تحلیل سامانه های فشار مثبت سازی در شفت آسانسور [از0 تا 100]

پیشگفتار

در این مقاله به طراحی سامانه فشار مثبت آسانسور پرداخته شـده است.هدف این سامانه جلوگیری از ورود و انتقال دود به‌ واسطه شفت آسانسور از طبقه دچار آتش‌سوزی به سایر طبقات و در نتیجه جلوگیری از ایجاد خطرات برای ساکنین در طبقات دیگر از این طریق است. این مقاله بر مبنای کارکرد سامانه‌های فشار مثبت شفت آسانسور تدوین گردیده است. تحلیل‌ها و بررسی‌های لازم بر روی سامانه‌های فشار مثبت شفت آسانسور را می‌توان با استفاده از نرم‌افزارهای مدل‌سازی شبکه‌ای مانند کانتم انجام داد. کانتم کاربرد بسیار زیادی در طراحی سیستم‌های فشار مثبت دارد و در واقع به استانداردی در این حوزه تبدیل شده است. معمولاً سامانه‌های فشـار مثبـت شفت آسانسـور در ساختمان‌هایی که به سیستم فشار مثبت راه‌پله مجهز هستند، استفاده می‌شوند و به همین علت تمرکز بیشتر بر روی کارکرد هم‌زمان این دو سیستم در کنار یکدیگر است. البته مطالب ارائه شده در این مقاله، جهت طراحی سامانه فشار مثبت چاله آسانسور در موارد محدودی که ساختمان فاقد سامانه فشار مثبت راه‌پله اسـت نیز مفید هستند.

طراحی و تحلیل سامانه فشار مثبت شفت آسانسور

طراحی سامانه فشار مثبت آسانسور نسبت به سامانه فشـار مثبت راه‌پله پیچیده‌تر است. دلایل این پیچیدگی بیشتر به علت دو چالش زیر است:

• معمولاً پوسته ساختمان توانایی تخلیه مؤثر حجم هوای زیاد ناشی از فشار مثبت را ندارد.
• درب‌های خروجی باز قرار گرفته در طبقه همکف سبب ایجاد اختلاف فشار زیادی در دو سمت درب‌های آسانسور طبقه همکف می‌شوند. 
  

سیستم‌هایی که بتوانند چالش اول را برطرف نمایند، معمولاً در مقابل چالش دوم نیز از انعطاف بیشتری برخوردار هستند، اما خلاف این امر برقرار نیست.
آسانسورها جهت ایجاد فشار مثبت به حجم هوای بیشتری نسبت به راه‌پله نیاز دارند. بخش اصلی این هوا از چاله آسانسور خارج شـده و از طریق ساختمان به بیرون منتقل می‌شود. اگر پوسته ساختمان توانایی تخلیه این هوا به بیرون، آن‌طور که در نظر طراح بوده اسـت را نداشته باشد، ممکن است فشار مثبت اضافی در ساختمان ایجاد شود. معمولاً در طـول حریق ساختمان تعـدادی از درب‌های خروجی در طبقه همکف ساختمان باز هستند. در طول عملیات اطفاء حریق نیز این درب‌ها توسـط آتش‌نشانان باز نگه‌ داشته می‌شوند. وقتی ساکنین در حال تخلیه ساختمان هستند نیز این درب‌ها باز باقی می‌مانند. سامانه فشار مثبت چاله آسانسور در این شرایط هم باید توانایی حفظ اختلاف فشار موردنیاز، آن‌ چنان‌ که در نظر طراح بوده است را داشته باشند. حجم زیاد جریان هوای خروجی از این درب‌ها سـبب بروز اختلاف فشـار زیادی در دو سمت درب‌های شفت آسانسور در طبقه همکف می‌شود.
به‌ صورت کلی به‌ منظور تعیین امکان کارکرد هم‌ زمان سیستم فشـار مثبت چاله آسانسور و سیستم فشار مثبت راه‌پله در یک ساختمان خاص، لازم است که ساختمان با استفاده از نرم‌افزار کانتم مورد تحلیل و بررسی قرار گیرد. ممکن است به لحاظ تئوری، صرفاً استفاده از روابط محاسبات سرانگشتی جهت طراحی این سیستم کافی نباشد، اما اکیداً توصیه می‌شود که در طراحی این سیستم‌ها از کانتم و یا سایر نرم‌افزارهای مشابه استفاده شود. اگر در تحلیل‌های کانتم مشخص شود که استفاده از سیستم فشـار مثبت شفت آسانسور و سیستم فشار مثبت راه‌پله در یک ساختمان مشخص به‌ صورت هم‌زمان امکان‌ پذیر نیست، باید از روش‌های جایگزین دیگر به‌ منظور کنترل دود در ساختمان بهره برد. 

