YANGIN SÖNDÜRME SİSTEMLERİNDE KULLANILAN SPRINKLERIN ARAŞTIRILMASI VE SAYISAL MODELLEMESİ. Yunus Yasin BİRCİVAN YÜKSEK LİSANS TEZİ İLERİ TEKNOLOJİLER

Transkript

1 YANGIN SÖNDÜRME SİSTEMLERİNDE KULLANILAN SPRINKLERIN ARAŞTIRILMASI VE SAYISAL MODELLEMESİ Yunus Yasin BİRCİVAN YÜKSEK LİSANS TEZİ İLERİ TEKNOLOJİLER GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KASIM 2013 ANKARA

2 Yunus Yasin BİRCİVAN tarafından hazırlanan YANGIN SÖNDÜRME SİSTEMLERİNDE KULLANILAN SPRINKLERIN ARAŞTIRILMASI VE SAYISAL MODELLEMESİ adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Doç. Dr. Veysel ÖZDEMİR Tez Danışmanı, Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı... Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile İleri Teknolojiler Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. Prof. Dr. Adnan SÖZEN Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü..... Doç. Dr. Veysel ÖZDEMİR Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.... Doç. Dr. Tayfun MENLİK Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.... Tez Savunma Tarihi: 08/11/2013 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü...

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Yunus Yasin BİRCİVAN

4 iv YANGIN SÖNDÜRME SİSTEMLERİNDE KULLANILAN SPRINKLERIN ARAŞTIRILMASI VE SAYISAL MODELLEMESI (Yüksek Lisans Tezi) Yunus Yasin BİRCİVAN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KASIM 2013 ÖZET Binalarda yönetmelikler gereği yapılması zorunlu olan aktif yangın önlemlerinden otomatik sprinkler sistemleri incelenerek, günümüzde ve standartlarda geçen standart tip denilen pendent(sarkık) tipte olan sprinkler elemanının FlowVision analiz programıyla sayısal modeli oluşturulmuştur. Bu sayısal analiz ile önde gelen üreticinin aynı sprinkler modeli için vermiş olduğu atım karakterizasyonu incelenmiştir. Aynı zamanda bu konuyla ilgili olan uluslararası bir kuruluşun deney sonuçlarıda incelenmiş ve modelimiz ile karşılaştırılmıştır. Sayısal analizi yapılan modelin daha farklı dizayn edilerek üretilmiş sprinkler elemanlarına model olabilecek bir niteliğe sahip olup olamayacağı araştırılmıştır. Sprinkler için kullanılan minimum basınç ve debi değerleri standartlarca belirlendiği ve üretilen sprinkelerlerin en az bu değerleri sağlıyor olması gerektiğinden üretici firmaların vermiş olduğu atım karakterizasyonları bizim için başlangıç noktasını oluşturmuştur. Daha verimli farklı modeller tasarlayabilmek ve üretmek amacıyla üretici firmaların vermiş olduğu deneysel atım karakterizasyonları başlangıç noktası alınarak, sayısal modelleme yapılmıştır.

5 v Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Yangın, sprinkler, hesaplamalı akışkanlar dinamiği Sayfa Adedi : 83 Tez Yöneticisi : Doç. Dr. Veysel ÖZDEMİR

6 vi INVESTIGATED FOR USED SPRINKLER IN FIRE FIGHTING SYSTEMS AND NUMERICAL MODELING (M.Sc. Thesis) Yunus Yasin BİRCİVAN GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES NOVEMBER 2013 ABSTRACT Automatic fire sprinkler systems, which are active fire fighting systems as one of the required measures by the regulations in buildings, are studied and developed a numerical model. Sprinkler is an element that distributes water to the protected area in pulverized form. Sprinklers are manufactured in different types in order to meet the requirements of the protected area. Using FlowVision, numerical model of so-called standart type sprinkler has been made. This numerical analysis is compared with the analysis of leading manufacturers of the same sprinkler model. We will understand if the sprinkler model that we analised could lead us to mode adwanced desings. In this way, we aim to desing and produce better and reliable products that has continuity. The minimum pressure and flow rate values are determined by the standars, designed sprinkler must meet these values. So that, sprinkler desings that provided by leading manufacturers are the starting point for us. In this way, we aim is to desing a model that can be applied to production in the future. This model will be base of the product that we desined using latest engineering techniques.

7 vii Science Code : Key Words : Fire, sprinkler, computational fluid dynamics Page Number : 83 Adviser : Doç. Dr. Veysel ÖZDEMİR

8 viii TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca desteğini ve bilgisini hiç esirgemeyen Danışman Hocam Doç. Dr. Veysel ÖZDEMİR e, analizlerim için bana kapısını açan Fankom Mühendislik ve Mak. Müh. Sinan SOĞANCI ya, halen çalışmakta olduğum Norm Teknik yöneticilerine, çalışanlarına ve her konuda manevi desteklerini esirgemeyen aileme ve aile büyüklerime teşekkürü bir borç bilirim.

9 ix İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT... vi TEŞEKKÜR... viii İÇİNDEKİLER... ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ... xii ŞEKİLLERİN LİSTESİ... xiii RESİMLERİN LİSTESİ... xv SİMGELER VE KISALTMALAR... xvii 1. GİRİŞ YANGIN GÜVENLİK ÖNLEMLERİ Pasif Önlemler Aktif Önlemler OTOMATİK SÖNDÜRME SİSTEMLERİ OTOMATİK SPRİNKLER SİSTEMİ Sistem Elemanları Montaj biçimlerine göre sprinkler çeşitleri Montaj biçimlerine göre sprinkler çeşitleri Sprinkler tipleri Alarm vana istasyonları Kesme vanası Kat vana grubu Sistem Tasarımı... 17

10 x Sayfa Tehlike sınıfları Sprinkler yerleşim kuralları Borulama esasları SPRINKLERİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE AKIŞ a ANALİZLERİ İçerik Enstrümantasyon Donanım Yazılım Yöntem Aşamalar Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analiz modeli Sonuçlar ,5 Bar Bar ,1 Bar SONUÇLARIN KARŞILAŞTIRILMASI VE DEĞERLENDİRİLMESİ Üretici Ürün Katalog Değerleri NIST Spray Characteristics of Fire Sprinkler Deney Makalesi Analizin Karşılaştırılması ve Yorumlar Sprinkler analizi ve üretici ürün katalog değerleri Sprinkler analizi ve NIST kuruluşunun deney sonuçları değerleri KYANAKLAR... 82

11 xi Sayfa ÖZGEÇMİŞ... 83

12 xii ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 4.1. Sprinkler açılma sıcaklığı... 8 Çizelge 4.2. K Faktör tablosu Çizelge 4.3. Tehlike sınıfına göre hızlandırıcı sınır değerleri Çizelge 4.4. Test drenaj vanası orifis çapları Çizelge 4.5. EN12845 ve NFPA Tehlike Sınıfı Karşılaştırma Tablosu Çizelge 4.6. Tasarım kriteri karşılaştırma tablosu Çizelge 4.7. Tehlike sınıflarına göre minimum çalışma süreleri Çizelge 4.8. Tehlike sınıflarına göre sprinkler koruma alanı Çizelge 4.9. Düşük tehlike sınıfı için boru çap tablosu Çizelge Orta tehlike sınıfı için boru çap tablosu Çizelge Çeşitli boru tipleri için boru pürüzlülük katsayısı ( C ) Çizelge Çelik boru eşdeğer boru uzunluğu tablosu Çizelge Çelik boru iç çap tablosu Çizelge Örnek hidrolik hesaplama Çizelge 5.1. Denklem hata miktarları Çizelge 5.2. Denklem hata miktarları Çizelge 5.3. Denklem hata miktarları Çizelge 5.4. Basınca bağlı su dağılma açıları ve ayrılma hızları... 69

13 xiii ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 1.1. Yangın evreleri... 3 Şekil 4.1. Islak alarm vanası çalışma prensibi Şekil 4.2. Islak hat sprinkler tesisatı Şekil 4.3. Kuru hat sprinkler tesisatı Şekil 4.4. Ön-tepkili sprinkler tesisatı Şekil 4.5. Çift kilitlemeli ön tepkili (Pre-action) sprinkler sistemi Şekil 4.6. Baskın tip sprinkler sistemi Şekil 4.7. Kat vana grubu Şekil 4.8. Ağaç borulama sistemi Şekil 4.9. Loop borulama sistemi Şekil Grid borulama sistemi Şekil Kritik hidrolik tasarım alanı örnekleri Şekil Örnek operasyon alanında açılacak sprinkler sayısının hesabı Şekil Örnek bir sprinklerden akan minimum su debisinin hesabı Şekil Örnek bir hidrolik hesapta basınç dengeleme hesabı Şekil Örnek hidrolik hesap çizimi ( plan ve kesit ) Şekil 5.1. Hız yakınsama grafiği Şekil 5.2. Basınç yakınsama grafiği Şekil 5.3. Hız yakınsama grafiği Şekil 5.4. Basınç yakınsama grafiği Şekil 5.5. Hız yakınsama grafiği... 65

14 xiv Şekil Sayfa Şekil 5.6. Basınç yakınsama grafiği Şekil 5.7. Basınca bağlı su dağılma açıları ve ayrılma hızları grafiği Şekil 6.1. Globe Fire Sprinkler Corp. GL Model Pendent K:80 atım karakterizasyonu Şekil 6.2. Deney sonucu 1,3 barda (131 kpa ) göre K:80 pendent sprinkler atım açısı ve hız eğrisi Şekil 6.3. Deney düzeneği Şekil 6.4. Radyal hız vektörleri Şekil 6.5. Üretici kataloğu tahmini suyun iniş noktalarını gösteren eğri Şekil 6.6. Max. ayrılma açısı ile suyun tahmini izleyeceği yol eğrisi Şekil 6.7. Ortalama ayrılma açısı ile suyun tahmini izleyeceği yol eğrisi... 79

15 xv RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 1.1. Yangın üçgeni... 2 Resim 4.1. Sırasıyla Dik, Sarkık, Dikey Duvar, Yatay Duvar Sprinklerleri... 9 Resim 4.2. Soldan kelebek ve yükselen milli vanalar Resim 5.1. İlk sayısal ağ (initial grid) Resim 5.2. İlk sayısal ağ (initial grid) [Yakın Çekim] Resim 5.3. İlk sayısal ağ Adaptasyon Resim ,5 Bar - Hız eşdeğer yüzeyleri Resim ,5 Bar - Basınç eşdeğer yüzeyleri Resim ,5 Bar Toplam basınç yüzeyleri Resim ,5 Bar Türbilans enerjisi Resim ,5 Bar Açı ölçüm çizgisi Resim ,5 Bar - Sayısal ağ Resim ,5 Bar - Hız vektörleri Resim ,5 Bar - Akış çizgileri Resim Bar - Hız eşdeğer yüzeyleri Resim Bar - Basınç eşdeğer yüzeyleri Resim Bar Toplam basınç yüzeyleri Resim Bar Türbilans enerjisi Resim Bar Açı ölçüm çizgisi Resim Bar - Sayısal ağ Resim Bar - Hız vektörleri Resim Bar - Akış çizgileri... 64

16 xvi Resim Sayfa Resim ,1 Bar - Hız eşdeğer yüzeyleri Resim ,1 Bar - Basınç eşdeğer yüzeyleri Resim ,1 Bar Toplam basınç yüzeyleri Resim ,1 Bar Türbilans enerjisi Resim ,1 Bar Açı ölçüm çizgisi Resim ,1 Bar - Sayısal ağ Resim ,1 Bar - Hız vektörleri Resim ,1 Bar - Akış çizgileri Resim 6.1. Testte kullanılan sprinkler tipi ve ölçüleri Resim 6.2. P13B Kodlu sprinkler CCD kamera ile lazer görüntüsü... 76

17 xvii SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama A Operasyon Alanı ( m 2 ) C Boru Pürüzlülük Katsayısı d Tasarım yoğunluğu ( lt/dk-m² ) D Boru İç Çapı ( mm ) K Su geçirgenlik katsayısı ( birimsiz ) P Basınç ( bar ) Pd Verilen bir hidrolik noktadaki iki farklı basınçtan düşük olanı ( bar ) Pe Yükseklik farkına bağlı basınç kaybı (bar ) Pf Sürtünmeye bağlı toplam basınç kaybı ( bar ) Ps Sürtünmeye bağlı basınç kaybı ( bar/m ) Pt Bir sonraki düğüm noktasındaki gerekli basınç ( bar ) Py Verilen bir hidrolik noktadaki iki farklı basınçtan yüksek olanı ( bar ) S Sprinkler Koruma Alanı ( m 2 ) Q Debi ( lt/dk ) Qa İki ayrı debi ve basıncı birlikte dengelemeden sonra düzeltilmiş debi( lt/dk ) Qd Verilen bir hidrolik noktadaki iki farklı debiden düşük olanı ( lt/dk ) Qm Verilen tasarım yoğunluğu elde etmek için sprinklerde istenen minimum debi (lt/dk) Qy Verilen bir hidrolik noktadaki iki farklı debiden yüksek olanı ( lt/dk )

18 xviii Kısaltmalar Açıklama EN HAD NFPA NFPA 13 PIV European standards Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği National Fire Protection Association Standard for the Installation of Sprinkler Systems Particle Image Velocimetry RTI Response Time Index ( Tepki Verme Süresi ) TS EN Sabit Yangın Söndürme Sistemleri Otomatik Sprinkler Sistemleri Tasarım, Montaj ve Bakım

