Sprinklerová stabilní hasicí zařízení - I. díl

Sprinklerová stabilní hasicí zařízení (sprinklerová zařízení) patří do skupiny aktivních prostředků požární ochrany s nejvyšším přínosem pro ochranu osob a majetku. Z názvu je patrné, že jde o hasicí zařízení pevně zabudovaná ve stavbě. Požár hasí tudíž za optimálních podmínek v první fázi jeho rozvoje, před dosažením celkového vzplanutí v chráněném úseku.

Sprinklerová zařízení používají k hašení obvykle vodu ve formě sprchového proudu aplikovaného výstřikovými koncovkami označovanými jako sprinklery. Hašení je možné i pěnou. Podle toho jsou sprinklerová zařízení vodní nebo pěno-vodní. Do činnosti se sprinklery uvádějí samočinně. Pouze ty, které se ohřejí na tzv. otevírací teplotu. Hlavní hasicí účinek je ochlazovací. Sprinklerové zařízení má kromě funkce hasit požár i funkci vyhlásit požární poplach v místě strojovny a na místě se stálou obsluhou.

Začátky sprinklerových zařízení spadají do 19. století, kdy po předcházejících zkušenostech s děrovaným potrubím, H. S. Parmelee dostal v roce 1875 patent na samočinný sprinkler, který předznamenal současné provedení sprinklerů. V Čechách se začala sprinklerová zařízení používat od začátku minulého století. Nejčastěji pro ochranu textilních závodů a mlýnů.

Sprinklerová ochrana má celosvětově vzestupný trend rozvoje. Důvody jsou zřejmé:

• Počet usmrcených vztažený na 1000 obyvatel je u sprinklerovaných budov o 83 % nižší než u nesprinklerovaných budov.
• Materiální škody jsou u sprinklerovaných budov s mokrou soustavou o 34 % až 77 % nižší než u nesprinklerovaných budov.
  Zdroj: US statistika 2004–2008. Pro EU nejsou relevantní data k dispozici.
• Sprinklerová SHZ jsou jedním z mála účinných opatření proti žhářství.
• Jsou šetrná k vodním zdrojům, přispívají ke snížení CO₂ a vytváří podmínky pro bezpečné a účinné nasazení jednotek PO.

Provedení

Obr. 1 Sprinklerové zařízení se suchou a mokrou soustavou
1–nádrž, 2–zkušební potrubí, 3–čerpací zařízení, 4–mokrá ventilová stanice, 5–suchá ventilová stanice, 6–hlavní uzavírací armatura suché soustavy, 7–tlaková nádoba, 8–zpožďovač s tlakovým spínačem dálkového poplachu, 9–sprinkler, 10–poplachový zvon, 11–tlakové spínače startování čerpacího zařízení

Sprinklerové zařízení sestává ze zařízení pro zásobování vodou, případně pěnotvorným roztokem, zásobování elektrickou energií, sprinklerových soustav opatřených na konci rozváděcích potrubí sprinklery a poplachového a monitorovacího zařízení. To průběžně monitoruje tlak vody a vzduchu, hladiny v nádržích, polohu uzavíracích armatur a další stavy. Příslušné signály „porucha“ a „požární poplach“ předává na místo se stálou obsluhou.

Sprinklerovou soustavou se má na mysli část sprinklerového zařízení zahrnující ventilovou stanici a k ní připojené potrubí se sprinklery a dalšími armaturami.

Podle provedení jsou sprinklerová zařízení se soustavou:

• mokrou – potrubí soustavy až ke sprinklerům je zavodněné vodou nebo nemrznoucí kapalinou;
• suchou – potrubí soustavy je natlakované vzduchem nebo dusíkem;
• smíšenou – podle ročního období lze soustavu změnit ze suché na mokrou a opačně;
• s předstihovým řízením typu A a B – jde v zásadě o soustavu suchou u níž se použije EPS k blokování otevření řídícího ventilu nebo k rychlému odvzdušnění soustavy;
• s opakovanou funkcí – soustava je opatřená řídím ventilem, který se samočinně otevírá a zavírá na základě signálu EPS. Možné je i použití samočinných sprinklerů reagujících na teplotu;
• pěno / vodní – navrhuje se k hašení požáru pěnou aplikovanou standardními sprinklery;
• speciální – např. s nuceným otevíráním sprinklerů nebo podřízených sekčních ventilů rozbuškou na základě signálu EPS.

