امیرحسین امدادی‌فر، کارشناس ایمنی صنعتی

a.emdadifar@gmail.com

 

ادامه مطلب را پی می‌گیریم:

۱٫۱٫۲            اندازه­ آتش طراحی

در ارزیابی اندازه (بزرگی) آتش، حالت ایده­آل آن است که نوع و حجم مواد موجود در واحدهای ساختمانی تخمین زده شود. در این صورت، لازم ‌است اطلاعات مربوط به نوع اجناس موجود در این واحدها مدنظر باشد و حجم آنها برآورد شود.

البته در انتخاب آتش طراحی، از مواد سوختنی موقت نباید چشم‌پوشی کرد. همچنین ملاحظات مربوط به سرعت گسترش آتش را نیز باید در نظر داشت.

معمولاً برای فضا­های تجاری، آتشی با اندازه حدود ۵۰۰۰ کیلووات ( تقریباً معادل ۵۰۰۰ Btu/sec) طراحی به کار گرفته می­شود. کمتر از ۵ درصد آتش‌سوزی‌هایی که در چنین فضاهایی ممکن است رخ ‌دهند، از این اندازه آتش، بزرگتر هستند. از نظر هندسی یک آتش با این بزرگی، در یک فروشگاه، با سطح مقطع با ابعاد حدود ۳ متر در ۳ متر، به ازاء نرخ آزادسازی انرژی حرارتی برابر با تقریباً ۵۰۰ کیلو‌وات در واحد سطح (مترمربع) در نظر گرفته می­شود. این کمیت برای پارکینگ‌ها، بین ۴۰۰۰ کیلووات (۴ مگاوات) تا ۸ مگاوات برآورد می­شود. به طور معمول، حداقل مقدار در نظر گرفته شده برای یک پارکینگ، آتشی با بزرگی ۵ مگاوات است. در مطالعه موردی مربوط به مقاله حاضر این کمیت همان ۵ مگاوات لحاظ شده است.

۱٫۱٫۳            تعمیم رویکرد ارتفاع عاری از دود در پارکینگ­ها، با مبانی محاسبات دستی استاندارد

در این بخش با تعمیم مبانی محاسباتی ارائه شده، به پارکینگ­های پروژه مطالعه شده، به نتایج محاسباتی مقایسه­ای درخصوص حجم (دبی حجمی) دود تولیدی، پرداخته شده است. به این ترتیب، در این محاسبات از روابط ارائه‌شده برای مدل منطقه دود استفاده می­شود. در اینجا یادآوری چند نکته ضروری است.

• فضای بسیار بزرگ موجود از نظر سطح زیربنا در پارکینگ‌ها، تنها فرض شرایط آتش با ستون متقارن دود را برای این سناریو منطقی می­سازد.
• میزان حجم دود تولیدشده در این مدل، به سطح منطقه‌ آتش بستگی ندارد و تنها تابعی از ارتفاع فضای بدون دود یا ارتفاع محل تجمع دود، می‌باشد.
• برای تعیین منطقه دود، فرض بر این است که حرکت افقی دود را بتوان در یک محدوده با طول حداکثر۶۰ متر در۶۰ متر (۳۶۰۰ مترمربع) محدود نمود. این فرض بر این اساس در نظر گرفته شده است که بنا به آزمایشات و نتایج ارائه شده در مراجع، دود حاصل از آتش پس از طی مسیر افقی ۶۰ متر، عملاً سرد شده و بر اثر تغییر محسوس چگالی، شکل نسبتاً منظم حرکت افقی زیر سقف را از دست داده و شروع به پایین‌آمدن می­نماید. به این ترتیب، فرض شده است که بتوان حرکت افقی دود را در یک محدوده معادل حداکثر ۳۶۰۰ مترمربع، محدود نمود. این سطح هر چه کوچک‌تر در نظر گرفته شود، دود در مدت زمان کمتر به موانع محدودکننده می­رسد و شروع به پایین آمدن می­کند. در نتیجه تشکیل «محل تجمع دود» و رسیدن دود به مرز ارتفاع عاری از دود، سریع‌تر اتفاق می­افتد. اما بزرگی این سطح، تأثیری در نرخ تولید دود و در نتیجه نرخ تخلیه دود از محل تجمع آن نخواهد داشت. به این ترتیب هر چه این سطح کمتر در نظر گرفته شود، بازهم‌ زمانی که دود به مرز ارتفاع عاری از دود می­رسد، نرخ لازم به تخلیه دود از منطقه دود فرضی، که تنها به ارتفاع حرکت عمودی دود بستگی دارد، تحت الشعاع قرار نخواهد گرفت.
• سطح فرضی برای محدودکردن دود در ارتفاعی که بتوان از حرکت افقی آن زیر سقف جلوگیری نمود، با احتساب خصوصیات معماری سازه زیر سقف پارکینگ، یا با مجهزکردن سازه به ادواتی موسوم به پرده دود Smoke Curtain ، بایستی ایجاد شود.

