ما هو نظام ضغط أدراج الطوارئ؟

ما هو نظام ضغط أدراج الطوارئ؟

نظام ضغط سلالم الهروب هو نظام ميكانيكي للتحكم في الدخان، يتم تصميمه بهدف منع دخول الدخان المتكوّن أثناء الحريق إلى سلالم الهروب. يقوم النظام بتزويد بئر السلم بهواء نقي بطريقة محكومة، مما يؤدي إلى تكوين ضغط موجب ويمنع تسرب الدخان المنتشر من منطقة الحريق إلى فراغ السلم. ويُعد الحفاظ على السلالم خالية من الدخان أثناء الحريق أمراً حيوياً لضمان الإخلاء الآمن. لذلك تُستخدم أنظمة ضغط السلالم على نطاق واسع في المباني العالية، والمجمعات السكنية، والفنادق، والمستشفيات، ومراكز التسوق، ومراكز الأعمال، والمباني العامة، والمنشآت الصناعية.

تعمل أنظمة ضغط السلالم عادةً بالتكامل مع نظام كشف الحريق، ونظام إنذار الحريق، ونظام أتمتة المبنى (BMS)، وأنظمة التحكم في الدخان، وسيناريوهات الحريق. عند اكتشاف الحريق، يدخل النظام في الخدمة تلقائياً ليكوّن ممراً آمناً للإخلاء داخل سلالم الهروب. وتُعد هذه الأنظمة في الوقت الحاضر من أهم حلول الحماية الفعالة في هندسة السلامة من الحريق.

هدف أنظمة ضغط سلالم الهروب

الهدف الأساسي من أنظمة ضغط سلالم الهروب هو تمكين الأشخاص من إخلاء المبنى بأمان أثناء الحريق. فمعظم الوفيات التي تحدث في الحرائق لا تنتج عن اللهب مباشرة، بل عن الدخان والغازات السامة. ويمكن لأول أكسيد الكربون (CO)، وثاني أكسيد الكربون (CO₂)، وسيانيد الهيدروجين (HCN)، والغازات السامة الأخرى أن تصل إلى مستويات قاتلة خلال فترة قصيرة.

تمنع أنظمة ضغط السلالم دخول الدخان إلى فراغ السلم من خلال تكوين ضغط موجب في مسارات الهروب. وبذلك يحصل مستخدمو المبنى على إمكانية إخلاء آمنة لمدة أطول. وفي الوقت نفسه، تسهّل هذه الأنظمة دخول فرق الإطفاء إلى المبنى والتدخل لمكافحة الحريق. لذلك تُعد أنظمة ضغط السلالم، إلى جانب أنظمة الرش الآلي، وخزائن الحريق، وأنظمة تصريف الدخان، من المكونات الأساسية لمشاريع السلامة الحديثة من الحريق.

كيف يعمل نظام ضغط سلالم الهروب؟

عند تفعيل إنذار الحريق، تعمل مراوح الضغط تلقائياً. ويتم إرسال الهواء النقي المأخوذ من البيئة الخارجية إلى بئر السلم عبر مجاري هواء مقاومة للحريق. ونتيجة لهذه العملية، يتم إنشاء فرق ضغط موجب بين فراغ السلم والممر أو منطقة الحريق.

بسبب الضغط الموجب، تحدث حركة الهواء باستمرار من فراغ السلم باتجاه منطقة الحريق. وبذلك يتم منع تسرب الدخان إلى داخل السلم. ولضمان التشغيل الصحيح للنظام، يجب أخذ تسربات الهواء، وفتحات الأبواب، وبنية الشافت، وارتفاع المبنى، وقيم الضغط التفاضلي، وقوى فتح الأبواب بعين الاعتبار. وفي الأنظمة الحديثة، تُستخدم حساسات الضغط التفاضلي ومحولات التردد للحفاظ على قيم الضغط تحت التحكم المستمر.

مروحة الضغط

تُعد مروحة الضغط أهم معدة في نظام ضغط السلالم. تقوم المراوح بتكوين الضغط الموجب المطلوب من خلال إرسال الهواء النقي المأخوذ من البيئة الخارجية إلى فراغ السلم. وعند اختيار المروحة، يتم أخذ معدل تدفق الهواء (m³/h)، والضغط الساكن الكلي (Pa)، وقدرة المحرك (kW)، وكفاءة الطاقة، ومستوى الضجيج، ومعايير مقاومة الحريق بعين الاعتبار.

