سیستم فشار مثبت پلکان و فنهای مورد استفاده در سیستمهای کنترل دود
معرفی
راهپلههای فرار یکی از مهمترین مسیرهای خروج اضطراری در ساختمانها هستند و حفظ قابلیت استفاده از آنها در زمان وقوع حریق، نقش بسیار مهمی در ایمنی افراد دارد.
یکی از روشهای متداول برای حفاظت از راهپلهها در برابر نفوذ دود، استفاده از سیستم فشار مثبت پلکان (Stairwell Pressurization System) است.
در این سیستم، هوای تازه توسط یک یا چند فن به داخل راهپله تزریق میشود تا فشار هوای داخل پلکان نسبت به فضاهای مجاور افزایش پیدا کند. این اختلاف فشار باعث میشود جریان هوا از سمت راهپله به سمت فضای مجاور حرکت کرده و از ورود دود به مسیر خروج جلوگیری یا آن را محدود کند.
سیستم فشار مثبت پلکان معمولاً شامل مجموعهای از تجهیزات زیر است:
- فن فشار مثبت
- کانال تأمین هوا
- دریچههای ساپلای
- دمپرهای کنترلی
- دمپرهای دود و حریق در محلهای مورد نیاز
- تابلو کنترل
- سیستم کنترل دور فن در صورت نیاز
- سیستم اعلام حریق
- سنسورهای فشار
- Pressure Relief Damper یا راهکارهای کنترل فشار
- سیستم مانیتورینگ و Cause & Effect
عملکرد صحیح این مجموعه باید بهصورت یک سیستم یکپارچه طراحی شود.
. هدف اصلی سیستم فشار مثبت پلکان
هدف اصلی سیستم Pressurization، جلوگیری از ورود دود به راهپله در زمان حریق است.
در حالت عادی، راهپله ممکن است تقریباً در شرایط فشار محیط قرار داشته باشد. اما هنگام وقوع حریق، سیستم فشار مثبت فعال شده و با تأمین هوای تازه، فشار داخل پلکان را نسبت به فضای مجاور افزایش میدهد.
در نتیجه، در صورت وجود درز یا بازشو، جریان هوا تمایل دارد از سمت راهپله به سمت فضای مجاور حرکت کند.
این جریان هوا میتواند از نفوذ دود به داخل مسیر فرار جلوگیری کرده یا میزان ورود دود را کاهش دهد.
هدف سیستم این نیست که صرفاً فشار بسیار زیادی در راهپله ایجاد کند؛ بلکه باید یک تعادل مهندسیشده بین اختلاف فشار، نشت هوا و قابلیت باز و بسته شدن درها برقرار شود.
- اجزای اصلی سیستم Pressurization
یک سیستم فشار مثبت پلکان معمولاً از بخشهای زیر تشکیل میشود:
فن Pressurization
وظیفه فن، تأمین حجم هوای مورد نیاز برای ایجاد فشار مثبت در راهپله است.
کانال ساپلای
کانال وظیفه انتقال هوا از فن به نقاط مختلف راهپله را بر عهده دارد.
دریچههای ساپلای
هوا از طریق این دریچهها وارد فضای راهپله میشود.
دمپرها
برای کنترل مسیر جریان هوا و جداسازی بخشهای مختلف سیستم استفاده میشوند.
سنسور فشار
برای اندازهگیری فشار داخل راهپله و کنترل عملکرد سیستم مورد استفاده قرار میگیرد.
تابلو کنترل
فرمان راهاندازی و کنترل تجهیزات سیستم را بر عهده دارد.
سیستم اعلام حریق
در زمان تشخیص حریق، فرمان فعال شدن سیستم فشار مثبت را صادر میکند.
Pressure Relief
در صورت افزایش بیش از حد فشار، میتواند به کنترل فشار و جلوگیری از ایجاد نیروی بیش از حد روی درهای خروج کمک کند.
