เครื่องคำนวณอัตราการไหลของน้ำดับเพลิง | คำนวณ GPM ที่ต้องการสำหรับการดับเพลิง

อัตราการไหลของน้ำดับเพลิงคืออะไร?

เครื่องคำนวณอัตราการไหลของน้ำดับเพลิงใช้ประมาณปริมาณน้ำที่นักดับเพลิงต้องใช้เพื่อควบคุมเพลิงในอาคารหนึ่ง ๆ ผลลัพธ์นี้เรียกว่าอัตราการไหลของน้ำดับเพลิงที่ต้องการ และวัดเป็นแกลลอนต่อนาที หรือ GPM หน่วยงานดับเพลิง วิศวกรระบบประปา และผู้ออกแบบอาคารใช้ตัวเลขนี้ในการวางแผนหัวดับเพลิง ท่อประธาน และขนาดกำลังของเครื่องสูบน้ำ

อัตราการไหลของน้ำดับเพลิงที่ต้องการขึ้นอยู่กับสามสิ่ง ได้แก่ อาคารมีขนาดใหญ่เพียงใด ทำจากวัสดุอะไร และสิ่งของภายในติดไฟได้ง่ายเพียงใด บ้านขนาดเล็กต้องใช้น้ำน้อยกว่าโกดังขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยสินค้าที่ติดไฟได้มาก

วิธีคำนวณอัตราการไหลของน้ำดับเพลิง

เครื่องคำนวณนี้ใช้วิธีการตาม Guide for Determination of Needed Fire Flow ของ Insurance Services Office (ISO) โดยย่อให้เหลืออาคารสามประเภทและระดับอันตรายสามระดับ การคำนวณมีสองขั้นตอน

ขั้นตอนที่ 1: หาค่าปัจจัยด้านการก่อสร้าง (Ci)

$C_i = 18 \times F \times \sqrt{\text{พื้นที่}}$

พื้นที่คือพื้นที่ใช้งานจริง หน่วยเป็นตารางฟุต สำหรับอาคารชั้นเดียว พื้นที่นี้ก็คือพื้นที่พื้นอาคาร สำหรับอาคารหลายชั้นที่ไม่มีคุณสมบัติต้านทานไฟ ISO จะใช้พื้นที่ชั้นที่ใหญ่ที่สุดรวมกับครึ่งหนึ่งของพื้นที่ในทุกชั้นที่เหลือ F คือค่าปัจจัยด้านการก่อสร้าง ซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทอาคาร:

ความสัมพันธ์แบบรากที่สองและสัมประสิทธิ์ 18 เหมือนกันสำหรับอาคารทุกประเภท มีเพียง F เท่านั้นที่เปลี่ยนไป แต่ละประเภทใช้แทนชั้นการก่อสร้างตาม ISO อาคารพักอาศัยหมายถึงโครงคร่าวไม้ (ชั้น 1) อาคารพาณิชย์หมายถึงก่ออิฐรับพื้นไม้ (ชั้น 2) อาคารอุตสาหกรรมหมายถึงวัสดุไม่ติดไฟ (ชั้น 3) ชั้นการก่อสร้างยังกำหนดค่าสูงสุดของ Ci ด้วย โดยจะปัด Ci เป็นค่าที่ใกล้เคียงที่สุดทีละ 250 GPM จากนั้นกำหนดให้ไม่น้อยกว่า 500 GPM และไม่เกินค่าสูงสุดที่แสดงไว้ข้างต้น

ขั้นตอนที่ 2: ใช้ปัจจัยด้านอันตรายและหาค่าอัตราการไหลของน้ำดับเพลิงที่ต้องการ (NFF)

$\text{NFF} = C_i \times O$

O คือปัจจัยอันตรายตามลักษณะการใช้อาคาร ซึ่งพิจารณาจากสิ่งของภายในติดไฟได้มากเพียงใด:

