自动喷水灭火系统课程设计.docx
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自动喷水灭火系统课程设计
城市与环境科学系安全工程
防火防爆课程设计
自动喷水灭火系统设计
专业班级：
安全工程
姓 名：
肖逸
学 号：
２01３３70６０140
指导教师：
郭亚芳
完成日期：
２０1６．1.6
摘要
这篇论文讲述的是自动喷水灭火系统的组成和闭式自动喷水灭火系统的设计，本论文设计的是某中危险级建筑物其中一部分的最不利作用面积为2０0m2,约为（1７×１2ｍ）; 环境温度为25℃，选用标准玻璃球喷头,喷头以正方形布置。
最不利点处喷头的工作压力为９mＨ2O。
首先选择喷头和布置喷头，然后布置管网,最后根据计算各个喷头的压力和流速，最后计算出管道的直径大小,压力和流速。
关键词：
自动喷水灭火系统；工作压力;流速
Thisｐapｅrtｅｌls theｓtoryofａuｔomaｔicwaｔerｓpraｙing firｅextinguisｈｉngsystｅm and cloｓeｄ automatiｃ sprinｋlersysｔem ｄesiｇｎ,tｈedｅsignｉsa dangeｒouｓbｕilｄiｎgswhichpａｒt ofthemostunfａvoｒable ｅｆfeｃt areａ20０m2,aboｕt （17ｘ12m）; ambient ｔｅmｐerature ｏf 25DEＧ C,thｅseleｃtionstandａｒd oｆｇlaｓｓ bａllspriｎｋlｅrnozｚlearearraｎｇediｎａsqｕare．Ｔｈｅｗorking ｐrｅｓｓure ofthenｏｚzleatthemosｔunfavorablｅpoint iｓ9mH２O.Firstselectthenoｚzleaｎdlａyout,anｄthenarrａngethe pipｅｎetworｋ,ａnｄ fiｎallyａccoｒｄingtotheｃaｌculaｔiｏｎｏfｔｈｅpressure andfloｗofeachｎozzｌe, ａndfｉnallycalｃuｌatｅ thedｉamｅterof theｐipe ｄiaｍeteｒ,presｓuｒeandfloｗ ｒate.
Key ｗｏｒds:
automatic watersprａｙｉｎgfｉｒeextiｎguishing ｓｙｓtem； worｋing ｐressuｒe;flｏwraｔe
摘要I
目录ﻩ0
1自动喷水灭火系统组成ﻩ１
2ﻩ闭式自动喷水灭火系统设计ﻩ2
2.1ﻩ系统应用场所ﻩ2
2.2确定所设计的建、构筑物的火灾危险等级ﻩ３
2.3设计题目的确定ﻩ3
2.4确定设计和计算所需的基本参数3
3喷头和管网布置ﻩ５
3.１喷头的选择和布置5
3．2ﻩ系统管网的选择及其布置。
5
4管网水力的计算７
4.1水力计算公式ﻩ7
4.2ﻩ水力的详细计算ﻩ8
5ﻩ核算管网设计参数ﻩ12
5．１ﻩ设计作用面积内的平均喷水强度为：
ﻩ12
5．2ﻩ设计作用面积内各管道流速要求:
ﻩ12
5.3系统各管道管径要求ﻩ12
６管网平面透视图和管网布置图ﻩ１3
７ﻩ结束语1４
参考文献ﻩ15
正文
1自动喷水灭火系统
自动喷水灭火系统由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置（水流指示器或压力开关）等组件，以及管道、供水设施组成,并能在发生火灾时喷水的自动灭火系统。
闭式系统
是指由水源、管网、喷淋水泵及控制柜、闭式喷头、报警控制装置等组成,是一种能够自动探测火灾并自动启动喷淋水泵灭火的固定灭火系统。
可分为湿式自动喷水灭火系统、干式自动喷水灭火系统、预作用自动喷水灭火系统。
湿式系统
由喷头、管道系统、湿式报警阀、报警装置和供水设施等组成。
由于该系统在报警阀的前后管道内始终充满着压力水，故称湿式喷水灭火系统或湿管系统。
