مخزن آب آتش نشانی: راهنمای جامع الزامات طراحی، انتخاب حجم و نوع مخزن

مقدمه

در هر سیستم اطفای حریق، داشتن منبع مطمئن جهت تأمین آب مورد نیاز سیستم اطفا، دارای اهمیت حیاتی است. مخزن آب آتش نشانی یا همان تانکر ذخیره آب، وظیفه دارد در مواقع اضطراری آب کافی را برای پمپ‌های آتش‌نشانی فراهم کند. این مخزن به‌نوعی پشتوانه سیستم پمپاژ محسوب شده و در واقع بدون ذخیره آب مطمئن، حتی قوی‌ترین پمپ‌ها و بهترین سیستم اطفای حریق نیز قادر به عملکرد نخواهند بود. در این مقاله به بررسی حجم، انواع، نحوه انتخاب ظرفیت و الزامات سازمان آتش‌نشانی برای مخازن آب آتش نشانی می‌پردازیم.

منظور از مخزن آتش نشانی چیست؟

مخزن یا منبع ذخیره آب آتش نشانی بخشی از پمپخانه آتش نشانی است که همواره مقدار مشخصی آب برای شرایط اضطراری به صورت ذخیره در خود نگه می‌دارد. این مخزن به بوستر پمپ آتش نشانی ساختمان متصل بوده و در زمان وقوع حریق، آب مورد نیاز پمپاژ را در شبکه لوله‌کشی تامین می‌کند.

در حقیقت از آنجا که شبکه های آب شهری یا محلی برای تامین دبی زیاد و ناگهانی یک مصرف کننده، نظیر پمپ آتش نشانی مناسب نیستند (خصوصاً در شرایط فعلی شبکه فرسوده آب شهری تهران) هدف اصلی مخزن این است که تا زمان رسیدن و عملیاتی شدن نیروهای آتش نشانی، آب مورد نیاز سیستم اطفای حریق و پمپ آتش نشانی را تامین نماید.

نکته: در استاندارد NFPA22 که استاندارد مربوط به منابع تامین آب سیستم های حفاظت در برابر آتش است، شبکه های شهری یا محلی در صورتی که شرایط خاصی که در این استاندارد ذکر شده است (از نظر دبی و فشار و پایداری شبکه) را تامین نمایند، به عنوان منبع تامین آب آتش نشانی پذیرفته می شوند. در صورت تمایل می توانید استاندارد NFPA22 را از همین سایت دانلود نمایید.

حجم مخزن آب آتش نشانی

یکی از پرسش‌های رایج در طراحی پمپخانه این است که حجم منبع آتش نشانی چقدر باید باشد؟ در این مقاله دو دیدگاه استاندارد NFPA و ضوابط اطفای حریق سازمان آتش نشانی تهران مورد بررسی قرار می گیرد.

اصولاً حجم مخزن بر اساس مدت زمانی تعیین می‌شود که باید تا رسیدن نیروهای آتش‌نشانی، آب کافی برای خاموش کردن یا کنترل حریق فراهم شود. این زمان شامل تشخیص حریق، تماس با سازمان آتش نشانی، اعزام نیروها، استقرار در محل حادثه، ارزیابی وسعت و شرایط حریق، مهیا کردن پیش نیاز های عملیاتی و نهایتاً آماده به انجام عملیات شدن نیروهای آتش نشانی می شود. پس باید دقت نمود تنها زمان طی شده از ایستگاه آتش نشانی تا محل حادثه، نباید معیار انتخاب مخازن باشد.

