Tác động của hệ thống phun nước chữa cháy và rào chắn khói đến việc di tản khi xảy ra hỏa hoạn trong các tòa nhà chung cư cao tầng

Tác động của hệ thống phun nước chữa cháy và rào chắn khói đến việc di tản khi xảy ra hỏa hoạn trong các tòa nhà chung cư cao tầng

The effect of sprinkler and smoke barrier facilities on fire evacuation in apartment buildings

SHARE COMMENTS

1 – GIỚI THIỆU

An toàn phòng cháy trong các tòa nhà chung cư cao tầng vẫn là một thách thức lớn do quá trình đô thị hóa và mật độ dân cư ngày càng gia tăng. Bài nghiên cứu này giải quyết khoảng trống trong việc định lượng tác động tổng hợp giữa hệ thống phun nước chữa cháy (sprinklers) và rào chắn khói – một chủ đề còn ít được nghiên cứu trong các quy chuẩn phòng cháy theo phương pháp đánh giá hiệu suất. Bằng cách kết hợp phần mềm Pyrosim và Pathfinder, nghiên cứu mô phỏng nhiều kịch bản cháy khác nhau, bao gồm cháy hành lang và cháy phòng liền kề. Các chỉ số như nồng độ CO, tầm nhìn và nhiệt độ được phân tích để đánh giá hiệu quả của các biện pháp bảo vệ đơn lẻ và kết hợp. Kết quả chỉ ra rằng hệ thống phun nước đơn lẻ có thể kéo dài thời gian di tản an toàn từ 92 giây lên 154 giây, còn rào chắn khói đạt 115 giây. Khi kết hợp cả hai với chiều cao rào 60 cm, khoảng cách 5 m, thời gian di tản an toàn lên đến 420 giây. Nghiên cứu này cung cấp hướng dẫn thực tiễn cho thiết kế tối ưu hóa hệ thống rào khói và đề xuất thay đổi quy chuẩn phòng cháy, đóng góp cho kỹ thuật an toàn phòng cháy dựa trên hiệu suất và nâng cao khả năng chống chịu đô thị toàn cầu.

2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG

Mô hình nghiên cứu dựa trên tòa nhà chung cư 10 tầng có kết cấu khung bê tông cốt thép và tường cắt, mỗi tầng rộng 3000 m². Mỗi tầng có hai cầu thang thoát hiểm, các rào chắn khói cao 60 cm, hệ thống phun nước tự động và buồng đệm (anteroom) trước cầu thang. Mô phỏng tập trung vào kịch bản cháy trong một tầng. Nhiệt độ, nồng độ CO, và tầm nhìn được theo dõi tại các vị trí thoát hiểm ở độ cao 1,8 m. Mức phát nhiệt cực đại của nguồn cháy là 1500 kW khi có hệ thống phun nước và 6000 kW khi không có.

3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Khung mô phỏng tích hợp sử dụng phần mềm Pyrosim để xác định “thời gian di tản an toàn còn lại” (TASET) và Pathfinder để tính “thời gian di tản yêu cầu” (TRSET). TASET được xác định khi một trong ba ngưỡng nguy hiểm đạt tới: CO ≥ 0,05%, nhiệt độ ≥ 60°C, tầm nhìn ≤ 5 m. Pathfinder tính thời gian di chuyển (Tt), thời gian phát hiện và báo động (Td = 60 giây), và thời gian chuẩn bị di tản (Tres = 60 giây), để tính TRSET = Td + Tres + Tt. Đồng thời, phân tích độ nhạy được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của chiều cao và khoảng cách rào khói, cũng như hướng luồng khói đối với an toàn di tản.

4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả cho thấy, khi không có bất kỳ biện pháp nào, TASET tại lối thoát hiểm gần nguồn cháy chỉ đạt 92 giây – ngắn hơn đáng kể so với TRSET là 207 giây. Khi kích hoạt hệ thống phun nước, TASET được kéo dài lên 154 giây, trong khi việc lắp đặt rào chắn khói giúp kéo dài TASET lên 115 giây. Tuy nhiên, chỉ khi kết hợp đồng thời cả hai biện pháp và điều chỉnh hướng luồng khói trong buồng đệm, thời gian an toàn mới vượt quá 420 giây, đủ để đảm bảo di tản an toàn. Ngoài ra, mô phỏng chỉ ra rằng lối thoát hiểm số 2, nằm xa nguồn cháy hơn, vẫn duy trì được nhiệt độ và tầm nhìn trong giới hạn an toàn mà không cần các biện pháp bổ sung. Các kịch bản bổ sung cũng chỉ ra rằng rào chắn khói có chiều cao 60 cm và khoảng cách 5 m là cấu hình tối ưu. Cấu hình cao hơn (70–80 cm) tuy có thể kéo dài thời gian thoát hiểm nhưng gây khó khăn trong thiết kế và thi công, đồng thời làm tăng nguy cơ khói lan sang các khu vực khác. Ngược lại, khoảng cách lớn hơn (10 m) làm giảm hiệu quả ngăn khói. Việc điều chỉnh luồng khói để di chuyển vuông góc với hướng thoát hiểm thay vì song song cũng làm giảm đáng kể tốc độ lan khói, từ đó kéo dài thời gian an toàn.

5 – KẾT LUẬN

Nghiên cứu này khẳng định rằng hệ thống phun nước là biện pháp chủ động hiệu quả nhất trong việc làm giảm tốc độ phát triển cháy và cải thiện tầm nhìn, trong khi rào chắn khói đóng vai trò hỗ trợ bằng cách làm chậm sự lan khói. Tuy nhiên, khi chỉ sử dụng riêng rào chắn khói thì vẫn không đủ để đảm bảo di tản an toàn. Phân tích độ nhạy cho thấy chiều cao 60 cm và khoảng cách 5 m là cấu hình hợp lý nhất để cân bằng giữa hiệu quả, chi phí và tính khả thi trong thiết kế. Việc điều chỉnh cấu trúc của buồng đệm, cụ thể là thay đổi vị trí cửa vào và cửa ra, có thể làm thay đổi hướng luồng khói, kéo dài đáng kể thời gian an toàn mà không ảnh hưởng đến thời gian di chuyển của cư dân. Bằng cách tích hợp mô phỏng Pyrosim và Pathfinder với phân tích tham số, nghiên cứu đã xác định rõ những yếu tố ảnh hưởng đến an toàn phòng cháy và đề xuất cấu hình tối ưu cho các tòa nhà chung cư cao tầng. Kết luận quan trọng là nên kết hợp hệ thống phun nước, rào chắn khói 60 cm/5 m và điều chỉnh hướng luồng khói để đạt hiệu quả tối ưu về an toàn và chi phí, đồng thời khuyến nghị đưa cấu hình này vào tiêu chuẩn bắt buộc cho các công trình nhà ở cao tầng.