建筑消防中自动喷水灭火系统及其水利计算分析毕业论文.docx
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建筑消防中自动喷水灭火系统及其水利计算分析毕业论文
安徽建筑大学
毕业设计(论文)
课题建筑消防中自动喷水灭火系统及
其水利计算分析
AnhuiJianzhuUniversity
ADissertationforBachelor’sDegree
StudiesontheBuildingFireAutomaticSprinklerSystem
AndHydraulicCalculation
Speciality:
SafetyEngineering
Author’sName:
Supervisor:
FinishedTime:
摘要
随着我国近几年来的重大火灾的时常发生,造成很严重的经损失和人员伤亡,消费问题越来越收到普通老百姓的关注。
当今消防问题已经成为民生问题,越来越多的人都开始关注消防,从最近几年的消防事故中我们可以看出,其实消防与我们每个人密切相关。
而动喷水灭火系统是灭火效率高又经济的一种灭火系统,自动喷水灭火系统正广泛应用于工程建设中,是自动扑灭初期火灾的最好措施,可将火灾损失减少到最低限度。
自动喷水灭火系统是目前世界上最可靠、最经济的建筑防火措施,在欧洲和美国、澳大利亚等发达国家,它已经成为了建筑防火措施中最重要的一环。
本文就火灾的特点和灾造成的损失开始,简单的说明现行我国的目前多采用的消防措施。
重点说明自动喷水灭火系统,对自动喷水灭火系统组成进行简单介绍,通过对自动喷水灭火系统基本的水力计算方法及我国现行主要的计算方法的详细分析,根据水力学原理和水利计算公式,对某建筑进行水利计算和消防设计的分析。
关键字:
建筑火灾;自动喷水灭火系统;水力计算;工程实例
Abstract
Withtheseriousfireinrecentyearsinourcountryfrequently,Causedseriousthedamageandcasualties,Theconsumptionproblemhasreceivedmoreandmoreordinarypeople'sattention。
Thefirehasbecomethepeople'slivelihood,moreandmorepeoplearebeginningtopayattentiontothefire,Inrecentyearsthefireaccident,wecanseethat,infact,fireandwearecloselyrelatedtoeachperson。
Alongwithreformandopenpolicypenetratingwithourcountrynationalstrengthenhancement,theautomaticdelugesystemwidelyappliesintheengineeringconstruction,isautomaticallysuppressestheinitialperiodfirethebestmeasure,mayreducethefiredamagetothethreshold.AsthemostreliableandeconomicconstructionfireprotectionmeasuresinEuropetheUnitedStates,Australiaandotherdevelopedcountries,automaticsprinklersystemhasbecomeabuildingfiresafetymeasuresinthemostimportant.
Inthispaper,thefeaturesandthedisasterlosscausedbythefirestarted,ThepresentofourcountryatpresentthefirefightingmeasuressimpleFocusingontheautomaticsprinklersystemAfteranalyzingthebasichydrauliccalculationmethodsofautomaticsprinklersystemandthecurrenthydrauliccalculationmethodsofchinaindetail,Accordingtohydraulicsprincipleandhydrauliccalculationformula,andtheoreticallydeducingthedischargerelationbetweensprayersonbranchlines,Hydrauliccalculationandanalysisofthefireprotectiondesignofabuilding.
