自动喷水灭火系统水力计算探究

摘要：为了能够更加准确校核自动喷水灭火系统的加压设备能否满足供水需求，本文以两种实际情况为研究对象，运用假设法和自动喷水灭火系统各配水支管上流量和水压的比例关系，针对“规则布置”和“不规则布置”的自动喷水灭火系统进行了较为精确的水利计算。

关键词：自动喷水灭火系统；水力计算；作用面积

【分类号】TU892

0 引言

目前，自动喷水灭火系统设计受到重视，该系统以实现自动扑救初起火灾为目的，能够在一定程度上抑制火灾的蔓延，具有反应动作快、灭火成功率高等特点，在我国被广泛认可使用。

1 自动喷水灭火系统常见计算方法

《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084-2001（2005年版）中第9.1.3条规定系统的设计流量，应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量确定。《建筑给水排水设计规范》（GB 50015-2003）也指出了海澄―威廉公式是目前用于供水管道水力计算的公式，即：

其中i为管道单位长度水头损失，kPa/m；dj为管道计算内径，m；qk为给水设计流量，m3/s；Ch为海澄―威廉系数，其取值根据材料而定。

目前，自动喷水灭火系统水力计算是按照确定作用面积、选择最不利配水支管、依次从最不利点喷头计算最不利配水支管上喷头的流量和管段水头损失、计算配水管流量和水头损失，通过得到的作用面积内所有喷头的流量确定设计流量，综合计算出的配水干管的水头损失来选择合适的加压设备。

1.1 示例一

如上图，为某宾馆作用面积内的喷头布置情况，由于布置规则，可以在计算出一条支管的流量和节点水压后，通过式（1）计算出与它对称，即具有相同水力特性的其他支管的流量和节点压力。

（1）

其中，P1为最不利配水支管与配水管连接处的节点水压，MPa；Q1为最不利配水支管的总流量，L/s；Pi为所计算的配水支管与配水管连接处的节点水压，MPa；Qi为所计算配水支管的总流量，L/s。

最不利喷头压力P0按0.05 MPa进行计算。计算步骤如下：

1）进行作用面积内喷头的节点流量计算：

其中q为喷头流量，Ls-1；K为喷头的流量系数，取80；P为喷头出的水压力，MPa。

节点1： （Ls-1）。

2）计算管段流量， 。如1～2管段 Ls-1。

3）根据管道计算内径dj（取值为管道内径减1 mm，查表可得）。计算管道水流速度。如管段1～2：管道DN 25mm

（ms-1） （2）

4）计算管道水力坡度。如管段1～2：

（MPam -1）（3）

5）确定管道计算长度，为管段长度与阀门和管件当量长度之和。如管段1～2：L1～2=4.0+0.8=4.8 m。

6）按hg=iL式计算管段水头损失，L为管段长度与阀门和管件当量长度之和。如管段1～2：

（MPa）

7）按公式 计算节点水压，如节点2的水压：H2=H1+hg1～2=0.05+0.023=0.073 MPa。

8）按上述方法进行各管段水力计算，具有相同水力特性的高压管段流量与低压管段流量，按式（1）计算，得到管段b～5：

（Ls-1）

通过式（1）可以计算出其它各支管的流量和节点水压，从而计算得出系统设计流量和总水头损失，确定加压设备。

1.2 示例二

1）中危险I级的设计喷水强度为6 Lmin-1m-2，由于实际情况为最不利点喷头作用面积为12 m2，实际流量q=12×6÷60=1.2（Ls-1），其压力由公式： ，可得最不利点喷头实际压力P=0.08 MPa。

2）管段1～a： （Ls-1）

根据公式（2）、公式（3），分别计算出管段流速、水力坡度和管段水头损失。经查表可知，DN25的管路，dj取值为26.3 mm，1～a管段长度L为6.7m，经计算，管段水头损失为0.0395 MPa，则节点a的压力 （MPa）。

3）管段2～a：假设2号喷头压力为0.05 MPa，此时，q=0.9 Ls-1，P′2=0.05 MPa。假设2号喷头压力为0.05 MPa，此时，q=0.9 Ls-1，P′2=0.05 MPa。

管段流量计算： （4）

其中，Q′2～a和P′a为由假设值求出的流量与压力值。

由公式（2）和（3）可得其管段水头损失为0.0123 MPa，节点a的压力 （MPa），代入公式（4），得到管段2～a实际流量为1.25 Ls-1。

同理求得管段4～a、5～b、6～b的流量分别为1.3 Ls-1、1.53 Ls-1和1.59 Ls-1。

4）同理，用已经得到的节点a的数据，继续结合假设法和公式（4）可以得到作用面积内每条配水支管的流量和各个节点的压力，从而得到系统设计流量和总水头损失。

2 讨论

通过对示例一和示例二的详细计算，关键掌握节点处流量和水压的关系―流量叠加、水压不变，即流量为到此节点处所有喷头流量的总和，而与节点连接的各个配水支管到此节点处的水压是相同的，为此节点的水压，这一关系类似于并联电路中支路上的电流、电压与干路上电流和电压的关系。

提出的自动喷水系统水力计算的方法与所遵循的规律适用于闭式自动喷水系统和各类开式自动喷水系统，该方法计算准确，可以得到较为精确的数值，为系统加压设备的选取提供可靠的参考。但是，对于喷头布置不规则的系统，在计算过程中就会有重复性，可利用编程或Excel表格简化计算过程。

参考文献

[1] 樊建军， 王 峰， 董 毅. 自动喷水灭火系统水力计算方法[J]. 中国给水排水， 2007， 23（14）：33-36.

[2] 中华人民共和国公安部. GB50084-2001（2005年版） 自动喷水灭火系统设计规范[S]. 北京： 中国计划出版社， 2005.

[3] 上海市建设和管理委员会. GB50015-2003（2009年版） 建筑给水排水设计规范[S]. 北京： 人民出版社， 2009.

作者简介：

赵明宇，女，2011年6月毕业于武警学院消防工程系，任保定支队涿州大队助理工程师。

赵明坤，女，2012年6月毕业于北京干部学院民用建筑专业，任保定支队防火处法制科助理工程师。