CC BY
22
DOI: 10.12845/bitp.43.3.2016.6
mL bryg mgr inz. Agata Domzal1 st. bryg. dr inz. Waldemar Wnçk1 mgr inz. Mateusz Prokop1
Przyjçty/Accepted/Принята: 16.05.2016; Zrecenzowany/Reviewed/Рецензирована: 02.08.2016; Opublikowany/Published/Опубликована: 30.09.2016;
Zaleznosc rozdzialu wody od wspolczynnika przeplywu dla wybranych tryskaczy ESFR2
The Dependence of Water Distribution on the Flow Coefficient of Selected ESFR Sprinklers
Зависимость распределения воды от коэффициента расхода для выбранных спринклеров ESFR
ABSTRAKT
Cel: Celem artykulu jest przedstawienie wynikow badan laboratoryjnych dla wybranych tryskaczy szybkiego reagowania o srednicy 20 mm tzw. ESFR (Early Supression Fast Response). Tryskacze byly poddane badaniu na rozklad wody ponizej i powyzej deflektora w celu ustalenia proporcji rozkladu wody nad przestrzeni^ planowan^ do zabezpieczenia przez instalaj tryskaczow^. Opisano metodyk^ badawczq, podano zmierzone parametry wplywaj^ce na wyniki badan oraz wskazano przyklady zastosowania badanych tryskaczy w warunkach rzeczywistych. Wprowadzenie: Pozary stanowi^ duze zagrozenie dla zdrowia i zycia ludzi. W zwiqzku z tym poszukiwane s^ rozwi^zania w zakresie elementow liniowych instalacji tryskaczowych, ktore umozliwi^ podawanie jak najwi^kszej ilosci wody na pal^c^ si£ substanj Elementem wplywaj^cym na efektywnosc gaszenia jest rownomiernosc zraszania oraz rozdzial wody. Innymi slowy, ile wody podawane jest na powierzchni^ pod tryskaczem, a ile na strop budynku.
Metodologia: Artykul zostal opracowany na podstawie wynikow badan laboratoryjnych przeprowadzonych wedlug normy PN-EN 12259-1. Stale urz^dzenia gasnicze. Podzespoly urz^dzen tryskaczowych i zraszaczowych. Cz^sc 1: Tryskacze.
Wnioski: Instalacje tryskaczowe umozliwiaj^ zwalczenie pozaru w pierwszej fazie jego wyst^pienia oraz zapobiegaj^ jego rozprzestrzenianiu si^. Ich glown^ zalet^ jest selektywne dzialanie, pozwalaj^ce na ograniczenie akcji gasniczej tylko do miejsca wyst^pienia pozaru, a wi^c zredukowanie strat spowodowanych dzialaniem wody. Z przeprowadzonych pomiarow wynika, ze:
- tryskacze ESFR jako elementy liniowe instalacji tryskaczowej zraszaj^ powierzchni^ z duz^ intensywnosci^ zalezn^ od cisnienia, si^gaj^c^ dla badanych elementow powyzej 460 l/min,
- duze intensywnosci zraszania generuj^ potrzeb^ postawienia szczegolnych wymagan co do rozmieszczania i doboru rodzaju instalacji tryskaczowej,
- na rozdzial rozpraszanej wody ponizej, jak i powyzej deflektora ma wplyw wspolczynnik przelotowosci K badanych tryskaczy,
- przy wzroscie wspolczynnika K wzrasta rozdzial wody, co powoduje zmian^ w postaci wzrostu ilosci wody ponizej deflektora dla badanego tryskacza wisz^cego,
- przy wzroscie wspolczynnika K w funkcji cisnienia osi^gane s^ wi^ksze zmiany wydajnosci wodnej tryskaczy ponizej, jak i powyzej deflektora.
Slowa kluczowe: stale urz^dzenie gasnicze, tryskacz, deflektor, rozdzial wody Typ artykulu: oryginalny artykul naukowy
ABSTRACT
Aim: The purpose of this paper is to present the results from experiments involving the distribution of water from selected quick-response sprinklers with a diameter of 20 mm, known as Early-Suppression Fast-Response (ESFR) sprinklers.
Introduction: Fires are the cause of great risks to human life and health. There is a search for solutions to address the linear elements of sprinkler systems which facilitate the delivery of the maximum volume of water onto materials exposed to a fire. The elements which influence extinguishing effectiveness include the uniformity of spray and the dispersion of water. In other words, the volume of water delivered to the surface area beneath the sprinkler and to the roof of a building.
1 Szkola Glowna Sluzby Pozarniczej / The Main School of Fire Service, Warsaw, Poland / Poland; adomzal@sgsp.edu.pl;
2 Procentowy wklad merytoryczny w przygotowanie artykulu / Percentage contribution: A. Domzal - 45%; W. Wnçk - 45%; M. Prokop - 10%;
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.6
Methodology: The paper was based on research results derived from studies conducted in accordance with PN-EN 12259-1, dealing with fixed extinguishing systems - elements of sprinkler systems, Part 1, Sprinklers. Sprinklers were tested for water distribution above and below the deflector to establish the proportion of water distributed above the protected area. The testing methodology was appropriately described and the parameters which influenced the results were identified. Additionally, the use of tested sprinklers was exemplified in real-life conditions. Conclusions: Sprinkler systems facilitate the successful extinguishing of fires during the initial phase of fire development and also prevent the propagation of flames. The main advantage of sprinkler systems is their selective operation. By concentrating extinguishing activities on the immediate area of a fire, potential damage caused by water activity are reduced. The experimental results demonstrate that depending on pressure, ESFR sprinklers used as linear elements in a sprinkler installation can spray an area with considerable intensity. For the tested elements, achieved levels were in excess of 460 l/min,
- a high spray intensity can mean different requirements for the location and application of sprinklers,
- water distribution above and below the deflector can be influenced by the K-factor of tested sprinklers,
- increasing the K-factor intensified the distribution of water, which in turn increased the amount of water below the deflector of a suspended test sprinkler,
- by increasing the K-factor as a function of pressure, greater changes are achieved in the water output of sprinklers above and below the deflector.
