نظام رشاشات إطفاء الحريق

الجهة الرئيسية المسؤولة عن وضع قوانين مكافحة الحرائق هي الجمعية الوطنية للحماية من الحرائق (NFPA)، وهي منظمة خاصة. تضع NFPA المعايير الفنية لأنظمة رشاشات المياه المُثبّتة في الولايات المتحدة. أما قوانين البناء، التي تُحدد المباني التي تتطلب تركيب رشاشات المياه، فتُترك عمومًا للسلطات المحلية. مع ذلك، توجد بعض الاستثناءات.

في عام 1990، أصدرت الولايات المتحدة القانون PL-101-391، المعروف باسم قانون سلامة الفنادق والنُزُل من الحرائق لعام 1990. [ ^{9 ] ينص} هذا القانون على إلزام أي فندق أو قاعة اجتماعات أو مؤسسة مماثلة تتلقى تمويلًا فيدراليًا (مثلًا للإقامة الليلية أو عقد مؤتمر، إلخ) بالامتثال لمتطلبات السلامة من الحرائق وغيرها من متطلبات السلامة. ويُعدّ تركيب أنظمة الرش الآلي أبرز هذه المتطلبات. ومع تزايد عدد الفنادق وغيرها من أماكن الإقامة العامة التي قامت بتحديث مرافقها لاستقبال زوار الحكومة، أصبح هذا النوع من الإنشاءات هو المعيار السائد في هذا القطاع، حتى وإن لم تنص عليه قوانين البناء المحلية بشكل مباشر.

إذا لم تنص قوانين البناء صراحةً على استخدام رشاشات إطفاء الحريق، فإنها غالبًا ما تجعل تركيبها كنظام اختياري خيارًا مُجديًا للغاية. تسمح معظم قوانين البناء الأمريكية باستخدام مواد بناء أقل تكلفة، وقيود أكبر على مساحة الأرضية، وممرات خروج أطول، ومتطلبات أقل لمقاومة الحريق في المباني المحمية برشاشات إطفاء الحريق. ونتيجةً لذلك، غالبًا ما تنخفض التكلفة الإجمالية للمبنى بتركيب نظام رشاشات إطفاء الحريق، مما يوفر المال في جوانب أخرى من المشروع، مقارنةً ببناء مبنى غير مزود برشاشات.

في عام ٢٠١١، أصبحت ولايتا بنسلفانيا وكاليفورنيا أول ولايتين أمريكيتين تُلزمان بتركيب أنظمة رشاشات المياه في جميع المباني السكنية الجديدة. ^{[ ١٠ ]} إلا أن بنسلفانيا ألغت القانون في وقت لاحق من العام نفسه. ^{[ ١١ ]} وتشترط العديد من البلديات الآن تركيب رشاشات المياه في المنازل، حتى وإن لم يكن ذلك إلزاميًا على مستوى الولاية. ^{[ ١٢ ]}

أدى تجدد الاهتمام والدعم لأنظمة الرش الآلي في المملكة المتحدة إلى زيادة انتشار تركيبها. ففي المدارس، على سبيل المثال، أصدرت الحكومة توصيات من خلال النشرة رقم 100 للبناء ، وهي دليل تصميمي لسلامة المدارس من الحرائق، تنص على ضرورة تزويد معظم المدارس الجديدة، باستثناء عدد قليل من المدارس منخفضة المخاطر، بأنظمة رش آلي. ^{[ 13 ]} وفي عام 2011، أصبحت ويلز أول دولة في العالم تُلزم بتركيب أنظمة الرش الآلي في جميع المنازل الجديدة. وينطبق القانون على المنازل والمباني السكنية حديثة البناء، بالإضافة إلى دور الرعاية وسكن الطلاب الجامعيين. ^{[ 14 ]} وفي اسكتلندا، تُزود جميع المدارس الجديدة بأنظمة الرش الآلي، وكذلك دور الرعاية الجديدة، والمساكن المحمية، والشقق السكنية الشاهقة.

