CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY TỰ ĐỘNG SPRINKLER 1. Lịch sử ra đời, quá trình hình thành và phát triển của hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler 1. Lịch sử ra đời Hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler đầu tiên của thế giới được đặt trong Nhà hát Hoàng gia, Drury Lane tại Vương quốc Anh vào năm 1812 bởi các kiến trúc sư William Congreve.
Hệ thống này đã được cấp bằng sáng chế số 3606 năm 1812. Thiết bị bao gồm một bể chứa hình trụ kín thể tích 400 hogsheads (~ 95.000 lít) được cấp bằng đường ống chính 10 inch (250 mm) và phân nhánh cho tất cả các bộ phận của nhà hát. Một loạt các cụm đường ống nhỏ hơn đấu từ các đường ống phân phối đã được kết nối với một loạt các lỗ có đường 1/2-inch (13 mm) trong trường hợp có hỏa hoạn. Từ 1852-1885, hệ thống ống đục lỗ được sử dụng trong các nhà máy dệt trên khắp New England như một phương tiện phòng cháy chữa cháy.
Tuy nhiên, đó không phải là hệ thống tự động, nó không thể tự khởi động hệ thống. Nhà phát minh đầu tiên bắt đầu thử nghiệm với vòi phun nước tự động xung quanh năm 1860. Hệ thống phun nước tự động đầu tiên được cấp bằng sáng chế Philip W. Pratt Abington, MA, vào năm 1872.Parmalee của New Haven, Connecticut được coi là người phát minh ra hệ thống đầu phun tự động đầu tiên.
Parmalee cải thiện các bằng sáng chế Pratt và tạo ra một hệ thống phun tự động tốt hơn. Năm 1874, ông đã cài đặt hệ thống đầu phun tự động của mình vào các nhà máy sản xuất đàn piano mà ông sở hữu. Frederick Grinnell cải thiện thiết kế Parmalee và vào năm 1881 bằng sáng chế hệ thống đầu phun tự động mang tên ông. Ông tiếp tục cải tiến thiết bị và vào năm 1890 đã phát minh ra đĩa thủy tinh phun nước, về cơ bản giống như trong sử dụng ngày nay.
Học viên: Phạm Đình Huy – Lớp CH 20CTN 10 Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Cho đến những năm 1940, vòi phun nước được lắp đặt hầu như chỉ để bảo vệ các tòa nhà thương mại, mà nói chung nó có khả năng bù đắp chi phí của các ông chủ bằng tiền tiết kiệm trong chi phí bảo hiểm. Trong những năm qua, vòi phun nước cứu hỏa tự động đã trở thành thiết bị an toàn bắt buộc trong một số bộ phận của Bắc Mỹ, với công suất nhất định, bao gồm nhưng không giới hạn đối với các bệnh viện mới được xây dựng , trường học, khách sạn và các tòa nhà công cộng khác, tùy thuộc vào các quy chuẩn xây dựng địa phương. Vai trò giữ an toàn cho cuộc sống của hệ Sprinkler đã không được quan tâm cho đến khi khi báo cáo Ủy ban Phòng cháy Mỹ được xuất bản tại Hoa Kỳ năm 1973. Báo cáo này không chỉ cho thấy quy mô của thiệt hại trong các vụ cháy ở Mỹ, nó cũng ghi nhận một thực tế là hơn ba phần tư của tất cả các thương vong do cháy xảy ra tại nhà riêng của người dân – điều tương tự cũng xảy ra ở Anh.
Bản báo cáo cũng đáng chú ý ở chỗ nó cho rằng hệ Sprinkler đặc biệt cần được phát triển để sử dụng trong khu dân cư. Tuy nhiên, bên ngoài nước Mỹ và Canada, hệ thống vòi phun tự động hiếm khi bị bắt buộc quy chuẩn xây dựng về công suất đối với mức nguy hiểm bình thường mà không có một số lượng lớn người cư ngụ (ví dụ như các nhà máy, dây chuyền xử lý, cửa hàng bán lẻ, trạm xăng. Cấu tạo của đầu phun Sprinkler Mỗi đầu phun kín được giữ ở trạng thái đóng bởi một trong hai bóng đèn thủy tinh nhạy nhiệt hoặc một liên kết 2 phần giữa kim loại cùng với hợp kim nóng chảy. Bóng đèn thủy tinh hoặc liên kết áp dụng áp lực để một nắp đậy hoạt động như một công tắc có tác dụng ngăn cản nước chảy cho đến khi nhiệt độ môi trường xung quanh vòi phun nước đạt đến nhiệt độ thiết kế kích hoạt các đầu phun.
