رویکرد ناحیه‌ای در طراحی سناریوهای آتش‌سوزی در ایستگاه‌ها و تونل‌های مترو
- شناسه خبر: 17322
- تاریخ و زمان ارسال: 11 خرداد 1396 ساعت 10:57
رضا مداحیان، بهرنگ سجادی، حسین افشین، مصطفی نجفی یزدی، دانشگاه صنعتی شریف
سالن‌ها و ایستگاه‌ها مترو عموماً یکی از مکان‌هایی‌اند که دارای ازدحام جمعیت بسیار زیادی هستند. ایستگاه‌های مترو عموماً در زیر زمین واقع شده‌اند. لذا علاوه بر دسترسی محدود مسافران به مکان‌های فرار، به دلیل محدودبودن مکان آتش، گسترش آتش برای جذب اکسیژن در مقایسه با آتش‌سوزی‌ها در مکان‌های باز متفاوت است.
پدیده آتش‌سوزی درون تونل دارای ساختار بسیار پیچیده‌ای است. به دلیل این که علاوه بر تأثیرپذیری شدید از هندسه، جهت هوا، مقدار دبی فن‌ها و … یک پدیده آشفته و همراه با انتقال جرم است. از لحاظ فیزیکی پدیده احتراق تاکنون به خوبی درک نشده است. به همین دلیل محققان روش‌های مختلفی را برای بررسی این پدیده پیشنهاد می‌کنند. سه روش متداول برای بررسی پدیده آتش‌سوزی عبارتند از:
۱) مطالعات در مقیاس واقعی
۲) مطالعات بر روی مدل
۳) شبیه‌سازی‌های عددی
هندسه ایستگاه
ایستگاه به همراه تونلها دارای سه فن دمنده و دو فن مکنده است. فن‌های دمنده به همراه هواسازها، هوایی با دمای مطلوب را برای ایستگاه و تونلها فراهم می‌کنند. هوای داخل تونلها به کمک فن‌های مکنده به خارج از تونل هدایت میشود. در یک سانحه آتش سوزی، میزان تولید حرارت شعله ایجاد شده دارای مراحل متفاوتی است که در شکل زیر نشان داده شده و عبارتند از:
[auth]
مراحل ابتدایی: شروع شعله و تلاش آن برای پایدار شدن
مرحله رشد: زمان لازم برای تبدیل شعله از مراحل ابتدایی به یک شعله توسعه یافته
مرحله توسعه یافته: بازه زمانی که شعله در آن میزان تولید گرمای ثابت و برابر با بیشترین میزان ممکن خود را داراست.
مرحله زوال: بازه زمانی که از قدرت شعله کاسته میشود.
خاموشی: زمانی که شعله خاموش شده و دیگر گرما تولید نمی‌کند.
شکل – مراحل مختلف یک آتش‌سوزی
میزان تولید حرارت
میزان رشد طوری در نظر گرفته میشود که حدوداً پس از ۱۰ دقیقه از شروع، آتش به حالت توسعه یافته خود برسد. همچنین پس از تقریباً ۳۰ دقیقه میزان تولید آتش به صورت نمایی کاهش می‌یابد.
میزان تولید دود
میزان تولید دود، از میزان تولید حرارت پیروی کرده، نمودار آن در طول زمان، رفتاری مشابه با نمودار میزان تولید حرارت خواهد داشت. لذا لازم است مقادیر حداکثر میزان تولید دود و ضریب رشد میزان تولید دود در ناحیه رشد محاسبه شوند.
سناریوهای آتش‌سوزی
سناریوهای آتش‌سوزی شامل دو دسته کلی میشود: سناریوهای آتش‌سوزی در ایستگاه، سناریوهای آتش‌سوزی در تونلها
با توجه به رویکرد ناحیه‌ای برای آتش‌سوزی، قطار به سه ناحیه تقسیم‌بندی میشود: واگن‌های ۱ و ۲ اصطلاحاً ابتدای قطار، واگن‌های ۴ و ۵ میانه قطار و واگن‌های ۷ و ۸ انتهای قطار نام‌گذاری می‌گردند. در سناریوهای تعریف شده برای تونل، در صورتی که قطار توانایی حرکت را داشته باشد، باید به سمت نزدیک‌ترین ایستگاه حرکت کند. به دلیل این که تخلیه مسافران در ایستگاه در مدت زمان بسیار کوتاه‌تری صورت می‌گیرد.
نتایج شبیه‌سازی توزیع دما
در طی روند آتش سوزی به دلیل دمای زیاد هوای زیر قطار، پلوم حرارتی تشکیل می‌گردد. این پلوم حرارتی به سمت بالا حرکت می‌کند. اما با حرکت در مسیر ایستگاه و اختلاط با هوای سرد (ورودی فن‌های تهویه) از مقدار دمای این پلوم حرارتی کاسته میشود. علاوه بر این دما در سالن بلیط فروشی از دمای محیط تجاوز نکرده، به سبب مکش هوا برابر دمای محیط باقی می‌ماند و محیطی ایمن برای فرار مسافران فراهم میشود. در ضمن، بدنه ایستگاه به سبب اثرات تشعشع دمای بالاتری نسبت به هوای درون ایستگاه دارد.
