自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)簡(jiǎn)介

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1  緒論
1.1  自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1.1.1 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的組成
自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是指由灑水噴頭、報(bào)警閥組、水流報(bào)警裝置（水流指示器及壓力開(kāi)關(guān)）等組件，以及管道、供水設(shè)施組成，并能在發(fā)生火災(zāi)時(shí)噴水的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。
自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是人們同火災(zāi)斗爭(zhēng)中出現(xiàn)和發(fā)展起來(lái)的一種固定式自動(dòng)滅火系統(tǒng)，是當(dāng)今世界上公認(rèn)的最為有效的自救滅火措施，是應(yīng)用最為廣泛、用量最大的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。它具有自動(dòng)滅火和自動(dòng)報(bào)警的功能。它用水作滅火劑，平時(shí)處于準(zhǔn)工作狀態(tài)，一旦保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)發(fā)生區(qū)域的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)會(huì)發(fā)生動(dòng)作，噴灑水霧或水滴，起到延緩火勢(shì)和撲滅火災(zāi)的作用。
自動(dòng)噴水系統(tǒng)的類(lèi)型較多，從1806年約翰*凱利發(fā)明了利用可燃繩控制閥門(mén)啟動(dòng)鉆孔管道噴水滅火開(kāi)始發(fā)展到現(xiàn)在，它的基本類(lèi)型包括：濕式、干式、干濕式、雨淋及預(yù)作用、噴霧和水幕系統(tǒng)。
1.1.2 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用
在自動(dòng)噴水一百多年的發(fā)展應(yīng)用史中，一些發(fā)達(dá)國(guó)從研究到應(yīng)用，從局部到推廣，積累了許多成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，從中制定了本國(guó)的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)不僅僅應(yīng)用在高層建筑、公共建筑、工業(yè)廠房和倉(cāng)庫(kù)，而且已經(jīng)推廣到住宅建筑。在建筑行業(yè)中推廣自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝，取得了巨大的成就，在美國(guó)1925-1964年間在安裝了噴淋滅火系統(tǒng)的建筑物中共發(fā)生火災(zāi)75290次，滅控火成功率高達(dá)96.2%，其中工業(yè)廠房和倉(cāng)庫(kù)占有比例達(dá)87.46%。
推廣應(yīng)用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，不僅可從減少火災(zāi)損失中受益，而且可減少消防總開(kāi)支。例如，在美國(guó)加利福尼亞州的費(fèi)雷諾斯城，在市區(qū)制定的建筑條例中，要求在非居住區(qū)安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，結(jié)果使這個(gè)城市的1955年到1975年的20年間，非居住區(qū)火災(zāi)損失從占該城市火災(zāi)總損失的61.6%降低到43.5%。
20世紀(jì)30年代我國(guó)開(kāi)始應(yīng)用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，至今已有70年的歷史。取得了輝煌的成果。50年代，蘇聯(lián)援建的一些廠房裝設(shè)了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，1956年，我國(guó)可自行設(shè)計(jì)安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。1958年建的廈門(mén)紡織廠，至80年代曾四次成功撲滅火災(zāi)，時(shí)至今日，該系統(tǒng)以成為國(guó)際上公認(rèn)的最為有效的自動(dòng)撲救室內(nèi)火災(zāi)的消防設(shè)施，在我國(guó)的應(yīng)用范圍和使用量也在不斷擴(kuò)展與增長(zhǎng)。
1.1.3  自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)計(jì)算現(xiàn)狀
