طراحی اسپرینکلر

در طراحی اسپرینکلرها فاکتور های مهمی در نظر گرفته می شوند که در این مقاله به بررسی آنها می پردازیم.

1- طبقه بندی مکان­ها با توجه به خطر حریق

NFPA13 ساختمان­ها را براساس قابلیت سوختن مواد موجود، مقدار مواد قابل اشتعال و ارتفاع کالاهای انبار شده و نرخ حرارت آزاد شده به سه گروه اصلی تقسیم بندی می­ کند.

1-1- محیط کم خطر(Light Hazard):

مكان­هايي غير صنعتي هستند كه ميزان و يا قابليت اشتعال محتوياتشان اندك است. و هنگام آتش سوزي حرارت كمي توليد مي ­كنند. بعنوان مثال:

• ساختمان­های اداری
• ساختمان های مسکونی
• بیمارستان­ها
• اماکن مذهبی
• آموزشگاه
• مؤسسات
• کتابخانه­ های کوچک
• موزه
• و …

1-2- محیط با خطر معمولي(Ordinary Hazard):

مكان­هاي تجاري و صنعتي هستند كه خود بر حسب قابليت اشتعال محتوياتشان به دو گروه تقسيم مي ­شوند:

1. گروه1: مكان هايي با قابليت اشتعال كم محتويات، كه ارتفاع مواد اشتعال پذير انبار شده در آنها از 2.4متر تجاوز نمي كند. مانند: پاركينگ ها و نمایشگاه اتومبيل، نانوايي ها، كارخانجات كنسرو سازي،آشپزخانه رستوران­ها، كارخانه شيشه سازي، رختشوي خانم­ها.
2. گروه2: مكان هايي با قابليت اشتعال بالاتر از حد متوسط محتويات كه ارتفاع مواد اشتعال پذيردر آنها از 2.4متر تجاوز نمی نماید. هنگام آتش سوزي نیز حرارت متوسطي توليد می کنند. مانند: کارخانه تولید لاستیک،دفاتر پستی آسياب­هاي غلات، چاپخانه ­ها،­كارخانجات نساجي، صنايع چوب و چوب بری.

1-3- محیط­های بسيار پرخطر(Extra Hazard):

این محیط­ ها نیز به دو گروه تقسیم می شوند:

1. گروه1:مكان­هايي تجاري و صنعتي هستند. كه قابليت اشتعال محتوياتشان بسيار بالا بوده (مثل باروت يامايعات قابل اشتعال) و هنگام آتش سوزي حرارت زيادي توليد مي­كنند. سرعت گسترش حریق در این کلاس بالا ولی مقدار مایعات قابل اشتعال، بسیار کم است. مانند: آشیانه هواپیما، ریخته گری، كارخانه فيبر و نئوپان سازي، كارخانه لاستيك اسفنجي، چاپخانه­ هايي كه جوهرهاي با دماي اشتعال كمتر از ˚C38 استفاده مي­كنند.
2. گروه2: ساختمان یا بخشی از ساختمان که مقدار مایعات قابل اشتعال در آن قابل توجه است. همانند آسفالت، اسپری کردن مایعات قابل اشتعال، کاخانجات سازنده خانه­ های پیش ساخته، تولید پلاستیک، حلال­های شوینده و رنگ کاری.

2- حداکثر میزان سطح زیر پوشش در سیستم اطفا حریق اسپرینکلر

حداکثر میزان سطح زیر پوشش هر اسپرینکلر آتش نشانی با توجه به نوع مکان به شرح زیر می­باشد.

3- فاصله میان اسپرینکلرها

براي تعيين محل اسپرينكلرها نيز طبق استاندارد NFPA حداكثر فاصله بين اسپرينكلرها بايد مطابق جدول زير باشد:

همچنین حداقل فاصله مجاز بین این نوع اسپرینکلر Upright یا Pendent، 6 فوت می­ باشد. بیشترین فاصله اسپرینکلرها تا دیوار برابر است با نصف حداکثر فاصله مجاز بین اسپرینکلرها. کمترین فاصله مجاز اسپرینکلرها از دیوار برابر 4 اینچ می ­باشد.

4- مقدار مصرف آب اسپرينكلر

برای تعیین مقدار آب خروجی از هر اسپرینکلر، از سه روش زیر می ­توان استفاده نمود:

4-1- روش مساحت/چگالی

در این روش چگالی میزان دبی تخلیه شده بر واحد سطح تحت پوشش اسپرینکلر محاسبه می ­شود. نمودار زیر مقدار چگالی مورد نیاز جهت اطفاء حریق درمحیط­های کم خطر تا پر خطر بر حسب gpm/ft2و mm/min2 نشان داده شده است.

