实例解读自动喷淋“作用面积”.doc

实例解读自动喷淋“作用面积”
陈建文
广东名都设计有限公司 广东广州 510095
摘要：在选定不同的作用面积下喷淋系统设计流量存在较多不同的计算结果，尤其是计算管道沿程水力损失时，计算出来的结果往往差别较大，而对规范的不同理解容易造成分歧，这给实际设计工作中带来许多不便。下文笔者从实际工程设计中出发，就规范中公式的若干设计参数提出探讨。
关键词： 喷水强度 作用面积 一次火灾延续时间 耐火等级
1.问题的提出
1.1关于规范中提及的几处喷淋“作用面积”
第9.1.3条 ：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；
第9.1.4条 ：系统设计流量的计算，应保证任意作用面积内的平均喷水强度不低于本规范表5.0.1和表5.0.5-1～表5.0.5-6的规定值。
第2.1.6条：（术语解释）作用面积：一次火灾中系统按喷水强度保护的最大面积；
表5.0.1和表5.0.5-1～表5.0.5-6中提及的不同危险等级作用面积的规定值；
以下是笔者的理解及在设计和计算中遇到的问题：
系统的设计流量计算中所采用的最不利点处作用面积是否不一定指表5.0.1中规定的作用面积规定值160㎡（以中危险Ⅰ、Ⅱ级为例），而应该是根据最不利点对应保护空间的实际情况确定？就该疑问的提出，下文以笔者设计完成的某一高层办公建筑自动喷水灭火系统水力计算过程进行分析。
2.实例分析
2.1作用面积为最大作用面积规定值的情况
高区标准型喷头最不利点在A1栋32层大开间办公室内，按中危险Ⅰ级选取作用面积160㎡，见图1虚线框；用于计算时等效为图1右图：

图1：高区喷淋作用面积示意图
图中1~6为作用面积内各计算节点，作用面积至水流指示器管道系统如图2示：

图2：高区最不利层喷淋管道系统示意图
按《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084-2001(2005年版）（下文简称《喷规》）第9.1.1~9.1.3条以及第9.2.1~9.2.2条计算方法，可得高区喷淋管道系统水力计算表：
节点
管段
节点压力
节点流量
管段流量
管径
管道截面积
管道长度
当量长度
流速
喷头的流量系数
管道水头损失

H
q
Q
d
A
L
L'
V
K
H'

MPa
L/s
L/s
mm
㎡
m
m
m/s

MPa
1

0.0600
1.0328

80

1～2

1.0328
25
0.00049
3.6
0.43
2.1040

0.0244
2

0.0844
2.2574

80

2～3

2.2574
32
0.00080
2.8
1.3
2.8068

0.0316
3

0.1160
4.5147

80

3～4

4.5147
50
0.00196
3.6
1.7
2.2993

0.0151
4

0.1311
9.0294

80

4～5

9.0294
65
0.00332
3.2
1.7
2.7211

0.0138
5

0.1449
13.5442

80

5～6

13.5442
80
0.00503
3
2.2
2.6945

0.0110
6

0.1559
18.0589

80

6～7

18.0589
80
0.00503
11.5
2.2
3.5927

0.0513
7

0.2072
18.0589

7～8

18.0589
100
0.00785
11.8
6.6
2.2993

0.0210
8

0.2282
18.0589

8～9

18.0589
150
0.01767
2
6.6
1.0219

0.0011
9

0.2493
18.0589

9～泵

18.0589
150
0.01767
180
46.7
1.0219

0.0301
沿程水力损失合计
0.1994
注：节点9压力值已计入0.02MPa水流指示器损失。
喷水强度校核：当最不利点喷淋头工作压力为0.06MPa时，作用面积内所有喷头流量叠加等于18.06L/S，160㎡作用面积平均喷水强度为18.06×60÷160=6.77L/min*㎡,满足中危险Ⅰ级喷淋喷水强度要求；选取最不利4个喷头围合，即图1中1，2，1’及2’对应喷头，设1’喷头流量等于1喷头流量（实际略大），2’喷头流量等于2喷头流量（实际略大），则4个喷头围合平均喷水强度=2.26×2×60/4/（3.6×3.6）=5.23L/min*㎡>5.1L/S(中危险Ⅰ级平均喷水强度的85%)，满足《喷规》第9.1.4条要求；
2.2作用面积不为规定值的情况
中区最不利点在A1栋15层，按最不利一个房间（面积小于50平方）发生火情的情况下，作用面积如图3虚线框所示：
图3：中区喷淋最不利作用面积示意图
其喷淋管道系统示意如图4所示：

