自动喷水灭火系统设计

1 绪论 1.1前言 1.1.1 自动喷水灭火系统的历史与发展 自动喷水灭火系统是随着 19 世纪工业化革命，特别是棉纺织工业的发展而发展， 它首先在英国以穿孔管的形式诞生，应用在剧院，其后在美国应用在棉纺织工业， 并逐渐发展成为系统完整、组件齐全的高效全天候的自动喷水灭火系统，现已广 泛应用于工业和民用建筑中，以及居住建筑。目前发达国家己经发展到由工业场 所安装，到民用建筑，以及住宅，即自动喷水灭火系统己经安装在各种建筑中。 我国改革开放后，随着经济实力的不断提高，自动喷水灭火系统己经在工程建设 中大面积应用。自动喷水灭火系统目前有 3 个发展方向，一是水滴向细或超细方 向发展和演变。第二个发展方向是水滴向大或者超大水滴方向发展，目的是更强 有力地穿透烟羽流和火焰，到达燃烧物的着火表面。第三个方向是闭式喷头向快 速反应方向发展。 1.1.2目前建筑消防的主要措施 (1)防火分区系统 防火分区系统在我国设置普遍。它采用相应耐火性能的建筑构件或防火分隔物， 将建筑物人为划分为在一定时间内防止火灾向同一建筑物的其它部分蔓延的局 部空间。设置的目的是利用防火墙、板、防火门、防火卷帘等装置将火势封闭在 一局部空间内，阻止其蔓延，以有利于消防扑救。防火分区本身并不能灭火，必 须有其它灭火系统配合才能把火灭掉。否则火势会把该区可燃物燃尽，或破坏掉 分隔物，向其它部分蔓延。 (2)火灾自动报警系统 火灾自动报警系统是由触发装置、火灾报警装置以及其它辅助功能的装置组成的 火灾报警系统。它是人们为了早期发现通报火情，并及时采取有效措施控制和扑 灭火灾而设置在建筑物中或其它场所的一种自动消防设施。从火灾报警系统的设 置目的可以看出，火灾自动报警系统本身并不能进行灭火，它仅是通知火情的发 生。它必须有其它灭火系统与之联动才能实现灭火，否则火势将蔓延下去。 (3)消火栓灭火系统 消火栓灭火系统长期作为一种最基本的灭火设备，占据着我国的消防体系的主导 地位，从数百米的超高层到几米的低层建筑都设有。其实施灭火需要两个基本要 素:一是消火栓设备，二是消火栓的使用者一消防队员。消火栓灭火系统灭火、 控火的范围及效果受到许多因素的影响，例如 :消防队员到达火灾现场的时间、 消火栓水柱到达火源的难易程度、建筑物内可燃物的多少、火势蔓延的快慢等。 (4)自动喷水灭火系统 自动喷水灭火系统依靠闭式喷头或开式喷头喷水灭火。喷头集火情探测与喷水技 术于一体，建筑物内失火后燃烧产生的热量使喷头的热敏元件启动，喷头喷水灭 火。同时系统中的水流指示器向消防控制中心报警，并显示失火地点。报警阀的 压力开关也向消防控制中心报警并启动消防水泵。水力警铃也同时发出声音报 警。自动喷水灭火系统实施灭火仅仅依靠其系统本身，而不需要外界的支持。因 为经济的原因和人们思想意识的束缚，目前在我国工程界，防火分区系统、火灾 自动报警系统和消火栓灭火系统应用广泛，自动喷水灭火系统的应用受到一定程 度的抑制。《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑防火规范》根据我国国民经 济水平，仅对火灾危险性大、经济损失大、政治影响大、发生火灾后人员伤亡严 重的重点部位作了设置要求。但是，从上面的四项建筑消防技术可以看出，防火 分区系统仅仅具备防止火灾蔓延功能，而且这一技术本身在使用过程中存在一个 矛盾，即限制了建筑艺术的发展和一建筑形式的多样化，限制了现代建筑设计的 大空间、通透性的发展趋势;火灾自动报警系统也仅具备火灾报警功能，而无防 火功能;而在具备灭火功能的设施中，消火栓灭火系统也仅具备单纯灭火功能， 真正同时具备防火、控火和灭火功能的技术设施仅仅自动喷水灭火系统具备。 1.1.3 自动喷水灭火系统和消火栓灭火系统的比较 在目前具备灭火功能的消防设施中，消火栓灭火系统占据着主导地位。但是，从 消火栓灭火系统灭火效果来看，自动喷水灭火系统取代消火栓灭火系统的趋势不 可逆转。与消火栓灭火系统相比，自动喷水灭火系统具有以下优点: (1) 自动化程度高 自动喷水灭火系统能自动感知火灾、报警、开启喷头控火、灭火。在正常工作状 态下，这种装置昼夜 24h 都处于准动作状态，不会因发现火情或报警不及时而延 误扑救，使火灾蔓延扩大。而消火栓灭火系统的基本要素中有一个是人的要素， 即消防队员。火灾发生后，消防队员没有到达现场，消火栓灭火系统的灭火功能 根本得不到发挥，火势蔓延的趋势也得不到遏制。 (2) 灭火效率高 自动喷水灭火系统的灭火效率高，根据美国国家消防协会的统计资料，自动喷水 灭火系统灭火、控火成功率达到%.2%。美国纽约市 1969 年至 1978 年十年间， 自动喷水灭火系统灭火成功率达到 98.4%。澳大利亚和新西兰报道的灭火成功率 达到 99.8%。有些国家和地区近几年安装的这一灭火系统，有的灭火成功率达 100%。在我国没有进行过自动喷水灭火系统灭火成功率的统计，但从一些事例 可以看出其灭火效果。