ممکن است در ساختمان های مختلف یا در فیلم‌های سینمایی دیده باشید که سقف یا دیوارهای طبقات مختلف یک ساختمان دارای لوله‌ها یا شیر‌هایی باشد که در مواقع آتش سوزی به اطفای حریق کمک می‌کنند. به این سیستم اسپرینکلر گفته می‌شود. و در این مقاله با انواع اسپرینکلر، طریقه عملکرد و موارد استفاده آنها آشنا خواهید شد.
اسپرینکلر چیست؟
اسپرینکلر در واقع همان آبپاش میباشد. که در باغداری هم از این سیستم برای آبیاری درختان استفاده می‌شود. یکی از پراستفاده ترین کاربردهای استفاده از این سیستم برای اطفای حریق میباشد. اسپرینکلر در واقع سیستمی متشکل از یک مخزن، لوله‌ها و شیرهای آب است که به اطفای حریق در مراحل اولیه کمک بسیار زیادی می‌کند. طریقه عملکرد این سیستم به دو شکل خودکار و دستی میباشد.
طراحی سیستم اسپرینکلر
سیستم اسپرینکلر یک سیستم اطفای حریق است که سالانه جان چند صد هزار نفر را نجات می‌دهد. طراحی این سیستم نیازمند تخصص و برنامه ریزی دقیق است. به همین دلیل طراحی سیستم های اسپرینکلر پروسهای سخت و نسبتا زمان بر است. دراین مقاله شما با برخی از قدم‌های ابتدایی برای طراحی این سیستم‌ها آشنا خواهید شد. اما مطالعه‌ی این مقاله به این معنا نیست که شما آماده‌ی طراحی این سیستم‌ها هستید. اگر قصد نصب این سیستم را در ساختمان خود دارید، از افراد متخصص و با تجربه در این حوزه کمک بگیرید. اولین قدم برای نصب اسپرینکلر انتخاب یک اسپرینکلر مناسب است. انواع اسپرینکلر ها شامل:
سیستم لوله خیس
سیستم های اسپرینکلر لوله خیس رایج ترین نوع از انواع اسپرینکلرها هستند. در این سیستم لوله‌ها به صورت دائمی دارای جریان آب هستند و به محض تحریک شدن سنسور آب از سر آبپاش خارج می‌شود. در این سیستم هر سر باید به صورت جداگانه فعال شود و شروع به آب پاشی کند. این سیستم‌ها از لحاظ قیمتی نیز بسیار مقرون به صرفه هستند.
سیستم لوله خشک
سیستم های لوله خشک عملکردی شبیه به سیستم لوله خیس دارند. بزرگترین تفاوت این سیستم‌ها با هم این است که در سیستم لوله خشک بر خلاف سیستم لوله خیس آب در لوله‌ها به شکل دائم وجود ندارد و فقط در مواقعی که سر آبپاش فعال شود از آن خارج می‌شوند. در طراحی‌های به روز لوله‌ها را به شکلی طراحی می‌کنند تا حداقل تاخیر ممکن در آبرسانی وجود داشته باشد. این سیستم در مناطق سردسیری که ممکن است آب در لوله یخ بزند بسیار کاربردی است.
سیستم پیش واکنش
سیستم های پیش واکنش پیچیده ترین نوع سیستم های اسپرینکلر هستند. این سیستم شباهت‌هایی به سیستم لوله خشک دارد. یعنی رخ دادن یک یا چند رویداد باعث فعال شدن آبپاش می‌شود. این سیستم‌ها سه دسته دارند. در دسته اول صرفا شکستن حباب درون اسپرینکلر باعث آغاز فرایند اطفای حریق می‌شود. و در دسته دوم شکستن حباب تحریک دمایی یا شکستن حباب و در دسته سوم هر دو مورد باید اتفاق بیفتد تا سیستم فعال شود.
سیستم دلیوژ (deluge)
سیستم دلیوژ شبیه به سیستم‌های پیش واکنش هستند اما این سیستم‌ها به طریق دیگری فعال می‌شوند. بزرگترین تفاوت این دو سیستم این است که سیستم های دلیوژ از اسپرینکلر های باز استفاده می کنند. در این سیستم آب پس از پر کردن لوله‌ها از تمامی سرهای آبپاش خارج می‌شود.
