เนื้อหาวันที่ : 2011-08-25 17:43:36 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 7123 views

การออกแบบระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงอัตโนมัติเพื่อความปลอดภัย

อัคคีภัยเป็นอุบัติภัยที่เกิดขึ้นได้ตลอดเวลา เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียชีวิตและทรัพย์สินจากอัคคีภัย จำเป็นต้องมีระบบป้องกันอัคคีภัยที่ดีและใช้ให้เหมาะสมกับแต่ละพื้นที่

การออกแบบระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงอัตโนมัติเพื่อความปลอดภัย
(Automatic Sprinkler System Design)

นัสรุณ อัศววิริยะกุล (Master of Safety Engineering)
nasrul.a@pttchem.com

          คำว่าโจรปล้นบ้าน 10 ครั้งยังไม่เท่าไฟไหม้บ้านครั้งเดียว ก็ยังคงเป็นจริงอยู่ในทุกวันนี้ อัคคีภัยเป็นอุบัติภัยที่เกิดขึ้นได้ตลอดเวลา เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียชีวิตและทรัพย์สินจากอัคคีภัย จำเป็นต้องมีระบบป้องกันอัคคีภัยที่ดีและใช้ให้เหมาะสมกับแต่ละพื้นที่

          ระบบกระจายน้ำดับเพลิงอัตโนมัติ (Automatic Sprinkler System) (ดูรูปที่ 1) เป็นระบบดับเพลิงที่ได้รับการยอมรับว่ามีประสิทธิภาพในการควบคุมเพลิงไหม้ที่เกิดขึ้นได้ทันที ขณะที่เพลิงยังมีขนาดเล็ก ทำให้หยุดการลุกลาม การเกิดควันไฟก็น้อยและเพลิงไหม้ที่เกิดขึ้นอยู่ในพื้นที่จำกัด ระบบนี้ทำให้คนในอาคารมีเวลามากขึ้นในการอพยพหนีไฟ ซึ่งหมายถึงชีวิตผู้ใช้อาคารจะมีความปลอดภัยจากอัคคีภัยมากขึ้น และทรัพย์สินสูญเสียน้อย

ประเภทของระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิง
          (1) ระบบท่อเปียก (Wet Pipe System) ระบบนี้เหมาะสมที่จะใช้งานกับพื้นที่ป้องกันเพลิงไหม้ที่อุณหภูมิบรรยากาศ (Ambient Temperature) ไม่ทำให้น้ำในเส้นท่อเกิดการแข็งตัว น้ำจากหัวกระจายน้ำดับเพลิงจะฉีดออกมาดับเพลิงทันทีที่เกิดเพลิงไหม้

          (2) ระบบท่อแห้ง (Dry Pipe System) ระบบนี้เหมาะสมที่จะใช้งานสำหรับพื้นที่ป้องกันที่มีอุณหภูมิโดยทั่วไปต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ซึ่งทำให้เกิดการแข็งตัวของน้ำในเส้นท่อได้ เหมาะสำหรับประเทศที่มีภูมิอากาศหนาวจัด

          (3) ระบบท่อแห้งแบบชะลอน้ำเข้า (Pre Action System) ระบบนี้เหมาะสำหรับพื้นที่ป้องกันที่ต้องการหลีกเลี่ยง การทำงานหัวกระจายน้ำดับเพลิงที่อาจผิดพลาด และก่อให้เกิดความเสียหายต่อทรัพย์สินหรืออุปกรณ์ที่มีมูลค่าสูง เช่น ห้องคอมพิวเตอร์ ฯลฯ

          (4) ระบบเปิด (Deluge System) ระบบนี้เหมาะสำหรับพื้นที่ป้องกันอัคคีภัยพิเศษ ที่ต้องการน้ำดับเพลิงในปริมาณมากออกจากหัวกระจายน้ำดับเพลิงแบบเปิด (Open Sprinkler) พร้อมกันทุกหัว

รูปที่ 1 ระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงอัตโนมัติ (Automatic Sprinkler System)

รูปที่ 2 แผนผังระบบท่อเปียก (Wet Pipe System Schematic)

รูปที่ 3 แผนผังระบบท่อแห้ง (Dry Pipe System Schematic)

