克服噴淋系統(tǒng)噴水不均勻性

PAGEPAGE1克服噴淋系統(tǒng)噴水不均勻性在噴淋系統(tǒng)（自動噴水滅火系統(tǒng)）中，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生、噴頭出流時，由于管道中水頭損失的存在以及噴頭幾何高度的不同，管網(wǎng)中不同位置的噴頭，其實際工作壓力必然不同，由此造成噴頭的實際出流量也必然不同。因此，噴淋系統(tǒng)撲滅火災(zāi)時，位置不同但是面積相同的保護范圍內(nèi)，噴水強度和噴水總流量是不同的，尤其大面積商場、超市、廠房、高層等工程這種問題尤為明顯。在工程設(shè)計中如何采取經(jīng)濟有效措施，平衡噴淋管網(wǎng)水壓，克服這種噴水不均勻性是必要的?，F(xiàn)行的《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（GBJ84—85）》第7.1.1條規(guī)定：“對輕危險級和中危險級建筑物、筑物的自動噴水滅火系統(tǒng)進行水力計算時，應(yīng)保證作用面積內(nèi)的平均噴水強度不小于本規(guī)范表2.0.2的規(guī)定。但其中任意四個噴頭組成的保護面積內(nèi)的平均噴水強度不應(yīng)大于也不應(yīng)小于上表規(guī)定數(shù)值的20%；”并規(guī)定：自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計秒流量宜按公式“Qs=1.15—1.30QL”計算，即系統(tǒng)設(shè)計秒流量按設(shè)計噴水強度與作用面積乘積的1.15—1.30倍計算等等。這些規(guī)定就是考慮了噴淋系統(tǒng)的噴水不均勻性。規(guī)范第7.1.2條規(guī)定：“高層建筑物內(nèi)的自動噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)采用減壓孔板或節(jié)流管等技術(shù)措施”。其主要目的也是為了噴淋系統(tǒng)的噴水不均勻性。現(xiàn)行規(guī)范的上述條文表明，規(guī)范對于噴淋系統(tǒng)噴水不均勻性的定量判定是：最大噴水強度大約是規(guī)范表2.0.2中規(guī)定的設(shè)計噴水強度的1.15—1.30倍。這一判定是否有充分的計算依據(jù)？是否符合噴淋系統(tǒng)撲滅火災(zāi)時的實際情況？由此所確定的噴淋泵型號，其流量能否滿足管網(wǎng)中任意位置并且為規(guī)范表2.0.2中所要求的作用面積內(nèi)需要的流量？在具體工程設(shè)計中如何在噴淋管網(wǎng)的布置、管徑的確定以及減壓裝置的設(shè)置等方面克服噴水的不均勻性是本文要說明的問題。一、首先要對噴淋系統(tǒng)進行噴水不均勻性作定量研究，采用節(jié)點流量法對噴淋系統(tǒng)進行精確的水力計算，因為只有節(jié)點流量法才能將每個噴頭的壓力值和出流量一一對應(yīng)地求出，而其它的方法，如平均流量法等各種簡化計算方法是無法做到這一點的。然而采用節(jié)點流量法進行噴淋管道的水力計算，工作量大，非常繁瑣，按照傳統(tǒng)的計算方法同樣是不能正確反映噴淋系統(tǒng)的噴水不均勻性的。為了說明這一問題，先讓我們來看看目前常用的水力計算采用節(jié)點流量法是怎樣計算的。目前最常用的是所謂的“作用面積法”。首先確定最不利作用面積在管網(wǎng)中的位置，僅在作用面積內(nèi)所包含的噴頭才計算其噴水量。采用節(jié)點流量法將最不利作用面積內(nèi)的每個噴頭的壓力值和出流量一一求出，當(dāng)兩個分支交匯時，根據(jù)兩分支的壓力差對壓力較高的分支進行流量修正，然后將作用面積內(nèi)經(jīng)過流量修正之后的所有噴頭出流量的總和作為整個噴淋系統(tǒng)的設(shè)計秒流量，在此以后的管段流量不再增加，僅計算沿程和局部水頭損失，一直算到管網(wǎng)起點。