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3.4 设计参数与水力计算


I 设计参数
3.4.1 喷头的最低设计工作压力不应小于1.20MPa。
3.4.2 闭式系统的喷雾强度、喷头的布置间距和安装高度,宜经实体火灾模拟试验确定。
    当喷头的设计工作压力不小于10MPa时,闭式系统也可根据喷头的安装高度按表3.4.2的规定确定系统的最小喷雾强度和喷头的布置间距;当喷头的设计工作压力小于10MPa时,应经试验确定。
表3.4.2 闭式系统的喷雾强度、喷头的布置间距和安装高度
 表3.4.2 闭式系统的啧雾强度、喷头的布置间距和安装高度
3.4.3 闭式系统的作用面积不宜小于140m2
    每套泵组所带喷头数量不应超过100只。
3.4.4 采用全淹没应用方式的开式系统,其喷雾强度、喷头的布置间距、安装高度和工作压力,宜经实体火灾模拟试验确定,也可根据喷头的安装高度按表3.4.4确定系统的最小喷雾强度和喷头的布置间距。
表3.4.4 采用全淹没应用方式开式系统的喷雾强度、喷头的布置间距、安装高度和工作压力
 表3.4.4 采用全淹没应用方式开式系统的喷雾强度、喷头的布置间距、安装高度和工作压力
 表3.4.4 采用全淹没应用方式开式系统的喷雾强度、喷头的布置间距、安装高度和工作压力
3.4.5 采用全淹没应用方式的开式系统,其防护区数量不应大于3个。
    单个防护区的容积,对于泵组系统不宜超过3000m3,对于瓶组系统不宜超过260 m3。当超过单个防护区最大容积时,宜将该防护区分成多个分区进行保护,并应符合下列规定:
    1 各分区的容积,对于泵组系统不宜超过3000 m3,对于瓶组系统不宜超过260 m3
    2 当各分区的火灾危险性相同或相近时,系统的设计参数可根据其中容积最大分区的参数确定;
    3 当各分区的火灾危险性存在较大差异时,系统的设计参数应分别按各自分区的参数确定;
    4 当设计参数与本规范表3.4.4不相符合时,应经实体火灾模拟试验确定。
3.4.6 采用局部应用方式的开式系统,当保护具有可燃液体火灾危险的场所时,系统的设计参数应根据产品认证检验时,国家授权的认证检验机构根据现行国家标准《细水雾灭火系统及部件通用技术条件》GB/T 26785认证检验时获得的试验数据确定,且不应超出试验限定的条件。
3.4.7 采用局部应用方式的开式系统,其保护面积应按下列规定确定:
    1 对于外形规则的保护对象,应为该保护对象的外表面面积;
    2 对于外形不规则的保护对象,应为包容该保护对象的最小规则形体的外表面面积;
    3 对于可能发生可燃液体流淌火或喷射火的保护对象,除应符合本条第1或2款的要求外,还应包括可燃液体流淌火或喷射火可能影响到的区域的水平投影面积。
3.4.8 开式系统的设计响应时间不应大于30s。
    采用全淹没应用方式的开式系统,当采用瓶组系统且在同一防护区内使用多组瓶组时,各瓶组应能同时启动,其动作响应时差不应大于2s。
3.4.9 系统的设计持续喷雾时间应符合下列规定:
    1 用于保护电子信息系统机房、配电室等电子、电气设备间,图书库、资料库、档案库,文物库,电缆隧道和电缆夹层等场所时,系统的设计持续喷雾时间不应小于30min;
    2 用于保护油浸变压器室、涡轮机房、柴油发电机房、液压站、润滑油站、燃油锅炉房等含有可燃液体的机械设备间时,系统的设计持续喷雾时间不应小于20min;
    3 用于扑救厨房内烹饪设备及其排烟罩和排烟管道部位的火灾时,系统的设计持续喷雾时间不应小于15s,设计冷却时间不应小于15min;

    4 对于瓶组系统,系统的设计持续喷雾时间可按其实体火灾模拟试验灭火时间的2倍确定,且不宜小于10min。
3.4.10 为确定系统设计参数的实体火灾模拟试验应由国家授权的机构实施,并应符合本规范附录A的规定。在工程应用中采用实体模拟实验结果时,应符合下列规定:
    1 系统设计喷雾强度不应小于试验所用喷雾强度;
    2 喷头最低工作压力不应小于试验测得最不利点喷头的工作压力;
