Tính toán tăng áp cầu thang

Tính toán tăng áp cầu thang giữ vai trò rất quan trọng trong công trình xây dựng như nhà cao tầng, chung cư, trung tâm thương mại,… Vì sự phát triển không ngừng của của công trình xây dựng nguy cơ xảy ra cháy nổ, hỏa hoạn là không trách khỏi. Do vậy, cần có những phương án phòng chống cháy nổ, phòng cháy chữa cháy để đảm bảo cho sự an toàn của con người và tài sản.

Tăng áp cầu thang là gì?

Là hoạt động làm tăng áp suất bên trong khu vực cầu thang thoát hiểm. Hệ thống sẽ giúp điều chỉnh áp suất không khí bên trong cầu thang sao cho áp suất bên trong cao hơn so với với áp suất bên ngoài. Hầu hết các thiết kế toà nhà cao tầng, cầu thang bộ luôn nằm ở vị trí kín gió, bao quanh là tường, không tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài trời. Do vậy hệ thống tăng áp giúp tăng áp, tạo ra áp suất dương bên trong buồng thang.

Mục đích việc tăng áp cầu thang

Hệ thống tăng áp cầu thang được xem là hệ thống bắt buộc theo quy định của nhà nước về việc xây dựng các công trình cao tầng. Việc lắp đặt hệ thống tăng áp cầu thang cực kỳ quan trọng và cần thiết bởi những lợi ích mà chúng mang lại như sau:

Trong trường hợp tòa nhà xảy ra hoả hoạn, hệ thống tăng áp cầu thang được kích hoạt và đem lại những tác dụng như sau:

Hệ thống tăng áp cầu thang với nhiệm vụ cấp khí tươi, tạo ra sự thay đổi về áp suất từ đó tạo ra áp suất dương cho cầu thang. Chúng là hệ thống bảo vệ, là bức tường vô hình ngăn chặn khói lửa và khí bụi từ trong đám cháy không lây lan vào bên trong không gian thang bộ. Từ đó không gian bên trong cầu thang bộ được đảm bảo đầy đủ không khí sạch. Nhờ vậy:

Giúp con người có thời gian thoát ra khỏi đám cháy dễ dàng. Trong khu vực cầu thang bộ là nơi an toàn, khi có đám cháy xảy ra, mọi người nhanh chóng di chuyển vào cầu thang bộ và thoát ra khỏi tòa nhà.
Chống cháy lan: giúp cô lập đám cháy trách không cho ngọn lửa cháy lan sang các tầng, khu vực lân cận, nhờ vậy công tác cứu hỏa cứu nạn sẽ diển ra dễ dàng và nhanh chóng hơn, ngoài ra còn giúp hạn chế tối đa thiệt hại tài sản.

Là nơi an toàn để tránh nạn, đặc biệt là những đối tượng cần được giúp đỡ như người già, trẻ nhỏ, người khuyết tật, phụ nữ mang thai… Có thể tạm tránh nạn ở đây chờ lực lượng chức năng tới ứng cứu.

Khu vực cầu thang bộ là nơi mà đội cứu hộ có thể tiếp cận đám cháy và xử lý đám cháy.

Khu vực an toàn bảo vệ các đồ vật, tài sản có giá trị cao khỏi sự ảnh hưởng của đám cháy.

Như vậy, hệ thống tăng áp cầu thang là hệ thống phòng cháy chữa cháy quan trọng, bảo vệ con người và tài sản khỏi những hiểm nguy từ đám cháy.

