TCTM – Giếng thang máy khi được lắp đặt lỗ 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, ảnh hưởng tới hoạt động của thang máy nhiều hơn.
Như đã đề cập trong “Phần 1: Tại sao lại có thông gió giếng thang?”, các lỗ thông gió từng là yêu cầu bắt buộc phải có và phải được đặt ở đỉnh giếng thang với mục đích ngăn chặn áp suất quá mức trong quá trình cabin đi lên, kiểm soát mùi và thoát khói khi cháy xảy ra.
Trong bài viết này sẽ tập trung đánh giá sự di chuyển của luồng không khí trong giếng thang máy. Sự di chuyển của luồng không khí trong giếng thang máy sẽ được đánh giá dựa trên hai hiệu ứng: Hiệu ứng nén pít-tông (piston) khi cabin di chuyển; và Hiệu ứng ống khói và luồng khí đối lưu.
Ngoài lý do liên quan tới vấn đề kiểm soát mùi hôi, ngăn khí và chất độc hại tích tụ tại giếng thang, các lỗ thông gió còn được thiết kế để tính tới yếu tố gia tăng áp suất do hiệu ứng piston trong quá trình cabin thang máy di chuyển.
Tiêu chuẩn Anh BS5655-6 được cập nhật vào năm 2002 và thay thế phiên bản năm 1990. Điều khoản 5.3.3 của phiên bản 2002 đã nêu rõ: “Lưu ý: Cần chú ý đến các quy định về xây dựng hoặc phòng cháy chữa cháy có thể yêu cầu giếng thang phải được thông gió.” “Có thể cần có bố trí đặc biệt khi thông gió tự nhiên, do hoạt động của cửa và các khe hở xung quanh cửa, cửa ra vào, cửa/nắp tiếp cận và các lỗ mở khác vào giếng thang, chẳng hạn như ống dẫn khí, là không đủ.
Giếng thang cũng không được sử dụng để cung cấp thông gió cho các phòng khác ngoài các phòng phục vụ thang máy. Khi giếng được thông gió qua phòng máy hoặc phòng puly, cần sử dụng hệ thống ống dẫn khí ra bên ngoài. Các lỗ thông hơi phải có lam che hoặc được bảo vệ khác để ngăn mưa, tuyết, chim,… xâm nhập vào giếng.
Để giảm thiểu hiện tượng cabin rung lắc do áp suất, đối với thang máy có tốc độ vượt quá 2,50m/giây, có thể cần có các lỗ thông hơi xả áp. Một thang máy đơn có thể yêu cầu diện tích lỗ thông hơi tối thiểu 0,3m² với diện tích lỗ thông hơi bổ sung 0,1m² cho mỗi thang máy bổ sung dùng chung một giếng.”
Dù vậy, các nghiên cứu đã cho thấy rằng áp suất do chuyển động của cabin thang máy trong giếng thang – được gọi là hiệu ứng piston – là nhỏ. Một cabin thang máy đang đi xuống sẽ đẩy không khí bên dưới cabin lên phía trên cabin.
Ngoài ra, sự rò rỉ không khí thông qua các khe cửa tầng và các lỗ cáp trên đỉnh giếng thang (đối với thang máy có phòng máy) cũng đáng kể. Theo công bố các khu vực rò rỉ xung quanh cửa thang máy đối với tòa nhà có chiều cao tầng 3 m của Hiệp hội các Kỹ sư Nhiệt lạnh và Điều hòa không khí Mỹ (ASHRAE) cho thấy một cánh cửa thang máy có thể có các khu vực rò rỉ khe hở từ 0.34 đến 0.72 ft² (khoảng 0,03 – 0,067 m²).
Các vị trí rò rỉ khí và hướng khí di chuyển khi cabin đi lên
Tương tự, tiêu chuẩn EN 81:20 hiện hành cũng yêu cầu: Khi cửa tầng và cửa cabin được đóng lại thì các khe hở giữa các cánh cửa, hoặc giữa các cánh cửa với thanh đứng, thanh ngang hoặc ngưỡng cửa dưới 6 mm.
Hơn nữa, hiệu ứng piston thay đổi tùy thuộc vào số lượng cabin trong giếng thang và diện tích giếng thang. Ví dụ, đối với một cabin thang máy/giếng thang di chuyển với vận tốc 400 fpm (khoảng 2.03 m/s), chênh lệch áp suất chỉ là 0.08 inch H₂O (khoảng 20 Pa).
Đối với hai cabin thang máy/giếng thang, chênh lệch áp suất này chỉ còn 0.02 inch H₂O (khoảng 5 Pa) khi cabin di chuyển ở cùng tốc độ 400 fpm. Ngay cả khi cabin di chuyển nhanh hơn ở 700 fpm (khoảng 3.56 m/s) trong giếng đôi, chênh lệch áp suất cũng chỉ là 0.05 inch H₂O (khoảng 12.5 Pa).
Như đã phân tích ở phần trên, hiệu ứng piston trong giếng thang máy khi cabin di chuyển là không đáng kể. Trên thực tế, các lực nổi/lực đẩy tự nhiên trong tòa nhà (buoyant forces – do chênh lệch nhiệt độ) có ảnh hưởng mạnh mẽ hơn nhiều đến luồng không khí di chuyển trong giếng thang so với áp suất nhỏ từ chuyển động của cabin thang máy.
