淺談自動噴淋滅火系統的水力計算方法

撖玲

摘要：為克服目前自動噴水滅火系統水力計算方法存在的缺陷，根據水力學原理分析了自動噴水滅火系統配水支管上各噴頭流量之間的比例關系和水壓平衡方程，提出了適于管路自動噴水滅火系統的水力計算方法，可精確計算自動噴水滅火系統的設計流量。

關鍵詞：自動噴淋;滅火系統;水力計算

自動噴水滅火系統的水量、水力計算是自動噴水滅火系統的靈魂，涉及系統的安全可靠性、經濟性。自動噴水滅火系統同時具備了防火、控火和滅火的功能，是目前最為有效的自動滅火設施，是現代建筑防火技術的重要組成部分。自動噴水滅火系統應在人員密集、不易疏散、外部增援滅火與救生較困難的性質重要或火災危險性較大的場所中設置。正確進行自動噴水滅火系統的水力計算，對于合理選擇加壓水泵、保證滅火時的流量及噴水均勻性有重要意義。

一、“矩形面積—逐點法”

“矩形面積—逐點法”，即面積節點法。首先確定最不利作用面積在管網中的位置，作用面積的形狀宜采用正方形或長方形。若采用長方形布置時，其長方形的長邊應平行配水支管，邊長宜為作用面積平方根的1.2倍，僅在作用面積內的噴頭才計算噴水量，并且每個噴頭的噴水量至少滿足規定的噴水強度，作用面積后的管段流量不再增加，僅計算管道的水頭損失。對輕、中危險等級建筑的計算時，可假定作用面積內噴頭的噴水量相等;對嚴重危險級，應該按照噴頭處的實際水壓計算噴水量。

二、逐點法

逐點法計算是從系統最不利點噴頭開始，計算沿程各噴頭的水壓力、流量和管段的累計流量、水頭損失，直到管段累計流量滿足設計流量為止。在此后的管段中流量不再增加，僅計算沿程和局部阻力損失。在以上計算中，每個噴頭流量按特性系數法計算，其流量隨噴頭處壓力變化而變化。此計算的特點是在系統中除最不利點噴頭以外的任一噴頭的噴水量或任意4個噴頭的平均噴水量均超過了“噴規”第4.1.1條規定，系統設計偏于安全。

三、“矩形面積—逐點法”計算方法

1、矩形面積的確定

火災發生時，一般都是火源呈輻射狀向四周擴大蔓延，只有失火區上方的噴頭才會開啟。因此采用作用面積保護法，即計算作用面積內噴頭的水量是合理的。同時由于火災時空氣對流的影響，作用面積采用矩形是符合火場實際的。“噴規”規定，確定最不利作用面積在管網中位置（必要時可由水力計算確定），作用面積宜為矩形，其長邊平行于配水支管，其長度不小于作用面積平方根的1.2倍，噴頭數若為小數就進位取整。當配水支管的實際長度小于計算邊長時，作用面積要擴展到該配水管相鄰支管上的噴頭。對在走道內設置單排噴頭的閉式系統，作用面積應按最大疏散距離所確定的作用面積確定。系統設計流量按系統的有關規定計算。干式系統的作用面積應按“噴規”表5.0.1規定值的1.30倍確定。雨淋系統中每個雨淋閥控制的噴水面積不宜大于“噴規”表5.0.1中的作用面積。

2、最不利點水壓

“噴規”規定：最不利點水壓一般采用0.10MPa，最小也不應小于0.05MPa。由于規范沒有對如何取值進行詳細闡述，使設計人員在最不利點取值時，沒有一個明確的判斷標準，取值大小因人而異，使系統的可靠性，合理性和經濟性都受到一定的影響。根據多年的設計經驗，在查閱有關資料后得出：最不利點水壓應根據噴頭的實際布置情況確定。對于布置較密的噴頭，最不利點水壓應取較小值;對于噴頭布置間距較大的系統，最不利點水壓應采用較大值。這樣既能較好的滿足規范的要求，又使系統經濟合理。

