محاسبه پمپ آتش‌نشانی بر اساس NFPA

محاسبه پمپ آتش‌نشانی بر اساس NFPA یعنی تعیین دبی موردنیاز (Flow) و هد/فشار موردنیاز (Pressure/Head) در بدترین سناریوی مصرف، سپس انتخاب پمپی که طبق الزامات NFPA 20 بتواند آن نقطه کاری را تأمین کند. نقطه کاری پمپ از جمع فشار باقیمانده موردنیاز در دورترین مصرف‌کننده + افت اصطکاک شبکه + هد ارتفاعی + افت تجهیزات به‌دست می‌آید.

1) دقیقاً «چه چیزی» را محاسبه می‌کنیم؟

در طراحی پمپ آتش‌نشانی دو خروجی نهایی داریم:

۱) دبی پمپ (Q): بیشترین دبی موردنیاز سیستم در سناریوی طراحی (اسپرینکلر، استندپایپ/هیدرانت یا ترکیبی).
۲) هد/فشار پمپ (H یا P): فشاری که پمپ باید در همان دبی تأمین کند تا دورترین/بدترین نقطه سیستم به حداقل‌های لازم برسد.

این دو عدد، روی منحنی پمپ بررسی می‌شوند و پمپ انتخابی باید الزامات عملکردی NFPA 20 را هم پاس کند.

2) سناریوی طراحی را اول تعیین کن (منبع تقاضا)

NFPA می‌گوید پمپ باید پاسخگوی تقاضای سیستم‌های حفاظت حریق باشد. اما تقاضا از کجا می‌آید؟

اگر پروژه اسپرینکلر دارد: تقاضا از محاسبات هیدرولیکی اسپرینکلر طبق NFPA 13 می‌آید (Density/Area + Hose Allowance).
اگر پروژه استندپایپ/هیدرانت داخلی دارد: تقاضا طبق NFPA 14 تعیین می‌شود (کلاس/نوع استندپایپ و تعداد رایزر/شلنگ).
اگر سیستم‌ها ترکیبی هستند: معمولاً باید بدترین حالت همزمانی را که کد/مرجع پروژه الزام کرده محاسبه کنی (در بسیاری پروژه‌ها یک حالت حاکم است، اما نباید حدس بزنی).

نکته سخت‌گیرانه: اگر سناریو اشتباه انتخاب شود، کل انتخاب پمپ غلط می‌شود حتی اگر محاسباتت ریاضی درست باشد.

3) محاسبه دبی (Q) چگونه به دست می‌آید؟

دبی طراحی پمپ معمولاً یکی از این حالت‌هاست:

الف) سیستم اسپرینکلر:
دبی نهایی = دبی محاسباتی شبکه اسپرینکلر + دبی شیلنگ (Hose Stream Allowance) طبق NFPA 13

ب) استندپایپ:
دبی نهایی طبق NFPA 14 (بر اساس کلاس و تعداد رایزر/زون). این دبی معمولاً عدد ثابت/قانونی است و از محاسبات شبکه به دست نمی‌آید.

ج) ترکیبی:
دبی نهایی برابر بدترین حالت موردنیاز طراحی است (گاهی اسپرینکلر حاکم است، گاهی استندپایپ، گاهی جمع با ضوابط مشخص). اینجا باید دقیقاً با رفرنس پروژه جلو رفت، نه با «احساس».

4) محاسبه فشار/هد موردنیاز پمپ (Total Dynamic Head)

فرمول مرجع و ساده‌سازی‌شده:

فشار پمپ در دبی طراحی = فشار باقیمانده موردنیاز در دورترین نقطه + افت اصطکاک مسیر + هد ارتفاعی + افت تجهیزات

حالا هر جزء را درست تعریف کنیم:

4-1) فشار باقیمانده (Residual Pressure)

این همان فشاری است که باید در دورترین مصرف‌کننده باقی بماند تا نازل/اسپرینکلر درست کار کند.

در اسپرینکلر: از محاسبات NFPA 13 و K-Factor به دست می‌آید (فشار لازم برای دبی هر اسپرینکلر).
در استندپایپ: حداقل فشار باقیمانده در خروجی شیلنگ/ولوا طبق NFPA 14 تعیین می‌شود.

4-2) افت اصطکاک (Friction Loss)

افت اصطکاک به مسیر واقعی وابسته است:

لوله‌ها (طول و قطر و زبری)
اتصالات (زانویی، سه‌راهی، تبدیل‌ها)
شیرآلات (Gate, Butterfly, Check, PRV و …)
تجهیزات (Backflow, Strainer, Flowmeter, Alarm valve و …)

روش رایج محاسبه افت شبکه آتش‌نشانی معمولاً بر اساس Hazen-Williams انجام می‌شود (یا در برخی پروژه‌ها Darcy-Weisbach). مهم این است که محاسبه واقعی مسیر بحرانی انجام شود، نه میانگین‌گیری.