دیدگاه سازمان آتش نشانی تهران

سازمان آتش نشانی تهران، بر اساس کلاس ساختمان (S1, S2, S3) که جزئیات آن در مقاله آشنایی با نحوه دسته بندی ساختمان ها درج شده است، و همچنین منطقه شهرداری ساختمان مورد نظر، جدولی را منتشر نموده است که می تواند معیار انتخاب حجم مخزن برای پروژه های مختلف باشد. در واقع در این جدول مصرف اسپرینکلرهای ساختمان (بر اساس نوع خطر) محاسبه شده و سپس با توجه به میانگین زمانی که نیروهای آتش نشانی طبق آمار و ارقام، در مناطق مختلف شهرداری، با توجه به مسافت ها و میزان ترافیک، نیاز دارند تا در محل حادثه حضور یافته و شروع به عملیات نمایند، حجم مخزن آتش نشانی محاسبه شده است.

در ساختمان های کلاس S1 و S2، دبی مورد نیاز لوله ایستاده در نظر گرفته نشده ولی در ساختمان های گروه S3 این دبی (100 گالن بر دقیقه بر اساس لوله ایستاده کلاس 4) به دبی اسپرینکلرها اضافه شده است. در صورت تمایل می توانید مقاله آشنایی با محاسبات هیدرولیکی سیستم اطفای حریق را مطالعه نمایید.

تا قبل از سال 1404، جدول انتخاب حجم مخزن سازمان آتش نشانی مطابق ذیل بود.

جدول ضوابط قدیم

اما با انتشار نسخه جدید ضوابط اطفای حریق، این جدول ساده سازی شده و مقادیر آن رند و اندکی افزایش یافت. به نظر می رسد سازمان آتش نشانی تهران، از طرفی سختگیری بیشتری در ظرفیت مخازن به خرج داده و از طرف دیگر جهت ساده تر شدن و یکپارچه تر شدن ساختمان ها، زمان میانگین را برای کل شهر تهران محاسبه نموده و از تفکیک مناطق شهرداری صرف نظر کرده است. در حال حاضر جدول ذیل می تواند معیار تصمیم گیری برای پروژه های جدید باشد.

جدول ضوابط جدید

دیدگاه استاندارد NFPA

تا اینجا حجم مخازن از دیدگاه ضوابط آتش نشانی تهران بررسی شد. در ادامه می خواهیم اشاره سریعی به مقادیر توصیه شده در استاندارد NFPA13 داشته باشیم. در نگارش 2022 این استاندارد، فصل 19 به الزامات منابع تامین آب پرداخته است. طبق این فصل، میزان آب مورد نیاز مخزن برای دو حالت طراحی سیستم به روش جداول از پیش تعیین شده و حالت محاسبات هیدرولیکی و بر اساس نوع خطر تصرف (کم خطر، میان خطر و پر خطر) بین 30 تا 120 دقیقه الزام شده است.

همان طور که مشاهده می کنید، اعداد پیشنهادی استاندارد NFPA13 بسیار بیشتر از مقادیر مشخص شده توسط سازمان آتش نشانی تهران می باشد. برای پروژه های صنعتی و انبارها که عموماً شدت و وسعت حریق بیشتر است، با توجه به اینکه معمولاً این تصرف ها در مناطقی از شهر واقع هستند که ایستگاه های آتش نشانی فاصله بیشتری از آنها داشته یا حتی ممکن است فاقد ایستگاه آتش نشانی شهری باشند، پیشنهاد می شود حتماً از مقادیر مندرج در این استاندارد استفاده نمایید. اما توجه داشته باشید که الزامات عمومی انبار ها در فصل 20 استاندارد مذکور (نگارش 2022) درج شده است.

مثال عملی

در پایان جهت درک بهتر مفاهیم فوق، می خواهیم یک مثال عملی از یک سیستم اطفای حریق صنعتی (کاربری انبار) داشته باشیم. برای توضیح این مثال، از فصول مرتبط با طراحی انبارها استفاده شده و ممکن است ادبیات، جداول و نحوه تشریح مثال، برای شما اندکی نا آشنا باشد. چنانچه تمایل به کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه دارید، پیشنهاد می کنیم مقاله مبانی طراحی سیستم های اطفای حریق انبارها را در سایت ما از دست ندهید.

