اسپرینکلر آتش نشانی چیست؟

اسپرینکلر آتش نشانی چیست؟

سیستم اسپرینکلر آتش نشانی ( Fire sprinkler system ) یا شبکه بارنده خودکار اطفاء حریق یک روش حفاظت در برابر آتش است که شامل یک سیستم تامین آب بوده که فشار و دبی کافی را به سیستم لوله‌کشی توزیع آب، که اسپرینکلرهای آتش نشانی به آن متصل می‌شود، تامین می‌کند.

تاریخچه اسپرینکلر آتشنشانی

ایده اولیه استفاده از آب برای اطفای حریق از دیرباز وجود داشته است.

در قرن اول میلادی، رومیان باستان از لوله‌های آب برای خنک کردن دیوارها و سقف‌ها در هنگام آتش‌سوزی استفاده می‌کردند. اما اولین سیستم‌های اسپرینکلر اتوماتیک تا قرن هجدهم میلادی اختراع نشدند. در سال 1723، آمبروز گادفری، مخترع انگلیسی، اولین سیستم اسپرینکلر اتوماتیک را ثبت اختراع کرد. سیستم گادفری از یک مخزن آب، لوله‌ها و دریچه‌های متصل به یکدیگر تشکیل شده بود. در صورت بروز آتش‌سوزی، گرمای آتش باعث ذوب شدن فلز fusible link و باز شدن دریچه‌ها می‌شد و آب به بیرون سرازیر می‌شد. در سال 1812، اولین سیستم اسپرینکلر اتوماتیک در یک کارخانه نساجی در انگلستان نصب شد. در سال 1852، هنری پارکر، مخترع آمریکایی، اولین سیستم اسپرینکلر اتوماتیک را که از لوله‌های آب تحت فشار استفاده می‌کرد، اختراع کرد. سیستم پارکر از یک شیر کنترل مرکزی و شبکه لوله‌های آب تشکیل شده بود که در صورت بروز آتش‌سوزی، گرمای آتش باعث فعال شدن شیر کنترل و پاشش آب از طریق لوله‌ها می‌شد. در سال 1847، اولین سیستم اسپرینکلر اتوماتیک در یک هتل در ایالات متحده نصب شد. از آن زمان، سیستم‌های اسپرینکلر اتوماتیک به طور گسترده‌ای در ساختمان‌های مختلف از جمله خانه‌ها، مدارس، بیمارستان‌ها و مراکز تجاری استفاده می‌شوند.

امروزه، سیستم‌های اسپرینکلر اتوماتیک یکی از موثرترین راه‌ها برای جلوگیری از گسترش آتش‌سوزی و نجات جان انسان‌ها هستند.

در اینجا چند نمونه از پیشرفت‌های مهم در تاریخچه اسپرینکلر آتشنشانی آورده شده است:

• سال 1882: اولین سیستم اسپرینکلر اتوماتیک با استفاده از شیرهای برقی اختراع شد.
• سال 1904: اولین سیستم اسپرینکلر اتوماتیک با استفاده از لوله‌های پلاستیکی اختراع شد.
• سال 1950: اولین سیستم اسپرینکلر اتوماتیک با استفاده از سیستم‌های اعلام حریق اختراع شد.
• سال 1970: اولین سیستم اسپرینکلر اتوماتیک با استفاده از دتکتورهای دود اختراع شد.
• سال 2000: اولین سیستم اسپرینکلر اتوماتیک با استفاده از سیستم‌های کنترل کامپیوتری اختراع شد.

امروزه، سیستم‌های اسپرینکلر اتوماتیک در سراسر جهان به عنوان یک راه موثر برای جلوگیری از گسترش آتش‌سوزی و نجات جان انسان‌ها استفاده می‌شوند.

اجزای یک هد اسپرینکلر:

• بدنه اسپرینکلر
• حباب شیشه‌ای حساس به حرارت
• درپوش اسپرینکلر
• دفلکتور (صفحه منحرف کننده جریان)
• واشر فنری
• 

قاب (Frame):

بدنه اصلی و ساختار اسپرینکلر را تشکیل می‌دهد.

دیگر اجزای تشکیل دهنده سیستم بر روی آن قرار می‌گیرند.

