Hệ thống chữa cháy Sprinkler là gì? Nguyên tắc hoạt động của hệ thống Sprinkler như thế nào?

Hệ thống chữa cháy Sprinkler là gì?

Hệ thống chữa cháy Sprinkler là hệ thống dùng để chữa cháy sử dụng đầu phun kín luôn được đặt ở chế độ thường trực, các đầu phun sẽ chỉ làm việc khi nhiệt độ môi trường tại nơi đó đạt đến một giá trị kích hoạt chữa cháy nhất định. Vì vậy nên hệ thống chữa cháy Sprinkler sẽ là hệ thống có khả năng chữa cháy theo điểm (chữa cháy cục bộ) dựa trên một diện tích bảo vệ nhất định.

Hệ thống chữa cháy sprinkler sẽ được sử dụng để chữa cháy cho các cơ sở có mức độ nguy cơ cháy khá thấp, nguy cơ cháy trung bình. Đặc điểm chủ yếu của hệ thống này đó là trong đường ống luôn chứa đầy nước và được duy trì chính xác ở một áp lực nhất định dựa theo tính toán (áp lực đó sẽ có thể được duy trì bằng cách bơm bù hoặc bể nước đang có khí nén).

Thông thường thì hệ thống Sprinkler là hệ thống chữa cháy tự động chạy bằng nước. Với đầu phun kín Spinkler luôn đặt ở chế độ thường trực, thiết bị sẵn sàng hoạt động ngay khi mà phần nhiệt độ tại đó đạt tới ngưỡng làm việc nhất định.

Đầu phun Sprinkler thường có rất nhiều loại khác nhau. Nhưng chủ yếu tất cả đều được thiết kế dựa trên các thành phần: thân, bộ cảm ứng với nhiệt (thủy ngân), nút chặn, tấm dẫn đường … Lượng nước sẽ được phun ra còn phụ thuộc vào thiết kế của hệ thống. Tuy nhiên, phần lớn đối với các đầu phun tự động Sprinkler thì nước phun được khoảng 80-100 lít/phút. Chỉ có riêng một số loại Sprinkler có thiết kế đặc biệt hơn thì phun được 400 lít/phút.

Đặc điểm của hệ thống chữa cháy Sprinkler là đường ống luôn chứa đầy nước. Được duy trì ổn định ở một áp lực nhất định theo tính toán riêng của các kỹ sư thiết kế.

Nhược điểm của hệ thống dùng để chữa cháy tự động Sprinkler chính là mỗi đầu phun Sprinkler chỉ chữa cháy được ở trên một diện tích nhất định. Vì vậy nên các đầu phun thường được sắp xếp gần nhau trên một phạm vi lớn.

Cấu tạo của toàn bộ hệ thống chữa cháy Sprinkler

Trung tâm điều khiển

Có nhiệm vụ:

• Nhận các tín hiệu đến từ các thiết bị như: công tắc áp lực, công tắc của dòng chảy, tủ trung tâm báo cháy tự động…
• Điều khiển các loại máy nén khí, máy bơm, các thiết bị chữa cháy làm việc.

Đầu phun sprinkler

Có chức năng:

• Vừa là một loại cảm biến nhiệt vừa là một đầu phun nước.
• Đầu phun là loại luôn kín, nhạy cảm với nhiệt độ và chỉ mở ở nhiệt độ nhất định.
• Diện tích làm việc của các đầu phun thường từ: 9 – 12 m2.

Máy bơm chữa cháy

• Cung cấp đủ nước chữa cháy cho hệ thống vòi phun thông qua các đường ống khi hệ thống làm việc.
• Đặc trưng chính của máy bơm này chính là: Lưu lượng nước và cột áp suất cần thiết.
• Thực tế hay dùng các loại bơm ly tâm do dễ sử dụng, hiệu suất làm việc và độ tin cậy cao.

Cụm van, công tắc của dòng chảy, công tắc áp lực

Cho nước chảy qua khi phần đầu phun làm việc, tạo tín hiệu truyền ngay về trung tâm điều khiển, kiểm tra áp lực làm việc của hệ thống.