فضای طراحی نرم افزار کانتم برای تحلیل فشار مثبت

روش‌های جایگزین عبارت‌اند از:

1. استفاده از سیستم فشار مثبت شفت آسانسور جایگزین
2. استفاده از سامانه فشار مثبت راه‌پله جایگزین
3. اعمال اصلاحات بر روی طرح معماری ساختمان 

محاسبه و تعیین اختلاف فشارها دوسمت درب آسانسور

سیستم‌های کنترل دود به‌ منظور ایجاد اختلاف فشار در دو سمت درب‌های راه‌پله و درب‌های چاله آسانسور طراحی و پیاده می‌شوند. حداقل این اختلاف فشار باید به‌اندازه‌ای در نظر گرفته شـود که دود اجازه ورود به راه‌پله و یا چاله آسانسور را نداشته باشـد. در مورد درب‌های راه‌پله حداکثر اختلاف فشـار باید به‌ اندازه‌ای باشد که نیروی مورد نیاز جهت بازکردن درب‌ها از حد مجاز عبور نکند. حداکثر اختلاف فشـار در دو سمت درب‌های چاله آسانسور باید به‌ اندازه‌ای باشد که منجر به بروز اختلال در کارکرد درب و گیرکردن آن در حالت بسته نشود. اگر فشار مثبت ایجادشده در چاله آسانسور سـبب حفظ اختلاف فشار در بازه تعیین شده بین حداقل و حداکثر مجاز طراحی شود، فرآیند ایجاد فشـار مثبت موفقیت‌آمیز است.

دمای شفت آسانسور

تجهیزات آسانسور باید در بازه دمایی مشخصی کار کنند. با توجه‌ به اینکه آسانسورها در مواقع بروز آتش‌سوزی از دسترس خارج شـوند، تلاشی به‌ منظور حفظ این بـازه دمایی برای مسافرین آسانسـور صورت نمی‌پذیرد. معمولاً هوای ورودی شفت آسانســور مستقیماً از خارج تأمین شده به همین دلیل دمای شفت آسانسور در نزدیکی دمای هوای بیرون قرار می‌گیرد. همان‌طور که در مورد سیستم‌های فشـار مثبت راه‌پله اشـاره شد، در سیستم‌هایی که هوای موردنیاز خود را مستقیماً از بیرون تأمین می‌کنند اثر دودکشـی به حداقل می‌رسد. مشابه راه‌پله‌ها، دمای شفت آسانسور را می‌توان با استفاده از رابطه Ts = To +n(TB - To)، مشخص کرد.دراین‌رابطه دمای داخل چاله آسانسور Ts، و دمای هوای ساختمان TB، دمای هوای خارج To و همچنین n ضریب انتقال حرارت بی بعد است.
دمای شفت آسانسور به همان عواملی که در تعیین دمای سیستم فشار مثبت راه‌پله تأثیرگذار هستند، بستگی دارد. مقدار ضریب انتقال حرارت محافظه‌ کارانه در این سیستم‌ها همانند سیستم‌های فشار مثبت راه‌پله، برابر با 0.15 توصیه می‌شود.

تعبیه بازشو در بالای شفت آسانسور

با وجود اینکه هدف از تعبیه هواکش یا بازشو در بالای شفت آسانسور به طور دقیق مشخص نیست رایج‌ترین دلایلی که در خصوص الزام نصب این بازشوها ارائه می‌شود، عبارت‌اند از:

• تخلیه بوهای نامطبوع.
• تخلیه دود در زمان حریق ساختمان.
• جلوگیری از ازدیاد فشـار در زمان حرکت رو به بالای کابین در چاله آسانسور.