 اتصال حرارتی (Thermal linkage):

وظیفه تشخیص حریق و کنترل جریان آب را بر عهده دارد.

از دو نوع حباب شیشه ای و یا اتصال زود گداز ساخته می‌شود.

 دفلکتور (Deflector):

صفحه منحرف کننده جریان آب است.

جریان آب پس از برخورد با دفلکتور به قطرات کوچک تری تقسیم می‌شود.

این کوچک شدن قطرات آب شعاع پوشش بزرگتری برای هر اسپرینکلر ایجاد می‌کند و حرارت بیشتری را نیز جذب خواهد کرد.

دفلکتور عامل اصلی بخش عمده ای از تفاوت ها بین اسپرینکلر های مختلف است.

درپوش (Cap):

بین سنسور حرارتی و اوریفیس قرار می‌گیرد، همچنین از تخلیه و نشتی آب جلوگیری می‌کند.

اوریفیس (Orifice):

روزنه یا سوراخی است که بر میزان آب خروجی از سیستم ها تاثیر می‌گذارد. همچنین در زمان فعال شدن سنسور حرارتی، اوریفیس جریان آب را به سمت آتش هدایت می‌کند.

 حال به بررسی کلاس دمایی اسپرینکلر طبق ضوابط سامانه های اطفاء حریق می پردازیم. کلاس دمایی اسپرینکلر باید با توجه به محل نصب، خطر و بار اشتعال مواد موجود در محل، انتخاب شود.

حباب های شیشه ای اسپرینکلر با دمای کارکرد متفاوت:

حباب شیشه‌ای اسپرینکلر آتش‌نشانی یکی از اجزای مهم هد اسپرینکلر است که به گرم شدن و افزایش درجه حرارت محیط واکنش نشان داده و شکسته می شود که در نتیجه منجر به آزادشدن آب پرفشار ذخیره شده در پشت خود به منظور مهار و خاموش کردن آتش می‌شود. این حباب شیشه‌ای، به عنوان یک المان حساس به حرارت عمل می‌کند و نقش کلیدی در فعال‌سازی اسپرینکلر دارد.

حباب‌های شیشه‌ای دارای انواع مختلفی می باشند، که هر کدام برای شرایط محیطی خاصی طراحی شده‌اند. تفاوت بین عملکرد و سرعت واکنش این حباب های شیشه ای معمولاً با رنگ‌های مختلف مشخص می‌شوند، برای مثال:

• حباب‌های با دمای فعال‌سازی پایین‌تر (مثلاً 57 درجه سانتی‌گراد) معمولاً به رنگ نارنجی هستند.
• حباب‌های با دمای فعال‌سازی بالاتر (مثلاً 141 درجه سانتی‌گراد) به رنگ بنفش یا آبی هستند.

در تصویر پایین انواع رنگ بندی و دماهای منجر به واکنش حباب های شیشه ای اسپرینکلر نشان داده شده است.

انواع اسپرینکلر مورد استفاده در ساختمان‌های مسکونی، تجاری، اداری، بیمارستانی و غیره:

• اسپرینکلر بالازن (upright)
• اسپرینکلر پایین زن یا آویزان (pendent)
• اسپرینکلر دیواری(sidewall)
• اسپرینکلر مخفی(concealed)
• اسپرینکلر انبار ESFR
• اسپرینکلرهای پوشش گسترده (Extended Coverage)
• اسپرینکلرهای CMSA

(نکته حائز اهمیت در اسپرینکلر پایین زن وجود دارد این است که همانطور که از اصطلاح انگلیسی آن یعنی pendent پیداست به این نوع اسپرینکلر آویزان نیز گفته می شود که در منابعی نظیر (طاووسی حسام- طراحی و محاسبات سیستم های اطفاء حریق اسپرینکلر) نیز از این اصطلاح استفاده شده است.

اسپرینکلر بالا زن (upright):

اسپرینکلر بالا زن جزئی از سیستم اطفاء حریق خودکار است که به جای پاشش آب به سمت پایین، آن را به سمت بالا می پاشد. این نوع اسپرینکلر در موقعیت هایی که موانعی مانند قفسه بندی و تجهیزات مانع از پاشش مستقیم آب به سمت پایین می شوند، کاربرد دارد.