湿式喷水灭火系统具有结构简单、施工和管理维护方便、使用可靠、灭火速度快、控火效率高等优点。
但由于其管路在喷头中始终充满水，所以应用受环境温度的限制,适合安装在室内温度不低于4℃，且不高于70℃能用水灭火的建、构筑物内。
工作原理：
火灾发生时，在火场温度的作用下，闭式喷头的感温元件温升达到预定的动作温度范围时,喷头开启,喷水灭火。
水在管路中流动后，打开湿式阀瓣,水经过延时器后通向水力警铃的通道,水流中水力警铃发出声响报警信号,与此同时，水力警铃前的压力开关信号及装在配水管始端上的水流指示器信号传送至报警控制器控制室,经判断确认火警后启动消防水泵向管网加压供水,达到持续自动喷水灭火的目的。
2闭式自动喷水灭火系统设计
2.1系统应用场所
闭式自动喷水灭火系统常用于性质重要且火灾危险性大的场所。
⒈高层民用建筑
⑴建筑高度不超过１0０ｍ的一类高层民用建筑及其裙房的下列部位（除普通住宅和高层建筑中不宜用水扑救的部位外）
1舞台、观众厅、展览厅、多功能厅、门厅等公共活动用房;
2走道、办公室和旅馆的客房；
3可燃物品库房;
4高级住宅的居住用房；
5自动扶梯底部和垃圾道顶部。
⑵二类高层民用建筑中的商业营业厅、展览厅等公共活动用房和建筑面积超过200m2的可燃品库房。
⑶ 高层民用建筑中经常有人停留或可燃物较多的地下室房间。
⑷建筑高度超过１0０m的高层民用建筑内。
⒉工业厂房与低层民用建筑
⑴等于或大于50000纱锭的棉纺厂的开包、清花车间；等于或大于５00０锭的麻纱厂的分级、梳麻车间；服装、针织高层厂房；面积超过1500m2的木器厂房；火柴厂的烤梗、筛选部位;泡沫塑料厂的预发、成型、切片、压花部位。
⑵每座占地面积超过1000ｍ2的棉、毛、丝、麻等及其制品库房；每座面积超过600ｍ2的香烟、火柴库房;建筑面积超过50０m２可燃品地下库房;可燃、难燃物品高架库房和高层库房（冷库、高层卷烟成品库房除外）；省级以上或藏书量超过100万册的图书馆书库。
⑶ 超过１50０个座位的剧院观众厅、舞台上部（屋顶为金属结构时）;超过2000个座位的会堂或礼堂的观众厅;超过3０00个座位的体育馆的观众厅吊顶上部、贵宾室、器材间、运动员休息室。
⑷省级邮政楼的邮袋库。
⑸每层面积超过3００0m2或建筑面积超过9000m2的百货商场、展览大厅。
⑹ 设有空气调节系统的旅馆、综合办公楼内的走道、办公室、餐厅、商店、库房和无楼层服务台的客房。
⑺ 飞机发动机实验台的准备部位。
⑻国家级文物保护单位的重点砖木或木结构建筑。
⒊汽车停车库
地下停车库、多层停车库和低层停车库应设自动喷水灭火系统。
⒋人防工程
使用面积超过1000m2的商场、医院、旅馆等公共场所
⑵超过800个座位的电影院、礼堂的观众厅,且吊顶下表面至观众席地面高度不超过８m时；舞台面积超过２00m2时。
2.2确定所设计的建、构筑物的火灾危险等级
据建筑物、构筑物的火灾载荷（由可燃物的性质、数量和分布状况决定）、室内空间条件（面积、高度）、人员密集程度、采用自动喷水灭火系统扑救初期火灾的难易程度，以及疏散及外部增援条件等因素划分设置场所火灾危险等级。
建筑物内存在物品的性质、数量，以及其结构的疏密、包装和分布情况,将决定火灾载荷及发生火灾时的燃烧速度与放热量,是划分自动喷水灭火系统设置场所火灾危险等级的重要依据。
共计:
轻危险级、中危险级（其中又分为Ⅰ级和Ⅱ级）、严重危险级（其中又分为Ⅰ级和Ⅱ级）、及仓库危险级（其中又分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级）。
⒈严重危险级：
火灾危险性大、可燃物多、发热量大、燃烧猛烈和蔓延迅速的建、构筑物；
⒉ 中危险等级：
火灾危险性较大、可燃物较多、发热量中等、火灾初期不会引起迅速蔓延的建、构筑物；
⒊轻危险等级：
火灾危险性小、可燃物量少、发热量较小的建、构筑物；
2.3设计题目的确定