3、經濟流速

“噴規”在水力計算時規定：管道內的水流速度宜采用經濟流速，必要時可超過5m/s，但不宜大于10m/s。由于噴淋系統只在火災時短時間內使用，不同于生產和生活用水。生活給水管道始終處于運行狀態，通過提高流速的辦法，來減小管徑以降低工程造價是可行的。但流速過高，管段損失過大，噴頭處的水壓增大和流量增大，會造成在作用面積內系統平均噴水強度滿足規范要求，但上下游噴頭由于水壓和流量差異較大，使系統的安全性和可靠性降低。“噴規”中只提到了水力計算采用經濟流速，而對噴淋系統的經濟流速的數據在條文和說明中均沒有涉及，設計過程中很難把握尺度。結合多年的實踐經驗，噴水支管和配水干管的設計流速一般不超過2.5m/s，常用1.8m/s～2.8m/s，并對作用面積內系統的配水干管和支管的水頭損失進行控制，使干管水頭損失控制在2m左右，支管水頭損失控制在5m左右。經計算可得，對于作用面積內干管來說，管徑DN100時，其容許長度最大為8m～11m;管徑DN125時，其容許長度最大為26m～34m;管徑DN150時，其容許最大長度為65m～87m。由此方法設計計算的噴淋系統能較好的滿足規范有關作用面積和噴水強度的規定要求，且系統水頭損失較小，消防水泵揚程較小，噴頭出水均勻性較好。系統可以在安全、經濟下運行。

4、系統設計流量計算

每個噴頭流量按下式計算：

q=

其中，q為噴頭流量，L/min;K為噴頭流量系數，決定噴頭的出水能力;p為噴頭處水壓，MPa。系統的設計流量。應按最不利點作用面積內噴頭同時噴水的總流量確定：

其中，Qs為系統設計流量，L/s;qi為最不利點作用面積內各噴頭節點的流量，L/min;n為最不利點作用面積內的噴頭數。

四、逐點法水力計算

雖然管壁厚度法和精確計算法是兩個相互獨立的水力計算方法，但由于管道估算法具有很大的局限性，在系統設計時應按照精確計算法計算。輕、中、嚴重及倉庫危險等級均按逐點法進行水力計算，即矩形面積每個噴頭噴水量按該處的水壓計算。具體步驟如下：

1、首先假設最不利點處水壓，求該噴頭的出水量，由此流量求噴頭之間管段的水頭損失;最不利點水壓一般為0.1MPa，最小也不應小于0.05MPa。

2、根據水力平衡原理，由第一個噴頭處的壓力和第一個噴頭到第二個噴頭的水頭損失之和，作為第二個噴頭處的壓力，根據此壓力求得第二個噴頭的流量，依次類推，計算作用面積內的所有噴頭的壓力和管道的流量。

3、兩管段交點處的計算水壓不同時，應按下式對交匯點處低水壓一側的管段流量進行修正。

q2=q1

其中，q1為低水壓側管段的修正流量，L/s;q2為高水壓側管段的計算流量，L/s;h1為低水壓側管段的水壓，kPa;h2為高水壓側管段的水壓，kPa。經濟流速與系統的經濟性、安全性有密切的關系，從實踐比較中得出1.8m/s～3.0m/s經濟流速范圍可滿足要求。

結論

提出的自動噴水滅火系統水力計算方法，概念清晰，理論完善，克服了現有計算方法存在的誤差較大或應用條件受局限的缺陷，既可用于閉式自動噴水滅火系統，也可用于各類開式自動噴水滅火系統。利用該計算方法可得到作用面積范圍內各噴頭流量的準確值，便于計算任意噴頭圍合范圍內的平均噴水強度，以校核噴水強度的合理性。水力計算步驟具有明顯的規律性和重復性，既可編制計算機程序計算，也可采用Excel電子表格計算，用于不同系統的水力計算時，只需調整管徑、管長等原始數據，計算簡便。

參考文獻

[1]王增長.建筑給水排水工程[M].北京：中國建筑工業出版社，2009

[2]黃海峰.自動噴水滅火系統支管特性系數水力計算法[J].給水排水，2011

[3]王毅.帶邊墻型擴展覆蓋噴頭的自動噴水系統水力分析[J].消防技術與產品信息，2011