انواع سیستم‌های اسپرینکلر

در مطلب پیش رو به معرفی انواع سیستم‌های اسپرینکلر (Fire sprinkler) که به چهار نوع متفاوت سیستم‌های لوله‌تر، لوله خشک، پیش عملگر و سیلابی تقسیم می‌شوند خواهیم پرداخت.

از سال ۱۸۷۴ میلادی که سیستم اسپرینکلر (آبفشان) توسط «هنری پارملی» اختراع شد، این وسیله نسبتاً ساده که گروهی از صاحبنظران آن را به عنوان بهترین و کارآمدترین وسیله ایمنی ساخته شده تا به امروز می‌دانند. انواع سیستم‌های اسپرینکلر با استفاده از تجهیزات رایج در شبکه‌های لوله‌کشی نظیر شیرآلات، لوله و اتصالات مربوط، با هدف حفظ جان و مال افراد در برابر حریق به کارگرفته شده است.

جالب است بدانیم که تا کنون هیچ ساختمان مجهز به سیستم‌های اسپرینکلر دچار خسارت سنگین نشده و نتایج تحقیقی در انگلیس نشان داده که تاکنون مرگ ناشی از حریق در خانه‌های دارای اسپرینکلر در این کشور گزارش نشده است.

پیش از این در مورد اسپرینکلر و تاریخچه‌ی آن توضیحات مبسوطی ارائه شده است، در مطلب پیش رو به معرفی انواع سیستم‌های اسپرینکلر که به چهار نوع متفاوت سیستم‌های لوله‌تر، لوله خشک، پیش عملگر و سیلابی تقسیم می‌شوند خواهیم پرداخت.

انواع سیستم‌های اسپرینکلر :

 در سیستم لوله‌تر(Wet Pipe Sprinkler System) ، اسپرینکلر ها به شبکه لوله‌کشی محتوای آب متصل هستند و به‌محض فعال شدن اسپرینکلر، آب فوراً تخلیه می‌شود.

 در سیستم لوله خشک (Dry Pipe Sprinkler System)، اسپرینکلر ها به شبکه لوله‌کشی محتوای هوای تحت‌فشار متصل هستند و به‌محض فعال شدن اسپرینکلر، هوا تخلیه شده و کاهش فشار هوا، منجر به باز شدن شیر سیستم و ورود آب به شبکه لوله‌کشی می‌شود.

 در سیستم پیش عملگر (Preaction Pipe Sprinkler System)، اسپرینکلر ها به شبکه لوله‌کشی محتوای هوای تحت‌فشار یا بدون فشار متصل هستند، فرمان باز شدن شیر سیستم به کمک سیستم اعلام حریق نصب شده در محل صادر می‌شود.

 در سیستم سیلابی (Deluge Pipe Sprinkler System)، اسپرینکلر های باز به شبکه لوله‌کشی متصل هستند و فرمان باز شدن شیر سیستم، از طریق سیستم اعلام حریق صادر می‌شود.

بسیاری از تجهیزات مورد نیاز سیستم‌های فوق مانند شیرهای کنترل، لوله، منبع آب، شیرهای تخلیه و آزمایش مشترک‌اند. برخی سیستم‌ها ممکن است از شبکه آب هیدرانت‌ها تغذیه شوند و برخی دیگر از منابع و پمپ‌های اختصاصی سیستم اسپرینکلر استفاده کنند. در بعضی از سیستم‌ها، برای بالاتر بردن ضریب ایمنی و یا کافی نبودن فشار و دبی یک منبع، ممکن است از چند منبع استفاده شود (شکل 1).

شکل 1- تصویر شماتیک سیستم‌های اطفا آبی در سایت

سیستم‌های اسپرینکلر لوله‌تر (Wet Pipe Sprinkler System)

سیستم‌های اسپرینکلر لوله‌تر ساده‌ترین، رایج ترین، مطمئن‌ترین و اقتصادی‌ترین سیستم در مقایسه با انواع سیستم‌های اسپرینکلر است و علاوه بر امتیازات مذکور، هزینه تعمیرات و نگهداری این سیستم نیز بسیار پایین‌تر از سایر سیستم‌ها است.