Keywords: fixed extinguishing systems, sprinkler, deflector, water distribution Type of article: original scientific article
АННОТАЦИЯ
Цель: Целью данной статьи было представление результатов лабораторных испытаний выбранных спринклеров быстрого реагирования диаметром 20 мм, так называемых ESFR (Early Supression Fast Response). Спринклеры были протестированы на распределение воды выше и ниже дефлектора с целью определения пропорции распределения воды над обеспечиваемой спринклерной системой поверхностью. Была описана методика исследования, указаны измеряемые параметры, влияющие на результаты испытаний и определены примеры использования исследуемых спринклеров в реальных условиях.
Введение: Пожары представляют собой большую угрозу жизни и здоровью людей. Проводятся поиски решений линейных элементов спринклерных систем, которые позволяют подать максимально большое количество воды на горящее вещество. Фактором, влияющим на эффективность огнетушения, является равномерность орошения и распределение воды. Иначе говоря, сколько воды подается на поверхность под спринклером, а сколько на потолок здания.
Методология: Статья была разработана на основе результатов лабораторных испытаний, проведенных в соответствии со стандартом EN 12259-1. Стационарные системы пожаротушения. Элементы спринклерных и водораспылительных систем. Часть 1. Спринклеры. Выводы: Спринклерные системы позволяют ликвидировать пожар на первой стадии возникновения и предотвращают его распространение. Их основным преимуществом является селективное действие, позволяющее ограничивать область гасящего действия только до места пожара, тем самым снижая потери, вызванные действием воды. Проведенные исследования показывают, что:
- спринклеры ESFR, в качестве линейных компонентов спринклерной инсталляции, поливают поверхность с высокой интенсивностью в зависимости от давления, достигая в тестовых пунктах более 460 л/мин,
- высокая интенсивность орошения вызывает другие требования относительно расположения и выбора типа спринклерной инсталляции,
- на распределение рассеиваемой воды ниже и выше дефлектора влияет коэффициент расхода к исследуемым спринклерам,
- при увеличении коэффициента расхода K увеличивается распределение воды, что приводит к увеличению количества воды ниже дефлектора для исследуемого спринклера,
- при повышении коэффициента расхода K в функции давления достигаются большие изменения в производительности воды спринклерной системой ниже и выше дефлектора.
Ключевые слова: стационарные установки пожаротушения, спринклер, дефлектор, распределение воды Вид статьи: оригинальная научная статья
1. Wprowadzenie
Stale urz^dzenia gasnicze to systemy trwale zwi^zane z zabezpieczanym obiektem, które uruchamiane s^ samo-czynnie we wczesnej fazie pozaru. S^ one wyposazone w sro-dek gasniczy, którym w przypadku urz^dzeñ tryskaczowych jest woda. Instalacje tryskaczowe nalez^ do najbardziej roz-powszechnionych stalych urz^dzeñ gasniczych i umozliwiaj^ stlumienie pozaru w jego pocz^tkowej fazie rozwoju. Swoj^ popularnosc na calym swiecie zyskaly poprzez niezwykl^ sku-tecznosc dzialania, któr^ zawdzi^czaj^ specjalnemu rozwi^za-niu technicznemu - niewielkiemu elementowi termoczulemu w glówce tryskacza, reaguj^cemu na przekroczenie granicznej wartosci temperatury w okreslonych warunkach. Przekrocze-nie to powoduje natychmiastowe podanie srodka gasniczego w postaci wody na obszar, w którym rozwija si§ pozar. Woda kierowana jest na zródlo pozaru w postaci rozproszonego strumienia o wczesniej ustalonych parametrach [1].
Przed zaprojektowaniem instalacji tryskaczowej nalezy okreslic jej najwazniejsze parametry, do których nalez^: • maksymalna powierzchnia chroniona przez jeden try-
1. Introduction
Fixed extinguishing systems are defined as systems which are permanently connected to the protected facility, spontaneously activated at the early stages of a fire, and equipped with an extinguishing agent. In the case of sprinklers, the extinguishing agent is water. Sprinkler systems belong to the most common fixed extinguishing systems, making it possible to suppress a fire in its early stages. They have enjoyed increasing worldwide popularity due to their exceptional performance, resulting from the application of a special technological solution - a small thermosensitive element located in the sprinkler head. Once the upper temperature limit is exceeded, under certain pre-defined conditions, the device responds by immediately releasing the extinguishing agent (water). A dispersed stream of water with pre-defined parameters is directed towards the fire source [1].
Prior to designing a sprinkler system, its most crucial parameters need to be determined, including:
• the maximum area to be protected by the sprinkler (i.e. the area located directly below the sprinkler, for which sufficient spraying intensity is required [m2]),
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
skacz (powierzchnia znajduj^ca siç bezposrednio pod tryskaczem, dla ktorej wymagane jest zachowanie odpo-wiedniej intensywnosci zraszania [m2]),
• intensywnosc zraszania (minimalna ilosc wody [mm/ min] wyznaczana jako stosunek ilosci wody wyplywa-j^cej z okreslonej grupy tryskaczy [l/min] do wielkosci chronionej przez nie powierzchni [mm/min]),
• powierzchnia dzialania (przyjmowana do obliczen powierzchnia, nad ktor^ przewiduje siç otwarcie tryskaczy, umiejscowiona najbardziej niekorzystnie w stosunku do zasilania [m2], dawniej: powierzchnia obliczeniowa),
• minimalny czas dzialania (czas, w jakim wymagane jest zapewnienie odpowiedniego cisnienia i natçzenia przeplywu na potrzeby dzialania urz^dzenia tryskaczowego, inaczej: czas gaszenia [min]).