1. OS&Y Valve 8. Water Motor Alarm
2. Deluge Valve with Basic Trim 9. Automatic Sprinklers Alarm
3. Check Valve 10. Deluge Releasing Panel
4. Solenoid Valve and Electric Actuation trim 11. Electric Manual Control Stations
5. Water Pressure Alarm Switch 12. Fire Alarm Bell
6. 1.5 psi Low Air Pressure Alarm Switch 13. Trouble Horn
7. 1.5 psi Supervisory Air Pressure Control 14. Heat Detectors

(Courtesy Grinnell Fire Protection Systems Co.)
รูปที่ 4 แผนผังระบบท่อแห้งแบบชะลอน้ำเข้า (Pre Action System Schematic)


1. OS&Y Valve 7. Deluge Releasing Panel
2. Deluge Valve with Basic Trim 8. Electric Manual Control Stations
3. Solenoid Valve and Electric Actuation Trim 9. Fire Alarm Bell
4. Pressure Alarm Switch 10. Trouble Horn
5. Water Motor Alarm 11. Heat Detectors
6. Spray Nozzles or Sprinklers  

(Courtesy Grinnell Fire Protection Systems Co.)
รูปที่ 5 แผนผังระบบเปิด  (Deluge System Schematic)

การออกแบบระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิง
          การออกแบบและติดตั้งระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงสำหรับอาคารใด ๆ จะต้องพิจารณาถึงระบบส่งน้ำดับเพลิงที่น่าเชื่อถืออย่างน้อยหนึ่งระบบ ซึ่งจะต้องสามารถส่งน้ำดับเพลิงในปริมาณและความดันเพียงพอสำหรับดับเพลิงที่เกิดขึ้น ระบบส่งน้ำดับเพลิงที่สามารถนำมาพิจารณาเลือกใช้สำหรับเพื่อการดับเพลิง เช่น เครื่องสูบน้ำดับเพลิงชนิดทำงานอัตโนมัติต่อกับแหล่งน้ำดับเพลิงถังเก็บน้ำสูง ถังน้ำความดันหรือท่อเมนสาธารณะ ที่มีความดันและปริมาณการไหลพอเพียงตลอดปี

          1. การแบ่งประเภทของพื้นที่ครอบครอง
          การหาปริมาณน้ำเพื่อใช้ในการดับเพลิงของระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิง จะต้องนำพื้นที่ครอบครองของอาคารมาพิจารณาด้วยเสมอ ซึ่งการแบ่งแยกว่าเป็นพื้นที่ครอบครองประเภทใด จะขึ้นอยู่กับชนิดและปริมาณของวัสดุที่เป็นเชื่อเพลิงว่ามีอยู่ในพื้นที่นั้น ๆ จำนวนมากน้อยเพียงใด

          ประเภทของพื้นที่ครอบครองสำหรับอาคารตาม NFPA 13 ได้แบ่งเป็น 3 ประเภทดังนี้
          (1) พื้นที่ครอบครองอันตรายต่ำ (Light Hazard Occupancies) เช่น ที่พักอาศัย สำนักงาน สถานศึกษา โรงพยาบาล ฯลฯ

          (2) พื้นที่ครอบครองอันตรายปานกลาง (Ordinary Hazard Occupancies) แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มย่อย 
          กลุ่มที่ 1 (Group 1) เช่นโรงงานผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โรงงานผลิตอาหารกระป๋อง ฯลฯ และ
          กลุ่มที่ 2 (Group 2) เช่น โรงงานผลิตสิ่งทอ โรงงานกระดาษและผลิตเยื่อกระดาษ ฯลฯ

          (3) พื้นที่ครอบครองอันตรายมาก (Extra Hazard Occupancies) แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มย่อย  
          กลุ่มที่ 1 (Group 1) เช่น โรงงานผลิตไม้อัดและไม้แผ่น อุตสาหกรรมยาง ฯลฯ ส่วน
          กลุ่มที่ 2 (Group 2) พื้นที่กลุ่มนี้จะมีลักษณะการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับของเหลวติดไฟ (Combustible Liquid) หรือ ของเหลวไวไฟ (Flammable Liquid) โดยตรง เช่น โรงพ่นสี โรงกลั่นน้ำมัน ฯลฯ

