מערכות מתזים לכיבוי אש במים

כתב: יצחק אוביץ

• מבט היסטורי

ספרינקלרים הם אביזרי קצה המותקנים על גבי צנרת כיבוי אש, במטרה לספק יכולת שליטה כנגד שריפות ספונטניות העלולות לפרוץ במבנה. הזרמת המים בשלב מוקדם מאוד של השריפה ישירות על מוקד הבעירה, ללא תלות בפעולות אנוש, היא שהפכה מערכות אלו לפופולריות ביותר.

באופן היסטורי, הצורך במערכות כיבוי אוטומטיות היה קיים תמיד, ושריפות היו לתופעה נפוצה וטרגית, תופעת טבע כמעט, שאין מה לעשות כנגדה. עם התקדמות המהפכה התעשייתית נולד הצורך במערכות כיבוי אוטומטיות. היכולת לאגור כמויות גדולות של סחורה בתוך מבנים, ומנגד- החשש לאבד הכל בשריפה, היו הקטליזטור להולדת הספרינקלרים. מחסנים אלו היוו סיכון גדול עבור בעליהם, שכן אירוע שריפה בודד יכול היה לרושש את בעל הסחורה ולהשאירו עירום וחסר כל. חברות ביטוח לא הסכימו לבטח מבנים אלו בשל הסיכון הרב, וכך נולד הצורך לייצר מערכת בטיחות שתענה על דרישות החברה המבטחת את הסחורות. בכך למעשה ניתן לומר כי הייעוד הראשוני של מערכות הספרינקלרים היה לצורך שמירה על רכוש.

עם תחילת המאה ה-20 חברות הביטוח ביקשו לייצר שיטות אחידות למבחני אש שעל פיהם ייקבעו תקנים וכללי תכנון והתקנה. מבחנים אלו היוו ועדיין מהווים הבסיס העיקרי עליו נשענים כל כללי התקן. הכללים אינם בנויים ממסקנות תיאורטיות, אלא מיישום מעשי של מבחני אש אמפיריים.

מערכות המתזים הוכיחו הצלחה רבה בהצלת רכוש במבנים בהם הותקנו המערכות בהתאם לתקנים. אירועי שריפה קטנים אשר פרצו כתוצאה מכשלים חשמליים או מטעויות אנוש, לא הצליחו להגיע לממדים הגדולים שהיו בעבר טרם עידן המתזים. הרשויות הבינו ששריפות ענק הן לא גזירת גורל, ושהן ניתנות לבלימה בעזרת מערכות פשוטות למדי ובעלות אמינות גבוהה.

מערכות המתזים המשיכו מתחום הצלת הרכוש לתוך תחומי הבטיחות והצלת חיי אדם. רשויות ומדינות רבות החלו לדרוש את התקנת מערכות הספרינקלרים ובדיקת מערכות אלו על פי כללי התקן, כחלק מהתהליך הסטנדרטי לקבלת היתר בניה או רישיון עסק.

• תקינה

התקן הישראלי 1596 פורסם לראשונה באמצע שנות ה-90 של המאה העשרים. התקן מאמץ ברובו את נוסח המסמך המקצועי NFPA13, בתוספת הסתייגויות לאומיות על מנת להתאימו לנדרש בישראל.

ארגון ה- NFPA הוא ארגון אמריקני לאומי, אשר עיסוקו הוא הגנה מפני אש וכתיבת תקנים מקצועיים בתחום. תקנים אלו מאומצים ע"י מדינות רבות. מדינת ישראל אימצה חלק מתקני ה- NFPA. התקן העוסק בתכנון והתקנת המתזים הוא תקן מס' 13. תקני הNFPA-  מתעדכנים כל העת, ואחת לשלוש שנים מופצת מהדורה חדשה של המסמך. כיום המהדורה המעודכנת ביותר של NFPA13 היא מהדורת 2019. ת"י 1596 עודכן לאחרונה בחודש יולי 2019 והוא אימץ את מהדורת 2016 של NFPA13.

• סוגי מערכות

מערכות רטובות (Wet System)-

אלו הן מערכות בהן הצנרת מלאה במים המוזנים ממקור מים זמין. מה שמונע ממים אלו לפרוץ החוצה הוא המתזים עצמם.

כאמור לעיל, המתז מחובר לרשת של צנרת כיבוי אש המוזנת ממקור מים. על המתז מורכב רכיב תרמי בעל אפשרות ניתוק מהמתז בעת אירוע שריפה, בעת ניתוק הרכיב מים יוכלו לזרום מהצנרת. רכיב זה הוא לרוב קפסולת זכוכית שבתוכה נתון נוזל, או נתיך של מספר מתכות. באירוע שריפה האויר החם נע כלפי מעלה ופוגע בתקרה. משם הוא מתחיל להתפשט לכל הכיוונים ליצירת שכבת חום גבוהה בתווך הסמוך לתקרה. כאשר הטמפרטורה עולה בסביבת המתז, הרכיב התרמי נחלש, ובטמפרטורה קבועה (בהתאם לנוזל שבקפסולה או לסוג הנתיך) הוא מתנתק או מתפוצץ, ומים מתחילים לזרום מהמתז.

