Proste metody obliczeń współczynnika K dla instalacji tryskaczowych

W instalacje tryskaczowe wyposaża się budynki w celu ich ochrony przeciwpożarowej. Praca instalacji tryskaczowej nawodnionej ma odmienny charakter niż instalacji wodociągowej, choć obie zawierają wodę poddaną ciśnieniu. Instalacja tryskaczowa jest stale wypełniona wodą pod wymaganym ciśnieniem, jednak do jej przepływu dojdzie tylko w razie pożaru. Natomiast instalacja wodociągowa permanentnie zasila poszczególne punkty czerpalne, z różną intensywnością w zależności od pory dnia.

Instalacja tryskaczowa jest najczęściej ostatnią instalacją, w którą wyposaża się budynek w procesie projektowania. Jednak pewne założenia dla tej instalacji powinny być przyjmowane na wczesnym etapie projektowania, a oszacowane muszą zostać najpóźniej na etapie wylewania płyty dennej pod zbiornik na zapas wody na cele przeciwpożarowe, który często lokalizowany jest na poziomie fundamentów budynku. Różne wytyczne i normy wykorzystywane do projektowania instalacji tryskaczowych umożliwiają wstępne przyjęcie objętości zbiornika na cele przeciwpożarowe przy uwzględnieniu odpowiedniego procentowego zapasu bezpieczeństwa dla projektowanej objętości.

Dodatkowo do obliczeń hydraulicznych instalacji tryskaczowych wykorzystuje się wzór Hazena–Williamsa, uwzględniający jedynie straty na długości. Nie oznacza to jednak, że wpływ strat miejscowych jest pomijany w obliczeniach wymaganego ciśnienia. Wszystkie straty miejscowe muszą zostać uwzględnione w obliczeniach hydraulicznych po ich wcześniejszej zamianie na odpowiednie długości zastępcze. W obliczeniach hydraulicznych pojawia się również współczynnik K. Jest on związany zarówno z parametrami geometrycznymi i hydraulicznymi przewodów, jak i stratami miejscowymi ciśnienia w analizowanym przekroju. W artykule przedstawiono trzy proste metody obliczania współczynnika K dla odcinków lub przekrojów obliczeniowych instalacji tryskaczowych.

Czytaj też: Czynne systemy ochrony przeciwpożarowej w obiektach budowlanych

Podstawowe założenia obliczeniowe

Minimalne teoretyczne zapotrzebowanie na przepływ (przepływ idealny) uzyskiwane jest poprzez pomnożenie projektowej intensywności zraszania systemu przez projektowaną powierzchnię działania. Nie jest to prawdziwa miara zapotrzebowania na wodę, ponieważ w tym oszacowaniu nie bierze się pod uwagę strat ciśnienia projektowanego systemu. Wyższe ciśnienia są dostępne dla tryskaczy zlokalizowanych bliżej pionu zasilającego. Wyższe ciśnienia umożliwiają zwiększenie przepływu na każdym działającym tryskaczu. To z kolei rzutuje na zwiększenie zapotrzebowania na wodę dla tryskaczy zlokalizowanych bliżej pionu.

Dobrze zaprojektowana instalacja tryskaczowa to taka, w przypadku której po wykonaniu dokładnych obliczeń hydraulicznych wzrost zapotrzebowania na wodę w stosunku do wstępnie obliczonego zapotrzebowania nie przekroczy 10%. Wzrost ten określa się jako nadwyżkę przepływu i wyraża współczynnikiem wynoszącym 1,1 [1].

Nadwyżka systemu określana jest dzięki podzieleniu wymaganego zapotrzebowania na wodę przez „idealne” zapotrzebowanie na wodę. Im wyższy współczynnik nadwyżki, tym mniej ekonomicznie dobrane są średnice rur w instalacji. Źle zaprojektowany system typu drzewo zasilany na końcu może mieć współczynniki nadwyżki zbliżone nawet do 1,6 [1]. Zastosowanie współczynnika nadwyżki wynoszącego 1,1 jest przydatne w określeniu przybliżonego przepływu u podstawy pionu przed zaprojektowaniem instalacji.

Przed przystąpieniem do obliczeń hydraulicznych ważne jest, aby nanieść (oznaczyć) na system wszystkie punkty identyfikujące zaburzenia w układzie przewodów. Punkty odniesienia są zwykle nanoszone w przekrojach, w których występuje co najmniej jeden z poniższych przypadków:

1. zmiana przepływu z powodu rozdziału wody,
2. zmiana przepływu wywołana połączeniem wielu przepływów,
3. zmiana średnicy rury,
4. zmiana rzędnej instalacji,
5. konieczność zidentyfikowania punktu do wykorzystania w dalszych obliczeniach.

