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1、自动喷洒水力计算程序的编制自动喷水灭火系统出现于19世纪初期，是当今世界普遍使用的固定自动灭火系统，其控、灭火效率已为国内外无数次灭火实例所证实。我国第一本自动喷水灭火系统设计规范（GBJ8485）于1985年出版，1986年7月1日起实施。1996年，为了更好地与国际接轨，贯彻国家“预防为主、防消结合”的消防工作方针，在总结我国自动喷水灭火系统的科研成果、设计和使用现状的基础上，广泛征求各部门意见，同时参考发达国家相关标准，对原喷规进行了修订。新的自动喷水灭火系统设计规范（GB500842001）于2001年7月1日起实施。对于自动喷水灭火系统，其水力计算是保证系统可靠性、合理性与经济性的一
2、项重要手段，合理计算才能确保系统正常运行。系统的水力计算就是管网计算，是根据具体工程在规范规定的作用面积和喷水强度等设计参数条件下，通过计算确定系统设计流量、系统所需水压力以及系统管网的经济管径等。一、国内外的自动喷水灭火系统的水力计算方法1、国外自动喷洒水力计算方法（1）英国自动喷水灭火系统安装规则（BS5306Part21990）规定：应由水力计算确定系统最不利点处作用面积的位置，此作用面积的形状应尽可能接近矩形。配水管计算应保证最不利点处作用面积内的最小喷水强度符合规定。当喷头按正方形、长方形或平行四边形布置时，喷水强度的计算，取上述四边形顶点上四个喷头的总水量并除以4，再除以四边形的面
3、积求得。（2）美国自动喷水灭火系统安装标准（NFPA13 1996版）规定：对于所有按水力计算要求确定的设计面积应是矩形面积，其长边应平行于配水支管，边长等于或大于作用面积平方根的1.2倍。作用面积内每只喷头在工作压力下的流量，应能保证不小于最小喷水强度与一个喷头保护面积的乘积。水力计算应从最不利点喷头开始，每个喷头开放时的工作压力不应小于该点的计算压力。（3）德国喷水装置规范（1980年版）规定：首先确定作用面积的位置，要求出作用面积内的喷头数。要求各单独喷头的保护面积与作用面积所有喷头的平均保护面积的误差不超过20%。2、我国的两种水力计算方法在新喷规颁布实施前，国内现行的设计手册以及教材
4、中自动喷水灭火系统采用的水力计算方法有两种：一是作用面积法；一是逐点法。（1）作用面积法，即估算法。在水力计算时，假设每个喷头的喷水量均相等，且每个喷头的喷水量至少等于规定的喷水强度，对轻、中危险级，其设计供水量取系统喷水强度和作用面积乘积的1.151.30倍。该计算方法较简便，但忽略了喷头的实际喷水量随喷水压力改变而改变的实际情况，系统的设计流量及水头损失与实际情况可能相差很大。（2）逐点法。从系统最不利点喷头开始，沿程逐个计算各喷头的工作压力、喷水量以及各管段的累计流量、水头损失，采用特性系数法计算各支管流量，直到管段累计流量达到设计流量为止。此后的管段中流量不再增加，仅计算水头损失。这种
5、计算方法虽然考虑了喷头出流量随压力改变的规律，但计算时从最不利点起逐个计算至设计流量，不符合火灾发展的一般规律。二、修订版喷规的水力计算方法以及计算程序的编制1、新喷规水力计算部分的修订新的自动喷水灭火系统设计规范（GB500842001）与以前的喷规相比较改动较大，其中水力计算方面的改动主要体现在：（1）水力计算选定的最不利点处作用面积宜为矩形。火灾时，由于对流和风的影响，作用面积的形状以矩形更为合理。（2）系统的设计流量应按最不利点处作用面积内喷头的总流量确定，并对几种特殊情况下系统的设计流量作出了规定。实际上，火灾发生时，一般是自火源点呈辐射状向四周蔓延，只有失火区上方的喷头才会开启，因
