تمثل المباني الشاهقة بعضًا من التحديات الأكثر تعقيدًا في تصميم الحماية من الحرائق. على عكس المباني منخفضة الارتفاع أو الصناعية، حيث يكون ضغط المياه ومتطلبات التدفق معتدلة، تتطلب المباني الشاهقة مضخات حريق قوية ودقيقة الحجم لضمان وصول المياه إلى الطوابق العليا بالضغط المناسب. لا يعد الحجم المناسب لمضخة الحريق أمرًا بالغ الأهمية للسلامة فحسب، بل يعد أيضًا متطلبًا أساسيًا للامتثال لمعايير مثلNFPA 20ورموز الحرائق المحلية.
يشرح هذا الدليل كيفية تحديد الحجم الصحيح لمضخة الحريق للمباني الشاهقة - ويغطي اعتبارات التصميم الرئيسية والحسابات وخطوات الامتثال التي تضمن أداء موثوقًا للحماية من الحرائق.
في مبنى شاهق، التحدي الرئيسي هوالتغلب على فقدان الضغط العموديبسبب ارتفاع الهيكل. مع ارتفاع الماء عبر نظام الأنابيب، يؤدي فقدان الاحتكاك والارتفاع إلى تقليل الضغط بشكل كبير. بدون مضخة حريق ذات حجم مناسب، قد لا تتلقى الطوابق العليا ضغطًا أو تدفقًا كافيًا لتشغيل الرشاشات وصمامات الخراطيم بشكل فعال أثناء حالة طوارئ الحريق.
تتمثل مهمة مضخة الحريق في زيادة الضغط من إمدادات المياه في المبنى (غالبًا ما يكون خطًا أو خزانًا أو خزانًا تابعًا للبلدية) لتلبية متطلبات نظام الحماية من الحرائق. في التطبيقات الشاهقة، قد لا تكون مضخة حريق واحدة كافية دائمًا - غالبًا ما يستخدم المهندسون مجموعة منالمضخات المعززة ومناطق الضغط وصمامات تخفيض الضغطلضمان توازن النظام.
لتحديد حجم مضخة الحريق بشكل صحيح لمبنى شاهق، يجب تحديد العديد من المعلمات الأساسية في وقت مبكر من عملية التصميم:
يحدد معدل التدفق كمية المياه التي يجب على النظام توصيلها أثناء الحريق. هذه القيمة تعتمد علىنوع نظام الحماية من الحرائق- الرشاشات أو الأنابيب العمودية أو مزيج من الاثنين معًا.
الطلب على نظام الرش:يتم تحديده حسب كثافة التصميم (gpm/ft²) ومنطقة التغطية.
الطلب على الأنابيب:عادةً 500 جالون في الدقيقة لأنبوب رأسي بعيد بالإضافة إلى 250 جالون في الدقيقة لكل أنبوب رأسي إضافي، بحد أقصى 1000 جالون في الدقيقة (حسب NFPA 14).
عادة ما يكون التدفق النهائي المطلوب هومجموع متطلبات الرشاش والصنابير، أو أيهما أكبر.
يتأثر الضغط بارتفاع المبنى، وفقدان الاحتكاك، ومتطلبات النظام. فهو يضمن خروج الماء من رأس الرشاش الأعلى والأبعد مع وجود ضغط متبقي كافٍ - بشكل شائع100 رطل لكل بوصة مربعة (6.9 بار)لأنظمة الأنابيب العمودية.
صيغة تقدير الضغط المطلوب هي:
الضغط الإجمالي = فقدان الارتفاع + فقدان الاحتكاك + متطلبات ضغط النظام
خسارة الارتفاع:0.433 رطل لكل قدم مربع من الارتفاع (أو 10 م ≈ 1 بار).
فقدان الاحتكاك:يعتمد على حجم الأنبوب وطوله ومعدل التدفق.
متطلبات النظام:الحد الأدنى من الضغط المتبقي عند المنفذ البعيد (وفقًا لـ NFPA 14/13).
بعد حساب إجمالي الضغط المطلوب، قم بطرح الضغط المتاح من مصدر المياه لتحديد الضغطصافي الضغط الذي يجب أن توفره مضخة الحريق.
الNFPA 20: معيار تركيب المضخات الثابتة للحماية من الحرائقيوفر إرشادات مفصلة حول اختيار وتركيب مضخات الحريق. تشمل الاعتبارات الرئيسية لـ NFPA 20 ما يلي:
اختيار نوع المضخة:علبة منقسمة أفقيًا، أو توربينًا رأسيًا، أو خطًا عموديًا، أو شفطًا نهائيًا.
التدفق والضغط المقدر:بناءً على أعلى طلب للنظام في أبعد نقطة.
حدود الضغط:يجب ألا يتجاوز إجمالي ضغط التدوير (حالة عدم التدفق) 140% من الضغط المقدر.
التكرار:بالنسبة للمباني الشاهقة جدًا أو المرافق الحيوية، يوصى باستخدام مضخات أو مناطق ضغط متعددة لضمان الموثوقية.
دعونا نستعرض مثالًا مبسطًا لفهم كيفية عمل التحجيم عمليًا.
لنفترض أن المبنى40 قصةطويل القامة تقريبًا400 قدم (122 متر)عالي.
400 قدم × 0.433 رطل لكل بوصة مربعة/قدم =173 رطل لكل بوصة مربعة(خسارة الارتفاع).
