fire sprinkler system

计划的ADU，一波多折。ADU代码要求只能由前院进出，同一地址加后缀-1。消防局不肯用后院开口处的消防栓，除非有特定地址和入口。前院消防栓超过400英尺，2个选项：A是找人加消防栓要10万左右，B是ADU内加自动灭火喷水系统，1.5-2万。

更新：经过交涉，消防车由西边门进入的话，消防栓在400英尺以内。因此不必做了。

1. Fire Sprinkler system

下图左中为典型房屋的入户配置，总闸后Tee分出家用和消防，家用接PRV限压、关断阀后分路去院外灌溉及房内供水。消防经单向阀、水流检测及其控制的警铃、水表、过压阀、放水龙头然后分布去防火喷头。此处过压阀为75psi出口可与放水管公用。每年测试时打开放水阀，水流开关检测到将报警，关闭后停止报警。下图右是下方系统部件图，主要部件恐需UL认证。加州NFPA文档1313 R13 Dfor Residential Design Fact Sheet非常重要，其中提到住宅流量、和消防警报器在已有火灾报警器时可以省略。但是美国由来已久的叛逆文化，地方未必遵循规定。省略水流报警的好处是可将消防水路连到马桶上，以免消防水长久不用积聚微生物。

利用家用和消防放水龙头，可以测试check valve的单向功能、水流开关及其连接的报警、压力表是否正常、系统静压和开启时的流量和此流量下的水压。每5年一次的检查要求结构牢固、管路通畅、断端和放水阀门有牌子，警铃正常，并更换新水压表。需要用户手册及系统说明标志。

上图是三个喷头及其扳手、单向阀、水流开关和水表，将逐一予以说明。

喷头有K系数印在上面，3.0-8.0，最常用的是5.6，流量Q=K*SQRT(P)，力矩7-14ftlbs。Senju 3-0K 11.41刀，喷水直径12/14'时流量9/11GPM压力9/13.4psi，需特定扳手NR-H至少86刀，有人用36mm套筒锯槽代替。Viking VK470 18刀，K3.0，附带廉价扳手，嵌入安装需要扳手13655W/B 180刀；喷水直径12/14/15/16'时流量8/10/12/13GPM，压力7.11/11.11/16/18.8psi。这两者天花板开孔68mm，喷头带盖。推荐SS8464有挡板的，K4.9，7psi喷水直径12-16'，石膏板58mm孔，埋入2"，不过12刀。同款SS9561的K5.6，两者均可用NR-H Plastic工具，力矩7-14ftlbs。

水流开关似乎只有WFDT，最小1"，有机械可调延时(0-90秒，出厂设在30秒)避免误报，动作流量4-10gpm(10gpm保证动作)，约170刀。单向阀check valve很多，HD的约12刀。如果用它控制警铃，后者需在室外并有显著标签，注意警铃有6"而标签有7"的。按照

压力表在图一中是WIKA 110.10SP，牌子比较耐水垢，4"表接口1/4"。需5年一换。如果用电接点压力表，有三线：公共黄/低压绿/高压红，有三根指针：当前压力/低压设定/高压设定，设定针上有个销子，按下中心按钮用黑拨杆拨动销子从而设定。在当前压力低于低压设定时，黄绿线接通；在当前压力高于高压设定针时，黄红线接通。

现有主房水表是Neptune T10见图二右2。Sensus iPERL 1"无图因价格贵，里面有锂电池，下方圆孔可装数据读出器，其液晶显示屏右下角有Mfg Date和Replaced by，使用期限20年 - 因此不要买用过的旧表，拆卸确实是四周六个卡扣取下底座但非容易。注意水表的显示盘美国称为register，显示自安装以来的总流量，类似于汽车的里程表。图右是推荐的DAE AS250U-100P，25gpm损失3.916psi，长6.3"带union长11-1/8"，99刀；可外接数据读出器CO-10仅38刀。国产表当然便宜多了，但主要部件均需UL批准的。

