Projekt hydrauliczny pompowni pożarowych zgodny z NFPA 20 2016 Edition lub PN-EN 12845:2015

Zarówno pompownie pożarowe, jak i całe instalacje tryskaczowe, hydrantowe, pianowe lub do mgły wodnej muszą być projektowane zgodnie z obowiązującymi przepisami oraz wiedzą techniczną [1].

Ze względu na dość ograniczony zakres przepisów dotyczących pompowni przeciwpożarowych, dla których bezpośrednie wymagania zostały ujęte w bardzo krótkim rozdziale 5 rozporządzenia w sprawie przeciwpożarowego zaopatrzenia w wodę [2], powszechnie stosuje się różne standardy zagraniczne, które bardziej precyzyjnie definiują wymagania dla pomp oraz pompowni w ochronie ppoż. Polskimi normami projektowymi dotyczącymi stałych urządzeń gaśniczych wodnych (SUG-W) są PN-EN 12854 [3], która dotyczy urządzeń tryskaczowych, i PN-EN 13565 dotycząca urządzeń pianowych, a w przygotowaniu jest norma dotycząca mgły wodnej [4].

Kwestia obligatoryjności stosowania polskich norm była już wielokrotnie poruszana w licznych publikacjach [5,6], została też omówiona m.in. na stronie PKN [7], dlatego nie będzie poruszana w tym artykule. Ze względu na obszerność standardu NFPA i jego znacznie szerszy zakres niż normy PN-EN 12845 w niniejszej publikacji przedstawiono jedynie najważniejsze (w ocenie autora) różnice pomiędzy tymi dokumentami w zakresie urządzeń tryskaczowych.

Idea standardów NFPA

Standardy NFPA powstały w Stanach Zjednoczonych, gdzie organizacją zajmującą się szerzeniem wiedzy technicznej w zakresie ochrony przeciwpożarowej jest Narodowy Związek Ochrony Przeciwpożarowej (National Fire Protection Association), który funkcjonuje już od ponad 120 lat.

Standardy NFPA odnoszą się do szerokiego zakresu ochrony ppoż., a w odniesieniu do pompowni stałych urządzeń gaśniczych dokumentem właściwym jest NFPA 20 [8]. Standardy NFPA są wydawane jako zbiór wiedzy technicznej i już na samym ich początku znaleźć można zapis nakładający na projektanta obowiązek posługiwania się dokumentem w sposób ostrożny i korzystania z niego w zakresie adekwatnym do rozpatrywanego problemu, z uwzględnieniem własnej wiedzy technicznej.

NFPA nie prowadzi procesów certyfikacji na zgodność ze swoimi dokumentami, a jednostki oceny czynią to na własną odpowiedzialność. Dokument zawiera wiele przydatnych wskazówek, ale nadal najważniejszą osobą w procesie projektowym jest projektant, który powinien sam zadecydować, czy omawiane rozwiązania są stosowne dla danego projektu.

Wymagania kwalifikacyjne dotyczące osób zaangażowanych w projekt

Zgodnie z zapisami NFPA 20 wszystkie osoby biorące udział w projekcie powinny posiadać potwierdzone kwalifikacje. Za wykwalifikowany personel uważa się projektantów, instalatorów i serwisantów przeszkolonych i certyfikowanych przez producentów danego rozwiązania technologicznego lub certyfikowanych przez uznawaną narodową jednostkę certyfikującą usługi w zakresie ochrony przeciwpożarowej zgodnie z obowiązującym prawem krajowym lub posiadających uprawnienia krajowe odpowiednie do zakresu wykonywanej pracy. Standard uznaje również kwalifikacje serwisantów zatrudnionych i wyszkolonych przez krajowe organizacje związane z badaniami i serwisowaniem sprzętu ochrony ppoż.

W przypadku polskiej normy w załączniku M znaleźć można lakoniczny zapis o możliwości certyfikacji firm zajmujących się projektowaniem, montażem i serwisem urządzeń przez niezależne jednostki certyfikujące.

