DUMAN KONTROL SİSTEMLERİ
Ulusal Yangından Korunma Birliği (NFPA)'nin yaptığı araştırmaya göre, 1995'te çıkan yangınlardaki sivil ölümlerinde 1994'e göre az bir artma olmuştur. Bu yıl içerisinde, 4585 kişi hayatını kaybetmiştir, ki bu da 1994'e göre % 7.3'lük bir artış demektir. 1995'te, itfaiyenin söndürdüğü yaklaşık 2 milyon yangında meydana gelen hasar 9 milyar dolar civarındadır.
Binalardaki yangınlar hem dumana, hem de yüksek sıcaklığa neden ohnaktadır.Çok yakın zamanlarda edinilen tecrübeler göstermektedir ki, bu yangınlardaki gerçek katil dumandır. Bu duman, havadaki parçacıkları (katı ve sıvı) ve bir maddenin yanması ile açıca çıkan gazları içerir.
1980 lerde yapılan çalışmalar, yangın ölümlerinin % 80'den fazlasının yanma ürünlerinin solunmasından dolayı olduğu sonucunu vermiştir. En yaygın ölüm nedeni ise karbon monoksit gazının so-lunmasıdır. Yangın ölümlerinin yaklaşık yarısı karbonmonoksit zehirlenmesinden kaynaklanmaktadır. Ölümlerin % 16'sının nedeni ise karbonmonoksit ve hidrojen siyanidin birleşik etkisinden ve/veya kalp krizindendir.
Duman kontrol sistemlerinin temelleri
Bir duman kontrol sistemi, binada bulunanların canlarını ve mallarını (hem binanın kendisini, hem de içindekileri) korumaya ve itfaiyecinin çabalarına yardımcı olan sistemdir. Bu sistem, dumanı sınırlamak ve yönlendirmek için duman bariyerleri boyunca hava akımları ve basınç farkları yaratan mekanik fanları kullanır.Duman kontrol sistemleri çoğu kez bir yangın mühendisi, makina mühendisi vaya ikisinin ortak çabasıyla tasarlanan mühendislik sistemleridir. Bu mühendislerin yağın dinamiğini bilmeleri şarttır. Tasarımı kim yaparsa yapsın, tüm tasarım grubunun bu sistemlerin temel çalışma ilkelerini bilmesi gerekir.
Duman kontrol sistemlerinin temel amaçları şunlardır:
?Yangını çıkış noktasında izole etmek; dumanın ve diğer yanma ürünlerinin yayılımını engellemek.
?Yangın bölgesinin uzağında, itfaiyecilerin söndürme ve yardım işlemini daha verimli ve kolay yapabilmeleri için gerekli şartları oluşturmak.
?Mahsur kalanların kaçışlarını sağlamak ve mal hasarını en aza indirgemek.
Bunlara ek olarak, atriumlar, alışveriş merkezlen, spor salonları gibi yüksek tavanlı yerlerde bir başka amaç da, çıkış yollarının insanların tahliyesine elverişli olması açısından, duman tabakasının yüksek seviyede tutulmasıdır. Duman kontrol sistemlerine yalnızca belirli tipteki mekanlarda ihtiyaç duyulur. Buralar binaların örneğin atriumlar gibi, dumanın hızla yayılabileceği geniş, açık alanlarıdır.
Bina modelleme programları, hangi mekanların duman kontrol sistemleriyle donatılması konusunda çeşitlilik gösterirler. Bu sistemlerin tasarımları ve yerleştirilmeleri konusundaki şartlar da modelleme programına göre değişir. Son yıllarda bu sistemlerden istenen özellikler teknolojideki ilerlemelerle birlikte değişmektedir. Duman kontrol sistemleri otomatik serpici (sprinkler) sistemdeki bir su akışı göstergesi ile veya bir çevre duman algılayıcısı ile çalışırlar. Su akışı göstergesi veya çevre duman algılayıcıları ile bağlantılı olmak kaydıyla, kanal içi (in-duct) duman algılayıcıları da kullanılabilir. Kanal iç algılayıcılar tek başlarına kullanılmamalıdırlar. Çünkü; bu sistemler, bina içindeki yangına genellikle çabuk tepki göstermezler. Ayrıca, itfaiyecinin kontrol paneli de otomatik kontrol cihazlarının elle çalıştırılmasını ya da durdurulmasını sağlayacak şekilde donatılabilir. Otomatik serpici sistemin ve/veya yangın alarm sisteminin ayrıldığı bölgelerin (zone) duman kontrol sisteminin ayrıldığı bölgelere göre konumlandırılması esastır.