فرض کنید در یک کارخانه تولید مواد غذایی، یک انبار از بطری های خالی پلاستیکی از جنس PET وجود دارد که روی پالت های پلاستیکی تا ارتفاع 6 متر در انباری به ارتفاع سقف 9 متر انبار شده اند. کلاس کالای این انبار در ابتدا کلاس 4 است که به علت وجود پالت پلاستیکی افزایش یافته و نهایتاً پلاستیک گروه A غیر منبسط ارزیابی می شود. همچنین فرض کنید جهت طراحی این انبار می خواهیم از اسپرینکلرهای بالازن نوع ESFR استفاده نماییم. مطابق جدول ذیل، برای اسپرینکلر K=16.8 حداقل فشار 35 psi باید در نظر گرفته شود.

لذا حداقل میزان آب خروجی از هر اسپرینکلر برابر است با:

Q=K√P = 16.8 x √35 = 100 gpm

از آنجا که جهت انجام محاسبات هیدرولیکی اسپرینکلرهای ESFR باید حداقل 12 اسپرینکلر فعال در نظر گرفته شود، لذا در این پروژه در بهترین شرایط، حداقل 1200 گالن بر دقیقه نیاز به تامین آب توسط پمپ خواهد بود. چنانچه فقط بخواهیم 60 دقیقه تامین آب برای این پروژه در نظر بگیریم و هیچ مقدار آبی برای هیدرانت ها یا سیستم لوله ایستاده پروژه اضافه نکنیم، حجم مخزن برابر خواهد بود با:

V= 1200 x 60 = 72,000 Gallon x 3.78 = 272,000 lit

همانطور که ملاحضه می فرمایید، چنانچه بخواهیم استاندارد NFPA را معیار طراحی قرار دهیم، حجم مخزن آب آتش نشانی برای این انبار باید 272 مترمکعب در نظر گرفته شود که بسیار بیشتر از مقادیر مندرج در ضوابط سازمان آتش نشانی است.

انواع مخزن آتش نشانی

مخازن بر اساس جنس و روش ساخت، به چند دسته مرسوم تقسیم می‌شوند:

مخزن بتنی

مخازن بتنی معمولاً برای پروژه های بزرگ و حجم های بالا مورد استفاده قرار گرفته و نیاز به آرماتوربندی و بتن ریزی اصولی دارند. در بسیاری از پروژه های صنعتی نیز از این نوع مخازن استفاده می شود. مخازن بتنی می توانند به صورت دفنی یا همانند استخر آب روی زمینی طراحی و اجرا شوند. این مخازن مقاومت بسیار بالا و مناسبی داشته و دارای عمر طولانی هستند. هزینه و زمان ساخت آنها نیز بالا می باشد.

عکس مخزن بتنی

مخازن فلزی

این مخازن معمولاً از جنس ورق گالوانیزه ساخته می شوند. ساخت آنها کمی زمان بر بوده و نیازمند اکیپ اجرایی (جوشکار مخزن ساز) است ولی در مقایسه با مخازن بتنی، بسیار سریع تر ساخته می شوند. مقاومت نسبتاً مناسبی دارند و می توان آنها را به صورت سفارشی، در هر ابعاد و شکلی که شرایط پروژه اقتضا می کند، ساخت. در ساختمان هایی که فضاهای نسبتاً محدود داشته و یا فضای آنها هندسه نامنظمی دارند، استفاده از این مخازن می تواند کمک شایانی به استفاده بهینه از فضای موجود نماید.

عکس مخزن فلزی

مخازن پلاستیکی (پلی اتیلنی)

این مخازن از پلیمرهای پلی اتیلن ساخته شده و برای نگهدای مایعات نظیر آب، بسیار مناسب هستند. مخازن پلاستیکی در حجم ها و اشکال مختلف (ایستاده، افقی، مکعبی، زیر پله ای و غیر) تولید شده و نسبتاً سبک و قابل حمل می باشند. تهیه و انتقال آنها به محل پروژه بسیار سریع انجام می شود. این مخازن در انواع تک لایه و چند لایه تولید می شوند. مخازن تک لایه برای مایعات غیر از آب کاربرد دارند.

