自动喷水灭火系统设计流量的计算与分析.doc

1前言
自动喷水灭火系统，是当今世界上公认的最为有效的自救灭火设施，是应用最广泛、用量最大的自动灭火系统。其自动化限度高、可以及时扑灭初期火灾，在国内外都被普遍采用。应用实践证明：该系统具有安全可靠、经济实用、灭火成功率高等优点。
国外应用自动喷水灭火系统已有一百数年的历史。在长达一个多世纪的时间内，一些经济发达的国家，从研究到应用，从局部应用到普遍推广使用，有过许许多多成功和失败的教训。自动喷水灭火系统不仅已经在高层建筑、公共建工业厂房和仓库中推广应用，并且发达国家已在住宅建筑中开始安装使用[1]。因此对自动喷淋系统进行研究分析显得尤为重要。
《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2023( 2023年版)中9.1系统的设计流量中规定了设计流量的计算方法,但设计人员在计算喷淋系统的流量时,通常先拟定设立喷淋系统的场合的火灾危险等级,然后将该等级相应的喷水强度与作用面积相乘,即得到喷淋系统的设计流量,该设计流量是假定作用面积内所有喷头的工作压力和流量都等于最不利点喷头的工作压力和流量，忽略了管道阻力损失对喷头工作压力的影响,使设计流量有时就偏离于实际系统流量，有时会对系统的灭火效果产生一定的影响。因此,设计流量应按自动喷水灭火系统设计规范中9.1规定的计算方法进行具体的计算，与估算值进行比对，选择合理的喷淋泵，才干满足火灾情况下喷淋系统的实际需水量，达成灭火效果。
2研究对象
笔者对四个不同功能、不同危险等级的自动喷淋系统进行流量计算，并将计算结果与平时估算值相比较，进行分析与探讨。其中，进行水力计算时，选定的最不利点处作用面积均为矩形，其长边应平行于配水支管，其长度不宜小于作用面积平方根的1.2倍。
选取计算分析的四个自动喷淋系统概况如下：
(1)建筑名称：齐鲁软件大厦B座敞开式办公楼；危险等级：中危险I级；喷水强度：6L/min.m2 ；末端最不利作用面积：160平方米；末端压力：0.05、0.10MPa；选取喷头数量：18个k80喷头。
(2)建筑名称：齐鲁外包城奥盛大厦办公楼；危险等级：中危险I级；喷水强度：6L/min.m2 ；末端最不利作用面积：160平方米；末端压力：0.05、0.10MPa；选取喷头数量：21个k80喷头。
(3)建筑名称：济南齐源大厦地下二层车库；危险等级：中危险II级；喷水强度：8L/min.m2；末端最不利作用面积：160平方米；末端压力：0.05、0.10MPa；选取喷头数量：17个k80喷头。
(4)建筑名称：莱芜银座超市商场；危险等级：中危险II级；喷水强度：8L/min.m2；末端最不利作用面积：160平方米；末端压力：0.05、0.10MPa；选取喷头数量：19个k80喷头。 ——一览消防英才网
3计算方法
根据《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2023（2023年版）第9.1.3条规定：自动喷水灭火系统的设计流量，应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量拟定。
自动喷水灭火系统流量计算公式如下所示：
(1) Q＝dv
(2) （V≥1.2m/s）
(3)
其中，i—管道单位长度的水头损失（MPa/m）
Q—管道内的平均流量（m3/s）；
q――喷头流量（L／min）
h――喷头工作压力（MPa）
v――管道内的平均水流速度（m/s）
k――喷头流量系数，取80
dj――管道计算内径（m）
L――当量长度（m）
4计算结果
4.1齐鲁软件大厦B座敞开式办公楼
(1)图1为齐鲁软件大厦B座敞开式办公楼的自动喷淋系统末端，各喷头计算流量值如表1所示。

图1 系统1平面图

表1 系统1各喷头计算流量值
末端压力0.05MPa
末端压力0.10MPa
喷头编号
流量（L/s)
喷头编号
流量（L/s)
喷头编号
流量（L/s)
喷头编号
流量（L/s)
1
0.94
11
1.37
1
1.33
11
1.94
2
1.14
12
1.13
2
1.62
12
1.60
3
1.23
13
1.26
3
1.74
13
1.79
4
1.23
14
1.54
4
1.74
14
2.18
5
1.14
15
1.65
5
1.62
15
2.34
6
0.94
16
1.65
6
1.33
16
2.34
7
1.13
17
1.54
7
1.60
17
2.18
8
1.37
18
1.26
8
1.94
18
1.79
9
1.47
总计
23.49
9
2.09
总计
33.25
10
1.47
10
2.09
不同末端压力下，计算值与常规概算的流量相差比例为：
；
(2)校核末端6个喷头的喷水强度为：
0.05MPa时：6.62L/s*60/61.2m2=6.49L/min.m2>6L/min.m2
0.10MPa时：9.38L/s*60/61.2m2=9.19L/min.m2>6L/min.m2
即都满足设计规定的喷水强度。

4.2齐鲁外包城奥盛大厦办公楼
(1)图2为齐鲁外包城奥盛大厦办公楼的自动喷淋系统末端，各喷头计算流量值如表2所示。
图2 系统2平面图

表2 系统2各喷头计算流量值
末端压力0.05MPa
末端压力0.10MPa
喷头编号
流量（L/s)
喷头编号
流量（L/s)
喷头编号
流量（L/s)
喷头 编号
流量（L/s)
1
0.94
12
1.36
1
1.33
12
1.93
2
1.12
13
1.81
2
1.58
13
2.56
3
1.13
14
2.14
3
1.59
14
3.03
4
1.31
15
1.96
4
1.85
15
2.77
5
1.55
16
1.90
5
2.19
16
2.69
6
1.57
17
2.26
6
2.21
17
3.19
7
1.48
18
2.06
7
2.10
18
2.91
8
1.76
19
1.54
8
2.48
19
2.18
9
1.77
20
1.83
9
2.51
20
2.58
10
1.26
21
1.67
10
1.78
21
2.36
11
1.49
总流量
33.91
11
2.11
总流量
47.96