در این سیستم به علت پر بودن لوله ها از آب به‌محض باز شدن اسپرینکلر، آب تخلیه شده و زمان عکس‌العمل سیستم کاهش می‌یابد، به دلیل کمتر بودن تجهیزات در این سیستم، احتمال خرابی نیز کمتر شده و سیستم قابل‌اطمینان‌تر خواهد بود، به‌طورکلی اگر دمای محیط در سردترین شرایط بیشتر از ۴۰ درجه فارنهایت (۴ درجه سانتی‌گراد) باشد، در اکثر موارد سیستم‌های تر به کار گرفته می‌شوند.

در مواردی که دمای محیط کمتر از ۴۰ درجه فارنهایت باشد، از سیستم ضد یخ استفاده می‌شود. سیستم‌های اسپرینکلر ضد یخ (Antifreeze Sprinkler System) سیستم‌هایی هستند که در آن‌ها از محلول‌های ضد یخ استفاده می‌شود. هنگام فعال شدن و باز شدن اسپرینکلر، ابتدا محلول ضد یخ و سپس آب از آن تخلیه می‌شود. محلول‌های ضد یخ باید دمای انجماد پایین‌تر از دمای محیط در سردترین شرایط را داشته باشند و همچنین باید سنگینی مخصوص آن‌ها بررسی شود. ضمناً انتخاب این محلول‌ها باید به‌گونه‌ای انجام شود که با قوانین سازمان‌های بهداشت مغایرت نداشته باشد.

به‌طورکلی در سیستم‌های تر از رایزر تفنگی (Shotgun Riser) یا رایزر یک‌طرفه هشداردهنده (Alarm Check Riser) استفاده می‌شود که از تجهیزاتی مانند شیر یک‌طرفه (Check Valve)، درجه‌های فشار (Pressure gauge)، آژیر و کلیدهای تشخیص‌دهنده جریان تشکیل شده‌اند. در شکل ۲ نمونه‌ای از رایزر تفنگی و در شکل ۳ رایزر یک‌طرفه هشداردهنده در دو حالت نرمال و فعال شده نمایش داده شده است.

شکل 2- رایزر تفنگی

شکل 3- رایزر یک طرفه هشداردهنده (تصویر بالا، زمان بسته بودن زبانه و تصویر پایین، لحظه باز شدن زبانه را نشان می دهد)

مراحل فعال شدن سیستم اسپرینکلر تر به ترتیب زیر است:

1.  سیستم پر از آب می‌شود درحالی‌که اسپرینکلرها بسته‌اند؛
2.  حریق اتفاق می‌افتد؛
3.  حرارت آتش باعث افزایش دمای هوای نزدیک سقف می‌شود؛
4.   اسپرینکلرهای واقع در محدوده حریق، فعال می‌شوند؛
5.  آب از اسپرینکلرهای باز شده به‌سرعت تخلیه می‌شود؛
6.   آژیرهای نصب شده روی سیستم پس از حرکت آب به صدا درمی‌آیند.

سیستم‌های اسپرینکلر لوله خشک (Dry Pipe Sprinkler System)

هنگامی‌که دمای هوای محیط کمتر از ۴۰ درجه فارنهایت و یا در شرایطی که نتوان دمای محیط را بیش از آن دما نگه داشت (مانند سردخانه‌ها)، سیستم‌های اسپرینکلر خشک به کار گرفته می‌شوند. درون لوله ها از نیتروژن یا هوای فشرده استفاده شده و آب در محیط گرم (بیش از ۴۰ درجه فارنهایت) قرار داده می‌شود. با توجه به تأخیر زمانی تخلیه آب «مساحت طراحی» (مساحتی که اسپرینکلرهای فعال شده فرضی در هنگام حریق در آن واقع‌اند) را ۳۰ درصد افزایش می‌دهیم. ضمناً استفاده از روش لوله‌کشی شبکه‌ای یا Gridded در سیستم‌های خشک مجاز نیست.

با توجه به تأخیر زمانی سیستم لوله خشک (از لحظه فعال شدن اسپرینکلر تا باز شدن شیر سیستم و حرکت آن در لوله و تخلیه از اسپرینکلر باز شده)، سایز این سیستم با محدودیت‌هایی مواجه است. در حالت کلی زمان تخلیه آب از انشعاب بازرسی باید کمتر از مقدار مشخصی باشد، مگر در دو وضعیت زیر که NFPA استثنائاتی را قائل شده است:

1.  اگر حجم لوله‌های سیستم کمتر از ۵۰۰ گالن باشد؛
2.  اگر حجم لوله ها کمتر از ۷۵۰ گالن بوده و تجهیزات سریع باز شونده (Quick Opening Device) روی سیستم نصب شده باشد.

