水基消防系统需求估算

任何水基消防系统的基本原理之一是确保可靠的供水能够充分满足所服务系统的需求。作为设计工程师，这归结为分析可提供的水压、流量和持续时间，以及根据设计的系统所需的需求NFPA 13，自动喷水灭火系统安装标准．

通过计算或消火栓流量测试来确定可用的供水不属于本文的范围。相反，这里的重点是在项目早期阶段自信地估计水基消防系统需求的方法，因为详细的水力计算通常要到设计后期才进行。

通过这个过程，系统设计师和工程师可以在确定系统细节和建筑布局之前确定是否需要消防泵或储水箱。

在估计偏远地区的水力需求之前，有必要确定究竟是什么受到保护，以及如何受到保护。根据占用、商品或火灾危险分类的不同，有效控制火灾所需的水量也不同。此外，必须了解用于防止危险的自动喷水灭火系统。

根据选择的类型(干式系统、快速反应喷头等)，可能需要对设计区域进行调整。另外，洒水喷头可能具有不同于标准喷雾洒水喷头的最小所需流量，并且在确定所需水量时必须考虑到这一点。

此外，设计师需要确定什么是最偏远/最苛刻的液压区域。这可能是明确的，如高危险区域在建筑物的最高楼层或如果整个建筑物是相同的危险分类。然而，如果不清楚，那么可能需要对多个领域进行迭代分析，以确定哪一个是最需要的。

喷水灭火系统:估计所需的水流需求

为了估计流量需求，设计师需要确定在设计区域内需要计算的消防洒水装置的数量(即，预计在火灾期间运行的洒水装置数量)。NFPA 13允许多种方法(密度/面积法，房间设计法，住宅洒水装置设计或特定/特殊应用)来确定洒水装置的数量;然而，我们将在这里使用密度/面积方法。

喷头标准现在根据偏远地区的危险分类确定了最小要求排放密度和水力计算区域的单一值。NFPA 13中的这些值列在表1中。

NFPA 13第4.3节定义了每个危险类别，并在标准附录中给出了与每个类别相关的典型占用率的进一步指导。图1和图2表示了两种不同的危险类别，并有助于表示保护空间所需的水需求的差异

在设计区域内需要计算的喷头数量为

地点:

N为喷头数量;

一个_HC水力计算面积(ft²)(见表1);

一个_年代每个洒水喷头的覆盖面积(英尺?²)。

既然了解了喷头的数量，就必须计算出要求最高的喷头所需的最小流量。

地点:

问_DS是要求最高的喷头(gpm)所需的最小流量;

密度是最小要求的放电密度(gpm/ft)²)(见表1);

一个_年代每个洒水喷头的覆盖面积(英尺?²)。

在计算出最苛刻的喷头所需的最小流量后，设计人员需要检查该流量是否超过使用NFPA 13在最偏远的喷头(7psi或喷头清单另有要求)所要求的最小压力计算的流量。

地点:

Q为流量(gpm);

K为喷头K因子;

P是NFPA 13要求的最远程喷头的最小压力(psi)。

方程2 (Q_DS)超过公式3 (Q)的流量，则最远处喷头的最小压力将满足NFPA 13的要求。估算需水量的最后一步是计算设计区域内的所有洒水装置。

地点:

需水量为总估计需水量(gpm);

问_DS是要求最高的喷头(gpm)所需的最小流量;

N为喷头数量;

F_O为摩擦损失超过系数;

软管要求是NFPA 13要求的软管流量余量。

采用摩擦损失超过系数是为了说明离源较近的喷头会有较高的工作压力，从而产生较大的流量。该系数可以根据系统内预期的摩擦损失量而变化;然而，在项目的早期阶段，使用30%或更多的因子来保守地估计总流量并不是不合理的。

喷水灭火系统:估计所需压力

在估算出所需的总流量需求后，设计人员需要估算出提供该流量需求所需的压力。要做到这一点，必须计算在最遥远的洒水器上所需的最小压力。

地点:

P_DS是要求最高的喷头所需的最小压力(psi);