۱٫۲                 نتایج محاسبات تعمیم رویکرد ارتفاع عاری از دود در پارکینگ

در پروژه‌ تحت مطالعه، پارکینگ طبقه اول (۱-)، ارتفاعی برابر ۶٫۷۵ متر داشته و سه طبقه پارکینگ زیرین آن هر کدام دارای حدود ۴ متر ارتفاع هستند. اگر بخواهیم طبق NFPA، نرخ تهویه هوای ۳۰۰ لیتر بر دقیقه به ازائ هر مترمربع، برای پارکینگ غیر باز را ملاک قرار دهیم، دفعات تعویض هوا برحسب ساعت (ACH) برای این فضا، بخشی از مهم‌ترین نتایج بدست آمده از محاسبات دستی در این بخش فقط برای پارکینگ اول، به شرح زیر خواهد بود:

نرخ تهویه هوا: ۳۰۰ (لیتر در دقیقه در هر مترمربع)

سطح کل زیربنای پارکینگ: ۴۴۳۵۰ (مترمربع)

حجم هوای کل طبقه: ۲۹۹۳۶۳ (مترمکعب)

نرخ تعویض هوا: ۷۹۸۳۰۰ (مترمکعب ‌بر ساعت)

تعداد دفعات تعویض هوا طبق NFPA: 3~  (دفعه‌ در ساعت)

همانطور‌که مشاهده می­شود، تعداد سه دفعه تعویض هوای محاسبه شده در پارکینگ، از تعداد ۶ دفعه که به طور معمول، براساس استاندارد BS، به‌عنوان مبنای تعیین ظرفیت سیستم تهویه مدنظر قرار می­گیرد، کمتر است. این در حالی است که طبق استاندارد BS 9999 (نسخه ۲۰۰۸)، بند ۲۸-۳-۳٫ در پارکینگ‌هایی که به جای تجهیزات تهویه طبیعی، از یک سیستم تهویه اجباری استفاده می‌کنند، این میزان معادل ۱۰ بار در ساعت الزام شده است. در توجیه این امر به‌نظر می­رسد که در استاندارد NFPA تأکید بیشتر بر استفاده و اثربخشی سیستم اسپرینکلر برای خاموش‌کردن و کنترل آتش و دود است.

در این پروژه، باتوجه به خصوصیات معماری سازه در سقف پارکینگ‌ها، ارتفاع کل فضایی که می­توان به عنوان محل تجمع دود در نظر گرفت، برای پارکینگ طبقه اول، حدود ۱ متر از زیر سقف گزارش شد. لذا نتایج ناشی از محاسبات دستی آن به این شرح حاصل آمد: محاسبات نشان داد، برای یک آتش‌سوزی فرضی دائمی با بزرگی ۵‌ مگاوات با فرض تشکیل ستون متقارن دود، ارتفاع شعله­های آن تا ۳۰/۴ متر (Z_l) خواهد بود. (رابطه ۳)

این آتش، در یک فضای با ارتفاع کلی ۷۵/۶ متر، با فرض یک منطقه دود ۳۶۰۰ مترمربعی، پس از حدود ۹۰ ثانیه حرکت در راستای افقی زیر سقف، شروع می­کند به پایین‌آمدن از زیر سقف و پس از حدود ۱۵۰ ثانیه (۶۰ ثانیه پس از آن) به ارتفاع ۷۵/۵ از کف پارکینگ می­رسد. در این لحظه که همان لحظه شروع به کار فن‌های تخلیه فرض شده است، نرخ تولید دود به حدود ۳۲ مترمکعب ‌بر ‌ثانیه و دمای آن به ۴۳۲ کلوین (۱۵۹ درجه ‌سانتیگراد) رسیده است. با این حال، برای جلوگیری از پدیده نامطلوب (Plug Holing) لازم است، تخلیه کل این دود از طریق حداقل ۱۲ نقطه تخلیه دود (در فضای ۳۶۰۰ متر‌مربعی منطقه دود) صورت گیرد که حداقل فاصله میان آنها ۲۵/۱متر باشد. به این ترتیب، برای تخلیه دبی حجمی معادل ۳۲ مترمکعب‌ بر ‌ثانیه، لازم است ۱۲ نقطه تخلیه، هر یک با نرخ تخلیه حدود ۳ مترمکعب‌ بر ‌ثانیه (معادل حدود ۶۳۶۰ فوت‌مکعب ‌بر ‌دقیقه) فعال شوند. این نرخ تخلیه، برای چنین فضایی، معادل حدود ۵ بار ‌در ‌ساعت (ACH) تعویض هوای این منطقه دود است.