Bình tích áp

• Thường sẽ là các bình nước có khí nén và có nhiệm vụ giúp bù nước đảm bảo cho áp suất thường trực và để cấp nước chữa cháy.
• Nước trong bình sẽ không quá 75% thể tích. Phần còn lại chính là khí nén được tạo bởi máy nén khí, áp suất trong bình sẽ không quá 10at.
• Thông thường phần thể tích bình từ 0,5 – 1 m3.

Cấu tạo cơ bản của một đầu phun hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler

Đầu phun Sprinkler là một loại đầu phun nước tỏa đều lên trên khu vực cháy. Mỗi loại đầu phun hệ thống khác nhau được thiết kế làm việc ở mỗi một ngưỡng hoạt động riêng và kiểu đầu phun theo các loại cấu trúc của thân đầu phun. Có rất nhiều loại đầu phun nước, nhưng phần lớn sẽ vẫn dựa trên các thành phần sau:

Thân đầu phun

Tạo nên phần cấu trúc cho đầu phun, chịu đựng được áp lực nước ở trong đường ống phun ra. Thân sẽ giữ bộ cảm ứng nhiệt và một nút chặn để làm kín nước, nâng đỡ phần tấm lá dẫn hướng phun nước. Được chế tạo ra bằng đồng thau hoặc bằng thép mạ crôm để chống gỉ. Chọn được đúng kiểu phần thân đầu phun phụ thuộc vào diện tích khu vực đang cần chữa cháy.

Chốt chặn

Tác dụng để chặn và để làm kín không cho nước rò rỉ ra ngoài. Được các bộ cảm ứng nhiệt chặn lại không cho nước phun ra. Khi các bộ cảm ứng hoạt động ( bể vỡ hay đứt …) chốt chặn cũng sẽ rơi ra. Và nước trong đường ống sẽ được phun ra ngoài, dập tắt đám cháy.

Bộ cảm ứng nhiệt

Là thành phần giúp kiểm soát nhiệt độ để phun nước. Ở mức nhiệt độ bình thường, bộ cảm ứng cũng sẽ chặn giữ chốt chặn lại làm kín nước. Khi phần nhiệt độ cao đạt đến ngưỡng hoạt động nhất định của bộ cảm ứng sẽ giải phóng làm rơi chốt chặn ra. Thông thường thì bộ cảm ứng nhiệt sử dụng là bầu thủy tinh có chứa thủy ngân.

Tấm dẫn hướng

Được lắp đặt ở trên thanh đầu phun đối diện với nút chặn nơi mà phần nước sẽ phun ra ngoài. Nhiệm vụ của tấm dẫn hướng chính là chia đều dòng nước phun. Và giúp tỏa rộng ra trên bề mặt diện tích chữa cháy. Tấm dẫn hướng sẽ giúp quyết định kiểu lắp của đầu phun bởi hướng và góc phun. Các kiểu lắp đặt thông thường của đầu phun là quay lên, quay xuống và để quay ngang. Việc lắp đặt các đầu phun Sprinkler phải theo đúng như thiết kế. Việc lựa chọn được kiểu đầu phun phải dựa theo đúng kiến trúc của tòa nhà.

Phân loại các hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler

Hệ thống ướt (Wet Pipe System)

Hệ thống chữa cháy Sprinkler ướt (Wet Pipe Systems) là hệ thống mà các đường ống luôn có chứa sẵn nước và được kết nối đến với nguồn nước cung cấp. Nhờ đó nước sẽ phun ra ngay lập tức khi mà đầu phun Sprinkler được kích hoạt bởi nhiệt độ của các đám cháy. Do các thiết bị của hệ thống đơn giản và rất dễ dàng sử dụng nên hệ thống Sprinkler ướt đã được ứng dụng rộng rãi hơn so với các hệ thống khác.

Hệ thống khô (Dry Pipe System)

Hệ thống chữa cháy Sprinkler khô được sử dụng hiện nay trong đường ống sẽ không có nước. Mà sẽ thay bằng không khí hay Nitrogen nén. Khi đầu phun Sprinkler kích hoạt hoạt động bởi nhiệt độ của đám cháy, khí bên trong sẽ thoát ra qua đầu phun làm giảm áp lực mở van hệ thống khô. Cho phép phần nước chảy vào hệ thống đường ống và đi đến đầu phun đã mở.