Organy właściwe w kontekście norm NFPA

We wszystkich standardach NFPA powoływany jest organ właściwy (Authority Having Jurisdiction) niemający w Polsce bezpośredniego odpowiednika ani bezpośredniego tłumaczenia. Zadaniem takiego organu jest zapewnienie/stwierdzenie zgodności wykonania instalacji, zastosowanych materiałów i wyrobów budowlanych ze standardem odniesienia. Organ właściwy może być organizacją prywatną lub państwową posiadającą uprawnienia oraz wiedzę techniczną w zakresie danego standardu.

Najbliższymi odpowiednikami organu właściwego w Polsce są: Państwowa Straż Pożarna oraz Główny Urząd Nadzoru Budowlanego.

Wymagania stawiane pompom 

Według PN

Pompy do instalacji tryskaczowych powinny odpowiadać stosownym standardom europejskim (obecnie takich brak). W przypadku tabelarycznej metody wyznaczania oporów hydraulicznych dla klas zagrożenia pożarowego LH i OH pompy powinny spełniać minimalne wymagania zawarte w tabeli 16 normy, w przypadku klas HHP i HHS pompy powinny spełniać wymagania zawarte w tabeli, a ponadto być w stanie wygenerować 140% przepływu projektowego podanego w tabeli, przy spadku wysokości podnoszenia do 70% projektowej wartości.

W przypadku pełnych obliczeń hydraulicznych pompy powinny generować 140% przepływu projektowanego przy wysokości podnoszenia na poziomie 70% wysokości projektowej (przy przepływie projektowym) oraz dostarczać ciśnienie przynajmniej o 0,5 bara wyższe niż wymagane w najbardziej niekorzystnym obszarze charakterystyki. Pompy muszą generować wymagany przepływ oraz wysokość podnoszenia w najkorzystniejszej strefie charakterystyki przy dowolnym poziomie wody w źródle zaopatrzenia w wodę. Graficzną prezentację wymagań przedstawiono na rys. 1.

Według NFPA

Pompy odśrodkowe powinny zapewnić przepływ na poziomie 150% przepływu znamionowego przy wysokości podnoszenia na poziomie nie niższym niż 65% znamionowej wysokości podnoszenia, wysokość podnoszenia przy zamkniętym zaworze nie powinna przekraczać 140% znamionowej. W przypadku wielostopniowych wieloportowych pomp wymóg ten musi być spełniony na każdym przyłączu. Graficzną prezentację wymagań przedstawiono na rys. 2.

Zestawy pompowe

Według PN

Pompy w zestawach wielopompowych powinny mieć zgodne charakterystyki i być w stanie współpracować równolegle w całym zakresie dozwolonego przepływu. W przypadku gdy zainstalowane są dwie pompy, obie oddzielnie powinny zapewnić wymagany przepływ i wysokość podnoszenia. Jeśli zainstalowane są trzy pompy, każda powinna zapewnić 50% wymaganego przepływu przy wymaganym ciśnieniu. W przypadku gdy więcej niż jedna z pomp zainstalowana jest na głównym lub dodatkowym źródle zaopatrzenia w wodę, tylko jedna z nich może być napędzana silnikiem elektrycznym.

Według NFPA

Zestawy pompowe powinny w ciągu 20 s od otrzymania sygnału do rozruchu uzyskać i utrzymywać wymagane stałe ciśnienie (±10%) w przewodach tłocznych w całym zakresie pracy, które powinno stabilizować się odpowiednio do uzyskiwanego przepływu. Zestaw pompowy powinien być przebadany metodami badań dla pomp podanymi w standardzie i powinien być traktowany jako integralna całość.

Wszystkie pompy zestawu muszą znajdować się w tym samym pomieszczeniu, z wyłączeniem sytuacji gdy wszystkie poniższe warunki zostaną spełnione:

• każda pompa może być ręcznie włączona lub wyłączona z każdego pomieszczenia,
• ciśnienia po stronie tłocznej i ssawnej wszystkich pomp mogą być odczytane w każdym pomieszczeniu,
• system komunikacji w pompowni w zakresie alarmów i połączeń pomiędzy sterownikami spełnia wymagania standardu.

