fire sprinkler system

計劃的ADU，一波多折。ADU代碼要求隻能由前院進出，同一地址加後綴-1。消防局不肯用後院開口處的消防栓，除非有特定地址和入口。前院消防栓超過400英尺，2個選項：A是找人加消防栓要10萬左右，B是ADU內加自動滅火噴水係統，1.5-2萬。

更新：經過交涉，消防車由西邊門進入的話，消防栓在400英尺以內。因此不必做了。

1. Fire Sprinkler system

下圖左中為典型房屋的入戶配置，總閘後Tee分出家用和消防，家用接PRV限壓、關斷閥後分路去院外灌溉及房內供水。消防經單向閥、水流檢測及其控製的警鈴、水表、過壓閥、放水龍頭然後分布去防火噴頭。此處過壓閥為75psi出口可與放水管公用。每年測試時打開放水閥，水流開關檢測到將報警，關閉後停止報警。下圖右是下方係統部件圖，主要部件恐需UL認證。加州NFPA文檔1313 R13 Dfor Residential Design Fact Sheet非常重要，其中提到住宅流量、和消防警報器在已有火災報警器時可以省略。但是美國由來已久的叛逆文化，地方未必遵循規定。省略水流報警的好處是可將消防水路連到馬桶上，以免消防水長久不用積聚微生物。

利用家用和消防放水龍頭，可以測試check valve的單向功能、水流開關及其連接的報警、壓力表是否正常、係統靜壓和開啟時的流量和此流量下的水壓。每5年一次的檢查要求結構牢固、管路通暢、斷端和放水閥門有牌子，警鈴正常，並更換新水壓表。需要用戶手冊及係統說明標誌。

上圖是三個噴頭及其扳手、單向閥、水流開關和水表，將逐一予以說明。

噴頭有K係數印在上麵，3.0-8.0，最常用的是5.6，流量Q=K*SQRT(P)，力矩7-14ftlbs。Senju 3-0K 11.41刀，噴水直徑12/14'時流量9/11GPM壓力9/13.4psi，需特定扳手NR-H至少86刀，有人用36mm套筒鋸槽代替。Viking VK470 18刀，K3.0，附帶廉價扳手，嵌入安裝需要扳手13655W/B 180刀；噴水直徑12/14/15/16'時流量8/10/12/13GPM，壓力7.11/11.11/16/18.8psi。這兩者天花板開孔68mm，噴頭帶蓋。推薦SS8464有擋板的，K4.9，7psi噴水直徑12-16'，石膏板58mm孔，埋入2"，不過12刀。同款SS9561的K5.6，兩者均可用NR-H Plastic工具，力矩7-14ftlbs。

水流開關似乎隻有WFDT，最小1"，有機械可調延時(0-90秒，出廠設在30秒)避免誤報，動作流量4-10gpm(10gpm保證動作)，約170刀。單向閥check valve很多，HD的約12刀。如果用它控製警鈴，後者需在室外並有顯著標簽，注意警鈴有6"而標簽有7"的。按照

壓力表在圖一中是WIKA 110.10SP，牌子比較耐水垢，4"表接口1/4"。需5年一換。如果用電接點壓力表，有三線：公共黃/低壓綠/高壓紅，有三根指針：當前壓力/低壓設定/高壓設定，設定針上有個銷子，按下中心按鈕用黑撥杆撥動銷子從而設定。在當前壓力低於低壓設定時，黃綠線接通；在當前壓力高於高壓設定針時，黃紅線接通。

現有主房水表是Neptune T10見圖二右2。Sensus iPERL 1"無圖因價格貴，裏麵有鋰電池，下方圓孔可裝數據讀出器，其液晶顯示屏右下角有Mfg Date和Replaced by，使用期限20年 - 因此不要買用過的舊表，拆卸確實是四周六個卡扣取下底座但非容易。注意水表的顯示盤美國稱為register，顯示自安裝以來的總流量，類似於汽車的裏程表。圖右是推薦的DAE AS250U-100P，25gpm損失3.916psi，長6.3"帶union長11-1/8"，99刀；可外接數據讀出器CO-10僅38刀。國產表當然便宜多了，但主要部件均需UL批準的。