Keyword:
Buildingfire,Thesprinklersystem,Hydrauliccalculation,Theprojectinstance
目录
摘要I
AbstractII
第一章绪论1
1.1概述1
1.1.1我国火灾现状与特点1
1.1.2目前建筑消防的主要措施2
1.1.3自动喷水灭火系统与消火栓灭火系统的比较3
1.2课题的提出及研究意义3
1.3我国自喷系统与国外先进国家的差距4
1.3.1技术方面的差距4
1.3.2应用范围6
1.3.4国内外研究现状6
1.4自动喷水灭火系统的发展前景8
1.5本文主要研究内容8
第二章自动喷水灭火系统分析9
2.1自动喷水灭火系统的分类9
2.1.1湿式自喷系统9
2.2.2干式自喷系统10
2.2.3预作用自喷系统10
2.2自动喷水灭火系统的基本要求11
2.3喷头和管网的布置12
2.3.1喷头的布置原则和布置形式12
2.3.2喷头的布置间距问题15
2.4报警阀17
2.5末端试水装置18
2.5.1末端试水装置的功能和设置18
2.6消防水箱18
2.7自动喷水灭火系统的减压措施19
2.8本章小结19
第三章建筑消防自喷系统的水力计算20
3.1自喷系统的水力计算方法20
3.1.1欧美现行的自喷系统水力计算方20
3.1.2我国现行的自喷系统水力计算方法20
3.2自喷系统基本公式及水力计算21
3.2.1自动喷水灭火系统的基本参数21
3.2.2“矩形面积一逐点法”算法及公式22
3.2.3管道流量计算24
3.2.4.管系特性系数24
3.2.5.管道水头损失计算25
3.2.6.水泵扬程或系统入口的供水压力27
3.2.7减压措施的水头损失27
第四章工程实例29
4.1确定该建筑物的火灾危险等级29
4.2确定设计技术类型30
4.3选择和布置喷头30
4.4管网布置31
4.5水力计算33
4.6选择消防水泵35
第五章总结与展望39
5.1总结39
5.2建议39
参考文献40
致谢42
第一章绪论
1.1概述
1.1.1我国火灾现状与特点
随着我国经济发展步伐的加快,我国的特大火灾发生率上升速度较快。
2004年2月15日,吉林省吉林市中百商厦发生特大火灾,造成54人死亡;2004年7月28日,浙江省温州市辉煌皮革有限公司发生特大火灾,造成18人死亡[1]。
2009年1月31日,福建省长乐市拉丁酒吧生日聚会在桌上发烟花引起火灾造成15人死亡,2011年4月25日北京大兴一层服装加工车间内用电短路并引发周围可燃物燃烧,造成17人死亡,24人受伤。
由于原有老建筑,因过去经济不发达,总想节省,而导致消防设施简单化,加之近年来大量用电设施的增加,以及原有设施老化及维修失调,使火灾发生的概率在增高,因此我国近年来大火接连不断。
针对这种情况,我们应研究对策解决上述问题,做到“防患于未然,责任重于泰山”[2]。
世界上主要国家上个世纪末的火灾统计情况[3]见表1.1,从表中可以看出与发达国家相比,我国每年的起火次数较少,但死亡人数较多,我国每年的总火灾次数在10个国家中排在倒数第二,但死亡人数排在第5位,若按千次火灾平均死亡人数则我国排在第2位,是各国平均值的近5倍。
这说明我国的消防保护体系,对生命安全的保护还有一定的差距,值得提高全民的防火安全观念,以及普遍提高我国的有效消防设施水平,特别是提高自动喷水灭火系统的普及率[4]。
表1.120世纪90年代若干国家的火灾统计
国别
居住人口
(百万)
火灾次数
(千次/年)
死亡人数
(人/年)
每千人的
火灾次数
每百万的
火灾次数
每千次火灾
的死亡人数
中国
1203
45
2300
0.04
1.9
51.1
印度
936.5
200
17000
0.21
18.2
85
美国
263.5
2000
4600
7.58
17.4
2.3
俄国
148.3
300
15000
2.02
101.1
50
日本
125.5
58
1900
0.46
15.1
32.8
德国
81.7
215
700
2.63
8.6
3.3
英国
58.3
460
850
7.89
14.6
1.8
法国
58.1
290
600
4.99
10.3
2.1
澳大利亚
18.3
80
160
4.37
8.7
2.0
爱尔兰
0.36
32
45
8.89
12.5
1.4
由于现代社会财富的积累相当高,现代的家庭、办公、以及其他娱乐场所的装修和家具己不可同日而语。
