EPANET在自动喷水灭火系统设计中的运用研究

三明市公安消防支队 许瑞堂 熊 玮

EPANET在自动喷水灭火系统设计中的运用研究

三明市公安消防支队 许瑞堂 熊 玮

EPANET指的就是一种能够执行有压管网水力以及模拟水质特性延时时状态的一种计算机软件,使用该种软件当中的扩散器组件去模拟自动喷水灭火系统中喷头的工作情况,使用谢齐-曼宁公式去计算水力,也可以使用特性系数法去设计并计算自动喷水灭火系统.而经过实例计算公式的分析,谢齐-曼宁公式也可以基本与规范推荐公式的形式相符,而当软件曼宁系数取值取n为0.0127时,系统端的设计压力规范公式值就会达到百分之七左右,系统设计的流量也会达到百分之三左右,这种设计所得到的成果也更为保守.该软件也可以当做一种新类型工具去计算并设计自动喷水灭火系统.

EPANET;自动喷水灭火系统;设计中的运用研究

在自动喷水灭火系统当中,毫无疑问如何精准的计算灭火系统当中的数值也是十分令人头疼的任务,而在这种情况下,EPANET计算机软件就随之产生,研究人员可以使用该软件精确地计算自动喷水灭火系统中的所有数值情况,也可以为以后的研究背景做一定的参考辅助.

1 研究背景

自动喷水灭火系统能够自主感知火灾,自主进行喷火灭火行为,其具备经济可靠,经济实用,灭火效率高等特点,因为这一原因其在建筑消防系统当中的应用也就越来越普遍.自动喷水灭火系统的水力计算在系统设计当中占据主要位置,目前计算水力的方法有两种,分别为作用面积法以及特性系数法.作用面积法是把作用面积当中的各个喷头的流都统一设置为同一数值,不去考虑各个喷头之间压力差异所造成的喷头喷水量相差的实际情况,这是一种精炼计算的方法.特性系数法则必须要去计算出每一喷头在不同设计压力之下的实际喷水数量,因为自动喷水灭火系统的管道线路比较复杂,并且有时候管道中还会出现很多不同类型的喷头,所以相比较来说特性系数法的计算方法是比较复杂的.特性系数法的计算情况跟实际的设计情景是比较相符的,计算比较准确,可以满足规范作业的要求.目前为止,还没有一种比较通用的软件去专门的计算自动喷水灭火系统的水力,而且利用人工计算的话是非常耗时间的,还爱出错.EPANET软件是美国环境保护局研发的一种分析压管网的软件,其主要用于去分析城市水管网的水力并模拟水质,这一软件在国际上也已经得到了普遍的认可.

喷淋管网跟城市给水管网比较类似,并且EPANET软件具备比较强大的计算水力的模块功能,还有易于操作的图形界面,在摸索这一软件用法时在自动喷水灭火系统进行运用也具有十分重要的意义.其用于自动喷水灭火系统水力计算的研究和应用到目前为止展开的还不算太多,研究人员只使用这种软件分析了如何在自动喷水灭火系统环状格栅管网中的应用.并且也提出了其在环状格栅管网中计算水力的方法,研究人员普遍认为EPANET跟现在的天正软件相比在计算自动喷水灭火系统的水力方面更具有竞争力.

2 技术路径

2.1 沿程水头损失计算

这种软件所提出的沿程水头损失计算公式有海曾-威廉公式、达西-魏斯巴赫公式和谢齐-曼宁公式.经过研究人员的调查研究可得知,谢齐-曼宁公式跟"喷规"的推荐公式在形式上是最为类似的,这两者之间成正比例关系,而在EPANET的使用手册当中,定下的镀锌钢管的n数值约为0.015到0,017左右,中国相关规定中国设定的对于旧钢管所建议的n数值一般为0,014到0,018左右,另一部规范中设定的n数值则为0,012.从这种不同就可以看出,各种规范手册所列出的管道粗糙度变化的范围都比较宽泛.喷水淋水系统中使用的管径大小跟城市排水管道使用的管径相比还是比较小的,它的粗糙取值跟城市使用的钢管非常不同,而为了便于计算,在之后建议将所有的管径管道大小都统一为0.0127.