          จากการกำหนดพื้นที่ครอบครองหาปริมาณและความดันของน้ำดับเพลิงที่ต้องการ เพื่อดับเพลิงที่เกิดขึ้นจะต้องพิจารณาถึง พื้นที่เท่าใดที่หัวกระจายน้ำดับเพลิงทำงานจริงหรือจำนวนเท่าใด ที่หัวกระจายน้ำดับเพลิงถูกคาดการณ์ว่าจะแตกมากที่สุดและสามารถดับเพลิงไหม้ที่เกิดขึ้นได้

          ขนาดของพื้นที่ป้องกัน (Protection Area Limitations) ขนาดของพื้นที่ป้องกันสูงสุดสำหรับแต่ละพื้นที่ หรือ แต่ละชั้นต่อระบบท่อเมนแนวดิ่ง (System Riser) หรือ ระบบท่อเมนร่วมแนวดิ่ง (Combined System Riser) ใด ๆ หนึ่งท่อ ให้เป็นไปตามตารางที่ 1

ตารางที่ 1 พื้นที่ป้องกันสูงสุดต่อระบบท่อเมนแนวดิ่ง

          2. การหาขนาดท่อดับเพลิงและปริมาณน้ำดับเพลิง 
          (1) การหาปริมาณน้ำดับเพลิงโดยตารางท่อ (Pipe Schedule Method) 
          ปริมาณน้ำที่ใช้ดับเพลิงขั้นต่ำ (Minimum Requirement) สามารถกำหนดได้ตามประเภทพื้นที่ครอบครอง (Hazard Occupancies Classification) ตามตารางที่ 2

ตารางที่ 2 ปริมาณน้ำที่ต้องการสำหรับหัวกระจายน้ำดับเพลิงที่กำหนดโดยตารางท่อ (Water Supply Requirement for Pipe Schedule Sprinkler System)

          (2) การหาขนาดท่อน้ำดับเพลิงโดยใช้ตารางท่อ (Pipe Schedule Method)
          หาขนาดท่อน้ำดับเพลิงโดยใช้วิธีตารางท่อ สามารถหาได้จากแต่ละประเภทของอันตรายดังตารางที่ 3~6

ตารางที่ 3 ตารางท่อสำหรับพื้นที่ครอบครองประเภทอันตรายต่ำ (Light Hazard Pipe Schedules)

ตารางที่ 4 ตารางท่อสำหรับพื้นที่ครอบครองประเภทอันตรายปานกลาง (Ordinary Hazard Pipe Schedules)

ตารางที่ 5 ตารางท่อสำหรับพื้นที่ครอบครองประเภทอันตรายปานกลาง (กรณีที่ระยะห่างของหัวกระจายน้ำดับเพลิงบนท่อย่อยหรือระหว่างท่อย่อยเกินกว่า 12 ฟุต) (3.7 เมตร) [Number of Sprinklers–Greater than 12 ft.  (3.7 m.)

ตารางที่ 6 ตารางท่อสำหรับพื้นที่ครอบครองประเภทอันตรายมาก (Extra Hazard Pipe Schedules)

          (3) การหาขนาดท่อโดยใช้วิธีคำนวณทางกลศาสตร์ของไหล (Hydraulic Calculation)
          ข้อมูลเบื้องต้นที่ควรจะต้องทราบก่อนการคำนวณ มีรายการดังต่อไปนี้
          (3.1) ต้องจำแนกประเภทของอาคารว่าจัดอยู่ในพื้นที่ครอบครองประเภทใด

          (3.2) ต้องจำแนกประเภทของอาคารแล้ว สามารถนำไปหาความหนาแน่นของน้ำดับเพลิง ต่อหน่วยพื้นที่ ได้จากกราฟความหนาแน่นของน้ำดับเพลิงต่อพื้นที่ (Density/Area /Curves)

          (3.3) จะต้องทราบพื้นที่ครอบคลุมของหัวกระจายน้ำดับเพลิง 1 หัว (Coverage Area per Sprinkler) เพื่อนำข้อมูลไปคำนวณหาจำนวนหัวกระจายน้ำดับเพลิงสูงสุดที่ใช้ในการคำนวณต่อไป

