تحلیل فشار سامانه های تهویه پلکان و معرفی لابی امن و فشار مثبت شفت آسانسور

دود گرفتگی علاوه بر اینکه موجب مشکلات تنفسی، کاهش دید، تاریکی و ترس متصرفین می شود، می تواند سبب گسترش حریق و عدم اطفای به موقع و مناسب آن شود.

به هنگام وقوع حریق، لابی و پلکان فرار یکی از مهمترین بخش های ساختمان ها است که در کنترل دود اهمیت ویژه ای دارد که علاوه بر کمک به خروج متصرفین می تواند موجب اطفای حریق راحت تر و مناسب تر نیروهای آتش نشانی شود. طبق بخش 4 از ضوابط آتش نشانی تهران فعلی (سال 1397) در تهویه مکانیکی برای هوای جبرانی 60 و برای هوای اگزاست 90 مرتبه تعویض هوا در ساعت در نظر گرفته شده است. این روش تهویه لابی است که با بخش 5 آن (فشار مثبت پلکان) متفاوت است. در این مقاله بحث فشار مثبت لابی(لابی امن) مطرح و به همراه فشار مثبت باکس پلکان فرار و حتی شفت آسانسور طبق استانداردهای معتبر انگلیسی و آمریکایی گردآوری و ترجمه شدو در مجموع با موارد ضوابط آتش نشانی تهران به صورت کلی و مختصر ارائه گردید.

طبق تعریف ضوابط سازمان آتش نشانی شهر تهران، سامانه ای است که با ایجاد فشار در دهلیز پلکان، از ورود و نفوذ دود به داخل پلکان جلوگیری کرده و آن را به صورت مکانی امن و خالی از دود و حرارت جهت فرار و یا دسترسی نیروهای امدادی نگه می دارد.

به عبارتی دیگر این سامانه می بایست به سیستم اعلام حریق اتوماتیک متصل و از آن فرمان بگیرند به طوریکه هنگام حریق هیچگونه دود و گازهای سمی به داخل راه پله نفوذ ننماید.

در ساختمان های بلند مرتبه که ارتفاع از 23 متر بیشتر است پله های داخلی که به خروجی هدایت می¬شوند و تهویه ی طبیعی مناسبی ندارند می بایست الزامات فشار مثبت پلکان را رعایت کنند (که فشار پلکان می بایست همواره از محیط اطرافش بیشتر باشد)

انواع این سیستم ها با جانمایی های مختلف در کف یا بام ساختمان، به روش توزیع کانالی یا توزیع مرکزی در شکل نمایش داده شده است .

شکل1 : دو آرایش مختلف سامانه فشار مثبت پلکان، از چپ به راست (الف) روش توزیع مرکزی به وسیله ی نصب فن در بام (ب) سامانه فشار مثبت پلکان توزیع کانالی با فن سانترفیوژ در طبقه ی همکف (شکل های (الف) و (ب) از استاندارد NFPA92A)

در روش توزیع مرکزی (روش سنتی)، یک فن مستقیما از یک بخش هوا را به داخل پلکان فرار تزریق می¬کند درحالی که در روش چند پاشش ، فشار مثبت هوا توسط دریچه¬هایی در طبقات مختلف پلکان توزیع می شود[1].

در روش توزیع مرکزی زمانی که حتی تعداد کمی از درب های نزدیک به فن باز شوند عملکرد سیستم به شدت کاهش می یابد در حالی که در این شرایط با روش توزیع کانالی بهتر از مدل قبلی می باشد.

مطابق بند 5.2.1.1 از استاندارد NFPA92A یک حداقل و حداکثر فشاری مطرح می¬شود. حداقل فشار، فشار مورد نیاز هوا جهت خروج دود و حداکثر فشار، حد اکثر فشار مجازی است که متصرف بتواند در شرایط حریق درب هر چه ساده تر باز کند.

جدول 1 : حداقل اختلاف فشار طراحی طبق جدول 5.2.1.1 از NFPA92A (برای دمای مشخص گاز و هوای بیرون)

که هر 0.1 از واحد in.w.g را برابر 25 پاسکال می توان در نظر گرفت.

چنانچه با باز و بسته شدن درب¬ها یا به هر دلیل فشار سامانه از حداکثر فشار لازم (نیروی حاصل از اختلاف فشار پشت درب حداکثر 133نیوتن) بیشتر باشد با نصب دمپر اطمینان مخصوص میکانیکی (ریلیف دمپر)، می تواند فشار را کاهش داد و یا با استفاده از درایو و سنسور فشار مخصوص دور فن را کنترل کرد.

بدین منظور این استاندارد فرمول کلی نیز در این رابطه ارائه داده است:

P= 7.64 [ 1/TO - 1/TF ] h ∆

که h در جدول فوق برابر 2/3 ارتفاع سقف در نظر گرفته شده بود.

