中危险级自喷系统的管网设计计算

陈和苗?
（宁波市建筑设计研究院， 浙江 宁波 315012）

　　摘 要：阐述了中危险级自动喷水灭火系统管网水力计算的两种方法，指出长方形作用面积法更符合实际火灾情况。
　　关键词： 自喷系统； 设计计算； 沿途计算法； 作用面积法
　　中图分类号： TU892
　　文献标识码： C
　　文章编号： 1000-4602(2000)02-0034-02

1 喷头的工作压力、流量、布置间距

　　《自动喷水灭火系统设计规范》(以下简称《规范》)第2.0.2条规定喷头工作压力不应小于9.8×10⁴Pa，但在注解中又规定最不利喷头工作压力不应小于4.9×10⁴Pa。实际上注解中的喷头最低工作压力是针对屋顶水箱高度往往难以满足最不利喷头压力值而提出的，在消防泵、增压设施扬程计算时，不存在这个问题。在工程设计中，最不利喷头工作压力值以4.9×10⁴Pa计算，使喷头出水量减小，为保证一定的喷水强度，需缩小喷头间距，增加了作用面积内动作喷头数量，增加了工程投资，而优点仅仅是选水泵时，可以减小约4.9×10⁴ Pa扬程。?
　　《规范》第4.1.1条规定了标准喷头的保护面积、喷头间距。笔者认为该数据是喷头呈正方形布置时的数据，且表内数据有自相矛盾之处。喷头的流量系数、工作压力、喷水强度要求是基本数据，每只喷头最大保护面积、最大水平间距是推导数据。喷头间距计算如下(如图1)：每只喷头的最大保护面积为S＝80/6＝13.3 m²；若为正方形布置，其间距a＝13.31/2＝3.65m；喷头的计算保护半径R＝3.65×sin45°＝2.58m；对角线喷头间距2R＝5.16m。?
　　若把第4.1.1条中喷头按正方形布置时的数据用于长方形或菱形布置是不科学的。喷头布置时应考虑三个因素：①每个喷头的平均保护面积为13.3m²；②不出现喷水空白；③重复覆盖率小。如果能符合上述几条，不必限定喷头间距不大于3.65m，或限定对角线喷头之距离不超过5.16m。

　　《GB 5135—85自动喷水灭火系统洒水喷头的性能要求和试验方法》第4.3.1条规定了喷头布水的均匀性要求。试验方法如下：四个喷头安装在试验管网上，0.5m×0.5m的方形集水盒密布在喷头的保护面积内，集水盒的口平面距吊顶2.7m。DN15mm的喷头在四个喷头交互作用时的均匀性符合表1要求。?

表1 四个喷头交互作用时的均匀性要求 喷头公称直径
（mm） 喷头间距
（m） 保护面积
（m²） 每个喷头流量
（L/min） 平均洒水密度
（mm/min） 低于平均洒水密度50%的面积 15 3.5 12.25 61.3 5.0 ＜10% 3 9 135.0 15.0 ＜10%