Duman kontrol sistemleri tek veya ortak amaçlı olabilirler. Tek amaçlı duman kontrol sistemleri yalnızca dumanı kontrol etmek amacıyla çalıştırılırlar. Çok amaçlı olanlar, elemanları, ısıtma-havalan-dırma-şartlandırma (HVAC) sistemleri gibi diğer sistemlerle ortak kullanırlar. Fanlar ve kanallar gibi ısıtma-havalandırma-şartlandır-ma cihazlarının kullanılması ekonomik açıdan avantajlı olabilirBu ortak kullanımın bir başka faydası da, çok amaçlı fan bozulduğunda problemin çabuk farkına varılabilmesidir.
Şekil 1, birçok amaçlı sistemi, iki farklı çalışma modunda göstermektedir. Normal çalışma sırasında, dönüş damperi kısmi (ya da tam olarak) açıldığı için havaya yeniden dönebilir ve dış hava ile karışabilir. Duman kontrolü çalışması sırasında ise, dönüş damperi tam kapalı olmalıdır, ki duman dışarıya alılsın ve taze huva^fc mına sızmasın.
Bölgesel duman kontrolü
Bölgesel duman kontrolü, bir binanın bir dizi duman kontrol bölgelerine bölünmesini gerektirir. Bölgeler birbirlerinden duvarlar, tabanlar, tavanlar ve kapılar gibi fiziksel engellerle ayrılırlar. Bir yangın sırasında, dumanın, yangının merkezinden, yani yangın bölgesinden, bitişik bölgelere yayılması, basınç farkları ve hava akımları ile sınırlıdır. Yangın bölgesinin engellerindeki basınç farkı, dış havanın verilmesiyle diğer bölgelere, duman bölgesinin hava-landırılmasıyla veya her ikisi ^P den yapılarak sağlanır. Yüksek binalar için her kat ayrı bir bölgedir. Fakat; sistem, her katta birden fazla bölge olabilecek ya da bir bölge birden fazla katı içerebilecek şekilde de düzenlenebilir. Bölge düzenlemesine karar vermeden önce, mühendis, kullanılabilecek programın bölgelere ayırma ve ayrıca otomatik serpici sistemin ve yangın alarm sisteminin konumu ile ilgili şartlarını araştırmalıdır. Şekil 2, yüksek bir binadaki duman kontrol sistemlerinin bölgelere ayrılmasındaki tipik düzenlemeleri göstermektedir. Eksi işareti yangının kaynağı olan bölgeyi temsil etmektedir. Bu bölgeye hava girişi kapatılmıştır ve egzos havası negatif bir basınç oluşturmaktadır. Artı işaretleri yangından uzak bölgeleri göstermektedir. Bu bölgeler taze hava girişi ile pozitif olarak basınçlandırılmışlardır.
ANSI/NFPA92A ve BNFPA'nın duman kontrol sistemlerine ilişkin iki adet yayını vardır. Bunların ikisi de bir standart veya program kodu değildir. Bir t^fcsı bir uygulama önerisi, diğeri de bir klavuzdur.
1987'de yayına başlayan AN-SI/NFPA 92A, Recommended Practice for Smoke-Control Systems (Duman Kontrol Sistemleri İçin Uygulama Önerileri, dumanı yangın bölgesine hapsederek, diğer bölgelerden tahliyeyi sağlamak için engellerin, hava akımlarının ve basınç farklarının kullanılması ile ilgili uygulamaları içerir. Bu yayında merdiven ba-sınçlandırılması yöntemi ile duman geçirmez bir kapalı hacmin oluşturulması için yönlendirmeler vardır. Ayrıca; yangın bölgesinin tabamdan egzost gazlarının atıl-ı, asansör kabininin basınçlan-dırılması, asansör kabininin duman geçirmez olarak inşa edilmesi ve asansör boşluğunun basınç-landırılması yollarıyla asansör boşluklarında dumanın kontrolüne ilişkin bilgiler elde edilebilir. NFPA'nın en yeni versiyonu, 1996'daki gözden geçirilmiş baskısı, kontrol sisteminin bakımı ve kuruluşu ile ilgili yeni yönlendirmeler içermektedir. Bu baskıda duman kontrollü kapalı hacimlerin sızdırmazlık testlerinde kullanılacak yeni malzemelerle ilişkin bilgiler de bulunabilir. Yangının başladığı, atriumlar gibi, geniş bölgelerde tahliye şartlarının düşünülenden daha zor olduğu tecrübelerle ortaya çıkmıştır. Bu nedenle, ayrı bir yayın başlatılmıştır. ANSI/NFPA 92B Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Areas (Çarşılarda, Atriumlarda ve Geniş Alanlarda Duman Yönlendirme Klavuzu) ilk kez 1991'de basılmıştır ve geniş bir hacmin içinde ya da komşu hacimde başlayan yangından dolayı yayılan dumanın o hacimdeki konumunu tahmin etmeye yönelik yöntemleri sunmaktadır. Bu yayın, ayrıca duman kontrol sistemlerinin tasarımı, kurulması, test edilmesi, çalıştırılması ve bakımı konusunda teknik bilgileri de içermektedir. NFPA 92B'nin en son versiyonu 1995'te basılmıştır.
