精确的水力计算对消防给水系统设计的指导作用

1、精确的水力计算对消防给水系统设计的指导作用王志双1,毕姗霞2,师前进2天津市兆龙软件开发有限公司1中国建筑标准设计研究院有限公司2摘要:水力计算是消防给水系统设计的核心步骤,因为系统的设计用水量及对用水量的分配情况均由水力计算决定,而系统的设计用水量和用水量的分配情况直接影响灭火效果。正确、合理、准确的水力计算对保证系统正常运行、保障系统具有最佳的经济性和适用性具有重要作用。本文通过结合自动喷水灭火系统和水喷雾灭火系统的实际案例,采用专业的消防工程CAD水力计算软件和传统的给排水软件以及人工估算方法做详细的比较,以此说明使用专业的消防软件做消防给水设计是一个既可靠、安全又经济的趋势。关键词:自

2、动喷水;水喷雾;水力计算;消防软件;指导设计;满足规范Guiding Role of the Accurately Hydralic Calculation for Design in the Fire Water Supply SystemWang zhishuang1,Bi shanxia2,Shi qianjin2Megdragon Fire-Software Development Co.,Ltd.,Tianjin1China institute of building standard design&research Co.,Ltd.2 Abstract:The hydraulic

3、calculation is a key step in the fire water system design,because the prediction of water consumption and the distribution of water are decided by the hydraulic calcula tion,the extinguishing effect is directly affected by water consumption and the water distribution o f this system.Correct,reasonab

4、le and accurate hydraulic calculation are playing a very important r ole in ensuring the normal operation,the economy and applicability of the protection system.This paper combines the actual case of sprinkler system and water spray system,and also takes a detail ed comparison from the professional

5、fire software,the traditional water supply and drainage softw are to the manually estimating,to show that it is a reliable,safe and economical trend by using the professional fire software.Keywords:Sprinkler;Water Spray;Hydraulic Calculation;Fire Software;Guide the design; Meet Specification1引言在消防给水

6、工程如自动喷水灭火系统和水喷雾灭火系统设计中,设计人员对火灾危险级别选定、喷头布置、报警阀控制喷头数量等很重视,但往往忽视了水力计算,主要表现为以下几个问题:一、没有根据规范的流量公式计算,而是以作用面积乘以喷水强度来估算系统设计流量;二、系统压力仅根据建筑高度加上估计的水头损失,而不是根据喷头进行逐点计算;三、认为最远路径即为这个自动喷水灭火系统的最不利点,从该点回算到干管入口;四、水喷雾灭火系统放大管网管径忽略响应时间对系统的影响等。在实际设计工作中发现,使用专业的消防工程CAD软件进行详细的水力计算得出的压力和总流量以及最不利点位置等经常与传统的给排水软件计算以及人工粗略估算相差较大,影

7、响消防给水系统设计的安全稳定可靠。2自动喷水实例水力计算比较分析我们以一个自动喷水灭火系统管网为例对两种软件计算方法进行核算,以期找出合理的管径、压力。根据设置场所不同,自动喷水灭火系统分为8个危险级别,民用建筑设计中经常遇到的有轻危险级、中危险级级、级。现以中危险级I级为例,其设计参数为:喷水强度6L/(min.,计算作用面积160,最不利点喷头工作压力不小于0.05MPa,正方形布置喷头间距不大于3.6m。按标准间距布置喷头(横向间距3.6m,纵向间距3.4m喷头短立管长度为250mm,以自动喷水灭火系统设计规范GB50084-2001(2005年版规范建议的喷头和管径的对应关系标注管径,

8、喷头管网布置和作用面积区域如图1所示,水力计算简图如图2所示。 图1自动喷水灭火系统平面布置图 图2自动喷水灭火系统计算简图2.1各软件计算结果对比采用传统的给排水软件和专业消防工程CAD计算软件进行详细的水力计算,其中喷头部分的计算结果对比如列表1所示。表1计算结果对比列表给排水软件计算消防工程CAD计算喷头编号压力(KPa流量(L/S压力(KPa流量(L/S1136.8 1.55102.25 1.352105.3 1.3686.02 1.243144.1 1.59101.83 1.35488.1 1.2573.10 1.14568.2 1.1060.31 1.04652.50.9650.7

9、40.957138.7 1.56101.86 1.35884.8 1.2273.12 1.14965.6 1.0860.33 1.041050.50.9450.750.9511137.3 1.56104.51 1.361283.9 1.2275.02 1.151365.0 1.0761.90 1.051450.00.9452.070.96入口压力24.82米水柱20.91米水柱总流量17.41(L/s16.06(L/s喷水强度 6.525L/min.平方米 6.02L/min.平方米从计算结果对比可见:在满足规范要求的喷头工作压力和喷水强度要求上,传统的给排水软件和专业的消防工程CAD软件计算

10、结果有很大差距。其中最重要的一点:给排水软件计算结果是14号喷头为最不利点,其实际工作压力为额定工作压力50KPa(传统的最远路径为最不利点,而专业的消防工程CAD软件计算结果6号喷头为最不利点,其实际工作压力为50.74KPa,并非是传统意义上的最不利点的,其计算结果引人深思。2.2造成最不利点“移位”的原因分析自动喷水灭火系统设计规范GB50084-2001(2005年版规定:管道的局部水头损失,宜采用当量长度法计算,即管道的沿程损失和局部水头损失是都需要计算。规范规定的当量长度附录表C如表2所示。表2当量长度表 如图2所示:其中6号喷头所对应的主管与配水支管相连管段(编号为29管段的部件

