自動噴水滅火系統(tǒng)的水力計算研究

1、自動噴水滅火系統(tǒng)的水力計算研究汪宗偉（江蘇省建筑設(shè)計研究院冇限公司，南京210019）摘 要：根據(jù)國外口動噴水滅火系統(tǒng)水力計算的發(fā)展，國內(nèi)普遍采用“矩形面積逐點(diǎn) 法”進(jìn)行水力計算。但是，在大量的實(shí)際工程項目中，最不利作用面積內(nèi)的噴頭布置呈不規(guī) 則形狀。針對此，筆者釆用“精確計算法”，研究最不利作用面積呈不規(guī)則形狀吋，以驗(yàn)證 “矩形面積逐點(diǎn)法”進(jìn)行水力計算能否滿足設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：口動噴水滅火系統(tǒng)水力計算不規(guī)則形狀the hydraulic calculation of the sprinkler systemwang zong-wei（jiangsu province architectura

2、l design and research institute co., ltd. nanjing, 210019）abstract: according to the development of the automatic sprinkler system hydraulic calculation abroad, domestic widely used the ”rectangular area-point by point11 for hydraulic calculation. but, the nozzle arrangement of the most unfavorable

3、effect area had showed irregular shape in a lot of practical engineering project. for this, the author studies the irregular shape of the most unfavorable effect area by "precise calculation method11, to verify that the "rectangular area-point by point1' in the hydraulic calculation ca

4、n meet the design requirements.keywords: automatic sprinkler system； hydraulic calculation； irregular shape口動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范gb 50084-2001中8.0.5條規(guī)定：管道的管徑應(yīng) 經(jīng)水力計算確定。水力計算是自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計的核心部分，正確、合理的 水力計算對保證系統(tǒng)止常運(yùn)行、確保系統(tǒng)貝有最佳的經(jīng)濟(jì)性和適用性有著重耍作 用。1國內(nèi)外水力計算現(xiàn)狀1.1國外的水力計算方法英國自動噴水滅火系統(tǒng)安裝規(guī)則bs5306part219902規(guī)定：應(yīng)由水力計 算確定系統(tǒng)最不利點(diǎn)處作用面積的位

5、置，11配水管計算應(yīng)保證最不利點(diǎn)處作用面 積內(nèi)的最小噴水強(qiáng)度符合規(guī)定；美國自動噴水滅火系統(tǒng)安裝標(biāo)準(zhǔn)nfpa133 規(guī)定：對于所冇按水力計算要求確定的設(shè)計面積應(yīng)是矩形面積，且要求作用面積 內(nèi)每只噴頭在工作壓力下的流量，應(yīng)能保證不小于最小噴水強(qiáng)度與1個噴頭保護(hù) 面積的乘積；德國噴水裝置規(guī)范（1980年版）規(guī)定：首先確定作用面積的位 置，然后求出作用面積內(nèi)的噴頭數(shù)，且耍求各單獨(dú)噴頭的保護(hù)面積與作用面積所 有噴頭的平均保護(hù)而積的謀差不超過20%4o1.2國內(nèi)的水力計算方法口前，國內(nèi)的自動噴水滅火系統(tǒng)管道的水力計算法有作用而積法和特性系數(shù) 法兩種計算方法。作用面積法考慮到實(shí)際火災(zāi)發(fā)生時一般只是開啟少數(shù)幾

6、個噴 頭，此時系統(tǒng)的出水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計流量，系統(tǒng)水頭損失較小，噴頭處實(shí)際水壓 和流量滿足要求。而特性系數(shù)法進(jìn)行水力計算時，系統(tǒng)中除最不利點(diǎn)外的任意一 個噴頭的噴水量或任意相鄰四個噴頭處平均出水量，均超過設(shè)計流量。2水力計算分析與研究 2.1水力計算分析藍(lán)為平等5通過對自噴系統(tǒng)水力計算實(shí)例進(jìn)行分析，比較特性系數(shù)法和作用 面積法計算得到的系統(tǒng)設(shè)計流量，認(rèn)為自噴系統(tǒng)水力計算應(yīng)該采用特性系數(shù)法。 然而，中國電力安全管理網(wǎng)中的中危險級自噴系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計計算曾提到： 實(shí)際發(fā)生火災(zāi)吋，一般都是火源點(diǎn)成輻射狀向四周蔓延，只冇失火區(qū)上方的噴頭 才會動作，而特性系數(shù)法是按噴頭逐個動作計算，不符合火災(zāi)發(fā)生的規(guī)律。i

7、大i此, 我國現(xiàn)行規(guī)范gb 50084-2001（2005版）要求采用“矩形面積逐點(diǎn)法”進(jìn)行水力計 算。此方法科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，符合火災(zāi)實(shí)際情形，也是歐美等國家的通行算法，更加合 理和安全。但是，若在自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計時，最不利作用面不呈矩形，作用面積內(nèi) 的噴頭布置呈樹狀分布，直接套用“矩形面積逐點(diǎn)法”進(jìn)行水力計算是否會引 起較大誤差。針對此，筆者采用樊建軍等提出的噴頭呈不規(guī)則布置自動噴水滅 火系統(tǒng)水力計算方法，即“精確計算法”進(jìn)行嚴(yán)密計算，研究最不利作用面積內(nèi) 噴頭不規(guī)則布置時，若采用“矩形面積逐點(diǎn)法”對自動噴水滅火系統(tǒng)水力計算 結(jié)果的影響。筆者選取青島“東海路9號”行政商務(wù)酒店塔樓最不利作用面積

