Tối đa sự linh hoạt khi cài đặt và khả năng lưu trữ kho hàng khi sử dụng đầu phun kho hàng ESFR của Tyco

Giới thiệu

Dây chuyền sản xuất được mở rộng trong nhiều thập kỷ, đến năm 2020 Tyco đã bổ sung vào danh sách sản phẩm của mình dòng ESFR-34 với hệ số K-33.6. Biến Johnson Controls trở thành nhà sản xuất có các dòng đầu phun ESFR dùng cho kho hàng hoàn chỉnh nhất. Các đầu phun này cung cấp khả năng cài đặt tốt nhất, khả năng lưu trữ kho hàng tối đa khi so sánh với đầu phun ESFR khác.

Đầu phun sprinkler Tyco series ESFR-22 và ESFR-25 là đầu sprinkler phản ứng nhanh kích hoạt dành cho kho hàng có kệ hàng cao hoặc hàng chất đống cao phù hợp với tiêu chuẩn NFPA-13:2019. Series ESFR-22 và ESFR-25 và ESFR-34 là đầu phun cho kho hàng đạt tiêu chuẩn FM (FM Global Loss Prevention Data Sheets 2-0 and 8-9).
 

Nền tảng

Mục tiêu chính trong việc phát triển các sản phẩm đầu phun chữa cháy là cung cấp sự linh hoạt tối đa cho việc thiết kế hệ thống, lắp đặt và bảo trì. Điều này đặc biệt phù hợp khi ứng dụng cho khu vực kho lưu trữ hàng hóa, nếu một hệ thống sprinkler được lắp đặt có hiệu quả sẽ giúp giảm thiểu chi phí xây dựng, lắp đặt kho, từ đó tối đa hóa lợi ích kinh tế cho người vận hành kho hàng. Điều này đặc biệt trong các ứng dụng nhà kho, nơi một hệ thống chữa cháy đầu phun sprinkler hiệu quả có thể giảm thiểu chi phí xây dựng và lắp đặt trong khi tối đa hóa lợi ích kinh tế cho người vận hành kho hàng.

Từ những năm 1990, các dòng ESFR đã cung cấp khả năng chữa cháy trên trần toàn diện, tức không cần sử dụng kèm những sprinkler gắn kệ hàng khi sử dụng đầu ESFR.

Tuy các sprinkler gắn trên kệ hàng có khả năng chữa cháy hiệu quả, nhưng chúng làm giảm khả năng lưu trữ của kho và giảm sự linh hoạt của kệ do cần không gian để đi đường ống, lắp đầu phun. Không chỉ vậy, khả năng hư hại của chúng cũng cao do các va đập vật lý khi vận chuyển hàng hóa.

Các series ESFR hiện tại đã có thể chữa cháy hiệu quả cho kho hàng  có độ cao trần lên đến 16.8 m (55 feet) và lên đến (55 feet) và 15.2 m (50 feet) đối với kho hàng hóa nguy hiểm như nhựa không giãn nở được đóng hộp.

Bài viết này sẽ phân tích 2 yếu tố quan trọng: (1) khoảng cách lắp đặt đầu phun chữa cháy tự động bên dưới trần nhà, (2) chiều rộng lối đi tối thiểu giữa các kệ hàng và giải thích lý do tại sao những yếu tố này có thể cho phép khả năng lắp đặt và lưu trữ cao hơn.
 

Khoảng cách từ đầu phun đến trần

Các sprinkler ESFR đầu tiên được phát triển từ cuối những năm 1980. Với đầu phun ESFR-1, phát triển bởi Johnson Controls (trước đây là Grinnell®) có hệ số K là 14.0 (200) có khả năng bảo vệ kho có trần cao lên đến  12.2 m (40 feet). Khoảng một thập kỷ sau, Johnson Controls cho ra mắt dòng ESFR-25 có hệ số phun K25.2 tăng chiều cao trần khu vực bảo vệ có thể lên đến 13.7 m (45 feet). Ngoài việc tăng chiều cao của trần, ESFR-25 cung cấp cải tiến quan trọng khác so với sản phẩm cũ ESFR-1 như: tăng khoảng cách từ tấm định hướng (deflector) đến trần từ 350mm (14 inch) lên đến 450 mm (18 inch). Theo tiêu chuẩn NFPA-13:2019 phần 14.2.10.1.3 nêu rõ: “các đầu phun hướng xuống với hệ số K danh nghĩa K-22.4 (320) và K-25.2 (360) phải được xác định vị trí sao cho tấm định hướng (deflector) có khoảng cách tối đa là 450 mm (18 inch) và tối thiểu 150 mm (6 inch) với trần nhà.