          (3.4) กำหนดพื้นที่ต้องการปริมาณน้ำสูงสุดจากระบบส่งน้ำ (The Most Demand Area) และทำการคำนวณตามแบบเพื่อหาความดันสูญเสีย อัตราการไหลของน้ำ
 
สมการที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณของระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิง
          1. การหาอัตราการไหลเริ่มต้นจากหัวกระจายน้ำดับเพลิง
               Q = As d ………………………. (1)
          Q = อัตราการไหลต่อหัวกระจายน้ำดับเพลิง (แกลอนต่อเมตร) [Flow per Sprinkler Head (gpm)]
          As = พื้นที่ครอบคลุมของหัวกระจายน้ำดับเพลิงต่อหัว (ตร.ฟุต) [Coverage Area per Sprinkler Head (sq.ft.)]
          d = ค่าความหนาแน่น (แกลอนต่อเมตร/ตร.ฟุต) [Density (gpm/sq.ft.)]

รูปที่ 6 กราฟความหนาแน่นของน้ำดับเพลิงต่อพื้นที่ (Density/Area Curves)

          2. การหาความดันที่ต้องการสำหรับอัตราการไหลเริ่มต้น
               P = Q2/K2 …………………………… (2)
          P = แรงดันที่หัวกระจายน้ำดับเพลิง (ปอนด์ต่อ ตร.นิ้ว) [Pressure at Sprinkler Head (psi)]
          Q = อัตราการไหลที่หัวกระจายน้ำดับเพลิง (แกลอนต่อเมตร) [Flow at Sprinkler Head (gpm)]
          K = ค่าสัมประสิทธิ์การระบายออกของหัวกระจายน้ำดับเพลิง [Sprinkler Discharge Coefficient]

          3. การหาความดันลด (Pressure Drop) ของเส้นท่อโดยใช้สูตรฮาเซน วิลเลียม (Hazen-William)
                        Pf = (4. 52Q 1.85)/(C1.85 D4.87) …………………. (3)
          Pf = ค่าความสูญเสียแรงดันจากการเสียดสีท่อ (ปอนด์ต่อ ตร.นิ้ว/ฟุต) [Friction Loss of Pipe (psi /ft)]
          Q = อัตราการไหล (แกลอนต่อเมตร) [Flow (gpm)]
          C = ค่าสัมประสิทธิ์ความหยาบภายในผิวท่อ [Hazen-William Roughness Coefficient] (ดูตารางที่ 7)
          D = ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อ (นิ้ว) [Actual Internal Diameter of Pipe (inches)] (ดูตารางที่ 8)

ตารางที่ 7 แสดงค่า c-Factors ของท่อชนิดต่าง ๆ ใช้กับการคำนวณทางกลศาสตร์ของไหลสำหรับระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิง (c-Factors required for hydraulic calculations of sprinkler systems per NFPA 13.)

          Source: Reprinted with permission from NFPA 13-1996, Installation of Sprinkler Systems, Copyright @ 1996, National Fire Protection Association, Quincy, MA 02269. This reprinted material is not the official position of the National Fire Protection Association, which is represented only by the standard in its entirety.

ตารางที่ 8 แสดงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อบนดินชนิดต่าง ๆ (นิ้ว) [Above Ground Piping Diameters (in inches)]

บทสรุป
          ในการออกแบบระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงในอาคารนอกจากจะต้องคำนึงถึงประเภทพื้นที่ครอบครองให้ถูกต้องแล้วยังจะต้องเลือกประเภทของหัวกระจายน้ำดับเพลิงให้เหมาะสมด้วย การหาแหล่งน้ำที่น่าเชื่อถือ เช่น มีปริมาณการไหลพอเพียงตลอดปี มีความสะอาดพอเพียง สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นปัจจัยที่จะทำให้ระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงสามารถทำงานได้ตามที่ออกแบบไว้และมีประสิทธิภาพ

บรรณานุกรม
          * มาตรฐานการป้องกันอัคคีภัย วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทยในพระบรมราชูปถัมภ์ 2545
          * NFPA 13: Standard for the Installation of Sprinkler Systems, National Fire Protection Association, 2002
          * Robert M.Gagnon, Design of Water-Based Fire Protection Systems, Delmar Publishers

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด