论文部分内容阅读
摘要：为克服目前自动喷水灭火系统水力计算方法存在的缺陷，根据水力学原理分析了自动喷水灭火系统配水支管上各喷头流量之间的比例关系和水压平衡方程，提出了适于管路自动喷水灭火系统的水力计算方法，可精确计算自动喷水灭火系统的设计流量。
关键词：自动喷淋;灭火系统;水力计算
自动喷水灭火系统的水量、水力计算是自动喷水灭火系统的灵魂，涉及系统的安全可靠性、经济性。自动喷水灭火系统同时具备了防火、控火和灭火的功能，是目前最为有效的自动灭火设施，是现代建筑防火技术的重要组成部分。自动喷水灭火系统应在人员密集、不易疏散、外部增援灭火与救生较困难的性质重要或火灾危险性较大的场所中设置。正确进行自动喷水灭火系统的水力计算，对于合理选择加压水泵、保证灭火时的流量及喷水均匀性有重要意义。
一、“矩形面积—逐点法”
“矩形面积—逐点法”，即面积节点法。首先确定最不利作用面积在管网中的位置，作用面积的形状宜采用正方形或长方形。若采用长方形布置时，其长方形的长边应平行配水支管，边长宜为作用面积平方根的1.2倍，仅在作用面积内的喷头才计算喷水量，并且每个喷头的喷水量至少满足规定的喷水强度，作用面积后的管段流量不再增加，仅计算管道的水头损失。对轻、中危险等级建筑的计算时，可假定作用面积内喷头的喷水量相等;对严重危险级，应该按照喷头处的实际水压计算喷水量。
二、逐点法
逐点法计算是从系统最不利点喷头开始，计算沿程各喷头的水压力、流量和管段的累计流量、水头损失，直到管段累计流量满足设计流量为止。在此后的管段中流量不再增加，仅计算沿程和局部阻力损失。在以上计算中，每个喷头流量按特性系数法计算，其流量随喷头处压力变化而变化。此计算的特点是在系统中除最不利点喷头以外的任一喷头的喷水量或任意4个喷头的平均喷水量均超过了“喷规”第4.1.1条规定，系统设计偏于安全。
三、“矩形面积—逐点法”计算方法
1、矩形面积的确定
火灾发生时，一般都是火源呈辐射状向四周扩大蔓延，只有失火区上方的喷头才会开启。因此采用作用面积保护法，即计算作用面积内喷头的水量是合理的。同时由于火灾时空气对流的影响，作用面积采用矩形是符合火场实际的。“喷规”规定，确定最不利作用面积在管网中位置（必要时可由水力计算确定），作用面积宜为矩形，其长边平行于配水支管，其长度不小于作用面积平方根的1.2倍，喷头数若为小数就进位取整。当配水支管的实际长度小于计算边长时，作用面积要扩展到该配水管相邻支管上的喷头。对在走道内设置单排喷头的闭式系统，作用面积应按最大疏散距离所确定的作用面积确定。系统设计流量按系统的有关规定计算。干式系统的作用面积应按“喷规”表5.0.1规定值的1.30倍确定。雨淋系统中每个雨淋阀控制的喷水面积不宜大于“喷规”表5.0.1中的作用面积。
2、最不利点水压
“喷规”规定：最不利点水压一般采用0.10MPa，最小也不应小于0.05MPa。由于规范没有对如何取值进行详细阐述，使设计人员在最不利点取值时，没有一个明确的判断标准，取值大小因人而异，使系统的可靠性，合理性和经济性都受到一定的影响。根据多年的设计经验，在查阅有关资料后得出：最不利点水压应根据喷头的实际布置情况确定。对于布置较密的喷头，最不利点水压应取较小值;对于喷头布置间距较大的系统，最不利点水压应采用较大值。这样既能较好的满足规范的要求，又使系统经济合理。
3、经济流速
“喷规”在水力计算时规定：管道内的水流速度宜采用经济流速，必要时可超过5m/s，但不宜大于10m/s。由于喷淋系统只在火灾时短时间内使用，不同于生产和生活用水。生活给水管道始终处于运行状态，通过提高流速的办法，来减小管径以降低工程造价是可行的。但流速过高，管段损失过大，喷头处的水压增大和流量增大，会造成在作用面积内系统平均喷水强度满足规范要求，但上下游喷头由于水压和流量差异较大，使系统的安全性和可靠性降低。“喷规”中只提到了水力计算采用经济流速，而对喷淋系统的经济流速的数据在条文和说明中均没有涉及，设计过程中很难把握尺度。结合多年的实践经验，喷水支管和配水干管的設计流速一般不超过2.5m/s，常用1.8m/s～2.8m/s，并对作用面积内系统的配水干管和支管的水头损失进行控制，使干管水头损失控制在2m左右，支管水头损失控制在5m左右。经计算可得，对于作用面积内干管来说，管径DN100时，其容许长度最大为8m～11m;管径DN125时，其容许长度最大为26m～34m;管径DN150时，其容许最大长度为65m～87m。由此方法设计计算的喷淋系统能较好的满足规范有关作用面积和喷水强度的规定要求，且系统水头损失较小，消防水泵扬程较小，喷头出水均匀性较好。系统可以在安全、经济下运行。