فرضیه اثربخشی قابل‌ توجه بازشوهای بالای شفت آسانسور در تخلیه دود در زمان حریق و بهبود شرایط ایمنی، با وجود اینکه مطالعه و پژوهشی بر روی آن انجام نشـده، مورد قبول اغلب کارشناسان می‌باشد. بر مبنای این فرضیه نیروی شناوری وارد شده به دود با دمای بالا سبب حرکت آن در طول شفت آسانسور و نهایتاً خروج از بازشـو می‌شود اما در کنار این موضوع باید در نظر داشت که نیروی شناوری می‌تواند سبب خروج دود از شفت آسانسور و ورود به ساختمان به‌خصوص در طبقات فوقانی شود. در سیستم‌های فشار مثبت شفت آسانسور که در این مقاله به آنها پرداخته شده است، فرض بر این است که یا بازشو در بالای شفت آسانسـور وجود ندارد و یا دریچه‌های آن بسته هستند.به دلیل دغدغه‌هایی که در خصوص مباحث بهینه‌ سازی مصرف انرژی وجود دارد، اغلب دریچه این بازشـوها بسـته نگه‌ داشته می‌شوند. باید در نظر داشت که این دریچه‌ها در زمان ایجاد فشار مثبت در شفت آسانسورها نیز باید بسته باشند. مگر اینکه این دریچه‌ها طی فرآیند طراحی سامانه کنترل دود به‌عنوان بخشی از سامانه، باز در نظر گرفته شـده باشـند. در برخی از ضوابط سازمان‌های آتش‌نشانی لزوم قابلیت کنترل از راه دور عملکرد دریچه‌های بالای شفت آسانسور لحاظ شده است.

اثر پیستونی در شفت آسانسور

حرکت کابین در شفت آسانسـور سبب ایجاد فشار مثبت در جهت حرکت کابین می‌شود و اصطلاحاً به آن اثر پیستونی گفته شـود.نگرانی موجود دراین‌خصوص، کاهش اثربخشی و کارایی سامانه فشار مثبت شفت آسانسور به‌ واسطه اثر پیستونی اسـت.اثر پیستونی سبب ایجاد فشار ناگهانی در زمـان عبور کابین از یک طبقه مشخص می‌شود.این اثر فقط چند ثانیه به طول انجامیده و در زمان عبور آسانسـور رخ می‌دهد.حد بالایی اختلاف فشار بین شفت آسانسور و ساختمان برابر با حداکثر مقدار این فشـار ناگهانی است.در شفت هایی که چند کابین در کنار یکدیگر وجود دارد و سـرعت حرکت کابین‌ها کمتر از متر بر ثانیه است، اثر پیستونی چندان بر روی سامانه فشـار مثبت شفت آسانسور اثر نمی‌گذارد. در شفت های آسانسور تک‌کابین که سرعت حرکت کابین کمتر از 2.5 متر بر ثانیه است نیز اثر پیستونی تأثیر قابل‌توجهی بر روی سامانه فشار مثبت چاله آسانسور ندارد.

در صورت متحرک بودن کابین، اثر پیستونی باید در نظر گرفته شود.

• در چاله‌های آسانسور چند کابینه با سرعت کمتر از 5 متر بر ثانیه چندان اثر گذار نیست. 
• در چاله‌های آسانسور تک کابینه با سرعت کمتر از 2.5 متر بر ثانیه چندان اثر گذار نیست.

دبی حجمی هوای موذد نیاز برای ایجاد فشار مثبت شفت آسانسور

جریان هوای مورد نیاز برای ایجاد فشار مثبت و جریان هوای تخلیه در کانتم به‌ صورت دبی جرمی وارد می‌شوند.دبی حجمی را می‌توان با استفاده از رابطه (V=m/p) به دست آورد. دراین‌رابطه V دبی حجمی برحسب مترمکعب بر ثانیه m3/s و دبی جرمی بر حسب کیلوگرم بر ثانیه  kg/s و p چگالی هوا بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب  kg/m3 است. چگالی را می‌توان با استفاده از رابطـه قانون گاز ایده‌آل p=Patm/RT محاسبه کرد. دراین‌ رابطه Patm فشار اتمسفر محلی بر حسب پاسکال Pa و R ثابت گازها و برابر با J/kg.K و T نیز دمای مطلق هوا و بر حسب درجه کلوین K است.
در سیستم‌هایی که برای ایجاد فشار مثبت مستقیماً از هوای بیرون استفاده می‌شود، دمای مورد استفاده در محاسبه چگالی، دمای هوای خارج است. در سیستم‌هایی که هوا مستقیماً به راه‌ پله وارد نشده و پیش از ورود مطبوع می‌شود باید توجه داشت که اگر فن قبل از کویل حرارتی قرار گرفته باشـد، دمای هوای بیـرون در رابطه بالا قرار داده می‌شود و اگر فن بعد از کویل حرارتی قرار گرفته باشد، دمای هوای بعد از کویل باید در رابطه قــرار گیرد. در خصوص فن‌های تخلیه هوا نیز باید دمای فضای ساختمان در رابطه قرار داده شود.