11、是DN100的三通加上DN100-DN50的异径接头,DN100的三通当量查表2得6.1m, DN100-DN50的异径接头当量查看表2的备注应为DN70-DN50的2倍,即0.5*2=1m,所以一共是6.1m+1m=7.1m,局部当量长度已较大再加上沿程损失当量,导致了6号喷头的损失超过了14号喷头(其他管段当量推算从略。最终得出6号喷头才是最不利点,而非通常意义上的最远路径14号喷头。如果想让14号变为最不利点并在此处安装末端试水装置,则可选择把管网分成2个丰字形系统,让每根配水支管所带的喷头个数少一些,此处不再详细叙述。经过对比可见:在不经过详细准确的水力计算校核的情况下,很可能导致扬程

12、、流量提高的同时,甚至最不利点都可能选择不正确。这会导致一系列设计和施工问题的产生,甚至影响泵的选型、末端试水装置的安装和试压等等。3水喷雾实例水力计算比较分析下面我们再以一个水喷雾灭火系统项目为例,对比专业消防软件和人工估算方法进行核算,以期找出合理、安全、优化的方案。本实例工程为某柴油发电机组和油箱同时采用环状管网的水喷雾灭火系统来保护,设计参数为:设计喷雾强度20L/min*,保护面积一共为80,持续喷雾时间0.5小时,系统响应时间45秒,水雾喷头流量系数K=42.8,工作压力0.35MPa。原设计方案的水喷雾平面图如图3所示,水力计算简图如图4所示。 图3水喷雾灭火系统平面图 图4水喷

13、雾灭火系统计算简图3.1传统水力计算方法问题分析对于环状管网水喷雾系统的水力计算,传统的水力计算方法有:人工估算和给排水软件计算,它们都无法直接对整个环状管网进行详细水力计算的,所以只能选择人为强制拆分为两个近似对等的分支,将喷头的K值按原来42.8的一半为21.4来逐点计算,报警阀设计流量取两个分支流量之和,最后再乘以一个1.1左右的安全系数得到总流量。首先:这种传统的计算方法,既不符合水流在环状管网的流动状态,又难以对实际管段的流速做出准确计算,因为环状管路主环网都是双侧供水所以配水十分平衡,但是人工很难给出准确的最不利点,也就导致了水喷雾灭火系统的响应时间的计算错误(水喷雾灭火系统设计规

14、范(GB50219-95定义的响应时间:由火灾自动报警系统发出火警信号起,至系统中最不利点水雾喷头喷出水雾的时间。再者:传统计算方法为了安全起见需要对计算结果乘以一个安全系数,这就更加可能造成总扬程和流量的不确定性,以至于选型的不准确甚至是不经济。第三:为了控制流速和系统安全起见,一味的放大主环管和支管的管径,既造成了造价和施工成本的上升,又降低了流速,会提高系统的响应时间导致系统的不安全。3.2使用专业的消防软件计算和优化原方案如图3和如图4所示,单个喷头的接管管径是DN40,带2个喷头管段的管径是DN50,主环管的管径是DN150,原方案使用专业的消防工程CAD软件计算部分结果如表3所示。

15、表3原方案水力计算结果列表扬程(m总流量(L/s实际喷雾强度(L/Min*最大管段流速(m/s最不利喷头号及实际工作压力系统响应时间(s38.630.9623.22 1.858号(0.35MPa41.8从表3中可以看出,管网的最大流速只有1.85m/s,说明原方案的管径配比过大,造成不必要的浪费,系统响应时间为41.8s虽然小于规范的45s要求,但是十分接近规范要求,也是比较危险和不可取的。下面我们优化一下原方案:把主环网的管径缩小到DN100,单个喷头的接管管径改为DN32,带2个喷头管段的管径是DN40,再使用消防工程CAD软件进行试算,部分重要数据结果如表4所示。表4试算方案水力计算结果

16、列表扬程(m总流量(L/s实际喷雾强度(L/Min*最大管段流速(m/s最不利喷头号及实际工作压力系统响应时间(s51.8331.1623.37 3.676号(0.35MPa21.3从表4中可以看出,方案优化后各项结果均满足规范要求,但是与表3对比结果相差较大,第一:扬程和流量大了些,这在整个消防系统上提供的压力是完全可以满足的。第二:管段的流速比原方案大很多,同时也满足规范的流速要求。第三:喷头的最不利点位置变了,这是因为管径方案变了,所以整套系统的三通、弯头、变径等损失都改变造成的。第四:系统的响应时间降低了很多,更加安全可靠了。第五:管径优化后整体的造价和施工成本都会降低。所以优化后的方

17、案既安全、稳定又相对经济,这是做消防给水系统方案设计的首选。4总结:消防给水系统的设计、施工和运行切实的关系到人民的生命财产安全。水力计算又是消防给水系统设计的核心步骤,系统的设计用水量和用水量的分配情况直接影响灭火效果。正确、合理、准确的水力计算对保证系统正常运行、保障系统具有最佳的经济性和适用性具有重要作用。由以上消防给水系统的水力计算结果对比可见,传统的水力计算方法有它的错误和局限性,使用专业的消防设计计算软件既可以提高消防给水系统设计的效率、准确性、安全性的同时,又可以提高消防设计的经济性,所以使用专业的消防软件做消防给水系统设计是一个既可靠、安全又经济的趋势。参考文献： 1. GB50084-2001，自动喷水灭火系统设计规范