Спринклерное пожаротушение: принцип работы и отличия от дренчерных систем

Спринклерное пожаротушение - это автоматическая система, которая подаёт воду непосредственно в зону пожара без необходимости вручную включать оросители. Её можно встретить в торговых центрах, складах, офисах, производственных зданиях, паркингах и других помещениях, где важно обнаружить локальный перегрев и быстро начать тушение.

Главная особенность такой системы заключается в том, что при пожаре обычно срабатывают не все оросители сразу. Каждый спринклер реагирует на температуру рядом с собой и открывается только тогда, когда нагрев достигает заданного значения. Поэтому небольшой очаг возгорания может привести к включению одного или нескольких ближайших оросителей, пока остальные продолжают оставаться закрытыми.

Разберём, что представляет собой спринклерная система пожаротушения, из каких элементов она состоит, как температура открывает спринклерный ороситель и почему принцип её работы сильно отличается от привычных сцен из фильмов, где одновременно начинает литься вода со всего потолка.

Что такое спринклерная система пожаротушения и из чего она состоит

Спринклерная система пожаротушения представляет собой сеть трубопроводов с установленными на них автоматическими оросителями. Трубы прокладываются по защищаемым помещениям таким образом, чтобы при возгорании вода могла попасть в нужную область через ближайшие спринклеры.

В отличие от обычной пожарной сигнализации, которая прежде всего обнаруживает признаки пожара и подаёт предупреждение, спринклерная установка способна самостоятельно начать тушение. При этом каждый ороситель фактически работает как отдельный термочувствительный элемент системы.

Спринклерные оросители

Спринклерный ороситель - это устройство, через которое вода попадает в помещение при пожаре. В нормальном состоянии его выход закрыт специальным тепловым замком, поэтому наличие воды под давлением в трубопроводе не приводит к постоянному вытеканию.

Когда температура около оросителя становится достаточно высокой, тепловой замок разрушается или раскрывается. Вода выходит из отверстия, попадает на дефлектор и распределяется по определённой площади в виде множества капель.

Конструкция дефлектора подбирается так, чтобы сформировать нужную область орошения. Поэтому спринклер не просто выпускает струю вниз, а распределяет воду вокруг себя, покрывая участок пола, оборудования или конструкций.

Трубопроводы, вода и узел управления

Оросители являются только видимой частью системы. За потолком или под перекрытием находится сеть труб, соединяющая их с источником воды и узлами управления.

В водозаполненной системе трубопроводы постоянно находятся под давлением и заполнены водой. После открытия одного из спринклеров она сразу начинает поступать через него в защищаемое помещение.

В зданиях, где возможны отрицательные температуры, могут использоваться другие схемы, при которых часть трубопроводов заполнена воздухом или газом, а вода поступает в них после срабатывания системы. Это позволяет избежать замерзания воды внутри труб.

За поддержание необходимого давления и расхода отвечают элементы противопожарного водоснабжения: насосы, клапаны, контрольные узлы и резерв воды. Они позволяют системе продолжать подавать воду после того, как один или несколько спринклеров открылись.

Как работает спринклерный ороситель

Сам по себе спринклер не анализирует дым, пламя или концентрацию газов. Его задача гораздо проще: открыть канал подачи воды, когда температура рядом с оросителем становится достаточно высокой. Поэтому срабатывание происходит непосредственно из-за нагрева устройства горячим воздухом от пожара.

В обычном состоянии выходное отверстие спринклера перекрыто запирающим элементом. Давление воды действует на него постоянно, но тепловой замок удерживает конструкцию закрытой. Когда замок теряет прочность, заглушка освобождается, и вода начинает выходить наружу.

Тепловой замок и стеклянная колба

Одна из самых распространённых конструкций использует небольшую герметичную стеклянную колбу, заполненную специальной жидкостью. Внутри остаётся небольшой пузырёк газа, который позволяет жидкости расширяться при повышении температуры.

Во время пожара горячий воздух поднимается к потолку и нагревает спринклер. Температура жидкости внутри колбы увеличивается, она расширяется, а свободного пространства становится всё меньше. При достижении расчётной температуры давление внутри становится достаточным, чтобы разрушить стеклянную колбу.

