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自动喷水灭火系统管网优化计算及电算程序

张馨元 张一杰

【摘 要】采用电算程序进行自喷管网水力计算，并可优化计算
【关键词】自动喷水灭火系统 水力计算 优化计算

自动喷水灭火系统管网水力计算目的是，在满足最不利用作用面积喷水强度的前提下，恰当确定管径、计算出管网系统所需的流量及水压，为设计系统供水设施提供依据，确保系统经济合理安全可靠。
自动喷水灭火系统设计，首先按设计规范规定，根据建筑物的性质，选择系统类型、设计参数、系统组件、布置喷头及管线，然后进行管网水力计算。管网水力计算先算出喷头所需的最小压力，从各支管下游末端向上游逐段计算流量、水头损失、节点水压及管段特性系数，直到管网系统起点。当多条支管汇集到某个节点时，从各支管计算出该节点的水压不一定相等，这就要按最大节点水压对较小节点压力的支管复算。将一个节点各支管水压调整计算相等，可称为节点水压平差，对于整个管网系统而言，就是管网平差。目前一般采用管段特性系数法平差。管段特性系数为某管段及其下游各管段及喷头固有的特性，该管段的流量与该管段起点水压的平方根的比值，即为该管段的特性系数。由已知起点压力，利用特性系数计算出该管段的流量、水头损失及该管段末端水压，然后重复上述方法计算下一管段，直至支管末端。特性系数法的一个特点是，特性系数的流量与水压的因次关系与管道水头损失公式及喷头流量公式因次关系相同，管道的流量与喷头的流量才能平衡；特性系数法的另特点是，管段的计算水压与喷头的计算水压应有相同的基准面并通过喷头孔口，各喷头的标高应相同。
自喷管网水力计算电算软件的功能是，从平面图生成计算草图用的轴测图，给管网各节点编号，按喷头或喷头流量系数确定管径，计算选定作用面积内各喷头流量、各管段流量、水头损失、各节点水压、进行优化计算。计算结果有管网编号图、水力计算表、管网轴测图（注管径及管长）、管网平面图（注管径及管长）及主要材料表等。还可利用它调整管径、加孔板计算等，也能计算水幕、雨淋及水喷雾管网。
1 电算程序编制依据
主要依据是《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001，及其他有关的设计规范。
1.1 喷头流量计算式：

式中 ——喷头流量（L/min）
P——喷头工作压力（MPa）
K——喷头流量系数
1.2 每米管道的水头损失计算式：

式中 ——每米管道的水头损失（0.01MPa/m）
V——管段内水的平均流速（m/s）
dj——管段的计算内径（m），取值按管道的内径减1mm
1.3 管道的局部水头损失按当量长度法计算，管件当量长度见表1。
表1 当量长度表（m）
管件名称
管 件 直 径 （mm）
25
32
40
50
65
80
100
125
150
200
250
300
90°弯
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
3.1
3.7
4.3
5.5
5.5
8.2
侧流三通
或 四 通
1.5
1.8
2.4
3.1
3.7
4.6
6.1
7.6
9.2
10.7
15.3
18.3
直流三通
或 四 通
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
0.9
1.2
1.5
1.8
2.0
3.0
4.0
蝶 阀

1.8
2.1
3.1
3.7
2.7
3.1
3.6
5.8
6.4
闸 阀

0.3
0.3
0.3
0.6
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
止 回 阀
1.5
2.1
2.7
3.4
4.3
4.9
6.7
8.3
9.8
13.7
16.8
19.8
异径接头
32
25
40

32
50

40
70

50
80

65
100

80
100

80
125

100
150

125
200

150
250

200
300

250
0.2
0.3
0.3
0.5
0.6
0.8
1.1
1.3
1.6
1.9
2.2
2.5
注：当异径接头的入口直径提高1级时，其当量长度应增大0.5倍；提高2级或以上时，增大1.0倍，异径三通，按本管段管径等径三通计。
1.4 管段计算长度

式中 ——管段计算长度（m）
L——管段实际长度（m），取管段起点至末点节点间的间距值
DL——管段当量长度（m），某管段起端管件的当量长度
管段的起端为水流入端，末端为水流出端。
1.5 某一管段水头损失计算式