    3 喷头布置间距和安装高度分别不应大于试验时的喷头间距和安装高度;
    4 喷头的安装角度应与试验安装角度一致。
II 水力计算
3.4.11 系统管道的水头损失应按下列公式计算:
公式3.4.11 
式中:Pf——管道的水头损失,包括沿程水头损失和局部水头损失(MPa);
    Q——管道的流量(L/min);
    L——管道计算长度,包括管段的长度和该管段内管接件、阀门等的当量长度(m);
    d——管道内径(mm);
    f——摩阻系数,根据Re和△值按图3.4.11确定;
    ρ——流体密度(kg/m3),根据表3.4.11确定;
    Re——雷诺数;
    μ——动力黏度(cp),根据表3.4. 11确定;
    △——管道相对粗糙度;
    ε——管道粗糙度(mm),对于不锈钢管,取0.045mm。
表3.4.11 水的密度及其动力黏度系数
表3.4.11 水的密度及其动力黏度系数
表3.4.11 水的密度及其动力黏度系数 
3.4.12 当系统的管径大于或等于20mm且流速小于7.6m/s时,其管道的水头损失也可按下式计算:
 3.4.12公式
式中:C——海澄-威廉系数;对于钢管和不锈钢管,取130。
3.4.13 管件和阀门的局部水头损失宜根据其当量长度计算。
3.4.14 系统管道内的水流速度不宜大于10m/s,不应超过20m/s。
3.4.15 系统的设计供水压力应按下式计算:
 3.4.15公式
式中:Pt——系统的设计供水压力(MPa);
      Pe——最不利点处喷头与储水箱或储水容器最低水位的高程差(MPa);
      Ps——最不利点处喷头的工作压力(MPa)。
3.4.16 喷头的设计流量应按下式计算:
 3.4.16公式
式中:q——喷头的设计流量(L/min);
      K——喷头的流量系数[L/min/(MPa)1/2];
      P——喷头的设计工作压力(MPa)。
3.4.17 系统的设计流量应按下式计算:
 3.4.17公式
式中:Qs——系统的设计流量(L/min);
      n——计算喷头数;
      qi——计算喷头的设计流量(L/min)。
3.4.18 闭式系统的设计流量,应为水力计算最不利的计算面积内所有喷头的流量之和。
     一套采用全淹没应用方式保护多个防护区的开式系统,其设计流量应为其中最大一个防护区内喷头的流量之和。当防护区间无耐火构件分隔且相邻时,系统的设计流量应为计算防护区与相邻防护区内的喷头同时开放时的流量之和,并应取其中最大值。
    采用局部应用方式的开式系统,其设计流量应为其保护面积内所有喷头的流量之和。
3.4.19 系统设计流量的计算,应确保任意计算面积内任意4只喷头围合范围内的平均喷雾强度不低于本规范表3.4.2和表3.4.4的规定值或实体火灾模拟试验确定的喷雾强度。
3.4.20 系统储水箱或储水容器的设计所需有效容积应按下式计算:
 3.4.20公式
式中:V ——储水箱或储水容器的设计所需有效容积(L);
      t ——系统的设计喷雾时间(min)。
3.4.21 泵组系统储水箱的补水流量不应小于系统设计流量。
条文说明
 
3.4 设计参数与水力计算
 
I 设计参数
3.4.2 本条规定了闭式系统的设计参数选择要求。
    由于细水雾产品多种多样,影响细水雾灭火效果的因素众多、关系复杂,细水雾灭火系统的研究、设计和应用一直建立在实体火灾试验或实体火灾模拟试验的基础上。NFPA 750及CEN/TS 14972中都没有规定具体参数,而是要求进行相关的火灾试验确定。因此,本规范在编制时,经多次讨论,确定以实体火灾模拟试验的结果作为系统参数设计的依据。这一规定要求制造商提供与实际应用场景相适应的细水雾灭火系统应用参数。否则,要按照本规范附录A的要求经实体火灾模拟试验确定。
    同时,考虑我国实际情况,为便于设计,在参考国内、外主要细水雾灭火系统生成商的相关试验结果和技术资料的基础上,规范组归纳总结出一些典型的系统设计参数值列于表3.4.2。细水雾灭火系统的特点和灭火机理,决定了其灭火效果与喷雾强度、雾滴动量、空间高度等参数有关。例如,同一细水雾灭火系统,如安装高度不同,其灭火效果可能会有很大差异。因此,表3.4.2中同时规定了在一定喷头设计工作压力范围内的系统喷雾强度、布置间距和安装高度等参数。