نتایج نهایی محاسبات برای باقی پارکینگ­ها نیز نتایج مشابهی را نشان می‌دهد. همواره فرض طراحی بر این است که احتمال وقوع دو آتش‌سوزی خودرو برای هر پارکینگ و در مرتبه بالاتر برای همه آنها، به طور همزمان بسیار کم است و عملاً ریسک ناشی از بیش از یک آتش‌سوزی، به صورت همزمان، قابل صرف‌نظر است. از این رو، این محاسبات همواره فقط برای بزرگترین سناریوی احتمالی در یک منطقه انجام شده و برای کل پارکینگ‌ها، قابل تعمیم است. به این ترتیب، این میزان تخلیه دود برای منطقه دود مذکور، همان است که برای کل طبقات پارکینگ، در نظر گرفته می‌شود.

توجه به این نکته نیز خالی از لطف نیست که هر چه سطح مقطع منطقه دود فرضی را کمتر کنیم، با تغییر نکردن نرخ دود لازم به تخلیه، این نرخ تخلیه با تعداد دفعات بیشتری برای تعویض هوا برابری می­کند. به عنوان نمونه، اگر از نظر معماری، در پروژه امکان‌پذیر باشد که سطحی معادل ۱۶۰۰مترمربع (۴۰ متر در۴۰ متر) برای محدودکردن حرکت افقی دود، مهیا شود، در این صورت با نرخ تخلیه ۳۲ مترمکعب ‌بر ثانیه و ارتفاع حدود یک متر برای محل تجمع دود، این نرخ تخلیه معادل حدود ۱۰ بار تعویض هوای منطقه دود خواهد بود. از طرف دیگر، هر چه بتوان ارتفاع (عمق) تجمع دود را بیشتر کرد، نرخ لازم به تخلیه در این منطقه فرضی، کمتر نیز خواهد شد. در نتیجه، ظرفیت فن‌های موردنیاز به تخلیه دود، با تعداد دفعات کمتری برای تعویض هوا در شرایط معمول (غیر آتش‌سوزی)، برابری می­کند.

۲٫                    نتیجه‌گیری

نتایج کلی تعمیم مبانی محاسباتی  NFPAبه پارکینگ‌های مجموعه نشان می­دهد، نرخ تخلیه­ای که لازم است در صورت انجام منطقه‌بندی دود و استناد به روابط تجربی موجود، در نظر گرفت (معادل حدود ۵ بار تعویض هوا در پارکینگ­ها)، حتی از مقدار ۶ بار تعویض هوا در ساعت که برای شرایط معمول (غیر از آتش­سوزی) در استاندارد BS مطرح شده است، نیز پایین‌تر است. لذا به نظر می­رسد با آنکه روابط تجربی موجود تا حدود زیادی محافظه‌کارانه هستند، باز هم استفاده از آنها به فن‌های تخلیه کوچک‌تر منجر می­شود. با این حال اعمال شرایط معماری سازه برای معتبرماندن شرایط مورد نظر NFPA، دشوار و تا حد زیادی غیر اقتصادی است. از این رو در بسیاری از موارد، همان مقدار ۱۰ بار تعویض هوا در ساعت برای تهویه پارکینگ‌ها در شرایط بروز آتش‌سوزی، به منظور مدیریت دود لحاظ می­شود. با این همه، استفاده از تکنولوژی‌های جدید و روش‌های مهندسی نوین مانند مدل‌سازی کامپیوتری برای انجام تحلیل دقیق‌تر باید مد نظر قرار گیرد.

۳٫                    کارهای ممکن در آینده

امروزه برای تصحیح نتایج محافظه‌کارانه ناشی از محاسبات دستی و روابط تجربی، مدل‌سازی کنترل دود با نرم‌افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی، بسیار مورد استقبال قرار گرفته و در حال توسعه و پیشرفت است. با استفاده از مدل‌سازی کامپیوتری، نتایج محافظه‌کارانه، واقعی­تر خواهند شد.

