中危險(xiǎn)級(jí)自噴系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算.doc

1、中危險(xiǎn)級(jí)自噴系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算摘要：闡述了中危險(xiǎn)級(jí)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)水力計(jì)算的兩種方法，指出長(zhǎng)方形作用面積法更符合實(shí)際火災(zāi)情況。關(guān)鍵詞：自噴系統(tǒng)；設(shè)計(jì)計(jì)算；沿途計(jì)算法；作用面積法中圖分類(lèi)號(hào)： TU892文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： C文章編號(hào)： 1000-4602(2000)02-0034-021 噴頭的工作壓力、流量、布置間距自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)范 )第 2.0.2 條規(guī)定噴頭工作壓力不應(yīng)小于 9.8 104Pa，但在注解中又規(guī)定最不利噴頭工作壓力不應(yīng)小于 4.9 104Pa。實(shí)際上注解中的噴頭最低工作壓力是針對(duì)屋頂水箱高度往往難以滿(mǎn)足最不利噴頭壓力值而提出的，在消防泵、增壓設(shè)施揚(yáng)程計(jì)算

2、時(shí)，不存在這個(gè)問(wèn)題。在工程設(shè)計(jì)中，最不利噴頭工作壓力值以 4.9 104Pa計(jì)算，使噴頭出水量減小，為保證一定的噴水強(qiáng)度，需縮小噴頭間距， 增加了作用面積內(nèi)動(dòng)作噴頭數(shù)量， 增加了工程投資，而優(yōu)點(diǎn)僅僅是選水泵時(shí)，可以減小約 4.9 104Pa揚(yáng)程。規(guī)范第 4.1.1 條規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)噴頭的保護(hù)面積、噴頭間距。筆者認(rèn)為該數(shù)據(jù)是噴頭呈正方形布置時(shí)的數(shù)據(jù)，且表內(nèi)數(shù)據(jù)有自相矛盾之處。噴頭的流量系數(shù)、工作壓力、噴水強(qiáng)度要求是基本數(shù)據(jù)，每只噴頭最大保護(hù)面積、最大水平間距是推導(dǎo)數(shù)據(jù)。噴頭間距計(jì)算如下 (如圖 1)：每只噴頭的最大保護(hù)面積為 S80/6 13.3m2；若為正方形布置， 其間距 a13.31/23.6

3、5m；噴頭的計(jì)算保護(hù)半徑 R3.65 sin452.58m；對(duì)角線噴頭間距 2R5.16m。若把第 4.1.1 條中噴頭按正方形布置時(shí)的數(shù)據(jù)用于長(zhǎng)方形或菱形布置是不科學(xué)的。噴頭布置時(shí)應(yīng)考慮三個(gè)因素： 每個(gè)噴頭的平均保護(hù)面積為 13.3m2； 不出現(xiàn)噴水空白； 重復(fù)覆蓋率小。如果能符合上述幾條，不必限定噴頭間距不大于 3.65m，或限定對(duì)角線噴頭之距離不超過(guò) 5.16m。GB513585 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)灑水噴頭的性能要求和試驗(yàn)方法第4.3.1 條規(guī)定了噴頭布水的均勻性要求。試驗(yàn)方法如下：四個(gè)噴頭安裝在試驗(yàn)管網(wǎng)上， 0.5m0.5m的方形集水盒密布在噴頭的保護(hù)面積內(nèi)，集水盒的口平面距吊頂 2.7

4、m。DN15mm 的噴頭在四個(gè)噴頭交互作用時(shí)的均勻性符合表 1 要求。表 1 四個(gè)噴頭交互作用時(shí)的均勻性要求噴頭公稱(chēng)直徑（mm）噴頭間距（m）保護(hù)面積（m2）每個(gè)噴頭流量（L/min ）平均灑水密度（mm/min ）低于平均灑水密度50%的面積153.512.2561.35.010%39135.015.010%而事實(shí)上國(guó)內(nèi)不同廠家噴頭布水性能各有千秋。有人實(shí)測(cè)某噴頭均勻布水的面積為 812m2，此噴頭難以滿(mǎn)足要求，按 3.65m 布置時(shí)會(huì)出現(xiàn)布水空白點(diǎn)。2 管網(wǎng)水力計(jì)算自噴系統(tǒng)常用的水力計(jì)算法有兩種： 沿途計(jì)算法。從系統(tǒng)最不利點(diǎn)噴頭開(kāi)始，沿程計(jì)算各噴頭壓力、流量和管段的累計(jì)流量、水頭損失，直到

5、管段累計(jì)流量達(dá)到設(shè)計(jì)流量為止。在此后的管段中流量不再增加，僅計(jì)算沿程和局部水頭損失。在上述計(jì)算中，每個(gè)噴頭流量按特性系數(shù)法計(jì)算，其流量隨噴頭處壓力變化而變化。此計(jì)算特點(diǎn)是在系統(tǒng)中除最不利點(diǎn)噴頭以外的任一噴頭的噴水量或任意 4 個(gè)噴頭的平均噴水量均超過(guò)規(guī)范第 4.1.1 條，系統(tǒng)計(jì)算偏于安全。此計(jì)算法按噴頭逐個(gè)動(dòng)作計(jì)算，不符合火災(zāi)發(fā)展的規(guī)律。實(shí)際發(fā)生火災(zāi)時(shí)，一般都是由火源點(diǎn)呈輻射狀向四周蔓延，此時(shí)只有失火區(qū)上方的噴頭才會(huì)動(dòng)作。 作用面積法。選定最不利作用面積在管網(wǎng)中的位置，該面積為正方形或長(zhǎng)方形，當(dāng)為長(zhǎng)方形時(shí)其長(zhǎng)邊平行于配水支管，其長(zhǎng)邊為作用面積值平方根的 1.2 倍，僅在作用面積內(nèi)的噴頭才計(jì)算