- نحوه عملکرد سیستم فشار مثبت
عملکرد کلی سیستم را میتوان بهصورت زیر نمایش داد:
Fire Detection
↓
Fire Alarm Activation
↓
Pressurization System Start
↓
Supply Fan Start
↓
Air Supply to Stairwell
↓
Positive Pressure Established
↓
Smoke Ingress Reduced
این عملکرد باید با Cause & Effect سیستم اعلام حریق هماهنگ باشد.
در ساختمانهای پیچیده ممکن است سیستم به گونهای طراحی شود که با فعال شدن حریق در یک طبقه، سیستم فشار مثبت راهپله و سایر فضاهای محافظتشده مطابق سناریوی تعیینشده وارد مدار شوند.
- اختلاف فشار در سیستم Pressurization
یکی از مهمترین پارامترهای طراحی سیستم فشار مثبت، اختلاف فشار بین راهپله و فضای مجاور است.
اختلاف فشار باید به اندازهای باشد که از نفوذ دود جلوگیری کند، اما نباید آنقدر زیاد باشد که باز کردن درهای خروج دشوار شود.
بنابراین، طراحی سیستم باید همزمان دو هدف را تأمین کند:
Smoke Protection
و
Door Operability
به همین دلیل، صرفاً انتخاب یک فن با دبی زیاد نمیتواند تضمینکننده عملکرد صحیح سیستم باشد.
- تأثیر باز و بسته بودن درها
یکی از چالشهای اصلی سیستم Pressurization این است که وضعیت درهای ساختمان دائماً ثابت نیست.
در شرایط مختلف ممکن است:
- تمام درها بسته باشند.
- یک در باز باشد.
- چند در همزمان باز باشند.
- درب ورودی ساختمان باز باشد.
- دربهای طبقات مختلف باز باشند.
با باز شدن درها، مسیر خروج هوا تغییر کرده و فشار داخل راهپله کاهش مییابد.
به همین دلیل، طراحی سیستم باید شرایط مختلف بهرهبرداری و سناریوهای اضطراری را در نظر بگیرد.
- فن Axial در سیستم فشار مثبت
یکی از گزینههای رایج برای تأمین هوای سیستم فشار مثبت، استفاده از Axial Fan است.
فنهای آکسیال جریان هوا را در راستای محور چرخش پروانه حرکت میدهند.
مزایای این فنها میتواند شامل موارد زیر باشد:
- ظرفیت هوادهی بالا
- ابعاد نسبتاً مناسب
- امکان نصب در مسیر کانال
- قابلیت استفاده در سیستمهای هوای جبرانی
- مناسب بودن برای برخی کاربردهای Pressurization
فنهای Axial در سیستمهایی که نیاز به دبی بالا و فشار استاتیک نسبتاً پایین تا متوسط دارند، میتوانند گزینه مناسبی باشند.
با این حال، انتخاب فن باید بر اساس نقطه کاری واقعی سیستم انجام شود.
- فن سانتریفیوژ (Centrifugal Fan)
فنهای سانتریفیوژ نیز یکی از گزینههای متداول در سیستمهای تأمین هوا و کنترل دود هستند.
در این فنها، هوا از مرکز پروانه وارد شده و در اثر نیروی گریز از مرکز به سمت محیط پروانه هدایت میشود.
مزایای فنهای سانتریفیوژ میتواند شامل موارد زیر باشد:
- قابلیت ایجاد فشار استاتیک بالاتر
- مناسب برای شبکههای کانالکشی با مقاومت بیشتر
- تنوع زیاد در نوع پروانه
- قابلیت استفاده در سیستمهای مختلف Smoke Control
- امکان انتخاب برای شرایط کاری متنوع
در ساختمانهایی که شبکه کانالکشی دارای افت فشار قابل توجه است، فن سانتریفیوژ ممکن است گزینه مناسبتری نسبت به برخی انواع فنهای آکسیال باشد.
