自动喷水灭火系统设计流量探讨-王彤

给水排水Vol.34增刊2008107自动喷水灭火系统设计流量探讨王彤1葛万斌2(1长安大学环境科学与工程学院,西安710061;2中国建筑西北设计研究院，西安710003摘要依据5自动喷水灭火系统设计规范6(GB500842001,2005年中有关自动喷水灭火系统设计条文的要求，按照自动喷水灭火系统流量设计均衡理论，提出自动喷水灭火系统设计中有关设计参数的确定原则。关键词自动喷水灭火系统均衡理论设计参数1自动喷水灭火系统均衡理论的提出与理论依据在自动喷水灭火系统设计中，位于不同位置，不同层上的喷头，在喷水灭火过程中，由于各喷头处的压力相差较大，其喷水量也随之相差较大，压力高的区域内喷水量大于规范给定的设计值，造成自动喷水灭火系统相配套的设施(如屋顶消防水箱、储水池、水泵等超出按平均值设计的范围，达不到规范规定的火灾延续时间这一要求，从而达不到完全控制火灾的目的。若要达到这一要求 ，其储水池及水箱的容积、水泵等相关消防设施也要随之放大，造成工程造价和控制要求的提高。因此,5自动喷水灭火系统设计规范6(GB500842001,2005年以下简称/规范0提出下列条文。9.1.4条:系统设计流量的计算，应保证任意作用面积内的平均喷水强度不低于本规范5.0.1和表5.0.5-1~表5.0.5-6的规定值。最不利点作用面积内任意 4只喷头围合范围内的平均喷水强度，轻危险级和中危险级不应低于本/规范05.0.1规定值的85%;严重危险级和仓库危险级不应低于本/规范0值表5.0.1和表5.0.5-1~5.0.5-6的规定值。第5.0.3条:装设网格，栅板类通透性吊顶的场所，系统的喷水强度应按/规范05.0.1规定值的1.3倍确定。5.0.4条:干式系统与雨淋系统的作用面积应符合下列规定:干式系统的作用面积应按本/规范0表5.0.1规定值的1.3倍确定。依据上述条文的要求，以公式表达如下。111对于轻危险级和中危险级(?、b级max=113i,imin=0185i(1imaximin=113i0185i=115294(2式中imax系统中最大允许喷水强度；i系统中规范规定的喷水强度;imin系统中最小允许喷水强度。依喷头喷水量计算公式q=K10P知：PmaxPmin=imaximin2=1152942=2134即：imax=1153imin,Pmax=2134Pmin式中Pmax系统中最大允许压力值Pmin系统中最小允许压力值/规范0表5.0.1中已规定了喷头处的压力值,即系统的最低压力值，这样在自动喷水灭火系统设计中每个防火分区，每层设水流指示器处的起点水压（即最大压力值也就是一个定值，即：Pmax=2134Pmin若Pmin=510mH20时,Pmax=1117mH20Pmin=1010mH20时,Pmax=2314mH20若系统的压力值大于Pmax值，整个系统的出水量就大于规定的喷水量，每只喷头的喷水强度就大于规范的规定值，使整个系统处于超负荷运行，储水池的容积也大于不考虑各喷头出水的差别而按/规范0规定值均匀出流的储水量，会出现设计储水量不能满足火灾延续时间内需求的情况。112严重危险级和仓库危险级imaximin=113ii=113同理:PmaxPmin=1132=1169即:Pmax=1169Pmin若Pmin=1010mH2O时,Pmax=1619mH2O(5(5a远吨MX城RlJL_108给水排水Vol.34增刊2008Pmin=510mH2O时,Pmax=8145mH2O对于严重危险级和仓库危险级,K=80的喷头是不能满足喷水强度这一要求的。由于目前国产喷头中只有K=80,K=115,K=200三种流量系数的喷头依据/规范0表7.1.2设计喷水强度大于12L/(min#m2时每只喷头的保护面积为9m2,依据/规范0:q=iS只=K10P(3若P=0110MPa,K=115时喷头的喷水强度:i[12178L/(min#m2P=0105MPa,K=115时喷头的喷水强度：i[91035L/(min#m2;P=0110MPa,K=200时喷头的喷水强度:i[2212L/(min#m2;P=0105MPa,K=200时喷头的喷水强度:i[15171L(min#m2上述计算分析，严重危险级和仓库危险级中：P=0.10MPa时,K=115,K=200可以满足设计要求；P=0.05MPa时,K=200可以满足设计要求；其余流量系数的喷头是不能满足设计要求的，设计时应特别慎重。