การออกแบบและคำนวณระบบอัดอากาศบันไดหนีไฟ (Stairwell Pressurization System) สำหรับอาคารสูง ตามมาตรฐาน NFPA 92 & วสท.
ข้อเท็จจริงวิศวกรรมความปลอดภัย: สถิติเพลิงไหม้อาคารสูงทั่วโลกยืนยันว่า กว่า 80% ของผู้เสียชีวิต ไม่ได้เกิดจากบาดแผลไฟไหม้ แต่เกิดจากการ สูดดมควันพิษและก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (Smoke Inhalation) ที่พัดย้อนเข้าทางช่องบันไดหนีไฟเนื่องจากปรากฏการณ์ลอยตัวความร้อน (Stack Effect) การออกแบบระบบอัดอากาศบันไดหนีไฟที่ถูกต้อง จึงเป็นหลักประกันความปลอดภัยเดียวที่ช่วยชีวิตผู้ใช้อาคารอพยพได้อย่างทันท่วงที
1. หลักการทำงานของระบบอัดอากาศบันไดหนีไฟ (Stairwell Pressurization System)
ระบบอัดอากาศบันไดหนีไฟ ทำหน้าที่เติม อากาศบริสุทธิ์จากภายนอกอาคาร (Fresh Air Intake) เข้าไปในโถงช่องบันไดหนีไฟด้วยพัดลมอัดอากาศ (Pressurization Fan) เพื่อสร้างสภาวะ ความดันบวก (Positive Pressure Envelope) ภายในโถงบันได ให้มีความดันอากาศสูงกว่าความดันบนชั้นอาคารที่มีเหตุเพลิงไหม้
เมื่อเกิดเหตุเพลิงไหม้ อากาศที่มีความดันสูงกว่าภายในช่องบันไดจะพุ่งดันออกไปทางรอยเหลื่อมประตูหนีไฟ (Door Gaps) และบานประตูที่เปิดออก กั้นไม่ให้ควันไฟ ก๊าซพิษ และไอความร้อนย้อนกลับเข้ามาในบันไดหนีไฟ ทำให้บันไดกลายเป็น พื้นที่ปลอดภัยปลอดควัน (Smoke-Free Escape Zone) สำหรับการอพยพผู้คน และการเข้าปฏิบัติการของเจ้าหน้าที่ดับเพลิง
2. เกณฑ์มาตรฐานความดันส่วนต่าง ($\Delta P$) ตาม NFPA 92 & วสท. 022002-22
ตามมาตรฐาน NFPA 92 (Standard for Smoke Control Systems) และ มาตรฐาน วสท. 022002-22 (การควบคุมควันไฟในอาคาร) การออกแบบต้องรักษาสมดุลแรงดันให้อยู่ในกรอบขั้นต่ำและขั้นสูง ดังนี้:
- ความดันส่วนต่างขั้นต่ำ (Minimum Differential Pressure $\Delta P_{min}$):
- อาคารที่ ไม่มีระบบสปริงเกอร์: ต้องรักษาระดับความดันส่วนต่างไม่น้อยกว่า 25 Pa (0.10 in. w.g.)
- อาคารที่มี ระบบสปริงเกอร์สมบูรณ์: ต้องรักษาระดับความดันส่วนต่างไม่น้อยกว่า 12.5 Pa (0.05 in. w.g.)
