-
自
动
喷
水灭
火系
统
支管
特
性系
数水
力
计算
法
摘要
鉴于目前常用的自动喷水灭火系
统特性系数水力计算法所存在的缺
陷，
在理论推导了配水支管起
端水压与同支管末端喷头出流量关系的基础上，
提
出了支管特性
系数水力计算法，并介绍了利用
EXCEL
软件简化计算的方法
。
关键词
自动喷水灭火系统；支管特性系数水力计算法；
EXCEL
Hydraulic Calculation Method on Range
Pipe
Characteristic Coefficient for
Fire Protection Sprinkler
System
Abstract
：
Due to a
defect in the common hydraulic calculation method
of
fire
protection
sprinkler
system
on
characteristic
coefficient
，
hydraulic
calculation method on range pipe
characteristic coefficient is put forward based
on theoretical deduction on
relationship between pressure at starting point of
a
range pipe and nozzle flow at the end
of the pipe
，
also by using
software of
EXCEL ways are introduced
to simplify calculation.
Key
words
：
Fire
Protection
Sprinkler
System
；
Hydraulic
Calculation
Method
on
Range
Pipe
Characteristic
Coefficient
；
EXCEL
1
问题的提出
便捷准确、便于设计人员应用的自动喷水灭火系统的水力计算方法，对于提高设计质
量、保证系统在火灾时有效运行具有重要意义。目前，自动喷水灭火系统的水力计算通常
采用文献
[1
～
2]
< br>介绍的两种方法：
作用面积法和特性系数法。
作用面积法
假定作用面积内每只
喷头喷水量均相等，计算虽简便，但与实际水力工况相差甚大，也不
符合《自动喷水灭火
系统设计规范》
（
GB50084-2001
，
2005
版，以下简称“规范”）
[3]
第
9.
1.1
条规定，即自动
喷水灭火系统中喷头出流量应按式（
1
）计算：
q<
/p>
?
K
10
P
（
1
）
式中
q<
/p>
－喷头流量（
L/min
）；
Ｋ
－喷头流量系数；
Ｐ
－作用于喷头的工作压力（ＭＰａ）
特性系数法考虑了喷头工作压力的
不同，
采用式
（
1
）
计算作用面积内各喷头流量，
显
然更符合“规范”的精神。由于特性系数法计算较为繁琐，文献
[1]
< br>基于最不利作用面积内各配水支管设计条件完全相同的假定，
最不利作用面积
引入配水支管简化流量修正系数，
给出了一种目前通用的计算方
法（姑称为“简化算法”，下同）。但是，实际工程的设计中，
有较
多情况并不能满足上述假定，
以下为几种常见情形：
①建筑
平面不规则，
最不利作用面积内支管上布置喷头数量不相等，
如
图
1
；②各配水支
管布置均相同，但最不利作用面积为不规则形
状如图
2
；③最不利作用面积所包围配水管两侧的配水支管不对
称，
如图
3
；
④系统同时存在上
述两种或两种以上的情况。
可见，
简化算法的计算假定决定了其
在实际应用上的局限性，
为满足工
程设计的实际需求，
有必要寻求应用上更具普遍性的水力计算方
法。
2
支管特性系数的引入
2.1
喷头折算流量系数
在使用式（
1
）时，为计算方便，
P
值通常采用喷头连接短
图1
最不利作用面积
图2
最不利作用面积
图3
管与配水支管连接点的压力代入，这与喷头实际作用压力有偏差，如直接以喷头流量
系数
代人公式将影响计算的精确性。为此引入喷头折算流量系数来解决，即把喷头与连接
短管
视作一个复合喷头，其流量系数称为喷头的折算流量系数，计算公式如下
[4]
：
K
?
q
/
10
(
P
?
h
< br>s
?