במידה ומתז זה לא יספיק להשגת שליטה, והטמפרטורה תמשיך לטפס, מתזים רחוקים יותר יחושו גם הם בכך וייפתחו, עד להשגת שליטה טובה על האש בשלבים המוקדמים מאוד של הבעירה. 

המערכות הרטובות הן המערכות האמינות ביותר, ללא תחכום או התניה עם מערכת אחרת. אולם למערכות הרטובות שלושה חסרונות, בגינם נוצרו המערכות האחרות (כפי שיפורט להלן):

• מים הם נוזל שעלול לקפוא, ולכן המערכת אינה מתאימה לסביבה בה הטמפרטורה מתקרבת לאפס מעלות צלזיוס (ראה להלן- מערכות יבשות).
• המתזים נכנסים לפעולה בדירוג ולא בבת אחת. לעיתים יש צורך בהזרמת מים על כל השטח, ומערכות רטובות לא יתאימו לכך (ראה להלן- מערכות הצפה).
• מרגע פיצוץ המתז, המים זורמים ללא הרף. פיצוץ מתז שמקורו בטעות אנוש או במתז פגום עלול להתרחש וליצור נזק במקום תועלת (ראה להלן- מערכות פריאקשן).

מערכות יבשות (Dry System)-

אלו הן מערכות בהן הצנרת מלאה באוויר הנמצא תחת לחץ. המים המגיעים ממקור המים נבלמים בתחילת המערכת (בתחנת ההפעלה), ונעצרים בשסתום מיוחד- "שסתום יבש". לחץ האוויר מונע מהשסתום היבש להיפתח ובכך בולם את המים מלהיכנס לצינור. בעת אירוע אש הרכיב התרמי שעל המתז יתנתק או יתפוצץ, לחץ האוויר ישתחרר במהירות, והשסתום ייפתח ויאפשר כניסת מים למערכת. מערכות אלו מיועדות להתקנה במקומות בהם מתקיימים תנאי קיפאון. חסרון מערכות אלו הוא בזמן תגובת המתזים שיתעכב, מכיוון שהמים אינם זמינים בתוך הצנרת כמו במערכות רטובות, ולכן מרווח הזמן עד להרטבת מקור האש יהיה גדול יותר מאשר במערכת רטובה.

מערכות הצפה (Deluge System)-

אלו הן מערכות של מתזים ללא הרכיב התרמי על גוף המתז. כלומר, כל המתזים פתוחים. הצנרת היא ללא מים, היות ובראש המערכת ישנו שסתום הצפה הבולם את המים באמצעי פניאומטי, הידראולי או חשמלי. ברגע ששסתום זה ייפתח, מים יזרמו לתוך הצינורות ויזרמו דרך כל המתזים ללא הגבלה, היות וכולם פתוחים. מערכות אלו מיועדות למקומות בהם יש חשיבות להרטבת כל השטח בעת ובעונה אחת, כגון לצינון מערכות שנאים או מיכלי נוזלים דליקים או ליצירת מסכי מים. חסרון המערכת הוא בכך שלא ניתן למקד את פעולת המים על מוקד הבעירה, ובנוסף נזק המים עלול להיות גדול מאוד. כמו כן ייתכן ויידרש מקור מים בעל נתונים הידראוליים גדולים יותר, מכיוון שכל המתזים מיועדים להיפתח בעת ובעונה אחת.

מערכות פרי-אקשן (Pre-Action System)-

אלו הן מערכות בהן חייבת להתבצע פעולה מקדימה לפני כניסת המתזים לעבודה. המים המגיעים ממקור המים נבלמים בתחילת המערכת בעזרת שסתום הצפה, על ידי מערכת חשמלית, פניאומטית או הידראולית. בכדי ששסתום ההצפה ייפתח צריכה להתרחש פעולה מקדימה, למשל- הפעלת גלאי עשן. רק כאשר תתרחש הפעולה המקדימה, שסתום ההצפה ייפתח והמים יזרמו לתוך הצנרת. ישנה אפשרות לדרוש כמה התניות או הצלבות, כגון הפעלת גלאים ופיצוץ מתז לפני פתיחת שסתום ההצפה, כל זאת בכדי לוודא שרק באירוע שריפה אמיתי, יזרמו המים מהמתזים. מערכות אלו מיועדות למקומות שבהם נזקי מים עלולים לגרום לתוצאות הרות אסון- כגון מוזיאונים או חדרי שרתים ותקשורת. חסרון מערכות אלו הוא באמינות המערכת, שתלויה כעת גם בפיצוץ המתז וגם בעוד מערכת אחרת- חשמלית, פניאומטית או הידראולית. חסרון נוסף הוא שמערכות אלו הן כמעט תמיד מערכות יבשות ולכן זמן הגעת המים מתעכב גם הוא.

