NFPA 22 消防用水タンク容量算定ガイド
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NFPA 22 消防用水タンク容量選定ガイド
この継続時間はNFPA 22の数値ではありません。これはシステム設計基準と管轄権限機関から導かれるものであり、NFPA 22はその後、設計流量、ホース許容量、使用不能容量を考慮した上で、その継続時間が生み出す正味容量をタンクが提供することを要求しています。タンクは追跡可能な継続時間の基準に基づいてサイズ設定し、その基準をレビューできるように文書化してください。
はじめに
防火水槽に関するあらゆる問いは最終的にある数値に行き着きますが、タンクのコストを決定するその数値は、人々が議論する数値であることはほとんどありません。直径、高さ、殻板、付属品はすべて議論の対象になります。継続時間は継承されるものです。
タンクのサイズが、経験則、従来の仕様、または現行のコード版が採用される前に設定された前例に由来する数値にどのように合わせられるのか、そしてタンクが、当局が承認した負荷を担わない公称容量で現場に到着するのかを、これで説明しました。継続時間の要件はタンクの特性ではありません。それは消火システムの設計から生じるものであり、NFPA 22はタンクがその設計が生み出すものを満たすことを要求しています。
本ガイドでは、継続時間がどこから来るのか、それが設計流量とどのように組み合わされるのか、標準的な前提がどこで有効でなくなるのか、より長い継続時間が課されるのはいつか、そして承認当局が受け入れるために計算をどのように記述しなければならないかを説明します。参照規格は、タンクとその付属品についてはNFPA 22、需要を生み出すスプリンクラー設計についてはNFPA 13、消防ポンプについてはNFPA 20です。
継続時間要件とは何か
継続時間要件とは、貯留水が要求される流量で利用可能な状態を維持しなければならない時間の長さである。NFPA 22はその要件を定めていない。それはタンクがどのようなものでなければならず、何を供給しなければならないかを規定しており、継続時間はその外側から、消火システムの設計と管轄権を有する機関から与えられる。第4章には一般要件が含まれており、4.1.3および4.1.3.1に基づく容量の根拠もそこに含まれる。だからこそ、NFPA 22に完全に準拠して建造されたタンクであっても、その根拠に投入された継続時間が誤っていれば、誤ったサイズになり得るのである。
それに伴い二つのことが導かれる。継続時間は文書に遡って裏付けられなければならない。すなわち、占有と危険度に関するシステム設計基準の要件、または権限機関によって課された書面による条件である。そして、計算後にそれを変更すると、需要量から外殻高さ、基礎に至るまで、下流のすべてが変わる。
継続時間と設計フローがどのように組み合わされるか
タンクが保持すべき体積は流量と時間の積です：V_required = Q_design x t_duration。ここで、V_requiredはシステムが引き出すべき体積（m3（ft3））、Q_designは設計流量（L/s（gpm））、t_durationは所要時間（分）です。この関係は単純ですが、その適用の仕方にこそ、ほとんどのサイジング誤差が生じます。
スプリンクラーシステムの場合、需要量はスプリンクラー需要量とホースストリーム許容量の合計であり、それぞれが独自の継続時間を持ちます。正しい式は V_required = Σ(Q_i × t_i) であり、総流量に最短継続時間を掛けたものではありません。市水供給が考慮される場合、事象発生中に供給できる量のみが考慮され、それは仮定ではなく実証されなければなりません。
その場合、タンクは全需要量を保持できません。貯蔵量の一部はポンプに供給できないためです。吸込み口より下のデッドストレージ、14.2.13で要求される吐出口の渦防止クリアランス、およびフリーボードが有効量を減少させます。計算は次のとおりです：需要量から考慮供給量を差し引き、使用不能量を加えたものが、タンクが提供しなければならない正味容量となります。
標準的な継続時間の仮定とその限界
最も頻繁に引用される継続時間は、NFPA 22ではなくスプリンクラーシステム自体の設計基準に由来しており、在室者の危険度分類によって異なります。重要なのは数値ではなく、それに付随する条件です。各数値は特定のコード版、特定の危険度分類、特定のシステムタイプに属します。別の版から、あるいはスプリンクラー設計ではなくスタンドパイプ設計から流用した継続時間は、そのまま適用することはできません。
これらの前提は、設計密度で設計面積全体に放水し、その放水率を維持するスプリンクラーシステムを記述したものです。これらは、すべての放水口を一度に開放するデリュージシステム、高危険度のプロセスエリア、または事象の継続時間にわたって公共水道に依存できない敷地を記述したものではありません。また、建物の変更にも対応できません。所轄官庁が独自の継続時間を課す場合、その要件がタンクを規定し、書面による条件として文書に記載する必要があります。
