NFPA 11 Yüksek Genleşmeli Köpük: Daldırma ve Debi

Yüksek genleşmeli köpükle daldırma (total flooding) sisteminde amaç, kapalı bir hacmi tehlikenin üstüne kadar köpükle doldurmak ve bu seviyeyi yangın kontrol altına alınana kadar korumaktır. Tasarım üç soruya indirgenir: köpük ne kadar derin olmalı, bu derinliğe ne kadar sürede ulaşılmalı ve sızıntı, köpük çökmesi ve sprinkler suyu hesaba katıldığında jeneratörler ne kadar köpük üretmeli. NFPA 11-2024 bu soruları 7.12'de yanıtlar. Bu yazı maddeleri sırayla anlatır ve sonda formülle bir örnek hesap verir.

Madde, tablo ve formül NFPA 11-2024'ten, PDF sayfalarından okunmuştur. Metrik değerler standardın parantez içinde verdiği değerlerdir.

Yüksek genleşme nedir, nerede kullanılır?

NFPA 11'in açıklayıcı ekine göre köpükler genleşme oranına göre üç aralığa ayrılır: düşük genleşme 20'ye kadar, orta genleşme 20 ile 200 arası, yüksek genleşme 200'den yaklaşık 1000'e kadar (A.3.3.9). Orta ve yüksek genleşmeli köpük sıradan yanıcı maddeleri, yanıcı sıvıları ve bunların karışımını korumak için kullanılabilir; sıvılaştırılmış doğal gaz yalnız yüksek genleşmeyle korunur (7.3). Selüloz nitrat gibi oksijen veren kimyasallar, korunmasız enerjili elektrik ekipmanı, suyla tepkimeye giren metaller ve maddeler ile sıvılaştırılmış yanıcı gaz için ise testler dahil bir değerlendirme uygunluğu göstermedikçe kullanılmaz (7.3.2).

Daldırma sistemi, köpük konsantresi ve su beslemeli sabit köpük jeneratörlerinden oluşur ve kapalı bir hacmin ya da tehlikeyi çevreleyen bir mahfazanın içine boşaltır (7.12.1). Köpüğün gereken derinlikte birikip yeterli süre kalabilmesi için tehlikenin çevresinde kalıcı bir mahfaza bulunmalıdır (7.12.2).

Mahfaza: sızıntı ve havalandırma (7.12.4)

• Açıklıklar: Tasarım dolum derinliğinin altındaki kapı ve pencereler, köpük boşaltımından önce ya da onunla aynı anda otomatik kapanacak biçimde düzenlenir; insanların tahliyesi gözetilir (7.12.4.1.1). Kapanan açıklıklar yangın boyunca kapalı kalmalı ve köpük ile sprinkler suyunun basıncına dayanmalıdır.
• Kapatılamayan açıklık: Sistem olası köpük kaybını karşılayacak biçimde tasarlanır, tasarım testle doğrulanır; köpük boşaltımı kapanma tamamlanmadan başlıyorsa kayıp için ek köpük üretimi hesaba katılır (7.12.4.1.1.2).
• Havalandırma: Köpük dışarıdan alınan havayla üretiliyorsa, köpüğün ittiği hava için yüksek seviyede tahliye açıklığı gerekir (7.12.4.1.2.1). Bu açıklıkta hava hızı serbest havada 305 m/dk (1000 ft/dk) değerini aşmamalıdır (7.12.4.1.2.2).
• Fanlar: Köpük birikmesini bozan cebri havalandırma otomatik durdurulur ya da kapatılır (7.12.4.1.2.5). Tahliye fanı gerekiyorsa yüksek sıcaklığa uygun olmalı ve jeneratör çalışmasını bozmamalıdır.

Daldırma derinliği (7.12.5.2.1)

Yüksek genleşmeli köpükte toplam derinlik, en yüksek tehlikenin yüksekliğinin en az 1,1 katı olmalı ve hiçbir durumda tehlikenin üstünde 600 mm (24 in.) değerinin altına inmemelidir (7.12.5.2.1.1). İki şart birlikte sağlanır. 4 m yüksekliğindeki bir istifte 1,1 × 4 = 4,4 m köpük tehlikenin üstünde yalnız 0,4 m kalır; bu yüzden derinlik 4 + 0,6 = 4,6 m'ye çıkar. Yaklaşık 6 m'nin altındaki istiflerde genellikle 600 mm şartı, üstündekilerde 1,1 katsayısı belirleyicidir.