19 1 1. GİRİŞ İnşaat sektörü teknolojinin ilerlemesi ve ihtiyaç duyulan konut, sosyal ve endüstriyel tesislerden dolayı büyük bir gelişme kaydetmiştir. Aynı zamanda meydana getirilen bu yapılarda sürekliliğin ve kullanışlılığın sağlanması için birçok modern cihazlar insanlar için tesis edilmiştir. Yapılan bu yapılarda yüksek yatırımların ve insan sağlığının korunmasının önemi çok fazladır. Bu yüzden bu yatırımları ve insan sağlığını korumak için yapılan birçok çalışmalar mevcuttur. Doğal felaketler bu yapıları savunmasız kılan en büyük etkendir. Bu etkenden dolayı oluşabilecek can ve maddi kayıpları en aza indirgemek için ülkelerde yönetmelikler, uluslararası platformda standartlar mevcut olup, uygulanma zorunlulukları vardır. Doğal felaket olarak söz edilebilecek bir olayda yangın olayıdır. Aslında doğal felaket olarak anılmasından çok ihmal veya dikkatsizlik olarak nitelendirmek çok daha doğru olacaktır. Bu ihmal veya dikkatsizlikten doğacak can veya maddi kayıpları en aza indirmek için bina içi otomatik söndürme sistemleri tasarlanmakta ve bina içinde uygulanmaktadır. Ülkemiz bu konuda gelişme katetmekte ve Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik çıkarıp sürekli güncel tutmaya çalışmaktadır. Bina içlerinde dizayn edilen otomatik söndürme sistemleri içersinde en yaygın ve maliyeti uygun olan sistem otomatik sprinkler sistemidir. Sprinkler sistemlerini daha detaylı incelemeden önce neye karşı bu tarz sistemlerin uygulandığını açıklayalım; Yanma : Yanıcı maddelerin oksijenle veya diğer oksitleyici maddelerle birlikte belirli şartlarda kararlı bir egzotermik zincirleme reaksiyona girmesidir. Yangın : İsteğimiz dışında kontrolsüz olarak meydana gelen yanma reaksiyonudur. Yanma reaksiyonu oluşması için 3 bileşene ( yanıcı madde, oksijen, ısıl enerji ) gereksinim duymaktadır. Bu 3 bileşene yangın üçgeni adı verilir.

20 2 Resim 1.1. Yangın üçgeni İki tip yanma vardır : Alevli Yanma : Oksitlenme hızı yüksek. Alevsiz ( için için ) Yanma : Oksitlenme hızı düşük. Örnek : Demirin paslanması İki yanma olayının arasındaki fark sadece oksitlenme hızıyla alakalıdır. Yangın; oluşum, gelişim, büyüme gibi evreler ile tanımlanır. Bunlar şu şekilde açıklanabilir ; Tutuşma Evresi : Yangının başladığı andır. Gelişme Evresi : Yangının ortamdaki hava ile serbestçe birleştiği andır. Büyüme Evresi ( Parlama, Genel Kavuşma, Flashover ) : Yanan kütlenin enerjisinin diğer kütleleride yanma noktasına getirdiği ve yanmaya başlattığı evredir. Bu evrede yangın söndürülemez boyuta ulaşmıştır. Tam Büyüme Evresi ( Backdraught ) : Yangının hacimdeki bütün havayı tüketmeye başladığı evredir. Korlanma ( Sönme ) Evresi : Yanan kütlenin bitmeye başladığı evredir

21 Şekil 1.1. Yangın evreleri 3

22 4 2. YANGIN GÜVENLİK ÖNLEMLERİ Yangın güvenlik önlemlerini iki ana maddede toplanır. Bunlar ; Pasif Önlemler Aktif Önlemler 2.1. Pasif Önlemler Yapının tasarım aşamasından başlayarak yapının uygulanmasına kadar devam eden süreçte alınması gereken önlemlerdir. Yapısal korunum, kompartmanlama, dışkabuk korunumu olarak üç ana unsurda incelenir. Yapısal korunum ; yapı elemanlarına uygulanacak korunumun düzeyi, kaçış ve söndürme gereklerine dayandırılır. Pencere büyüklükleri, mekanların konumlandırılması, kaçış noktalarının boyut ve özellikleri gibi birçok unsuru kapsamaktadır. Kompartmanlama ; yapının ısı ve duman geçirimsiz kompartmanlara ayrılması yangını sınırlandırır ve zaman kazandırır. Böylece kullanıcılar için yapıyı boşaltma ya da yangın söndürülünceye kadar içerde bir başka güvenlikli mekana sığınma şansı doğar ve aynı zamanda yapının geri kalan kısımları da korunmuş olur. Bu nedenle kompartmanlama, hem can güvenliği hem de malvarlığı korunumu için önemlidir. Dışkabuk korunumu ; bir yangında birbirlerini dıştan etkilemeleri sonucu strüktüre, kullanıcılara ve yapının dışındaki bireylere gelebilecek zararın sınırlandırılması dışkabuk korunumuyla sağlanır Aktif Önlemler Yangın esnasında fiili olarak iş yapan otomatik veya elle müdaheleyi sağlayan sistemlerdir. Yangınla mücadelede aktif önlemlerin gerekliliği standartlarca da

23 5 belirtilmiştir. Bu önlemler aşağıda maddeler halinde belirtilmektedir. Her önlem yöntemi büyük bir uzmanlık alanınıda içinde barındırır ve aynı zamanda birbirleriyle senkronize bir şekilde çalışmaları istenmektedir. Yangın algılama ve uyarı sistemleri Duman kontrol sistemleri Yangın engelleme ve söndürme elemanları İtfaiye yaklaşım ve erişimi.

24 6 3. OTOMATİK SÖNDÜRME SİSTEMLERİ Yangın durumunda kullanıcıların hiçbir eylemde bulunmasına gerek kalmadan devreye giren sistemlerdir. Çok yaygın kullanılan türü sprinkler sistemidir. Ancak özel riskler için başka türde otomatik söndürme sistemleride bulunmaktadır. Otomatik söndürme sistemleri aşağıdaki gibi maddeler halinde sıralanabilir; Otomatik Sprinkler Sistemleri Otomatik Su Sisi Söndürme Sistemleri Otomatik Temiz Gazlı Söndürme Sistemleri Otomatik CO2 Gazlı Söndürme Sistemleri Köpüklü Söndürme Sistemleri Sabit Kimyasal Söndürme Sistemleri Yukarıda bahsi geçen sistemler içinde konumuzla ilgili olarak otomatik sprinkler sistemine daha detaylı değineceğiz.

25 7 4. OTOMATİK SPRİNKLER SİSTEMİ Yangından korunma amacıyla, mühendislik tekniklerine ve standartlara uygun olarak kurulmuş, yer altı ve yer üstü borulamasıyla bir bütün oluşturan, yangına otomatik olarak su püskürterek müdahale eden sistemlerdir Sistem Elemanları Çalışır halde olan bir sistem, çeşitli elemanlardan ve donanımdan oluşur. Her sistemde olması gereken elemanlar yanında, bazı elemanlar da isteğe veya sistemin özel gereksinimlerine bağlı olarak kullanılır. Otomatik Sprinkler Kafası : Belirlenmiş sıcaklık değerinde açılarak, yine belirlenmiş şekil ve karakteristiğe uygun suyun dağıtımını yaparak korunan alana ulaşmasını sağlayan, sıcaklığa duyarlı su dağıtıcı mekanik elemandır. Sprinkler Akış Karakteristiği : Sprinkler kafasının açıldıktan sonra, koruduğu alana suyu iletmesi ile ilgili tüm kriterlerdir. Sprinkler Bağlantı Çapı : Sprinkler kafasının, sprinkler boru sistemine bağlandığı dişli çaptır; en az ½ olabilir. Sprinkler Açılma Sıcaklığı : Sprinkler kafasının açılarak, suyun akmaya başladığı sıcaklık değeridir. Tavan sıcaklığına bağlı olarak belirlenir. Standartların belirlediği sprinkler açılma sıcaklıkları aşağıdaki tabloda belirtilmişti.

26 8 Çizelge 4.1. Sprinkler açılma sıcaklığı Maksimum Tavan Sıcaklık Cam ampul Ergir Eleman Sıcaklığı C Derecesi C Rengi Rengi Turuncu - 68 Kırmızı Renksiz Sarı - 93 Yeşil Beyaz Mavi Mavi Mor Sarı / 260 Siyah Kırmızı Sprinkler Tepki Hızı : Belirli test koşullarında, belirlenmiş sıcaklığa erişilmesinden sonra sprinkler kafası sprinkler açılma elemanının ( sıcaklık duyar elemanının ) tepki verme süresidir. Sprinkler kafasının açılma elemanının RTI ( Response Time Index ) değeri 50 ve altı olan sprinkler kafalarına hızlı tepkili sprinkler kafası, 80 ve üzeri olan sprinkler kafalarına standart tepkili sprinkler kafası olarak isimlendirilir. Sprinkler Açılma Elemanı : Sıcaklığı hissederek, normalde kapalı bulunan sprinkler kafası su yolunun, belirlenen değerde açılmasını sağlayan bölümdür. Cam ve metal türden olabilir. Teknik açıdan temel bir fark olmamakla birlikte, cam tüpçüklü açılma elemanları sıcaklık değerlerinin daha kolay belirlenmesi ve estetik nedenle, metal tip açılma elemanlarıda açılma sonrası yayılan parçacıkların daha kolay bulunması nedeniyle gıda alanlarında tercih edilir Montaj biçimlerine göre sprinkler çeşitleri Sarkık Sprinkler : Koruma alanı ve diğer söndürme özelliklerini aşağıya doğru monte edilme durumunda sağlayan sprinkler kafalarıdır. Dik Sprinkler : Koruma alanı ve diğer söndürme özelliklerini yukarı doğru monte edilme durumunda sağlayan sprinkler kafalarıdır.

27 9 Yatay Duvar Kenarı Sprinkler : Koruma alanı ve diğer söndürme özelliklerini duvara, yere paralel olarak monte edilme durumunda sağlayan sprinkler kafalarıdır. Dikey Duvar Kenarı Sprinkler : Koruma alanı ve diğer söndürme özelliklerini duvara, yere dik olarak monte edilme durumunda sağlayan sprinkler kafalarıdır. Resim 4.1. Sırasıyla Dik, Sarkık, Dikey Duvar, Yatay Duvar Sprinklerleri Sprinkler tipleri Standart Sprinkler Kafası : Sprinkler açılımı elemanının tepki süresi, koruma ve uygulama alanı açısından genel kuralların geçerli olduğu, farklı ele almayı gerektirmeyen sprinkler kafalarıdır. İri Damlacıklı Sprinkler Kafası : Bazı tür depo alanlarını korumak amacıyla kullanılan, açıldığında suyu daha iri damlalı biçimde koruma alanına yayan sprinkler kafalarıdır. Genişletilmiş Etkili Sprinkler Kafası : Test edilmiş onaylı koruma alanı standart tip sprinkler kafalarından daha fazla olan sprinkler kafalarıdır. Konutsal Sprinkler Kafaları : Konut uygulamalarında daha başarılı söndürme etkisi almak amacıyla, bu uygulama alanına özel tasarlanmış sprinkler kafalarıdır. En belirgin özellikleri suyu tavanı da ıslatacak ve soğutacak biçimde dağıtmalarıdır.

28 10 Sprinkler Akış Geçirgenlik Özellikleri ( K Faktörü ) : Uygulamaya yönelik değişiklik gösteren sprinkler çeşitlerinin akış geçirgenlik özellikleride birbirlerinden farklılık gösterebilir. Bu değer bağlantı çaplarıyla özleştirilmiş birimsiz bir katsayıdır. Sprinklerden akacak su miktarını ve su deposu kapasitesini belirlemede önemli bir etkendir. Çizelge 4.2. K Faktör tablosu Sprinkler Tipleri K faktörü Metrik (U.S) Bağlantı Çapı Konut tipi sprinkler Çeşitli ½ Standard sprinkler Geniş korumalı sprinkler 80 (5.6) ½ Standard sprinkler Geniş korumalı sprinkler 115(8.0) ¾ İri Damlacıklı sprinkler 160 (11.2) ¾ Alarm vana istasyonları Islak Alarm Vana İstasyonu : Islak borulu sprinkler sistemlerinde sistemin çalışıp çalışmadığını gözlemek, gerektiğinde boşaltabilmek amacıyla gider vanası giriş ve çıkışında basınç göstergesi bulunan vanadır. Şekil 4.1. Islak alarm vanası çalışma prensibi 1. Sprinklerden su akışı ile klape açılır.

29 11 2. Alarm hattına su akışı başlar. 3. Su sınırlayıcıdan geçerken girişteki akış çıkışı geçtiğinde geciktirme hücresi dolmaya başlar. 4. Geciktirme hücresi dolduğunda, presostat ve su motor gongu alarm verir. Şekil 4.2. Islak hat sprinkler tesisatı Kuru Vana İstasyonu : Kuru borulu sprinkler sisteminde basınçlı hava ile suyu birbirinden ayıran ve kontrolü sağlayan vanadır. Sistemin çalışırlığını gözleme amaçlı işlevinin yanında mekanik ( pnömatik veya hidrolik ) veya elektrikli olarak kontrol imkanı sağlar. Şekil 4.3. Kuru hat sprinkler tesisatı

30 12 Kuru borulu sistemler sadece donma hasarı olasılığı bulunan mahallerde ve sıcaklığın 70C nin üzerinde olduğu kurutma fırını benzeri mahallerde uygulanmalıdır [5].(TS EN12845/Madde ) Sistem zon büyüklüğü : Kuru alarm vanasının üstündeki net boru iç hacmi aşağıdaki değerleri geçmemelidir. En uzak noktada bulunan test vanası tamamen açıldığında, suyun boşalması için geçen süre en fazla 60sn olmalıdır. Çizelge 4.3. Tehlike sınıfına göre hızlandırıcı sınır değerleri Tehlike Sınıfı Maksimum Boru Hacmi (m3) Hızlandırıcılı Hızlandırıcısız Düşük Tehlike 4 1,5 Orta Tehlike 4 1,5 Yüksek Tehlike 3 - Ön-tepkili Vana İstasyonu : Ön-tepkili sprinkler sisteminde basınçlı hava ile suyu birbirinden ayıran ve kontrolü sağlayan vana veya vanalar grubudur. Sistemin çalışırlığını gözleme amaçlı işlevinin yanında mekanik ( pnömatik veya hidrolik ) veya elektrikli olarak kontrol imkanı sağlar.

