酒店宴会厅自动喷水灭火系统水力计算研究

杨培云

(厦门合立道工程设计集团股份有限公司 福建厦门 361006)

0 引言

《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084-2017)(以下简称“喷规”)[1]调整了高大空间场所自动喷水灭火系统(以下简称“喷淋系统”)的喷水强度、作用面积和喷头流量系数的相关规定,同时将管道沿程阻力损失的计算公式由舍维列夫公式调整为海澄威廉公式。本文以酒店宴会厅为例，依据逐点精确水力计算的结果，深入分析这些调整所引发的变化。

1 计算样本

1.1 计算简图

酒店宴会厅作为举办招待会、宴会、舞会等场所，其平面尺寸通常不小于40m×20m，净高一般在8m～12m之间。本文选取的宴会厅，平面尺寸为42m×24m，净高10m，属于高大空间场所。喷头间距为2.4m×2.4m，均为下喷，喷头流量系数为K=115，短立管长度为0.6m，管材为热镀锌钢管。最不利点作用面积161.28m2，计算喷头数28只，计算简图如图1所示。

图1 计算简图(2.4m×2.4m)

1.2 计算方法

采用的计算方法共分3步：首先，计算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(以下简称“最小喷强”)是否满足规范要求；其次，计算作用面积内的平均喷水强度(以下简称“平均喷强”)是否满足规范要求；最后，复核最不利点处喷头的工作压力(以下简称“喷头压力”)是否满足规范要求。满足上述3点，可视为满足规范最低要求。

1.3 计算参数和结果

喷淋系统的水力计算结果受较多参数影响，通过调整一个参数并保留其余参数不变的方式，便于分析每个参数对计算结果的影响。按表1所示逐个调整参数进行计算，满足规范最低要求的计算结果汇总详表2。

表1 调整参数表

表2 不同参数计算汇总表

注：表2中入口流量指图1中G44管段流量，即作用面积内喷头同时喷水的总流量；入口压力指作用面积入口处J45节点压力。

2 计算分析

2.1 海澄威廉系数

“喷规”表9.2.2中镀锌钢管的海澄威廉系数为120，而此条的条文解释中公式(7)却按100取值[1]，有些前后矛盾。《建筑给水排水设计规范》(以下简称“建水规”)第3.6.10条中普通钢管取值为100[2]。海澄威廉系数取值的差异，主要考虑的是管道内的水体是否经常流动。当水体流动时，水中掺杂的空气会加速镀锌钢管的腐蚀，故给水系统按100，消防系统按120。这种差异在NFPA中的表述是“用于干式和预作用系统的镀锌钢管海澄威廉系数为100，湿式和雨淋系统为120[3]”。

海澄威廉系数与管材的粗糙度有关，其取值为120时，在NFPA中建议的当量粗糙度为0.1mm[3]，而在国内规范中新镀锌钢管一般为0.15mm。两值的差异与镀锌工艺有关，美国为冷镀，中国为热镀。若当量粗糙度按0.15mm考虑，则海澄威廉系数取值为110计算误差更小。而且，受国内目前的管道产品质量、施工质量和消防系统维护保养状况等因素所限，“喷淋系统”锈蚀现象较为普遍，海澄威廉系数似乎按110取值更符合实际情况(计算值见序号2)。

2.2 短立管

短立管是指“连接洒水喷头和配水支管的立管”[1]，无论其向上还是向下，都是客观存在的。序号3的计算结果显示上喷和下喷的流量差异较小，两者的压力差异主要是喷头安装的竖向高差导致；但如果不考虑短立管时，计算值准确性较差(序号4)。

短立管的计算一共包含4部分内容，分别是配水支管接短立管处三通侧向流的当量长度、短立管接喷头的异径接头当量长度、短立管沿程损失和短立管竖向高差。计算中加入短立管水头损失后，布水更均匀，计算流量更合理。

2.3 入口压力

当“喷头压力”为50kPa时，入口流量为43.61L/s(序号1)；当“喷头压力”增加为100kPa时，入口流量为61.33L/s(序号5)；当入口压力增加为300kPa时，入口流量为(序号6)。入口压力增加导致流量显著增加的主要原因是海澄威廉公式计算值比舍维列夫公式小很多，入口压力大部分转化为喷头的工作压力。

入口压力(J45节点压力)并不等于减压孔板下游压力，两者之间相差一段配水管的水头损失。不同项目中这段管道的长度不一样，无法一概而论。本文中的管长按40m、管径为DN125，不同喷头间距的计算结果见表3所示。从表3可以看出，当减压孔板下游压力按规范值400kPa时，喷水强度均大于规范值较多，故建议将减压孔板下游压力控制在250kPa～300kPa之间，此时入口流量不至于过大。