例如，2000 年 7 月 2 日凌晨，浦东国际机场某业务楼的 办公室发生火灾，四分钟后火灾即被自动喷水灭火系统扑灭 ;2000 年 8月 26 日， 上海浦东一建筑面积14余万m2,高达99m的大型综合楼发生火灾，两分钟后， 自动喷水灭火系统的 5 只喷头打开，迅速将火扑灭。同自动喷水灭火系统相比， 消火栓灭火系统，主要供消防人员或受过专门培训的人员使用。事实上，由于消 防人员对建筑内部不熟悉，加上消防人员对系统的完好性存在疑虑，消防人员到 达现场灭火时都是利用自带设备从火灾现场外围开始灭火，建筑物内的消火栓灭 火系统极少被真正利用，其使用率极低。 (3)灭火时间短、损失小 自动喷水灭火系统扑灭火灾所需时间极短，上面浦东国际机场的例子中，从火灾 报警系统报警到喷头打开将火扑灭，仅用了4分钟。1 997年12月6日凌晨，南 京西路的一建筑面积12.5万m2，高153米的大厦地下一层发生火灾，从火灾自 动报警系统报警到火灾被扑灭，仅用了 l 分钟，消防水泵都未启动;2000 年 5 月 25 日中午，一座 4 层高的餐饮楼 2 层餐馆厨房电油锅燃烧，12:01:38 火灾自动报 警系统报警，12:12:26 一只喷头开启，同时水流指示器报警，12:13:22 火被扑灭， 仅用时 66秒即扑灭，可见火灾自动喷水灭火系统装置灭火时间极短。 根据美国消防协会的统计资料，自动喷水灭火系统从发生火灾到火灾被自喷系统 扑灭，时间一般不会超过10分钟17。自动喷水灭火系统扑灭火灾所需时间极短 的主要原因在于自喷系统扑灭火灾时，火灾往往都处于初期，相应的火灾小，易 于扑灭，同时造成损失就相应减小。消火栓系统灭火发挥功能的一个必要要素是 专业消防队员的参与，根据我国的火灾统计资料表明，消防队员从接警到到达现 场开始扑火，至少需要10分钟左右的时间，期间:现场人员发现火情，4min;向消 防部门报警，2.5min;消防部门接警车辆出动，lmin;到达现场，5min;使用消火栓 灭火，2.5min。这样在火灾初期，火势得不到控制，会迅速蔓延开来，即使消防 队员将火迅速扑灭，往往也造成较大的财产损失，甚至人员的伤亡。况且以上5 个环节都是通过人工完成，一旦任何一个环节拖延时间，则救火行动难于成功或 失去意义。假设每个环节的保证率都高达 95%，实现有效救火行动的保证率只有 77%。例外，自动喷水灭火系统扑灭火灾所用水量较少，造成的水渍损失也比消 火栓灭火系统小。 1.1.4 自动喷水灭火系统经济性评价 影响自动喷水灭火系统在我国的推广和应用的一个重要因素就是经济因素。 在我国传统的思想观念都认为消火栓系统造价低廉，自动喷水灭火系统造价昂 贵。但是从自动喷水灭火系统造成整个项目投资费用上升的幅度和两者的性价方 面分析各自的经济性，将自动喷水灭火系统放入整个消防体系中去考虑，这种观 点存在片面性。 根据以往实际工程造价数据比较可知，自动喷水灭火系统相对于室内消火栓 系统造价上升5%，但相对于整栋建筑，造价上升几乎可以不计。同时，自动喷 水灭火系统无需火灾自动报警系统或者防火分区系统的帮助，能独立的、高效的 完成喷水灭火任务。而消火栓灭火系统，需要防火分区和火灾自动报警系统的配 合，才能更有效的扑灭火灾。另外，消火栓灭火系统需要为数不少的专业消防队 员。女古且不论昂贵的人工费用，也不论防火分区对建筑面积的有效使用造成的 损失，仅火灾自动报警系统一项，其造价就高于自动喷水灭火系统。所谓消火栓 系统造价低，实际上忽略了它背后高昂的支撑费用。 目前通过大量的投资资料表明，目前国内在北京、上海等大城市，自动喷水 灭火系统投资一般在40 一 80元/m2，而一般办公楼和住宅等建筑物的工程造价 一般在1500 — 4000元/m2这样自动喷水灭火系统的投资基本上占总投资的 1%--3%。另外，从前文中可以看出，自动喷水灭火系统在后期的工作状态下， 可能产生的灭火效果将比消火栓灭火系统高的多，即是说从投资和性价比来比较 两种灭火系统，自动喷淋灭火系统比消火栓灭火系统具有更大的价格优势。当然， 应用自动喷水灭火系统，不仅可以从减少火灾损失中受益，而且还可以减少消防 总开支。如美国加利福尼亚州的费雷斯诺城，在市区制定的建筑条例中，要求在 非居住区安装自动喷水灭火系统，结果使这个城市的火灾损失大大减小，从 1995 年到1975年的20年间，非居住区火灾损失从占该市火灾总损失的61.6%，降低 到 43.5%。自动喷水灭火系统除了能直接减少火灾损失外，还能带来间接收益。 国外安装自动喷水灭火系统的建筑物，将在投保时享受到一定的优惠条件，一般 在该系统安装后的几年内，因优惠而减少的保险费就能够满足系统安装所需要的 费用。比如在美国，安装自动喷水灭火系统后的投保费由安装系统前的 0.3%下 降为0.05%，除了一些其他原因，安装自动喷水灭火系统是最主要的原因。随着 我国经济的发展和制度的完善，这种由自动喷水灭火系统所带来的间接效益也会 成为现实。 