در رابطه ی بالا:

P∆ : اختلاف فشار ناشی از خاصیت شناوری گاز های داغ (in.w.g)

T_O: دمای مطلق محیط( R)

TO: دمای مطلق گازهای داغ (R)

h : فاصله ی بی اثر بالای سطح(ft)

هم چنین می توان از فرمول زیر در سیستم SI نیز استفاده کرد:

∆P= 3460 [ 1/T_O – 1/T_F ] h (2)

برای نمونه به مساله زیر(توسط همین استاندارد) توجه شود .

مثال 1 : حداقل اختلاف فشار را برای دمای گازهای داغ℉ 1700و دمای محیط 70 ℉رتفاع سقف 12 ft با توجه به معادله ی قبل محاسبه کنید:

TO = 70 +460 = 530 R

Tf = 1700 +460 = 2160 R

h = 12 (2/3) = 8 ft

P= 7.64 [ 1/TO - 1/TF ] h → ∆P= 7.64 [ 1/530 - 1/2160] 8∆

→ P=0.087 in.w.g∆

با در نظر گرفتن ضریب اطمینان حدود 40 درصد، حداقل اختلاف فشار طراحی 0.12 in.w.g بدست می آید

سازمان آتش نشانی شهر تهران نیز حداقل اختلاف فشار لازم در دهلیز پلکان نسبت به فضای مجاور را به طور کلی در ساختمان های مجهز به اسپرینکلر 5/12 پاسکال و در سایر ساختمان ها 25 پاسکال در نظر می گیرد.

بدیهی است که در ساختمان¬های اسپرینکلر شده اختلاف فشار نباید سبب اختلال سیستم¬های اطفا حریق گردد. برای محاسبه¬ی فشار فن، محاسبات اثر دودکشی و همچنین اثر باد اهمیت ویژه ای دارد.

در خصوص ظرفیت فن¬ها نیز در استاندارد اشری نیز موارد مهمی بیان شده که سایر موارد خارج از محدوده مقاله و در کتاب دود در ساختمان انتشارات یزدا، در منابع توضیح داده شده است.

از موارد مهم دیگر فشار مثبت شفت آسانسور است که در آن در نظر گرفتن اثر پیستونی اهمیت ویژه ای دارد.

شکل 2 : نمونه مقدماتی سامانه فشار مثبت آسانسور از استاندارد اشری

طبق بند 3.41 از بخش چهارم استاندارد BS5588، لابی ساده دسترسی مستقیم به آسانسورها، شفت¬ها یا داکت¬هایی که می-توانند گذرگاه قابل توجهی جهت نشت دود و توسعه¬ی آن به واحد¬های داخل ساختمان شود.

لابی ساده ممکن است بدون تهویه یا با تهویه طبیعی باشد. طبق همین استاندارد ناحیه¬ی امن نیز مناطقی هستند که از حریق توسط سازه¬ی مقاوم حریق جدا شده و مسیر امنی جهت خروج از واحدها جهت ایجاد یک فرار موقت برای افراد ناتوان فراهم کرده تا بتوانند منتظر کمک برای تخلیه باشند. در لابی امن مبحث فشار مثبت تعریف شده که صرفا با فشار مثبت پلکان یکی نیست.

در جدول 2 انواع کلاس¬بندی کنترل دود با استفاده از ایجاد اختلاف فشار طبق استاندارد انگلیسی مذکور معرفی و دسته بندی شده است.

جدول 2 : انواع کلاس ارائه شده در استاندارد BS5588 [5]

خلاصه نکات کلاس A (موارد مسکونی):

درب¬های ورودی می¬بایست کاملا دودبند باشند. جریان هوای عبوری از درب بین پلکان فشار مثبت و لابی یا کریدورها نباید کمتر از 0.75 m/s زمانی که:

1-1- درب بین لابی و پلکان فشار مثبت برای هر واحد باز بشود

2-2- مسیر انتشار هوا از لابی به واحدش باز باشد

3-3- همه¬ی درب¬های بین پلکان فشار مثبت و لابی¬ها بر روی همه¬ی واحدهای دیگرشان بسته باشد

4-4- همه¬ی درب¬ها بین پلکان فشار مثبت و درب خروج نهایی بسته باشند

5-5- درب نهایی خروج بسته باشد

اختلاف فشار پشت یک درب بسته که بین پلکان فشار مثبت و لابی قرار دارد نباید از 50Pa (کوچکتر یا بزرگتر از ده درصد آن) کمتر باشد زمانی که:

-1- انتشار هوا از لابی به واحدش باز باشد

-2- در همه¬ی واحدهای دیگر، درب¬های مابین پلکان فشار مثبت و لابی بسته باشند

-3- همه¬ی درب¬های بین پلکان فشار مثبت و درب خروج نهایی بسته باشد

4-درب خروج نهایی بسته باشد

5- شرایط طراحی کلاس فوق، در شکل زیر نمایش داده شده است.