Yêu cầu kỹ thuật cơ bản

Tạo áp: Khi tất cả các cửa vào cầu thang bộ đóng thì lưu lượng gió cấp phải đủ để duy trì sự chênh áp giữa buồng thang với bên ngoài theo đúng yêu cầu và tiêu chuẩn phù hợp về phòng cháy chữa cháy.
Vận tốc gió khi mở cửa: tùy theo quy định của từng tiêu chuẩn sẽ có những giá trị khác nhau về vận tốc gió khi mở cửa thoát hiểm.
Lực mở cửa: Lực mở cửa không được quá lớn để tất cả mọi người bao gồm những người lớn tuổi vả trẻ nhỏ đều có thể mở được cửa thường không được chọn quá 100N, lưu ý cửa thoát hiểm phải đảm bảo yêu cầu chống cháy, không được khóa, có hệ thống thủy lực tự động đóng cửa khi không có lực tác dụng để việc tạo áp, phòng cháy chữa cháy đạt hiệu quá tốt nhất.
Vận hành: hệ thống điều áp được điều khiển trực tiếp từ tủ báo cháy tự động, bất kể khi nào có tín hiệu cháy từ trung tâm báo cháy.
Nguồn cấp cho quạt: Đó phải là nguồn ưu tiên, tất cả cáp nguồn và điều khiển phải sử dụng cáp có khó năng chống cháy.

Công thức tính toán:

Khi không khí lưu thông trong trục cầu thanng và có sự chênh áp với không gian bên ngoài thì lưu lượng không khí được xác định theo biểu thức:

Trong đó

Q – lưu lượng gió (m³/s).

A_E – tổng diện tích khe hở trong không gian tạo áp (m²).

P – độ chênh áp suất (Pa).

N – hệ số rò lọt của khe hở có thể thay đổi từ 1 đến 2. Chọn N=2

Ví dụ thông số tính toán

Tính toán tạo áp cho khu vực Hotel gồm 6 hầm, 19 tầng, 1 mái.
Tạo áp theo tiêu chuẩn BS 5588:1998 và Smoke control by pressurization WTP 41 dựa theo TC BS 5588-4-1998.
Vận tốc khi mở cửa 0,75 (m/s),
Tổng số cửa là 26 cửa đơn 1mx2.2 m. (Có 24 cửa mở vào không gian tạo áp, 2 cửa mở ra ngoài không gian tạo áp).
Số cửa mở khi có cháy là 3 cửa, gồm cửa thang tầng cháy, cửa thang trên tầng cháy và cửa thoát hiểm.

Mode 1: Khi tất cả các cửa cùng đóng

Lưu lượng không khí cần cấp khi tất cả các của cùng đóng với sự chênh áp trong buồng thang và bên ngoài là 50Pa.

Dựa vào TC BS 5588-4-1998 trang 66 ta có:

Tổng diện tích rò lọt qua 24 cửa đơn mở vào không gian tạo áp:

A_E1 = 24 x 0.0114 = 0.274 m2

Tổng diện tích rò lọt qua 2 cửa đơn mở ra ngoài không gian tạo áp:

A_E2 = 2 x 0.0229 = 0.0458 m2

Vậy lưu lượng gió cần cấp cho buồng thang khi tất cả các cửa đều đóng

Để an toàn theo khuyến cáo ta tăng thêm 50% lưu lượng

Q_o = 1.875 x 150% = 2,813 m³/s

Mode 2: Có 3 cửa mở và áp suất trong buồng thang là 10Pa

Lưu lượng không khí qua cửa tầng có cháy khi mở

Trong đó

A₁ – diện tích cửa

v – vận tốc gió

Theo tiêu chuẩn BS 5588-4-1998 khi cửa tầng có cháy mở không khí tràn qua sẽ có vận tốc tối thiểu là 0,75 (m/s), ta chọn v = 1 (m/s)

Tính toán kiểm tra áp suất trong buồng thang để thải 2,2 m³/s ra không gian bên ngoài thông qua cửa thổi gió với vận tốc 2,5 m/s.

Diện tích cửa thoát khí từ tầng có cháy

Lúc này tổng diện tích rò lọt sẽ là:

Từ lưu lượng Q₁ và tổng diện tích rò lọt A_E ta tìm P qua biểu thức:

Lưu lượng không khí qua cửa thoát hiểm tầng trệt khi áp suất trong buồng thang là 10Pa

Lưu lượng không khí qua cửa trên tầng cháy mở khi áp suất trong buồng thang là 10Pa

Tổng diện tích rò lọt là

Với A₃là diện tích rò lọt qua kết cấu bao che, với A₃ = 0,22 m theo BS 5588-4-1998 khi diện tích sàn 900 m² đối với công trình diện tích sàn là 1200 m² ta có A₃ = 0,293 m².