2 自动喷水灭火系统在我国的发展现状与前景 2.1 自动喷水灭火系统在我国的发展现状 20 世纪 30 年代，我国开始应用自动喷水灭火系统，首先出现在外国人开办 的纺织厂、烟厂以及高层民用建筑中，如英国人 1926 年修建的上海第十七毛纺 厂，在该厂厂房、库房和办公室装设有自动喷水灭火系统15］。从50年代我国开 始自行进行自动喷水灭火系统的设计、安装、调试和管理，到目前己经积累了相 当丰富的经验。限于国内经济实力，目前除技术先进、价格昂贵的触点感温式循 环预作用式系统尚不多见外，湿式系统、干式系统、预作用系统、雨淋系统和水 幕系统等其它各种类型自动喷水灭火系统都被广泛使用。作为感温喷水灭火的喷 头，是自动喷水灭火系统可靠性的一个关键技术。我国从五十年代设计制造出第 一个标准玻璃喷头起，至今己具有多种型号喷头的生产技术。在 1979 年，我国 颁布了第一个《自动喷水灭火系统设计规范》，从此将我国的自动喷水灭火系统 的设计工作纳入规范化轨道。规范的颁布和实施，对于系统的设计，发挥了积极、 良好的作用。从 1979 年到今天，设计规范己修订三次。每次规范的修订都在一 定程度上促进了自动喷水灭火系统的新技术、新工艺的推广和使用。在这个过程 中，于1998年12月审查通过的《自动喷淋灭火系统设计规范》将一些国内尚无 生产或系列规格尚不全但在国内己有应用并取得经验的产品纳入规范中，这在客 观上加快了新技术的推广应用，缩小了与国外先进技术的差距。 2.2 自动喷水灭火系统的发展前景 水是一种最可靠、最有效且最易取的灭火剂，自动喷水灭火系统也正是充分 利用了水的特点实施灭火，而实践证实了自动喷水灭火系统的灭火高效性。随着 喷水灭火机理的研究不断深入，新的自动喷水灭火方法和机理不断出现，将为保 护物和人提供可靠的技术保证。在我国，现有技术在一定程度上己经不影响自动 喷水灭火系统的推广和广泛使用，存在的问题是人们的思想观念和意识，缺少的 是政策的推动和制度的约束。随着我国经济实力的增强，法制的健全和人们对自 动喷水灭火系统认识的深入，自动喷水灭火系统将取代消火栓系统，占据我国消 防体系的主导地位。 2.3 课题研究的意义 改革开放以来，中国国民经济高速发展。随之而来的是火灾事故逐年上升。 火灾事故造成了大量的人身伤亡和财产损失。火灾事故频频发生己经严重影响着 国民经济顺利发展。消防设施的建设己经成为经济建设的重中之重。自动喷水灭 火系统，尤其占据了自动灭火系统 70%以上的份额的湿式自动喷水灭火系统，作 为一种控火、灭火于火灾初期的有效消防手段，越来越得到人们的重视。在总结 自动喷水灭火系统在我国的发展现状、地位、作用以及与国外发展差距的前提下， 在分析现行系统可靠性的基础下对某 6 层楼高建筑进行自动喷水灭火系统设计。 论文的目的:在于自动喷水灭火系统相关理论在实际工程中的运用。 3自动喷水灭火系统概述 3.1自动喷水灭火系统分类 3・1・1系统分类 根据自动喷水灭火系统的组成和工作机理的差异，将自动喷水灭火系统进行 分类如下： 牺水系统* 自动喷水灭火系统 湿式自动喷水灭火系统 千式自动喷水灭火系统 干湿式白动喷水灭火系统 预作用自动喷水灭火系统 |雨淋系统 水幕系统 水喷需系统 3.1.2自动喷水灭火系统的基本构成和工作原理 (1)、湿式自动喷水灭火系统 湿式系统适用于室内环境温度在4°C至70°C之间的建筑物和构筑物。系统主 要 由闭式洒水喷头、管路系统、报警装置、湿式报警阀及供水系统组成。由于 在喷水 管网中经常充满压力水，故称湿式自动喷水灭火系统。其系统图如图2.1所 示 。 编号 名称 编号 名称 编号1 编号 1 消防水池 6 粧式报警器 11 延时器 16 控制箱 2 消防泵 7 [ 试验阀 12 过澹器 17 水泵启动箱 3 管网 水流指示器 水力警铃 恂 探测器 4 控制蝶阀 9 喷头 14 圧力开关 19 水泵接音黠 5 压力表 10 高位木箱1 15 I 报警控制器 表3.1湿式喷水灭火系统主要部件名称 图3.1湿式自动喷水灭火系统图 工作原理:发生火灾时，高温火焰或高温气流使闭式喷头的热敏感元件动作， 闭式喷头自动打开喷水灭火，管网中处于静止状态的水发生流动，水流经水流指 示器，指示器被感应发生电信号，在报警控制器上显示某一区域喷水；不断喷水 使湿式报警阀上部水压低于下部水压，压力查达到某一定值时，压力水将原处于 关闭状态的报警阀片冲开，使水流流向干管、配水管和喷头；同时压力水桶过细 管进入报警信号通道，推动水力警铃发出火警声号报警。另外，根据水流指示器 和压力开关的报警信号或者消防水箱的水位信号，控制器能自动启动消防水泵向 管网加压供水，达到持续喷水灭火的目的。优缺点:湿式自动喷水灭火系统应用 较为广泛，占自动喷水灭火系统总应用量的70%以上。其构造简单，经济可靠, 灭火速度和控火效率高，施工维修方便等优点。因此本建筑选定的为湿式喷水灭 火系统。 3.2 自动喷水灭火系统的主要部件 3.2.1 喷头 喷头是自动喷水灭火系统的关键部件。闭式喷头的喷口用由热敏元件组成的释放 机构封闭，当达到一定温度时能自动开启，如玻璃球爆炸、易融合金脱落。