6、此系统的设计流量按最不利点处作用面积内各喷头同时喷水的总流量确定是合理的。（3）管道的直径应经过水力计算确定；管道内的流速宜采用经济流速。只有经过水力计算确定的管径才能做到既经济又合理。（4）管道的局部水头损失，宜采用当量长度法计算。原规范规定：自动喷水系统管道的局部水头损失，可按沿程水头损失的20%计算，而英、美、日德等国规范均采用当量长度法。系统的局部水头损失如果只在最后按照沿程损失的一定比例计算，不仅忽略了每个工程的特殊性，也忽略了局部水头损失对喷头喷水压力的影响，会造成较大的误差。（5）危险等级等设计参数作了调整。修订版规范与原规范相比，各危险等级的喷水强度以及系统作用面积等都有较大改
7、动。因此，现行的手册、教材以及一些文献中所介绍的水力计算方法、设计参数以及其它内容已经不符合新喷规的规定，不能满足实际工程设计计算的需要，有必要依照新喷规给出一种合理、简便的计算方法。2、本计算程序所采用计算方法由于大多数工程采用的皆为枝状管网系统，因此本程序主要针对枝状管网编制。（1）基于新喷规的水力计算方法步骤如下： 分析、判断保护对象的性质、划分危险等级和选择系统 确定作用面积和喷水强度 确定喷头的形式、布置方式和保护面积 确定作用面积内的喷头数 确定作用面积的形状对于以上的步骤，规范或措施上对于上述步骤的具体参数选择以及设计计算方法有详尽的描述，且涉及的计算并不复杂，由设计人员根据规范
8、规定结合实际工程自行设计，此处不再赘述。其后各步计算，由于需要多次迭代求解，比较复杂，因此本程序主要解决以后各步的计算问题。 假定最不利点处喷头的工作压力。 由公式（1）可求得最不利点喷头出水量。 （1）式中：q喷头流量（L/min）； K喷头流量系数； P喷头工作压力（MPa）。在修订版喷规中，民用建筑和工业厂房的基本设计参数中喷头工作压力为0.10 MPa，系统最不利处喷头的工作压力按不应低于0.05 MPa确定。系统最不利处喷头的工作压力值的设定直接影响系统流量及水泵扬程的计算，如设定为0.10 MPa，在某些工程中可能会给建筑造型和结构处理可能带来困难，而且这样计算出来的水泵扬程往往偏
9、高，增大了系统的投资；而直接设为最低值0.05 MPa，有时又不能满足喷水强度的要求。因此，为满足规范中有关条文的规定，其最不利喷头工作压力值应经过计算确定。本程序中，按照规范规定，将0.05 MPa作为最不利喷头压力起算的初值。 计算第一根支管上各喷头出水量、支管各管段累计流量、水头损失以及支管总流量及压力。a水头损失计算根据我国新喷规，每米管道的沿程水头损失仍采用舍维列夫公式计算，即： （2）式中：i每米管道的沿程水头损失，mH2O/m； Q管道内的水流量，m3/s； dj管道计算内径，m。而美、英、日、德等国家均采用海曾威廉公式： （3）式中：i每米管道的沿程水头损失，mH2O/m； C
10、海曾威廉系数，铸铁管C=100；钢管C=120； dj管道计算内径，m； Q管道内的水流量，m3/s。根据新喷规条文说明，新喷规之所以仍然采用舍维列夫公式，一是因为我国尚无自动喷水灭火系统管道水头损失实测资料，再者也是为了与当时的室内给水系统管道水力计算公式保持一致。而计算表明，两个公式的计算结果相差很大，舍维列夫公式的计算值明显偏大。对于局部水头损失的计算，为了更合理也更符合国际惯例，修订版喷规改为采用当量长度法计算。由于我国缺乏实验数据及局部阻力系数不全，所以新规范仍然引用了美国规范中的数据（即规范附录C），而这些数据其实是对应海曾威廉公式给出的。这样就带来了沿程水头损失和局部阻力当量长度