Dodatkowo jako punkty obliczeniowe oznacza się:

• wszystkie tryskacze objęte projektowaną powierzchnią działania,
• wszystkie węzły, w których przewody rozprowadzające łączą się z przewodem rozdzielczym.

Przyjęta wartość liczbowa intensywności zraszania dla tryskacza w danej klasie zagrożenia pożarowego uwzględnia zadziałanie wszystkich tryskaczy objętych projektowaną powierzchnią działania.

Proces obliczeń tradycyjnie rozpoczyna się od hydraulicznie najbardziej oddalonego tryskacza, ponieważ w odniesieniu do niego w systemie instalacji będą panowały najgorsze warunki.

Każdy wcześniejszy tryskacz z uwagi na starty ciśnienia w kierunku przepływu wody będzie dysponował wyższym ciśnieniem, a co za tym idzie, również wyższym przepływem.

Do hydraulicznego obliczenia systemu tryskaczy niezbędne są następujące dane:

• pokrycie przez wypływ z tryskacza,
• obliczeniowa intensywność zraszania,
• obszar działania,
• współczynnik C dla rur,
• współczynnik K dla dyszy tryskacza,
• uwzględnienie lub nie prędkości ciśnienia,
• rodzaj rur zastosowanych w systemie.

Ponadto niezbędne są szczegółowe informacje o rurociągu, które obejmują:

• średnice rur,
• długości,
• zmiany poziomu położenia,
• złączki,
• długości zastępcze.

Trzy sposoby obliczania współczynnika K na przykładzie trójnika

Sposoby obliczania współczynnika K omówiono na przykładzie przepływu wody przez trójnik zasilający instalację tryskaczową. Założono, że odcinek 1 (branch 1) zasila cztery tryskacze, a odcinek 2 (branch 2) tylko jeden tryskacz. Przyjmując, że ostatni tryskacz na odcinku 1 jest najgorzej zlokalizowany hydraulicznie, prowadząc obliczenia od ostatniego tryskacza 1 do tryskacza 4 przed trójnikiem, otrzymamy wymagane ciśnienia dla zasilenia czterech tryskaczy na przewodzie 1 z uwzględnieniem strat ciśnienia w przekroju AT (rys. 1).

Ciśnienie to będzie wyższe od ciśnienia wymaganego dla pojedynczego tryskacza 5 w tym samym przekroju AT. Dalsze obliczenia będą wymagały wyrównania ciśnienia w przekroju AT do ciśnienia wyższego, a co za tym idzie, zwiększy się wypływ wody z tryskacza 5. Do wyrównania ciśnień w przekroju AT wykorzystuje się policzony dla tego przekroju współczynnik K. Poniżej przedstawione zostały trzy proste metody obliczania współczynnika K dla przekroju AT:

1. metoda konwencjonalna,
2. prosta proporcja,
3. addytywne współczynniki K.

Metoda konwencjonalna wykorzystuje współczynnik K określony dla danego przepływu do jego zrównoważenia. Nowy przepływ jest następnie obliczany na podstawie pierwiastka kwadratowego z wymaganego ciśnienia (dla wyższego ciśnienia):

gdzie:

Q – przepły l/min;

p – ciśnienie, bar;

K – współczynnik , l/min/bar0,5;

p pressure required – ciśnienie wyższe z dwóch obliczonych ciśnień w przekroju AT.

Prosta proporcja właściwie nie wykorzystuje współczynników K, ale ustanawia prostą proporcję przepływów i pierwiastków kwadratowych ciśnienia:

Addytywny współczynnik K określa współczynniki K dla każdego z dwóch rozgałęzień wychodzących z trójnika, a następnie oblicza całkowity współczynnik K dla trójnika na podstawie sumy współczynników K. Wynikowy współczynnik K stosowany jest przy wymaganym ciśnieniu, aby określić całkowity przepływ opuszczający trójnik:

Podsumowanie

Obliczenia projektowe instalacji tryskaczowej przeprowadza się za pomocą odpowiedniego oprogramowania, warto jednak wiedzieć, według jakiego schematu są one wykonywane. Wiedza ta ułatwi projektantom wpływ na parametry projektowe obliczanej instalacji tryskaczowej.

Literatura

1. GAPS Guidelines G.A.P. 12.1.1.0, A Publication of Global Asset Protection Services LLC, 2015

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!