基于EXCEL 自动喷水灭火系统管网计算

　随着国民经济的发展,人民生活水平的不断提高,多功能、高耸建筑林立满目。要求安装自动喷水灭火系统的建筑物也越来越多。《自动喷水灭火系统设计规范》2001 年版也随之作了大量的修订,规范中的9.1.3 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:
　　按照规范要求累计作用面积内的每一个喷头的流量,计算非常繁琐,计算量大,容易出错,按经验估算,误差可能很大。如果用EXCEL 自动计算表格进行计算,能够简化很多计算步骤,并可根据流速随时调整管径大小,做到既简单准确又经济合理。
　　由于自动喷水灭火系统网嵌套计算很多,所以该计算表格主要采用数组公式进行编辑。配水管的计算是利用管路特性系数进行,而配水支管则是利用喷头的特性系数进行计算,同一工程中,喷头的特性系数一般都相同,为已知值;而配水支管的管路特性系数则大多数是不同的,管路特性系数需求解,因此将计算表分成两部分,一部分计算配水支管,另一部分计算配水管。现将EXCEL 自动计算表格的设计过程分步介绍如下:


　　设计表如下图,表格里加B、E、F 列的数据须填写,其中比阻和计算内径须根据不同管材采用不同的计算方法。 《自动喷水灭火系统设计规范》第8.0.6 :配水管两侧每根配水支管控制的标准喷头数,轻危险级、中危险级场所不应超过8 只,同时在吊顶上下安装喷头的配水支管,上下侧均不应超过8 只,严重危险级及仓库危险级场所均不应超过6 只。所以表格按配水支管共有8 只喷头来制作。对喷头不足8 只的配水支管,剩下的表格可以空白。
1 节点压力的计算
　　1.1 计算公式
　　第一节点的压力为5mH2O ,自第二节点起,节点压力的计算公式为:
　　Hn = 5 + hn - hn′ ( n ≥2) (1)
　　式中: Hn —第n 个节点处的水压(mH2O) ;
　　hn —到第n 个喷头的总沿程损失(mH2O) ;
　　hn′—到第n 个喷头的总高差(mH2O) 。
　　1.2 公式输入
　　表格如上图,选定公式输入区域,点击编辑栏的等号,在等号后空白处输入5 + (H4∶H11) —( I 4∶I 11) ,公式输入后,
　　同时按下CTRL ,SHIFT,ENTER 三键,公式编辑结束。H 表示沿程阻力总损失,I 表示总高差。该公式的计算过程为:将5+ H4 - I 4 的结果作为H5 的值,将5 + H5 - I 5 的计算结果作为H6 的值,以此类推。
2 管段流量的计算
　　2.1 管段流量的计算公式
　　第一管段只有转输流量,无支出出流量,它的计算公式由规范所要求的计算喷头流量公式转化而来的。


