消火スプリンクラーシステム

主要な防火基準策定機関は、民間団体である全米防火協会（NFPA）です。NFPAは、米国に設置されるスプリンクラーの技術的な側面に関する基準を定めています。スプリンクラーの設置義務を定める建築基準は、一般的に地方自治体に委ねられています。ただし、いくつかの例外があります。

1990年、米国ではPL-101-391、通称「1990年ホテル・モーテル火災安全法」が可決されました。^{[ 9 ]}この法律では、連邦政府の資金（宿泊や会議など）を受け取るホテル、会議場、または同様の施設は、火災安全およびその他の安全要件を満たさなければならないと規定されています。これらの条件の中で最も目に見えるのは、スプリンクラーの設置です。ますます多くのホテルやその他の公共宿泊施設が政府関係者とのビジネスを可能にするために施設をアップグレードするにつれて、この種の建設は、地方の建築基準で直接義務付けられていない場合でも、事実上の業界標準となりました。

建築基準法で消火スプリンクラーの設置が明示的に義務付けられていない場合でも、多くの場合、オプションシステムとして設置することが非常に有利になります。米国のほとんどの建築基準法では、消火スプリンクラーが設置されている建物では、より安価な建築資材の使用、床面積の制限の緩和、避難経路の延長、耐火構造に関する要件の軽減が認められています。したがって、スプリンクラーシステムを設置し、その他の費用を削減することで、スプリンクラーのない建物を建設する場合と比較して、総建築コストを削減できることがよくあります。

2011年、ペンシルベニア州とカリフォルニア州は、すべての新築住宅にスプリンクラーシステムの設置を義務付けた最初の米国の州となった。^{[ 10 ]}しかし、ペンシルベニア州はその年の後半にこの法律を廃止した。^{[ 11 ]}現在、多くの自治体は、州レベルで義務付けられていない場合でも、住宅用スプリンクラーを義務付けている。^{[ 12 ]}

英国ではスプリンクラーシステムへの関心と支持が再び高まり、スプリンクラーシステムの設置が広く行われるようになった。例えば学校では、政府は学校の火災安全設計ガイドであるBuilding Bulletin 100を通じて、リスクの低い一部の学校を除き、ほとんどの新しい学校はスプリンクラー保護を備えて建設されるべきであると勧告している。^{[ 13 ]} 2011年、ウェールズは世界で初めて、すべての新築住宅にスプリンクラーの設置を義務付けた国となった。この法律は、新築の住宅や集合住宅、介護施設、大学の学生寮に適用される。^{[ 14 ]}スコットランドでは、すべての新しい学校、新しい介護施設、高齢者向け住宅、高層マンションにスプリンクラーが設置されている。

英国では、1990年代以降、スプリンクラーは建築基準法（イングランドおよびウェールズ）およびスコットランド建築基準において認められるようになり、特定の状況下では、スプリンクラー設備の設置は、基準の一部に対する代替的な適合手段とみなされています。例えば、スプリンクラー設備の設置により、通常は区画の面積を2倍にしたり、避難経路（非常口まで）の距離を長くしたりすることが可能になり、さらに区画内部の壁の耐火等級を下げることも認められます。

湿式配管スプリンクラーシステムは、他のタイプの消火スプリンクラーシステムよりも頻繁に設置されています。^{[ 15 ]}また、自動スプリンクラーと（通常はそうですが、必ずしもそうとは限りません）自動警報逆止弁のみを作動部品とするシンプルな構造のため、最も信頼性が高いシステムでもあります。自動給水装置により、加圧された水がシステム配管に供給されます。

湿式システムには、配管内の温度を確実に40 °F（4 °C）以上に保てない場合に使用するために、オプションで不凍液が充填されています。  

かつては寒冷地でこのようなシステムが一般的だったが、スプリンクラーシステムに不凍液が過剰に充填されていたために火災が制御できなかった事例が複数発生したため、米国の規制当局は事実上、新たな不凍液の設置を禁止した。米国では、古い不凍液システムには2022年という期限が適用される。^{[ 16 ]}この規制措置により、寒冷地対応スプリンクラーシステムのコストが大幅に増加し、選択肢が減少した。