اسپرینکلر پایین زن(pendent):

اسپرینکلر پایین زن جزئی از سیستم اطفا حریق خودکار است که در زیر سقف و به صورت عمودی نصب می شود و آب را به سمت پایین پاشش می کند. این نوع اسپرینکلر رایج ترین نوع اسپرینکلر است و در انواع مختلف مسکونی، تجاری و صنعتی کاربرد دارد.

اسپرینکلر دیواری:

گاهاً در مکان‌هایی که نصب اسپرینکلر از نوع بالازن یا پایین زدن دشوار است، اسپرینکلرهای دیواری برای مکان‌هایی مانند راهروها، پله‌ها و سقف‌های بلند مورد استفاده قرار می گیرد.

• ایجاد پاشش ربع کره: اسپرینکلرهای دیواری طوری طراحی شده‌اند که آب را به صورت ربع کره به سمت آتش پاشیده و شعاع وسیع‌تری را تحت پوشش قرار می‌دهند.
• قابلیت اطمینان: اسپرینکلرهای دیواری سیستم‌های بسیار قابل اعتمادی هستند و به طور منظم آزمایش می‌شوند تا از عملکرد صحیح آنها در صورت بروز آتش‌سوزی اطمینان حاصل شود.
• مقرون به صرفه: اسپرینکلرهای دیواری در مقایسه با سایر سیستم‌های اطفاء حریق اتوماتیک، مانند سیستم‌های فوم، سیستم‌های گازی و سیستم‌های پودر، مقرون به صرفه هستند.

در انتخاب اسپرینکلر از نوع دیواری حتما باید به نکات زیر توجه شود:

• موانعی مانند مبلمان و قفسه‌ها می‌توانند از عملکرد صحیح اسپرینکلرهای دیواری جلوگیری کنند.
• اسپرینکلرهای دیواری ممکن است برای همه نوع آتش‌سوزی مناسب نباشند.

اسپرینکلر مخفی(concealed):

اسپرینکلر مخفی یا دکوراتیو جزئی از سیستم اطفا حریق خودکار است که در زیر سقف و به صورت توکار نصب می شود و به گونه ای طراحی شده است که در حالت عادی قابل مشاهده نیست و با دکوراسیون داخلی  محیط  هماهنگ می شود. این نوع اسپرینکلر بیشتر در مکان هایی مانند هتل ها، آپارتمان ها، رستوران ها و فروشگاه ها که به زیبایی ظاهری اهمیت داده می شود، کاربرد دارد.

اسپرینکلر انبارESFR:

اسپرینکلر انبار ESFR (Early Suppression, Fast Response) بخشی از سیستم اطفا حریق خودکار است که به طور خاص برای اطفاء حریق های شدید و حجیم در انبارها و مراکز ذخیره سازی کالا طراحی شده است. این نوع اسپرینکلر با پاشش حجم زیاد آب در قالب قطرات درشت و با سرعت بالا، می تواند به سرعت حریق را مهار و از گسترش آن جلوگیری کند.

اسپرینکلرهای پوشش گسترده (Extended Coverage):

اسپرینکلرهای پوشش گسترده جزئی از سیستم اطفا حریق خودکار هستند که برای اطفاء حریق در فضاهای بزرگ و با ارتفاع زیاد طراحی شده اند. این نوع اسپرینکلرها می توانند مساحت بیشتری را نسبت به اسپرینکلرهای معمولی پوشش دهند و برای مکان هایی مانند انبارها، سوله های ورزشی، مراکز تجاری بزرگ و پارکینگ ها مناسب هستند.

اسپرینکلرهای CMSA:

اسپرینکلرهای CMSA بخشی از سیستم های اطفا حریق خودکار هستند که برای انبارها و مکان هایی با شرایط خاص حریق طراحی شده اند. این نوع اسپرینکلرها در شرایطی که به دلیل وسعت و شدت آتش سوزی، دمای محیط به سرعت بالا می رود و قطرات آب معمولی قبل از رسیدن به حریق بخار می شوند، کاربرد دارند.