主要体现在用电量大增、可燃物更多、以及塑料制品的大量使用。
20世纪50年代,绝大部分家庭、公共场所、办公、商场等的装修都比较简单,基本是地面为水泥地面或水磨石,墙面为石灰粉白,而现在的装修档次相当高,有木墙裙、软包、木地板、地毯,而家具则更多,材料的种类更多,塑料制品更是大量应用。
这些都使建筑物内的火灾荷载增加,今天的住宅与50年前相比火灾荷载至少增加了一倍,其它场所的火灾荷载也都有不少的增加,凡此种种都对消防提出了挑战[5]。
1.1.2目前建筑消防的主要措施
(1)防火分区系统它采用相应耐火性能的建筑构件或防火分隔物,将建筑物人为划分为在一定时间内防止火灾向同一建筑物的其它部分蔓延的局部空间。
设置的目的是利用防火墙、板、防火门、防火卷帘等装置将火势封闭在局部空间内,阻止其蔓延,以有利于消防扑救。
(2)火灾自动报警系统火灾自动报警系统是由触发装置、火灾报瞥装置以及其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统。
它是人们为了早期发现、通报火情,并及时采取有效措施控制和扑灭火灾而设置在建筑物中或其它场所的一种自动报警系统。
(3)消火栓灭火系统消火栓灭火系统长期作为一种最基本的灭火设施,占据着我国消防体系的主导地位,从数百米的超高层到几米的低层建筑都设置。
利用消火栓灭火系统进行灭火需要两个基本要素:
一是消火栓设备;二是消火栓的使用者一消防队员。
(4)自动喷水灭火系统自动喷水灭火系统依靠闭式喷头或开式喷头喷水灭火。
喷头集火情探测与喷水技术于一体,建筑物内失火后燃烧产生的热量使喷头的热敏元件启动,喷头喷水灭火。
同时系统中的水流指示器向消防控制中心报警,并显示失火地点。
报警阀的压力开关也向消防控制中心报瞥并启动消防水泵。
水力警铃也同时发出声音报警。
自动喷水灭火系统实施灭火仅依靠其系统本身,而不需要外界的支持。
从上面的四项建筑消防技术可以看出,防火分区系统仅仅具备防止火灾蔓延功能。
火灾自动报警系统也仅具备火灾报警功能,而无防火功能。
在具备灭火功能的设施中,消火栓灭火系统受人为因素影响较大,真正同时具备防火、控火和灭火功能的技术设施是自动喷水灭火系统[6]。
1.1.3自动喷水灭火系统与消火栓灭火系统的比较
从灭火效果来看,自动喷水灭火系统明显优于消火栓灭火系统。
与自动喷水灭火系统相比,消火栓灭火系统具有以下不足:
(1)自动化程度低自动喷水灭火系统能自动感知火灾、报警、开启喷头、控火、灭火。
在正常工作状态下,这种装置昼夜24h都处于准动作状态,不会因现火情或报警不及时而延误扑救,导致火灾蔓延扩大。
而消火栓灭火系统的今基本要素中有一个是人,即消防队员。
火灾发生后,如果消防队员没有到达现场,消火栓灭火系统的灭火功能难以正常发挥。
(2)消防栓灭火效率低自动喷水灭火系统的灭火效率高,根据美国国家消防协的统计资料,自动喷水灭火系统灭火、控火的成功率高达96.2﹪;美国纽约市1969年至1978年十年间,自动喷水灭火系统灭火成功率达到98.496﹪;澳大利亚和新西兰报道的灭火成功率达到99.8﹪[7]。
同自动喷水灭火系统相比,消火栓灭火系统,主要供消防人员或受过专门培训的人员使用。
事实上,消防人员到达现场灭火时都是利用自带设备从火灾现场外围开始灭火,建筑物内的消火栓灭火系统很少被真正利用,其使用率较低。
(3)灭火时间长,损失大根据美国消防协会的统计资料,自动喷水灭火系统从火灾发生到火灾被系统扑灭,时间一般不会超过10分钟[7]。
自动喷水灭火系统扑灭火灾时间短的主要原因在于自动喷水灭火系统进行灭火时,火灾往往都处于初期,火势小,易于扑灭,同时造成损失就相应较小。
消火栓系统灭火发挥功能的个必要要素是消防队员的参与,我国的火灾统计资料表明,消防队员从接到报警至到达现场开始扑火,至少需要15分钟左右的时间[8]。
这样在火灾初期,火势得不到控制,会迅速蔓延开来,即使消防队员将火迅速扑灭,往往也造成了较大的财产损失。
1.2课题的提出及研究意义
综合上述我国火灾现状和特点,一旦发生火灾,尤其是在那些结构复杂、功能多样、火灾隐患大的建筑物中,如果不能及时地扑灭一定会给经济和生命财产造成巨大的损失。
目前我国建筑消防体系中占主导地位的灭火系统是消火栓灭火系统。
但通过上述对比,我们发现消火栓灭火系统存在着种种不利于快速灭火的环节,可能达不到及时控制火灾的效果。
反之,自动喷水灭火系统能够及时发现并能够对火灾进行有效的控制(即灭火)。
从全世界范围看,目前最有效的灭火、控火方式就是利用自动喷水灭火系统进行灭火,欧美许多国家早己确立了自动喷水灭火系统在建筑消防体系中的主导地位。
我国对自动喷水灭火系统的研究取得了很大的成果,但在目前的技术应用中还存在着不足,在设计、施工、维护、管理等方面都还存在着缺陷,影响了系统灭火性能的发挥,这就要求我们进行更深层次的研究,不断完善自动喷水灭火系统。
自动喷水灭火系统,尤其是占据了70%以上份额的湿式自动喷水灭火系统,作为一种灭火、控火于火灾初期的有效消防手段,越来越受到人们的重视,也是本文的研究对象。
工程设计中人们对《自动喷水灭火设计规范))(以下简称《喷规》)中某些条款的理解存在着差异,特别是当新“规范”开始实施时,广大设计人员对“规范”中某些新的规定和条款有着不同的看法。
在进行自动喷水灭火系统的设计与水力计算时,偏向于使用经验方法确定自动喷水灭火系统的设补断馄本课题正是基于上述,在总结我国自动喷水灭火系的发展状况、地位、作用及成果的前提下,把自动喷水灭火系统从设计到运行这个过程作为研究范围,来进行自动喷水灭火系统及其水力计算的研究。
1.3我国自喷系统与国外先进国家的差距
尽管我国已有70多年的使用历史和50多年自行设计、安装、调试和管理经
验,但同国外己有上百年应用历史,拥有先进技术的国家相比,我国自喷系统的
差距还相当大,可以具体总结为以下几个方面。
1.3.1技术方面的差距
技术方面的差距国外应用自动喷水灭火系统己有一百多年的历史。
在这长达一个多世纪的时间里,一些经济发达的国家,投入巨资进行系统的研制与开发,具有更高灭火效率、可以实用不同场所、不同环境的先进系统不断出现。
在系统类型上,除了在我国经常使用的湿式系统、干式系统、预作用系统、雨淋系统和水幕系统外,还研制出重复启闭预作用系统、自动喷水一泡沫联用灭火系统、快速响应早期灭火喷头的自动喷水灭火系统和先进的炮系统。
在喷头的研制方面,根据不同环境和不同的使用场所研制出适合各自条件的喷头。
除了常见的标准喷头外,还研制推广快速响应喷头、扩展覆盖边墙型喷头和快速响应早期灭火喷头、大水滴喷头等特种喷头以及家庭自喷系统所使用的喷头。
其实,从消防水炮的事例就可以看出我国与国外在自动喷水灭火系统在技术上的差异。
先进的水炮系统也是一种典型的自动喷水灭火系统,主要用于室内高度大于13m的大空间场所。
在日本、欧美,该系统在机场、体育馆和展览馆等大空间场所使用较为普遍。
国内也有使用。
国外对消防水炮的研制和应用技术比较成熟。
如日本所使用的日本报知机水炮,现有高、中、低三级产品。
高级型水炮每台炮水量为150L/s,射程为150~180m;中型水炮水量为70L/s,射程为60~80m;而低级型水炮射程为18~20m。
报知机系列产品设计先进,制作精良,性能优越,而且能实现自动对焦,对准着火点,以及实现与报警系统联动。
国内于90年代开始消防水炮的研制。
上海消防科研所“九五”攻关课题之一即是“消防水炮研制”,且已研制出射程可达70m的水炮产品。
但上海消防科研所研制的水炮只是一种遥控水炮,不能实现自动对准着火点,也不能实现同报警系统联动。
1.3.2标准制定方面的差距
标准制定方面的差距从1979年到现在,我国的《自动喷水灭火系统设计规范》己经颁布了四次,也经历了一个不断修订和改进的过程,但是同英美等技术较发达国家的技术标准制订过程和技术标准进行比较,还具有许多差距。
具体表现在以下几方面:
第一修订时间间隔过长美国对于制定的《自动喷水灭火系统安装标准》,一般根据每年的技术进步和当前出现的实际情况和经验教训,每年或者两年修订一次,使规范的发展与技术进步同步。
在其规范建立的106年时间里,规范共计修订了57次,为自动喷水灭火系统的进步和保证其高效的灭火效率作出了贡献。
我国对于修订设计规范的间隔时间没有规律弓从1985年颁布的第一本《自动喷水灭火设计规范》到2001年进行重新修订,时间跨度达到16年,在这期间出现的自动喷水灭火系统的新技术在实际应用中缺乏依据和标准。
第二标准制定不完善美国在制定自喷系统的规范时,不仅类型全面,而且对于许多类型的自喷系统,不仅在NEPA13中对其使用范围、布置形式、约束条件和使用要求做出详细规定,而且还单独制定出详细规范来指导人们的使用。
英国BSS306PARTII一自动喷水灭火系统安装规范,给出了自动喷水灭火系统的12种不同的供水方式。
我国在制定相关规范时,对于许多类型的自喷系统都没有单独的规范,而且规范中的类型还不全面,许多新型的自动喷水灭火系统类型没有出现在规范中,规范的制定明显落后于技术的发展。