После этого запирающий элемент больше ничего не удерживает. Давление в трубопроводе выталкивает его, отверстие открывается и вода попадает на дефлектор - металлическую пластину специальной формы, расположенную перед выходом оросителя.

Дефлектор разбивает поток на капли и направляет их по заданной площади. Форма оросителя определяет характер распределения воды: она должна покрывать защищаемую зону, а не просто падать одной концентрированной струёй вниз.

В некоторых спринклерах вместо стеклянной колбы применяется плавкий тепловой элемент. Принцип остаётся тем же: при определённой температуре замок перестаёт удерживать запорный механизм и ороситель открывается.

При какой температуре срабатывает спринклер

У спринклерных оросителей нет одной универсальной температуры срабатывания. Производятся модели с разными температурными порогами, поскольку условия эксплуатации в офисе, на складе, производстве или рядом с постоянно нагревающимся оборудованием отличаются.

Один из распространённых вариантов рассчитан примерно на 68 °C, но существуют оросители с более низкими и значительно более высокими номинальными температурами срабатывания. Конкретный вариант выбирают при проектировании с учётом нормальной температуры в помещении и возможного нагрева окружающего воздуха.

Важно, что указанная температура относится к самому чувствительному элементу спринклера. Воздух в помещении не должен целиком прогреться до этого значения. Достаточно, чтобы поток горячих продуктов горения под потолком нагрел конкретный ороситель.

По этой же причине спринклер не срабатывает просто из-за появления дыма. Даже большое количество дыма само по себе не разрушает тепловой замок: для открытия необходим соответствующий нагрев. Обнаруживать дым и выдавать раннее предупреждение могут отдельные пожарные извещатели, работающие параллельно с системой пожаротушения.

Как срабатывает спринклерная система при пожаре

При возникновении пожара горячий воздух и продукты горения поднимаются к потолку. Температура в верхней части помещения быстро увеличивается, поэтому сильнее всего нагреваются спринклеры, расположенные непосредственно над очагом или рядом с ним.

Когда чувствительный элемент одного из оросителей достигает температуры срабатывания, тепловой замок разрушается и отверстие открывается. Вода из трубопровода начинает выходить через спринклер и попадает на дефлектор, который распределяет поток по защищаемой площади.

Система начинает тушить пожар именно там, где температура уже стала опасной. Если одного оросителя достаточно для ограничения распространения огня, соседние спринклеры могут вообще не открыться. Если пожар продолжает развиваться и горячие газы распространяются дальше по потолку, постепенно нагреваются и срабатывают другие оросители.

В результате зона работы системы меняется вместе с распространением пожара: чем больше площадь сильного нагрева, тем больше спринклеров потенциально может открыться.

Что происходит с давлением в трубопроводе

До срабатывания оросителей водозаполненная спринклерная сеть находится под заданным давлением. Когда один спринклер открывается, через него начинается расход воды, из-за чего состояние системы меняется.

Узлы управления фиксируют этот процесс, а при необходимости включается пожарный насос, который поддерживает требуемую подачу воды в трубопровод. Одновременно система может передать сигнал о срабатывании автоматического пожаротушения.

При этом насос не выбирает конкретный спринклер и не управляет каждым оросителем отдельно. Он обеспечивает водой общую сеть, а открыть выход могут только те спринклеры, тепловые замки которых уже сработали.

Именно сочетание общего водоснабжения и независимых тепловых замков позволяет автоматической системе водяного пожаротушения реагировать на пожар локально, а не сразу заливать водой всё здание.

Почему при пожаре срабатывают не все спринклеры

Распространённый миф о спринклерном пожаротушении связан с кино: стоит одному оросителю сработать, как вода одновременно начинает литься со всего потолка. В обычной спринклерной системе это не так. Каждый ороситель имеет собственный тепловой замок и срабатывает независимо от соседних.