طبق دسته بندی که در ضوابط سامانه های اطفاء حریق آمده است سیستم های اسپرینکلر به طورکلی به چهار نوع متفاوت تقسیم می شوند:

• سیستم اسپرینکلر لوله تر(Wet Pipe sprinkler system)
• سیستم اسپرینکلر لوله خشک(dry pipe sprinkler system)
• سیستم های پیش عملگر(preaction systems)
• سیستم های سیلابی(deluge sprinkler system)

سیستم اسپرینکلر لوله تر:

مجموعه اسپرینکلرهایی که به سیستم لوله کشی دارای آب متصل بوده و به منبع آب وصل هستند که در آن آب بالفاصله پس از واکنش اسپرینکلر ها در اثر حرارت آتش تخلیه می شود.

سیستم اسپرینکلر لوله خشک:

سیستم اسپرینکلری که به لوله کشی حاوی هوا یا نیتروژن تحت فشار متصل است، که به محض باز شدن اسپرینکلر، آزاد شدن هوا یا نیتروژن تحت فشار اجازه میدهد فشار آب ، شیری که به عنوان شیر لوله خشک شناخته شده را باز کند، سپس آب درون شبکه لوله کشی جریان یابد و از اسپرینکلرهای باز شده خارج شود، سیستم اسپرینکلر لوله خشک گفته می شود.

دسته بندی ساختمان ها و سیستم های اطفاء (جهت طراحی سیستم اسپرینکلر) :

ساختمان ها را بر اساس قابلیت سوختن مواد موجود، مقدار مواد قابل اشتعال، ارتفاع کالای انبارشده و نرخ حرارت آزاده شده به ۵ دسته تقسیم بندی می شود، لازم به ذکر است این دسته بندی تنها برای طراحی سیستمهای اسپرینکلر کاربرد داشته و قابل تعمیم به سایر بخش ها و سیستم ها نیست.

• محیط کم خطر: ساختمان یا بخشی از ساختمان که مقدار، قابلیت اشتعال و نرخ حرارت آزاده شده مواد موجود در آن کم باشد. ساختمان های اداری، مسکونی و بیمارستان ها در این دسته قرار می گیرند. اطفاء این کلاس از سایر کلاسها ساده تر بوده و به آب کمتری نیاز دارد.
• محیط خطر معمولی، گروه یک: ساختمان یا بخشی از ساختمان که قابلیت اشتعال مواد موجود در آن کم باشد، مقدار و نرخ حرارت آزاده شده مواد موجود در آن متوسط و ارتفاع مواد انبارشده از ٨ فوت (٢.۴ متر) کمتر باشد. مکان های مثل رستورانها و پارکینگ ها شامل این کلاس هستند.
• محیط خطر معمولی، گروه دو: ساختمان یا بخشی از ساختمان که مقدار و قابلیت اشتعال مواد موجود در آن بالاتر از متوسط، نرخ حرارت آزاده شده مواد در آن متوسط و ارتفاع مواد انبارشده از ٨ فوت (٢.۴ متر) کمتر باشد.
• محیط پرخطر، گروه یک: ساختمان یا بخشی از ساختمان که مقدار و قابلیت اشتعال مواد موجود بسیار بالاست، نرخ حرارت آزاده شده در آن زیاد، سرعت گسترش حریق در این گروه بالاست ولی مقدار مایعات قابل اشتعال، بسیار کم است کارگاه های ریخته گری و چاپخانه هایی که از مرکب هایی با نقطه اشتعال کم تر از 1٠٠ درجه فارنهایت استفاده می کنند در این کلاس قرار می گیرند.

استانداردهای موجود در زمینه راه اندازی سیستم اسپرینکلر برخی از مهم‌ترین این استانداردها عبارتند از:

• NFPA 13: این استاندارد توسط انجمن ملی حفاظت از آتش (NFPA) در ایالات متحده آمریکا تدوین شده است و به عنوان مرجع اصلی برای طراحی و نصب سیستم‌های اسپرینکلر در نظر گرفته می‌شود.
• BS 5306: این استاندارد توسط موسسه استانداردهای بریتانیا (BSI) تدوین شده است و الزامات مربوط به طراحی و نصب سیستم‌های اسپرینکلر در بریتانیا را مشخص می‌کند.
• EN 12845: این استاندارد توسط کمیته اروپایی استانداردسازی (CEN) تدوین شده است و الزامات مربوط به طراحی و نصب سیستم‌های اسپرینکلر در اتحادیه اروپا را مشخص می‌کند.
• 