Tryskacze typu ESFR staly siç bardzo popularne przede wszystkim na rynku amerykanskim. Skrot ESFR oznacza wczesne tlumienie pozaru przez szybk^ reakcjç - early suppression fast response. Glown^ ide^ tej technologii wykonania tryskaczy jest osi^gniçcie maksymalnego efektu w jak najkrot-szym czasie poprzez bardzo szybkie wyzwolenie siç instalacji tryskaczowej i tym samym rozpoczçcie skutecznego procesu tlumienia pozaru [2]. W instalacji takiej montuje siç szybko dzialaj^ce tryskacze o duzej wydajnosci, ktore odpowiedni^ ilosci^ wody o wysokim cisnieniu tlumi^ pozar w jego zarod-ku. Takie instalacje przeznaczone s^ jednak tylko i wyl^cznie do okreslonych rodzajow zagrozen. Tryskacze ESFR, w prze-ciwienstwie do standardowych tryskaczy, mog^ nie zadzialac prawidlowo przy niekorzystnych zalozeniach projektowych. W zwi^zku z tym podczas stosowania tryskaczy ESFR nalezy przestrzegac wszystkich wymagan okreslonych w standardach projektowych, takich jak VdS CEA 4001 czy tez NFPA 13. Nominalna wartosc stalej wyplywu K dla tryskaczy ESFR wynosi od 200 do 360 [3], a dla porownania dla tryskaczy kla-sycznych od ok. 57 do ok. 115. Tryskacze ESFR nalezy insta-lowac tylko w budynkach ze stropami i dachami o spadku ponizej 170 mm/m. W przypadku dachow lub stropow o spadku wiçkszym niz 170 mm/m nalezy zamontowac sufit podwie-szony, wykonany z materialu niepalnego. W takich przypad-kach tryskacze ESFR powinny byc instalowane pod sufitem podwieszonym. Ponad sufitem podwieszonym nalezy z kolei instalowac tylko tryskacze klasyczne. W budynku z zainstalo-wanymi tryskaczami ESFR stropy konstrukcyjne powinny wy-trzymac skierowane do gory obci^zenie wynosz^ce 150 N/m2. Z kolei sufity podwieszane musz^ wytrzymac skierowane do gory obci^zenie rowne 50 N/m2 [3]. Przed zastosowaniem tryskaczy ESFR nalezy rowniez upewnic siç, czy s^ one prawidlowo dobrane wzglçdem kategorii zagrozenia w chronionej przestrzeni. Wedlug wytycznych VdS CEA 4001 [3] tryskacze ESFR nie nadaj^ siç do ochrony m.in.:
• miejsc skladowania materialow palnych o specyficznym przebiegu pozaru, w tym rolek papieru higienicznego,
• otwartych zbiornikow palnych na ciecze,
• magazynow, dla ktorych nie mozna przewidziec rodzaju skladowanego materialu oraz sposobu skladowania,
• materialow zaliczanych do specjalnych kategorii zagrozen, takich jak: aerozole, alkohole, czy tez tworzywa sztuczne.
Zgodnie z amerykansk^ norm^ NFPA 13 [4] instalacje try-
skaczowe z tryskaczami ESFR mog^ byc jedynie instalacjami wodnymi. Kombinacja instalacji tryskaczowych ESFR oraz sys-temow usuwania dymu i ciepla nie jest pod zadnym warunkiem dozwolona. Jezeli jednak montaz systemow oddymiania jest konieczny ze wzglçdu na wymagania prawne, wowczas mozna uruchamiac je tylko w sposob rçczny. Wszystkie otwory w da-chu musz^ zamykac siç automatycznie przed otwarciem siç instalacji ESFR, jednak nie pozniej niz 30 sekund po otwarciu siç pierwszego tryskacza. Inne otwory, np. swietliki dachowe, powinny tworzyc z powierzchni^ dachu jedn^ plaszczyznç lub
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.6
• the spraying intensity (the minimum amount of water [mm/min], determined as the relationship of the amount of water flowing from a given group of sprinklers [l/min] to the size of the protected area [mm/min]),
• the area of application (the area above which the opening of sprinklers is assumed for calculation purposes, located in the least advantageous position in relation to the supply source [m2], previously referred to as the calculation area),
• the minimum time of application (the period during which the appropriate pressure and flow intensity are required for the proper sprinkler operation, also referred to as the extinguishing time [min]).
ESFR sprinklers have become extremely popular, especially on the American market. The principal idea of Early-Suppression-Fast-Response (ESFR) technology is to achieve the maximum effect as fast as possible, through prompt activation of the sprinkler system, which efficiently triggers the fire suppression process [2]. Such systems make use of quickly operating high-capacity sprinklers which are capable of extinguishing a fire at an early phase by using the right amount of water. However, ESFR sprinklers are intended exclusively for certain types of threat. Contrary to standard sprinklers, they can prove ineffective with certain less advantageous design assumptions. As a result, when using ESFR sprinklers, all the requirements specified in the design standards, including VdS CEA 4001 and NFPA 13, must be strictly complied with. The nominal outflow coefficient (K-factor) value for ESFR sprinklers ranges from 200 to 360 [3], and for classic sprinklers from approximately 57 to approximately 115. ESFR sprinklers can only be installed in buildings with roof and ceiling slopes of less than 170 mm/m. For slopes exceeding 170 mm/m, suspended ceilings made of inflammable materials are required. In the latter case, ESFR sprinklers should be mounted under the suspended ceiling, above which only classic sprinklers are permitted. The structural floors in buildings where ESFR sprinklers are installed should be capable of withstanding an upward load of 150 N/m2, whereas for suspended ceilings an upward load value of 50 N/m2 [3] is required. Prior to the use of a certain type of ESFR sprinklers, one needs to make sure that they have been satisfactorily selected in terms of the threat category pertaining to the protected area. In accordance with the VdS CEA 4001 Guidelines [3], ESFR sprinklers are not suitable, inter alia, for:
• places where flammable materials with a special burning process are stored, e.g. rolls of tissue paper,
• open tanks with flammable substances,
• warehouses for which it is not possible to anticipate the type of materials stored and the storage method
• materials classified into special-risk categories, such as aerosols, alcoholic beverages and plastics.
