בדיקות מערכות ספרינקלרים/מתזים/מאמר שני בסדרה

מערכות מתזים- רקע כללי- מאמר מס' 2

כתב: יצחק אוביץ

הצהרה: אין לראות במאמר זה ייעוץ או פרשנות מכל סוג שהוא. מטרת המאמר היא הרחבת דעת בלבד, ואין לראות במאמר זה כמקור מוסמך לצורך תכנון או התקנת מערכות מתזים.

מאמר זה ממשיך מאמר קודם בסדרה, לחץ כאן לקריאתו. סדרת המאמרים מיועדת לטובת סקירת רקע כללית לעולם מערכות המתזים לכיבוי באמצעות מים- הלא הם הספרינקלרים.

1. תקציר המאמר הקודם

במאמר מס' 1 הוסבר אופן פעולתו של המתז. המערכות סווגו לארבע קטגוריות: מערכות רטובות, יבשות, פריאקשן והצפה. לאחר מכן התייחס המאמר לעקרונות התכנון- השריפה תפרוץ ממקור יחיד בלבד ולא כהצתה מכוונת. רמות הסיכון עולות ככל שמטען האש עולה, וכתוצאה מכך דרישות המערכות גדלות גם הן בהתאמה, בארבעה מישורים מקבילים: גודל שטח היישום, צפיפות המים, זמן הלחימה וכמות המים לטובת ההידרנטים (ברזי כיבוי האש).

• רמות הסיכון לבנים שאינם מיועדים לאחסנה- מבט מעמיק יותר

להלן נסקור את רמות הסיכון בהתאם להגדרותיהן בתקן:

רמת סיכון	פרמטר
כמות חומרים בעירים	רמת דליקות חומרים בעירים	דרגת שחרור חום צפויה בשריפה	הערות
LH	נמוכה	נמוכה	נמוכה
OH1	בינונית	נמוכה	בינונית	גובה מקסימלי של ערימות חומרים דליקים: 2.4 מ'
OH2	בינונית עד גבוהה	בינונית עד גבוהה	לא מופיעה בהגדרה	גובה מקסימלי של ערימות חומרים דליקים: חומרים עם קצב שחרור חום בינוני- 3.7 מ' חומרים עם קצב שחרור חום גבוה- 2.4 מ'
EH1	גבוהה מאוד	גבוהה מאוד	גבוהה	קיימת כמות אפסית או מזערית של נוזלים דליקים.קיים באתר אבק/ מוך וחומרים דומים, היוצרים סבירות לשריפות המתפתחות במהירות עם רמות שחרור חום גבוהות.
EH2	לא מופיעה בהגדרה	לא מופיעה בהגדרה	לא מופיעה בהגדרה	קיימת כמות בינונית עד ניכרת של נוזלים דליקים.קיימים חומרים דליקים הנמצאים במקומות המוסתרים מהמתז.

התקן נותן דוגמאות רבות לרמות הסיכון השונות בנספח A  לתקן (annex A). ניתן למצוא תרגום לעברית לרוב דוגמאות התקן, בתוך הוראות מכ"ר 529, נספח 3.

• שיקולים שונים בבחירת סוגי המתזים

ישנו מרווח גדול של שיקול דעת סביב שאלת בחירת סוג המתז. היצרנים השונים מציעים מגוון רחב של סוגי מתזים. המתכנן רשאי לבחור את סוג בהתאם לאדריכלות המתוכננת ולאופי האתר, תחת מגבלות התקן ומגבלות הידראוליות. לדוגמא: בבית מלון קיימים חדרים מלבניים ארוכים, והאדריכל אינו מעוניין לבצע הנמכות תקרה בחדרים, ולפיכך המתכנן נאלץ לחפש מתז מתאים. המתז שיתאים הוא כנראה מתז צד בעל יכולת כיסוי רחבה EC שיותקן בקיר הכניסה לחדר. אולם, לתקן יש מגבלות בנוגע לאופן ההתקנה של המתז ובנוגע ללחץ הנדרש עבורו, על מנת שיצליח להתיז מים עד לקצה השני של החדר.

להלן רשימה של שיקולים שונים בבחירת מתז, בהמשך המאמר נדון בכל אחד באופן נפרד.

• האוריינטציה של המתז (מתז כלפי מעלה, כלפי מטה, מתז צד)
• טווח ההתזה של המתז (כיסוי רחב או כיסוי רגיל)
• קבוע הזרימה של המתז
• התגובה התרמית של המתז (תגובה מהירה או רגילה).
• הטמפרטורה של הרכיב התרמי על המתז.

