Analysis of investment costs of fire-fighting pumping station implementation in sports and exhibition hall
Zasilanie wodą na cele przeciwpożarowe
Możliwe rozwiązania zasilania wodą dla celów przeciwpożarowych:
- publiczna sieć wodociągowa,
- publiczna sieć wodociągowa z pompą podwyższającą ciśnienie,
- zbiornik zapasowy,
- niewyczerpywalne źródło wody, l hydrofor.
W opracowaniu przyjęto zasilanie pompowni przeciwpożarowej ze zbiornika zapasowego. Zbiornik ten należy wyposażyć w urządzenia umożliwiające łatwy odczyt poziomu lub stopnia jego napełnienia. Wymagany poziom wody powinien być zaznaczony. Przyłącze do opróżniania – spustu zbiornika powinno mieć takie wymiary, aby czas przerwy w pracy urządzenia był możliwie krótki.
Użyteczną objętość wody w zbiorniku wyznacza się jako różnicę między objętością wody w przypadku, gdy poziom wody jest normalny, a objętością wody przy najniższym rzeczywistym poziomie wody. Jeżeli zbiornik nie jest zabezpieczony przed mrozem, to normalny poziom wody należy podwyższyć o 1 m. Następnie należy zapewnić odpowietrzenie zbiornika przez mogącą powstać warstwę lodu.
W przypadku zbiorników zamkniętych należy zapewnić do nich łatwy dostęp.
Jeżeli zbiornik będzie zamknięty od góry, to powinien mieć otwory włazowe o średnicy co najmniej 600 mm. Przez otwory włazowe nie powinny dostawać się z deszczem lub w inny podobny sposób żadne zanieczyszczenia. Otwory włazowe zbiorników podziemnych na terenach zielonych i terenach nieprzejezdnych powinny wystawać co najmniej 250 mm powyżej poziomu terenu. Należy zainstalować na stałe urządzenia służące do wchodzenia do zbiorników, np. drabinki. W przypadku zbiorników w budynkach należy zachować wolną przestrzeń o szerokości co najmniej 400 mm między ścianami zbiornika i ścianami pomieszczenia oraz wolną przestrzeń o szerokości 500 mm między ścianami zbiornika i stropem/sufitem pomieszczenia.
Źródło wody powinno być w stanie ponownie napełnić zbiornik zapasowy w czasie nie dłuższym niż 36 h.
Przy każdym zasilaniu wodą zainstalowane powinny być na stałe co najmniej: urządzenie do pomiaru natężenia przepływu i urządzenie do pomiaru ciśnienia.
Urządzenia pomiarowe powinny mieć dostateczny zakres pomiarowy i powinny być zainstalowane zgodnie z zaleceniami producenta.
Każde zasilanie wodą powinno być sprawdzane oddzielnie, przy czym każdorazowo wszystkie pozostałe zasilania wodą powinny zostać zamknięte. [2]
Pompy pożarowe
Zadaniem pomp jest dostarczenie wymaganych dla zespołu urządzeń tryskaczowych, zaworów hydrantowych i hydrantów zewnętrznych natężenie przepływu wody przy wymaganych ciśnieniach. Pompy te nie mogą być stosowane do innych celów niż do zwalczania pożarów. Ciśnienie po stronie tłocznej pompy powinno, wraz ze wzrostem natężenia przepływu, maleć w sposób ciągły, ale zapewniający zawsze minimalny poziom w najbardziej niekorzystnym z urządzeń gaśniczych. Pompy powinny być napędzane silnikami elektrycznymi (fot.1) lub silnikami wysokoprężnymi – spalinowymi (fot.2).
Połączenie między silnikiem i pompą należy tak wykonać, aby urządzenia te mogły być wymontowane niezależnie od siebie (fot.1 i 2). Pompa nie może stanowić punktu mocowania na stałe dla przewodów rurowych. Przewody powinny być zamocowane bezpośrednio przed i za pompą i przyłączone do pompy bez naprężeń (fot.3-5).
Pracujące urządzenia pompowe mogą być wyłączone tylko ręcznie, także w przypadku gdyby wcześniej zadziałało urządzenie monitorująco-zabezpieczające silnika.