11、计算公式不匹配的问题。由于新喷规引用的美国各种管件和阀门等的当量长度值是针对海曾威廉公式给出的，如若直接将附录C中的当量长度值代入公式2即舍维列夫公式计算，求得的局部水头损失必然较代入公式3即海曾威廉公式偏大，而水力计算过程中局部水头损失的误差又将引起各设计管段流量和水头损失的误差，进而引起各喷头出水量乃至系统总设计流量和水头损失的误差。由此说明，直接引用美国规范中的当量长度值，忽略公式2与公式3的不同是不妥的。为了保持沿程水头损失计算与局部水头损失计算引用的当量长度值的一致性，考虑引入一个修正系数，对规范给出的当量长度值进行修正。假设某管段的局部阻力损失为hd，由舍维列夫公式及海曾威廉公式求
12、得的每米水头损失分别为is与ih，相对应的当量长度分别为Lds与Ldh，则有：由此可得修正系数的计算公式： （4）修正后管段的总阻力损失h计算如下式： （5）b喷头立管的计算在以前的计算方法中，往往忽略喷头立管对喷头出水量的影响。为了分析立管对整个系统水力计算的影响，本程序考虑立管的影响。图 1具体的计算方法如下：假设某喷头如图1所示，根据管段流量与水头损失的计算，喷头立管与支管交汇处的压力h与该节点前的流量q1（该喷头前的各喷头流量累计）是已知的。具体的计算方法是：I 以立管与支管交汇处的压力作为喷头工作压力的初值P0；II利用公式1求得喷头出水量q20 =f(P0)；III利用公式25计算
13、立管的水头损失h（其中包括立管高差）；IV计算喷头压力：P=P0-h；V利用公式1求得喷头出水量新值q21=f(P)；VI比较q20与新值q21，若二者之差的绝对值大于设定值，则以q21为q20值；VII重复步骤IIIVI，迭代求解直至q20与q21之差的绝对值小于设定值。此时求得的P与q2即为喷头实际的工作压力与出水量。图 2VIII此喷头后管段的流量q= q1+ q2，支管管段的水头损失利用公式25计算。 计算配水干管上其它支管的流量及水头损失。过去一般采用特性系数法计算同一配水干管上其它支管的流量。如图2所示的系统，先计算支管I，干管56可按照上文中所述公式计算水头损失，可得节点6处的干
14、管流量Q5-6以及压力H6。对于支管II，同样以a点为最不利点，在规定的喷头工作压力下对支管II进行计算至点6，也可得管段d-6流量Qd-6以及6点压力H6，则6点流量：。其它支管均可按照此方法依次计算。如若支管I与II水力情况完全相同，计算公式可直接写为（但如两支管不同则不能如此简化计算）。这种计算方法的局限在于只能求得支管的流量，而不能分别求出支管上各喷头的出水量。根据修订版喷规9.1.4条规定：最不利点处作用面积内任意4只喷头围合范围内的平均喷水强度，轻、中危险级不应低于本规范表5.0.1规定值的85%；严重危险级和仓库危险级不应低于本规范表5.0.1和表5.0.5的规定值。如采用这种办法计算，显然无法按照此条文进行判定。仍以图2中系统为例，本程序的计算方法：I按照步骤所述方法计算支管I以及干管管段56，可得点6处的干管流量Q5-6以及压力H6；II以1点喷头工作压力为a点喷头工作压力计算的初值；III按照步骤所述方法计算支管II，得点6处的干管流量Qd-6以及压力H6；IV比较H6与H6，若二者之差的绝对值小于设定值，则按照设定的步长改变a点喷头工作压力；V重复步骤III IV，直至H6与H6 之差的绝对值小于设定值。VI计算最不利作用面积内其它支管。按照此方法计算，不但可求出各支路水量，还可
