پنجمین همایش فناوری‌های نوین صنعت ساختمان با صهبا آشیان

معرفی و طراحی سامانه‌های کنترل دود و ابزارهای مدیریت دود در ساختمان (1)

مدرس: عباس شاملو

16 و 17 اسفندماه 1397

دود، عامل اصلی بروز تلفات در حوادث حریق

بر اساس آمارها 70 درصد تلفات ناشی از حریق در ساختمان‌ها در اثر استشمام دود و محصولات احتراق است.
Berl and Halpin 1980
Harland and Woolley 1979
دود از فضای حریق به سرعت به سایر فضاها و طبقات حرکت کرده و ایمنی انسان‌ها را تهدید می‌کند.
اسپرینکلرها لازم هستند، ولی کافی نیستند!!!
بر اساس مطالعات نرخ شکست در اسپرینکلرها حدود 10 درصد است.
Koffel’s Study 2005
Hall’s Study 2006 & 2011

مفاهیم و اصول کنترل دود

اهداف کنترل دود

بر اساس IBC 909.1 هدف سامانه کنترل دود حفظ شرایط ایمنی به منظور تخلیه ساکنین به بیرون و یا حرکت آنها به یک پناهگاه امن است.
کنترل و محدودسازی حرکت دود بین فضای حریق و سایر فضاها
بهبود شرایط به منظور انجام عملیات توسط آتش‌نشانان
کاهش خسارات وارد آمده به ساختمان و سرمایه افراد
کمک به فرآیند پاکسازی دود پس از اتمام حادثه حریق

سامانه‌های کنترل دود

سامانه‌های ایجاد فشار مثبت
سامانه‌های فشار مثبت شفت راه‌پله
سامانه‌های فشار مثبت چاله آسانسور
سامانه‌های کنترل دود ناحیه‌ای
سامانه‌های ایجاد فشار مثبت در لابی و فضای امن
سامانه‌های مدیریت دود در آتریوم‌ها
اگزاست دود از آتریوم
تخلیه طبیعی دود
تجمع طبیعی دود

دو رویکرد کلی در سامانه‌ها

رویکرد سامانه‌های معمول: هدف آنها دور نگه‌داشتن دود از ساکنین در طول فرآیند تخلیه
همواره ممکن است ساکنین در معرض مقادیری از دود قرار گیرند اما هدف این است که مقدار آن ناچیز باشد.
رویکرد سامانه‌های حفظ شرایط ایمن: هدف این سامانه‌ها حفظ شرایط ایمنی ساکنین در طول فرآیند تخلیه است.
منظور از شرایط ایمن (Tenable Environment) مقادیری از دود و حرارت است که برای ساکنین مخاطره‌آمیز نباشد.
این سامانه‌ها به دقت بایستی مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفته و از حفظ شرایط ایمنی توسط آنها اطمینان حاصل نمود.

رویکرد سامانه‌های حفظ شرایط ایمن

در طراحی این سامانه‌ها به ارزیابی مخاطرات ایمنی پرداخته می‌شود.
قرار گرفتن در معرض گازهای سمی
قرار گرفتن در معرض حرارت
قرار گرفتن در معرض حرارت تشعشعی
کاهش میدان دید (تهدید غیرمستیم که سبب طولانی شدن زمان قرار گرفتن افراد در معرض دود و سقوط آنها می‌شود.)

مکانیزم‌های فیزیکی کنترل دود

جداسازی فضاها (موانع دود، پرده‌های دود و ...)
رقیق‌سازی دود
ایجاد فشار مثبت
ایجاد جریان هوا
نیروی شناوری

ایجاد فشار مثبت

ایجاد فشار مثبت در صورت وجود مسیرهای جریان کوچک امکان‌پذیر است.
جریان هوای ایجاد شده به واسطه اختلاف فشار در درزها و شکاف‌ها سبب جلوگیری از نفوذ دود می‌شود.
سامانه فشار مثبت به منظور جلوگیری از نفوذ دود ناشی از حریق‌های کاملاً توسعه‌یافته طراحی می‌شوند.
ایجاد فشار مثبت

ایجاد جریان هوا

ایجاد جریان هوا با سرعت نسبتاً بالا سبب عقب نگه‌داشتن دود و جلوگیری از نفوذ آن می‌شود.

نیروی شناوری

از نیروی شناوری دود در آتریوم‌های استفاده می‌شود. بدین ترتیب دود گرم در بالای آتریوم جمع شده و فضای پایین عاری از دود باقی می‌ماند.