ผลลัพธ์จะถูกปัดเป็นค่าที่ใกล้เคียงที่สุดทีละ 250 GPM หากต่ำกว่า 2,500 GPM หรือปัดเป็นค่าที่ใกล้เคียงที่สุดทีละ 500 GPM หากมีค่า 2,500 GPM ขึ้นไป อัตราการไหลของน้ำดับเพลิงที่ต้องการขั้นสุดท้ายของอาคารทุกแห่งจะถูกกำหนดให้อยู่ระหว่าง 500 GPM ถึง 12,000 GPM ไม่ว่าอาคารนั้นจะเป็นประเภทใด

ตัวอย่าง: วิธีคำนวณอัตราการไหลของน้ำดับเพลิง

บ้านพื้นที่ 2,000 ตารางฟุต ระดับอันตรายปานกลาง

Ci = 18 × 1.5 × √2,000 = 18 × 1.5 × 44.7 ≈ 1,208 ปัดเป็น 1,250 GPM ค่านี้ต่ำกว่าค่าสูงสุด 8,000 GPM สำหรับอาคารพักอาศัย จึงใช้ค่านี้ได้

NFF = 1,250 × 1.00 = 1,250 GPM ค่านี้ต่ำกว่า 2,500 อยู่แล้ว จึงปัดเป็นค่าที่ใกล้เคียงที่สุดทีละ 250 และยังคงเป็น 1,250 GPM

ร้านค้าปลีกพื้นที่ 25,000 ตารางฟุต ระดับอันตรายปานกลาง

Ci = 18 × 1.0 × √25,000 = 18 × 158.1 ≈ 2,846 ปัดเป็น 2,750 GPM

NFF = 2,750 × 1.00 = 2,750 GPM เนื่องจากมีค่า 2,500 ขึ้นไป จึงปัดเป็นค่าที่ใกล้เคียงที่สุดทีละ 500 ได้ผลเป็น 3,000 GPM

โรงงานพื้นที่ 75,000 ตารางฟุต ระดับอันตรายสูง

Ci = 18 × 0.8 × √75,000 = 14.4 × 273.9 ≈ 3,944 ปัดเป็น 4,000 GPM ค่านี้ต่ำกว่าค่าสูงสุด 6,000 GPM สำหรับอาคารอุตสาหกรรม จึงไม่มีการใช้ค่าสูงสุดในกรณีนี้

NFF = 4,000 × 1.25 = 5,000 GPM ซึ่งเป็นจำนวนเท่าของ 500 อยู่แล้ว ดังนั้นผลลัพธ์สุดท้ายคือ 5,000 GPM

เหตุใดอัตราการไหลของน้ำดับเพลิงจึงสำคัญ

เครื่องสูบน้ำของรถดับเพลิงมักจ่ายน้ำได้ 1,000 ถึง 1,500 GPM หากคำนวณได้ว่าต้องใช้ 4,000 GPM หมายความว่าต้องใช้รถดับเพลิงหลายคันจ่ายน้ำพร้อมกัน ไม่ใช่เพียงคันเดียว หน่วยงานดับเพลิงใช้ค่าอัตราการไหลของน้ำดับเพลิงที่ต้องการในการวางแผนสำรวจอาคารก่อนเกิดเหตุ ตัดสินใจว่าจะส่งหน่วยปฏิบัติการกี่หน่วยไปยังเหตุแจ้งเตือน และตรวจสอบว่าหัวดับเพลิงสามารถจ่ายน้ำได้ตามที่อาคารต้องการจริงหรือไม่

วิศวกรระบบประปาใช้ตัวเลขเดียวกันในการกำหนดขนาดท่อและถังเก็บน้ำ ท่อประธานที่สร้างไว้เพียงเพื่อการใช้น้ำในครัวเรือนอาจจ่ายน้ำไม่เพียงพอเมื่อเกิดเพลิงไหม้ ดังนั้นความต้องการน้ำดับเพลิงจึงมักเป็นตัวกำหนดขนาดท่อประธาน มากกว่าความต้องการใช้น้ำในชีวิตประจำวัน