Trong một hệ thống đầu phun nước ướt tiêu chuẩn, mỗi đầu phun kích hoạt độc lập khi mức nhiệt được xác định trước được đạt tới. Bởi vì điều này, số lượng các vòi phun nước hoạt động được giới hạn chỉ những người gần đám cháy (trong thực tế, thông thường một hoặc hai sẽ kích hoạt), qua đó phát huy tối đa áp lực nước có sẵn trên điểm xuất phát lửa. Điều Học viên: Phạm Đình Huy – Lớp CH 20CTN 11 Luận văn thạc sĩ kĩ thuật này cũng giảm thiểu thiệt hại nước khi xây dựng.1: Đầu phun sprinkler Khi một đầu phun nước được kích hoạt thì lượng nước phun ra ít hơn khi một đơn vị cứu hỏa dòng ống, cung cấp khoảng 900 lít / phút (250 lít / phút US). Một đầu phun nước thường được sử dụng cho nhà máy công nghiệp xả khoảng 75-150 lít/phút (20-40 lít / phút US).
Tuy nhiên, một đầu phun phản ứng nhanh với đám cháy (ESFR) phun nước ở áp suất 50 psi(340 kPa) sẽ xả khoảng 100US gallon mỗi phút (0,0063 m3/s). Ngoài ra, đầu phun nước thường sẽ kích hoạt từ một đến bốn phút, trong khi các cơ quan cứu hỏa thường mất ít nhất năm phút để đi đến các điểm cháy sau khi nhận được báo động, và thêm mười phút để thiết lập thiết bị và áp dụng các dòng ống vào lửa. Thời gian bổ sung này có thể gây ra hỏa hoạn lớn hơn nhiều, đòi hỏi nhiều nước hơn để dập tắt. Học viên: Phạm Đình Huy – Lớp CH 20CTN 12 Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Hình 1.2: Đầu phun sprinkler khi hoạt động 1.
Phương pháp thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler trên thế giới 1. Ứng dụng hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler ở các nước trên thế giới Vòi phun nước đã được sử dụng tại Hoa Kỳ từ năm 1874, và đã được sử dụng trong các nhà máy công nghiệp, nơi đám cháy thường thảm khốc và thiệt hại cả người và tài sản. Tại Mỹ thời điểm hiện tại, hệ thống chữa cháy tự động được yêu cầu trong tất cả các building mới và các tòa nhà dưới lòng đất thường 75 feet (23 m) ở trên hoặc dưới, mà khả năng của nhân viên cứu hỏa để cung cấp đầy đủ các đường ống chữa cháy bị hạn chế. Với sự chủ động trong mọi tình huống, người Mỹ đặt ra năm nguyên tắc cho hệ Sprinkler và đã trải qua tám năm tiếp theo nghiên cứu làm thế nào để Học viên: Phạm Đình Huy – Lớp CH 20CTN 13 Luận văn thạc sĩ kĩ thuật có thể đạt được.
