Obliczenia hydrauliczne instalacji tryskaczowej

1. Hydrauliczne kryteria projektowe

• powierzchnia działania: maksymalna powierzchnia, przyjęta do celów projektowych, nad którą zadziałają tryskacze w razie pożaru;
• projektowa intensywność zraszania: minimalna ilość wody, w milimetrach na minutę, która spada na zabezpieczaną powierzchnię; wyznaczana jako ilość wody wypływająca z grupy tryskaczy, w litrach na minutę, podzielona przez powierzchnię chronioną, w metrach kwadratowych;
•  czas działania: czas, przez który zapewnione jest ciśnienie i natężenie przepływu, wymagane dla urządzenia tryskaczowego.

2. Zasięg działania i wymagana intensywność zraszania

3. Intensywność zraszania w zależności od systemu składowania (instalacja podstropowa HHS)

4. Czas zadziałania tryskaczy:

• 30 minut dla LH
• 60 minut dla OH
• 90 minut dla HHS i HHP

5. Algorytm obliczeń hydraulicznych

• Ustalenie sposobu prowadzenia rurociągu
• Wyznaczenie powierzchni działania (korzystnej i niekorzystnej hydraulicznie)
• Wyznaczenie natężenia wypływu z tryskacza
• Dobór średnic rurociągów
• Obliczenie straty ciśnienia w przewodach rurowych
• Wydatek na kolejnym tryskaczu przy uwzględnieniu spadku ciśnienia

5.1 Ustalenie sposobu prowadzenia rurociągu

Na tym etapie należy narysować instalację tryskaczową w pomieszczeniu przy założeniu odległości między tryskaczami oraz odległości minimalnych i maksymalnych od ścian i stropów. Prawidłowo narysowana instalacja powinna pokrywać zasięgiem działania tryskaczy całą powierzchnię zabezpieczanych pomieszczeń. 

5.2 Wyznaczenie powierzchni działania korzystnej i niekorzystnej hydraulicznie

Ma na celu określenie najbardziej niekorzystnie położonego tryskacza względem zaworu kontrolno-alarmowego ZKA. Zwykle jest to tryskacz najdalej położony w sieci lub o dużej różnicy wysokości w stosunku do ZKA. Przykładowe rozwiązania problemu na poniższych rysunkach.

5.3 Wyznaczenie natężenia wypływu z tryskacza

Natężenie wypływu wody z tryskacza jest równe iloczynowi wymaganej intensywności zraszania oraz
powierzchni, którą tryskacz zabezpiecza.

   q_trys = I x F_rzecz

 W obliczeniach wyznacza się średni wydatek w litrach dla grupy czterech najbliżej siebie zainstalowanych tryskaczy.

Ciśnienie na tryskaczu
Stosunek ciśnienia i wydatku na tryskaczu jest wielkością stałą, określaną jako współczynnik przelotowości “K”. Znając natężenie wypływu z tryskacza, określa się wymagane ciśnienie.

p _trysk =(q_trysk/K)²

Ciśnienie na wlocie tryskacza powinno być nie mniejsze niż:

• 0,70 bar w LH;
• 0,35 bar w OH;
• 0,50 bar w HHP i HHS z wyłączeniem tryskaczy w regałach;

 

5.4 Dobór średnic rurociągów

Prędkość przepływu wody, przy założeniu, że zadziałają jednocześnie wszystkie przewidziane tryskacze, nie powinna przekroczyć następujących wartości:

• 6 m/s przy przepływie przez każdy zawór, urządzenie służące do monitorowania przepływu lub filtr;
• 10 m/s we wszystkich innych punktach urządzenia.

Maksymalne ciśnienie wody nie powinno przekraczać 12 bar.

Minimalne średnice dopływowe do tryskaczy należy przyjmować według tabeli poniżej

Tryskacze stojące nie mogą być przyłączane bezpośrednio do przewodów o średnicy większej niż 65 mm. Tryskacze wiszące nie mogą być przyłączane bezpośrednio do przewodów o średnicy większej niż 80 mm.

Wstępne szacowanie średnic przewodów dopływowych można wykonać na podstawie tabel:

5.5 Obliczenia hydrauliczne

Obliczenia wykonuje się przy założeniu, że wszystkie tryskacze nad powierzchnią działania są otwarte. Obliczenia wykonuje się dla powierzchni działania najbardziej niekorzystnej oraz najbardziej korzystnej hydraulicznie. Obliczenia dla najbardziej niekorzystnej hydraulicznie strefy stawiają wymagania co do ciśnienia, jakie powinno zapewnić źródło wody. Obliczenia dla powierzchni najbardziej korzystnej hydraulicznie pozwalają określić maksymalne natężenie wypływu (wydatek źródła wody).

Sposób przeprowadzenia obliczeń prześledzimy na następującym przykładzie: Instalacja tryskaczowa dla OH3, tryskacze o stałej K=80, maksymalna powierzchnia działania jednego tryskacza wynosi 12m², intensywność zraszania dla strefy OH3 odczytana z tabeli wynosi 5 mm/min. 

