Сети транспортировки и распределения воды требуют гидравлических расчетов для определения характеристик расхода и давления в одной или нескольких точках потребления, а также расхода и давления подачи воды, необходимых для удовлетворения проектных требований. [1]
В контексте пожарной безопасности гидравлические расчеты используются для определения расхода огнетушащего вещества через трубопроводную сеть и через выпускные устройства (например, сопла, спринклеры) для контроля, подавления или тушения пожаров.
Гидравлические расчеты подтверждают, что расход воды (или воды, смешанной с добавками, такими как концентрат огнетушащей пены) через трубопроводные сети с целью подавления или тушения пожара будет достаточным для достижения проектных целей. Процедура гидравлического расчета определена в применимых кодах эталонной модели, таких как опубликованные Национальной ассоциацией противопожарной защиты США (NFPA), [2] или стандартом EN 12845, Стационарная система пожаротушения – Автоматические спринклерные системы – Проектирование, установка и обслуживание . [3]
Гидравлические расчеты показывают, что сочетание двух основных компонентов системы противопожарной защиты на основе воды будет соответствовать проектным целям по контролю, подавлению или тушению пожара:
Требования к количеству сброса воды указаны в применимом модельном коде, таком как NFPA 13, NFPA 15, EN 12845, BS 9251, [4] NFPA 750 CP 52, ASIB и AS2118.1. Также могут применяться стандарты проектирования страхования имущества.
Вероятная интенсивность и масштаб пожара внутри здания определяются такими факторами, как использование здания, высота здания, предметы, находящиеся внутри здания, и их расположение. Эти переменные сравниваются с таблицами и значениями, выраженными в кодах моделей. Значения в этих таблицах основаны на огневых испытаниях и истории потерь.
Доступность воды часто определяется с помощью теста расхода воды , в котором один или несколько пожарных гидрантов открываются и измеряются давление и расход воды. Некоторые муниципальные водные юрисдикции могут предоставлять оценку доступных запасов воды на основе гидравлических моделей.
В местах, где подключение к муниципальному водоснабжению невозможно или нецелесообразно, необходимую воду можно брать из открытого водоема (например, озера, пруда, реки) или из резервуара для хранения воды.
Гидравлические расчеты определяют, достаточно ли давления подачи воды для обеспечения проектного расхода спринклерной системы. Если нет, дополнительное давление воды обеспечивается пожарным насосом.
Сети трубопроводов системы пожаротушения обычно организованы в одной из 3 конфигураций: дерево, петля или сетка. Все эти типы систем используют большие горизонтальные трубы - "магистрали", которые подают большие объемы потока в меньшие трубы - "ответвления", которые подключены к магистралям. Спринклеры устанавливаются только на ответвлениях. Магистрали снабжаются водой путем подключения к одной вертикальной трубе - "стояку", который, в свою очередь, снабжается водой путем подключения к водопроводу.
Системы деревьев включают одну главную трубу с несколькими ответвлениями поменьше. Поскольку все трубы заканчиваются тупиком, поток воды возможен только в одном направлении.
Кольцевые системы используют магистраль, которая проходит на значительное расстояние в здание и прокладывается обратно, чтобы соединиться с собой около стояка. Ответвления подключаются к этой «петле». При такой конфигурации кольцевой магистрали требуется меньшее давление подачи воды, поскольку гидравлическое падение давления ниже через магистраль, поскольку вода может течь в двух направлениях к любому спринклеру. Ответвления могут заканчиваться тупиком или могут соединяться на каждом конце с разными (обычно противоположными) точками на кольцевой магистрали. В последнем случае требуется меньшее давление подачи воды, поскольку гидравлическое падение давления ниже в ответвлении, поскольку вода течет с обоих концов ответвления к любому спринклеру.
Сетевые системы используют две большие магистрали на противоположных концах нескольких ответвлений, которые подключены к магистралям на каждом конце. Сетчатые системы обеспечивают несколько путей для прохождения воды в любую точку системы, что снижает потери давления в системе.
Большинство стандартов проектирования требуют применения метода Хазена-Вильямса для определения потерь давления на трение в трубопроводной сети при прохождении через нее воды. Системы Tree and Loop достаточно просты, чтобы гидравлические расчеты можно было выполнить вручную. Поскольку гидравлические расчеты для сетчатых систем требуют итерационного процесса для балансировки потока воды по всем возможным водным путям, эти расчеты чаще всего выполняются с помощью компьютерного программного обеспечения. На практике большинство расчетов для всех типов трубопроводных сетей выполняются с помощью компьютерного программного обеспечения. Размеры компонентов сети можно легче изменять и пересчитывать на компьютере, чем вручную.
Справочник NFPA 13 2013 года включает приложение, в котором описываются некоторые теоретические положения и процессы, применяемые при выполнении гидравлических расчетов. [5]