Máy Tính Lưu Lượng Chữa Cháy | Tính Toán GPM Cần Thiết Cho Chữa Cháy

Lưu lượng chữa cháy là gì?

Máy tính lưu lượng chữa cháy ước tính lượng nước mà lính cứu hỏa cần để kiểm soát đám cháy trong một tòa nhà cụ thể. Kết quả được gọi là lưu lượng chữa cháy cần thiết và được đo bằng gallon mỗi phút, hay GPM. Cơ quan phòng cháy chữa cháy, kỹ sư cấp nước và nhà thiết kế tòa nhà sử dụng con số này để thiết kế các họng nước chữa cháy, đường ống cấp nước chính và công suất máy bơm.

Lưu lượng chữa cháy cần thiết phụ thuộc vào ba yếu tố: kích thước tòa nhà, vật liệu cấu thành và mức độ dễ cháy của các vật liệu bên trong. Một ngôi nhà nhỏ cần ít nước hơn nhiều so với một nhà kho lớn chứa đầy hàng dễ cháy.

Cách tính lưu lượng chữa cháy

Máy tính này áp dụng phương pháp trong Hướng dẫn xác định lưu lượng chữa cháy cần thiết của Insurance Services Office (ISO), được đơn giản hóa thành ba loại tòa nhà và ba mức độ nguy hiểm. Phép tính gồm hai bước.

Bước 1: Tìm hệ số kết cấu (Ci).

$C_i = 18 \times F \times \sqrt{\text{Diện tích}}$

Diện tích là diện tích hiệu dụng tính bằng foot vuông. Đối với tòa nhà một tầng, đó đơn giản là diện tích sàn. Đối với tòa nhà cao tầng không có khả năng chịu lửa, ISO lấy tầng có diện tích lớn nhất cộng với một nửa diện tích của mỗi tầng còn lại. F là hệ số kết cấu phụ thuộc vào loại tòa nhà:

Quan hệ căn bậc hai và hệ số 18 giống nhau đối với mọi loại tòa nhà. Chỉ F thay đổi. Mỗi loại đại diện cho một cấp kết cấu của ISO. Nhà ở nghĩa là kết cấu khung (cấp 1). Thương mại nghĩa là kết cấu xây có dầm gỗ (cấp 2). Công nghiệp nghĩa là kết cấu không cháy (cấp 3). Cấp kết cấu cũng xác định giới hạn trên của Ci. Ci được làm tròn đến 250 GPM gần nhất, sau đó bị giữ ở mức tối thiểu 500 GPM và mức tối đa nêu trên.

Bước 2: Áp dụng hệ số nguy hiểm và tính lưu lượng chữa cháy cần thiết (NFF).

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

O là hệ số nguy hiểm theo công năng sử dụng, dựa trên mức độ dễ cháy của vật chứa bên trong:

Kết quả được làm tròn đến 250 GPM gần nhất nếu thấp hơn 2.500 GPM, hoặc đến 500 GPM gần nhất nếu bằng hoặc cao hơn 2.500 GPM. Lưu lượng chữa cháy cần thiết cuối cùng của mọi tòa nhà được giữ trong khoảng từ 500 GPM đến 12.000 GPM, bất kể loại tòa nhà.

Ví dụ: Cách tính lưu lượng chữa cháy

Một ngôi nhà có diện tích 2.000 foot vuông, mức nguy hiểm trung bình.

Ci = 18 × 1,5 × √2.000 = 18 × 1,5 × 44,7 ≈ 1.208, làm tròn thành 1.250 GPM. Giá trị này thấp hơn giới hạn 8.000 GPM của nhà ở, nên được giữ nguyên.

NFF = 1.250 × 1,00 = 1.250 GPM. Giá trị này đã thấp hơn 2.500, nên được làm tròn đến 250 gần nhất và vẫn là 1.250 GPM.

Một cửa hàng bán lẻ rộng 25.000 foot vuông, mức độ nguy hiểm trung bình.