より長い継続時間が必要な場合
標準のデフォルト値がそのサイトを代表しない場合、より長い継続時間が必要となる。きっかけはよく知られている。管轄権を有する機関が承認の条件としてより長い継続時間を課す場合、用途や危険性がデフォルト値の想定範囲外にある場合、給水が公共水源を信用するのに十分な信頼性がない場合、サイトが遠隔地にあり無人の状態であるか消防隊の対応が遅い場合、所有者が火災対応に対するレジリエンス目標を採用している場合、または保険会社が独自の条件を課している場合である。
一定流量における結果は線形かつ即時的です。継続時間を2倍にすれば、需要量とシェル容量も2倍になり、それに伴って基礎、プレート重量、クレーン吊り上げ回数、輸送ルートも2倍になります。これが、タンクの入札前に継続時間を確定させるべき理由であり、タンク供給者に継続時間を書面で提示し、その根拠となる文書を明記すべき理由です。
スプリンクラーシステムへのガイドの適用
スプリンクラーシステムの場合、需要はNFPA 13の設計手順によって生成される。占有危険度分類が設計密度と設計面積を定め、それに続く水力計算がシステム内で最も厳しい箇所における設計流量を算出する。その後、継続時間はタンクからではなく、同じ規格のその危険度に対する要件から導かれる。
ホースストリームの許容量は別個の需要であり、別々に扱われます。これはスプリンクラー需要に加算されるものであって、スプリンクラー流量に折り込まれるものではありません。なぜなら、両者は同じようには同時に発生しないためであり、規格が割り当てる継続時間の間、保持されるからです。ホース許容量をスプリンクラー流量に折り込み、その合計に単一の継続時間を適用すると、通常は体積を過小評価することになります。
数字の下には2つのNFPA 22の要件があり、それらは計算ではなくタンクの配置によって満たされます。タンクは14.4.3に基づき消防サービス水位の4インチ（102 mm）以内に保たれ、供給は4.2.1.4に基づき8時間以内に体積を回復しなければなりません。正しい体積を保持していても、その時間内に再充填できないタンクは、信頼できる予備を有していません。
ガイドを消火栓システムに適用する
消火栓供給は異なる需要プロファイルを持つ。流量はその地域に要求される消火流量と、使用中の消火栓の数およびサイズによって設定され、システムは通常、私有の重力タンクからではなく、公衆ネットワークから消防ポンプを介して供給される。私有タンクが供給の一部を構成する場合でも、継続時間の原則は依然として適用されるが、まずクレジットの問題が先に来る。クレジット可能なものは、タンクが供給できる量とネットワークの残りの部分の信頼性によって制限される。
消火栓の場合とスプリンクラーの場合を分ける三つの違いがある。流量は持続的な設計流量ではなくバーストプロファイルであるため、出口の配置と吸込み形状が設計のより大きな部分を占める。タンクと使用点の間の経路における摩擦が要求圧力に占める割合がより大きいため、有効容積はタンク単体ではなく供給経路に対して評価する必要がある。そして、継続時間は通常、当局自身の消火流量基準から導かれるため、書面で取得する必要がある。
異なる継続時間が適用される場合
3つの状況が日常的に異なる数値を提示する。第一はコードの採用である。北米以外では、適用される枠組みが欧州規格やその他の国内規格である場合があり、NFPA 13のスプリンクラー放水時間表は単純に参照基準とはならない。EN 12845はスプリンクラーシステムとその水源に関する並行する枠組みである。タンクは依然としてNFPA 22やAWWA D103に基づいて建設されるかもしれないが、そのサイズ設定に用いられる放水時間は採用された現地のコードに由来し、両者の基準は同等であると仮定するのではなく、明示的に整合させる必要がある。
第二はポンプの受け入れ運転です。NFPA 20では、消防ポンプを定格容量を超える流量で試験することが求められており、タンクはその試験流量を供給できなければなりません。試験は短時間の事象ですが、予備水量からの実際の取り出しであり、試験後にタンクを再充填し予備水量を回復させるよう計画する必要があります。
第三は承認後の変更です。用途、貯蔵物、または防護方式の変更は、設計密度、設計面積、ひいては流量と継続時間の両方を変え得ます。その場合、承認された継続時間の根拠を見直す必要があり、そのまま流用するのではなく、それに照らしてタンクを再確認しなければなりません。
承認のための容量算定の文書化