不同末端压力下，计算值与常规概算的流量相差比例为：
；
(2)校核末端6个喷头的喷水强度为：
0.05MPa时：7.62L/s*60/54.2m2=8.43L/min.m2>6L/min.m2
0.10MPa时：10.75L/s*60/54.2m2=11.9L/min.m2>6L/min.m2
即都满足设计规定的喷水强度。
4.3济南齐源大厦地下二层车库
(1)图3为济南齐源大厦地下二层车库的自动喷淋系统末端，各喷头计算流量值如表3所示。

图3 系统3平面图

表3 系统3各喷头计算流量值
末端压力0.05MPa
末端压力0.10MPa
喷头编号
流量（L/s)
喷头编号
流量（L/s)
喷头编号
流量（L/s)
喷头编号
流量（L/s)
1
0.94
10
1.04
1
1.33
10
1.61
2
0.94
11
1.31
2
1.33
11
1.97
3
1.11
12
1.56
3
1.57
12
2.35
4
1.16
13
1.67
4
1.65
13
2.51
5
1.17
14
1.79
5
1.81
14
2.69
6
1.40
15
1.74
6
2.16
15
2.61
7
1.46
16
1.62
7
2.25
16
2.43
8
1.36
17
1.39
8
2.10
17
2.08
9
1.27
总计
22.94
9
1.95
总计
34.41
不同末端压力下，计算值与常规概算的流量相差比例为：

(2)校核末端10个喷头的喷水强度为：
0.05MPa时：11.85L/s*60/82m2=8.67L/min.m2>8L/min.m2
0.10MPa时：17.76L/s*60/82m2=12.99L/min.m2>8L/min.m2
即都满足设计规定的喷水强度。
4.4莱芜银座城市广场超市商场
(1)图4为莱芜银座城市广场的超市商场自动喷淋系统末端，各喷头计算流量值如表4所示。

图4 系统4平面图

表4 系统4各喷头计算流量值
末端压力0.05MPa
末端压力0.10MPa
喷头编号
流量（L/s)
喷头编号
流量（L/s)
喷头编号
流量（L/s)
喷头编号
流量（L/s)
1
0.94
11
1.36
1
1.33
11
1.92
2
1.13
12
1.51
2
1.60
12
2.13
3
0.99
13
1.81
3
1.40
13
2.56
4
1.31
14
1.8
4
1.86
14
2.54
5
1.58
15
1.50
5
2.23
15
2.12
6
1.57
16
1.65
6
1.85
16
2.34
7
1.31
17
1.98
7
2.22
17
2.81
8
1.37
18
1.97
8
1.93
18
2.79
9
1.64
19
1.64
9
2.32
19
2.32
10
1.63
总计
28.69
10
2.31
总计
40.58
不同末端压力下，计算值与常规概算的流量相差比例为：
；
(2 )校核末端7个喷头的喷水强度为：
0.05MPa时：8.83L/s*60/60.76m2=8.72L/min.m2>8L/min.m2
0.10MPa时：12.49L/s*60/60.76m2=12.33L/min.m2>8L/min.m2
5结论
将不同自动喷淋系统的流量计算值进行对比如表5所示：
表5 四个不同系统的流量值
危险
级别

实际
工程

喷水
强度
（L/min.
m2）

作用
面积
（m2）

估算
流量
(L/S)
计算流量(L/S)
最末端喷头流量
计算管段压力值(MPa)
末端喷头压力0.05MPa
末端喷头压力0.10MPa
末端喷头压力0.05MPa
末端喷头压力0.10MPa
末端喷头压力0.05MPa
末端喷头压力0.10MPa
中危险I级
齐鲁
软件
B座
6
160
20．8
23.49
33.25
14.56
20.64
0.1703
0.3415
最末端12个喷头
奥盛
大厦
办公
33.91
47.96
12.63
15.24
0.3189
0.6375
最末端9个喷头
中危险II级

齐源
大厦
车库
8
160
27．8
22.94
34.41
11.86
17.77
0.1868
0.4218
最末端10个喷头
莱芜
银座
广场
28.69
40.58
14.83
20.97
0.2425
0.4856
最末端11个喷头

根据计算结果，分析比较得结论如下：
(1)自动喷淋系统的设计流量实际计算值远大于估算值，但在实际灭火过程中，最不利点处作用面积内10个喷头左右动作就能达成实际灭火效果，通过汇总表5建议自动喷淋系统的设计流量可以按估算值来拟定。
(2)实际计算流量与建筑物功能、末端房间布置、末端管道管径及末端喷头最小设定压力均有较大关系。建议在设计时，可以对系统管网进行粗略估算，可选取末端最不利喷头设定压力为0.05MPa，但不宜超过0.10MPa，并且一定进行末端灭火喷头的喷水灭火强度，以校核最初计算设定压力0.05MPa是否满足灭火强度规定。此外末端管径适当放大，对减少设计流量及系统阻力损失有较大帮助。
(3)对轻危险级、中危险级各配水支管的压力控制非常重要，规范规定不宜超过0.40MPa，应在实际设计中必需控制在0.40MPa内。对消防水泵的选择、消防水池容积的计算、系统管材、附件的承压及系统的安全可靠性均有重要的意义。