自動噴水滅火系統(tǒng)流量算式的探討

自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計流量算式的探討分析認(rèn)為《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GBJ84-85)和(GB50084-2001)中系統(tǒng)設(shè)計流量算式存在著不夠完善或比較繁瑣,且難實(shí)際操作的問題。提出以(GB50084-2001)第條規(guī)定的噴水強(qiáng)度為基點(diǎn),計算出系統(tǒng)最大和最小設(shè)計流量,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)計流量的算法。關(guān)鍵詞自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計流量算式1自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計流量的計算《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GBJ84-85)(以下簡稱“原自規(guī)”)第7.1.1條:“自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計秒流量,宜按下式計算。”其算式為:

Qs=1.15～1.30Q1(1)

式中Qs———系統(tǒng)設(shè)計秒流量,L/s;

Ql———噴水強(qiáng)度與作用面積的乘積,L/s。

由式(1)可見,系統(tǒng)設(shè)計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1.15～1.30的系數(shù)作流量修正系數(shù)。這種算式只能算是一種估算,因為它沒有考慮作用面積內(nèi)安裝的噴頭數(shù)量和實(shí)際的噴水不均勻性。

《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50084-2001)(以下簡稱“新自規(guī)”)9.1.3條:“系統(tǒng)的設(shè)計流量,應(yīng)按最不利點(diǎn)處作用面積內(nèi)噴頭同時噴水的總流量確定?！逼浔磉_(dá)式為(2)

式中Qs———系統(tǒng)設(shè)計流量,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)看來比較完善,但實(shí)際如何操作,條文沒有說明。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)流量計算時,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。因為以此考慮,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條及其條文說明,其作用面積應(yīng)按最大疏散距離所對應(yīng)的走道面積確定。對中危險級I級采用標(biāo)準(zhǔn)噴頭,噴頭工作壓力為0.05MPa時,為達(dá)到6L/(min·m2)平均噴水強(qiáng)度,噴頭間距為3.16m,則噴頭覆蓋全部走道面積時最多開放的噴頭數(shù)不會超過9只;如疏散距離短,則開放噴頭數(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)計流量最大的作用面積。實(shí)際水力計算時,各噴頭節(jié)點(diǎn)工作壓力大小還取決于計算時起始點(diǎn)噴頭設(shè)定的工作壓力值和配水支管、配水管管徑及其長度。起始點(diǎn)噴頭設(shè)定的工作壓力值,規(guī)范規(guī)定不應(yīng)低于0.05MPa,一般設(shè)計常用0.05MPa。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,輕危險級、中危險級不應(yīng)低于本規(guī)范表5.0.1規(guī)定值的85%...?！迸c“新自規(guī)”9.1.3條條文說明中提到的美國標(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,中危險級Ⅰ級為6×85%=5.1L/(min·m2),Ⅱ級:8×85%=6.8L/(min·m2);

F———一個噴頭的保護(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)計計算時,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)置場所火災(zāi)的危險等級,又要看噴頭布置間距和一個噴頭保護(hù)的面積大小。不能簡單地用“系統(tǒng)最不利點(diǎn)處噴頭工作壓力,不應(yīng)低于0.05MPa”這一條取值0.05MPa。

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)計流量計算諸因素,就可以用“新自規(guī)”9.1.3條算式計算系統(tǒng)的設(shè)計流量。但算式比較繁瑣,如一般較大的工程項目都是兩階段設(shè)計,后一階段設(shè)計對前階段設(shè)計的系統(tǒng)管道總會有些修改,系統(tǒng)設(shè)計流量是否因此要進(jìn)行二次計算?再如施工過程中,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)計流量要不要修改?在實(shí)際自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計中,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,由于設(shè)計是按最不利作用面積內(nèi)的噴頭計算,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),簡化系統(tǒng)設(shè)計流量計算的思路。為了便于說明問題,擬用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。以中危險級I級為例:最大以矩形布置4m×3.12m,最小以正方形布置2.4m×2.4m。以中危險級Ⅱ級為例:最大以矩形布置3.6m×3.19m,最小以正方形布置2.4m×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。因為配水管單側(cè)布置配水支管較雙側(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。同樣配水支管長度會因安裝噴頭數(shù)量的減少而縮短,系統(tǒng)設(shè)計流量將隨配水支管中水頭損失的減少而變小。因此,選此圖式對系統(tǒng)設(shè)計流量計算是偏大的。為簡化計算,算例略計局部水頭損失。

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噴淋系統(tǒng)的設(shè)計流量,以后的管段流量不再增加,僅計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0.4MPa時,宜調(diào)整配水支管或配水管管徑。

2.3計算

2.3.1中危險級I級

噴頭最大布置間距4m×3.12m,一個噴頭保護(hù)面積為12.48m2,最小噴水強(qiáng)度為5.1L/(min·2),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0.063MPa。計算見圖1。