容量計算書は当局が審査する文書であり、必須としなければならない。順序として、設計流量とその根拠を示すこと。所要時間とそれを要求する文書。ホース許容量は独自の需要として扱うこと。認定された市水供給がある場合はその認定根拠。結果としての需要量を計算書の単位およびタンクの発注単位で示すこと。使用不能容量とその各要素の理由。タンクが提供すべき正味容量を4.1.3および4.1.3.1を参照して示すこと。そして4.2.1.4に照らして確認した再充填根拠を示すこと。
入力を裏付けるシステム設計文書を再掲するのではなく添付してください。継続時間が標準の既定値と異なる場合は、所轄機関の書面による条件を添付し、それが由来する文書または条項を特定してください。
どの容量を指しているのかを正確にしてください。正味容量、総容量、使用可能容量は異なる数値であり、会話では互換的に使われています。タンクがどの容量に対して発注されたのか、また液位測定がどの基準面を参照しているのかを明示してください。予備量が複数のタンクに分割されている場合、図面には結合された予備量を実現する相互接続を示す必要があります。
継続時間の根拠の出所
継続時間の出典 | それが定めるもの | 計算とともに保管する証拠 |
システム設計基準、例えばスプリンクラーシステムのNFPA 13 | 占有危険分類とシステムタイプに対する継続時間 | それを要求する採用コード版の条項 |
管轄権限機関によって課された条件 | このサイトに対するより長いまたは修正された継続時間 | 日付で参照される書面による承認条件 |
保険会社の要件 | 期間および追加の給水義務 | 書面による要件と、それが属するスケジュールまたはポリシー |
所有者のレジリエンスまたは継続性の目標 | コードの最小値を超える期間 | 署名済みの設計基準覚書とレビュー担当者のコメント |
自治体供給クレジット分析 | 公共供給がクレジットされ得る需要の部分 | 供給試験記録と明記された可用性の前提 |
NFPA 20に基づく消防ポンプ受入試験 | 試運転中の予備水源からの短時間・高流量の取水 | ポンプ試験手順とそれに続く再充填計画 |
消防用水タンクのサイジング計算シーケンス
ステップ | 数量 | 入力または参照 | 注記 |
1 | スプリンクラー需要の設計流量 | 最も demanding な地点におけるNFPA 13の水力計算 | 設計面積全体にわたる設計密度において |
2 | ホースストリーム許容量 | 同じシステム基準を、独立した需要として扱う | スプリンクラー流量に折り込まない |
3 | 各需要に適用される継続時間 | システム設計基準、または権限機関の条件 | 各需要がそれぞれの継続時間を持つ |
4 | 需要量 | 各需要についてQ_iにt_iを乗じた値の合計 | 計算の単位を一貫させる |
5 | 公的供給の控除 | 供給控除分析 | 事象の発生中に供給可能であることが証明できるもののみ |
6 | 総需要量 | ステップ4と5から計算 | イベント期間中に利用可能でなければならない量 |
7 | 使用不能量 | タンクの形状、14.2.13に基づく防渦配置、乾舷 | ポンプ吸込口の有効レベルより下のすべて |
8 | 必要正味容量 | NFPA 22 4.1.3および4.1.3.1を参照して算出 | これが水槽を発注する際の基準となる数値である |
9 | 再充填チェック | 4.2.1.4で許容される8時間以内に総需要が回復すること | 充填配置とレベル制御を確定する |
プロジェクト参照
プロジェクトライブラリには、このサイジングガイドの範囲に一致する検証済みの消防用水プロジェクト記録がないため、本記事はプロジェクト事例なしで提示されています。代わりに記載されているのは、検証可能な部分です。すなわち、継続時間の根拠がどこから来て誰が所管するのか、流量と継続時間から正味容量を算出する計算手順、標準前提の限界、より長い継続時間を余儀なくされる状況、そして承認機関が読む文書一式です。これらの各項目は、由来する標準または条項に照らして記述されているため、信頼に基づくのではなく監査可能です。
Center Enamelについて
Center Enamel（石家庄正中科技有限公司）は、ボルト締め鋼製貯蔵タンク、溶接鋼製タンク、溶融結合エポキシタンク、亜鉛メッキタンク、ステンレス鋼製容器、圧力容器、アルミニウムジオデシックドーム屋根および浮き屋根の設計・製作を行っています。同社は30年以上の生産経験を有し、100か国以上のプロジェクトに設備を供給してきました。アルミニウムジオデシックドーム屋根はAPI 650 Appendix G、AWWA D108、Aluminum Design Manual、ASCE 7およびIBCに準拠して設計・製作されており、同社は2023年に直径72 mのアルミニウムドーム屋根を開発し輸出しました。エンジニアリング、製作、塗装、品質管理および現場サービスを一つのスコープとして処理しているため、図面、計算根拠および納入されたハードウェアを相互に照合することができます。
よくある質問
NFPA 22では防火水槽にどの程度の継続時間が求められますか？