في المملكة المتحدة، ومنذ تسعينيات القرن الماضي، حظيت أنظمة الرش الآلي باعتراف رسمي ضمن لوائح البناء (إنجلترا وويلز) ومعايير البناء الاسكتلندية، وفي بعض الحالات، يُعتبر وجود هذه الأنظمة بديلاً عن الامتثال لبعض بنود هذه اللوائح. فعلى سبيل المثال، يسمح وجود نظام الرش الآلي عادةً بمضاعفة مساحة الحجرات وزيادة مسافة الوصول إلى مخارج الطوارئ، فضلاً عن إمكانية تخفيض تصنيف مقاومة الحريق لجدران الحجرات الداخلية.

تُركّب أنظمة رشاشات المياه ذات الأنابيب الرطبة أكثر من أنواع أنظمة رشاشات إطفاء الحرائق الأخرى. ^{[ 15 ]} كما أنها الأكثر موثوقية، لبساطتها، إذ تقتصر مكوناتها التشغيلية على الرشاشات الأوتوماتيكية وصمام فحص الإنذار الأوتوماتيكي (عادةً، ولكن ليس دائمًا). ويُزوّد ​​نظام إمداد المياه الأوتوماتيكي أنابيب النظام بالماء المضغوط.

تم تزويد الأنظمة الرطبة اختيارياً بمادة كيميائية مضادة للتجمد ، لاستخدامها في الحالات التي لا يمكن فيها الحفاظ على درجة حرارة الأنابيب بشكل موثوق فوق 40 درجة فهرنهايت (4 درجات مئوية) .  

رغم شيوع هذه الأنظمة في المناطق الباردة، إلا أنه بعد عدة حرائق لم تتم السيطرة عليها بسبب أنظمة الرش التي تحتوي على نسبة عالية من مانع التجمد، حظرت الهيئة التنظيمية في الولايات المتحدة تركيب أنظمة جديدة تحتوي على مانع التجمد. ويسري هذا الحظر حتى عام ٢٠٢٢ على الأنظمة القديمة في الولايات المتحدة. ^{[ ١٦ ]} وقد أدى هذا الإجراء التنظيمي إلى زيادة التكاليف بشكل كبير وتقليص خيارات أنظمة الرش المقاومة للطقس البارد.

تُعدّ أنظمة الأنابيب الجافة ثاني أكثر أنواع أنظمة الرش شيوعًا. تُركّب هذه الأنظمة في الأماكن التي قد تكون فيها درجة الحرارة المحيطة منخفضة بما يكفي لتجميد الماء في نظام الأنابيب الرطبة، مما يُعطّل النظام. تُستخدم أنظمة الأنابيب الجافة غالبًا في المباني غير المُدفّأة، ومواقف السيارات، والمظلات الخارجية المُلحقة بالمباني المُدفّأة (والتي يُزوّد ​​داخلها أيضًا بنظام أنابيب رطبة) ، أو في غرف التبريد . في المناطق التي تُطبّق لوائح الرابطة الوطنية للحماية من الحرائق (NFPA)، لا يُمكن تركيب أنظمة الأنابيب الرطبة إلا إذا ظلّ نطاق درجات الحرارة المحيطة أعلى من 4 درجات مئوية (40 درجة فهرنهايت) . ^{[ 17 ]}  

لا يوجد ماء في الأنابيب إلا عند تشغيل النظام؛ بل تُملأ الأنابيب بهواء جاف بضغط أقل من ضغط إمداد الماء. ولمنع ضغط إمداد الماء المرتفع من دفع الماء إلى الأنابيب قبل الأوان، يُصمّم صمام الأنابيب الجافة (وهو نوع خاص من صمامات عدم الرجوع ) بحيث يُولّد قوة أكبر على لسان الصمام، وذلك بفضل مساحة لسان الصمام الأكبر المعرضة لضغط هواء الأنابيب، مقارنةً بضغط الماء الأعلى ومساحة لسان الصمام الأصغر.

