消防噴淋系統(tǒng)水力計算方法概述及分析

曾鐵權(quán)

(南平市公安消防支隊順昌縣公安消防大隊，福建順昌 353200)

水力計算是消防系統(tǒng)設(shè)計中的核心部分，在其中扮演著非常重要的角色。通過嚴格計算所需供水面積、供水強度及供水時間，達到合理優(yōu)化消防系統(tǒng)的目標(biāo)。精確計算法與管壁厚度法是世界上常用的兩種水力計算方法。從字面上來理解，精確計算法，就是考慮各方面參數(shù)，進行合理計算，得出總水量與供水壓力的方法。而管壁厚度法，則主要是通過確立被保護場所的危險系數(shù)與系統(tǒng)受保護的面積以及管網(wǎng)的高度等等參數(shù)，用已有的實踐經(jīng)驗來判斷系統(tǒng)的總水量與供水的壓力。

1 精確計算法

1.1 海登·威廉公式

在消防噴淋系統(tǒng)水力計算中，最流行的屬精確計算法。其主要原因是:首先，精確計算法的優(yōu)勢就是精確，它是通過合理參考各方面參數(shù)計算出來的;其次，計算機技術(shù)的發(fā)展使得一些數(shù)學(xué)運算不再那么繁瑣與復(fù)雜。其計算的核心公式之一就是海登·威廉在公式中，利用管內(nèi)徑、流量與海登·威廉的系數(shù)C，然后考慮管的長度和管網(wǎng)情況來計算水壓的損失情況。由于這種計算方式不需要考慮管內(nèi)渦流、管內(nèi)壁的阻力等等，所以理論界認為，海登·威廉公式屬于經(jīng)驗形式的公式。接下來對該公式作一些簡單的說明。

1)在消防中，消防噴劑有許多種介質(zhì)，由于海登·威廉公式屬于經(jīng)驗形式的公式，所以只適合用于水介質(zhì)的水力計算，而泡沫及其他介質(zhì)由于密度、管內(nèi)壁的阻力等等壓力損失嚴重，無法適用海登·威廉公式，一般采用達西·韋史巴赫方程公式來進行水力計算。

2)而系數(shù)C在海登·威廉來看僅僅是一個實驗結(jié)論，只代表了一個數(shù)據(jù)，就算是再完美的實驗，依然要被限制在一定的流速范圍之內(nèi)。當(dāng)流速不足9.1m/s時，系數(shù)C和公式計算會出現(xiàn)誤差，此時的誤差是允許的。而美國消防協(xié)會還未對噴淋系統(tǒng)進行流速確定，并認為水的噴淋系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)的作用。當(dāng)壓力損失時，其數(shù)值會隨著流速提高而呈指數(shù)增加。由于流量大、管徑小而導(dǎo)致的過高流速，壓力損失也會提高，那么對供水設(shè)備的要求也會順應(yīng)提升，增加了設(shè)備成本。如果在實際工作過程中出現(xiàn)上述情況，那么設(shè)計師就會擴大管徑，從而減少壓力損失，流速也能得到控制。這就體現(xiàn)了精確計算法的優(yōu)點，能夠優(yōu)化設(shè)計流程，促進整個供水系統(tǒng)的完善、有效、合理。

3)水溫的變化會直接影響到水的粘性系數(shù)，由于管壁溫度與水溫存在差異，會導(dǎo)致管內(nèi)形成補償流，影響水流，從而造成水在流動中產(chǎn)生的壓力受到損失。海登·威廉認為普通水源的水溫不會使計算出現(xiàn)明顯的誤差。當(dāng)水源的水溫過高的時候，應(yīng)該使用Darcy-Weisbach這種公式。

1.2 噴頭的K系數(shù)

噴頭噴水壓力一般用字母K表示，一般情況下，K系數(shù)值越大，通過噴頭的徑流量就越大，其壓力也就越大。在出水口形狀、尺寸以及材質(zhì)等參數(shù)相同的情況下，其系數(shù)K的計算公式可以表示為K=Q/，K為系數(shù)，Q為流量，P為入口處壓力。

其具體操作步驟如下:1)確定被保護場所的危險等級系數(shù);2)確定作用的面積與噴水的強度;3)布置噴頭;4)確定作用面積的具體位置;5)作用面積的形狀與內(nèi)部的噴頭數(shù)量;6)確定其中水力最遠的噴頭的流量與壓力;7)確定作用面積內(nèi)相同的配水支管上其他噴頭的流量與壓力;8)確定第二、第三、第四條配水支管的流量;9)完成計算。

2 管壁厚度法

管壁厚度法主要是通過被保護場所的危險系數(shù)與系統(tǒng)的保護面積以及管網(wǎng)的高度等等信息數(shù)據(jù)，用已有的實踐經(jīng)驗來判斷系統(tǒng)的總水量與供水的壓力。鑒于精確計算法的不斷普及，使用管壁厚度法的計算設(shè)計師愈來愈少。美國消防協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)允許使用管壁厚度法來進行水力的計算，但它的應(yīng)用范圍受到了很大的約束。它規(guī)定，管壁厚度法只能用于以下情況:1)輕中級危險等級系數(shù)的場所;2)噴頭K系數(shù)為80的噴頭;3)枝狀管網(wǎng);4)鋼管與以鋼管為材質(zhì)的管網(wǎng)(由于它是一種經(jīng)驗測算法，所以沒有具體公式)。

其具體操作如下:1)確定被保護場所的危險等級系數(shù);2)確定其單層的保護面積;3)確定其中最高噴頭和系統(tǒng)立管底部之間的高度差;4)確定管網(wǎng)的布置;5)通過經(jīng)驗進行測算。

綜上所述，管壁厚度法相比精確計算法而言，在計算步驟上并不是很繁瑣與復(fù)雜，但為什么就是得不到計算設(shè)計師們的青睞。除了上述美國消防協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)的約束以外，其實，它在實際操作中還是存在很多缺陷與漏洞的，其系統(tǒng)的設(shè)計達不到合理性、有效性與經(jīng)濟性的要求。盡管精確計算法的計算步驟看上去比較復(fù)雜，但是它所計算出的結(jié)果相比管壁厚度法更為精準(zhǔn)、可靠。

3 結(jié)語

水力的計算是消防設(shè)計的關(guān)鍵與核心部分，其中的每個系統(tǒng)的設(shè)計都必須要認真、嚴謹?shù)貓?zhí)行。在具體的規(guī)劃與設(shè)計時，最好是使用水力計算的先進軟件，以免繁重的重復(fù)勞動，減少誤差。在計算時，要合理選取計算的公式，深刻理解其適用的范圍。同時，我們應(yīng)該明白，精確計算法與管壁厚度法是兩種相互獨立的計算方法，不能用其中的一種去校驗另一種的結(jié)果。

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