سیستم فشار مثبت راه پله چیست؟

سیستم فشار مثبت در صورت وقوع حریق، دود دارای تمایلی است که از شفت‌های عمودی ساختمان عبور کرده و به فضاهای دیگر منتقل شود که ممکن است به ساکنین آسیب برساند. بر اساس آمارهای منتشر شده، نزدیک به ۷۰ درصد از تلفات ناشی از حریق به دلیل استنشاق دود و گازهای سمی است. بنابراین، اهمیت دارد که فضای شفت راه‌پله و آسانسور را با ایجاد فشار مثبت نسبت به فضاهای مجاور، مانند واحدهای مسکونی یا تجاری، جدا نماییم تا از ورود دود به فضای راه‌پله جلوگیری کنیم. این اقدام باعث می‌شود که فضای راه‌پله در زمان حریق کاملاً امن باشد، تا ساکنین بتوانند به راحتی از ساختمان خارج شده و نیروهای آتش‌نشانی به عملیات تخلیه و اطفای حریق بپردازند.

سیستم فشار مثبت پلکان برای افزایش فشار هوای داخل پلکان‌ها استفاده می‌شود. هدف این سیستم ایجاد محیطی امن و خالی از دود برای فرار ساکنین در صورت وقوع حریق است. اجرای این سیستم در ساختمان‌هایی که بر اساس دستورالعمل ایمنی سازمان نیاز به آن دارند، الزامی است.

محاسبات برای سیستم فشار مثبت در پلکان باید بر اساس ایجاد فرق فشار مناسب بین فضای پلکان و فضاهای مجاور، انجام شود.

در روش ایجاد فشار مثبت، هوا با سرعت بالا از یک سمت مانع عبور می‌کند. این جریان هوا باعث ایجاد فشار بیشتر در فضای مقابل مانع می‌شود. این فشار اختلافی که در دو طرف مانع ایجاد می‌شود، جلوی عبور دود را می‌گیرد. به این ترتیب، دود نمی‌تواند به بخش دارای فشار مثبت (فضاهای امن و خالی از دود) سرایت پیدا کند.

شکل 1  ایجاد اختلاف فشار در دو طرف موانع دود جهت کنترل جریان دود

اختلاف فشار طراحی

سیستم‌های کنترل دود برای کار در محدوده‌ای خاص از اختلاف فشار طراحی می‌شوند. این محدوده شامل حداقل و حداکثر اختلاف فشار مجاز بین دو فضا است. هنگامی که سیستم کنترل دود تست می‌شود (وقتی حریق وجود ندارد)، دمای فضاهای مرزی در نواحی کنترل دود، به ارتفاع نسبتاً یکسان است. این مسئله در شکل (الف) به تصویر کشیده شده است.

زمانی که در یک طرف از مرز حریقی آتش سوزی رخ می‌دهد، آن فضا با دود و گازهای داغ پر می‌شود و دمای دود بر روی اختلاف فشار بین دو طرف ناحیه تأثیر می‌گذارد. این مسئله در شکل (ب) نمایش داده شده است.

در این نمودار، اختلاف فشار مورد نظر به خوبی نشان داده شده است. اگر اختلاف فشار بسیار کم باشد، سیستم فشار مثبت به درستی کار نخواهد کرد که در شکل (ج) نمایش داده شده است.

پس از راه‌اندازی سیستم فشار مثبت در شفت پلکان، فشار هوای داخل این شفت باید به اندازه‌ای باشد که جلوی نفوذ دود ناشی از حریق به دهلیز پلکان را بگیرد. اختلاف فشار بین شفت پلکان و فضای مجاور باید حداقل 25 پاسکال و حداکثر 87 پاسکال باشد.

شکل2 اختلاف فشار در مرزهای ناحیه کنترل دود

با توجه به کدهای IBC و مقررات ملی ساختمان، سیستم اختلاف فشار بر اساس کاربری ساختمان‌ها به یک معیار واحد محدود می‌شود که برابر با 25 پاسکال است.

در کد BS EN12101، برای طراحی سیستم‌های اختلاف فشار، چندین معیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما این معیارها فقط برای ارزیابی و طراحی استفاده می‌شوند و نباید از آنها برای انجام محاسبات استفاده کرد.

شکل3 شرایط طراحی برای سامانه‌های کلاس A

راهنما:

1 درب باز                             2 درب بسته                          3 مسیر خروج هوا

توجه:  درب باز، می‌تواند مسیر جریان باز(آزاد) از طریق یک لابی ساده را نشان می‌دهد.

1- جریان هوا از طریق اختلاف فشار بین درب‌های پلکان با لابی و یا راهرو نباید از 0.75 متر بر ثانیه کمتر باشد.

