自動噴水滅火系統(tǒng)簡介

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1  緒論
1.1  自動噴水滅火系統(tǒng)簡介
1.1.1 自動噴水滅火系統(tǒng)的組成
自動噴水滅火系統(tǒng)是指由灑水噴頭、報警閥組、水流報警裝置（水流指示器及壓力開關）等組件，以及管道、供水設施組成，并能在發(fā)生火災時噴水的自動滅火系統(tǒng)。
自動噴水滅火系統(tǒng)是人們同火災斗爭中出現(xiàn)和發(fā)展起來的一種固定式自動滅火系統(tǒng)，是當今世界上公認的最為有效的自救滅火措施，是應用最為廣泛、用量最大的自動滅火系統(tǒng)。它具有自動滅火和自動報警的功能。它用水作滅火劑，平時處于準工作狀態(tài)，一旦保護區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災，火災發(fā)生區(qū)域的自動噴水滅火系統(tǒng)會發(fā)生動作，噴灑水霧或水滴，起到延緩火勢和撲滅火災的作用。
自動噴水系統(tǒng)的類型較多，從1806年約翰*凱利發(fā)明了利用可燃繩控制閥門啟動鉆孔管道噴水滅火開始發(fā)展到現(xiàn)在，它的基本類型包括：濕式、干式、干濕式、雨淋及預作用、噴霧和水幕系統(tǒng)。
1.1.2 自動噴水滅火系統(tǒng)的發(fā)展和應用
在自動噴水一百多年的發(fā)展應用史中，一些發(fā)達國從研究到應用，從局部到推廣，積累了許多成功的經(jīng)驗和失敗的教訓，從中制定了本國的自動噴水滅火系統(tǒng)設計安裝規(guī)范或標準?，F(xiàn)在，自動噴水滅火系統(tǒng)不僅僅應用在高層建筑、公共建筑、工業(yè)廠房和倉庫，而且已經(jīng)推廣到住宅建筑。在建筑行業(yè)中推廣自動噴水滅火系統(tǒng)的設計和安裝，取得了巨大的成就，在美國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75290次，滅控火成功率高達96.2%，其中工業(yè)廠房和倉庫占有比例達87.46%。
推廣應用自動噴水滅火系統(tǒng)，不僅可從減少火災損失中受益，而且可減少消防總開支。例如，在美國加利福尼亞州的費雷諾斯城，在市區(qū)制定的建筑條例中，要求在非居住區(qū)安裝自動噴水滅火系統(tǒng)，結果使這個城市的1955年到1975年的20年間，非居住區(qū)火災損失從占該城市火災總損失的61.6%降低到43.5%。
20世紀30年代我國開始應用自動噴水滅火系統(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了自動噴水滅火系統(tǒng)，1956年，我國可自行設計安裝自動噴水滅火系統(tǒng)。1958年建的廈門紡織廠，至80年代曾四次成功撲滅火災，時至今日，該系統(tǒng)以成為國際上公認的最為有效的自動撲救室內(nèi)火災的消防設施，在我國的應用范圍和使用量也在不斷擴展與增長。
1.1.3  自動噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)計算現(xiàn)狀
自動噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)水力計算是在流體力學和給排水工程基礎上發(fā)展起來的，經(jīng)過不斷改進，現(xiàn)在已具備一套完整的計算方法，主要包括：沿程法和面積法。已經(jīng)能夠準確計算出管網(wǎng)內(nèi)各管段的流量、水頭損失等，為最終消防給水設施的選擇提供科學的依據(jù)。但是計算方法中存在計算過程復雜、繁瑣和計算費力、耗時、易錯等不足。
隨著近年來計算機技術突飛猛進的發(fā)展，國內(nèi)也有幾家單位開始對此方面進行研究，試圖用計算機替代人手工計算，來解決手工計算中的不足以便將設計人員從繁瑣的工作中解放出來。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。
結合上述現(xiàn)狀，迫切需要一種適用面廣、操作簡單、符合工程實際的管網(wǎng)水力計算軟件，去減輕工程計算負擔和規(guī)范自動噴水滅火系統(tǒng)的設計計算。
