自動噴淋滅火系統設計計算的探討

李瑾麗

(北京城建設計發展集團股份有限公司重慶分院，重慶 401147)

現階段很多工程設計中涉及到自動噴淋滅火系統流量的計算，通常估算。如危險等級為中危Ⅱ級的場所，按照自噴規范5.0.1，噴水強度8 L/(min·m2)，作用面積160 m2，那么流量通常采用160×8×1.3÷60≈28 L/s。但根據自噴規范9.1.3條文，系統的設計流量應按最不利點處作用面積內的噴頭同時噴水的總流量來確定，所以單根據作用面積、噴水強度計算出來的流量值只能作為一個估算值。現就采用9.1.3方法對中危Ⅱ級場所噴頭布置間距不同，分別計算系統流量值，同時關注系統入口壓力的變化。

假定某場所屬于中危Ⅱ級，采用K=80標準噴頭。

1)噴頭布置形式為正方形，噴頭間距為3.4 m，見圖1。

圖1 正方形最大間距布置

單個噴頭的保護面積為11.5 m2，參照自噴規范9.1.4最不利點處作用面積內任意4只噴頭圍合范圍內的平均噴水強度為8×85%=6.8 L/(min·m2)，則最不利點單個噴頭流量q1=11.5×6.8=78.2 L/min，P1=(78.2/80)2/10=0.096 MPa。據自噴規范5.0.1系統最不利點處噴頭的工作壓力不應低于 0.05 MPa，0.096 MPa ＞0.05 MPa。作用面積長邊為1.2 ×(160)0.5=15.18 m，與作用面積長邊平行支管上的噴頭數為15.18/3.4≈5個。則作用面積實際長邊取3.4×5=17 m。作用面積的短邊為160/17=9.4 m。作用面積內的支管數量為9.4/3.4≈3排。故最不利點處作用面積內15個噴頭的面積為15×11.5=172.5 m2。

水力計算過程(為簡化計算，水力計算時異徑接頭及支管上的局部損失忽略不計，不考慮噴頭短立管的高差和水頭損失產生的影響):

a.管段流量 q1-2=q1=78.2 L/min，管徑取 25 mm 時，查鋼管水力計算表 1 000i=738，v=2.45 m/s。則 h1-2=(738/1 000)×3.4 ×9.8 ×10－3=0.024 6 MPa。

b.P2=P1+h1-2=0.096+0.024 6=0.120 6 MPa，q2=k(10P2)0.5=80 × (10 ×0.120 6)0.5=87.85 L/min。q2-3=q1+q2=78.2+87.85=166.05 L/min。管徑取 32 mm 時，應用內插值法得1 000i=720.4，v=2.92 m/s。則 h2-3=(720.4/1 000)×3.4 ×9.8 ×10－3=0.024 0 MPa。

c.采用相同的方法沿管路計算，得 P6=0.214 MPa，q6－7=476.39 L/min。將6支管看做一個復合噴頭，流量折算系數Kz=q5-6/(10P6)0.5=476.39/(10 × 0.214)0.5=325.65。q7支管=Kz·(10P7)0.5=325.65 × (10 × 0.221)0.5=484.11 L/min，q8支管=497.72 L/min，q8-9=1 458.22 L/min，P8=0.233 6 MPa。

經計算，噴頭按照圖1布置時，系統的流量為1 458.22 L/min=24.3 L/s，系統起點壓力約為0.24 MPa。最不利點處作用面積內的平均噴水強度為 1 458.22 L/min/172.5 m2=8.45 L/(min·m2)＞8 L/(min·m2)(見表 1)。

表1 噴頭按正方形最大間距布置水力計算表

2)噴頭布置形式為長方形，噴頭間距長為3.6 m，寬為3.1 m，見圖2。

圖2 長方形最大間距布置

單個噴頭的保護面積為11.16 m2，最不利點單個噴頭流量q1=11.16 ×6.8=75.89 L/min，P1=(75.89/80)2/10=0.090 MPa ＞0.05 MPa。作用面積長寬邊計算按照圖1方法。得出最不利點處作用面積內含15個噴頭，面積為15×11.16=167.4 m2。水力計算方法同上。

經計算，噴頭按照圖2布置時，系統的流量為1 425.60 L/min=23.76 L/s，系統起點壓力為0.23 MPa。最不利點處作用面積內的平均噴水強度1 425.60 L/min/167.4 m2=8.52 L/(min·m2)＞8 L/(min·m2)(見表2)。

表2 噴頭按長方形最大間距布置水力計算表

3)噴頭的布置形式為正方形，其正方形邊長為3.0 m，如圖3所示。

圖3 隨意正方形布置

單個噴頭的保護面積為9 m2，在最不利點處單個噴頭的流量為 q1=9 ×6.8=61.2 L/min，P1=(61.2/80)2/10=0.059 MPa ＞0.05 MPa。作用面積長寬邊計算按照圖1方法。得出最不利點處的作用面積內含18個噴頭，面積為18×9=162 m2。其水力計算方法同上。

經計算，噴頭按照圖3布置時，系統的流量為1 397.37 L/min=23.29 L/s，系統起點壓力為0.15 MPa。最不利點處作用面積內的平均噴水強度為1 397.37 L/min/162 m2=8.63 L/(min·m2)＞8 L/(min·m2)(見表3)。

表3 噴頭按正方形任意布置水力計算表

4)噴頭布置形式為長方形，噴頭間距長為3.4 m，寬為2.4 m，見圖4。

圖4 隨意長方形布置

單個噴頭保護面積為8.16 m2，最不利點單個噴頭流量q1=8.16 ×6.8=55.49 L/min，P1=(55.49/80)2/10=0.048 MPa ＜0.05 MPa，P1=0.050 MPa。作用面積長寬邊計算按照圖1中進行。得出最不利點處作用面積內含20個噴頭，面積為20×8.16=163.2 m2。水力計算方法同上。

經計算，噴頭按照圖4布置時，系統的流量為1 405.30 L/min=23.42 L/s，系統起點壓力為0.12 MPa。最不利點處作用面積內的平均噴水強度為 1 405.30 L/min/163.2 m2=8.61 L/(min·m2)＞8 L/(min·m2)(見表 4)。

表4 噴頭按長方形任意布置水力計算表

通過計算可以看出中危Ⅱ級時，系統的設計流量根據噴頭的布置間距不同也略有差距，但約在24 L/s左右，160×8=21.3 L/s＜24 L/s＜28 L/s。在最不利點處噴頭的工作壓力差別比較大，系統起點所需要的壓力也不相同。因此可以考慮設計初期采用簡算系統流量值來進行設計。系統壓力則需要根據噴頭的實際布置，計算在最不利點處噴頭的工作壓力，來具體計算系統的入口壓力。

［1］岳秀萍.建筑給水排水工程［M］.北京:中國建筑工業出版社，2011.

［2］王兆才.常用材料［M］.北京:中國建筑工業出版社，2011.

［3］GB 50084-2001，自動噴水滅火系統設計規范(2005年版)［S］.