Podle úrovně ochrany jsou sprinklerová zařízení s:

• úplnou ochranou – provedení těchto zařízení splňuje požadavky ČSN EN 12845 nebo jiných relevantních návrhových dokumentů – viz tab. 2;
• částečnou ochranou – jde o sprinklerová zařízení, která mají nižší úroveň zásobování vodou, jako jsou sprinklerová doplňková zařízení (sprinklerová DHZ), nebo je zásobování vodou zajištěno z cisternových automobilových stříkaček, což se týká sprinklerových polostabilních zařízení (sprinklerová PHZ).

Obr. 2 Otevření sprinkleru po dosažení otevírací teploty tepelné pojistky

Sprinklerové zařízení se uvádí do činnosti samočinně. Při požáru dojde k zahřátí tepelné pojistky sprinkleru na otevírací teplotu, což vede k prasknutí skleněné tepelné pojistky nebo roztavení tavné pojistky sprinkleru a otevření sprinkleru. To způsobí pokles tlaku v přívodním potrubí, otevření řídícího ventilu ventilové stanice a uvedení do činnosti zařízení pro zásobování vodou. Současně se uvádí do činnosti poplachový zvon a na místě se stálou obsluhou se signalizuje otevření ventilové stanice.

Obr. 3 Schéma mokré a suché soustavy

Sprinklerové zařízení se odstavuje z činnosti výlučně ručně, a to na pokyn velitele jednotky PO.

Sprinklerové zařízení se navrhuje i v provedení bez zásobování vodou. To zajišťují cisternové automobilové stříkačky. Toto provedení se označuje jako sprinklerové zařízení polostabilní. Prakticky jde o modifikované požární potrubí. Jeho výhodou je, že zvyšuje bezpečnost jednotek PO v podmínkách ztíženého zásahu. Pozn.: v tomto případě se nejedná o samočinné zařízení.

Hlavní komponenty

Sprinklery

Účelem sprinklerů je zajistit rovnoměrnou dodávku vody na chráněnou plochu o stanovené intenzitě. Ta je vyjádřená průtokem vody na jednotku plochy obvykle v l/min.m² nebo mm.min⁻¹. Průtok sprinkleru se vyjadřuje K faktorem (dále jen „K“), což je průtok v l/min při tlaku na sprinkleru 1 bar. Základní řada standardních sprinklerů má K = 57, K = 80 a K = 115. Sprinklery s vyšším K než 115 jsou určené především pro ochranu skladů.

Sprinklery jsou opatřené skleněnou nebo tavnou tepelnou pojistkou. Obvykle mají otevírací teplotou 68 °C, čemuž odpovídá červená barva kapaliny ve skleněné baňce. Vyrábí se i sprinklery s vyššími otevíracími teplotami.

Podle tepelné odezvy, která je vyjádřená indexem reakční doby RTI (Response Time Index), jsou sprinklery s tepelnou odezvou:

• rychlou RTI < 50
• speciální RTI 50–80
• standardní A RTI 80–200
• standardní B RTI 200–400 (350)

Sprinklery s rychlou tepelnou odezvou (reakcí na teplo) se označují „QR “ (Quick Response). Poznají se podle toho, že skleněná baňka má průměr cca 3 mm, zatímco sprinklery s pomalejší reakcí na teplo mají průměr 5 mm nebo 8 mm. Pokud je sprinkler QR opatřený tepelnou tavnou pojistkou tvoří jí tenké plíšky o relativně velké ploše. To umožní rychlejší ohřátí tepelné pojistky a tím i rychlejší otevření sprinkleru. Tepelnou pojistkou „QR“ se opatřují skladové sprinklery a sprinklery pro ochranu osob.

Doba otevření sprinkleru v reálné instalaci závisí zejména na výšce místnosti, vzdálenosti sprinkleru od stropu, konstrukci sprinkleru, druhu tepelné pojistky, rychlosti uvolňování tepla a provedení stropu. V případě vysokoregálových skladů záleží doba otevření sprinklerů na druhu skladované komodity, skladovém uspořádání, výšce skladování a výšce stropu. Pro představu, běžně se sprinkler otevře do 5 min. U pomalu se rozvíjejících požárů to může být 5–10 min, ale i více. Naopak, ve vysokoregálových skladech je to v důsledku komínového efektu jenom 30–120 s.