水表 1)NextCentury-M201C Head loss 17.5/10psi时流量30/20gpm，接口1"，每加仑1脉冲输出，保证5年，不到50刀但压力损失大；支持Neptune,Sensus,GWF,and Elster/AMCO三线通信协议：Sensus water meter three-wire protocol,Sensus UI-1203协议黑/红/绿分别为地/时钟19.2K/RxD有人用11.3K读Badger水表，但Zaenker水表要降到2K。Sensus V-frame协议黑白红线是地/电源/数据。2)Sensus SR II水表，3/4"的Head loss 10.2/4.8psi时流量30/20gpm，1"的2.9psi/30gpm; 3)iPERL更好，3/4"的Head loss 7.2/2.9psi时流量30/20gpm。美国水表内印生产和过期日期，20年必须换，内置的电池寿命20年，因此必须安装前买。4）DAE AS250U-100，25gpm时压力损失3.916psi，价格99刀。安装/编程：ST DG YT PHE Refresh 30 1 拆解：https://www.youtube.com/watch?v=CLcOr8fDlWE&t=6m20s 解码：Interfacing to my Neptune water meter | Jim's Projects 适合2017年的NeptuneMarch-10 Head loss 对5/8-3/4和1"表是7.9/1.0psi流量30gpm。原始代码在此：GitHub - BobPrust/Water-Meter-Readers-Neptune-and-Sensus 专利：1498418821108651083-07504964

PEX管，HD的Appllo的很便宜，还有PLUMBFLEX的Oxygen Barrier抗氧气菌的可以用于地热或饮用水，压力160 psi at 73°F，100 psi at 180°F。非金属管道可以是CPVC/PEX/PE-RT，但code给出的可用长度，CPVC是后两者的3.3倍。所有塑料和铜管的摩擦系数C都是150，然而Wiki上分别是铜130/PEXPE140/CPVC150，与国内同。注意CPVC有两种规格，CIS与铜管外径相同，用于露天要涂敷Latex水基漆。HD卖的是Charlotte，但BlazeMaster/TFI/FlameGuard/FireLock是最好的。

https://www.youtube.com/watch?v=EwVOHUnrM5w#t=9m03s 1)房屋进水管直径5/8-3/4-1"的喷水直径是12/14/16'。2)卧室走廊起居、超过55sqin的浴室，深度过3'或面积过24sqin的储藏室，和高度超过28"的屋檐均需喷头。喷头需离AC风管1-2'，离风扇3'。3)管道为橙色CPVC耐温200F=93.3C，需过150psi压力测试，不能直接接触电线(可加隔热套)，通常装在房间正中。4）喷水头内置液体玻璃管，受热后破裂导致水释放，冲水使盘旋装，水花四溅；常用红色玻璃管在68C=155F时破裂；往下的水盘是平的，向上的-多用于阁楼-有往下的折边。5）初步检查后，最终检查员要求1"进水管扩为1.25"称为(pressure reduction)。LA的2000sqft(另加400车库)新建，2022的大略价格是扩管为1" $4500，材料人工和申请费6000。6）可选炉头灭火器悬挂在炉头上方吸在抽油烟机上，遇明火时向下喷发干粉。某人家的：https://www.youtube.com/watch?v=mEuMtMJN-0c 油管：https://www.youtube.com/watch?v=w2EVwfXhLBI 

上述LA的系统，Leteral 即连接市政的水管更新为1"，这样每个喷头可以覆盖16'而非5/8"管的12'。但检查员要求水表后扩展为1.25"管再接灭火系统，称为reducer。我查了一下，pressure-reducing-valve(PRV)多用于市政设施以限制并稳定进入居民的水压，也许原主没有？由于家庭入水的水压是60psi，家用消防水压为50-100psi，商用消防水压为150-175psi，我只能猜想也许是因为他觉得水压不高，管子粗好点。

油管的测试是用一个带水压表和阀门的简单装置代替喷头，下面放个桶，打开喷头一分钟看桶里的水量以计算流量。有些要求我放在第三章检查。

按NFPA 13D/CRC 313的要求，现有无消防系统的房屋加建、或原地加建的ADU无需防火喷淋系统，这两类房屋可以做部分喷淋系统，也不需要防回流阀(单向阀)。已有火灾警报器的也无需水流开关控制的警报器，因此水流开关也不需要。压力表和外部的泄流阀还是需要的。