Có 2 lợi ích của việc tăng khoảng cách tấm định hướng với trần. Thứ nhất, tăng sự linh hoạt trong lắp đặt với việc cho phép đường tâm ống thấp hơn. Thứ hai, tối đa hóa khả năng tránh các kết cấu và các thiết bị của hệ thống khác trong tòa nhà như hệ thống ống dẫn thiết bị sưởi, thông gió và điều hòa không khí HVAC.

Cho dù lắp đặt theo tiêu chuẩn NFPA-13:2019 hay FM 8-9, đầu phun sprinkler ESFR đều có một số quy tắc về vật cản cần tuân thủ để duy trì thời gian đáp ứng và mô hình phun chữa cháy thích hợp. Điều này có nghĩa là việc lắp đặt các đầu phun sprinkler ESFR phải tránh các vật cản như các kết cấu giá đỡ trần, các đường ống dẫn HVAC những vật làm chậm thời gian đáp ứng hoặc ảnh hưởng tiêu cực đến mô hình phun của đầu phun.

Bảng 1: Khoảng cách từ tấm định hướng đến trần của đầu phun ESFR hệ số K-22.4 và K-25.2 (in/mm)

Mặc dù theo tiêu chuẩn NFPA-13:2019 yêu cầu hệ số K-22.4 và K-25.2 dành cho đầu phun sprinkler ESFR phải có khoảng cách là 450 mm (18 inch) từ tấm định hướng đến trần, tuy nhiên không phải tất cả các đầu phun K-25.2 điều đáp ứng yêu cầu này.

Bảng 1 chỉ ra rằng các đầu phun K-22.4 và K-25.2 được liệt kê và phê duyệt theo UL thông tin về khoảng cách từ tấm định hướng đến trần được sử dụng với chiều cao trần tối đa 13.7 m (45 feet)

Khi nhìn vào bảng 1, đầu phun Tyco ESFR-22 và ESFR-25 được UL liệt kê với khoảng cách từ tấm định hướng đến trần là 450mm (18 inch) theo quy định NFPA-13:2019. Các đầu phun này cũng được FM phê duyệt.

** Lưu ý: FM Global in Loss Prevention Datasheet 2-0 đề cập đến vị trí của đầu phun là khoảng cách từ tâm bộ phận cảm biến nhiệt đến trần.

Ngoài việc phê duyệt các đầu phun nói trên ở độ cao trần 13.7 m (45 feet), ấn bảng vào tháng 1/2020 của FM “FM Global Loss Prevention Datasheet 8-9” phê duyệt đầu phun ESFR hoặc đầu phun kho hàng có chiều cao trần lên đến 16.8 m (55 feet). Bảng 2 cho thấy khoảng cách từ phần tử cảm biến nhiệt đến trần đối với đầu phun dành cho kho hàng được FM phê duyệt với chiều cao trần 13.7 m (45 feet), 15.2 m (50 feet) và 16.8 m (55 feet).

Bảng 2: Khoảng cách từ phần tử nhiệt đến trần (mm/in) của đầu phun kho hàng (ESFR) K-22.4, K-25.2, K-28.0 và K-33.6 tại độ cao trần 13.7 m (45 feet), 15.2 m (50 feet) và 16.8 m (55 feet).

113 inch được thiết kế áp suất tại 50 psi, 17 inch được thiết kế áp suất tại 75 psi

Theo như bảng 2, đầu phun Tyco mã sản phẩm ESFR-34, ESFR-25, ESFR-22 được FM chấp thuận với mức khoảng cách từ phần tử cảm biến nhiệt đến trần tối đa ở mỗi chiều cao của trần.
 

Chiều rộng lối đi giữa các kệ hàng

Bên cạnh khoảng cách từ sprinkler đến trần, độ rộng hành lang giữa các kệ cũng là một yếu tố then chốt đối hệ thống chữa cháy tự động sprinkler cho kho hàng. NFPA13:2019 mô tả độ rộng hành lang là “khoảng cách theo chiều ngang giữa 2 kệ hàng liền kề”. Hình 1 mô tả mặt bằng tiêu biểu của kệ đôi và hành lang. Hệ thống bảo vệ kho hàng, NFPA13:2019 và FM Global Loss Prevention Data Sheet 8-9 chỉ ra độ rộng hành lang tối thiểu phụ thuộc vào độ cao trần kho, chiều cao sắp xếp hàng, loại hàng hóa và loại đầu phun.