Obr. 4 Sprinklery s různou tepelnou odezvou a provedením tepelné pojistky

Obr. 5 Horizontální stranový sprinkler s prodlouženým dostřikem opatřený tavnou tepelnou pojistkou QR

Podle výstřikového tvaru a provedení sprinkleru má projektant k dispozici sprinklery sprejové, normální, suché, zapuštěné, polozapuštěné, zakryté, stranové, s prodlouženým dostřikem, bytové nebo speciální. Jako speciální se označují např. sprinklery určené pro ochranu vězeňských cel, které musí mít vysokou odolnost proti poškození nebo sprinklery otevírané pyropatronou a sprinklery samozavírací.

Podle způsobu instalace jsou sprinklery určené pro:

• stojatou,
• závěsnou nebo
• horizontální montáž.

Ventilové stanice a řídící ventily

Obr. 6 Mokrá ventilová stanice
1–mokrý řídící ventil, 2–hlavní uzavírací armatura soustavy, 3–armatura pro odvodnění soustavy, 4–armatura pro kontrolu funkce řídícího ventilu a poplachových zařízení, 5–zpožďovač, 6–poplachový zvon

Slouží k řízení dodávky vody do sprinklerové soustavy. Musí umožnit kontrolu tlaků a vyhlášení místního a vzdáleného požárního poplachu. Hlavní součástí každé ventilové stanice je řídící ventil.

Mokrá soustava je opatřená mokrým řídícím ventilem. Jeho hlavní funkcí je vyhlášení požárního poplachu po jeho otevření. Z tohoto důvodu se mnohdy označuje jako poplachový ventil. Jeho provedení je obdobné jako u zpětných klapek. Podle potřeby se opatřuje zpožďovačem, jehož účelem je omezit plané poplachy způsobené kolísáním tlaku v potrubí.

Obr. 7 Mechanická spojka potrubí

Složitější je provedení suchého řídícího ventilu, který odděluje přívodní zavodněné potrubí od potrubí soustavy naplněné tlakovým vzduchem nebo dusíkem. Suchý řídící ventil je obvykle jednotalířový diferenciální ventil s dvěma sedly s poměrem ploch pod tlakem vzduchu a vody min. 5:1. To znamená, že při tlaku vody v přívodním potrubí 10 bar stačí tlak vzduchu v suché soustavě 2,3–3 bar, aby byl talíř bezpečně přitlačován k sedlu ventilu. Suché řídící ventily jsou i v provedení s řídící komorou a talířem opatřeným jedním těsněním. Ventily americké provenience jsou opatřené pryžovou membránou.

Nevýhodou suchých soustav je delší doba potřebná k výstřiku vody ze sprinkleru. To má za následek hašení požáru v pokročilejším stádiu rozvoje, což se projevuje ve větším počtu otevřených sprinklerů. Ke zkrácení reakční doby se používají neelektrická a elektrická rychlootvírací zařízení, jako je urychlovač nebo rychloodvzdušňovač.

Sprinklerové zařízení s předstihovou soustavou nebo předstihovým řízením má za účel blokovat řídící ventil v zavřené poloze do doby než je potvrzen požár ústřednou EPS (typ A) nebo urychlit otevření ventilové stanice tam, kde se předpokládá rychlé šíření požáru (typ B). K řízení předstihových ventilů se obvykle používá EPS.

Soustavy s blokováním se používají v prostorech, kde je třeba předejít nežádoucímu výstřiku vody mechanickým poškozením sprinkleru. Například v knihovnách, archivech, mrazírenských skladech nebo skladech elektroniky.

Čerpadla

Ve sprinklerových zařízeních se používají požární odstředivá čerpadla, která musí splňovat vyšší požadavky na použité materiály než čerpadla standardní. V některých případech je výhodné použít čerpadla ponorná, tzv. „ponorky“. Jejich výhodou je, že u nich není nutné instalovat samočinné zavodňovací zařízení. Typická charakteristika Q/p sprinklerových čerpadel je na obr. 10. Pro spouštění čerpacích zařízení se obvykle používají tlakové spínače. Zapojují se do série a opatřují se zkušebním zařízením umožňujícím ověření jejich funkce. Čerpadlo se musí spustit při poklesu tlaku v přívodním potrubí o 20 % proti tlaku při uzavřeném řídícím ventilu soustavy. Jsou-li instalovaná dvě čerpadla, spouští se druhé čerpadlo nejpozději při poklesu tlaku o 40 %.