2- اختلاف فشار بین یک درب بسته پلکان با لابی یا راهرو نباید کمتر از 50 پاسکال باشد (با تلرانس )

3- درب باز نشان‌دهنده مسیر جریان باز(آزاد) از یک لابی ساده باشد.

انتخاب تجهیزات برای سیستم فشار مثبت، از جمله فن و الکتروموتور، باید بر اساس مشخصات فنی که از سازنده دریافت می‌شود و نمودارهای فشار و دبی باشد. این انتخاب باید به گونه‌ای انجام شود که توانایی ایجاد اختلاف فشار مناسب را داشته باشد.

دربهاي شفت پلکان باید از نوع ضد حریق و مجهز به مکانیزم خود بسته شو  باشد.

محل تزریق فشار مثبت

شکل 6 چیدمان مختلف سامانه‌های فشار مثبت با تزریق هوا از چند نقطه

مقدار فشار هوای داخل شفت راه پله بعد از راه‌اندازی سیستم فشار مثبت باید به گونه‌ای باشد که نیروی فشاری که به درب‌های پله‌ها وارد می‌شود، از حداکثر نیروی مجاز برای بازکردن درب‌ها (که بر اساس کد NFPA 92 حدود 133 نیوتن است) بیشتر نشود. این نیرو تابع ابعاد درب‌ها، موقعیت دستگیره نسبت به کناره درب، نیاز به نیروی لازم برای غلبه بر جک خودبست درب و اختلاف فشار است.

حداکثر اختلاف فشار

 درب‌های لولایی ساده

اختلاف فشار در دو طرف موانع دود نباید باعث شود که نیروی لازم برای باز کردن درب، بیشتر از حداکثر مقادیری که در استانداردها و کدهای حفاظت از حریق مشخص شده باشد، شود. به عنوان مثال، در استاندارد NFPA 101 (2012 B) که توسط انجمن ملی حفاظت از حریق آمریکا تعیین شده است، حداکثر نیروی مجاز برای باز کردن درب‌ها 30 پوند یا تقریباً 133 نیوتن است. این استاندارد برای اطمینان از اینکه افراد در مواجهه با حریق به راحتی می‌توانند از ساختمان خارج شوند، این نکته را مشخص می‌کند.

معمولاً در شکل‌های مربوط به استانداردها، نمودارها و تصاویری از موضوعات مختلف نشان داده می‌شود. از این رو، در شکل 7 نیز می‌توانید نموداری از نیروی لازم برای باز کردن یک درب لولایی ساده را مشاهده کنید که این نیرو باید مطابق با استانداردهای مشخص شده باشد تا امکان دسترسی آسان به اماکن ایمن در صورت بروز حریق فراهم شود.

در زمانی که سیستم کنترل دود فعال می‌شود، می‌توان نیروی مورد نیاز برای باز کردن درب را از معادله زیر به‌دست آورد:

معادله(1)

اگر این معادله بر حسب اختلاف فشار نوشته شود، آنگاه خواهیم داشت :

معادله(2)

که در آن:

A= مساحت درب، فوت مربع ( متر مربع)

d= فاصله از دستگیره درب تا لولایی درب ، فوت ( متر )

F= کل نیروهای مورد نیاز جهت باز کردن درب، پوند ( نیوتن)

FDC= نیروی خود بسته شو درب  ، پوند ( نیوتن )

W= عرض درب، فوت ( متر )

P ∆= اختلاف فشار در دو طرف درب، اینچ آب ( پاسکال )

معادلات (1و2) برای درب‌های که به ‌چهارچوب گیر نمی‌کنند و دارای لولایی مناسب و روغن کاری شده و روان باشند کاربرد داشته و قابل استفاده هستند.

نیرویی که در هنگام باز و بسته شدن درب به وجود می‌آید، به این دلیل که درب را باز می‌کنیم، افزایش می‌یابد، همانطور که قانون سوم نیوتن نیز می‌گوید. در سیستم‌های کنترل، وقتی درب کمی باز می‌شود، فشار هوا کاهش می‌یابد و در نتیجه اختلاف فشار در دو طرف درب نیز به سرعت کاهش می‌یابد. در معادلات (1 و 2)، نیروی خود بسته شو درب، به معنی نیرویی است که در زمان اولیه باز شدن درب تا زمانی که درب کمی باز است، وجود دارد. این نیرو در واقع نشان‌دهنده نیرویی است که در جک درب ذخیره شده است.

