喷水灭火系统的水力计算

迈克尔·托拜厄斯
作者:迈克尔·托拜厄斯
2021年6月14日
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    水力计算在设计消防系统时非常重要,因为它们可以确保管道输送足够的水来扑灭任何火灾。特别是自动喷水灭火系统受到的影响美国13个标准,其相应的国际标准为EN 12845。

    水力计算程序涉及灭火系统的三个非常重要的方面:

    • 如果发生火灾,需要多少水才能扑灭?
    • 现有的水供应充足吗?
    • 管道系统的最佳布局是什么?产生的摩擦损失是什么?

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    消防需要多少水?

    打开喷头

    在开始水力计算之前,需要进行水流试验。这可以通过测量消火栓的压力和流量来实现,但这一信息也可以从市政水务部门公开获得。

    在某些情况下,可能会出现市政供水不足或无法满足消防要求的情况。当这种情况发生时,管道可以设计为从其他来源汲水,可分为开启或关闭:

    • 湖泊、池塘和河流就是例子开放的来源。
    • 地下的,地上的和高架的水箱都是例子封闭的来源。

    当从静态水源如湖泊或埋在地下的水箱中取水时,为了有效的防火,需要额外的压力。这一点必须考虑到水力计算过程中,压力的提升可以通过一个消防泵或加压罐。

    管道系统配置

    大多数消防系统的管道布局可以根据单个管道的布置方式分为三种主要类型:树状、环状和网格状。

    管道配置 描述
    这种配置使用一个主管道,它分支成更小的管道,就像一棵树从树干上长出分支一样。分支管为单独的洒水装置和其他消防元件提供水。
    循环 这种配置也有一个主管道,所有其他管道都从它分支出来。然而,主管道返回起点,在源完成一个循环。
    网格 这种结构使用两条平行运行的主线,由较小的管道段连接。每个洒水喷头都有不止一条路径,可以减少摩擦。

    消防标准通常要求Hazen-Williams方法来确定管道系统的摩擦损失,无论采用何种布局:

    • 树形和环状管道布局的程序更简单,手工计算是可行的。
    • 另一方面,网格式管道布局需要软件来分析和平衡流经所有可能路径的水流。

    现代消防系统的设计通常采用计算机计算,无论采用何种布局。软件计算允许更改和重新计算,只需人工程序所需时间的一小部分。

    影响火灾强度和范围的因素有很多,其中包括建筑物中储存的材料及其布置。防火规范提供了表格和典型的设计值,这些数据来自于几十年的测试和火灾事件的详细模拟。的美国13个手册有一个补充,涵盖理论和程序背后的水力计算。

    按需求计算喷头密度

    消防洒水装置

    占用风险分类是设计自动喷水灭火系统的关键因素。如果低估了火灾的危害,产生的自动喷水灭火系统将会因可能发生的火灾而尺寸过小。该系统将无法扑灭火焰,造成广泛的财产损失和潜在的人员伤亡。

    危害分类应根据经验确定消防工程师.没有计算程序,分析是定性的-它取决于经验和熟悉NFPA标准。

    • 根据危险分类,消防工程师可以确定管道和消防喷头的最佳布置。
    • 下一步是确定洒水装置的最大数量它可以立即启动,并计算出保证足够水量所需的压力。
    • 在任何情况下,如果洒水装置的活跃度低于假设的最大值,管道和供水将绰绰有余。

    设计计算中考虑的洒水喷头数量主要由危害分类决定。然而,设计师可以自由地进行适当的调整。

    NFPA提供了建立覆盖面积和流量密度之间关系的图表。消防设计师根据应用选择适当的面积和密度组合。

    • 洒水喷头的设计可以从小面积的高流量密度,到大面积的低流量密度。
    • 在这两种情况下,目标都是在火势蔓延到设计区域之外之前控制火势。

    如何计算喷头流量要求?

    流量计算相对简单,设计工程师只需将覆盖面积与之前确定的流量密度相乘即可:

    • Q(流量)=覆盖面积x流量密度

    列出的洒水装置通常在其技术规格中有最小流量要求,这取决于间距。如果超过计算值,必须以制造商的流量要求为准。

    如何计算洒水喷头压力要求?

    火sprinkler-2

    压力的计算更为复杂,因为消防洒水器涉及到从压力到动能的能量转换。计算采用基于管道内部压力的水流通过孔板的公式:

    • Q(流量)= 29.83 x CDx维2x√P
    • CD为流量系数,是根据孔板的特性,通过实验确定的。
    • 另一方面,t字母d和P仅仅代表直径和压力。

    由于消防喷淋器已经有了设计直径,所以除压力外的所有因素都可以合并成“k因子”,以简化计算。这就得到了一个更紧凑的公式:

    • Q = kx√P

    当所需流量(Q)已知时,可将公式重新排列如下,计算所需压力(P):

    • P = (q / k

    NFPA 13设定的最小压力为7psi,即使计算过程产生的值更小。这确保了洒水器产生正确的喷洒模式。然而,NFPA 13也提供了该方法的例外情况,这在第7章中有涉及。以下是一些例子:

    • 应用程序中干管喷水灭火系统使用。
    • 快速反应洒水装置在平坦光滑的天花板下,高度有限。
    • 建筑物中没有洒水和易燃的隐蔽空间。
    • 空间被分解成多个隔间,替代方法允许更少的洒水装置。
    • 住宅单元和相邻的走廊,使用了一个简化的程序,四个喷头的设计区域。

    结论

    自动喷水灭火系统有严格的设计要求,这是合理的,因为它们在消防中的重要性。自动喷水灭火系统设计以最优成本满足规范要求是一项工程挑战,这需要消防经验和对标准的熟悉。

    在纽约,所涵盖的所有商业物业当地法律26被要求在2019年7月1日之前安装消防洒水装置。如果你的房产错过了截止日期,最好的建议是尽快与有资质的MEP工程公司取得联系。

    标签火喷水灭火系统|当地法律26|消防|自动喷水灭火系统|水力计算

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