مقدمة:
من الجدير بالذِّكر أنَّ حوالي (50%-80%) من حالات الوفاة جرَّاء الحرائق بسبب استنشاق الدخان، وليس بسبب النيران نفسها؛ لذا وَجَد الخبراء أنَّ التركيز على الحماية بتقليل تأثير الدخان أمرٌ ضروري، ولكن عمليَّة تحجيم خطر الدخان أمر ليس سهلًا، ويستلزم تصميمًا للمبنى، وتوافر مُعدَّات وأجهزة إنذار وتحكُّم وأبحاث للعوامل المؤثرة على الدخان وغيرها.
ويلزم إدارة التحكم في الدخان التطرُّق إلى العناصر الموضحة أسفله:
يتضمَّن نظام إدارة الدخان جميع الطرق الموضحة أدناه – منفردةً أو مجتمعةً – لتعديل حركة الدخان، أو التأثير عليها.
- الحد من النيران:
أحد الاعتبارات المهمَّة عند تصميم نظام التحكُّم في الدخان هو التأكُّد من أن الإخلاء أسرع من انتشار الدخان/النار، فيجب أن يكون التحكُّم في حجم الحريق عادةً عن طريق أنابيب الخراطيم والصنابير والرشاشات- جزءًا من برنامج إدارة الدخان الشامل، ومن المتوقَّع أن يحدَّ نظام إخماد الحرائق التلقائي من معدل إطلاق الحرارة، ويتحكَّم في انتشار الحريق.
- قطاعات الحريق:
- يتضمَّن التقسيم استخدام حواجز ذات قدرة كافية على تحمُّل الحريق لمنع انتشار الدخان إلى المساحات البعيدة عن الحريق.
- تستخدم طريقة الجدران، والفواصل، والأرضيات، والأبواب، وحواجز الدخان، ومُخمِّدات الدخان، وغيرها من الحواجز الثابتة والميكانيكيَّة.
- فعالية التقسيم محدودة بمدى التحكُّم في مسارات التسريب الحرِّ من خلال الحواجز.
- غالبًا ما يستخدم مُصمِّمو نظام التحكُّم في الدخان طريقة التقسيم مع طريقة الضغط.
تدفق الهواء:
- تتحكَّم طريقة تدفق الهواء في الدخان في المساحات التي تحتوي على حواجز ذات فتحة كبيرة واحدة أو أكثر.
- يتمُّ استخدامه لإدارة الدخان من خلال المداخل المفتوحة، ومترو الأنفاق، والسِّكك الحديدية، وأنفاق الطرق السريعة.
- تستخدم الطريقة سرعة الهواء عَبْر أو بين الحواجز للتحكم في حركة الدخان.
- يَعِيبُ طريقة تدفق الهواء أنها توفر زيادة الأكسجين للحريق.
- يجب استخدام طريقة تدفق الهواء داخل المبانـي بحذرٍ شديدٍ.
- من الأفضل تطبيق طريقة تدفق الهواء بعد إخماد الحريق، أو في المباني ذات الوقود المقيد.
أنظمة الضغط:
تستخدم الطريقة فرق الضغط عَبْر حاجزٍ للتحكم في حركة الدخان.
يتمُّ تثبيت أنظمة الضغط بشكلٍ أساسيٍّ في السلالم، وأعمدة المصاعد، ومساحات اللُّجوء، وطرق الخروج الأخرى.
جانب الضغط العالي من الحاجز هو إما منطقة الملجأ، أو طريق الخروج.
يتعرَّض جانب الضغط المنخفض للدخان.
يُمنَع تدفق الهواء من جانب الضغط العالي إلى جانب الضغط المنخفض من خلال شقوق البناء والفجوات حول الأبواب التي تُسرِّب الدخان.