8、內(nèi) 的噴頭作為研究對象，因其內(nèi)的噴頭完全呈不規(guī)則布置，很具有代表性。2.2水力計算研究2.2.1噴頭呈不規(guī)則布置的水力計算公式（1）噴頭處流量式屮：q_噴頭處流量，l/s；k噴頭流量系數(shù)，玻璃球噴頭k=1.33；p噴頭出水壓力，mpao（2）同一配水支管上噴頭的流量關(guān)系q. = jl + 10k?&_乙一（旦2 + 勺 + + 遼）2 xxq】=務(wù)q式（2）v乙-1式?。簈“力點(diǎn)處噴頭流量，l/s；an_j一心點(diǎn)到n點(diǎn)z間的管段比阻，s2/l2,個管徑的比阻詳見表1； ln-i心點(diǎn)到n點(diǎn)z間的包含局部阻力折合的當(dāng)量長度在內(nèi)的管段計算 長度，m；gn點(diǎn)處噴頭流量與1點(diǎn)處噴頭流量z間的轉(zhuǎn)換

9、系數(shù)。表1熱浸鍍鋅鋼管管道比阻a值管徑dn25dn32dn40dn50流量 q(l s'1)0.0043670.00093860.00044530.0001108管徑dn70dn80dn100dn150流量 q(l s'1)0.000028930.000011680.0000026740.0000003395(3)不同配水支管上噴頭的流量關(guān)系 如支管1-/?> b-/7和c-n到達(dá)節(jié)點(diǎn)n處時，點(diǎn)處的噴頭壓力為pn+4h + a2l2(l + a2)2 + + &l”(l + tz2 + + a”)2q： =式(3)式中：pn點(diǎn)處噴頭壓力，mpa；(pi-n 與k、

10、4和厶(=1,2,n)有關(guān)的常數(shù),(mpa s2)/l2； 其余符號與式(2)相同。且三段支管起端處噴頭的流量關(guān)系滿足：pn = 0一冷2 = (pcvlc式(4)式中：如、葉與k、4和厶(=2,3, ,!)有關(guān)的常數(shù)，(mpa - s2)/l2； 2.2.2 口動噴水滅火系統(tǒng)精確水力計算自動噴水滅火系統(tǒng)計算草圖(來源于青島“東海路9號”行政商務(wù)酒店塔樓 最不利作用面積),見圖lo圖1 口動噴水滅火系統(tǒng)精確水力計算草圖(1)支管1a的精確水力計算根據(jù)式(2)和式(3)計算支管l-a、3-a、4-a和5-b的a值和卩值, 計算結(jié)杲見表2。表2支管1-a、3-a、4-a和5-b的a值和卩值管段編號

11、1-22-a3-a4-a5-b管徑(mm)dn25dn32dn25dn25dn25管段當(dāng)量長度(m)32321.321.929.36a1.111.221.051.071.31卩(mpa s2 l 2)0.0830.0620.0650.097注：管段當(dāng)量長度取實(shí)際長度的120%,即局部水損取沿程水損的20%,卞同。比較支管1-a、3-a、4-a的卩值，取卩值最大者為最不利配水管。從表1 知，支管1-a的p值最大，即為最不利配水管。根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)値，取噴頭1 處的壓力值為0.impa,貝u噴頭1處的流量為1.33l/so根據(jù)式(4),貝u0.083 x 1.332厶 /s = 0.062 xq；

12、 = 0.065 x q故q3= 1.54l/s, q4= 1.50l/s。(2)主管a-b、b-c的精確水力計算管段a-b的流量為q 擊b = 0i +?3 + ?4 =1.33 + 1.48 +1.54 +1.50 5.85 li s取管段a-b的管徑為dn40,則水頭損失h“ =力“1“0爲(wèi)=0 0004453 x0.57 x5.852pa = 0.00869mpa貝|jb點(diǎn)的水壓為= 0.083 x 1.332 + 0.00869 mfa = 05550mfa根據(jù)式(4)可以求出5點(diǎn)處噴頭的流量匹亞西“60厶/s(p,.b v 0.097管段b-c的流量和水損為qb_c = q 4-b

13、 + % = 5.85 +1.60 = 7.450 / shb_c = ab_(acql_c =0.0001108 x4.56x7.452mpa = 0.02807 a/pac點(diǎn)的壓強(qiáng)為pc = p +h 輕.=0.14855 +0.02807 mpa = 0.17662 mpa(3) 點(diǎn)6、7、8和9處噴頭的流量計算根據(jù)式(2)和(3)計算管6-b、8-b、9-b和b-c的a值和卩值，計算結(jié) 果見表3。管段編號6-77-b8-b9-b管徑(mm)dn25dn32dn25dn25管段當(dāng)量長度(m)3.60201.441.92a1.131.201.051.07卩(mpa s2 l'2)0