31 13 Şekil 4.4. Ön-tepkili sprinkler tesisatı Ön-tepkili sistemler 3 grubu ayrılırlar; Kilitlemesiz Ön Tepkili Sprinkler Sistemi: Kilitlemesiz ön tepkili alarm vanası, algılama cihazının aktive olmasıyla veya sprinklerin açılmasıyla boru tesisatına su girişine izin verir ve açılan sprinklerden su boşalır. Sadece kaza sonucu suyun boşalmasının ciddi hasarlara sebep olacağı yerlerde kullanılması uygundur. Tek Kilitlemeli Ön Tepkili Sprinkler Sistemi: Su geçişi sadece otomatik bir algılama sisteminin devreye girmesi ile başlar. Sprinklerin açılması ile boru sistemine su geçişi olmaz. Sprinklerin yanlışlıkla açılması veya boruda kaçak olması durumunda izleme basınç anahtarından arıza alarmı alınır ancak baskın vana açılmaz. Kuru borulu sistem talep edilen yerlerde, yangın yayılımının hızlı olmasının beklendiği yerlerde uygulanabilir. Çift Kilitlemeli Ön Tepkili Sprinkler Sistemi: Çift Kilitlemeli vananın açılması için iki bağımsız olayın gerçekleşmesi gerekir. Hem bir veya daha fazla sayıdaki sprinklerin açılmasıyla tesisattaki hava basıncının düşmesi hem de algılama sisteminin devreye girmesiyle vana açılır. Suyun boru sistemine geçişi iki bağımsız olayın gerçekleşmesi durumunda olduğundan kaza sonucu boşalma olasılığının minimize edildiği sistem tipidir.

32 14 Şekil 4.5. Çift kilitlemeli ön tepkili (Pre-action) sprinkler sistemi Baskın Vana İstasyonu : Baskın tipi sistemlerde basınçlı suyun atmosfere açık olan ağzına karşı kontrol eden, hızla mekanik ( pnömatik veya hidrolik ) veya elektrikli olarak kontrol edilerek açılma özelliğine sahip vanadır. Yangın yayılımının yüksek ve hızlı olmasının beklendiği ve suyun yangının meydana gelip yayılacağı tüm alana uygulanmasının istendiği durumlarda kullanılır. Genellikle yüksek tehlike sınıfı imalat alanlarında kullanılır. (Örnek Havai fişek imalatı, uçak hangarları gibi) Acil durumlarda baskın alarm vanasını devreye sokmak için en az bir adet elle boşaltma istasyonu bulunmalıdır. Su dağılımı açık nozullar veya sprinklerler aracılığıyla sağlanır.

33 15 Şekil 4.6. Baskın tip sprinkler sistemi Su Motorlu Gong : Alarm vanasından su geçişi ile tetiklenen suyun akış gücü ile çalışan alarm zilidir. Çoğunlukla gong bina dışına monte edilerek sprinkler sisteminin aktif olduğunu uyarmak için kullanılır Kesme vanası Değişik amaçlarla ( bakım, onarım, vb. ) sistemin geçici olarak kapatılmasını sağlamak üzere suyu kesen ( pompa çıkışı veya alarm vanası öncesinde ) kapatma vanasıdır. Konumu dışarıdan gözlenebilir, izlenebilir tipte uygun basınç sınıfında olmalıdır.

34 16 Resim 4.2. Soldan kelebek ve yükselen milli vanalar Kat vana grubu Belli bir yatay dağılım bölgesinin suyunu kesmek, hattı boşaltabilmek ve o bölgeden bağımsız alarm bilgisini deneyebilmek için oluşturulan vana grubudur. Şekil 4.7. Kat vana grubu

35 Test ve drenaj vanası Sprinkler sistemlerindeki periyodik testlerin yapılabilmesi amacıyla kullanılan, içindeki orifis sayesinde sadece bir sprinklerden geçen akışa eşit akış oluşturarak, bir sprinkler su akışı durumunda hatlardaki alarm cihazlarının kontol amaçlı testlerinin yapılmasını sağlayan ve aynı zamanda konumu değiştirilerek drenaj vanası olarak borulamadaki suyun boşaltılmasını sağlayan vanadır. Kapalı gidere bağlanması durumunda akışın olup olmadığının gözlenebilmesi için üzerinde gözetleme camı bulunur. Çizelge 4.4. Test drenaj vanası orifis çapları Sprinkler K Faktörü Metrik (U.S) 60 (4.2) 80 (5.6) 115 (8) 160 (11.2) 14 (200) Test Drenaj vanası orifis çapı (inç) 7/16" ½ 17/32 5/8 ¾ Test ve drenaj vanası orifis çapı, her zonda kullanılan en küçük orifise sahip sprinklerin orifisine eşit olmalıdır. Akış Anahtarı : Tek sprinklerin çalışması durumundaki su akışı ile alarm için kontakt alınan bir cihazdır. Islak borulu sistemlerde tek sprinklerin açılması durumundaki su akışı ile yangın alarm bilgisi alınarak, hangi bölgede yangın olduğunun tespit edilmesiyle, müdahale olanağı sağlanır. Basınç Anahtarı : Önceden ayarlı basınç değeri veya ayarlanabilen basınç değerinde elektriksel olarak kontakt sağlayan cihazdır. Islak veya kuru borulu sistemlerde su akış alarmı almak için kullanılır Sistem Tasarımı Otomatik sprinkler sistemlerinin dizaynında kullanılan kriterler ; Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik-2009

36 18 TS-EN Sprinkler Sistemleri Tasarımı NFPA 13 Standard for the Installation of Sprinkler Systems Yukarıda bahsedilen kriterler sprinkler tesisatında asgari ihtiyacı belirlemek için öngörüde bulunulmasını sağlayan deneyimlerle elde edilmiş bilgi birikimleridir. Bu standartlar ülkelere göre farklılık göstermekle beraber genelde Avrupa ve Amerika menşeylerine sahiptirler. Ülkemizde binalarda yapılan otomatik söndürme ve korunum tesisatları için yönetmelik birinci adımdır ve yapılan her öngörü yönetmeliğimizin kriterlerini kapsamak zorundadır. Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik uyarınca Türkiye de yapılan her yapının asgari düzeyde yönetmeliği sağlaması zorunludur. Yönetmelik tasarımcıyı kendi bünyesinde belirtmediği konularda yönlendirmektedir. Bu yönlendirmenin olmadığı ve bahsi geçmeyen konularla ilgili olarak yurt dışında geçerliliği olan standartlar dikkate alınabilir ve uygulanabilir. Yönetmeliğin yönlendirdiği standartlar Avrupa Birliğinden dolayı EN standartlarıdır. Yönetmelikte ve EN standartlarının cevap veremediği konular dünya genelinde NFPA standartları baz alınarak çözülmektedir. NFPA Amerika menşeyli bir kuruluş olup bünyesinde tamamen yangını ve bununla mücadele konusunu barındırmaktadır. Bilindiği gibi Amerika ülke ve kıta olarak dünya nüfusunun büyük bir kısmını oluşturduğu için gerçekleşen olaylar bakımından da büyük bir kompleks yapıya sahiptir. Bu yüzden ülkenin ve kıtanın yangın anlamında edindiği talihsiz deneyimler kurumları bununla mücadele noktasına daha erken sürüklemiş ve bu durum yangın mücadelesinde tecrübe bakımından onları bir adım öne çıkarmıştır. Bu sayede de ticari anlamda bu sektörün kalbi bu ülkede atmaktadır. Büyük ve önde gelen üreticiler bu konuda dünya piyasasını da yönlendirmektedirler. Kişisel deneyimleri ve edindikleri tecrübeleri yazarak, bu yazılı dökümanları zamanla kanunları haline getirmiş ve bu piyasanın oluşmasını sağlamışlardır. NFPA yangın sektöründe edindiği bu seviyesini üreticiler ile güçlendirmiştir, bu güçlenme tabii ki üreticilerinde güçlenmesini sağlamış ve ticari boyutlarını gün geçtikçe büyütmüşlerdir.

37 19 Konumuzun ticari kısmı amacımıza ve sonucumuza büyük ölçüde yön verecek durumdadır. Sprinkler tesisatı otomatik söndürme sistemleri içinde en yaygın kullanılan tesisat biçimidir. Bu yüzden Yönetmelik bu konuda yapılması gereken değerleri belirlemiş ve başka bir standarda gerek kalmadan tasarımcının öngörüde bulunabilmesini sağlamıştır. Yönetmeliğimiz uyarınca sprinkler tesisatı nerelerde nasıl kullanılmalıdır şu şekilde özetleyebiliriz ; Yapı yüksekliği den fazla olan konut haricindeki bütün binalarda Yapı yüksekliği metreyi yada 17 katı geçen konutlar Araç sayısı 20 den fazla olan veya birden fazla bodrum katı kullanan otoparklar Birden fazla katlı yatak sayısı (oda sayısı 100) 200 ü geçen otel, pansiyon ve misafirhaneler Toplam kullanım alanı 2000 m2 nin üzerinde olan katlı mağazalar Toplam kullanım alanı 1000m2 den fazla olan alevlenici parlayıcı madde içeren veya üretilen yapılar da sprinkler tesisatını tasarlamak ve uygulamak zorunludur Tehlike sınıfları Bina veya bir bölümünün tehlike sınıfı binada yürütülen işlem veya operasyonların niteliğine bağlı olarak belirlenmelidir. Düşük Tehlike Sınıfı : Düşük yangın yüküne sahip, düşük yanabilirliği olan ve yangın dayanımı en az 30 dk olan, 126 m2 den büyük bölümü olmayan mahalleri kapsar. Orta Tehlike Sınıfı: Orta yangın yüküne ve orta yanabilirliğe sahip olan ve yanabilen malzemelerin işlendiği veya üretildiği mahalleri kapsar.

38 20 Yüksek Tehlike Sınıfı: Yüksek tehlikeli imalat, yüksek yangın yükü ve yüksek yanabilirliğe sahip ve hızla yayılma veya yoğun yangın şeklinde gelişme gösterebilen malzemelerin bulunduğu mahalleri kapsar. Çizelge 4.5. EN12845 ve NFPA Tehlike Sınıfı Karşılaştırma Tablosu [4,5] Bina veya Mahal TS-EN NFPA 13 Hastaneler Orta Tehlike G.1 Düşük Tehlike Oteller Orta Tehlike G.1 Düşük Tehlike Kütüphaneler Orta Tehlike G.1 Düşük Tehlike Restoranlar Orta Tehlike G.1 Düşük Tehlike Okullar Orta Tehlike G.1 Düşük Tehlike Ofisler Orta Tehlike G.1 Düşük Tehlike Otoparklar Orta Tehlike G.2 Orta Tehlike G.1 Tesisat Odaları Orta Tehlike G.3 Orta Tehlike G.2 Sinema ve Tiyatrolar Orta Tehlike G.4 Düşük Tehlike Alışveriş Merkezleri Orta Tehlike G.4 Orta Tehlike G.2 Çizelge 4.6. Tasarım kriteri karşılaştırma tablosu TS-EN NFPA-13 Tasarım Yoğunluğu / Operasyon Alanı Tasarım Yoğunluğu / Operasyon Alanı lt/dk-m2 m2 lt/dk-m2 m2 Düşük Tehlike Sınıfı 2,5 84 4,1 139 Orta Tehlike Sınıfı G.1 5,0 72 6,1 139

39 21 Çizelge 4.6.(Devam) Tasarım kriteri karşılaştırma tablosu Orta Tehlike Sınıfı G.2 5, ,1 139 Orta Tehlike Sınıfı G.3 5, Orta Tehlike Sınıfı G.4 5, Yüksek Tehlike İmalat G.1 Yüksek Tehlike İmalat G.2 Yüksek Tehlike İmalat G.3 Yüksek Tehlike İmalat G.4 7, , , , Baskın Sistemler kullanılır - - Tasarım kriterlerine göre sprinkler sisteminin ihtiyaç duyduğu su miktarı şu şekilde hesaplanır. Sinema ve Tiyatrolar Q = 5 x 216 = 1080 lt/dk (Orta Tehlike G.4/EN-12845) [1,5] Q = 4,1 x 139 = 569 lt/dk (Düşük Tehlike/NFPA-13) [1,4] Otoparklar Q = 5 x 144 = 720 lt/dk (Orta Tehlike G.2/EN-12845) [1,5] Q = 6,1 x 139 = 848 lt/dk (Orta Tehlike G.1/NFPA-13) [1,4] Sulu sprinkler sistemi için yapılmış hidrolik hesaplar neticesinde gerekli olan su basınç ve debi değerleri, merkezi şebeke veya şehir şebekeleri tarafından karşılanamıyor ise yapılarda, kapasiteyi karşılayacak yangın pompa istasyonu ve deposu oluşturulması gerekir. Sistemde en az bir güvenilir su kaynağı bulunması şarttır.