比如上文中提到的重复启闭预作用系统、自动喷水一泡沫联动系统、家庭自动喷水灭火系统等类型至今没有相关的规范标准;在涉及到供水方式时,并不是根据建筑物的具体情况设置,而是只要是设置自动喷水灭火系统就要求两路水源、消防水泵和屋顶水箱或增压装置,造成系统投资增大,阻碍了小规模建筑自动喷水灭火系统的应用。
第三自主知识太少在我国,研究自动喷水灭火系统的科研机构数量少,应用范围有限,来的经验相对较少。
在制定自动喷水灭火系统的规范时,很多标准都是借鉴国外的标准来制定,而不是根据我国的国情从实际出发,例如火灾危险等级的划分、火灾危险等级所对应的喷水强度等。
同时许多标准都是在制定后再在实践中去证实它的合理性,缺乏规范制定的前瞻性。
上述这些规范制定过程中的弊端己经严重阻碍了自动喷水灭火系统新技术在我国的发展、推广和广泛应用。
应用范围小在我国,《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑防火规范》根据我国国民经济水平,仅对火灾危险性大、经济损失大、政治影响大、发生火灾后人员伤亡严重的重点部位作了设置要求。
目前,在美国的一些旅馆、饭店都设置自动喷水灭火系统,而不设消火栓系统,甚至不装报警装置;在香港则无论何种建筑、何种装修标准(不能用水保护的场所除外)一律装设自动喷水系统。
根据国外资料介绍,上文提到的住宅自动喷水系统,在加拿大运用超过巧年,在澳大利亚、英国和美国也广泛使用。
但这一系统的实际应用在我国还未见相关报道。
1.3.3国内外研究现状
国外自动喷水灭火系统已有一百多年的发展历史,在这长达一个多世纪的时间内,一些经济发达国家,从研究到应用,从局部应用到普遍推广,有过许许多多成功和失败的教训。
在总结经验的基础上,制定了本国的自动喷水灭火系统设计、安装的规范和标准,而且还进行了一次又一次的修订(如英国的《自动喷水灭火系统安装规则》,美国的《自动喷水灭火系统安装标准》等)。
自动喷水灭火系统不但已经在高层建筑、公共建筑、工业厂房和仓库中推广使用,而且发达国家已经在住宅建筑中开始安装使用。
在建筑防火设计中推广应用自动喷水灭火系统,获得了巨大的社会与经济效益。
美国德克萨斯州佩雷楼市在1982年就已率先确立了自动喷水灭火系统在建筑消防中的主导地位,这一举措使该市获益不少,1997年至1998年度就节约了252万英镑,并使火灾损失减少到最低[8]。
在我国,自动喷水灭火系统的应用也已有多年。
早在1926年,上海的毛纺厂就开始安装自动喷水灭火系统。
从80年代初开始,我国对自动喷水灭火系统的产品进行规模生产,并大量在工程项目中使用。
通过这些年来的系统研究,我国已建立了自动喷水灭火系统的产品质量标准,成立了产品质量检测中心,编制了设计、施工、验收规范和安装图集。
在技术规范和标准的制定方面,我国先后发布了《自动喷水灭火系统设计规范》、《自动喷水灭火系统施工与验收规范))、《自动喷水灭火系统:
洒水喷头性能要求和试验方法》等规范和《室内自动喷水灭火设施安装》标准图集。
大大提高了我国自动喷水灭火系统的技术含量,也有利于消防的管理。
在自动喷水灭火系统的理论上,我国开展了喷头热敏性能的量化和喷头灭火效能影响的评价研究。
喷头的热敏性能通过响应时间指数((RTI)来反映。
RTI越低,喷头开放也就越快,其灭火效果也相对较好。
喷头的灭火效能与所需喷水密度(RDD)和喷头实际送达的喷水密度(ADD)有关。
当喷头空间的热损失较小时,喷水穿过火焰上羽卷流送达的密度就相对提高。
在喷头技术上,现已有标准喷头、快速响应喷头(RTI<50(m•s)0.6、大水滴喷头((ES)、快速响应早期喷头((ESFR)、扩展覆盖边墙型喷头、启闭式喷头等。
在系统方式上,除了常规的湿式系统、干式系统、预作用系统、雨淋系统和水幕系统外,还出现了重复启闭预作用系统、自动喷水一泡沫联用灭火系统。
水力报警阀的功能在系统中也得到进一步明确。
在每个报警阀组的给水最不利处,均设末端试水装置,以利于系统的检测,加强了系统平时的维护、管理。
自动喷水灭火系统向前发展的同时,在技术应用中还存在一定的问题,如系统应用的场所和设置部位还不够广泛、系统不能按照设计的参数运行等等。
灭火系统的设计应重视“以人为本”的原则,大力推广自动喷水灭火系
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