W przypadku kilku źródeł energii należy zapewnić, aby w razie pożaru i wystąpienia awarii lub zaniku napięcia w rozdzielni urządzenia pompowego następowało automatycznie zasilanie z innego źródła energii.
W pomieszczeniu pomp utrzymywana powinna być temperatura co najmniej:
- + 4°C w przypadku pomp z napędem elektrycznym;
- + 15°C w przypadku pomp napędzanych silnikami wysokoprężnymi;
- + 5°C w przypadku, gdy agregat z silnikiem wysokoprężnym będzie wstępnie podgrzewany. [2]
Pompa wody do celów pożarowych z silnikiem elektrycznym
Pompa wody do celów pożarowych z silnikiem spalinowym
Lokalizacja urządzeń pompowych
Urządzenia pompowe powinny być zainstalowane w pomieszczeniu służącym wyłącznie do celów ochrony przeciwpożarowej, o odporności ogniowej co najmniej 60 min. Możliwe rozwiązania lokalizacji pompowni (w kolejności od rozwiązania najbardziej zalecanego):
a) wolnostojący budynek z wyłącznie tym pomieszczeniem;
b) budynek z wyłącznie tym pomieszczeniem, przylegający do budynku chronionego, mający bezpośredni dostęp z zewnątrz;
c) pomieszczenie z bezpośrednim dostępem z zewnątrz. [2]
Armatura i osprzęt
Na przewodach ssawnych i tłocznych pomp powinny być zainstalowane elementy armatury odcinającej. Na przewodach tłocznych pomp zainstalowane powinny być zawory zwrotne klapowe. Każda kształtka redukcyjna, zainstalowana po stronie ssawnej pompy, powinna być wykonana od góry bez pochylenia. Kształtka od dołu może mieć pochylenie pod kątem maksimum 15° (fot.3 i 4).
Każda kształtka redukcyjna po stronie tłocznej powinna się rozszerzać w kierunku przepływu wody pod kątem maksimum 15°C. Elementy armatury odcinającej mogą być zainstalowane tylko za kształtkami redukcyjnymi, patrząc w kierunku przepływu [2].
Przewody ssawne i warunki tłoczenia
Przewód ssawny pompy powinien być przyłączony do prostego odcinka przewodu rurowego lub redukcji skośnej – niesymetrycznej, o długości odpowiadającej co najmniej podwójnej średnicy przewodu rurowego. Zawory nie powinny być instalowane bezpośrednio po stronie ssawnej pompy (fot. 3). Pompy powinny być wyposażone w punkt pomiarowy, oddalony od króćca ssawnego o odległość odpowiadającą co najmniej połowie jego średnicy. Jeden punkt pomiarowy powinien być wykonany w odległości od króćca tłocznego odpowiadającej co najmniej średnicy króćca ssawnego (fot.4). Punkty pomiarowe powinny składać się z nawierconego otworu o średnicy 6 mm i przyspawanego przyłącza do manometru [2].
Rurociągi ssawne i armatura pomp wody do celów pożarowych
Rurociąg ssawny i tłoczny z armaturą pomp wody do celów pożarowych
Uruchamianie pomp
Pompa powinna uruchomić się automatycznie, jeżeli ciśnienie w przewodzie doprowadzającym spadnie maksimum do wartości 0,8 P, gdzie P jest ciśnieniem przy wydajności pompy równej zeru. Jeżeli są dwie pompy, to druga pompa powinna uruchomić się zanim ciśnienie spadnie maksimum do wartości 0,6 P. Jeżeli pompa została uruchomiona, to powinna ona pracować dalej dopóty, aż nie zostanie odłączona ręcznie. Do uruchamiania każdej pompy służyć powinny dwa łączniki ciśnieniowe, zainstalowane szeregowo, ze stykami zwartymi – zamkniętymi w stanie spoczynku (fot.5) [2].