乾式配管システムは、2番目に一般的なスプリンクラーシステムの種類です。乾式配管システムは、湿式配管システムでは水が凍結してシステムが作動しなくなるほど周囲温度が低い場所に設置されます。乾式配管システムは、暖房のない建物、駐車場、暖房のある建物に付属する屋外キャノピー（その内部には湿式配管システムも設置されます）、または冷蔵クーラーで最もよく使用されます。NFPA規制を使用している地域では、周囲温度の範囲が40 °F（4 °C）以上でない限り、湿式配管システムを設置することはできません。^{[ 17 ]}  

システムが作動するまで配管内には水は存在せず、代わりに給水圧力よりも低い圧力の乾燥空気が配管内に充填されています。給水圧力が上昇して配管内に水が押し込まれるのを防ぐため、ドライパイプバルブ（特殊な逆止弁の一種）は、より高い水圧でクラッパー表面積が小さい場合と比較して、配管内の空気圧にさらされるクラッパー面積を大きくすることで、クラッパー上部にかかる力が大きくなるように設計されています。

自動スプリンクラーヘッドの 1 つ以上が作動すると、スプリンクラーが開き、配管内の空気がそのスプリンクラーから排出されます。各スプリンクラーは、温度が作動閾値を超えると独立して作動します。配管内の空気圧が低下すると、ドライパイプバルブの両端の圧力差が変化し、配管システムに水が流入します。火災を制御するために必要なスプリンクラーからの水の流れは、スプリンクラーから空気が排出されるまで遅延されます。NFPA 13 規制を使用している地域では、スプリンクラーが作動してから水が油圧遠隔スプリンクラーに到達するまでの時間は最大 60 秒に制限されています。業界の慣行では、これは「最大給水時間」として知られています。スプリンクラーシステムによって保護されている区域の危険度分類によっては、最大給水時間を短縮する必要がある場合があります。^{[ 18 ]}

乾式消火スプリンクラーシステムの欠点としては、以下のようなものがあります。

• 複雑性の増加：乾式配管システムでは、追加の制御装置と空気圧供給コンポーネントが必要となるため、システムの複雑性が増します。この複雑性の増加は、湿式配管システムと比較して、システム全体の信頼性を本質的に低下させる（つまり、故障箇所が増える）ため、適切なメンテナンスが非常に重要になります。
• 設置およびメンテナンスコストの増加：複雑さが増すことで、乾式配管の設置コスト全体に影響を与え、配管内部の点検頻度の増加など、メンテナンス費用も増加します。
• 消火対応時間の延長：スプリンクラー作動時には配管が空の状態であるため、作動したスプリンクラーに水が供給されるまでに必然的に時間的な遅延が生じます。これは、水がライザーからスプリンクラーへと流れ、その過程で配管が部分的に満たされるためです。規制要件では、単一のスプリンクラーが作動してから火災に水が放流されるまでの最大許容時間は60秒と定められています。この消火活動の遅延により、火災が鎮火する前に規模が拡大し、物的損害が増大します。

• 腐食の可能性の増加: 運転またはテストの後、乾式スプリンクラーシステムの配管は排水する必要がありますが、残留水は配管の低い場所に溜まり、配管内の雰囲気にも水分が保持されます。この水分は、配管内の圧縮空気に含まれる酸素と相まって、配管内部の腐食を増加させ、最終的にはピンホール漏れやその他の配管の故障につながります。湿式配管システム (配管が常に水で満たされている) では、腐食プロセスに利用できる酸素の量が少ないため、内部腐食速度ははるかに低くなります。^{[ 19 ]}腐食は、腐食しにくい亜鉛メッキ鋼管、銅管、またはステンレス鋼管を使用するか、空気の代わりに乾燥窒素ガスを使用してシステムを加圧することで対処できます。窒素発生器は窒素ガスの恒久的な供給源として使用でき、乾式スプリンクラーシステムでは監視ガスの途切れない供給が必要であるため有益です。これらの追加的な予防措置はシステムの初期費用を増加させる可能性がありますが、システムの故障、メンテナンス費用の増加、そして将来的なシステムの早期交換の必要性を防ぐのに役立ちます。

「デリュージ」システムとは、給水配管システムに接続されているすべてのスプリンクラーが開放状態、つまり熱感知作動素子が取り外された状態のシステムです。これらのシステムは、火災の急速な延焼が懸念される特殊な火災現場で使用され、火災発生箇所全体に同時に水を散布することができます。

システムが作動するまで、配管内には水は存在しません。スプリンクラーの噴射口が開いているため、配管内は大気圧です。給水圧力によって配管内に水が押し込まれるのを防ぐため、給水接続部には「デリュージバルブ」（機械的にラッチされたバルブ）が使用されています。これは非復帰型のバルブで、一度作動すると開いたままになります。