In accordance with the U.S. NFPA 13 Standard [4], ESFR sprinkler systems can only be water-based systems. The combination of ESFR sprinkler systems with systems for smoke and heat removal should not be allowed under any circumstances. However, if the assembly of smoke-removal systems is necessary for legal reasons, their manual activation should only be permitted. All roof openings must close automatically prior to the ESFR system's activation, and at any rate within 30 seconds after the opening of the first sprinkler. Any other openings, e.g., roof lights, should form a uniform plane with the roof surface, or an additional enclosed surface should be designed within the roof plane. The material used to manufacture roof lights must withstand a temperature of 300°C for at least 5 minutes [4].
While performing calculations for hydraulic ESFR sprinkler systems, in accordance with the VdS CEA 4001 Guidelines [3], the area of application must correspond to the area
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.6
na plaszczyznie dachu powinna zostac zaprojektowana dodat-kowa zamkniçta powierzchnia. Material, z ktorego wykonane s^ swietliki dachowe, musz^ wytrzymac dzialanie temperatury 300°C w ci^gu co najmniej 5 minut [4].
Przy obliczeniach hydraulicznych instalacji tryskaczowej ESFR, zgodnie z wytycznymi VdS CEA 4001 [3], przyjçta powierzchnia dzialania musi odpowiadac powierzchni chronio-nej przez 12 tryskaczy podstropowych i nie moze byc mniejsza niz 90 m2. Maksymalna powierzchnia chroniona przez try-skacz ESFR powinna wynosic nie wiçcej niz 9 m2 (nie moze byc mniejsza niz 7,5 m2). Dopuszczalne odleglosci pomiçdzy tryskaczami s^ zalezne od wysokosci pomieszczenia. Element wyzwalaj^cy tryskacza powinien byc umieszczony pod stro-pem lub dachem w odleglosci od 0,1 do 0,33 m (tryskacze K = 200) lub od 0,1 do 0,45 m (K = 360). Pomiçdzy obszarami chronionymi przez tryskacze ESFR a obszarem z tryskaczami klasycznymi powinny byc zainstalowane pionowe oslony. Do-tyczy to zarowno stropow o takiej samej, jak i roznej wysokosci. Oslony takie powinny siçgac 1,2 m pionowo w dol od stropu, szczelnie do niego przylegac oraz byc niepalne. Ponadto przy zastosowaniu w budynkach magazynowych tryskaczy ESFR na pierwszy rzut oka zaburzona zostaje elastycznosc w sposobach skladowania materialow. Przy zastosowaniu tego typu tryskaczy nie trzeba jednak wykonywac prac dopasowuj^cych do instalacji tryskaczowej na przyklad w przypadku, kiedy musz^ byc zmienione poziomy skladowania w systemach regalowych spowodowane rozmiarem materialu.
Bior^c pod uwagç roznorodnosc rozwi^zan konstrukcyj-nych budynkow, bardzo istotna jest wiedza nie tylko na temat podstawowych parametrow urz^dzen wodnych, ale rowniez na temat rozdzialu wody bezposrednio w dol w celu ochrony przestrzeni pod tryskaczem, a takze w gorç w celu ochrony przestrzeni stropowych lub ich chlodzenia [2].
Tryskacze ESFR instaluje siç glownie w halach magazynowych, pod stropem, gdzie z technicznych powodow nie jest mozliwe stosowanie tryskaczy wewn^trz regalow. Nadaj^ siç one do gaszenia okreslonych grup pozarow. Ponadto mog^ byc stosowane tylko w systemach, gdzie ruroci^gi instalacji tryskaczowej s^ stale nawodnione.
Tabela 1. Wyl^czenia z ochrony tryskaczami ESFR [3-4]
VdS - CEA 4001 NFPA 13
• skladowanie materialow o specjalnym przebiegu pozaru np. rolki papieru higienicznego • zbiorniki palne, otwarte u gory • nietypowe sposoby skladowania lub materialy, dla ktorych nie udowodniono przydatnosci ochrony tryskaczami ESFR w testach pozarowych lub na podstawie analiz • magazyny, dla ktorych nie mozna przewidziec rodzaju skladowanego materialu i sposobu skladowania • specjalne zagrozenia (aerozole, ciecze palne, napoje alkoholowe, tworzywa sztuczne PP, PE, PS) • magazynowanie na regalach z polkami litymi • magazynowanie na regalach w pojemnikach otwartych u gory
Table 1. Exclusions from ESFR sprinkler protection [3-4]
VdS - CEA 4001 NFPA 13
• The storage of materials with a special burning process, e.g. a roll of tissue paper • Tanks with flammable substances, open at the top • Unusual storage methods or materials for which there is no proven usefulness identified during ESFR sprinkler protection investigations, in fire test conditions or based on analyses • Warehouses for which it is not possible to anticipate the type of material stored and the storage method • Special risks associated with aerosols, flammable liquids, alcoholic beverages, plastics PP, PE, PS) • Storage on racks with solid wood shelving • Storage on racks, in containers open at the top
66
protected by 12 ceiling sprinklers and may not be smaller than 90 m2. The maximum protection area per ESFR sprinkler should not be greater than 9 m2 (or smaller than 7.5 m2). The permissible distance between sprinklers depends on the room height. The sprinkler-release element should be located under the ceiling or roof, at a distance of 0.1 to 0.33 m (sprinklers, K = 200) or 0.1 to 0.45 m (K = 360). Emergency shutdowns should be installed between the ESFR sprinkler protection areas and the areas protected by classic sprinklers. This concerns ceilings of both the same and different heights. The shutdowns should reach 1.2 m down the ceiling and should tightly stick to it. It must also be inflammable. Furthermore, when using ESFR sprinklers in warehouse buildings, the flexibility of material storing may seem distorted at first glance. Nonetheless, no adjustments to the ESFR sprinkler system are necessary, for instance, in the case of changes to the storage levels of the in-rank systems being required due to material sizes.
