سیستم اطفای حریق اسپرینکلر (Sprinkler System) یکی از متداولترین سیستم‌های اطفای حریق آبی است که به طور گسترده در ساختمان‌های مسکونی، تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر سیستم اسپرینکلر در حالت کلی شامل یک شبکه لوله‌کشی است که از یک طرف به یک منبع آب مطمئن (مثل پمپ و مخزن آب) و از طرف دیگر به اسپرینکلرها متصل شده است. اسپرینکلرها معمولاً در نزدیکی سقف یا دیوارهای جانبی نصب می‌شوند. در زمان وقوع آتشسوزی، المان حرارتی روی اسپرینکلر فعال می‌شود و به طور خودکار آب را روی آتش تخلیه می‌کند. سیستم اسپرینکلر این توانایی را دارد که بدون استفاده از سیستم اعلان حریق الکتریکی و به صورت مستقل وارد عمل شده و آتشسوزی را مهار کند.
اجزای تشکیل دهنده هر اسپرینکلر
در شکل زیر یک اسپرینکلر خودکار (Automatic Sprinkler) نشان داده شده است. این اسپرینکلر از ۱) بدنه ، ۲) عامل حرارتی ۳) دفلکتور و ۴) درپوش تشکیل شده است.
المان حرارتی (۲) معمولاً به شکل یک حباب شیشه‌ای است که داخل آن با مایعی حساس به دما پر شده است. در زمان وقوع آتشسوزی و با رسیدن حرارت به اسپرینکلر، مایع داخل حباب شیشه‌ای منبسط شده و باعث شکسته شدن حباب می‌شود. با شکسته شدن حباب شیشه‌ای، درپوش (۴) از محل خود جدا شده و مسیر حرکت آب را باز می‌کند. آب پس از خروج از اسپرینکلر به تیغه‌ای فلزی به نام دفلکتور (۳) برخورد می‌کند که وظیفه شکل دادن به قطرات آب را بر عهده دارد. در واقع دفلکتور الگوی پاشش آب (مواردی مثل اندازه قطرات، شعاع پاشش آب و غیره) را شکل می‌دهد.
لازم به ذکر است اسپرینکلرها با دماهای عملکرد گوناگون ساخته می‌شوند و سازندگان موظف هستند رنگ مایع داخل حباب شیشه‌ای را بر اساس دمای فعال شدن اسپرینکلر قرار دهند. در شکل زیر چند اسپرینکلر با دمای عملکرد گوناگون نشان داده شده است.
در زمان وقوع آتشسوزی، در اسپرینکلرهای خودکار تنها همان اسپرینکلرهایی که در معرض حرارت قرار گرفته باز خواهند شد و مابقی اسپرینکلرها همچنان بسته باقی خواهند ماند. این موضوع باعث می‌شود خسارات احتمالی ناشی از پاشش آب به ناحیه به حداقل ممکن برسد.
انواع اسپرینکلر ها
تکنولوژی ساخت اسپرینکلرها از ابتدا تاکنون دچار تغییرات زیادی شده است. تا پیش از سال 1950 میلادی اسپرینکلرها به نحوی ساخته می‌شدند که حدود 40 تا 60 درصد آب به سمت پایین و مابقی به سمت بالا تخلیه شود. در آن زمان این باور وجود داشت که این کار به خنک کردن سقف و خاموش کردن بهتر آتشسوزی کمک خواهد کرد. این اسپرینکلرها امروزه تحت عنوان اسپرینکلرهای قدیمی (old Style) یا متعارف (Conventional) شناخته می‌شوند که امروزه به ندرت و تنها برای برخی شرایط خاص ممکن است از آنها استفاده شود.
امروزه اسپرینکلرهای اسپری کننده (Spray Sprinkler) بیشترین کاربرد را در بین دیگر اسپرینکلرها دارند. این اسپرینکلرها به عنوان جانشین اسپرینکلرهای متعارف ساخته شدند و بر خلاف آنها، تمام آب را به سمت پایین و بر روی آتش تخلیه می‌کنند. در شکل زیر الگوی پاشش اسپرینکلرهای اسپری کننده بر اساس استاندارد NFPA 13 نشان داده شده است. علاوه بر اسپرینکلرهای اسپری کننده که بیشتر کاربرد عمومی دارند، می‌توان به اسپرینکلرهای مسکونی (Residential Sprinkler)، اسپرینکلرهای ESFR و اسپرینکلرهای باز (Open Sprinkler) اشاره کرد.