    尽管本规范表3.4.2中列出了部分典型场所在一定应用条件下的设计参数取值,但由于影响细水雾灭火效果的因素较多,不同制造商生产的产品性能差异较大,设计人员在设计时,还应根据制造商提供的细水雾灭火系统性能参数确定。但是,当制造商提供的参数取值小于本规范要求时,要按规范的取值确定。
    同时,由于能采用归纳法总结出来的参数有限,不能涵盖细水雾灭火系统的全部应用情况,当系统的实际设计和应用情况不符合表3.4.2的规定时,要进行实体火灾模拟试验并以试验结果为基础进行设计。为保证试验的客观公正和数据的可靠性,实体火灾模拟试验要由权威机构结合工程的实际情况,按照本附录第A.1节的要求进行。
3.4.3 本条规定了闭式系统的作用面积。该规定参考了NFPA 750“对于轻危险的公共空间和住宿空间,系统作用面积应是最大水力要求的覆盖区域,最大面积为140m2”的规定。作用面积的提法与现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084的相关术语保持一致。
3.4.4 本条规定了开式系统采用全淹没应用方式时的设计参数选择要求。
    本条规定与国际标准和本规范第3.4.2条对于闭式系统的规定原则一致,要求系统的设计参数以实体火灾试验的结果为基础,具体问题具体分析。对于开式系统采用全淹没应用方式,当用于保护电缆隧道电缆夹层、电子信息系统机房的地板夹层空间及存在可燃液体火灾危险的设备室时,有关实体火灾模拟试验可以参考本附录第A.2~A.5节的规定进行;当用于保护文物库、图书库、资料库、档案库、配电房或电子信息系统机房主机工作间等场所时,要由有关火灾试验的权威机构结合实际工程的具体情况,按照本附录第A.l节的原则要求设计试验方案和进行模拟试验。
    表3.4.4规定了部分典型应用场所在一定应用条件下的喷雾强度等设计参数。表中规定的喷雾强度值,是细水雾喷头在相应的最低设计工作压力、最大安装高度和相应布置间距时的最小喷雾强度。设计人员在选用本规范表3.4.2给出的设计参数时,需要同时参考制造商提供的细水雾灭火系统性能参数。当制造商提供的参数取值小于本规范要求时,要按规范的取值确定。
3.4.5 本条规定了开式系统采用全淹没应用方式时,可保护的防护区最多数量和单个防护区的最大容积。参考国际海事组织(IMO)等国际权威机构的试验结果,对于泵组系统,目前采用全淹没应用方式进行实体火灾模拟试验的防护区体积基本不超过3000m3。超过该体积时,系统的灭火有效性需要进一步试验验证。瓶组系统由于其持续供水能力有限,因此要求单个防护区的最大容积小于采用泵组系统保护时的容积。对单个防护区的容积进行限定也考虑到防护区容积过大时,采用全淹没应用方式不够经济。
    采用开式系统全淹没应用方式保护的单个防护区,当容积过大时,可将其分成若干个小于3000m3或更小的防护区后按照第3.4.4条的要求进行设计,也可以根据实际工程情况参考表3.4.4确定设计参数。当这些防护区的火灾危险性相同或相近,可以按照其中最大一个防护区的要求设计。
3.4.6 本条规定了开式系统采用局部应用方式时的设计参数选择。
    对于开式系统,当火灾可能发生在某一设备或设备的某一个或几个部位的危险场所,可采用局部应用方式。局部应用方式多用于保护室内油浸变压器、柴油发电机和燃油锅炉等设备。局部应用方式的喷头布置与保护对象关系密切,布置形式较复杂,系统喷雾强度的试验值差别也较大,不易统一。所以,开式系统采用局部应用方式保护存在可燃液体火灾的场所时,系统的设计参数以产品检测时测定的“局部应用细水雾灭火系统B类火灭火试验”数据为依据,但不能超出所测定的参数值。
3.4.7 本条规定了开式系统采用局部应用方式时的保护面积计算方法。
    开式系统采用局部应用方式保护特定对象时,向其表面直接喷雾,并使足够的细水雾覆盖或包络保护对象,是保证灭火效果的关键。一般,是将保护对象的外表面面积确定为设计的保护面积,但对于外形不规则的保护对象,则较复杂。本条规定的设计保护面积计算方法,参考了现行国家标准《水喷雾灭火系统技术规范》GB 50219的要求。
