เมื่อทำการออกแบบปั๊มดับเพลิง มีปัจจัยหลายประการที่ต้องคำนึงถึง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทำตามให้ได้มาตรฐาน NFPA 20
สิ่งที่ต้องเรียนรู้
- ข้อกำหนดและการควบคุมการออกแบบปั๊มดับเพลิง ตาม NFPA 20
- เรียนรู้วิธีการเลือกขนาดปั๊มดับเพลิงให้เหมาะสม
- เข้าใจความแตกต่างระหว่างรูปแบบของปั๊มดับเพลิงแต่ละประเภท
- เข้าใจความแตกต่างของต้นทุนระหว่างรูปแบบของปั๊มและตัวควบคุม (Controller)
- เข้าใจการเลือก การออกแบบและติดตั้งระบบ เพื่อความใว้ใจได้ (Reliability) ของระบบ ประหยัดค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและเดินเครื่อง และมีความปลอดภัย
NFPA 20 คือมาตรฐานการออกแบบและติดตั้งปั๊มน้ำแบบประจำที่สำหรับการป้องกันอัคคีภัย
มาตรฐานนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อปกป้องชีวิตและทรัพย์สิน โดยกำหนดข้อกำหนดการติดตั้งปั๊มดับเพลิง เพื่อให้มั่นใจว่าระบบจะสามารถจ่ายน้ำได้อย่างเพียงพอและเชื่อถือได้ในกรณีเกิดเพลิงไหม้
ระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิง (Fire sprinkler system) เป็นองค์ประกอบที่สำคัญต่อความปลอดภัยของชีวิตในอาคาร ตามมาตรฐานขององค์กรการก่อสร้างอาคารสากล (International Building Code) อนุญาตให้มีข้อยกเว้นหลายประการหากอาคารติดตั้งระบบหัวกระจายน้ำทั่วทั้งอาคาร เช่น การลดระยะห่างของผนังกันไฟ การลดความต้องการแรงดันน้ำจากหัวดับเพลิงภายนอก การเพิ่มระยะทางอพยพ และการเพิ่มความสูงและพื้นที่อาคาร โดยมีเงื่อนไขว่าระบบจะสามารถควบคุมเพลิงให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยจนเจ้าหน้าที่ดับเพลิงมาถึง
ในหลายกรณี แรงดันของระบบน้ำประปาในเมืองอาจเพียงพอในการขับเคลื่อนระบบดับเพลิง แต่หากแรงดันไม่เพียงพอ จะต้องติดตั้งปั๊มดับเพลิง เพื่อสร้างแรงดันที่จำเป็น
ปั๊มดับเพลิงต้องผ่านการทดสอบสมรรถนะตามความต้องการของ NFPA 20
การเลือกขนาดของปั๊มดับเพลิง
ขนาดของปั๊มดับเพลิงถูกกำหนดโดยพื้นที่ที่มีความต้องการด้านไฮดรอลิกสูงสุดของระบบดับเพลิง ตัวอย่างเช่น ในอาคารสูง อาจเป็นระบบท่อดับเพลิงแบบแสตนด์ไปป์ (Standpipe) ที่ต้องการ 500 แกลลอนต่อนาที (gpm) ที่แรงดัน 100 psi บริเวณปลายสุดของท่อ และเพิ่ม 250 gpm ต่อท่อเพิ่มเติมแต่ไม่เกิน 1,000 gpm สำหรับระบบเปียก หรือ 1,250 gpm สำหรับระบบแห้ง
ในอาคารที่ไม่ใช่อาคารสูง พื้นที่ที่มีความเสี่ยงสูงสุดอาจแตกต่างกันไป จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ความเสี่ยงของอาคารก่อนเลือกขนาดของปั๊ม
ตัวอย่างการออกแบบสถานการณ์ อาคารสำนักงานทางการแพทย์สูง 5 ชั้น พร้อมชั้นใต้ดินบางส่วน ความสูงรวม 69 ฟุต พื้นที่แต่ละชั้นประมาณ 18,000 ตารางฟุต อาคารสร้างจากวัสดุไม่ติดไฟ (Type II-B) มีห้องเก็บออกซิเจนที่ล้อมด้วยผนังกันไฟ 2 ชั่วโมง พื้นที่โหลดภายนอกต้องการความหนาแน่น 0.20 gpm และเพิ่ม 30% สำหรับพื้นที่แห้งเนื่องจากความเสี่ยงจากน้ำแข็ง
พื้นที่ที่ต้องการแรงดันสูงสุดคือห้องเครื่องบนชั้นห้า ถึงแม้ความหนาแน่นเพียง 0.15 gpm แต่ต้องการแรงดันสูงเพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วง น้ำต้องไหลจากด้านล่างขึ้นบน
การคำนวณเบื้องต้นพบว่าแรงดันที่ต้องการคือ 90 psi
