TCTM – Theo thời gian, các nghiên cứu kỹ thuật, kinh nghiệm thực tế và các sự kiện đau thương cho thấy tác dụng của lỗ thông gió giếng thang máy không thực sự đem lại hiệu quả như kỳ vọng. Thay vào đó, chúng thường đưa tới những bài toán liên quan tới an toàn tính mạng khi xảy ra hỏa hoạn.
Như đã đề cập trong “Phần 2: Sự di chuyển của luồng khí trong giếng thang máy”, giếng thang máy được thông gió sẽ đẩy nhanh quá trình di chuyển của luồng không khí đối lưu bên trong và bên ngoài tòa nhà và gây nên hiệu ứng ống khói mạnh mẽ hơn. Vấn đề này cực kỳ quan trọng trong việc kiểm soát khói, nhiệt lan truyền bên trong giếng thang khi xảy ra hỏa hoạn.
Bên cạnh những lý do trong “Phần 1: Tại sao lại có thông gió giếng thang?” thì đây là lý do quan trọng nhất của quy định cũ. Mục đích là ngăn khói lửa tích tụ trong giếng thang khi có cháy.
Bộ luật Xây dựng Quốc tế (IBC) trước năm 2015 yêu cầu phải có lỗ thông gió ở giếng thang máy. Những lỗ thông gió này phải được đặt ở phía trên cùng của giếng thang máy và mở trực tiếp ra bên ngoài hoặc được dẫn ra bên ngoài bằng các ống dẫn không cháy có cùng mức chống cháy như thang máy.
Theo quan điểm trước đây, nếu khói xâm nhập vào giếng thang, một lỗ thông ở đỉnh giếng sẽ giúp khói thoát ra ngoài và ngăn không cho khói lan ngược trở lại các tầng khác.
Cụ thể, quy định xây dựng của Mỹ từ năm 1986 đã yêu cầu giếng thang phải có lỗ thông để “trường hợp có khói vào giếng, lỗ thông gió trên đỉnh giếng thang là cách đơn giản nhất để ngăn nó lan rộng và tạo điều kiện cho việc hút khói sau cháy.
Dù vậy, những nghiên cứu và bài học lịch sử đều cho thấy việc thông gió cho giếng thang máy để ngăn khói lan rộng hơn là không hiệu quả, ngược lại còn phản tác dụng.
Theo các quy chuẩn, tiêu chuẩn thang máy trước đây, tổng diện tích các lỗ thông gió tối thiểu phải bằng 1% tiết diện ngang giếng thang. Dù vậy, tại các cuộc thảo luận liên quan tới vấn đề này đều cho rằng, vẫn đề thông gió cho giếng thang máy là không phù hợp. Diện tích tiết diện ngang 1% của giếng thang không được coi là đủ để pha loãng hoặc thoát khói trong giếng thang.
Ban đầu, các lỗ thông gió cho giếng thang máy là các ô mở thụ động, không có cơ chế điều khiển. Nhưng sau đó, với yêu cầu liên quan đến độ kín khí, tiết kiệm năng lượng tòa nhà (tránh việc thất thoát khí điều hòa hoặc khí từ hệ thống sưởi thoát ra khỏi tòa nhà), các lỗ thông gió giếng thang máy được trang bị thêm các van điều tiết cơ học tự động mở khi có tín hiệu từ đầu báo khói.
Mô phỏng khói lan truyền lên đỉnh giếng thang, nơi có hệ thống lỗ thông gió
Trước năm 2015, Mục 3004 của Bộ luật Xây dựng Quốc tế (IBC) quy định rằng, đối với giếng thang từ ba tầng trở lên, cần phải có lỗ thông gió với diện tích tối thiểu 3 ft² (khoảng 0.28 m²), hoặc 3.5% diện tích mặt cắt ngang của giếng thang. IBC cũng linh hoạt cho phép giảm diện tích này nếu tòa nhà đã có hệ thống thông gió cơ học chủ động. Ngoài ra, có một số trường hợp ngoại lệ được áp dụng cho các tòa nhà đã được trang bị hệ thống phun nước chữa cháy tự động.
Mặc dù những biện pháp thông gió này có giá trị nhất định, nhưng thực tế từ các vụ cháy lớn gây thiệt hại nặng nề về người trong lịch sử Mỹ đã đặt ra nhiều câu hỏi. Gần như tất cả các vụ hỏa hoạn này đều bắt đầu ở tầng trệt, nơi các giếng thang máy và cầu thang trở thành nơi tích tụ khói và lan nhiệt và lửa lên các tầng trên.
Phần lớn hiện tượng này là do hiệu ứng ống khói (stack effect), một phần bị thúc đẩy bởi chính các lỗ thông gió giếng thang.
Hiệu ứng ống khói là một hiện tượng khí động học tự nhiên xảy ra do sự chênh lệch áp suất trong các tòa nhà. Hiện tượng này thể hiện rõ nhất ở những tòa nhà rất cao (ví dụ, cao hơn 420 feet, tương đương 128 mét) và trở nên mạnh mẽ hơn đáng kể vào mùa đông.
