自动喷水灭火系统设计流量的计算与分析

1前言自动喷水灭火系统，是当今世界上公认的最为有效的自救灭火设施，是应用最广泛、用量最大的自动灭火系统。其自动化程度高、能够及时扑灭初期火灾，在国内外都被普遍采用。应用实践证明：该系统具有安全可靠、经济实用、灭火成功率高等优点。国外应用自动喷水灭火系统已有一百多年的历史。在长达一个多世纪的时间内，一些经济发达的国家，从研究到应用，从局部应用到普遍推广使用，有过许许多多成功和失败的教训。自动喷水灭火系统不仅已经在高层建筑、公共建工业厂房和仓库中推广应用，而且发达国家已在住宅建筑中开始安装使用[1]。因此对自动喷淋系统进行研究分析显得尤为重要。《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001(2005年版)中9.1系统的设计流量中规定了设计流量的计算方法,但设计人员在计算喷淋系统的流量时,通常先确定设置喷淋系统的场所的火灾危险等级,然后将该等级对应的喷水强度与作用面积相乘,即得到喷淋系统的设计流量,该设计流量是假定作用面积内所有喷头的工作压力和流量都等于最不利点喷头的工作压力和流量，忽略了管道阻力损失对喷头工作压力的影响,使设计流量有时就偏离于实际系统流量，有时会对系统的灭火效果产生一定的影响。因此,设计流量应按自动喷水灭火系统设计规范中9.1规定的计算方法进行详细的计算，与估算值进行比对，选择合理的喷淋泵，才能满足火灾情况下喷淋系统的实际需水量，达到灭火效果。2研究对象笔者对四个不同功能、不同危险等级的自动喷淋系统进行流量计算，并将计算结果与平时估算值相比较，进行分析与探讨。其中，进行水力计算时，选定的最不利点处作用面积均为矩形，其长边应平行于配水支管，其长度不宜小于作用面积平方根的1.2倍。选取计算分析的四个自动喷淋系统概况如下：(1)建筑名称：齐鲁软件大厦B座敞开式办公楼；危险等级：中危险I级；喷水强度：6L/min.m2；末端最不利作用面积：160平方米；末端压力：0.05、0.10MPa；选取喷头数量：18个k80喷头。(2)建筑名称：齐鲁外包城奥盛大厦办公楼；危险等级：中危险I级；喷水强度：6L/min.m2；末端最不利作用面积：160平方米；末端压力：0.05、0.10MPa；选取喷头数量：21个k80喷头。(3)建筑名称：济南齐源大厦地下二层车库；危险等级：中危险II级；喷水强度：8L/min.m2；末端最不利作用面积：160平方米；末端压力：0.05、0.10MPa；选取喷头数量：17个k80喷头。(4)建筑名称：莱芜银座超市商场；危险等级：中危险II级；喷水强度：8L/min.m2；末端最不利作用面积：160平方米；末端压力：0.05、0.10MPa；选取喷头数量：19个k80喷头。——一览消防英才网3计算方法根据《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001（2005年版）第9.1.3条规定：自动喷水灭火系统的设计流量，应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量确定。自动喷水灭火系统流量计算公式如下所示：(1)Q＝dv(2)（V≥1.2m/s）(3)其中，i—管道单位长度的水头损失（MPa/m）Q—管道内的平均流量（m3/s）；q――喷头流量（L／min）h――喷头工作压力（MPa）v――管道内的平均水流速度（m/s）k――喷头流量系数，取80dj――管道计算内径（m）L――当量长度（m）4计算结果4.1齐鲁软件大厦B座敞开式办公楼(1)图1为齐鲁软件大厦B座敞开式办公楼的自动喷淋系统末端，各喷头计算流量值如表1所示。图1系统1平面图表1系统1各喷头计算流量值末端压力0.05MPa末端压力0.10MPa喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)10.94111.3711.33111.9421.14121.1321.62121.6031.23131.2631.74131.7941.23141.5441.74142.1851.14151.6551.62152.3460.94161.6561.33162.3471.13171.5471.60172.1881.37181.2681.94181.7991.47总计23.4992.09总计33.25101.47102.09不同末端压力下，计算值与常规概算的流量相差百分比为：；(2)校核末端6个喷头的喷水强度为：0.05MPa时：6.62L/s*60/61.2m2=6.49L/min.m26L/min.m20.10MPa时：9.38L/s*60/61.2m2=9.19L/min.m26L/min.m2即都满足设计要求的喷水强度。4.2齐鲁外包城奥盛大厦办公楼(1)图2为齐鲁外包城奥盛大厦办公楼的自动喷淋系统末端，各喷头计算流量值如表2所示。