自动喷水灭火系统课程设计

都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

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摘要

这篇论文讲述日勺是自动喷水灭火系统日勺构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H勺最不利作用面积为

200nl2,约为(17X12110；环境温度为25C,选用原则玻璃球喷头，喷头

以正方形布置最不利点处喷头的工作压力为9血120。首先选择喷头和布置

喷头，然后布置管网，最终根据计算各个喷头的压力和流速，最终计算出管

道FI勺直径大小，压力和流速。

关键词：自动喷水灭火系统；工作压力；流速

Thispapertellsthestoryofautomaticwatersprayingfireextinguishing

systemandclosedautomaticsprinklersystemdesign,thedesignisadangerous

buildingswhichpariofthemostunfavorableeffectarea200m2,about(17x12m);

ambienttemperatureof25DEGC,theselectionstandardofglassballsprinkler

nozzlearearrangedinasquare.Theworkingpressureofthenozzleatthemost

unfavorablepointis9mH2O.Firstselectthenozzleandlayout,andthenarrange

thepipenetwork,andfinallyaccordingtothecalculationofthepressureandflow

ofeachnozzle,andfinallycalculatethediameterofthepipediameter,pressure

andHowrate.

Keywords:automaticwatersprayingfireextinguishingsystem;

workingpressure;flowrate

目录

摘要...............................................

目录................................................

1自动喷水灭火系统构成............................

2闭式自动喷水灭火系统设计........................

2.1系统应用场所.............................

2.2确定所设计的建、构筑物口勺火灾危险等级……

2.3设计题目确实定...........................

2.4确定设计和计算所需日勺基本参数............

3喷头和管网布置...................................

3.1喷头日勺选择和布置.........................

3.2系统管网H勺选择及其布置。................

4管网水力日勺计算....................................

4.1水力计算公式.............................

4.2水力日勺详细计算...........................

5核算管网设计参数.................................

5.1设计作用面积内H勺平均喷水强度为：........

5.2设计作用面积内各管道流速规定：.........

5.3系统各管道管径规定......................

6管网平面透视图和管网布置图......................

7结束语..........................................

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、供水设施构成，并能在发生火灾时喷水H勺自动灭火

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、报警控制装置等构成,

是一种可以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构成。由于该系统

在报警阀的前后管道内一直充斥着压力水，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构造简朴、施工和管理维护以便、使用可靠、灭火速

度快、控火效率高等长处。但由于其管路在喷头中一直充斥水，因此应用受环境

温度的限制，适合安装在室内温度不低于4℃,且不高于70℃能用水灭火日勺建、

构筑物内。

工作原理：

火灾发生时，在火场温度的I作用下，闭式喷头日勺感温元件温升抵达预定日勺动

作温度范围时，喷头启动，喷水灭火。水在管路口流动后，打开湿式阀瓣，水通

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，与此同步,

水力警铃前日勺压力开关信号及装在配水管始端上日勺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，抵达持续自动

喷水灭火时目的。

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。

1.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口勺下列部位（除一般

住宅和高层建筑中不合适用水扑救的部位外）

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、办公室和旅馆日勺客房；

③可燃物品库房；

④高级住宅口勺居住用房；

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200nl2的可燃品库房。

⑶高层民用建筑中常常有人停留或可燃物较多的地下室房间。

（4）建筑高度超过100m日勺高层民用建筑内。

2.工业厂房与低层民用建筑

⑴等于或不不大于50000纱锭的）棉纺厂的|开包、清花车间；等于或不不大

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lEOOn?

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1000府的棉、毛、丝、麻等及其制品库房；每座面积

超过600m'MJ香烟、火柴库房；建筑面积超过500m,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（屋顶为金属构造时）；超过

2023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、来宾室、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3000卡或建筑面积超过9000府的百货商场、展览大厅。

（6）设有空气调整系统的旅馆、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飞机发动机试验台的准备部位。

⑻国家级文物保尹单位H勺重点砖木或木构造建筑。

3.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。

4.人防工程

使用面积超过lOOOm?的商场、医院、旅馆等公共场所

（2）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8nl时：舞台面积超过200痛时。

2.2确定所设计的建、构筑物日勺火灾危险等级

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，以及疏散及外部支援条件等原因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，以及其构造的疏密、包装和分布状况，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根据。

合计：轻危险级、中危险级（其中又分为I级和n级）、严重危险级（其中

又分为I级和n级）、及仓库危险级（其中又分为I级、n级和HI级）。

i.严重危险级：火灾危险性大、可燃物多、发热量大、燃烧剧烈和蔓延迅

速口勺建、构筑物；

2.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；

3.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设计题目确实定

某中危险级建筑物其中一部分的最不利作用面积为1801n为（15义12m）；

环境温度为25℃,选用原则玻璃球喷头，喷头以正方形布置。最不利点处喷头

的工作压力为11mH2O,即0.UMPa

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;

