بررسی جامع اسپرینکلر و انواع آن

اسپرینکلر چیست و چگونه کار می کند؟

اسپرینکلر، تجهیزی مکانیکی و خودکار برای اطفا آتش هست. این تجهیزات بخشی از سیستم اطفاء حریق آبی را تشکیل می دهند و نقشی حیاتی در اطفا آتش در همان لحظات اولیه را دارند. اطفای آتش درنقطه ای که آتشسوزی شروع میشود و در همان ثانیه های اول جان ها و مال های بسیاری را نجات خواهد داد و از گسترش آتشسوزی به طرز چشمگیری جلوگیری خواهد کرد.

اسپرینکلر (Sprinkler) یا آب فشان، یکی از اجزای اصلی سیستم اطفاء حریق اتوماتیک آبی است. اسپرینکلر آتش نشانی درواقع یک شبکه لوله ای است که در سقف یک ساختمان قرار می گیرد. هر آبپاش یک جزءاز این سیستم است. آن ها در واقع  سوراخی در این شبکه لوله ایی هستند که از طریق آن آب می تواند پاشش کند. هر یک از آن ها دارای یک بالب (حباب) با درجه حرارت مشخص است که رنگ جیوه داخل آن نشان دهنده دمای ترکیدن بالب است که  درزمان حریق به طور خودکار باز می شود. برخی از آن ها دارای یک حباب شیشه ای کوچک هستند که با گلیسیرین مایع پر شده است و هنگامی که  داغ می شود، می ترکد. ایده اصلی در هر دو مورد یکی است: به محض رخ دادن حریق ، پلاگین شکسته و پاشش آب آغاز می شود.

نحوه عملکرد اسپرینکلر

اسپرینکلرها به گرما حساس هستند و در صورت افزایش دما فعال می شوند. هر اسپرینکلر دارای یک بالـب شیشه ای یا المان حرارتی است که درون آن مایعی رنگی قرار دارد. وقتی دمای محیط به محدوده طراحی شده (معمولاً ۶۰ تا ۷۰ درجه سانتی گراد، بسته به رنگ بالب) برسد، این مایع منبسط شده و شیشه می شکند. بلافاصله آب پشت اسپرینکلر آزاد می شود و پس از برخورد به دیفیوزر، به صورت یکنواخت روی شعله ها پخش می شود. نکته مهم این است که فقط اسپرینکلرهایی که در معرض حرارت قرار دارند عمل می کنند؛ بنابراین برخلاف تصور رایج در فیلم ها، تمام آبپاش ها به طور همزمان باز نمی شوند.

اجزا اصلی اسپرینکلرها

محفظه شیشه ای نگهدارنده مایع به شکل آمپول (Thermo Bulb)

این قسمت حاوی مایع خاصی است که با افزایش دما منبسط می شود. وقتی دما به سطح تعریف شده رسید، انبساط این مایع باعث شکستن بالب شیشه ای و فعال شدن اسپرینکلر میشود 

سر اسپری (Sprinkler Head)

سر اسپری، که در واقع بخش قابل مشاهده اسپرینکلر است، در هنگام فعال شدن آب را از خود خارج می کند. این سر اسپری معمولاً دارای یک مکانیزم قفل است که تا زمانی که دما به حد مشخص نرسد، باز نمی شود.انواع پاشش اب به صورت بالازن پایین زن بغل زن توسط این سری تعریف میشود.

مکانیزم تحریک (Trigger Mechanism)

این مکانیزم که معمولاً از یک مهره یا مکانیسم حساس به دما تشکیل می شود، باعث فعال سازی اسپرینکلر می شود. این مکانیزم در اثر حرارت ناشی از آتش سوزی عمل کرده و مکانیسم قفل سر اسپری را آزاد می کند.

انواع اسپرینکلر آتش نشانی و کاربرد آن ها

نوع پاشش آب به نوع سری اسپرینکلر آتش نشانی بستگی دارد و مدل آن را تعیین می کند.