این استانداردها الزامات مختلفی را برای راه اندازی سیستم اسپرینکلر مشخص می‌کنند، از جمله:

نوع سیستم اسپرینکلر: سیستم‌های اسپرینکلر در انواع مختلفی از جمله سیستم‌های تر، سیستم‌های خشک و سیستم‌های پیش‌عمل‌کننده وجود دارند.

اندازه لوله‌ها: لوله‌های سیستم اسپرینکلر باید به اندازه کافی بزرگ باشند تا بتوانند آب کافی را برای اطفای حریق تامین کنند.

نوع آبپاش‌ها: آبپاش‌ها باید به گونه‌ای انتخاب شوند که آب را به طور یکنواخت در سراسر منطقه تحت پوشش پخش کنند.

فشار آب: فشار آب در سیستم اسپرینکلر باید به اندازه کافی بالا باشد تا آب را به طور موثر به آبپاش‌ها برساند.

تعمیر و نگهداری: سیستم اسپرینکلر باید به طور منظم و دوره ای تعمیر و نگهداری شود تا از عملکرد صحیح آن در صورت بروز آتش‌سوزی اطمینان حاصل شود.

علاوه بر این استانداردها، ممکن است قوانین و مقررات محلی نیز وجود داشته باشد که باید در هنگام راه اندازی سیستم اسپرینکلر رعایت شوند.

طبق تعریف دستورالعمل طراحی و نصب شبکه های بارنده خودکار اطفای حریق اسپرینکلر عبارت است از: وسایل اطفاء و یا کنترل آتش سوزی است که وقتی عنصر حساس به حرارت آن تا حد مشخص و یا بیشتر گرم شود، به صورت خودکار عمل کرده و آب را در منطقه مشخصی تخلیه می کند.

سیستم های اسپرینکلر آتش نشانی به طور گسترده در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرند و سالانه بیش از 40 میلیون هد اسپرینکلر نصب می شود. سیستم های اسپرینکلر آتش نشانی عموماً به عنوان یک سیستم نجات دهنده طراحی می شوند، اما لزوماً برای محافظت از ساختمان طراحی نمی شوند. در ساختمان‌هایی که کاملاً توسط سیستم‌های اسپرینکلر آتش‌نشانی محافظت می‌شوند، اگر آتش‌سوزی شروع می‌شد، در 96٪ موارد به‌تنهایی توسط اسپرینکلرهای آتش نشانی کنترل می‌شد.

ضوابط و مقررات مربوط به سیستم اسپرینکلر در ایران

در ایران، ضوابط و مقررات مختلفی برای سیستم‌های اسپرینکلر وجود دارد.

برخی از مهم‌ترین این ضوابط و مقررات عبارتند از:

مبحث سوم مقررات ملی ساختمان:

این مبحث به الزامات طراحی و نصب سیستم‌های اسپرینکلر در ساختمان‌ها می‌پردازد.

دستورالعمل طراحی و نصب شبکه‌های بارنده خودکار (اسپرینکلرها):

این دستورالعمل توسط سازمان آتش نشانی و خدمات ایمنی شهرداری تهران تدوین شده است و جزئیات مربوط به طراحی و نصب سیستم‌های اسپرینکلر را ارائه می‌دهد.

نشریه 822:

این نشریه توسط سازمان آتش نشانی و خدمات ایمنی شهرداری تهران تدوین شده است و به الزامات فنی سیستم‌های اسپرینکلر می‌پردازد.