• האוריינטציה של המתז

ישנן ארבע דרכים בהן ניתן לייצר מתזים:

• מתזים ניצבים (UPRIGHT) – אלו מתזים המותקנים כך שהתזת המים היא כלפי מעלה (מים פוגעים בלוחית מתכת בקצה המתז, ונוצרת מטריית מים).
• מתזים תלויים (PENDENT) – אלו מתזים המותקנים כך שהתזת המים היא כלפי מטה.
• מתזי צד (SIDEWALL) – אלו מתזים המותקנים כך שהתזת המים היא אופקית. מתזים אלו ניתן להתקין על הקיר (HORIZONTAL) או מתוך התקרה (VERTICAL).
• מתזים מיוחדים (SPECIAL) – אלו מתזים שצורתם מותאמת למקומות ייעודיים, כגון מתזים לעליות גג.

התקן נותן יד כמעט חופשית למתכנן בבחירת האוריינטציה של המתז, אבל קובע כמה הגבלות, כגון:

• מתז ניצב המותקן על צנרת בקוטר גדול- הצנרת עלולה לייצר חסימה לתבנית הפיזור של המים.
• מתז צד- מותר להתקנה רק בסוגי תקרות ספציפיים וברמות סיכון ספציפיות המפורטות בדף הקטלוגי של המתז.
• מתז תלוי- במערכות מסוג פריאקשן אין להתקינו באופן המוזן ישירות מצנרת המתזים שמעליו.

דוגמאות לשיקולים שונים בבחירת האוריינטציה של המתז: בחניון- הרצון להגביה את המתזים כדי להימנע מפגיעת רכב יגרום לבחירת מתז ניצב. בדירת מגורים- הרצון להימנע מהכנסת צנרת לתוך הדירה יגרום לבחירת מתז צד.

• טווח ההתזה של המתז

היצרנים מציעים שני סוגי מתזים:

• כיסוי רגיל- מים מהמתז מסוגלים להגיע עד למרחקים הרשומים בתקן.
• כיסוי רחב- מים מהמתז מסוגלים להגיע למרחקים הגדולים מן הרשום בתקן עבור מתז רגיל. מרחק ההתזה נמדד בצורה קובייה מלבנית. ככל שהמלבן ההתזה גדול יותר, כך נדרש להפעיל לחץ מים גדול יותר. בדף הקטלוגי של המתז תופיע טבלה המפרטת את מרחקי ההתזה, והלחצים הנדרשים לתכנון.

מתזי כיסוי רחב מגיעים בכל האוריינטציות- ניצב/ צד/ תלוי, והם מותרים בהתקנה רק בסוגי תקרות ספציפיים ובהתאם למפרטים הטכניים.

• קבוע הזרימה של המתז

הנוסחה המרכזית ביותר בתקן היא מאוד פשוטה, וקובעת: הספיקה שווה לקבוע הזרימה, כפול שורש הלחץ:

כאשר:

Q- ספיקת המים

K- קבוע הזרימה (מאפיין קבוע של מתז ספציפי)

P- לחץ המים

ניתן לראות כי הספיקה נמצאת ביחס ישר לקבוע הזרימה, וביחס הפוך ללחץ. המשמעות המעשית היא: להגדלת הספיקה ניתן להגדיל את קבוע הזרימה או להגדיל משמעותית את הלחץ במערכת .

כל מתז מקבל סיווג לקבוע הזרימה שלו. ככל שקבוע הזרימה גדול יותר, כך המתז יספק קצב זרימת מים נתון בלחץ נמוך יותר. אפשר לומר זאת גם באופן הפוך- ככל שקבוע הזרימה קטן יותר, המתז ידרוש לחץ גבוה יותר כדי לספק קצב זרימת מים נתון.

אם כך, ניתן לשאול- מדוע לא משתמשים רק במתזים בעלי קבוע זרימה גדול? התשובה לכך היא שהם עלולים להזרים כמות מים הגדולה מהצורך שלנו ע"פ דרישות התקן, ואז ייתכן ומקור המים לא יעמוד בדרישה זו. לכן על המתכנן תמיד לאזן בין הרצון למנוע איבודי לחץ (ע"י הגדלת קבוע הזרימה של המתז), לבין הרצון להימנע משימוש מיותר במים מעבר לנדרש (הקטנת קבוע הזרימה).

התקן קבע מהו קבוע הזרימה של המתז הטיפוסי. כלומר, מהי דרגת קבוע הזרימה הסבירה, שהגדלה שלה תיחשב כיותר ממאה אחוז, והקטנה שלה תחשב כפחות ממאה אחוז. נקבע כי קבוע זרימה סטנדרטי למתז (בהברגה בקוטר "1/2) הוא 5.6.