برای تعیین دبی خروجی مورد نیاز هر اسپرینکلر، با توجه به کلاس خطر محیط. چگالی متناظر با پایین ترین نقطه از منحنی­های محیط­های با میزان خطرهای متفاوت را انتخاب کرده. در مساحت پوشش اسپرینکلر ضرب می ­نماییم. چگالی مورد نیاز در جدول زیر برای محیط­های مختلف آورده شده است.

4-2- استفاده از جداول مربوط به اسپرینکلرهای ESFR و قطره بزرگ

مقدار مصرف آب هر اسپرينكلر به نازل و فشار پشت هر اسپرينكلر بستگي دارد و از رابطه زير محاسبه مي­ گردد:

Q=K√P

در رابطه فوق Q مقدار جريان بر حسب GPM و P فشار پشت هر اسپرينكلر بر حسب psiاست. K نيز ضريب نوع اسپرينكلر است. ضريب K به قطر نازل اسپرينكلر بستگي داشته و ازجدول زيرطبق استاندارد NFPA بدست مي­آيد:

4-3- استفاده از مقادیر تعیین شده برای اسپرینکلرهای ویژه

برخی از انواع اسپرینکلرها (همانند: اسپرینکلر ویژه اتاق­های زیر شیروانی با کد C3180 یا اسپرینکلر با کد R6043) تنها به شرط تأمین حداقل دبی مورد نیاز آنهاکه در استاندارد ذکر شده است قابل استفاده­ اند.

5- محاسبه قطر لوله در سيستم اسپرينكلر

براي محاسبه قطر لوله­ها در سيستم اسپرينكلر مي­ توان بر اساس تعداد اسپرينكلرهای تغذیه شده از طرف هر لوله از جدول زير استفاده نمود. و قطر لوله تغذیه کننده آن تعداد از اسپرینکلرها را بدست آورد.

حداقل قطر لوله ­ها در سيستم اسپرینکلر براي لوله­ هاي فولادي يك اينچ و براي لوله هاي مسي 4/3 اينچ می باشد. لوله­ ها و اتصالات بايد قدرت تحمل فشار حداقل psi 175 را داشته باشند.

6- دماي تخريب حباب حساس سر اسپرینکلرها

دمای تخریب حباب اسپرینکلر با توجه به رنگ مایع درون آن در زیر نشان داده شده است.

7- تعیین تعداد و محل دورترین اسپرینکلرهای باز شونده در هنگام حریق

برای تعیین این تعداد نیز سه روش وجود دارد:

7-1- روش مساحت/چگالی

این روش با در نظر گرفتن مساحت متناظر با پایین ترین نقطه از منحنی­های محیط­های با میزان خطرهای مختلف انجام می­ گیرد. اگر اسپرینکلرها به صورت منظم و یکسان در محیط جانمایی شده باشند. با تقسیم مساحت عملکرد اسپرینکلرها بر مساحت پوشش هر اسپرینکلر، تعداد اسپرینکلرهایی که مفروض می­ گردد. که در هنگام حریق باز می­ شوند از رابطه زیر بدست می ­آید.

N=Ac/As

• N: تعداد اسپرینکلرهایی که در حریق باز می ­شوند
• Ac: مساحت از منحنی مساحت/ چگالی
• As: مساحت تحت پوشش هر اسپرینکلر
• جواب بدست آمده برای N در صورت اعشاری بودن باید به سمت بالا گرد ­شود.

در جدول زیر Acبرای محیط­های مختلف آورده شده است.

محل قرارگیری Design Area یا مساحت طراحی (مساحتی که اسپرینکلرهای باز شده در هنگام حریق را شامل می­ شود). باید دورترین مکان از نظر هیدرولیکی به منبع آب سیستم باشد.

پس از تعیین تعداد اسپرینکلرهایی که در مساحت طراحی قرار می­ گیرند، نوبت به تعیین شکل مساحت طراحی است. مساحت طراحی باید به شکل مستطیلی که طول آن موازی با شاخه برابر با 1.2و عرض آن موازی با crossmain باشد در نظر گرفته شود.

در سیستم­های لوله خشک، سیستم­های پیش عملگر Double Interlock، اسپرینکلرهای واکنش سریع در محیط کم خطر و معمولی (واجد شرایط خاص)، سقف­ های شیبدار و محیط­ های مخفی قابل اشتعال.، مساحت طراحی بسته به محیط از 40% کاهش تا 30% افزایش خواهد یافت.