جالب توجه است که بر خلاف تصور عمومی، مخازن تک لایه نسبت به مخازن چند لایه ضعیف تر و نازک تر نبوده و اتفاقاً مقاومت نسبتاً بالاتری دارند. در واقع تعداد لایه های بیشتر به منظور تامین شرایط بهداشتی در نظر گرفته می شود. از آنجا که عامل اصلی تشکیل جلبک در آب، نور می باشد، مخازن سه لایه دارای یک لایه مشکی رنگ در قسمت میانی دو لایه دیگر است که مانع نفوذ نور به مخزن شده و از تغییر رنگ و بوی آب، جلوگیری به عمل می آورد. جهت مصارف آتش نشانی، استفاده از مخازن سه لایه مرسوم است.

مخازن پلاستیکی نسبت به مخازن فلزی و بتنی مقاومت و طول عمر پایین تری داشته و به آسیب های فیزیکی حساس تر هستند. همچنین از آنجا که شکل آنها از قبل طراحی شده و مثلاً سطح مقطع دایره ای دارند، در محیط پمپخانه آتش نشانی که معمولاً مربع یا مستطیل شکل هستند، منجر به پرتی فضا می شوند.

عکس مخزن پلاستیکی

در نهایت لازم به توضیح است جنس و نوع مخزن آتش نشانی باید با توجه به شرایط پروژه، فضای موجود و بودجه پروژه از میان گزینه های مختلف انتخاب شود.

مخزن مشترک و مستقل آتش نشانی

یکی از موضوعات مهم در طراحی، این است که آیا مخزن آب آتش نشانی با مخزن ذخیره آب مصرفی شرب و بهداشتی ساختمان مشترک است یا به صورت جداگانه و مختص آتش نشانی طراحی شده است. به حالت اول مخزن مشترک و به حالت دوم مخزن مستقل آتش نشانی گفته می شود. هر کدام از این روش ها دارای مزایا و معایب و نکات مختص به خود هستند که در ادامه به بررسی آنها می پردازیم.

مخزن مشترک

چنانچه مخازن بهداشتی و آتش نشانی با هم مشترک باشند، هزینه اولیه ساخت یا خریداری مخزن کمی کاهش می یابد (یک مخزن 15000 لیتری، هزینه کمتری از یک مخزن 10000 و یک مخزن 5000 لیتری خواهد داشت). از طرف دیگر، زمانی که مخازن مشترک باشند، معمولاً احتمال اینکه قسمت بهداشتی به صورت کامل خالی نشده و قسمتی از حجم آن در شرایط اضطراری به کمک سیستم آتش نشانی بیاید، وجود دارد. از طرف دیگر، گردش آب در مخزن مصارف روزانه، منجر به جلوگیری از جلبک زدن و گندیدن آب (در اثر زمان ماند بالا) خواهد شد. هزینه تعمیرات و نگهداری یک مخزن مشترک به مراتب پایین تر از دو مخزن مستقل خواهد بود.

از طرف دیگر باید توجه داشت که در صورت اجرای غیر اصولی، آلودگی های سیستم آتش نشانی می تواند به داخل مصارف بهداشتی ساختمان نفوذ کرده و منجر به مشکلات سلامتی ساکنین شود. برای جلوگیری از این پیامد باید از شیرهای یکطرفه دوتایی در قسمت خط مکش پمپ آتش نشانی استفاده شده و همچنین لوله ها و کلکتورهای مشترک مرتبط بین دو سیستم، گالوانیزه شده باشند.