להלן טבלה המפרטת את סוגי קבועי הזרימה ע"פ התקן:

K	1.4	1.9	2.8	4.2	5.6	8.0	11.2	14	16.8	19.6	22.4	25.2	28
הברגה	"1/2	"3/4	"1

כל חברה המייצרת מתזים חייבת להגדיר בדף הקטלוגי של המתז מהו קבוע הזרימה שלו (חייב להיות מתוך הטבלה שלעיל).

ככל שרמת הסיכון עולה, הפרמטר של הצפיפות עולה גם הוא. אם נישאר באותו קבוע זרימה נמוך ולא נגדיל אותו בהתאם, נקבל דרישת לחץ גבוהה (בהתאם לנוסחת הספיקה). לכן המתכנן צריך להתאים את קבוע הזרימה של המתז לספיקה הנדרשת, שהיא נגזרת של הצפיפות הנדרשת, ושל רמת הסיכון.

ברמת סיכון נמוכה התקן יאפשר את המצב ההופכי. הקטנת קבוע הזרימה אפילו מתחת ל 5.6 (מתחת למאה אחוז) כדי להימנע מכמות מים "מיותרת" במקומות שאינם דורשים כמויות מים גדולות.

נבחן מספר דוגמאות:

1. התקן מגדיר לחץ של 7  PSI כלחץ המינימלי שיש לתכנן עבור מתז. ע"י שימוש בנוסחת הספיקה עבור שני מצבים נקבל:
2. מצב א': כאשר קבוע הזרימה הוא 5.6, תתקבל ספיקה של  14.8  GPM
3. מצב ב': כאשר קבוע הזרימה הוא 2.8, תתקבל ספיקה של 7.4 GPM

כעת נבחן מהי כמות המים הנדרשת ע"פ רמת הסיכון:

ברמת סיכון קלה נדרשת צפיפות מים של 0.1 GPM עבור כל ft².

עבור חדר קטן בשטח של 6 מ"ר (=64.5 ft²). נכפיל את הצפיפות בגודל החדר, ונקבל דרישת ספיקה של 6.45 GPM בלבד.

לכן במצב זה, השימוש במתז 5.6 הוא "בזבוז" מים, כי נדרשת כמות קטנה יותר של מים, ודווקא הבחירה במתז 2.8 היא המתאימה לשטח זה.

• במצב של רמת סיכון גבוהה מאוד EH2, הצפיפות הנדרשת היא 0.4, ושטח ההגנה המקסימלי למתז הוא 9.3 מ"ר (=100 ft²). נכפיל צפיפות בשטח ההגנה של המתז ונראה כי נדרשת ספיקה של 40 GPM.

כעת נשווה בין 3 מתזים בעלי קבועי זרימה שונים, ונראה מה הלחץ הדרוש להשגת הספיקה הנדרשת בכל אחד מהמתזים:

• מצב א': כאשר קבוע הזרימה הוא 5.6, יידרש לחץ של 51 PSI למתז כדי להוציא ספיקה זו
• מצב ב': כאשר קבוע הזרימה הוא 8.1, יידרש לחץ של 24 PSI למתז כדי להוציא ספיקה זו
• מצב ג': כאשר קבוע הזרימה הוא 11.2, יידרש לחץ של 13 PSI למתז כדי להוציא ספיקה זו

באופן כללי ניתן לסכם- כאשר נדרשת ספיקה גבוהה העדיפות היא להגדיל את קבוע הזרימה של המתז, כדי שלא יידרש לחץ גדול. כאשר נדרשת ספיקה קטנה העדיפות היא להקטין את קבוע הזרימה של המתז, כדי לא "לבזבז" כמויות מים הנמצאות מעבר לדרישת התקן.

התקן נותן מרחב החלטה למתכנן, אך מציין כמה הגבלות, לדוגמא:

• ניתן להשתמש בקבוע זרימה הקטן מ 5.6 רק ברמת סיכון נמוכה.
• בשאר רמות הסיכון נדרש שקבוע הזרימה של המתז יהיה לפחות 5.6.
• כאשר מדובר באחסנה גבוהה, קבוע הזרימה הנדרש למתז נקבע לפי הצפיפות הנדרשת.

