自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量算式的探討

1、PAGE PAGE 9自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量算式的探討提 要 分析認(rèn)為自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ84 - 85) 和(GB50084 - 2001) 中系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量算式存在著不夠完善或比較繁瑣,且難實(shí)際操作的問(wèn)題。提出以(GB50084 - 2001) 第9.1.4 條規(guī)定的噴水強(qiáng)度為基點(diǎn),計(jì)算出系統(tǒng)最大和最小設(shè)計(jì)流量,再根據(jù)實(shí)際作用面積內(nèi)安裝的噴頭數(shù)確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量的算法。關(guān)鍵詞 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 設(shè)計(jì)流量 算式1 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量的計(jì)算自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ84 - 85) (以下簡(jiǎn)稱“原自規(guī)”) 第7.1.1 條:“自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)秒流量,宜按下式計(jì)算?！逼?/p>

2、算式為:Qs = 1.15 1.30Q1 (1)式中Qs 系統(tǒng)設(shè)計(jì)秒流量,L/ s ;Ql 噴水強(qiáng)度與作用面積的乘積,L/ s。由式(1) 可見(jiàn),系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量是以作用面積內(nèi)全部噴頭的噴水量至少應(yīng)等于規(guī)范規(guī)定的噴水強(qiáng)度為基點(diǎn),再考慮水力計(jì)算,是從作用面積內(nèi)最不利點(diǎn)處算起,其它有利點(diǎn)處噴頭工作壓力較最不利點(diǎn)處大,因此用1.151.30 的系數(shù)作流量修正系數(shù)。這種算式只能算是一種估算,因?yàn)樗鼪](méi)有考慮作用面積內(nèi)安裝的噴頭數(shù)量和實(shí)際的噴水不均勻性。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范( GB50084 -2001) (以下簡(jiǎn)稱“新自規(guī)”) 9.1.3 條:“系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量,應(yīng)按最不利點(diǎn)處作用面積內(nèi)噴頭同時(shí)噴水的總流

3、量確定。”其表達(dá)式為(2)式中Qs 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量,L/ s ;qi 最不利點(diǎn)處作用面積內(nèi)各噴頭節(jié)點(diǎn)的流量,L/ min ;n 最不利點(diǎn)處作用面積內(nèi)的噴頭數(shù)。算式(2) 看來(lái)比較完善,但實(shí)際如何操作,條文沒(méi)有說(shuō)明。我們認(rèn)為首先必須搞清楚,一“最不利點(diǎn)處作用面積”如何界定? 二作用面積內(nèi)噴頭節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算時(shí),起始點(diǎn)噴頭工作壓力如何設(shè)定?“最不利點(diǎn)處作用面積”,易誤解為:離噴淋水泵供水最高、最遠(yuǎn)處的作用面積。我們認(rèn)為:算式所指的“最不利點(diǎn)處的作用面積”顯然不是以噴淋水泵供水有利、不利考慮。因?yàn)橐源丝紤],當(dāng)最高、最遠(yuǎn)處僅在走道處設(shè)置單排噴頭的閉式系統(tǒng),按“新自規(guī)”5.0.2 條及其條文說(shuō)明,其作用面積應(yīng)

4、按最大疏散距離所對(duì)應(yīng)的走道面積確定。對(duì)中危險(xiǎn)級(jí)I 級(jí)采用標(biāo)準(zhǔn)噴頭,噴頭工作壓力為0.05 MPa 時(shí),為達(dá)到6L/ (minm2) 平均噴水強(qiáng)度,噴頭間距為3.16 m ,則噴頭覆蓋全部走道面積時(shí)最多開(kāi)放的噴頭數(shù)不會(huì)超過(guò)9 只;如疏散距離短,則開(kāi)放噴頭數(shù)更少。因此其噴水的總流量就小,不能滿足其它部位作用面積發(fā)生火災(zāi)時(shí)所需的噴水強(qiáng)度要求?！霸砸?guī)”7.1.1 算式與噴淋泵供水有利、不利也沒(méi)有關(guān)聯(lián)。因此可以認(rèn)定算式的“最不利點(diǎn)處作用面積”是指系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量最大的作用面積。實(shí)際水力計(jì)算時(shí),各噴頭節(jié)點(diǎn)工作壓力大小還取決于計(jì)算時(shí)起始點(diǎn)噴頭設(shè)定的工作壓力值和配水支管、配水管管徑及其長(zhǎng)度。起始點(diǎn)噴頭設(shè)定的工作