6、其噴水量。 中危險(xiǎn)級(jí)系統(tǒng) “近似 ”假定作用面積內(nèi)各噴頭的噴水量相等， 即 “近似 ”按最不利噴頭的噴水量計(jì)算，依此計(jì)算各管段的流量和阻力損失，直至作用面積內(nèi)所有噴頭動(dòng)作，此后管道流量不再增加，僅計(jì)算管道水頭損失。因?qū)嶋H滅火時(shí)各噴頭的壓力流量值是變化的，與假定條件不符，確定修正系數(shù) 1.151.30，以便與實(shí)際滅火情況相接近。由于火災(zāi)時(shí)對(duì)流及風(fēng)的影響，作用面積的形狀以呈長(zhǎng)方形更為合理，且長(zhǎng)方形面積在管道水力計(jì)算時(shí)也是最不利的。作用面積法假定每個(gè)噴頭出水量均相等，實(shí)際火災(zāi)時(shí)，少數(shù)噴頭動(dòng)作，噴頭處壓力與流量超過(guò)設(shè)計(jì)值，有利于滅火。即使火災(zāi)蔓延，但作用面積內(nèi)所有噴頭全部開(kāi)放時(shí)，其平均噴水強(qiáng)度仍符合規(guī)

7、范要求，因而此計(jì)算法是安全合理的。規(guī)范編寫(xiě)時(shí)，就中危險(xiǎn)級(jí)系統(tǒng)計(jì)算時(shí)僅需滿(mǎn)足作用面積內(nèi)的平均噴水強(qiáng)度 (假定每個(gè)噴頭出水量相等 )，參照了英美規(guī)范的某些條文。 聯(lián)邦德國(guó)規(guī)范要求各單獨(dú)噴頭的保護(hù)面積與作用面積內(nèi)所有噴頭的平均保護(hù)面積的差異不超過(guò)20%。規(guī)范第7.1.1 條規(guī)定任意四個(gè)噴頭組成的保護(hù)面積內(nèi)的平均噴水強(qiáng)度不應(yīng)大于也不應(yīng)小于規(guī)定數(shù)值的 20%，筆者認(rèn)為其本意是控制每個(gè)噴頭所保護(hù)的面積， 并非其實(shí)際噴水強(qiáng)度。由于自噴系統(tǒng)管內(nèi)水流速度較高，水頭損失較大，盡管作用面積內(nèi)噴頭動(dòng)作時(shí)，其平均噴水強(qiáng)度符合規(guī)范，但上下游噴頭因壓力不同而流量有差異，因而管道流速宜采用較低值，管徑小時(shí)尤宜采用低值。因各國(guó)

8、規(guī)范對(duì)火災(zāi)危險(xiǎn)級(jí)別的劃分各不相同， 噴水強(qiáng)度要求各不相同，甚至假定條件也各不相同， 故各國(guó)管道估算表差異較大。 筆者認(rèn)為，規(guī)范附表 7.1.5-2 所列管道估算表，特定管徑下所允許安裝的噴頭數(shù)偏多，流速偏大，不宜簡(jiǎn)單套用。如果DN40mm 管，若 4 個(gè)噴頭動(dòng)作，Q1.33 45.32L/s，v 4.24m/s，1000i1265。按估算表確定的管徑，尚須用水力計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)算。另外，規(guī)范前后條文不一致， 如第 4.1.2 條限定了噴頭間距， 第 7.1.1 條又允許噴頭保護(hù)面積有一定的自由度，這給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了困惑。筆者認(rèn)為，第 4.1.2 條可以理解為噴頭在 9.8 104Pa工作壓力下噴水強(qiáng)

9、度恰好為規(guī)定強(qiáng)度時(shí)的特例。從上述分析可知， 中危險(xiǎn)級(jí)自噴系統(tǒng)可以按作用面積法 “近似 ”計(jì)算，而不必 “嚴(yán)密 ”計(jì)算。筆者見(jiàn)到給水排水 1998 年(24 卷)第 4 期刊登的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)水力計(jì)算簡(jiǎn)化探討一文，文中提供的算例是按作用面積法 “嚴(yán)密 ”計(jì)算而得，若作用面積內(nèi)平均噴水強(qiáng)度能滿(mǎn)足規(guī)范第 7.1.1 條要求，當(dāng)然能滿(mǎn)足滅火要求，但其推導(dǎo)過(guò)程不甚嚴(yán)格。 A、B、C、D 四個(gè)噴頭 (見(jiàn)圖 1)的壓力并不完全相同，流量亦不完全相同，四個(gè)噴頭組成的保護(hù)面積內(nèi)的平均噴水強(qiáng)度應(yīng)為相鄰四個(gè)噴頭流量之和的四分之一除以所保護(hù)的面積。 規(guī)范第 7.1.1 條限定 “任意四個(gè)噴頭 ”應(yīng)落在 “作用面積 ”之內(nèi)，應(yīng)是作用面積內(nèi) “最不利四個(gè)噴頭組成的保護(hù)面積內(nèi)平均噴水強(qiáng)度