W zestawie mogą pracować nie więcej niż trzy pompy, a w przypadku zastosowania pomp o zmiennej prędkości obrotowej – nie więcej niż dwie. Nie dopuszcza się wyłączania pomp ze względu na warunki po stronie ssawnej ani stosowania reduktorów lub regulatorów ciśnienia pomiędzy pompami w zestawie.

Praca w warunkach ssania 

Według PN

Norma zaleca, żeby pompy odśrodkowe były stosowane do pracy z napływem, w przypadku gdy nie jest to możliwe, mogą pracować w warunkach ssania lub można zastosować pionowe pompy turbinowe. Stosowanie pomp zatapialnych oraz pomp do pracy na ssaniu jest niezalecane. Wysokość pomiędzy najniższym poziomem wody w zbiorniku a osią pompy nie powinna przekraczać 3,2 m.

Według NFPA

Pompy odśrodkowe nie mogą być stosowane do pracy w warunkach ssania. W przypadku gdy wymagana jest praca ze ssaniem, standard zaleca stosowanie pionowych pomp turbinowych.

Przewody ssące

Według PN

W przypadku pracy w warunkach ssania średnica przewodu ssawnego nie powinna być mniejsza niż 80 mm i powinna być dobrana tak, aby prędkość przepływu nie przekraczała 1,5 m/s przy maksymalnym dopuszczalnym przepływie. Nie dopuszcza się łączenia pomp wspólnym kolektorem ssącym.

W sytuacji gdy zapewniony jest napływ do pompy, średnica rury ssącej nie może być mniejsza niż 65 mm, a prędkość przepływu nie może przekraczać 1,8 m/s przy maksymalnym dopuszczalnym przepływie. Pompy mogą być połączone ze sobą kolektorem ssącym, o ile przed każdą pompą zamontowane zostaną zawory odcinające.

Przewody ssawne z uwzględnieniem zaworów, złączek i kształtek powinny być dobierane tak, aby dostępne NPSH było większe od wymaganego NPSHR o przynajmniej 1 m przy przepływie na poziomie 140% maksymalnego dopuszczalnego przepływu (znamionowego). Przewód ssawny powinien być ułożony poziomo lub z niewielkim wzniosem w stronę pompy w celu uniknięcia gromadzenia się pęcherzyków powietrza w rurach.

Przewody redukcyjne stosowane na przewodach ssących powinny mieć płaską powierzchnię górną i ukośną powierzchnię dolną o skosie nie większym niż 20 stopni, przyłącze ssawne pomp powinno być podłączone do prostego odcinka rury o długości co najmniej dwóch średnic lub może być podłączone do przewodu redukcyjnego o tej samej długości.

Według NFPA

Przewody na linii ssącej powinny być dobrane tak, aby w przypadku pracy wszystkich pomp z przepływem na poziomie 150% przepływu nominalnego ciśnienie mierzone na kołnierzu ssącym pompy nie spadło poniżej 0 bar. W przypadku gdy woda pobierana jest z naziemnego zbiornika, dopuszczalny spadek wynosi –0,2 bara przy najniższym poziomie wody po zapewnieniu maksymalnego zapotrzebowania układu w określonym czasie. Przewody ssące należy montować starannie w celu uniknięcia gromadzenia się pęcherzy powietrza. Należy zapewnić ochronę przed zamarzaniem przewodów ssawnych. Trójniki i łuki na przewodach ssących dopuszczalne są tylko w sytuacji, gdy odległość pomiędzy kołnierzem wlotowym pompy a łukiem lub trójnikiem wynosi co najmniej 10 średnic rury ssącej, a płaszczyzna w osi kształtki jest równoległa do poziomego wału pompy typu split-case.