5、壓力值,規(guī)范規(guī)定不應(yīng)低于0.05MPa ,一般設(shè)計(jì)常用0.05 MPa 。實(shí)際上,此壓力值的選取要受“新自規(guī)”9.1.4 條的制約?！靶伦砸?guī)”9.1.4條提到:“最不利點(diǎn)處作用面積內(nèi)任意4 只噴頭圍合范圍內(nèi)的平均噴水強(qiáng)度,輕危險(xiǎn)級(jí)、中危險(xiǎn)級(jí)不應(yīng)低于本規(guī)范表5.0.1 規(guī)定值的85 % .。”與“新自規(guī)”9.1.3 條條文說(shuō)明中提到的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定:“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)度與一個(gè)噴頭保護(hù)面積的乘積”是一致的。因此,可以推導(dǎo)出,噴頭的設(shè)定工作壓力值要符合下式: 式中q 起始點(diǎn)噴頭在設(shè)定的工作壓力下的出流 量,L/ min ;S 最小噴水強(qiáng)度,中危險(xiǎn)級(jí)級(jí)為6

6、85 %= 5.1 L/ (minm2) , 級(jí):8 85 % = 6.8L/ (minm2) ;F 一個(gè)噴頭的保護(hù)面積,m2 ;K 噴頭流量系數(shù),標(biāo)準(zhǔn)噴頭K = 80 ;P0 起始點(diǎn)噴頭設(shè)定的工作壓力值,MPa 。因此設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),作用面積內(nèi)起始點(diǎn)噴頭設(shè)定的工作壓力值,既要看噴頭設(shè)置場(chǎng)所火災(zāi)的危險(xiǎn)等級(jí),又要看噴頭布置間距和一個(gè)噴頭保護(hù)的面積大小。不能簡(jiǎn)單地用“系統(tǒng)最不利點(diǎn)處噴頭工作壓力,不應(yīng)低于0.05 MPa”這一條取值0.05 MPa 。綜上所述,在明確“新自規(guī)”9.1.3 條“最不利點(diǎn)處作用面積”含義及影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量計(jì)算諸因素,就可以用“新自規(guī)”9.1.3 條算式計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量。但

7、算式比較繁瑣,如一般較大的工程項(xiàng)目都是兩階段設(shè)計(jì),后一階段設(shè)計(jì)對(duì)前階段設(shè)計(jì)的系統(tǒng)管道總會(huì)有些修改,系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量是否因此要進(jìn)行二次計(jì)算? 再如施工過(guò)程中,由于種種原因配水管、配水支管位置,甚至噴頭位置、數(shù)量調(diào)整也是經(jīng)常發(fā)生的,系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量要不要修改? 在實(shí)際自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,不但存在著上、下層管道系統(tǒng)中水壓的不平衡。即使在同一層中,當(dāng)保護(hù)面積較大時(shí),由于設(shè)計(jì)是按最不利作用面積內(nèi)的噴頭計(jì)算,則在系統(tǒng)中的有利作用面積內(nèi)的噴頭壓力就大,出流量也大,是否還要計(jì)算? 那將不勝其煩,也難實(shí)際操作。為此提出以“新自規(guī)”9.1.4 條規(guī)定的噴水強(qiáng)度為基礎(chǔ),簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量計(jì)算的思路。為了便于說(shuō)明問(wèn)題,擬用

8、算例及其分析方法加以闡述。2 算例2.1 算例的設(shè)定按“新自規(guī)”7.1.2 條及表7.1.2 規(guī)定,設(shè)定最大、最小兩種噴頭布置間距。以中危險(xiǎn)級(jí)I 級(jí)為例:最大以矩形布置4 m 3.12 m ,最小以正方形布置2.4 m 2.4 m。以中危險(xiǎn)級(jí)級(jí)為例:最大以矩形布置3.6 m 3.19 m ,最小以正方形布置2.4 m 2.4m。按“新自規(guī)”8.0.7 條及表8.0.7 規(guī)定,確定配水支管、配水管控制的標(biāo)準(zhǔn)噴頭數(shù)。選定的最不利點(diǎn)處的作用面積其形狀盡可能呈矩形,符合“新自規(guī)”9.1.2 條規(guī)定。算例圖式采用配水管單側(cè)布置配水支管,配水支管上安裝噴頭數(shù)為規(guī)范上限值8 只。因?yàn)榕渌軉蝹?cè)布置配水支管較