噴頭最小布置間距2.4m×2.4m,一個噴頭保護(hù)面積為5.76m2,最小噴水強(qiáng)度為5.1L/(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)”表規(guī)定系統(tǒng)最不利點(diǎn)處噴頭的工作壓力,不應(yīng)低于0.05MPa,所以應(yīng)取規(guī)范值0.05MPa。計算見圖2。

2.3.2中危險級Ⅱ級

噴頭最大布置間距3.6m×3.19m,一個噴頭保護(hù)面積為1.148m2,最小噴水強(qiáng)度為6.8L/(min·m2),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0.095MPa。計算見圖3。

噴頭最小布置間距2.4m×2.4m,一個噴頭保護(hù)面積為5.76m2,最小噴水強(qiáng)度為6.8L/(min·m2),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)最不利點(diǎn)處噴頭的工作壓力,不應(yīng)低于0.05MPa,所以應(yīng)取規(guī)范值0.05MPa。計算同圖2。

2.4分析

(1)由圖1可見,中危險級Ⅰ級,噴頭最大布置間距計算結(jié)果,其系統(tǒng)設(shè)計流量為18.13L/s,因此可以認(rèn)為系統(tǒng)最小設(shè)計流量值不會小于18.13L/s。同樣由圖3可見,中危險級Ⅱ級,噴頭最大布置間距計算結(jié)果,系統(tǒng)設(shè)計流量為25.76L/s,因此可以認(rèn)為系統(tǒng)最小設(shè)計流量不會小于25.76L/s。由圖2可見,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。因此可以認(rèn)為:系統(tǒng)最大設(shè)計流量值不會超過37.33L/s。

(2)圖1系統(tǒng)設(shè)計流量18.13L/s,安裝噴頭數(shù)13只,每只噴頭平均出流量1.39L/s,作用面積內(nèi)平均噴水強(qiáng)度:18.13×60/162.24=6.70L/(min·m2),符合規(guī)范要求。

圖2系統(tǒng)設(shè)計流量37.33L/s,安裝噴頭數(shù)28只,每只噴頭平均出流量1.33L/s,作用面積內(nèi)平均噴水強(qiáng)度:37.33×60/161.28=13.89L/(min·m2),遠(yuǎn)大于規(guī)范要求值。

圖3系統(tǒng)設(shè)計流量25.76L/s,安裝噴頭數(shù)14只,每只噴頭平均出流量1.84L/s,作用面積內(nèi)平均噴水強(qiáng)度:25.76×60/160.78=9.61L/(min·m2),符合規(guī)范要求。

由此可見:按式(3)計算起始點(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)計流量將隨噴頭增設(shè)位置不同而異,但其值應(yīng)是在原計算的系統(tǒng)設(shè)計流量基礎(chǔ)上的增值。對圖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)計流量的減少,其值也因不同噴頭布置位置而異。

由此可見,中危險級I級系統(tǒng)設(shè)計流量應(yīng)在18.13～37.33L/s間,中危險級Ⅱ級系統(tǒng)設(shè)計流量應(yīng)在25.76～37.33L/s間。

3結(jié)語

由2.4節(jié)分析可見:中危險級Ⅰ,Ⅱ級,最大系統(tǒng)設(shè)計流量為37.33L/s,最小系統(tǒng)設(shè)計流量中危險級I級為18.13L/s,Ⅱ級為25.76L/s,設(shè)計時系統(tǒng)設(shè)計流量應(yīng)控制在此范圍內(nèi)。實(shí)際設(shè)計時,最不利點(diǎn)處作用面積內(nèi)安裝的噴頭數(shù)應(yīng)在13～28只之間。如按“新自規(guī)”9.1.3算式計算將很麻煩,也無此必要。因為作用面積內(nèi)的平均噴水強(qiáng)度和單個噴頭保護(hù)面積內(nèi)的最小噴水強(qiáng)度已符合規(guī)范規(guī)定,滿足控火滅火要求。對最大系統(tǒng)設(shè)計流量來說,只有減小,對最小系統(tǒng)設(shè)計流量來說,只有在原值上的增大,因此計算可以簡化,建議系統(tǒng)設(shè)計流量按式(4)計算:

Qs=Qm+(n-a)q(4)

式中Qs———系統(tǒng)設(shè)計流量,L/s;

Qm———最小系統(tǒng)設(shè)計流量,中危險級Ⅰ級取18L/s,Ⅱ級取25L/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),中危險級Ⅰ級13,Ⅱ級14;

q———增加的噴頭出流量,L/s,中危險級Ⅰ級1.0L/s,Ⅱ級0.9L/s。

式(4)是以中危險Ⅰ級、Ⅱ級最小系統(tǒng)的設(shè)計流量加增值表達(dá)。增值的取值以噴頭數(shù)為基點(diǎn),最大系統(tǒng)設(shè)計流量時為28只,最小系統(tǒng)設(shè)計流量時,中危險Ⅰ級為13只,Ⅱ級為14只。以最大系統(tǒng)設(shè)計流量為上限,我們可以列下式求增值q:

中危險Ⅰ級q1:37.33≥18+(28-13)q1

q1