Pompy z napędem elektrycznym
Zasilanie energią elektryczną powinno być stale zapewnione. Pompa powinna osiągać wydajność nominalną w ciągu 15 sekund od jej włączenia. Wszystkie kable/ przewody elektryczne powinny być chronione przed pożarem i uszkodzeniami mechanicznymi. Do jednego kabla/przewodu elektrycznego może być przyłączony tylko jeden odbiornik (rozdzielnia urządzenia pompowego, urządzenie pomocnicze, itp.) Kable/przewody elektryczne wymagane do pracy urządzenia tryskaczowego powinny być tak dobrane i ułożone, aby zachowywały swoje cechy użytkowe także w przypadku pożaru [2].
Przewód do zasilania w wodę przez straż pożarną, zakończony dwiema nasadami pożarniczymi DN 75
Opis do części projektowej pompownia przeciwpożarowa
Zadaniem projektowanej pompowni jest zasilenie w wodę instalacji tryskaczowej, instalacji hydrantowej oraz sieci przeciwpożarowej zewnętrznej. W celu analizy kosztów pompowni przeciwpożarowej, wykonano projekt pompowni dla trzech różnych wariantów zasilania w wodę instalacji i sieci przeciwpożarowych.
Wariant 1 zakłada zasilanie w wodę instalacji za pomocą dwóch pomp pożarowych czerpiących wodę z dwukomorowego (2×50%) zbiornika wody ppoż. Każda z pomp zapewnia odpowiednią wydajność dla zasilanych instalacji ppoż. Pompa główna i pompa rezerwowa mają takie same parametry (jedna stanowi 100% rezerwę). Jest to tzw. zasilanie o podwyższonej niezawodności. Każda z pomp posiada własny rurociąg ssawny, tłoczny i testowy. Układ rurociągów ssawnych wraz z układem zasuw umożliwia pobór wody z dowolnej komory zbiornika. Jest to wariant najbardziej komfortowy dla inwestora. Remont jednej z komór zbiornika lub awaria pompy nie powoduje przerwy w ochronie obiektu instalacją przeciwpożarową. Schemat pompowni przedstawiono na rys. 1.
Z punktu widzenia krajowych przepisów, w tego typu obiekcie jakim jest rozpatrywana hala sportowa, wystarczające jest zaprojektowanie jednej pompy do celów tryskaczowych, natomiast sieć ppoż. i instalacja hydrantów powinna posiadać podwójne zasilanie w wodę.
Wariant 2 spełnia powyższe wymagania. Pompa główna zasila wszystkie instalacje ppoż. w obiekcie, natomiast parametry pompy rezerwowej pozwalają na zasilanie instalacji hydrantów i sieci ppoż. Każda z pomp posiada własny rurociąg ssawny tłoczny i testowy. Pompy pobierają wodę z jednokomorowego zbiornika, który zapewnia wymaganą objętość wody wymaganą na cele ppoż. Schemat pompowni przedstawiono na rys 2.
Wariant 3 również spełnia wymagania stawiane pompowni przez krajowe przepisy. Wariant ten przewiduje zabudowę trzech pomp, pompę pożarową tryskaczową – wyłącznie na cele instalacji tryskaczowej oraz dwie pompy pożarowe na cele hydrantowe (główna + rezerwowa). Wariant ten przewiduje zabudowę dwóch rozdzielaczy ppoż. – do celów instalacji tryskaczowej i oddzielnego do celów instalacji hydrantowej i sieci ppoż. Pompa tryskaczowa posiada własny rurociąg ssawny, tłoczny i testowy. Pompy hydrantowe posiadają wspólny rurociąg ssawny i testowy oraz oddzielne rurociągi tłoczne. Zaletą tego wariantu jest to, że pompy są mniejsze, lżejsze od tych stosowanych w wariancie 1, lecz z uwagi na to, że są aż 3 – zajmują więcej miejsca w pompowni. Ma to szczególne znaczenie w budynkach, gdzie staramy się umieścić urządzenia pompowni na jak najmniejszej powierzchni. Schemat pompowni przedstawiono na rys.3.