某中危险级建筑物其中一部分的最不利作用面积为180m２，为（15×12ｍ）；环境温度为25℃，选用标准玻璃球喷头,喷头以正方形布置。
最不利点处喷头的工作压力为1１mH2Ｏ，即0．１1MＰa
2.4确定设计和计算所需的基本参数
表2.4.1同一根配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距：
危险等级
喷水强度
（L/miｎ
m2）
正方形布置的边长（ｍ）
矩形或平行四边形布置的边长（ｍ）
一只喷头的最大保护面积（ｍ２）
喷头与端墙的最大距离（m）
轻危险级
４
４.４
4.5
20.０
２.1
中危险Ⅰ级
6
3.6
４.0
１2.5
１.8
中危险Ⅱ级
８
3.4
3.６
1１.5
1.7
严重危险级
1６
3.0
3.6
9．0
1.５
注:
1仅在走道设置单排喷头的闭式系统,其喷头间距应按走道地面不留空白点确定；
２货架内喷头的间距不应小于2.0ｍ，并不应大于3.0m。
表２．4.２轻危险级、中危险级场所配水支管、配水管控制的标准喷头数：
公称直径（mｍ）
控制的喷头数（只）
轻危险级
中危险级
25
１
1
3２
３
3
４0
５
4
50
10
8
65
1８
12
８0
４8
32
1０0
-
64
2.4．３当量长度表
管件名称
管件直径（mm）
25
3２
40
5０
70
8０
1０0
１２５
１50
450弯头
0.3
0.3
0.６
0．6
0.9
0.9
1.2
1．5
2.１
９00弯头
０.6
0.９
1.2
1．５
1.8
２．１
3.1
３.7
4.3
三通或四通
1.5
1.8
2.4
3.1
３.7
4.6
6．1
7．6
9.2
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
4.９
6.7
8.3
9．8
异径接头
32/
25
４0/
32
50/
40
70/
５0
80／
70
１00/
８0
12５/
１00
150／
125
500/
150
0.2
0.3
0.3
0.5
0.6
０.8
1.1
1.３
1.6
注：
1过滤器的当量长度，由生产厂提供；
2当异径接头的出口直径不变而入口直径提高一级时，其当量长度应增大0.5倍,提高２级或2级以上时，其当量长度应增1.0倍。
※三通管的当量长度一律算在总管上
2.4.４流速系数表
管材
管径（mm）
２５
32
40
５0
70
８0
100
150
200
流速系数
钢管
1.883
１.05
0.8
0.４7
0.2８3
0.2０4
０.１15
0.05３
铸铁管
0.１27３
０.0566
0.0３18
ﻬ
3喷头和管网布置
3.1喷头的选择和布置
本次设计选用标准玻璃球洒水喷头,公称直径为15mm，K=80.
玻璃球洒水喷头是组成湿式系统的关键部件。
该部件是由热敏感元件（玻璃球）及密封组件所组成的自动洒水喷头,在火焰温度的作用下，达到预定温度时启动，并按设计形状和水量在保护面积内喷水灭火。
该系统产品具有外形美观，动作灵敏,性能稳定,体积小、重量轻、结构紧凑,安全可靠,耐蚀性好，使用期长等特点。
在系统中,玻璃球洒水喷头起探测火警、启动系统和喷水灭火的作用。
广泛应用于一切能用水进行灭火的场所。
喷头矩形布置计算公式为:
Aｓ＝ＳX （２-1）
式中:
Aｓ—喷头的最大保护面积
S—喷水支管之间的距离，m；当正方形布置时,S=Ｘ
X—同一支管上两相邻喷头之间的间距,m
公式2－1中S和X不应超出“喷规”规定的各种喷头的最大间距,不应小于“喷规”规定的喷头最小间距。
NFPＡ规定:
标准喷头与墙的最小间距为10０ｍm
喷头布置时，应按照表2．4.１所规范进行布置。
本设计选用中危险级,最不利面积为１５*12ｍ2，正方形。
计算结果如下:
S=Ｘ=3.5m,短长边与墙之间距离分别为0.5m和1m,R=２．47５m.
