EP1142611A1 - Verfahren zur Optimierung eines Wasserspray-Löschsystems und Wasserspray-Löschsystem zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Optimierung eines Wasserspray-Löschsystems und Wasserspray-Löschsystem zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP1142611A1
EP1142611A1 EP00107648A EP00107648A EP1142611A1 EP 1142611 A1 EP1142611 A1 EP 1142611A1 EP 00107648 A EP00107648 A EP 00107648A EP 00107648 A EP00107648 A EP 00107648A EP 1142611 A1 EP1142611 A1 EP 1142611A1
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water
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nozzles
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    • A62C35/02—Permanently-installed equipment with containers for delivering the extinguishing substance
    • A62C35/023—Permanently-installed equipment with containers for delivering the extinguishing substance the extinguishing material being expelled by compressed gas, taken from storage tanks, or by generating a pressure gas

Definitions

  • the present invention relates to a method for optimizing a water spray extinguishing system, which is a water storage device, a pipe system connected to it having nozzles and a propellant to promote the water to the nozzles.
  • the extinguishing parameters with thermodynamic and fluid mechanical Methods determined.
  • the first step is the development of the flue gas flow and the behavior of water drops emerging from a nozzle in this flue gas stream determined and from the relationships between drop speed, drop size and droplet evaporation become the properties necessary for the extinguishing Water drops calculated.
  • the system parameters are pressure, water flow and pipe dimensions so that the desired water drops are created.
  • this object is achieved in that the pressure driving the water is selected so that the nozzle pressure required for the required drop size is chosen sets.
  • a first preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that that a pressurized gas is used as the blowing agent and the nozzle pressure is set by throttling the driving compressed gas.
  • a second preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that that from the size of a given fire and the arrangement of the nozzles for the fire the drop size to be set at the nozzles and from this the nozzle pressure, and that from the nozzle pressure the line diameter and the throttling of the driving Compressed gas is calculated.
  • the required nozzle pressure is therefore first calculated and then this nozzle pressure is set by throttling the driving compressed gas.
  • throttling the driving compressed gas is due to the phenomenon of critical flow of compressible media the discharge pressure during the extinguishing if possible held constant for a long time. This phenomenon states that the speed in the throttle body cannot be greater than the speed of sound and therefore the driving pressure drop is independent as long as it does not fall below a certain minimum value.
  • the invention further relates to a water spray extinguishing system with a water storage device and a line system connected to these with nozzles and with a propellant to convey the water through the pipe system to the nozzles.
  • the inventive Extinguishing system is characterized in that a throttle for the reduction of the Pressure of the blowing agent is provided.
  • a third preferred embodiment of the extinguishing system according to the invention is thereby characterized in that when the valves are open, the blowing agent flowing through the pressure line relaxed when passing the throttle and reached the state of critical flow, at which the pressure after the throttle assumes an almost constant value.
  • a fourth preferred embodiment of the extinguishing system according to the invention is thereby characterized in that the pressure in the gas pressure accumulator is above 100 bar and preferably is 200 bar, and that the pressure in the pressure line after the throttle is below 100 bar and is preferably between 10 and 40 bar.
  • this embodiment shows a schematic representation of an extinguishing system according to the invention, in which a blowing agent for the extinguishing water pressurized gas, for example nitrogen, is used.
  • a blowing agent for the extinguishing water pressurized gas for example nitrogen
  • the extinguishing system consists of a line system 1 with nozzles 2 which are provided for the discharge of extinguishing water in the form of droplets or spray mist.
  • the Extinguishing water is stored in containers 3 of a water storage device 4, to which the line system 1 is connected.
  • the extinguishing system also assigns a propellant Conveying the water from the storage device 4 to the nozzles 2.
  • This blowing agent is a gas pressure accumulator 5.
  • the gas pressure accumulator 5 consists of a number of gas high-pressure bottles 6, in which, for example Nitrogen is stored under a pressure of 200 bar.