عادةً ما يتم اختيار المراوح المستخدمة في سيناريوهات الحريق من النماذج المعتمدة ذات مقاومة حرارية 300 درجة مئوية لمدة ساعتين أو 400 درجة مئوية لمدة ساعتين. ويُعد التشغيل الموثوق للمراوح عاملاً محدداً بشكل مباشر لأداء النظام.

دامبر تفريغ الضغط

تُستخدم دامبرات تفريغ الضغط للتحكم في الضغط الزائد الذي قد يتكوّن داخل فراغ السلم. وعندما يتجاوز الضغط داخل السلم الحدود المحددة، يفتح الدامبر تلقائياً لتصريف الهواء الزائد.

وبهذه الطريقة يستمر التحكم في الدخان، وفي الوقت نفسه تبقى قوى فتح الأبواب ضمن مستويات مقبولة. وتُستخدم دامبرات تفريغ الضغط عادةً من النوع المتحكم به بمحرك أو من نوع الرجوع النابضي، ولها وظيفة مهمة من حيث سلامة النظام.

حساسات الضغط

تقوم حساسات الضغط بقياس الضغط التفاضلي بين فراغ السلم والفراغات المجاورة بشكل مستمر. ويتم إرسال البيانات الواردة من الحساسات إلى لوحة الأتمتة، ليتم ضبط سرعات المراوح بصورة لحظية.

تكتسب حساسات الضغط أهمية حرجة، خصوصاً في المباني العالية، من حيث التحكم في تغيرات الضغط التي قد تحدث بسبب تأثير المدخنة (Stack Effect). وتضمن هذه المعدات بقاء النظام باستمرار ضمن ظروف التشغيل المثلى.

محول التردد (VFD)

محول التردد (VFD) هو مشغل إلكتروني يوفر التحكم في سرعة محركات المراوح. ويقوم تلقائياً بزيادة أو خفض سرعة المروحة وفقاً للبيانات الواردة من حساسات الضغط التفاضلي.

وبذلك يتم تحقيق توفير في الطاقة، كما يتم الحفاظ باستمرار على مستوى الضغط المطلوب داخل فراغ السلم. وفي الأنظمة التي تستخدم VFD، لا تعمل المراوح باستمرار بكامل طاقتها، مما يؤدي إلى خفض تكاليف التشغيل بشكل ملحوظ.

حسابات ضغط سلالم الهروب

يتم تصميم أنظمة ضغط السلالم وفقاً لأحكام ‎TS EN 12101-6‎ و‎EN 12101‎ و‎NFPA 92‎ ولائحة حماية المباني من الحريق. والهدف الأساسي من التصميم هو منع انتقال الدخان من خلال إنشاء ضغط تفاضلي كافٍ بين فراغ السلم ومنطقة الحريق أثناء الحريق.

في سيناريوهات الأبواب المغلقة، يُستهدف عادةً تكوين ضغط تفاضلي بمستوى 50 باسكال تقريباً. أما في سيناريوهات الأبواب المفتوحة، فيتم منع دخول الدخان إلى السلم من خلال تكوين سرعة هواء كافية عند فتحة الباب.

حيث:

• فرق الضغط، ويرمز له بالرمز ΔP، ووحدته Pa

• ضغط فراغ السلم، ويرمز له بالرمز P₁، ووحدته Pa

• ضغط الممر أو منطقة الحريق، ويرمز له بالرمز P₂، ووحدته Pa

حيث:

• معدل تدفق الهواء، ويرمز له بالرمز Q، ووحدته m³/s

• مساحة فتحة الباب، ويرمز لها بالرمز A، ووحدتها m²

• سرعة الهواء، ويرمز لها بالرمز V، ووحدتها m/s

عادةً ما تُستهدف سرعات هواء تتراوح بين 0.75 و2.0 متر/ثانية عند فتحات الأبواب.

حيث:

• القوة المؤثرة على الباب، ويرمز لها بالرمز F، ووحدتها N

• فرق الضغط، ويرمز له بالرمز ΔP، ووحدته Pa

• مساحة الباب، ويرمز لها بالرمز A، ووحدتها m²

تؤخذ في الحسابات أيضاً تسربات الهواء، وفراغات أسفل الأبواب، وتسربات الشافت، وفئات إحكام أبواب الحريق، وفواقد ضغط مجاري الهواء، وفواقد الدامبرات، ومقاومات الفلاتر، وأحمال الرياح، وتأثير المدخنة بعين الاعتبار. وخصوصاً في المباني العالية، يتم التحقق من أداء النظام باستخدام تحليلات ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD).

