(fā)現(xiàn)其噴水強(qiáng)度不滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定值，嚴(yán)格意義上講，這個(gè)結(jié)果已經(jīng)違反了《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50084—2017）5.0.1 條的強(qiáng)制性規(guī)定。

（2）本次計(jì)算，筆者為計(jì)算預(yù)設(shè)的7 種邊界范圍較為簡(jiǎn)單、方正，僅用于理論上的分析和模擬。實(shí)際工程案例千差萬(wàn)別，最不利區(qū)域的160m2面積的邊界通常不規(guī)則，甚至還有弧形、扇形、異形情況，如何有效的選取設(shè)計(jì)所需要的作用面積區(qū)域尤為關(guān)鍵。需要根據(jù)火災(zāi)危險(xiǎn)性大小、最不利樓層的最不利防火分區(qū)平面、配水管布置、噴頭間距等因素綜合判斷。

（3）在相同作用面積下，噴頭及管路采用不同布置方式，對(duì)系統(tǒng)流量有較大影響。配水管兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置（指支管數(shù)、支管管徑、噴頭數(shù)、噴頭間距）的水損基本一致，兩側(cè)供水壓差小，兩側(cè)配水支管流量相對(duì)均衡，對(duì)整個(gè)噴淋系統(tǒng)的均勻出流更為有利，同時(shí)也可以防止系統(tǒng)流量單邊趨大。噴淋配水管走向及配水支管上噴頭布置的對(duì)稱(chēng)與否，可導(dǎo)致系統(tǒng)流量計(jì)算結(jié)果相差12%~28%，這點(diǎn)容易被設(shè)計(jì)人員所忽略，應(yīng)該引起高度重視。