  • the high pressure gas cylinders 6 are connected via valves 7 to a pressure line 8 leading to the water storage device 4.
  • the pressure line 8 opens into the individual water tanks 3 and presses when acted upon with high pressure gas the water from the containers 3 into the pipe system 1 and thus to the nozzles 2.
  • the pressure line 8 is acted upon by high pressure gas Opening the valves 7, which in the event of a fire by a corresponding signal from a fire alarm 9 or an extinguishing center 10 is triggered, in the latter case the extinguishing center 10 from Fire alarm 9 is activated. It goes without saying that the deletion process is triggered manually possible.
  • the pressure line 8 contains an orifice 11 in the area of the gas pressure accumulator 5 through which the delivery pressure in the pressure line 8 and thus also in the line system 1 an optimal nozzle pressure is throttled, for example in the range of about 10 to 40 bar.
  • the arrangement of the throttle 11 makes the critical flow phenomenon more compressible Media used by throttling to the delivery pressure as possible during the extinguishing to keep constant.
  • the discharge pressure changes only slowly and is guaranteed during the relevant ones Extinguishing or flooding phase an optimal nozzle pressure. That through the throttle 11 caused pressure reduction leads to the fact that when opening the valves 7 in the line system 1 and no dangerous water hammer occurs at the nozzles 2.
  • the pipe system 1 and the water tank 3 materials which are not high pressure quality must have.
  • the throttle 11 is designed during the installation of the extinguishing system in such a way that it touches the nozzles 2 sets the optimal pressure. This is interpreted in the following way: In a first Step is made up of the dimensions of the space intended for the extinguishing system and a given fire determines the number and arrangement of the required nozzles 2 and Then the development of the fire gas flow, in particular the Ascent rate and temperature of the combustion gases depending on the burn rate, the burning quality, the fire area and the room height. With the help of these values the behavior of water drops after they emerge from the nozzles 2 is then described and the speed and evaporation of the drops are determined as a function of the room height and from this the optimal drop size and drop speed values for deletion certainly.

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Abstract

Das Wasserspray-Löschsystem enthält eine Wasser-Bevorratungseinrichtung (4), ein an diese angeschlossenes Leitungssystems (1) mit Düsen (2) und ein Treibmittel zur Förderung des Wassers zu den Düsen (2). Der das Wasser treibende Druck wird so gewählt, dass sich der für die erforderliche Tropfengrösse notwendige Düsendruck einstellt. Zu diesem Zweck ist eine Drossel (11) für die Reduktion des Drucks des Treibmittels vorgesehen. Das Treibmittel ist durch ein in einem mit der Wasser-Bevorratungseinrichtung (4) über eine Druckleitung (8) verbundenen Gasdruckspeicher (5) gelagertes Gas gebildet, und die Drossel (11) ist in dieser Druckleitung (8) angeordnet. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung eines Wasserspray-Löschsystems, welches eine Wasser-Bevorratungseinrichtung, ein an diese angeschlossenes Leitungssystem mit Düsen und ein Treibmittel zur Förderung des Wassers zu den Düsen aufweist.
Herkömmliche Wasserspray-Löschsysteme, die in der Literatur auch als Water-Mist-Löschsysteme bekannt sind, versprühen aus den Düsen Wassertropfen, wobei als Treibmittel entweder ein unter Druck stehendes Gas, vorzugsweise Stickstoff, oder eine Pumpe verwendet wird. Dabei sind sowohl Hoch- als auch Niederdrucksysteme auf dem Markt verbreitet. Im Fall der Verwendung von Druckgas ist ein Gasdruckspeicher vorgesehen.
