Записки риск-инженера. В чем сила, брат - спринклер? 8.4.
Для спринклера важно не только то, как разбрызгивается вода, но и сколько ее разбрызгивается, и, естественно, на какую площадь. Кажется всё очень сложным, но потом это становится задачкой для устного счета.
Все приведенные расчеты являются поверочными, то есть не могут использоваться для расчета установок. Все данные даны для примера.
Если говорить «для блондинок» (да простят меня блондинки), для западных производителей К-фактор говорит о том, сколько литров в минуту (LPM) при давлении перед ним в 1 бар(1бар ≈ 0,1Мпа ≈ 1Атм ) может пропустить данный спринклер при своем открытии через свое отверстие.
Выходит это из формулы Q = K√P
Где Q расход воды из спринклера в литрах в минуту
P - давление перед спринклером.
К-фактор зависит от диаметра выходного отверстия спринклера и определяется опытным путем фирмой производителем при испытаниях спринклеров.
Из этого уравнения получаются два следствия:
1. При давлении перед спринклером в 1 бар, расход воды будет численно равен К-фактору (так как корень из единицы равен единице)
2. Если мы поднимем давление вдвое, то расход воды спринклера (то есть количество воды, которое будет подано в зону пожара) увеличится только в 1,4 раза. То есть бесконечно повышать давление, надеясь потушить пожар большим количеством воды не получится.
Если вам, вдруг, встретился странный К-фактор типа 6,1, то для его расчета использовались галлоны в минуту (GPM) и давление фунт на дюйм (PSI).
Стандартная защищаемая площадь одного спринклера равна 9 квадратных метров (может быть и больше - смотрите в паспорте производителя).
Пусть у нас спринклер с К-фактором 80 и при давлении в 1 бар расход воды Q через этот один спринклер будет тоже 80 литров в минуту.
Если мы разделим наш расход воды Q на 9 квадратных метров, то получим плотность орошения 80/9 = 8,9 мм в минуту на квадратный метр.
Обратили внимание, откуда-то появились миллиметры.
Просто литры, разлитые на полу представить сложно, а вот толщину слоя воды - гораздо проще. Слой воды толщиной в 1мм на квадратном метре равен одному литру по объему. Поэтому американцы заменяют литры на миллиметры - сразу понятно, что наш спринклер за минуту на полу образуется слой воды почти 9мм толщиной.
Российский аналог данного коэффициента - коэффициент производительности измеряется в литрах в секунду при давлении в 1 МПа. Для его использования применяется немного другая формула:
Q = 10 K√P
Хорошие расчеты должны давать хорошие ответы. Ну, получили мы расход воды из спринклера, смысл-то в этом?
Расход воды нам нужен, чтобы определить адекватность противопожарной защиты и проверить, а тот ли насос нам поставили. Напомню, здесь мы используем поверочные расчеты (которые позволяют грубо проверить адекватность системы), а не проектные. Для проектных расчетов необходимо обращаться к соответствующим стандартам.
Давайте посмотрим, что нам советует стандарт NFPA 13:
Мы берем стандарт и выбираем уровень риска для нашего бизнеса. Например, у нас имеется торговый центр или механический цех. По уровню риска это одно и тоже - обычный риск, вторая группа.
Обращаемся к таблице стандарта
и видим, что для нашего уровня риска Ordinary 2 такая плотность орошения 8,9 не нужна. Таблица дает разрешенный диапазон от 6,1 до 8,1 мм/мин на квадратный метр.
То есть мы можем спокойно снизить давление воды в пожарной сети и уменьшить расход воды, купить насос меньшей производительностью. Тем самым мы купим насос подешевле, да и убыток от воды в случае пожара у нас станет меньше. Что мелочиться, уменьшим давление сразу вдвое.
Тогда расход воды на одном спринклере будет Q = 80√0,5 = 80х0,7 = 56,7 литров в минуту
Плотность орошения будет 56,7 литров в минуту / 9 м2 = 6,3 мм в минуту на м2. В требуемый интервал попадаем.
С верхней шкалы плотности орошения спускаемся вертикально вниз до пересечения с линией риска Ordinary 2 и поворачиваем направо по горизонтали. Приходим к размеру защищаемой площади (примерно, 350 м2).
То есть, для адекватной противопожарной защиты нам необходимо, чтобы воды хватило для одновременной работы 39 (350м2/9м2) спринклеров на площади в 350м2.
Умножая количество спринклеров на расход - получаем требуемое количество воды для адекватной противопожарной защиты.
39 спринклеров х 56,7 литров в минуту = 2212 литров в минуту или 133 м3 в час.
Согласно этой таблице, площадь может быть гораздо меньше, всего 139м2, если мы повысим плотность орошения до 8,1 мм в минуту на м2.
Видите, американский стандарт предлагает нам диапазон площадей и плотности орошения, что позволяет выбрать наиболее оптимальный пожарный насос и по производительности и по давлению.
Старый российский стандарт определял группу помещений (первая для магазинов и вторая для цеха), давал единственно разрешенное значение интенсивности орошения 0,08 л/(с*м2) либо, для цеха 0,12 л/(с*м2), максимальную площадь, контролируемую одним спринклером в 12м2 и расчетную площадь 120 или 240м2 соответственно.
Чтобы сравнить российский и американский стандарт, давайте переведем всё в одни единицы, учитывая, что в минуте 60 секунд:
0,08 л/(с*м2) = 4,8мм в минуту на квадратный метр
0,12 л/(с*м2) = 7,2мм в минуту на квадратный метр
Тогда можно воспользоваться американской таблицей.
