ATRIUM'LARDA DUMAN YÖNETİMİ

05 Haziran 2000 Dergi: Haziran-2000

Duman gazları yükseldikçe, dumanı çevreleyen hava plum?a karışacak ve duman gazlarının sıcaklığı azalacaktır. Buna ek olarak, plumun kütle debisi yangından uzaklaştıkça artacak ve duman gazları, tavanın altında bir duman tabakası oluşturuncaya kadar yükselmeye devam edecektir. Atriumlarda dumanın boşaltılması fikri, duman gazlarının bu tabakadan çekilerek insanlarla temasının önlenmesi amacına dayanmaktadır.

Duman gazlarının sıcaklığı gazlar yükseldikçe azaldığından dolayı, duman tavana ulaştığında atrium tavanına monte edilmiş sprinkleri aktive etmek için yeterince sıcak olmayabilir. Sprinkler çalışmaya başlasa bile, aktivasyondaki bu gecikme yangının söndürülemeyecek kadar büyümesine neden olabilir.

Sprinklerin yangını söndürmekte yetersiz kalacağı tavan yüksekliği, yanan malzemelere, malzemelerin geometrisine ve sprinkler sisteminin kendisine bağlıdır. Bu durum, alevlerin yüksekliğinin tavanın yüksekliği yanında çok küçük kalması durumunda gerçekleşecektir. Bununla beraber, sprinkler sisteminin hangi tavan yüksekliğinde yetersiz kalacağı veya hangi tavan yüksekliğinde yangını söndürmekte başarılı olacağı hakkında, elbette ki belirgin bir tanım yoktur. Atrium uygulamalarında, tavanların 10-15 metreden yüksek olması durumunda sprinklerin yangın söndürme kabiliyetinin yetersiz olacağı yönünde yaygın bir kanı mevcuttur. Bu konuya NFPA(1) 92B?de(2) şu şekilde değinilmiştir:

"Bir yangın sırasında sprinklerin aktive olması, kaldırma kuvvetini azaltacak şekilde dumanın soğumasına neden olacaktır. Sprinklerin aktif hale gelme olasılığı ise yangının ortama verdiği ısıl enerjiye ve tavanın yüksekliğine bağlıdır. Bu nedenle, orta büyüklükteki yangınlarda sprinklerin yeterince hızlı bir şekilde devreye girmesi, 5-7.5 m tavan yüksekliği ile sınırlı olacaktır."

Bu nedenlerden dolayı, atrium duman koruması 7.5 metreden yüksek tavanlara sahip yerlerde uygulanmalıdır.

Mühendislik sistemlerinin çoğu, çalışacaklarını garanti etmek için gerçek şartlar altında test edilebilir, ama elbette ki bu durum duman yönetimi için geçerli değildir. Duman yönetiminin test edilebilmesi için gerekli olan şart yangının kendisidir. Bu nedenle tasarımcının, duman yönetim sisteminin yıllar sonra bile ortaya çıkabilecek bir yangında istendiği gibi çalışacağından emin olması gereklidir. Mevcut tasarım metodları bu güvenliği sağlayabilmek için oldukça uzun prosedürler izlemektedir, bu konudaki bazı önemli noktalar da burada tartışılacaktır. Tasarım ile ilgili olarak daha fazla bilgi edinmek için, NFPA 92B?ye, ASHRAE SFPE Kitabı?na ve National Institute of Standards and Technology tarafından yayımlanan NISTIR 5516?ya(3)  başvurulabilir.

Yukarıda sıralanan kaynakları okuyacak kişilerin kafasının karışmasını önlemek için, duman kontrolü ve duman yönetimi terimlerinin anlamları açıklığa kavuşturulmalıdır. Duman kontrolü genellikle "basınçlandırma" ile duman koruması sağlayan sistemler için kullanılmaktadır. Bölmeleme, hava akışı, sıcak dumana etkiyen kaldırma kuvveti gibi teknikleri kullanan sistemler ise duman kontrol sistemleri olarak adlandırılmaktadır. Bu terminoloji kullanıldığı zaman atrium egzos sistemlerinin, sıcak duman gazlarına etkiyen kaldırma kuvvetinden yararlandığı için, duman yönetim sistemi olduğu anlaşılacaktır. Bu durum, aşağıda açıklanan yöntemler için de geçerlidir.

Duman Toplama

Dumanın dışarıya atılması Amerika?da en yaygın olarak uygulanan duman yönetim biçimi olsa da, bazı atriumlar, yangın anında kişilerin boşaltılması esnasında insanların dumanla temas etmemesini sağlamak için, duman egzosuna gerek duymayacak boyutlardadır. Bununla beraber, duman yönetiminin bir türü olan duman toplama/doldurma, zaten egzosa ihtiyaç duymamaktadır.