W przypadku wspólnego kolektora ssącego dla wielu pomp należy zapewnić proporcjonalny rozdział dostarczanej wody do każdej z pomp. Na linii ssącej dopuszcza się wyłącznie stosowanie urządzeń wymaganych w standardzie, są to w określonych sytuacjach m.in. zawory zwrotne, przewody pulsacyjne do pomiaru ciśnienia i kosze ssawne. 

Pompa Jockey

Według PN

Pompy stabilizujące ciśnienie można zamontować w celu zapobieżenia bezcelowemu uruchamianiu pomp głównych lub w celu utrzymania ciśnienia powyżej nastaw zaworów kontrolnych – spadki ciśnienia mogą wynikać z fluktuacji ciśnienia źródła zaopatrzenia w wodę (np. sieci wodociągowe). Pompa powinna być dobrana tak, aby nie była w stanie zapewnić przepływu i ciśnienia dla jednego w pełni otwartego tryskacza, co zapobiegałoby uruchomieniu pomp głównych.

Według NFPA

Pompy stabilizujące ciśnienie powinny być dobierane tak, aby wyrównać straty spowodowane dozwolonymi przeciekami lub normalnymi spadkami ciśnienia.

Pompy powinny mieć znamionową wydajność nie niższą niż straty generowane normalnym wyciekiem oraz generować ciśnienie wystarczające do wytworzenia żądanego ciśnienia w instalacji. W przypadku gdy wysokość podnoszenia pompy przy zamkniętym zaworze przekracza ciśnienie robocze podzespołów instalacji, należy zapewnić zawór odciążający zabezpieczający przed uszkodzeniem instalacji.

Pomieszczenie pompowni

Według PN

Pompownia powinna być przeznaczona wyłącznie do realizacji zadań ochrony przeciwpożarowej i mieć odporność ogniową na poziomie co najmniej 60 min. Pomieszczenie powinno się znajdować w oddzielnym budynku lub budynku przyległym z oddzielnym wejściem albo w budynku chronionym, jeżeli zapewnione jest bezpośrednie wejście z zewnątrz. Pompownia powinna być chroniona tryskaczami, przy czym zasilanie może być poprowadzone z najbliższego dostępnego punktu za zaworem zwrotnym pompy poprzez dodatkowy zawór odcinający, zabezpieczony w otwartej pozycji, z uwzględnieniem dodatkowego czujnika przepływu wody zapewniającego widzialny i słyszalny sygnał informujący o pracy tryskaczy, wyprowadzony do pomieszczenia obsługi, np. portierni. Należy zapewnić obejście testowe o średnicy 15 mm do sprawdzania działania systemu alarmowego.

W pompowni należy zapewnić wentylację oraz utrzymać temperaturę minimalną na poziomie 4°C dla pomp napędzanych silnikiem elektrycznym lub 10°C dla siników Diesla.

Według NFPA

Pompy pożarowe, sterownik, źródło wody i zasilanie elektryczne powinny być zabezpieczone przed pożarem, eksplozją, powodzią, trzęsieniem ziemi, gryzoniami, insektami, huraganem, zimnem, wandalizmem i innymi szkodliwymi warunkami. W przypadku budynków wysokich pompownia powinna się znajdować w oddzielnej strefie pożarowej o odporności ogniowej min. 2 h bądź w innym budynku oddalonym od budynku ochranianego o co najmniej 15,3 m. W przypadku innych budynków pompownia powinna być fizycznie odseparowana od ochranianej przestrzeni w sposób umożliwiający jej ochronienie przed bezpośrednim oddziaływaniem ognia. Pompownia powinna służyć jedynie zapewnieniu wody pożarowej, dodatkowe wyposażenie pompowni może dotyczyć tylko realizacji zaopatrzenia budynku w wodę inną niż do celów pożarowych. Zabrania się składowania w pomieszczeniu pompowni.