Получается, с точки зрения американских стандартов, мы недооцениваем пожарную опасность торговых центров ни по воде, ни по защищаемой площади (наверное, поэтому у нас так хорошо горят торговые центры). А вот пожарную опасность механического цеха, что мы, что американцы, оцениваем, приблизительно, одинаково.
Посмотрим, что там с пожарными насосами по российским стандартам.
В первом случае у нас расчетная площадь 120м2 умножаем на разрешенную интенсивность орошения в 0,08 л/(с*м2) и еще раз умножим на 3600 секунд (в часе). Получаем производительность насоса равна 34,6м3 в час.
Во втором случае производительность насоса будет: 240м2 х 0,12 л/(с*м2) х 3600 = 103,7 м3.
Получается в насосах у нас совсем худо: для магазина в российских стандартах производительность насосов почти в 4 раза меньше, а для механического цеха - почти на 25% ниже.
Почему? Дешевле же при строительстве!
У нас, почему-то не любят учитывать, что пожары высокой интенсивности, то есть которые выходят за возможности спринклерных систем их потушить были раньше каждым вторым пожаром в промышленности.
При интенсивном пожаре создаются исключительно сильные потоки восходящего воздуха и, в результате этого, вода из обычных спринклеров не будет достигать огня - капли воды будут превращаться в пар слишком далеко от горящей поверхности или от источника пожара.
Получается парадокс: при возгорании у нас сработал первый спринклер. С расширением пожара откроются дополнительные спринклеры, а первый - окажется прямо над огнем. Чем больше откроется спринклеров, тем меньшее количество воды будет доходить до центра пожара и тем менее будет контроль над пожаром.
Современные технологии, высотные пожарные склады требовали спринклеры с большей производительностью, вода должна разбрызгиваться большими каплями, чтобы они долетали до места пожара.
В результате появились спринклерные головки с отверстиями гораздо больше чем ½ дюйма (12мм). К-фактор у спринклеров стал достигать 180, затем 240, а сейчас и 360.
Проектировщики противопожарных систем, наконец, смогли предложить адекватную защиту для стеллажных складов, складов пластика и резины и для множества других случаев.
В тоже время производители предлагают новые и новейшие варианты спринклерных головок, из которых основными являются следующие:
Спринклер быстрого срабатывания (Quick Response Sprinkler)
Спринклерная головка со сверхчувствительным плавким элементом и с минимальной тепловой инерцией. В результате, 740С головка будет срабатывать приблизительно в шесть раз быстрее чем обычный спринклер. Эти головки называются спринклерами быстрого срабатывания и могут применяться во многих случаях, но для их установки необходимы профессиональные специальные знания.
Крупнокапельный спринклер (Large Drop Sprinkler)
Современные системы для хранения товаров часто представляют из себя склады со стеллажами, которые могут достигать до 30метров высоты. Пожар на складах стеллажного хранения производит очень высокое выделение тепла и имеет очень быстрое развитие (до 9 метров по вертикали вверх), так что он быстро превышает тушащие способности спринклерной системы. Узкие проходы и вытяжное пространство между стеллажами создает «эффект вытяжной трубы», с тепловыми струями бегущими по поверхности стеллажей со скоростью свыше 50км в час.
Стандартные распыляющие спринклера на потолке и в самих стеллажах производят большое количество крошечных капель воды. Однако, и это показали испытания, большинство из этих капель - свыше 98% - не способны попасть в скоростную тепловую струю. Поэтому, промышленность стала выпускать новую спринклерную головку, которая называется крупнокапельным спринклером. Как следует из его названия, при срабатывании он производит очень большие капли. Испытания этих спринклеров показали, что свыше 40% распыленной воды попадает в тепловую струю и тушит горение. Соотношение капель при распылении из этих крупнокапельных спринклеров обеспечивает охлаждение, которое позволяет контролировать горение пока пожар не будет подавлен.
Спринклеры быстрого срабатывания и раннего подавления
(Early Suppression Fast Response (ESFR) Sprinkler)
Компания Factory Mutual Research первой скомбинировала преимущества спринклеров быстрого срабатывания с преимуществами крупнокапельных спринклеров. В результате этого появился спринклер быстрого срабатывания и раннего подавления. Эти спринклера обеспечивают защиту в соответствии с их названием: они срабатывают быстрее чем стандартные головки с тем же температурным диапазоном и распыляют воду каплями большого размера, что обеспечивает быстро подавление горения.
Эти головки предлагают громадные преимущества в подавлении суперсложных пожаров, особенно в стеллажах, но эти системы должны проектироваться и устанавливаться профессионалами.
Релейный спринклер (On-Off Sprinkler)
Сейчас изредка можно встретить релейные спринклеры. Эти спринклеры автоматически восстанавливаются после того, как пожар будет потушен. Вода распыляется, когда температурный порог головки превышен, а когда температура от огня будет ниже предопределенной, головка автоматически выключается при помощи биметаллического замка.
Такие релейные спринклеры должны использоваться с величайшей тщательностью и только с одобрения страховщика имущества. Релейные спринклеры отключаются автоматически - в то время как в стандартных спринклерных системах именно человек определяет, что что пожар был потушен и водоснабжение системы можно отключить.
Страховщики хотят предсказуемые стандартные системы, так как их надежность доказана. Они будут разрешать использование этих релейных спринклеров только для очень специальных условий, и то только в ограниченных местах и в ограниченном количестве.
Самое сложное почти прошли. Слава тем, кто продрался через мои объяснения - я старался, но формат не позволяет писать большими частями.
Использовались изображения, взятые из Интернета.
С большим уважением к Вам!
8.3. Как работает спринклер
8.2. Как поставить спринклер
8.1. История спринклеров
Введение и оглавление (вход в другие темы через оглавление)
Другие новости в группе Risk Engineering в Facebook