危险等级喷水强度正方形布置矩形或平行一只喷头的喷头与端墙

(L/min•nr)日勺边长（m）四边形布置最大保护面口勺最大距离

的1边长（m）积（n?）（m）

轻危险级44.44.520.02.1

中危险I级63.64.(112.51.8

中危险II级83.43.611.5L7

严重危险级163.03.69.01.5

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货架内喷头时间距不应不不不大于2.0m,并不应不不大于3.0m。

轻危险级、中危险级场所配水支管、配水管控制的原则喷头数:

公称直径（mm）控制的喷头数（只）

轻危险级中危险级

2511

3233

4054

50108

651812

804832

100-64

当量长度表

管件直径（mm）

管件名称

253240507080100125150

45°弯头0.30.30.60.60.90.91.21.52.1

90°弯头0.60.91.21.51.82.13.13.74.3

三通或四通1.51.82.43.13.74.66.17.69.2

蝶阀1.82.13.13.72.73.1

闸阀0.30.30.30.60.60.9

止回阀1.52.12.73.44.96.78.39.8

32/40/50/70/80/100/125/150/500/

异径接头253240507080100125150

0.2().3().3().50.6().81.11.31.6

注：1过滤器日勺当量长度，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。

※三通管日勺当量长度•律算在总管上

2.4.4流速系数表

管管径（mm）

材253240507080100150200

流速系数

钢1.8831.050.80.470.2830.2040.1150.053

管

铸0.1270.0560.031

铁368

管

3喷头和管网布置

3.1喷头的选择和布置

本次设计选用原则玻璃球洒水喷头，公称直经为15mm,K=80.

玻璃球洒水喷头是构成湿式系统日勺关键部件。该部件是由热敏感元件（玻璃

球）及密封组件所构成的自动洒水喷头，在火焰温度H勺作用下，抵达预定温度时

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，

动作敏捷，性能稳定，体积小、重量轻、构造紧凑，安全可靠，耐蚀性好，有效

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H勺场所。

喷头矩形布置计算公式为：As=SX（2-1）

式中：As一喷头的最大保护面积

S一喷水支管之间的距离，m；当正方形布置时，S=X

X一同一支管上两相邻喷头之间H勺间距，m

公式2-1中S和X不应超过“喷规”规定的多种喷头H勺最大间距，不应不不

不大于“喷规”规定的喷头最小间距。

NFPA规定：原则喷头与墙的最小间距为100nm

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*12/,正方形。计算成果如下：

S=X=3.5m,短长边与墙之间距离分别为0.5m和lin,R=2.475m.

短边上H勺应装喷头数为（12/3.5+1）=4.4,取整为4个，余下为短边墙距。

长边上日勺应当喷头数为(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,布置状况如下图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种。

对管径进行估算预选，根据设计规范GB50084-2023,管道内的水流速度宜

采用经济流速，必要时可超过5m/s,但不可超过配水管的入口压力不应不

不大于0.40MPao

支管所将选用为40mm管径的管道，其饰置平面图如下2.5.2所示。

喷头布置图

图管网布置图

4管网水力日勺计算

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日勺参数由表

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=kx

式中：q——每个喷头日勺喷水量，L/min

——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：

VpKpxQ(n-i)~n

式中：Vp——管道流速，m/s

Q(nT)〜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/(d_)L3

式中：i一一每米管道的水头损失，MPa/m

V一一管道内水口勺平均流速，m/s

dj一一管道的计算内径(m),取值应按管道的内径减1mm确定。

管道日勺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）压力均不应不不大于0.40MPa。

系统入口处所需压力

H=£h+Po+Z

式中：H——水泵方程或系统入口处所需压力，MPa

Eh一管道沿程和局部日勺水头损失日勺合计值（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一—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11mH20.