　　而事实上国内不同厂家喷头布水性能各有千秋。有人实测某喷头均匀布水的面积为8～12m²，此喷头难以满足要求，按3.65m布置时会出现布水空白点。

2 管网水力计算

　　自喷系统常用的水力计算法有两种：?
　　① 沿途计算法。从系统最不利点喷头开始，沿程计算各喷头压力、流量和管段的累计流量、水头损失，直到管段累计流量达到设计流量为止。在此后的管段中流量不再增加，仅计算沿程和局部水头损失。在上述计算中，每个喷头流量按特性系数法计算，其流量随喷头处压力变化而变化。此计算特点是在系统中除最不利点喷头以外的任一喷头的喷水量或任意4个喷头的平均喷水量均超过《规范》第4.1.1条，系统计算偏于安全。?
　　此计算法按喷头逐个动作计算，不符合火灾发展的规律。实际发生火灾时，一般都是由火源点呈辐射状向四周蔓延，此时只有失火区上方的喷头才会动作。
　　② 作用面积法。选定最不利作用面积在管网中的位置，该面积为正方形或长方形，当为长方形时其长边平行于配水支管，其长边为作用面积值平方根的1.2倍，仅在作用面积内的喷 头才计算其喷水量。中危险级系统“近似”假定作用面积内各喷头的喷水量相等，即“近似”按最不利喷头的喷水量计算，依此计算各管段的流量和阻力损失，直至作用面积内所有喷 头动作，此后管道流量不再增加，仅计算管道水头损失。因实际灭火时各喷头的压力流 量值是变化的，与假定条件不符，确定修正系数1.15～1.30，以便与实际灭火情况相接近。?
　　由于火灾时对流及风的影响，作用面积的形状以呈长方形更为合理，且长方形面积在管道水力计算时也是最不利的。作用面积法假定每个喷头出水量均相等，实际火灾时，少数喷头动作，喷头处压力与流量超过设计值，有利于灭火。即使火灾蔓延，但作用面积内所有喷头 全部开放时，其平均喷水强度仍符合《规范》要求，因而此计算法是安全合理的。?
　　《规范》编写时，就中危险级系统计算时仅需满足作用面积内的平均喷水强度(假定每个喷 头出水量相等)，参照了英美规范的某些条文。联邦德国规范要求各单独喷头的保护面积与 作 用面积内所有喷头的平均保护面积的差异不超过20%。《规范》第7.1.1条规定任意四个喷头 组成的保护面积内的平均喷水强度不应大于也不应小于规定数值的20%，笔者认为其本意是 控制每个喷头所保护的面积，并非其实际喷水强度。
　　由于自喷系统管内水流速度较高，水头损失较大，尽管作用面积内喷头动作时，其平均喷水 强度符合规范，但上下游喷头因压力不同而流量有差异，因而管道流速宜采用较低值，管径小时尤宜采用低值。?
　　因各国规范对火灾危险级别的划分各不相同，喷水强度要求各不相同，甚至假定条件也各不相同，故各国管道估算表差异较大。笔者认为，《规范》附表7.1.5-2所列管道估算表，特定管径下所允许安装的喷头数偏多，流速偏大，不宜简单套用。如果DN40mm管，若4个喷头动作，Q＝1.33×4＝5.32L/s，v＝4.24m/s，1000i＝1265。按估算表确定 的管径，尚须用水力计算进行验算。?
　　另外，《规范》前后条文不一致，如第4.1.2条限定了喷头间距，第7.1.1条又允许喷头保护 面积有一定的自由度，这给设计人员带来了困惑。笔者认为，第4.1.2条可以理解为喷头在9 .8×10⁴ Pa工作压力下喷水强度恰好为规定强度时的特例。?
　　从上述分析可知，中危险级自喷系统可以按作用面积法“近似”计算，而不必“严密”计算。笔者见到《给水排水》1998年(24卷)第4期刊登的《自动喷水灭火系统管网水力计算简化探讨》一文，文中提供的算例是按作用面积法“严密”计算而得，若作用面积内平均喷水强 度能满足《规范》第7.1.1条要求，当然能满足灭火要求，但其推导过程不甚严格。A、B、C、D四个喷头(见图1)的压力并不完全相同，流量亦不完全相同，四个喷头组成的保护面积内 的平均喷水强度应为相邻四个喷头流量之和的四分之一除以所保护的面积。《规范》第7.1. 1条限定“任意四个喷头”应落在“作用面积”之内，应是作用面积内“最不利四个喷头组 成的保护面积内平均喷水强度”或“最有利四个喷头组成的保护面积内平均喷水强度”，与《规范》第2.0.2条规定〖JP2〗的设计强度相比较，是控制作用面积内最不利区域与最有利区域的压差。因此，该文中提出的控制自喷系统最上游喷头与最下游喷头的压差显然没有意义，若按该文算法计算，将使系统管径大为增大，增加了工程建设费用。

参考文献：
　　［1］姜文源.建筑灭火设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1997.

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收稿日期： 1999-10-23