其构 造按溅水盘的形式和安装位置有直立型、下垂型、边墙型、普通型、吊顶型和干 式下垂型洒水喷头，开式喷头根据用途又可分为开启式、水幕、喷雾三种类型。 3.2.2 报警阀 报警阀的作用是开启和关闭管网的水流，传递控制信号至控制系统并启动水力警 铃直接报警。有湿式、干式、干湿式和雨淋式四种类型。湿式报警阀用于湿式自 动喷水灭火系统 ;干式报警阀用于干式自动喷水灭火系统 ;干湿式报警阀是由湿 式、干式报警阀依次连接而成，在温暖季节用湿式装置，在寒冷季节则用干式装 置;雨淋阀用于雨淋、预作用、水幕和水喷雾自动喷水灭火系统。报警阀有DN50 至 DN2OO 等 8 种规格。 3.2.3 水流报警装置 水流报警装置主要有水力警铃、水流指示器和压力开关。水力警铃主要用于湿式 喷水灭火系统，安装在报警阀附近。当报警阀打开消防水源后，具有一定压力的 水流冲动叶轮打铃报警。水流指示器用于湿式喷水灭火系中。当某个喷头开启喷 水或管网发生水量泄漏时，管道中的水产生流动，引起水流指示器中浆片随水流 而动作，接通延时电路20s — 30s后，继电器触电吸合发出区域水流电信号，送 至消防控制室。通常将水流指示器安装在各楼层的配水干管上。压力开关垂直安 装在延迟器和水力警铃之间的管道上。在水力警铃报警的同时，依靠警铃管道内 水压的升高自动接通电触点，完成电动警铃报警，同时向消防控制室传送电信号 或启动消防水泵。 3.2.4 延迟器 延迟器是一个罐式容器，安装于报警阀与水力警铃(或压力开关)之间。用来防止 由于水压波动引起报警阀开启而导致的误报。报警阀开启后，水流需经30s左右 充满延迟器后才可冲打开水力警铃。 3.2.5 火灾探测器 火灾探测器是湿式、干式、干湿式自动喷水灭火系统的辅助组成部分，是预作用 等其它灭火系统的重要组成部分。目前常用的有感烟、感温探测器两类。感烟探 测器是利用火灾发生地点的烟雾浓度进行探测;感温探测器是通过火灾引起的温 升进行探测。火灾探测器布置在房间或走道的天花板下面，其数量应根据探测器 的保护面积和探测区的面积计算而定。 3.3 自动喷水灭火系统平面分区 在自动喷水灭火系统的布置之中，存在各种限制因素，例如建筑物空间布局、城 市供水压力和自喷系统工作压力等。为保证系统的可靠性、维修时关闭区域最小 原则以及经济性，在系统设计时，需要考虑各种因素进行系统合理分区。 进行系统平面分区时，需要考虑以下原则: (a) —个湿式报警阀组控制的喷头数量不超过800只； (b) 自喷系统在平面上的布置宜与建筑防火分区一致，尽量做到区界内不出现两 个以上的系统交叉; (c) 在同层平面上有两个以上自动喷水灭火系统时，系统相邻处两个边缘喷头的间 距不应超过0.5m，以加强喷间隔水强度，起到加强两区之间阻火能力上面(a)中 规定了一个报警阀组控制的喷头数。一是为了保证维修时，系统的关停部分不致 过大；二是为了提高系统的可靠性。为了达到上述目的，美国规范还规定了建筑 物中同一层面内一个报警阀组控制的最大喷头数。 4某高层建筑自动喷水灭火系统设计 4.1 工程概况 该民用建筑楼位于衡阳市区道路蒸湘北路与红湖步行街交汇处的东侧。平面 布置成长方形，东西长为50m,南北宽为30m,建筑高度为24m，层数为6层，每 层高为4m，该工程用地总面积为1550 m2，建筑总面积为9000m2。其主要结构类 型为钢筋砼框肢剪力墙结构， 建筑耐火等级为一级， 屋面防水等级为二级， 使 用年限为 15 年，地下室防水等级为二级，本工程为非抗震设防区。结构设计 使用年限为 50年。 该民用建筑楼为砖混结构，使用设计年限为 50 年，耐火等级为一级，建 筑美观、大方，适应现代都市建设。建筑周围环境良好，人口密度适中，交通 便利，地理位置优越，主体建筑与周围邻近建筑的防火间距均大于 13m，符 合规范的要求。根据综合建筑的实际情况，该建筑应属于轻危险级。 基本数据的确定：该建筑的具体情况结合设计规范，喷头的喷水强度应为 4L/min m2，作用面积160m2，喷头工作压力为0. 10MPa,最低不得小于0.05MPa. 4.2 喷头的布置 喷头的选型和布置合理与否将直接影响喷头的动作时间和布水效果，从而影 响自动喷水灭火系统灭火效果。喷头的选型和布置应按表 4-1 进行。 表 4-1 喷头的选型和布置 喷水强度 （L/ml2） 正方形布置的边 长（m） 矩形或平行四边 形布置的长边边 长（m） 一只喷头的最大 保护面积（m2） 喷头与断墙的 最大距离（m） 4 4.4 4.5 20.0 2.2 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 1、喷头布置原则 自动喷水灭火系统能有效扑灭火灾，喷头布置需要遵循以下原则: 1) 所有喷头的喷水范围覆盖全部的保护面积，喷头喷水交汇处不能留有空白; 2) 喷头的喷水不能出现过多的重叠。 2、自动喷水灭火系统喷头的布置形式和间距的确定 喷头的布置形式有三种：正方形、长方形和菱形。