從這種計算過程可以看出，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在最不利作用面積內(nèi)時，計算結(jié)果是比較能夠符合火災(zāi)發(fā)生的實際情況的。然而火災(zāi)是可能在管網(wǎng)中任意位置發(fā)生的。在附圖中，假如火災(zāi)不是發(fā)生在最不利作用面積A內(nèi)，而是發(fā)生在作用面積B內(nèi)，情形又怎樣呢？在這里，有一個基本的前提是應(yīng)該遵守的，即面積B和面積A都應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定，不應(yīng)小于表2.0.2中的基本數(shù)據(jù)，（為下文敘述方便起見，文中均以中危級的200平方米面積考慮）設(shè)計計算時，作用面積B與作用面積A都應(yīng)取200平方米。假定管網(wǎng)中噴頭是均勻布置的，則面積B內(nèi)力值都要比面積A內(nèi)高，必然地，面積B內(nèi)的噴頭總出流量要大于面積A內(nèi)的噴頭總出流量。但由于傳統(tǒng)的計算方法只對最不利作用面積進行水力計算，而沒有對管網(wǎng)中其它位置的作用進行水力計算，所以是無法正確反映噴淋系統(tǒng)的噴水不均勻性的。那么，作用面積B內(nèi)的噴頭總出流量究竟要比作用面積A內(nèi)的噴頭總出流量大多少呢？按照最不利作用面積A計算出來的噴淋系統(tǒng)總流量所決定的噴淋泵型號，其流量能不能滿足作用面積B處的200平方米保護范圍的需要？。附表就是分別對附圖作用面積A和作用面積B計算的成果圖。對此結(jié)果需要說明幾點：（1）最不利點處噴頭的壓力取值是10米水柱（9.8*104Pa），這是根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范表2.0.2中的基本數(shù)據(jù)確定的。但是《建筑給水排水設(shè)計手冊》計算例題中的取值為5.0米水柱，筆者以為是不妥的。雖然規(guī)范中注有：“最不利點處噴頭最低工作壓力均不應(yīng)小于4.9*104Pa”但規(guī)范的條文說明中已經(jīng)說得非常清楚：這一條注是為了避免消防水箱設(shè)得過高而造成建筑和結(jié)構(gòu)處理上的困難，并強調(diào)在設(shè)計計算時最好能采用表2.0.2中所規(guī)定的噴頭工作壓力。（2）噴頭特性系數(shù)按普通常用噴頭取為80：（3）暫先不考慮幾何高程的影響，所有噴頭及節(jié)點的高程均取同一數(shù)值，也就是說，附圖中的管網(wǎng)是在同一層上的；（4）為便于問題的研究，附圖中的噴頭是均勻整齊布置的，在工程實際中一般不容易出現(xiàn)這種情況，但原理相同（5）為節(jié)省篇幅，略去了與計算數(shù)據(jù)無關(guān)的部分下面我們就這一計算成果進行具體分析。附圖中，根據(jù)最不利作用面積A算出的本層管網(wǎng)起點水頭為35.87米，噴淋總用水量為27.97L/S，計算結(jié)果表明，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在作用面積B時，為了保證保護范圍達到規(guī)范所規(guī)定的200平方米，其噴淋總用水量增大到了35.18L/S，是最不利的1.26倍（我們將這個倍數(shù)稱之為“不均勻系數(shù)”）目前，大多數(shù)給排水工程設(shè)計人員在決定噴淋系統(tǒng)總用水量時，都是取26L/S（最多取30L/S），以此來選擇噴淋泵并計算消防水池容量，這當(dāng)然是符合現(xiàn)行規(guī)范的，但卻不大合理。