تجزیه و تحلیل سامانه‌ها

طراحی و تحلیل‌های سامانه کنترل دود

به منظور تعیین نحوه عملکرد سامانه کنترل دود در شرایط بروز حریق یا حریق‌های طراحی، بایستی به تحلیل آن پرداخت.
روش‌های طراحی و تحلیل سامانه‌های کنترل دود عبارتند از:
روش سرانگشتی
روش استفاده از روابط جبری
استفاده از مدل‌های شبکه‌ای و چندناحیه‌ای
دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)
انجام آزمایش در ابعاد مقیاسی یا واقعی

نیروها و عوامل مؤثر بر کنترل دود

در تحلیل دقیق سامانه‌های کنترل دود بایستی کلیه عوامل مؤثر بر حرکت دود مورد بررسی قرار گیرد. بر اساس IBC 909.4 تحلیل دقیق بایستی شامل بررسی عوامل زیر باشد: اثر دودکشی دمای حریق اثرات وزش باد سامانه‌های تهویه مطبوع شرایط آب و هوایی مدت زمان کارکرد اثرات متقابل سامانه کنترل دود

اثر دودکشی

فلش‌های نمایش داده شده در تصویر بیانگر جریان هوا هستند. در زمستان اثر دودکشی معمولی رخ می‌دهد. جریان هوا به سمت بالا در شفت‌ها در تابستان اثر دودکشی معکوس رخ می‌دهد. جریان هوا به سمت پایین در شفت‌ها اثر دودکشی تابعی از اختلاف دمای بین شفت و محیط بیرون است. اثر دودکشی در ساختمان‌های بلندمرتبه قابل توجه است.

اثر دودکشی و حرکت دود

فصل تابستان، حریق بالاتراز صفحه خنثی فصل زمستان، حریق بالاتراز صفحه خنثی فصل زمستان، حریق پایین‌تر از صفحه خنثی اثر دودکشی و حرکت دود

دمای حریق

دمای حریق، نیروی شناوری و اثر انبساط ناشی از حریق طراحی را تعیین می‌کند. در سامانه‌های فشار مثبت، نیروی شناوری حاصل از دمای حریق، حداقل اختلاف فشار مورد نیاز را تعیین می‌کند. در سامانه‌های فشار مثبت، چالش‌های ناشی از انبساط نیز با ایجاد مسیر جریان هوا به خارج رفع می‌گردد. در آتریوم‌ها اثرات ناشی ازانبساط و نیروی شناوری در روش طراحی معمول لحاظ می‌گردد.

اثرات وزش باد

در طراحی بایستی اثرات منفی ناشی از وزش باد را در نظر گرفت. این اثرات عبارتند از: جلوگیری از بازگشت مجدد دود به داخل ساختمان جلوگیری از افزایش سرعت هوای جبرانی در سامانه‌های کنترل دود آتریوم جلوگیری از ایجاد اختلال در کارکرد تجهیزات در انواع سامانه‌ها تحلیل وزش باد با استفاده از روش‌های مختلف امکان پذیر است.

اثرات سامانه‌های تهویه مطبوع

ملاحظات مربوط به سامانه‌های تهویه مطبوع در طراحی انتقال حریق و دود از طریق سامانه‌های تهویه مطبوع بررسی کلیه حالت‌های سامانه اثرات حریق بر سامانه تهویه مطبوع اثرات سامانه‌های تهویه مطبوع در زمان وقوع حریق خاموش کردن سامانه تهویه مطبوع (1930s) ایفای نقش در حالت کنترل دود (1970s)

اثرات آب و هوایی

در نظر گرفتن اثرات ناشی از دمای پایین بر سامانه‌ها در نظر گرفتن اثرات ناشی از دمای پایین بر ساکنین در نظر گرفتن اثرات ناشی از دمای پایین بر اموال جایگذاری دریچه‌های تخلیه و دریچه‌های تغذیه هوا، به نحوی که از یخ‌ زدن یا مسدود شدن آنها با برف جلوگیری شود.

مدت زمان کارکرد سامانه

بر اساس IBC 2015, 909.4.7 سامانه کنترل دود بایستی به مدت 20 دقیقه و یا 1/5 برابر مدت زمان خروج ساکنین عملکرد مناسب داشته باشد. (هر کدام که بیشتر بود)

اثرات متقابل سامانه‌های کنترل دود

در کلیه سناریوها بایستی اثرات متقابل سامانه‌های مختلف کنترل دود مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد. جریان هوا معمولاً از درزها و شکاف‌های ساختمان به بیرون منتقل می‌شود. هر سامانه فشار مثبت ممکن است به تنهایی عملکرد مناسبی را داشته باشد، اما در کنار سایر سامانه‌ها منتج به مقاصد طراحی نگردد. اثرات متقابل کلیه سامانه‌ها بایستی بر روی یکدیگر در مرحله طراحی بررسی گردد.

طراحی سامانه کنترل دود با روش سرانگشتی

طراحی سامانه فشار مثبت راه‌پله با روابط جبری

طراحی سامانه فشار مثبت آسانسور با روابط جبری

محدودیت‌های روابط جبری

فرضیات ساده‌ساز روابط جبری: فقط دارای یک راه‌پله (شفت عمودی) باشد و یا ساختمان متقارن باشد. فاقد مسیر عمودی و شفت دیگر مسیر نشتی یکسان در کلیه طبقات محدودیت‌های روابط جبری