在热度区，如暖气出口12-36"、无隔热暖风管9-18"、无隔热热水管6-12"、炉头9-18"和热水器3-6"范围内的喷头必须用中温头(175-225F或喷头的较高温型号)，被阻碍或离风扇太近的喷头需要补数。非金属管道可以是CPVC/PEX/PE-RT，需要有15min防火，例如3/8"石膏板或1/2"胶合板，除非喷头不需要或管道厂家声明可以裸露。除整个供水系统的关断阀或被锁住的定在打开位置的自动消防系统的单个主控阀外，不得安装其它阀门以关断消防水。

配备两个或多个洒水喷头的房间的设计流量应通过确定该房间中所需流量最高的洒水喷头（基于第 R313.3.4.1 节）并将该流量乘以 2 来确定。根据第 1、2 和 3 项，喷水灭火系统的设计流量应为流量最大的房间所需的流量。这段话的意思是：多个喷头的房间流量是最大喷头流量的两倍，整个系统的流量是最大那个房间的流量。

2.Design & Calculation

代码：NFPA 2013-2022 https://codes.iccsafe.org/content/CARC2022P3/chapter-3-building-planning#CARC2022P3_Pt03_Ch03_SecR313 主管至少3/4，喷头管至少1/2，系统流量最少7分钟。压力最少7psi，否则喷水头打不开。代码里计算表格只规定了1500sqft以上房屋，辛亏有1313 R13 Dfor Residential Design Fact Sheet。可下载的表格用处有限：https://www.mepwork.com/2017/12/firefighting-excel-sheets.html 

初步设想，1"水管入ADU前有关断闸然后水表，这样换水表比较方便。进入洗衣房后分为两路，A路混合热水循环的回水管后，经水流开关和循环泵输入热水器；B路是灭火系统，按上段接。

https://canutesoft.com/hydraulic-calculation-for-fire-protection-engineers/design-density? 

https://canutesoft.com/hydraulic-calculation-for-fire-protection-engineers/how-to-calculate-a-fire-sprinkler-system

https://www.carnationconstruction.com/Techniques/07-03-Techniques-InteriorInfrastructure-FireSprinklers.html 

如果供水同时用于家庭和消防喷淋系统，则应在系统连接处将 5 gpm 添加到喷淋系统需求。应提供内部和外部声水流报警装置。附属的ADU中至少安装一个内部喇叭。控制住宅消防喷淋系统供水的阀门应按照 NFPA 13D 安装。主控制阀应易于辨认、易于接近，且位于建筑物外部附近（下图右）。用红/黑色区分主系统和家家庭供水阀门。除入户总闸和锁在箱子里的消防喷淋系统主闸外，不得有关断阀门。

施水密度可按以下方式测量： 体积/面积 x 时间，或者，升/立方米x分钟，由于一升水定义为一立方分米，也可写为： dm x dm x dm / 10dm x 10dm x 分钟， 或即： 毫米/分钟

查得Viking VK470喷头K=3.0，喷水直径16'(201ft2=18.67M2)时流量13GPM，压力需18.8psi；如果没有喷头曲线，按K系数算出流量 q= kp 0.5= = 3×7 0.5=7.94gpm。常用的Senju SS2551流量q=5.6*7 0.5=14.82gpm。美国对light hazard区的要求(标准适合1500sqft以上的房屋)为0.1gpm/ft2，最低压力7psi，如此 q=0.1×201=20.1gpm。如果是欧洲普通危险设施（EN 12845），排放密度为 5.0 毫米/分钟(5升/分钟)，喷头流量：Q=D×A=5x18.67=93.35 升/分钟，93.35*0.2641728=24.66gpm。

假设直径1吋管道起点至第一即最远喷头距离18呎，起点至第二喷头为10呎，喷头为Senju SS2551。喷头压力 p =(q / k) 2=(20.1 / 5.6) 2=12.88psi，每英尺的压力损失按Hazen–Williams公式计算：