- مقایسه فن Axial و Centrifugal
انتخاب بین فن Axial و Centrifugal باید بر اساس نقطه کاری سیستم انجام شود.
بهصورت کلی:
Axial Fan
مناسبتر برای:
- دبیهای بالا
- فشار استاتیک پایین تا متوسط
- فضای نصب محدود
- برخی سیستمهای Pressurization
- برخی سیستمهای Make-up Air
Centrifugal Fan
مناسبتر برای:
- فشار استاتیک بالاتر
- شبکه کانال با مقاومت بیشتر
- سیستمهای دارای افت فشار قابل توجه
- برخی کاربردهای Smoke Exhaust
- سیستمهای صنعتی و تخصصی
البته این تقسیمبندی مطلق نیست و انتخاب نهایی باید بر اساس منحنی عملکرد فن، دبی، فشار استاتیک و شرایط پروژه انجام شود.
- فنهای مقاوم در برابر حریق و مفهوم F300 و F400
یکی از موضوعات مهم در سیستمهای کنترل دود، قابلیت عملکرد فن در دمای بالا است.
اصطلاحاتی مانند:
F300
و
F400
در بسیاری از استانداردها و مشخصات فنی برای بیان کلاس عملکرد حرارتی فنهای مورد استفاده در تخلیه دود به کار میروند.
بهطور کلی، عدد مربوط به دما بر حسب درجه سانتیگراد بیان میشود و عدد مربوط به زمان، مدت عملکرد فن در شرایط آزمونشده را مشخص میکند.
برای مثال، ممکن است یک فن برای عملکرد در دمای بالا در مدت زمان مشخصی طبقهبندی شود.
نکته مهم این است که F300 یا F400 نوع فن نیستند؛ بلکه یک مشخصه یا کلاس عملکرد حرارتی هستند که باید در کنار نوع فن مانند Axial یا Centrifugal بررسی شوند.
بنابراین ممکن است یک فن از نظر هندسی:
Axial Fan
باشد و از نظر کلاس عملکرد حرارتی:
F300
طبقهبندی شده باشد.
یا یک فن:
Centrifugal Fan
باشد و برای یک کلاس دمایی بالاتر طراحی شده باشد.
- فنهای F300
فنهایی که برای کلاسهای عملکردی مانند F300 طراحی و تأیید شدهاند، برای کاربردهایی در نظر گرفته میشوند که فن باید در شرایط حریق و دمای بالا برای مدت مشخصی عملکرد خود را حفظ کند.
این فنها ممکن است در سیستمهایی مانند:
- Smoke Exhaust
- پارکینگها
- تونلها
- فضاهای صنعتی
- ساختمانهای بزرگ
- سیستمهای تخلیه دود
استفاده شوند.
اما استفاده از فن F300 برای سیستم فشار مثبت پلکان همیشه الزامی نیست.
دلیل این موضوع این است که فن فشار مثبت معمولاً برای تأمین هوای تازه طراحی میشود و اگر محل نصب و مسیر مکش هوا به گونهای باشد که فن در معرض دود و دمای حریق قرار نگیرد، شرایط انتخاب فن با فن تخلیه دود متفاوت خواهد بود.
بنابراین، نباید صرفاً به دلیل اینکه پروژه دارای سیستم Smoke Control است، تمام فنها را F300 یا F400 انتخاب کرد.
- فنهای F400
کلاسهای عملکردی بالاتر مانند F400 برای شرایطی در نظر گرفته میشوند که سیستم نیازمند حفظ عملکرد فن در دماهای بالاتر و برای مدت مشخصی است.
این نوع فنها بیشتر در سیستمهایی دیده میشوند که فن مستقیماً در مسیر تخلیه دود قرار دارد یا احتمال قرارگیری آن در معرض گازهای داغ و محصولات احتراق وجود دارد.
در چنین شرایطی، مشخصات فن باید بر اساس سناریوی حریق، دمای دود، مدت زمان عملکرد و الزامات استاندارد پروژه انتخاب شود.
