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1 自动喷水灭火系统设计
1.1系统简介
自动喷水灭火系统按喷头形式分为开式和闭式。闭式自动喷水灭火系统，根据工作原理不同分为湿式喷水灭火系统、干式喷水灭火系统、预作用喷水灭火系统、干湿式喷水灭火系统和循环系统五种类型。
湿式喷水灭火系统是自动喷水灭火系统中最基本的系统形式，由闭式喷头、管道系统、湿式报警阀、报警装置和给水设备等组成，和其他系统相比具有以下优点：
(1) 系统简单，施工、管理方便。
湿式自动喷水灭火系统与其他系统相比较，结构简单，仅有湿式报警阀和必要的报警装置和供水设施即可。因此，施工、管理方便，充水后无需更多的管理，管道接头和坡度敷设都没有干式自动喷水灭火系统要求严格。
(2) 比较经济。
由于上述因素决定了湿式自动喷水灭火系统建设投资低，经常管理费用少，并节省能源。
(3) 灭火速度快，控制率高。
这是湿式自动喷水灭火系统最根本的一个特点。湿式自动喷水灭火系统管道中充满着压力水，火灾时的高温会使感温元件受热动作，立即喷水灭火。该系统在世界上使用时间最长、灭火控火率最高。
(4) 适用范围广。
湿式自动喷水灭火系统适用于环境温度不低于4o C和不高于70o C的建筑物内或场所。在寒冷地区，采暖的建筑物内也可使用[6]。
1.2系统选型
湿式自动喷水灭火系统具备以上种种优点，适用范围只对温度有所要求。本建筑为办公楼，具有采暖设施，最适合选用湿式自动喷水灭火系统。
1.3系统组成及工作原理
湿式自动喷水灭火系统由闭式喷头，管道系统，湿式报警阀，报警装置和给水设备组成。该系统在报警阀的上下管道中始终充满着压力水，所以称为湿式喷水灭火系统。其工作原理为：火灾发生时，火焰或高温气流使闭式喷头的热敏感元件动作，喷头开启，喷水灭火。此时，管网中的水由静止变为流动，水流使水流指示器动作送出电信号，在报警控制器上指示某一区域已在喷水。由于喷头开启泻压，在压力差的作用下，原来处于关闭状态的湿式报警阀就自动开启。压力水通过湿式报警阀，流向灭火管网，同时打开通向水力警铃的通道，水流冲击水力警铃发出声响报警信号。消防控制中心根据水流指示器或压力开关的报警信号，自动启动消防水泵向系统加压供水，达到持续自动喷水灭火的目的[5]。
图1.1湿式自动喷水灭火系统工作原理流程图
1.4湿式自动喷水灭火系统设计
1.4.1设计技术数据：
本建筑地上部分火灾危险等级为中Ⅰ，地下为中Ⅱ危险等级。
表1.1民用建筑和工业厂房的系统设计基本参数
注：系统最不利点处喷头的工作压力，不应低于0.05MPa
地上部分：
2）；
设计喷水强度：q
μ=6.0L（min·m
设计作用面积：A=160m2；
最不利点处喷头工作压力：P
=0.1MPa
地下部分：
2）；
设计喷水强度：q
μ=8.0L（min·m
设计作用面积：A=160m2；
最不利点处喷头工作压力：P
=0.1MPa
1.4.2选择与布置喷头：
在闭式自动喷水灭火系统中，闭式喷头担负着探测火灾、启动系统和喷水灭火的任务，是系统中的关键组件[6]。《自动喷水灭火系统设计规范》6.1.2条规定：闭式系统的喷头ZSTX15B68o，其公称动作温度宜高于环境最高温度30o C。根据本建筑所处地理位置为东北沈阳，这里夏季最高温度可达33o C左右。选择下垂型闭式洒水喷头，动作温度为68o C，公称直径Φ15mm，额定工作压力为1.2MPa，流量特性系数K=80。
表1.2同一根配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距
续表5.3
根据规范的要求和建筑的结构布置喷头，具体布置见平面图。
1.4.3网管布置
按照水平干管的敷设位置，可以布置成枝状式和环状式。因为该楼内冬季有取暖设备，不存在结冻问题，考虑到经济性，在不影响安全的情况下，系统供水管网布置为枝状；为了方便施工，不更多的开凿墙壁，支管布置为中央末端型给水方式；管道采用镀锌钢管，每根配水支管或配水管的直径不应小于25mm，每根配水支管上设置的喷头数均不超过8个[7]。
1.4.4确定管径
根据表5.3进行初步选择，再用经济流速校核，确定实际管径[4]。
表1.3 中危险级场所中配水支管、配水管控制的标准喷头数
1.4.5 确定最不利点
为了使给水设备按设计的要求把水送到各个用水设备处必须进行水力计算，在进行水力计算之前要确定系统的最不利点。本建筑为10层，最不利点在最高层距竖管最远的那个喷头处，如最不利点管路图所示。