4-3) هد ارتفاعی (Elevation Head)

اگر مصرف‌کننده بالاتر از پمپ باشد، باید فشار ناشی از اختلاف ارتفاع به پمپ اضافه شود.
قاعده ساده: هر ۱۰ متر ارتفاع تقریباً معادل حدود ۱ بار است (برای تخمین).
در طراحی دقیق، بر اساس واحدهای پروژه تبدیل می‌شود.

4-4) افت تجهیزات خاص

بعضی تجهیزات افت محسوس دارند و اگر در محاسبه نیایند، پروژه در بهره‌برداری کم می‌آورد:

بک‌فلو (Backflow Preventer)
فیلتر/استرینر
دبی‌سنج/فلو متر
شیر کنترل/آلارم
مبدل‌ها و مسیرهای خاص

5) بعد از محاسبات شبکه: انتخاب پمپ طبق NFPA 20

اینجا جایی است که خیلی‌ها اشتباه می‌کنند: «عددها درست است اما پمپ اشتباه انتخاب می‌شود.»

NFPA 20 الزام می‌کند که پمپ انتخابی باید منحنی استاندارد داشته باشد. مهم‌ترین معیارهای رایج که در طراحی کنترل می‌شوند:

پمپ باید در ۱۰۰٪ دبی نامی فشار نامی را تأمین کند.
پمپ باید در ۱۵۰٪ دبی نامی هنوز حداقل بخش قابل توجهی از فشار را داشته باشد (برای اطمینان از رفتار منحنی و ظرفیت).
پمپ نباید رفتار ناپایدار یا منحنی نامناسب داشته باشد.
موتور/درایور باید توان کافی برای نقاط مختلف منحنی را داشته باشد.

(برای اعداد دقیق و رفرنس رسمی، بهتر است مستقیم از متن NFPA 20 تبعیت شود، اما اصل کنترل منحنی همین است.)

6) مثال محاسباتی کاربردی (در حد طراحی واقعی)

فرض کن در بدترین حالت، دبی لازم سیستم 750 GPM است.
مسیر بحرانی تا دورترین نقطه این افت‌ها را دارد:

افت اصطکاک لوله و اتصالات: 80 psi
افت تجهیزات (بک‌فلو، فلو متر، شیرها): 25 psi
هد ارتفاعی (مثلاً چند طبقه): 35 psi
فشار باقیمانده لازم در نقطه مصرف: 100 psi

پس فشار لازم پمپ در 750 GPM:

Ppump = 80 + 25 + 35 + 100 = 240 psi

حالا پمپ باید طوری انتخاب شود که روی منحنی‌اش در 750 GPM بتواند حدود 240 psi بدهد و هم‌زمان الزامات عملکردی NFPA 20 را نیز پاس کند.

7) اشتباهات رایج (همین‌ها پروژه را می‌ترکاند)

اگر می‌خواهی محاسبه‌ات “NFPA-based” باشد، این خطاها را حذف کن:

انتخاب دبی پمپ صرفاً با حدس یا تجربه (بدون هیدرولیک)
محاسبه افت فقط بر اساس طول لوله و حذف اتصالات و تجهیزات
فراموش کردن افت بک‌فلو یا PRV یا فلو متر
استفاده از قطر اسمی به‌جای قطر داخلی واقعی
نادیده گرفتن اختلاف ارتفاع یا اشتباه واحدها
انتخاب پمپ بدون کنترل منحنی و توان درایور

پرسش‌های متداول (FAQ)

آیا دبی پمپ را NFPA 20 تعیین می‌کند؟
NFPA 20 بیشتر استاندارد نصب و الزامات عملکرد پمپ است؛ دبی و تقاضا معمولاً از NFPA 13 (اسپرینکلر) و NFPA 14 (استندپایپ) می‌آید.

هد پمپ را چطور به دست می‌آوریم؟
از جمع فشار باقیمانده موردنیاز + افت‌های مسیر (لوله/اتصالات/تجهیزات) + هد ارتفاعی.

اگر اسپرینکلر و استندپایپ با هم باشد چه کنیم؟
بدترین حالت طراحی را طبق ضوابط پروژه محاسبه می‌کنی و پمپ را برای آن سناریو انتخاب می‌کنی. “جمع کردن سرخود” می‌تواند غلط باشد.

آیا همیشه FTTH یا کابل مسی ربطی به این دارد؟
نه. این محاسبات کاملاً هیدرولیکی و مربوط به شبکه آب آتش‌نشانی است.