- آیا فن فشار مثبت پلکان باید F300 یا F400 باشد؟
پاسخ این سؤال به محل نصب فن و نحوه طراحی سیستم بستگی دارد.
اگر فن فشار مثبت:
- هوای تازه را از بیرون ساختمان دریافت کند.
- در مسیر هوای تازه نصب شده باشد.
- در معرض مستقیم دود و گازهای داغ قرار نگیرد.
ممکن است نیاز آن با یک فن تخلیه دود که مستقیماً دود داغ را جابهجا میکند متفاوت باشد.
در مقابل، اگر طراحی سیستم به گونهای باشد که فن یا مسیر مکش آن در معرض شرایط حریق قرار گیرد، باید الزامات مربوط به مقاومت حرارتی و عملکرد فن بررسی شود.
بنابراین، انتخاب F300 یا F400 باید بر اساس Fire Scenario و محل قرارگیری فن انجام شود، نه صرفاً نام سیستم.
- فن Smoke Exhaust در مقابل فن Pressurization
این دو فن از نظر عملکردی تفاوت مهمی دارند.
Smoke Exhaust Fan
وظیفه آن تخلیه دود و گازهای حاصل از حریق است.
بنابراین، ممکن است مستقیماً با هوای داغ و آلوده به دود در تماس باشد.
در نتیجه، قابلیت عملکرد در دمای بالا اهمیت زیادی دارد.
Pressurization Fan
وظیفه آن تأمین هوای تازه و ایجاد فشار مثبت است.
در حالت ایدهآل، هوای ورودی فن باید از محل امن و عاری از دود برداشت شود.
بنابراین، الزامات حرارتی آن میتواند متفاوت از فن تخلیه دود باشد.
این تفاوت یکی از مهمترین نکات در انتخاب تجهیزات سیستم کنترل دود است.
- فنهای دو سرعته (Two-Speed Fan)
در برخی سیستمهای Pressurization ممکن است از فنهای دو سرعته استفاده شود.
هدف میتواند این باشد که سیستم در شرایط مختلف، ظرفیت متفاوتی از هوا را تأمین کند.
برای مثال:
حالت عادی یا تمام درها بسته
فن با سرعت پایینتر کار میکند.
حالت اضطراری یا باز شدن درها
فن با سرعت بالاتر کار میکند.
این روش میتواند به کنترل فشار و کاهش مصرف انرژی کمک کند.
البته انتخاب فن دو سرعته باید بر اساس نیاز واقعی سیستم و روش کنترل فشار انجام شود.
- فن با کنترل دور VFD
در برخی پروژهها ممکن است از Variable Frequency Drive برای کنترل سرعت فن استفاده شود.
با تغییر سرعت فن، ظرفیت هوادهی و فشار تولیدشده نیز تغییر میکند.
در سیستمهای Pressurization، VFD میتواند در کنترل فشار مفید باشد.
برای مثال:
Pressure Sensor
↓
Pressure Controller
↓
VFD
↓
Fan Speed Adjustment
با این روش میتوان تلاش کرد فشار داخل راهپله در محدوده طراحیشده باقی بماند.
با این حال، استفاده از VFD در سیستمهای Life Safety باید با دقت و بر اساس الزامات پروژه انجام شود و تمهیدات لازم برای عملکرد مطمئن سیستم در شرایط اضطراری در نظر گرفته شود.
- فن Duty و Standby
در ساختمانهای حساس یا پروژههایی که تداوم عملکرد سیستم اهمیت بالایی دارد، ممکن است از آرایش Duty/Standby استفاده شود.
در این حالت، یک فن بهعنوان فن اصلی و فن دیگر بهعنوان رزرو در نظر گرفته میشود.
در صورت خرابی فن اصلی، سیستم میتواند فن رزرو را وارد مدار کند.
این آرایش میتواند قابلیت اطمینان سیستم را افزایش دهد، اما الزامی بودن آن به نوع ساختمان، ضوابط پروژه و استراتژی طراحی بستگی دارد.