图4：边墙型喷头最不利管道系统示意图
本工程小开间办公室所采用边墙型喷头流量系数K=115，最大保护距离4.5*5.5m，查产品资料，该类喷头最低工作压力需0.15MPa，同标准喷头计算公式，可得在最不利工况下最不利边墙型喷头动作时，即中区最不利一个房间发生火情的情况下的水力计算表：

表2：
节点
管段
节点压力
节点流量
管段流量
管径
管道截面积
管道长度
当量长度
流速
喷头的流量系数
管道水头损失

H
q
Q
d
A
L
L'
V
K
H'

MPa
L/s
L/s
mm
㎡
m
m
m/s

MPa
1

0.1500
2.3474

115

1～2

2.3474
32
0.00080
5
2.7
2.9188

0.0642
2

0.2142
5.1526

115

2～3

5.1526
50
0.00196
4.5
3.1
2.6242

0.0282
3

0.2424
8.1369

115

3～4

8.1369
65
0.00332
5
7.7
2.4521

0.0291
4

0.2716
8.1369

4～5

8.1369
80
0.00503
12
6.7
1.6188

0.0142
5

0.2858
8.1369

5～6

8.1369
100
0.00785
9.6
30.5
1.0360

0.0093
6

0.2951
8.1369

6～7

8.1369
150
0.01767
2.5
10.4
0.4605

0.0003
7

0.3154
8.1369

沿程水力损失合计
0.1454
校核：上表设计参数按一个房间作用面积50㎡校核，平均喷水强度为9.7L/min*㎡，满足规范要求。
从表1和表2可知，高区最不利楼层（标准喷头）水流指示器前最低工作压力约为0.230MPa。
中区所在最不利楼层（边墙型喷头）水流指示器前最低工作压力约为0.300MPa，较为合理。
从喷淋中区的水力分析过程看，如果采用160㎡作用面积选择计算喷头，则涵盖房间数约为3间，其计算结果是较大的，在常规管径下，水流指示器前的工作压力甚至已达到0.5MPa以上，显然是不经济的，针对该情况，下文分析总结中第2点作出详述。
3.分析总结
根据上述工程实例，笔者将实际情况归类为以下几种：
1.最不利点喷头在系统分区顶层某一大空间区域，如上述工程高区大空间办公场所：这时作用面积应按最大作用面积规定值。
依据：该面积内的喷头可能在火灾初期同时开启，当超出该面积时，系统接近崩溃；
2.最不利点在系统分区顶层的小空间房间内（如一般酒店建筑标准房间，面积一般不超80㎡甚至更小），这时作用面积应按房间的实际面积。
依据：《高层建筑设计防火规范》中对房间隔墙的耐火等级作出不小于0.75h的规定（一般高层建筑都做到1.0h以上）， 当火情蔓延至房间外时，可以理解成火灾持续时间超过了1.0h，即超过喷淋系统作用延续时间，喷淋系统接近崩溃（见《高规》条文说明7.3.3和《喷规》条文说明第4.1.4条），即理解为火灾初期可能同时开启的喷头最多只是房间内的所有喷头。这种情况下如仍然按规定值将周围空间的其它喷头纳入计算同时开启的喷头数量，水力计算意义不大，且计算结果相对要大很多。
3.最不利点在顶层的走道或前室内，比如一般商住楼标准层，这时按走道疏散长度所对应的作用面积或前室面积计算，作用面积一般也不超160平方，理由类似上述第2点情况。
4.结束语
喷淋的设计目的是为了有效控制火灾初期的火情的蔓延，结合以上分析，无论是从设计目的还是从工程造价上看，喷淋作用面积的选定都十分重要。规范中表5.0.1和表5.0.5-1～表5.0.5-6的规定值是根据我国国情参考国外标准适当放大后规定的，笔者在实际工作中发现，部分设计人员不论何种场所均按规定值进行喷淋系统水力计算，这种做法可能有待探讨。以上论述仅代表笔者个人拙见，欢迎同行批评指正，以共发展。

参考文献
　 　1. 武文翔. 正确选择喷淋系统的“最不利点”[J]. 消防技术与产品信息, 2005,(02).
2.王子龙 刘德明 李泽裕. 作用面积形状与布管方式对自喷系统能耗影响[J]. 节能技术, 2013,(04).
3.《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）．
4.《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001（2005年版）．