14、.0810.0630.065根據(jù)根據(jù)式(4)有:pb = 0.081 xq： = 0.063 xq? = 0.065 xq；故 0b-c = % + 如 + 依 + % =辦 + 1 13條 +1 148% +1 116% = 4.394辦按照自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范8.0.7規(guī)定：初步取b-c段的管徑為dn40,則b-c段的水頭損失為hb.c = ah_ch_cqlc = 0.0004453 x0.57 x(4.39496)2 = 0.00490從而 pc =pb + hb.c = 0.081 xq：+0.00490q： =0.0859 xq：故 q6=1.43l/s, q7=1.62l/s

15、, qs=1.65l/s, q9=1.60l/s。校核：qb c = 1.43厶/s + 1.62厶/s + 1.65厶/s +1.60厶/s = 6.30厶/s ,當(dāng) bc 段 的管徑選為dn40,其流速為4.96m/s<5m/s,滿足要求。(4) d點(diǎn)處壓強(qiáng)和管段c-d的流量計算參照(3)中步驟，求出點(diǎn)10、11處噴頭的流量：qio=l5ol/s, qu=1.71l/so參照管段b-c的流量與水損，求出c-d的流量與水損，即qf = 16.96厶/s, hc.d =0.007989mpa故d點(diǎn)處壓強(qiáng)為pd = pc+hc.d =0.17662 +0.007989 mpa = 0.18

16、46mpa。(5) 點(diǎn)12至點(diǎn)dz間的各點(diǎn)噴頭流量計算支管 12-13、13-f、14-f、15-c、16-c、18-d 和 19-d 的 a 值和卩值計算結(jié) 果見表4。表4 支管12-13. 13-f、14卡和15-(:等的6(值和卩值管段編號12-1313-f14-f15c16-c18-d19-d管徑(mm)dn25dn32dn25dn25dn25dn25dn25管段當(dāng)量長度(m)3.841.681.893.000.812.740.97a141.061.07111.03l01.04o(mpa s2 l'2)0.0800.0650.0700.0600.0680.061根據(jù)式（4）有：

17、f 點(diǎn)處壓強(qiáng)：ph =0.080 xq2 = 0.065 xq4c 點(diǎn)處壓強(qiáng)：氏=0.070 xq； =0.060 xq；點(diǎn)處壓強(qiáng)：pd =0.068 xq8 =0.061 xq9同時，17點(diǎn)、g點(diǎn)、h點(diǎn)、d點(diǎn)處壓強(qiáng)滿足：2p】7 = pc + &-nk-17 x（ q】5 + q】6）2 = 0； 2pg =pf + g x（ q】2 + q】3 + q14）2 = p17 + ai-gi-g x（ q】5 + q】6 + q】7）2ph = pd + d-hd-h x（ q】8 + 419）= pg + 人g-h'g-h x qg-hpd = ph + h-dh-d x q

18、h-d代入部分?jǐn)?shù)據(jù)，有：q】5 = 1.18 x qi2> qi8 = 1.22 x q12> pd = 0.102q12故q12=1.35l/s,其余各點(diǎn)處噴頭流量見表5。表5其余各點(diǎn)處的噴頭流量點(diǎn)編號qi3q】4q】5q】6q】7q】8q】9流量（l s'1）1.531.491.591.721.911.641.74(6)系統(tǒng)的設(shè)計流量和e點(diǎn)的壓強(qiáng)系統(tǒng)的設(shè)計流量為(x二f q嚴(yán)29.93厶/si=l管段d-e：選用 dn100 的內(nèi)外鍍鋅鋼管，q=29.93l/s, u=3.45m/s,1000i=239.3,管道當(dāng) 量長度 l=3.82m,則 hd-e=0.913kpa

19、o故 =pd + hd.a. =(184.60 + 0.913) kpa 二 185.51kpa。2.3水力計算結(jié)果分析通過“精確計算法”對作用面積內(nèi)所有噴頭的進(jìn)行水力計算，與“矩形面積 逐點(diǎn)法”的計算結(jié)果進(jìn)行比較分析，其計算結(jié)果見表6。表6 “矩形面積逐點(diǎn)法”與“精確計算法”的計算結(jié)果對比矩形面積逐點(diǎn)法糟確計算法結(jié)果對比設(shè)計流量(l-s-1)e點(diǎn)處壓強(qiáng)(kpa)27.60196.5629.93185.51表6結(jié)果顯示，最不利作用面積內(nèi)的噴頭不呈矩形布置時，采用“矩形面積 逐點(diǎn)法”對口動噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行水力計算，會產(chǎn)生一定的誤差，即作用面積 內(nèi)的平均噴水強(qiáng)度偏小，且水泵的設(shè)計揚(yáng)程偏大。但是，采用“矩形而積逐點(diǎn) 法”進(jìn)行水力計算時，最不利作用面積內(nèi)的平均噴水強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計要求值。 3結(jié)論當(dāng)自動噴水滅系統(tǒng)的最不利作用面積內(nèi)的噴頭