Hydranty wewnętrzne – węże pożarnicze

W okresie powojennym stosowane były tylko hydranty wewnętrzne 52 mm. Dopiero w 1954 r. norma branżowa Ministerstwa Gospodarki Komunalnej [1] wprowadziła do stosowania hydranty 52 i 25 mm. Potwierdzone to zostało w 1964 r. [2] i hydranty stosowano aż do 2002 r.

Wprowadzenie do katalogu polskich norm norm europejskich [3–6] spowodowało zmiany zarówno w doborze hydrantów wewnętrznych, jak i węży pożarniczych. Nowe normy PN-EN przewidują dwa rodzaje węży oraz różne ich średnice:

• w przypadku węży półsztywnych średnice wynoszą: 19, 25, 33 mm,
• średnice węży płasko składanych to: 25, 38, 40/41/42, 50/51/52 mm.

W obowiązującym rozporządzeniu MSWiA z 2010 r. [7] przewiduje się stosowanie trzech rodzajów hydratów wewnętrznych (czyli i węży): 25, 33, 52 mm, zatem analizę strat ciśnienia ograniczono do węży o tych rozmiarach.

Jeszcze w okresie powojennym węże pożarnicze 52 mm produkowano z włókna konopnego (węże parciane), natomiast węże 25 mm z gumy z oplotem tkaninowym. Włókna sztuczne i chemiczne zaczęto stosować dopiero w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku.

Początkowo były to włókna wiskozowe (modyfikowane), później poliamidowe (nylonowe), a następnie włókna i przędze poliestrowe (są wytrzymalsze i mniej chłoną wodę).

Obecnie stosuje się przeważnie przędze poliestrowe (węże płasko składane), a dla węży półsztywnych tworzywa (polietylen) w oplocie z przędzy poliestrowej z wątkiem z żyłki usztywniającej (nylonowej) z wkładką wewnętrzną z gumy syntetycznej (lateksu).

Obecnie produkowane węże różnią się zatem znacznie formą i jakością wykonania. Pierwotnie produkowane węże z włókien roślinnych (konopne) wykonywane (tkane) były z przędzy bez szwu (węże parciane), bez lub z wkładką gumową. Takich węży dotyczyły pierwsze badania strat ciśnienia (Łobaczew), a Spysznow podał wzór [8, 9]:

Wartości współczynnika oporu Sw podano w tabeli 1.

Spysznow podał również wartości współczynników Sw [8] określone przez instytut naukowy CNIIPO dla średnic węży 65 i 75 mm (tabela 1). Dla węży pożarniczych w literaturze krajowej [10, 11] zalecane są następujące wzory na wartość współczynnika oporu Sw (dla dw [cm]):

• węże gumowane Sw = 26 d_w^–5 (2)
• węże niegumowane Sw = 34 d_w^–5      (3)

Nowicki i Różański [10] podali tylko wzory, natomiast Gabryszewski [11] odniósł je do średnic węży, które podawał Spysznow. Z informacji podanych w tabeli 1 wynika, że Spysznow wartość współczynnika Sw odniósł do średnicy węży pożarniczych stosowanych w Związku Radzieckim i do tych średnic odniesiono się również w publikacjach krajowych. Dla stosowanych w Polsce węży 52 mm wartości współczynników Sw wyznaczono przez interpolację wyników podanych przez Spysznowa (dolna część tabeli).

Podane w tabeli 1 współczynniki Sw mają obecnie wartość jedynie porównawczą, gdyż dotyczą starszych typów węży, przeważnie parcianych. Po wprowadzeniu do produkcji węży pożarniczych przędzy z włókien sztucznych dla węży 52 i 75 mm przeprowadzono badania współczynników tarcia [12]. Wyznaczony wzór podali Lindner i Struś [13]:

dla którego wartości a i n wynoszą:

Wyznaczone wzorem (4) wartości współczynników tarcia l oraz określone na jego podstawie wartości współczynników Sw podano w tabeli 2. Dla porównania w tabeli podano również wartości współczynników Sw określone wzorami (2) i (3).

Węże produkowane z włókien sztucznych z wykładziną gumową mają niższe wartości współczynników strat ciśnienia Sw od węży produkowanych pierwotnie z włókien roślinnych – takiego wyniku należało się spodziewać. 

Niezrozumiałe jest natomiast, dlaczego w wypadku węży niegumowanych sytuacja jest odwrotna. Podważa to wiarygodność wzoru (4) w odniesieniu do węży z włókien sztucznych niegumowanych. 