مزايا أنظمة ضغط سلالم الهروب

تُعد أنظمة ضغط السلالم من أكثر أنظمة الحماية الفعالة كفاءة في هندسة السلامة من الحريق. تمنع هذه الأنظمة وصول الدخان الكثيف المتكوّن أثناء الحريق إلى سلالم الهروب، مما يتيح لمستخدمي المبنى الإخلاء بشكل آمن. وبفضل التحكم في الدخان، يتم الحفاظ على مدى الرؤية، وتقليل التعرض للغازات السامة، وخفض حالة الذعر إلى أدنى مستوى.

كما تتيح أنظمة ضغط السلالم لفرق الإطفاء الدخول إلى المبنى بأمان والتدخل لمكافحة الحريق. وهي توفر الامتثال للوائح الحريق، وتشكل ميزة في تقييمات مخاطر التأمين، وترفع مستوى سلامة المبنى. وبفضل إمكانية عملها بالتكامل مع حساسات الضغط التفاضلي، والمراوح المتحكم بها بواسطة VFD، وأنظمة أتمتة المباني، فإنها تقدم حلولاً موفرة للطاقة وموثوقة وطويلة العمر. وتُعد من أنظمة السلامة من الحريق التي لا غنى عنها، خصوصاً في المباني العالية.

مجالات استخدام أنظمة ضغط سلالم الهروب

تُستخدم أنظمة ضغط السلالم على نطاق واسع في المجمعات السكنية، وناطحات السحاب، ومباني المكاتب العالية، ومراكز التسوق، والمستشفيات، والفنادق، والمطارات، والجامعات، والمباني العامة، والمنشآت الصناعية، ومراكز البيانات، والمختبرات، والمراكز اللوجستية.

خصوصاً في المباني التي يزداد فيها الارتفاع، يصبح التحكم في دخان السلالم أكثر أهمية بسبب تأثير المدخنة الذي يحدث أثناء الحريق. وضمن نطاق لائحة حماية المباني من الحريق، تُلزم أنظمة ضغط السلالم في المباني التي تتجاوز ارتفاعات معينة. وتعمل هذه الأنظمة مع أنظمة كشف الحريق، وتجهيزات الرش الآلي، وأنظمة تصريف الدخان، وأنظمة إدارة المباني، لتشكل جزءاً مهماً من استراتيجية السلامة المتكاملة من الحريق في المنشأة.

مخمد تخفيف الضغط

تُستخدم مخمدات تخفيف الضغط للتحكم في الضغط الزائد الذي قد يحدث داخل بئر السلم. عندما يتجاوز الضغط داخل الدرج الحدود المحددة، يفتح المخمد تلقائيًا ويخرج الهواء الزائد.

وبهذه الطريقة، يتم الحفاظ على التحكم في الدخان بينما يتم الحفاظ على قوى فتح الباب عند مستويات مقبولة. تُستخدم مخمدات تخفيف الضغط بشكل عام كأنواع مزودة بمحركات أو أنواع زنبركية ولها وظيفة مهمة من حيث سلامة النظام.

مجسات الضغط

تقوم أجهزة استشعار الضغط بقياس الضغط التفاضلي بين الدرج والمساحات المجاورة بشكل مستمر. يتم نقل البيانات الواردة من أجهزة الاستشعار إلى لوحة التشغيل الآلي، ويتم ضبط سرعات المروحة على الفور.

تعتبر أجهزة استشعار الضغط ذات أهمية بالغة، خاصة في المباني الشاهقة، للتحكم في تغيرات الضغط التي قد تحدث بسبب تأثير المدخنة. تضمن هذه الأجهزة بقاء النظام بشكل مستمر ضمن ظروف التشغيل المثلى.

محرك التردد المتغير (Vfd)

محرك التردد المتغير (VFD) هو محرك إلكتروني يوفر التحكم في سرعة محركات المروحة. يقوم تلقائيًا بزيادة أو تقليل سرعة المروحة وفقًا للبيانات الواردة من مستشعرات الضغط التفاضلي.

وبهذه الطريقة، يتم تحقيق توفير الطاقة والحفاظ على مستوى الضغط المطلوب داخل الدرج بشكل مستمر. في الأنظمة التي تستخدم VFDs، لا تعمل المراوح بشكل مستمر بكامل طاقتها، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل.

