سیستم‌های تخلیه دود آتریوم ها

سیستم‌های تخلیه دود آتریوم ها یکی از موارد مهم در کنترل آتش به حساب می آیند. ما در این مقاله قصد بررسی سیستم‌های تخلیه دود آتریوم‌ها را داریم، که یکی از چالش برانگیزترین موضوعات از لحاظ مهارکردن آتش و سیستم  کنترل دود  و تخلیه دود است. قبل از آن شاید شما بپرسید که اصلاً آتریوم به چه فضاهایی گفته می‌شود؟
در حقیقت آتریم به فضاهای بزرگ و بازی گفته می‌شود که معمولاً بعد از ورودی اصلی دیده می‌شوند. این فضاها در میان ساختمان قرار دارند و دارای سقف شیشه‌ای یا پنجره‌های بزرگ هستند. از این فضاها درگذشته در کشورهای مختلف از جمله روم باستان به جهت نورگیر بودن و تهویه داخلی به کرات استفاده می‌شد. اما نکته‌ای که طراحی آتریوم را برای مهندسین کمی چالش برانگیز می‌کند، کنترل دود و جلوگیری از سرایت آتش به طبقات بالا در هنگام آتش‌سوزی است.

سیستم‌های تخلیه دود آتریوم‌ها

شاید اکثر مردم تصور کنند که تهویه طبیعی روش مناسبی برای تخلیه دود در آتریوم‌ها است و سبب صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شود، این گفته تا حدودی می‌تواند صحیح باشد. اما باید در نظر داشت اگر فضای آتریوم در معرض فضای بیرون قرار بگیرد، فضای آتریوم سطح تماس بیشتری با رطوبت و دمای بیرون خواهد داشت.

این امر سبب بالارفتن ریسک افزایش رسانش گرما و هوای بیشتر می‌شود که می‌تواند عملیات مهار آتش در هنگام حادثه را سخت کند؛ بنابراین باید راهکارهای دقیق و راهنمایی‌های مشخصی وجود داشته باشد که به ما بگوید چه زمان بهتر است از تهویه طبیعی استفاده کنیم یا نکنیم. یا مثلاً بخشی از آتریوم را به طور طبیعی تهویه کنیم و برای بخش دیگر استراتژی دیگری به کار گیریم.

طبقه همکف آتریوم، بی‌دردسرترین طبقه برای تخلیه و تهویه به ویژه تهویه طبیعی است؛ اما در طبقه همکف هم تهویه طبیعی نمی‌تواند ۱۰۰% هوا را در ساعات اشغال تهویه کند، در بهترین حالت و در هنگام صبح، تهویه طبیعی نهایت تا ۶۶% بتواند شرایط مطلوب را به وجود آورد.

آتریوم فضای بزرگ و عمودی مانند است که در معماری هتل‌ها، مراکز خرید چندطبقه، مدرسه و سایر ساختمان‌های عمومی بزرگ به کرات دیده می‌شود. این نوع فضا به دلیل نفوذپذیری بصری بالا و انعطاف پذیر کردن پلان ساختمان‌ها بسیار موردتوجه قرار می‌گیرد. آتریوم به دلیل عملکرد داخلی پیچیده، تراکم جمعیت و راه داشتن طبقات به هم در مهار کردن آتش و جداسازی دود به شدت نیازمند تدابیر مهمی است.

هنگامی که دود در آتریوم پخش می‌شود، ستون دود به بالا و پایین می‌رود و هوای سالم اطراف را در خود می‌پیچد و می‌تواند باعث شود دما پیوسته بالا رود. پخش دود در اطراف سقف و طبقات مختلف باعث می‌شود لایه لایه‌هایی از دود به وجود آید که به مرور مانند یک توده مهارنشدنی به نظر برسد.

آنچه برای تخلیه دود در آتریوم‌ها مدنظر است این است که دود یا از آن به طور مستقیم تخلیه شود، یا پخش شود، یا در سطحی نگاه داشته شود که به مردم فرصت دهد تا بتوانند محیط را ترک کنند و محیطی پایدار برای آتش‌نشان‌ها به وجود آورد تا بتوانند شرایط را تحت کنترل داشته باشند.

طراحی سیستم‌های تخلیه دود آتریوم‌ها دارای سه روش اصلی است:

•  تجمع دود
•  تخلیه طبیعی دود(به دو دسته پایا و ناپایا تقسیم می‌شود)
• تخلیه مکانیکی دود(به دو دسته پایا و ناپایا تقسیم می‌شود)

سیستم تخلیه دود به روش تجمع دود

این روش به‌ندرت و در ساختمان‌های محدودی کاربرد دارد. در این روش هیچ نوع سیستمی برای تخلیه دود در آتریوم وجود ندارد. در حقیقت، هنگام آتش‌سوزی، لایه تشکیل‌شده از دود، به زیر سقف در قسمت فوقانی آتریوم می‌رود و این لایه تشکیل‌شده از دود، پیوسته ضخیم‌تر و ضخیم‌تر می‌گردد.

هرقدر زمان بگذرد، قسمت تحتانی لایه به پایین حرکت می‌کند. مهندسین با محاسبه ارتفاع لایه دود و نسبت آن با قد افراد( ارتفاع لایه دود باید از قد افراد بلندتر باشد) و تخمین‌ زدن مدت زمانی که نیاز است تا مردم آتریوم را تخلیه کنند، تشخیص می‌دهند که آیا می‌توان از این سیستم در آتریوم استفاده کرد یا خیر؟

سیستم تخلیه دود به روش طبیعی

سیستم تخلیه دود به روش طبیعی، روشی است که در آن با استفاده از فشاری که به دلیل تفاوت دما بین محیط داخل آتریوم و خارج آتریوم به وجود می‌آید، دود وادار به حرکت می‌شود تا با هوای بیرون ادغام شود. در این روش، باد و فشار ناشی از آن، تأثیر زیادی بر سرعت تخلیه دود دارد.