Lindner i Struś [12] podali również wzory „dla przybliżonego obliczania strat ciśnienia w liniach wężowych połączonych znormalizowanymi łącznikami”, które mają postać ogólną (odniesioną do 100 m linii wężowej):

gdzie:
Q [l/min]; Dh_w [m sł. w.].

Odnosząc powyższy wzór do postaci wzoru (1), otrzymamy:

gdzie:
Sw = 0,0036 × b.

Na podstawie wartości współczynników b podanych przez Lindnera i Strusia [12] w tabeli 3 autor określił wartości współczynników Sw. Nie uwzględnił ich jednak w dalszej analizie.

W literaturze nie podano informacji o stratach ciśnienia węży pożarniczych produkowanych obecnie (zgodnie z normami [6, 7]). Przypuszczać należy, że będą one zbliżone do wartości uzyskiwanych w wypadku węży produkowanych z włókien sztucznych (zmodyfikowanych). Żeby to sprawdzić, autor przeprowadził analizę hydrauliczną strat ciśnienia stosowaną dla przepływów wody w rurociągach.

W wężach pożarniczych występują zjawiska:

• wzrostu średnicy węża pod wpływem ciśnienia,
• przewężenia strumienia wody na złączkach momentalnych węża,
• wydłużenia linii węża spowodowanej ciśnieniem wody,
• zmiany średnic węża wzdłuż odcinka węża spowodowanej ciśnieniem wody.

W wężach stosowanych w hydrantach wewnętrznych zmiany te są niewielkie, gdyż ciśnienie nie przekracza tam 0,35 MPa. Można je zatem w niniejszej analizie pominąć. 

Do analizy obliczeniowej współczynników strat ciśnienia l i Sw przyjęto następujące założenia:

• przepływ wody zimnej w wężach o temperaturze 10°C i lepkości kinematycznej u = 1,31×10^–6 m²/s,
• wymagane obliczeniowe natężenie przepływu wody zależy od średnicy wewnętrznej węża,
• do określania współczynników tarcia l korzystano z wykresu podanego w normie [14],
• z określonych w tabeli wartości współczynników tarcia węży l wyznaczano chropowatość względną i bezwzględną ścianek węży.

Z wartości podanych w tabeli 4 wynika, że w wypadku węży gumowanych prawdopodobna jest chropowatość względna na poziomie 0,1 mm. Natomiast chropowatość względna węży niegumowanych na poziomie 2–3 mm jest nierealna. 

Tak duże chropowatości przyjmuje się w kanałach wentylacyjnych wykonywanych z niewygładzanego betonu lub z cegły bez wypełnionych spoin muru. Z tabel 2 i 4 wynika, że wzór (4) do określania współczynników tarcia l dla węży pożarniczych niegumowanych nie powinien być stosowany.

Żeby można było wyznaczyć przybliżone wartości względnej chropowatości ścianek tych węży, autor posłużył się metodą pośrednią obliczeń przez porównanie wartości współczynników strat ciśnienia zalecanych w literaturze dla węży niegumowanych oraz węży gumowanych.Porównanie takie przeprowadzono w tabeli 5.

Jeżeli z porównania wyłączymy zbyt wysokie wartości dla nierealnie wysokiej chropowatości bezwzględnej k = 2–3 mm, przyjąć możemy, że straty ciśnienia w wężach niegumowanych odniesione do strat ciśnienia w wężach gumowanych tej samej średnicy są o 30–60% wyższe.

Przyjmując mnożnik 1,5 do wartości współczynnika tarcia l, w punkcie 3 tabeli 4 wyznaczono wartość chropowatości względnej węży niegumowanych. Z podanych obliczeń wynika, że dla węży 52 mm współczynnik k nie przekracza wartości średniej 0,5 mm. Określone analitycznie chropowatości względne ścianek węży umożliwiły wyznaczenie w tabeli 6 wartości współczynników tarcia l oraz współczynników oporu liniowego Sw węży o różnych średnicach. 

Do obliczeń strat ciśnienia w wężach pożarniczych najchętniej korzysta się ze wzoru (1) dla znanego współczynnika oporu liniowego Sw. Uzyskane w analizie wartości tych współczynników podane w tabeli 2, 4 i 6 zestawiono w tabeli 7. W tabeli tej podano również wartości, które autor proponuje przyjmować do obliczeń w projektach instalacji wodociągów przeciwpożarowych.