Zumindest bei Hochdrucksystemen wird von den Errichtern derartiger Löschsysteme die Variante mit dem Druckgas favorisiert, weil hier die Eigenenergie des gespannten Gases ausgenutzt wird und keine mechanisch anfälligen Pumpen erforderlich sind. Um Platz zu sparen, werden für den Gasdruckspeicher vorzugsweise Hochdruckflaschen mit einem Druck um 200 bar verwendet. Dies hat den Nachteil, dass beim Start des Lösch- oder Flutvorgangs ein massiver Wasserschlag mit Druckspitzen über 200 bar das Leitungssystem und vor allem die Wasserbehälter belasten kann. Zugleich fällt aber der Druck an den Düsen während der Flutung rasch ab, was die Löschwirkung beeinflusst.
Wie praktische Erfahrungen und theoretische Erkenntnisse zeigen, haben bestimmte Löschparameter, insbesondere der Düsendruck und damit gekoppelt der Tropfendurchmesser und die Tropfengeschwindigkeit, einen massgeblichen Einfluss auf die Löschwirkung. Es ist daher für die Löschwirkung wesentlich, die Zusammenhänge zwischen den Löschparametern zu kennen und die Löschparameter dann entsprechend auszuwählen.
Bei einem in der EP-A-0 661 081 beschriebenen Verfahren zur Optimierung des Löschmittelverbrauchs und/oder der Löschzeit werden die Löschparameter mit thermodynamischen und strömungsmechanischen Methoden bestimmt. Dabei wird zunächst die Entwicklung des Brandgasstroms und das Verhalten von aus einer Düse austretenden Wassertropfen in diesem Brandgasstrom ermittelt und aus den Zusammenhängen zwischen Tropfengeschwindigkeit, Tropfengrösse und Tropfenverdunstung werden die für die Löschung notwendigen Eigenschaften der Wassertropfen berechnet. Schliesslich werden die Anlagenparameter Druck, Wasserdurchsatz und Rohrleitungsdimensionen so abgestimmt, dass die gewünschten Wassertropfen entstehen.
Durch die Erfindung soll nun ein Verfahren der eingangs genannten Art angegeben werden, welches eine Optimierung der Löschwirkung durch eine einfache Regelung der Tropfengrösse ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der das Wasser treibende Druck so gewählt wird, dass sich der für die erforderliche Tropfengrösse notwendige Düsendruck einstellt.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel ein unter Druck stehendes Gas verwendet und der Düsendruck durch Drosselung des treibenden Druckgases eingestellt wird.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass aus der Grösse eines gegebenen Feuers und der Anordnung der Düsen zum Feuer die an den Düsen einzustellende Tropfengrösse und aus dieser der Düsendruck, und dass aus dem Düsendruck der Leitungsdurchmesser und die Drosselung des treibenden Druckgases berechnet wird.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird also zuerst der erforderliche Düsendruck berechnet und anschliessend wird dieser Düsendruck durch Drosselung des treibenden Druckgases eingestellt. Durch die Drosselung des treibenden Druckgases wird wegen des Phänomens der kritischen Strömung kompressibler Medien der Förderdruck während der Löschung möglichst lange konstant gehalten. Dieses Phänomen besagt, dass die Geschwindigkeit im Drosselorgan nicht grösser sein kann als die Schallgeschwindigkeit und daher vom treibenden Druckgefälle unabhängig ist, solange dieses einen bestimmten Minimalwert nicht unterschreitet.
Weitere Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen darin, dass ein gefährlicher Wasserschlag im Leitungssystem verhindert wird, dass die wasserführenden Leitungen und die Waserbehälter keine Hochdruck-Qualität aufweisen müssen, und dass das Tropfenspektrum und die Tropfengeschwindigkeit an den Düsen auf eine optimale Löschwirkung ausgelegt werden können.