自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)水力計(jì)算是在流體力學(xué)和給排水工程基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，現(xiàn)在已具備一套完整的計(jì)算方法，主要包括：沿程法和面積法。已經(jīng)能夠準(zhǔn)確計(jì)算出管網(wǎng)內(nèi)各管段的流量、水頭損失等，為最終消防給水設(shè)施的選擇提供科學(xué)的依據(jù)。但是計(jì)算方法中存在計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、繁瑣和計(jì)算費(fèi)力、耗時(shí)、易錯(cuò)等不足。
隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)也有幾家單位開(kāi)始對(duì)此方面進(jìn)行研究，試圖用計(jì)算機(jī)替代人手工計(jì)算，來(lái)解決手工計(jì)算中的不足以便將設(shè)計(jì)人員從繁瑣的工作中解放出來(lái)。但編制的軟件存在著許多不足，在一定程度上影響在工程中的使用。
結(jié)合上述現(xiàn)狀，迫切需要一種適用面廣、操作簡(jiǎn)單、符合工程實(shí)際的管網(wǎng)水力計(jì)算軟件，去減輕工程計(jì)算負(fù)擔(dān)和規(guī)范自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。
2  閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)水力設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程及原理
2.1  設(shè)置原則
閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)用于性質(zhì)重要且火災(zāi)危險(xiǎn)性大的場(chǎng)所。
⒈ 高層民用建筑
⑴ 建筑高度不超過(guò)100m的一類(lèi)高層民用建筑及其裙房的下列部位（除普通住宅和高層建筑中不宜用水撲救的部位外）
① 舞臺(tái)、觀眾廳、展覽廳、多功能廳、門(mén)廳等公共活動(dòng)用房；
② 走道、辦公室和旅館的客房；
③ 可燃物品庫(kù)房；
④ 高級(jí)住宅的居住用房；
⑤ 自動(dòng)扶梯底部和垃圾道頂部。
⑵ 二類(lèi)高層民用建筑中的商業(yè)營(yíng)業(yè)廳、展覽廳等公共活動(dòng)用房和建筑面積超過(guò)200m2的可燃品庫(kù)房。
⑶ 高層民用建筑中經(jīng)常有人停留或可燃物較多的地下室房間。
⑷ 建筑高度超過(guò)100m的高層民用建筑內(nèi)。
⒉ 工業(yè)廠房與低層民用建筑
⑴ 等于或大于50000紗錠的棉紡廠的開(kāi)包、清花車(chē)間；等于或大于5000錠的麻紗廠的分級(jí)、梳麻車(chē)間；服裝、針織高層廠房；面積超過(guò)1500m2的木器廠房；火柴廠的烤梗、篩選部位；泡沫塑料廠的預(yù)發(fā)、成型、切片、壓花部位。
⑵ 每座占地面積超過(guò)1000m2的棉、毛、絲、麻等及其制品庫(kù)房；每座面積超過(guò)600m2的香煙、火柴庫(kù)房；建筑面積超過(guò)500m2可燃品地下庫(kù)房；可燃、難燃物品高架庫(kù)房和高層庫(kù)房（冷庫(kù)、高層卷煙成品庫(kù)房除外）；省級(jí)以上或藏書(shū)量超過(guò)100萬(wàn)冊(cè)的圖書(shū)館書(shū)庫(kù)。
⑶ 超過(guò)1500個(gè)座位的劇院觀眾廳、舞臺(tái)上部（屋頂為金屬結(jié)構(gòu)時(shí)）；超過(guò)2000個(gè)座位的會(huì)堂或禮堂的觀眾廳；超過(guò)3000個(gè)座位的體育館的觀眾廳吊頂上部、貴賓室、器材間、運(yùn)動(dòng)員休息室。
⑷ 省級(jí)郵政樓的郵袋庫(kù)。
⑸ 每層面積超過(guò)3000m2或建筑面積超過(guò)9000m2的百貨商場(chǎng)、展覽大廳。
⑹ 設(shè)有空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的旅館、綜合辦公樓內(nèi)的走道、辦公室、餐廳、商店、庫(kù)房和無(wú)樓層服務(wù)臺(tái)的客房。
⑺ 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的準(zhǔn)備部位。
⑻ 國(guó)家級(jí)文物保護(hù)單位的重點(diǎn)磚木或木結(jié)構(gòu)建筑。
⒊ 汽車(chē)停車(chē)庫(kù)
地下停車(chē)庫(kù)、多層停車(chē)庫(kù)和低層停車(chē)庫(kù)應(yīng)設(shè)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。
⒋ 人防工程
⑴ 使用面積超過(guò)1000m2的商場(chǎng)、醫(yī)院、旅館等公共場(chǎng)所
⑵ 超過(guò)800個(gè)座位的電影院、禮堂的觀眾廳，且吊頂下表面至觀眾席地面高度不超過(guò)8m時(shí)；舞臺(tái)面積超過(guò)200m2時(shí)。
2.2  確定建筑物的危險(xiǎn)等級(jí)