Figure 1 – Overhead view of typical double row racks separated by aisles

Độ rộng hành lang là yếu tố quan trọng để xác định số lượng hàng hóa mà khó có thể chứa được, ảnh hưởng trực tiếp đến tính kinh tế của kho. Càng chứa nhiều hàng, càng nhiều doanh thu. Đầu phun K-22.4, K-25.2 ESFR đều đạt tiêu chuẩn UL và FM về độ rộng hành lang tối thiểu đối với kho có trần 13,7m trở xuống. Tuy nhiên đối với kho có chiều cao trên 13,7m có sự khác nhau. Bảng 1.3 liệt kê đầu phun K-22.4, K-25.2 và K-28.0 và độ rộng hành lang tối thiểu tương ứng theo tiêu chuẩn UL đối với độ cao trần 14,6m và chiều cao xếp hàng 13,1m.

Bảng 3: Độ rộng hành lang tối thiểu khi sử dụng sprinkler K-22.4, K-25.2 và K-28.0

 Như bảng 3, mẫu đầu phun Tyco ESFR-25 đạt tiêu chuẩn UL và có độ rộng hành lang tối thiểu nhỏ nhất. Điều này có ý nghĩa gì đến khả năng chứa của nhà kho? Trước khi trả lời câu hỏi này, hãy xem qua yếu tố chiều cao trần.

Tiêu chuẩn FM 8-9 phiên bản 2020 phân ra 2 mức cao trần cho đầu phun: dưới 15,2m (50ft) và dưới 16,8m (55ft). Ở mức dưới 15,2m (50ft), bảng 17b của FM 8-9 thể hiện rằng đầu phun K-22.4, K-25.25, K-28.0 và K33.6 đáp ứng tiêu chuẩn FM khi chiều rộng hành lang là 1,8m (6ft). Ở mức dưới 16,8m (55ft), đầu phun K-28 đáp ứng tiêu chuẩn khi độ rộng hành lang 2,4m (8ft), trong khi đầu phun K-33.6 vẫn đáp ứng tiêu chuẩn khi độ rộng hành lang giảm xuống mức 1,8m (6ft). Bảng 4 tổng kết lại độ rộng hành lang tối thiểu theo tiêu chuẩn FM với độ cao trần kho 15,2m và 16,8m ứng với các loại đầu phun K-22.4, K-25.25, K-28.0 và K33.6.

Bảng 4: Độ rộng hành lang theo tiêu chuẩn FM đối với sprinkler ESFR K-22.4, K-25.25, K-28.0 và K33.6

Chú ý rằng, độ rộng hành lang tối thiểu khi mức trần cao hơn 13,7m (45ft) lớn hơn mức trần 13,7m trở xuống. Để đáp ứng được tiêu chuẩn, đầu phun ESFR phải vượt qua tất cả các bài kiểm tra ở tất cả các mức quy định của các tổ chức kiểm định (ví dụ UL hoặc FM).

Khi chiều cao trần hay chiều cao sắp xếp hàng hóa tăng sẽ gây ra khó khăn khi định vị đám cháy. Chiều cao trần tăng làm tăng thời gian kích hoạt của đầu phun, dẫn đến làm phạm vi đám cháy rộng ra. Sự trễ kích hoạt đầu phun cũng dẫn đến hiện tượng lửa bén sang kệ hàng bên cạnh.

Thí nghiệm kiểm tra chữa cháy sẽ được thực hiện với sự sắp xếp kệ hàng theo mô tả của hình 2. Dãy kệ chính là 1 kệ đôi ở giữa, ở hai bên và song song với dãy kệ chính là các kệ đơn đóng vai trò là “dãy kệ mục tiêu”. Khoảng cách giữa dãy kệ chính và dạy mục tiêu là độ rộng hành lang. Hiện tượng bén lửa sang kệ bên cạnh xảy ra khi đám cháy ở kệ chính bùng lên mạnh mẽ và bức xạ nhiệt làm hàng hóa ở kệ mục tiêu bắt lửa.

Figure 2 - Plan view of a full scale fire test arrangement

Sự bốc cháy hàng hóa ở kệ mục tiêu làm tăng lên đáng kể sự phát tán nhiệt và tăng yêu cầu sắp xếp đầu phun. Sự bùng cháy có thể làm thay đổi hướng phun của các các đầu phun, làm chậm trễ hoặc ngăn cản sự hoạt động của đầu phun – hiện tượng gọi là “bất hoạt” (skipping). Hiện tượng bén lửa sang kệ bên cạnh và “bất hoạt” đầu phun dẫn đến thất bại của bài thử nghiệm chữa cháy. Tăng độ rộng hành lang có thể giảm nguy cơ thất bại của bài test vì làm cho hiện tượng bén lửa sang kệ bên cạnh khó khăn hơn.