Ci = 18 × 1,0 × √25.000 = 18 × 158,1 ≈ 2.846, làm tròn thành 2.750 GPM.

NFF = 2.750 × 1,00 = 2.750 GPM. Vì giá trị này bằng hoặc cao hơn 2.500, nó được làm tròn đến 500 gần nhất, cho 3.000 GPM.

Một nhà máy rộng 75.000 foot vuông, mức độ nguy hiểm cao.

Ci = 18 × 0,8 × √75.000 = 14,4 × 273,9 ≈ 3.944, làm tròn thành 4.000 GPM. Giá trị này thấp hơn giới hạn 6.000 GPM của công nghiệp, nên không áp dụng giới hạn trong trường hợp này.

NFF = 4.000 × 1,25 = 5.000 GPM, đã là bội số của 500, nên kết quả cuối cùng là 5.000 GPM.

Vì sao lưu lượng chữa cháy quan trọng?

Máy bơm của xe chữa cháy thường cung cấp từ 1.000 đến 1.500 GPM. Nhu cầu được tính là 4.000 GPM có nghĩa là phải huy động nhiều xe cùng cấp nước, chứ không chỉ một xe. Cơ quan cứu hỏa sử dụng các số liệu về lưu lượng chữa cháy cần thiết khi lập khảo sát trước sự cố, quyết định số lượng đơn vị được điều đến nơi báo cháy và kiểm tra xem một họng nước chữa cháy có thực sự cung cấp được lượng nước mà tòa nhà cần hay không.

Kỹ sư cấp nước sử dụng cùng các con số này để tính toán kích thước đường ống và bể chứa. Đường ống chính chỉ được xây dựng cho nhu cầu sinh hoạt có thể không vận chuyển đủ nước khi xảy ra cháy, vì vậy nhu cầu lưu lượng chữa cháy thường quyết định kích thước đường ống chính, chứ không phải nhu cầu hằng ngày.

Nhà thiết kế tòa nhà thực hiện các phép tính này từ giai đoạn đầu của dự án. Nếu một nhà kho được đề xuất cần nhiều nước hơn khả năng cung cấp của hệ thống địa phương, các lựa chọn thường là xây dựng tòa nhà nhỏ hơn, lắp đặt hệ thống sprinkler hoặc nâng cấp tốn kém cho đường ống cấp nước chính.

Sprinkler và việc giảm lưu lượng chữa cháy

Nhiều quy chuẩn xây dựng và phòng cháy cho phép giảm yêu cầu lưu lượng chữa cháy khi tòa nhà có hệ thống sprinkler tự động đáp ứng NFPA 13. Vì sprinkler có thể kiểm soát đám cháy trước khi đám cháy lan rộng, một số địa phương cho phép giảm từ 50 đến 75 phần trăm lưu lượng chữa cháy cần thiết cho hoạt động chữa cháy thủ công. Tỷ lệ chính xác phụ thuộc vào quy chuẩn địa phương và sự chấp thuận của cơ quan phòng cháy chữa cháy có thẩm quyền, nên cần được kiểm tra cho từng trường hợp. Máy tính này không tự áp dụng mức giảm do sprinkler.

Lưu lượng chữa cháy và nhu cầu sprinkler

Lưu lượng chữa cháy và nhu cầu sprinkler là hai con số riêng biệt. Lưu lượng chữa cháy là lượng nước lính cứu hỏa cần cho vòi chữa cháy và họng nước khi họ đến nơi. Nhu cầu sprinkler là lượng nước cần cho hệ thống sprinkler tự động hoạt động và được tính riêng theo NFPA 13, dựa trên loại hàng hóa lưu trữ, chiều cao lưu trữ và thiết kế sprinkler. Nhu cầu sprinkler thường nhỏ hơn nhiều, thường nằm trong khoảng từ vài chục đến vài nghìn GPM, và cán bộ có thẩm quyền về quy chuẩn sẽ quyết định đại lượng nào chi phối thiết kế hệ thống cấp nước.