1. اسپرینکلر بالازن (Upright)
2. اسپرینکلر پایین زن (Pendent)
3. اسپرینکلر بغل زن (sidewall sprinkler)
4. دکوراتیو ( Concealed)
5. دیواری (wall-side)

با اینکه شکل ظاهری اسپرینکلر سقفی بالازن upright sprinkler، بغل زنsidewall sprinkler و پایین زن pendent sprinkler تفاوت اندکی باهم دارند اما این تفاوت پاشش آب را تعیین کرده و بسیار مهم است.

همچنین اسپرینکلرها بر اساس دما نیز به انواع مختلفی تقسیم می شوند. در این نوع اسپرینکلرها، بازه دما توسط رنگ شیشه مشخص می شود. بازه های دمایی و رنگ ها در برندهای مختلف متفاوت است. برند جاب آلمان، که واردات آن توسط شرکت مهندسی صباتام صنعت انجام می شود، به شرح زیر است.

 برای آشنایی بیشتر با سیستم اسپرینکلر پیش عملگر، به مقاله اسپرینکلر پیش عملگر مراجعه کنید.

اسپرینکلرها بر اساس زمان فعال شدن نیز به دو نوع واکنش سریع و معمولی هم تقسیم می شوند. در اسپرینکلرهای نوع واکنش سریع، ضخامت بالب شیشه ای 3 میلی متر است که کمتر از نوع معمولی آن ها می باشد و به همین دلیل زودتر شکسته می شوند. در مقابل، اسپرینکلرهای نوع معمولی دارای شیشه هایی با ضخامت 5 میلی متر هستند. 

اسپرینکلر پایین زن (Pendent)

اسپرینکلر پایین زن از لوله های داخل سقف آویزان شده و آب را با الگوی مخروطی با استفاده از یک پنجه گیر محدب توزیع می کند. برخلاف اسپرینکلر های پنهان که در پشت صفحات تزئینی پنهان می شوند، این نوع از پس از نصب قابل مشاهده هستند. یکی از متداول ترین مدل ها برای ساختمان های مسکونی و اداری و تجاری، اسپرینکلر پایین زن است. آن ها جهت جریان رو به پایین دارند و با برخورد به صفحه پخش آب، سطح زیر اسپرینکلر را پوشش می دهند.

• نصب: از سقف، نازل رو به پایین
• کاربرد: فضاهای اداری و مسکونی، هتل ها، فروشگاه ها، سالن ها و هر جایی که سقف یکنواخت دارید.
• مزایا: پوشش یکنواخت، ظاهر مرتب، سازگار با سقف کاذب.
• نکته اجرایی: انتخاب K-Factor و درجه حرارت بالب طبق دبی/فشار طراحی و استاندارد NFPA 13.

اسپرینکلر بالازن (Upright)

اسپرینکلر بالازن نوع دیگری است که جهت اولیه پاشش آب در آن رو به بالا می باشد و آب پس از برخورد به آن تغییر جهت داده و ناحیه تحت پوشش خود را خاموش می کند. این نوع آب را به سمت بالا به سمت دفع کننده به صورت مقعر اسپری می کنند و الگوی پاشش گنبدی شکل را تولید می کنند. آبپاش های عمودی در جایی نصب شده اند که مانع ایجاد پوشش در سیستم می شوند و در سیستم های لوله خشک با دمای انجماد مواجه هستند.

• نصب: روی لوله روکار، نازل رو به بالا (پاشش پس از برخورد به دیفیوزر)
• کاربرد: پارکینگ ها، انبارها، کارگاه ها و سقف های تاسیساتی که لوله کشی اکسپوز دارید.
• مزایا: دسترسی و نگهداری آسان، عملکرد عالی در سقف های باز و موانع تاسیساتی.
• نکته اجرایی: انتخاب الگوی پاشش استاندارد برای جلوگیری از سایه اندازی تجهیزات.

