ตามมาตรฐาน NFPA 20
แรงดันของปั๊มน้ำดับเพลิง (Pump Pressure) ต้องมากพอ สูงกว่าแรงเสียดทานของระบบ (System resistant) ต้องมีความดันที่จุดใช้งานต่างตามความต้องการของอุปกรณ์นั้นๆ เพื่อให้อุปกรณ์ดับเพลิงนั้นๆทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
แรงดันของปั๊มน้ำดับเพลิง (Pump Pressure) ตามมาตรฐาน NFPA 20 ซึ่งเป็นมาตรฐานสากลสำหรับการออกแบบและติดตั้งระบบปั๊มน้ำดับเพลิงชนิดอยู่กับที่ โดยใช้สูตรพื้นฐานทางฟิสิกส์ของของไหลในการหาค่าความดัน
Fire pump pressure curve (หรือ Pump Performance Curve) คือ กราฟแสดงความสัมพันธ์ทางวิศวกรรมระหว่าง อัตราการไหลของน้ำ (Flow Rate) และ แรงดันน้ำ (Pressure / Head) ของเครื่องสูบน้ำดับเพลิง ซึ่งใช้ตรวจสอบสมรรถนะ กำหนดจุดทำงาน ออกแบบแรงดันในท่อ และควบคุมค่าความดันเปิด-ปิดระบบ
ส่วนสำคัญในกราฟแรงดันปั๊มดับเพลิง
• Churn Pressure (Shut-off Head): แรงดันสูงสุดที่ปั๊มทำได้เมื่อไม่มีการใช้น้ำเลยหรือปิดวาล์วสนิท (Flow = 0)
• Rated Point (100% Flow): จุดพิกัดออกแบบตามมาตรฐาน ที่ปั๊มให้แรงดันและปริมาณน้ำตามที่ระบุไว้บนป้ายชื่อ (Nameplate)
• 150% Overload Point: จุดที่อัตราการไหลเพิ่มขึ้นถึง 150% ซึ่งแรงดันตามมาตรฐานสากล (เช่น NFPA 20) จะต้องไม่ต่ำกว่า 65% ของแรงดัน ณ จุดพิกัด
ประโยชน์และการนำไปใช้งาน
• ใช้ตั้งค่าแรงดัน Cut-in / Cut-out ของตัว Pressure Switch เพื่อสั่งให้ปั๊มหลักและปั๊มเสริม (Jockey Pump) ทำงานและหยุดทำงานได้อย่างถูกต้อง
• ใช้คำนวณหาค่าความดันสูงสุดที่อุปกรณ์และท่อในระบบดับเพลิงต้องทนได้ เพื่อป้องกันท่อแตกเสียหาย
• ใช้เป็นเกณฑ์มาตรฐานในการ ทดสอบประสิทธิภาพประจำปี (Performance Test / Acceptance Test) ว่าปั๊มเสื่อมสภาพหรือยังทำงานตรงตามสเปกโรงงานหรือไม่
สูตรการคำนวณ
P = ρ × g × H
โดยที่แต่ละตัวแปรมีความหมายดังนี้
- P (Pressure) = ความดัน มีหน่วยเป็นปาสกาล (Pa) คือแรงที่น้ำกระทำต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่
- ρ (Water Density) = ความหนาแน่นของน้ำ มีหน่วยเป็น กก./ลบ.ม. (สำหรับน้ำจืดประมาณ 1000 กก./ลบ.ม.)
- g (Gravity) = ค่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (ประมาณ 9.81 ม./วินาที²)
- H (Pump Head) = ความสูงที่ปั๊มสามารถส่งน้ำขึ้นไปได้ หรือแรงดันไดนามิกรวมของระบบ มีหน่วยเป็นเมตร
การคำนวณ
กำหนดค่า
● ความหนาแน่นของน้ำ (ρ) = 1000 กก./ลบ.ม.
● แรงโน้มถ่วง (g) = 9.81 ม./วินาที²
● ความสูงหัวปั๊ม (H) = 60 เมตร
วิธีคำนวณ
P = ρ × g × H = 1000 × 9.81 × 60 = 588,600 Pa
ผลลัพธ์
P = 588.6 kPa
แนวคิดเรื่องแรงดันปั๊ม
ปั๊มน้ำจะสร้างแรงดันเพื่อเอาชนะแรงต้านทานในระบบท่อและส่งน้ำไปยังจุดที่ต้องการตามอัตราการไหล (Flow Q) ที่กำหนด โดยมีความสัมพันธ์ระหว่าง Head (H) และ Flow (Q) เป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของปั๊ม
หน่วยความดันที่ใช้ทั่วไป
| หน่วย | ค่าเทียบเท่า |
| 1 Pa | 1 N/m² |
| 1 kPa | 1,000 Pa |
| 1 bar | 100,000 Pa |
| 1 psi | 6,894.76 Pa |
| 1 MPa | 1,000,000 Pa |
การแปลงหน่วย 588,600 Pa = 588.6 kPa = 5.886 bar = 85.3 psi
ช่วงความสูงหัวปั๊มตามลักษณะการใช้งาน
| ประเภทระบบ | ความสูงหัวปั๊มทั่วไป (เมตร) |
| ระบบสปริงเกอร์ (Sprinkler Systems) | 30 – 80 ม. |
| ระบบท่อยืน (Standpipe Systems) | 40 – 100 ม. |
| หัวรับน้ำดับเพลิง (Fire Hydrant Systems) | 20 – 60 ม. |
| ระบบโฟม (Foam Systems) | 20 – 80 ม. |
| ระบบดับเพลิงแบบฝนตก (Deluge Systems) | 50 – 150 ม. |
ปัจจัยที่ส่งผลต่อแรงดันปั๊ม
- ระดับความสูงของอาคาร และจุดใช้งาน
- การสูญเสียแรงเสียดทานในท่อ
- การสูญเสียแรงเสียดทานในท่อ ข้อต่อ วาล์ว และอุปกรณ์ต่างๆ
- ข้อกำหนดของหัวฉีดและทางออกของน้ำ
- เส้นโค้งประสิทธิภาพของปั๊มตามกราฟสมรรถนะของปั๊ม
ข้อควรปฏิบัติ
- การออกแบบและติดตั้งต้องเป็นไปตามมาตรฐาน NFPA 20
- ต้องมั่นใจว่าแรงดันปั๊มเพียงพอต่อความต้องการของระบบทั้งหมด
- ต้องทดสอบและบำรุงรักษาระบบอย่างสม่ำเสมอเพื่อความน่าเชื่อถือ
- ห้ามออกแบบปั๊มให้มีขนาดต่ำกว่าที่ระบบต้องการ ไม่เล็กและไม่ใหญ่เกินไป