Z
)
（
2
）
式中：
K
－喷头折算流量系数；
q
－作用面积内第一个喷头出流量，
L/min
；
P
－作用面积内第一个喷头工作压力，
MPa
；
hs<
/p>
－喷头连接短管水头损失，
MPa
；
Z
－喷头连接短管的几何高差产生的水压，
MPa
；喷头在支管上方时，取正值，
喷头在支管上方时，取负值。
2.2
配水支管起端水压与支管末端喷头出流量的关系
以任一配水支管为研究对象
（配水支管起端指支管与配水管连
接点，末端为最末一个出水喷头节
点，实际支管上的无出流喷头和零
流量管段不计在内）
进行水力分析，
设该支管上共
有
n
个喷头出水，经
初定管径后，各喷
头及管段相应的
计算参数如图
4
所示。
配水管
P
n+1
n+1
qn
q4
q3
q2
q1
Dn
An、Ln
Pn
Kn
D3
D2
D1
P4
A3、L3
P3
A2、L2
P2
A1、L1
P1
K3
K2
K4
K1
图4 自动喷水灭火系统
配水支管计算简图
注：Li为本段实际长度与当量长度之和
Ki
均为喷头折算流量系数
各喷头流量均根据式（
1
）计算：
q
1
?
K
1
< br>10
P
1
2
q
2
?
K
2
10
P
2
?
K
2
10<
/p>
(
P
1
?
A
1
l
1
q
1
)
?
K
2
1
K
2
1
?
10
A
1
l
1
q
1
?
?
2
q
1
q
3
?
K
3
10
P
3
?
K
3
10
< br>[
P
2
?
A
2
l
2
(
q
1
?
q
2
)
]
2
?
K
3
?
2
K
2
< br>2
2
?
10
A
2
l
2
(
1
?
?
2<
/p>
)
q
1
?
?
3
q
1
2
由此得出支管上
i<
/p>
节点处喷头出流量的一般规律：
q
i
?
K
i
10
P
i
?
K
i
10
[
P
i
?
1
< br>?
A
i
?
1
l
i
?
1
(
q
1
?
q
2
?
?
?
?
?
q
i
?
1
)
< br>]
2
?
K
i
?
i
?
1
K
2
i
?
1
2
2
?
10
A
i
?
1
l
i
?
1
(
1
?
?
2
?
?
?
?
?
i<
/p>
?
1
)
q
1
?
?
i
q
1
（
i
≥
2
）
（
2
）
对于配水支管与配水管连接点即支管之
n+
1
节点，其水压
P
为：
P
?
P
n
?
1
?
P
1
?
A
1<
/p>
l
1
q
1
?
A
2
l
2
(
q
1
?
q
2
)
?
?
?
?
?
A
n
l
n<
/p>
(
q
1
?
q
2
?
?
?
?
?
q
n
)
（
3
）
2
2
2
将式（
2
）代入式（
3
）
，整理后得：
P
?
< br>[
1
10
K
2
2
1
2
2
2
?
A
1<
/p>
l
1
?
A
2
l
2
(
1
?
?
2
)
?
?
?
?
?
A
n
l
n
(
1
?<
/p>
?
2
?
?
?
?
?
?
n
)
]
q
1
?
?
q
1
（
4
）
式（
4
）中，
β<
/p>
与配水支管各管段
A
、
< br>l
和各喷头折算流量系数
K
值有
关，对于给定的
系统，
A
、
l
、
K
均为常数，故
β
也为常数，称之为“支管特性系数”。由是可知，任意配水
支管起端水压与支管末端喷头出流量的平方成正比。
3
支管特性系数水力计算法
对于最不利作用面积所包围的
各配水支管设计条件不同时，基于式
（
4
）
，
采用支管特性系数水力计算法，
可以得到准确的计算结果。下面以图
5
为示例介绍支管特性系数水力计算
法的计
算步骤。
3.1
初定管径
按照“规范”中表
8.0.7
的要求
初步确定配水支管及配水管的
管径。
3.2
支管特性系数的计算
以配水支管Ⅰ为例，
不妨设末端
3600
DN25
18001800
1800
1800
18001800
3600
1800
DN32
21
DN32
13
DN32
12
DN25
11
支
管Ⅱ
D
N
5
0
a
b
c
d
支管Ⅰ
DN25
DN32
< br>41
DN32
33
DN32
32
DN25
31
支管Ⅳ
D
N
8
0
配水管
DN25
DN32
61
DN32
53
DN3
2
52
DN25
51
< br>支管Ⅵ
支管Ⅴ
DN25
DN32
81
DN32
71
DN32
DN25
D
N
8
0
支管Ⅷ
支管Ⅶ
注：喷头
表示第
支管上第
个喷头
图5 自动喷水灭火系统最不利作用面积计算简图
1
6
0
0
1
6
0
0
1
6
0
0
3
2
0
0
支管Ⅲ
D
N
8
0
< br>3
2
0
0
1
6
0
0
-
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