Hydraulisk beräkning
Vattentransport- och distributionsnätverk kräver hydrauliska beräkningar för att bestämma flödeshastigheten och tryckegenskaperna vid en eller flera förbrukningspunkter och vattentillförselflödet och -trycken som behövs för att uppfylla designkraven.
I samband med brandsäkerhet används hydrauliska beräkningar för att bestämma flödet av ett släckmedel genom ett rörnät och genom utloppsanordningar (t.ex. munstycken, sprinklers) för att kontrollera, undertrycka eller släcka bränder.
Brandsäkerhetsberäkningar
Hydrauliska beräkningar verifierar att vattenflödet (eller vatten blandat med tillsatser som brandbekämpningsskumkoncentrat) genom rörnät i syfte att undertrycka eller släcka en brand kommer att vara tillräckligt för att uppfylla designmålen. Den hydrauliska beräkningsproceduren definieras i de tillämpliga referensmodellkoderna, såsom den som publicerats av USA-baserade National Fire Protection Association (NFPA), eller EN 12845-standarden, Fast brandbekämpningssystem – Automatiska sprinklersystem – Design, installation och underhåll .
Hydrauliska beräkningar indikerar att kombinationen av de två primära komponenterna i ett vattenbaserat brandskyddssystem kommer att uppfylla designmålen för att kontrollera, undertrycka eller släcka en brand:
- Den tillgängliga vattentillförseln är tillräcklig i flödeshastighet och tryck.
- Rörstorlekarna och rörnätsarrangemanget som levererar vattnet till utloppen (t.ex. sprinklers) är dimensionerade och anordnade på lämpligt sätt.
Krav på vattenleverans
Krav på mängden vatten som utsläpps specificeras av en tillämplig modellkod som NFPA 13, NFPA 15, EN 12845, BS 9251, NFPA 750 CP 52, ASIB och AS2118.1. Fastighetsförsäkringsdesignstandarder kan också gälla.
Den sannolika intensiteten och omfattningen av en brand inuti byggnaden indikeras av faktorer som byggnadens användning, byggnadens höjd, föremålen inuti byggnaden och deras placering. Dessa variabler jämförs med tabeller och värden uttryckta i modellkoderna. Värdena i dessa tabeller är baserade på brandtester och förlusthistorik.
Tillgänglig vattenförsörjning
Det tillgängliga vattnet bestäms ofta med hjälp av ett vattenflödestest , där en eller flera brandposter öppnas och vattentryck och flödeshastighet mäts. Vissa kommunala vattenjurisdiktioner kan ge en uppskattning av tillgängliga vattentillgångar baserat på hydrauliska modeller.
På platser där en kommunal anslutning inte är möjlig eller praktisk, kan det erforderliga vattnet tas från en öppen vattenförekomst (t.ex. sjö, damm, flod) eller en vattentank.
Hydrauliska beräkningar avgör om det tillgängliga vattentillförseltrycket är tillräckligt för att ge sprinklersystemets designflöde. Om inte, tillhandahålls ytterligare vattentryck av en brandpump.
Systemledningsnät
Undertryckningssystemets rörnät är vanligtvis arrangerade i en av tre konfigurationer: Träd, Loop eller Grid. Alla dessa typer av system använder stora horisontella rör - "nät" - som levererar stora flöden till mindre rör - "grenledningar" - som är anslutna till elnätet. Sprinkler installeras endast på grenrören. Elnätet försörjs med vatten genom anslutning till ett enda vertikalt rör - "stigare" - som förses med vatten genom anslutning till vattenledningar.
Trädsystem inkluderar ett enda huvudrör med flera mindre grenledningar. Eftersom alla rör slutar i en återvändsgränd är vattenflödet endast möjligt i en riktning.
Slingsystem använder en huvudledning som löper en betydande sträcka in i en byggnad och leds tillbaka för att ansluta till sig själv nära stigaren. Grenledningar är anslutna till denna 'slinga'. Mindre vattentillförseltryck krävs med denna slingformade huvudkonfiguration eftersom det hydrauliska tryckfallet är lägre genom huvudledningen eftersom vatten kan strömma i två riktningar till vilken sprinkler som helst. Grenledningarna kan sluta i en återvändsgränd eller kan anslutas i varje ände till olika (vanligtvis motsatta) punkter på den slingade huvudledningen. I det senare fallet krävs mindre vattentillförseltryck eftersom det hydrauliska tryckfallet är lägre i grenröret då vatten strömmar från båda ändarna av grenledningen till valfri sprinkler.
Nätsystem använder två stora elnät i motsatta ändar av flera grenledningar som är anslutna till elnätet i vardera änden. Gridded system ger flera vägar för vattnet att färdas till vilken punkt som helst i systemet, vilket minskar tryckförlusterna i systemet.
De flesta designstandarder kräver tillämpning av Hazen-Williams-metoden för att bestämma friktionstryckförluster genom rörnätet när vatten passerar genom det. Träd- och loopsystem är enkla nog att de hydrauliska beräkningarna kan utföras för hand. Eftersom hydrauliska beräkningar för rutnät kräver en iterativ process för att balansera vattenflödet genom alla möjliga vattenvägar, utförs dessa beräkningar oftast av datorprogram. I praktiken utförs de flesta beräkningar på alla typer av rörnät av datorprogram. Storleken på nätverkskomponenter kan lättare ändras och räknas om på en dator än genom en manuell process.
2013 NFPA 13-handboken innehåller ett tillägg som beskriver en del av tillämpningsteori och processer som tillämpas vid utförande av hydrauliska beräkningar.