9、雙側(cè)布置配水支管安裝的噴頭數(shù)量少,因此選用的配水管管徑就小,則系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量將隨配水管中水頭損失的增大而變大。同樣配水支管長(zhǎng)度會(huì)因安裝噴頭數(shù)量的減少而縮短,系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量將隨配水支管中水頭損失的減少而變小。因此,選此圖式對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量計(jì)算是偏大的。為簡(jiǎn)化計(jì)算,算例略計(jì)局部水頭損失。2.2 算法首先選定系統(tǒng)中最不利點(diǎn)處作用面積F ,按式(3) 求出起始點(diǎn)噴頭設(shè)定工作壓力值P0 ,當(dāng)P0 進(jìn)行修正,然后將作用面積內(nèi)全部噴頭出流量的總和作為整個(gè)噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量,以后的管段流量不再增加,僅計(jì)算沿程和局部的水頭損失,一直算到配水管入口。如入口壓力大于“新自規(guī)”8.0.5 條規(guī)定的0.4 MPa 時(shí),宜調(diào)整

10、配水支管或配水管管徑。2.3 計(jì)算2.3.1 中危險(xiǎn)級(jí)I 級(jí)噴頭最大布置間距4 m3.12 m,一個(gè)噴頭保護(hù)面積為12.48 m2 ,最小噴水強(qiáng)度為5.1L/(min2) ,起始點(diǎn)噴頭設(shè)定工作壓力為: P0 1/ 10 (5.1 12.48/ 80) 2 =0.063 ,取0.063 MPa 。計(jì)算見(jiàn)圖1。噴頭最小布置間距2.4 m 2.4 m ,一個(gè)噴頭保護(hù)面積為5.76 m2 , 最小噴水強(qiáng)度為5.1 L/ (min m2) ,起始點(diǎn)噴頭設(shè)定工作壓力為: P0 1/ 10 (5.1 5.76/ 80) 2 = 0.013 ,因“新自規(guī)”表5.0.1 規(guī)定系統(tǒng)最不利點(diǎn)處噴頭的工作壓力,不應(yīng)低

11、于0.05 MPa ,所以應(yīng)取規(guī)范值0.05 MPa 。計(jì)算見(jiàn)圖2。2.3.2 中危險(xiǎn)級(jí)級(jí)噴頭最大布置間距3.6 m3.19 m,一個(gè)噴頭保護(hù)面積為1.148 m2 ,最小噴水強(qiáng)度為6.8 L/ (minm2) ,起始點(diǎn)噴頭設(shè)定工作壓力為: P0 1/ 10 (6.8 1.148/ 80) 2= 0.095 ,取0.095 MPa 。計(jì)算見(jiàn)圖3。噴頭最小布置間距2.4 m2.4 m,一個(gè)噴頭保護(hù)面積為5.76 m2 ,最小噴水強(qiáng)度為6.8 L/ (minm2) ,起始點(diǎn)噴頭設(shè)定工作壓力為: P0 1/ 10 (6.8 5.76/ 80) 2 =0.024 ,因“新自規(guī)”表5.0.1 規(guī)定系統(tǒng)最

12、不利點(diǎn)處噴頭的工作壓力,不應(yīng)低于0.05 MPa ,所以應(yīng)取規(guī)范值0.05 MPa 。計(jì)算同圖2。2.4 分析(1) 由圖1 可見(jiàn),中危險(xiǎn)級(jí)級(jí),噴頭最大布置間距計(jì)算結(jié)果,其系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為18.13 L/ s ,因此可以認(rèn)為系統(tǒng)最小設(shè)計(jì)流量值不會(huì)小于18.13 L/ s。同樣由圖3 可見(jiàn),中危險(xiǎn)級(jí)級(jí),噴頭最大布置間距計(jì)算結(jié)果,系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為25.76 L/ s ,因此可以認(rèn)為系統(tǒng)最小設(shè)計(jì)流量不會(huì)小于25.76 L/ s。由圖2可見(jiàn),作用面積內(nèi)安裝噴頭數(shù)多,噴水強(qiáng)度大,這種形式的噴頭布置很少見(jiàn)。因此可以認(rèn)為:系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)流量值不會(huì)超過(guò)37.33 L/ s。(2) 圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量18.13 L/