短边上的应装喷头数为（12/3.５+1）=4.4,取整为4个,余下为短边墙距。
长边上的应该喷头数为（1５/３．5+1）＝5.3,取整为5个,余下为长边墙距。
最终确定该区域的喷头数为２０个,以正方形布置，布置情况如下图2.５.1所示。
3.2系统管网的选择及其布置。
根据有关规范（表2．4.2）预选管径，本设计系统共布置了20个喷头,系统报警器和水流指示器各一个。
对管径进行估算预选，根据设计规范ＧＢ５0０８４－２005，管道内的水流速度宜采用经济流速,必要时可超过５m/s,但不可超过１0m／ｓ;配水管的入口压力不应大于0．40MＰa。
支管全部选取为４0mm管径的管道，其布置平面图如下2.５.2所示。
图２.5.１喷头布置图
图２.5.2管网布置图
4管网水力的计算
4.1水力计算公式
本文通过沿程计算法进行管道水力计算,首先确定本设计所需的参数由表2．４．３;表2.４．4可查出所需参数。
每个喷头的喷水量计算:
q = k
式中:
q——每个喷头的喷水量 ，L/min
P¬¬——喷头处的工作压力，MPａ
K¬——流量特性系数，本文取用K＝80．
对管道水流速度的校核：
Vp＝Ｋp
Q（n－1）~n
式中：
Vｐ——管道流速，ｍ／s
Q（ｎ-１）～ｎ——管段流量,L/s
Kｐ——流速系数,可由表２.4．5得出.
沿程水头损失：
i=０．0０00107V2/（ｄj）1.3
式中：
i——每米管道的水头损失，MPa/ｍ
Ｖ——管道内水的平均流速,m／s
dｊ——管道的计算内径（ｍ），取值应按管道的内径减1ｍm确定。
管道的直径应经水力计算确定。
轻危险级、中危险级场所中各配水管入口处的压力均不应大于0.40ＭＰａ。
系统入口处所需压力
H＝∑h+Ｐ0＋Z
式中:
Ｈ——水泵扬程或系统入口处所需压力，MPa
∑h—管道沿程和局部的水头损失的累计值（MPa），湿式报警阀、水流指示器取值０.０２MＰａ，雨淋阀取值0.０7ＭPa；
P0——最不利点处喷头的工作压力,MPａ;
Ｚ——最不利点处喷头与消防水池的最低水位或系统入口管水平中线之间的高程差,当系统入口管或消防水池最低水位高于最不利点处喷头时，Z应取负值,MPa。
本文取1１mH2O.