Čerpací zařízení se zastavuje ručně po prokazatelném uhašení požáru. Toto řešení je obvyklé v Evropě i USA. Samočinné systémy s opakovaným spouštěním a zavíráním přítoku vody do soustavy nebo samočinnou funkcí sprinklerů jsou výjimečné.

Pohon sprinklerových čerpadel je proveden elektromotorem nebo diesel motorem. Čerpací zařízení s elektropohonem je relativně jednoduché, což vytváří předpoklad vyšší spolehlivosti. Ta je závislá především na zásobování elektrickou energií. Pohon diesel motorem je cenově nákladnější a složitější. Pro případ neúspěšného automatického nastartování musí být k dispozici nouzové manuální startovací zařízení.

Potrubní rozvody a spojky potrubí

Potrubí je nejčastěji ocelové nebo plastové a u sprinklerových zařízení pro ochranu budov a rodinných domů obvykle měděné nebo plastové.

Podobně jako mechanické spojky se i plastové potrubí v Evropě objevilo s velkým časovým odstupem. Teprve bezpočet úspěšných zkoušek prolomil počáteční nedůvěru k použití plastovému potrubí ve sprinklerových instalacích. Zvítězila snadná montáž a absolutní odolnost proti korozi. Pod obchodní značkou Blaze Master CPVC (chlorovaný polyvinylchlorid) se začalo vyrábět v USA v roce 1984. V ČR se začalo používat plastové potrubí až po roce 2008. Nejčastěji je to polypropylénové potrubí Aquatherm red pipe, které je vhodné kromě jiného i k zalití do betonových stropů.

Tradiční spojování potrubí svařováním je již řadu let nahrazováno mechanickými spojkami. Ty podstatně zrychlují montáž a zlevňují instalační náklady. Vyrábějí se v široké škále rozměrů a typů s vnitřním průměrem 20 mm až 600 mm. Montují se na potrubí osazené na koncích drážkami.

Nádrže na vodu

Podle umístění jsou podzemní nebo nadzemní. Podzemní nádrže jsou obvykle betonové nebo plastové. Nádrže se opatřují plnícím zařízením s dvěma plovákovými uzávěry a přepadovým potrubím. Nadzemní venkovní nádrže musí být zajištěné proti zamrznutí vody např. ohřevem vody topnými tělesy, cirkulací ohřáté vody nebo mají tepelnou izolaci. Jsou podstatně levnější než nádrže podzemní. Z estetických důvodů se používají hlavně v průmyslových zónách.

Obr. 8 Čerpací zařízení s pohonem elektromotorem

Obr. 9 Strojovna s mokrými ventilovými stanicemi

Bibliografie

• [1] Rybář P., Sprinklerová zařízení, Edice SPBI SPEKTRUM č. 77, 2011
• [2] Rybář P., Stabilní hasicí zařízení vodní a pěnová, edice PKPO č. 1, 2015
• [3] Rybář P., Stabilní hasicí zařízení plynová, prášková, aerosolová a inertizační, provozuschopnost a hasicí účinnost SHZ, edice PKPO č. 2, 2016
• [4] Rybář P., Sprinklerová hasicí zařízení, Výzbrojna požární ochrany, 1993
• [5] Bryan J. L., Automatic sprinkler and standpipe system, 1990
• [6] W. Klein, J. Böke, Brandschutzanlagen,VdS Schadeverhütung Verlag, 2006
• [7] ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb – Všeobecné požadavky
• [8] NFPA 13:2016 Standard for the installation of sprinkler systems
• [9] FM 2-0:2014 Installation guidelines for automatic sprinklers
• [10] Firemní dokumentace TYCO, Skanska, Viking, Minimax, Victalulic
• [11] Referáty z konferencí VdS 2010, 2012, 2014
• [12] BASA, Sprinkler Yearbook 2011/12, 2013/2014, 2015/16
• [13] Vyhláška č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci), ve znění vyhlášky č. 221/2014 Sb.
• [14] Vyhláška č. 23/2008 Sb., o technických podmínkách požární ochrany staveb, ve znění vyhl. č. 268/2011 Sb.