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自动喷水灭火系统设计中的几个重要问题
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内容提示：合理布置喷头是自动喷水灭火系统设计安全与经济的关键。《喷规》比较强调的是作用面积内的喷水强度和喷水的均匀性及喷头的适时开放。对于每个喷头的半径，一是和生产厂家的产品及其技术参数有关，二是和喷头所在位置的水压有关，三是和喷砂的布置位置有关（结构柱网和各种障碍物的影响）。《喷规》规定的喷头间距只是一个"限"，目的是为了更好地保证喷水强度和喷水的均匀性及适时开放。
1、喷头布置
合理布置喷头是自动喷水灭火系统设计安全与经济的关键。《喷规》比较强调的是作用面积内的喷水强度和喷水的均匀性及喷头的适时开放。对于每个喷头的半径，一是和生产厂家的产品及其技术参数有关，二是和喷头所在位置的水压有关，三是和喷砂的布置位置有关（结构柱网和各种障碍物的影响）。《喷规》规定的喷头间距只是一个"限"，目的是为了更好地保证喷水强度和喷水的均匀性及适时开放。
1.1喷头布置原则与要求
（1）满足作用面积内的喷水强度、喷水的均匀性及喷头的适时开放（喷头的受热条件和开放时间）；
（2）喷头在喷水半径内灵活布置，不出现未被覆盖的空白，也不出现过多的重要覆盖面积；
（3）保证喷湿墙根及一定范围内的墙面；
（4）喷间之间不应互相影响；
（5）按规范和实际处理障碍物的遮挡，并积极与相关专业协调；
（6）应满足其它相关规范对喷头布置的要求；
（7）考虑火灾时烟羽流对喷头动作的影响；
（8）结合实际，全面分析相关规范，吃准吃深规范中的字眼，综合考虑。（参考《建筑中文网》）
1.2喷水半径与喷头布置
喷水半径是喷头布置的主要依据，它代表一个经济数值，在喷头工作时不致出现未被覆盖的空白，也不出现过多的重要覆盖面积。它与危险等级的喷水强度、喷头特性和工作压力有关。工程设计中喷头布置视建筑平面，在喷水半径范围内，可灵活采用正方形、矩形或平形四边形。喷水半径不同于喷头的计算半径，它是在计算半径的基础上，考虑喷水强度、喷水均匀性、喷头受热条件与适时开放，根据规范的规定而得出的数值。具体见表1：由于喷头的布置受其它因素影响较大，实际上常常出现喷头不能按一个固定的距离来布置，别说同一建筑中往往不会按一个间距布，就是同一层、同一防火分区也常常如此。此外，作为土建设计，不同于装修设计，需要给二次装修留下有余地，喷头间距不宜按规范规定的最大距离要求设置，而且实际上这么做也不易达到规范要求的喷水强度和喷水的均匀性。
设计时必须根据工程实际情况，按设计选定的喷水强度、喷头的流量系数、工作压力确定，并考虑喷头的受热条件和开放时间，在满足规范要求的喷头强度条件下，按喷头的实际工作压力，结合建筑分隔与结构柱网灵活布置。在布置中，喷头间距不应是个定数，应根据所在位置的条件来定，最终目的还是保证喷水强度和喷水的均匀性及适时开放。
1.3不宜演绎集热板
《喷规》对集热板的要求，见7.1.7条，它是针对货架喷头布置而提出的，《喷规称为集热档水板。当喷头上方有孔洞、缝隙，为防止喷头因热气流不停留或上部喷头淋水降温而不能启动时，规定应在喷头的上方设置集热板。另外，《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》［2］中的7.2.3.2条规定，对机械立体汽车库，复式汽车库按停车的托板位置分层布置的喷头，应在其上方设置集热板。而在工程实践中，集热板的使用场合远不止于此，已在较多场合得到了演绎，但这一种做法不但没有规范依据，而且也往往与设置的初衷背着而驰。根据美国FM公司的一项研究结果表明，喷头动作所需80%以上的热量都来自热对流，而传递给喷头的对流热量需要热空气流经喷头才能完成。若起火点不是正对着喷头，那么上升的热对流就不会在集像一个倒扣的盒子，遮挡了热气流铁水平流动，火灾时在喷头处形成空气流动死角，而延误喷头响应时间。因而，对集热板的设置及其演，应慎重考虑，并应依据现行规范，结合实际情况，分析论证后确定。
2、水力计算
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。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200611/5636.htm
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