提要  通过对《自动喷水灭火系统设计规范》GBJ84-85（以下简称《旧自规》）与《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001（2001年及2005年版）（以下简称《新自规》）的分析比较和算例的验证，提出配水干管管径应按系统设计流量结合管内流速确定，一般不会大于DN100，应是DN100或DN80。配水管管径一般应不大于配水干管管径；配水管、配水支管管径除受《新自规》表 8.0.7标准喷头数控制外，还受8.0.5条：“配水管道布置，应使配水管入口压力均衡。轻危险级、中危险级场所中各配水管入口压力不宜大于0.40Mpa。”规定的制约。因此，配水管、配水支管管径应经水力计算验证是否符合规范和配水管道布置的经济合理性后确定管径。
    关健词    配水干管  配水管 配水支管  管径的确定
    0  前言    自动喷水灭火系统是公认的控制火灾初期最有效、可靠、经济的灭火手段，其应用范围越来越广。自动喷水灭火系统的配水管道，其造价约占整个系统的40%以上；且系统规模越大比值越高，因此如何正确理解规范，既保障安全又节约投资；合理地确定系统配水管道管径是急待探讨的课题。
    根据《新自规》术语，配水管道是：配水干管、配水管、配水支管的总称。配水干管是指报警阀后向配水管供水的管道，配水管是向配水支管供水的管道，配水支管是直接或通过短立管向喷头供水的管道，因此，我们要探讨的实际上是上述三种管道的管径。
    1 新、旧自规分析比较
    《旧自规》正文没有系统配水管道管径确定的有关条文，但在条文说明7.1.5条，提出“管道估算表”， 并说：“根据本规范表2.0.2所规定的基本设计数据和7.1.1至7.1.4条所规定的计算方法，通过计算汇总求得适用于本规范的管道估算表，作为设计参考。” 既适用何谓参考？设计人员对此表认识有误区，忽略水力计算，而且还将影响系统管道管径的多种因素简化为与喷头数量唯一有关的因素，喷头数量越多，管径越大，因此，在设计中经常会出现DN150管道、报警阀、水流指示器等系统组件。
    喷头数量对系统配水管道管径虽有关系，但也不是直接关系，更不是全部安装喷头数量都有关。对管道管径直接有关的应是系统的设计流量和供水压力。系统的设计流量《新自规》9.1.3条规定由最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量确定，与作用面积内的喷头数量有关，其它范围内安装的喷头对管径也不发生关系。
    众所周知：自动喷水灭水系统的火灾控制率与自动喷水喷头的开放数量有关，控制率随着喷头开放数量的增加而增高，但当喷头的开放数量达到作用面积范围内安装的喷头数量时还不能灭火，则自动喷水灭火系统宣告失败。因此，其它范围内安装的喷头数量是不应影响管径。火灾发生位置虽不能设定，但系统的设计流量是定值，火灾时配水干管、配水管中最大的流量应是系统的设计流量。
    《旧自规》自1985年颁布执行至2001年7月1日实施《新自规》2001年版已有16年，“管道估算表”影响深远，不仅设计人员据此设计系统配水支管、配水管、配水干管管径，省略水力计算，而且施工安装、质监、监理及建筑防火审核、验收人员都以此为标准对工程质量进行监控，因此很有必要对它进行新的认识。
    《新自规》对《旧自规》有较大修改，特别是8.0.5条三句话，对系统配水管道管径提出了明确的要求。第一句：“管道的直径应经水力计算确定。”系统配水管道管径问题实际上是系统水力计算问题，只有经过水力计算才能求得系统的设计流量和压力，验证设计是否符合规范有关规定，也只有经过水力计算才能看出系统管道布置和选用的管径是否经济合理，正确确定系统配水管道管径。第二句是：“要求配水管道的布置，应使配水管入口的压力均衡。”显然配水管道布置合理与否将直接影响系统管道的水力条件，影响同一平面上各喷头的工作压力差，而且还会造成实际流量与理论计算流量偏差过大，因此在实际设计时，在较大面积的保护区内除采用多立管，划片连接配水管、配水支管外，有时还应适当的放大个别管段的管径，或设减压措施使配水管入口压力均衡。第三句是：“轻危险级、中危险级场所中各配水管入口的压力均不宜大于0.40Mpa。”此条对配水管、配水支管管径也有较大关系，有时为避免出现这种情况，需要放大配水支管、配水管管径。