13、 s ,安裝噴頭數(shù)13 只,每只噴頭平均出流量1.39 L/ s ,作用面積內(nèi)平均噴水強(qiáng)度:18.13 60/ 162.24 = 6.70 L/ (minm2) ,符合規(guī)范要求。圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量37.33 L/ s ,安裝噴頭數(shù)28 只,每只噴頭平均出流量1.33 L/ s ,作用面積內(nèi)平均噴水強(qiáng)度:37.33 60/ 161.28 = 13.89 L/ (minm2) ,遠(yuǎn)大于規(guī)范要求值。圖3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量25.76 L/ s ,安裝噴頭數(shù)14只,每只噴頭平均出流量1.84 L/ s ,作用面積內(nèi)平均噴水強(qiáng)度:25.76 60/ 160.78 = 9.61 L/ (minm2) ,符合規(guī)范

14、要求。由此可見(jiàn):按式(3) 計(jì)算起始點(diǎn)噴頭設(shè)定的工作壓力值,既滿足最不利點(diǎn)處作用面積內(nèi)任意4 只噴頭圍合范圍內(nèi)的最小噴水強(qiáng)度,又符合作用面積內(nèi)平均噴水強(qiáng)度的規(guī)范要求。(3) 對(duì)圖1 和圖3 而言,作用面積內(nèi)噴頭數(shù)量不可能減少,只有增加。增加意味著噴頭間距減小,作用面積內(nèi)噴水強(qiáng)度增大,對(duì)控火滅火有利。如增加的噴頭在作用面積內(nèi)最不利點(diǎn)起始噴頭附近,則起始點(diǎn)噴頭設(shè)定工作壓力值還可以減小,有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量減小。如增加的噴頭在作用面積內(nèi)其它部位,系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量將隨噴頭增設(shè)位置不同而異,但其值應(yīng)是在原計(jì)算的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量基礎(chǔ)上的增值。對(duì)圖2 而言,作用面積內(nèi)噴頭數(shù)量不可能增加,而只有減少,減少意味著系統(tǒng)設(shè)計(jì)

15、流量的減少,其值也因不同噴頭布置位置而異。由此可見(jiàn), 中危險(xiǎn)級(jí)I 級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量應(yīng)在18.1337.33 L/ s 間,中危險(xiǎn)級(jí)級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量應(yīng)在25.7637.33 L/ s 間。3 結(jié)語(yǔ)由2.4 節(jié)分析可見(jiàn):中危險(xiǎn)級(jí), 級(jí),最大系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為37.33L/ s ,最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量中危險(xiǎn)級(jí)I 級(jí)為18.13 L/ s , 級(jí)為25.76 L/ s ,設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量應(yīng)控制在此范圍內(nèi)。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),最不利點(diǎn)處作用面積內(nèi)安裝的噴頭數(shù)應(yīng)在1328 只之間。如按“新自規(guī)”9.1.3 算式計(jì)算將很麻煩,也無(wú)此必要。因?yàn)樽饔妹娣e內(nèi)的平均噴水強(qiáng)度和單個(gè)噴頭保護(hù)面積內(nèi)的最小噴水強(qiáng)度已符合規(guī)范規(guī)定,滿足控火滅

16、火要求。對(duì)最大系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量來(lái)說(shuō),只有減小,對(duì)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量來(lái)說(shuō),只有在原值上的增大,因此計(jì)算可以簡(jiǎn)化,建議系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量按式(4) 計(jì)算:Qs = Qm + ( n - a) q (4)式中Qs 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量,L/ s ;Qm 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量,中危險(xiǎn)級(jí)級(jí)取18 L/ s , 級(jí)取25 L/ s ;n 作用面積內(nèi)安裝的噴頭總數(shù),只;a 作用面積內(nèi)最小安裝噴頭數(shù),中危險(xiǎn)級(jí)級(jí)13 , 級(jí)14 ;q 增加的噴頭出流量,L/ s ,中危險(xiǎn)級(jí)級(jí)1.0 L/ s , 級(jí)0.9 L/ s。式(4) 是以中危險(xiǎn)級(jí)、級(jí)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量加增值表達(dá)。增值的取值以噴頭數(shù)為基點(diǎn),最大系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量時(shí)為28 只,最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量時(shí),中危險(xiǎn)級(jí)為13 只, 級(jí)為14 只。以最大系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為上限,我們可以列下式求增值q :中危險(xiǎn)級(jí)q1 :37.33 18 + (28 - 13) q