水表 1)NextCentury-M201C Head loss 17.5/10psi時流量30/20gpm，接口1"，每加侖1脈衝輸出，保證5年，不到50刀但壓力損失大；支持Neptune,Sensus,GWF,and Elster/AMCO三線通信協議：Sensus water meter three-wire protocol,Sensus UI-1203協議黑/紅/綠分別為地/時鍾19.2K/RxD有人用11.3K讀Badger水表，但Zaenker水表要降到2K。Sensus V-frame協議黑白紅線是地/電源/數據。2)Sensus SR II水表，3/4"的Head loss 10.2/4.8psi時流量30/20gpm，1"的2.9psi/30gpm; 3)iPERL更好，3/4"的Head loss 7.2/2.9psi時流量30/20gpm。美國水表內印生產和過期日期，20年必須換，內置的電池壽命20年，因此必須安裝前買。4）DAE AS250U-100，25gpm時壓力損失3.916psi，價格99刀。安裝/編程：ST DG YT PHE Refresh 30 1 拆解：https://www.youtube.com/watch?v=CLcOr8fDlWE&t=6m20s 解碼：Interfacing to my Neptune water meter | Jim's Projects 適合2017年的NeptuneMarch-10 Head loss 對5/8-3/4和1"表是7.9/1.0psi流量30gpm。原始代碼在此：GitHub - BobPrust/Water-Meter-Readers-Neptune-and-Sensus 專利：1498418821108651083-07504964

PEX管，HD的Appllo的很便宜，還有PLUMBFLEX的Oxygen Barrier抗氧氣菌的可以用於地熱或飲用水，壓力160 psi at 73°F，100 psi at 180°F。非金屬管道可以是CPVC/PEX/PE-RT，但code給出的可用長度，CPVC是後兩者的3.3倍。所有塑料和銅管的摩擦係數C都是150，然而Wiki上分別是銅130/PEXPE140/CPVC150，與國內同。注意CPVC有兩種規格，CIS與銅管外徑相同，用於露天要塗敷Latex水基漆。HD賣的是Charlotte，但BlazeMaster/TFI/FlameGuard/FireLock是最好的。

https://www.youtube.com/watch?v=EwVOHUnrM5w#t=9m03s 1)房屋進水管直徑5/8-3/4-1"的噴水直徑是12/14/16'。2)臥室走廊起居、超過55sqin的浴室，深度過3'或麵積過24sqin的儲藏室，和高度超過28"的屋簷均需噴頭。噴頭需離AC風管1-2'，離風扇3'。3)管道為橙色CPVC耐溫200F=93.3C，需過150psi壓力測試，不能直接接觸電線(可加隔熱套)，通常裝在房間正中。4）噴水頭內置液體玻璃管，受熱後破裂導致水釋放，衝水使盤旋裝，水花四濺；常用紅色玻璃管在68C=155F時破裂；往下的水盤是平的，向上的-多用於閣樓-有往下的折邊。5）初步檢查後，最終檢查員要求1"進水管擴為1.25"稱為(pressure reduction)。LA的2000sqft(另加400車庫)新建，2022的大略價格是擴管為1" $4500，材料人工和申請費6000。6）可選爐頭滅火器懸掛在爐頭上方吸在抽油煙機上，遇明火時向下噴發幹粉。某人家的：https://www.youtube.com/watch?v=mEuMtMJN-0c 油管：https://www.youtube.com/watch?v=w2EVwfXhLBI 

上述LA的係統，Leteral 即連接市政的水管更新為1"，這樣每個噴頭可以覆蓋16'而非5/8"管的12'。但檢查員要求水表後擴展為1.25"管再接滅火係統，稱為reducer。我查了一下，pressure-reducing-valve(PRV)多用於市政設施以限製並穩定進入居民的水壓，也許原主沒有？由於家庭入水的水壓是60psi，家用消防水壓為50-100psi，商用消防水壓為150-175psi，我隻能猜想也許是因為他覺得水壓不高，管子粗好點。

油管的測試是用一個帶水壓表和閥門的簡單裝置代替噴頭，下麵放個桶，打開噴頭一分鍾看桶裏的水量以計算流量。有些要求我放在第三章檢查。

按NFPA 13D/CRC 313的要求，現有無消防係統的房屋加建、或原地加建的ADU無需防火噴淋係統，這兩類房屋可以做部分噴淋係統，也不需要防回流閥(單向閥)。已有火災警報器的也無需水流開關控製的警報器，因此水流開關也不需要。壓力表和外部的泄流閥還是需要的。