هر کدام از انواع اسپرینکلرها دارای ویژگی‌های هستند که استفاده از آنها را در شرایط مختلف امکانپذیر می‌کند. از مهم‌ترین ویژگی‌های اسپرینکلرها که هنگام انتخاب اسپرینکلر باید به آن توجه شود عبارتند از:
دمای عملکرد اسپرینکلر:
دمای عملکرد اسپرینکلر همان دمایی است که در آن انتظار می‌رود المان حرارتی اسپرینکلر فعال، و اسپرینکلر باز شود. مطابق با استاندارد NFPA 13، در شرایط معمول تنها باید از اسپرینکلرهای با طبقه‌بندی حرارتی Ordinary و Intermediate استفاده شود (دو ردیف اول جدول زیر). ولی در حالت کلی دمای عملکرد اسپرینکلر بر اساس حداکثر دمای سقف ساختمان (ستون Maximum Ceiling Temperature) تعیین می‌شود. در جدول زیر دمای عملکرد اسپرینکلر بر اساس حداکثر دمای سقف ساختمان نشان داده شده است.
حساسیت دمایی:
از لحاظ ویژگی حساسیت دمایی اسپرینکلر، می‌توان به اسپرینکلرهای واکنش سریع (Quick Response) و واکنش استاندارد (Standard Response) اشاره کرد. اسپرینکلرهای واکنش سریع نسبت به اسپرینکلرهای واکنش معمولی سرعت عملکرد بالاتری دارند. ولی باید توجه شود که سرعت عملکرد اسپرینکلر به عوامل زیادی از جمله ارتفاع سقف، فاصله اسپرینکلر تا سقف، نحوه چینش اسپرینکلرها، دمای محیط و غیره بستگی دارد و استفاده از اسپرینکلرهای واکنش سریع لزوما به معنی فعال شدن سریع اسپرینکلرها در هر شرایطی نیست.
ضریب K:
اسپرینکلرهای مختلف با K-factor متفاوت ساخته می‌شوند. ضریب K، ضریبی است که به اندازه و خصوصیات اریفیس اسپرینکلر بستگی دارد. در واقع هر چه ضریب K بزرگتر باشد، در فشار ثابت، مقدار آب بیشتری را از اسپرینکلر تخلیه می‌شود. رابطه بین دبی، فشار و ضریب K به صورت زیر بیان می‌شود:
نوع نصب و ملاحظات معماری ساختمان:
از لحاظ چگونگی و جهت نصب، می‌توان به اسپرینکلرهای پایین‌زن (Pendent)، بالازن (Upright) و دیواری (Sidewall) اشاره کرد. این ویژگی‌ها به خصوصیات معماری ساختمان و محدودیت های حین نصب اسپرینکلرها در ناحیه بستگی دارد. لازم به ذکر است جهت نصب اسپرینکلر از ویژگی‌های اسپرینکلر است و در هنگام نصب حتماً باید به آن توجه شود. به عنوان مثال، یک اسپرینکلر پایین‌زن باید به سمت پایین نصب شود و از آن نمی‌توان به شکل رو به بالا یا با زوایای دیگر استفاده کرد.
لازم به ذکر است تمام اسپرینکلرهای مذکور آب را به سمت پایین تخلیه می‌کنند و تنها جهت نصب آنها با یکدیگر متفاوت است. علاوه بر اسپرینکلرهای فوق، انواع دیگری نیز وجود دارد که با هدف کمک به حفظ زیبایی ساختمان ساخته می‌شوند. از این اسپرینکلرها می‌توان به اسپرینکلرهای مخفی (Concealed Sprinkler) و اسپرینکلرهای توکار (Recessed Sprinklers) اشاره کرد.
شرایط ویژه کاری:
برخی شرایط خاص نیاز به استفاده از اسپرینکلرهای با خصوصیات ویژه دارد. از این اسپرینکلرها می‌توان به اسپرینکلرهای مقاوم در برابر خوردگی، اسپرینکلرهای Dry و غیره اشاره کرد.
انواع سیستم اسپرینکلر
متداول ترین سیستم‌های اسپرینکلر عبارتند از:
- سیستم اسپرینکلر لوله تر (Wet Pipe Sprinkler System)
- سیستم اسپرینکلر لوله خشک (Dry Pipe Sprinkler System)
- سیستم پیش عملگر (Pre-action System)
- سیستم سیلابی (Deluge System)
در ادامه هر کدام از این سیستم ها به طور مختصر توضیح داده خواهند شد.
سیستم اسپرینکلر لوله تر (Wet)
سیستم اسپرینکلر لوله تر متداولترین سیستم در بین دیگر سیستم‌ها است. در این سیستم، اسپرینکلرها از نوع خودکار هستند. به عبارت دیگر هر اسپرینکلر دارای المان حرارتی است که با قرار گرفتن در معرض حرارت فعال شده و آب در ناحیه تخلیه می‌شود. همچنین، در این سیستم در تمام شبکه لوله‌کشی و تا پشت اسپرینکلر آب وجود دارد. این ویژگی‌ها باعث می‌شود به محض فعال شدن یک اسپرینکلر، آب از همان اسپرینکلر تخلیه شود.
در جایی که منعی برای استفاده از سیستم تر وجود نداشته باشد (مثل دمای پایین هوا و احتمال یخ زدگی)، این سیستم باید به عنوان اولین انتخاب مد نظر قرار گیرد.