اسپرینکلر از چه بخش‌هایی تشکیل شده است؟
اسپرینکلر یک سیستم اتومات برای اطفای حریق است که از قطعات مختلفی مثل مخزن، پمپ، شیر فلکه لوله ها و بخش های دیگری تشکیل شده است. در ادامه با این قطعات آشنا خواهیم شد.
مخزن اسپرینکلر
مخزن ابتدایی ترین قطعه برای یک سیستم اطفای حریق میباشد. حتی کپسول‌های آتش نشانی یا ماشین‌های آتش نشانی نیز مخزنی دارند که آب یا سایر مواد برای دفع آتش درون آن ذخیره می‌شود.
پمپ اسپرینکلر
پمپ یکی از قطعات اصلی یک سیستم اسپرینکلر است که در همه‌ی انواع آن دیده می‌شود. این پمپ وظیفه‌ی انتقال آب یا ماده‌ی ضد حریق از مخزن به لوله‌ها را بر عهده دارد. پمپ این سیستم یک وسیله‌ی الکتریکی است که با مکانیسم مکندگی آب را به لوله‌ها با سرعت مناسب انتقال می‌دهد و سبب حرکت کردن آن در طول لوله می‌شود.
درواقع پمپ این سیستم عملکردی شبیه به قلب انسان دارد. این قطعه نیاز به اتصال مستقیم به برق اصلی یا یک ژنراتور فرعی دارد. البته باید توجه داشته باشید که در آتش سوزی‌ها ممکن است سیم کشی ساختمان نیز آسیب ببیند و اتصال پمپ به برق ساختمان قطع شود. بنابراین معمولا توصیه می‌شود که از یک ژنراتور کمکی برای عملکرد پمپ‌ها استفاده کنید. هرچند اگر حریق به قدری بزرگ باشد که سیم کشی ساختمان را دچار اختلال کند، حتی اگر یک ژنراتور فرعی هم داشته باشید، سیستم اطفای حریق اثر چندانی روی مهار آتش سوزی نخواهد داشت.
واتر متر
واتر متر یک قطعه برای سنجیدن حجم آب جریان یافته در لوله‌های اسپرینکلر میباشد. وجود این قطعه در لوله‌های مختلف می‌تواند نقاط تحت فشار سیستم را به شما نشان دهد. نقاط تحت فشار نیازمند تقویت بیشتر هستند و در طی زمان ممکن است دچار ترکیدگی شوند.
شیر فلکه
همه سیستم های آبپاش خودکار دارای یک شیر فلکه هستند که در مواقعی که به علت خطای سیستمی اسپرینکلر فعال می‌شود امکان غیر فعال کردن آن را به افراد می‌دهند. حسگرهای اسپرینکلر ممکن است گاهی حرارتی مانند دود حاصل از سیگار را نیز به عنوان یک آتش سوزی در نظر بگیرد و باعث فعال شدن سیستم شود. در این مواقع افراد می‌توانند به راحتی و با بستن شیر فلکه سیستم را غیر فعال کنند.
لوله‌ها
لوله‌ها ابزار انتقال مایع در این سیستم هستند. وظیفه این قطعه انتقال آب پمپ شده به سمت سر اسپرینکلر میباشد تا اطفای حرق صورت بگیرد. معمولا جنس لوله‌ها با توجه به نوع ماده ضد حریق استفاده شده متفاوت است. این لوله‌ها در طی زمان ممکن است دچار زنگ خوردگی و فرسایش شوند. لوله‌های فرسایش یافته می‌توانند در اثر حرارت کارایی خود را به شکل کامل از دست بدهند. همچنین ممکن است این لوله‌ها در طی زمان توسط رسوبات مسدود شوند. به این دلایل باید لوله‌ها را به شکل دوره ای چک کرد تا در مواقع نیاز بتوانند عملکرد صحیحی از خود به جای بگذارند.