اسپرینکلر بغل زن / دیواری (Sidewall / Wall-Side)

اسپرینکلر بغل زن در امتداد دیوارها یا زیر پرتوهایی که لوله کشی سقفی در دسترس نباشد ، یا برای زیبایی بیشتر در قسمت هایی پنهان می مانند نصب می شوند. هنگامی که بیم انسداد انواع دیگر آن ها می رود از این نوع استفاده می شود. بیشتر آنها برای محافظت از اتاق های کوچک، کمد یا راهرو طراحی شده اند و دارای یک پنکه دنده نیم دایره ای هستند که الگوی پاشش هلالی شکل را ایجاد می کند. آبپاش های افقی باید در زیر سقف های صاف، مسطح و به صورت افقی نصب شوند. آنها در هتل ها، رستوران ها ، مساجد ، کلیساها و طیف وسیعی از ساختمان های تجاری مورد استفاده قرار می گیرند. 

توجه: در ادبیات فنی «Sidewall» همان دیواری/بغل زن است و هر دو به یک خانواده اشاره دارند.

• نصب: روی دیوار، الگوی پاشش نیم دایره به سمت داخل فضا
• کاربرد: راهروها، اتاق های باریک، فضاهایی که دسترسی سقفی محدود است یا سقف شیبدار/کاذب مشکل ایجاد می کند.
• مزایا: کاهش نیاز به لوله کشی سقفی، پوشش مؤثر در کریدورها.
• نکته اجرایی: رعایت ارتفاع نصب و فاصله از سقف/گوشه ها برای جلوگیری از نقاط کور.

اسپرینکلر دکوراتیو (اسپرینکلر توکار مخفی یا روکار)

• نصب: به صورت کانسیلد یا روکار با فینیش های شکیل (سفید، کروم و …)
• کاربرد: پروژه هایی با اولویت زیبایی مانند بوتیک ها، گالری ها، واحدهای مسکونی لوکس.
• مزایا: یکپارچگی بصری بدون کاهش عملکرد اطفا.
• نکته اجرایی: هماهنگی فینیش با متریال سقف/دیوار و نگهداری دوره ای کاورها.

اسپرینکلر کانسیلد پندنت (Concealed Pendent)

• نصب: مخفی داخل سقف کاذب با کاور پلیت هم رنگ سقف
• کاربرد: فضاهای لوکس و معماری حساس مثل لابی، واحدهای مسکونی و دفاتر مدیریتی.
• مزایا: زیبایی بالا، کاهش آسیب دیدگی ظاهری.
• نکته اجرایی: رعایت فاصله و افت کاور هنگام دما؛ مدل های UL-Listed KSFCO مطابق دیتاشیت نصب می شوند.

مزایا و معایب هرکدام از اسپرینکلرها 

تفاوت یک اسپرینکلر پاسخ سریع و اسپرینکلر پاسخ استاندارد

جنبه های اصلی اسپرینکلرهای اطفا حریق عبارتند از:

1. حساسیت حرارتی
2. درجه حرارت
3. اندازه و ابعاد
4. جهت گیری نصب
5. خصوصیات توزیع آب
6. خدمات ویژه برای اطفاء آتش

برطبق ویژگی های یاد شده اسپرینکلرها به انواع مختلف تقسیم می شوند. در ادامه قصد داریم به صورت مختصر تفاوت دو نوع اسپرینکلر پاسخ سریع و پاسخ استاندارد را بررسی کنیم :

مقایسه عملکرد اسپرینکلر پاسخ سریع و پاسخ استاندارد

 پاسخ استاندارد

بعد از رسیدن حرارت محیط به حد نساب تعریف شده برای آنها ترکیده و آب را تخلیه می کنند و باعث اطفا آتش در همان مراحل اولیه و با مرطوب کردن اطراف مانع از گسترش آن می شوند. تمرکز این نوع از اسپرینکلرها دقیقا برروی منشا آتش زیر آنها و سرکوب آن است.

