ในการออกแบบระบบดับเพลิงด้วยก๊าซอัตโนมัติชนิดท่วมห้อง (Total Flooding System) สารสะอาดดับเพลิงที่มีความเร็วในการฉีดสูงมากจะถูกพ่นออกมาทางหัวฉีด (Nozzles) เพื่อสร้างความเข้มข้นควบคุมเปลวไฟให้ได้ตามเกณฑ์มาตรฐานอย่างรวดเร็ว (ภายใน 10 วินาทีสำหรับสารดับเพลิงทางเคมี และ 60 วินาทีสำหรับก๊าซเฉื่อย)
การปล่อยมวลก๊าซปริมาตรมหาศาลเข้าสู่ห้องที่เป็นระบบปิดอย่างฉับพลันนี้ จะก่อให้เกิด แรงดันภายในห้องสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว (Peak Overpressure) หากห้องนั้นไม่มีช่องเปิดทางสถาปัตยกรรมที่เพียงพอ แรงดันที่เกิดขึ้นสามารถสร้างความเสียหายทางโครงสร้างอย่างคาดไม่ถึง เช่น ดันผนังเบายิปซัมจนพังทลาย, ผลักฝ้าทีบาร์ถล่ม หรือทำให้กระจกชมห้องแตกร้าวเสียหาย นี่คือเหตุผลสำคัญตามมาตรฐาน NFPA 2001 (Standard on Clean Agent Fire Extinguishing Systems) ที่ระบุว่าวิศวกรต้องทำการคำนวณและติดตั้ง บานระบายแรงดันเกิน (Overpressure Damper หรือ Pressure Relief Vent - PRV) เสมอ วันนี้ ทีมวิศวกร บริษัท นิวไทป์ เอ็นจิเนียริ่ง จำกัด (NTE) จะมาเจาะลึกวิศวกรรมเรื่องนี้กันครับ
1. เหตุใดการฉีดก๊าซจึงทำให้โครงสร้างห้องพังทลายได้?
โดยปกติแล้ว โครงสร้างผนังเบาของห้องคอมพิวเตอร์เซิร์ฟเวอร์หรือห้องควบคุมไฟฟ้า (Gypsum Board/Stud Wall) ได้รับการออกแบบให้มีความคงทนเชิงโครงสร้างจำกัด ขีดจำกัดแรงดันที่ผนังเบาสามารถทนได้ก่อนเกิดการฉีกขาดหรือบิดเบี้ยวมีระดับค่อนข้างต่ำ:
เมื่อเปรียบเทียบระดับการเกิดแรงดันสะสมระหว่างสารสะอาดสองกลุ่มหลัก:
- ก๊าซสารเคมีดับเพลิง (Chemical Agents เช่น Novec 1230, FM-200): สารเหล่านี้จะถูกจัดเก็บเป็นของเหลวและฉีดพ่นออกมาเป็นไอหมอกภายใน 10 วินาที การระเหยเป็นไอจะทำให้เกิดแรงดันบวกสะสมอย่างรวดเร็ว และมีการดึงอุณหภูมิห้องลดลงเฉียบพลันร่วมด้วย ทำให้เกิดแรงดันลบชั่วขณะหนึ่ง
- ก๊าซเฉื่อย (Inert Gases เช่น Nitrogen IG-100): จัดเก็บในรูปแบบก๊าซแรงดันสูงแท้ 100% มีเวลาฉีดพ่น 60 วินาที ปริมาตรก๊าซเฉื่อยที่ไหลเข้าห้องมีขนาดใหญ่มาก (สูงถึง 30% - 40% ของปริมาตรห้อง) จึงดันอากาศเดิมให้ขยายตัวขึ้นอย่างรุนแรง ก่อให้เกิดแรงดันบวกขนาดใหญ่ซึ่งอาจสูงเกิน 1,000 Pa ได้ทันทีหากไม่มีบานระบายแรงดัน ส่งผลให้ประตูโครงสร้างเหล็กเกิดการบิดเบี้ยวจนใช้งานไม่ได้ หรือดันกระจกห้องแตกเสียหายอย่างแน่นอน
2. กลไกการทำงานของ Overpressure Damper
บานระบายแรงดันเกินเป็นระบบกลศาสตร์ปิด-เปิดทางธรรมชาติที่ออกแบบมาเพื่อลดแรงดันส่วนเกินโดยไม่จำเป็นต้องใช้มอเตอร์ขับเคลื่อนภายนอก:
- ปิดสนิทในสภาวะปกติ (Normally Closed): บานใบระบาย (Blades) จะถูกถ่วงน้ำหนักด้วยตุ้มถ่วงเหล็ก (Counter-weight) หรือแรงสปริงดึงกลับ เพื่อให้แน่ใจว่าบานพับจะปิดสนิท ป้องกันไม่ให้แอร์ในห้องรั่วออกนอกพื้นที่ รักษาเกณฑ์ความแนบแน่นสำหรับการทดสอบ Room Integrity Test
- เปิดอัตโนมัติเมื่อเกิดแรงดันบวก (Pressure Action): ทันทีที่ระบบฉีดก๊าซพ่นตัวออกมา แรงดันสะสมในห้องจะเริ่มสูงเกินระดับความปลอดภัยที่ปรับตั้งไว้ (มักตั้งค่าแรงดันเปิดตัวไว้ที่ช่วง 50 - 100 Pa) แรงดันอากาศภายในห้องจะผลักดันบานใบแดมเปอร์ให้เปิดอ้าออก ระบายอากาศปกติและลมส่วนเกินออกสู่ภายนอกเพื่อทรงสภาพแรงดันห้องไม่ให้เกินระดับวิกฤต