W pompowni należy zapewnić rozwiązania grzewcze zapewniające utrzymanie temperatury na poziomie co najmniej 4°C w przypadku zastosowania silników elektrycznych, a dla Diesla na poziomie zalecanym przez producenta silników. Należy zapewnić dostęp do pompowni w sposób umożliwiający dostanie się spoza obszarów chronionych przez instalację tryskaczową, a w przypadku pompowni bez bezpośredniego dostępu z zewnątrz należy zapewnić dostęp poprzez chroniony korytarz klatki schodowej lub korytarz prowadzący do drzwi zewnętrznych. W pomieszczeniu pompowni należy zapewnić sztuczne oświetlenie o intensywności 32,3 lux lub innej wymaganej przez organ właściwy (AHJ). W pompowni należy zapewnić wentylację oraz odpływ wody z poziomu podłogi do strefy odpornej na przemarzanie.

Zawory

Według PN

Zawory odcinające na ssaniu można montować jedynie przy pracy z napływem. Na przewodzie tłocznym każdej pompy należy zamontować zawór zwrotny oraz odcinający. W przypadku zestawów do podnoszenia ciśnienia należy zamontować obejście pomp z zaworem zwrotnym i dwoma zaworami odcinającymi o średnicy kolektora. Należy zapewnić rozwiązania pozwalające na uzyskanie przepływu minimalnego w warunkach pracy przy zamkniętym zaworze, wylot wody z obejścia do przepływu minimalnego powinien być widoczny, w przypadku kilku pomp każda powinna mieć indywidualne obejście do przepływu minimalnego. Zawory należy montować za wszelkimi zwężkami.

Według NFPA

Na przewodzie ssącym pompy należy zamontować certyfikowany zawór zasuwowy typu OS&Y, na przewodzie tym nie powinny być montowane żadne inne zawory oprócz antyskażeniowych.

Zawór upustowy (Circulation Relief Valve) stosuje się w celu zapewnienia minimalnego przepływu obejściowego, stosowanie w tym celu zaworów bezpieczeństwa (Relief Valve) jest niedopuszczalne. Każda pompa musi mieć zainstalowany automatyczny zawór upustowy, certyfikowany do zastosowań ppoż., ustawiony na wysokość podnoszenia niższą niż generowana przy pracy pompy z zamkniętym zaworem. W przypadku zastosowania falownika do regulacji ciśnienia zawór powinien być ustawiony na co najmniej 0,34 bara poniżej ciśnienia przy zamkniętym zaworze. Zawór powinien zapewnić uzyskanie minimalnego przepływu obejściowego w celu ochrony termicznej pompy. Zawór ten należy montować na przewodzie tłocznym pompy przed zaworem zwrotnym. Należy zapewnić odpływ wody z zaworu. Zawór upustowy można pominąć, jeśli woda do chłodzenia silnika pobierana jest z przewodu tłocznego.

W przypadku wykorzystywania pomp odśrodkowych zawory bezpieczeństwa dobiera się w sytuacji, gdy suma 121% wysokości podnoszenia przy zamkniętym zaworze oraz maksymalnego ciśnienia statycznego na ssaniu przekracza ciśnienie robocze podzespołów instalacji. Jeśli stosowane jest ograniczanie wysokości podnoszenia poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika, zawór bezpieczeństwa powinien być ustawiony na poziomie co najmniej 0,68 bara powyżej ciśnienia zadanego na urządzeniu regulacyjnym. Zawory bezpieczeństwa należy dobierać tak, aby upust ciśnienia był wystarczający do zapobieżenia przekroczeniu ciśnienia roboczego podzespołów instalacji. Zawór powinien być zamontowany pomiędzy pompą a zaworem zwrotnym w taki sposób, by mógł być szybko zdemontowany w celach serwisowych bez konieczności demontażu orurowania.