用管系特性系数（Ｋg）法：
管系特性系数可根据总输出的节点流量和该节点的压力按下式计算,
Kｇ=Ｑ（n-１）～ｎ/
式中:
Kｇ——管系流量系数,反应管系的输水性能；
Q（ｎ－1）~n——管系总输出节点处的流量,Ｌ/s
Hn——管系总输出节点处的压力，ＭPa
当水力情况完全相同（喷头构造、数量、管段长度、管径、标高等）时，其管系特性系数也相同,即KｇⅠ=ＫｇⅡ=Kgi,此式也可改写成:
Q1/
＝Ｑ2/
4.2水力的详细计算
1）确定最不利点:
如图可知，最不利点为A１和D1,从理论上来说,支管A，A分别和支管E,D上得喷头各项数值相等。
故选取其一开始计算,本文选取A1作为最不利点进行计算,在规定的最不利点工作压力为0.0９ＭPa。
2）节点A1～A2的水流量为：
Qa1=
＝8０*
=75.8９L／min＝1．26L/Ｓ
※（下文全部自动换算L／min为L/S,取K=1.333）
选用公称直径为d=25mｍ的管道。
管道流速V1～２为：
V1~2=Ｋ1~２*Q1～2=1．８８3*1．26= ２.37m/s
沿程损失为:
H1~２＝L*0.00００107＊V2/（dj）1.3=３．5*０.0000107*2.6３３22／（0．039）1.３＝0.0350MＰa
该管径为90°弯管,由表2.4.3可得,当管径为25mｍ时，当量长度为0.6.管径由25ｍm变为32ｍｍ，当量长度为0．2，计算其局部损失为:
h１~2=L1*0.00０0１0７＊Ｖ2/（dj）１.３,0.8*0.00０0１07*２．6３322/（0.0２3）１.３＝0．008
总损失H`1～２＝０.035０+0．008＝０.０430MPａ
※下文将沿程损失和局部损失统一计算。
3）节点A２的水压为:
ＰA2=p+H`Ａ~A2=0.1１＋0.04３０=0.1530MＰa
则管段a2～a３的流量为：
ＱB1=
=１．３3３*
＝1.6493L/S
选用公称直径为d=32mm的管道，管道流速VB～C为:
Va2~ａ３=Ka2~a3＊Qａ2~a３=1.05*１.64９３=1.7318m／s
该管径为直流三通,由表２.4.4可得,当管径为32mm时，当量长度为2.４
总损失为：
Ha2~a3=（3.5）*0.０00０107*1.73182/（0.031）１.3=０．0103MPa
4）节点A3的水压为：
PA3=PA2+H`a2~a３=０.1530+0.0１03=0．16３3MPａ
则管段a3～ａ4的流量为：
Qa3~ａ4=
=1．３３3*
=1．70３8L/S
选用公称直径为d=3２mｍ的管道，管道流速Va３～a4为:
Va3～a４=Ka3~a4＊Ｑa3~a４=1.05*１.７0３8=１．７89０m/s
总损失为：
Hａ３～a4＝（3.5）＊0．0０００10７*１．7０3８2/（0.０3１）1.３=0.００81MPa
5）节点A4的水压为:
ＰA4= ＰＡ３+H`a3~a4=0.1633＋０.00８１＝0.171４ＭPa
则管段a3~a４的流量为：
Ｑa4~a5=
1．333*
=１.745７L／S
选用公称直径为d=32mm的管道,管道流速Va３~a4为：
Va4~a5=Ka4~ａ５*Ｑa４~a5=１.０5*１.7457=1.833０m／s
总损失为:
Ha4～a５=（0.5+2.4）*0.000０107*1．83302／（0.03１）1.3＝0.0012ＭPａ
6）节点A5的水压为:
ＰA5=ＰA４+H`a4~a５=0.１７14+0.0012＝０．1７26MＰa
则管段a5~b5的流量为：
Qa5~b５=Q1～２+Q2～３+Q３～4+Q4~５=1.３９８４+1.64９3＋1.７０3８＋１．7457＝６．4972L/S
选用公称直径为d=４０ｍm的管道,管道流速Va5～b５为:
Va5~ｂ5＝Ｋ a5~b5*Qａ5~b5=０.8*5.7781=5.１9７7m／ｓ
该管径为9０°弯管,由表２.4.３可得，当管径为４0mm时,当量长度为1.2，由于管道由32mm变为４0mｍ,异径接头的当量长度为0.3.
总损失为:
Ｈａ5～b５=（3.5＋1.5）*0.000０１０7*5．１９７72/（0.０３9）1.3=0.0９81MPa
7）节点B5的水压为：
PB5= PA5+Ｈ`ａ5~b５=0.17２6+０．0981=0.２707MPa
管段B５～B4的流量为：
ＱB5~B4=Qa５*
＝6．4972＊（0.270７/0．17２6）＾０.5=８.136１Ｌ/S
管段B5~Ｃ5的流量为：
QB５～C５=QB５~B4+QＡ5~Ｂ5=6．4972+8.１３61＝１４.633３L/Ｓ
选用公称直径为d=70mｍ的管道，管段B５~C5的流速为:
Ｖb5~c5＝Ｋb５～ｃ5＊Qb５~ｃ5＝0.２8３*１4.6333=4．141２m／s
该管径为直流三通,由表2.4.３可得，当管径为７0mm时，当量长度为３.7，由于使用40/50的异径接头的流速未能符合规范要求，因此使用40/70的异径接头,其当量长度为0.3*2=０.6.