2  閉式自動噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)水力設計計算過程及原理
2.1  設置原則
閉式自動噴水滅火系統(tǒng)用于性質(zhì)重要且火災危險性大的場所。
⒈ 高層民用建筑
⑴ 建筑高度不超過100m的一類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、觀眾廳、展覽廳、多功能廳、門廳等公共活動用房；
② 走道、辦公室和旅館的客房；
③ 可燃物品庫房；
④ 高級住宅的居住用房；
⑤ 自動扶梯底部和垃圾道頂部。
⑵ 二類高層民用建筑中的商業(yè)營業(yè)廳、展覽廳等公共活動用房和建筑面積超過200m2的可燃品庫房。
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紗錠的棉紡廠的開包、清花車間；等于或大于5000錠的麻紗廠的分級、梳麻車間；服裝、針織高層廠房；面積超過1500m2的木器廠房；火柴廠的烤梗、篩選部位；泡沫塑料廠的預發(fā)、成型、切片、壓花部位。
⑵ 每座占地面積超過1000m2的棉、毛、絲、麻等及其制品庫房；每座面積超過600m2的香煙、火柴庫房；建筑面積超過500m2可燃品地下庫房；可燃、難燃物品高架庫房和高層庫房（冷庫、高層卷煙成品庫房除外）；省級以上或藏書量超過100萬冊的圖書館書庫。
⑶ 超過1500個座位的劇院觀眾廳、舞臺上部（屋頂為金屬結構時）；超過2000個座位的會堂或禮堂的觀眾廳；超過3000個座位的體育館的觀眾廳吊頂上部、貴賓室、器材間、運動員休息室。
⑷ 省級郵政樓的郵袋庫。
⑸ 每層面積超過3000m2或建筑面積超過9000m2的百貨商場、展覽大廳。
⑹ 設有空氣調(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、庫房和無樓層服務臺的客房。
⑺ 飛機發(fā)動機實驗臺的準備部位。
⑻ 國家級文物保護單位的重點磚木或木結構建筑。
⒊ 汽車停車庫
地下停車庫、多層停車庫和低層停車庫應設自動噴水滅火系統(tǒng)。
⒋ 人防工程
⑴ 使用面積超過1000m2的商場、醫(yī)院、旅館等公共場所
⑵ 超過800個座位的電影院、禮堂的觀眾廳，且吊頂下表面至觀眾席地面高度不超過8m時；舞臺面積超過200m2時。
2.2  確定建筑物的危險等級
根據(jù)建筑物、構筑物的火災載荷（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、采用自動噴水滅火系統(tǒng)撲救初期火災的難易程度，以及疏散及外部增援條件等因素劃分設置場所火災危險等級。
建筑物內(nèi)存在物品的性質(zhì)、數(shù)量，以及其結構的疏密、包裝和分布情況，將決定火災載荷及發(fā)生火災時的燃燒速度與放熱量，是劃分自動噴水滅火系統(tǒng)設置場所火災危險等級的重要依據(jù)。
共計：輕危險級、中危險級（其中又分為Ⅰ級和Ⅱ級）、嚴重危險級（其中又分為Ⅰ級和Ⅱ級）、及倉庫危險級（其中又分為Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級）。
⒈ 嚴重危險級： 火災危險性大、可燃物多、發(fā)熱量大、燃燒猛烈和蔓延迅速的建、構筑物；
⒉ 中危險等級： 火災危險性較大、可燃物較多、發(fā)熱量中等、火災初期不會引起迅速蔓延的建、構筑物；
⒊ 輕危險等級：火災危險性小、可燃物量少、發(fā)熱量較小的建、構筑物；
在設計閉式自動噴水滅火系統(tǒng)時應本著遵循“實事求是”和“有的放矢”的原則，按各自的實際情況選擇相應設計技術數(shù)據(jù)。
閉式自動噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)中的管道種類如圖2-1所示，每種管道在系統(tǒng)中的作用是不同的，在計算時，也應作不同處理。
2.2.1  設計作用面積的大小
設計作用面積是指一次火災中按噴水強度保護的最大面積。
設計時作用面積的選取應按建筑物的火災危險等級來選取，各危險等級的數(shù)據(jù)如表2.1所示：
表2.1
危險等級 輕危險級 中危險級 嚴重危險級
  Ⅰ級 Ⅱ級 Ⅰ級 Ⅱ級
作用面積 160 160 260
2.2.2  設計作用面積的形狀