4、系统设计流量计算
每个喷头流量按下式计算：
q=
其中，q为喷头流量，L/min;K为喷头流量系数，决定喷头的出水能力;p为喷头处水压，MPa。系统的设计流量。应按最不利点作用面积内喷头同时喷水的总流量确定：
其中，Qs为系统设计流量，L/s;qi为最不利点作用面积内各喷头节点的流量，L/min;n为最不利点作用面积内的喷头数。
四、逐点法水力计算
虽然管壁厚度法和精确计算法是两个相互独立的水力计算方法，但由于管道估算法具有很大的局限性，在系统设计时应按照精确计算法计算。轻、中、严重及仓库危险等级均按逐点法进行水力计算，即矩形面积每个喷头喷水量按该处的水压计算。具体步骤如下：
1、首先假设最不利点处水压，求该喷头的出水量，由此流量求喷头之间管段的水头损失;最不利点水压一般为0.1MPa，最小也不应小于0.05MPa。
2、根据水力平衡原理，由第一个喷头处的压力和第一个喷头到第二个喷头的水头损失之和，作为第二个喷头处的压力，根据此压力求得第二个喷头的流量，依次类推，计算作用面积内的所有喷头的压力和管道的流量。
3、两管段交点处的计算水压不同时，应按下式对交汇点处低水压一侧的管段流量进行修正。
q2=q1
其中，q1为低水压侧管段的修正流量，L/s;q2为高水压侧管段的计算流量，L/s;h1为低水压侧管段的水壓，kPa;h2为高水压侧管段的水压，kPa。经济流速与系统的经济性、安全性有密切的关系，从实践比较中得出1.8m/s～3.0m/s经济流速范围可满足要求。
结论
提出的自动喷水灭火系统水力计算方法，概念清晰，理论完善，克服了现有计算方法存在的误差较大或应用条件受局限的缺陷，既可用于闭式自动喷水灭火系统，也可用于各类开式自动喷水灭火系统。利用该计算方法可得到作用面积范围内各喷头流量的准确值，便于计算任意喷头围合范围内的平均喷水强度，以校核喷水强度的合理性。水力计算步骤具有明显的规律性和重复性，既可编制计算机程序计算，也可采用Excel电子表格计算，用于不同系统的水力计算时，只需调整管径、管长等原始数据，计算简便。
参考文献
[1]王增长.建筑给水排水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2009
[2]黄海峰.自动喷水灭火系统支管特性系数水力计算法[J].给水排水，2011
[3]王毅.带边墙型扩展覆盖喷头的自动喷水系统水力分析[J].消防技术与产品信息，2011
关键词：自动喷淋;灭火系统;水力计算
自动喷水灭火系统的水量、水力计算是自动喷水灭火系统的灵魂，涉及系统的安全可靠性、经济性。自动喷水灭火系统同时具备了防火、控火和灭火的功能，是目前最为有效的自动灭火设施，是现代建筑防火技术的重要组成部分。自动喷水灭火系统应在人员密集、不易疏散、外部增援灭火与救生较困难的性质重要或火灾危险性较大的场所中设置。正确进行自动喷水灭火系统的水力计算，对于合理选择加压水泵、保证灭火时的流量及喷水均匀性有重要意义。
一、“矩形面积—逐点法”
“矩形面积—逐点法”，即面积节点法。首先确定最不利作用面积在管网中的位置，作用面积的形状宜采用正方形或长方形。若采用长方形布置时，其长方形的长边应平行配水支管，边长宜为作用面积平方根的1.2倍，仅在作用面积内的喷头才计算喷水量，并且每个喷头的喷水量至少满足规定的喷水强度，作用面积后的管段流量不再增加，仅计算管道的水头损失。对轻、中危险等级建筑的计算时，可假定作用面积内喷头的喷水量相等;对严重危险级，应该按照喷头处的实际水压计算喷水量。
二、逐点法
逐点法计算是从系统最不利点喷头开始，计算沿程各喷头的水压力、流量和管段的累计流量、水头损失，直到管段累计流量满足设计流量为止。在此后的管段中流量不再增加，仅计算沿程和局部阻力损失。在以上计算中，每个喷头流量按特性系数法计算，其流量随喷头处压力变化而变化。此计算的特点是在系统中除最不利点喷头以外的任一喷头的喷水量或任意4个喷头的平均喷水量均超过了“喷规”第4.1.1条规定，系统设计偏于安全。
三、“矩形面积—逐点法”计算方法
1、矩形面积的确定
火灾发生时，一般都是火源呈辐射状向四周扩大蔓延，只有失火区上方的喷头才会开启。因此采用作用面积保护法，即计算作用面积内喷头的水量是合理的。同时由于火灾时空气对流的影响，作用面积采用矩形是符合火场实际的。“喷规”规定，确定最不利作用面积在管网中位置（必要时可由水力计算确定），作用面积宜为矩形，其长边平行于配水支管，其长度不小于作用面积平方根的1.2倍，喷头数若为小数就进位取整。当配水支管的实际长度小于计算边长时，作用面积要扩展到该配水管相邻支管上的喷头。对在走道内设置单排喷头的闭式系统，作用面积应按最大疏散距离所确定的作用面积确定。系统设计流量按系统的有关规定计算。干式系统的作用面积应按“喷规”表5.0.1规定值的1.30倍确定。雨淋系统中每个雨淋阀控制的喷水面积不宜大于“喷规”表5.0.1中的作用面积。