- محل نصب فن فشار مثبت
محل نصب فن یکی از عوامل مهم در عملکرد سیستم است.
فن باید در محلی قرار گیرد که:
- هوای ورودی آن عاری از دود باشد.
- امکان ورود دود از اگزاستها وجود نداشته باشد.
- دسترسی برای تعمیرات فراهم باشد.
- مسیر مکش مناسب باشد.
- مسیر کانالکشی بهینه باشد.
- در برابر شرایط محیطی محافظت شود.
محل مکش هوای تازه باید بهگونهای انتخاب شود که در شرایط حریق، دود تخلیهشده مجدداً وارد سیستم Pressurization نشود.
- طراحی کانال سیستم Pressurization
کانال سیستم فشار مثبت باید بر اساس دبی هوای مورد نیاز و فشار مورد انتظار طراحی شود.
پارامترهای مهم شامل:
- دبی هوا
- سرعت جریان
- افت فشار اصطکاکی
- افت فشار اتصالات
- افت فشار دریچهها
- افت فشار دمپرها
- طول کانال
- ارتفاع ساختمان
- نشتی کانال
است.
در ساختمانهای بلند، اثر اختلاف ارتفاع و فشارهای ناشی از Stack Effect نیز باید در طراحی مورد توجه قرار گیرد.
- دریچههای ساپلای در راهپله
هوای تأمینشده توسط فن باید از طریق دریچههای ساپلای وارد راهپله شود.
تعداد و محل این دریچهها باید به گونهای انتخاب شود که توزیع هوا و فشار در طول ارتفاع ساختمان مناسب باشد.
در ساختمانهای چندطبقه، ممکن است استفاده از یک دریچه در یک نقطه کافی نباشد و نیاز به توزیع هوا در چندین طبقه وجود داشته باشد.
هدف، ایجاد شرایطی است که سیستم در سناریوهای مختلف حریق بتواند فشار مورد نظر را حفظ کند.
- Pressure Relief در سیستم فشار مثبت
یکی از مشکلات احتمالی سیستمهای Pressurization، افزایش بیش از حد فشار است.
اگر فشار بیش از حد افزایش پیدا کند، ممکن است باز کردن درهای خروج دشوار شود.
برای کنترل این وضعیت میتوان از راهکارهایی مانند:
- Pressure Relief Damper
- سیستم کنترل دور فن
- کنترل اتوماتیک فشار
- مسیرهای تخلیه هوای اضافی
استفاده کرد.
طراحی این بخش باید با توجه به شرایط مختلف باز و بسته بودن درها انجام شود.
- سیستم فشار مثبت لابی آسانسور
علاوه بر راهپله، در برخی ساختمانها ممکن است لابی آسانسور نیز نیازمند حفاظت در برابر دود باشد.
در این شرایط، سیستم Pressurization میتواند برای حفظ شرایط مناسب در لابی طراحی شود.
طراحی سیستم باید به گونهای باشد که اختلاف فشار کافی برای کاهش نفوذ دود ایجاد شود، بدون اینکه عملکرد درها و مسیر تخلیه اضطراری مختل شود.
- سیستم فشار مثبت شفت و فضاهای محافظتشده
در برخی پروژهها، ممکن است شفتهای خاص یا فضاهای محافظتشده نیز تحت فشار مثبت قرار گیرند.
در این شرایط، سیستم باید با توجه به:
- حجم فضا
- میزان نشتی
- تعداد بازشوها
- شرایط حریق
- اختلاف فشار مورد نیاز
طراحی شود.
این نوع سیستمها معمولاً نیازمند تحلیل دقیقتری نسبت به سیستم ساده فشار مثبت پلکان هستند.
- کنترل سیستم و Cause & Effect
سیستم فشار مثبت باید با سیستم اعلام حریق و کنترل مرکزی هماهنگ باشد.