式中 ——某一管段的水头损失（0.01MPa）
Lj——管段计算长度（m）
1.6 减压孔板水头损失计算式

式中 HK——减压孔板的水头损失（0.01MPa）
VK——减压孔板后管道内的平均流速（m/s）
——减压孔板的局部阻力系数
减压孔板的局部阻力系数计算式

式中 dj——管径计算内径（m）
dK——减压孔板的孔口直径（m）
2 软件使用要领
2.1 “自喷管网水力计算”软件包括以下子程序，亦启动命令：
1 JSCT——生成轴测图形式的计算草图；
2 CDGJ——初定管径；
3 YANSU——管网水力计算；
4 GDBH——验算图；
5 ZCT——绘轴测图；
6 PMT——绘平面图；
7 JSB——生成水力计算结果表；
8 CLB——生成主要材料表；
9 YHJS——优化计算；
10 KBJS——孔板计算。
此外，还包括一些各种形式喷头图块，计算表头图块，及有关的图形编辑小程序。
2.2 “自喷管网水力计算”软件安装
将光盘中“自喷管网水力计算”文件夹拷入C：、D：、或E：中即可，如拷入其他处，则需设置文件搜索路径。
2.3 运行计算程序
2.3.1 程序可在ACAD14及以上的版本运行。从工具栏中调入程序栏调入“自喷管网水力计算”程序。在Command：下键入ZPJS，即开始从平面图中提取生成计算草图。运行中的各项操作都有提示，按提示操作即可。平面图中的自喷管线可以是单线或多义线，喷头可以是园或块。可以从平面图中框选要计算的管网，程序可以过滤掉其他图线，而生成单段单线的轴测图式的计算草图。如果要在草图上加管段或立管等，管线必须是单线，与其他管线交叉处不可打断。计算草图是管网的主要数据的依据，初定管径，验算都必须从该图上选取。
2.3.2 完成计算草图后，在命令行键入CDGJ，即可开始管网水力计算，按提示操作，直到最后生成各计算结果。在初定管径完成后，喷头的流量系数，节点坐标、管径、管长、当量长度等数据都已保存。此时也可中断运行，然后再键入YANSU也可继续计算，而且可以多次运行YANSU子程序。
2.3.3 在上述三项子程序运行后，已经计算出了结果，数据已储存。之后就是出结果文件的子程序，可根据需要键入相应的命令得出。如需要则可进行优化计算。

3 自喷管网优化计算
《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001 规定，轻、中危险级场所中配水支管各种管径控制的最大标准喷头数，一般均按此原则确定整个管网系统的管径，逐点算出最不利作用面积内喷头压力、流量、总流量及水压，以此数据确定供水设备。规范规定的“管道的直径应经水力计算确定”原则是按自喷管网中的每一管段的位置不同，喷头的压力不同，恰当地确定管径， 但这计算工作量太大，手算很难完成。本软件提供了一种功能，它是在确保各支管末端所需水压的前提下，自动调整各管段的直径，减少有利作用面积或有利楼层的管径，达到供水均匀管网经济的目的。该子程序的命令为“YHJS”。在初定管径，对最不利作用面积进行验算后，即可用此程序对整个管网系统进行优化计算，验算分析或再优化计算、验算、得出最后结果。
所附光盘中有一算例的详细资料。该管网有19条支管，每条支管5只喷头，间距均为3.6m，计算结果如下表。
系统
编号
入口水压
（0.01Mpa）
喷头最小水压
（0.01Mpa ）
系统流量（L/s）
管 材
备 注
最不利
面 积
最有利
面 积
重量（kg）
比例
1
36.19
10
21.33
24.59
1899.9
1
未优化计算
2
36.19
10
21.33
22.48
1843.74
0.97
已优化计算
3
71.24
10
23.69
24.74
1670.51
0.88
已优化计算
进行优化计算，个别管段就会突破按喷头定管径的规定。也可不限制配水支管的入口水压就可使供水均匀。这也是规范中的这些条文需进一步探讨之处。
根据多次试算，程序中对许多参数设定了默认值，一般不用修改回车即可。本软件附光盘，可直接使用。

参 考 文 献

1、自动喷水灭火系统设计规范GB 50084-2001，中国计划出版社，2001
2、陈耀宗 姜文源 胡鹤钧 张延灿 张淼主编，建筑给水排水设计
手册 中国建筑工业出版社1992
3、黄晓家 姜文源主编，自动喷水灭火系统设计手册，中国建筑工业出版社2002

作者通讯处
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