2.2 局部水头损失计算

在喷淋系统当中,局部水头的损失所占的总比例是比较大的,无法忽略.要按照"喷规"的有关要求换算为当量管长,再计入到沿程水头的损失当中.

2.3 喷嘴流量计算

在EPANET软件当中没有专业的消防喷头组件可用,但是其中的扩散器组件可以用于模拟喷头的水力特点.扩散器是跟连接点有关的设备,经过喷嘴或是控制模拟流量再排向大气.

3 小结

EPANET软件具备超强的模拟有压管计算功能,其利用扩散器组件就能够全面实现对于消防喷头的全面水力模拟.而在EPANET软件当中,在计算管段阻力水力时统一要使用谢齐-曼宁公式,管段粗糙系数n一般取值为0.0127,这时的水头所损失的计算就跟"喷规"所规定的水头损失计算公式比较类似了,但总体压力计算跟各个喷头流量的计算还是存在一定距离的差距,但是差异程度也不是很大,并且使用EPANET软件计算出的结果也是比较保守的.

4 算例分析

4.1 设计方案的计算方法

依据系统的设置图,可以在该软件中进行喷淋系统的建模设计.管段水力计算公式统一使用谢齐-曼宁公式,管道粗糙度n取值普遍为0.0127.在确定各个节点的参数值之后,再计算各管段的官长,要把面积中的喷头节点定义为扩散器,还要更改扩散系数.这种软件主要用于模拟有压管网,计算模式一般为在存在入口压力的情况下,在系统中计算各个节点的工作状态参数,无法按照传统类型的设计理念从最不利的压力点去反算入口压力.

为了获取在设计情况下管路情况的参数值,可以使用如下方式进行展开计算:首先,试算系统入口压力,要选择最不利节点处的水头,压力值达到5mH2O左右为基准,构建以0.1米为间隔步长的一系列入口压力值,该软件可以自动的计算这一系列情况的变化值.要从最不利的节点数值变化开始分析,按照"喷规"规定计算总流量,而且要在最不利节点周围喷头出计算流量数值及强度,之后再做分析,要选取能够满足流量交验条件的最小系统入口压力值作为设计指标,以此获取参数状态.

4.2 设计方案的计算与校验

在使用EPANET软件按照上述文中提到的计算方法去计算喷头周围的数值变化时,也不可忽视"喷规"的相关规则,要按照这两条规定一对一的进行手工计算对比.在这一研究过程中,一号节点所设计的水头为5mH20时,经过软件所计算出的系统入口压力值大概为45mH20,在这时系统总喷水量也将会达到32L/S左右.

4.3 针对结果做出的对比与分析

在按照上述这些计算过程依一一做完之后,在针对软件中的计算以及手工计算结果进行分析校验,在最不利节点的喷头周围,而且压力情况比较一致的情况状态之下,要使用统一的EPANET软件去计算水头会产生的损失,而得到的数值肯定会跟按照"喷规"规定所计算出来的数值大小存在一定的差距,在这次研究过程中所使用的系统的相对偏差也大约为百分之八左右,在分析产生这一结果的过程当中,也不可忽视有关规定的重要性,一般经过手工计算得到的结果数值都会偏大,这种研究结果在某种程度上来说也是无法避免的,但是研究人员也要重视这一差异,要记住是在使用哪种规定计算出的结果跟最终结果有较大差异,而追究产生这种差异的最根本原因可发现,主要是因为管道内部对各种不同规格的管径大小都统一换成了管径换算的管道粗糙度.在使用这种管道的情况下,管径越小当然计算结果也会偏大,偏差也就会越大.

5 结语

综上所述,EPANET在自动喷水灭火系统的设计研发和应用对我国建筑灭火事业具有重要意义,因此确保该系统的运行计算准确十分重要.

[1]魏磊,王庆国,鲜志斌.EPANET在自动喷水灭火系统设计中的运用[J].给水排水,2015(S1).

[2]杜坤,龙天渝,张勤 等.基于EPANET的自动喷水灭火系统环状格栅管网水力计算研究[J].给水排水,2012(5).

[3]段冬松,朱林.关于自动喷水灭火系统设计施工及实际应用中若干问题的探讨[J].中国科技信息,2012(4).