Taking into account the diversity of the structural solutions employed in buildings, it is of utmost importance to be familiar not only with the basic parameters of the water-based devices but also with the direct distribution of water, both downwards - to ensure the adequate protection under the sprinkler, and upwards - to protect or cool the floor areas [2].
ESFR sprinklers are most frequently installed in warehouse facilities, under the upper floor slab, where the use of in-rack sprinklers proves impossible for technical reasons. They can be used to extinguish certain types of fire. In addition, their application is possible only where sprinkler system pipes are continuously irrigated.
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.6
2. Opis stanowiska badawczego
Stanowisko badawcze do badania rozdzialu wody sklada siç z nastçpuj^cych elementow (ryc. 1.):
• komory badawczej o wymiarach 140 x 60 x 70 cm,
• zbiornika posredniego o pojemnosci 5 m3,
• pompy CRE 16-60,
• przeplywomierza z przetwornikiem sygnalu Qmax = 500 l/ min, przy maksymalnym cisnieniu 10 bar,
• cisnieniomierza do 10 bar,
• ukladu sterowania.
3. Metodyka przeprowadzonych badan
Badanie polega na zmierzeniu ilosci wody, ktora groma-dzi siç w odpowiedniej czçsci komory badawczej (jedna czçsc komory zbiera wodç ponizej rozpryskiwacza, druga powyzej) przy przeplywie do 100 l/min. Czas otwarcia zaworu doprowa-dzaj^cego wodç przy ustalonym przeplywie wynosi 60 sekund. Przy pomocy sondy do pomiaru poziomu cieczy mierzono wy-sokosc slupa wody w obu komorach stanowiska badawczego. Nastçpnie obliczono procentowy wyplyw wody powyzej i ponizej rozpryskiwacza. Dla kazdego tryskacza pomiar wykona-no czterokrotnie w celu usrednienia wyniku pomiarowego [1].
4. Wyniki przeprowadzonych pomiarow
W trakcie badan dokonano pomiaru rozdzialu wody dla okreslonych typow tryskaczy. Uzyskane wyniki badan zostaly przedstawione ponizej.
4.1. Tryskacz wisz^cy ESFR ASCOA model: K-1
Tryskacz typu ESFR to automatyczny tryskacz z ampulk^ o nominalnym wspolczynniku K = 14 U.S. (SI 202). Jest to tryskacz, ktory eliminuje potrzebç instalowania tryskaczy po-miçdzy regalami do ochrony skladowanych towarow. Wyko-rzystuj^c tryskacze ESFR K-1, mozna uzyskac wyzsze prçdko-sci przeplywu przy znacznie nizszych wartosciach cisnienia, co sprawia, ze uzycie tych tryskaczy staje siç bardzo korzystne w okreslonych przypadkach zastosowan, takich jak wysokie skladowanie materialow w stosach.
2. Experimental stand description
An experimental stand for water distribution testing comprises the following elements (Fig. 1.)
• a test chamber sized 140 x 60 x 70 cm,
• an intermediate container with a capacity of 5 m3,
• a CRE 16-60 pump,
• a flow rate meter with a transducer Q = 500 l/min, with
max
a maximum pressure of 10 bar,
• a pressure gauge of up to 10 bar,
• a steering system.
3. Test methodology
The test involved measuring the amount of water accumulating in the relevant section of the test chamber (with one section gathering water below, and the other one above, the deflector) with a flow of up to 100 l/min. The opening time of the water valve at the pre-defined flow value was 60 seconds. Using a liquid level sensor, the height of the water column was determined in both chambers of the experimental stand. Then, the percentage outflow of water above and below the deflector was measured. For each deflector, the measurement was performed four times to obtain an average measurement result [1].
4. Measurement results
The test aimed to determine the distribution of water for various types of sprinklers. The results are presented below.
4.1. The hanging ESFR ASCOA sprinkler, type K-1
The ESFR sprinkler is an automatic sprinkler containing an ampoule, with the nominal K factor = 14 U.S. (SI 202). It eliminates the need to install sprinklers between the racks to protect stored goods. Using ESFR K-1 sprinklers, higher flow speeds can be achieved with much lower pressure, which makes the use of these devices very favourable in certain types of application, such as high storage of materials in piles.
DOPtYW WODY
Z SIECI WODOCIAGOWEJ WATER INLET
\7 A
V
-
- " О
-Exk
©
1 -
Щ 0
jsLA
Ш
©
Ryc. 1. Schemat blokowy stanowiska badawczego z dwiema pompami 1 - zbiornik posredni, 2 - przeplywomierz, 3 - miernik cisnienia, 4 - uklad sterowania, 5 - komora badawcza [1] Fig. 1. A block diagram of an experimental stand with two pumps 1 - intermediate container, 2 - flow rate meter, 3 - pressure gauge, 4 - control system, 5 - test chamber [1]
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.6
Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 Pomiar 4
Measurement 1 Measurement 2 Measurement 3 Measurement 4
Ryc. 2. Ilosc rozpraszanej wody i usredniona procentowa ilosc dla tryskacza wisz^cego ESFR ASCOA model K-1 Fig. 2. The amount of dispersed water and the average percent volume attributed to a hanging ESFR ASCOA sprinkler, type K-1
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Soruce: Own elaboration.
Ryc. 3. Ilosc rozpraszanej wody i usredniona procentowa ilosc dla tryskacza wisz^cego Viking model VK510 Fig. 3. The amount of dispersed water and the average percent volume attributed to a hanging Viking sprinkler, type VK 510
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Soruce: Own elaboration.