在熱度區，如暖氣出口12-36"、無隔熱暖風管9-18"、無隔熱熱水管6-12"、爐頭9-18"和熱水器3-6"範圍內的噴頭必須用中溫頭(175-225F或噴頭的較高溫型號)，被阻礙或離風扇太近的噴頭需要補數。非金屬管道可以是CPVC/PEX/PE-RT，需要有15min防火，例如3/8"石膏板或1/2"膠合板，除非噴頭不需要或管道廠家聲明可以裸露。除整個供水係統的關斷閥或被鎖住的定在打開位置的自動消防係統的單個主控閥外，不得安裝其它閥門以關斷消防水。

配備兩個或多個灑水噴頭的房間的設計流量應通過確定該房間中所需流量最高的灑水噴頭（基於第 R313.3.4.1 節）並將該流量乘以 2 來確定。根據第 1、2 和 3 項，噴水滅火係統的設計流量應為流量最大的房間所需的流量。這段話的意思是：多個噴頭的房間流量是最大噴頭流量的兩倍，整個係統的流量是最大那個房間的流量。

2.Design & Calculation

代碼：NFPA 2013-2022 https://codes.iccsafe.org/content/CARC2022P3/chapter-3-building-planning#CARC2022P3_Pt03_Ch03_SecR313 主管至少3/4，噴頭管至少1/2，係統流量最少7分鍾。壓力最少7psi，否則噴水頭打不開。代碼裏計算表格隻規定了1500sqft以上房屋，辛虧有1313 R13 Dfor Residential Design Fact Sheet。可下載的表格用處有限：https://www.mepwork.com/2017/12/firefighting-excel-sheets.html 

初步設想，1"水管入ADU前有關斷閘然後水表，這樣換水表比較方便。進入洗衣房後分為兩路，A路混合熱水循環的回水管後，經水流開關和循環泵輸入熱水器；B路是滅火係統，按上段接。

https://canutesoft.com/hydraulic-calculation-for-fire-protection-engineers/design-density? 

https://canutesoft.com/hydraulic-calculation-for-fire-protection-engineers/how-to-calculate-a-fire-sprinkler-system

https://www.carnationconstruction.com/Techniques/07-03-Techniques-InteriorInfrastructure-FireSprinklers.html 

如果供水同時用於家庭和消防噴淋係統，則應在係統連接處將 5 gpm 添加到噴淋係統需求。應提供內部和外部聲水流報警裝置。附屬的ADU中至少安裝一個內部喇叭。控製住宅消防噴淋係統供水的閥門應按照 NFPA 13D 安裝。主控製閥應易於辨認、易於接近，且位於建築物外部附近（下圖右）。用紅/黑色區分主係統和家家庭供水閥門。除入戶總閘和鎖在箱子裏的消防噴淋係統主閘外，不得有關斷閥門。

施水密度可按以下方式測量： 體積/麵積 x 時間，或者，升/立方米x分鍾，由於一升水定義為一立方分米，也可寫為： dm x dm x dm / 10dm x 10dm x 分鍾， 或即： 毫米/分鍾

查得Viking VK470噴頭K=3.0，噴水直徑16'(201ft2=18.67M2)時流量13GPM，壓力需18.8psi；如果沒有噴頭曲線，按K係數算出流量 q= kp 0.5= = 3×7 0.5=7.94gpm。常用的Senju SS2551流量q=5.6*7 0.5=14.82gpm。美國對light hazard區的要求(標準適合1500sqft以上的房屋)為0.1gpm/ft2，最低壓力7psi，如此 q=0.1×201=20.1gpm。如果是歐洲普通危險設施（EN 12845），排放密度為 5.0 毫米/分鍾(5升/分鍾)，噴頭流量：Q=D×A=5x18.67=93.35 升/分鍾，93.35*0.2641728=24.66gpm。

假設直徑1吋管道起點至第一即最遠噴頭距離18呎，起點至第二噴頭為10呎，噴頭為Senju SS2551。噴頭壓力 p =(q / k) 2=(20.1 / 5.6) 2=12.88psi，每英尺的壓力損失按Hazen–Williams公式計算：