برخی از تجهیزات مورد استفاده در سیستم اسپرینکلر لوله تر عبارتند از:
- شیر یک طرفه هشداردهنده (Alarm Check Valve)
- زنگ مکانیکی موتور آبی (Water Motor Alarm Gong)
- شیرآلات کنترل جریان، مثل شیر پروانه ای (Butterfly Valve)، شیر دروازه‌ای (Gate Valve)، شیر توپبی (Ball Valve) و غیره
- سوییچ جریان آب (Water Flow Switch)
- سوییچ فشار (Pressure Switch)
- شیر اطمینان (Relief Valve)
- شیر خودکار تخلیه هوا (Vent Valve)
سیستم اسپرینکلر لوله خشک (Dry)
سیستم اسپرینکلر لوله خشک در مکان هایی استفاده می‌شود که دمای محیط ممکن است به کمتر از 4 درجه سانتیگراد برسد و احتمال یخ زدگی آب وجود دارد. در این سیستم، همانند سیستم اسپرینکلر لوله تر، اسپرینکلرها از نوع خودکار یا همان بسته هستند. ولی بر خلاف سیستم اسپرینکلر لوله تر، آب تا پشت اسپرینکلرها وجود ندارد و به جای آن، شبکه لوله‌کشی با هوا یا نیتروژن تحت فشار پر می‌شود. در این سیستم آب و هوا توسط یک شیر تناسبی به نام شیر سیستم لوله خشک (Dry Pipe Valve) از هم جدا می‌شود که نمونه‌ای از آن در شکل روبرو نشان داده شده است.
در زمان وقوع آتشسوزی و با فعال شدن اسپرینکلرها، ابتدا هوای داخل لوله شروع به تخلیه می‌کند. با گذشت زمان نسبتاً کوتاه، فشار هوای داخل لوله‌ها کاهش پیدا می‌کند و اختلاف فشار ایجاد شده بین هوا و آب، باعث باز شدن Dry Pipe Valve و جاری شدن آب داخل لوله‌ها می‌شود و در نهایت آب از اسپرینکلرها بر روی ناحیه آتشسوزی تخلیه می‌شود.
ملاحظه می‌شود که در سیستم خشک، زمانی صرف تخلیه هوا، باز شدن شیر Dry Pipe و رسیدن آب به اسپرینکلرها خواهد شد در حالی که در سیستم لوله تر، به محض باز شدن اسپرینکلرها آب در ناحیه تخلیه می‌شود. این تاخیر ایجاد شده بزرگترین نقطه ضعف سیستم خشک نسبت به سیستم تر به شمار می‌رود و برای به حداقل رساندن آن در هنگام طراحی باید به الزامات استاندارد NFPA 13 در این خصوص به طور کامل توجه شود.
سیستم اسپرینکلر پیش عملگر (Pre-action)
در سیستم پیش عملگر، وظیفه شناسایی حریق علاوه بر خود اسپرینکلرها بر عهده یک سیستم کاشف حریق کمکی نیز قرار می‌گیرد. سیستم کاشف حریق کمکی در بیشتر موارد از نوع کاشف دود (Smoke Detector) در نظر گرفته می‌شود ولی از انواع دیگر سیستم‌های اعلان حریق نیز می‌توان استفاده کرد.
بسته به نوع تعامل سیستم کاشف حریق کمکی و اسپرینکلرها با شیر سیستم Preaction ، این سیستم به سه دسته تقسیم می‌شود:
- سیستم هم‌بند تکی: در این سیستم، شیر پیش عملگر تنها با فعال شدن سیستم کاشف حریق کمکی فعال می‌شود و باز شدن اسپرینکلرها تاثیری بر روی آن ندارد. این سیستم نسبت به سیستم لوله خشک سریع‌تر عمل می‌کند و از آن می‌توان به عنوان جایگزین سیستم لوله خشک در جایی که احتمال یخ زدگی وجود دارد (به عنوان راه حل کاهش زمان تاخیر) استفاده کرد.
- سیستم بدون هم‌بند: در این سیستم شیر پیش عملگر با فعال شدن سیستم کاشف حریق کمکی یا با باز شدن اسپرینکلرها فعال می‌شود. یعنی فعال شدن هر کدام از آنها باعث باز شدن شیر می‌شود. این سیستم نسبت به سیستم هم‌بند تکی حساسیت بیشتری دارد. از این سیستم نیز می‌توان به عنوان جایگزین سیستم لوله خشک استفاده شود.
- سیستم هم‌بند دوتایی: در این سیستم برای باز شدن شیر پیش عملگر باید سیستم کاشف حریق کمکی و اسپرینکلرها هر دو به صورت همزمان فعال شده باشند. در این سیستم نیز تاخیر زمان رسیدن آب به ناحیه دقیقا شبیه به سیستم لوله خشک وجود دارد و برای کاهش زمان رسیدن آب به ناحیه الزامات استاندارد NFPA 13 برای آن باید در نظر گرفته شود.