Duman egzosu olmadığı zaman, tavanın altında toplanan duman gazlarının oluşturduğu tabaka gittikçe kalınlaşacak ve tabakanın alt sınırı zemine doğru yaklaşacaktır. Atriumun boşaltılması sırasında, duman tabakasının alt sınırının atrium içindeki insanlara ulaşması için gerekli olan sürenin hesaplanması için bazı eşitlikler kullanılabilir. Eğer hesaplanan duman toplama zamanı boşaltma zamanından daha büyükse, duman toplama duman korumasının uygulanabilir bir formudur.

İnsanların hareketleri ile ilgili hesaplamalar boşaltma süresini belirlemekte kullanılmaktadır. Hepimizin bildiği gibi, yangın alarmı duyulduğunda, insanların çoğu gerçek bir alarm olup olmadığını veya tehlikeli bir durum olup olmadığını görmek için bir süre beklemektedir. Bu "karar verme süresi" boşaltma zamanının hesaplanmasında mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır. İnsanların hareketleri ile ilgili hesaplamaları gözden geçirmek isteyen okuyucular, SFPE?nin(4)  Handbook of Fire Protection Engineering isimli yayınına başvurabilirler.

Doğal Egzos

İngiltere ve Avustralya?da yaygın olarak kullanılan yöntem doğal egzos olmakla beraber (Şekil 1), Amerika?da, genellikle dumanın fanlar yardımıyla dışarıya atılması genellikle tercih edilmektedir (Şekil 2). Bu "doğal" metod, atriumun tavanında ve duvarların yüksek kısımlarında havalandırma delikleri, açarak dumanın fanlar olmadan dışarıya akmasını sağlamak üzerine kurulmuştur.

Havalandırma deliklerinden doğal yollarla dışarıya çıkacak olan dumanın miktarı, deliğin boyutlarına, duman tabakasının kalınlığına ve dumanın sıcaklığına bağlı olmakla beraber çeşitli yöntemlerle hesaplanabilmektedir. Duman algılandığı anda bütün havalandırma delikleri aynı anda açılmalıdır. Endüstriyel ısı veya duman egzos sistemlerinde yaygın olarak kullanılan ve ısıl olarak aktive edilen havalandırma sistemleri, açılma zamanındaki gecikmeden dolayı atriumlarda kullanmak için pek uygun değildir.

Doğal havalandırmanın uygulanabilirliği temel olarak atriumun boyutlarına, dış hava sıcaklığına ve rüzgar şartlarına bağlıdır. Doğal havalandırma, fan gücünü kullanan yöntemlerden daha basit ve daha ucuzdur. Yangın durumlarındaki güç kesintileri düşünülecek olursa, elektrik gücüne gereksinim duymayan bir duman yönetim sisteminin uygulanmasının daha avantajlı olabileceği görülecektir.

Bazı kişiler, istenilen duman akışının sağlanabileceğinden emin olmadıkları için doğal havalandırma yöntemlerine pek güvenmemektedirler. Bununla beraber, güvenilirliği ve ekonomikliği sayesinde bu yöntemin Amerika?da da yaygınlaşması muhtemeldir.

Duman Tabakasının Kalınlığı

Amerika, İngiltere ve Avustralya?daki tasarımcıların ve araştırmacıların bir çoğu, duman gazları ile beraber havanın da egzos tarafından emilmesi ihtimali üzerinde çalışmaktadır. Atrium içindeki havanın egzosu tıkayarak duman tabakasının kalınlaşmasına neden olması muhtemel gözükmektedir (Şekil 3). National Research Counsil of Canada?da yapılan ve ASHRAE tarafından desteklenen atrium duman egzosu deneylerinden elde edilen sonuçlar, İngiltere?de havanın yaratabileceği tıkanmaları önlemek amacıyla geliştirilen bir tasarım metodu ile uyum içerisindedir. Atrium içerisindeki hava emilmeden egzos tarafından dışarıya atılabilecek maksimum duman debisi, Qmax, duman tabakasının kalınlığına ve dumanın sıcaklığına bağlıdır. Eğer ihtiyaç duyulan duman egzos debisi, Qmax değerinden büyükse, daha fazla egzos çıkışı kullanılmalıdır. Bu çıkışlar, çevrelerindeki akışlar birbirini etkilemeyecek şekilde yerleştirilmelidir.

Katmanlaşma ve Algılama

Atriumların çatısına etkiyen güneş radyasyonu nedeniyle, atriumun tavanının altında genellikle sıcak bir hava tabakası bulunmaktadır. Kendiliğinden katmanlaşmış bu tabaka ile ilgili geniş çaplı çalışmalar yapılmamış olsa da, bu işle uğraşan mühendisler bu tabakanın sıcaklığının 120F?a (49¡C) ulaşabileceğini tahmin etmektedir. Duman gazlarının sıcaklığı, önceden katmanlaşmış olan bu hava tabakasının sıcaklığından düşük olduğu durumda, duman gazları tavana ulaşamayacaktır. Böyle bir durumda, duman tavana monte edilmiş sprinkleri aktive edemez (Şekil 4).

