کارکرد سیستم تهویه مطبوع در ساختمان‌های بلندمرتبه چگونه است؟
بومی‌سازی قطعات و حذف وابستگی به واردات مهمترین هدف شرکت اطلس تک جاوید
2 آبان 1402
بررسی چالش‌های صنعت تهویه مطبوع در گفت‌وگو با شهرام دلفانی
2 آبان 1402
مصطفی سفیدگر مشاور بخش مهندس آتش مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی
امروزه در بسیاری از کشورها از جمله ایران، تمایل به بلندمرتبه‌سازی در ساختمان‌ها بسیار افزایش یافته است. به‌رغم مزیت‌های این ساختمان‌ها اما ساختمان‌های بلندمرتبه چالش‌های منحصربه‌فردی در مورد ایمنی آتش دارند. در این ساختمان‌ها، دود یکی از نگرانی‌های اصلی است زیرا می‌تواند به سرعت پخش شود، دید را مسدود کند، به اموال آسیب برساند و خطرات سلامتی شدیدی را برای ساکنان به همراه داشته باشد و همان‌طور که تمامی آمارها نشان می‌دهد در آتش‌سوزی‌ها، دود عامل اصلی مرگ‌ومیر است. در ساختمان‌های بلندمرتبه اثراتی مانند اثر دودکشی (اختلاف دمای داخل و خارج) و باد بسیار بیشتر و پراهمیت‌تر از سایر ساختمان‌هاست.
از سوی دیگر به دلیل ماهیت این‌گونه ساختمان‌ها و حضور تعداد بالای ساکنان در چنین ساختمان‌هایی زمان تخلیه افراد طولانی‌تر از ساختمان‌های دیگر و احتمال در معرض دود قرار گرفتن آنها بیشتر می‌شود. در چنین ساختمان‌هایی حفاظت از راه‌های فرار و همچنین راه‌پله و آسانسورها از اهمیت فراوانی برخوردار است. این موضوع اهمیت توجه بیشتر در مورد حفاظت حریق ساختمان‌های بلندمرتبه را نشان می‌دهد. در ادامه این مقاله به اهمیت کاربرد سیستم‌های تهویه مطبوع معمول در کنترل دود این ساختمان‌ها پرداخته خواهد شد.
به منظور ایجاد شرایط کاری راحت و ایمن، ساختمان‌های هوشمند مدرن همیشه مجهز به سیستم گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع (HVAC) پیشرفته با سیستم کنترلی کامل هستند. وجود سیستم تهویه مطبوع در داخل ساختمان باعث گردش هوا در جهات مشخص می‌شود. در طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع در سال‌های اخیر جنبه‌های صرفه‌جویی در انرژی مورد مطالعه و تحقیق قرار گرفته است. اما از سوی دیگر، تاثیر سیستم‌های HVAC و عملکرد آنها بر ایمنی ساختمان در هنگام آتش‌سوزی کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. واضح است که عملیات HVAC می‌تواند بر انتشار دود در ساختمان تاثیر بگذارد و بر سیستم اعلام حریق، سیستم تخلیه دود و سیستم خروج ساکنان اثرگذار باشد.
شکل 1- سیستم کنترل دود در ساختمان‌ها بلندمرتبه
روش سنتی در مورد ارتباط سیستم‌های HVAC و سیستم‌های ایمنی حریق و کنترل دود خاموش کردن آنها در هنگام آتش‌سوزی ساختمان است. در حال حاضر در ایران نیز در بیشتر پروژه‌ها از همین روش استفاده می‌شود، اما سیستم‌های HVAC را می‌توان طوری طراحی کرد که در حالت کنترل دود در هنگام آتش‌سوزی ساختمان کار کنند و عملکرد فعال داشته باشند. در رویکرد جدید نسبت به سیستم‌های HVAC از این سیستم‌ها برای کنترل دود ناحیه‌ای (Zoned Smoke Control) استفاده می‌شود. در واقع سیستم‌های تهویه برای فشار مثبت کردن یا منفی کردن فضاهای هدف مورد توجه قرار می‌گیرند. البته لازم به توضیح است که به این منظور باید تجهیزات اختصاصی به سیستم HVAC اضافه شود.
در کنترل دود منطقه‌ای، یک ساختمان به تعدادی منطقه تقسیم می‌شود که هر کدام با موانع مناسب دود و آتش از بقیه جدا می‌شوند. در صورت وقوع آتش‌سوزی، منطقه دارای آتش را منطقه دود می‌گویند و بقیه مناطق غیردود نامیده می‌شود. مناطقی که با ناحیه دود هم‌مرز هستند، مناطق اطراف نامیده می‌شوند. به منظور حفاظت فضاهای مجاور از نفوذ دو روش کنترل دود غیرفعال (Passive) و کنترل دود فعال (Active) مدنظر قرار می‌گیرد. در روش غیرفعال فقط از موانع دود استفاده می‌شود (این روش در مقررات ملی ایران تاکید شده است) و در حفاظت فعال سیستم‌های ایجادکننده اختلاف فشار استفاده می‌شوند (این موضوع در حال حاضر کمتر مورد توجه طراحان قرار دارد). به‌طور کلی ترکیبی از این دو دیدگاه می‌تواند ایمنی حریق مناسبی ایجاد کرده و شرایط تخلیه ایمن متصرفان ساختمان را فراهم کند.