其不合理性主要在于：（1）不同工程噴淋管網(wǎng)的具體情況如噴頭間距、管網(wǎng)規(guī)模、管道布置等各不相同，有的差別很大，工程設(shè)計中不能總是不分青紅皂白地套用同一個數(shù)據(jù)（由于這個問題不是本文的中心論題，這里不作進一步論述）；（2）沒有充分考慮噴淋管網(wǎng)中實際存在的噴水不均勻性的影響。附圖作用面積B內(nèi)的噴水強度高達10.55升/分·米2，是規(guī)范表2.0.2中所規(guī)定的基本數(shù)據(jù)的1.76倍，遠遠超出了規(guī)范中所推薦的1.15—1.30倍。兩者差距這樣大，說明噴淋系統(tǒng)的噴水不均勻性是不容輕視的，應(yīng)該在工程設(shè)計中予以充分的考慮。噴淋系統(tǒng)的總用水量應(yīng)當(dāng)通過認真的水力計算確定，否則，所確定的噴淋泵型號很可能是不合適的。作用面積A與作用面積B計算結(jié)果，主要是因為配水管的水頭損失造成的，因此，影響噴淋系統(tǒng)噴水不均勻程度的因素是很明顯的。主要有：（1）噴淋管網(wǎng)的規(guī)模大小。這里主要指平面管網(wǎng)的規(guī)模。顯然管網(wǎng)規(guī)模越大，最不利點距離本層管網(wǎng)起點就越遠，噴淋系統(tǒng)的噴水不均勻程度就越高。（2）噴淋管網(wǎng)的布置形狀。噴淋管網(wǎng)的形狀是隨建筑物平面而定的。當(dāng)噴淋管網(wǎng)布置成狹長形，而管網(wǎng)起點又在端頭時，噴水不均勻程度就比較高；（3）配水管管徑。管徑越小，其水頭損失越大，管網(wǎng)的噴水不均勻程度就越高。噴頭間距的大小對噴水不均勻性程度有些增加，但影響不是很大，最大的影響是大大地增加了噴淋系統(tǒng)的總用水量，所以噴頭間距不宜太?。ㄩg距小作用面積內(nèi)噴頭增加增加）。除此之外還有一個很重要的影響因素……幾何高程。下面我們通過進一步的計算來看看幾何高度對噴淋系統(tǒng)噴水不均勻性的影響。假定其建筑物共有十層，層高均為4.0米（每層增加沿層損失及局部損失計1mh2o），附圖是最高一層的噴淋管網(wǎng)，每層噴淋管網(wǎng)布置都完全相同。將各層作用面積B.面積A的計算成果列于附表1。表1層本層管網(wǎng)起點水頭（米水柱）作用面積A所需噴淋總流量（L/S）作用面積B所需噴淋總流量（L/S）本層不均勻系數(shù)1035.8727.9735.181.26940.8729.7837.551.26845.8731.6339.781.26750.8733.3141.891.26655.8734.8443.971.26560.8736.4345.831.26465.8737.9047.671.26370.8739.3149.451.26275.8740.6851.161.26180.8742.0052.821.26整個管網(wǎng)的不均勻系數(shù)為：52.82/27.97=1.89（要考慮水泵特性的因素）附表1中的不均勻系數(shù)是幾何高程與立管水頭損失共同影響的結(jié)果，但其中幾何高程與立管水頭損失共同影響的結(jié)果，但其中幾何高程的影響是主要的。表中噴淋立管水頭損失值是按立管管徑DN100mm計算的，放大到150mm時，幾何高差的影響權(quán)重占97%。此表清楚地表明，在最高層與最低層的幾何高程僅相關(guān)36m，不同位置的作用面積內(nèi)所需要的噴淋總流量差異竟如此之大，最高值是最低值的1.89倍。因此，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定高層建筑物噴淋系統(tǒng)應(yīng)采取減壓措施的條款（7.1.2條）是非常必要的。然而有些業(yè)內(nèi)人士卻認為，噴淋系統(tǒng)中沒有必要設(shè)減壓裝置，理由是噴頭壓力越高越好，越高越有利于火災(zāi)的撲滅。