图2系统2平面图表2系统2各喷头计算流量值末端压力0.05MPa末端压力0.10MPa喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)10.94121.3611.33121.9321.12131.8121.58132.5631.13142.1431.59143.0341.31151.9641.85152.7751.55161.9052.19162.6961.57172.2662.21173.1971.48182.0672.10182.9181.76191.5482.48192.1891.77201.8392.51202.58101.26211.67101.78212.36111.49总流量33.91112.11总流量47.96不同末端压力下，计算值与常规概算的流量相差百分比为：；(2)校核末端6个喷头的喷水强度为：0.05MPa时：7.62L/s*60/54.2m2=8.43L/min.m26L/min.m20.10MPa时：10.75L/s*60/54.2m2=11.9L/min.m26L/min.m2即都满足设计要求的喷水强度。4.3济南齐源大厦地下二层车库(1)图3为济南齐源大厦地下二层车库的自动喷淋系统末端，各喷头计算流量值如表3所示。图3系统3平面图表3系统3各喷头计算流量值末端压力0.05MPa末端压力0.10MPa喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)10.94101.0411.33101.6120.94111.3121.33111.9731.11121.5631.57122.3541.16131.6741.65132.5151.17141.7951.81142.6961.40151.7462.16152.6171.46161.6272.25162.4381.36171.3982.10172.0891.27总计22.9491.95总计34.41不同末端压力下，计算值与常规概算的流量相差百分比为：(2)校核末端10个喷头的喷水强度为：0.05MPa时：11.85L/s*60/82m2=8.67L/min.m28L/min.m20.10MPa时：17.76L/s*60/82m2=12.99L/min.m28L/min.m2即都满足设计要求的喷水强度。4.4莱芜银座城市广场超市商场(1)图4为莱芜银座城市广场的超市商场自动喷淋系统末端，各喷头计算流量值如表4所示。图4系统4平面图表4系统4各喷头计算流量值末端压力0.05MPa末端压力0.10MPa喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)喷头编号流量（L/s)10.94111.3611.33111.9221.13121.5121.60122.1330.99131.8131.40132.5641.31141.841.86142.5451.58151.5052.23152.1261.57161.6561.85162.3471.31171.9872.22172.8181.37181.9781.93182.7991.64191.6492.32192.32101.63总计28.69102.31总计40.58不同末端压力下，计算值与常规概算的流量相差百分比为：；(2)校核末端7个喷头的喷水强度为：0.05MPa时：8.83L/s*60/60.76m2=8.72L/min.m28L/min.m20.10MPa时：12.49L/s*60/60.76m2=12.33L/min.m28L/min.m25结论将不同自动喷淋系统的流量计算值进行对比如表5所示：表5四个不同系统的流量值危险级别实际工程喷水强度（L/min.m2）作用面积（m2）估算流量(L/S)计算流量(L/S)最末端喷头流量计算管段压力值(MPa)末端喷头压力0.05MPa末端喷头压力0.10MPa末端喷头压力0.05MPa末端喷头压力0.10MPa末端喷头压力0.05MPa末端喷头压力0.10MPa中危险I级齐鲁软件B座616020．823.4933.2514.5620.640.17030.3415最末端12个喷头奥盛大厦办公33.9147.9612.6315.240.31890.6375最末端9个喷头中危险II级齐源大厦车库816027．822.9434.4111.8617.770.18680.4218最末端10个喷头莱芜银座广场28.6940.5814.8320.970.24250.4856最末端11个喷头根据计算结果，分析比较得结论如下：(1)自动喷淋系统的设计流量实际计算值远大于估算值，但在实际灭火过程中，最不利点处作用面积内10个喷头左右动作就能达到实际灭火效果，通过汇总表5建议自动喷淋系统的设计流量可以按估算值来确定。(2)实际计算流量与建筑物功能、末端房间布置、末端管道管径及末端喷头最小设定压力均有较大关系。建议在设计时，可以对系统管网进行粗略估算，可选取末端最不利喷头设定压力为0.05MPa，但不宜超过0.10MPa，并且一定进行末端灭火喷头的喷水灭火强度，以校核最初计算设定压力0.05MPa是否满足灭火强度要求。另外末端管径适当放大，对减少设计流量及系统阻力损失有较大帮助。(3)对轻危险级、中危险级各配水支管的压力控制非常重要，规范规定不宜超过0.40MPa，应在实际设计中必需控制在0.40MPa内。对消防水泵的选择、消防水池容积的计算、系统管材、附件的承压及系统的安全可靠性均有重要的意义。