این ضوابط و مقررات الزامات مختلفی را برای سیستم‌های اسپرینکلر مشخص می‌کنند، از جمله:

• نوع سیستم اسپرینکلر: سیستم‌های اسپرینکلر باید از نوع تر، خشک یا پیش‌عمل‌کننده باشند.
• محاسبه و طراحی سیستم: سیستم اسپرینکلر باید به گونه‌ای طراحی شود که بتواند آب کافی را برای اطفای حریق در هر نقطه از ساختمان تامین کند.
• نوع و تعداد هد اسپرینکلر: هد های اسپرینکلر باید به گونه‌ای انتخاب و نصب شوند که آب را به طور یکنواخت در سراسر منطقه تحت پوشش پخش کنند.
• لوله‌ها و اتصالات: لوله‌ها و اتصالات سیستم اسپرینکلر باید از مواد مناسب و با کیفیت بالا ساخته شده باشند.
• پمپ‌ها و منبع آب: سیستم اسپرینکلر باید به یک منبع آب قابل اعتماد و پمپ‌های با ظرفیت کافی مجهز باشد.
• سیستم اعلام حریق: سیستم اسپرینکلر باید به یک سیستم اعلام حریق متصل باشد تا در صورت بروز آتش‌سوزی، آژیر خطر به صدا در آید.
• آزمایش و نگهداری: سیستم اسپرینکلر باید به طور منظم آزمایش و نگهداری شود تا از عملکرد صحیح آن در صورت بروز آتش‌سوزی اطمینان حاصل شود.

علاوه بر این ضوابط و مقررات، ممکن است قوانین و مقررات محلی نیز وجود داشته باشد که باید در هنگام طراحی و نصب سیستم اسپرینکلر رعایت شوند.

بهتر است قبل از طراحی و نصب سیستم اسپرینکلر با یک متخصص مشورت کنید تا از انطباق آن با تمام الزامات و مقررات مربوطه اطمینان حاصل کنید.

در اینجا چند نکته مهم برای طراحی و نصب سیستم اسپرینکلر در ایران آورده شده است:

• از یک مهندس یا طراح واجد شرایط و دارای مجوز استفاده کنید.
• مطمئن شوید که سیستم اسپرینکلر به طور کامل با تمام ضوابط و مقررات مربوطه مطابقت دارد.
• از تجهیزات و مواد با کیفیت بالا استفاده کنید.
• سیستم اسپرینکلر را به طور منظم آزمایش و نگهداری کنید.
• با رعایت این نکات، می‌توانید از عملکرد صحیح سیستم اسپرینکلر در صورت بروز آتش‌سوزی و حفظ جان انسان‌ها و اموال خود اطمینان حاصل کنید.
• اجزای تشکیل دهنده سیستم اسپرینکلر
• سیستم اسپرینکلر از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام وظایف خاص خود را دارند.

طراحی اسپرینکلرها براساس استاندارد NFPA دارای ۱۰ مرحله به شرح زیر است:

1. تشخیص نوع خطر (کلاس خطر)
2. بررسی نوع و شکل ساختمان
3. بررسی منابع آب مورد نیاز سیستم
4. تشخیص و انتخاب نوع سیستم
5. تعیین نوع اسپرینکلر مورد نیاز
6. انتخاب لوله مناسب
7. انتخاب بست و گیره‌های مناسب برای نصب لوله‌ها
8. تعیین تجهیزات جانبی مورد نیاز
9. محاسبات هیدرولیکی
10. تهیه نقشه و ذکر جزئیات و نکات مهم

نکاتی در رابطه با انتخاب بهترین نوع اسپرینکلر با توجه به فضای طراحی:

• براساس استاندارد NFPA اسپرینکلرهای مورد استفاده در محیط‌های مسکونی باید یا اسپرینکلر مسکونی (residential) باشد یا از نوع واکنش سریع یا واکنش سریع پوشش گسترده باشد. پس می‌توان گفت، تمام انواع اسپرینکلرهای مسکونی، واکنش سریع هستند.
• اسپرینکلرهای زود اطفاء کننده واکنش سریع اغلب در محیط‌های پرخطر با احتمال آتش سوزی‌های گسترده مورد استفاده هستند.
• برای محیط‌هایی که انسداد یا مانعی در جلوی جریان یافتن مناسب آب اسپری شده وجود دارد اغلب از اسپرینکلرهای بالازن استفاده می‌شود. این نوع اسپرینکلرها در هنگام نصب نیازی به قاب ندارند.
• اسپرینکلرهای استاندارد برای اغلب کاربردها و شرایط مختلف امکان نصب و کاربرد دارند.