40 22 Sulu söndürme sistemleri için kullanılacak su depolarının yangın rezervi olarak ayrılmış bölümlerinin başka amaçla kullanılmamalıdır. Su depoları, binaların tehlike sınıfına göre aşağıda belirtilen minimum çalışma süresini karşılayacak kapasitede olmalıdır. Çizelge 4.7 Tehlike sınıflarına göre minimum çalışma süreleri Tehlike Sınıfı Süre (dk) Düşük Tehlike Sınıfı 30 Orta Tehlike Sınıfı 60 Yüksek Tehlike Sınıfı 90 Minimum çalışma sürelerine göre yukarıdaki örnekler devam ettirilirse, sprinkler tesisatı için gerekli minimum su depoları ; Sinema ve Tiyatrolar Q = 5 x 216 = 1080 lt/dk (Orta Tehlike G.4/EN-12845) [1,5] 1080 x 60 = lt lik min. su deposu Q = 4,1 x 139 = 569 lt/dk (Düşük Tehlike/NFPA-13) [1,4] 569 x 30 = lt lik min. su deposu Otoparklar Q = 5 x 144 = 720 lt/dk (Orta Tehlike G.2/EN-12845) [1,5] 720 x 60 = lt lik min. su deposu Q = 6,1 x 139 = 848 lt/dk (Orta Tehlike G.1/NFPA-13) [1,4] 848 x 60 = lt lik min. su deposu

41 23 İhtiyaçları görülmektedir. Yapılan bu hesap tasarım kriterlerine göre yapılmış bir hesap olup bu tarz sistemlerde ihtiyaç duyulan gerçek debi ve basıncı belirlemek için hidrolik hesap yöntemine başvurulmalıdır Sprinkler yerleşim kuralları Sprinkler koruma alan, sprinkler kafasının her iki yöndeki diğer sprinkler kafalarına olan mesafelerinin çarpımıyla bulunur. Çizelge 4.8. Tehlike sınıflarına göre sprinkler koruma alanı Tehlike Sınıfı Max.Koruma Alanı As:S x D (m2) Sprinkler Arası Mesafe S (m) Düşük Tehlike Orta Tehlike Yüksek Tehlike Sprinklerin minimum duvara mesafesi 10 cm olmalıdır. Sprinkler kafasının müsaade edilen en fazla duvardan mesafesi, müsaade edilen en fazla iki sprinkler arası mesafenin yarısı kadardır. Sprinklerin tavana olan mesafesi en az 2,5 cm en fazla 30 cm olmalıdır. Sprinkler deflektörü tavana veya çatıya paralel yerleştirilir. Sprinkler kafasının altında yer alan, suyun dağıtımını ve yayılımını etkileyen her dikey, yatay sürekli veya parça türündeki katı cisim sprinkler için engel sayılır. Değişik tür sprinklerler ve uygulamaları için, müsaade edilen engel büyüklüğü ve sprinklerden olan mesafeleri değişiklik gösterebilir. Havalandırma kanalı, elektrik tavası, her türlü borulama, kolon, kiriş, yüksek oda bölümleri, çatı konstrüksiyonu, platform, yukarı açılan raylı kapı, aydınlatma elemanı, menfez sprinkler engeli

42 24 olabilir. Her birinin konumu, sprinkler kafasından mesafesi, büyüklüğüne gore sprinkler kafasının yerleşim uygunluğu control edilmelidir. Sprinkler kafasından akacak olan su, sprinkler kafası K faktörü ve sprinklerin akış anında arkasındaki basıncın bir fonksiyonudur. Sprinklerden akacak su aşağıdaki formülle bulunur. Q = K x P Q : Debi ( lt/dk ) P : Basınç ( bar ) K : Su Geçirgenlik Katsayısı ( birimsiz ) Borulama esasları Ana besleme hatları ve branşman borularının yerleşiminde öncelikli olarak sprinkler arası mesafeler ele alınmalıdır. Genel olarak, borulama sisteminde branşman boruları üzerinde daha fazla sayıda sprinkler kullanılarak daha az sayıda branşman borusu kullanımı, daha az sayıda sprinkler ile çok sayıda branşman yerleşimine göre daha az miktarda boru kullanımı anlamına gelir. Büyük çaplı branşman boruları kullanarak daha fazla sayıda sprinkler yerleşimi, küçük çaplı branşman borusu kullanarak az sayıda sprinkler yerleşimi yapmaktan daha ekonomik bir çözümdür. Sprinkler yerleşiminde, sprinkler arası mesafeler engelli yapılardan etkilenir. Engelli yapılar, yüksek ofis bölmeleri, çıkarılabilir duvarlar gibi yere sabitlenmiş engeller olduğu gibi tavana sabitlenmiş aydınlatma, mekanik ve elektirk sistemleri ve kanallar olabilmektedir. Eğimli tavanlar da sprinkler arası mesafeleri etkilemektedir. Sprinkler yerleşimi için tüm bu faktörler dikkate alınarak, branşman ve besleme borularının yerleşimi yapılmalıdır.

43 25 Borulama seçenekleri Ağaç Borulama Sistemi : Ağaç borulama sistemi en az ana dağıtım borusu kullanılarak sprinkler branşman borularının beslendiği boru sistemidir. Ağaç borulama sistemi genellikle en ekonomik boru sistemidir. Şekil 4.8. Ağaç borulama sistemi Loop Borulama Sistemi : Loop borulama sistemi ile sistemdeki su akışı bölünerek branşman borularını iki yönden beslemeyi sağlar. Branşman borularının iki yönden beslemesi ile sistemdeki sürtünme kayıpları azaltılır. Loop sistemi ile boru çapları düşürülerek, branşman borularına su dağılımında artış sağlanmaktadır. Loop sistemleri genellikle, yüksek binalar gibi merkezinde asansör kovası bulunan yapılarda kullanılır. Loop sistemlerinde, sprinkler kolon borusu ağaç sistemi ile aynıdır. Ana besleme borusu kolon borusundan ayrılarak, sistem branşman borularına ulaşır. Geniş bir loop oluşturmak için ana dağıtım burusu ayrılarak iki yönde devam eder. Branşman boruları loop besleme borularına ağaç sistemindeki gibi bağlanır.

44 26 Şekil 4.9. Loop borulama sistemi Grid Borulama Sistemi : Grid borulama sistemi en az iki dağıtım borusunun çok sayıda branşman borusu ile birbirine bağlantısını içerir. Ana besleme borusuna yakın olan dağıtım borusu Yakın dağıtım veya birincil dağıtım ve ana besleme borusuna uzak olan dağıtım borusu Uzak dağıtım veya ikincil dağıtım olarak adlandırılır. Grid boru sisteminin kuru borulu ve ön etkili sprinkler sistemlerinde kullanımına izin verilmez. Grid boru sistemleri geniş dikdörtgen alanlara su dağıtımında verimlidir. Genellikle, depolama alanlarında ıslak borulu sprinkler sistemlerinde kullanılır. Şekil Grid borulama sistemi

45 27 Boru çaplarının belirlenmesi Boru çaplarını belirlemek için kullanılan iki yöntem mevcuttur. Bunlar ; Tablo Yöntemi Hidrolik Hesap Yöntemi Tablo Yöntemi : Sprinkler sistemi boru çaplarının belirlenmesinde tablo metodunun kullanımı belli uygulamalarla sınırlandırılmıştır. Bu metod ile branşman boruları veya besleme borularının çapları, tablolarda verilen sprinkler sayılarına göre belirlenir. Tablo metodu mevcut binalar ve alanı 465m2 yi geçmeyen yeni yapılar için sınırlandırılmıştır. Ayrıca en yüksek seviyede istenen minimum basınç ihtiyacı yüksek olduğundan bu metod ile yüksek boru çapları ihtiyacı ortaya çıkmaktadır. Tablo metoduyla sadece K faktörü 80 olan sprinkler ile tasarım yapılabileceği gibi, her katta ve her kolonda sınırlı sayıda sprinkler kullanımına olanak vermektedir. Tablo metodu; yüksek boru çapları, öngörülemeyen performans ve çeşitli yangın yükleri için esneklik sağlamaması nedeniyle ve potansiyel basınç problemlerine karşı tasarımlarda genellikle tercih edilmemektedir. Limitli uygulamalarda kullanımına izin verilen boru çap tabloları düşük ve orta tehlike sınıfı için Çizelge 4.9. ve da verilmiştir. Çizelge 4.9. Düşük tehlike sınıfı

46 28 Çizelge Orta tehlike sınıfı Hidrolik Hesap Yöntemi : Sprinkler sisteminde hidrolik hesap yönteminin kullanılmasının amacı, sisteme yeterli su ve basıncın aktarılmasını güvence altına almak üzere ihtiyaç duyulan boru çapının belirlenmesidir. Hidrolik hesap yöntemi 1970 li yılların sonunda kullanılmaya başlanmış ve daha öncesinde boru çaplarını belirlemek için kullanılan tablo metodunun kullanımı sınırlandırılmıştır. Sprinkler sistemi için hesaplar, talebe göre yapılır. Sistemin bir bölümü suyun en zor ulaşacağı alan olarak tanımlanarak, en çok su ihtiyacı olan alan belirlenir. Bu alan en çok su ihtiyacı olan operasyon alanıdır. Bu alan belirlendikten sonra, tasarım kriterleri kullanılarak, hidrolik hesaplarla bu alan içinde yeralan tüm sprinklerden aynı anda su boşalacağı simülasyonu ile bu özel yangın sınıfındaki alanda beklenen en kötü durum oluşturulur. Bu talep, bu alanda ihtiyaç duyulan minimum su ve basınç ihtiyaçları doğrulanarak belirlenir. Hidrolik hesaplamalara etki eden faktörler; tehlike sınıfı veya depolama sınıfı, sprinkler yerleşimi, borulama seçenekleri, su beslemeleri ve sprinkler tipleridir. Hidrolik hesaplamalara başlamadan önce tasarım kriteri belirlenmelidir. Tasarım kriterleri tehlike sınıfı veya depolama sınıfına göre belirlenmelidir. Aynı binanın değişik alanları için farklı sınıflar ve dolayısıyla farklı tasarım kriterleri kulanılabileceği gibi tüm bina aynı tehlike sınıfı veya depolama sınıfına dahil olabilir. Öncelikle tehlike sınıfı veya depolama sınıfının belirlenmesinin sebebi, tasarım yoğunluğu kavramıdır. Tasarım yoğunluğu; altındaki taban alanına aktarılması tasarlanan su miktarıdır.

47 29 Sprinkler sistemi su talebinin belirlenmesinde diğer önemli faktör; sprinkler yerleşimi ve boru tesisatıdır. Sprinkler yerleşimi sistem talebinin belirlenmesinde kritik rol oynar ve aynı zamanda sprinklerin bağlantı yolu da sistem talebini doğrudan etkiler. En uzak alana ulaşmak için suyun izlediği boru sistemi doğrudan toplam basınç kaybına etki eder. Sistem çaplandırması boru konfigirasyonunun tipine bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Örneğin bir depolama alanında, merkezden veya kenardan beslenen ağaç boru tesisatı yerine, grid borulama sistemi kullanılması durumunda, boru çapları daha küçük olmaktadır. Hidrolik hesaplara etki eden üçüncü faktör su beslemesidir. Sistem tasarımında hedef, verilen su beslemesinden mümkün olan en yüksek miktarda su alarak en ekonomok şekilde faydalanırken aynı zamanda da minimum tasarım kriteri için ihtiyaç duyulan basınç ve debi ile sistemi yeterli düzeyde besleyecek tasarımı sağlamaktır. Hidrolik hesapları doğrudan etkileyen dördüncü ve en son faktör ise sprinkler koruma alanıdır. Bu faktörün bu kadar önemli olmasının sebebi; tasarım yoğunluğunu sağlamak için gerekli minimum basınç ve debi değerini belirlemek için kullanılan denklem, hidrolik hesap prosedürünün ilk adımıdır. Denklemler Hidrolik hesap prosedüründe kullanılan dört ana formül bulunmaktadır. Denklem 1 : (d) (A) = Qm Denklem 2 : Qm = K P Qm = Verilen tasarım yoğunluğu elde etmek için sprinklerde istenen minimum debi (lt/dk) K = Sprinkler K faktörü P = Sprinklerde istenen minimum basınç ( bar ) Denklem 3 : Q a = (Qd) (Py/Pd) + Qy Qa= İki ayrı debi ve basıncı birlikte dengelemeden sonra düzeltilmiş debi Qd= Verilen bir hidrolik noktadaki iki farklı debiden düşük olanı Qy= Verilen bir hidrolik noktadaki iki farklı debiden yüksek olanı

48 30 Pd = Verilen bir hidrolik noktadaki iki farklı basınçtan düşük olanı Py= Verilen bir hidrolik noktadaki iki farklı basınçtan yüksek olanı Denklem 4 : Ps = 6.05 x Qm 1.85 x 10 5 ( Hazen-Williams Sürtünme Kaybı Formülü ) C 1.85 x D 4.87 Ps = Sürtünmeye bağlı basınç kaybı ( bar/m ) Qm= Akış Debisi ( lt/dk ) C = Boru Pürüzlülük Katsayısı D= Boru İç Çapı ( mm ) Hidrolik hesap adımları Sprinkler borulama tesisatının belirlenmesi Sprinkler borulama sistemleri ; merkezden beslemeli ağaç sistemi, loop ve ızgara boru tesisatıdır. Hidrolik açıdan herbir boru tesisatının çeşitli avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Boru çapı ile birlikte, boru cinsi de seçilmelidir. Bu kararın alınmasında işçilik, imalat, su miktarı, ve malzemelerin bulunabilirliği gözönüne alınmalıdır. Tasarım alanının belirlenmesi (a) Kritik hidrolik tasarım alanının belirlenmesi Tasarım yapılan tehlike sınıfı veya depolama sınıfına uygun hidrolik kriterlerin verildiği yoğunluk/alan tabloları veya eğrileri kullanılarak tasarım yoğunluğu ve operasyon alanı seçilmelidir. Kritik hidrolik operasyon alanı, suyun en zor ulaşacağı ve en fazla su ihtiyacı olan alana göre belirlenir. Genel olarak, ağaç sistemi ve loop sisteminde, kritik hidrolik operasyon alanı su besleme kolonuna en uzak noktada ve en üst kattaki en uzak alandır. Bina içinde birden fazla tehlike sınıfı veya kot değişikliği bulunuyorsa ve kritik alan belirgin değilse, kritik hidrolik tasarım alanı birden fazla hesap yapılarak belirlenir. Izgara sistemlerde en az 3 set hidrolik hesap yapılarak kritik alan belirlenmelidir.