Hesaplama işlemleri
Bir duman kontrol sisteminin tasarımında gereken hesaplamaların yapılabilmesi için üç ana yaklaşım vardır: ölçekleme yöntemi, oda yangını modeli ve cebirsel denklemler. Her tekniğin kendisine göre avantajları ve dezavantajları vardır ve tüm şartlar altında hiçbiri diğerlerine göre üstün değildir.
Ölçekleme yöntemi, oransal olarak indirgenmiş ölçekteki fiziksel bir model kullanır. Duman kontrol sisteminin şartlarını ve olanaklarını belirlemek amacıyla modeli kullanmak için küçük ölçekli deneyler yapılır. Hem yangının büyüklüğü, hem de deney sonuçlarının yorumu, bir çoğu ANSI/NFPA 92B'de verilmiş olan ölçekleme kanunları ile yönlendirilir.
Ölçekleme modelinin dezavantajları pahalı ve zaman alıcı olmasının yanı sıra, sonuçların yapılan test aralığında geçerli olmalarıdır. Testlerin, yangının yeri, büyüklüğü, hava alımlarının ve egzostlarının konumu, sıcaklık değişimleri gibi, duman kontrol sistemine ait daha önemli değişkenleri göz önüne alması esastır. Gerekli olan hesaplamaları yapmanın ikinci yöntemi, hem teoriyi, hem de yangının etkisini tahmin etmeye yarayan ampirik değerleri kullanan oda yangını rao-dellemesidir. Temelde bu modeller, bir kontrol hacmi için korunum denklemlerini çözerler. Oda yangını modellerinin iki ana sınıflandırması vardır; bölge modelleri ve alan modelleri. Bölge modelinde, bir oda, üst (sıcak gaz) tabaka ve alt tabaka olmak üzere iki bölgeye bölünür. Şekil 3. İki bölgeli bir odayı göstermektedir. Üst tabaka yangından çıkan dumanı ve sıcak gazları, alt tabaka ise yangının oluştuğu ve çevre havasının kaynağının bulunduğu yeri gösterir. Bölge modelleri ile hesaplanabilecek, duman kontrol sistemine ait daha önemli parametrelerin bazıları, ısı akısı, sıcaklık, tabaka ara yüzeylerinin yüksekliği ve ara yüzeyin çökme hızıdır. Birçok bölgesel model kişisel bir bilgisayarda çalıştırılabilir ve çok az bir fiyata ya da bedava elde edilebilir. Bazı bölgesel model örnekleri CFAST, FIRST ve WPI-FIRE'dır. Alan modelleri, bölgesel modellere göre çok daha kapsamlıdır. Her iki model de temel korunum denklemlerini çözer; fakat, alan modellerinde, bir oda iki bölgeye bölünmek yerine binlerce (bazen yüz binlerce) bölgeye bölünür. Bu bölgelere "hücre" adı verilir. Alan modelleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, S AD (Computational Fluid Dynamics, CFD) adı ile de bilinirler. Alan modelleri genellikle bir bilgisayar sisteminde çalıştırılırlar; fakat, kişisel bilgisayarlarda çalıştırılanları da vardır. Bu modeller çok pahalıdır. Bazılarının fiyatı 20.000 doları veya daha fazlasını bulur. Bu modellere örnek olarak CFX ve Jasmine verilebilir. Bölgesel modellerin ve alan modellerinin satıcılarının telefon numaraları çerçeve içinde verilmiştir.
Hesaplamaları yapmak için kullanılan üçüncü yaklaşım olan, cebirsel denklemlerin çözümü, bir duman kontrol sisteminin tasarım ölçütünü saptamak için kullanılabilecek parametrelerin belirlenmesini sağlar. Bu denklemler, temelde, küçük ölçekli ve geniş ölçekli deneysel verilerden elde edilmişlerdir. Bir dizi cebirsel formül ANSI/NFPA 92B'de ayrıntılı olarak verilmiştir. Bunların belirlenen amaçlar için en kesin ve basit denklemler oldukları var sayılır. Bu yaklaşım, sabit bir ısı akısında (daimi rejimdeki) ya da zamanın fonksiyonu olarak (zamana bağlı ya da t-kare) gelişen yangınlarla sınırlıdır. Cebirsel denklemler, zamanın fonksiyonu olarak ısı akısı (zamana bağlı yangınlar), bir tavan jetindeki dumandaki sıcaklık artışı, dumanın yangın yüzeyinden yükselmesi, optik yoğunluk ve bazı zehirli gazların (kar-bonmonoksit, hidrojen klorid ve hidrojen siyanid) kütlesel debileri gibi parametreleri belirleyebilir. Yapılan birçok kabul ve sınırlamalardan dolayı, bu denklemler kullanılırken dikkatli olunmalıdır. Bu formüllerin kullanılmasında, verilen eşitlikte kullanılan malzemenin ne olduğunun kontrol edilmesi şiddetle tavsiye edilir. Bu denklemlerle ilgili ek bilgi için bir diğer mükemmel kaynak, Boston, Mass'de Society of Fire Pro-tection Engineers tarafından yayınlanan The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering (Yangından Korunma El Kitabı) başlıklı kitaptır.