بررسی نتایج رفتار و حرکت جریان دود و هوا در شرایط وقوع حریق می­تواند در جهت تشخیص صحیح رفتار دود و در نظر گرفتن محل دقیق قرارگیری دریچه­ها و شفت‌های تغذیه هوای تازه و تخلیه دود و هوای آلوده، در پارکینگ­ مفید باشد. بررسی دقیق‌تر رفتار دود از مدل‌سازی حرکت دود با استفاده از نرم‌افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) حاصل می­شود. در ضمن، تحلیل استفاده از تهویه طبیعی در کنار تهویه اجباری (مکانیکی) برای سیستم مدیریت دود و یا همچنین لحاظ کردن تأثیر سیستم اسپرینکلر بر رفتار آتش و دود، احتیاج به تحلیل‌های مهندسی پیچیده‌تری دارد که بجز مدل‌سازی کامپیوتری و استفاده از نرم افزارهای تخصصی مربوط به تحلیل رفتار دینامیکی آتش، چاره­ای برای آن وجود ندارد. برای دست‌یابی به اهداف مذکور، همواره اقدام به تحلیل جامع رفتار دود و آتش با استفاده از مدل‌سازی کامپیوتری توصیه می­گردد. با این همه، این مدل‌سازی کامپیوتری، هنوز بسیار هزینه‌بر و زمان‌گیر است و در اکثر موارد، تا نهایی شدن مشخصات سازه­ای پروژه مورد مطالعه، امکان‌پذیر نیست. از این رو، در بسیاری موارد انجام محاسبات دستی مربوط به سیستم‌های مدیریت و کنترل دود، با استناد به روابط مندرج در استانداردهای معتبر، انتخاب اول طراحان است. تا زمانی که روش‌ها و نرم افزارهای مدل‌سازی به اندازه کافی پیشرفت نموده و قابل اطمینان گردند.

علاوه بر این، در صورت استفاده از سیستم داکت‌کشی، علاوه بر اینکه انجام محاسبات، احتیاج به کدبندی‌های مطالعات رفتار دود و آتش با استفاده از روابط دینامیک سیالات محاسباتی دارد، لازم است مدل نهایی سه بعدی سازه در محیط نرم‌افزاری که به تحلیل همه موارد لازم قادر باشد، تهیه و سناریوهای مختلف در آن شبیه‌سازی شود. نرم افزارهای مطرح درخصوص محاسبات مرتبط، به ویژه برای حالتی که قرار است سیستم داکت‌کشی مورد استفاده قرار گیرد، هنوز از نظر بسیاری از طراحان، به اندازه کافی قابل‌اعتماد نیستند؛ لذا، روش‌های محاسبات و طراحی با استفاده از نرم‌افزارها و با انجام مدل‌سازی طرح، جزو روش‌هایی است که از نظر بسیاری از طراحان علاوه بر هزینه طراحی بالا و وقت گیر بودن، تا حد کافی هنوز قابل اطمینان نیستند. راه حل دیگری که امروزه برای تهویه هوا و همچنین مدیریت جریان دود در پارکینگ مطرح می­شود، استفاده از جت ‌فن است. درخصوص استفاده از جت ‌فن در پارکینگ و لزوم تحلیل رفتار حرکت دود و بررسی نتایج حاصل از آن در چیدمان جت ‌فن­ها این نکته قابل توجه است که معمولاً سازندگان این تجهیزات با استفاده از نرم‌افزارهای اختصاصی، این تحلیل را ارائه نموده و درستی نتایج شبیه‌سازی جریان و مدل‌سازی تجهیزات پیشنهادی خود و انطباق نتایج با شرایط عملکردی واقعی را طی تست‌های راه اندازی تجهیزات به اثبات می­رسانند.

 

۴٫مراجع:

• Klote and Milke, Principles of Smoke Management, 2002.
• Tamura, Smoke Movement and Control in High-Rise Buildings, 1994
• NFPA 101, Life Safety Code, 2009.
• NFPA 92A, Standard for Smoke Control Systems Utilizing Barriers and Pressure, 2006.
• NFPA 92B, Standard for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Spaces, 2005.
• Fire Protection Handbook (NFPA ed. 2003)
• NFPA 204, Standard for Smoke and Heat Venting
• NFPA 5000, Building Construction and Safety Codes
• ASHREA HB, Chapter 52, Fire and Smoke Management, 2007
• SFPE HB, Section 4, Chapter 12, Smoke Control
• SFPE HB,Section 4, Chapter 13, Smoke Management in Covered Malls and Atria