Die Erfindung betrifft weiter ein Wasserspray-Löschsystem mit einer Wasser-Bevorratungseinrichtung und einem an diese angeschlossenen Leitungssystem mit Düsen und mit einem Treibmittel zur Förderung des Wassers durch das Leitungssystem zu den Düsen. Das erfindungsgemässe Löschsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Drossel für die Reduktion des Drucks des Treibmittels vorgesehen ist.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Löschsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel durch ein in einem mit der Wasser-Bevorratungseinrichtung über eine Druckleitung verbundenen Gasdruckspeicher gelagertes Gas gebildet und dass die Drossel in dieser Druckleitung angeordnet ist.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Löschsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruckspeicher eine Anzahl von Flaschen enthält, in denen das Treibmittel unter hohem Druck gespeichert ist, und dass die Gasflaschen über gesteuerte Ventile mit der die Drossel enthaltenden Druckleitung verbunden sind.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Löschsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass sich bei geöffneten Ventilen das durch die Druckleitung stömende Treibmittel beim Passieren der Drossel entspannt und den Zustand der kritischen Strömung erreicht, bei dem der Druck nach der Drossel einen annähernd konstanten Wert annimmt.
Eine vierte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Löschsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Gasdruckspeicher über 100 bar beträgt und vorzugsweise bei 200 bar liegt, und dass der Druck in der Druckleitung nach der Drossel unter 100 bar beträgt und vorzugsweise zwischen 10 und 40 bar liegt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Löschsystems, bei welchem als Treibmittel für das Löschwasser ein unter Druck stehendes Gas, beispielsweise Stickstoff, verwendet wird.
Das Löschsystem besteht darstellungsgemäss aus einem Leitungssystem 1 mit Düsen 2, die zum Austritt von Löschwasser in Form von Tröpfchen oder Sprühnebel vorgesehen sind. Das Löschwasser ist in Behältern 3 einer Wasser-Bevorratungseinrichtung 4 gelagert, an welche das Leitungssystem 1 angeschlossen ist. Ausserdem weist das Löschsystem ein Treibmittel zur Förderung des Wassers von der Bevorratungseinrichtung 4 zu den Düsen 2 auf. Dieses Treibmittel ist darstellungsgemäss ein Gasdruckspeicher 5.
Der Gasdruckspeicher 5 besteht aus einer Anzahl von Gas-Hochdruckflaschen 6, in denen beispielsweise Stickstoff unter einem Druck von 200 bar gelagert ist. Die Gas-Hochdruckflaschen 6 sind über Ventile 7 an eine zur Wasser-Bevorratungseinrichtung 4 führende Druckleitung 8 angeschlossen. Die Druckleitung 8 mündet in die einzelnen Wasserbehälter 3 und presst bei Beaufschlagung mit Hochdruckgas das Wasser aus den Behältern 3 in das Leitungssystem 1 und damit zu den Düsen 2. Die Beaufschlagung der Druckleitung 8 mit Hochdruckgas erfolgt durch Öffnen der Ventile 7, was im Brandfall durch ein entsprechendes Signal eines Feuermelders 9 oder einer Löschzentrale 10 ausgelöst wird, wobei im letzteren Fall die Löschzentrale 10 vom Feuermelder 9 angesteuert ist. Selbstverständlich ist auch eine Handauslösung des Löschvorgangs möglich.
Die Druckleitung 8 enthält im Bereich des Gasdruckspeichers 5 eine Blende oder Drossel 11 durch welche der Förderdruck in der Druckleitung 8 und damit auch im Leitungssystem 1 auf einen optimalen Düsendruck gedrosselt wird, der beispielsweise im Bereich von etwa 10 bis 40 bar liegt.
Durch die Anordnung der Drossel 11 wird das Phänomen der kritischen Strömung kompressibler Medien durch Drosseln ausgenützt, um den Förderdruck während des Löschens möglichst konstant zu halten. Der Förderdruck ändert sich nur langsam und garantiert während der massgeblichen Löschungs- oder Flutungsphase einen optimalen Düsendruck. Die durch die Drossel 11 bewirkte Druckreduktion führt dazu, dass beim Öffnen der Ventile 7 im Leitungssystem 1 und an den Düsen 2 kein gefährlicher Wasserschlag auftritt. Ausserdem können für das Leitungssystem 1 und die Wasserbehälter 3 Materialien verwendet werden, welche keine Hochdruck-Qualität aufweisen müssen.