پاسخ سریع

نرخ پاسخگویی در این نوع 50 متر بر ثانیه و یا کمتر است .علت واکنش سریع آنها کم بودن حجم مایع منبسط شونده است. استفاده از آن منجر به کاهش قابل توجه ناحیه طراحی شده برای اسپرینکلر و به دنبال آن آبدهی پمپ و حجم مخزن ذخیره مورد استفاده می باشد. به علت واکنش سریع آن مقدار تشکیل گازهای سمی و حرارت کمتر می شود. برای مکانهایی که امکان تخلیه سریع آنها وجود ندارد مانند بیمارستانها و مدارس بسیار مناسب است. در این نوع بهبود در محاسبات هیدرولیکی، سایز لوله ها، سایز مخزن و شیر کنترل وجود دارد .

در صورت استفاده از اسپرینکلر آتش نشانی واکنش سریع، می توان ظرفیت آبدهی پمپ، حجم مخزن ذخیره، سایز لوله کشی ها و همچنین هزینه اجرای سیستم را کاهش داد. همچنین استفاده از آن موجب کاهش مساحت ناحیه طراحی می شود. براساس استاندارد NFPA چنانچه در پروژه زون حریق توسط طراح کاهش یابد، می توان از اسپرینکلر های واکنش سریع  به جای استاندارد استفاده نمود. تنها تفاوت فیزیکی این دو نوع در اندازه حباب آنهاست. پاسخ سریع دارای بالب شیشه ایی 3 میلی متری و پاسخ استاندارد دارای بالب شیشه ایی 5 میلی متری است. بالب کوچکتر نسبت به گرما واکنش سریعتری داشته و زودتر می ترکد.

تأثیر کیفیت آب و مایع بر عملکرد اسپرینکلر

کیفیت آب و یا مایعی که به جای آن استفاده میشود در عملکرد سیستم اطفاء حریق بسیار اثرگذار خواهد بود و کیفیت و عملکرد سیستم را تضمین خواهد کرد.

۱. سختی آب

آب سخت دارای مقدار بالایی از مواد معدنی است که می تواند موجب رسوب گذاری در داخل لوله ها و نازل های اسپرینکلر شود. این رسوبات باعث کاهش فشار خروجی آب و حتی انسداد نازل ها می شوند که باعث کاهش کارایی سیستم می شود.

۲. کیفیت شیمیایی آب

آب آلوده به مواد شیمیایی مختلف (مانند مواد آلی یا اسیدی) می تواند بر مقاومت لوله ها و تجهیزات اسپرینکلر تأثیر منفی بگذارد. این مواد می توانند باعث خوردگی و فرسایش سریع تر لوله ها و نازل ها شوند.

۳. pH آب

آب با pH خیلی بالا یا پایین ممکن است به خوردگی لوله ها و تجهیزات اسپرینکلر منجر شود. بنابراین، pH آب باید در محدوده استاندارد قرار داشته باشد.

۴. آلودگی و ذرات معلق

وجود ذرات معلق مانند گل و لای در آب می تواند باعث انسداد نازل ها و کاهش عملکرد اسپرینکلر شود.

کیفیت مایع جایگزین آب در اسپرینکلر

- ویژگی های شیمیایی

مایعات ضد یخ و مایعات خاص باید خواص شیمیایی متناسب با نوع حریق و شرایط محیطی داشته باشند. اگر مایع استفاده شده غیرمناسب باشد، ممکن است عملکرد اسپرینکلر ضعیف شود.

- گرانروی

گرانروی (ویسکوزیته) مایع بر نحوه پاشش آن از اسپرینکلر تأثیر دارد. مایعات با گرانروی بالا ممکن است به سختی از نازل ها عبور کنند و عملکرد سیستم را کاهش دهند.

-سرعت تبخیر یا فعال سازی

برای مایعاتی که در اسپرینکلرها استفاده می شوند، باید سرعت تبخیر و فعال سازی آن ها متناسب با دمای محیط و نوع حریق باشد. مایعاتی که خیلی کند یا خیلی سریع تبخیر می شوند، ممکن است نتوانند به طور مؤثر آتش را کنترل کنند.

-پایداری حرارتی مایع

مایعات باید در دماهای مختلف پایدار باشند. تغییرات دمایی شدید ممکن است باعث انجماد یا تبخیر زودهنگام مایع شود، که در این صورت اسپرینکلر کار نخواهد کرد.