Oda modeli ölçekleme sistemi için yeterli para (ve zaman) olmadığında kullanılmalıdır. Ölçekleme modeli kullanılırsa, oda modeli veya cebirsel denklemler sonuçların geçerliliklerinin kanıtlanmasında kullanılabilir.
Kabul edilebilirlilik testleri
Bir duman kontrol sisteminin düşünüldüğü şekilde çalışıp çalışmayacağını anlamak için kabul edilebilirlik testi yapılmalıdır. Testin
birinci bölümü, sistemin iki kısma ayrılmış olan fonksiyonlarını içerir. İlk önce, yangından pasif korunma sistemlerinin (yangının hızıyla ilgili parçaların, yangın söndürücülerin, yangın kapılarının vs.bütünlükleri) değerlendirilmesi yapılmalıdır. Daha sonra, aşağıdaki alt sistemler, duman kontrol sistemlerinin çalışmal arını etkileyecek noktaya kadar test edilmelidirler:4B
?Yangından koruyan sinyal sistemi.
?Bina yönetim sistemi.
?HVAC cihazları.
?Elektrikli cihazlar.
?Sıcaklık kontrol sistemi.
?Güç kaynaklan.
?Standby gücü.
?Otomatik söndürme sistemleri.
?Otomatik kapılar ve kapatma elemanları.
?Tehlike asansörünün çalışması.
Kabul edilebilirlik testinin ikinci bölümü verim ile ilgilidir. Bu bölüm, sistemin tüm çalışma şartlarında çalışıp çalışmayacağını be
lirler.Modelleme programlarının ( mekanik ve yangından korunma kodları) duman kontrol sistemlerinin testleri, muayeneleri ve bakımları ile ilgili şartları kapsadıkları not edilmelidir. Ek olarak, test için bir kılavuz ANSI/NFPA 92A ve 92B'de bulunabilir. Sistemin kurulması onaylandıktan sonra, The BOCA National Buil-ding Code, işin yüklenicisinden, duman kontrol sisteminin programa uygun olarak yerleştirildiğine ve tüm kabul edilebilirlilik testlerinin yapıldığına dair bir belge ister. ANSI/NFPA 92A tüm işletme testlerine ait dokümanların birer kopyalarının işin sahibinde olmasını ister.
Bir duman kontrol sisteminin yangın sırasında daha önceden düşünüldüğü gibi çalışacağını garanti etmek için periyodik test ve bakım yapılması şarttır. Temel cihazları, fanları, damperleri, kontrol elemanlarını ve kapıları içeren tüm parçalar bir takvime göre test edilmelidir. ANSI/NFPA 92A tek amaçlı sistemlerin yılda iki kez, çok amaçlı sistemlerin ise her yıl test edilmesini önermektedir.
Kaynaklar
1.ANSI/NFPA 92A, Recommended Practice for Smoke Control Systems. Natural Fire Protection Association, Quincy, Mass., 1996.
2.ANSI/NFPA 92B. Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Areas, Natural Fire Protection Association, Quincy, Mass., 1995.
3.The BOCA National Building Code, Building Officials and Code Administrators International, Inc, Country Club: Hills, 111.,1996.
4.Drysdale, D.D.,
An Introduction to Fire Dynamics, John Wiley and Sons, New York, N.Y., 1985.
5.Friedman, R., "An international Survey of Computer Models for Fire and Smoke" Journal of Fire Protection Engineering, Vol 4, No.3, 1992.
6.Klote. J.H., Design Manual for
Smoke Control Systems, NISTIR 4551, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, M.D., 1991.
7.Klote, J.H., and J.A. Milke. Design of Smoke Management Systems, American Society of Heating. Refrigerating and air-conditioning engineers, Inc., Atlanta, Ga., and the Society of Fire Protection Engineers, Boston, Mass., 1992.
8.McGreal, M.P.. "Risk Assessment of Compartment Fire Flashover Utilizing Computer Modeling, Subjecting Probability Theory and the Engineering Method", Master's thesis, Worcester Polytechnic Institute, Worcester. Mass. 1990.
Yazan: Michael P.McGreal, PE, Firedyne Engineering, P.C.
(Tinley Park III Bşk.) Çeviren: Hüseyin ONBAŞIOGLU