《新自规》表8.0.7与《旧自规》“管道估算表”，看似相似，实则差别很大，而且还是强制性条文。
    《新自规》为什么对配水支管、配水管按管径提出控制标准喷头数？据规范条文说明，是为了保证系统的可靠性和尽量的均衡系统管道的水力性能。此外，我们认为表8.0.7是一种用喷头数控制的最小管径，这样可避免出现盲目无序的采用各种管径，与规范8.0.5第一句：“管道的直径应经水力计算确定。”是不矛盾的。管径还是要经水力计算确定，如经计算管径可采用小于喷头数控制的管径时仍应采用喷头数控制的管径，反之采用大的管径是允许的。例如：装8只喷头的配水支管，最小管径DN50，但如采用DN65是允许的；采用DN40是不允许的。规范表8.0.7规定设计时要严格执行。
    2 管径的确定
    前面已提到：系统配水管道管径问题，实际上是配水干管、配水管、配水支管管径问题，其管径应经水力计算确定。现将上述三种管道管径算法分述如下：
    2.1配水干管
    规范表8.0.7控制的标准喷头数未包括配水干管。配水干管是向配水管供水的管道，其管径应按规范9.1.1条系统设计流量算式计算的最不利点处作用面积内喷头的总流量，结合规范9.2.1条要求的管道内的流速确定管径。我们可以这样设想：
自动喷水灭火系统最大的系统设计流量，充其量不会超过由下列按规范规定最不利条件设定的系统管道水力计算算例求得的系统设计流量。
2.1.1  算例设定条件
2.1.1.1 中危险级Ⅰ、Ⅱ级
2.1.1.2 按规范7.1.2条，喷头最小布置间距为2.40m×2.40m，作用面积内安装喷头数最多；
2.1.1.3 按规范表8.0.7规定选用配水支管、配水管管径；
2.1.1.4 选定的最不利点处的作用面积其形状尽可能呈矩形，符合规范9.1.2条规定；
2.1.1.5 按规范9.1.4条最不利点处作用面积内任意4只喷头围合范围内平均喷水强度轻、中危险级不应低于本规范表5.0.1规定值的85%，和规范表5.0.1注：“系统最不利点处喷头的工作压力，不应低于0.05Mpa”的规定。
2.1.1.6 算例图式采用配水管单侧布置配水支管，配水支管上安装喷头数为规范上限值8只；因为配水管单侧布置配水支管较双侧布置配水支管安装的喷头数量少，为此选用的配水管管径小，则系统设计流量将随配水管中水头损失的增加而变大；同样配水支管长度会因安装喷头数量的减少而缩短，系统设计流量将随配水支管中的水头损失的减少而变小。因此选用的图式对系统设计流量计算是偏大的。
2.1.1.7 为简化计算，算例略计局部水头损失。

2.1.2 算例算法
首先选定系统中最不利点处作用面积F,按算式求出起始点喷头设定工作压力值P0，当P0〈0.05MPa时，按规范要求，选用0.05MPa，然后用比阻法计算管段的水头损失，用节点流量法,将最不利处作用内面积每个节点压力P和出流量q求出。比阻法算式为：h=a·l·Q2
其中： h—管段的阻力损失（mH2O），
a— 管道的比阻值（s2/l2），
l—管段的计算长度（m），
Q—管段的设计流量（l/s）
具体算法见图一。设喷头1、2、3、4为A支管，喷头a、b、c、d为B支管，支管A的水力计算见表一。
 
根据《建筑给水排水设计手册》管系特性系数
 =   表示管系的输水性能。当管系在另一水压Pn作用下时，即可由已知之 求得此管系之流量：
 =            ①
由于A、B支管水力情况完全相同（喷头型号、数量、管段长度、管径、标高等），因此管系特性系数 