انشعاب گیری از مخزن مشترک باید از دو سطح انجام شود. یعنی احجام مصارف آب بهداشتی و آتش نشانی پروژه مشخص شده و انشعاب قسمت آب بهداشتی از ترازی باشد که تحت هیچ شرایطی منجر به خالی شده ظرفیت مرتبط با آب آتش نشانی نشود. توصیه می شود این انشعاب توسط لوله ارتباطی اتمسفریک با سایز مناسب، از پایین ترین قسمت مخزن انجام شده تا همواره تمام آب مخزن در گردش بوده و از مشکلات بهداشتی احتمالی برای آب راکد، جلوگیری به عمل آید.

در تصویر ذیل، یک طرح شماتیک از یک مخزن آب آتش نشانی و آب بهداشتی مشترک، با انشعاب گیری صحیح به کمک لوله ارتباطی اتمسفریک نمایش داده شده است. در این ساختمان فرضی، حجم مخزن آب آتش نشانی، 8000 لیتر و ذخیره آب مصرفی، 4000 لیتر تصور شده است.

عکس شماتیک مخزن مشترک

مخزن مستقل

در صورت استفاده از مخزن مستقل، هزینه اولیه تهیه مخازن اندکی بالاتر از حالت مشترک بوده و فضای بیشتری از پمپخانه اشغال خواهد شد. اما در این حالت، نگرانی بابت نحوه انشعاب­گیری از مخزن و خالی شدن احتمالی ذخیره آب آتش نشانی توسط پمپ آب مصرفی وجود نخواهد داشت. معمولاً شرایط بهداشتی مخزن آب بهداشتی مستقل از آتش نشانی، بهتر و مطلوب تر بوده و نیازی به تمهیدات خاص نظیر گالوانیزه کردن لوله های ارتباطی مشترک و یا استفاده از شیرهای یکطرفه دوتایی نمی باشد.

عکس مخازن مستقل

هزینه و مشکلات نگهداری دو مخزن کمی بیشتر از یک مخزن مشترک است. همچنین توجه به این نکته ضروری است که معمولاً در ساختمان ها به علت عدم کارکرد دائمی سیستم آتش نشانی، مقوله تعمیر، نگهداری و سرکشی به مخازن این سیستم فراموش شده یا در فواصل زمانی طولانی انجام می شود. این موضوع منجر به راکد ماند آب در طولانی مدت و در نتیجه ایجاد جلبک، لجن و آلودگی های زیستی در مخزن آتش نشانی شده و ادامه دار بودن این شرایط می تواند منجر به تخلیه مخزن توسط ساکنین نا­آشنا با مسائل ایمنی شود. وظیفه ما به عنوان فردی آشنا با اهمیت مقوله ایمنی این است که شرایط را در پروژه ها به نحوی فراهم کنیم که مشکلات ثانویه به کمترین حالت خود برسد.

پیشنهاد می شود در ساختمان های بزرگ با واحدهای بیشتر که احتمالاً هیئت مدیره فعال در آنها وجود داشته و رسیدگی به تاسیسات مکانیکی ساختمان منظم تر بوده و یا تکنسین تاسیسات مقیم در آنها وجود دارد، مخازن به صورت مستقل طراحی شده و در ساختمان های با تعداد واحد کمتر که ممکن است رسیدگی به تاسیسات ایمنی و آتش نشانی مغفول باقی بماند، مخازن به صورت مشترک طراحی شود. در نهایت لازم به توضیح است این انتخاب به شرایط پروژه، فضای پمپخانه آتش نشانی و مواردی از این دست دارد.

تجهیزات کنترلی مخازن آتش نشانی

پرکن مخزن

تمامی مخازن دارای یک انشعاب از آب اصلی ساختمان هستند که توسط یک فلوتر، آب مخزن را تامین می نماید. هر که سایز این انشعاب بالاتر باشد، پر شدن مخزن در زمان کوتاه تری انجام می شود. طبق الزامات سازمان آتش نشانی، فلوتر مخزن آب آتش نشانی باید حتماً از نوع مکانیکی باشد. این الزام بدین جهت است که تا حد امکان مشکلات ناشی از خرابی فلوتر الکترونیکی کاهش یافته و ضریب اطمینان سیستم (به جهت استفاده از فلوتر مکانیکی ساده) افزایش یابد.