آب بهتر است یا مایعات جایگزین در سیستم اسپرینکلر؟

مزایای استفاده از آب در سیستم اسپرینکلر:

1. هزینه استفاده از آب پایین است.
2. دسترسی به اب آسان است.
3. از لحاظ فنی و تجهیزات استفاده از آن در سیستم اطفا حریق ساده است.دردسترس است.
4. قدرت خاموش کنندگی بالایی دارد .
5. جذب گرما و ظرفیت حرارتی بالایی دارد .

معایب استفاده از آب :

1. در دمای پایین یخ میزند.
2. در محیط
3. های حساس به رطوبت به تجهیزات صدمه میزند.
4. در برخی آتشسوزی های خاص مانند آتش با استفاده از الکتریسیته کاربرد ندارد و بسیار خطرناک است.

مزایا و معایب استفاده از مایعات جایگزین در سیستم اسپرینکلر:

نگهداری و تست مایع درون اسپرینکلرها ( تعمیرات دوره ای)

•  نظارت بر عملکرد و کیفیت مایعات اسپرینکلرها از طریق تست های دوره ای و اطمینان از تطابق با استانداردهای مربوطه ضروری است.
• در صورت تغییر در ترکیب مایعات یا نصب سیستم جدید، باید تضمین شود که تمامی اجزا و مایعات طبق الزامات قانونی و استانداردهای صنعتی معتبر انتخاب شده اند.

این استانداردها و الزامات قانونی به تولیدکنندگان و کاربران سیستم های اسپرینکلر کمک می کند تا از کارایی، ایمنی و تأثیرات زیست محیطی این سیستم ها اطمینان حاصل کنند.

استانداردها و الزامات قانونی برای مایعات داخل اسپرینکلرها

 مایع داخل اسپرینکلر باید استاندارهای خاصی داشته باشد که به صورت مختصر نکات تکمیلی استاندارند و الزامات قانونی مایعات داخل اسپرینکلر را در ادامه میپردازیم.

پایداری دما (Thermal Stability)

• مایع باید در دماهای مختلف (به ویژه در شرایط آتش سوزی) بدون تغییر خواص شیمیایی یا فیزیکی خود باقی بماند.
• باید برای دماهای پایین (تا دمای انجماد) و دماهای بالا مقاوم باشد.
• باید در دماهای زیاد و در شرایط آتش به راحتی منبسط شده و آمپول را بشکند.

ویژگی های انبساط (Expansion Characteristics)

• مایع باید توانایی انبساط قابل پیش بینی و سریع را داشته باشد تا فرآیند فعال سازی اسپرینکلر به سرعت و به طور دقیق انجام شود.
• باید ترکیب مناسبی داشته باشد تا زمانی که دمای محیط به مقدار خاصی رسید، فشار داخلی به حدی برسد که آمپول شیشه ای را بشکند.
• استانداردهای مختلف مانند UL 199 و FM این ویژگی ها را برای مایعات اسپرینکلر تعریف کرده اند.

غیر سمی بودن و ایمنی (Non-toxicity and Safety)

• مایع باید غیرسمی باشد، زیرا در صورت نشت یا پاشیده شدن، نباید آسیبی به انسان ها یا محیط زیست وارد کند.
• باید استانداردهای ایمنی به ویژه برای تماس های مستقیم با پوست و چشم ها را رعایت کند.
• در برخی استانداردهای بین المللی مثل ISO 14001 به این ویژگی تأکید می شود.

پایداری شیمیایی (Chemical Stability)

• مایع باید از نظر شیمیایی پایدار باشد تا در طی زمان یا در اثر گرما تجزیه نشده و خاصیت های آن تغییر نکند.
• تغییرات شیمیایی مایع می تواند باعث کاهش کارایی سیستم اسپرینکلر و عملکرد نامناسب آن در برابر آتش شود.
• طبق استانداردهایی مانند FM Global و UL, مایعات اسپرینکلر باید مقاوم در برابر تغییرات شیمیایی و تجزیه باشند.