- ความดันส่วนต่างสูงสุด (Maximum Differential Pressure $\Delta P_{max}$):
- ต้องไม่เกิน 125 Pa (0.50 in. w.g.) เพื่อป้องกันปัญหาแรงดันต้านบานประตูหนีไฟมากเกินไป จนทำให้เด็ก ผู้สูงอายุ หรือผู้บาดเจ็บไม่สามารถผลักเปิดประตูหนีไฟออกได้
- ขีดจำกัดแรงผลักเปิดประตูหนีไฟ (Door Opening Force Limit - NFPA 101):
- มาตรฐาน NFPA 101 (Life Safety Code) กำหนดว่า แรงผลักเปิดประตูที่ตำแหน่งคานผลักหรือลูกบิดขณะเปิดระบบอัดอากาศ ต้องไม่เกิน 133 นิวตัน (30 lbf / ปอนด์แรง)
3. สมการและหลักการคำนวณทางวิศวกรรม (Engineering Calculations)
3.1 สมการคำนวณแรงผลักเปิดประตูหนีไฟ (Door Opening Force Equation)
โดยที่:
\( F_{total} \) = แรงผลักเปิดประตูรวมที่ต้องใช้ (นิวตัน, N) ต้องไม่เกิน 133 N
\( F_{dc} \) = แรงต้านจากก้านโช้คอัพประตู (Door Closer Spring Force, ปกติ 35 - 60 N)
\( W_{door} \) = ความกว้างของบานประตูหนีไฟ (เมตร, m)
\( A_{door} \) = พื้นที่บานประตูหนีไฟ (ตารางเมตร, \(m^2\))
\( \Delta P \) = ความดันส่วนต่างระหว่างโถงบันไดกับชั้นอาคาร (พาสคัล, Pa)
\( d_{knob} \) = ระยะจากขอบประตูถึงตำแหน่งลูกบิด/คานผลัก (เมตร, m)
3.2 สมการคำนวณอัตราลมรั่วผ่านรอยเหลื่อมประตู (Air Leakage Flow Rate)
เมื่อปิดประตูหนีไฟทุกบาน พัดลมต้องเติมอากาศชดเชยปริมาณลมรั่วผ่านรอยซอกประตูและผนังอาคาร:
โดยที่:
\( Q_{leak} \) = อัตราการรั่วของอากาศรวม (\(m^3/s\))
\( C \) = สัมประสิทธิ์การไหลผ่านช่องแคบ (Flow Coefficient, ปกติ 0.65 - 0.70)
\( A_e \) = พื้นที่รูรั่วสมบูรณ์รวม (Equivalent Leakage Area, \(m^2\))
\( \rho \) = ความหนาแน่นของอากาศ (Air Density = 1.204 \(kg/m^3\))
3.3 สมการคำนวณขนาดพัดลมอัดอากาศรวม ($Q_{fan}$) ขณะเปิดประตูอพยพ
NFPA 92 กำหนดให้คำนวณปริมาณลมเผื่อสภาวะเปิดประตูหนีไฟพร้อมกัน 2 - 3 บาน (บานประตูชั้นเกิดเหตุ และบานประตูออกสู่ภายนอก) โดยต้องมีความเร็วลมพุ่งผ่านช่องประตูที่เปิด ($V_{door}$) ไม่น้อยกว่า 1.0 - 2.0 m/s (200 - 400 fpm):
โดยที่:
\( N_{open} \) = จำนวนบานประตูหนีไฟที่เปิดพร้อมกันตามข้อกำหนดออกแบบ (ปกติ 2 ถึง 3 บาน)
\( V_{door} \) = ความเร็วลมความดันบวกพุ่งออกผ่านหน้าบานประตูที่เปิด (ไม่น้อยกว่า 1.0 m/s)
\( Safety\_Factor \) = ค่าเผื่อความชำรุดรอยรั่วท่อลม (ปกติ 1.15 - 1.25)
4. รูปแบบสถาปัตยกรรมระบบอัดอากาศและการควบคุมแรงดัน
Single Injection vs Multiple Injection Systems
- Single Injection System (จ่ายอากาศจุดเดียว): พัดลมจ่ายอากาศเข้าช่องบันไดเพียงจุดเดียว (ดาดฟ้าหรือชั้นล่าง) เหมาะเฉพาะ อาคารสูงไม่เกิน 8 ชั้น หากใช้กับอาคารสูงมาก ลมจะรั่วออกตามชั้นจนทำให้ความดันชั้นกลางๆ ตกต่ำกว่าเกณฑ์
- Multiple Injection System (จ่ายอากาศหลายจุด): มีท่อดักท์จ่ายอากาศทอดตัวยาวตลอดความสูงอาคาร และมีหัวจ่ายลม (Grilles) ทุกๆ 3 ชั้น เป็นระบบมาตรฐานบังคับสำหรับอาคารสูงเกิน 8 ชั้น เพื่อรักษาระดับความดันส่วนต่างสม่ำเสมอตลอดโถงบันได