العوامل المؤثرة على حركة الدخان:
هي ستَّة عوامل، وهي:
-
- عامل زيادة الضغط المُسمَّى بـ – Stack effect – داخل سُلَّم وممرات الطوارئ يحدث زيادة في الضغط نتيجة فرق درجات الحرارة بين الخارج والداخل، ويتمُّ حسابه من أجل تصميم مُعدَّات ضغط الهواء داخل سلالم وممرات الطوارئ، وعندما يكون الهواء الخارجي أكثر برودةً من الهواء الداخلي في الشتاء، فإنَّ الهواء الداخلي سيشقُّ طريقه صعودًا وخروجًا من أعلى المبنى، ونتيجةً لذلك سيتمُّ امتصاص الهواء من الخارج إلى المبنى في المستويات السُّفلية، ويمكن أن يؤثر فرق الضغط وتدفُّق الهواء الناتج بين المستويين العلوي والسفلي على حركة الدخان أثناء الحريق؛ اعتمادًا على مكان وجود الدخان في المبنى، والجدير بالذِّكر أن تأثير عامل زيادة الضغط هو الأكثر انتشارًا في المبانـي الشاهقة.
- عامل تيارات الحمل من القطاع الأعلى حرارةً إلى القطاع الأقل حرارةً، ومع انتقال سحابة الدخان إلى أبعد من ذلك يبرد الهواء المحبوس، وفـي بعض الحالات يمكن أن يصل الدخان في النهاية إلى درجة حرارة الغرفة، وسيكون تدفُّق الدخان البارد غير متوقع أكثر من الدخان الساخن؛ لأنه لم يعد يرتفع، وسوف يتحرك الدخان البارد في نفس مسار هواء المبنى العادي، ويمكن أن يكون ذلك مشكلةً لعمليات الإجلاء؛ لأنَّ الدخان البارد يمكن أن يركد على الأرض، ويقلل بشدة من رؤية الأشخاص أثناء محاولتهم الهروب.
- عامل التمدُّد الحراري: نتيجة انتقال الهواء من مكانٍ باردٍ إلى مكانٍ ساخنٍ، فيتضاعف حجمه من (2-3 مرات)؛ ولذلك من المهم جدًّا فَصْل أجهزة التكييف تمامًا في حالة وجود حريق؛ لأنه يمدُّ بالهواء إلى الوسط الساخن، فيحدث تمدد للمنطقة التي من المفترض سحب الدخان منها، ويحدث زيادة للضغط؛ لذا يُحوِّل المنطقة ذات الضغط المنخفض لاستقبال الهواء النظيف إلى منطقة طاردة ومانعة له، وعندما تشتعل النار، ترتفع غازات الاحتراق الساخنة بسرعة في شكل عمود؛ ممَّا يخلق فراغًا يسحب الهواء المحيط بالنار، وتنمو سحابة الدخان بشكل أكبر وأكبر مع احتباس المزيد من الهواء، ويمكن لهذه الظاهرة أن تدفع الدخان الساخن خارج الغرفة المحترقة أثناء سحب الهواء البارد إلى الغرفة.
- قوة الرياح: تعتبر من العوامل المؤثرة على مراوح سحب وضغط الدخان، وتؤثر على اختيار هذه المُعدَّات، ويمكن أن تؤثر الرياح التي تهبُّ على المبنى على حركة الدخان داخل المبنى أثناء الحريق، فعندما تهبُّ الرياح على جانب واحد من المبنى، فإنها تخلق فرقًا في الضغط على الجوانب الأخرى والسقف؛ ممَّا قد يؤثر على حركة الدخان بشكل كبير، والرياح لا يمكن التنبُّؤ بها، فهي تُغيِّر اتجاهها وسرعتها باستمرار؛ لذلك يجب على المهندسين استخدام متوسط القيم عند حساب تأثيرات الرياح.
