消防喷淋系统水力计算方法概述及分析

曾铁权

(南平市公安消防支队顺昌县公安消防大队，福建顺昌 353200)

水力计算是消防系统设计中的核心部分，在其中扮演着非常重要的角色。通过严格计算所需供水面积、供水强度及供水时间，达到合理优化消防系统的目标。精确计算法与管壁厚度法是世界上常用的两种水力计算方法。从字面上来理解，精确计算法，就是考虑各方面参数，进行合理计算，得出总水量与供水压力的方法。而管壁厚度法，则主要是通过确立被保护场所的危险系数与系统受保护的面积以及管网的高度等等参数，用已有的实践经验来判断系统的总水量与供水的压力。

1 精确计算法

1.1 海登·威廉公式

在消防喷淋系统水力计算中，最流行的属精确计算法。其主要原因是:首先，精确计算法的优势就是精确，它是通过合理参考各方面参数计算出来的;其次，计算机技术的发展使得一些数学运算不再那么繁琐与复杂。其计算的核心公式之一就是海登·威廉在公式中，利用管内径、流量与海登·威廉的系数C，然后考虑管的长度和管网情况来计算水压的损失情况。由于这种计算方式不需要考虑管内涡流、管内壁的阻力等等，所以理论界认为，海登·威廉公式属于经验形式的公式。接下来对该公式作一些简单的说明。

1)在消防中，消防喷剂有许多种介质，由于海登·威廉公式属于经验形式的公式，所以只适合用于水介质的水力计算，而泡沫及其他介质由于密度、管内壁的阻力等等压力损失严重，无法适用海登·威廉公式，一般采用达西·韦史巴赫方程公式来进行水力计算。

2)而系数C在海登·威廉来看仅仅是一个实验结论，只代表了一个数据，就算是再完美的实验，依然要被限制在一定的流速范围之内。当流速不足9.1m/s时，系数C和公式计算会出现误差，此时的误差是允许的。而美国消防协会还未对喷淋系统进行流速确定，并认为水的喷淋系统具有自我调节的作用。当压力损失时，其数值会随着流速提高而呈指数增加。由于流量大、管径小而导致的过高流速，压力损失也会提高，那么对供水设备的要求也会顺应提升，增加了设备成本。如果在实际工作过程中出现上述情况，那么设计师就会扩大管径，从而减少压力损失，流速也能得到控制。这就体现了精确计算法的优点，能够优化设计流程，促进整个供水系统的完善、有效、合理。

3)水温的变化会直接影响到水的粘性系数，由于管壁温度与水温存在差异，会导致管内形成补偿流，影响水流，从而造成水在流动中产生的压力受到损失。海登·威廉认为普通水源的水温不会使计算出现明显的误差。当水源的水温过高的时候，应该使用Darcy-Weisbach这种公式。

1.2 喷头的K系数

喷头喷水压力一般用字母K表示，一般情况下，K系数值越大，通过喷头的径流量就越大，其压力也就越大。在出水口形状、尺寸以及材质等参数相同的情况下，其系数K的计算公式可以表示为K=Q/，K为系数，Q为流量，P为入口处压力。

其具体操作步骤如下:1)确定被保护场所的危险等级系数;2)确定作用的面积与喷水的强度;3)布置喷头;4)确定作用面积的具体位置;5)作用面积的形状与内部的喷头数量;6)确定其中水力最远的喷头的流量与压力;7)确定作用面积内相同的配水支管上其他喷头的流量与压力;8)确定第二、第三、第四条配水支管的流量;9)完成计算。

2 管壁厚度法

管壁厚度法主要是通过被保护场所的危险系数与系统的保护面积以及管网的高度等等信息数据，用已有的实践经验来判断系统的总水量与供水的压力。鉴于精确计算法的不断普及，使用管壁厚度法的计算设计师愈来愈少。美国消防协会的标准允许使用管壁厚度法来进行水力的计算，但它的应用范围受到了很大的约束。它规定，管壁厚度法只能用于以下情况:1)轻中级危险等级系数的场所;2)喷头K系数为80的喷头;3)枝状管网;4)钢管与以钢管为材质的管网(由于它是一种经验测算法，所以没有具体公式)。

其具体操作如下:1)确定被保护场所的危险等级系数;2)确定其单层的保护面积;3)确定其中最高喷头和系统立管底部之间的高度差;4)确定管网的布置;5)通过经验进行测算。

综上所述，管壁厚度法相比精确计算法而言，在计算步骤上并不是很繁琐与复杂，但为什么就是得不到计算设计师们的青睐。除了上述美国消防协会的标准的约束以外，其实，它在实际操作中还是存在很多缺陷与漏洞的，其系统的设计达不到合理性、有效性与经济性的要求。尽管精确计算法的计算步骤看上去比较复杂，但是它所计算出的结果相比管壁厚度法更为精准、可靠。

3 结语

水力的计算是消防设计的关键与核心部分，其中的每个系统的设计都必须要认真、严谨地执行。在具体的规划与设计时，最好是使用水力计算的先进软件，以免繁重的重复劳动，减少误差。在计算时，要合理选取计算的公式，深刻理解其适用的范围。同时，我们应该明白，精确计算法与管壁厚度法是两种相互独立的计算方法，不能用其中的一种去校验另一种的结果。

［1］吴文春，杨 熊.隧道消防喷淋系统设计优化及防火规则探讨［J］.交通科技，2011(5):7-9.

［2］柳长青.地铁地下车站消防喷淋系统调试方法［J］.山西建筑，2010，36(35):20-22.

［3］梅铁生.浅谈房屋消防喷淋系统设计施工中质量通病的对策［J］.城市建设，2010(23):52-54.

［4］文俊幸.浅谈自动喷淋灭火系统的水力计算方法［J］.山西建筑，2011，37(10):127-128.

［5］曹 杨.高层建筑给水系统的节能及优化设计研究［D］.成都:西华大学，2010.