這種觀點只強調(diào)了問題的一個側(cè)面，而忽視了工程設(shè)計應(yīng)該全面準確地執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范。從附表一的計算結(jié)果可以看出，如果不采取減壓措施，則按照第十層最不利作用面積A用水量27.97L/S所選擇的噴淋泵，到第一層作用面積B處，只能保證大約110平方米的保護面積，遠遠達不到規(guī)范要求。二：針對上述各種影響因素，我們很容易找到在工程設(shè)計中盡量克服噴淋系統(tǒng)噴水不均勻性的技術(shù)措施：1、適當(dāng)增加噴淋立管數(shù)量。當(dāng)每層噴淋管網(wǎng)范圍較大時，宜適當(dāng)多布置幾根噴淋立管使得每根立管只負擔(dān)其中的一部分管網(wǎng)，這樣就能有效克服噴淋系統(tǒng)的噴水不均勻性。比如，在附圖管網(wǎng)的另一側(cè)增加一根立管，使整個管網(wǎng)分成兩部分，則每部分的噴水相對均勻得多。2、噴淋立管盡量布置在管網(wǎng)中央部位。這樣，從噴淋立管到最不利點噴頭的配水管長度可相應(yīng)縮短，其效果與增加噴淋立管是相似的，尤其是噴淋管網(wǎng)的形狀為狹長形時，不宜將立管設(shè)置在管網(wǎng)的端頭。3、適當(dāng)放大配水管管徑。4、適當(dāng)放大噴淋管網(wǎng)最不利作用面積內(nèi)的管段管徑。管網(wǎng)起點水頭是由最不利作用面積內(nèi)噴頭出流量決定的，適當(dāng)放大最不利作用面積內(nèi)管網(wǎng)末端某些管段的管徑，可使最不利作用面積內(nèi)噴頭出流量減小，因而配水管內(nèi)的水頭損失及管網(wǎng)起點水頭相應(yīng)減小，這樣可以降低噴水不均勻程度，更主要的是降低了管網(wǎng)起點水頭及噴淋泵揚程，并減少了噴淋系統(tǒng)總流量。此措施在工程設(shè)計中有實用價值。5、減小管網(wǎng)起點附近配水支管的管徑。這一措施是通過加大配水支管內(nèi)的水頭損失將管網(wǎng)起點處較高的壓力盡量降低，以減小管網(wǎng)起點處某些噴頭的實際工作壓力，減少其出流量，從而達到降低噴水不均勻程度的目的。通過軟件的管徑調(diào)整功能可以很方便地實現(xiàn)此措施。但要注意兩點：（1）在支管上噴頭較多的情況下，調(diào)整某管段管徑時，要兼顧到對相鄰作用面積的影響；（2）管段流速不應(yīng)超過規(guī)范允許值。6、設(shè)置減壓裝置。上文通過對幾何高度這一影響因素的分析，已經(jīng)看出高層以建筑中設(shè)置減壓裝置的必要性。現(xiàn)在我們進一步探討減壓裝置設(shè)置的有關(guān)問題：（1）為克服噴水不均勻性所設(shè)置的減壓裝置宜采用減壓孔板，不宜采用減壓閥。由于減壓閥需要在閥前加設(shè)過濾器，因此只適合用在濕式報警閥前對噴淋系統(tǒng)進行豎向分區(qū)的減區(qū)；（2）減壓孔板主要用來克服由幾何高差和噴淋立管水頭損失造成的噴淋系統(tǒng)豎向的噴水不均勻性，其位置設(shè)在各層配水管或配水干管的起點端，一般設(shè)在安全信號閥之后，所需降低的壓力值應(yīng)由水力計算確定。當(dāng)立管管徑大于等于DN125mm時，幾何調(diào)養(yǎng)工的影權(quán)重占90%以上，可以簡略地將幾何高差作為所需降低的水頭值；（3）配水支管上不宜設(shè)置減壓孔板。因為規(guī)范規(guī)定，減壓孔板應(yīng)設(shè)置在直徑不小于50毫米的水平管段上，若配水支管直徑大于等于50毫米，則該支管上的噴頭一般較多，要確定一個合適的減壓值是不大容易的，減得過多對支管末端噴頭出流會造成較大影響，減得過少對降低噴水不均勻性