其喷头和配水支管间距的 确定根据其布置形式不同有所区别，见图4-1所示。 L (b)长方形布置 (c)菱形布置 (a)正方形布置 图4-1喷头的三种布置形式 (a) 正方形布置如图4-1(a)所示，喷头之间的间距L=2Rcos45o=l.414R； (b) 长方形布置如图4-1(b)所示，在长方形布置中，只有当4个喷水圆两两 相切于O点，而且在R=N时，该喷头的布置最经济合理。 喷头的长边间距M=2Rcos30o=1.732R 喷头的短边间距N=R (c) 菱形布置如图4-1(c)所示，喷头A、B、C、D交错布置，其连线构成菱 形，其中喷头B、C、D连线构成一个等边三角形，只有喷水圆域边缘通过该等边 三角形的形心时，才既不会有过多交汇，也不会出现空白，是最经济的布置。 喷头的横向间距M=2Rcos30o=1.732R 喷头纵向间距N=R+Rcos30o=l.5R 4.3 自动喷水系统的水力计算 喷头的流量：喷头的；流量取决于喷头处的水压力和喷头本身与结构有关的 水力特性，按下式计算：q二k •丽 式中q为喷水出水量(L/s)； k为与喷头结构有关的特性系数，公称直径15mm 的玻璃球喷头和公称直径12.7mm的易熔金属喷头，k=4.2； H为喷头工作压力 (MPa)。 自动喷水灭火系统的设计流量，应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的 总流量确定：Q =£ q式中Q为系统设计流量(L/s), q为最不利点处作用面 s i s i 积内喷头节点的流量(L/s)。 同一配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距： 喷头喷水强度应为6L/min・m2，条形布置的间距为2.5m， 一只喷头的最大 保护面积为12.5 m 2，喷头与端墙的最大距离为1.8m。 逐点法水力计算：如图( 3-2 ) 图4-2喷晒管网计算原理图 支管I： d支管I尽端的喷头1为整个关系的最不利点，在规定的工作水头H［作用下, 其出水流量为 q = k • JH 1 v 1 b喷头2的出流量为 q = k • (H + h ) = k • H 2 v 2 2 - 3 % 2 C喷头3、4的流量，同理为 q = k • . (H + h ) = k 3 "22-3 v 3 q 二 k • '(H + h )二 k • ■H 4 " 3 3-4 4 H 二 H + h 5 4 4 -5 Q 二 q + q + q + q 4-5 1 2 3 4 支管II: 定义系数 Kg 为管系特性系数，由下式计算 K g 上式Kg值表明管系的输水性能。当管系在另一水压H'作用下时，即 n 可由已知之 K 值求算得此时管系之流量: g 1 Q' = K , (n _1)-n g n d计算点5处的水流量，也即时支管I的管系流量Q 。 4-5 b在计算点6处，水压为H二H + h ，通过管段5—6的流量为 6 5 5- 6 5-6 二 Q4-5 c支管II的管系特性系数: K go Q' d应用管系特性系数K之值，并将上式整理后，在所有已知值的情况下，计 g 算点 6 的输出流量可求得下式： 5-6 d-6 e点6的输出流量为: q6 管道内水压和流速的规定 水压：对闭式自动喷水灭火系统，最不利点处喷头的工作水头，一般为 O.lOMPa,最小不应小于0.05MPa。 流速管内允许流速，钢管一般不大于5m/s,特殊情况下不应超过10 m/s 管道的水头损失 每米管道的水头损失应按下式计算： i = 0.0000107 •—— d1.3 j 式中 i 为每米管道的水头损失， MPa/m; v 为管道内水的平均流速， m/s d为管道的计算内径，m j 管道的局部水头损失要，宜采用当量长度法计算，见表 4-2 表4-2 当量长度表 管件名 称 管件直径/mm 25 32 40 50 70 80 100 125 150 45。弯头 0.3 0.3 0.6 0.6 0.9 0.9 1.2 1.5 2.1 90°弯头 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 3.1 3.7 4.3 三通或 1.5 1.8 2.4 3.1 3.7 4.6 6.1 7.6 9.2 四通 蝶阀 1.8 2.1 3.1 3.7 2.7 3.1 闸阀 0.3 0.3 0.3 0.6 0.6 0.9 止回阀 1.5 2.1 2.7 3.4 4.3 4.9 6.7 8.3 9.8 32 / 40 / 50 / 70 / 80 / 100 / 125 / 150 / 200 / 异径接 头 / 25 / 32 / 40 / 50 / 70 / 80 /100 / 125 /150 0.2 0.3 0.3 0.5 0.6 0.8 1.1 1.3 1.6 管道的水头损失按下式计算： h 二 i • (L + L') 式中h—管道的水头损失，MPa ; L—为管道的长度，m ; L'—局部水头损失的当量长度，m. 