* Buoyant forces (lực nổi hoặc lực đẩy): Đây là lực đẩy hướng lên mà một chất lỏng hoặc khí tác dụng lên một vật thể nhúng trong nó, hoặc trong trường hợp này, là lực đẩy không khí ấm hơn lên trên do sự chênh lệch nhiệt độ.
Trong các tòa nhà cao tầng, vào những ngày lạnh, sự chênh lệch nhiệt độ giữa không khí ấm bên trong tòa nhà và không khí lạnh bên ngoài trời tạo ra một lực đẩy tự nhiên – đối lưu không khí. Lực này khiến không khí ấm bên trong tòa nhà bốc lên theo chiều thẳng đứng thông qua các giếng, trục (thang máy, cầu thang…), hoạt động như những “ống khói khổng lồ” – hiệu ứng ống khói.
* Theo nguyên lý vật lý, khi một chất khí (như không khí) được làm nóng, các phân tử của nó sẽ chuyển động nhanh hơn và phân tán ra xa nhau hơn, làm cho chất khí đó trở nên nhẹ hơn và kém đặc (density) hơn so với cùng một lượng không khí lạnh. Dễ hiểu hơn: giống như khinh khí cầu bay lên được bởi một nguyên lý cơ bản là khí nóng bay cao hơn khí lạnh.
*Cùng với sự chênh lệch nhiệt độ, nguyên nhân gây ra hiệu ứng ống khói là do luồng khí bên ngoài di chuyển vào bên trong tòa nhà thông qua các khu vực mở/khoảng hở như: hầm đỗ xe, sảnh,…
Đối với những tòa nhà cao tầng ở vùng khí hậu nóng, trong tòa nhà được làm mát bởi hệ thống điều hòa không khí, sẽ hình thành một luồng không khí đi xuống tự nhiên trong các trục đứng của tòa nhà, tạo ra làn gió thổi xuống, gọi là hiệu ứng ống khói ngược (reverse stack effect).
Lúc này, không khí bên trong lạnh và nặng hơn so với không khí bên ngoài, khiến nó có xu hướng chìm xuống và thoát ra ở các tầng thấp hơn, tạo ra một luồng khí đi xuống.
Mô tả sự chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài tòa nhà gây nên hiệu ứng ông khói và hiệu ứng ống khói ngược (bên phải)
Chênh lệch áp suất do hiệu ứng ống khói (dù là xuôi hay ngược) được ASHRAE công bố dao động từ 0.07 inch H₂O (khoảng 17 Pa) ở độ cao 30 ft (khoảng 9.1 m) đến 0.7 inch H₂O (khoảng 174 Pa) ở độ cao 300 ft (khoảng 91.4 m). Ngoài ra, một cơn gió 15 mph (khoảng 24 km/h) vuông góc với tòa nhà có thể tạo ra chênh lệch áp suất do hiệu ứng gió từ phía đón gió sang phía khuất gió là 0.12 inch H₂O (khoảng 30 Pa).
Khi giếng thang được thông gió, hiệu ứng ống khói và sự di chuyển luồng không khí đối lưu vào trong giếng thang máy sẽ càng gia tăng, gây ra sự chênh lệch áp suất không khí và có thể tác động nhất định tới hoạt động của thang máy như rung lắc, độ ồn…
Ví dụ, khi luồng không khí tốc độ cao di chuyển vào giếng thang máy thông qua lỗ thông gió/khoảng hở khe cửa/việc đóng mở cửa thang, kết hợp với thang máy di chuyển ngược chiều nhau có thể gây ra nhiễu loạn nghiêm trọng cho hoạt động cabin khi lên xuống và gây rung lắc.
Ngoài ra, do đối lưu không khí, không khí lạnh sẽ đi vào qua các lối vào và lối ra như hành lang, nhà để xe và tầng hầm. Trong giếng thang máy, gió tạo ra áp lực lên khe hở giữa các cánh cửa tầng, dẫn đến lực cản đóng cửa cao. Hiện tượng này chủ yếu xảy ra ở khu vực tầng cao và tầng thấp do chênh lệch áp suất không khí lớn.
Việc gia tăng hiệu ứng ống khói bên trong giếng thang không chỉ gây tác động đến vận hành của thang máy, sự thoải mái của người sử dụng mà còn đưa tới bài toán về các vấn đề liên quan tới sự lan truyền khói lửa, nhiệt bên trong giếng thang máy được đề cập trong “Phần 3: Nhiệt, khói và thông gió giếng thang máy”.
Trong trường hợp tòa nhà xảy ra hỏa hoạn, khi khói xâm nhập vào giếng thang và giếng thang được thông gió ở đỉnh, nhiệt độ cao của khói sẽ làm tăng cường hiệu ứng ống khói. Ngược lại, hiệu ứng ống khói ngược (khi bên trong tòa nhà/giếng thang mát hơn bên ngoài) sẽ giảm đi khi khói xâm nhập giếng thang.