عند تشغيل واحد أو أكثر من رؤوس الرشاشات الأوتوماتيكية، تُفتح، مما يسمح بتفريغ الهواء الموجود في الأنابيب من خلال ذلك الرشاش. يعمل كل رشاش بشكل مستقل، حيث ترتفع درجة حرارته فوق عتبة التشغيل. ومع انخفاض ضغط الهواء في الأنابيب، يتغير فرق الضغط عبر صمام الأنبوب الجاف، مما يسمح بدخول الماء إلى نظام الأنابيب. ويتأخر تدفق الماء من الرشاشات، اللازم للسيطرة على الحريق، حتى يتم تفريغ الهواء منها. في المناطق التي تطبق لوائح NFPA 13، يُحدد الوقت الذي يستغرقه الماء للوصول إلى الرشاش البعيد هيدروليكيًا من لحظة تشغيله بحد أقصى 60 ثانية. يُعرف هذا في الممارسة الصناعية باسم "الحد الأقصى لوقت توصيل الماء". وقد يلزم تقليل الحد الأقصى لوقت توصيل الماء، اعتمادًا على تصنيف المخاطر للمنطقة التي يحميها نظام الرشاشات. ^{[ 18 ]}

تشمل عيوب استخدام أنظمة رشاشات إطفاء الحريق ذات الأنابيب الجافة ما يلي:

• زيادة التعقيد: تتطلب أنظمة الأنابيب الجافة معدات تحكم إضافية ومكونات لتزويد ضغط الهواء، مما يزيد من تعقيد النظام. وهذا يُبرز أهمية الصيانة الدورية، حيث ينتج عن هذه الزيادة في تعقيد النظام انخفاضٌ في موثوقيته الإجمالية (أي زيادة في نقاط العطل الفردية ) مقارنةً بنظام الأنابيب الرطبة.
• ارتفاع تكاليف التركيب والصيانة: يؤثر التعقيد الإضافي على التكلفة الإجمالية لتركيب الأنابيب الجافة، ويزيد من نفقات الصيانة بما في ذلك عمليات فحص الأنابيب الداخلية بشكل أكثر تكرارًا.
• زيادة زمن الاستجابة للحريق: نظرًا لأن الأنابيب تكون فارغة عند تشغيل الرشاشات، يوجد تأخير زمني طبيعي في وصول الماء إليها أثناء انتقاله من الأنبوب الرئيسي إلى الرشاش، مما يؤدي إلى ملء الأنابيب جزئيًا. تسمح اللوائح عادةً بحد أقصى 60 ثانية من لحظة فتح الرشاش الواحد حتى وصول الماء إلى الحريق. يؤدي هذا التأخير في إخماد الحريق إلى اتساع رقعة الحريق قبل السيطرة عليه، مما يزيد من الأضرار المادية.

• زيادة احتمالية التآكل : بعد التشغيل أو الاختبار، يجب تصريف أنابيب نظام الرش الجاف، ولكن تتجمع المياه المتبقية في المناطق المنخفضة من الأنابيب، كما تبقى الرطوبة محتبسة في الهواء داخلها. هذه الرطوبة، بالإضافة إلى الأكسجين الموجود في الهواء المضغوط داخل الأنابيب، تزيد من التآكل الداخلي، مما يؤدي في النهاية إلى تسربات دقيقة أو أعطال أخرى في الأنابيب. يكون معدل التآكل الداخلي في أنظمة الأنابيب الرطبة (حيث تكون الأنابيب ممتلئة بالماء باستمرار) أقل بكثير، لأن كمية الأكسجين المتاحة لعملية التآكل محدودة. ^{[ 19 ]} يمكن مكافحة التآكل باستخدام أنابيب مجلفنة أو نحاسية أو من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وهي أقل عرضة للتآكل، أو باستخدام غاز النيتروجين الجاف لضغط النظام بدلاً من الهواء. يمكن استخدام مولدات النيتروجين كمصدر دائم لغاز النيتروجين، وهو أمر مفيد لأن أنظمة الرش الجافة تتطلب إمدادًا مستمرًا من غاز المراقبة. قد تؤدي هذه الاحتياطات الإضافية إلى زيادة التكلفة الأولية للنظام، ولكنها ستساعد في منع فشل النظام، وزيادة تكاليف الصيانة، والحاجة المبكرة لاستبدال النظام في المستقبل.