به‌طور کلی نتایج به دست آمده از حل عددی نشان می‌دهد: با افزایش زمان و افزایش شدت انتقال حرارت گرمای زیر قطار افزایش پیدا می‌کند. (فرض بر این است که آتش‌سوزی از زیر قطار شروع میشود.) مشاهده شده است که جریان با دمای بالا در جهت جریان هوا حرکت و در جهت مخالف نفوذ نمی‌کند.
در پایان باید به چند نکته مهم در این بخش اشاره گردد که:
۱- باتوجه به نتایج به‌دست آمده، سامانه تهویه به‌خوبی توانایی انتقال گرمای تولید شده به واسطه وجود آتش‌سوزی را دارد و هیچ‌گونه انتقال حرارتی به سمت راه پلهها (مسیر فرار مسافران) وجود ندارد.
۲- افزایش دمای مشاهده شده در دیواره‌های تونل به دلیل وجود انتقال حرارت تشعشعی مابین قطار و دیواره‌های تونل است.
توزیع فشار
توزیع فشار درون تونل در حالت آتش‌سوزی در زمان‌های مختلف محاسبه شده است. مقادیر توزیع فشار تقریباً یکنواخت است و تغییرات ناگهانی در آن مشاهده نمی‌گردد. طبق نتایج به دست آمده، قبل از زمان معکوس‌شدن حرکت فن‌ها، ایستگاه در حالت پرفشار است و با حرکت هوا به سمت سطح زمین و خروجی راه پلهها فشار افت پیدا می‌کند، در حالی که در زمان کارکرد معکوس فن‌ها، به سبب کشیده شدن هوا از سطح زمین و خروجی‌ها، فشار ایستگاه افت پیدا کرده، بیشترین فشار در ورودیهای هوا در خرجی راه پلهها مشاهده میشود.
میزان آلایندگی
توزیع مونو اکسید کربن (به عنوان دود) در حالت آتش سوزی در زمان‌های مختلف محاسبه شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، دود (مونو اکسید کربن) با شروع آتش سوزی تولید شده و با پلوم حرارتی به بالا و جریان هوای دمیده شده به سمت فن‌های تونل شرقی و دیواره‌های ایستگاه انتقال می‌یابد. در صورت آتش‌سوزی در این شرایط، به سبب کم بودن سرعت هوا درون ایستگاه (حدود ۷/۰ متر بر ثانیه) پدیده برگشت دود به مقدار بسیار کمی اتفاق می‌افتد. این برگشت دود کنترل شده است و به هیچ وجه دود به درون راه پله ها نفوذ پیدا نمی‌کند. با ارتفاع گرفتن از سکوی ایستگاه به سبب تهویه از مقدار دود کاسته میشود و اثری از دود در سالن بلیط فروشی مشاهده نمی‌شود. سطح آلایندگی مونوکسید کربن برای مدت زمان ۳۰ دقیقه برابر با ppm 225 است.
در تمام زما‌‌ن‌ها از شروع آتش‌سوزی، مسیر فرار مسافران به سمت سالن بلیط‌فروشی و همچنین راه‌پله‌های منتهی به خروجی‌ها عاری از هرگونه دود و مواد آلاینده است. لذا سناریو و سامانه تهویه اضطراری طراحی شده به خوبی توانایی فراهم کردن مسیر امن را دارد.
میزان قدرت دید
میزان قدرت دید در یک آتش‌سوزی یکی دیگر از فاکتورهای مهمی است که باید در نظر گرفته شود. میزان قدرت دید در ارتباط مستقیم با میزان سطح آلایندگی است. در یک آتش‌سوزی باید هر دو معیار (سطح آلایندگی و میزان قدرت دید) به طور همزمان بررسی گردد، چرا که امکان دارد در مواردی مسافران در حال فرار قادر به دیدن مسیر باشند اما سطح آلایندگی بالا باشد. این موارد در حالتی روی می‌دهد که تولیدات آتش‌سوزی شفاف باشد. (همانند دی اکسید یا مونوکسید کربن) اما از آلایندگی بالایی برخوردار باشند.
نتیجه‌گیری
اگرچه نتایج شبیه‌سازی تنها برای یک سناریو در این مقاله اشاره شد، سناریوی شبیه‌سازی شده بدترین سناریوی قابل وقوع برای آتش‌سوزی در ایستگاه است. نتایج نشان داد که استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی می‌تواند، تا حد زیادی به طراحی سناریوهای آتش‌سوزی کمک کند. همچنین با توجه به نتایج، سامانه طراحی شده برای تهویه اضطراری به خوبی توانایی دفع گرما و دود را از مسیر فرار مسافران داراست.
ذکر این نکته حائز اهمیت است که در طراحی‌های گذشته، مکان آتش‌سوزی به صورت نقطه‌ای در نظر گرفته می‌شد. لذا سناریوهای تعریف شده به دلیل در نظر گرفتن مکان وقوع آتش، دارای ریسک بسیار بالایی در زمان اجرا برای فرار مسافران بودند. خصوصاً در آتش‌سوزی در تونل که برای فرار و تخلیه دود باید در خلاف جهت یکدیگر باشد.
[/auth]
