浅析消防水喷雾灭火系统中喷头的设计安装
摘要:在建筑消防系统中,水喷雾灭火系统由于其安全性高、用水量少、稳定性强,被广泛应用于各类建筑之中,而在该系统中,喷头是一个重要组成部分,关系到整个系统的消防质量,所以文章从安装方面对喷雾灭火系统中喷头的实际应用进行分析。
关键词:消防;喷雾灭火系统;喷头
通过文章的实践总结,喷雾灭火系统喷头的设计安装一般分为以下几个步骤:确定保护对象,选定设计参数。
根据保护对象的特性,选定喷头喷雾角度。
在选定喷头喷雾角度的情况下,结合现场具体情况,根据安装高度与安装角度的关系,确定安装高度和角度。
利用“面积包络法”计算喷头间距。
根据电缆隧道的长度和喷头间距,计算喷头的需用数量。
根据保护面积、设计参数,计算设计消防水量。
根据消防用水量和喷头数量计算喷头流量,查厂家样本确定喷头的型号。
流量及喷雾强度的复核计算。
文章主要以一电缆隧道为例,对水喷雾灭火系统喷头的设计和安装进行分析和讨论。
1工程概况
保护对象为某一电缆隧道,长102 m,单侧布7层电缆桥架,桥架宽为0.6 m,隧道宽1.7 m,高2.4 m,电缆桥高2.2 m,喷头距电缆桥架距离为0.9 m,见图1。
根据水喷雾规范3.1.2条确定设计参数:保护强度W=13L/(min·m2),持续喷雾时间t=0.4 h。
2喷头的设计安装
2.1喷头喷雾角度的确定
从图1可知,电缆桥架的高度H和喷头距电缆桥架的距离S决定了水雾喷头的喷雾角度q。
如S固定,H越大,则应选取大喷雾角度的喷头,反之选取小喷雾角度的喷头;同样,如果H固定,S越大,则喷头雾锥半径大,可以选用小角度的喷头,反之应选取大角度的水雾喷头。
H、S可根据工程的实际情况确定,同时也确定了水雾喷头的喷雾角度。
本工程H=2.2m,S=0.9m,选用q=120°。
2.2喷头安装高度的确定
从图1可知,喷头的安装高度h决定了其安装角度
α(喷头轴线与水平方向的夹角)。
当喷头安装的位置低,即h值大时,实现全包络电缆桥架时喷头需要相对水平的安装位置,即α小;反之α大。
喷头的安装高度一方面不能影响到电缆隧道中检修人员的通行,并能保证必要的检修维护空间;另一方面要保证保护对象的最远处在喷头的有效射程内。
因此,喷头安装高度的最
小值可通过直角三角形三边关系算出,计算简图见图2。
当采用120°雾角度的喷头时,其有效射程为2.2 m,要想保证距喷头最远处保护对象的距离B在有效射程以内,则B2≤S2+(2.4-0.2-h)2。
S=0.9 m,则h≥0.2m ,即只有喷头安装高度大于0.2 m 时才可能保证最不利点处于雾锥的有效射程内。
2.3喷头安装角度的确定
由上论述可知,由于受到现场实际情况的限制,要通
过调节喷头的安装角度来实现将保护对象完全包络在有效雾锥中。
对于安装角度的确定,也可将其转换为三角函数问题,计算简图见图3。
设喷头安装角度与水平方向的夹角为α,则tan(q/2-α)=h/S,考虑到工程实际安装的方便,安装高度h=0.4m,S=0.9m,q=120°,则α≤36°。
在这里还应注意的是在保证保护对象全包络的前提下,应尽量减小安装角度,以保证水雾最大限度的全部喷射到保护对象上。
所以还应计算安装的最小角度。
同样根据函数关系可以得知,tan(q/2+)≥h)/S,得α≥3°。
因此本工程中选取的安装角度为20°。
2.4喷头间距的确定
