雨淋系统、水幕系统流量计算设计计算书

雨淋系统、水幕系统流量计算设计计算书一、设计依据与参数1.1设计依据《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2017（以下简称《喷规》）《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014（以下简称《消水规》）《消防设施通用规范》GB55036-20221.2建筑基本参数参数名称符号数值单位说明建筑类别—一类高层公共建筑—舞台区域设置雨淋系统舞台建筑高度H18m舞台净空高度大于8m，属严重危险级舞台开口宽度B12m舞台口宽度，需设防火分隔水幕防火分隔水幕喷水强度q_m12.0L/(s·m)《喷规》第5.0.10条，防火分隔水幕防护冷却水幕喷水强度q_m20.5L/(s·m)《喷规》第5.0.14条，喷头设置高度≤4m雨淋系统喷水强度q_d12L/(min·m²)严重危险级，《喷规》第5.0.1条雨淋系统作用面积A_d260m²严重危险级，《喷规》表5.0.1雨淋系统火灾延续时间T_d1.0h用于灭火，《消水规》第3.6.4条水幕系统火灾延续时间T_m3.0h防火分隔水幕依防火墙耐火极限，《消水规》第3.6.4条防火分隔处墙体的耐火极限—3.0h防火墙耐火极限为3.0h开式洒水喷头公称流量系数K115无量纲开式洒水喷头（雨淋系统用），《喷规》第9.1.1条水幕喷头公称流量系数K_b80无量纲水幕喷头喷头工作压力P0.10MPa开式洒水喷头最小工作压力水幕喷头工作压力P_b0.10MPa水幕喷头最小工作压力喷头保护半径R2.0m按正方形布置，喷头间距取3.0~4.0m雨淋阀局部水头损失h_v0.08MPa《喷规》第9.2.1条1.3规范条文适用说明1.3.1雨淋系统设置条件根据《喷规》第4.2.6条，具有下列条件之一的场所，应采用雨淋系统：火灾水平蔓延速度快、闭式喷头的开放不能及时使喷水有效覆盖着火区域；室内净空高度超过本规范有关规定，且必须迅速扑救初期火灾；严重危险级Ⅱ级的场所。本计算书设计对象为一类高层公共建筑的舞台区域，室内净空高度为18m（设计净空高度取值依据：建筑舞台属于大空间场所，按建筑功能要求舞台净高18m，满足大型演出场景的需求，计入吊顶及舞台机械后净高仍大于8m），属严重危险级，故采用雨淋系统。1.3.2水幕系统设置条件根据《喷规》第4.3.3条，防火分隔水幕不宜用于尺寸超过15m（宽）×8m（高）的开口（舞台口除外）。本设计舞台口宽度为12m×18m，适用于防火分隔水幕。1.4喷头相关参数说明开式洒水喷头的主要技术参数，参照GB5135.1-2019《自动喷水灭火系统第1部分：洒水喷头》规范：喷头流量系数K，由生产厂商提供公布值，公称流量系数K=80、115、160等；水幕喷头公称流量系数K，按GB50084-2017相关条文（K=115取值依据：GB50084-2017第9.1.1条规定喷头流量系数K由生产厂商提供，设计选择适当型号后取公称值），并符合GB5135.1-2019第6.6节流量系数的相关规定。二、雨淋系统流量计算2.1雨淋系统设计基本参数根据《喷规》第5.0.1条及表5.0.1，严重危险级场所雨淋系统的设计基本参数如下：参数名称符号数值单位喷水强度q_d12L/(min·m²)作用面积A_d260m²持续喷水时间T_d1.0h2.2雨淋系统设计流量计算2.2.1设计喷水强度法计算计算公式根据《喷规》第9.1.3条，系统的设计流量应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量确定，也可按设计喷水强度与作用面积的乘积估算：Q符号说明Qd——雨淋系统设计流量，单位：qd——喷水强度，12Ad——作用面积，160——单位换算系数（min转换为s参数代入与计算Q步骤1：计算单位面积喷水量12×260=3120步骤2：换算为L/sQ2.2.2喷头流量堆积法计算（校核）由于雨淋系统为开式系统，火灾时由雨淋阀控制的全部喷头同时喷水，也可按最不利点处作用面积内各喷头流量之和确定。本计算使用喷头流量堆积法进行交叉校核。