حسابات ضغط الدرج

يتم تصميم أنظمة ضغط الدرج وفقًا لأحكام TS EN 12101-6، EN 12101، NFPA 92، ولائحة الحماية من الحرائق في المباني. الهدف الرئيسي من التصميم هو منع مرور الدخان عن طريق خلق ضغط تفاضلي كافٍ بين بئر السلم ومنطقة الحريق أثناء الحريق.

في سيناريوهات الأبواب المغلقة، يتم استهداف إنشاء ضغط تفاضلي يبلغ حوالي 50 باسكال بشكل عام. في سيناريوهات الأبواب المفتوحة، يتم منع دخول الدخان إلى بئر السلم عن طريق خلق سرعة هواء كافية عبر فتحة الباب.

Δp = P₁ − P₂

أين؛

• ΔP = فرق الضغط (Pa)

• P₁ = الضغط الداخلي في بئر السلم (Pa)

• P₂ = ضغط الممر أو منطقة الحريق (Pa)

س = أ × الخامس

أين؛

• س = معدل تدفق الهواء (م³/ث)

• أ = منطقة فتح الباب (م²)

• V = سرعة الهواء (م/ث)

تستهدف سرعات الهواء التي تتراوح بين 0.75 م/ث و2.0 م/ث بشكل عام فتحات الأبواب.

F = Δp × أ

أين؛

• F = القوة المؤثرة على الباب (N)

• ΔP = فرق الضغط (Pa)

• أ = مساحة الباب (م²)

في الحسابات، يتم أيضًا أخذ تسرب الهواء، والفجوات الموجودة تحت الأبواب، وتسرب العمود، وفئات التسرب من أبواب النار، وفقدان ضغط مجاري الهواء، وفقدان المخمدات، ومقاومة المرشح، وأحمال الرياح، وتأثير المكدس في الاعتبار. يتم التحقق من أداء النظام، خاصة في المباني الشاهقة، باستخدام تحليلات CFD (ديناميكيات الموائع الحسابية).

مزايا أنظمة ضغط الدرج

تعد أنظمة ضغط الدرج من بين أنظمة الحماية النشطة الأكثر فعالية في هندسة السلامة من الحرائق. تمنع هذه الأنظمة الدخان الكثيف الناتج أثناء الحريق من الوصول إلى سلالم الهروب وتمكن شاغلي المبنى من الإخلاء بأمان. من خلال التحكم في الدخان، يتم الحفاظ على مسافة الرؤية، وتقليل التعرض للغازات السامة، وتقليل بيئة الذعر.

تسمح أنظمة ضغط الدرج أيضًا لفرق الإطفاء بدخول المبنى بأمان والتدخل في الحريق. إنها توفر الامتثال للوائح مكافحة الحرائق، وتوفر مزايا في تقييمات مخاطر التأمين، وتزيد من مستوى السلامة العام للمبنى. وبما أنها يمكن أن تعمل بالتكامل مع أجهزة استشعار الضغط التفاضلي، والمراوح التي يتم التحكم فيها بواسطة VFD، وأنظمة التشغيل الآلي للمباني، فإنها توفر حلولاً موفرة للطاقة وموثوقة وطويلة الأمد. وهي من أنظمة السلامة من الحرائق التي لا غنى عنها، وخاصة في المباني الشاهقة.

مجالات تطبيق أنظمة ضغط الدرج

تستخدم أنظمة ضغط الدرج على نطاق واسع في المساكن وناطحات السحاب ومباني المكاتب الشاهقة ومراكز التسوق والمستشفيات والفنادق والمطارات والجامعات والمباني العامة والمرافق الصناعية ومراكز البيانات والمختبرات والمراكز اللوجستية.

خاصة في المباني التي يزداد فيها ارتفاع المبنى، يصبح التحكم في الدخان في السلالم أكثر أهمية بسبب تأثير المداخن الذي يحدث أثناء الحريق. ضمن نطاق لائحة الحماية من الحرائق في المباني، تعد أنظمة ضغط السلالم إلزامية في المباني التي تقع فوق ارتفاعات معينة. تعمل هذه الأنظمة جنبًا إلى جنب مع أنظمة الكشف عن الحرائق، وتركيبات الرشاشات، وأنظمة عادم الدخان، وأنظمة إدارة المبنى، مما يشكل جزءًا مهمًا من استراتيجية السلامة من الحرائق المتكاملة للمبنى.