پایداری و سازگاری با مواد شیشه ای (Compatibility with Glass)

• مایع باید با جنس شیشه ای که برای ساخت آمپول استفاده می شود، سازگار باشد تا از خوردگی یا شکست شیشه جلوگیری شود.
• واکنش شیمیایی مایع با شیشه می تواند باعث کاهش کیفیت یا افزایش خطر خرابی آمپول شود.

ویژگی های محیط زیستی (Environmental Impact)

• مایعات اسپرینکلر باید از نظر محیط زیستی بی ضرر باشند و در صورت نشت یا پاشش، آلودگی های زیست محیطی ایجاد نکنند.
• مایعات باید طبق استانداردهای زیست محیطی مانند ISO 14001، قابل تجزیه پذیر و فاقد مواد مضر برای محیط زیست باشند.

استانداردهای بین المللی:

1. ISO 6182: این استاندارد بین المللی به عملکرد و تست های سیستم های اسپرینکلر می پردازد و ویژگی های مایعات مورد استفاده در آن ها را تعیین می کند.
2. UL 199: این استاندارد به ایمنی و کارایی سیستم های آتش نشانی، شامل مایعات موجود در آمپول ها، پرداخته است.
3. FM Global: این استاندارد به ارزیابی و تأیید سیستم های آتش نشانی و مایعات درون آن ها می پردازد و شامل تست های عملکردی و ایمنی مایعات است.
4. EN 12259: استاندارد اروپایی که به عملکرد سیستم های اسپرینکلر و ویژگی های مایعات می پردازد.

نصب اسپرینکلر

نصب اسپرینکلر یکی از مهم ترین اقداماتی است که می توان برای افزایش ایمنی ساختمان ها در برابر آتش سوزی انجام داد اما قوانین نصب اسپرینکلر خاص است و باید حتما توجه لازم در نصب و فاصله اسپرینکلرها داشته باشیم.

در این راستا، لوله کشی اسپرینکلر نیز بخش اساسی نصب این سیستم است که باید با دقت و طبق استانداردهای مربوطه انجام شود. توجه به قوانین خاص نصب و فاصله اسپرینکلرها و همچنین طراحی صحیح لوله کشی اسپرینکلر از اهمیت زیادی برخوردار است.

تجربه جهانی نشان داده که ساختمان های مجهز به سیستم اطفاء حریق اسپرینکلر، تا بیش از ۹۰ درصد حریق ها را در همان دقایق ابتدایی کنترل کرده و از گسترش آن جلوگیری می کنند. این سیستم که شامل لوله کشی خاص و نازل های اسپرینکلر است، علاوه بر حفاظت از جان افراد، خسارات مالی ناشی از آتش را به حداقل می رساند.

در چه مکان هایی نصب اسپرینکلر توصیه می شود؟

با توجه به حساسیت برخی فضاها و احتمال بالای خسارت های جانی، استفاده از اسپرینکلر در این مکان ها ضروری است:

• مدارس و مراکز آموزشی: به علت تراکم بالای کودکان و دشواری در مدیریت بحران.
• خانه سالمندان، آسایشگاه ها و بیمارستان ها: حضور افراد کم توان یا بدون تحرک، لزوم واکنش سریع را دوچندان می کند.
• مجتمع های مسکونی و اداری مرتفع: به دلیل پیچیدگی در مسیرهای فرار و زمان بر بودن امدادرسانی.
• خوابگاه ها و هتل ها: تجمع جمعیت بالا و طراحی پیچیده فضاها، نصب اسپرینکلر آتش نشانی را ضروری می سازد.
• ساختمان های زیرزمینی مانند انبارها و سردخانه ها: محدودیت در دسترسی و تهویه، خطر گسترش آتش را افزایش می دهد.

در همه این موارد، عملکرد سریع اسپرینکلرها فرصت بیشتری برای خروج ایمن افراد فراهم کرده و دسترسی آتش نشانان به محل حریق را آسان تر می کند.