ผู้ออกแบบอาคารคำนวณตัวเลขเหล่านี้ตั้งแต่ระยะแรกของโครงการ หากโกดังที่เสนอสร้างต้องใช้น้ำมากกว่าที่ระบบท้องถิ่นจ่ายได้ ทางเลือกมักมีสามอย่าง ได้แก่ ลดขนาดอาคาร ติดตั้งระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิง หรือปรับปรุงท่อประธานประปาโดยมีค่าใช้จ่ายสูง

ระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงกับการลดอัตราการไหลของน้ำดับเพลิง

กฎหมายควบคุมอาคารและกฎหมายป้องกันอัคคีภัยหลายฉบับอนุญาตให้ลดข้อกำหนดอัตราการไหลของน้ำดับเพลิงได้ เมื่ออาคารมีระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงอัตโนมัติที่เป็นไปตาม NFPA 13 เนื่องจากหัวกระจายน้ำดับเพลิงสามารถควบคุมเพลิงได้ก่อนที่ไฟจะลุกลาม บางเขตอำนาจจึงอนุญาตให้ลดอัตราการไหลของน้ำดับเพลิงที่ต้องใช้สำหรับการตอบโต้เหตุด้วยกำลังคนลง 50 ถึง 75 เปอร์เซ็นต์ เปอร์เซ็นต์ที่แน่นอนขึ้นอยู่กับข้อกำหนดท้องถิ่นและการอนุมัติของเจ้าหน้าที่ดับเพลิง จึงควรตรวจสอบเป็นรายกรณี เครื่องคำนวณนี้จะไม่ลดค่าดังกล่าวให้โดยอัตโนมัติ

อัตราการไหลของน้ำดับเพลิงเทียบกับความต้องการน้ำของระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิง

อัตราการไหลของน้ำดับเพลิงและความต้องการน้ำของระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงเป็นตัวเลขคนละค่า อัตราการไหลของน้ำดับเพลิงคือปริมาณน้ำที่นักดับเพลิงต้องใช้กับสายฉีดน้ำและหัวดับเพลิงเมื่อไปถึงที่เกิดเหตุ ส่วนความต้องการน้ำของระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงคือปริมาณน้ำที่ระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงอัตโนมัติต้องใช้ในการทำงาน และคำนวณแยกต่างหากตาม NFPA 13 โดยพิจารณาจากประเภทสินค้าที่จัดเก็บ ความสูงของการจัดเก็บ และการออกแบบระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิง โดยทั่วไปความต้องการน้ำของระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงมีค่าน้อยกว่ามาก มักอยู่ในช่วงตั้งแต่หลักสิบถึงไม่กี่พัน GPM และเจ้าหน้าที่ผู้มีอำนาจตามกฎหมายเป็นผู้ตัดสินว่าค่าใดใช้ควบคุมการออกแบบระบบจ่ายน้ำ

สิ่งที่เครื่องคำนวณนี้ไม่ครอบคลุม

เครื่องมือนี้ใช้วิธี ISO ฉบับย่อ โดยมีอาคารสามประเภทและระดับอันตรายสามระดับ แทนที่จะใช้ชั้นการก่อสร้างครบทั้งหกชั้นและระดับอันตรายห้าระดับของ ISO เครื่องมือนี้ไม่คำนึงถึงการลุกลามไปยังอาคารใกล้เคียง เครดิตจากระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิง การแก้ไขข้อกำหนดท้องถิ่น หรือข้อกำหนดด้านระยะเวลาการจ่ายน้ำ ผลลัพธ์ที่ได้เหมาะสำหรับการวางแผนเบื้องต้น วิศวกรป้องกันอัคคีภัยที่มีใบอนุญาตและหน่วยงานท้องถิ่นผู้มีอำนาจอนุมัติควรยืนยันตัวเลขสุดท้ายที่จะใช้ในการขออนุญาตและก่อสร้าง