2、最不利点水压
“喷规”规定：最不利点水压一般采用0.10MPa，最小也不应小于0.05MPa。由于规范没有对如何取值进行详细阐述，使设计人员在最不利点取值时，没有一个明确的判断标准，取值大小因人而异，使系统的可靠性，合理性和经济性都受到一定的影响。根据多年的设计经验，在查阅有关资料后得出：最不利点水压应根据喷头的实际布置情况确定。对于布置较密的喷头，最不利点水压应取较小值;对于喷头布置间距较大的系统，最不利点水压应采用较大值。这样既能较好的满足规范的要求，又使系统经济合理。
3、经济流速
“喷规”在水力计算时规定：管道内的水流速度宜采用经济流速，必要时可超过5m/s，但不宜大于10m/s。由于喷淋系统只在火灾时短时间内使用，不同于生产和生活用水。生活给水管道始终处于运行状态，通过提高流速的办法，来减小管径以降低工程造价是可行的。但流速过高，管段损失过大，喷头处的水压增大和流量增大，会造成在作用面积内系统平均喷水强度满足规范要求，但上下游喷头由于水压和流量差异较大，使系统的安全性和可靠性降低。“喷规”中只提到了水力计算采用经济流速，而对喷淋系统的经济流速的数据在条文和说明中均没有涉及，设计过程中很难把握尺度。结合多年的实践经验，喷水支管和配水干管的設计流速一般不超过2.5m/s，常用1.8m/s～2.8m/s，并对作用面积内系统的配水干管和支管的水头损失进行控制，使干管水头损失控制在2m左右，支管水头损失控制在5m左右。经计算可得，对于作用面积内干管来说，管径DN100时，其容许长度最大为8m～11m;管径DN125时，其容许长度最大为26m～34m;管径DN150时，其容许最大长度为65m～87m。由此方法设计计算的喷淋系统能较好的满足规范有关作用面积和喷水强度的规定要求，且系统水头损失较小，消防水泵扬程较小，喷头出水均匀性较好。系统可以在安全、经济下运行。
4、系统设计流量计算
每个喷头流量按下式计算：
q=
其中，q为喷头流量，L/min;K为喷头流量系数，决定喷头的出水能力;p为喷头处水压，MPa。系统的设计流量。应按最不利点作用面积内喷头同时喷水的总流量确定：
其中，Qs为系统设计流量，L/s;qi为最不利点作用面积内各喷头节点的流量，L/min;n为最不利点作用面积内的喷头数。
四、逐点法水力计算
虽然管壁厚度法和精确计算法是两个相互独立的水力计算方法，但由于管道估算法具有很大的局限性，在系统设计时应按照精确计算法计算。轻、中、严重及仓库危险等级均按逐点法进行水力计算，即矩形面积每个喷头喷水量按该处的水压计算。具体步骤如下：
1、首先假设最不利点处水压，求该喷头的出水量，由此流量求喷头之间管段的水头损失;最不利点水压一般为0.1MPa，最小也不应小于0.05MPa。
2、根据水力平衡原理，由第一个喷头处的压力和第一个喷头到第二个喷头的水头损失之和，作为第二个喷头处的压力，根据此压力求得第二个喷头的流量，依次类推，计算作用面积内的所有喷头的压力和管道的流量。
3、两管段交点处的计算水压不同时，应按下式对交汇点处低水压一侧的管段流量进行修正。
q2=q1
其中，q1为低水压侧管段的修正流量，L/s;q2为高水压侧管段的计算流量，L/s;h1为低水压侧管段的水壓，kPa;h2为高水压侧管段的水压，kPa。经济流速与系统的经济性、安全性有密切的关系，从实践比较中得出1.8m/s～3.0m/s经济流速范围可满足要求。
结论
提出的自动喷水灭火系统水力计算方法，概念清晰，理论完善，克服了现有计算方法存在的误差较大或应用条件受局限的缺陷，既可用于闭式自动喷水灭火系统，也可用于各类开式自动喷水灭火系统。利用该计算方法可得到作用面积范围内各喷头流量的准确值，便于计算任意喷头围合范围内的平均喷水强度，以校核喷水强度的合理性。水力计算步骤具有明显的规律性和重复性，既可编制计算机程序计算，也可采用Excel电子表格计算，用于不同系统的水力计算时，只需调整管径、管长等原始数据，计算简便。
参考文献
[1]王增长.建筑给水排水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2009
[2]黄海峰.自动喷水灭火系统支管特性系数水力计算法[J].给水排水，2011
[3]王毅.带边墙型扩展覆盖喷头的自动喷水系统水力分析[J].消防技术与产品信息，2011