49 31 Şekil Kritik hidrolik tasarım alanı örnekleri (b) Hidrolik açıdan en elverişli alanın belirlenmesi Denklem 2 ye göre; debi basıncın kareköküyle doğru orantılı olarak artar. Hidrolik olarak basınç kayıplarının en az olduğu bölge, kritik tasarım alanına kıyasla daha

50 32 fazla su debisi gerektirir. En elverişli alan, suyun en kolay ulaşacağı ve en az basınç kaybı olan alana göre belirlenir. Genel olarak, ağaç sistemi ve loop sisteminde, en az basınç kaybı olan alan, besleme kolonuna en yakın noktada ve en elt katta bulunan alandır. Mümkün olduğu kadar kareye yakın seçilmelidir. Ağaç veya loop sistemlerde; sadece bir dağıtım borusunda bulunan sprinkler grubunu içeren yer seçilmelidir.grid boru düzeninde en elverişli alan, hidrolik bakımdan en yakın yerdeki branşmanları kapsamalıdır. Branşman üzerine yerleştirilemeyen sprinkler, diğer branşmanda dağıtım borusuna en yakın olan yere yerleştirilir. Kritik hidrolik tasarım alanında açılacak sprinkler sayısının belirlenmesi Kritik hidrolik operasyon alanı seçilminden sonra, bu alanda açılacak sprinkler sayısı belirlenmelidir. Bu alandaki sprinkler yerleşiminin uniform olduğu düşünülürse, sprinkler sayısı operasyon alanı sprinkler koruma alanına bölünerek belirlenmelidir. Elde edilen sonuç ondalıklı ise bir üst tamsayıya yuvarlanmalıdır. Operasyon alanındaki sprinkler düzensiz bir şekilde yerleştirildiyse, gerçek sprinkler yerleşimi dikkate alınarak, operasyon alanı geometrik olarak değerlendirilmelidir. (a) Tasarım alanı dikdörtgen olmalıdır. Dikdörtgenin branşmanlara paralel olan kenarı operasyon alanının karekökünün 1.2 katı olmalıdır. Sistemde bu şartı sağlayacak sayıdan daha az sayıda sprinkler bulunması durumunda bu alan, minimum tasarım alanı şartını sağlayacak şekilde genişletilmelidir. Sprinkler sayısı dikdörtgen tasarım alanı oluşturacak sayıdan az ise yakınındaki branşmana sprinkler ilavesi yapılarak dikdörtgen alan oluşturulur. (b) Tasarım alanı olarak, sprinklerin altında bulunan taban alanı dikkate alınmalıdır. Sprinkler eğimli çatıda bulunuyorsa, hidrolik hesap için tasarım alanı olarak sprinklerin altında bulunan taban alanı kullanılmalıdır. (c) Hidrolik hesapta sprinkler ve branşmanlar arası yatay mesafeler dikkate alınmalıdır.

51 33 (d) Sprinklerin hem tavan üstü hem de tavan altında bulunduğu durumlarda su debisi belirlenirken, tavanla bölünmüş iki ayrı alandaki sprinklerin tamamının açılacağı öngörülmez. Ancak tavan tamamen açıksa, bu durum hesapta değerlendirilerek, aynı anda açılması olası olan sprinklerin tamamı hesaba katılarak, hidrolik hesapla ihtiyaç duyulan en yüksek debi belirlenmelidir. (e) Gömme boşluklarda veya engelin altında ve/veya üstünde yeralan sprinkler hidrolik hesaba katılmaz. (f) Sprey veya iri damlacıklı sprinklerin engellerin altına ve üstüne ilavesinin gerekli olduğu durumlarda, tasarım alanı içinde kalan ilave sprinkler, açılacak sprinkler sayısına eklenmez. A = Operasyon Alanı =139m² S = Sprinkler Koruma Alanı = 3m x 3.7m = 11.1m² Açılacak Sprinkler Sayısı = A / S= 139/11.1 = 12.5 ~ 13 adet Branşman üzerindeki sprinkler sayısı = 1.2 A = / 3.7= 3.82 ~ 4 adet Sprinkler arası mesafe Not 1 : Grid tesisatta 4.baranşman borusundaki ekstra sprinkler; B ve E arasında kaydırılabilir. Not 2 : Ağaç dalı ve loop sistemde 4.branşman borusundaki ekstra sprinkler; branşman dağıtım borusuna en yakın konuma yerleştirilmelidir. Şekil Örnek operasyon alanında açılacak sprinkler sayısının hesabı [1] En çok su debisi gerektiren sprinklerin tespiti Tasarım alanı belirlendikten sonra, tasarım alanı içinde en çok su debisi gerektiren sprinkler belirlenmelidir. En büyük koruma alanına sahip sprinkler en çok su debisi gerektiren sprinkler olacaktır. Genellikle en uzak noktadaki sprinkler en fazla su debisi ihtiyacı gerektirir ve hidrolik hesaba bu sprinklerden başlanmalıdır.

52 34 Bir sprinklerden akan minimum su debisinin belirlenmesi Denklem 1 kullanılarak, tasarım yoğunluğunu sağlamak üzere bir sprinklerden akması gerekli minimum su debisi hesaplanmalıdır. Denklemde kullanılacak sprinkler koruma alanı, tasarımlanan koruma alanı olmalıdır. Maksimum koruma alanı veya gerçek koruma alanı değerleri kullanılmaz. Eğer bu debi değeri doğru tespit edilmezse, hidrolik hesabın bundan sonraki adımları doğru olmayacaktır. Tasarım Yoğunluğu:5lt/dk-m², Sprinkler koruma alanı (A) : 11.5m² Bir sprinklerden akan minimum su debisi (Qm) = (d) (A) = 5 x 11.5 = 57.5 lt/dk Şekil Örnek bir sprinklerden akan minimum su debisinin hesabı [1] Sprinkler minimum basıncının belirlenmesi En düşük sprinkler basıncı, Denklem 2 ile belirlenir. (a) Herhangi bir standard sprinklerdeki minimum basınç 0.5 bar ın altında olmamalıdır. Sprinklerden akan su debisi değerine göre su basıncı 0.5 bar dan daha az ise bir sprinklerden akan su debisi Denklem 2 de minimum basınç değeri olan 0.5 bar a göre tekrar belirlenmelidir. Bu değer sprinklerden akan minimum su debisi değeri olarak alınmalıdır. (b) Bazı sprinkler tiplerinde minimum basınç değeri daha yüksek olabilmektedir. Özel tasarımlarda, sprinklerdeki minimum basınç, sprinklerin onay listelerinden belirlenmelidir.

53 35 Boru pürüzlülük katsayısının ( C ) belirlenmesi Bu katsayı Hazen-Williams formülünde kullanılan bir sabittir. Seçilen boru tipine göre boru pürüzlülüğünü gösterir. Her boru tipi için C katsayıları aşağıdaki tabloda verilmiştir. Aynı zamanda kullanılacak sistem tipine bağlı olarak C katsayısındaki korelasyon belirtilmektedir. Çizelge Çeşitli boru tipleri için boru pürüzlülük katsayısı ( C ) Boru Tipi Pürüzlülük Katsayısı (C) Dikişsiz döküm demir veya düktil demir 100 İçi çimento kaplı düktil demir 140 Siyah Çelik Boru (Kuru borulu ve ön tepkili sistemler ) 100 Siyah Çelik Boru (Islak borulu ve baskın sistemler) 120 Galvaniz Boru (Tümü) 120 Plastik -yangın onaylı (Tümü) 150 Bakır veya Paslanmaz Çelik 150 Toplam boru uzunluğu, fittingslerin tipi ve miktarı, tesisat üzerindeki cihazların tipi ve miktarının belirlenmesi Bu adımda ilk hidrolik noktadan en uç noktaya kadar tüm boru uzunluğuna bağlı olarak eşdeğer boru uzunlukları hesaplanır. Boru üzerinde yeralan fitting ve diğer cihazların düz boru cinsinden eşdeğer uzunlukları, tablolar yardımıyla veya üreticilerin belirlediği spesifik değerlere göre belirlenir. Çeşitli tipte fitting ve cihazların eşdeğer boru uzunlukları Tablo 12 de verilmiştir. Fittinglerin tamamının hesaba katılması öngörülmez. Ancak, çoğu standardta talep edilmemesine karşılık, bazı sigorta kuruluşları içinden su geçişi olan her kaplin için 1 ft eşdeğer boru uzunluğu kayıp öngörmektedir. Bu değer tek başına fark oluşturmasa da toplamda fark yaratabilir. Bu yüzden tüm boru, fitting, vana gibi cihazların aşağıda belirtilen durumlara uygun olarak hesaba katılması önemlidir.

54 36 (a) Drenaj hattı basınç kaybı hidrolik hesaba katılmaz. (b) Akış yönünün değişmediği noktalarda bulunan te hidrolik hesaba katılmaz. Ancak su akışı te içinden 90 derece yön değiştirerek oluyorsa, te içinde meydana gelecek kayıp hesaba katılmalıdır. (c) Redüksiyon dirseklerde en küçük çapa göre eşdeğer boru uzunluğu değeri kullanılmalıdır. (d) Dişli bağlantılarda standart dirsek eşdeğer boru uzunluğu değeri kullanılmalıdır. Flanşlı, kaynaklı veya diğer bağlantı tiplerinde uzun dirsek eşdeğer boru uzunluğu değeri kullanılmalıdır. (e) Sprinklerin bağlı olduğu fitting hidrolik hesaba katılmaz. Örneğin; sprinkler branşmana bağlı bulunan dişli te üzerine doğrudan monte ediliyorsa ve te ile sprinkler arasında nipel bulunmuyorsa, toplam eşdeğer uzunluğuna katılmaz. (f) Dağıtım borusu uzantısı üstündeki te branşman borusuna eklenmelidir. Dağıtım borusu uzatma borusu altında bulunan te, dağıtım borusu uzantısına eklenmelidir. Branşman dağıtım borusu ile ana dağıtım borusu birleşim noktasındaki cross veya te ise branşman dağıtım borusuna eklenerek, hesap yapılmalıdır. Çizelge Çelik boru eşdeğer boru uzunluğu tablosu C Katsayısı Değeri Çarpan Faktörü Not: Bu tablodaki değerler, Hazen-williams C katsayısı 120 olan borularla kullanılmalıdır. Diğer C katsayıları için aşağıda verilen çarpan faktörleri kullanılmalıdır. Bir metre borudaki sürtünme kaybının (Ps) hesaplanması

55 37 Birinci sprinklerden akan sprinkler su debisi kullanılarak, denklem 4 e göre 1m borudaki sürtünme kaybı(ps) belirlenir. Çelik boru et kalınlıkları ve iç çapları Tablo 13 de verilmiştir. Çizelge Çelik boru iç çap tablosu Boru Anma Orta Seri Boru Ağır Seri Boru Dış Çap Çapı (mm) İç Çap (mm) Et Kalınlığı (mm) Iç Çap (mm) Et Kalınlığı (mm) (mm) 25 33,7 27,2 3,2 25,70 4, ,4 35,9 3,2 34,40 4, ,3 41,8 3,2 40,30 4, ,3 53,0 3,6 51,30 4, ,1 68,8 3,6 67,10 4, ,9 80,8 4,0 78,90 5, ,3 105,3 4,5 103,50 5, ,7 129,7 5,0 128,90 5, ,1 155,1 5,0 154,30 5,4 Hidrolik düğüm noktaları arasındaki toplam basınç kaybının (Pf) hesaplanması Başlangıç noktası ile sonraki hidrolik düğüm noktası arasındaki toplam eşdeğer boru uzunluğu ile bu değer çarpılarak, sürtünmeye bağlı toplam basınç kaybı (Pf) hesaplanır. Yükseklik farkına bağlı basınç kayıplarının (Pe) belirlenmesi Yükseklik farkına bağlı kayıplar bazen sistemdeki en fazla hidrolik kaybı oluşturur. Bu kayıp, suyun ağırlığına bağlı olarak su sütünunun kullandığı basınç miktarını gösterir. Herhangi iki hidrolik düğüm noktası arasındaki (m) olarak yükseklik farkı, yerçekimi ivmesine bağlı olarak katsayısıyla çarpılarak, yükseklik farkına bağlı basınç kaybı hesaplanır. Su yukarı yönde hareket halindeyken basınç kaybı negatiftir ve basınçta kayıp olur, su aşağı yönde hareket halinde olduğunda ise basınç kaybı pozitiftir ve basınçta kazanım olur. Pe= Yükseklik farkı (m) x 0.098bar/m