报警阀和水流指示器的水头损失 湿式报警阀、水流批示器取0.02MPa，雨淋阀取值0.07 MPa。 根据喷头布置图并给每个节点编号，经水力计算结果见表4-3。 表4-3自动喷水灭火系统水力计算表 节 >4点 管 段 特 性 系 数K 节点 水压 H/Mpa 节点 流量 q/L • s-1 管段流 量 Q/L • s-1 管 径 d/m m 流速 v/m • s-1 单位长度水头 损失 i/10-5MPa 管 段 长 度 L/m 当量 长度 L，/m 水头损 失h/MPa 计算公式 1 0.100 1 .33 qi = K JR】 1-2 4.2 1.33 25 2.71 1000 3.2 0.6 0.0400 Q1-2= q1， h =i （ L + L，） 1-2 1-2 1-2 1-2 2 0.140 2.90 H = H + h , 2 1 1-2 q = Q + KjH 2 1-2 2 2-3 4.2 2.90 32 3.61 449 3.4 1.8 0.0234 Q2-3 = q2 ' h =i （ L + L，） 2-3 2-3 2-3 2-3 3 0.163 4.60 H = H + h , 3 2 2-3 q = Q + K』H 3-4 4.2 4.60 40 5.72 1129 3.4 1.8 0.0587 Q3-4 = q3 ' h =i （ L + L，） 3-4 3-4 3-4 3-4 2， 0.140 1.57 F kQh2， 3， 0.163 3.27 q 3, = I兀,+ q 2， 4 0.222 7.87 H = H + h , 4 3 3-4 q4= Q3-4 + q3， 4-5 4.2 7.87 50 4.01 351 3.4 3.1 0.0228 Q = q ， 4-5 4 h =i （ L + L，） 4-5 4-5 4-5 4-5 5 0.245 16.13 H = H + h , 5 4 4-5 q = Q + Q + Q / 5 4-5 a-5 a，-5 a-5 4.8 Q = K Jh , a-5 a-5 5 k = q， /Jh a—5 a—5 5， a'-5 3.43 Q , = K a -5 a K ， 5 = Q' a -5 a '5Jh， -5 5 '5/Jh -5 5' 5-6 16.13 70 4.19 273 3.4 3.7 0.0194 Q 5-6 =q5， h = i ( 5-6 5-6 L + L') 5-6 5-6 6 0.264 24.7 H = H 6 5 + h , 5-6 q = Q + 6 5-6 Q + Q f b-6 b'-6 Qb-6= %-6 JH 6 ' b-6 5.01 气5= QJ/UH6， Qb'-6= Kb 5 , b'-5 3.57 Kb'-6= Q'b '-6山H 6, 6-8 24.71 100 3.15 107 30 68.3 0.1053 Q6-8 = =q6， H6-8=「6-8( L6-8+ I 水流指 0.020 示器 湿式报 0.020 警阀 8 0.409 24.71 H8=H6 叫J2"02, q8 = Q6-8 Eh + P0 0.409 修改计算 节 点 管 段 特 性 系 数K 节点 水压 H/Mpa 节点 流量 q/L • s-1 管段流 量 Q/L • s-1 管 径 d/m m 流速 v/m • s-1 单位长度水头 损失 i/10-5MPa ・m-1 管 段 长 度 L/m 当量 长度 L' /m 水头损 失h/MPa 计算公式 1 0.100 1.33 q = K Jh 1 1 1-2 4.2 1.33 25 2.71 1000 3.4 0.6 0.0400 Q = q ， 1-2 1 h =i （ L + L，） 1-2 1-2 1-2 1-2 2 0.140 2.90 H = H + h , 2 1 1-2 q = Q + KjH 2 1-2 2 2-3 4.2 2.90 32 3.61 449 3.4 1.8 0.0234 Q2-3 = q2 ， h =i （ L + L，） 2-3 2-3 2-3 2-3 3 0.163 4.60 H = H + h , 3 2 2-3 q = Q + KQH 3-4 4.2 4.60 40 4.72 1129 3.4 1.8 0.0150 Q3-4 = q3 ' h =i （ L + L，） 3-4 3-4 3-4 3-4 2， 0.140 1.57 q = K吨 3， 0.163 3.27 q 厂 kJh 3’+ q 2, 4 0.178 7.87 H = H + h , 4 3 3-4 q4= Q3-4 + q3， 4-5 4.2 7.87 50 4.01 351 3.4 3.1 0.0228 Q4-5 = q4 ' h =i （ L + L，） 4-5 4-5 4-5 4-5 5 0.201 16.22 