أنظمة "الرش الغزير" هي أنظمة تُفتح فيها جميع رشاشات المياه المتصلة بنظام أنابيب المياه، وذلك بإزالة عنصر التشغيل الحساس للحرارة. تُستخدم هذه الأنظمة في حالات المخاطر الخاصة التي يُشكل فيها انتشار الحريق السريع مصدر قلق، حيث توفر رشًا متزامنًا للمياه على كامل منطقة الخطر.

لا يوجد ماء في الأنابيب إلا عند تشغيل النظام. ولأن فتحات الرشاشات مفتوحة، فإن الأنابيب تكون تحت الضغط الجوي. ولمنع ضغط إمداد المياه من دفع الماء إلى داخل الأنابيب، يُستخدم صمام إغراق (صمام ذو مزلاج ميكانيكي) في وصلة إمداد المياه. وهو صمام غير قابل لإعادة الضبط، ويبقى مفتوحًا بمجرد فتحه.

نظرًا لإزالة عناصر استشعار الحرارة الموجودة عادةً في رشاشات المياه الأوتوماتيكية (مما يؤدي إلى فتح رؤوس الرشاشات)، يُفتح صمام الفيضان عبر إشارة من نظام إنذار الحريق الذي يستخدم كاشفات الحريق. ويُختار نوع جهاز بدء إنذار الحريق بناءً على نوع الخطر (مثل رشاشات التوجيه، أو كاشفات الدخان ، أو كاشفات الحرارة ، أو كاشفات اللهب الضوئية ). يُرسل جهاز البدء إشارة إلى لوحة إنذار الحريق، التي بدورها تُرسل إشارة إلى صمام الفيضان لفتحه. كما يمكن التفعيل عبر محطة سحب كهربائية أو هوائية لإنذار الحريق، والتي تُرسل إشارة إلى لوحة إنذار الحريق لفتح صمام الفيضان.

تُعد أنظمة الرش المسبقة التشغيل متخصصة للاستخدام في الأماكن التي يكون فيها التنشيط العرضي غير مرغوب فيه بشكل خاص، مثل المتاحف التي تحتوي على أعمال فنية نادرة أو مخطوطات أو كتب؛ ومراكز البيانات، لحماية معدات الكمبيوتر من تصريف المياه العرضي.

يوجد نوعان رئيسيان من أنظمة ما قبل التشغيل: نظام التعشيق الفردي ونظام التعشيق المزدوج.

تتشابه آلية عمل أنظمة التعشيق الأحادي مع الأنظمة الرطبة، باستثناء أن هذه الأنظمة تتطلب حدوث كشف حريق "مسبق"، عادةً ما يكون تفعيل كاشف حرارة أو دخان، قبل "عملية" إدخال الماء إلى أنابيب النظام عن طريق فتح صمام ما قبل التشغيل، وهو صمام ذو مزلاج ميكانيكي (أي مشابه لصمام الفيضان). وبهذه الطريقة، يتحول النظام أساسًا من نظام جاف إلى نظام رطب. والهدف من ذلك هو تقليل التأخير الزمني غير المرغوب فيه في توصيل الماء إلى الرشاشات، وهو أمر متأصل في الأنظمة الجافة. قبل كشف الحريق، إذا عمل الرشاش، أو حدث تسريب في نظام الأنابيب، فإن فقدان ضغط الهواء في الأنابيب سيؤدي إلى تفعيل إنذار الأعطال. في هذه الحالة، لن يُفتح صمام ما قبل التشغيل بسبب فقدان ضغط المراقبة، ولن يدخل الماء إلى الأنابيب.