Bu algılama probleminin çözümlerinden birisi, duman gazlarını önceden katmanlaşmış hava tabakasının kalınlığından bağımsız olarak algılayabilmek için tavanın altındaki düzlemlerde belirli aralıklarla yerleştirilmiş duman dedektörleri kullanmaktır. Işın duman dedektörleri, belirli bir ışık hüzmesi oluşturan bir kaynaktan ve ışını algılayan bir ışık sensöründen oluşmaktadır. Yaygın olarak, kaynak ve sensör aynı yere yerleştirilmekte ve atrium içine gönderilen ışınlar bu iş için yerleştirilmiş bir ayna tarafından sensöre geri yansıtılmaktadır.

Atriumlardaki katmanlaşma probleminin aşılabilmesi için ışıktan yararlanan duman dedektörleri çok yeni bir uygulama olduğundan dolayı, standartlarda ve kodlarda bu yöntemle ilgili bilgi bulmak ne yazık ki mümkün değildir. Bununla beraber, NFPA 92B?nin gelecekteki ilk revizyonunda bu konu ile ilgili iki farklı yaklaşıma yer verilmesi düşünülmektedir.

Eşitlikler Uygulanabilir Olmadığında

Atrium duman yönetim sistemlerinin tasarımında kullanılan eşitlikler, zon yangın modeli üzerine kuruludur. Zon modelinde, yangının üst tarafında yükselen duman gazları hiçbir engel ile karşılaşmadan tavana ulaşmakta ve burada bir katman oluşturmaktadır. Bu duman katmanı üst katman, ve alt tarafta kalan hava ise alt katman olarak adlandırılmaktadır. İdeal zon modeli her iki katmanın sıcaklığının üniform olduğunu kabul etmektedir.

Herhangi bir engel plumeun normal formunu bozacak olursa, bu eşitlikler de geçersiz olacaktır. Bununla beraber, dumanın soğuması ve tavana ulaşamaması durumunda da bu eşitlikler kullanılamaz.

Bu eşitliklerin kullanılamaz olduğu durumlarda uygulanabilecek teknikler, boyutsal modelleme ve hesaplamalı akışkanlar dinamiğidir (CFD). Büyük bir olasılıkla en yaygın olarak kullanılan boyutsal modelleme, Froude boyutsuz sayısını içeren Froude modelleme tekniğidir. Bu sayı, atalet kuvvetlerinin yerçekimi kuvvetlerine oranı olarak düşünülebilir ve duman gazlarına etkiyen kaldırma kuvveti aslında yerçekimi kuvveti ile ilgili olduğundan bu sayı duman modelleme için oldukça önemlidir. Froude modelinde genellikle gerçek durumu yansıtacak bir maket oluşturulmakta ve atmosfer basıncında bu maket içerisinde oranlanmış bir yangın yaratılmaktadır.

CFD ile modellemede ise belirli bir hacim çok sayıda küçük hacme bölünmekte ve bu küçük hacimlerin herbiri için akışkanlar dinamiğinin temel denklemlerinin yaklaşık çözümleri elde edilmektedir. Yangın tarafından indüklenen akışların simüle edilebilmesi için bir çok CFD programı hazırlanmıştır. Friedman?ın yaptığı çalışmada bu kodlara değinilmiştir(5). Bu kodlardan bazıları genel amaçlı olup piyasada bulunabilir. Bununla beraber, CFD metodlarının anlaşılabilmesi için yüksek lisans seviyesinde akışkanlar mekaniği bilinmesi gerektiği unutulmamalıdır.

Özet

 Tasarımcı, duman yönetim sisteminin yangın anında gerektiği gibi çalışacak şekilde tasarlanıp yerleştirildiğinden emin olmalıdır.

 Atriumların bazılarında, egzos sistemlerini gereksiz kılan duman toplama yöntemi, duman yönetimi metodu olarak kullanılabilir.

 İngiltere ve Avustralya?da doğal havalandırma daha yaygın olarak kullanılırken, Amerika?da fan gücünden yararlanan egzos sistemleri tercih edilmektedir. Doğal havalandırmanın kendine has avantajları, bu  yöntemin Amerika?da da yaygınlaşmasını sağlayacaktır.

 Atrium içerisindeki havanın egzos tarafından emilerek dumanın iç tarafta kalması, atrium içindeki insanlara zarar verebilmektedir. Bu tıkanma olayını önlemek amacıyla geliştirilen metodlar yakın gelecekte yayımlanacaktır.

 Atrium tavanının altında önceden katmanlaşmış olan sıcak hava tabakası, tavana yerleştirilmiş duman dedektörlerinin aktive olmasını önleyebilir. Bu problemi çözmek için ışık hüzmesi kullanan dedektörlerden yararlanılabilir.

 Atrium duman yönetiminde yaygın olarak kullanılan eşitliklerin geçersiz olması durumunda, boyutsal modelleme ve CFD teknikleri uygulanabilir.


 Friedman, R. 1992. An International Survey of Computer Models for Fire and Smoke, Journal of Fire Protection Engineering, Vol.4, No.3, pp.81-92.

  National Fire Protection Association

  NFPA 92B: Guide forr Ssome Management Systems İn Malls, Atria And Large Areas.

Çeviren: EMRE OĞUZ


Etiketler