EPANET在自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)設(shè)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(zhí)行有壓管網(wǎng)水力以及模擬水質(zhì)特性延時時狀態(tài)的一種計算機(jī)軟件,使用該種軟件當(dāng)中的擴(kuò)散器組件去模擬自動噴水滅火系統(tǒng)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(shù)法去設(shè)計并計算自動噴水滅火系統(tǒng).而經(jīng)過實例計算公式的分析,謝齊-曼寧公式也可以基本與規(guī)范推薦公式的形式相符,而當(dāng)軟件曼寧系數(shù)取值取n為0.0127時,系統(tǒng)端的設(shè)計壓力規(guī)范公式值就會達(dá)到百分之七左右,系統(tǒng)設(shè)計的流量也會達(dá)到百分之三左右,這種設(shè)計所得到的成果也更為保守.該軟件也可以當(dāng)做一種新類型工具去計算并設(shè)計自動噴水滅火系統(tǒng).

EPANET;自動噴水滅火系統(tǒng);設(shè)計中的運用研究

在自動噴水滅火系統(tǒng)當(dāng)中,毫無疑問如何精準(zhǔn)的計算滅火系統(tǒng)當(dāng)中的數(shù)值也是十分令人頭疼的任務(wù),而在這種情況下,EPANET計算機(jī)軟件就隨之產(chǎn)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(tǒng)中的所有數(shù)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(tǒng)能夠自主感知火災(zāi),自主進(jìn)行噴火滅火行為,其具備經(jīng)濟(jì)可靠,經(jīng)濟(jì)實用,滅火效率高等特點,因為這一原因其在建筑消防系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用也就越來越普遍.自動噴水滅火系統(tǒng)的水力計算在系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中占據(jù)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(shù)法.作用面積法是把作用面積當(dāng)中的各個噴頭的流都統(tǒng)一設(shè)置為同一數(shù)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(shù)法則必須要去計算出每一噴頭在不同設(shè)計壓力之下的實際噴水?dāng)?shù)量,因為自動噴水滅火系統(tǒng)的管道線路比較復(fù)雜,并且有時候管道中還會出現(xiàn)很多不同類型的噴頭,所以相比較來說特性系數(shù)法的計算方法是比較復(fù)雜的.特性系數(shù)法的計算情況跟實際的設(shè)計情景是比較相符的,計算比較準(zhǔn)確,可以滿足規(guī)范作業(yè)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(tǒng)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(huán)境保護(hù)局研發(fā)的一種分析壓管網(wǎng)的軟件,其主要用于去分析城市水管網(wǎng)的水力并模擬水質(zhì),這一軟件在國際上也已經(jīng)得到了普遍的認(rèn)可.

噴淋管網(wǎng)跟城市給水管網(wǎng)比較類似,并且EPANET軟件具備比較強(qiáng)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(tǒng)進(jìn)行運用也具有十分重要的意義.其用于自動噴水滅火系統(tǒng)水力計算的研究和應(yīng)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(tǒng)環(huán)狀格柵管網(wǎng)中的應(yīng)用.并且也提出了其在環(huán)狀格柵管網(wǎng)中計算水力的方法,研究人員普遍認(rèn)為EPANET跟現(xiàn)在的天正軟件相比在計算自動噴水滅火系統(tǒng)的水力方面更具有競爭力.

2 技術(shù)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(dá)西-魏斯巴赫公式和謝齊-曼寧公式.經(jīng)過研究人員的調(diào)查研究可得知,謝齊-曼寧公式跟"噴規(guī)"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(guān)系,而在EPANET的使用手冊當(dāng)中,定下的鍍鋅鋼管的n數(shù)值約為0.015到0,017左右,中國相關(guān)規(guī)定中國設(shè)定的對于舊鋼管所建議的n數(shù)值一般為0,014到0,018左右,另一部規(guī)范中設(shè)定的n數(shù)值則為0,012.從這種不同就可以看出,各種規(guī)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(tǒng)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(tǒng)一為0.0127.

2.2 局部水頭損失計算

在噴淋系統(tǒng)當(dāng)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(guī)"的有關(guān)要求換算為當(dāng)量管長,再計入到沿程水頭的損失當(dāng)中.