4.2. Tryskacz wisz^cy wczesnego tlumienia Viking model: VK510
Tryskacz Viking, model VK510 jest to tryskacz o wiçk-szym wspolczynniku wyplywu, ktory dziala z nizszymi ci-snieniami koncowymi - inaczej niz tryskacze ESFR K14. Try-skacze VK510 s^ przewidziane przede wszystkim do ochro-ny przestrzeni magazynowych, ktore zwykle odpowiadaj^ wyzszym wymaganiom na wypadek wyst^pienia zagrozenia pozarowego, zwi^zanego ze skladowaniem materialow na pa-letach, w stosach, regalach jednorzçdowych, dwurzçdowych i wielorzçdowych oraz w przenosnych otwartych paletach re-galowych (niedopuszczalne s^ kontenery bez pokrywy oraz polki pelne).
4.3. Tryskacz wisz^cy ESFR VK 500
W przypadku tryskacza wisz^cego ESFR VK 500 stala K o wartosci 14.0 (SI 202) pozwala na wyplyw duzej ilosci wody z kroplami o duzym momencie pçdu, a specjalny deflektor wymusza hemisferyczny rozdzial wody. Pozwala to na przeni-kanie wody do strefy spalania i bezposrednie zraszanie pal^-cej siç powierzchni przy jednoczesnym chlodzeniu otoczenia. Tryskacz VK500 moze byc stosowany do ochrony przestrzeni magazynowych o skladowaniu stawiaj^cym wyzsze wy-magania w przypadku wyst^pienia zagrozenia pozarowego (skladowanie na paletach, w stosach, regalach jednorzçdo-wych, dwurzçdowych i wielorzçdowych oraz w przenosnych otwartych paletach regalowych), w ktorych niedopuszczalne s^ kontenery bez pokrywy oraz pelne polki. Mozna dodatko-
4.2. The early-suppression hanging Viking sprinkler, type VK510
The Viking sprinkler, type VK510, is a device with a higher outflow coefficient, which operates at lower end pressure, unlike ESFR K14 sprinklers. VK510 sprinklers are mainly intended for protecting warehousing areas which usually meet higher requirements in the event of a fire threat, resulting from the storage of materials on pallets, in piles, and on single-, double- and multiple-row racks, as well as on movable open-rack pallets (containers open at the top and solid shelves are not permitted).
4.3. The hanging ESFR VK 500 sprinkler
As regards hanging ESFR VK 500 sprinklers, the K factor of 14.0 (SI 202) facilitates the outflow of a large amount of water with drops displaying high angular momentum, and a specially designed deflector forces hemispheric water distribution. This allows water penetration into the combustion zone, ensuring direct the spraying of the burning surface and the cooling of the surrounding area. VK500 sprinklers can be used for protecting warehousing areas which must meet more stringent requirements in the event of threat (the storage of materials on pallets, in piles, and on single-, double- and multiple-row racks, as well as on movable open rack pallets), where containers open at the top and solid-wood shelves are not permitted. They can also be used for protecting such materials as paper reels, aerosols and tyres in certain storage arrangements.
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
wo chronic materialy typu papier w belach, aerozole i opony w niektorych aranzacjach skladowania.
4.4. Tryskacz wisz^cy RASCO model H 2008
Tryskacz RASCO model H 2008 zostal zaprojektowany w celu dostarczania duzej ilosci wody do srodowiska poza-rowego. Wspolczynnik wyplywu K o wartosci 16.8 (SI 242) pozwala na wyplyw duzej ilosci wody z kroplami o duzym momencie pçdu, a specjalny deflektor i rama dostarczaj^ sze-roki i bardzo symetryczny, polkulisty rozklad wody zdolny po-wstrzymac ogien miçdzy tryskaczami w wysokim skladowaniu materialow palnych w magazynach i halach produkcyjnych.
4.5. Tryskacz stoj^cy ESFR VK520
Dziçki wspolczynnikowi wyplywu K=202 oraz specjal-nemu deflektorowi, tryskacz stoj^cy ESFR VK520 tworzy duze krople o duzej mocy przebicia, ktore ponizej deflektora przybieraj^ ksztalt polkulisty. Taka forma gaszenia umozliwia skuteczne przenikanie wody gasniczej do zrodla pozaru oraz gaszenie powierzchni palnych cieczy przy rownoczesnym chlodzeniu powietrza w bezposrednim otoczeniu pozaru. Tryskacze te mog^ chronic przestrzenie magazynowe, jednak najbardziej przydatne s^ do ochrony materialow latwo-palnych i podatnych na rozlegle pozary, takich jak: materialy skladowane na paletach lub regalach (z wyl^czeniem konte-nerow otwartych od gory oraz regalow zamkniçtych).
D0I:10.12845/bitp.43.3.2016.6
4.4. The hanging RASCO sprinkler, type H 2008
RASCO sprinklers, model type H 2008, were designed with the aim of supplying water in large quantities to the fire area. The K outflow coefficient of 16.8 (SI 242) allows the outflow of a large amount of water with drops, whereas a specially designed deflector and a bar ensure a wide and very symmetrical, hemispherical water distribution which can deal with the fire between sprinklers in the event of the high storage of flammable materials in warehouses and production halls.
4.5. The standing ESFR VK520sprinkler
Owing to the outflow coefficient K=202 and a specially designed deflector, the standing ESFR VK520 sprinkler produces large drops with high penetration capacity, which take a hemispherical shape below the deflector. Such a fire suppression form enables an efficient water penetration to the fire source, and the extinguishing of flammable liquid surfaces can proceed along with air cooling in the direct vicinity of the fire. Although these sprinklers are suitable for warehousing areas, they can best serve the purpose of protecting flammable materials, susceptible to extensive fires, such as materials stored on pallets or racks (excluding containers with open tops and closed racks).
Ryc. 4. Ilosc rozpraszanej wody i usredniona procentowa ilosc dla tryskacza wisz^cego ESFR VK500 Fig. 4. The amount of dispersed water and the average percent volume attributed to a hanging ESFR sprinkler, type VK 500
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Soruce: Own elaboration.