- طفو الغازات المحترقة: يكون الدخان الذي يترك النار أكثر سخونةً، وأقل كثافةً من الهواء المحيط في المبنى؛ لذلك مع ارتفاع الدخان فإنَّه يدفع لأعلى بقوةٍ كبيرةٍ، وسيختلف حجم قوة الطفو الناتجة عن الدخان المتصاعد في كلِّ ظرف، وبناءً على إحدى الدراسات وصلت هذه القوة/ الضغط 16باسكال.
- أجهزة التكييف HVAC :
أثناء الحريق يمكن لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء إمَّا إبطاء أو تسريع حركة الدخان في جميع أنحاء المبنى عَبْر مجاري الهواء، ووحدات مُنَاولة الهواء، وعودة الهواء، وما إلى ذلك. على سبيل المثال: أحد أخطر أشكال نقل الدخان غير المرغوب فيه هو عندما يدخل الدخان الساخن إلى أعمدة مجاري الهواء العموديَّة، وعندما يحدث ذلك يمكن أن ينتقل الدخان الساخن لمسافات طويلة إلى المستويات العليا من المبنى مع القليل من التبريد أو بدونه، ممَّا يُعرِّض الأشخاص البعيدين عن النار للخطر.
العوامل المؤثرة على تضغيط السلالم:
إنَّ عملية تضغيط ممرات وسلالم الهروب من الأمور المهمة جدًّا أثناء عملية الإخلاء خلال مكافحة الحريق؛ حيث يتمُّ الإخلاء عن طريق سلالم يكون مضمون فيها عدم حدوث حريق، وعدم تواجد دخان.
وهناك تسعة اعتبارات هندسيَّة مطلوبة عند عمل حسابات التضغيط، وهي:
1- ارتفاع سلالم الطوارئ.
2- مخطط الأبواب المتوازية والمتعاقبة.
3- أقل فرق في الضغط.
4- أعلى فرق في الضغط.
5- الضغط الجوي.
6- درجة حرارة المبنى.
7- درجة الحرارة الخارجية.
8- درجة الحرارة داخل سلالم الطوارئ.
9- تأثير الرياح.
تصميم نظام التحكُّم في تضغيط سلالم الطوارئ
نظام ضغط السلالم هو نظام تهوية ميكانيكي، ومن أجل الضغط على سلالم المباني الرأسية من الضروري تثبيت مجموعات من المراوح التي تمتصُّ الهواء في بئر الدرج، والغرض الرئيس هو مَنْع تسريب الدخان في حالة نشوب حريق.
ويتكوَّن النظام من تركيب مروحة بمُحرِّك كهربائي مثبت في حجرة معزولة، ويتم التقاط الهواء الخارجي من خلال غطاء متحرك shutter يحتوي على مرشح جسيمات، ويتمُّ تخفيف الهواء الزائد من خلال مُخمِّدات يدوية وأوتوماتيكية يتم حسابها وتثبيتها بشكل صحيح في المواقع المناسبة.
متى نحتاج إلى تضغيط سلالم الطوارئ؟ وما قيمة التضغيط؟
ولأنَّ بئر السلم هو مسار الهروب من كلِّ الأدوار أثناء اندلاع الحرائق، ومن ثَمَّ فلابد وأن يُـؤَمَّنَ هذا المسار ضدَّ الدخان أمام الهاربين من الحريق، ففي الأحوال العادية عندما نفتح بابًا على أحد جانبيه دخان، فإنَّ الدخان ينتقل بسهولة إلى الجهة الأخرى من الباب، ومن ثَمَّ فإنه عند فتح باب بئر السُّلم للهروب إلى الأدوار السفلية، ينتشر الدخان إلى بئر السُّلم، ومن ثَمَّ يتعرض الهاربون للاختناق داخل البئر بسبب الدخان قبل مغادرتهم للمبنى.
ولمنع ذلك، لابد من رفع ضغط الهواء داخل بئر السُّلم بمقدار (12.5 – 25 أو 35 باسكال) أعلى من بقية المبنى، حسَب ارتفاعات المبنى، وحسَب وجود الرشاشات (sprinklers) من عدمها، حتى يظل البئر مسارًا للهروب، آمنًا، خاليًا من الدخان.