问_DS是先前计算的最苛刻的喷头(gpm)所需的最小流量;

K是喷头的K因子。

其次，与最苛刻的喷头和供水之间的海拔变化相关的压力必须考虑在内。

地点:

P_E为标高差产生的压力(psi);

H为要求最高的喷头与供水之间的高度差(ft)。

最后一部分是估计从最苛刻的喷头到供水系统的摩擦压力损失，其中以下可以用来帮助近似:

地点:

P_F是回给水的摩擦压力损失(psi);

l_P是回供水管道长度(ft);

l_F是与管件相关的等效管道长度(ft);

l_V是与阀门相关的等效管道长度(ft);

F_F为每英尺平均摩擦损失;

P_V是否与特种阀门相关的摩擦压力损失(psi)。

F_F0.15 psi/ft并非不合理。参考消防工程师学会《消防工程手册》第五版第41章水力学。

对L_F和L_V，等效长度参见NFPA 13第28.2.3节。P_V可以根据特定特殊阀门(即防回流阀)的制造商提供的信息进行近似。

估计所需的系统总压力可归纳如下:

地点:

P_T是估计所需的系统总压力(psi);

P_DS是要求最高的喷头所需的最小压力(psi);

P_E为标高差产生的压力(psi);

P_F是摩擦压力损失回到供水(psi)。

立管系统:估算水流和压力需求

作为设计人员，我们还需要考虑对立管系统(如有提供)的需求。与喷水灭火系统不同，消防竖管可以在项目的早期进行水力计算，达到相当精确的程度。对于I级和III级系统，需要进行水力计算，以显示最远的立管流量为500加仑/分钟(通过两个最远的软管连接)。

水力计算还必须包括每根额外立管250加仑/分的流量，对于完全洒水的建筑物，流量上限为1000加仑/分，对于没有完全洒水的建筑物，流量上限为1250加仑/分。对于建筑面积不超过80,000平方英尺/层的建筑物，根据《建筑工程条例》第7.10.1节的规定，这是正确的NFPA 14，立管和软管系统安装标准;2019年版。

为了符合NFPA 14标准，流动软管阀门需要至少100 psi的压力。

如果采用与自动喷水灭火系统类似的方法来估算水力需求，那么第一步就已经完成了——NFPA 14已经指出了需求流量和每个流量点所需的压力。

剩下的步骤是估计从最远的软管出口到供水的管道中的压力损失。由于竖管的布局不会随着项目的进展而发生巨大变化，因此竖管系统的水力估算可以相当准确。也就是说，设计人员可以选择应用安全系数来考虑任何意想不到的变化，以及在设计过程中增加的管道等效长度。

供水曲线

现在已经估计了喷淋系统和立管系统所需的流量和压力需求，可以绘制供水曲线来确定供水是否能够充分满足系统的需求。如果没有，消防泵或储水箱可能是必要的，以满足系统的需求，应在设计的早期阶段考虑。

有关本文中概述的其他信息和方法示例，请参阅SFPE/NFPA“自动喷水灭火系统设计师指南”。

设计师不能低估在项目早期自信地估计水力需求的重要性。10 psi的压力差或100 gpm的流量差可能是依赖城市供水和安装新的消防泵或储水箱的区别，两者都增加了项目预算的成本，并且在建筑物或场地的规划中占用了相当大的空间。

需要与其他行业进行重大协调;如果在设计过程的后期将其添加到项目范围中，则可能难以适应。

Jack DeVine, EIT，是奥雅纳波士顿办公室的消防和生命安全顾问。他拥有伍斯特理工学院消防工程硕士学位，并在奥雅纳度过了他的职业生涯。他在消防喷头和火警设计、规范咨询、出口建模和基于性能的火灾建模方面的经验越来越丰富．

Robert Accosta Jr.， PE，是奥雅纳纽约办事处的注册消防工程师，也是NFPA 13自动喷水灭火系统安装标准技术委员会的候补成员。他的专业知识集中在消防系统设计和生命安全规范咨询，从项目开始到有益的入住和关闭。罗伯特是SFPE纽约大都会分会的前任主席。