计算公式单个喷头流量公式应符合《喷规》第9.1.1条：q符号说明q——单个喷头流量，单位：L/minK——喷头流量系数，无量纲（取115）P——喷头入口处工作压力，单位：MPa（取0.10）系数10——单位换算系数（P单位为MPa时，10来源于公式推导结果：标准公式为q=KP，其中P单位若为MPa，需调整为参数代入与计算q步骤1：计算根号内数值10×0.10=1.0步骤2：计算平方根1.0步骤3：计算单头流量q步骤4：换算为L/sq步骤5：作用面积内喷头数估算按正方形布置，喷头间距取3.2m（严重危险级）：n步骤6：系统设计流量校核Q2.2.3两种方法结果比较计算方法设计流量单位喷水强度法52.00L/s喷头流量堆积法49.84L/s平均值50.92L/s两种方法结果偏差约4.3%，在工程可接受范围内。本设计取偏安全的设计值，取Q_d=52.00L/s。2.2.4雨淋系统管道水力估算（辅助）计算公式雨水管道连接至雨淋报警阀时，为了估算水量与管径匹配，依流速公式初步拟定管径：D符号说明D——管道内径，单位：mQ——雨淋系统设计流量，52.00L/s=0.052m³/sv——管道设计流速，取2.5m/s（钢管适宜流速范围1.5~3.0m/s）π——圆周率，取3.14161000——L/s换算为m³/s的系数（1L/s=0.001m³/s，此处为直径计算公式中的数值系数）参数代入与计算步骤1：计算流量Q步骤2：计算截面积A步骤3：计算管道内径D步骤4：换算为毫米D步骤5：按公称管径取值取DN150（φ159×4.5）或DN200（φ219×6）：选用DN200管径以提供余量，计算复核：v流速1.38m/s，符合雨淋系统管道流速要求（不宜小于1.2m/s）。2.3雨淋系统喷头布置校核2.3.1喷头间距设计根据《喷规》第7.1.2条，严重危险级场所喷头正方形布置的边长不应大于3.0m，一只喷头的最大保护面积不应大于9.0m²。本设计：喷头间距S单只喷头保护面积A2.3.2作用面积内喷头数校核n2.3.3实际设计流量校核Q取Q_d=55.6L/s作为系统设计流量（按最不利喷头数取整计）。2.4对多个雨淋阀并联的处理计算公式根据《喷规》第9.1.8条，多个雨淋阀并联的雨淋系统，其系统设计流量应按同时启用雨淋阀的流量之和的最大值确定：Q符号说明Q总——系统总设计流量，单位：Qi——第i个雨淋阀所控制的喷头设计流量，单位：参数说明本设计使用2个雨淋阀并联，每个雨淋阀控制1个防火分区的舞台区域。根据规范，发生火灾时同时启用相邻2个雨淋阀保护着火分区及相邻分区界限处。本设计说明舞台区域设置2个雨淋阀，但舞台区面积小于260m²（按实际面积计算时），设计流量应为60L/s（1.3倍系数计）。按照最不利点同时启用2个阀组取大值。2.5结论Qd=55.6L/s三、水幕系统流量计算3.1水幕系统分类依据《喷规》第2.1.9条，水幕系统分为以下两类：防火分隔水幕：用于挡烟阻火和冷却分隔物，防止火灾蔓延；防护冷却水幕：用于保护防火卷帘、防火玻璃墙等防火分隔设施。本计算书以舞台口防火分隔水幕及防护冷却水幕分别进行流量计算。3.2防火分隔水幕流量计算3.2.1设计基本参数根据《喷规》第5.0.10条，防火分隔水幕的设计基本参数：参数名称符号数值单位防火分隔水幕喷水强度q_m12.0L/(s·m)舞台口宽度B112.0m火灾延续时间T_m13.0h3.2.2防火分隔水幕流量计算计算公式清水幕水量时，防火分隔水幕系统设计流量按下式计算：L符号说明Lm1——qm1——喷水强度，2.0L/(B1——水幕设置长度（受保护开口宽度），参数代入与计算L校核说明：当喷水强度2.0L/(s·m)时，系统设计流量24.0L/s；考虑到水幕喷头两排布置（间距通常2.0~2.5m/个），喷头总布置，可根据每只喷头流量（与水压有关）复核喷头数：

选用K=80水幕喷头，P=0.10MPa：