H = H + h , 5 4 4-5 q = Q + Q + Q / 5 4-5 a-5 a，-5 a-5 4.88 Q = K J'h ， a-5 a-5 5 K = Q， /J’H a—5 a—5 5， a，-5 3.47 Q， = K， H , a -5 a -5 5 K，5 = Q，，5 / jH a -5 a -5 5， 5-6 16.22 70 4.22 275 3.4 3.7 0.0196 Q 5-6= q5 ' h = i （ L + L，） 5-6 5-6 5-6 5-6 6 0.221 24.97 H = H + h , 6 5 5-6 q = Q + Q + Q , 6 5-6 b-6 b -6 b-6 5.11 Qb-6 = %-6 JH 6 , 气5= 疤, b'-5 3.64 Qb;-6 = Kb/-^''H5 5 KbZ-6= Q'bj/J H6， 6-8 24.97 100 3.18 109 30 68.3 0.1075 Q6-8= q6 5 H6-8= i6-8( L6-8+ I 水流指 示器 0.020 湿式报 警阀 0.020 8 0.427 25.00 H8=H6 叫J2"。2, q8= Q6-8 工h + po 0.427 喷水强度校核： 从表4-3中得出：系统计算流量Q=24.97L/s，系统作用面积为1500m2,系统 平均喷水强度为7.20L/ (min .m2)±6L/(min .m2),满足轻中危险级建筑物防火 要求。 根据水力计算的结果和有关规范可得湿式自动喷水灭火系统布置，见附图部 分(附图1、附图2)。 4.4 消防水泵的计算和选择 根据表4-4得管道总水头损失为0.4270MPa,其最不利点喷头处流出的压力为 O.IMpa,沿程水头损失为0.4270MPa,局部水头损失取沿程损失值的20%即0.08114 MPa。 消防水泵的扬程为： H = H + H +丫 h + H = 28.63mH 0 pb p pj p kp 2 式中：H供水管或消防泵处的压力，mH 0 ； pb 2 H -最高最远喷头的工作水头，mH 0 ； p2 H - 最高最远喷头与供水管或消防泵中心间的几何高差， mH 0 pj 2 工h -自动喷水灭火系统的沿程损失和局部损失之和，mH 0 ； p2 H -控制信号阀（阀门直径选100mm）的压力损失，mH 0。 kp 2 按照上述计算结果，选择型号为IS125-100-400的消防水泵，其流量为 27.78L/S，扬程为 50X10爭a。 5 火灾自动报警与消防联动控制系统 5.1 方案的确定 根据《高层民用建筑设计防火规范》和《火灾自动报警系统设计规范》，该 工程为一类高层建筑，是一级火灾自动报警保护对象。本建筑的火灾自动报警及 消防联动控制系统采用集中报警系统，它有下列部分组成： 1、 消防控制室（设于首层） 内设集中报警控制器，总线联动控制盘和多线联动控制盘，消防电话总机、 火灾广播设备。 2、 探测回路 1） 感温探测器：设于其它平时有烟场所； 2） 感烟探测器：设于住宅部分的电梯前室、公共走道、疏散楼梯及除卫生 间外的所有房间、消防泵房、值班室等所有公建用房； 3） 消火栓按钮：所有消火栓（水道专业提供）内； 4） 手动报警按钮：住宅部分的公共区域； 5）水流指示器和湿式报警阀：水道专业提供位置。 3、控制回路 1） 消防广播和声光报警器：设置部位同探测器； 2） 正压送风机：设于屋顶。 4、其它 应急照明和疏散指示照明，设置部位如下： 1） 消防电梯由建筑专业提供，住宅部分的公共走廊、电梯前室和疏散楼梯； 2） 控制中心的组成、功能、特点控制中心设于首层，双路电源供电，末端 自动切换，其组成前面已述。 在本设计中选用的火灾报警控制器为SAN040型智能火灾报警控制器，其主 要特点有： 1） 采用微电脑控制，配置32Kby te高性能监控软件，总线数据传输采用PWM 方式，抗干扰性强； 2） 与探测器及模块的连接采用无极性二总线方式，用树枝或环形结构均可； 3） 内设运行存贮器（即黑匣子）且不会因断电而丢失，为分析火灾原因提 供可靠依据； 本设计中选用的联动控制为SAN100型，其特点为： 1） 插箱式结构，可根据受控设备的数量任意组合； 2） 联动设备通过模块与探测器挂接在同一总线上，实现全总线控制方式； 3） “自动”、“手动”及“禁止”转换开关的设计，可杜绝误操作。 本设计选取用的多线制动控制盘采用SAN110型，专门用来控制消防系统中 的主要消防设备，如消防泵、排烟机、送风机等，与SAN040控制器配接后，通 过联动逻辑关系实现对联动设备的自动联动控制，也可利用联动控制盘上的启动 按键对联动设备进行手动控制。 根据方案得出火灾自动报警与消防联动控制系统设计见附图部分（附图5）。 5.2 探测回路 探测回路包括探测器、手动报警按钮、消火栓按钮、水流指示器、压力开关 等。