سر یا هد
سر یا هد دستگاه، وظیفه‌ی پخش کردن آب یا سایر مواد ضد حریق در جهت‌های مختلف را دارد. این قسمت ماده ضد حریق را از لوله دریافت کرده و با فشار زیاد از سوراخ‌های ریزی که در آن تعبیه شده است در جهات مختلف خارج می‌کند. برخی از انواع این قطعه به شکل گردان طراحی شده است تا بتوانند حریق را به شکل بهتری کنترل کنند.
حسگر های اسپرینکلر
حسگر یا سنسور سیستم وظیفه‌ی تشخیص حریق را دارد. به طور کلی دو نوع سنسور در این سیستم‌ها استفاده می‌شود. نوع اول به دود و غلظت‌های بالای گاز کربن دی اکسید حساس هستند. نوع دوم این سنسورها به حرارت حساس هستند. معمولا سنسورهای حرارتی دمای حدود 70 درجه سانتی گراد را به عنوان حریق تشخیص می‌دهند و سیستم اطفای حریق را فعال می‌کند. استفاده از سنسورهای حرارتی به مراتب رایج تر از سنسورهای دود میباشد.
چه ساختمانهایی نیاز به اسپرینکلر دارند؟
سیستم اسپرینکلر یک آپشن غیر ضروری به حساب می‌آید. به طور کلی استفاده از این سیستم در هر ساختمانی امکان پذیر میباشد و باعث افزایش امنیت ساکنین ساختمان در برابر حریق خواهد شد. اما به طور استاندارد اجرای سیستم اسپرینکلر در ساختمانهای نوساز با زیربنای بیش از 450 متر مربع اجباری میباشد. همچنین اگر تعداد ساکنان یک ساختمان از 300 نفر بیشتر باشد، اجرای سیستم آبپاش ضد حریق برای حفظ امنیت ضروری است.
فاصله استاندارد اسپرینکلر
فاصله‌ی استاندارد بین دو سر یک سیستم اسپرینکلر با توجه به نظر طراح سیستم و متخصصین مشخص می‌شود. با توجه به استانداردهای جهانی، فاصله‌ی یک اسپرینکلر از دیوار می‌تواند حداکثر 9 فوت یا 2 متر و 75 سانتی متر باشد. البته این به آن معنا نیست که یک هد باید از تمام دیواره‌ها با این فاصله قرار داشته باشد. بلکه طراح سیستم یک دیوار را انتخاب می‌کند و سر اسپرینکلر را در فاصله مناسب آن دیوار قرار می‌دهد. این فاصله برای سرهای دیگر 7.5 فوت تا هر دیوار میباشد. البته این قانون در فضاهای کوچک کاربرد دارد. فاصله‌ی استاندارد میان دو سر اسپرینکلردر فضاهای بزرگ، حداکثر 15 فوت یا 4.6 متر تنظیمات خطر پایین (low hazard setting) میباشد.
شعاع پوشش اسپرینکلر
شعاع تحت پوشش اسپرینکلر یکی از مهمترین ویژگی‌های این سیستم میباشد که از طریق یک فرمول ریاضی به دست می‌آید. هر سر این سیستم با توجه به نوع تنظیمات آن یک شعاع خاصی را تحت پوشش خود قرار می‌دهد. در شرایط عادی شعاع پوشش این سیستم از حاصل ضرب دو متغیر به دست می‌آید. متغیر اول بیشترین فاصله یک سر با سر دیگر میباشد. به جای این متغیر می‌توان از دو برابر فاصله یک سر تا دیوار یا ستونی که در یک خط مستقیم با آن قرار دارد و مانع پخش شدن آب می‌شود را نیز استفاده کرد.
متغیر دوم فاصله‌ی یک سر با سر دیگر در شاخه‌ی موازی میباشد. به جای این متغیر نیز می‌توان دو برابر فاصله‌ی یک سر تا دیوار یا ستونی که در یک خط موازی با آن قرار دارد را استفاده کرد. لازم به ذکر است در هر دو متغیر باید عدد بزرگتر را در فرمول قرار داد. مطابق با این فرمول بیشترین محدوده ای که یک سر اسپرینکلر می‌تواند تحت پوشش خود قرار دهد، 20 متر مربع یا 225 فوت مربع میباشد.