Źródła zaopatrzenia w wodę

Według PN

Polska norma dopuszcza stosowanie wymienionych w niej źródeł zaopatrzenia w wodę. Niektóre źródła mogą zasilać tylko instalacje zabezpieczające budynki o określonych klasach zagrożenia pożarowego. Do pojedynczych źródeł wody zalicza się sieć wodociągową z zestawem do podnoszenia ciśnienia lub bez, zbiornik ciśnieniowy, zbiornik grawitacyjny, zbiornik naziemny oraz niewyczerpalne źródło wody z co najmniej jedną pompą.

Do pojedynczych źródeł wody o wyższej niezawodności zalicza się sieci wodociągowe i zbiorniki grawitacyjne spełniające dodatkowe kryteria mające na celu zapewnienie ciągłości dostaw wody oraz niewyczerpalne źródła wody z co najmniej dwiema pompami. Norma rozróżnia ponadto podwójne źródła zasilania, które są połączeniem dwóch niezależnych pojedynczych źródeł, oraz źródła kombinowane stosowane do zasilania więcej niż jednej instalacji tryskaczowej.

Według NFPA

Dopuszcza się do stosowania dowolne źródło wody, które ma wystarczające zasoby, jakość, ciśnienie oraz pozwala na uzyskanie przepływu nominalnego. W przypadku budynków wysokich należy stosować zbiorniki wody z automatycznym napełnianiem o wydatku równym zapotrzebowaniu na wodę pożarową, a każdy zbiornik powinien być zaprojektowany tak, by pozwalał na przechowywanie co najmniej połowy wymaganej objętości wody.

Podsumowanie

Standard NFPA w większym stopniu niż Polska Norma wymaga od projektanta zaangażowania w projekt. Niektóre wymagania podane wprost są znacznie bardziej restrykcyjne niż w przypadku normy, lecz w wielu przypadkach standard wskazuje jedynie cel do osiągnięcia, pozostawiając projektantowi swobodę wyboru sposobu jego realizacji. Polska Norma ze względu na zakres obejmujący cały projekt instalacji tryskaczowych nie charakteryzuje się tak szczegółowym podejściem do pompowni pożarowych jak standard NFPA, w wielu miejscach pozostawiając projektantom i producentom zespołów pompowych swobodę projektowania, do czasu opublikowania norm bezpośrednio stawiających wymagania pompom i zestawom pompowym do ochrony przeciwpożarowej [9].

Literatura

1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (DzU 1994, nr 89, poz. 414, z późn. zm.).
2. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 24 lipca 2009 r. w sprawie przeciwpożarowego zaopatrzenia w wodę oraz dróg pożarowych (DzU 2009, nr 124, poz. 1030).
3. PN-EN 12845:2015-10 (wersja angielska) Stałe urządzenia gaśnicze. Automatyczne urządzenia tryskaczowe. Projektowanie, instalowanie i konserwacja.
4. prPN-prEN 14972-1E Stałe urządzenia gaśnicze. Zestawy instalacji mgły wodnej. Cz. 1. Projektowanie, instalacja, przegląd i konserwacja.
5. Dobrowolność czy obligatoryjność stosowania PN – dwugłos w sprawie, www.inzynierbudownictwa.pl/biznes,prawo,artykul,dobrowolnosc_czy_obligatoryjnosc_stosowania_pn___dwuglos_w_sprawie,6180 (dostęp 3.09.2018).
6. Czy Polskie Normy są obowiązkowe? I tak, i nie, http://prawo.gazetaprawna.pl/artykuly/700875,czy-polskie-normy-sa-obowiazkowe-i-tak-i-nie.html (dostęp 3.09.2018).„
7. Dobrowolność stosowania” norm, https://wiedza.pkn.pl/web/wiedza-normalizacyjna/stanowisko-pkn-w-sprawie-dobrowolnosci-pn (dostęp 3.09.2018).
8. NFPA 20 Standard For The Installation Of Stationary Pumps For Fire Protection.
9. prEN 12259-12:2017 Fixed firefighting systems – Components for sprinkler and water spray systems – Part 12: Pumps.
10. Malesińska A., Projektowanie instalacji tryskaczowych, PWN, 2018.