Những gì máy tính này không tính đến

Công cụ này sử dụng phiên bản đơn giản hóa của phương pháp ISO, với ba loại tòa nhà và ba mức độ nguy hiểm thay vì toàn bộ sáu cấp kết cấu và năm cấp nguy hiểm của ISO. Công cụ không tính đến ảnh hưởng của các tòa nhà lân cận, mức giảm nhờ sprinkler, các sửa đổi quy chuẩn địa phương hoặc yêu cầu về thời gian duy trì cấp nước. Các kết quả này hữu ích cho việc lập kế hoạch ban đầu. Kỹ sư bảo vệ chống cháy có chứng chỉ và cơ quan có thẩm quyền tại địa phương cần xác nhận con số cuối cùng dùng cho giấy phép và xây dựng.

Các câu hỏi thường gặp

Công thức tính lưu lượng chữa cháy là gì? Lưu lượng chữa cháy cần thiết bằng hệ số kết cấu (Ci) nhân với hệ số nguy hiểm theo công năng sử dụng (O). Ci bằng 18 nhân với hệ số kết cấu F và căn bậc hai của diện tích sàn tòa nhà tính bằng foot vuông. F bằng 1,5 đối với tòa nhà ở, 1,0 đối với tòa nhà thương mại và 0,8 đối với tòa nhà công nghiệp.

Lưu lượng chữa cháy tối thiểu cần thiết là bao nhiêu? Phương pháp này đặt mức tối thiểu 500 GPM cho mọi loại tòa nhà, gồm nhà ở, thương mại và công nghiệp.

Lưu lượng chữa cháy tối đa là bao nhiêu? Lưu lượng chữa cháy cần thiết cuối cùng bị giới hạn ở 12.000 GPM. Trong quá trình tính, bản thân hệ số kết cấu bị giới hạn ở 8.000 GPM đối với tòa nhà ở và thương mại, và 6.000 GPM đối với tòa nhà công nghiệp.

Vì sao loại tòa nhà làm thay đổi kết quả dù công thức có vẻ giống nhau? Công thức diện tích (căn bậc hai của diện tích, nhân với 18) giống hệt nhau đối với mọi loại. Loại tòa nhà làm thay đổi kết quả thông qua hệ số kết cấu F và, gián tiếp, thông qua giới hạn trên khác nhau của Ci.

Sprinkler có thể làm giảm lưu lượng chữa cháy mà tòa nhà cần không? Có, tại hầu hết các địa phương, dù máy tính này không tự động áp dụng mức giảm đó. Cơ quan có thẩm quyền về quy chuẩn sẽ thẩm định hệ thống sprinkler trước khi chấp thuận bất kỳ mức giảm nào.

Điều này khác nhu cầu sprinkler như thế nào? Lưu lượng chữa cháy bao gồm nước cho vòi chữa cháy và họng nước do lính cứu hỏa sử dụng. Nhu cầu sprinkler bao gồm nước được hệ thống sprinkler tự động sử dụng và là một phép tính riêng, thường nhỏ hơn, theo NFPA 13.

Tài liệu tham khảo

1. Insurance Services Office (2014). Hướng dẫn xác định lưu lượng chữa cháy cần thiết. Jersey City, NJ: ISO.
2. International Code Council (2021). Bộ quy chuẩn phòng cháy quốc tế, Phụ lục B.
3. National Fire Protection Association. NFPA 13: Tiêu chuẩn lắp đặt hệ thống sprinkler.
4. National Fire Protection Association. NFPA 1142: Tiêu chuẩn về nguồn cấp nước cho chữa cháy ở vùng ngoại ô và nông thôn.
5. American Water Works Association (2017). M31: Yêu cầu hệ thống phân phối nước phục vụ bảo vệ chống cháy, Ấn bản 5. Denver, CO: AWWA.