自動スプリンクラーに通常備わっている熱感知素子が取り外されているため（スプリンクラーヘッドが開いた状態になっている）、デリュージバルブは火災検知器を利用する火災報知システムからの信号によって開きます。火災報知器の起動装置の種類は、主に危険の種類に基づいて選択されます（例：パイロットスプリンクラー、煙感知器、熱感知器、または光電式炎感知器）。起動装置は火災報知盤に信号を送り、火災報知盤はデリュージバルブを開くように信号を送ります。起動は、電気式または空気圧式の火災報知器のプルステーションを介して行うこともできます。プルステーションは火災報知盤に信号を送り、デリュージバルブを開くように信号を送ります。

予作動式スプリンクラーシステムは、貴重な美術品、写本、書籍などを所蔵する美術館や、コンピュータ機器を偶発的な放水から保護するためのデータセンターなど、偶発的な作動が特に望ましくない場所での使用に特化しています。

プリアクションシステムには、主にシングルインターロックとダブルインターロックの2つのサブタイプがあります。

シングルインターロックシステムの動作は湿式システムと似ていますが、これらのシステムでは、機械的にラッチされたバルブ（つまり、デリュージバルブに類似）であるプレアクションバルブを開いて配管に水を導入する「動作」の前に、通常は熱または煙感知器の作動などの「先行」火災検知イベントが発生する必要があります。このようにして、システムは基本的に乾式システムから湿式システムに変換されます。その目的は、乾式システムに固有のスプリンクラーへの給水における望ましくない時間遅延を短縮することです。火災検知前にスプリンクラーが作動した場合、または配管システムに漏水が発生した場合、配管内の空気圧の低下により異常警報が作動します。この場合、監視圧力の低下によりプレアクションバルブは開かず、配管に水は流入しません。

二重インターロックシステムでは、配管への給水が開始される前に、熱感知器または煙感知器の作動とスプリンクラーの自動作動の両方が行われる必要があります。火災感知器のみ、またはスプリンクラーのみを作動させた場合、もう一方の作動が伴わない限り、配管に水は供給されません。スプリンクラーが作動するまで配管に水が供給されないため、二重インターロックシステムは給水時間の観点からはドライシステムとみなされ、同様に広い設計面積が必要となります。

泡消火スプリンクラーシステムは、水と低膨張性泡消火剤の混合液を噴射する特殊な消火システムです。このシステムは、可燃性液体など、火災発生時の危険性が高い特殊な施設、例えば航空機格納庫などで使用されます。

「水噴霧」システムは、操作上はデリュージシステムと同一ですが、配管と吐出ノズルの噴霧パターンは、通常、三次元の部品や機器である、特定の形状の危険物を保護するように設計されています（つまり、部屋の水平な床面全体を覆うように設計されたデリュージシステムとは異なります）。使用されるノズルは、消火スプリンクラーとして認定されていない場合があり、通常は、危険物の三次元的な性質に適合する特定の噴霧パターンが選択されます（例えば、一般的な噴霧パターンは、楕円形、扇形、全円、狭いジェット状です）。水噴霧システムで保護される危険物の例としては、冷却油を含む電気変圧器やターボ発電機のベアリングなどがあります。水噴霧システムは、可燃性液体またはガス（水素など）を含むタンクの表面に外部から使用することもできます。この場合、水噴霧はタンクとその内容物を冷却し、タンクの破裂/爆発（BLEVE）や火災の延焼を防ぐことを目的としています。

水ミストシステムは、特殊な危険箇所への使用に適しています。このタイプのシステムは、通常、水害が懸念される場所や、水供給が限られている場所で使用されます。NFPA 750 ^{[ 20 ]}では、水ミストを「吐出ノズルの最小作動圧力で液滴サイズが 1000 ミクロン未満の水噴霧」と定義しています。液滴サイズは、固定オリフィスサイズのノズルを通して吐出圧力を調整することで制御できます。水ミストシステムによる消火メカニズムには、冷却、局所的な炎の酸素低減、放射遮断などがあります。^{[ 21 ]}

水ミストシステムは、運用上、放水式、湿式管式、乾式管式、または予作動式システムと同様の機能を発揮します。システムは、クリーンエージェント消火システムと同様に、局所散布方式または全面散水方式で適用できます。