Die Drossel 11 wird bei der Installation des Löschsystems so ausgelegt, dass sich an den Düsen 2 der optimale Druck einstellt. Diese Auslegung erfolgt auf folgende Weise: In einem ersten Schritt wird aus den Abmessungen des für das Löschsystem vorgesehenen Raumes und aus einem gegebenen Brand die Anzahl und Anordnung der erforderlichen Düsen 2 bestimmt und dann wird anhand eines Brandmodells die Entwicklung des Brandgasstroms, insbesondere die Aufstiegsgeschwindigkeit und Temperatur der Brandgase in Abhängigkeit von der Abbrandrate, der Brennqualität, der Brandfläche und der Raumhöhe, bestimmt. Mit Hilfe dieser Werte wird dann das Verhalten von Wassertropfen nach ihrem Austritt aus den Düsen 2 beschrieben und es werden Geschwindigkeit und Verdunstung der Tropfen als Funktion der Raumhöhe ermittelt und daraus die für die Löschung optimalen Werte der Tropfengrösse und der Tropfengeschwindigkeit bestimmt.
Aus den nun vorliegenden Werten der optimalen Tropfengrösse und der Tropfengeschwindigkeit wird dann in einem zweiten Schritt die Dimensionierung der Leitungen (Leitungssystem 1) und die Einstellung der Drossel 11 berechnet.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Optimierung eines Wasserspray-Löschsystems, welches eine Wasser-Bevorratungseinrichtung (4), ein an diese angeschlossenes Leitungssystems (1) mit Düsen (2) und ein Treibmittel zur Förderung des Wassers zu den Düsen (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der das Wasser treibende Druck so gewählt wird, dass sich der für die erforderliche Tropfengrösse notwendige Düsendruck einstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel ein unter Druck stehendes Gas verwendet und der Düsendruck durch Drosselung des treibenden Druckgases eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Grösse eines gegebenen Feuers und der Anordnung der Düsen (2) zum Feuer die an den Düsen einzustellende Tropfengrösse und aus dieser der Düsendruck, und dass aus dem Düsendruck der Leitungsdurchmesser und die Drosselung des treibenden Druckgases berechnet wird.
  4. Wasserspray-Löschsystem mit einer Wasser-Bevorratungseinrichtung (4) und einem an diese angeschlossenen Leitungssystem (1) mit Düsen (2) und mit einem Treibmittel zur Förderung des Wassers durch das Leitungssystem (1) zu den Düsen (2), dadurch gekennzeichnet, dass eine Drossel (11) für die Reduktion des Drucks des Treibmittels vorgesehen ist.
  5. Löschsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel durch ein in einem mit der Wasser-Bevorratungseinrichtung (4) über eine Druckleitung (8) verbundenen Gasdruckspeicher (5) gelagertes Gas gebildet und dass die Drossel (11) in dieser Druckleitung (8) angeordnet ist.
  6. Löschsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruckspeicher (5) eine Anzahl von Flaschen (6) enthält, in denen das Treibmittel unter hohem Druck gespeichert ist, und dass die Gasflaschen (6) über gesteuerte Ventile (7) mit der die Drossel (11) enthaltenden Druckleitung (8) verbunden sind.
  7. Löschsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei geöffneten Ventilen (7) das durch die Druckleitung (8) strömende Treibmittel beim Passieren der Drossel (1) entspannt und den Zustand der kritischen Strömung erreicht, bei dem der Druck nach der Drossel (11) einen annähernd konstanten Wert annimmt.
  8. Löschsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Gasdruckspeicher (5) über 100 bar beträgt und vorzugsweise bei 200 bar liegt, und dass der Druck in der Druckleitung (8) nach der Drossel (11) unter 100 bar beträgt und vorzugsweise zwischen 10 und 40 bar liegt.
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