Yanıcı sıvılarda gereken derinlik bundan çok daha fazla olabilir ve beklenen yangını taklit eden testlerle belirlenen derinlikten az olamaz (7.12.5.2.1.2). Orta genleşmeli köpükte derinlik genleşmeye göre değişir ve testle belirlenir (7.12.5.2.2).

Daldırma hacmi (7.12.6)

• Sprinklerli alanda daldırma hacmi, gereken derinlik ile korunan alanın taban alanının çarpımıdır (7.12.6.1).
• Yanıcı yapı ya da kaplamalı, sprinklersiz odalarda gizli boşluklar dahil hacmin tamamı alınır (7.12.6.2).
• Tanklar, makineler ve kalıcı yerleşik ekipmanın hacmi düşülebilir (7.12.6.3); depolanan malzemenin hacmi düşülmez (7.12.6.4).

Daldırma süresi: Tablo 7.12.7.1

Tablo, köpük boşaltımı başladıktan sonra daldırma hacmine ulaşmak için izin verilen en uzun süreyi dakika olarak verir (7.12.7.1). Sütunlar, yapı türlerinin NFPA 220 gösterimindeki iki grubudur. Birinci grup Type II (000), Type III (200) ve Type V (000), yani taşıyıcıları korumasız yapılardır. İkinci grup Type I (tümü), Type II (222, 111), Type IV (2HH) ve Type V (111), yani yangına dayanıklı, korumalı ya da ağır ahşap yapılardır.

* Polar çözücüler tabloda yoktur; kaynama noktası 38 °C altındaki yanıcı sıvılar daha yüksek uygulama hızı isteyebilir. † Bu süreler 4,6 m (15 ft) üzerindeki istiflere ya da yangının içerik boyunca çok hızlı yayıldığı durumlara doğrudan uygulanamayabilir.

Tablo süreleri, yangın algılama ile köpük boşaltımının başlaması arasında en çok 30 saniyelik gecikme varsayar; 30 saniyeyi aşan her gecikme tablo süresinden düşülür (7.12.7.3, 7.12.7.4). 7.12.8'deki etkenler daha kısa süre gerektirebilir (7.12.7.2). Polar çözücüde yüksek genleşmeli köpük düşünülüyorsa uygunluğu ekipman tedarikçisi kanıtlar (7.12.7.5). Korumasız yapı sütunundaki sürelerin kısa olmasının nedeni, ekin hatırlattığı gibi hafif ve korumasız taşıyıcıların hızlı gelişen yangında çabuk zarar görmesidir (A.7.12.7.1).

Boşaltma hızı formülü (7.12.8)

Orta genleşmede boşaltma hızı testle belirlenir (7.12.8.1). Yüksek genleşmede hız, Tablo 7.12.7.1'in derinlik ve süre şartını karşılamalı; köpüğün olağan çökmesi, sızıntı ve sprinkler suyunun köpüğü bozması telafi edilmelidir (7.12.8.2.2). En az boşaltma hızı ya da toplam jeneratör kapasitesi şu formülle bulunur (7.12.8.2.3.1):

• R_S = S × Q (7.12.8.2.3.2). Q, çalışması beklenen en çok sayıdaki sprinklerin toplam debisidir (L/dk). Özel test verisi yoksa S = 0,0748 m³/dk·L/dk (10 ft³/dk·gpm) alınır (7.12.8.2.3.3).
• C_N = 1,15: drenaj, yangın, yüzeylerin ıslanması ve stokun emmesi gibi nedenlerle köpük kaybını karşılayan deneysel katsayı (7.12.8.2.3.4).
• C_L: kapı ve pencere çevresindeki ve kapatılamayan açıklıklardaki kaybı karşılar; yapıyı değerlendiren tasarımcı belirler. Dolum derinliğinin altında tamamen sızdırmaz bir yapıda bile 1,0'dan az olamaz; bütün açıklıkları normalde kapalı bir binada genleşme oranı, sprinkler çalışması ve köpük derinliğine bağlı olarak 1,2'ye kadar çıkabilir (7.12.8.2.3.5).

