自动喷水灭火系统水力计算及配水管径分析
现如今，自动喷水灭火系统越来越广泛的被用于各种大型建筑中。

而对于自动喷水灭火系统水力计算的方法和步聚及配水管径的确定是走关系到整个系统能否有效运行的关键环节，本文我们将结合《自动喷水灭火系统设计规范》和《给水排水设计手册》，并通过实例对中危Ⅱ级管网水力计算进行对比，就自动喷水灭火系统水力计算的原则和管网配水管径的确定方法展开分析。

标签自动喷水灭火系统；水力计算；配水管径
自动喷水灭火系统，是当今世界上公认的最为有效的自救灭火设施，是应用最广泛、用量最大的自动灭火系统。

国内外应用实践证明：该系统具有安全可靠、经济实用、灭火成功率高等优点。

在自动喷水灭火系统设计中，力求遵循系统基本原理和技术特点，使系统充分发挥自动扑救初期火灾的作用。

自动喷水灭火系统的水力计算和配水管径的确定是自喷系统设计的灵魂，是关系到系统可靠性、合理性和经济性的一项重要设计内容。

一、系统水量、水力计算
设计人员针对系统设计流量的计算，通常做法：依据《喷规》首先判定设置场所火灾危险等级，根据系统设计的基本参数，即喷水强度（L/min·m2）×作用面积（m2）确定喷淋系统设计流量，该设计流量是假定作用面积内所有喷头的工作压力和流量等于最不利点喷头的工作压力和流量，忽略管道阻力损失对喷头工作压力的影响，导致系统设计流量小于实际流量。

在系统设计流量计算时，为了确保喷头的计算出水量与实际水力条件相符，《给水排水设计手册》第 2 册《建筑给水排水》第2.3.5 节，详细介绍了自动喷水灭火系统水力计算方法：根据设置场所火灾危险等级，作用面积、喷水强度和最不利点处喷头工作压力，首先选定最不利作用面积在管网中的位置，此作用面积的形状宜采用正方形或长方形，当采用长方形布置时，其长边应平行于配水支管，边长宜为作用面积平方根的1.2倍，从系统最不利作用面积内最不利点喷头开始，沿程计算各喷头的水压力、流量和管段的累计流量、水头损失，直到管段累计流量达到设计流量为止；在此后的管段中流量不再增加，仅计算沿程和局部水头损失。

在上述计算中，每个喷头流量按特性系数法计算，其流量随喷头处压力变化而变化。

其中要求管段累计流量不小于《喷规》规定的对应危险等级的设计流量，此种计算方法的原则，在喷头受建筑结构影响布置较密的情况下，可能会造成在作用面积范围内部分开启喷头出水流量未计算在内的现象，从而导致系统设计流量小于实际出水量或最不利点的压力满足不了喷头最低工作压力要求。

《喷规》第9.1.1 至9.1.3 条亦规定了喷淋系统设计流量的计算方法，在最不利作用点喷头处划分最不利作用面积（具体同上），通过特性系数法逐点逐段计算作用面积内所有喷头开启流量之和，即为喷淋系统设计流量，计算公式如下。

喷头的流量：
（1）
式（1）中：q为喷头流量（L/min）；p为喷头工作压力（MPa）；k为喷头流量系数。

作用面积内喷头同时开启喷水的总流量：
（2）
式（2）中：Qs为系统设计流量（L/s）；qi为最不利点处作用面积内各喷头节点的流量（L/min）；n 为最不zxc zxcsazcadsv利点处作用面积内的喷头数。

此种计算方法得出的系统设计流量通常不低于《喷规》规定的对应危险等级的设计流量，并确保了系统设计流量不小于作用面积内全部喷头开启时实际出水流量之和。

二、配水管径的确定
关于管径的确定，《喷规》在第9.2.1 条规定“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10 m/s”。

所谓经济流速是一次投资与经常费用之和最小时的流速，而与之相应的管径即为经济管径。

所以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。

然而，自动喷水灭火系统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于运行状态，故可以提高流速，减小管径以降低基建投资，这样是经济的。

但如果自喷系统管内水流速度太高，水头损失就较大，造成作用面积内的喷水强度不均匀。

此外，由于管径小，管网水头损失大，消防水泵扬程过高，大部分火灾情况下系统出水量会过大，将过早地用完消防贮水。

从上述分析中不难看出，《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，并非寻常意义上的经济流速（但其条文及其说明中均未涉及）。

结合工程实例分析有关手册，配水干管和配水支管设计流速一般不宜超过 3.5 m/s，常用 1.82.8m/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。

针对配水干管、配水支管管径的确定，设计人员通常采用《喷规》8.0.7 条“轻危险级、中危险级中场所配水支管、配水管控制的標准喷头数”来确定，以此为标准设置给排水专业设计软件的相关参数，自动标注生成配水干管、配水支管的管径，以下通过两种不同配管管径的水力计算进行比较，以明确管网配管管径的确定方法。

两自动喷水灭火系统均按中危Ⅱ级考虑，作用面积160m2，最不利点处喷头工作压力0.10MPa，喷头最大间距不大于3.4m，最小间距不小于2.4m，各配水支管、配水管管径按《喷规》8.0.7 条确定。

两种自动喷水灭火系统均选用流量特性系数K=80的标准喷头，管道采用热镀锌钢管，选取节点 1 至节点11 为最不利计算管段，按式（1）和式（2）进行水力计算。

按《喷规》8.0.7 条规定确定的管径，配水干管 1 至11 管段总水头损失为54.90 mH2O，入口压力为64.90mH2O，系统设计流量为38.82L/s，通过局部管段管径调大后的总水头损失为26.27 mH2O，入口压力36.27 mH2O，系统设计流量为34.91L/s。

三、结论
总结来说，系统设计流量采用《喷规》第9.1.1 至9.1.3 条规定，按作用面积内所有喷头开启流量之和计。

而经计算对比可得，在进行自动喷水灭火系统管道设计时，管径可根据给排水专业设计软件按《喷规》8.0.7 条标准进行系统参数，但需要对系统主要配水区域的未端的配水干管管径调大，一般调整原则将小于DN100 配水干管均调整至DN100，若未端干管上的分支管上承担的喷头较多时可适当将配水干管调整至DN150。

在满足平均喷水强度的前提下，可减小系统设计流量，且大大降低水泵的供水扬程，降低了工程建设成本，同时增大了管网供水的安全性。

参考文献
[1]肖作义. 建筑消防自动喷水灭火系统水力计算及其程序开发[D].西安建筑科技大学，2003.
[2]刘晓辉. 自动喷水灭火系统水力计算-应用试算法[J]. 工程建设与设计，2013，（03）：86-88.。