NFPA 22は防火水槽にどのような継続時間を要求していますか？NFPA 22は継続時間を定めていません。4.1.3および4.1.3.1に基づき水槽が満たすべき容量の基準を定め、14.4.3に基づき水槽を消防用水位から4インチ（102 mm）以内に維持して満たしておくことを要求し、4.2.1.4に基づき8時間以内に供給量を回復することを要求しています。継続時間自体は、用途および危険度に応じたシステム設計基準から導かれ、管轄権を有する機関によって確認されます。
NFPA 22は固定の水槽容量を定めていますか？
NFPA 22は固定の水槽容量を定めていますか？いいえ。供給要件と容量の基準を定めるものであり、立方メートル単位の数値を定めるものではありません。容量は設計流量、継続時間、ホース許容量の扱いから導かれ、さらに使用不能容量が加算されることで、ポンプ吸込口で利用可能な正味容量が要件を満たすようになります。
必要な継続時間はどのように決定されますか？
必要な継続時間はどのように決定されますか？防火システムの設計によって決まります。スプリンクラーシステムの場合、採用された版のNFPA 13が占有危険分類とシステムタイプに対して要求する継続時間です。消火栓供給の場合、通常は当局独自の消火流量基準です。どちらの場合も、その値は文書に追跡可能である必要があり、そこからの逸脱は仮定ではなく書面による条件である必要があります。
必要な継続時間は標準の最小値を超えることができますか？
必要な継続時間は標準の最小値より長くできますか？はい。承認条件としての権限、保険会社の要件、デフォルトがカバーする範囲外の危険、または所有者のレジリエンス目標のいずれも、より長い時間を要求する可能性があります。一定流量では、需要量は継続時間に直接比例するため、継続時間が長いほど、より大きなシェル、より重い基礎、および異なる配送ルートが必要になります。製造後ではなく、入札前にこれを確定してください。
タンク設置後にシステム需要が変化した場合はどうなりますか？
タンク設置後にシステム需要が変化した場合はどうなりますか？新しい需要から予備量を再算出し、既存のタンクがそれに対して適合するか確認する必要があります。設置済みタンクの物理的な容量は変化しないため、新しい需要がより大きい場合には、供給を補足するか、供給能力を再検討するか、または不適合を所管当局が明示的に承認するかのいずれかが必要です。通常のきっかけは、用途、貯蔵、または防護スキームの変更です。
標準外の継続時間はどのように記録すればよいですか？
非標準の継続時間をどのように文書化しますか？書面による条件を添付し、それが由来する文書または条項を明記し、適用される設計流量を示し、その結果として生じる需要量、正味容量、およびシェルと基礎への影響を示します。添付の目的は、レビュー担当者が誰にも問い合わせることなく要件を検証できることです。計算シート内の説明のない継続時間は、仮定として扱われます。
サイジング計算をどのように文書化しますか？
サイジング計算をどのように文書化しますか？固定された順序で：設計流量とその出典、継続時間とその出典、別個の需要としてのホース許容量、控除対象の公共供給とその控除の根拠、総需要量、理由を伴う使用不能量、4.1.3および4.1.3.1に対する正味容量、そして4.2.1.4に対して確認された再充填の取り決め。使用するすべての規格の版を明記し、容量はタンクの発注単位で記載し、容量の測定基準となるレベル基準面を明示します。
結論
防火水槽のサイジングは、長い一連の決定に包まれた短い算術である。算術は流量×時間である。価値が失われるのはその連鎖の部分である。時間は文書まで遡って裏付ける必要があり、ホース許容量は別個の需要として扱う必要があり、公設給水の控除分は実証可能でなければならず、使用不能容量は加算して戻す必要があり、再充水の取り決めは4.2.1.4が許容する8時間以内に容量を回復させなければならない。
そのすべては、水槽が納品された後よりも発注される前の方が容易である。早期に確定した時間は計算シートの一行である。遅れて確定した時間は、殻体、基礎、そしてすでに付与された承認への変更である。
システム設計フロー、所要時間とその出典文書、ホース許容量の扱い、サイト制約、および適用されるコード版をお送りください。容量計算、正味および総体積の明細、ドローダウン形状、ならびに承認機関が求める文書一式をこちらから返却いたします。
エンジニアリングチームにご相談ください
負荷、容量の根拠、準拠すべき規範、および現場の制約条件をお送りください。当社のエンジニアリングチームが、供給者が見積もり可能で、レビュー担当者が承認できる仕様をご提案します。また、別のタンク型式や別のスコープの方が適切な回答となる場合は、その旨も率直にお伝えします。
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