EPANET在自動噴水滅火系統設計中的運用研究

三明市公安消防支隊 許瑞堂 熊 瑋

EPANET在自動噴水滅火系統設計中的運用研究

三明市公安消防支隊 許瑞堂 熊 瑋

EPANET指的就是一種能夠執行有壓管網水力以及模擬水質特性延時時狀態的一種計算機軟件,使用該種軟件當中的擴散器組件去模擬自動噴水滅火系統中噴頭的工作情況,使用謝齊-曼寧公式去計算水力,也可以使用特性系數法去設計并計算自動噴水滅火系統.而經過實例計算公式的分析,謝齊-曼寧公式也可以基本與規范推薦公式的形式相符,而當軟件曼寧系數取值取n為0.0127時,系統端的設計壓力規范公式值就會達到百分之七左右,系統設計的流量也會達到百分之三左右,這種設計所得到的成果也更為保守.該軟件也可以當做一種新類型工具去計算并設計自動噴水滅火系統.

EPANET;自動噴水滅火系統;設計中的運用研究

在自動噴水滅火系統當中,毫無疑問如何精準的計算滅火系統當中的數值也是十分令人頭疼的任務,而在這種情況下,EPANET計算機軟件就隨之產生,研究人員可以使用該軟件精確地計算自動噴水滅火系統中的所有數值情況,也可以為以后的研究背景做一定的參考輔助.

1 研究背景

自動噴水滅火系統能夠自主感知火災,自主進行噴火滅火行為,其具備經濟可靠,經濟實用,滅火效率高等特點,因為這一原因其在建筑消防系統當中的應用也就越來越普遍.自動噴水滅火系統的水力計算在系統設計當中占據主要位置,目前計算水力的方法有兩種,分別為作用面積法以及特性系數法.作用面積法是把作用面積當中的各個噴頭的流都統一設置為同一數值,不去考慮各個噴頭之間壓力差異所造成的噴頭噴水量相差的實際情況,這是一種精煉計算的方法.特性系數法則必須要去計算出每一噴頭在不同設計壓力之下的實際噴水數量,因為自動噴水滅火系統的管道線路比較復雜,并且有時候管道中還會出現很多不同類型的噴頭,所以相比較來說特性系數法的計算方法是比較復雜的.特性系數法的計算情況跟實際的設計情景是比較相符的,計算比較準確,可以滿足規范作業的要求.目前為止,還沒有一種比較通用的軟件去專門的計算自動噴水滅火系統的水力,而且利用人工計算的話是非常耗時間的,還愛出錯.EPANET軟件是美國環境保護局研發的一種分析壓管網的軟件,其主要用于去分析城市水管網的水力并模擬水質,這一軟件在國際上也已經得到了普遍的認可.

噴淋管網跟城市給水管網比較類似,并且EPANET軟件具備比較強大的計算水力的模塊功能,還有易于操作的圖形界面,在摸索這一軟件用法時在自動噴水滅火系統進行運用也具有十分重要的意義.其用于自動噴水滅火系統水力計算的研究和應用到目前為止展開的還不算太多,研究人員只使用這種軟件分析了如何在自動噴水滅火系統環狀格柵管網中的應用.并且也提出了其在環狀格柵管網中計算水力的方法,研究人員普遍認為EPANET跟現在的天正軟件相比在計算自動噴水滅火系統的水力方面更具有競爭力.

2 技術路徑

2.1 沿程水頭損失計算

這種軟件所提出的沿程水頭損失計算公式有海曾-威廉公式、達西-魏斯巴赫公式和謝齊-曼寧公式.經過研究人員的調查研究可得知,謝齊-曼寧公式跟"噴規"的推薦公式在形式上是最為類似的,這兩者之間成正比例關系,而在EPANET的使用手冊當中,定下的鍍鋅鋼管的n數值約為0.015到0,017左右,中國相關規定中國設定的對于舊鋼管所建議的n數值一般為0,014到0,018左右,另一部規范中設定的n數值則為0,012.從這種不同就可以看出,各種規范手冊所列出的管道粗糙度變化的范圍都比較寬泛.噴水淋水系統中使用的管徑大小跟城市排水管道使用的管徑相比還是比較小的,它的粗糙取值跟城市使用的鋼管非常不同,而為了便于計算,在之后建議將所有的管徑管道大小都統一為0.0127.