56 38 Bir sonraki düğüm noktasındaki gerekli basıncın (Pt) belirlenmesi (Pt+Pe+Pf) basınç kayıpları toplanarak, bir sonraki düğüm noktasındaki gerekli basınç ihtiyacı hesaplanır. Bu değer, ikinci noktada bulunan sprinklerden akan su debisini belirlemek üzere kullanılır. Hidrolik düğüm noktalarından beslemeye kadar hesapların tekrarı Hidrolik hesap yönteminde, en basit yol olarak; tasarım yoğunluğu için gerekli minimum sprinkler debisi belirlenir. Bu debi ikinci noktaya kadar olan boru,fittings ve diğer kayıp yaratan ekipmanlar içinden geçirilir. Bu çap öçüsü tahmini olarak belirlenir. Buna göre, iki nokta arasındaki basınç kaybı belirlenerek, yükseklik farkı nedeniyle oluşan basnç kaybı eklenir. Operasyon alanındaki debi ve basınçlar belirlendikten sonra, geriye doğru besleme sistemine (kolon veya yangın pompası) kadar, yükseklik farkına bağlı statik basınç ile boru ve fittingler için sürtünme kayıpları eklenerek devam edilir. Sprinkler debisi belirlenirken aşağıdaki adımlar uygulanır. 1) 1. sprinklerin debisi, Denklem 1 e göre hesaplanır ve minimum basıncı kontrol edilir. 2) 2. düğüm noktasındaki basınç; birinci sprinklerdeki toplam basınca, 1-2 arası boru parçasındaki basınç kaybı eklenerek hesaplanır. 3) 2.sprinkler debisi, 2. düğüm noktasındaki basınç kullanılarak Denklem 2 ye göre hesaplanır. 4) Aynı branşmandaki, üçüncü ve devamındaki sprinklerin debi ve basınçları aynı şekilde hesaplanır. Tek branşman borusu bağlanan dağıtım borusundaki basıncı hesaplamak için aşağıdakiler eklenir. - Branşman dağıtım borusuna en yakın noktadaki sprinklerin toplam basıncı, - Son sprinkler ve branşman dağıtım borusundaki basınç kaybı

57 39 - Branşman borusu ile branşman dağıtım borusunu bağlayan yükseltme nipelinin tepe noktasındaki dirsek veya te basınç kaybı - Yükseltme nipel uzunluğunun basınç kaybı - Nipelin altındaki te veya dirseğin basınç kaybı Hidrolik hesapların tekrarında aşağıdaki konular dikkate alınmalıdır. (a) Eğer, birinci uzatma nipelinden iki adet branşman besleniyorsa, nipel üzerindeki te, nipel ve branşman borusu çapları değişir. (b) Eğer, birden fazla branşman hesaba katılıyorsa ve birbirinin eşdeğer ise, K değeri hepsinde aynıdır. Tek branşmanda yapılan hesap, diğer branşmanlara eşdeğer K faktörü hesaplanarak aktarılır. Eşdeğer K faktörü her branşman için hesaplanarak, hesapta kolaylık sağlanır. K faktörü K = Q / P formülü kullanılarak belirlenir. Diğer branşmanlar aynı şekilde hesaplanır. (c) Branşman boruları üzerindeki sprinkler sayısının değişiklik gösterdiği durumlarda; Örneğin;15 sprinkler,16 sprinkler,15 sprinkler..vb. 15 sprinkler bulunan branşman için K faktörü ve 16 sprinkler bulunan branşman için K faktörü hesaplanır. Yukarıdaki örnekte verilen işlem her sıraya uygun K faktörü için tekrarlanır. (d) Eğer iki branşman borusu tek bir te ye bağlı ise, debiler (Qi ve Qi) ve branşman dağıtım borusu basınçları (Pti ve Ptj ) örnekte verildiği şekilde hesaplanır. Eğer Pti ve Ptj birbirine eşit değil ise dengeleme yapılmalıdır çünkü aynı noktada iki farklı basınç bulunamaz. Eşitlemek için düşük olan basınç, büyük olan basınca eşitlenir. Denklem 3 kullanılarak, Qd değeri, Qy Py/Pd değerine dengelenir. Belirlenen debi ve akış değerinden K değeri denklem 2 ye göre hesaplanarak, diğer branşman için kullanılır.

58 40 A : 6 sprinkler bulunan branşman B: 4 sprinkler bulunan branşman A dan gelen akışta, 7 noktasında pf= 1,52 bar, Q7a= 480lt/dk B den gelen akışta,7 noktasında pf= 1,27 bar, Q7b= 300lt/dk 7 noktasında debi; yüksek basınca göre dengelenmelidir. Qa = (Qd) (Py/Pd) + Qy Q7b= 300 x ( 1,52/1,27) =327lt/dk 7 noktasında dengelenmiş debi Q = = 808lt/dk Şekil Örnek bir hidrolik hesapta basınç dengeleme hesabı [1] Su hızı limitleri : Operasyon alanı içindeki sprinklerin tamamının açılması durumundaki su akışında, su hızı aşağıdaki değerleri aşmamalıdır. Su hızı Hazen Williams formülünün bir fonksiyonudur. - Herhangi vana veya debi ölçüm cihazında su hızı limiti: 6 m/sn, - Sistemdeki herhangi noktadaki su hızı limiti: 10 m/sn Hidrolik hesap örneği Örnek uygulamasında aşağıdaki adımlar izlenmiştir.

59 41 1) Öncelikle hidrolik düğüm noktaları belirlenerek numaralandırılır. Boruların çaplarında değişiklik olan noktalar da hidrolik düğüm noktası olarak tanımlanır. Şekil 4.14 de hidrolik düğüm noktaları verilmiştir. 2) Hesaplamaya en çok su ihtiyacı olan 1 nolu sprinklerden başlanır. Sprinkler koruma alanına göre bir sprinklerden akan minimum su debisi belirlenir. Denklem 1 e göre; Qm = (d) (A) hesaplanır. Bu debi değeri için, bu sprinklerdeki minimum basınç 0.5bar ın altında olmamalıdır. Bu basınç değeri denklem 2 ye göre kontrol edilerse; Q = K P denkleminden P= ( Q/K)² de elde edilen basınç değerinin 0.5bar dan büyük olduğu kontrol edilir. Elde edilen debi q satırına ve basınç değeri Pt satırına yazılır. 3) Boru ölçüsü sütünuna, sırasıyla boru çapı, boru iç çapı ve boru tipine bağlı sürtünme faktörü (C) yazılır. 4) İki hidrolik nokta arasındaki boru üzerindeki fittings ve cihazların sayı ve tipleri bir sonraki sütunda belirlenir. 5) Eşdeğer boru uzunluğu sütünunda boru uzunluğu L satırına, fittingslerin eşdeğer boru uzunluğu F satırına, toplam eşdeğer boru uzunluğu T satırına yazılır. T değeri L ve F değerlerinin toplamını verir. 6) Bir sonraki adımda, Hazen Williams formülüne göre bir metre boru uzunluğundaki bar cinsinden sürtünme kaybı(ps) hesaplanır. 7) Basınç özeti sütünunda Pt değeri o noktadaki minimum basınç değeridir. Pe değeri yükseklik farkı nedeniyle oluşan basınç kaybı değerini gösterir. Pe= Yükseklik farkı (m) x 0.098bar/m olarak belirlenir. Pf değeri toplam eşdeğer boru uzunluğundaki toplam basınç kaybını gösterir. Pf değeri, toplam eşdeğer boru uzunluğu ile sürtünme kaybının çarpımı ile belirlenir. 8) Son olarak, P+Pe+Pf toplanarak bir sonraki hesap noktasının basınç değeri belirlenmiş olur. 9) İlk düğüm noktası için hesap tamamlandıktan sonra 2. düğüm noktası için aynı hesaplamalar tekrarlanır. İlk sprinklerin debisi belirlenirken yapılan hesaptan farklı olarak 2. sprinklerin debisi, Q = K P formülünde, 1. Düğüm noktasında bulunan P değeri kullanılarak belirlenir.

60 42 10) Her hidrolik düğüm noktasındaki akış, sprinkler akış miktarları toplanarak belirlenir. Şekil Örnek hidrolik hesap çizimi ( plan ve kesit )

61 Çizelge Örnek hidrolik hesaplama [1] 43

62 44 5. SPRINKLERİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE AKIŞ ANALİZLERİ 5.1. İçerik Bu çalışmada tek sprinklerin akış karekterizasyonu için bilgisayar ortamında FlowVision programı ile sprinkler modeli oluşturularak Sprinkler Akış Analizlerine ilişkin analiz yöntemlerine, analiz tiplerine, sonuçlarına ve doğrulamalarına yer verilmiştir Enstrümantasyon Donanım Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri; HP-Z600, Intel Xeon X5650 (12 Çekirdek) 2.67GHz, 12 GB RAM, Win7 Pro 64 HP-Z620, Intel Xeon E (12 Çekirdek) 2.00GHz, 16 GB RAM, Win7 Pro 64 iş istasyonlarında gerçekleştirilmiştir Yazılım Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri; FlowVision HPC Sürüm yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. FlowVision, Rusya dan TESIS ve Belçika dan CapVidia firmalarının ortak sorumluluğunda geliştirilmiş genel amaçlı ve oldukça kapsamlı bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımıdır. Pratik HAD ( Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ) problemlerini çözmek amacıyla geliştirilmiş yeni nesil bir simülasyon sistemidir. Modern C++ uygulaması sayesinde; en karmaşık HAD süreçlerine bile modüler ve esnek bir şekilde yaklaşılmaktadır. Geometri uyumlu alt ağ çözünürlüğü, sayısal ağ yaratımı için geliştirilmiş özgün bir yaklaşım olup, bu sayede bilgisayar destekli tasarım geometrisi ve sonlu hacim

63 45 sayısal ağı arasında doğal bir ilişki kurulmaktadır. Çoklu Fizik Yöneticisi vasıtasıyla gerçekleştirilen ABAQUS bütünleşmesi, en karmaşık akışkan yapısal etkileşimlerinin bile kolaylıkla modellenmesini sağlamaktadır. Melez modelleme yaklaşımı sayesinde; simülasyon alanının farklı bölgelerinde farklı çözücüler kullanılarak en güvenilir simülasyon sonuçları kısa sürelerde elde edilebilmektedir Yöntem Aşamalar Analiz çalışmaları, analiz modeli oluşturma ve doğrulama ve farklı giriş basınçlarında analizler olmak üzere iki aşamadan oluşmaktadır. Her iki aşamanın içeriği üretici firma verileri ve yapılan deneysel çalışmalar esinlenerek belirlenmiştir. Analiz modeli oluşturma ve doğrulama Sprinkler modeli İnventor programı kullanılarak oluşturulmuştur. Bu model üretici firmanın bir numunesi kullanılarak yapılmış olup karakterizasyonu hakkında ki karşılaştırma da bu üretici firmanın vermiş olduğu veriler ile yapılacaktır. Üretici Amerika menşayli Globe Fire Sprinkler Corporation dır. Numune ürün ise GL model serisinden pendent ( sarkık ) tip ½ nominal çapa ve K ( geçirgenlik katsayısı ) 80 özelliklerine sahip bir sprinklerdir. Aşağıda FlowVision programı içerisinde yapılan ayarlar ve işlemler sırasıyla ve detaylı olarak belirtilmektedir: Flowvision'a Dosyayı ( İnventor programında oluşturlan model ) Çağırma (İmport) o Dosya Türü: stl o Bütün oda hacminden su girişini gösterir bölge ve sprinkler çıkarılarak analize uygun model elde edilmiştir. Referans Değerler (Reference Values)

64 46 o Basınç: Pa o Program içerisindeki tüm basınç değerleri, gösterge olarak kabul edilen referans değer çıkarılarak gösterilmektedir. Ortalama basınç değeri atmosferik olacağından mevcut değer tercih edilmiştir. Yerçekimi Vektörü (Gravity Vector) o [x, y, z] = [9,81 m/s 2, 0, 0] o Suyun üzerindeki giriş enerjisi ve harici kuvvetlerle karşılaştırıldığında; Su hareketlerinin doğru gözlemlenmesi için yerçekiminin doğru yön ve değerde hesaplamalara katılması gerekmektedir. Malzeme o Sıvı haldeki suyun yoğunluk, viskozite ve benzeri değerleri FlowVision kütüphanesinden alınmıştır. Fazlar o Modelde iki faz kullanılmış olup, bunlardan birinde su bulunurken diğer faz boşluk olarak modellenmiştir. İkinci fazda hava yerine boşluk kullanılması oldukça yaygın bir uygulama olup, havanın suya göre yoğunluğu yaklaşık bin kat küçük olduğundan suyun hareketine karşı gösterdiği direnç ihmal edilebilmektedir. Netice olarak, işlem süresi ve gerekli işlemci gücü ciddi miktarda azalırken hassasiyet kaybı ihmal edilebilir düzeyde kalmaktadır. İlk Değerler (İnitial Values) o Hız: 0 (Ortamın ilk anda durağan olduğu kabul edilmiştir. o Basınç: 0 (Ortamın ilk anda atmosferik basınca sahip olduğu kabul edilmiştir.) o Fazlar: İlk anda odanın boş olduğu kabul edilmiştir. Sınır Koşulları (Boundary Conditions) o Duvar Oda duvarları ve sprinkler yüzeyleri, duvar olarak tanımlanmıştır. o Giriş Suyun giriş yaptığı yüzeydir. Yüzeye normal hız ve basınç değerleri tanımlanmıştır. Debi: Q = K x P 1/2