Hệ thống khô thường được sử dụng cho những khu vực mà hệ thống ướt không thể đáp ứng được như những nơi nhiệt độ có thể gây ra đóng băng nước. So với các hệ thống ướt đòi hỏi phức tạp hơn về mặt thiết kế, lắp đặt, bảo dưỡng cũng như hệ thống giúp duy trì khí nén.

Hệ thống xả tràn (Deluges system)

Hệ thống xả tràn sẽ được sử dụng ở những nơi đòi hỏi cần một lượng nước lớn được phun ra. Nhằm nhanh chóng kiểm soát tốt được đám cháy trên một phạm vi rộng, không cho các đám cháy lan truyền đi. Van xả tràn có thể nhanh chóng kích hoạt động bằng hệ thống điện, khí nén hay phần áp lực nước.

Bố trí sắp xếp cho phần đường ống của hệ thống xả tràn cũng giống như cả hai hệ thống đường ống ướt và khô nhưng có hai điểm khác biệt rất lớn :

• Sử dụng tốt các đầu phun Sprinkler theo tiêu chuẩn, nhưng mà các đầu phun này không có nút chặn và luôn mở. Bởi vì do yếu tố kích hoạt cảm ứng nhiệt của đầu phun bởi các nhiệt độ của đám cháy đã loại bỏ. Vì vậy khi bạn van xả tràn mở ra, nước chảy vào hệ thống của đường ống và đi đến tất cả các đầu phun hiện đã mở, phun nước ra cùng một lúc.
• Van xả tràn cũng luôn luôn đóng và chỉ mở khi đã được kích họat do hệ thống báo cháy lắp riêng rẽ độc lập ở trong cùng khu vực với hệ thống đầu phun Sprinkler mở.

Hệ thống kích họat trước (Pre-Action Sprinkler system)

Hệ thống kích họat trước cũng cấu tạo giống như hệ thống Sprinkler xả tràn ngoại trừ là sử dụng các đầu phun Sprinkler kín. Hệ thống này sẽ thích hợp cho những nơi chứa các thiết bị vật phẩm nào có giá trị. Hay những nhà kho mà phần không gian làm ảnh hưởng đến tính hoạt động hiệu quả của các đầu phun như dễ va đập gây hư hỏng đầu phun. Van của toàn hệ thống kích hoạt trước luôn luôn đóng. Chỉ mở ra khi được kích hoạt do hệ thống báo cháy lắp ở chỗ riêng rẽ độc lập.

Hệ thống báo cháy sẽ nhanh chóng kích hoạt mở van kích hoạt trước, để cho nước đi vào trong hệ thống đường ống. Nước lúc này vẫn chưa phun ra từ đầu phun cho đến khi nhiệt độ kích hoạt cho đầu phun được mở ra và phun nước ra ngoài. Hoạt động của đầu phun lúc này của van kích hoạt trước giống như kiểu của loại hệ thống Sprinkler ướt.

Hệ thống kết hợp hồng thủy (Deluges System)

Hệ thống sprinkler đang dùng các đầu sprinklers mở sẵn được gắn vào trong một nguồn nước qua một van. Van đó sẽ nhanh chóng được mở do sự kích hoạt của một hệ thống báo cháy đã được lắp đặt tại cùng những vị trí có đặt đầu sprinkler. Khi van này được mở ra, nước sẽ chảy vào hệ thống đường ống, và rồi sau đó phun nước ra qua tất cả các sprinklers đã được lắp đặt.

Hệ thống kết hợp hồng thủy – được kích hoạt trước (Combine Dry Pipe-Preaction System)

Hệ thống sprinkler hiện có các đầu sprinklers tự động được gắn vào hệ thống đường ống đang có chứa không khí, có áp lực. Và có một hệ thống để dò cháy bổ sung được lắp đặt tại cùng những vị trí có đặt các đầu sprinkler. Khi hệ thống dò báo cháy kích hoạt, nó sẽ kích các thiết bị nhả.