سیستم تخلیه دود به روش طبیعی توسط بازشوهایی که روی سقف کار می‌شوند صورت می‌گیرد. گاه)ی نیز با استفاده از بازشوهایی که به صورت معکوس در روی دیوارها وجود دارند این نوع روش تخلیه دود انجام می‌گیرد، اما استفاده از بازشوهای سقف بیشتر رایج است. این روش می‌تواند دود را به بیرون هدایت کند، بدون آنکه از جت فن یا هر وسیله مکانیکی دیگری برای تخلیه دود استفاده کرده باشیم.

هنگامی که آشکارسازهای آتش(سیستم اعلام حریق) وجود آتش در ساختمان را هشدار می‌دهد، بازشوها فوراً باز خواهند شد. تعداد و وضعیت بازشوها، ضخامت لایه دود، قدرت باد، جهت باد، سرعت باد، همگی نقش مهمی در بازده خروجی دود به روش تخلیه طبیعی را دارند.

با توجه به اینکه وزش باد و شرایط آب و هوایی بر روی عملکرد سیستم تخلیه دود به روش طبیعی تأثیر زیادی می‌گذارد، به‌منظور تحلیل سامانه‌های تخلیه دود به روش طبیعی بهتر است که از مدل‌های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و شبیه سازی عددی استفاده شود.

اما همان‌طور که گفتیم، تخلیه دود به روش طبیعی به دو گونه پایا و ناپایا تقسیم می‌شود. تفاوت این دو در این است که در روش ناپایا، بازشوها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که دبی تخلیه هوا صرفاً سبب می‌شود که تجمع لایه و دود با سرعت کمتری صورت بگیرد و زمان بیشتری برای تخلیه افراد از آتریوم به وجود آید.

سیستم تخلیه دود به روش مکانیکی

محبوب‌ترین روش برای تخلیه دود در آتریوم‌ها، تخلیه دود به روش مکانیکی است. در صورتیکه زمان تخلیه ی مردم طولانی‌تر از زمان تشکیل ارتفاع استاندارد لایه ی دود در هنگام تجمع دود شود، یا به دلیل محدودیت‌های محیطی نتوان سیستم تخلیه دود طبیعی را اعمال کرد، از سیستم تخلیه دود به روش مکانیکی و پویا استفاده می‌کنیم.  سیستم تخلیه دود به روش مکانیکی نیازمند قراردادن فن‌های تخلیه هوا در قسمت فوقانی آتریوم است.

فرمول محاسبه جریان حجمی گازهای خروجی در سیستم های تخلیه دود مکانیکی برای شرایط پایا به این صورت است:
V= Cvf M/Pp
جریان حجمی گازهای خروجی =V
توده گاز تخلیه شده= M
غلظت گازهای تخلیه‌شده= Pp
Cvf= 60

طراحی سیستم تهویه مکانیکی باید علاوه بر محاسبه میزان دودی که فن‌های تخلیه می‌توانند آن‌ها را از فضا خارج کنند باشد، بلکه همچنین در تعیین تعداد فن‌های مورد نیاز نیز باید دقت لازم به عمل آورد.

در حقیقت امکان دارد که استفاده از تنها یک فن آن را مجبور به کار با بازده بسیار بالا کند که این امر ممکن است منجر به پدیده غوطه‌وری شود؛ بنابراین باید حداکثر میزان جریان توده تأیید شود تا اگر هم یک فن کافی بود، پدیده غوطه‌وری رخ ندهد. این پروسه نیز محاسبات خاص خود را دارد.

هنگام نصب انواع پروانه فن و سیستم تخلیه دود در آتریوم باید در نظر داشت که این سیستم‌ها توسط حسگرها و سنسورها فعال می‌شوند، و این سنسورها ممکن است در اثر شرایط محیطی و قرارگرفتن هوای گرم در نزدیکی آن‌ها نتوانند دود را فوراً تشخیص دهند. با بومی‌سازی و تدبیر لازم هنگام اجرای تیرها و پخش آن‌ها به‌صورت درست می‌توان از این مشکل جلوگیری کرد. فن‌های تخلیه دود مقاوم به حریق در تیپ‌های محوری، سقفی و لابی موجود هستند.

این روش نیز همانند روش تخلیه دود به‌صورت طبیعی دو نوع پایا و ناپایا دارد که تفاوت آن‌ها همان‌طور که ذکر شد در این است که در روش ناپایا صرفاً دبی هوای خارج‌شده از آتریم کمتر از روش پایا خواهد بود تا فرصت بیشتری برای تخلیه افراد و ایجاد شرایط مناسب برای آتش‌نشانان فراهم شود.

معماری آتریوم به شدت پیچیده و متنوع است، طراحی منطقی و کاربردی برای سیستم‌های تخلیه دود آتریوم‌ها به شدت ضروری و مهم است. سیستم تخلیه دود به روش مکانیکی پرکاربردترین روش برای تخلیه دود در آتریوم‌هاست.

این روش می‌تواند دمای گاز مشتعل را کاهش دهد، سرعت تجمع لایه‌های دود را کم کند، مقدار دودی را که باید از آتریوم خارج شود را محاسبه کند و به طور کلی شرایط را به حالت پایدار درآورد. البته لازم به ذکر است که در شرایط آتش‌سوزی، صرف اتکا به تخلیه دود مکانیکی به منظور پایین آوردن دمای آتریوم کافی و ایدئال نیست.