Schemat instalacji pompowni, wariant 1
Schemat instalacji pompowni, wariant 2
Schemat instalacji pompowni, wariant 3
Parametry instalacji
Źródło zasilania musi spełniać kryteria przepływu i zapasu wody dla instalacji, tryskaczowej, które kształtują się następująco:
–– Obliczeniowe natężenie przepływu dla tryskaczy:
k1 = 1,21 – nierównomierność wydatku tryskaczy
–– Natężenie przepływu dla hydrantów zewnętrznych:
–– Natężenie przepływu dla hydrantów wewnętrznych:
–– Natężenie przepływu na cele ppoż.:
–– Wymagana pojemność zbiornika zapasu:
T1 = 1 godz. – czas działania instalacji tryskaczowej i hydrantów wewnętrznych, T2 = 2 godz. – czas zasilania sieci hydrantów, k1 = 1,09 – rozrzut hydrauliczny instalacji
Informacje ogólne
Do zasilania w wodę instalacji tryskaczowej i hydrantowej przewidziano zainstalowanie pomp pożarowych, zabudowanych w pompowni przeciwpożarowej. Pompy będą tłoczyć wodę przez zawory kontrolno-alarmowe (ZKA) do instalacji ze zbiornika zapasu wody ppoż. Pompy pożarowe będą uruchamiane automatycznie poprzez wyłączniki ciśnieniowe zabudowane na przewodach tłocznych. Pompy wyłączyć będzie można tylko ręcznie. Pompy główne i podtrzymujące ciśnienie (jockey) (fot.6) będą zasilane energią elektryczną z sieci elektrycznej, natomiast pompy rezerwowe będą zasilane z agregatu prądotwórczego. W przypadku awarii sieci elektrycznej, bądź pompy podstawowej, automatycznie włączać się będzie pompa zasilana z agregatu. Z rozdzielacza instalacji tryskaczowej zasilana będzie również sieć hydrantów zewnętrznych.
Układ pomp pożarowych ze zbiornikiem zapasu stanowi dwugodzinne źródło zasilania sieci wodociągowej przeciwpożarowej i godzinne źródło zasilania instalacji tryskaczowej i hydrantowej.
Na przewodach tłocznych pomp pożarowych przewidziano króćce testowe pomp z zaworem regulacyjnym i przepływomierzem jako instalacje umożliwiające sprawdzenie pracy pomp, z których woda w obiegu zamkniętym odprowadzana będzie do zbiornika (fot.5).
Ponadto instalację wyposażono w przewód do zasilania w wodę przez straż pożarną, zakończony dwiema nasadami pożarniczymi DN 75 i zaworem zwrotnym (fot.8).
Ciśnienie w sieci będzie utrzymywane poprzez pompę jockey (fot.6 i 7).
Pompownia będzie zasilała instalację tryskaczową, hydrantową oraz sieć hydrantów zewnętrznych.
Instalacja tryskaczowa systemu mokrego, podzielona będzie na 3 sekcje zasilane z odrębnych zaworów kontrolno-alarmowych ZKA.
Rurociągi tłoczne i armatura pomp wody do celów pożarowych
Instalacja pompy podtrzymującej ciśnienie („Jocker”) wody do celów pożarowych
Ciśnienie wody utrzymywane w sieci do celów pożarowych
Rozwiązania pompowni przeciwpożarowej
Wariant 1
Przyjęte rozwiązanie zakłada:
–– jako źródło wody – dwa zbiorniki zapasu o łącznej pojemności 301 m3 z pompą + jedna pompa rezerwowa (jedna stanowi 100% rezerwę) ze zbiornikami zapasu (2 x 50%),
–– pompę rezerwową przyjęto z uwagi na konieczność dwustronnego zasilania instalacji hydrantów. Zaprojektowanie pompy rezerwowej o takich samych parametrach jak pompa podstawowa powoduje podniesienie niezawodności systemu (możliwość niezależnej pracy w układzie ze zbiornikami 2 · 50%). Zastosowano pompy pożarowe:
–– pompa główna i rezerwowa
SPP KP10X o wydajności 217 m3/h i wysokości podnoszenia 5,6 bara; z silnikiem 48kW; 2400 1/min.
Schemat przedstawiono na rys. 1.
Wariant 2
Przyjęte rozwiązanie zakłada:
–– jako źródło wody – zbiornik zapasu o pojemności 301 m3 z pompą główną na potrzeby instalacji tryskaczowej, hydrantowej i sieci p poż.