تتطلب أنظمة التعشيق المزدوج تفعيل كلٍ من كاشف الحرارة أو الدخان، وتشغيل نظام الرش الآلي، قبل بدء عملية ضخ الماء إلى أنابيب النظام. فتفعيل كاشفات الحريق أو نظام الرش الآلي وحده، دون تشغيل الآخر في الوقت نفسه، يمنع دخول الماء إلى الأنابيب. ولأن الماء لا يدخل الأنابيب إلا بعد تشغيل نظام الرش الآلي، تُعتبر أنظمة التعشيق المزدوج أنظمة جافة من حيث مدة ضخ الماء، وبالتالي تتطلب مساحة تصميم أكبر.

نظام رشاشات إطفاء الحرائق بالماء الرغوي هو نظام تطبيق خاص، يقوم برش مزيج من الماء ومركز رغوة منخفض التمدد ، مما ينتج عنه رذاذ رغوي من الرشاش. تُستخدم هذه الأنظمة عادةً في المباني ذات المخاطر الخاصة المرتبطة بحرائق شديدة الخطورة، مثل تلك التي تحتوي على سوائل قابلة للاشتعال ، كما هو الحال في حظائر الطائرات .

تُشابه أنظمة رش الماء من حيث التشغيل أنظمة الإغراق، إلا أن أنماط رش الأنابيب وفوهات التفريغ مُصممة لحماية مخاطر ذات تكوين فريد، عادةً ما تكون مكونات أو معدات ثلاثية الأبعاد (على عكس أنظمة الإغراق المصممة لتغطية المساحة الأفقية لأرضية الغرفة). قد لا تكون الفوهات المستخدمة من نوع رشاشات الحريق المُدرجة، وعادةً ما يتم اختيارها لنمط رش مُحدد يتوافق مع الطبيعة ثلاثية الأبعاد للخطر (مثل أنماط الرش الشائعة: بيضاوي، مروحي، دائري كامل، نفاث ضيق). من أمثلة المخاطر التي تحميها أنظمة رش الماء: المحولات الكهربائية التي تحتوي على زيت للتبريد، أو محامل التوربينات والمولدات. كما يُمكن استخدام أنظمة رش الماء خارجيًا على أسطح الخزانات التي تحتوي على سوائل أو غازات قابلة للاشتعال (مثل الهيدروجين). يهدف رش الماء هنا إلى تبريد الخزان ومحتوياته لمنع تمزق/انفجار الخزان ( BLEVE ) وانتشار الحريق.

تُستخدم أنظمة رذاذ الماء في تطبيقات المخاطر الخاصة. ويُستخدم هذا النوع من الأنظمة عادةً في الأماكن التي يُحتمل فيها حدوث أضرار مائية، أو حيث تكون إمدادات المياه محدودة. يُعرّف معيار NFPA 750 ^{[ 20 ]} رذاذ الماء بأنه رذاذ ماء بحجم قطرات "أقل من 1000 ميكرون عند أدنى ضغط تشغيل لفوهة التفريغ". ويمكن التحكم في حجم القطرات عن طريق ضبط ضغط التفريغ من خلال فوهة ذات فتحة ثابتة الحجم. وتشمل آليات إخماد الحرائق التي توفرها أنظمة رذاذ الماء التبريد، وتقليل الأكسجين الموضعي في اللهب، وحجب الإشعاع. ^{[ 21 ]}

أثناء التشغيل، يمكن لأنظمة رذاذ الماء أن تعمل بنفس وظائف أنظمة الإغراق، أو أنظمة الأنابيب الرطبة، أو أنظمة الأنابيب الجافة، أو أنظمة ما قبل التشغيل. ويمكن تطبيق هذه الأنظمة باستخدام طريقة التطبيق الموضعي أو طريقة الإغراق الكامل، على غرار أنظمة مكافحة الحرائق بالمواد النظيفة.