เมื่อคำนวณความต้องการของระบบแล้ว ต้องนำข้อมูลจาก การทดสอบแรงดันน้ำล่าสุดของปั๊ม (อายุไม่เกิน 12 เดือน) มาพิจารณาร่วมด้วย ตัวอย่างผลการทดสอบปั๊มความดันคงที่ 54 psi จะมีความดันเหลือ 48 psi ที่การไหลที่ 940 gpm
เมื่อรวมกับความต้องการน้ำนอกอาคาร 250 gpm พบว่าจะมีแรงดันน้ำจากแหล่งประปาที่ไหล 630 gpm ที่ความดันเหลือเพียงประมาณ 49 psi
ดังนั้นจึงต้องเลือกปั๊มที่สามารถสร้างแรงดันประมาณ 51 psi เพื่อเติมเต็มความต้องการที่เหลือจากแหล่งน้ำประปาในเมือง โดยทั่วไป ปั๊มขนาด 400 gpm ที่แรงดัน 56 psi ก็เพียงพอและคุ้มค่า
ในอาคารสูงมากอาจต้องติดตั้งปั๊มแบบต่ออนุกรม (Series) ได้สูงสุด 3 ตัวตาม NFPA 20
การเลือกประเภทของปั๊ม
ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของอาคารและพื้นที่ติดตั้ง ตัวเลือกหลักมีดังนี้
- มอเตอร์ไฟฟ้า: ต้องใช้ไฟฟ้าแรงสูง 460V ขึ้นไป
- ปั๊มเครื่องยนต์ดีเซล: ใช้เมื่อไม่มีไฟฟ้าเพียงพอ ต้องมีถังน้ำมันเชื้อเพลิงพร้อมพื้นที่เผื่อขยายตัว และระบ บระบายไอเสีย
- ปั๊มขนาดเล็ก (End suction) : ขนาดเล็ก โฟลวไม่มาก
- ปั๊มแนวตั้ง (Vertical In-Line) : ขนาดกะทัดรัด ติดตั้งง่าย
- ปั๊มแนวตั้ง (Vertical turbine) : มีขนาดใหญ๋ ใช้พื้นที่ขนาดใหญ่ และโรงงานขนาดใหญ่
- ปั๊ม Horizontal Split Case: ต้องติดตั้งบนพื้นคอนกรีต ดูแลซ่อมแซมง่าย
แรงดันของปั๊มดับเพลิง
ค่ารวมของแรงดัน (Total Head) ประกอบด้วยแรงดันจากฝั่งดูดและแรงดันขาออก ปั๊มจะมีจุดพิจารณาดังนี้
- Performance test: ตาม NFPA 20
- Shut-off (ไม่มีน้ำไหล): แรงดันสูงสุดที่เรียกว่า churn pressure
- Rated Point: แรงดันและปริมาณที่ปั๊มควรทำได้ที่ 100%
- Overload: ปริมาณที่มากกว่า 150% ซึ่งไม่ควรใช้งานเกินจุดนี้
ตัวอย่าง: ปั๊ม 400 gpm ที่ 56 psi สามารถจ่ายน้ำได้ 600 gpm ที่แรงดัน 36 psi
ในกรณีน้ำที่ต้องการ 507 gpm ที่ 65 psi พบว่าปั๊มสามารถสร้างแรงดัน 47 psi และเมื่อรวมกับแรงดันน้ำประปาของเมือง จะได้ 95 psi ซึ่งก็เพียงพอ
ตัวควบคุม (Controller)
- ต้องใช้แหล่งพลังงานที่มีความต่อเนื่อง (เช่น Multi source, UPS หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง)
- ตัวควบคุมอาจมี ATS (Automatic Transfer Switch) สำหรับสลับไฟอัตโนมัติ
- ควบคุมแบบ Soft-start จะช่วยลดขนาดของเครื่องปั่นไฟได้
- แบบพื้นฐานคือ “A cross-the-line” (ต้นทุนต่ำสุด)
การออกแบบระบบท่อ
- วาล์วแบบ OS&Y (Outside Screw & Yoke) ต้องติดตั้งในท่อดูดห่างจากหน้าแปลนปั๊มไม่เกิน 50 ฟุต
- อุปกรณ์กันย้อนกลับ (Backflow Preventer): ติดตั้งห่างจากปั๊มไม่น้อยกว่า 10 เท่าของขนาดท่อ หากใช้วาล์วแบบผีเสื้อ ต้องห่าง 50 ฟุต
- ท่อบายพาส: ต้องติดตั้งเมื่อแรงดันน้ำเมืองเพียงพอ
- Flowmeter Bypass: ใช้สำหรับการทดสอบปั๊มโดยไม่ปล่อยน้ำทิ้ง
ห้องปั๊มดับเพลิง
- ควรอยู่ติดผนังนอกอาคาร เพลิงจะลามเข้าไม่ถึง และสูงกว่าระดับน้ำท่วม
- ต้องมีผนังกันไฟอย่างน้อย 2 ชั่วโมงสำหรับอาคารสูง หรือ 1 ชั่วโมงในอาคารที่มีสปริงเกลอร์ครบถ้วน
- เว้นระยะรอบปั๊มอย่างน้อย 12 นิ้ว และเว้นช่องทางเข้าอย่างน้อย 3 ฟุต
- ห้ามใช้ระบบอื่นร่วมกับห้องปั๊ม ยกเว้นระบบน้ำใช้
- ระบายอากาศได้ดี
- ระบบน้ำหล่อเย็น ระบบไฟฟ้าต้องปลอดภัยจากเพลิงลามถึง
- ทางเข้าออกสดวกและปลอดถัย