Ryc. 5. Ilosc rozpraszanej wody i usredniona procentowa ilosc dla tryskacza wisz^cego RASCO model H 2008 Fig. 5. The amount of dispersed water and the average percent volume attributed to a hanging RASCO sprinkler, type H 2008
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Soruce: Own elaboration.
DOI:10.12845/bitp.43.3.2016.6
Ryc. 6. Ilosc rozpraszanej wody i usredniona procentowa ilosc dla tryskacza stoj^cego VK520 Fig. 6. Amount of dispersed water and average percent volume attributed to a standing VK520 sprinkler
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Soruce: Own elaboration.
4.6. Porownanie wynikow pomiarow
Tabela 2. Sredni rozklad wody ponizej i powyzej deflektora Table 2. Average distribution below and above the deflector
Tryskacze / Sprinklers Srednica nominalna otworu / Nominal diameter of opening [mm] Srednia ilosc wody powyzej deflektora / Average amount of water above [dm3] Srednia ilosc wody ponizej deflektora / Average amount of water below [dm3] t^czna ilosc wody / Total amount of water [dm3]
Tryskacz 1 / Sprinkler 1 20 16,10 88,73 104,83
Tryskacz 2 / Sprinkler 2 20 9,68 97,80 107,48
Tryskacz 3 / Sprinkler 3 20 19,82 83,12 102,94
Tryskacz 4 / Sprinkler 4 20 15,81 82,10 97,90
Tryskacz 5 / Sprinkler 5 20 9,58 91,27 100,84
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Soruce: Own elaboration.
Ryc. 7. Porownanie badanych tryskaczy pod wzglçdem rozdzialu wody (tryskacz 1: ASCOA, tryskacz 2: VK 510, tryskacz 3: VK 500, tryskacz 4: RASCO H 2008, tryskacz 5: VK 520) Fig. 7. A comparison of tested sprinklers in respect of water distribution (Sprinkler 1: ASCOA, sprinkler 2: VK 510, sprinkler 3: VK 500, sprinkler 4: RASCO H 2008, sprinkler 5: VK 520)
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Soruce: Own elaboration.
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИ Е
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.6
przeptyw [l/min]
500 400 300 200 100 0
Ponizej stata K 363 Below K factor 363
Ponizej Stata K 202 Below K factor 202
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5
Cisnienie [bar]
Powyzej Stata K 202 Above K factor 202
Powyzej sta ta K 363 Above K factor 363
0,5
1,5 2,5 3,5 4,5
Cisniene [bar]
Ryc. 8. Srednia ilosc rozpraszanej wody ponizej i powyzej deflektora dla tryskaczy o K = 202 i K = 363 Fig. 8. The average amount of dispersed water above and below the deflector for sprinklers K = 202 and K = 363
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Soruce: Own elaboration.
Porownanie wynikow badan tryskaczy ESFR wykazalo, ze najwiçksz^ ilosc wody ponizej deflektora rozpraszal tryskacz 2 - tryskacz wisz^cy wczesnego tlumienia Viking model: VK510 o srednicy nominalnej otworu rownej DN 20 mm i wspolczynniku K = 363. Natomiast najmniejsz^ wartosci^ ilosci rozpraszanej wody ponizej deflektora charakteryzuje siç tryskacz wisz^cy RASCO model H 2008 o srednicy nominalnej otworu rownej DN 20 mm i wspolczynniku K = 242. Udzial rozproszonej wody ponizej rozpryskiwacza, zgodnie z norm^ PN-EN 12259-1, przedstawiono w tabeli 3.
Na podstawie przeprowadzonych badan mozna stwier-dzic, ze sposrod wszystkich badanych tryskaczy tryskacz wi-sz^cy Viking model: VK510 wykazal najwiçkszy udzial rozproszonej wody ponizej deflektora (91%). Tryskacz ten po-siada rowniez najwiçkszy wspolczynnik K = 363. Natomiast najnizszy udzial rozproszonej wody ponizej deflektora zostal zarejestrowany podczas badan tryskacza wisz^cego ESFR VK500. Wyniosl 80,75%. Tryskacz posiada wspolczynnik K rowny 202. Sredni wyplyw wody w dol ponizej deflektora dla badanych tryskaczy ESFR wynosi od 85 do 100%, co moze je definiowac jako tryskacze rozpylaj^ce o plaskim strumieniu rozpraszanej wody zgodnie z tabel^ 3.
Nastçpnie sprawdzono, jak wygl^da rozdzial ilosciowy wody dla tych tryskaczy w zaleznosci od wartosci wspolczyn-nika przelotowosci K.
Zgodnie z wynikami przedstawionymi na ryc. 8 na po-wierzchniç zraszan^ pod tryskaczem kierowane jest od ponad 100 do 460 litrow na minutç przy wartosci wspolczynnika K rownej 363 lub od prawie 50 do 150 litrow na minutç przy wspolczynniku K = 202. Ilosc wody kierowanej na sufit wy-nosi od 5 do 25 litrow na minutç.
Tabela 3. Wyplyw wody w dol ponizej rozpryskiwacza Table 3. Outflow of water below the deflector
4.6. Comparison of measurement results
By comparing the test results for ESFR sprinklers, it was shown that the largest amount of water below the deflector was distributed by sprinkler 2, i.e. the hanging early-suppression Viking sprinkler, type VK510, with the nominal opening diameter of DN = 20 mm and K-factor = 363. In contrast, the smallest amount of water distributed below the deflector was recorded for the hanging RASCO sprinkler, type H 2008, with the nominal opening diameter DN = 20 mm and the K-factor = 242. The shares of water distributed below the deflector, in compliance with the PN-EN 12259-1 standard, are shown in Table 3.