BgA = BgB                 ②
对于计算点5接出的A支管，在点5处的压力为P5,其管段4-5转输流量
 =             ③
对于计算点6接出的B支管，在点6处的压力为P6,其管段d-6转输流量
 =             ④
式④除以式③，并将式②代入，则可得
 =            ⑤
P6 = P5 + h5-6，通过管段5-6的流量为Q5-6=Q4-5，则可得
 =            ⑥
所以，通过计算点6的输出流量为：
  =  +  
=  +   
=   （1 + ）     ⑦
式中：
  ———在水压P6下，管段6-7中转输流量（l/s）；
Q5-6———管段5-6中转输流量（l/s）；
P6  ———节点6的供水压力（MPa）；
P5  ———节点5的供水压力（MPa）；
  称为修正系数。

表一              水力计算表
节点编号 管段编号 喷头流量系数 喷头处水压MPa 喷头出流量（l/s） 管段流量（l/s）
1 K P1 q1=k 
1-2 Q1= q1
2 K P2 = P1 +h1-2 q2=k 
2-3 Q2= q1+q2
3 K P3 = P2  +h2-3 q3=k 
3-4 Q3= q1+q2+q3
4 K P4  = P3  +h3-4 q4=k 
4-5 Q4= q1+q2+q3+q4
2.1.3算例算图
算例算图见图二。
 
图注：p0---最不利点处喷头设定的工作压力值（MPa）
      p ---节点工作压力（MPa）
      q ---喷头出流量（l/s）
      Q ---管段设计流量（l/s）
      h ---管段水头损失（M）
      F ---作用面积（M2）
      H ---配水支管供水压力（MPa）
由图二可见：系统在最不利设定条件下，可能出现的最大设计流量为37.33 l/s，结合规范9.2.1条管内水流速度不宜大于5m/s，选用DN100，流速v=4.75m/s符合规范要求。由此可见：自动喷水灭火系统配水干管管径除某些高层建筑，配水干管输水距离长，在技术上需要放大管径外，一般是不会大于DN100，但也不会小于DN80，因为作用面积内喷头数一般都是大于12只，大于12只喷头按规范表8.0.7最小应采用DN80，所以配水干管管径一般应是DN100—DN80。从规范8.0.2条“配水管道应采用内外壁热镀锌钢管”这条强制性条文看，目前国产热镀锌钢管一般是DN≤100，如选用DN>100则需用无缝钢管内外壁热镀锌，与配水管、配水支管连接的配件也较复杂造价高，不经济，因此配水干管是不宜大于DN100。
2.2配水管、配水支管
配水管、配水支管管径也应按水力计算确定。但配水管管径一般应小于或等于配水干管管径，绝不会大于配水干管管径。由规范表8.0.7可见：DN100配水管控制的标准喷头数是64只，按规范表5.0.1中危险级作用面积160M2及7.1.2条喷头及相邻配水支管最小的间距为2.40m，一只喷头最小保护面积为5.76M2,则作用面积内最多安装喷头数为  = 28只，由此可见：控制喷头数不是火灾时出流量的动作喷头。控制喷头数远大于作用面积内动作的喷头数，这正说明配水管、配水支管管径的确定与配水干管管径由系统设计流量结合管道内的经济流速确定管径不同。配水管、配水支管管径的确定既要考虑规范表8.0.7的规定，又要符合规范其它有关规定，如规范8.0.5条：“轻危险级、中危险级场所中各配水管入口的压力均不宜大于0.40MPa。”