1.4.6 湿式报警阀的设置
每个湿式报警阀最多可控制800个喷头，在此系统中，共设置3个湿式报警阀， 控制三个区域：-1～3层，4～7层，8～10层
1.4.7 网管水力计算
q=k P 10 (5.1)
式中，q 为喷头流量（Lmin ）； P 为喷头工作压力（MPa ）； K 为喷头流量系数。
Q s =∑=n
i i q 1
601 (5.2)
式中，Q s 为系统设计流量（Ls ）； q i 为最不利点处作用面积内各喷头节点的流量（Lmin ）； n 为最不利点作用面积内的喷头数。
2
4Q
v d
π=
(5.3) 式中：v 为管道内的平均流速(ms)； d 为管道内径(m)。
3.12
0000107.0i
d v i (5.4)
式中，i 为每米管道的水头损失（MPa ）； v 为管道内的平均流速（ms ）； d j 为管径的计算内径（m ）；取值应按管道的内径减1mm 确定。
）；L 为管道长度（m ）。
管道的局部水头损失采用当量长度法计算：
）[4]
。各个管件的当量长度见下表
表1.4 当量长度表（m ）
续表5.4
注：1.过滤器当量长度的取值，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1级时，其当量长度应增大0.5倍；提高2级或2级以上时，其当量长度应增加1.0倍。
水泵扬程用下式计算[8]
H=∑h +P0+H
?(5.7)式中，H为水泵扬程或系统入水口的供水压力（MPa）；∑h为管道沿程和局部的水头损失的累计值（MPa），湿式报警阀、水流指示器取值0.02 MPa，雨淋阀取值0.07 MPa； P0为最
?为最不利点处喷头与消防水池的最低水位或系统入口不利点处喷头的工作压力（MPa）；H
?应管水平中心线之间的高度差，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H
取负值（MPa）；
管网水力计算过程如下：
顶层最不利区域
1
图1.2 顶层最不利区域管网布置图
节点1处： 10.1
P M P a =
180/min 1.33/q L L s
====
此处采用的是中央末端型管网，即配水管垂直平分配水支管，在配水管两边的喷头及管路情况完全一样。
所以： 1 1.33/a q q L s ==
管段1-2： 121 1.33/Q q L s -== 25DN mm =
312
2
12
2
124 1.3310 2.51/1 3.140.026
4
m s Q
v
d π----??=
==? 2
2
121.3 1.3
12
2.510.00001070.00001070.0077/0.026i MPa m v
d
--==?=
1.5 1.53L m =+=
120.007730.0233h iL MPa -==?=
节点2处: 2112P =P +h =0.1+0.0233=0.1233MPa -
管段2-3: 231 1.33 1.33 2.66/a Q q q L s -=+=+= 32DN mm =
323
223
2234 2.6610 2.81/1 3.140.03475
4
m s Q
v
d π----??=
==? 2
2
231.3 1.3
23
2.810.00001070.00001070.0067/0.03475
i MPa m v
d
--==?= 2.10.3 2.4L m =+=
230.0067 2.40.0161h iL MPa -==?=
节点3处： 3223
P =P +h =0.1233+0.0161=0.1394M P a
- 管段
b-c: 1 2.66 2.83/b c q q L s --=== 管段3-4: 341 2.66 2.83 5.49/a b c Q q q L s ---=+=+=
3
2344 5.4910 4.37/3.140.03475m s v --??==? 32DN mm = 2
1.3
4.370.00001070.0134/0.03475i MPa m =?=
节点4处： 4334P =P +h =0.1394+0.0134(5.3+1.2+2.4)=0.2587MPa -? 节点i 处： 0.1i P M P a =
1.33/i q L s == 节点4处： 4i 4P'=P +h =0.1+0.0077(
2.9+1.5)=13
3.9MPa i -?