手动报警按钮应设在各层出入口明显位置，高度1.5m,并满足在一个防火分 区内任何位置到最邻近的手报按钮的步行距离不大于25m （在这一点上执行的是 JGJ/T16-92,国标GB50116-98要求的是30m）。 4.3 消防广播系统和警报装置 本设计装置了总线消防广播系统，消防广播平时兼作背景音乐和正常广播， 发生火灾时，由控制中心输出单元通过信号线相关声光报警驱动模块或总线消防 广播模块发出指令，若地下室发生火灾，则接通地下各层及首层；若首层发生火 灾，则接通地下各层，首层及二层；若二层或以上发生火灾，应先接通火灾层及 相邻的上下层，以帮助现场人员疏散逃生，消防广播扬声器不应低于3W,且应满 足在一个防火分区内任何位置到邻近的扬声器的步行距离不大于25m的要求。根 据各层建筑的格局，每层设置了若干数量的总线消防广播模块，对各层的扬声器 分区域进行控制。为确保在火灾时报警区域发送火灾警报信叫，本设计除了设置 灭火应急广播系统外，还在各报警区域内主要通道进出口、楼梯口、电梯前室、 手报按钮及消火栓按钮旁设置了一定数量的火灾警报装置，如电铃声光讯响等。 5.4 消防电话系统 消防电话系统为多线制消防电话系统，根据工程需要的数量来确定电话主机 的容量，按照规范要求，设计中在消防水泵房、变配电所、主要通风和空调机房、 电梯机房、值班室、控制中心设置了消防电话分机；在各层的手动报警按钮处设 电话插孔，由控制中心电话总机以放射式布线，引至消防电话分机和电话插孔。 消防电话总机与电话分机或电话插孔之间呼叫方式是直通的，线路为独立布线， 是独立的消防通信网络。由于地上各层的层面积并不是很大，根据建筑的格局部 分的电话插孔合用一个电话回路，控制中心电话主机的容量要求为大于60路，最 后选取用主机容量为80路。 5.5 消防联动控制系统 消防联动控制系统就是控制中心输出单元，是消防设备，非消防设备发出控 制信号的。是在对火灾确认后的处理单元，消防联动控制系统这一职能决定了它 工作可靠性是相当重要的，直接关系到消防灭火工作的成败。在对火灾确认后， 由它们根据水流指示器、湿示报警阀、消火栓按钮的动作情况启动消防水泵、喷 淋泵、正压送风机、防排烟系统，启动报警装置，切换消防广播，迫降所有电梯， 点燃应急照明，切断非消防电源等一系列消防措施。同时，根据有关规范要求， 控制中心和消防泵、正压送风机、防排烟风机、应急照明、配电箱之间须有硬线 连接，以保证控制中心对这些重要的消防设备，即可以进行逻辑自动的联动控制， 又可以手动操作即一对一直观的控制操作，并可以在控制盘上直接反映设备的工 作状态，各个联动设备就地均设置手动操作按钮，以防消防控制中心操作失灵等 意外情况发生时，就地仍然能有效对联动设备进行操作。 消防设备联动要求见表5-1，电气消防联动控制系统组成见图4-2所示。 表 5-1 消防设备及其联动要求 消防 设备 火灾确认后联动要求 火灾 警报 装置 应急 广播 1.二层及以上楼层起火，应先接通着火层及邻上下层；2•首层起火，应先接通本层， 二层及全部层； 非消 有关部位全部切断。 防电 源箱 消防 应急 照明 灯及 紧急 疏散 标志 灯 有关部位全部点亮。 室内 消火 栓系 统水 喷淋 系统 1•控制系统启停； 2. 显示消防水泵的工作状态； 3. 显示消火栓按钮的位置。 其 它 灭 火 系 统 管 网 气 体 灭 火 系 统 在报警，喷射各阶段发出相应声光报警并显示防护区报警状态；在延时阶段，自动关 闭本部位防火门窗及防火阀，停止通风空调系统并显示工作状态。 泡 沫 灭 火 系 1. 控制系统启 停； 2. 显示系统工作状态。 灭 火 系 统 防 火门任一侧的防火门自动关闭且信号反馈回消防控制室。 门 疏散通道 上： 防 其 它 防 火 设 备 1.烟感报警，卷帘下降至楼面1.8m处; 2•温感报警，卷帘下降到底。 防火分隔时： 探测器报警后卷帘下降到底。 防 排 烟 设 施1•停止有关部位空调送风关闭防火阀并接受反馈信号 空2.启动有关部位的放烟排烟风机，排烟阀等，并接受其反馈信号 调3.控制挡烟垂壁等防烟设施。 70*«28^ P kw KWXN SWAH SW# 动悔耐 图5-2电气消防联动控制系统组成 手硼對田 HW 动作戕脱 参考文献 [1] 、王学谦.建筑防火设计手册（第二版） .中国建筑工业出版社，2008； [2] 、自动喷水灭火系统设计规范，GB 50084—2001； [3] 、吕春华.建筑消防设施设计图说.济南：山东科学技术出版社，2004； [4] 、周义德，吴杲.建筑防火消防工程.郑州：黄河水利出版社，2004； [5] 、冈田光.建筑消防实例.天津：天津科学技术出版社，1998 [6] 、建筑设计防火规范 .中国计划出版社2001； [7] 、消防手册.上海：知识出版社，1991； [8] 、消防技术标准规范汇编.北京：中国计划出版社，1999； [9] 、朱吕通，张宗魁.现代实用灭火技术设施.北京：中国建筑工业出版社,1996； [10] 、李引擎，边九龙.建筑安全防火设计手册.郑州：河南科学技术出版社，1998