Если пожар возник в одном участке помещения, сильнее всего нагревается воздух непосредственно над очагом. Именно там первыми достигают температуры срабатывания ближайшие спринклеры. Оросители, находящиеся дальше, остаются закрытыми, пока температура рядом с ними не станет достаточно высокой.

Поэтому при небольшом локальном возгорании может открыться всего один спринклер. Если огонь распространяется, зона высокой температуры увеличивается, горячие газы перемещаются под потолком и начинают нагревать соседние оросители. Тогда они могут открываться один за другим.

Такой принцип делает систему локальной. Вода расходуется прежде всего там, где уже сформировалась опасная температура, а не во всём здании одновременно.

Кроме экономии воды это помогает сохранить давление в трубопроводах. Если бы при срабатывании одного оросителя автоматически открывались десятки или сотни остальных, системе пришлось бы одновременно обеспечивать намного больший расход. Для этого потребовались бы более мощные насосы, крупные резервуары и трубопроводы большей пропускной способности.

Локальное срабатывание также уменьшает ущерб от самой воды. Помещения, в которых нет пожара и опасного нагрева, не должны без необходимости заливаться водой.

При этом количество открывшихся спринклеров заранее не фиксировано. Оно зависит от мощности пожара, его расположения, особенностей помещения, движения горячего воздуха и того, насколько быстро система начинает ограничивать распространение огня.

Именно поэтому формулировка "сработала спринклерная система" не означает, что открылись все установленные в здании оросители. Срабатывает система в целом, но воду выпускают только те спринклеры, тепловые замки которых получили достаточный нагрев.

Чем спринклерная система отличается от дренчерной

Спринклерные и дренчерные установки относятся к системам водяного пожаротушения, но работают по разному принципу. Главное отличие заключается в состоянии оросителей и способе запуска подачи воды.

Спринклерная система

В спринклерной системе каждый ороситель в обычном состоянии закрыт собственным тепловым замком. Вода может находиться в трубопроводе под давлением, но выйти наружу она сможет только после того, как конкретный спринклер нагреется до температуры срабатывания.

Благодаря этому система реагирует локально. Если опасный нагрев возник только над небольшим участком помещения, открываются расположенные рядом оросители, а остальные продолжают оставаться закрытыми.

Дренчерная система

У дренчерной системы оросители не имеют индивидуальных тепловых замков и остаются открытыми. До возникновения пожара воду удерживает общий клапан, установленный на трубопроводе.

Команда на его открытие может поступать от отдельной системы пожарной автоматики. После запуска вода поступает сразу в сеть и выходит одновременно через группу дренчерных оросителей. В результате орошается не только непосредственная точка возле очага, а целая защищаемая зона.

Такой принцип нужен там, где пожар может распространяться очень быстро или требуется сразу создать интенсивную водяную завесу. Поэтому спринклерную и дренчерную системы нельзя считать двумя названиями одной технологии: первая рассчитана прежде всего на индивидуальное срабатывание оросителей, а вторая - на одновременную подачу воды через заранее определённую группу.

Помимо классических водяных установок существуют и экспериментальные способы воздействия на пламя. Например, в материале Как работает звуковое пожаротушение: акустические огнетушители будущего разобрано, каким образом звуковые волны могут воздействовать на зону горения.

Заключение

Спринклерное пожаротушение устроено так, чтобы подавать воду именно туда, где возник опасный нагрев. Каждый спринклерный ороситель имеет собственный тепловой замок и открывается независимо от остальных, поэтому пожар в одном помещении не приводит к автоматическому срабатыванию всех оросителей в здании.

Горячий воздух от очага поднимается к потолку, нагревает ближайший спринклер и разрушает его тепловой элемент. После открытия вода из трубопровода поступает на дефлектор и распределяется по защищаемой зоне. Если пожар продолжает распространяться, последовательно могут сработать соседние оросители.

Именно локальное срабатывание отличает спринклерную систему от дренчерной, где после запуска вода может одновременно подаваться через целую группу открытых оросителей. Такой принцип позволяет спринклерной установке расходовать воду только в необходимых участках, сохранять рабочее давление и уменьшать повреждения помещений, которые не затронуты пожаром.