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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 。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。
[1]

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.m ;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.m ;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.m ;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.m ;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
2 2 2 2

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=

d v

(2) (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(m /s) ;
3

(V≥1.2m/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80 dj――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 流量 (L/s) 0.94 1.14 1.23 1.23 1.14 0.94 1.13 1.37 1.47 1.47 喷头编 号 11 12 13 14 15 16 17 18 总计 末端压力0.10MPa

喷头编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

流量(L/s) 1.37 1.13 1.26 1.54 1.65 1.65 1.54 1.26 23.49

喷头编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

流量 (L/s) 1.33 1.62 1.74 1.74 1.62 1.33 1.60 1.94 2.09 2.09

喷头编号 11 12 13 14 15 16 17 18 总计

流量 (L/s) 1.94 1.60 1.79 2.18 2.34 2.34 2.18 1.79 33.25

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*60/61.2m =6.49L/min.m >6L/min.m 0.10MPa 时:9.38L/s*60/61.2m =9.19L/min.m >6L/min.m 即都满足设计要求的喷水强度。
2 2 2 2 2 2

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 喷头编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 流量 (L/s) 0.94 1.12 1.13 1.31 1.55 1.57 1.48 1.76 1.77 1.26 1.49 喷头编号 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 总流量 流量 (L/s) 1.36 1.81 2.14 1.96 1.90 2.26 2.06 1.54 1.83 1.67 33.91 喷头编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 末端压力0.10MPa 流量 (L/s) 1.33 1.58 1.59 1.85 2.19 2.21 2.10 2.48 2.51 1.78 2.11 喷头 编号 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 总流量 流量 (L/s) 1.93 2.56 3.03 2.77 2.69 3.19 2.91 2.18 2.58 2.36 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*60/54.2m =8.43L/min.m >6L/min.m
2 2 2 2 2 2

0.10MPa 时:10.75L/s*60/54.2m =11.9L/min.m >6L/min.m 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 喷头编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 喷头编 号 10 11 12 13 14 15 16 17 总计 喷头编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 末端压力0.10MPa

流量(L/s)

流量(L/s)

流量(L/s)

喷头编号

流量(L/s)

0.94 0.94 1.11 1.16 1.17 1.40 1.46 1.36 1.27

1.04 1.31 1.56 1.67 1.79 1.74 1.62 1.39 22.94

1.33 1.33 1.57 1.65 1.81 2.16 2.25 2.10 1.95

10 11 12 13 14 15 16 17 总计

1.61 1.97 2.35 2.51 2.69 2.61 2.43 2.08 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*60/82m =8.67L/min.m >8L/min.m
2 2 2 2 2 2

0.10MPa 时:17.76L/s*60/82m =12.99L/min.m >8L/min.m 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 流量 (L/s) 0.94 1.13 0.99 1.31 1.58 1.57 1.31 1.37 1.64 1.63 喷头编 号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 总计 末端压力0.10MPa

喷头编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

流量(L/s) 1.36 1.51 1.81 1.8 1.50 1.65 1.98 1.97 1.64 28.69

喷头编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

流量 (L/s) 1.33 1.60 1.40 1.86 2.23 1.85 2.22 1.93 2.32 2.31

喷头编号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 总计

流量 (L/s) 1.92 2.13 2.56 2.54 2.12 2.34 2.81 2.79 2.32 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*60/60.76m =8.72L/min.m >8L/min.m
2 2 2 2 2 2

0.10MPa 时:12.49L/s*60/60.76m =12.33L/min.m >8L/min.m

5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 计算流量(L/S) 作用 面积 (m )
2

危 险 级 别

实 际 工 程 齐 鲁 软 件 B 座 奥 盛 大 厦 办 公 齐 源 大

喷水 强度 (L/mi n. m)
2

最末端喷头流量 末端喷 头压力 0.05MPa 末端喷 头压力 0.10MPa

计算管段压力值 (MPa) 末端喷 头压力 0.05MPa 末端喷 头压力 0.10MPa

估算 流量 (L/S ) 末端喷 头压力 0.05MPa 末端喷 头压力 0.10MPa

14.56 23.49 33.25

20.64 0.1703 0.3415

中 危 险 I 级

最末端12个喷头 6 160 20.8 12.63 33.91 47.96 最末端9个喷头 15.24 0.3189 0.6375

11.86 22.94 34.41

17.77 0.1868 0.4218

中 危 险 II 级

厦 车 库 莱 芜 银 座 广 场 8 160 27.8

最末端10个喷头

14.83 28.69 40.58

20.97 0.2425 0.4856

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。


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