تجهیزات سریع باز شونده در دو نوع تخلیه کننده(Exhauster)  و شتاب‌دهنده (Accelerator) ساخته شده و کمک می‌کند تا شیر سیستم خشک سریع‌تر عمل کرده و آب زودتر به شبکه لوله‌کشی وارد شود.

زمان تخلیه از هر یک از روش‌های زیر قابل‌ تعیین است:

– زمان تخلیه آب از انشعاب بازرسی سیستم خشک (Trip Test Connection) که مجاور دورترین اسپرینکلر و در بالاترین طبقه نصب شده است، کمتر از ۳۰ ثانیه باشد؛

– استفاده از نرم‌افزارهای معتبر در خصوص پیش‌بینی زمان تخلیه (۶۰ ثانیه از یک خروجی یا مطابق با زمان مشخص شده در جدول 1)؛

– زمان تخلیه آب از منیفولد تست مطابق با جدول 1.

جدول 1- زمان تخلیه از منیفولد تست

شکل 4- منیفولد تست

 

شکل 5- تجهیزات به کار رفته در سیستم‌های اسپرینکلر خشک را نشان می دهد (تصویر بالا، در شرایط نرمال و تصویر پایین، لحظه عملکرد سیستم را نشان می‌دهد).

مراحل فعال شدن سیستم‌های اسپرینکلر خشک به ترتیب زیر است:

1.  شیر سیستم خشک توسط فشار هوای درون لوله در وضعیت بسته قرار می‌گیرد؛
2.  حرارت ناشی از حریق، اسپرینکلرهای اطراف آتش را فعال می‌کند؛
3.  هوا از اسپرینکلر باز شده خارج و فشار هوای درون سیستم کاهش می‌یابد؛
4.  شیر سیستم باز می‌شود؛
5.  آب به درون لوله ها وارد می‌شود؛
6.  آب از اسپرینکلرهای باز شده روی آتش تخلیه می‌شود.

 نسبت بین فشار هوا به فشار آب که به‌وسیله کارخانه سازنده شیرها تعیین می‌شود، کمک می‌کند تا شیرها در حالت نرمال، بسته بمانند. با دانستن این نسبت و بیشترین مقدار فشار آب می‌توانیم فشار هوای مورد نیاز برای بسته نگه داشتن شیر را تعیین کنیم. برای اطمینان از محاسبات و با در نظر گرفتن ضریب ایمنی، فشار هوای محاسبه شده را psi ۲۰ بیشتر در نظر خواهیم گرفت تا افزایش ناگهانی فشار آب، باعث باز شدن شیر نشود. به‌عنوان‌مثال اگر نسبت فشار هوا به آب 5:1 و فشار استاتیکی منبع آب psi ۱۰۵ باشد فشار هوا به ترتیب زیر به دست می‌آید:

psi 21= 5/105

psi 41= 20+21       فشار هوای مورد نیاز با در نظر گرفتنpsi  ۲۰ ضریب ایمنی

 افزایش فشار هوا در سیستم فوق به بیش از psi ۴۱، به افزایش زمان فعال شدن شیر منجر می‌شود چرا که زمان بیشتری برای تخلیه هوا و کاهش فشار لازم است.

اغلب در سیستم‌های خشک از اسپرینکلرهای بالازن استفاده می‌شود تا از رسوب گرفتن اسپرینکلر یا یخ زدن آبی که پس از تست و تخلیه در لوله منتهی به اسپرینکلر باقی می‌ماند، جلوگیری شود. در صورت استفاده از اسپرینکلرهای پایین‌زن باید اسپرینکلر روی «خم برگشت» (Return Bend) نصب شود.

شکل 6 – خم برگشت

سیستم‌های اسپرینکلر پیش عملگر (Preaction Pipe Sprinkler System)

درون لوله‌های این سیستم از هوا یا نیتروژن استفاده می‌شود که ممکن است تحت‌فشار یا بدون فشار باشند. جریان آب توسط شیر کنترل اتوماتیک متصل به سیستم اعلام حریق متوقف می‌شود. تجهیزات آشکارکننده حریق (Detector)، در تمامی محل‌هایی که اسپرینکلر وجود دارد نصب می‌شوند. در هنگام حریق، سیستم اعلام با ارسال سیگنال باعث باز شدن شیر کنترل و ورود آب به سیستم می‌شود.