–– jako rezerwowe źródło wody przyjęto pompę rezerwową z uwagi na konieczność dwustronnego zasilania instalacji hydrantów. Zastosowano pompy pożarowe:
–– pompa główna SPP KP10X o wydajności 217 m3/h i wysokości podnoszenia 5,6 bara; z silnikiem 48kW; 2400 1/min.
–– rezerwowa na cele hydrantowe SPP KP06D o wydajności 87 m3/h i wysokości podnoszenia 5,6 bara; z silnikiem 18kW; 2800 1/min.
–– pompa podtrzymująca ciśnienie (jockey) KSB typ MOVITEC 4B/8 o wydajności 2,9 m3/h i wysokości podnoszenia 6,4 bara; z silnikiem 1,5 kW; 2900 1/min. Schemat przedstawiono na rys.2.
Wariant 3
Przyjęte rozwiązanie zakłada:
–– jako źródło wody – zbiornik zapasu o pojemności 301 m3 z pompą główną wyłącznie na potrzeby instalacji tryskaczowej,
–– jako rezerwowe źródło wody przyjęto pompę rezerwową z uwagi na konieczność dwustronnego zasilania instalacji hydrantów. Zastosowano pompy pożarowe:
–– pompa główna tryskaczowa SPP KP08E o wydajności 131 m3/h i wysokości podnoszenia 5,6 bara; z silnikiem 32kW; 2400 1/min.
–– pompa główna na cele hydrantowe SPP KP06D o wydajności 87 m3/h i wysokości podnoszenia 5,6 bara; z silnikiem 18kW; 2800 1/min.
–– pompa rezerwowa na cele hydrantowe SPP KP06D o wydajności 87 m3/h i wysokości podnoszenia 5,6 bara; z silnikiem 18kW; 2800 1/min.
–– dwie pompy podtrzymujące ciśnienie (jockey) dla instalacji tryskaczowej i oddzielna pompa dla instalacji hydranowej KSB typ MOVITEC 4B/8 o wydajności 2,9 m3/h i wysokości podnoszenia 6,4 bara; z silnikiem 1,5 kW; 2900 1/min.
Wariant ten zakłada oddzielenie instalacji tryskaczowej od hydrantowej, w związku z tym w pomieszczeniu pompowni przewidziano dwa rozdzielacze ppoż. Jeden na potrzeby instalacji tryskaczowej, drugi na potrzeby instalacji hydrantowej. Schemat przedstawiono na rys. 3.
Zestawienie kosztów poszczególnych wariantów inwestycji
Z uwagi na to, że pojemność zbiornika jest niezmienna dla każdego wariantu, koszt budowy zbiornika wody na cele przeciwpożarowe pominięto. Po wykonaniu projektów pompowni i sporządzeniu kosztorysów inwestorskich otrzymano całkowite koszty inwestycji budowy pompowni p. poż, które przedstawia tabela 1.
Zestawienie kosztów inwestycji dla poszczególnych wariantów
Analiza uzyskanych wyników
Analizę przeprowadzono na podstawie kosztorysów sporządzonych dla każdego wariantu pompowni.
Rysunek 4 przedstawia całkowite koszty wykonania inwestycji, koszty wariantu 1. i 3. są do siebie zbliżone, natomiast wariant 2. jest aż o 15% tańszy. Ma to związek z tym, że największy wpływ na koszty inwestycji ma pompa pożarowa, co pokażą kolejne rysunki.
Różnica pomiędzy wariantem 2 a wariantem 1 jest niewielka, jednak rośnie gdy weźmiemy koszty pozostałe po odjęciu kosztów związanych z pompami (przedstawiono na rysunku 6).
Wariant 1 jest droższy od wariantu 2 o 10%, natomiast wariant 3 już o 22%. Jak widać wraz ze wzrostem liczby pomp wzrasta liczba armatury i rurociągów, a wraz z nimi rosną koszty inwestycji.
Rysunek 6 przedstawia koszty materiałowe dla poszczególnych wariantów. Możemy zauważyć, że największe koszty materiałów występują w wariancie 1 oraz wariancie 3 i są aż o 15 % wyższe od kosztów w wariancie 2.