Tăng độ rộng hành lang có thể làm tăng khả năng thành công của bài test, nhưng lại làm giảm khả năng chứa của nhà kho. Sức chứa của nhà kho được ước tính bằng cách tính số lượng kệ đôi đặt được trong một diện tích cho trước, tiếp đến tính số lượng pallet có thể chứa được. Hình 3 mô tả một nhà kho chứa các kệ đôi. Để đơn giản hóa, không gian để tính toán có kích thước 61m x61m (200ft x 200ft). B là kích thước dành cho chiều dài kệ, A là kích thước để xác định số kệ chứa được.

Figure 3 - Plan view of placing double row racks separated by aisles

Từ chiều cao của kệ ta tính số tầng của kệ. Một tầng thông thường có chiều cao 1,5m (5ft), do đó kệ hàng cao 12,2m (40ft) sẽ có 8 tầng.

Số tầng = chiều cao kệ / 5

Pallet thông thường có bề rộng 42inch (1,066m) và 2 pallet cách nhau 6inch (152mm), có nghĩa rằng 1 pallet trong tính toán có kích thước 48inch hay 1,2m (4ft). Theo hình 4, 1 kệ đơn có độ dài 7,3m (24ft) sẽ chứa được 6 pallet mỗi tầng. Đối với trường hợp này là kệ đôi nên mỗi kệ 7,3m sẽ chứa được 12 pallet cho mỗi tầng. Số lượng pallet mỗi tầng trên feet của kệ đôi được xác định là 12 pallet / 24 ft hay 0,5pallet/ft

Số pallet trên ft trên tầng = 0,5

Số lượng kệ đôi có thể chứa trong kho phụ thuộc vào kích thước A, độ rộng hành lang, chiều rộng của kệ đôi.

Số kệ đôi = (chiều dài A) / (độ rộng hành lang + chiều rộng kệ đôi)

Tổng số pallet sẽ được tính theo công thức sau:

Số pallet = (số tầng) x (số kệ đôi) x [0,5*(kích thước B – 8)]

Figure 4 – Plan view of a typical double row rack

Ví dụ:

- Diện tích nhà kho:

Kích thước A: 61m (200ft), kích thước B: 61m (200ft)

- Chiều cao kho: 12,2m (40ft)

-  Chiều rộng kệ đôi: 2,3m (7,5ft)

- Độ rộng hành lang: 1,2m (4ft)

-  Số tầng = 40/5 =8

- Số kệ đôi = 200/(4+7,5) = 17,4 ? 17

- Số pallet = 8 x 17 x (0,5 x (200-8)) = 13056 

Với các thông số đã cho, đối với đầu phun K-22.4 và K-25.2 ESFR đạt tiêu chuẩn UL, FM cho trần cao 13,7m và chiều cao kho 12,2m, khả năng chứa của kho là như nhau.

Tiếp theo, ta xét tới ảnh hưởng của độ rộng hành lang cho trường hợp chiều cao trần lớn hơn 13,7m. Như trong bảng 3, mỗi đầu loại phun sẽ có độ rộng hành lang khác nhau khi độ cao trần là 14,6m (48ft). Bảng 5 cho thấy số lượng pallet có thể chứa của nhà kho có kích thước 61m x 61m và trần cao 14,6m.

Điều thú vị là dù cùng diện tích:

- Sức chứa của trường hợp cao trần 13,7m và độ rộng hành lang 1,2m về cơ bản bằng sức chứa của trường hợp trần cao 14,6m và độ rộng hành lang 1,5m.

- Tính toán cho thấy rằng tăng độ rộng hành lang lên 1,8m sẽ giảm khoảng 6% sức chứa của kho so với trường hợp 1,5m độ rộng hành lang.

- Tăng độ rộng hành lang lên 2,4m sẽ giảm khoảng 19% sức chứa của kho.

Theo FM Global Loss Prevention Datasheet 8-9 phiên bản tháng 1 năm 2020 chỉ ra rằng hệ thống đạt chuẩn FM sử dụng đầu phun đáp ứng nhanh dành cho nhà kho đối với trường hợp trần cao 15,2m và 16,8m. Sức chứa của kho tính cho các độ cao trần này dựa trên độ rộng hành lang cho phép của FM và kết quả được thể hiện trong bảng 6.