总损失为:
Hb5～c5＝（3.5＋3.７＋0.６）＊0．0000１07*４.１4122/（0.0６9）１.3=0.0579MPa
8）节点C5的水压为：
Pｃ5=Pb5+Ｈb５～c5=0.2707+0．0５79=０．3286ＭPa
管段C5~C4的流量为：
Ｑｃ5~ｃ4＝Qb5＊
=8．1361＊（0.328６/0.２70７）＾0.5＝8.9640L/S
管段C5～Ｆ的流量为该三通的三个出口流量之和:
Ｑｃ5~Ｆ`＝Ｑc５～c4＋Qb5~ｃ5+ＱD5~C5=8.9６40+１4.６333+14.6333＝3８.231L/S
该管径为直流三通,由表２.4.3可得，当管径为70mm时，当量长度为3.1
总损失为：
Hc5＝３.1＊０．００00107*4.141２2/（0.0６9）１.3=０.01８4MPａ
9）节点C5`的水压为:
PC5`=PＣ５+Hc5 ＝0．32８6+0.０18４=0.3４7MＰa
选用公称直径为d=80mm的管道,管段C５～0的流速为:
Vc5~o=Kc5~0*Q c5~F=0.2０４*３8.２３1=7.799m/s
管段Ｃ４｀~Ｆ处有管件规格为70/80的异径接头，取当量直径为0．6,管件止回阀，取当量直径为４.9;节点F处管径为90°弯管，当管径为8０ｍm时，当量长度为2.1；总当量为７.6
湿式报警阀、水流指示器取值0．02MPa。
总损失为:
Hc５～o＝∑h＋hｓ=（７.6）＊0.000010７＊7.79902/（０．０79）１.３+0．02＊2=0.201MPa
10）节点O的扬程为:
H=∑h＋P0＋Z=ＰＣ5`+Hｃ5～ｏ＋Z=0.347+0.201+0．11=0.65８MＰa=65.8mＨ2Ｏ
ﻬ
5核算管网设计参数
5.1设计作用面积内的平均喷水强度为:
QZ／Ａ＝
=０.212（L/ｓ·m2）=12.74（L/miｎ·m2）＞６（L／min·m2）符合表2.4.1的设计规范。
5.2设计作用面积内各管道流速要求：
本系统中各管道流速最大值为9.4122（ｍ/s）＜１0（m／s）,符合设计规范GB５0084-２00５中规定的,管道内的水流速度宜采用经济流速,必要时可超过５m／s,但不可超过10ｍ/ｓ;
5.3系统各管道管径要求
本系统中各支管的中32管径控制每条支管的最不利点处喷头1个,40ｍｍ管径控制另外3个喷头,符合表2.4.２轻危险级、中危险级场所配水支管、配水管控制的标准喷头数的要求。
消防水箱的出水管规定，在轻危险级、中危险级场所的系统，管径不应小于80mｍｍｍ,严重危险级和仓库危险级不应小于100ｍm,本系统的出水管径为8０mm符合规范要求。
6管网平面透视图和管网布置图
7结束语
在这次的课程设计中，通过课堂上学习到的知识，老师给的一些教程和参考，以及查找相关的书籍资料，还有结合同学的指导，完成了这篇课程设计,从这篇课程设计中，我了解到了关于消防安全知识的重要,也知道了关于消防安全设计有关的方法,同时也认识到自己有很多的不足之处,以后会更加努力的。
参考文献
1.《防火防爆技术》作者：
崔政斌 石跃武出版社：
化学工业出版社 出版时间：
２010年0３月IＳBＮ：
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