بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت مدیریت دود ناشی از حریق در ساختمانها، در این پژوهش به مدلسازی حریق و دود ناشی از آن در یک آمفیتئاتر پرداخته شده است. این سالن، دارای سه طبقه و ظرفیت 800 نفر و بالغ بر 2500 مترمربع مساحت دارد. شبیهسازی با استفاده از برنامه شبیهساز دینامیک آتش2 انجام شده است. ابتدا مواد و مصالح اجزای داخل ساختمان مشخص شده و سپس در نرمافزار پایروسیم جهت مدل سازی تعریف شده است. برای اطمینان از نتایج، شبکه مش بندیهای مختلف مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین جهت صحه گذاری، نتایج حاصل با یک مرجع مورد بررسی قرار گرفته است.
حریق با شدت 5000 kW/m2 و ابعاد 30 cm ایجاد شده که شبیهسازی آن در سناریوی شامل حریق در طبقه همکف و بدون اسپرینکلر بررسی شده است. کانتورهای دما، غلظت گاز اکسیژن، منواکسید کربن و نحوه گسترش دود و حریق بر حسب زمان ارائه شده است. نتایج نشان میدهد که حریق بسیار حساس به خواص حرارتی - هدایت گرمایی، گرمای مخصوص، چگالی، سرعت سوزش و غیره - است و پس از 20 ثانیه از شروع آتشسوزی حریق به سرعت به سمت بالا اوج گرفته و دود زنی سریعاً گسترش پیدا میکند . حداکثر زمانی که افراد محبوس در سالن برای خروج باید در نظر بگیرند طبق نتایج حاصل از کانتورها، حدود 4 دقیقه است. باید توجه داشت که راهپلهها و دربهای خروج اضطراری بهترین راه ممکن برای دستیابی به محیط و فرار از محل حادثه است.
-1مقدمه
مسئله اساسی، مربوط به عوامل مؤثر در رخداد آتشسوزی و گسترش حریق و دود در ساختمان میباشد. آتش بر اثر ترکیب اکسیژن با یک مادهی سوختنی به وجود میآید که این فرآیند تولید نور و حرارت - انرژی - میکند. درگذشتهی آتشسوزیهای بزرگی در دنیا اتفاق افتاده است که تلفات زیادی داشته است. مواردی از آتشسوزیها علاوه بر خسارت مالی بسیار بزرگ، باعث آلودگی بخش وسیعی از آبوهوا شده است.
آمار نشان داده که حریقهای بزرگمعمولاً برای اولین بار و بدون پیش بینی ملموسی برای ساکنان و کارکنان رخ میدهد. در حالی که طبق بررسیها حداقل 75 درصد این حریق قابل پیشگیری است. آتشسوزی در ساختمانها، باعث ایجاد خطرات عمده برای ساکنان آنها و صدمه به اموال میشود. بسیاری از تحقیقات در دهههای اخیر، برای درک مکانیزم گسترش آتشسوزی در ساختمانهای بزرگ انجام شده است. به دلیل مشکلاتی که در تمام عوامل مؤثر بر رشد و گسترش آتشسوزی در دادههای ورودی برای مدلهای گسترش آتش وجود دارد، این مطالعات اغلب با استفاده از یک روش احتمالی انجام شده است.
عامل مهم در پیشگیری از خسارات ناشی از آتش، تهیه یک طرح خوب پیشگیری است - نیکنام، . - 1384 در آتشسوزی ساختمان، علت اصلی مرگومیر، دود است. دود، اغلب یک فاصله طولانی را از منطقه آتشسوزی طی میکند که برخی از تحقیقات در مورد انتشار دود، توسعه داده شده است. میتوان از دیوارههای هوا برای کاهش دود ناشی از آتشسوزی و مونواکسید کربن ناشی از جابجایی آتش در محیط، استفاده کرد. مقایسه نتایج بین سیستم تهویه و سیستم دودکش نشان میدهد که سیستم دودکش یک لایه پایدار از دود و دما در داخل ساختمان و یک لایه دود گرم در طبقات بالاتر ایجاد میکند .
- Zalok and Hadjisophocleous, 2011 - کنترل و تخلیه دود برای راهروها در ساختمانهای سازگار با محیطزیست مهم است زیرا برای ساکنان محبوس، تخلیه دود یک نگرانی محسوب میشود. به همین جهت انباشتگی دود به صورت یک موضوع کلیدی مطرح شده است و زمان تخلیه مورد نیاز باید کوتاهتر از زمان انباشتگی و گسترش دود در یک راهرو باشد. زمان تخلیه بستگی بهسرعت واکنش ساکنان دارد که کنترل آن بسیار مشکل است. تخلیه تحت شرایط شلوغ همراه با بهرهبرداری از سیستمهای مدیریت دود، باید مورد مطالعه قرار گیرد.
با مقایسه زمان مورد نیاز تخلیه شبیهسازیشده و زمان لازم برای انباشتگی دود در یک ارتفاع مشخص، سیستمهای خروج دود مناسب میتوانند برای راهروها طراحی شده و نتایج حاصل میتوانند در تهیه بهتر طرحهای ایمنی آتش مفید باشند. باید توجه داشت که مدیریت ایمنی آتش ممکن است حتی از ارائه قوانین ساخت و ساز غیرفعال و سیستمهای حفاظت از آتش فعال بسیار مهمتر باشد .