คำถามที่พบบ่อย

สูตรคำนวณอัตราการไหลของน้ำดับเพลิงคืออะไร อัตราการไหลของน้ำดับเพลิงที่ต้องการเท่ากับค่าปัจจัยด้านการก่อสร้าง (Ci) คูณด้วยปัจจัยอันตรายตามลักษณะการใช้อาคาร (O) โดย Ci เท่ากับ 18 คูณด้วยปัจจัยด้านการก่อสร้าง F คูณด้วยรากที่สองของพื้นที่พื้นอาคารในหน่วยตารางฟุต F มีค่า 1.5 สำหรับอาคารพักอาศัย 1.0 สำหรับอาคารพาณิชย์ และ 0.8 สำหรับอาคารอุตสาหกรรม

อัตราการไหลน้ำดับเพลิงขั้นต่ำคือเท่าใด วิธีนี้กำหนดขั้นต่ำ 500 GPM สำหรับอาคารทุกประเภท ทั้งที่พักอาศัย พาณิชย์ และอุตสาหกรรม

อัตราการไหลของน้ำดับเพลิงสูงสุดคือเท่าใด อัตราการไหลของน้ำดับเพลิงที่ต้องการขั้นสุดท้ายจำกัดไว้ที่ 12,000 GPM ระหว่างการคำนวณ ค่าปัจจัยด้านการก่อสร้างเองก็จำกัดไว้ที่ 8,000 GPM สำหรับอาคารพักอาศัยและอาคารพาณิชย์ และ 6,000 GPM สำหรับอาคารอุตสาหกรรม

เหตุใดประเภทอาคารจึงทำให้ผลลัพธ์เปลี่ยน ทั้งที่สูตรดูเหมือนกัน สูตรพื้นที่ ซึ่งก็คือรากที่สองของพื้นที่คูณด้วย 18 เหมือนกันสำหรับอาคารทุกประเภท ประเภทอาคารทำให้ผลลัพธ์เปลี่ยนผ่านปัจจัยด้านการก่อสร้าง F และโดยอ้อมผ่านการกำหนดค่าสูงสุดของ Ci ที่แตกต่างกัน

ระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงสามารถลดอัตราการไหลของน้ำดับเพลิงที่อาคารต้องการได้หรือไม่ ได้ ในเขตอำนาจส่วนใหญ่ แม้เครื่องคำนวณนี้จะไม่ลดค่าดังกล่าวให้อัตโนมัติ เจ้าหน้าที่ผู้มีอำนาจตามกฎหมายจะตรวจสอบระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงก่อนอนุมัติการลดค่า

ค่านี้แตกต่างจากความต้องการน้ำของระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงอย่างไร อัตราการไหลของน้ำดับเพลิงครอบคลุมน้ำสำหรับสายฉีดน้ำและหัวดับเพลิงที่นักดับเพลิงใช้ ส่วนความต้องการน้ำของระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงครอบคลุมน้ำที่ระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิงอัตโนมัติใช้ และเป็นการคำนวณแยกต่างหากซึ่งโดยทั่วไปมีค่าน้อยกว่า ตาม NFPA 13

เอกสารอ้างอิง

1. Insurance Services Office (2014) Guide for Determination of Needed Fire Flow เจอร์ซีย์ซิตี รัฐนิวเจอร์ซีย์: ISO
2. International Code Council (2021) International Fire Code ภาคผนวก B
3. National Fire Protection Association NFPA 13: Standard for the Installation of Sprinkler Systems
4. National Fire Protection Association NFPA 1142: Standard on Water Supplies for Suburban and Rural Fire Fighting
5. American Water Works Association (2017) M31: Distribution System Requirements for Fire Protection ฉบับที่ 5 เดนเวอร์ รัฐโคโลราโด: AWWA