 ارسال سیگنال مستقیماً از دتکتور به شیر کنترل صورت نمی‌گیرد و تجهیزات سیستم اعلام حریق از طریق دستگاه کنترل مرکزی (Control Panel) به شیر کنترل سیستم فرمان می‌دهند. از انواع دتکتورها و شستی‌های اعلام حریق می‌توان در این سیستم استفاده کرد که در شکل 7 تجهیزات استفاده شده در سیستم‌های اسپرینکلر پیش عملگر نمایش داده شده است.

شکل 7- سیستم اسپرینکلر پیش عملگر (تصویر بالا، در شرایط نرمال و تصویر پایین لحظه عملکرد سیستم را نشان می‌دهد)

به‌طورکلی سیستم‌های پیش عملگر به سه روش اجرا می‌شوند:

همبندی تکی (Single Interlock)

فرمان باز شدن شیر اتوماتیک فقط از طریق سیستم اعلام حریق صادر می‌شود. محدودیت سایز این روش 1000 اسپرینکلر در هر سیستم است. پس از باز شدن شیر اتوماتیک، سیستم همانند سیستم تر عمل می‌کند.

همبندی دوتایی (Double Interlock)

فرمان باز شدن شیر اتوماتیک از طریق سیستم اعلام حریق و باز شدن اسپرینکلر صادر می‌شود. محدودیت سایز این نوع سیستم همانند سیستم لوله خشک تعیین شده و روش لوله‌کشی شبکه‌ای (Gridded) نیز مجاز نیست. به دلیل تأخیر در تخلیه آب «مساحت طراحی» ۳۰ درصد افزایش می‌یابد و فشار هوای درون لوله‌ها psi ۷ بوده و کاهش این فشار نشانگر وجود نشتی یا باز شدن اسپرینکلر خواهد بود.

بدون همبندی (Non Interlock)

فرمان باز شدن شیر اتوماتیک از طریق سیستم اعلام حریق یا باز شدن اسپرینکلر صادر می‌شود، بیشترین تعداد اسپرینکلر قابل نصب در هر سیستم 1000 عدد است، از این سیستم به‌عنوان «سیستم بدون خطا» یاد می‌شود چرا که حتی در اثر از کار افتادن سیستم اعلام حریق به‌محض باز شدن اسپرینکلر آب تخلیه می‌شود. فشار هوای درون لوله‌ها psi ۷ است.

در سیستم‌های پیش عملگر نیز همانند سیستم‌های خشک، اغلب از اسپرینکلرهای بالازن استفاده می‌شود تا از رسوب گرفتن اسپرینکلر یا یخ زدن آبی که پس از تست و تخلیه در لوله منتهی به اسپرینکلر باقی می‌ماند، جلوگیری شود. در صورت استفاده از اسپرینکلرهای پایین‌زن، باید اسپرینکلرها روی «خم برگشت» نصب شوند.

سیستم‌های اسپرینکلر سیلابی (Deluge Pipe Sprinkler System)

تمامی اسپرینکلرهای نصب شده در این سیستم از نوع «اسپرینکلر باز» بوده و آب در پشت شیر کنترل اتوماتیک نگه داشته می‌شود. سیستم تشخیص حریق الکتریکی (Electrical) یا فشاری (Pneumatic) به شیر سیستم متصل بوده و تجهیزات آشکارکننده آتش در تمامی محل‌هایی که اسپرینکلر وجود دارد نصب می‌شوند. در هنگام حریق، سیستم اعلام با ارسال سیگنال باعث باز شدن شیر کنترل، ورود آب به سیستم و تخلیه از تمامی اسپرینکلرها می‌شود. در سیستم‌های سیلابی حجم قابل‌توجهی از آب در مدت‌زمان کوتاهی تخلیه می‌شود. به دلیل جلوگیری از تخلیه تصادفی آب و کاهش خسارت‌های احتمالی سیستم اعلام حریق به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که با تشخیص حداقل دو دتکتور، فرمان باز شدن شیر صادر شود و تشخیص حریق توسط یک دتکتور منجر به باز شدن شیر نمی‌شود. در شکل 8 تجهیزات استفاده شده در سیستم سیلابی نمایش داده شده است.

شکل 8- تجهیزات استفاده شده در سیستم‌های اسپرینکلر سیلابی

 

منبع: شماره 36 (بهمن ماه 1398) ماهنامه مهندسی ایمنی