Spowodowane jest to tym, że w wariancie 3. mamy aż 5 pomp (3 pożarowe i 2 jockey). Wysokie koszty materiałów w wariancie 1 generowane są głównie przez pompy o dużej wydajności, a z tego wynikają większe średnice rurociągów i armatury.
Koszty generowane przez pompy przedstawia czerwony słupek.
Rysunek 7 przedstawia koszty sprzętu dla poszczególnych wariantów. Niebieskie słupki przedstawiają koszty całkowite sprzętu, natomiast czerwone koszty sprzętu użytego dla pomp ppoż. Możemy zauważyć, że największe koszty sprzętowe występują w wariancie 1 oraz wariancie 3 i są aż o 15 % wyższe od kosztów w wariancie 2. Ponownie wpływ na koszty mają pompy ppoż. stosowane w wariancie 1, które są większe od tych zastosowanych w dwóch pozostałych wariantach pompowni.
Rysunek 8 przedstawia koszty robocizny. Możemy zauważyć, że wariant 1 jest najdroższy natomiast koszty robocizny wariantów 2 i 3 są porównywalne. Ponownie wpływ na koszty robocizny mają pompy, czerwone słupki przedstawiają koszty robocizny dla pomp pożarowych i pomocniczych.
Rysunki 9.1 – 9.3 przedstawią procentowy udział kosztów inwestycyjnych, są one do siebie bardzo zbliżone. Oznacza to, że bez względu na wymaganą wydajność pompowni czy liczbę pomp koszty rosną/ maleją proporcjonalnie np. wzrost kosztów materiałów powoduje proporcjonalny wzrost kosztów robocizny sprzętu i kosztów pośrednich
Procentowy udział kosztów w inwestycji dla wariantu 1
Procentowy udział kosztów w inwestycji dla wariantu 3
Całkowite koszty wykonania pompowni przeciwpożarowej
Koszty inwestycji bez kosztów związanych z pompami
Koszty materiałów wraz z kosztami pomp pożarowych i pomocniczych
Koszty sprzętu użytego do wykonania robót
Koszty robocizny potrzebnej do wykonania robót
Procentowy udział kosztów w inwestycji dla wariantu 2
Wnioski końcowe
Na podstawie przeprowadzonej analizy porównania kosztów pompowni przeciwpożarowej wynika iż najtańszy okazał się wariant 2. – pompa pożarowa główna wraz z pompą rezerwową dla drugostronnego zasilania sieci ppoż. Jest to zrozumiałe, gdyż wariant 1. zakładał montaż dwóch pomp o takich samych parametrach (głównej i rezerwowej). Wariant 3. przewidujący oddzielne zasilanie instalacji tryskaczowej i hydrantowej okazał się najdroższy. Głównym czynnikiem wpływają cym na koszty inwestycji były pompy. Im większa wydajność pompy tym pompa jest droższa, jednak także liczba pomp ma wpływ na koszty inwestycji, co przedstawia wariant 3. Większa liczba pomp to większa liczba rurociągów i armatury, rosną koszty m.in. związane z montażem instalacji.
Przedstawiona analiza pokazuje, że jeżeli inwestor chce spełnić wymogi przepisów może wybrać opcję najtańszą czyli wariant 2. Jeżeli ma wystarczająco duży budżet zdecydowanie najlepszą opcją jest wariant 1. Zapewnia on podwyższenie niezawodności układu. Nieopłacalny jest wariant 3. Koszt wykonania instalacji jest porównywalny z wariantem 1, jednak w tym przypadku mamy jedynie rezerwę dla instalacji i sieci hydrantowej, a montaż 5 pomp (3 + 2 jockey) sprawia, że rosną koszty serwisowania i eksploatacji instalacji.
Wybór odpowiedniego wariantu zależy od wielu czynników i należy przeanalizować wszystkie zyski i straty przed podjęciem ostatecznej decyzji.
LITERATURA
[1] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz.U.2010.109.719)
[2] VdS CEA 4001:2014-04 Urządzenia tryskaczowe. Projektowanie i instalowanie