q头=K双排布置，实际使用时间距≤3个/m才能达到要求，必要时应加大喷头密度或提高工作压力。3.2.3防火分隔水幕管道水力估算（辅助）计算公式按DN管道设计流速法（同2.2.4节公式）：D符号说明Dm1——Lm1——vm1——参数代入与计算步骤1：流量换算L步骤2：计算管道内径D步骤3：换算为毫米并取整D取DN125管道。3.3防护冷却水幕流量计算3.3.1设计基本参数根据《喷规》第5.0.14条，防护冷却水幕的设计基本参数如下表所示：参数名称符号数值单位喷头设置高度h≤4.0m喷水强度（基本值）q_m2_base0.5L/(s·m)被保护开口宽度B28.0m火灾延续时间T_m23.0h高度修正部分：当喷头设置高度h>4.0m时，每增加1m，喷水强度增加0.1L/(s·m)，至9m时保持最大1.0L/(s·m)。本设计假定采用喷头高度3.5m，不超过4.0m，按基本值计算。3.3.2防护冷却水幕流量计算计算公式L符号说明Lm2——防护冷却水幕系统设计流量，单位：qm2——喷水强度（基本值），0.5L/(s·mB2——水幕设置长度（受保护开口宽度），8.0m参数代入与计算L3.3.3防护冷却水幕管道水力估算计算公式D符号说明Dm2——管道内径，单位：Lm2——系统设计流量，vm2——管道设计流速，取参数代入与计算步骤1：流量换算L步骤2：计算管道内径D=步骤3：换算为毫米并取整D≈45.1取DN50管道。四、雨淋系统与水幕系统同时启用时的总流量计算4.1计算公式根据《喷规》第9.1.7条，当建筑物内同时设有自动喷水灭火系统和水幕系统时，系统的设计流量应按同时启用的自动喷水灭火系统和水幕系统的用水量计算，并取二者之和中的最大值确定。Q4.2符号说明Q总和——雨淋系统与水幕系统同时启用时的总设计流量，单位：Qd——雨淋系统设计流量，Lm1——防火分隔水幕设计流量，Lm2——防护冷却水幕设计流量，4.3参数代入与计算步骤1：雨淋系统与防火分隔水幕组合Q步骤2：雨淋系统与防护冷却水幕组合Q步骤3：取其最大值Q补充说明：舞台口部位发生火灾时，舞台所在防火分区的雨淋系统全部启动，同时舞台口处的防火分隔水幕也会自动启动（由火警系统联动控制），防止火灾向观众厅蔓延。防护冷却水幕在不同部位（如保护防火卷帘）可能不与雨淋系统共用消防水泵，但规范要求多系统同时启用时取较大流量之和作消防泵出水能力校核。4.4消防水池有效容积校核4.4.1计算公式根据《消水规》第3.6.4条，消防用水总量按下式计算：V4.4.2符号说明Vw——消防用水量，单位：Q——设计流量（L/s），按79.6L/s考虑T——火灾延续时间，取3.0h（水幕系统与防火墙耐火极限复核时取最大值）3.6——单位换算系数（1L/s=3.6m³/h）4.4.3参数代入与计算步骤1：确定系统火灾延续时间雨淋系统用于灭火，T防火分隔水幕用于防火分隔，Tm取较大者，即火灾延续时间按3.0h计算。步骤2：计算消防用水量V4.4.4计算复核雨淋系统单独用水量：V水幕系统同时启用需更大的水池总容积860m³。本设计取860m³作为消防总用水量，未计室内外消火栓系统水量。当与其他消防系统合用时，应按同时启用系统的用水量之和确定。4.5结论Q总和=79.6L/sVw=860m³本工程雨淋系统与水幕系统同时启用时的总设计流量五、系统水力计算（雨淋系统管道沿程及局部损失）5.1一般说明开式雨淋系统及水幕系统的水力计算均从最不点喷头开始进行计算，计算依下式：流量h5.2最不利点喷头工作压力确定计算公式根据《喷规》第5.0.1条“严重危险级场所喷水强度12L/(min·m²)”，最不利点处喷头最低工作压力取值P0q5.3雨淋阀局部水头损失根据《喷规》第9.2.1条，雨淋报警阀的局部水头损失应按0.08MPa计算：h5.4高程差静水压校核计算公式h符号说明hz——高程差静水压，单位：ΔZ——最不利点处喷头与消防水池最低水位之间的高差，取0.01——单位换算系数（10m水柱≈0.1MPa）参数代入与计算h5.5水泵扬程估算计算公式H符号说明Hp——水泵扬程，单位：P0——最不利点喷头工作压力，hf——管道沿程水头损失，按估算系数hj——管道局部水头损失，按沿程损失的30%估，hv——雨淋阀局部损失，hz——高程差，hs——水池吸水损失（安全余量），取参数代入与计算H换算为米水柱：0.472×100=47.2取安全系数1.1，最终水泵扬程：H5.5.4结论Hp≈0.52MPa六、汇总表及最终结论项目符号计算值单位规范依据雨淋系统设计流量Q_d55.6L/s《喷规》第5.0.1条雨淋系统作用面积A_d260m²《喷规》表5.0.1雨淋系统喷水强度q_d12L/(min·m²)《喷规》表5.0.1雨淋系统火灾延续时间T_d1.0h《消水规》第3.6.4条防火分隔水幕设计流量L_m124.0L/s《喷规》第5.0.10条防火分隔水幕喷水强度q_m12.0L/(s·m)《喷规》第5.0.10条防护冷却水