- ปิดตัวกลับคืนหลังสิ้นสุดการระบาย (Auto-Close): เมื่อก๊าซถูกฉีดพ่นเสร็จสิ้นและแรงดันลดลงสู่ระดับปกติ แรงถ่วงน้ำหนักของบานพับจะดึงใบแดมเปอร์กลับมาปิดสนิททันที เพื่อกักเก็บสารสะอากในการควบคุมไฟให้ได้ Hold Time เกิน 10 นาที
3. การคำนวณหาขนาดพื้นที่ระบายแรงดัน (Pressure Relief Vent Area - PRVA)
มาตรฐาน NFPA 2001 กำหนดให้วิศวกรผู้คำนวณระบบต้องระบุสเปกขนาดพื้นที่หน้าตัดหน้ากากบานระบายที่เพียงพอต่อมวลอัตราการไหลของก๊าซดับเพลิงในระบบปิด โดยใช้สูตรแนวคิดดังนี้:
โดยที่ $Q_{\text{discharge}}$ คืออัตราการไหลปล่อยก๊าซสูงสุด ($\text{m}^3/\text{s}$), $P_{\text{max}}$ คือค่าพิกัดความแข็งแรงสูงสุดที่ปลอดภัยของผนัง ($\text{Pa}$), $\rho$ คือความหนาแน่นของอากาศ ($\text{kg/m}^3$), และ $C$ คือค่าสัมประสิทธิ์การไหลไหลผ่านช่องเปิด (Flow Coefficient) ซึ่งวิศวกร NTE จะใช้โปรแกรมประเมินผลระดับพิกัดความต้านทานแรงดันนี้ร่วมกับโปรแกรมคำนวณการออกแบบปริมาตรก๊าซของบริษัทผู้ผลิตสารสะอาดเพื่อให้ได้ขนาดใบแดมเปอร์ที่ได้พิกัดจริง
4. ตารางเปรียบเทียบระดับความจำเป็นของบานระบายแรงดันเกิน
| เกณฑ์คุณลักษณะ | ระบบก๊าซเคมีสารสะอาด (เช่น Novec 1230 / FM-200) | ระบบก๊าซเฉื่อยดับเพลิง (เช่น Nitrogen IG-100) |
|---|---|---|
| อัตราความรุนแรงของแรงดันเกิน | ปานกลางถึงต่ำ (เนื่องจากสารเคมีเหลวเกิดการเย็นตัวทำให้แรงดันบวกหักล้างลง) | รุนแรงและสูงมาก (เนื่องจากสารสะอาดเป็นก๊าซแท้ปริมาตรสูงฉีดเข้าเบียดที่ของอากาศปกติ) | ความจำเป็นในการติดตั้ง | จำเป็นสำหรับห้องที่ผนังเป็นแผ่นยิปซัมบอร์ดและมีโครงสร้างแนบแน่นปิดสนิทสูง | จำเป็นอย่างยิ่งสูงสุด ขาดไม่ได้เด็ดขาด (โครงสร้างห้องเสียหายทันทีหากไม่มีช่องระบาย) |
| ขนาดช่องระบายความร้อนที่ต้องการ | ขนาดพื้นที่หน้าตัดเล็ก (ประมาณ 0.05 - 0.15 ตร.ม.) | ขนาดพื้นที่หน้าตัดกว้างและใหญ่ (ประมาณ 0.25 - 0.60 ตร.ม. หรือมากกว่า) |
| ทิศทางการระเบิดแรงดันหลัก | แรงดันสองทิศทาง (แรงดันลบช่วงวินาทีแรก ตามด้วยแรงดันบวกสะสม) | แรงดันบวกทางเดียว (สะสมสูงขึ้นเรื่อยๆ ตลอด 60 วินาที) |
5. ปัญหาที่พบบ่อยจากการเลือกและติดตั้งไม่ได้มาตรฐาน
- ติดตั้งใบแดมเปอร์ผิดฝั่งหรือกลับด้าน: บานระบายแรงดันสำหรับห้องดับเพลิงแก๊สต้องเปิดระบายลมจากในห้อง "ออกสู่ภายนอกห้อง" เสมอ การติดตั้งกลับด้านจะทำให้เกิดการล็อกปิดและผนังแตกเสียหายแทน
- ระบายลมส่วนเกินไปสู่พื้นที่ทำงานปกติ: การระบายอากาศและไอสารที่ถูกขับออกจากห้องควรส่งผ่านท่อดักท์ระบายออกสู่พื้นที่โปร่งภายนอกอาคาร หรือช่องเปิดที่ปลอดภัย ไม่ควรระบายไปทางเดินแคบหรือห้องทำงานข้างเคียงเพราะไอสารที่ขับออกมีปริมาณก๊าซขาดออกซิเจน
- ใบปิดสปริงค้างไม่ปิดสนิท: ทำให้สูญเสีย Hold Time 10 นาทีเนื่องจากความเย็นสารสะอากลอยรั่วไหลออกตลอดเวลา ดับไฟไม่ผ่านเกณฑ์
💬 สอบถามวิศวกร New Type Engineering
ปรึกษาการออกแบบ คำนวณมาตรฐาน และส่งทีมวิศวกรสำรวจหน้างานฟรี!
บริการออกแบบและตรวจวัดมาตรฐานวิศวกรรมครบวงจร
บริษัท นิวไทป์ เอ็นจิเนียริ่ง จำกัด ทุนจดทะเบียน 5 ล้านบาท ได้มาตรฐาน ISO 9001:2015 ยินดีให้คำปรึกษา สำรวจหน้างาน และประเมินราคาฟรีไม่มีค่าใช้จ่าย