2.3 噴嘴流量計算

在EPANET軟件當(dāng)中沒有專業(yè)的消防噴頭組件可用,但是其中的擴(kuò)散器組件可以用于模擬噴頭的水力特點.擴(kuò)散器是跟連接點有關(guān)的設(shè)備,經(jīng)過噴嘴或是控制模擬流量再排向大氣.

3 小結(jié)

EPANET軟件具備超強(qiáng)的模擬有壓管計算功能,其利用擴(kuò)散器組件就能夠全面實現(xiàn)對于消防噴頭的全面水力模擬.而在EPANET軟件當(dāng)中,在計算管段阻力水力時統(tǒng)一要使用謝齊-曼寧公式,管段粗糙系數(shù)n一般取值為0.0127,這時的水頭所損失的計算就跟"噴規(guī)"所規(guī)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(jié)果也是比較保守的.

4 算例分析

4.1 設(shè)計方案的計算方法

依據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置圖,可以在該軟件中進(jìn)行噴淋系統(tǒng)的建模設(shè)計.管段水力計算公式統(tǒng)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(jié)點的參數(shù)值之后,再計算各管段的官長,要把面積中的噴頭節(jié)點定義為擴(kuò)散器,還要更改擴(kuò)散系數(shù).這種軟件主要用于模擬有壓管網(wǎng),計算模式一般為在存在入口壓力的情況下,在系統(tǒng)中計算各個節(jié)點的工作狀態(tài)參數(shù),無法按照傳統(tǒng)類型的設(shè)計理念從最不利的壓力點去反算入口壓力.

為了獲取在設(shè)計情況下管路情況的參數(shù)值,可以使用如下方式進(jìn)行展開計算:首先,試算系統(tǒng)入口壓力,要選擇最不利節(jié)點處的水頭,壓力值達(dá)到5mH2O左右為基準(zhǔn),構(gòu)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(jié)點數(shù)值變化開始分析,按照"噴規(guī)"規(guī)定計算總流量,而且要在最不利節(jié)點周圍噴頭出計算流量數(shù)值及強(qiáng)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(tǒng)入口壓力值作為設(shè)計指標(biāo),以此獲取參數(shù)狀態(tài).

4.2 設(shè)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(shù)值變化時,也不可忽視"噴規(guī)"的相關(guān)規(guī)則,要按照這兩條規(guī)定一對一的進(jìn)行手工計算對比.在這一研究過程中,一號節(jié)點所設(shè)計的水頭為5mH20時,經(jīng)過軟件所計算出的系統(tǒng)入口壓力值大概為45mH20,在這時系統(tǒng)總噴水量也將會達(dá)到32L/S左右.

4.3 針對結(jié)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(jié)果進(jìn)行分析校驗,在最不利節(jié)點的噴頭周圍,而且壓力情況比較一致的情況狀態(tài)之下,要使用統(tǒng)一的EPANET軟件去計算水頭會產(chǎn)生的損失,而得到的數(shù)值肯定會跟按照"噴規(guī)"規(guī)定所計算出來的數(shù)值大小存在一定的差距,在這次研究過程中所使用的系統(tǒng)的相對偏差也大約為百分之八左右,在分析產(chǎn)生這一結(jié)果的過程當(dāng)中,也不可忽視有關(guān)規(guī)定的重要性,一般經(jīng)過手工計算得到的結(jié)果數(shù)值都會偏大,這種研究結(jié)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(guī)定計算出的結(jié)果跟最終結(jié)果有較大差異,而追究產(chǎn)生這種差異的最根本原因可發(fā)現(xiàn),主要是因為管道內(nèi)部對各種不同規(guī)格的管徑大小都統(tǒng)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(dāng)然計算結(jié)果也會偏大,偏差也就會越大.

5 結(jié)語

綜上所述,EPANET在自動噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)和應(yīng)用對我國建筑滅火事業(yè)具有重要意義,因此確保該系統(tǒng)的運行計算準(zhǔn)確十分重要.

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

[2]杜坤,龍?zhí)煊?張勤 等.基于EPANET的自動噴水滅火系統(tǒng)環(huán)狀格柵管網(wǎng)水力計算研究[J].給水排水,2012(5).

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