Linią niebieską ciągłą oznaczono strefę chroniona przez 4 tryskacze. Linią niebieską przerywaną oznaczono powierzchnię najbardziej niekorzystną hydraulicznie

Powierzchnię obsługiwaną przez cztery tryskacze możemy obliczyć jako pole prostokąta:

(3,2 + 1,55 + 1,6) x (2,8 + 1,8 + 1,4) = 38,1 m²

gdzie wartości podkreślone oznaczają odległości tryskaczy od ścian (przyjęto 0,5 rozstawu)

Powierzchnia rzeczywista chroniona przez jeden tryskacz:

F_rzecz. = 38,1/4 = 9,52 m2

q_trysk= I x F_rzecz; q_trysk1=5×9,52 = 47,6;

p _trysk =(q_trysk/K)2 ; p _trysk1 =(47,6/80)2 = 0,354 bar

Obliczona wartość ciśnienia jest większa niż minimum 0,35 bar dla stref OH.

Aby obliczyć ciśnienie na tryskaczu w p.2 należy do ciśnienia p trysk1 dodać straty ciśnienia na odcinku 1-2 dług. 3,2m. Straty te oblicza sie według wzoru Hazena-Williamsa:

gdzie:
p – jest stratą ciśnienia w przewodzie rurowym, w bar;
Q – jest natężeniem przepływu w przewodzie rurowym, w litrach na minutę;
d – jest średnią średnicą wewnętrzną przewodu rurowego, w milimetrach;
C- jest stałą dla danego rodzaju i stanu przewodu rurowego (przyjmujemy 100 dla rur żeliwnych, 120 dla rur stalowych czarnych i ocynkowanych)
L – jest długością zastępczą dla rur i kształtek, w metrach przyjmowana z TABELI 7.

Długości równoważne przewodów

DN przewodu		Kolano 90°	Kolano 45°	Trójnik i czwórnik	Zasuwa	Redukcja przewodu	Redukcja + Dyfuzor
				przy zmianie		ssawnego pompy2)	odcinka dławiącego2)
mm	cale			kierunku przepływu1)
20	3/4	0,6	0,6	1,2	–	–	–

25	1	0,6	0,6	1,5	–	–	–
32	1 1/4	0,9	0,6	1,8	–	–	–
40	1 1/2	1,2	0,6	2,4	–	–	0,5
50	2	1,5	0,9	3,0	0,3	3,3	0,6
65	2 1/2	1,8	1,2	3,6	0,3	5,0	1,0
80	3	2,1	1,5	4,5	0,3	5,0	1,0
100	4	3,0	1,8	6,0	0,6	7,0	1,3
125	5	3,7	2,4	7,6	0,6	9,0	1,7
150	6	4,2	2,4	9,0	0,9	11,0	1,5
200	8	5,4	2,4	10,5	1,2	15,0	4,5
250	10	6,8	3,0	13,0	1,8	19,0	4,0
1) Jeżeli woda przepływa przez trójnik lub czwórnik bez zmiany kierunku, to nie wymaga się uwzględnienia strat ciśnienia.2)  Podane w tablicy 16 wartości dla redukcji przewodu ssawnego pompy odnoszą się do redukcji o jedną średnicę nominalną. Przy redukcji o dwie średnice nominalne, podane wartości należy pomnożyć przez współczynnik 3,5, a przy redukcji o trzy średnice nominalne – przez współczynnik 9,5. Podane w tablicy wartości dla redukcji i dyfuzora odcinka dławiącego odnoszą się do redukcji i dyfuzora o jedną średnicę nominalną. Przy redukcji i dyfuzorze o dwie średnice nominalne, podane wartości należy pomnożyć przez współczynnik 4,25, a przy redukcji i dyfuzorze o trzy średnice nominalne – przez współczynnik 11. Dla odcinków dławiących o różniącej się redukcji i dyfuzorze można również wyznaczyć równoważną długość przewodu, przyjmując jako podstawę do obliczeń wielkość redukcji i dokonując obliczeń według podanych wyżej zasad.

W naszym przypadku strata na odcinku 1-2 wyniesie:

Q = q _trys =  47,6 l/min, d = 27,3 mm (dla średnicy DN25 średnica wewnętrzna podawana jest według ISO 65 dla rur średnich, w naszym przypadku średnica wewnętrzna wynosi 33,7-2×3,2mm = 27,3mm)

 p = 6,05 x 10⁵ x 3,2m x (47,6)^1,85 x (120)^-1,85 x (27,3)^-4,87 = 0,035 bar

stąd ciśnienie na tryskaczu w p. 2 wyniesie:

p_trys.2 = p_trys.1 + p_str.1-2 = 0,354 + 0,035 = 0,389 bar

wydatek tryskacza w p.2 możemy obliczyć przekształcając wzór na ciśnienie wypływu

q_trys.2 =  K x (p_trys.2)^0,5 = 80 x 0,389^0,5 = 49,89 l/min

wydatek na odcinku 2-3 jest już suma wydatków tryskacza 1 i 2 dlatego straty na tym odcinku liczymy na wydatek Q = 47,6 + 49,9 = 97,5 l/min. Z rysunku wynika też, że na tym odcinku jest już większa średnica DN32, co według ISO 65 daje średnicę wewnętrzną przewodu d=36,0 mm.  Do obliczeń wykorzystujemy arkusz według wzoru:

źródło:
1) www.poz-instalacje.pl