Kết quả của tính toán cho thấy rằng ở độ rộng hành lang 1,8m và chiều cao trần 15,2m theo FM:

- Sức chứa tối đa dựa thông qua số lượng pallet về cơ bản giống trường hợp hành lang 1,2m và trần cao 13,7m hay trường hợp hành lang 1,5m và trần cao 14,6m.

- Trường hợp hành lang 1,8m và trần cao 16,8m sẽ tăng hơn 10% sức chứa so với trường hợp cao trần 13,7m hay 14,6m hay 15,2m.

- Trường hợp hành lang 2,4m cao trần 16,8m chứa được ít hơn 13% so với trường hợp 1,8m hành lang và ít hơn 5% so với trường hợp trần cao 13,7m hay 14,6m hay 15,2m.

Những tính toán trên là áp dụng cho mẫu kho 61m x 61m, nhưng những so sánh phần trăm trên cũng sẽ được duy trì chính xác khi kích thước kệ hàng giữ nguyên và thay đổi kích thước kho. Bảng 7 tổng hợp tính toán số pallet theo kích thước kho hàng.

Tóm tắt

Tóm lại, các series sprinkler chữa cháy tự động ESFR-34, ESFR-25 và ESFR-22 của Tyco mang lại sự linh hoạt trong lắp đặt, đồng thời góp phần làm tăng dung lượng lưu trữ cho kho hàng.

- Theo UL, khoảng cách từ trần đến tấm điều hướng của các sprinkler dòng ESFR-22 và ESFR-25 là 18 inch (457mm). Khoảng cách tính từ trần đến bộ phận cảm biến nhiệt của các sprinkler này theo FM là 17 inch (432mm). Điều này đồng nghĩa ta có thể lắp đặt chúng dưới tầm thấp hơn các sprinkler thông thường khác nhằm tránh các vật cản dưới trần đối với kho có trần cao dưới 45 ft (13,7m).

- Đầu phun chữa cháy tự động Tyco dòng ESFR-34 đạt tiêu chuẩn FM để sử dụng trong các hệ thống chữa cháy cho kho hàng dưới cả trần cao 50 ft (15,2m) và 55 ft (16,8m). Với khoảng cách từ trần đến tâm bộ phận cảm biến nhiệt là 17 inch (432mm), dài hơn 4 inch (102mm) so với các sprinkler khác khi lắp cùng điều kiện.

- Đầu phun chữa cháy tự động Tyco series ESFR-25 đạt tiêu chuẩn UL để chữa cháy hiệu quả cho kho hàng có chiều cao trần lên đến 48 feet (14,6m) và lối đi giữa các kệ hàng rộng 5 feet (1,5m). Điều này cho phép:

+ Tăng khả năng lưu trữ của kho so với khi sử dụng các đầu sprinkler khác ở cùng điều kiện.

+ Tăng dung lượng lưu trữ lên cao hơn so với khi sử dụng sprinkler khác cho kho hàng có trần cao dưới 50 ft (15,2m) và có khoảng cách giữa các kệ hàng tối thiểu là 6 ft (1,8m)

- Đối với series ESFR-34 mcuar Tyco, chúng được thiết kế và chứng nhận chữa cháy hiệu quả cho các kho hàng có trần cao dưới 55 ft (16,8m) với lối đi giữa các kệ hàng có chiều rộng hẹp, tối thiểu 6 ft (1,8m). Lúc này, khả năng lưu trữ của kho hàng có thể lên đến:

+ Nhiều hơn 10% so với khi sử dụng các sprinkler khác được chứng nhận chữa cháy hiệu quả đối với các kho có chiều cao trần tối đa 45 ft (13,7m), 48 ft (14,6m) và 50 ft (15,2m)

+ Nhiều hơn 13% so với khi sử dụng các sprinkler khác được chứng nhận chữa cháy hiệu quả đối với các kho có chiều cao trần tối đa 55 ft (16,8m) có khoảng cách giữa các kệ hàng là 8 ft (2,4m).

Để tìm hiểu thêm thông tin về các dòng đầu phun chữa cháy phản ứng nhanh, kích hoạt sớm của Tyco, bạn có thể truy cập vào trang web chính thức của NSX hoặc trang web chính thức của An Phát. Đồng thời cũng có thể liên hệ trực tiếp với chúng tôi qua hotline 0914 189 489.