Và rồi thiết bị nhả ra này sẽ mở các (dry pipe valves) cùng lúc mà sẽ không mất áp lực không khí trong hệ thống. Việc kích hoạt được hệ thống báo cháy cũng làm mở các van xả khí đặt ở các điểm cuối của (feed main). Các van xả khí, thông thường thì, sẽ được mở trước khi mà các đầu sprinkler mở. Hệ thống dùng để dò cháy đồng thời cũng hoạt động được như một hệ thống báo động….”.

Tiêu chuẩn để thiết kế hệ thống chữa cháy Sprinkler

Các tiêu chuẩn tham khảo cho  thiết kế hệ thống đầu phun Sprinkler

• NFPA 13: Tiêu chuẩn thiết kế và các tiêu chuẩn lắp đầu phun sprinkler và hệ thống chữa cháy Sprinkler
• NFPA 13D: Lắp đặt hệ thống chữa cháy Sprinkler ở trong nhà ở một và hai gia đình và khu nhà sản xuất
• NFPA 13R: Lắp đặt hệ thống chữa cháy Sprinkler ở trong khu dân cư với chiều cao bốn tầng trở lên
• NFPA 20: Tiêu chuẩn cho việc lắp đặt các loại máy bơm cố định
• Bộ tiêu chuẩn TCVN 6305 (ISO 6182): Phòng cháy, chữa cháy cho các hệ thống chữa cháy nước Sprinkler tự động.
• Tiêu chuẩn 7336-2003: Hệ thống chữa cháy Sprinkler phun tự động.
• TCVN 5040 – 1990: Thiết bị phòng cháy và thiết bị chữa cháy – Kí hiệu hình vẽ dùng ở trên sơ đồ phòng cháy – Yêu cầu kĩ thuật
• TCVN 5760 – 1993: Hệ thống để chữa cháy – Yêu cầu chung về việc thiết kế, lắp đặt và sử dụng

Yêu cầu về việc thiết kế các hệ thống đầu phun Sprinkler

Đặc điểm nhận dạng phần đầu phun

Để nhận dạng được phần đầu phun chúng ta thường dựa vào các thông số về hoạt động của nó. Ví dụ như dựa vào các phần: Hệ số phun, kích thước đường ren…

Để nắm rõ hơn về vấn đề này hãy tham khảo một số thông số nhận dạng đầu phun ở bảng sau:

Áp lực làm việc:

• Áp lực làm việc tối đa là khoảng 175 psi (12.1 bar) đối với các bộ phận được lắp đặt trên mặt đất và 150 psi (10.4 bar) đối với các bộ phận được lắp đặt dưới lòng đất (đường hầm).
• Áp lực làm việc tối thiểu sẽ là 7 psi (0.5 bar)
• Khu vực bảo vệ bất kỳ của một đầu phun không vượt quá 400 ft2 (36m2).

Yêu cầu thiết kế cụ thể đối với một đầu phun tiêu chuẩn hướng lên, hướng xuống

• Khu vực bảo vệ tối đa là khoảng 225 ft2 (21 m2)
• Khoảng cách giữa 2 đầu phun kiểu sprinkler tối đa phụ thuộc khu vực và cũng tuân theo bảng bên dưới:

Khoảng cách tối đa giữa hai phần Đầu phun Sprinkler

• Khoảng cách giữa 2 đầu phun tối thiểu sẽ là 1.8m
• Khoảng cách giữa đầu phun và vách tường không vượt quá một nửa so với phần khoảng cách tối đa giữa hai đầu phun.
• Khoảng cách giữa 2 đầu phun và tường sẽ ít nhất 4 inch (102 mm) từ tường
• Điều chỉnh các tấm định hướng
• Tấm định hướng của phần đầu phun được cân chỉnh song song với trần nhà, phần mái nhà hoặc độ nghiêng cầu thang. Trường hợp đặc biệt riêng biệt khác theo quy định NFPA 13.