وتعتمد بئر السلالم المُؤمَّنة ضد الدخان بالتضغيط على توفير نظام ميكانيكي مُصمَّم تصميمًا هندسيًّا يحقق زيادة الضغط بالبرج بقدرٍ يَحُول دون تسريب دخان الحريق من المبنى إلى بئر السُّلم المُؤمَّن.
ويُفضَّل أن يقتصر تنفيذ أنظمة التضغيط على المبانـي المُؤمَّنة بنظام رشاشات المياه التلقائيَّة، ولتصميم النظام يجب أن يتمَّ حساب الضغط النسبي الأقصى المتوقع طبقًا لظاهرة المدخنة في الحيِّز المُؤمَّن ضد الدخان بالنسبة لباقي أجزاء المبنى.
ويُصمَّم نظام التضغيط بحيث يكون قادرًا على توليد ضغطٍ موجبٍ في المبنى المُؤمَّن ضد الدخان قدره (1.25 ملليمتر ماء) = ( أي: 12.5 باسكال = 0.000125 كجم/سم2)، وبحيث لا يزيد الضغط الموجب الإجمالي عن (8.75 ملليمتر ماء) = (أي: 87.5 باسكال = 0.000875 كجم/سم2).
برامج المُحَاكاة : CFD. Computerized fluid dynamics
اقترحت هذه الدراسة ضغط الجزء العلوي من المبنى بواسطة أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء لتقليل فروق الضغط ΔPs الكبيرة عَبْر أبواب المصعد التي تمَّ تأكيدها من خلال القياسات الميدانيَّة، وفي هذه الدراسة تمَّ تحديد مجموعة الطوابق في الجزء العلوي من المبنى المراد ضغطه من خلال المُحَاكاة الحاسوبيَّة، بالإضافة إلى ذلك تمَّ تحديد حجم الهواء المطلوب للضغط (VPA).
نتائج محاكاة ΔP عَبْر أبواب المصعد التي تمَّ الحصول عليها؛ حيث كان معظم ΔPs عَبْر أبواب المصعد باستثناء أبواب المصعد الشاهقة في الطابق الأول أصغر من (100 باسكال)؛ لذلك تمَّ تلخيص ΔPs فقط عَبْر أبواب المصعد الشاهقة في الطابق الأول مع حجم الهواء المطلوب لكل حالة، كان ΔP للحالة الأساسية = (141.5 باسكال)، متجاوزًا عتبة (100 باسكال).
خاتمة:
عملية حماية الإنسان من الموت خنقًا بالدخان أثناء الإخلاء الآمن هي الهدف الأول في مكافحة الحريق، وتتطلَّب اعتبارات هندسية في التصميم؛ منها: دراسة العوامل المؤثرة على حركة الدخان، وضغط الهواء داخل سلالم الهروب، وحساب قدرة مراوح الشَّفط للدخان، والضواغط الكافية لمنع تسريب الدخان إلى أماكن إخلاء الأفراد مع استخدام برامج كمبيوتر للمُحَاكاة، والحسابات المُعقَّدة من أجل حماية الإنسان.
والوسيلة السائدة لتحسين البيئة في حاويات السلالم الشاهقة هي حماية السلالم باستخدام أنظمة ضغط الدرج، فينبغي تصميم أنظمة ضغط الدرج بشكل صحيح لتجنُّب خَلْق ظروف معاكسة للخروج؛ مثل: قوى فتح الباب المرتفعة بشكل غير مقبول بسبب تأثير تجمُّع الدخان.
ومن الأفضل تَرْك تصميم أنظمة ضغط الدرج لمهندس حماية من الحرائق مُتمرِّس يمكنه الوصول إلى جميع تفاصيل البناء، وتذكَّر أنَّ الضغط الزائد على الدرج قد يُسبِّب ضررًا كبيرًا.