Những nguyên tắc đó là: - Mục tiêu chính của hệ thống là sự an toàn của cuộc sống, cùng với việc bảo vệ tài sản và rất nhiều các mục tiêu tiếp theo - Hệ thống Sprinkler chỉ dùng để kiểm soát ngọn lửa đủ lâu để người cư ngụ để thoát hoặc được giải cứu, và không nhất thiết phải để dập tắt ngọn lửa - Hệ thống phải phù hợp với xây dựng và trang trí trong công trình, có nghĩa là, nó phải riêng biệt và được gắn vào sàn nhà và tường của tài sản - Hệ thống phải có tính kinh tế. Có ý kiến cho rằng, chi phí có khả năng sẽ là nhân tố chính trong việc xác định liệu một hệ thống được trang bị hay không và việc lắp đặt không bao gồm bất kỳ tính năng hoạt động nào không cần thiết - Từ 85% nguy cơ tử vong hoặc chấn thương xuất phát từ đám cháy bắt nguồn từ nhà bếp, phòng ngủ và phòng khách, những khu vực riêng biệt có thể được bảo vệ nếu điều này tiết kiệm được chi phí đáng kể. Cuộc tranh luận này vẫn chưa được giải quyết ở Anh Từ khi bắt đầu, Cục Quản lý hỏa hoạn Mỹ đã quan tâm rất nhiều đến việc nghiên cứu và phát triển của hệ Sprinkler, ngay khi nó trở nên phổ biến. Để thể hiện cam kết của mình, họ cũng thiết lập một quy tắc mà tất cả các nhân viên chính phủ Mỹ phải ở trong những nơi có sự bảo vệ của hệ Sprinkler khi đi du lịch, làm việc hoặc chi phí của họ sẽ không được thanh toán.
Điều này đã dẫn đến các chuỗi khách sạn, chẳng hạn như các nhóm Marriott, lắp đặt hệ thống Sprinkler trong tất cả các khách sạn của họ, cả ở Mỹ và trên toàn thế giới. Năm 1981, đầu phun Sprinkler trở thành có sẵn và một vài năm sau đó, vào năm 1985, thành phố Scottsdale trở thành nơi đầu tiên của hơn 2.000 thành phố trên toàn nước Mỹ là một trong những thành phố đầu tiên vượt qua một sắc lệnh yêu cầu đầu phun Sprinkler được trang bị trong tất cả các tòa Học viên: Phạm Đình Huy – Lớp CH 20CTN 14 Luận văn thạc sĩ kĩ thuật nhà mới, cả thương mại và dân cư. Không có thương vong trong các tòa nhà được bảo vệ bởi hệ thống Sprinkler ở Scottsdale, hay bất cứ nơi nào khác, và hệ Sprinkler đã chịu trách nhiệm giảm thiểu đáng kể các tổn thương liên quan đến cháy và thiệt hại tài sản trong tất cả các loại của các tòa nhà. Những lợi ích cho Scottsdale đã không chỉ đem lại 1 cuộc sống an toàn, mà các tài sản và thiệt hại môi trường đã được ngăn chặn.
Những người vận động hành lang cho đạo luật Sprinkler này hiểu rằng sẽ rất khó để thuyết phục hội đồng thành phố để thực hiện việc cài đặt hệ Sprinkler bắt buộc trong các cơ sở công nghiệp và thương mại trên cơ sở bảo vệ tài sản đơn lẻ. Tuy nhiên, khi kết hợp với tiết kiệm trong cuộc sống, đặc biệt là nhà ở, điều này đã trở thành một chiến thắng thuyết phục khi đề nghị Hội đồng. Hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler có thể được yêu cầu phải được cài đặt theo quy chuẩn xây dựng, hoặc có thể được khuyến cáo bởi các công ty bảo hiểm để giảm tổn thất tài sản tiềm năng hoặc gián đoạn kinh doanh. Qui chuẩn xây dựng của Hoa Kỳ đối với những nơi hội họp, nói chung là hơn 100 người, và những nơi có người ngủ qua đêm như khách sạn, nhà điều dưỡng, ký túc xá, và các bệnh viện thường yêu cầu đầu phun chữa cháy tự động hoặc theo quy chuẩn xây dựng địa phương, như một điều kiện để nhận tài trợ của Nhà nước và liên bang hoặc như một yêu cầu để có được chứng nhận (cần thiết cho các tổ chức có nhu cầu đào tạo nhân viên y tế) Từ năm 2011, Pennsylvania và California đòi hỏi hệ thống phun nước trong tất cả các công trình dân dụng mới - các tiểu bang Hoa Kỳ đầu tiên làm như vậy.