- Yuan Yu et al, 2014 - رویکرد اولیه طراح ساختمان باید برای کنترل حرکت دود در طول آتشسوزی و حفظ نواحی بحرانی اصلی - نظیر راهپلهها - از دود باشد. اگر لازم است، دود در ناحیه منشأآتش فوراً با ترکیبی از سیستمهای تهویه و محدود کردن نواحی ورودی محبوس شود. چنین رویکردی شامل اتخاذ اقدامات لازم در هر محیطی که در آن آتشسوزی میتواند رخ دهد است که از این رو میتواند پرهزینه باشد. برای اطمینان از محبوس بودن، در صورت حضور یک باد مخالف در محلی از پایین طبقه یک ساختمان بسیار مرتفع که گرفتار آتش است، تعداد بیشتری از دودکشهای تهویه لازم است.
- W. K. Chow et al, . - 2011 در پژوهش - Cherng-Shing Lin et al, 2014 - ، به شبیهسازی حریق در یکی از هتلهای اصلی شهر چین تایپه پرداخته شده است که در طی آن ساکنان از خواب بیدار شده و اقدام به فرار میکنند. بعضی از آنها بر اثر خفگی در اتاق خواب خود و یا راهپله جان خود را از دست دادند. در پژوهش - Han-Liang Chien et al, 2013 - ، بررسی یک رخداد آتشسوزی در یک هتل که منجر به تلفات جدی در تاریخ تایوان شد، ارائه شده است.
بررسی گزارش آتشسوزی به آنها در تعیین نقطه منشأ آتش کمک زیادیکرد. دادههای تجربی توسط موسسه بینالمللی استاندارد و تکنولوژی3 برای یک کفپوش فومی به عنوان یک پارامتر ورودی برای شبیهسازی سوخت اولیه برای آتش استفاده شد. در پژوهش - Lukas Valasek, 2011 - ، با استفاده از نرمافزار پایروسیم، یک سینمای معمولی با کف شیبدار و سقف منحنی شرح و یک سناریوی آتش در یک سینمای ساده نشان داده شده است.
در پژوهش - Nelson Bryner et al, 2003 - ، پژوهشگران از تحقیقات فنی خود از حریق در موسسه ملی استاندارد و فناوری در ایالات متحده آمریکا و از یک مدل کامپیوتری برای بازسازی رشد و گسترش حریق در تمام ابعاد پایگاه استفاده کردند. در پژوهش - Daniel Madrzykowski, 2004 - ، به شبیهسازی حریق و گسترش دود در یک حالت آزمایشی و واقعی در آزمایشگاه تحقیقاتی حریق پرداخته شده است. هدف از انجام این پژوهش، شبیه سازی نحوه گسترش دود در ساختمان مدنظر و ارائه راهکار برای کاهش تلفات احتمالی می باشد.
-2 روش تحقیق
بیشتر مدلهای آتش برای مطالعه و تحقیق در ساختار آتش رو به پیشرفت بودهاند مانند مدلهای دینامیک سیالات محاسباتی یا مدلهای تئوری دیگر کهمعمولاً برای شبیهسازی آتش به وجود آمدهاند و بهطور وسیعی در طراحی سیستمهای مدیریت دود کاربرد دارند. پیشرفت تحقیقات دینامیک سیالات محاسباتی در مورد کاربردهای آتش در ساختمانها در 10 سال اخیر بسیار کند بوده است.
یک سیستم مرتبط، غیرخطی و شامل معادلات دیفرانسیل جزئی در معادلات مومنتوم به کار میرود. مدل دینامیک سیالات محاسباتی برای مطالعه روی حرکت دود در نواحی دور از حریق جهت کاهش اثرات تابش حرارتی محدود شده است . - Cherng- Shing Lin et al, 2014 - در مدل پیش زمینه دینامیک سیالات محاسباتی سه قسمت اصلی وجود دارد:
. جریان توربولانس در شبیهسازی شناوری که باعث افزایش حرکت است
. جداسازی معادلات دیفرانسیل جزئی
. الگوریتم حل معادلات فشار و سرعت مرتبط
با استفاده از نرمافزار پیشرفته شبیهسازی آتش، میتوانیم طراحی ساختمان را تحلیل کنیم و علاوه بر آن به مشتریان و همچنین مقامات عالی رتبه ساختمانها و آتشنشانها مشاوره دهیم که چگونه به بهترین وجه از قوانین ساخت و ساز و حریق در حالی که فرم و عملکرد اصلی ساختمان حفظ شود استفاده کنند - . - McGrattan et al, 2016 طرح آتشسوزی توسط نرخ انتقال حرارت و تولید گازهای سمی مشخص میشود که هر دو با توجه به نوع، مقدار و پخش مواد قابل احتراق در منشأ اصلی آتش اثرگذار خواهند بود . - Zalok and Hadjisophocleous, 2011 -
1-2 مهندسی حفاظت حریق با نرم افزار پایروسیم
پایروسیم یک رابط کاربری گرافیکی برای شبیهساز دینامیک آتش است. مدلهای شبیهساز دینامیک آتش میتوانند دود، حرارت، مونوکسید کربن و مواد دیگر را در طول آتشسوزی پیشبینی کنند. نتایج حاصل از این شبیهسازیها، برای اطمینان بخشی به ایمنی ساختمان قبل از ساخت و ساز، ارزیابی گزینههای ایمنی ساختمانهای موجود، بازسازی آتشسوزی برای تحقیقات پس از حادثه، و کمک به آموزش آتشنشان استفاده شده است.
شبیهساز دینامیک آتش، حالات مختلف آتشسوزی را با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی که شامل حل عددی صورتی از معادلات ناویر- استوکس با یک جریان هدایت حرارتی و کم سرعت با تمرکز بر روی ویژگیهای انتقال دود و حرارت ناشی از حریق است را شبیهسازی میکند. این رویکرد بسیار انعطاف پذیر است و میتواند برای انواع آتشسوزیها اعم از اجاقگاز تا مخازن ذخیره سازی نفت استفاده شود. همچنین میتواند مسائلی که یک آتشسوزی را شامل نمیشود، مانند تهویه در ساختمان را مدل کند.