Based on the tests carried out, it can be concluded that from among all the sprinklers under consideration the hanging Viking sprinkler type VK510, is characterised by the highest share of water dispersed below the deflector (91%). This sprinkler also displays the highest value of the K-factor = 363. On the other hand, the lowest share of water distributed below the deflector was recorded for the hanging ESFR VK500 sprinkler, amounting to 80.75%. The K-factor for this sprinkler is 202. The average outflow of water below the deflector for the ESFR sprinklers under consideration ranges from 85 to 100%, as a result of which these devices can be defined, in line with Table 3, as sprinklers with a flat stream of water.
Then, the quantity distribution of water for the sprinklers in question, depending on the K-factor values, was determined.
In accordance with the results presented in Fig. 8, over 100 to 460 litres of water per minute are directed towards the sprayed area below the sprinkler, with the K-factor = 363, or from nearly 50 to 150 litres per minute, with the K-factor = 202. The amount of water directed to the ceiling ranges from 5 to 25 litres per minute.
Typ tryskacza /Type of sprinkler Udzial rozproszonej wody ponizej rozpryskiwacza / Proportion of distributed of water below the deflector
Tryskacze klasyczne / Classic sprinklers 40% do/to 60%
Tryskacze rozpylaj^ce / Spray sprinklers 80% do/to 100%
Tryskacze rozpylaj^ce o plaskim strumieniu rozproszonej wody / Sprinklers with a flat stream of water 85% do/to 100%
Zrodlo: Opracowanie wlasne na podstawie normy PN-EN 12259-1. Soruce: Own elaboration according to PN-EN 12259-1.
5. Podsumowanie
Tryskacz ESFR to element liniowy, ktory posiada okre-slon^ charakterystyk^ rozdzialu wody. Jego dzialanie skon-centrowane jest na maksymalnym wykorzystaniu wody do gaszenia znajduj^cej si§ pod nim powierzchni z duz^ inten-sywnosci^ zraszania, o okreslonej energii strumienia. Z prze-prowadzonych pomiarow wynika, ze:
• tryskacze ESFR zraszaj^ powierzchni^ z duz^ intensyw-nosci^ zalezn^ od cisnienia, si^gaj^c^ dla badanych ele-mentow powyzej 460 l/min,
• duze intensywnosci zraszania implikuj^ szczegolne wy-magania co do rozmieszczania i doboru rodzaju instala-cji tryskaczowej,
• na rozdzial rozpraszanej wody ponizej, jak i powyzej deflektora wplywa wspolczynnik przelotowosci K bada-nych tryskaczy,
• przy wzroscie wspolczynnika K wzrasta rozdzial wody, co powoduje zmian^ w postaci wzrostu ilosci wody ponizej deflektora dla badanego tryskacza wisz^cego,
• przy wzroscie wspolczynnika K w funkcji cisnienia osi^-gane s^ wi^ksze zmiany wydajnosci wodnej tryskaczy ponizej, jak i powyzej deflektora.
Literatura / Literature
[1] Domzal A., Badanie rozdzialu wody w funkcji natgzenia przeplywu przez elementy wylotowe wodnych urzqdzen gasniczych, Praca badawcza wlasna BW/E-422/8/2005.
D0I:10.12845/bitp.43.3.2016.6
5. Summary
ESFR sprinklers are linear elements displaying certain characteristics of water distribution. The sprinkler action is focused on the maximum use of water for extinguishing fire in the area below it, by employing high sprinkling intensity and a given stream power. Experimental results indicate that
• ESFR sprinklers spray the area with considerable pressure-dependent intensity, which for the elements tested is higher than 460 l/min,
• a high spraying intensity is likely to mean different requirements for the location and application of sprinkler systems,
• water distribution above and below the deflector is influenced by the K-factor of the tested sprinklers,
• increasing the K-factor intensifies the distribution of water, which in turn increases the amount of water below the deflector of the hanging sprinkler being tested,
• by increasing the K-factor as a function of pressure, greater changes are achieved in the water output of sprinklers, both above and below the deflector.
[2] Wn^k W., Kubica P., Basiak M., Standardy projektowania urzqdzen tryskaczowych - porownanie glownych parametrow, BiTP Vol. 27 Issue 3, 2012, pp. 83-97.
[3] VdS CEA 4001:2014 Richtlinien für Sprinkleranlagen. Planung und Einbau.
[4] NFPA 13 Installation of Sprinkler Systems, Edition 2016.
Artykul zostal przetlumaczony ze srodkow MNiSW w ramach zadania: Stworzenie angloj^zycznych wersji oryginalnych artykulow naukowych wydawanych w kwartalniku „BiTP. Bezpieczenstwo i Technika Pozarnicza" - typ zadania: stworzenie angloj^zycznych wersji wydawanych publikacji finansowane w ramach umo-wy 935/P-DUN/2016 ze srodkow Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyzszego przeznaczonych na dzialalnosc upowszechniaj^c^
nauk^.
Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyzszego
NV
A A A
ml. bryg mgr inz. Agata Domzal - pracownik Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej na Wydziale Inzynierii Bezpieczenstwa Poza-rowego. Obecnie na stanowisku wykladowcy w Zakladzie Technicznych Systemow Zabezpieczen.
Agata Domzal, M.Sc. Eng.- staff member of the Faculty of Fire Safety Engineering at the Main School of Fire Service; currently a lecturer at the Institute of Technical Security Systems.
st. bryg. dr inz. Waldemar Wn^k - absolwent Politechniki Warszawskiej i Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej Wydzial Inzynierii Bezpieczenstwa Pozarowego. Obecnie na stanowisku Kierownika Katedry Bezpieczenstwa Budowli i Rozpoznawania Zagrozen. Waldemar Wn^k, Ph.D. - a Graduate from the Warsaw University of Technology, and from the Faculty of Fire Safety Engineering at the Main School of Fire Service; currently Head of the Building Safety and Threat Identification Department.
mgr inz. Mateusz Prokop - absolwent Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej na Wydziale Inzynierii Bezpieczenstwa Pozarowego. Mateusz Prokop, M.Sc. Eng. - a Graduate from the Faculty of Fire Safety Engineering at the Main School of Fire Service.