　　式中: q —喷头流量(L/ s) ;
　　k —喷头流量系数, k = 80 ;　P —喷头工作压力(mH2O) 。
　　自第二管段起管段流量是该管段前所有喷头的流量之和,计算公式可表示为:
　　Qn∶( n + 1) = Q( n - 1) ∶n + qn ( n ≥2) (3)
　　式中:Qn∶( n + 1) —第n + 1 个喷头前的管段流量(L/ s) ;
　　Q( n - 1) ∶n —第n 个喷头前的管段流量(L/ s) ;
　　qn —第n 个喷头设计流量(L/ s) 。
　　2.2 公式输入
　　2.2.1 第一管段的流量公式为:B4*(0.1*C4)^0.5/60,B为喷头的流量系数,C4 为节点压力,^ 为开方号。选定公式输入的单元格D4 ,点击编辑栏中的等号,在等号后的空白处输入公式。公式输入后点击ENTER 按钮,此公式编辑完成。
　　2.2.2 自第二管段后的所有管段的流量公式为:D4∶D10 +B5∶B11 * (0.1 * C5∶C11)^0.5/ 60 ,公式的含义是:后一管段的流量为前一管段流量和该管段起始喷头的流量之和。选定区域(D5 - D11 之间的区域) ,操作方法同1.2 ,输入公式,公
　　式输入后的操作同1.2。
3 沿程水头损失的计算
3.1 计算公式
　　第一管段的沿程水头总损失为第一管段的水头损失,计算公式为:
　　h = A L Q2 (4)
　　式中:A —比阻(m/ m) ;
　　Q —管段流量(L/ s) ;
　　L —管长(m) 。
　　自第二管段开始,沿程损失为该管段前所有管段沿程损失之和。计算公式:
　　hn = h( n - 1) + ALQ2n∶( n + 1) ( n ≥2) (5)
　　式中:A —同公式(4) ;
　　h —同公式(1) ;
　　h( n - 1) —到第n - 1 个喷头总沿程损失(mH2O) ;
　　Qn∶( n + 1) —同公式(3) 。
　　3.2 公式输入
　　选定编辑单元格H4 ,操作同2.2.1。输入公式为:
　　G4 * F4 * D4^2 ,公式输入后的操作同2.2.1。
　　选定公式输入区域, (H5 - H11 之间的区域) 。操作方法同1.2 ,输入公式为:H4∶H10 + G5∶G11 * F5∶F11 * (D5∶D11) ^2 ,公式输入后的操作同1.2。
4 高差的计算
　　4.1 计算公式
　　在安装自动喷水灭火系统时,为便于系统泄空和防止气体从喷头喷出,一般管道以0.002～0.005 的坡降安装,坡降的方向与水流方向相反。
　　第一管段的高差可按如下公式计算:
　　h′= 0.002L (6)
　　式中:L —第一喷头和第二喷头之间的管段长度(m) ;
　　0.002 —系统的管路坡降(可取0.002～0.005) 。
　　自第二管段开始,总高差为该管段前所有管段高差之和。计算公式可用下式表示:
　　h′n = h′(n - 1) + 0102L ( n - 1) ∶n ( n ≥2) (7)
　　式中: h′n —同公式(1) ;
　　h′(n - 1) —自最不利点到第n - 1 个喷头的总高差(mH2O) ;
　　L ( n - 1) ∶n —第( n - 1) 个喷头与第n 个喷头之间的管段长度(m) 。
　　4.2 公式输入

　　选定编辑单元格I 4 ,操作同2.2.1。输入公式为:0.02 *F4 ,公式输入后操作同2.2.1。选定编辑区域( I 5 - I 11 之间的区域) ,操作方法同1.2 ,输入公式I 4∶I 10 + 0.02 * ( F5∶F11) 公式输入后的操作同1.2。
5 流速的计算

　　5.1 计算公式:
　　在自动喷水灭火系统中管道流速要求控制在5m/ s ,流速可按下列公式进行计算。
　　V = 1273Q/ d2j(8)
　　式中:Q —管段流量(L/ s) ;
　　dj —管段的计算内径(mm) ,可根据公称直径查取。
　　5.2 公式输入:
　　选定编辑区域(K4 - K11 之间的区域) ,方法同1.2 ,公式为:1273 * (D4∶D11) / (J4∶J11) ^2 ,公式输入后的操作同1.2。
　　根据表格中的流速值,可随时调整公称直径的大小,使流速值总在规范要求的范围内,使设计既经济又合理。不必另外校核流速。
6 管路特性系数的计算
　　计算公式:管路特性系数仅与流量和压力有关,在自动喷水灭火系统管网计算中,该系数并不作为一个计算结果,所以管路特性系数的值是多少并不重要。管路特性系数与流量和压力的开方的比值成正比,管路特性系数的计算公式可代换为:


　　式中: K′—管特性系数;
　　Q —配水支管的管段流量(L/ s) ;
　　P —节点水压(mH2O) 。
　　用EXCEL 电子表格设计的自动喷水灭火计算系统,表格编制比较容易,计算方法简单,计算速度快,计算准确等优点,具有较好的应用前景。设计者也可根据自己的需要对表格进行适当的调整,使其应用范围更广。