2.2 局部水頭損失計算

在噴淋系統當中,局部水頭的損失所占的總比例是比較大的,無法忽略.要按照"噴規"的有關要求換算為當量管長,再計入到沿程水頭的損失當中.

2.3 噴嘴流量計算

在EPANET軟件當中沒有專業的消防噴頭組件可用,但是其中的擴散器組件可以用于模擬噴頭的水力特點.擴散器是跟連接點有關的設備,經過噴嘴或是控制模擬流量再排向大氣.

3 小結

EPANET軟件具備超強的模擬有壓管計算功能,其利用擴散器組件就能夠全面實現對于消防噴頭的全面水力模擬.而在EPANET軟件當中,在計算管段阻力水力時統一要使用謝齊-曼寧公式,管段粗糙系數n一般取值為0.0127,這時的水頭所損失的計算就跟"噴規"所規定的水頭損失計算公式比較類似了,但總體壓力計算跟各個噴頭流量的計算還是存在一定距離的差距,但是差異程度也不是很大,并且使用EPANET軟件計算出的結果也是比較保守的.

4 算例分析

4.1 設計方案的計算方法

依據系統的設置圖,可以在該軟件中進行噴淋系統的建模設計.管段水力計算公式統一使用謝齊-曼寧公式,管道粗糙度n取值普遍為0.0127.在確定各個節點的參數值之后,再計算各管段的官長,要把面積中的噴頭節點定義為擴散器,還要更改擴散系數.這種軟件主要用于模擬有壓管網,計算模式一般為在存在入口壓力的情況下,在系統中計算各個節點的工作狀態參數,無法按照傳統類型的設計理念從最不利的壓力點去反算入口壓力.

為了獲取在設計情況下管路情況的參數值,可以使用如下方式進行展開計算:首先,試算系統入口壓力,要選擇最不利節點處的水頭,壓力值達到5mH2O左右為基準,構建以0.1米為間隔步長的一系列入口壓力值,該軟件可以自動的計算這一系列情況的變化值.要從最不利的節點數值變化開始分析,按照"噴規"規定計算總流量,而且要在最不利節點周圍噴頭出計算流量數值及強度,之后再做分析,要選取能夠滿足流量交驗條件的最小系統入口壓力值作為設計指標,以此獲取參數狀態.

4.2 設計方案的計算與校驗

在使用EPANET軟件按照上述文中提到的計算方法去計算噴頭周圍的數值變化時,也不可忽視"噴規"的相關規則,要按照這兩條規定一對一的進行手工計算對比.在這一研究過程中,一號節點所設計的水頭為5mH20時,經過軟件所計算出的系統入口壓力值大概為45mH20,在這時系統總噴水量也將會達到32L/S左右.

4.3 針對結果做出的對比與分析

在按照上述這些計算過程依一一做完之后,在針對軟件中的計算以及手工計算結果進行分析校驗,在最不利節點的噴頭周圍,而且壓力情況比較一致的情況狀態之下,要使用統一的EPANET軟件去計算水頭會產生的損失,而得到的數值肯定會跟按照"噴規"規定所計算出來的數值大小存在一定的差距,在這次研究過程中所使用的系統的相對偏差也大約為百分之八左右,在分析產生這一結果的過程當中,也不可忽視有關規定的重要性,一般經過手工計算得到的結果數值都會偏大,這種研究結果在某種程度上來說也是無法避免的,但是研究人員也要重視這一差異,要記住是在使用哪種規定計算出的結果跟最終結果有較大差異,而追究產生這種差異的最根本原因可發現,主要是因為管道內部對各種不同規格的管徑大小都統一換成了管徑換算的管道粗糙度.在使用這種管道的情況下,管徑越小當然計算結果也會偏大,偏差也就會越大.

5 結語

綜上所述,EPANET在自動噴水滅火系統的設計研發和應用對我國建筑滅火事業具有重要意義,因此確保該系統的運行計算準確十分重要.

[1]魏磊,王慶國,鮮志斌.EPANET在自動噴水滅火系統設計中的運用[J].給水排水,2015(S1).

[2]杜坤,龍天渝,張勤 等.基于EPANET的自動噴水滅火系統環狀格柵管網水力計算研究[J].給水排水,2012(5).

[3]段冬松,朱林.關于自動噴水滅火系統設計施工及實際應用中若干問題的探討[J].中國科技信息,2012(4).