2依均衡理论对自动喷水灭火系统的设计 211设计依据/规范09.1.1条:喷头的流量应按下式计算：q=K10P(4/规范09.1.3条:系统的设计流量应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水总流量确定:Q=160Eni=1qi作用面积依/规范09.1.2条:水力计算选定的最不利点处作用面积定为矩形，其长边应平等平行于配水支管，其长度不宜小于作用面积平方根的1.2倍，即：L=112S(6确定作用面积后，要同时校核作用面积内的喷头数，达到/规范0规定的同时开启的喷头数(只有仓库级且采用早期抑制快速喷头的系统有此要求，开启喷头数按/规范0表5.0.6及表5.0.7货架内开放喷头数计，用压力方式表达流量为：Q=K60Eni=110Pi(7式中Pi节点喷头处压力,MPa。根据上述计算公式，采用有限元法进行最基本灭火单元的水力计算［1］。现依据/规范08.0.5条:/管道的直径应经水力计算确定，配水管道的布置应使配水管入口的压力均衡。轻危险级、中危险级场所中各配水管入口的压力均不宜大于0.4MPa。0及/规范06.2.4条:/每个报警阀组供水的最高与最低位置喷头，其高差不宜大于50米0,对不同危险级，按均衡理论对自动喷水灭火系统进行水力计算分析 ，确定其管径，设计流量。212轻危险级和中危险级(?、b级系统设计根据管网布置情况，分对称布置与不对称布置，见图1、图2。图1喷头不对称布置109109109109按均衡理论，配水管管径按表1设计表1配水管管径控制的标准喷头数/只2510>17公称直径DN/mm405080100在确保最不利点最远处喷头处的喷头压力不小于 0.1MPa时,起点压力分为0.234MPa压力最远喷区域（开放喷头订只｝近喷区域（开放喷头17只｝TOC\o"1-5"\h\z ! I ）O O O O o—O—1―O O—I—O O O—L厂一o—*+o- 1 厂一o—*+o-O 0 0-1—0 _OI I I （起点）喷头按正方形布FL间距3」m给水排水Vol.34增刊2008图2喷头对称布置不利工况和0.4MPa（流量最不利工况分析，管网水力模型采用有限元法编程[1]，电算完成水力平衡计算，结果见表2。表2管网水力平衡计算结果管网布置起点压力/MPa远喷区域近喷区域最小压力/MPa计算总流量/L/s最小压力/MPa计算总流量/L/s不对称形式0.2340.101226.000.168730.750.4000.173033.990.288440.21对称形式0.2340.102326.030.187331.430.4000.174834.030.320341.09我们一般习惯把设计流量控制在30L/s左右，其实这只考虑了/压力0最不利工况:满足最不利点处作用面积上对流量、压力的设计要求（对应储水池容积108m3,却忽略了/流量0最不利工况:按起点（水流指示器处压力最高（如0.4MPa且取最有利点处作用面积上满足喷水流量的要求，表2计算结果显示,系统流量大于30L/S，客观上要求储水池容积要大于108m3。对于轻、中危险级，按均衡性原则，在压差$P=Pmax-Pmin=2134Pmin-Pmin=1134Pmin要求下，管径的确定尤为重要，它直接影响到整个系统的计算，/规范0表8.0.7给出了轻、中危险级中配水支管、配水管控制标准喷头数，套用该表中所提供的数据，在水力平衡计算中较难满足上述压差要求，计算所求出的总流量还要偏大。只有将水头损失比较大的小支管管径放大，而大口径的管道适当变小些，使整个系统压差满足上述要求，而工程造价也不会有明显增加。213轻、中危险级系统设计根据表2计算结果，在具体工程设计中，将最不利层、最不利防火分区内的自动喷水灭火系统看成一个大喷头，整个大喷头内的水流特性系统设为Ks，则不对称布置时：Ks=60Q10P=30175@6010@01234=1206111对称布置时：Ks=60Q10P=31143@6010@01234=1232179以下分区内的各层自动喷水灭火系统的水流特性系统Ks是随压力变化的，其变化系数的计算公式为：Pminc（8式中Pc所在层或区水流指示器前的压力;Pmine最不利层水流指示器前的压力。对于中、轻危险级Pmine=01234MPa,规范08.0.5条已规定了轻、中危险级各配水管入口的压力不宜大于0.4MPa,则Kc=01401234=113074。总流量Qs=Kc#Ks10Pmine。3结论从表2计算结果知，在Pc=0.4MPa时,不对称Qs=40.21L/s对称Qs=41.09L/s,这两个值大于常规自动喷水灭火系统设计采用的 30L/s,故在系统设计中，依/规范08.0.5条规定值,系统水压应按满足最不利点处作用面积上对流量（约30L/s、压力的要求来设计，系统的流量应按满足起点（水流指示器处压力为最高（如0.4MPa并取最有利点处作用面积上对喷水流量的要求来设计，即压力、流量均应按最不利工况考虑所以设计流量不应局限在30L/s,应考虑调整为40.21L/S或41.09L/s