65 47 Pulsation: 0,03 (düşük ila orta düzeyde türbülanslı akışlar) Turbulent scale = karakteristik boy x türbülans katsayısı karakteristik boy: 0,01 m (boru çapı) türbülans katsayısı: 0,03 (düşük ila orta düzeyde türbülanslı akışlar) Sayısal Ağ o FlowVision, kartezyen sayısal ağ sistemi kullanmaktadır. X, y ve z eksenlerine paralel kenarları olan dikdörtgen prizmalardan oluşan sayısal eğ elemanları, eğimli geometrilerle karşılaştıklarında otomatik olarak kesilmekte ve geometriye uyum sağlamaktadır (sub-grid geometry resolution). o Bu yaklaşım neticesinde öncelikle ilk sayısal ağ (initial grid) oluşturulmaktadır. Mevcut modelde ilk sayısal ağ x:28 x y:120 x z:120 = elemandan oluşmaktadır. Resim 5.1. İlk sayısal ağ (initial grid)

66 48 o Fakat bu elemanların bir kısmı sprinkler içerisine denk geldiğinden iptal olmaktadır. Daha da önemlisi, model hava yerine boşluk kullanılarak çözüldüğünden, herhangi bir zaman adımında su bulunmayan bölgelerdeki sayısal ağlar hesaplamaya katılmamaktadır. o Bunun yanı sıra, suyun izleyeceği güzergah ve çevresi olan ve akış özelliklerindeki değişimlerin de fazla olacağı öngörülen bölgede sayısal ağlar adaptasyon (dikdörtgen prizma elemanları daha küçük dikdörtgen prizmalara bölme) vasıtasıyla küçültülmüştür. o Sonuç olarak; analizler birkaç yüz elemandan başlayıp, yaklaşık eleman sayısına ulaşacak şekilde gerçekleşmektedir. Bu yaklaşım, bütün elemanların varlığındaki bir çözüme göre fazlasıyla kısayken, yine de aynı sayıdaki (ör: ) elemanlı başka bir çözüme göre bir miktar daha uzun süre alacaktır. Zira, FlowVision her adımdan önce hangi sayısal ağ elemanlarının hesaplamaya katılacağını kontrol etmektedir. Resim 5.2. İlk sayısal ağ (initial grid) [Yakın Çekim]

67 49 Resim 5.3. İlk sayısal ağ Adaptasyon Zaman Adımı o Analize odanın boş olduğu andan başlanmış ve suyun sprinklere çarparak izlediği güzergah, zamana bağlı olarak incelenmiştir. o Zaman adımının belirlenmesinde Courant sayısından faydalanılmıştır. Buna göre, her bir sayısal ağ elemanında akışkan moleküllerinin elemanı geçiş süresi FlowVision tarafından ölçülmekte ve bütün çözüm hacmi boyunca tespit edilen en kısa geçiş süresi, Explicit Time Step olarak adlandırılmaktadır. Kullanıcı tarafından tanımlanan Courant sayısı ise Explicit Time Step ile çarpılarak uygulanacak zaman adımının belirlenmesini sağlamaktadır. Bu durumda, Courant sayısının 1 olduğu durum en kararlı yaklaşım olmakla beraber, Courant sayısı yükseldikçe çözüm hızlanma eğilimi göstermektedir. Mevcut modelde, Courant sayısı analiz başlangıcında 1 olarak belirlenmiş, analizin devamında ise çözümü hızlandırmak için 10 değerine çıkarılmıştır. Çözücü Ayarları o Analizlerde kullanılan matematiksel temel, Navier-Stokes başta olmak üzere temel akışkanlar mekaniği denklemlerinin ayrıksanması (discretization) ve devamında nümerik olarak çözülmesi üzerinedir. Nümerik çözüm esnasında uygulanan şema, yakınsama kıstası ve çözümün içeriğine göre bir takım benzer

68 50 değişkenlerin tercihi oldukça büyük önem arz etmektedir. Mevcut analizlerde birinci derece şemalara göre daha hassas olan fakat daha fazla işlem gücü ve zamanı gerektiren ikinci derece şemalar tercih edilmiştir. Navier-Stokes Formülleri ; ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) Burada ; R : İzotropik direnç kuvveti D : İzotropik direnç katsayısı B : Coriolis ve merkezcil kuvvetler toplamı S user : Kullanıcı hacmi gücü D katsayısı şu formülle belirtilebilir ; ( 6 ) Akışkan için kayma gerilmesi ; Burada ; Î : Cismin kimliği Cismin gerilme hızı ise ; ( 7 ) ( 8 ) ile belirlenir. o Azami hata (maximum residual): 0,001 o Azami yineleme (maximum residuals): 2000 (Her bir zaman adımında gerçekleşecek azami yineleme sayısı.)

69 51 o Her bir zaman adımında; belirtilen azami hata elde edilene veya azami yineleme sayısı kadar yineleme gerçekleşinceye kadar yinelemeler devam etmektedir. Doğrulama o Analize konu sprinklerle ilgili piyasa değerleri mevcut olup, çok fazlı ve zamana bağlı olan modelin çözüm süreleri ise uzun olduğundan analiz içerisinde ek olarak kapsamlı bir iç doğrulama yapılmamıştır. Elde edilen değerlerin halihazırda kullanılan ürünlerle tutarlılığı ve yapılan deney sonuçları doğrulama kriteri olarak kabul edilmiştir. Farklı giriş basınçlarında analizler Bu aşamada; 0,5, 1 ve 2,1 bar olmak üzere farklı giriş basınçlarında analizler gerçekleştirilmiştir. Üç farklı basınç standartlarca ve üretici firmaların kullandığı genel değerlerdir. Sprinkler çalışma basıncı minimum 0,5 bar olmakla beraber bunun üzerinde maksimum sistem basıncına kadar her basınçta çalışabilmektedirler. Sprinkler sistem tesisatında standartlar gereği maksimum 12 bar istenmektedir. Minimum çalışma basıncı dışında tasarımcı daha büyük basınçlarda sistem tasarlamak isteyebilir bu yüzden üretici firmalar en az 3 farklı basınçta atım karakterizasyonlarını kataloglarında belirtmektedir Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analiz modeli Analizler, sonlu hacim yöntemi kullanan FlowVision HPC yazılımında hazırlanan modelin gerekli nümerik metotlar vasıtasıyla ve yakınsamalı bir yaklaşımla çözülmesi neticesinde gerçekleştirilmiştir. İlk anda boş olan ve belirli bir konumda sprinkler bulunan odaya basınca bağlı olarak ön tanımlı bir hızı olacak şekilde su girişi sağlanmış ve suyun hareketi takip edilmiştir.

70 52 Teknik resimler Teknik resimler, tarafımızdan üç boyutlu modellerden *.stl formatında FlowVision a aktarılmıştır. Analizler için bütün detayları içeren bir teknik resim yeterli olmaktadır. Malzemeler Analiz modeli içerisinde akışkan olarak su kullanılmış olup malzeme özelliklerinin FlowVision ın kendi malzeme kütüphanesinden çağırılarak kullanılmaları uygun bulunmuştur.

71 Sonuçlar Her bir basınç değeri ve ona bağlı debiye göre, suyun sprinklerden ayrılma anında dikey eksenle yaptığı açı ve ayrılma noktasındaki ortalama hızı tespit edilmiştir ,5 Bar Resim ,5 Bar - Hız eşdeğer yüzeyleri Resimde görüldüğü gibi su sprinkler deflaktörüne çarparak beklendiği gibi hız kaybına uğramıştır. Deflaktörün göbeğinden itibaren başlayan hız azalmaları görülmekte olup göbek ile deflaktör birleşiminde yani engel yüzey alanının arttığı bölgede suyun hızı bir hayli düşmüştür.

72 54 Şekil 5.1 Hız yakınsama grafiği Resim ,5 Bar - Basınç eşdeğer yüzeyleri Resimde basınç değişim yüzeyleri görülmektedir. Sabit akışkanda herhangi bir basınç değişimi gözlenmezken sprinkler deflaktör göbeğine ve deflaktöre çarpan suyun basınç değişimleri görülmektedir. Bu durumda fiziksel olarak beklediğimiz bir sonuçtur.

73 55 Şekil 5.2. Basınç yakınsama grafiği Resim ,5 Bar - Toplam basınç yüzeyleri

74 56 Resim ,5 Bar - Türbilans enerjisi Resimde akışkanın ilk çıkış anında türbilansa uğradığı sonra laminer akış olarak geldiği ve sprinkler deflaktörüne çarpmaya başladığı andan itibaren girmiş olduğu türbilans enerji farklılığı görülmektedir. Resim ,5 Bar - Açı ölçüm çizgisi

75 57 Resim 5.8. da suyun yoğun aktığı bölgeden bir çizgi çekilmiş ve bu çizginin eğiminden yararlanılarak yoğun akan suyun açısı elde edilmiştir. Su akışının fazla olduğu bölgedeki çizginin koordinatları ; X : Z : tan α = Z / X tan α tan -1 ( ) 33.5º yi vermektedir. Resim ,5 Bar - Sayısal ağ Resimde analiz programında çözümü yapılan yani suyun ulaştığı mesh ( sayısal ağ ) yapıları görülmektedir.

76 58 Resim ,5 Bar - Hız vektörleri Resim ,5 Bar - Akış çizgileri

77 59 Çizelge 5.1. Denklem hata miktarları Denklem Cebirsel Hata Fonksiyonel Hata Basınç 0, , Hız 0, , Türbülans Enerjisi 0, , Türbülans Yokolumu 0, , Çizelge 5.1. de FlowVision analiz programı içerisinde çözüm sırasında oluşmuş olan hata payları tablo halinde verilmiştir. Her denklem içerisindeki cebirsel ve fonksiyonel hata payları göz ardı edilebilecek değerler olduğu açıkça görülmektedir Bar Resim Bar - Hız eşdeğer yüzeyleri Deflaktörün göbeğinden itibaren başlayan hız azalmaları görülmekte olup göbek ile deflaktör birleşiminde yani engel yüzey alanının arttığı bölgede suyun hızı bir hayli düşmüştür.

78 60 Şekil 5.3. Hız yakınsama grafiği Resim Bar - Basınç eşdeğer yüzeyleri Resimde basınç değişim yüzeyleri görülmektedir. Sabit akışkanda herhangi bir basınç değişimi gözlenmezken sprinkler deflaktör göbeğine ve deflaktöre çarpan suyun basınç değişimleri görülmektedir.

79 61 Şekil 5.4. Basınç yakınsama grafiği Resim Bar Toplam basınç yüzeyleri

80 62 Resim Bar Türbilans enerjisi Resimde akışkanın ilk çıkış anında türbilansa uğradığı sonra laminer akış olarak geldiği ve sprinkler deflaktörüne çarpmaya başladığı andan itibaren girmiş olduğu türbilans enerji farklılığı görülmektedir. Resim Bar Açı ölçüm çizgisi Su akışının fazla olduğu bölgedeki çizginin koordinatları ; X : 0, Z : 0, tan α = Z / X tan α tan -1 ( ) 36º yi vermektedir.

81 63 Resim Bar - Sayısal ağ Resimde analiz programında çözümü yapılan yani suyun ulaştığı mesh ( sayısal ağ ) yapıları görülmektedir. Resim Bar - Hız vektörleri

82 64 Resim Bar - Akış çizgileri Çizelge 5.2. Denklem hata miktarları Denklem Cebirsel Hata Fonksiyonel Hata Basınç 0, , Hız 0, ,98083E-05 Türbülans Enerjisi 0, , Türbülans Yokolumu 0, , ,1 Bar Resim ,1 Bar - Hız eşdeğer yüzeyleri

83 65 Deflaktörün göbeğinden itibaren başlayan hız azalmaları görülmekte olup göbek ile deflaktör birleşiminde yani engel yüzey alanının arttığı bölgede suyun hızı bir hayli düşmüştür. Şekil 5.5. Hız yakınsama grafiği Resim ,1 Bar - Basınç eşdeğer yüzeyleri

84 66 Sabit akışkanda herhangi bir basınç değişimi gözlenmezken sprinkler deflaktör göbeğine ve deflaktöre çarpan suyun basınç değişimleri görülmektedir. Şekil 5.6. Basınç yakınsama grafiği Resim ,1 Bar - Toplam basınç yüzeyleri

85 67 Resim ,1 Bar Türbilans enerjisi Resimde akışkanın ilk çıkış anında türbilansa uğradığı sonra laminer akış olarak geldiği ve sprinkler deflaktörüne çarpmaya başladığı andan itibaren girmiş olduğu türbilans enerji farklılığı görülmektedir. Resim ,1 Bar Açı ölçüm çizgisi Su akışının fazla olduğu bölgedeki çizginin koordinatları ; X : 0.8

86 68 Z : 0.6 tan α = Z / X tan α 0.75 tan -1 ( 0.75 ) 37º yi vermektedir. Resim ,1 Bar - Sayısal ağ Resim ,1 Bar - Hız vektörleri

87 69 Resim ,1 Bar - Akış çizgileri Çizelge 5.3. Denklem hata miktarları Denklem Cebirsel Hata Fonksiyonel Hata Basınç 0, ,18E-05 Hız 0, ,93E-05 Türbülans Enerjisi 9,79E-05 0, Türbülans Yokolumu 0, , Çizelge 5.4. Basınca bağlı su dağılma açıları ve ayrılma hızları Basınç [Bar] Ortalama Dağılma Açısı[Derece] Su Max. Dağılma Açısı [Derece] Su Ayrılma Hızı [m/s] 0, ,

88 Şekil 5.7. Basınca bağlı su dağılma açıları ve ayrılma hızları grafiği 70

89 71 6. SONUÇLARIN KARŞILAŞTIRILMASI VE DEĞERLENDİRİLMESİ 6.1. Üretici Ürün Katalog Değerleri Şekil 6.1. Globe Fire Sprinkler Corp. GL Model Pendent K:80 atım karakterizasyonu Şekil 6.1. de gösterilen sprinkler atım karekterizasyonu, modeli oluşturulan ve akış analizi yapılan sprinkler modelinin üreticisi tarafından verilmiş olan katalog değeridir. Bu katalog değeri akış analizi yapmış olduğumuz modelimizin doğrulamasında bizlere referans teşkil edecektir. Şekilde gösterilen ok sprinkleri göstermektedir. Dikey ve yatayda verilen değerler feet olarak mesafeleri göstermektedir. Şekilde görüldüğü gibi üç farklı eğri mevcuttur. Bu eğrilerde yuvarlak içersinde bazı sayılar mevcuttur. Bu sayılar psi biriminde basınçları göstermektedir. Aşağıdan yukarıya doğru sırasıyla 7 psi, 15 psi ve 30 psi olarak üç farklı akış eğrisi bulunmaktadır. Bu farklı basınç değerleri yapmış olduğumuz analizlerde de mevcuttur.