پس از تعین محل مساحت طراحی و تعداد اسپرینکلرهای موجود در آن باید از پوشش کامل مساحت واقعی اتاق توسط مساحت طراحی اطمینان حاصل گردد. (به خصوص در صورت آنکه اسپرینکلرها به صورت نامنظم توزیع شده باشند). بنابراین می­ توان گفت که پس از انجام چیدمان اسپرینکلرها و تعیین مساحت طراحی، کل مساحتی که توسط اسپرینکلرهای موجود در مساحت طراحی تحت پوشش قرار گرفته است محاسبه می ­شود.

7-2- روش طراحی اتاق

این روش با فرض باز شدن تمام اسپرینکلرهای موجود در بزرگترین و دورترین اتاق و محبوس شدن حریق در آن مورد استفاده قرار می ­گیرد.

7-3- استفاده از مقادیر تعیین شده در استاندارد

در صورت استفاده از این روش با توجه به نوع و کاربری اسپرینکلرها باز شدن تعدادی از آنه بر طبق استاندارد مفروض می­ گردد. به عنوان مثال برای اسپرینکلرهای مسکونی فعال شدن چهار اسپرینکلر در نظر گرفته می ­شود.

8- محاسبه پمپ مورد نیاز سیستم اسپرینکلر

براي تعيين و انتخاب پمپ مناسب جهت اسپرينكلرها به دو مشخصه هد و دبي آن نياز است. دبي مورد نياز پمپ، دبی کل اسپرینکلرهایی که در هنگام حریق باز مفروض می­ گردند. (اسپرینکلرهای موجود در مساحت طراحی) درنظر گرفته مي­ شود و هد مورد نياز نيز از جمع فشارهاي زير بدست مي آيد:

فشار كل مورد نياز=فشار مورد نياز پشت اسپرينكلر + فشار ناشي از ارتفاع ساختمان + فشار ناشي از افت مسير و اتصالات

(فشار مورد نياز پشت هر اسپرينكلر معمولا 30متر آب در نظر گرفته مي شود.)

استفاده از روش محاسبات هیدرولیکی جهت تعیین قطر لوله های شبکه اسپرینکلر

در این روش با توجه به روابط و فرمولهای مکانیک سیالات ، قطر لوله بر اساس تامین مقادیر فشار و دبی تعیین می شود. در صورت استفاده از نرم افزارهای کامپیوتری، محاسبات هیدرولیکی شبکه اسپرینکلر با سرعت و دقت بالایی انجام می شود.

مفاهیم هیدرولیک

هیدرولیک علمی است که اصول و قواعد مرتبط با سیالات را در حالات سکون و حرکت بررسی می کند. واژه هیدرواستاتیک به بررسی سیال در حالت سکون می پردازد. همچنین واژه هیدروکینتیک به بررسی سیال در حالت حرکت می پردازد .

از آنجاییکه آب عامل اطفاء کننده در سیستم های اسپرینکلر است، طراح سیستم باید به ماهیت آب و چگونگی حرکت آن در لوله های شبکه اسپرینکلر کاملا اشراف داشته باشد.

Static Pressure

انرژی و پتانسیل ذخیره شده در ذرات آب ساکن و بدون حرکت را (فشار استاتیکی) گویند. هرچه ارتفاع آب از نقطه مرجع بیشتر باشد، مقدار فشار تولید شده نیز بیشتر خواهد بود. برای محاسبه فشار به نسبت ارتفاع از رابطه زیر استفاده می شود:

P = 0.433 H در سیستم انگلیسی

P = 0.098 H در سیستم متریک

Head

عبارتست از واژه دیگری که برای بیان فشار بکار گرفته می شود . بعنوان مثال Head = 150 فوت ، فشار 65 PSI را تولید می کند و یا فشار 65 پوند بر اینچ مربع معادل با هد 150 فوت است.

Atmospheric Pressure

فشار ناشی از وزن جو کره زمین بر روی اجسام را ((فشار جو)) یا ((فشار هوا)) می نامند.
فشار هوا در سطح دریا برابرست با 14.7 PSI

Gage Pressure

فشاری که توسط درجه های نصب شده بر روی سیستم نشان داده می شوند را فشار درجه می نامند . درصورتیکه درجه متصل به لوله یا مخزن تحت فشار عددی را نشان دهد آن عدد بیانگر اختلاف فشار درون و بیرون لوله یا مخزن است . اگر فشار درجه 20 PSI بیشتر از فشار اتمسفر است.

Absolute Pressure

منظور فشار مطلق است که در اصل مجموع فشار اتمسفر و فشار درجه را گویند.