TCTM – Thay vì nguyên tắc thoát khói thông qua lỗ thông gió đỉnh giếng thang, nguyên tắc thiết kế đã chuyển dịch mạnh mẽ sang việc tập trung vào các giải pháp chủ động ngăn ngừa khói lan truyền vào giếng thang máy, tránh sự lan rộng của khói lên các tầng phía trên.
Những đánh giá trong Phần 2: Sự di chuyển của luồng khí trong giếng thang máy; Phần 3: Nhiệt, khói và thông gió giếng thang máy đã cho thấy tác dụng của lỗ thông gió giếng thang giúp giải phóng khói lửa trong trường hợp hỏa hoạn là không hiệu quả, thậm chí còn khiến khói và khí độc lan rộng lên các tầng phía trên.
Vấn đề ngạt khói và hít phải khí độc là nguyên nhân hàng đầu dẫn tới tử vong trong các vụ hỏa hoạn. Chính vì thế, nhiệm vụ chính là hạn chế sự di chuyển của khói hỏa hoạn vào những khu vực các hố đứng dọc như hố thang máy và khu vực cầu thang, giảm thiểu tối đa hiệu ứng ống khói.
Xem xét một căn phòng có trần cao 10 feet (khoảng 3 mét) và một đám cháy đã phát triển hoàn toàn, tạo ra nhiệt độ trần lên tới 1.600°F (khoảng 870°C). Đám cháy tạo ra lượng nhiệt khổng lồ, làm nóng không khí và khói. Khí nóng giãn nở và bốc lên với một lực đẩy rất mạnh.
Lực đẩy từ một đám cháy phát triển hoàn toàn là cực kỳ mạnh mẽ, vượt xa khả năng kiểm soát của một giếng thang máy chỉ được thông gió thụ động. Khói sẽ dễ dàng tràn vào giếng thang thông qua các khe hở xung quanh cửa thang máy, đặc biệt khi không có sảnh thang máy hoặc các rào chắn bảo vệ chuyên dụng.
Mô phỏng khói lan truyền lên đỉnh giếng thang thì bị chặn lại dù có hệ thống lỗ thông gió
Các bảng dữ liệu của Hiệp hội các Kỹ sư Nhiệt lạnh và Điều hòa không khí Mỹ (ASHRAE) liệt kê các khu vực rò rỉ khí xung quanh cửa thang máy, chỉ ra rằng một cánh cửa thang máy có thể có diện tích rò rỉ khe hở từ 0.34 đến 0.72 ft² (khoảng 0,03 – 0,067 m²).
Đối với một giếng thang có bốn cabin, tổng diện tích rò rỉ trên mỗi tầng có thể lên tới 2.9 ft² (khoảng 0.27 m²). Các khu vực khe hở xung quanh cửa thang máy ở tầng xảy ra cháy sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho khói xâm nhập vào giếng thang.
Mặc dù các lỗ thông hơi ở đỉnh giếng thang có thể thải khói và không khí bị kẹt trong giếng, nhưng lượng khói được thải ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố: vị trí thẳng đứng của đám cháy so với đỉnh giếng, mặt bằng áp suất trung hòa (nơi áp suất trong và ngoài bằng nhau), và hiệu ứng ống khói bên trong giếng.
Quan trọng hơn, tổng diện tích khe hở quanh cửa thang máy ở tất cả các tầng sẽ khuyến khích dòng khói di chuyển theo hiệu ứng ống khói trong giếng, điều này càng làm hạn chế hiệu quả của việc thông gió trên đỉnh giếng.
Như vậy, việc thông gió đỉnh giếng thang chỉ là một biện pháp thụ động và có hiệu quả rất hạn chế trong việc kiểm soát khói cháy. Hiệu quả của nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố không thể kiểm soát và dễ bị hạn chế bởi các lực mạnh mẽ hơn như hiệu ứng ống khói do khói nóng gây ra. Đặc biệt, sự rò rỉ khói qua các khe hở cửa thang máy ở tất cả các tầng sẽ biến giếng thang thành một ống khói khổng lồ, khiến cho lỗ thông hơi đỉnh không những không giải quyết được vấn đề mà còn có thể vô tình thúc đẩy sự lan truyền khói lên các tầng cao hơn.
Vậy biện pháp nào để đảm bảo an toàn khi tòa nhà xảy ra hỏa hoạn? Cách tốt nhất chính là ngăn ngừa khói xâm nhập vào giếng thang.
Một nghiên cứu của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST) về sự di chuyển của khói vào giếng thang máy đã xác định hai phương pháp có tác động tích cực trong việc giảm thiểu nguy hiểm:
– Sảnh thang máy kín (enclosed elevator lobbies).
– Rào chắn tạm thời dạng cuộn xuống (temporary roll-down barriers) đặt ngay trước cửa thang máy.
Rèm ngăn khói xâm nhập vào giếng thang máy
Chương 3006.3 của Bộ luật Xây dựng Quốc tế (IBC) hiện hành cũng đưa ra ba giải pháp để bảo vệ giếng thang máy, gồm:
– Sảnh thang máy khép kín được ngăn cách với các không gian khác bằng vách ngăn chống cháy (nếu không có hệ thống phun nước chữa cháy) hoặc vách ngăn khói (nếu có trang bị hệ thống phun nước chữa cháy);
– Bổ sung cụm cửa ở phía trước cửa tầng thang máy – thường là rèm khói/ rào chắn tạm thời thả xuống đã được thử nghiệm kiểm soát khói và gió lùa theo tiêu chuẩn UL 1784 (kiểm soát khói và gió lùa). Rèm này sẽ rơi xuống khi hệ thống báo cháy và hệ thống phun nước tự động được kích hoạt.
– Hoặc bằng cách tăng áp toàn bộ giếng thang.
Bản vẽ công trình có sảnh thang máy khép kín
Các biện pháp bảo vệ như trên có thể kéo dài đáng kể thời gian người mắc kẹt được an toàn. Điều này cũng cho phép kéo dài thời gian sử dụng thang máy cho mục đích cứu hộ và tiếp cận đám cháy của lực lượng phòng cháy chữa cháy và cứu nạn, cứu hộ.
Một nghiên cứu của NIST trước đây cũng đã chỉ ra rằng diện tích rò rỉ của cửa thang máy là yếu tố chính trong sự di chuyển của khói vào trong giếng thang và tràn vào các tầng cao hơn. Mô hình hóa phần mềm đã được sử dụng để phân tích chuyển động của không khí và chất lượng không khí trong một tòa nhà 10 tầng.
Kết quả cho thấy nếu diện tích rò rỉ của cửa thang máy được giảm thiểu, thì tầm nhìn ở các tầng trên có thể tăng gấp ba lần, bất kể tòa nhà đó có được trang bị hệ thống phun nước chữa cháy tự động hay không.