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-i）'n/V10x/7/7

式中:Kg——管系流量系数，反应管系的输水性能；

Q（n-,）'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

当水力状况完全相似（喷头构造、数量、管段长度、管径、标高等）时，其

管系特性系数也相似,即KgkKg产Kg”此式也可改写成:

Q,/V10xHl=Q2/V10xH2

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。故选用其一开始计算，本文选用A1

作为最不利点进行计算，在规定日勺最不利点工作压力为0.09MPao

2)节点ArA2的水流量为：

Q.产KxV10xP=80*V10*0.09=75.89L/min=1.26L/S

派(下文所有自动爽算L/min为L/S,取K=l.333)

选用公称直径为d=25mm/、J管道。管道流速V、为：

Vr2=Kr,*QI-2=l.883*1.26=2.37m/s

沿程损失为：

L3

Hr2=L*0.0000107^2/(d>J3.5*0.0000107*2,63327(0.039)=0.0350MPa

该管径为90°弯管，由表2.4.3可得，当管经为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：

2L3L3

hr2二LM0000107*V/(di),0.8*0.0000107*2.63327(0.023)=0.008

总损失H'r2=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日勺水压为：

PA2=P+H'A'A2=0.11+0.0430=0.1530MPa

则管段a2〜a3的流量为：

Qltl=KXV1OXP=l.333*710*0.1530=1.6493L/S

选用公称直径为d=32mm的I管道，管道流速为：

==

Vn2-a3Ka2'a3*Q.12'n31.05*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：

4二（3.5）*0.0000107*1.73187（0.031）L3=0.0103MPa

4）节点A3的水压为：

PA3=PQ+H'a2~a3=0.1530+0.0103=0.1633MPa

则管段a3~a4的流量为：

Q“3%尸KxV10xP=l.333*710*0.1633=1.7038L/S

选用公称直径为d=32mm的管道，管道流速V-3M为：

Va3、a4Ka3'a4*Qa3'a4-1,05*1.7038=1.7890m/s

总损失为：

L3

Ha3'a4=（3.5）*0.0000107*1.70387（0.031）=0.0081MPa

5）节点A4%、J水压为：

P,u=PA3+H'断a4=0.1633+0.0081=0.1714MPa

则管段a3~a4的流量为：

Qxa5二KxVioxPl.333*710*0.1714=1.7457L/S

选用公称直径为d=32mni的管道，管道流速％*为：

===

Vn4'a&K；1ra5*Qa4'a51.05*1.74571.8330m/s

总损失为:

13

H；八5=(0.5+2.4)*0.0000107*1.83307(0.031)=0.0012MPa

6)节点A5的水压为：

PAS=PM+H，〜5=0.1714+0.0012=0.1726MPa

则管段a5-b5的流量为；

Qa5、b5=Ql~2+Q2、3+Q3~4+Q4~5=l.3984+1.6493+1.7038+1.7457=6.4972L/S

选用公称直径为d=40mm的管道，管道流速九%为：

==

Va5'b5Ka5\，5*Qa5'b50-8*5.7781=5.1977111/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H勺当量长度为0.3.

总损失为：

L

乩5年(3.5+1.5)*0.0000107*5.19777(0.039)M.0981MPa

7)节点B5的水压为：

PB5=PA5+H'*加=0.1726+0.0981=0.2707MPa

管段B5~B4的流量为：

QB5B.LQ“5*JPb5/Pa5=6.4972*(0.2707/0.1726)*0.5=8.1361L/S

管段B5~C5日勺流量为：

QB5'C5~QH5'BI+QAS'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：

Vbs'cs=KI>5'CS*QI>5'C5—0»283*14.6333—4.1412in/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的异径接头日勺流速未能符合规范规定，因此使用40/70日勺异径接

头，其当量长度为0.3*2=36.

总损失为：

L3

Hb5>5=(3.5+3.7+0.6)*0.0000107*4.14127(0.069)=0.0579MPa

8)节点C5的水压为：

Pc5=Pb5+Hkc5=0.2707+0.0579=0.3286MPa

管段C5飞4的流量为：

Qs-Qb5*JPc5/Pb5=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'-QMQbEQzg.9640+14.6333+14.6333=38.231L/S

该管径为直流三通，由表2.4.3可得，当管经为70nlm时，当量长度为3.1

总损失为：

L3

HC5=3.1*0.0000107*4.14127(0.069)=0.0184MPa

9)节点C5'的水压为:

P肃=Pcs+H—=0.3286+0.0184=0.347MPa

选用公称直径为d=80mni/、J管道，管段C5~0口勺流速为：

VC5、°=KC5“*QC5'F=0.204*38.231=7.799m/s

管段C4"F处有管件规格为70/80日勺异径接头，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0.02MPa0

总损失为：

H-=£h+hs=(7.6)*0.0000107*7.79907(0.079)L3+0.02*2=0.201MPa

10)节点。的扬程为：

H=Eh+P()+Z=Pc5.+HC5)+Z=0・347+0.201+0.11=0.658MPa=65.8mH20

各个管段流量数值表

管段al~A2A2~A3A3~A4A4'A5A5'B5

流量1.3931.4251.4601.4955.778

管段B1；B2B2~B3B3'B4B4'B5B5'C5

流量1.6731.705