Pd=管路壓力損失，L管長，C摩擦係數，對銅/聚乙烯/鐵管分別為130/140/150，d=管內直徑，https://en.wikipedia.org/wiki/Hazen%E2%80%93Williams_equation 

p=4.52×20.11.85/(1401.85*0.54.87)=0.45(若3/4"管則為1.62)。第二個噴頭的壓力為12.88+0.45×8=16.48psi，其流量=kp 0.5=5.6×16.480.5=22.73，混合流量=20.1+22.73=42.83gpm，此段管路損失S=4.52×22.731.85/(1401.85*0.51.85)=0.564。總管路損失為0.564*10+0.45*8=9.24psi。但絕大多數情況下隻有一個噴頭被激活。

https://blog.qrfs.com/358-how-much-water-pressure-is-required-for-fire-sprinkler-systems 的設計如下：ADU麵積1000，援引美國light hazard區的要求0.1gpm/ft2得總水量0.1×1000=gpm，8個噴頭則每個100/8=12.5，噴頭壓力 p=(Q/K)0.5=（12.5/3) 0.5=2psi，取最低要求7psi。

Chapter 3 Building Planning: Building Planning, California Residential Code 2022 | UpCodes 

P_t = P_sup - PL_svc - PL_m - PL_d - PL_e - P_sp

(Equation 29-1)

where:

Pt = Pressure used in applying Tables R313.3.6.2(4) through R313.3.6.2(9).

Psup = Pressure available from the water supply source.

PLsvc = Pressure loss in the water-service pipe.

PLm = Pressure loss in the water meter.

PLd = Pressure loss from devices other than the water meter.

PLe = Pressure loss associated with changes in elevation.

Psp = Maximum pressure required by a sprinkler.

Psup=60，PLsvc=17.4/5.1/1.9(0.75/1/1.25管)，PLm=3/3/1(5/8-3/4-1"水表), PLd=其它設備壓力損失如閥門，在設計流量下算。設計流量按噴頭K噴頭所需最大壓力，Pt=Psup減去上述損失，按表R3.3.6.2選擇管道材料。

更新：P_sup = 60，PL_m = 0, PL_e = (2.2/5)*8ft = 3.52(R313.3.6.2(3)), 1000sqftADU，主管1"，按NFPA文檔1313 R13 Dfor Residential Design Fact Sheet 總流量為Q=0.05sqft=0.05×1000=50gpm，與生活用水公用加5gpm，裝SS8464 K4.9噴頭6個每個q=55/6=9.17gpm，噴頭壓力 p=(Q/K)0.5=（9.17/4.9) 0.5=1.37psi，取最低要求7psi。Q=K√P=4.9√7=13gpm, 係統取2x即26gpm(R313.1.1, 28.2.2.5)。用Hazen-Williams 公司算得1”CPVC/PEX管損: p=4.52Q^1.85/(150^1.851^4.87)=0.1766|_1”, 對3/4和1-1/4管徑分別為0.7170和0.05957|_1.25”假如管長200英尺，1"的PL_svc = p*200=35.32似乎偏高，用1-1/4"則降為11.91psi。彎頭等可按表折入管長。

3. Inspection

封板前檢查：
天棚隔熱下需加24"寬塑料布隔開管道，初檢需要裸露2x4中管道。噴頭按規定連好或已補裝、溫度等級正確、與熱源間距合適，帶2備件。管道尺寸和長度合適，已列入消防灑水噴頭使用清單，支撐合適。測試是用替換遠程消防噴頭的組件，其帶水表和1/4轉MGT龍頭，啟閉閥門將水噴入桶中 60 秒測量所需最小流量，桶中預先標記加侖刻度；龍頭也可接流量計。

完成後終檢：
灑水噴頭未上漆、未損壞或未以其他方式妨礙運行。未安裝原始設計中未包括的減壓閥、軟水器、濾水器或其他妨礙水流的裝置。所有室內油漆、照明和吊扇安裝已完成，火警警報器已安裝，永久地址已公布，消防噴淋係統“警告”標誌位於供水控製裝置旁邊。係統和檢查簽名卡就緒。