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 摘 要：根據(jù)國外自動噴水滅火系統(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(xiàng)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，筆者采用“精確計算法”，研究最不利作用面積呈不規(guī)則形狀時，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：自動噴水滅火系統(tǒng) 水力計算 不規(guī)則形狀The hydraulic calculation of the sprinkler systemWang Zong-wei(Jiangsu province architectural design and research ins

2、titute 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 point" for hydraulic calculation. But, the nozzle arrangement of the most unfavorable effect area had

3、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 method", to verify that the "rectangular area-point by point" in the hydraulic calculation can meet the d

4、esign requirements.Keywords: automatic sprinkler system；hydraulic calculation；irregular shape 自動噴水滅火系統(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)正常運(yùn)行、確保系統(tǒng)具有最佳的經(jīng)濟(jì)性和適用性有著重要作用1。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BS5306-Part2-19902規(guī)定：應(yīng)由水力計算確定系統(tǒng)最不利點(diǎn)處作用面積的位置，且配水管計算應(yīng)保證最

5、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：對于所有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)，且要求各單獨(dú)噴頭的保護(hù)面積與作用面積所有噴頭的平均保護(hù)面積的誤差不超過20%4。1.2 國內(nèi)的水力計算方法目前，國內(nèi)的自動噴水滅火系統(tǒng)管道的水力計算法有作用面積法和特性系數(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)幾個噴頭，此時系統(tǒng)的出水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計流

6、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)時，一般都是火源點(diǎn)成輻射狀向四周蔓延，只有失火區(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。因此，我國現(xiàn)行規(guī)范GB 50084-2001(20

7、05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6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

8、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（1） 式中：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，MPa。 （2）同一配水支管上噴頭的流量關(guān)系 式（2）式中：q n n點(diǎn)處噴頭流量，L/s； An-1n-1點(diǎn)到n點(diǎn)之間的管段比阻，s2/L2，個管徑的比阻詳見表1； ln-1n-1點(diǎn)到n點(diǎn)之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； n n點(diǎn)處噴頭流量與1點(diǎn)處噴頭流量之間的轉(zhuǎn)換系數(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.

9、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-n、B-n和C-n到達(dá)節(jié)點(diǎn)n處時，n點(diǎn)處的噴頭壓力為 式（3）式中：P n n點(diǎn)處噴頭壓力，MPa； 1-n 與K、Ai和li(i=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： 式（4）式中：1-n 、1-n 與K、Ai和li(i=

10、2,3,···,n)有關(guān)的常數(shù)，(MPa·s2)/L2；2.2.2 自動噴水滅火系統(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1。圖1 自動噴水滅火系統(tǒng)精確水力計算草圖（1）支管1-A的精確水力計算根據(jù)式（2）和式（3）計算支管1A、3A、4A和5B的值和值，計算結(jié)果見表2。表2 支管1A、3A、4A和5B的值和值管段編號122A3A4A5B管徑(mm)DN25DN32DN25DN25DN25管段當(dāng)量長度(m)3.123.121.321.929.361.111.221.051.071.31(MP

11、a·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%，下同。比較支管1A、3A、4A的值，取值最大者為最不利配水管。從表1知，支管1A的值最大，即為最不利配水管。根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)值，取噴頭1處的壓力值為0.1MPa，則噴頭1處的流量為1.33L/s。根據(jù)式（4），則 故q3=1.54L/s，q4=1.50L/s。 （2）主管AB、BC的精確水力計算 管段AB的流量為 取管段AB的管徑為DN40，則水頭損失 則B點(diǎn)的水壓為 根據(jù)式（4）可以求出5點(diǎn)處噴頭的流量 管段BC的流量和水損為 C點(diǎn)的壓強(qiáng)為 （3

12、）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6b、8b、9b和bC的值和值，計算結(jié)果見表3。表3 支管6b、8b、9b和bC的值和值管段編號677b8b9b管徑(mm)DN25DN32DN25DN25管段當(dāng)量長度(m)3.602.101.441.921.131.201.051.07(MPa·s2·L-2)0.0810.0630.065根據(jù)根據(jù)式（4）有：故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bC段的管徑為DN40，則bC段的水頭損失為 從而 故q6=1.43L/s，q7=1.62L/s，q8=1.65L/s，q9=1.60L/s。校核：，當(dāng)bC

13、段的管徑選為DN40，其流速為4.96m/s5m/s，滿足要求。（4）D點(diǎn)處壓強(qiáng)和管段CD的流量計算參照（3）中步驟，求出點(diǎn)10、11處噴頭的流量：q10=1.50L/s，q11=1.71L/s。參照管段BC的流量與水損，求出CD的流量與水損，即故D點(diǎn)處壓強(qiáng)為（5）點(diǎn)12至點(diǎn)D之間的各點(diǎn)噴頭流量計算支管1213、13F、14F、15c、16c、18d和19d的值和值計算結(jié)果見表4。表4 支管1213、13F、14F和15c等的值和值管段編號121313F14F15c16c18d19d管徑(mm)DN25DN32DN25DN25DN25DN25DN25管段當(dāng)量長度(m)3.841.681.893

14、.000.812.740.971.141.061.071.111.031.101.04(MPa·s2·L-2)0.0800.0650.0700.0600.0680.061 根據(jù)式（4）有： F點(diǎn)處壓強(qiáng)： c點(diǎn)處壓強(qiáng)： d點(diǎn)處壓強(qiáng)：同時，17點(diǎn)、G點(diǎn)、H點(diǎn)、D點(diǎn)處壓強(qiáng)滿足：代入部分?jǐn)?shù)據(jù)，有： 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q13q14q15q16q17q18q19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 管段DE：選用DN100的內(nèi)

15、外鍍鋅鋼管，Q=29.93L/s，=3.45m/s,1000i=239.3，管道當(dāng)量長度L=3.82m，則hD-E=0.913KPa。故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)法精確計算法結(jié)果對比設(shè)計流量（L·s-1）27.6029.93采用“矩形面積-逐點(diǎn)法”，水泵的流量偏小E點(diǎn)處壓強(qiáng)（KPa）196.56185.51采用“矩形面積-逐點(diǎn)法”，水泵的揚(yáng)程偏大 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

16、，采用“矩形面積-逐點(diǎn)法”對自動噴水滅火系統(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“矩形面積-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)的噴頭不呈矩形布置時，采用“矩形面積-逐點(diǎn)法”進(jìn)行水力計算，會有一定的偏差，但在工程允許誤差范圍內(nèi)，是完全可以被采納的水力計算方法。參考文獻(xiàn)1 楊丙杰.自動噴水滅火系統(tǒng)水力計算方法比較分析J.給水排水,2010,36(12):80-832 BS 5306-Part.Rules for automatic sprinkler installationS.1990.England3 National Fire Protection Associati