להלן טבלה מסכמת:

צפיפות המים (ft2 GPM /)	קבוע זרימה של מתז
עד 0.2	5.6 ומעלה
בין 0.2-0.34	8 ומעלה
מעל 0.34	11.2 ומעלה

• התגובה התרמית של המתז

התגובה התרמית מייצגת את רגישותו של הרכיב התרמי להתנתק מהמתז ברגע פעולה. קיימים שני סוגים:

• תגובה רגילה- בדרך כלל מתז עם קפסולת זכוכית בקוטר 5 מ"מ.
• תגובה מהירה- בדרך כלל מתז עם קפסולת זכוכית בקוטר 3 מ"מ.

להלן מס' הדגשים בנושא:

1. מתזי תגובה מהירה אסורים בהתקנה ברמות סיכון גבוהות ובאחסנה גבוהה. הסיבה לכך היא החשש שהמתז ייפתח מהר מדי והמים לא יצליחו לחדור לליבת האש מאחר ויהפכו לאדים בדרכם למטה. לכן הרצון הוא לתת לאש לגדול ללא הפרעה, ואז ייפתחו בבת אחת מספר מתזים אשר יצליחו להחדיר מים לליבת האש ובכך להנמיך את הטמפרטורה במבנה.
2. מתזי תגובה רגילה אסורים בהתקנה ברמות סיכון קלות. בדרך כלל ברמות סיכון קלות מטרת המתזים העליונה היא שמירה על חיי אדם ולאו דווקא שמירה על רכוש, ולכן הרצון הוא שהמתזים יעבדו במהירות הגבוהה ביותר, כדי להשיג שליטה על שריפות בהן כמות החומרים הדליקים ורמתם היא נמוכה.
3. אין לערבב בין מתזי תגובה מהירה ורגילה באותו חלל. הסיבה היא הרצון שהמתז שיעבוד הוא המתז הסמוך ביותר למוקד הבעירה. ערבוב של מתזים עלול לגרור מצב בו המתזים הראשונים שייפתחו לא יהיו אלו שנמצאים סמוך למוקד הבעירה.

• הטמפרטורה של הרכיב התרמי על המתז.

הרכיבים התרמיים שעל המתזים מיוצרים כך שהם יפעלו בטמפרטורה נתונה. כאשר מדובר על מתז עם קפסולת זכוכית- החומר הנוזלי בתוך הקפסולה הוא חומר שבטמפרטורה נתונה מתחיל להתפשט, וברגע שכבר אין לו לאן להתפשט הוא יגרום לניפוץ קפסולת הזכוכית ולזרימת המים מהמתז כתוצאה מכך.

המתזים מגיעים במגוון רחב של טמפרטורות, כאשר נקבע כי יש צבע לכל נוזל שיאפשר זיהוי ויזואלי לטווח טמפרטורת ההפעלה של המתז.

התקן מאפשר להתקין מתזים בטמפרטורה רגילה (68 מ"צ=צבע אדום) או בטמפ' בינונית (93 מ"צ= טמפ' בינונית), ללא מגבלה.

התקן דורש התקנת מתזי טמפרטורה גבוהה (141 מ"צ=צבע כחול) או בינונית במקומות ספציפיים בהם קיימת סכנה של הפעלת שווא של המערכת עקב עליית הטמפרטורה (כגון עליות גג, סאונה וכו').

כמו כן, בהתאם לסוג המתז התקן מגדיר מהו מרווח הביטחון הנדרש בין מקור חום לבין המתז. ככל שטמפרטורת המתז גבוהה יותר כך הוא יכול להיות מותקן בסמיכות למקורות חום בלי החשש שהוא עלול להתפוצץ באירוע שאינו קשור לשריפה.  

מבחני אש הראו הצלחה רבה יותר במתזי טמפרטורה גבוהה במקרים של אחסנה גבוהה או רמת סיכון גבוהה, במתזים בקבוע זרימה 5.6 או 8, על פני מתזים בטמפרטורה רגילה. התקן מעודד שימוש במתזי טמפרטורה גבוהה במקרים אלו, ומאפשר להקטין את שטח היישום עד 25% במקרה של שימוש במתזים אלו.

• סיכום

התקן משאיר שיקול דעת רחב בידי המתכנן, ומשתדל להישאר גמיש בכדי לאפשר כמה שיותר אופציות להתקנה, בהתאמה לצרכים ולרצונות של בעל הנכס ככל שהדבר ניתן. באופן כללי, ככל שרמת הסיכון עולה האופציות הולכות ומצטמצמות. בכל מקרה, חשוב לקרוא בעיון את מגבלות התקן למקומות בהם אפשר להתקין את המתזים. את מרבית הכללים ניתן לקרוא בסעיפים 8.3. ו 8.4 במהדורת 2016 של מסמך NFPA13).

למאמר הראשון בסדרה