Ek açıklamaya göre 400:1'in üzerindeki genleşmelerde, köpük yükselme hızı 0,9 m/dk (3 ft/dk) altına indiğinde yanıcı sıvı yangınlarının söndürme süresi belirgin biçimde uzamıştır (A.7.12.8).

Konsantre ve su miktarı (7.12.9)

Yüksek genleşmeli sistemde konsantre ve su, bütün sistemin 25 dakika kesintisiz çalışmasına ya da daldırma hacminin dört katını üretmeye yetmelidir; hangisi azsa o alınır, ama hiçbir durumda tam kapasitede 15 dakikadan az olamaz (7.12.9.1). Orta genleşmede miktar bağımsız laboratuvar testleriyle belirlenir (7.12.9.2). Rezerv stok da gerekir (7.12.9.3).

Daldırma hacminin korunması (7.12.10)

Kontrol ya da söndürme için daldırma hacmi sprinklersiz yerlerde en az 60 dakika, sprinklerli yerlerde en az 30 dakika korunur (7.12.10.1). Tehlike yanmaz kaplardaki yanıcı sıvılarsa bu süre azaltılabilir (7.12.10.2). Hacim jeneratörlerin bir kısmı ya da tamamı sürekli veya aralıklı çalıştırılarak korunabilir; konsantreyi boşa harcamadan bunu yapacak düzen ve yöntem önceden hazırlanır (7.12.10.3). Söndürme sonrası köpüğü kaldırma işi de kontrolü kaybetmeyecek biçimde önceden planlanır (7.12.10.4). Ek, daldırma sisteminden her zaman tam söndürme değil, çoğu zaman hızlı kontrol ve en az içerik hasarı beklendiğini, köpüğü kaldırmadan önce bir saate kadar sürebilecek bir bekleme süresi gerektiğini not eder (A.7.12.10).

Kabul testinde daldırma sistemlerinin kapı, pencere ve konveyör açıklıklarındaki otomatik kapatıcıları, ekipman kilitlemeleri ve duman tahliye açıklıklarının otomatik açılması da sınanır (12.5.2).

Örnek hesap

Varsayımlar (tamamı örnek içindir): 40 m × 25 m tabanlı, taşıyıcıları korumasız bir depo (Type II (000)); ıslak borulu sprinkler sistemi; karton içinde yanıcı mal, istif yüksekliği 4 m; yangında 30 sprinklerin açılması beklenir, sprinkler başına alan 12 m², yoğunluk 12 mm/dk; açıklıkların tamamı otomatik kapanır, kapı çevresindeki kayıp için C_L = 1,1.

1. Derinlik: 1,1 × 4 = 4,4 m; 4 + 0,6 = 4,6 m. Büyük olan: 4,6 m.
2. Hacim: V = 40 × 25 × 4,6 = 4600 m³ (istif hacmi düşülmez, 7.12.6.4).
3. Süre: Tablo 7.12.7.1, karton içinde yanıcı, birinci yapı grubu, sprinklerli → T = 7 dk.
4. Sprinkler debisi: Q = 30 × 12 × 12 = 4320 L/dk; R_S = 0,0748 × 4320 = 323,1 m³/dk.
5. Boşaltma hızı: R = (4600 / 7 + 323,1) × 1,15 × 1,1 = (657,1 + 323,1) × 1,265 = 1240 m³/dk köpük.
6. Süre şartı: 4V / R = 18 400 / 1240 = 14,8 dk; bu 25 dakikadan az olduğu için esas alınır, ama 15 dakikanın altında kaldığı için 15 dk uygulanır.
7. Çözelti ve konsantre: Jeneratörün 500:1 genleşme verdiğini ve konsantrenin %3 oranında listelendiğini varsayalım (bu iki değer ürüne bağlıdır, listeden alınır). Çözelti debisi 1240 / 500 = 2,48 m³/dk = 2480 L/dk; 15 dakikada 37 200 L çözelti, bunun 1116 L'si konsantre. Buna rezerv eklenir (7.12.9.3).