90 NIST Spray Characteristics of Fire Sprinkler Deney Makalesi Şekil 6.2. Deney sonucu 1,3 barda (131 kpa ) göre K:80 pendent sprinkler atım açısı ve hız eğrisi [6] The sprinkler exhibits a bimodal velocity profile with local maxima of 11.0 and 10.9 m s -1 at elevation angles of f=36 and f=71 respectively. ( Spray Characteristics of Fire Sprinkler prepared for U.S. Department of Commerce, Building and Fire Reserach Laboratory, National Institute of Standards Technology By David Thomas Sheppard Northwestern University Mechanical Engineering Department Evanston, IL page 71 ) [6] Doğrulama ve kıyaslama için aynı zamanda NIST ( National Institude of Standards Technology ) tarafından yapılan deney sonuçları da dikkate alınmış ve incelenmiştir. Bu deneyin esası sprinklerin aktif olduktan sonra suyun izlemiş olduğu açıya ve hıza dayalıdır. NIST bu çalışmasına başlarken özet kısmına şu ilk cümleyle başlamaktadır: Although fire sprinklers have been in use for over 100 years there has been little progress toward developing analytical methods of calculating their effectiveness. [6] Araştırmalarımız sonucunda da gerçekten 100 yılı aşkın süredir kullanılan sprinkler sistemleri için yapılan analitik çalışmalar çok azdır. Birçok çalışma esinlenmiş olduğumuz bu makale gibi deney üzerine kurulmuştur. Deneysel bu çalışmalar

91 73 dışında sprinkler gelişimine ön ayak olacak herhangi bir bilgisayar modellemesi mevcut değildir. Numerical Simulations on Sprinkler System and Impulse Ventilation in an Underground Car Park makalesinde bir otopark içinde bulunan sprinkler sistemi ve havalandırma sistemi yangın similasyonu ile birleştirilerek birbirlerine etkileri incelenmiştir. Similasyonda yangın duman görseli ile bir enerjiye sahip olan ve yayılım gösteren bir şekilde ele alınmış, havalandırma ile mahale hava üflenmiş ve aynı zamanda sprinkler sistemide su ve suyun bir enerji değeri ile modellenmiş, bu üç unsurun aynı anda nasıl sonuçlar doğurduğu bu similasyonda incelenmiştir[9]. A mathematical model on adjacent smoke filling involved sprinkler cooling to a smoke layer makalesinde yan yana bulunan ve birbirlerinden farklı yüksekliğe sahip kabinler içersinde sprinklerin duman tabakasına etkisi incelenmiştir. En kısa kabinde simüle edilen bir enerji yüküne sahip olan duman yanındaki sprinklerin bulunduğu kabine nüfuz etmiş, sprinklerden akan yine belirli bir enerji yüküne sahip su duman tabakasında farklı oluşumlara neden olmuş ve bundan etkilenen duman tabakası sprinkler kabininin yanındaki en yüksek kabine geçmiş ve burada sprinklerden akan suyun duman tabakasına olan etkisi incelenmiştir[10]. Bilgisayar modellemesi ile yapılan bu çalışmalar performans ve analitik araştırımalar dışında sadece görselliğe hitap eden çalışmalar olarak kalmıştır. Yaptığımız bu çalışmanın amacı deneysel olarak bulunan sprinkler performans değerlerinin bilgisayar ortamında nasıl sonuçlar oluşturacağını bulmak ve bilimin sanayiye en çok destek verdiği işlem hızını arttırmak ve ileride yapılacak bir üretim için tarafımıza bir model oluşturmak olmuştur. Günümüzde analiz programlarının amacı üretilen ya da üretilecek herhangi bir ürünün bilgisayar ortamında birçok kolda analiz imkanını sağlamak aynı zamanda deney yükünü, zamanını, maliyetini en aza indirgemektedir. Ayrıca mühendislik

92 74 anlamında iyileştirme yapma olanağını en iyi ve hızlı bir şekilde biz mühendislere sunmaktır. Yukarda da bahsettiğimiz gibi sprinkler sistemleri 100 yılı aşkın bir süredir dünyada kullanılmakta ve yangınla mücadele konusunda en önde yer alan sistem konumunda bulunmaktadır. Bu sistemi geliştirmek, ürün farklılığını arttırmak yalnızca üreticiler elinde bulunmaktadır. Üretici firmalar ürettikleri ürünlerin performansını ölçmek için deney yöntemlerine başvurmuşlardır. Sprinkler sistemlerinde de bu deney yöntemleri en önde gelen kabul, onay alma şeklini oluşturmuştur. Yapmış olduğumuz analize dayanak noktası oluşturabilecek bu deney çalışması şu adımlardan oluşmaktadır ; 1- Darbeli bir lazer levha ve CCD kamerası 2- Damlacık boyutları için İnterferometre Sprinkler 9m. x 7m. ve tavan yüksekliği 6.7 m. olan bir test odasına yerden 4m. yükseklikte 3m. uzunluğundaki bir branşmana altında dairesel hareketi sağlayan bir düzenek ile yerleştirilir. Dikey ve yatay eksende 3m. hareket kabiliyetine sahip olan düzenek üzerine PDI ve lazer levha monte edilir. Kesin ölçümler elde edebilmek için 0.01 mm hassasiyetli dijital hareket kodlayıcısı sprinkler orifisine yerleştirilmiştir. Kameradan elde edilen fotoğraflar bilgisayar ortamına aktarılır. Bilgisayar ortamında PIV ( Particle Image Velocimetry ) yazılımı ile elde edilen görüntüler analiz edilir. Elde edilen görüntüler farklı pikseller ile karşılaştırılarak en doğru sonuca ulaşılmaya çalışılmıştır. Burda kullanılan CCD kamera hızıda elde edilen verilerin makul bir zamanda sonuçlanmasına yardımcı olmaktadır.

93 75 Şekil 6.3. Deney düzeneği [6] Aşağıda test aşamasında kullanılan sprinkler tipinin özellikleri mevcuttur. Resim 6.1. Testte kullanılan sprinkler tipi ve ölçüleri [6] Test işleminde bu sprinkler tipi P13B kodu ile anılmaktadır. Sprinkler ½ NPT ve ½ orifise sahip su geçirgenlik katsayısı olan K değeri ise 80 dir.

94 76 Resim 6.2. P13B Kodlu sprinkler CCD kamera ile lazer görüntüsü [6] Şekil 6.4. Radyal hız vektörleri [6] CCD kamera ile ilde edilen görüntüler PIV ile bilgisayar ortamında düzenlenirler. P13B kodlu sprinkler görüntüsüde PIV programı ile düzenlenmiş ve elde edilen hız vektörleri Şekil 6.4. deki gibi görünmüştür. Şekil 6.2. de gösterilen eğrilerde test sonucuna göre atım hızı ve açısını göstermektedir. Bu eğriler P13B kodlu sprinkler tipine ait olup yapmış olduğumuz analiz ile karşılaştırılacaktır.

95 Analizin Karşılaştırılması ve Yorumlar Yapmış olduğumuz sprinkler analiz çalışmasında elde ettiğimiz verileri yukarıda bahsettiğimiz iki farklı çalışma sonuçlarına göre karşılaştıracağız Sprinkler analizi ve üretici ürün katalog değerleri Çizelge 5.4. de FlowVision analiz programı ile yapılan sprinkler akış analizimizin sonuçları bulunmaktadır. Bu tablodaki değerlere göre üretici firma ürün katalog değerlerinin karşılaştırılması şu şekilde olmaktadır; 0,5 bar( 7 psi ) değerinde yapmış olduğumuz analiz sonucunda sprinklerden suyun max. ayrılma açısı 42, ortalama ayrılma açısı ise 33.5º dir. Bu değerler doğrultusunda max. ayrılma açısında eğim 0.9 olmaktadır sprinkler kotunu üretici kataloğuna göre 8 feet olarak kabul edersek bu eğimde su tahmini olarak 7.2 feet de yerle buluşacaktır. Ortalama ayrılma açısına göre ise bu değer 5.5 feet dir. Üretici ürün kataloğunda bu değer net olarak görülememekte fakat suyun ulaştığı mesafeler görülmektedir. Suyun ulaştığı mesafelere göre kıyaslama yapıldığı zaman 0,5 bar daki eğrinin yatayda 9 feet değerinde yerle buluşacağı aşikardır. Sprinklerin bulunduğu kot ise 8 feet dir. Burdan eğim 9/8 olarak görülmektedir, bu eğim değeri ise yaklaşık 48 ye denk düşmektedir. Şekil 6.5. Üretici kataloğu tahmini suyun iniş noktalarını gösteren eğri

96 78 1 bar( 15 psi ) değerinde yapılan analiz sonucunda sprinklerden suyun max. ayrılma açısı 47, ortalama ayrılma açısı ise 36º dir. Bu değerler doğrultusunda max. ayrılma açısında eğim 1.07 olmaktadır sprinkler kotunu üretici kataloğuna göre 8 feet olarak kabul edersek bu eğimde su tahmini olarak 8.6 feet de yerle buluşacaktır. Ortalama ayrılma açısına göre ise bu değer 6 feet dir. Ürün kataloğunda üç eğride dikey eksende aynı noktada sonlandırılmış görünmektedir. Fakat aralarındaki mesafe 1 kareye yani 1 feet ölçüsüne denk düştüğü görülmektedir. 0,5 bar 9 feet öngörüsünde bulunduğumuz suyun yerle buluştuğu nokta 1 barda 10 feet mesafesinde olacaktır. Dikey mesafe sabit olduğundan dolayı eğim değerimiz 10/8 olacaktır. Bu değer ise yaklaşık olarak 50 ye denk düşmektedir. 2,1 bar( 30 psi ) değerinde yapılan analiz sonucumuzda ise suyun sprinklerden max. ayrılma açısı 56, ortalama ayrılma açısı 37º olarak görülmektedir. Bu değerler doğrultusunda max. ayrılma açısında eğim 1.48 olmaktadır sprinkler kotunu üretici kataloğuna göre 8 feet olarak kabul edersek bu eğimde su tahmini olarak 12 feet de yerle buluşacaktır. Ortalama ayrılma açısına göre ise bu değer 6.2 feet dir. Ürün kataloğunda aynı değerde verilmiş olan eğrinin eğimi ise 11 feet de yerle buluşacağı öngörüsüyle beraber 11/8 olarak anlaşılmaktadır. Bu değerin açısal olarak karşılığı ise yaklaşık 54 dir. Şekil 6.6. Max. ayrılma açısı ile suyun tahmini izleyeceği yol eğrisi

97 79 Şekil 6.7. Ortalama ayrılma açısı ile suyun tahmini izleyeceği yol eğrisi Sonuç olarak yapılan analiz sonuçlarına göre üretici katalog değerlerini kapsar şekilde bir su dağılımı elde edilmiştir. Bu su dağılımlarında ortalama açı eğrileri suyun çok yoğun bir şekilde bulunduğu bölgeleri göstermektedir, bunun yanında max. ayrılma açılarında su bu tahmini eğriler gibi yere ulaşacak fakat ortalama ayrılma açı eğrilerine göre daha az su yoğunluğuna sahip olacaktır Sprinkler analizi ve NIST kuruluşunun deney sonuçları değerleri NIST in yapmış olduğu P13B kodlu sprinkler deney sonuçları Şekil 6.2. deki eğrilerde görülmektedir. Bu eğrilerde suyun sprinklerden ayrılma açısı ve radyal hızı tanımlanmıştır. P13B kodlu sprinkler tipi pendent tip ve su geçirgenlik katsayısı K:80 olan bir sprinklerdir. Yapmış olduğumuz analiz çalışmasında bu tip sprinkler kullanılmış ve üç farklı basınçta analiz sonuçları elde edilmiştir. Fakat bu deneyde P13B kodlu sprinkler 1,3 bar ( 131 kpa ) da deneye tabii tutulmuş ve sonuçları alınmıştır. Bu basınç sınıfına göre yapmış olduğumuz analiz değerlerinden 1 bar ve 2,1 bar analiz sonuçları bu deney sonuçları ile kıyaslanacaktır. Yapılan analiz sonuçlarında 1 bar ( 15 psi = 100 kpa ) basıncında elde edilen suyun sprinklerden max. ayrılma açısı 47, ayrılma hızı ise 13 m/sn, 2 bar ( 30 psi = 207 kpa ) basıncında elde edilen max. ayrılma açısı 56, ayrılma hızı ise 19 m/sn dir ( Tablo 14 ). Şekil 6.2. de ki eğriye göre deney sonucu 1,3 bar ( 19 psi = 131 kpa ) da P13B kodlu sprinkler için maksimum 11 m/sn ayrılma hızı ve 36 ile 71 aralığında