در شکل ۲ پیکربندی از کنترل دود ناحیه‌ای نشان داده شده است. در این شکل ناحیه دود با علامت منفی و مناطق اطراف با علامت مثبت نشان داده شده است. اغلب منطقه دود یک طبقه از ساختمان است (شکل ۲- الف). یک روش رایج دیگر است که منطقه دود طبقه آتش‌گرفته را به اضافه طبقات مستقیماً در بالا و زیر طبقه آتش در نظر بگیریم؛ همان‌طور که در شکل ۲- ب نشان داده شده است. همچنین می‌توان در ساختمان‌هایی مانند بیمارستان‌ها که دارای بخش‌های مختلف است منطقه دود می‌تواند بخشی از یک طبقه باشد، همان‌طور که در شکل ۲- پ نشان داده شده است.
رویکرد معمول برای کنترل دود منطقه‌ای، تخلیه منطقه دود و تحت فشار قرار دادن مناطق اطراف است، اما در حال حاضر رویکردهای متفاوت دیگری نیز برای این منظور وجود دارند. روش‌هایی که می‌توان برای کنترل ناحیه دود استفاده کرد عبارت‌اند از: ۱- تخلیه مکانیکی (فن)، ۲- کنترل غیرفعال دود با استفاده از موانع دود، ۳- دریچه‌های تهویه روی دیوار خارجی، یا ۴- شفت‌های مختص حرکت دود. تخلیه مکانیکی متداول‌ترین روش است و کنترل غیرفعال دود با استفاده از موانع دود ممکن است زمانی که تخلیه مکانیکی عملی نباشد رضایت‌بخش باشد. روش‌های سوم و چهارم در حال حاضر کمتر مورد توجه است اما همچنان در برخی کشورهای اروپایی استانداردهایی در مورد استفاده از این روش‌ها وجود دارد.
شکل 2- سیستم کنترل دود ناحیه‌ای
همان‌طور که اشاره شده در سیستم‌های کنترل دود ناحیه‌ای، سیستم‌های متکی بر فن بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. دیدگاه اول در مورد این سیستم‌ها در نظر گرفتن یک سیستم کاملاً مستقل است. در این شرایط سیستم نیازمند کانال‌کشی مستقل و همچنین استفاده از تجهیزات مجزاست. این موضوع هرچند می‌تواند کنترل سیستم مدیریت دود و ایمنی را ساده‌تر کند ولی به دلیل اینکه باعث اشغال بخشی از ساختمان و فضاهای سقف کاذب که در بسیاری از موارد فضای کافی ندارند می‌شود مورد استقبال قرار نمی‌گیرد. روشی که در حال حاضر در سایر کشورها مرسوم است در نظر گرفتن برخی الزامات در طراحی سیستم HVAC است که بتوان از آنها در زمان آتش‌سوزی برای کنترل دود ناحیه‌ای بهره گرفت.
سیستم HVAC مورد بحث در اینجا یک سیستم حجم هوای متغیر (VAV) با سیستم تامین هوای تازه است. به دلایل صرفه‌جویی در انرژی، این سیستم به‌طور گسترده استفاده می‌شود. سیستم تامین هوای تازه اجازه می‌دهد تا زمانی که شرایط آماده است از هوای بیرون برای ایجاد شرایط مطبوع در داخل ساختمان به جای سیستم‌های گرمایش و سرمایش استفاده شود. شکل ۳ این سیستم را در حالت کارکرد معمولی HVAC نشان می‌دهد. این سیستم شامل تعدیل‌کننده دمپر هوای برگشتی، دمپر اگزاست و دمپر هوای بیرون برای تنظیم مقدار هوای خارج‌شده به ساختمان است. سیستم VAV دارای فن‌های VAV برای هوای رفت و برگشت است که برای تنظیم دبی سیستم HVAC در صورت نیاز کاربرد دارد. این سیستم به تعدادی از مناطق تهویه مطبوع سرویس می‌دهد و هر منطقه دارای یک جعبه ترمینال است که میزان هوای واردشده به آن فضا را کنترل می‌کند.
در صورتی که روش کنترل دود ناحیه‌ای ایجاد فشار مثبت در فضاهای اطراف باشد سیستم HVAC به این صورت عمل می‌کند: ۱- دمپر برگشت و دمپر اگزاست بسته است، ۲- دمپر هوای تازه باز است، ۳- فن برگشت در صورت وجود خاموش است و ۴- فن هوای رفت بر روی دبی تعیین‌شده در هنگام متعادل کردن سیستم کنترل دود تنظیم شده است (شکل ۴).
در صورتی که روش کنترل دود ناحیه‌ای ایجاد فشار منفی در ناحیه دود باشد سیستم HVAC به این صورت عمل می‌کند: ۱- دمپر برگشت و دمپر هوای تازه بسته است، ۲- دمپر اگزاست باز است، ۳- فن تغذیه خاموش است و
۴- فن برگشت به نرخ جریان تعیین‌شده در هنگام بالانس کردن سیستم کنترل دود تنظیم شده است (شکل ۵).
همان‌طور که ملاحظه شد در حال حاضر به منظور افزایش ایمنی حریق ساختمان‌ها به‌خصوص ساختمان‌های بلندمرتبه، طراحان سیستم‌های ایمنی حریق در برخی از کشورها به استفاده از سیستم‌های کنترل دود ناحیه‌ای در کنار سیستم‌های فشار مثبت راه‌پله‌ها روی آورده‌اند. اما این موضوع مستلزم آن است که هماهنگی‌هایی بین تیم طراحی سیستم HVAC نرمال ساختمان و سیستم ایمنی حریق ساختمان صورت پذیرد تا بتوان از شرایط موجود و با حداقل تاثیر بر معماری ساختمان برای افزایش ایمنی حریق ساختمان استفاده کرد. به نظر می‌رسد در ایران نیز با توجه به روند رو‌به رشد ساختمان‌های بلندمرتبه طراحان ایمنی حریق و تاسیسات به این موضوع بیشتر توجه کرده و شرایط لازم برای ایجاد هماهنگی را فراهم کنند.
سیستم کنترل دود ناحیه‌ای