Pd=管路压力损失，L管长，C摩擦系数，对铜/聚乙烯/铁管分别为130/140/150，d=管内直径，https://en.wikipedia.org/wiki/Hazen%E2%80%93Williams_equation 

p=4.52×20.11.85/(1401.85*0.54.87)=0.45(若3/4"管则为1.62)。第二个喷头的压力为12.88+0.45×8=16.48psi，其流量=kp 0.5=5.6×16.480.5=22.73，混合流量=20.1+22.73=42.83gpm，此段管路损失S=4.52×22.731.85/(1401.85*0.51.85)=0.564。总管路损失为0.564*10+0.45*8=9.24psi。但绝大多数情况下只有一个喷头被激活。

https://blog.qrfs.com/358-how-much-water-pressure-is-required-for-fire-sprinkler-systems 的设计如下：ADU面积1000，援引美国light hazard区的要求0.1gpm/ft2得总水量0.1×1000=gpm，8个喷头则每个100/8=12.5，喷头压力 p=(Q/K)0.5=（12.5/3) 0.5=2psi，取最低要求7psi。

Chapter 3 Building Planning: Building Planning, California Residential Code 2022 | UpCodes 

P_t = P_sup - PL_svc - PL_m - PL_d - PL_e - P_sp

(Equation 29-1)

where:

Pt = Pressure used in applying Tables R313.3.6.2(4) through R313.3.6.2(9).

Psup = Pressure available from the water supply source.

PLsvc = Pressure loss in the water-service pipe.

PLm = Pressure loss in the water meter.

PLd = Pressure loss from devices other than the water meter.

PLe = Pressure loss associated with changes in elevation.

Psp = Maximum pressure required by a sprinkler.

Psup=60，PLsvc=17.4/5.1/1.9(0.75/1/1.25管)，PLm=3/3/1(5/8-3/4-1"水表), PLd=其它设备压力损失如阀门，在设计流量下算。设计流量按喷头K喷头所需最大压力，Pt=Psup减去上述损失，按表R3.3.6.2选择管道材料。

更新：P_sup = 60，PL_m = 0, PL_e = (2.2/5)*8ft = 3.52(R313.3.6.2(3)), 1000sqftADU，主管1"，按NFPA文档1313 R13 Dfor Residential Design Fact Sheet 总流量为Q=0.05sqft=0.05×1000=50gpm，与生活用水公用加5gpm，装SS8464 K4.9喷头6个每个q=55/6=9.17gpm，喷头压力 p=(Q/K)0.5=（9.17/4.9) 0.5=1.37psi，取最低要求7psi。Q=K√P=4.9√7=13gpm, 系统取2x即26gpm(R313.1.1, 28.2.2.5)。用Hazen-Williams 公司算得1”CPVC/PEX管损: p=4.52Q^1.85/(150^1.851^4.87)=0.1766|_1”, 对3/4和1-1/4管径分别为0.7170和0.05957|_1.25”假如管长200英尺，1"的PL_svc = p*200=35.32似乎偏高，用1-1/4"则降为11.91psi。弯头等可按表折入管长。

3. Inspection

封板前检查：
天棚隔热下需加24"宽塑料布隔开管道，初检需要裸露2x4中管道。喷头按规定连好或已补装、温度等级正确、与热源间距合适，带2备件。管道尺寸和长度合适，已列入消防洒水喷头使用清单，支撑合适。测试是用替换远程消防喷头的组件，其带水表和1/4转MGT龙头，启闭阀门将水喷入桶中 60 秒测量所需最小流量，桶中预先标记加仑刻度；龙头也可接流量计。

完成后终检：
洒水喷头未上漆、未损坏或未以其他方式妨碍运行。未安装原始设计中未包括的减压阀、软水器、滤水器或其他妨碍水流的装置。所有室内油漆、照明和吊扇安装已完成，火警警报器已安装，永久地址已公布，消防喷淋系统“警告”标志位于供水控制装置旁边。系统和检查签名卡就绪。