نحوه اتصال خط پرکن مخزن نیز دارای اهمیت است. این اتصال باید توسط دو عدد شیر یکطرفه، به منظور جلوگیری از سرایت آلودگی احتمالی سیستم آتش نشانی به شبکه آب بهداشتی، حفاظت شود. در واقع طبق مبحث چهاردهم مقررات ملی ساختمان، هر زمانی که یک سیستم نسبتاً آلوده (مثل آتش نشانی یا تهویه مطبوع) به نحوی به شبکه آب بهداشتی ساختمان مرتبط شود، این ارتباط باید الزاماً توسط دو عدد شیر یکطرفه، محاظت گردد. همچنین به منظور تعمیرات و نگهداری ساده تر، یک شیر قطع کن جریان آب نیز باید در خط پرکن مخزن آب آتش نشانی اجرا شود.

تصویر اتصال آب شهر به مخزن

پایشگر سطح آب مخزن

یکی از المان های مهم مخزن آب آتش نشانی، پایشگری سطح مخزن آب یا level control است. استفاده از پایش سطح مخزن یکی از الزامات سازمان آتش نشانی بوده و هنگام بازدید نهایی ساختمان و صدور تاییدیه ایمنی، مورد ارزیابی قرار می گیرد. این دستگاه باید به سیستم اعلام حریق ساختمان مرتبط بوده و به نحوی تنظیم شود که در صورت کاهش سطح آب مخزن، با ایجاد سیگنال خطا در پنل اعلام حریق ساختمان، ساکنان را جهت رسیدگی و حل مشکل، مطلع نماید.

تصویر پایش سطح مخزن

لذا در ساختمان هایی که دارای سیستم اعلام حریق متعارف هستند، باید یک زون مجزا به این موضوع اختصاص یابد. (در برخی پروژه ها، دتکتور اتاق پمپخانه نیز در همین زون قرار می گیرد. این طراحی بلامانع است اما توصیه می شود زون مربوط به پایش سطح مخزن، کاملاً مجزا باشد). در ساختمان های مجهز به سیستم اعلام حریق آدرس پذیر نیز باید یک عدد اینترفیس برای ارتباط این قطعه با سیستم اعلام حریق، در محل پمپخانه آتش نشانی تعبیه شود. در ساختمان های S3 که از پمپ های آتش نشانی داخلی (دارای خود سرویس) استفاده می نمایند، می توان ارتباط پایش سطح مخزن آتش نشانی را با تابلو برق پمپ برقرار نمود. در تابلو برق پمپ های خودسرویس، یک ورودی جهت ارتباط این قطعه در نظر گرفته می­شود تا در صورت کاهش آب مخزن، هم یک سیگنال خطا از تابلو برق به سیستم اعلام حریق مخابره شده و هم به منظور جلوگیری از آسیب احتمالی پمپ ها، فرآیند خودسرویس از مدار خارج شود.

جمع‌بندی

مخزن یا تانکر آب آتش نشانی، تنها یک منبع ساده آب نیست؛ بلکه ستون اصلی عملکرد پمپخانه محسوب می‌شود. انتخاب حجم مناسب، توجه به الزامات سازمان آتش‌نشانی و طراحی اصولی، تضمین می‌کند که پمپ‌های آتش‌نشانی در لحظه وقوع حریق، بهترین عملکرد را داشته باشند. سرکشی و رسیدگی به این مخازن، باید به صورت مستمر در فرآیند سرویس و نگهداری سامانه های آتش نشانی مورد دقت قرار گیرد.