根據(jù)建筑物、構(gòu)筑物的火災(zāi)載荷（由可燃物的性質(zhì)、數(shù)量和分布狀況決定）、室內(nèi)空間條件（面積、高度）、人員密集程度、采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)撲救初期火災(zāi)的難易程度，以及疏散及外部增援條件等因素劃分設(shè)置場(chǎng)所火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)。
建筑物內(nèi)存在物品的性質(zhì)、數(shù)量，以及其結(jié)構(gòu)的疏密、包裝和分布情況，將決定火災(zāi)載荷及發(fā)生火災(zāi)時(shí)的燃燒速度與放熱量，是劃分自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)置場(chǎng)所火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)的重要依據(jù)。
共計(jì)：輕危險(xiǎn)級(jí)、中危險(xiǎn)級(jí)（其中又分為Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)）、嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)（其中又分為Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)）、及倉(cāng)庫(kù)危險(xiǎn)級(jí)（其中又分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)）。
⒈ 嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)： 火災(zāi)危險(xiǎn)性大、可燃物多、發(fā)熱量大、燃燒猛烈和蔓延迅速的建、構(gòu)筑物；
⒉ 中危險(xiǎn)等級(jí)： 火災(zāi)危險(xiǎn)性較大、可燃物較多、發(fā)熱量中等、火災(zāi)初期不會(huì)引起迅速蔓延的建、構(gòu)筑物；
⒊ 輕危險(xiǎn)等級(jí)：火災(zāi)危險(xiǎn)性小、可燃物量少、發(fā)熱量較小的建、構(gòu)筑物；
在設(shè)計(jì)閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí)應(yīng)本著遵循“實(shí)事求是”和“有的放矢”的原則，按各自的實(shí)際情況選擇相應(yīng)設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)據(jù)。
閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)中的管道種類(lèi)如圖2-1所示，每種管道在系統(tǒng)中的作用是不同的，在計(jì)算時(shí)，也應(yīng)作不同處理。
2.2.1  設(shè)計(jì)作用面積的大小
設(shè)計(jì)作用面積是指一次火災(zāi)中按噴水強(qiáng)度保護(hù)的最大面積。
設(shè)計(jì)時(shí)作用面積的選取應(yīng)按建筑物的火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)來(lái)選取，各危險(xiǎn)等級(jí)的數(shù)據(jù)如表2.1所示：
表2.1
危險(xiǎn)等級(jí) 輕危險(xiǎn)級(jí) 中危險(xiǎn)級(jí) 嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)
  Ⅰ級(jí) Ⅱ級(jí) Ⅰ級(jí) Ⅱ級(jí)
作用面積 160 160 260
2.2.2  設(shè)計(jì)作用面積的形狀
在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火勢(shì)由火源點(diǎn)呈輻射狀向四周蔓延，只有處于著火區(qū)域上方的噴頭才能有效地阻止火勢(shì)蔓延，撲滅火災(zāi)。因此在設(shè)計(jì)面積形狀選擇上，我們通常采用正方形布置、長(zhǎng)方形以及菱形等幾種情況。
⑴ 正方形布置：支管的間距和噴頭的間距均相等。
L = 
      式中：L——正方形布置時(shí)設(shè)計(jì)作用面積的邊長(zhǎng)，m
A——設(shè)計(jì)作用面積，m2
圖2-1 管道種類(lèi)圖
圖中：
1— 供水管，連接供水水源和報(bào)警閥的管段；
2— 總閘閥；
3— 報(bào)警閥；
4— 配水立管，連接報(bào)警閥并向配水干管供水的管段；
5— 配水干管，報(bào)警閥后向配水管供水的管段；
6— 配水管，向配水支管供水的管段
7— 配水支管，直接或通過(guò)短立管向噴頭供水的管段；
8— 噴頭。
⑵ 長(zhǎng)方形布置：支管的間距和噴頭的間距不相等。
                 L = 1.2 
式中：L——正方形布置時(shí)設(shè)計(jì)作用面積的邊長(zhǎng)，m
A——設(shè)計(jì)作用面積，m2
2.2.3  設(shè)計(jì)作用面積在管網(wǎng)中的位置
由于水力管網(wǎng)末端最不利點(diǎn)處的噴水強(qiáng)度、作用壓力較其他點(diǎn)差，因此在管網(wǎng)計(jì)算中，通常由管網(wǎng)系統(tǒng)的最不利點(diǎn)處噴頭開(kāi)始選取設(shè)計(jì)作用面積。