فقدان الاحتكاك = 20 رطل لكل بوصة مربعة
الضغط المتبقي المطلوب عند المخرج العلوي = 100 رطل لكل بوصة مربعة
إجمالي الضغط المطلوب = 173 + 20 + 100 = 293 رطل لكل بوصة مربعة
إذا كانت إمدادات المياه في المدينة توفر 60 رطل لكل بوصة مربعة، فعندئذٍ:
الضغط الصافي = 293 – 60 = 233 رطل لكل بوصة مربعة
الطلب على الأنابيب العمودية = 1000 جالون في الدقيقة
الطلب على الرشاش = 500 جالون في الدقيقة
اختر القيمة الأكبر →1000 جالون في الدقيقة
مضخة حريق مصنفة لـ1000 جالون في الدقيقة عند 233 رطل لكل بوصة مربعة(حوالي 16 بار) مطلوب.
في هذه الحالة أعلبة منفصلة أفقية تعمل بالديزل أو مضخة توربينية عموديةسيكون مناسبًا، اعتمادًا على المساحة ومصدر المياه.
تتناسب الأنواع المختلفة من مضخات الحريق مع تصميمات المباني ومصادر المياه المختلفة:
مضخة أفقية سبليت:النوع الأكثر شيوعًا للمباني الشاهقة؛ موثوقة وسهلة الصيانة.
مضخة التوربينات العمودية:مثالي عندما يكون مصدر المياه تحت مستوى سطح الأرض، مثل الخزان أو الخزان.
مضخة مضمنة عمودية:صغير الحجم وموفر للمساحة، وغالبًا ما يستخدم في المباني متوسطة الارتفاع أو غرف المضخات المحدودة.
مضخة الشفط النهائية:الأفضل للأنظمة الصغيرة أو المناطق المساعدة.
عند اختيار نوع المضخة، ضع في اعتبارك عوامل مثلمساحة التركيب، ونوع المحرك (كهربائي أو ديزل)، وإمكانية الوصول للصيانة.
بالنسبة للأبراج الشاهقة للغاية (أكثر من 50 طابقًا أو 200 متر)، فإن استخدام مضخة واحدة ليس عمليًا بسبب الضغط الزائد في المستويات المنخفضة. بدلا من ذلك، يتم تقسيم النظام إلىمناطق الضغط، ولكل منها مضخة خاصة بها وصمامات تخفيض الضغط.
المنطقة السفلى:يتم توفيرها مباشرة عن طريق مضخة حريق رئيسية.
المنطقة (المناطق) المتوسطة:يتم توفيرها بواسطة مضخات معززة أو صمامات تخفيض الضغط.
المنطقة العليا:قد يتطلب الأمر مضخة إضافية على أرضية متوسطة.
يساعد هذا الأسلوب في الحفاظ على ضغط آمن ومتسق عبر النظام دون التحميل الزائد على أي مضخة أو قسم من الأنابيب.
في حين أن السلامة هي الأولوية القصوى، فإن كفاءة الطاقة وتكلفة دورة الحياة مهمة أيضًا في تصميم مضخات الحريق الشاهقة. يمكن أن يؤدي الحجم الكبير للمضخة إلى ضغط مفرط، وإهدار الطاقة، والتآكل المبكر لمكونات النظام.
لتحسين الكفاءة:
قم بمطابقة نقطة التشغيل المقدرة للمضخة معالطلب التصميمي الفعلي للنظام.
تشمل أمضخة الفارسللحفاظ على الضغط أثناء ظروف الاستعداد ومنع تشغيل مضخة الحريق غير الضرورية.
يستخدمصمامات تخفيف الضغطومحركات الأقراص المتغيرة السرعة (VFDs)حيث يسمح لإدارة تقلبات الضغط.
بمجرد اختيار المضخة، يعد التثبيت والاختبار المناسبان ضروريين لضمان تلبية الأداء لهدف التصميم:
المحاذاة والأساس:التثبيت الآمن مع المحاذاة المناسبة يقلل من الاهتزاز ويطيل عمر المضخة.
أنابيب النظام:اتبع إرشادات NFPA 20 لأطوال وتركيبات أنابيب الشفط والتفريغ.
اختبار الأداء:قم بإجراء اختبارات القبول عند ظروف التدفق 100% و150% و0% (التدوير) لتأكيد الأداء المقدر.
الوصول إلى الصيانة:ضمان مساحة كافية للفحص والإصلاح.
الفحص الدوري والصيانة والاختبار وفقا لNFPA 25إلزامية للحفاظ على الاستعداد التشغيلي.
يمكن أن يؤدي تجنب الأخطاء التالية إلى منع عمليات إعادة التصميم المكلفة أو فشل الأداء:
تجاهل خسائر الارتفاعفي المباني الشاهقة.
بافتراض ضغط المياه البلدية المستمردون التحقق.
التغاضي عن خسائر الاحتكاكفي أنظمة الأنابيب الطويلة أو المعقدة.
اختيار المضخات فقط بالحصانبدلاً من احتياجات التدفق والضغط الفعلية.
الفشل في توفير التكرارللمرافق الحيوية أو الهياكل العالية.
يتطلب تحديد حجم مضخة الحريق لمبنى شاهق توازنًا دقيقًا بين الأداء الهيدروليكي، والامتثال لمعايير NFPA 20، واعتبارات التصميم العملي. ومن خلال الحساب الدقيق لمتطلبات التدفق والضغط، واختيار نوع المضخة المناسب، وتقسيم النظام إلى مناطق ضغط عند الحاجة، يمكن للمصممين ضمان حماية موثوقة من الحرائق في جميع أنحاء الهيكل بأكمله.
تعتبر مضخة الحريق ذات الحجم المناسب قلب نظام الحماية من الحرائق في المباني الشاهقة، مما يوفر الثقة والسلامة والامتثال عندما يكون الأمر أكثر أهمية.