特性系数法校核流量：' 1.33 1.85/i i
q q L s === 管段4-5： 4534 5.49 1.857.34/i Q Q q L s --=+=+=
3
24547.3410 3.46/3.140.052m s v --??==? 50DN mm =
2
1.3
3.460.00001070.0030/0.052
i MPa m =?= 节点5处： 5445P =P +h =0.2587+0.0030(0.5+0.5)=0.2617MPa -? 支管d-5: 0.1d P MPa =
1.33/d q L s
== 2.51/d e v m s -=
0.0077i MPa =
e d P =P +h =0.1+0.0077(3+0.2)=0.1246MPa d e -?
1.33 1.48/e q q L s === 1.33 1.48
2.82/e f d e Q q q L s -=+=+= 32DN mm =
324 2.8110 2.97/3.140.03475
e f
m s v
--??==? 2
1.3
2.970.00001070.0074/0.03475
i MPa m =?= f e P =P +h =0.1246+0.0074 2.7=0.1446MPa e f -?
1.48 1.59/f q q L s ==
5' 2.82 1.59 4.41/f e f f Q Q q L s --=+=+= 32DN mm =
3
254 4.4110 4.70/3.140.03475f m s v --??==? 2
1.3
4.70.00001070.0186/0.03475
i MPa m =?= 5f 5P'=P +h =0.1446+0.0186(0.5+1.8)=0.1874MPa f -?
55
' 1.33 5.21/f f Q Q L s --=== 支管h-5: d h P P = d e g h L L --=
所以5' 2.82/g e f Q Q L s --== 5 2.97/g e f v v m s --== 50.0074/g e f i i MPa m --==
5g 5P"=P +h =0.1246+0.0074(2.2+1.8)=0.1542MPa g -?
55
' 1.33 3.67/g g Q Q L s --=== 管段Ⅰ： 55 5.21 3.678.88/I f g Q Q Q L s --=+=+=
管段5-6： 55545 5.217.34 3.6716.22/g f g Q Q Q Q L s ----=++=++= 80DN mm =
3
245416.2210 3.27/3.140.0795m s v --??==? 2
1.3
3.270.00001070.0031/0.0795
i MPa m =?= 节点6处： 6556P =P +h =0.2617+0.0031(2.1+0.8)=0.2707MPa -? 管段Ⅱ：
8.889.03/II I
Q Q L s === 管段6-7： 675616.229.0325.25/II Q Q Q L s --=+=+= 100DN mm =
3
267425.2510 2.55/3.140.105m s v --??==? 2
1.3
2.550.00001070.0010/0.105
i MPa m =?= 节点7处： 7667P =P +h =0.2707+0.0010 1.8=0.2725MPa -? 管段Ⅲ：
9.039.06/III II
Q Q L s === 管段7-8： 786725.259.0634.31/III Q Q Q L s --=+=+= 100DN mm =
3
278434.3110 3.96/3.140.105m s v --??==?
2
1.3
3.960.00001070.0031/0.105
i MPa m =?= 节点8处： 8778P =P +h =0.2725+0.0031 2.1=0.2787MPa -?
说明：因为管段Ⅳ和f-5的布置完全相同，所以它们用相同的虚拟流量和压力。 即5'' 4.41/IV f Q Q L s -== 85''0.1874P P MPa ==
特性系数法校核流量 4.41 5.38/IV IV Q Q L s === 管段8-9： 89780.3431 5.3839.69/IV Q Q Q L s --=+=+= 100DN mm =
3
289439.6910 4.59/3.140.105m s v --??==? 2
1.3
4.590.00001070.0042/0.105
i MPa m =?= 节点9处： 9889P =P +h =0.2787+0.0040(1.5+1.1)=0.2896MPa -?
说明：因为管段Ⅴ和g-5的布置完全相同，所以它们用相同的虚拟流量和压力。 即5'' 2.82/V g Q Q L s -== 95"0.1542P P MPa ==
特性系数法校核流量 2.82 3.86/V V Q Q L s === 管段9-10： 910890.3969 3.8643.55/V Q Q Q L s --=+=+= 125DN mm =
3
2910443.5510 3.38/3.140.128m s v --??==? 2
1.3
4.590.00001070.0042/0.128i MPa m =?=
节点10处： 1099
10
P =P +h =0.2891+0.00170.3=0.2942M P a
-? 说明：因为管段Ⅵ和Ⅳ的布置完全相同，所以它们用相同的虚拟流量和压力。
即'' 4.41/VI IV Q Q L s == 105''0.1874P P MPa ==
特性系数法校核流量 4.41 5.53/VI VI Q Q L s === 管段10-阀： 9101043.55 5.5349.08/VI Q Q Q L s --=+=+=阀
3
210449.0810 2.60/3.140.155m s v --??==?阀 2
1.3
2.600.00001070.0008/0.155i MPa m =?=
表1.5 地下右侧最不利区域水力计算表
表1.6 地下左侧最不利区域水力计算表
通过对计算结果比较可知顶层的最不利点为系统的最不利点，顶层最不利区域
=49.08Ls。
内流量为系统的总流量，即Q
z
1.4.8计算消防水泵的扬程选择消防水泵
H=∑h +P0+H
=0.1942+0.0008×(55.6+9.2×3+4.3+0.9×2+9.8+88)+0.02+0.04+36×9.8+0.1
=856.7KPa
=87.4mH2O
选择IS125-100-315B清水泵两台，一用一备。
表1.7自喷系统消防水泵参数表
2 给水设备的设计
2.1 消防水箱
消防水箱容积为：
V f =0.06Q f T x (6.1)
式中，V f 为消防储备水容积（m 3
）；Q f 为室内消防用水总量（Ls ）；T x 为水箱保证供水的消防时间（min ），一般取T x =10min 。
V f =0.06Q f T x ＝0.06×(34.02＋49.08)×10＝49.86m 3
水箱为4×6×2.2m 3的矩形钢板水箱，水箱设置在楼顶的水箱间内，箱底距水箱间地面0.6m 。
2.2 消防增压稳压设备
6.2.1气压罐
1.自喷系统气压罐的工作压力计算[9] （1）气压罐最小设计压力
11xh P H H H ?=±++∑
(6.2)
式中，P 1为气压罐最小设计工作压力，（MPa ）;H ?±罐底与最不利点灭火设备的高差静水压（MPa ）；
1
H
∑为罐底与最不利点灭火设备的管路总水头损失（MPa ）；H xh 为最不利点灭
火设备所需的水压（MPa ）； 当为上置式消防增压稳压设备时，H ?±为负值；当为下置式增压稳压设备时H ?±为正值。
P 1=-0.01+0.2609+0.0012×1+0.1=352.1KPa=0.3523MPa （2）消防水泵启动压力
1
20.3523
0.46970.75
P P α
=
=
=MPa （3）稳压泵启动压力
P s1=P 2+(0.02～0.03)
(6.3)
式中，P s1为稳压泵启动压力（MPa ）。
P s1=0.4697+0.02=0.4897 MPa （4）稳压泵停泵压力
P s2= P s1 +(0.05～0.06) (6.4)
式中，P s1为稳压泵停泵压力（MPa ）。
P s2=0. 4897+0.06=0.5497 Mpa
2.自喷系统气压罐容积的计算 消防储存水容积V x =5×1×30=150Ls 气压罐总容积的确定：
1
1z x V V α
=
- (6.5)