Vật cản ảnh hưởng việc phun, xả nước của đầu phun

Các đầu phun cần được lắp đặt với vật cản tuân thủ các yêu cầu sau:

• Các đầu phun được phép lắp đặt cách cạnh đối diện của vật cản có chiều rộng sẽ không vượt quá 4ft (1.2 m), khoảng cách giữa phần đầu phun và vật cản không quá một nữa khoảng cách đã được cho phép giữa các đầu phun với nhau
• Trường hợp mà các vật cản nằm trên tường có chiều rộng không vượt quá khoảng 30 in (762 mm) phải được lắp đặt bảo vệ.
• Trường mà hợp các vật cản nằm trên tường có chiều rộng là không vượt quá 24 in (609 mm) phải được lắp đặt bảo vệ.
• Các đầu phun cần lắp cách vật cản ít nhất gấp 3 lần khoảng cách tối đa
• Khoảng cách tối đa của vật cản cần không vượt quá 24 in (609 mm)

Nguyên lý làm việc hệ thống chữa cháy Sprinkler

Bình thường trong mạng lưới đường ống luôn được duy trì trong một áp lực làm việc cụ thể, áp lực này có được là do bơm bù tạo ra. Do các điều kiện khách quan, luôn luôn có sự thất thoát nước đến từ mạng đường ống về nguồn cấp nước do độ kín các van. Khi đó thì áp lực trong hệ thống sẽ giảm chậm đến giá trị của ngưỡng áp lực khởi động của công tắc gây áp lực điều khiển bơm bù làm việc tạo tín hiệu của điện truyền về tủ trung tâm điều khiển, trung tâm điều khiển sẽ giúp điều khiển các rơle cấp điện cho bơm bù hoạt động bù vào phần lượng nước bị hao hụt trên đường ống, đồng thời cũng sẽ tạo ra tín hiệu báo chế độ làm việc của bơm bù.

Khi áp lực ở trong đường ống đạt đến giá trị áp lực làm việc ban đầu, công tắc áp lực sẽ đạt ngưỡng ngắt, tạo tín hiệu điện và truyền về trung tâm điều khiển và qua các rơ le sẽ cắt đi nguồn điện cung cấp cho bơm bù, bơm bù tự ngắt.

Khi nhiệt độ tại nơi có cháy tăng lên và đạt đến mức nhiệt độ kích hoạt của đầu phun nước Sprinkler, đầu phun Sprinkler sẽ được kích hoạt và sau đó nước trong đường ống dưới áp lực qua phần đầu phun sẽ phun vào đám cháy, khi đó bơm bù sẽ làm việc.

Do lưu lượng nước chữa cháy lớn, áp lực trong hệ thống giảm rất nhanh, bơm bù sẽ làm việc nhưng không bù đủ lượng nước chữa cháy, nên các áp lực trong hệ thống đường ống tiếp tục giảm. Khi mà áp lực nước trong đường ống giảm đến mức ngưỡng làm việc được của công tắc áp lực điều khiển bơm chữa cháy, khi đó thì công tắc áp lực của máy bơm để chữa cháy sẽ làm việc, thông qua các trung tâm điều khiển sẽ khởi động máy bơm giúp chữa cháy hoạt động tiếp tục cấp nước tốt cho hệ thống chữa cháy.

Đồng thời, trung tâm điều khiển cũng sẽ điều khiển rơle ngắt điện bơm bù, máy bơm bù cũng sẽ không làm việc. Song song đó, trung tâm điều khiển nhanh chóng phát các tín hiệu báo động và báo trạng thái làm việc cho các bơm.

Trong trường hợp mà máy bơm chữa cháy chính không hoạt động vì bị hư hỏng thì sau một thời gian nhất định, trung tâm điều khiển phần chữa cháy tự động sẽ điều khiển rơle khởi động các máy bơm chữa cháy dự phòng hoạt động cung cấp nước đầy đủ cho quá trình chữa cháy.

Bài viết đã cung cấp những thông tin quan trọng cần biết về hệ thống chữa cháy Sprinkler. Hi vọng bạn đọc đã nắm bắt và tìm được những thông tin hữu ích mà mình đang quan tâm và sử dụng hệ thống chữa cháy hiệu quả để bảo vệ an toàn cho bản thân và cộng đồng.