3.4.8 本条规定了开式系统的设计响应时间,以确保系统有效扑救初起火灾。同时,本规范还对一个防护区内使用多套预制瓶组系统的应用作了限制。
3.4.9 细水雾灭火系统的设计喷雾时间,是保证系统能否灭火并防止其复燃的重要参数,本条规定为强制性条文。该时间是在实体火灾模拟试验的实际灭火时间基础上,考虑安全系数确定的,也参考了国外相关标准规范的要求。
    对于用于扑救厨房内烹饪设备及其排烟罩和排烟管道部位火灾的系统,其设计喷雾时间要求参考了中国工程建设标准化协会标准《厨房设备灭火装置技术规程》CECS 233的规定。
3.4.10 本条规定了本规范第3.4.2、3.4.4条和3.4.5 条中有关系统实体火灾模拟试验的原则要求,主要规定了实体火灾模拟试验的实施机构、具体试验方案及试验结果的工程应用要求等。只有满足这些规定,实体火灾模拟试验的结果才可以作为确定系统设计参数的依据。
    附录A规定了细水雾灭火系统实体火灾模拟试验的火灾模型、试验的引燃方式和预燃时间等的要求,并规定了液压站、润滑油站、柴油发电机房、燃油锅炉房、涡轮机房等存在可燃液体火灾危险的场所,电缆隧道、电缆夹层、电子信息系统机房的地板夹层空间等场所的试验方法、试验程序及试验结果判定等,包括试验空间、设备模型、模拟火源。对于用于保护图书库、资料库、档案库或电子信息系统机房主机工作间、文物库、配电室等场所的细水雾灭火系统,目前尚无统一的试验方法。细水雾灭火系统用于保护这些场所时,需要由有关火灾试验的机构结合工程的实际情况,按照本规范第A.1节的要求确定火灾模型,并进行模拟试验。
II 水力计算
3.4.11、3.4.12 规范要求细水雾灭火系统采用Darcy-Weis-bach(达西-魏茨)公式进行管道水头损失计算。当系统管径大于20mm且流速小于7.6m/s时,管道水头损失可以采用Hazen-Williams(海澄-威廉)公式计算。与海澄-威廉公式相比,达西-魏茨公式考虑了水头损失受管道的粗糙度、管道内流体的密度、动力黏度、流速等因素影响的问题,较复杂,但更精确。
3.4.13 本条规定了系统管件及阀门局部水头损失的计算方法。
    区别于将沿程水头损失乘以系数作为局部水头损失的方法,当量长度计算方法较为精确,在欧美等国普遍采用。各种阀门、管接件、过滤器的等效当量长度由制造商提供。表4是摘录自NFPA 750有关铜连接件和阀的等效当量长度数据。
表4 铜管管件及阀门的当量长度(m
表4 铜管管件及阀门的当量长度(m) 
 表4 铜管管件及阀门的当量长度(m) 
    表4中所列的当量长度是以K型铜管为基准的数据,是基于Hazen-Williams(海澄-威廉)公式中C值取150确定的。对于C值取100、120、130和140 的情况,需将表中数值分别乘以0.472、0.662、0.767和0.880的换算系数。对于流线型的焊接连接件需要考虑一定的裕量。
3.4.17、3.4.18 规定了细水雾灭火系统的设计流量计算方法。系统的设计流量应从最不利点喷头开始,按沿程同时动作的每个细水雾喷头的实际工作压力逐个计算各喷头的流量,然后累计同时动作的喷头流量计算确定。
    第3.4.18条规定了累积同时动作的喷头数,即公式(3. 4.17)中的计算喷头数n。“当防护区间无耐火构件分隔且相邻时”,多数对应的是本规范第3.4.5条规定的、因单个防护区容积较大而分成多个较小防护区的情况。此时,为避免因着火点在划分的防护区交界处等,导致仅单个防护区内喷头开启而无法控制火势蔓延的情况,除要求着火的防护区的喷头喷放细水雾外,相邻两个防护区的喷头也要能够同时喷放细水雾。
3.4.20 本条规定了计算细水雾灭火系统储水箱或储水容器容量的方法。
    系统储水箱的容量要按储水箱的有效容积确定,即储水箱溢流口以下且不包括水箱底部无法取水的部分。对于泵组系统,无论外部水源能否在系统动作时保证可靠连续补水,其储水箱均需储存系统设计的全部灭火用水量。

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