محاسبات هیدرولیکی اسپرینکلر
محاسبات هیدرولیکی اسپرینکلر یکی دیگر از مهمترین ویژگی‌های این سیستم میباشد. این محاسبات نیز چند فرمول ریاضی ساده دارند. در این فرمول شما قصد دارید تا میزان جریان مناسب آب را برای عملکرد صحیح سیستم به دست آورید. برای این کار نیز شما دو متغیر نیاز دارید. متغیر اول شما در محاسبه میزان جریان، همان محدوده تحت پوشش است. در بخش قبلی متوجه شدید که شعاع پوشش هر سر چگونه به دست می‌آید. متغیر دوم برای به دست آوردن جریان چگالی مایع در حال جریان است.
یکی دیگر از محاسبات هیدرولیکی که باید آن را انجام دهید مربوط به فشار آب است. فشار آب سه مولفه اصلی دارد. میزان جریان، ضریب تخلیه و مجذور شعاع سر. میزان جریان را از فرمول بالا به راحتی به دست خواهید آورد. ضریب تخلیه با توجه به نوع اسپرینکلر و ویژگی‌های ظاهری آن محاسبه شده معمولا در اختیار طراح قرار می‌گیرد. به طور کلی مجذور شعاع و ضریب تخلیه را یک متغیر حساب می‌کنند و به آن ضریب K می‌گویند. بنابراین میزان فشار از طریق تقسیم کردن جریان به ضریب K و به توان دو رساندن حاصل این تقسیم به دست می‌آید. حداقل فشار استاندارد در سیستم اسپرینکلر 7 psi میباشد؛ حتی اگر عدد محاسبه شده با فرمول‌های بالا کمتر از این مقدار باشد. در واقع این مقدار فشار تضمین می‌کند که سیستم شما به درستی کار کند.
اسپرینکلر استاندارد
به طور کلی اسپرینکلر ها از نظر سرعت عملکرد به دو نوع سریع و استاندارد تقسیم بندی می‌شوند. تفاوت نوع سریع و استاندارد در مدت زمانی است که طول می‌کشد تا فعال شوند.در نوع استاندارد، اسپرینکلر با خیس کردن و سرد کردن مناطق اطراف حریق سبب جلوگیری از انتشار آن به مناطق اطراف می‌شود. با این کار اگر سوخت حریق تمام شود آتش سوزی مهار می‌شود. در واقع این روش دسترسی حریق به سوخت را محدود کرده و از گسترش یافتن آن جلوگیری می‌کند. در نوع سریع علاوه بر اینکه سرعت فعال شدن فرایند اطفای حریق بیشتر است، سقف و دیوارهای اطراف نیز خیس می‌شوند تا جلوی افزایش دما در محیط نیز گرفته شود. اگر دمای محیط از حدی بالاتر رود ممکن است بدون رسیدن شعله‌های آتش به قسمت دیگر ساختمان، فرآیند گسترش حریق اتفاق بیفتد.
حجم مخزن اسپرینکلر
حجم مخازن اسپرینکلر از طریق محاسبات هیدرولیکی به دست می‌آید. مطابق با استانداردهای تعریف شده در سال 2014 مخازن اسپرینکلر به 3 دسته تقسیم می‌شوند. دسته اول گنجایشی 1500 لیتری دارند. این دسته در ساختمانهای کوچک استفاده می‌شوند. دسته دوم گنجایشی بین 3000 تا 4500 لیتر دارند. در این دسته تعداد سرهای آبپاش استفاده شده در ساختمان بیشتر از دسته‌ی قبل است. دسته سوم که بیشترین گنجایش را دارند، می‌توانند بین 6000 تا 9000 لیتر آب را در خود جای بدهند. اگر مخزن دسته اول سرعت پر شدن 1.2 لیتر بر ثانیه داشته باشد، مس‌توان حجم آن را تا 40 درصد کاهش داد. این قضیه در مخازن دسته دوم و سوم با سرعت پر شدن 2 لیتر بر ثانیه نیز صادق میباشد.