یک روش ساده برای محاسبه نیروی باز شدن درب، استفاده از نیروسنج‌های فنری است. این نیروسنج‌ها برای اندازه‌گیری نیرویی که در زمانی که هیچ اختلاف فشاری در دو طرف درب وجود ندارد، به وجود می‌آید، استفاده می‌شوند.

به نظر می‌رسد که از معادله (1) می‌توان نتیجه گرفت که زمانی که اختلاف فشار در دو طرف درب برابر صفر است، نیروی کلی برای باز شدن درب، مشابه نیروی Fdc مورد نیاز برای غلبه بر نیروی جک خودبسته شو است. در جدول 9-2، نیروی مورد نیاز برای باز کردن درب به ازای حداکثر اختلاف فشار محاسبه شده از معادلات (2) برای محدوده‌ای از نیروی خودبسته شو ارائه شده است. در مثال 9-2 نشان داده شده است که چگونه نیروی مورد نیاز برای باز کردن درب محاسبه می‌شود.

بعد از شناسایی حریق، سیستم به سرعت باید دستوری برای تغییر وضعیت تابلوی کنترل فن‌ها از حالت عادی به حالت حریق صادر کند.

ظرفیت فن فشارمثبت مطابق دستورالعمل سازمان آتش نشانی تهران

در ساختمان‌های غیرمسکونی یا در ساختمان‌های مسکونی که ارتفاع شفت پلکان آنها کمتر از 30 متر است، نیازی به کانال کشی برای تزریق هوا وجود ندارد و می‌توان هوا را از یک نقطه (مثلاً از بام) به داخل شفت پلکان تزریق کرد.

اما اگر ارتفاع شفت پلکان بیشتر از 30 متر باشد (حدوداً 10 طبقه)، لازم است که سیستم فشار مثبت به صورت کانال کشی نصب شده و در هر سه طبقه، از طریق یک دریچه با ابعاد مناسب، هوا به شفت پلکان وارد شود. برای ساختمان‌های با ارتفاع کمتر از 30 متر و حدود 24 واحد، می‌توان از جدول 1 برای مشاهده موارد استفاده کرد.

در ساختمان‌های مسکونی با بیش از 12 طبقه یا بیش از 24 واحد، همچنین در ساختمان‌های غیرمسکونی، سیستم فشار مثبت باید به طریقی طراحی شود که با استفاده از محاسبات دینامیکی، میزان فشار هوای داخل شفت پلکان در محدوده استاندارد باقی بماند.

این امر به وسیله استفاده از سیستم کنترلی مناسب، دریچه‌های اطمینان، تغییر ظرفیت فن‌ها و ابزارهای مشابه به دست می‌آید تا فشار در شفت پلکان به حداکثر بهره‌وری و در محدوده‌ی مشخصی تنظیم شود.

اگر درب‌ها به دلیل عدم اختلاف فشار مناسب در پشت آن‌ها، در محدوده مجاز مشخص شده در جدول 10 قرار نگیرند، لازم است که هوا به جای تزریق از یک نقطه، از دو نقطه وارد شود.

در ساختمان‌های غیرمسکونی و همچنین ساختمان‌های مسکونی با ارتفاع شفت پلکان بیشتر از 30 متر، برای محاسبه فشار داخل شفت پلکان، نباید از محاسبات سرانگشتی استفاده کرد. بلکه باید با توجه به شرایط خاص ساختمان، مانند تعداد درب‌های باز و سایر عوامل موثر مانند اثرات باد و غیره، محاسبات دقیق انجام شود.

برای این کار، از نرم‌افزارهایی مانند Contam و Ventus استفاده می‌شود که بر اساس استانداردهای ASHRAE و NFPA 92 طراحی شده‌اند. این نرم‌افزارها به تحلیل میزان اختلاف فشار پشت درب‌ها و نیز ظرفیت فن با توجه به نشتی‌های موجود در جداره‌ها کمک می‌کنند.

نرم افزار کانتم

شکل 8 باز شدن منوی گشودنی با راست کلیک کردن

شکل 9 پلان قسمت‌های مختلف ساختمان

مساحت جریان و سطح نشتی

در جدول زیر، نحوه محاسبه نشتی بر اساس نسبت سطح نشتی درزها به مساحت دیوارها و کف‌های ساختمان نمایش داده شده است. برای نشتی کف، تنها درزها و شکاف‌های بین کف و دیواره‌های نما (مانند شیشه‌ها) مورد محاسبه قرار می‌گیرد. در مورد بازشوهای بزرگ مانند درب‌های باز و پنجره‌های اتصال داده به فضای حریق، جریان دو طرفه در نظر گرفته می‌شود و از ضریب 0.7 برای محاسبه مساحت جریان استفاده می‌شود.