• עקרונות תכנוניים

עקרון בסיס ראשון- המערכות אינן מיועדות להגן על שריפות שפורצות כתוצאה מהצתה או פעילות מכוונת. שריפות אלו עלולות להתחיל בכמה מוקדים או להתחיל בבעירה משמעותית ולא במוקד אש קטן. המערכות מיועדות עבור שריפות ספונטניות שעלולות לפרוץ בכל רגע נתון- עקב כשלים טכניים כגון קצרים חשמליים, או בעקבות התלקחויות שמקורן בטעויות אנוש- בדל סיגריה, סיר שנשכח על הגז וכו'.

עקרון בסיס שני- המערכות אינן מיועדות לשריפה בשני מקורות בו זמנית. ההסתברות לשני מוקדי שריפה כאשר לא מדובר בפעילות מכוונת הוא כמעט אפסי, ולכן כל התקן בנוי על העיקרון של איתור השטח בעל הדרישה ההידראולית הגבוהה ביותר במבנה וקביעת צפיפות המים ליחידת שטח. בשטח זה נדרש לתכנן את פעולת המתזים במקדם בטחון מוגבר – פעולת כל המתזים בו זמנית (למרות שלעיל הסברנו שרק המתז הבודד או המתזים הסמוכים למוקד הבעירה אמורים לפעול)

מהכפלת הפרמטרים של צפיפות המים בשטח היישום ניתן להסיק מה הספיקה (כמות מים ליחידת זמן) שתידרש לפעולת מערכת המתזים. לאחר מכן יש להמשיך לחשב הידראולית מהשטח בעל הדרישה ההידראולית הגבוהה ביותר ועד למקור המים, בכדי לדעת מה יהיה איבוד הלחץ בתווך זה (כתלות במשתנים רבים כגון הפרשי גובה, קטרי צנרת, זוויות, ארכי צנרת, קבוע זרימה של מתזים, סוג הצנרת ועוד).

שיטת התכנון העיקרית בתקן מבוססת על ארבעה פרמטרים מרכזיים: שטח יישום, צפיפות, זמן לחימה ותוספת מים להידרנטים.

• שטח יישום: השטח שיש לחשב בו את כל המתזים שייפתחו יחדיו (השטח בעל הדרישה ההידראולית הגבוהה ביותר).
• צפיפות: כמות המים שתרטיב יחידת שטח בזמן נתון.
• זמן לחימה: הזמן הרצוף בו מערכת המתזים תפעל ללא הפסקה.
• תוספת מים להידרנטים: כמות מים נוספת שיש לוודא שקיימת גם היא, לטובת לחימה ידנית באמצעות עמדות הכיבוי בבניין, או לטובת הכבאים בעזרת ההידרנטים שבחוץ.

זמן הלחימה הוא פרמטר רלוונטי רק למערכות בהן מקור המים הוא מאגר. במקרים אלו יש לוודא שנפח המאגר יספיק לזמן הלחימה הנדרש. כאשר מקור המים הוא רשת ציבורית אמינה וזמינה, אין משמעות לזמן הלחימה, היות ומים יהיו זמינים בכל עת.

תוספת המים להידרנטים נגזרת מעקרון פעולת המערכת- היא מיועדת להשגת שליטה על האש, אך לא לביצוע כיבוי כולל וסופי. לכן נדרש לוודא שכמות מים נוספת תהיה זמינה לטובת ההידרנטים לצורך כיבוי מוחלט, ומניעת התלקחות מחודשת של השריפה.

• רמות סיכון

התקן מקטלג את כל המבנים והעיסוקים לפי רמות סיכון. ככל שרמת הסיכון עולה- כל הפרמטרים שמנינו לעיל עולים גם הם בהתאמה, וכך יידרשו נתונים הידראוליים משמעותיים יותר ככל שרמת הסיכון תעלה.

רמות הסיכון (מהקל אל הכבד)

בטבלה זו אנו רואים את רמות הסיכון השונות. יש לשים לב שמשתנים נוספים מתחומי הבטיחות השונים, כגון כמות האנשים שעלולה להיות במבנה, אינם פרמטר בנושא זה. כך לדוגמא, בית חולים למרות היותו מקום הומה אדם יסווג כ LIGHT HAZARD, בעוד שמחסן לוגיסטי של מוצרי פלסטיק אשר כמות האנשים בו היא קטנה, יסווג בחומרה. הפרמטר הרלוונטי היחיד הוא מטען האש, והצלחת המתזים בשליטה על השריפה במבחני האש האמפיריים. ככל שמטען האש מורכב יותר, המתזים יתקשו בהשגת שליטה, ורמת הסיכון תעלה בהתאם.

• סיכום

מאמר זה סקר את הנושאים הבאים: ההתפתחות ההיסטורית של תעשיית הספרינקלרים, התקינה הישראלית והאמריקנית, אופן פעולת המתז, סוגי מערכות שונות, עקרונות תכנוניים ורמות סיכון. במאמרים הבאים בסדרה יובאו סקירות נוספות בנושאים שונים בתחומי מערכות המתזים.

**** 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.

למאמר השני בסדרה – בדיקות מערכות ספרינקלרים – מתזים