Ponieważ podane w tabeli 7 współczynniki oporu liniowego Sw wyznaczane są przeważnie w badaniach laboratoryjnych, nie uwzględniają naturalnego układania się linii wężownicowej w czasie trwania pożaru (krzywizny, zmiana wymiaru średnicy itp.). Lindner podaje, że zmiany te zwiększają straty ciśnienia w wężach o ok. 6% [12]. 

Linia prowadzenia węża w czasie pożaru jest uzależniona od lokalizacji miejsca pożaru względem hydrantu. Powstające dodatkowo załamania i zakrzywienia będą dla każdego obiektu inne. Szacunkowo można ocenić, że sumaryczne straty dodatkowe wynosić będą 10–15%. Skorygowany wzór (1) ma postać:

Straty ciśnienia wody na odcinkach węży pożarniczych zależeć będą od długości stosowanych odcinków węży. W okresie od 1954 r. [1] do 2003 r. [2] długości odcinków węży wynosiły:

• dla hydrantów 52 mm − 20 metrów (w szczególnych przypadkach dopuszczano stosowanie dwóch odcinków 2×20 m),
• dla hydrantów 25 mm − 15 metrów (oraz 2×15 m).

Po wprowadzeniu nowych norm [3–6] stosowane są obecnie następujące długości:

• węże płasko składane dla hydrantu 52 mm – 15 i 20 m,
• węże półsztywne dla hydrantów 33 i 25 mm − 20 i 30 m [15].

Obudowę (szafki hydrantowe) do obecnie stosowanych hydrantów 52, 33 i 25 mm dobierać można dla różnych zestawów odcinków węży: 15+15 m, 20+15 m, 20+20 m [16].

Aby ułatwić dobór strat ciśnienia dla węży pożarniczych o zalecanych odcinkach, straty te podano w tabeli 8. Z podanych wartości wynika, że w odniesieniu do minimalnej wartości ciśnienia wymaganej na zaworze odcinającym hydrant są to wielkości różne: od ok. 1 m sł. w. dla węży gumowanych 52 mm do 8,8 m sł. w. dla węży gumowych lub z tworzywa sztucznego 25 mm.

Literatura

1. RN-53/MGKr-PŻ-07 Wewnętrzne wodociągi przeciwpożarowe. Wytyczne projektowania, Zarządzenie Ministra Gospodarki Komunalnej nr 4 z dnia 4 kwietnia 1954 r.
2. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych z dnia 15 czerwca 1964 r. w sprawie przeciwpożarowego zaopatrzenia wodnego (DzU nr 25/1964, poz.163).
3. PN-EN 671-1:2012E Stałe urządzenia gaśnicze. Hydranty wewnętrzne. Część 1. Hydranty wewnętrzne z wężem półsztywnym.
4. PN-EN 671-2:2012E Stałe urządzenia gaśnicze. Hydranty wewnętrzne. Część 2. Hydranty wewnętrzne z wężem płasko składanym.
5. PN-EN 694:2001+A1/2007E Węże pożarnicze. Węże półsztywne do stałych urządzeń gaśniczych.
6. PN-EN 14540+A1:2008P Węże pożarnicze. Węże nieprzesiąkające płasko składane do hydrantów wewnętrznych.
7. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU nr 109/2010, poz. 719).
8. Spysznow P.A., Projektirowanije wodoprowodow w żiłych i grażdanskich zdanij, Gosizdat Archit. i Gradostrój, Moskwa 1951.
9. Piotrowski I., Stefański Z., Instalacje gospodarcze i przemysłowe wodociągowe, ciepłej wody i kanalizacji, PWN, Warszawa-Łódź 1954.
10. Nowicki W., Różyński Z., Projektowanie wewnętrznych instalacji wodociągowych i kanalizacyjnych, Arkady, Warszawa 1964.
11. Gabryszewski T., Wewnętrzne instalacje wodociągowe i kanalizacyjne, Arkady, Warszawa 1970.
12. Lindner J., Srtuś W., Przeciwpożarowe urządzenia i instalacje wodne, Arkady, Warszawa 1967.
13. Herterich O., Wasser als Löschschmittel, Ruthig Verlag, Heinelberg 1960.
14. PN-76/M-34034 Rurociągi. Zasady obliczeń strat ciśnienia.
15. Materiały techniczne firmy Bezalin.
16. Materiały techniczne firmy Gras.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!