2.3  設(shè)計(jì)作用面積大小的確定
2.3.1  每個(gè)噴頭的噴水量計(jì)算
q = k  
式中：q——每個(gè)噴頭的噴水量 ，L/min
      P¬¬——噴頭處的工作壓力 ，MPa
      K¬——流量特性系數(shù)（見(jiàn)表2.2）
表2.2 流量特性系數(shù)
噴頭公稱直徑（mm） K
10 57
15 80
20 115
2.3.2  每個(gè)噴頭的保護(hù)面積的計(jì)算
A1＝4q0/4qu
式中：A1——每個(gè)噴頭的保護(hù)面積，m2
      q0——最不利點(diǎn)噴頭噴水量，L/min
      qu——設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度，L/(min m2)
2.3.3  根據(jù)噴頭布置方式確定噴頭布置間距
⒈ 正方形布置：
S=
式中：S——噴頭呈正方形布置時(shí)的邊長(zhǎng)，m
⒉ 長(zhǎng)方形布置：
                S≤1.2
式中：S——噴頭呈長(zhǎng)方形布置時(shí)長(zhǎng)邊的邊長(zhǎng)，m
根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得出
表2.3
同一根配水支管上噴頭的間距及相鄰配水支管的間距：
噴水強(qiáng)度
（L/min m2）
正方形布置的邊長(zhǎng)（m） 矩形或平行四邊形布置的邊長(zhǎng)（m） 一只噴頭的最大保護(hù)面積（m2） 噴頭與端墻的最大距離（m）
4 4.4 4.5 20.0 2.1
6 3.6 4.0 12.5 1.8
8 3.4 3.6 11.5 1.7
12-20 3.0 3.6 9.0 1.5
注：1 僅在走道設(shè)置單排噴頭的閉式系統(tǒng)，其噴頭間距應(yīng)按走道地面不留空白點(diǎn)確定；
    2 貨架內(nèi)噴頭的間距不應(yīng)小于2.0m，并不應(yīng)大于3.0m。
2.4  管段水力計(jì)算
2.4.1管徑的估算
由于工程實(shí)際中所采用的管材質(zhì)量以及施工單位存在差異，在工程設(shè)計(jì)中通常要求管道內(nèi)的水流速度不超過(guò)5m/s、配水管的入口壓力不應(yīng)大于0.40MPa。根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)再結(jié)合工程實(shí)踐，通常在設(shè)計(jì)中為簡(jiǎn)化計(jì)算，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算前，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照不同管徑配水管上最多允許安裝的噴頭數(shù)（見(jiàn)表2.4），以及不同危險(xiǎn)等級(jí)對(duì)噴頭數(shù)量的要求，對(duì)管徑進(jìn)行估算：
表2.4 輕危險(xiǎn)級(jí)、中危險(xiǎn)級(jí)場(chǎng)所中配水支管、配水管控制的標(biāo)準(zhǔn)噴頭數(shù)：
公稱直徑（mm） 控制的噴頭數(shù)（只）
 輕危險(xiǎn)級(jí) 中危險(xiǎn)級(jí)
25 1 1
32 3 3
40 5 4
50 10 8
65 18 12
80 48 32
100 - 64
2.4.2 對(duì)管道水流速度的校核
             Vp＝Kp Q(n-1)～n
式中：  Vp——管道流速，m/s
       Q(n-1)～n——管段流量，L/s
         Kp——流速系數(shù)
注：管道內(nèi)的水流速度，必要時(shí)可超過(guò)5m/s，但不應(yīng)大于10m/s。
表2.5 流速系數(shù)表
管材 管徑（mm）
 25 32 40 50 70 80 100 150 200
 流速系數(shù)
鋼管 1.883 1.05 0.8 0.47 0.283 0.204 0.115 0.053 
鑄鐵管       0.1273 0.0566 0.0318
2.4.3 管道水頭損失計(jì)算
管道的水頭損失主要包括三個(gè)部分：沿程水頭損失、局部水頭損失和報(bào)警閥水頭損失。
⒈ 沿程水頭損失
             i=0.0000107 V2/(dj)1.3
        式中： i——每米管道的水頭損失，MPa/m
            V——管道內(nèi)水的平均流速，m/s
            dj——管道的計(jì)算內(nèi)徑（m），取值應(yīng)按管道的內(nèi)徑減1mm確定。
⒉ 局部水頭損失
             hj=A Ld Q2(n-1)~n
式中：hj——局部水頭損失，Pa
            A——管道比阻值（見(jiàn)表2.7）
            Ld——管件閥門(mén)當(dāng)量長(zhǎng)度(見(jiàn)表2.6)，m
            Q(n-1)~n——管段流量，L/s
 管道的直徑應(yīng)經(jīng)水力計(jì)算確定。輕危險(xiǎn)級(jí)、中危險(xiǎn)級(jí)場(chǎng)所中各配水管入口處的壓力均不應(yīng)大于0.40MPa。