喷头的布置应保证整个电缆隧道中的每个部位均包络在水雾之中,因此,常用采用“面积包络法”进行计算,计算公式见式(1),计算简图见图4。
R2=(L/2)2-(H/2)2(1)
从图4可知,为了保证全包络保护对象,相邻的两只喷头喷出的水雾有部分重叠,由于水雾喷射方向不同,且在有效射程内具有一定的动量,重叠水雾雾滴的碰撞使这部分水雾失去动能而下落,不能有效喷射到保护对象上。
因此,喷头间距的设置应同时满足全部包络保护对象和最小水雾重叠两个条件。
通常设计中,设计人员取以喷头至保护对象的水平距离S为射程形成的雾锥半径作为形成保护面积的半径,进行喷头间距的计算。
这样水平距离最短,形成的雾锥半径最小,以此半径为设计基础,完全可以满足全包络的要求,但是水雾重叠也最多,效率损失安装大,所以这并不是最安全和有效的措施。
为了更清楚地认识这个问题,首先需要确定出雾锥在电缆桥架外表面积上形成的保护面积。
由于喷头不是水平安装的,而是以安装角度向下倾斜。
雾滴喷射到桥架的距离(射程)是渐变的,所以当雾—锥喷射到桥架上时,形成的保护面积并不是一个正圆,而是如图5所示的椭圆形。
椭圆形的短轴即是沿喷头安装角度喷射到桥架外表面积上时形成的雾锥半径;而长轴是假定桥架向上向下延伸后与雾锥交点间的距离。
如图5所示的阴影部分的面积,即是喷头实际在电缆桥架外表面积上形成的保护面积。
为了方便设计,选用椭圆短轴半径R,即沿安装角度从喷头处到保护对象表面形成的雾锥半径作为设计参数,如图5所示,圆形完全包含在椭圆形内,所以从安全角度而言,可达到完全包络保护对象的目的;同时由于半径增大,也可以减少水雾重叠部分的面积。
值得注意的是,随着安装角度的不同,也可能会形成抛物线围成的保护面积。
但采用喷头到保护对象表面形成的半径为雾锥半径的圆,也可以完
全包含在抛物线围成的保护面积内,因此,以该雾锥半径作为设计参数仍是安全、有效的。
本工程中R=1.4 m,H=2.2 m,根据式(1)得L=1.73 m。
3喷头的选定
根据水喷雾相关规定:
n=SW/q (2)
式中,n为保护对象水雾喷头的计算数量;S为保护对象的保护面积,m2;W为保护对象的设计喷雾强q为一只水雾喷头的流量,L/min。
其中,电缆桥架长102m,则保护面积S=(1.9+0.6×2)×102=316.2(m2);喷雾强度为W=13L/(min·m2),故灭火所需总水量Q=316.2×13=4110.6(L/min)。
喷头间距L=1.7m,则水雾喷头的个数n=电缆隧道长度/喷头间距=102/1.7=60(只),喷头的流量q=4110.6/60=68.51(L/min)。
根据喷头流量并结合厂家样本选择水雾喷头,进行喷雾强度校核。
建议选用大流量的喷头,因为如果选择小流量的喷头,需用通过增加喷头个数来保证喷雾强度,这就意味着要减小喷头的间距。
根据以上分析可知,在喷头喷雾角度一定的情况下,减小喷头间距就意味着相邻两只喷头间重叠部分增多,水雾干扰会影响灭火效率。
4结语
文章从安装角度、间距、高度等方面通过实例对水喷雾灭火系统中喷头的设计安装进行分析。
通过文章的工作实践总结,在喷头的设计安装实践过程中要综合全面的考虑各个细节的工序,防止忽视相关设计安装步骤,同时也要注意相关的计算顺序,以保证水喷雾灭火系统的实际效用。
参考文献:
[1] GB50219—95,水喷雾灭火系统设计规范[S].
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