شکل 3 : نمونه¬ای از سامانه فشار مثبت پلکان و لابی کلاس A [5]

خلاصه نکات کلاس B (محافظت از شفت های آتش نشانی):

در این بخش اختلاف فشار جهت حداقل ساختن امکان سرایت دود به پلکان آتش¬نشانان در طول عملیات آتش¬نشانی ایجاد می-شود. جهت جلوگیری از ورود دود محل محروقه به لابی و پس از آن به پلکان، حداقل جریان هوا با سرعت 2 m/s از درب¬های باز به سمت لابی آتش¬نشانی و ناحیه¬ی سکونت افراد می¬بایست فراهم شود. البته سرعت دود و گازهای داغ در حریق کاملا توسعه یافته می¬تواند به 5m/s برسد.

شکل 4 : نمونه¬ای از سامانه فشار مثبت پلکان و لابی کلاس B [5]

جدول 3 : انواع کلاس B ارائه شده در استاندارد BS5588 [5]

فن و موتوری که برای چاه آسانسور آتش¬نشانان استفاده می¬شود ممکن است با پلکان مخصوص آن ها مشترک باشد زمانی که:

1- هوا از طریق کانال های جداگانه تزریق شود

2- توزیع هوای هر کانال تحت کنترل، همواره بتواند هوای کافی را در هر فضا و زمانی فراهم کند.

حداقل اختلاف فشار مورد نیاز این کلاس در جدول 3 ارائه شده است.

شکل 5 : نمونه¬ای از لابی مخصوص آتش نشانان

شکل 6 : نمونه¬ای از سامانه فشار مثبت پلکان و لابی کلاس C [5]

خلاصه نکات کلاس C (مناطق تجاری):

در این مناطق تجاری و مال¬ها (مانند ساختمان پلاسکو)، در مرحله¬ی ابتدایی گسترش حریق می¬بایست تخلیه عمومی و اعلام سراسری حریق صورت بگیرد. (البته در آتریوم¬ها عمدتا روش اگزاست دود و فشار منفی مطرح است که خارج از دستور این کلاس-بندی¬هاست).جریان هوای عبوری از درب و فضای تحت فشار نباید کمتر از 0.75 m/s شود زمانی که:

1- درب¬های بین محل سکونت افراد و پلکان فشار مثبت و هر لابی طبقه ی محروقه بازباشند

2- مسیر عبور انتشار هوا از محل سکونت افراد در هر طبقه که جریان هوا اندازه گیری بشود باز باشد

3- همه¬ی درب¬های دیگر به غیر از درب¬های طبقه¬ی حریق به صورت بسته فرض شوند

اختلاف فشارهای مورد نیاز این کلاس در جدول 4 ارائه شده است:

جدول 4 : انواع کلاس C ارائه شده در استاندارد BS5588 [5]

شکل 7 : نمونه¬ای از سامانه فشار مثبت پلکان، آسانسور و لابی امن از استاندارد BSEN12101 [7]

شکل 8 : نمونه¬ای از سامانه فشار مثبت پلکان بدون وجود یا با وجود لابی از استاندارد BSEN12101 [7]

در شکل¬های فوق کلیه بخش¬های مهم و مرتبط با لابی امن طبق بخش ششم از استاندارد BSEN12101 نمایش داده شده است.

نتیجه گیری:

به هنگام حریق و گسترش دود می¬بایست فشار مثبتی اعمال شده تا از نفوذ دود به لابی امن، باکس پلکان فرار (و حتی در مواردی شفت آسانسور) جلوگیری کند که فشارهای مطروحه در این مقاله طبق استانداردهای ملی و به ویژه بین المللی اخیر برای نخستین بار ترجمه، دسته بندی و معرفی شده اند.

منابع

[1] داریوش فرجی "دود در ساختمان" کتاب انتشارات یزدا ، 1397

[2] NFPA92, “Standard for Smoke Control Systems”, 2018

[3] NFPA92A, “Standard for Smoke-Control Systems Utilizing Barriers and Pressure Differences, 2006

[4] معاونت حفاظت و پیشگیری از حریق "ضوابط ملاک عمل سامانه¬های تهویه، تخلیه و کنترل دود پارکینگ، دهلیز، پلکان" ، 1397

[5] BS5588-4, Code of practice for smoke control using pressure differential, 1998

[6] داریوش فرجی، "لابی امن"، مجله مهندسی ایمنی شماره 32 ، 1398

[7] BSEN12101-6, “Specification for pressure differential systems-Kits, 2005