طراحی اسپرینکلر

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 مي­كنند. مانند: ساختمان­های اداری، مسکونی، بیمارستان­ها، اماکن مذهبی، آموزشگاه، مؤسسات، کتابخانه­ های کوچک و موزه.

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

مكان­هاي تجاري و صنعتي هستند كه خود بر حسب قابليت اشتعال محتوياتشان به دو گروه تقسيم مي­شوند:
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.
گروه2: مكان هايي با قابليت اشتعال بالاتر از حد متوسط محتويات كه ارتفاع مواد اشتعال پذيردر آنها از 2.4متر تجاوز ننموده و هنگام آتش سوزي حرارت متوسطي توليد مي­كنند. مانند: کارخانه تولید لاستیک،دفاتر پستی آسياب­هاي غلات، چاپخانه ­ها،­كارخانجات نساجي، صنايع چوب و چوب بری.

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

گروه1: این محیط­ ها نیز به دو گروه تقسیم می­شوند.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.
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 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 می­باشد.
بیشترین فاصله اسپرینکلرها تا دیوار برابر است با نصف حداکثر فاصله مجاز بین اسپرینکلرها. کمترین فاصله مجاز اسپرینکلرها از دیوار برابر 4 اینچ می­باشد.

4- مقدار مصرف آب اسپرينكلر

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

4-1- روش مساحت/چگالی

در این روش چگالی میزان دبی تخلیه شده بر واحد سطح تحت پوشش اسپرینکلر محاسبه می­شود. 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 و در مساحت پوشش اسپرینکلر ضرب می­نماییم. 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 مي­گردد:

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 مي­توان 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 بوده و 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 اسپرینکلرهایی که در هنگام حریق باز می­شوند.

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 می­گیرد. 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 می­گردد که در هنگام حریق باز می­شوند از رابطه زیر بدست می­آید.

N=Ac/As

N: تعداد اسپرینکلرهایی که در حریق باز می­شوند
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 می­شود)، باید دورترین مکان از نظر هیدرولیکی به منبع آب سیستم باشد.

پس از تعیین تعداد اسپرینکلرهایی که در مساحت طراحی قرار می­گیرند، 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. جهت تعیین تعداد اسپرینکلرهایی که در طول مستطیل و بر روی شاخه قرار می­گیرند، از رابطه زیر استفاده می­شود:

: تعداد اسپرینکلرهایی که بر روی دورترین شاخه قرار می­گیرند
Area: مساحت انتخاب شده از منحنی مساحت/چگالی
S: فاصله بین اسپرینکلرها بر روی شاخه
شکل زیر مساحت طراحی برای یک محیط با خطر معمولی گروه 2، با ابعاد تحت پوشش 10ft×12ft، را نشان می­دهد.

در سیستم­های لوله خشک، سیستم­های پیش عملگر Double Interlock، اسپرینکلرهای واکنش سریع در محیط کم خطر و معمولی(واجد شرایط خاص)، سقف­های شیبدار و محیط­های 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 می­توان 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 می­شود. در صورتیکه این عدد از مقدار Ac که در جدول فوق آمده است بیشتر بود، مساحت طراحی به درستی انتخاب شده است اما در صورت بزرگتر بودن Ac خوانده شده از جدول، باید با اضافه کردن یک یا چند اسپرینکلر به مساحت طراحی و محاسبه مجدد مساحت طراحی، حداقل مقدار مساحت طراحی بزرگتر از Ac بدست آید تا نظر استاندارد تأمین گردد.

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 می­گیرد.

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 می­گردد. به عنوان مثال برای اسپرینکلرهای مسکونی فعال شدن چهار اسپرینکلر در نظر گرفته می­شود.

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 می­گردند (اسپرینکلرهای موجود در مساحت طراحی) درنظر گرفته مي­شود 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.