Theo nguyên tắc vật lý, bất kỳ chất lưu nào (khí hoặc lỏng) luôn có xu hướng di chuyển từ khu vực có áp suất và nhiệt độ cao đến khu vực có áp suất và nhiệt độ thấp vì các chất lưu tìm cách cân bằng sự chênh lệch áp suất và nhiệt độ.
Khi xảy ra hỏa hoạn, lỗ thông gió mở trên đỉnh giếng thang càng làm gia tăng hiệu ứng ống khói. Khói và không khí nóng bị hút lên dễ dàng hơn, khiến khói lan sang các tầng trên nhanh chóng.
Nếu lượng khói thoát ra từ đỉnh hố thang ít hơn lượng khói vào, hiện tượng tích tụ khói sẽ xảy ra. Một phần khói tích tụ trên khu vực đỉnh giếng thang sẽ bị đẩy ngược vào các tầng tương ứng thông qua các khe hở cửa tầng.
Mô phỏng khói lan tỏa trong trục thang máy
Theo các quy chuẩn, tiêu chuẩn thang máy trước đây, tổng diện tích các lỗ thông gió tối thiểu phải bằng 1% tiết diện ngang giếng thang. Dù vậy, tại các cuộc thảo luận liên quan tới vấn đề này đều cho rằng, vẫn đề thông gió cho giếng thang máy là không phù hợp. Diện tích tiết diện ngang 1% của giếng thang không được coi là đủ để pha loãng hoặc loại bỏ khói trong giếng thang.
Do đó, khi xem xét các vụ cháy lớn gây thiệt hại nặng nề về người trong lịch sử Mỹ chủ yếu xảy ra tại tầng trệt hoặc các tầng thấp đều cho thấy phần lớn các trường hợp tử vong lại xảy ra ở các tầng cao hơn, nơi nạn nhân bị ngạt khói chứ không phải trực tiếp do lửa.
Vấn đề lan truyền khói không chỉ giới hạn ở các đám cháy tầng trệt. Khói nóng và khí độc từ đám cháy – dù xuất hiện ở bất kỳ tầng nào – vẫn có khả năng len lỏi qua các khe hở rất nhỏ quanh cửa thang máy và nhanh chóng tràn lên các tầng phía trên.
Các trường hợp nổi tiếng mà việc thông gió giếng thang làm trầm trọng thêm các đám cháy bao gồm vụ cháy khách sạn Roosevelt năm 1963 ở Jacksonville, Florida; vụ cháy khách sạn MGM Grand ở Las Vegas năm 1980; và vụ cháy Trung tâm Hưu trí ở Johnson City, Tennessee năm 1989. Tại thời điểm xảy ra mỗi vụ cháy này, các bộ luật xây dựng có hiệu lực đều có yêu cầu về lỗ thông hơi giếng thang giống hệt với Bộ luật IBC trước 2015.
Ví dụ điển hình là vụ cháy khách sạn MGM Grand ở Las Vegas năm 1980. Trong thời gian xảy ra vụ cháy, khoảng 5.000 người có mặt trong khách sạn và sòng bạc. Đám cháy bắt đầu từ khu vực sòng bạc ở tầng trệt. Nhiệt và khói nhanh chóng lan rộng qua các khe hở, giếng thang máy và cầu thang bộ, tràn lên tầng 21 của tòa nhà 26 tầng.
Hậu quả là phần lớn các trường hợp tử vong xảy ra ở các tầng từ 20 đến 25. Tổng số người tử vong là 85 người, nguyên nhân là do ngạt khí và nhiễm độc khí carbon monoxide.
Tòa nhà MGM Grand chìm trong khói lửa
Đến nay, đây vẫn là vụ hỏa hoạn khủng khiếp nhất lịch sử bang Nevada và là vụ cháy khách sạn tồi tệ thứ 3 trong lịch sử hiện đại Mỹ.
Vụ cháy MGM Grand cũng có ý nghĩa lịch sử, bởi đây là lần đầu tiên tại Mỹ, trực thăng được sử dụng để sơ tán gần 300 người từ mái của một tòa nhà cao tầng. Họ đã phải di chuyển lên cao bởi sức nóng và khói từ đám cháy khi nó bốc lên khắp khách sạn.
Như vậy, lý do cho việc sử dụng lỗ thông gió trên cùng để xả khói cháy không phải lúc nào cũng đúng. Khả năng của lỗ thông gió giếng thang trong trường hợp hỏa hoạn sẽ phụ thuộc vào nhiều biến số: nhiệt độ bên ngoài, hiệu ứng ống khói, lực đẩy của không khí, áp lực gió bên ngoài tòa nhà,… như đã phân tích trong “Hiệu ứng ống khói và hiện tượng đối lưu không khí” của “Phần 2: Sự di chuyển của luồng khí trong giếng thang máy”.
Và cũng từ đây, nguyên tắc thoát khói thông qua giếng thang máy đã được hướng tới nguyên tắc ngăn khói lửa lan truyền vào giếng thang máy, được đề cập trong “Phần 4: Kiểm soát khói lan truyền vào giếng thang máy“.