前面已提到：控制的标准喷头数≠作用面积的动作喷头数，因此喷头数量再多，只能说明配水管路长控制范围大，这时应注意适当调整系统配水管道布置。实际设计时按表8.0.7设定配水支管、配水管管径进行水力计算，有时会出现配水管入口压力大于0.40 Mpa,此时宜调整配水管，配水支管管径，为便于说明这个问题拟用算例，算例算法同图二，设定条件安中危险级Ⅱ级，喷头采用最大布置间距3.60m×3.20m，最不利点喷头设定工作压力按规范9.1.4条其中提到：“最不利点处作用面积内任意4只喷头围合范围内的平均喷水强度，轻危险级、中危险级不应低于本规范表5.0.1规定值的85%……。”因此可推导出，喷头的设定工作压力值要符合下式：
q≥S×F    ∵q=k       ∴p0≥            
式中：q---起始点喷头在设定的工作压力下的出流量（l/min）
      S---最小喷水强度，中危险Ⅱ级8×85%=6.8（l/min .m2）
F---一个喷头保护面积算例采用3.6×3.2=11.52 m2
K---喷头流量系数，标准喷头K=80
p0---起始点喷头设定的工作压力值MPa
将S、F、K值代入上式得：p0≥  = 0.095MPa，
其它设定条件同图二，水力计算见图三、四、五。
 
 
 
由图三可见：11点压力达0.42 Mpa，超过规范规定值0.02MPa，因此需要调正。如将图示算例配水管视作双侧配水，其负荷喷头数要大一倍，据此选用配水管管径，见图中括号内数值，配水管入口压力虽有减少，但不理想。因此拟将图中流速大于5m/s的3-4、4-5二管段放大管径，也就是将规范表8.0.7，DN32控制的标准喷头数由3只改为2只，DN40控制的标准喷头数4只改为3只，计算结果见图四。配水管入口11点压力有所降低，其效果较放大配水管管径为好，但也不理想。降低配水管入口压力最有效的是将起始点喷头管段不用DN25，改用DN32，DN32控制2只标准喷头，DN40控制3只标准喷头,计算结果见图五，基本满足要求。由此可见：降低配水管入口压力最有效的是放大配水支管管径，特别是管段中流速超过5m/s的管段和起始点管段管径最好不用DN25改用DN32。
此外影响配水支管、配水管管径的还有供水压力问题，上述算例是按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的管道水力计算，其它有利作用面积内喷头压力较最不利点大，此时配水支管、配水管管径应按规范表8.0.7选用，必要时宜加装减压措施。
3 结论
3.1  系统配水管道由配水干管、配水管、配水支管组成，其管径应分别确定。配水干管管径应由系统设计流量结合管道内经济流速确定，其管径一般为DN100或DN80。配水管、配水支管管径既要遵照规范表8.0.7的规定，还要考虑规范8.0.5条规定：“轻危险级、中危险级场所中各配水管入口的压力均不宜大于0.40Mpa。”
3.2   规范表8.0.7配水支管、配水管控制的标准喷头数上限是DN100控制标准喷头数64只，下限为DN25控制标准喷头数为1只。超过上限不应任意放大管径，因为控制的标准喷头数≠作用面积内的动作喷头数；系统中喷头数量多，只能说明配水管路长，控制范围大，这时应注意按规范8.0.5条“配水管道的布置，应使配水管入口的压力均衡。”的要求，适当调整配水管道的布置。配水干管分散居中进水，配水管与配水支管较均匀的连接最经济，水力条件也好。在较大面积的保护区内，还应采用多立管，划片连接配水支管。配水管控制的标准喷头数不宜大于64只，因为水平横管不仅会使同一平面上各喷头前的工作压力相差大，而且还会造成实际流量与理论计算流量偏差过大。
3.3  降低配水管入口压力最有效的办法是放大配水支管管径，特别是管段中流速超过5m/s的管段和起始端管段管径不用DN25，改用DN32控制2只标准喷头，DN40控制3只标准喷头。
3.4  自动喷水灭火系统管道布置随意性比较大，存在因人而异。如有的设计人员将水流指示器后的配水管设计成环状，从安全上看是可行的，但存在不必要的流量转输，增加水力计算复杂性、增加投资，造成管材浪费，规范对此也无规定，大可不必。
此上是我们学习《新自规》的几点浅见，请大家斧正。