سیستم‌های فشار مثبت شفت آسانسور

سیستم‌های فشار مثبت شفت آسانسور عبارت‌اند از:

• سامانه فشار مثبت پایه.
• سامانه فشار مثبت پایه به همراه بازشوهای خارجی.
• سامانه فشار مثبت پایه به همراه سامانه تخلیه در طبقات.
• سامانه فشار مثبت پایه به همراه سامانه لابی طبقه همکف.
  

این سیستم‌ها در ساختمان‌هایی به کار می‌روند که مجهز به سیستم فشار مثبت راه‌ پله هستند.یکی از چالش‌ها و نگرانی‌هایی که در طراحی سیستم فشار مثبت شفت آسانسور در ساختمان‌های فاقد سیستم فشار مثبت راه‌ پله وجود دارد این است که سیستم فشار مثبت آسانسور در حرکت دود به سمت راه‌ پله اثرگذار باشد و باعث تجمع دود در راه‌ پله‌ها گردد.

سامانه فشار مثبت پایه شفت آسانسور

در سیستم فشار مثبت پایه هر راه‌ پله و شفت آسانسوری دارای یک یا چند فن مستقل جهت تزریق هوا و ایجاد فشـار مثبت است. در اکثر ساختمان‌ها، سامانه فشار مثبت پایه به‌ تنهایی باعث ایجاد فشار مثبت لازم می‌شود. سایر سامانه‌ها معمولاً شامل همان سامانه فشار مثبت پایه به همراه برخی ویژگی‌ها به‌ منظور بهبود عملکرد سامانه، می‌شوند. تزریق هوا در این سامانه‌ها ممکن است از چند نقطه نیز صورت پذیرد. در این شکل سامانه‌های فشار مثبت راه‌پله از نوع جبرانی نیستند. سامانه‌های فشـار مثبت پایه در اکثر ساختمان‌ها گزینه مناسبی نیستند اما شبیه‌ سازی شبکه‌ای سامانه فشار مثبت پایه در یک ساختمان اهمیت سطح نشتی پوسته ساختمان بر عملکرد سامانه فشار مثبت را بیان می‌کند.

سامانه فشار مثبت پایه ب همراه بازشوهای خارجی شفت آسانسور

در این سیستم بازشوهای تعبیه شده بر روی دیوارهای خارجی ساختمان با فعال‌ شدن سامانه فشار مثبت راه‌پله و چاه آسانسور باز می‌شوند.کانال‌های اتصال راهرو اصلی به بازشوهای نصب شده بر روی دیوارهای خارجی در داخل سقف کاذب اجرا شده‌اند.کانال‌هایی که از میان جداره‌های مقاوم در برابر حریق عبور می‌کنند باید مطابق با مقررات و استانداردها به مقدار مشخصی در برابر حریق مقاوم باشند.

سامانه فشار مثبت پایه به همراه سامانه تخلیه در طبقات شفت آسانسور

در این سیستم پلنوم یا کانال تخلیه هوا در قسمت بالایی در طبقه موتورخانه به یک فن تخلیه و طبقات به دمپرهای دود مجهز شده است. این دمپرها در حالت عادی بسته هستند و در زمان فعال‌سازی سامانه دمپرهای دود در طبقاتی که باید هوای آنها تخلیه شود باز می‌شوند. شکل زیر یک طبقه از ساختمان دارای دیوارهای جداکننده داخلی با سامانه فشار مثبت پایه به همراه سامانه تخلیه طبقات است.

سامانه فشار مثبت پایه به همراه سامانه لابی طبقه همکف شفت آسانسور

شکل زیر تصویر طبقه همکف یک ساختمان به همراه سیستم لابی طبقه همکف است.دریچه های بازشو بین لابی و ساختمان در طبقه همکف علاوه بر دمپر حریق به منظور تنظیم جریان عبوری از دریچه بایستی به دمپر متعادل سازی جریان نیز مجهز باشند.

نتیجه‌ گیری
طراحی سامانه فشار مثبت آسانسور نسبت به سامانه فشار مثبت راه‌پله دشوارتر است که در این مقاله به چالش‌های طراحی این سیستم و همچنین تفاوت‌های آن با سیستم فشار مثبت راه‌ پله پرداختیم. معیارهای اختلاف فشار قابل‌ قبول در سیستم‌های فشار مثبت شفت آسانسور جریان هوای بیشتری را نسبت به راه‌ پله نیاز دارند و معمولاً سیستم فشار مثبت شفت آسانسور در کنار سیستم فشار مثبت راه‌پله در ساختمان قرار می‌گیرد و در این شرایط ساختمان از ساختمان ایده‌آل خیلی فاصله می‌گیرد. در نتیجه باید از مدل‌سازی شبکه‌ای برای تحلیل این سیستم استفاده کرد.