表3 不同喷头间距限定入口压力计算汇总表

2.4 直向流局部水头损失

直向流局部水头损失，是指三通或四通配件中直线通过的水流产生的局部水头损失。“建水规”附录D中列出了直向流的当量长度，约为转角流的20%[2](此表与《UNIFORM PLUMBING CODE》中的数值一致)。而“喷规”和NFPA均未要求计算直向流损失，其中NFPA中的表述是“三通或四通中水流方向变化时应计算当量长度，直线通过的水流不计算当量长度”[3]。

直向流损失是客观存在的，不清楚为何中美的消防规范均未考虑，也许是因为这部分损失并不大，为了简化水力计算而省略。是否考虑直向流损失对于流量和压力均略有影响(序号7参考“建水规”附录D取值)，建议水力计算时应考虑这部分损失，这样的计算结果相对而言更偏安全，且更符合实际情况。

2.5 喷水强度

“喷规”表5.0.2中民用建筑高大空间场所分为两类：第一类是中庭、体育馆、航站楼等，第二类是影剧院、音乐厅、会展中心等[1]；第二类与第一类相比，具有软装较多，燃烧时蔓延速度较快，放热量较大，有害气体生产量较大，人员相对较难疏散等特点。酒店宴会厅与第二类场所更接近，故“平均喷强”取值应不小于15L/min·m2，按此喷水强度简单推算系统流量不小于40L/s(15×160/60)。

“喷规”第9.1.5条规定中，危险级场所的“最小喷强”不应低于“平均喷强”的85%，[1]但并未明确高大空间的中危险级场所执行或不执行此条规定。喷头水滴的运动轨迹可视为斜抛运动，当保护高度越高时，喷水覆盖范围越大，单位面积内喷水强度越小；[4]而且高大空间场所喷水灭火效果取决于初期开放的几只喷头的控火效果，加大喷水强度至关重要[5]，“最小喷强”是否还能按85%折减值得商榷。

毫无疑问，不折减的计算值肯定大于折减的计算值。序号8按“最小喷强”15L/min.m2(不折减)计算，其入口流量计算值为序号1(折减)的1.04倍。随着喷头间距的增加，比例不断增加，当喷头间距增至3m时，为1.08倍。

3 设计建议

3.1 喷头间距

当入口压力相同时，喷头间距越小，流量越大，即超出规范规定的喷水强度越多(表3)。“喷规”允许喷头间距在1.8m～3.0m之间取值，[1]工程设计时，建议喷头间距尽量靠近上限3m设置，既能节省管网造价，也能避免水量过度流失。[6]

3.2 系统流量

系统设计流量建议按50L/s。整栋建筑中宴会厅一般位于裙房，所需流量较大而压力不高；客房位于塔楼，所需流量不大而压力较高。消防水泵的参数选择可按宴会厅处干管流量为设计选泵流量的150%时，宴会厅处干管压力不低于设计选泵压力65%[6]。

3.3 配水管道管径

喷头间距影响喷头出流量，继而影响配水管道管径。建议喷水支管变径，既节省管材也有利于控制流量。管道流速控制≤5m/s相对经济合理，汇总如表4所示。

表4 配水支管、配水管控制的扩大覆盖面积洒水喷头数量

注：表4中喷头保护面积A为喷头平均纵横间距的乘积，其可视为评判喷头布置密度的指标。

4 结语

宴会厅等高大空间场所喷水强度较大，喷头间距对流量的影响较大，以减压孔板下游压力400kPa为例，喷头间距1.8m时的流量约为喷头间距3m的1.6倍，故应进行水力计算。

水力计算以现行规范相关规定为准，条件允许时，水力计算应包含短立管，直向流当量长度和海澄威廉系数的合理取值。短立管的计算包括侧向流、异径接头、沿程损失和竖向高差；直向流与侧向流的局部水头损失不同，故当量长度不同，计算中考虑直向流当量长度更合理，可参考“建水规”附录D取值，但也不能将两者混为一谈，不加区分会导致计算结果偏大很多；海澄威廉系数取值与管道粗糙度有关，建议按110取值，误差更小。综合考虑这些因素后，计算结果更为安全、合理。

与酒店宴会厅火灾危险性相类似的其他高大空间场所(净空高度8m～12m)，也可适当参考本文的分析和建议。