یک سناریوی نمونه میتواند به صورت زیر باشد:
Fire Alarm Activation
↓
Pressurization Fan Start
↓
Supply Damper Open
↓
Pressure Monitoring Active
↓
VFD / Fan Control
↓
Pressure Stabilization
در صورت استفاده از سیستمهای چندزون یا چندفن، Cause & Effect باید برای هر سناریوی حریق بهصورت دقیق مشخص شود.
- نکات مهم در انتخاب فن سیستم فشار مثبت
برای انتخاب فن باید موارد زیر بررسی شوند:
- دبی مورد نیاز سیستم
- فشار استاتیک مورد نیاز
- افت فشار کانال
- افت فشار دریچهها
- افت فشار دمپرها
- ارتفاع ساختمان
- اثر Stack Effect
- تعداد طبقات
- میزان نشت هوا
- وضعیت باز و بسته بودن درها
- نوع فن
- Axial یا Centrifugal بودن فن
- نیاز یا عدم نیاز به عملکرد در دمای بالا
- کلاس عملکرد حرارتی در صورت نیاز
- نوع موتور
- روش کنترل دور
- VFD یا Two-Speed
- شرایط نصب
- سطح صدای مجاز
- قابلیت اطمینان و الزامات برق اضطراری
- اشتباهات رایج در طراحی سیستم فشار مثبت پلکان
از مهمترین اشتباهات میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- انتخاب فن فقط بر اساس دبی و بدون محاسبه فشار
- انتخاب فن F300 یا F400 بدون بررسی محل نصب و سناریوی حریق
- در نظر نگرفتن باز شدن درهای طبقات
- بیتوجهی به نشت هوا
- عدم بررسی Stack Effect
- جانمایی نامناسب دریچههای ساپلای
- ایجاد فشار بیش از حد
- عدم پیشبینی Pressure Relief
- عدم هماهنگی با Fire Alarm
- استفاده از VFD بدون بررسی الزامات عملکرد اضطراری
- عدم تأمین برق اضطراری مناسب
- عدم تست واقعی سیستم پس از اجرا
- جمعبندی
سیستم فشار مثبت پلکان یکی از مهمترین روشهای حفاظت مسیرهای خروج در برابر نفوذ دود است.
عملکرد موفق این سیستم به انتخاب صحیح و هماهنگ مجموعهای از تجهیزات شامل:
Pressurization Fan + Supply Duct + Supply Grilles + Dampers + Pressure Control + Fire Alarm + Control System
وابسته است.
در انتخاب فن نیز باید تفاوت میان نوع فن و کلاس عملکرد حرارتی بهدرستی درک شود.
فنهای Axial و Centrifugal دو خانواده اصلی فن هستند که بر اساس شرایط کاری میتوانند در سیستمهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند.
در مقابل، عناوینی مانند F300 و F400 بیانگر کلاس عملکرد حرارتی فن در شرایط حریق هستند و نباید آنها را بهعنوان نوع مستقل فن در نظر گرفت.
همچنین، فن فشار مثبت پلکان الزاماً به همان مشخصات حرارتی فن تخلیه دود نیاز ندارد؛ زیرا عملکرد و شرایط مواجهه آنها با دود و گازهای داغ متفاوت است.
بنابراین، طراحی سیستم Pressurization باید بر اساس یک فرآیند مهندسی شامل:
Fire Scenario → Pressurization Strategy → Airflow Calculation → Pressure Calculation → Fan Selection → Duct Design → Grille & Damper Selection → Control Strategy → Testing
انجام شود.
در نهایت، هدف اصلی سیستم فشار مثبت این نیست که صرفاً بیشترین فشار ممکن را در راهپله ایجاد کند؛ بلکه باید تعادل مناسبی بین کنترل نفوذ دود، حفظ فشار طراحی، قابلیت باز شدن درها و عملکرد پایدار سیستم در سناریوهای مختلف حریق برقرار شود.