Kontrol: 4,6 m derinliğe 7 dakikada ulaşmak ortalama 0,66 m/dk yükselme demektir. Tehlike yanıcı sıvı olsaydı ve genleşme 400:1'in üzerinde olsaydı, ekteki 0,9 m/dk gözlemi nedeniyle bu değer ayrıca sorgulanmalıydı.

Sık yapılan hatalar

• Derinliği yalnız 1,1 katla almak ve 600 mm şartını atlamak.
• İstif hacmini daldırma hacminden düşmek (7.12.6.4 buna izin vermez).
• Algılama ile boşaltma arasındaki 30 saniyeyi aşan gecikmeyi tablo süresinden düşmemek.
• Sprinkler suyunun köpüğü bozmasını (R_S) hesaba katmamak; büyük depolarda R'nin önemli bir kısmı bu terimden gelir.
• Yüksek seviyede hava tahliye açıklığını unutmak ya da 305 m/dk hız sınırını kontrol etmemek.

Daha geniş çerçeve için Köpük Sistemi Tasarım Rehberi, konsantre stoku ve rezerv için NFPA 11 Konsantre Stoku ve Oranlama, kabul testleri için NFPA 11 Kabul Testleri yazılarına bakabilirsiniz.

Sık Sorulan Sorular

Yüksek genleşmeli köpükte daldırma derinliği nasıl bulunur?

En yüksek tehlikenin yüksekliğinin en az 1,1 katı alınır ve köpük tehlikenin en az 600 mm (24 in.) üstüne çıkmalıdır; iki şart birlikte sağlanır (7.12.5.2.1.1). Yanıcı sıvılarda derinlik testle belirlenir ve daha büyük olabilir.

NFPA 11 daldırma formülündeki katsayılar nelerdir?

R = (V/T + R_S) × C_N × C_L. Sprinkler bozma hızı R_S = S × Q ve S = 0,0748 m³/dk·L/dk (10 ft³/dk·gpm); olağan çökme C_N = 1,15; sızıntı C_L en az 1,0, tüm açıklıkları normalde kapalı binada 1,2'ye kadar (7.12.8.2.3).

Daldırma süresi neye göre seçilir?

Tablo 7.12.7.1'e göre tehlike türü, yapı türü grubu ve sprinkler varlığına göre 2 ile 8 dakika arası. Süre en çok 30 saniyelik algılama gecikmesi varsayar; fazlası tablo süresinden düşülür (7.12.7.3, 7.12.7.4).

Yüksek genleşmeli sistemde ne kadar konsantre gerekir?

Tüm sistemin 25 dakika çalışmasına ya da daldırma hacminin dört katını üretmeye yetecek kadar; hangisi azsa. Ama hiçbir durumda tam kapasitede 15 dakikadan az olamaz (7.12.9.1). Rezerv ayrıca gerekir.

Köpük seviyesi ne kadar süre korunmalı?

Sprinklersiz yerlerde en az 60 dakika, sprinklerli yerlerde en az 30 dakika (7.12.10.1). Tehlike yanmaz kaplardaki yanıcı sıvılarsa süre azaltılabilir (7.12.10.2).

SprinkCalc — Üç Standartta Yangın Sprinkler Tasarımı

SprinkCalc; NFPA 13, FM Global ve BS EN 12845 için tehlike sınıflandırması, tasarım yoğunluğu ve alanı, K-faktör seçimi, su talebi ve hidrolik hesapları tek iOS uygulamasında toplar ve profesyonel PDF rapor üretir.

SprinkCalc'i App Store'dan indir

MEP Calc — 110+ Mühendislik Hesap Modülü

MEP Calc tek iOS uygulamasında 110+ mühendislik modülü sunar: 21 yangın hesabının yanı sıra ısıtma, soğutma, HVAC, sıhhi tesisat, buhar ve doğalgaz.

MEP Calc'i App Store'dan indir