喷淋系统水力计算注意事项

水力计算将决定系统投入灭火的水量及对灭火水量的分配，是关系系统可靠性、合理性和经济性的一项重要设计内容。根据对《喷规》的理解和大量相关资料及部分工程实例的分析，觉得水力计算应采用"矩形面积-逐点法"，也就是首先确定最不利作用面积在管网中的位置(必要时可由水力计算确定)，作用面积的形状宜为矩形，仅在作用面积内所包含的喷头计算其喷头量；之后选定最不利计算路线，采用节点流量法将最不利作用面积内的每个喷头的压力值和出流是一一求出，当两个分支交汇时，根据两分支的压力差对压力较高的分支进行流量修正，然后将作用面积内经过流量修正之后的所有喷头出流量的总和作为整个自动喷水灭火系统的设计流量，在此以后的管段流量不再增加，仅计算沿程和局部水头损失，一直算到管网起点。
　　实际火灾发生时，一般都是火源点呈辐射状向四周扩大蔓延，而只有失火区上方的喷头才会开启喷水。［3］。因此采用作用面积保护方法及仅在作用面积内的喷头才计算喷水量是合理的。同时由于火灾时对流及风的影响，作用面积的形状以呈矩更为合理，且矩形面积在管道水力计算时也是最不利的。因而这种"矩形面积-逐点法"符合火场实际，科学严谨，并与欧美等国接轨，是合理的、安全的，也是《喷规》的推荐作法。
　　 (1)矩形面积的确定：作用面积的形状宜为矩形，其长边平行于配水支管，其长度不小于作用面积平方根的1.2倍，喷头数若有小数就进位成整数。当配水支管的实际长度小于边长的计算值时，作用面积要扩展到该配水管邻近支管上的喷头。
　　 (2)经济流速和最不利点处水压
　　 ①经济流速：
　　 自动喷水灭火系统最主要的组成部分是配水管道，而配水管道管径的确定，不仅影响到整个系统的造价，更关系到系统消防的安全性。在流量确定的条件下，流速是确定管径的重要参数。采用经济流速是给水系统设计的基础要素，生产、生活给水管道的流速一般采用经济流速，以使管道的基建投资与经常性的运行能耗得到优化匹配。所谓经济流速是一次投资与经常费用之和最小时的流速为经济流速，而相应的管径即为经济管径。所以选择输配水管管径的大小涉及投资与耗电的大小，管径大基建费用高，电费却省，管径小一次投资省，但水头损失大，水泵扬程高，电费高。
　　《喷规》在管道水力计算9.2.1条也规定"管道内的水流速度宜采用经济流速，必要时可超过5m/s，但不应大于10m/s"。然而，自喷给水管道只是在火灾时短时间运行，不同于生产、生活给水管道始终处支运行状态，故可以提高流速，减小管径以降低基建投资，这同样是经济的。但同时如果自喷系统管内水流速度较高，水头损失就较大，配水管支管管径往往就会偏小，造成在设计流量下，喷头实际保护面积可能满足不了规范有关作用面积的要求。此时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，此外，由于管径小，管网水头损失大，消防水泵扬程高，喷头喷水极不均匀，其出水量必然过大，将过早地用完消防贮水。因而管道流速宜采用较低值，管径小时尤宜采用低值。
　　 同时，从上述分析中也不难看出，《喷规》中提到的经济流速应是经济性、合理性、可靠性与安全性的统一，并非能常意义上的经济流速(但其条文及其说明中均未涉及!)。结合工程算例分析有关手册与文献介绍［3-6］，配水干管和配水支管设计流速一般不宜超过3.5m/s，常用1.8-2.8m/s。这种做法能够较好地满足《喷规》表5.0.1、表5.0.5及9.1.4条的有关作用面积和喷水强度的规定，且配水管网水头损失较小，消防水泵的扬程较小，喷头出水不均匀性较小，消防贮水量可得到合理使用，是比较安全、经济、合理的。 ②最不利点处水压：最不利点水压一般为0.1MPa，最小不应小于0.05MPa。过去大家习惯认为0.05MPa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，都得取0.1MPa，但实际上情况并非如此，甚至可以说对于某种类型的自动喷水灭火系统，按现行规范，一般应取0.05MPa，而非0.1MPa。大家都知道，由于地下车库喷头布置，一是要按《喷规》中危险Ⅱ级，二是应在停车位上方设置，三是受结构柱网限制和其它遮挡及其处理的影响，使其喷头一般都得布置较密，此时而再按0.1MPa来计算，一是设计流量偏大，可达40L/s(不包括防护冷却水幕用水量)，二是损失过大，水泵扬程过大，相应的水箱高度也就越大。因此个人认为对于诸如地下车库这类喷头不得不布置过密的系统或场合，宜取0.05MPa，且这样做能较好的满足现行规范的要求。
　　 (3)系统设计流量计算及支管流量修正
　　 ①系统的设计流量，应按最不利点处作面积内喷头同时喷水的总流量确定，其计算公式见《喷规》9.1.3条。不同的喷淋管网因喷头间距、管网规模、管道布置等不同，喷淋系统的总用水量和喷水不均匀性可能有较大差别，且喷淋管网中实际存在的喷水不均匀性，喷淋系统的总用水量应当通过认真的水力计算确定，否则，所确定的喷淋泵型号很可能是不合适的，系统可靠性、合理性和经济性也不好保证。
　　系统设计流量计算中有关情况处理及要求，见《喷规》9.1.4-9.1.9条。
　　 ②两管段交点处的计算水压不同时，应按式(1)对交汇点处低水压的一侧的管段总流量进行修正［7］。
　　式中，q1--低水压侧管段的修正流量(L/s)；
　　 q2--低水压侧管段的修正流量(L/s)；
　　 h1--低水压侧管段的水压(KPa)；
　　 h2--高水压侧管段的水压(KPa)。
　　 (4)管道沿程和局部水头损失每米管道的水头损失计算式见《喷规》9.2.2条，管道局部水头损失，宜采用当量长度法计算，也就是将水流经过弯管、丁字管的局部压力损耗相似于一定长度的直管。实际计算中，常采用管道比阻与流速系数的概念，将相应的局部当量加入相应管段的管段长度，利用EXCEL来完成支管的计算，或系统的计算(因系统的计算涉及到流量修正，要编制相应的"宏"才能自动完成与输出，开始可采取手工进行调整修正工作)。
　　 (5)水泵扬程或系统入口的供水压力
　　 水泵扬程或系统入口的供水压力计算式见《喷规》9.2.4条，这与原规范有所变化，且规定湿式报警阀、水流指示器取值为0.02MPa(这比实际计算值大!)。
　　 (6)减压与减压措施
　　《喷规》第8.0.5条规定"……配水管道的布置，应使配水管入口的压力均衡。轻危险级、中危险级场所所各配水管入口的压力均不宜大于0.4MPa"而自动喷水灭火系统中，不但存在着低层管道系统中水压不平衡，即使在同层中，当保护面积较大时，由于设计是按最不利工作面积计算，同层中有利工作面积内喷头的水压也有剩余，所以习惯是对连接有利工作面积的配水管或配水干管予以减压，减压的方法可以采用设置减压阀、减压孔板、节流管以及缩小有利工作面配水支管的管径等方法增加沿途水头员失达到减压目的。
　　有关规定与计算见《喷规》9.3.1-9.3.5条。