在火災發(fā)生時，火勢由火源點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蔓延，撲滅火災。因此在設計面積形狀選擇上，我們通常采用正方形布置、長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——正方形布置時設計作用面積的邊長，m
A——設計作用面積，m2
圖2-1 管道種類圖
圖中：
1— 供水管，連接供水水源和報警閥的管段；
2— 總閘閥；
3— 報警閥；
4— 配水立管，連接報警閥并向配水干管供水的管段；
5— 配水干管，報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，直接或通過短立管向噴頭供水的管段；
8— 噴頭。
⑵ 長方形布置：支管的間距和噴頭的間距不相等。
                 L = 1.2 
式中：L——正方形布置時設計作用面積的邊長，m
A——設計作用面積，m2
2.2.3  設計作用面積在管網(wǎng)中的位置
由于水力管網(wǎng)末端最不利點處的噴水強度、作用壓力較其他點差，因此在管網(wǎng)計算中，通常由管網(wǎng)系統(tǒng)的最不利點處噴頭開始選取設計作用面積。
2.3  設計作用面積大小的確定
2.3.1  每個噴頭的噴水量計算
q = k  
式中：q——每個噴頭的噴水量 ，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  每個噴頭的保護面積的計算
A1＝4q0/4qu
式中：A1——每個噴頭的保護面積，m2
      q0——最不利點噴頭噴水量，L/min
      qu——設計噴水強度，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的邊長，m
⒉ 長方形布置：
                S≤1.2
式中：S——噴頭呈長方形布置時長邊的邊長，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：
噴水強度
（L/min m2）
正方形布置的邊長（m） 矩形或平行四邊形布置的邊長（m） 一只噴頭的最大保護面積（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 僅在走道設置單排噴頭的閉式系統(tǒng)，其噴頭間距應按走道地面不留空白點確定；
    2 貨架內(nèi)噴頭的間距不應小于2.0m，并不應大于3.0m。
2.4  管段水力計算
2.4.1管徑的估算
由于工程實際中所采用的管材質(zhì)量以及施工單位存在差異，在工程設計中通常要求管道內(nèi)的水流速度不超過5m/s、配水管的入口壓力不應大于0.40MPa。根據(jù)這個標準再結合工程實踐，通常在設計中為簡化計算，在對系統(tǒng)進行計算前，根據(jù)經(jīng)驗按照不同管徑配水管上最多允許安裝的噴頭數(shù)（見表2.4），以及不同危險等級對噴頭數(shù)量的要求，對管徑進行估算：
表2.4 輕危險級、中危險級場所中配水支管、配水管控制的標準噴頭數(shù)：
公稱直徑（mm） 控制的噴頭數(shù)（只）
 輕危險級 中危險級
25 1 1
32 3 3
40 5 4
50 10 8
65 18 12
80 48 32
100 - 64
2.4.2 對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，必要時可超過5m/s，但不應大于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 管道水頭損失計算
管道的水頭損失主要包括三個部分：沿程水頭損失、局部水頭損失和報警閥水頭損失。
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——管道的計算內(nèi)徑（m），取值應按管道的內(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（見表2.7）
            Ld——管件閥門當量長度(見表2.6)，m
            Q(n-1)~n——管段流量，L/s
 管道的直徑應經(jīng)水力計算確定。輕危險級、中危險級場所中各配水管入口處的壓力均不應大于0.40MPa。