การควบคุมความดันส่วนต่างด้วยระบบ VFD & Barometric Relief Damper
เมื่อประตูหนีไฟถูกปิดลง ความดันในโถงบันไดจะพุ่งสูงขึ้นทันที หากพัดลมหมุนด้วยความเร็วคงที่ อาจทำให้ความดันดันเกิน 125 Pa จนผลักประตูไม่ออก การออกแบบระบบสมัยใหม่จึงต้องเลือกใช้ 2 โซลูชันหลัก:
- Variable Frequency Drive (VFD Control): ติดตั้งเซ็นเซอร์วัดความดันส่วนต่าง (Differential Pressure Transducer) คอยส่งสัญญาณควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์พัดลม VFD เพื่อปรับปริมาณลมตามจำนวนประตูที่เปิด-ปิดแบบ Real-time
- Barometric Relief Damper: ติดตั้งบ่วงระบายแรงดันส่วนเกินที่ดาดฟ้า เมื่อความดันในบันไดสูงเกินค่า Setpoint แดมเปอร์ถ่วงน้ำหนักจะเปิดระบายลมออกภายนอกโดยอัตโนมัติ
5. ตารางเปรียบเทียบพารามิเตอร์ระบบอัดอากาศบันไดหนีไฟ
| พารามิเตอร์ทางวิศวกรรม | อาคารทั่วไป (ไม่มี Sprinkler) | อาคารที่มีระบบ Sprinkler | เกณฑ์สมาคม วสท. 022002-22 |
|---|---|---|---|
| ความดันส่วนต่างขั้นต่ำ ($\Delta P_{min}$) | 25 Pa (0.10 in. w.g.) | 12.5 Pa (0.05 in. w.g.) | 38 - 50 Pa (แนะนำสำหรับอาคารสูง) |
| ความดันส่วนต่างสูงสุด ($\Delta P_{max}$) | 125 Pa (0.50 in. w.g.) | 125 Pa (0.50 in. w.g.) | 100 Pa (ป้องกันประตูติด) |
| แรงผลักเปิดประตูสูงสุด ($F_{door}$) | 133 N (30 lbf) | 133 N (30 lbf) | 133 N (30 lbf) |
| ความเร็วลมผ่านประตูเปิด ($V_{door}$) | 1.0 - 2.0 m/s | 1.0 m/s | 1.0 m/s ขึ้นไป |
| ทนความร้อนพัดลม (Fan Rating) | 250°C เป็นเวลา 2 ชม. | 250°C เป็นเวลา 2 ชม. | 250°C เป็นเวลา 2 ชม. (BS 7346) |
6. การทดสอบและการเปิดใช้งานระบบตามมาตรฐาน NFPA 92 (Commissioning Test)
ก่อนการส่งมอบอาคารสูง วิศวกรต้องทำการทดสอบวัดค่าจริง (Acceptance Testing) ดังนี้:
- วัดความดันส่วนต่างขณะปิดประตูทุกบาน (All Doors Closed Test): ใช้มาตรวัดความดันดิจิทัล (Digital Manometer) วัดความดันส่วนต่างทุกชั้น ต้องได้ค่าระหว่าง 25 Pa ถึง 100 Pa
- วัดแรงผลักเปิดประตูหนีไฟ (Door Force Test): ใช้เครื่องวัดแรงดึง (Spring Scale) ดึงเปิดประตูหนีไฟขณะเปิดพัดลม ต้องได้แรงไม่เกิน 133 N
- วัดความเร็วลมขณะเปิดประตู (Open Door Air Velocity Test): เปิดประตูหนีไฟชั้นเกิดเหตุสมมติและชั้นออกภายนอก ใช้เครื่องวัดความเร็วลม (Anemometer) สแกน 9 จุดหน้าบานประตู ต้องได้ความเร็วลมเฉลี่ยไม่น้อยกว่า 1.0 m/s
7. สรุปและคำแนะนำจากวิศวกร New Type Engineering
การออกแบบระบบอัดอากาศบันไดหนีไฟสำหรับอาคารสูง โรงงาน หรืออาคารคอนโดมิเนียม จำเป็นต้องได้รับการคำนวณและปรับสมดุลแรงดัน (Air Balancing) อย่างพิถีพิถัน การเลือกขนาดพัดลมเล็กเกินไปจะทำให้ควันย้อนเข้าบันได ขณะที่พัดลมใหญ่เกินไปโดยไม่มีระบบคุม VFD จะทำให้บานประตูติดแน่นจนผู้พยายามหนีไฟเปิดไม่ออก
หากอาคารของท่านต้องการบริการออกแบบ คำนวณ ปรับปรุง หรือทดสอบระบบอัดอากาศบันไดหนีไฟตามมาตรฐาน NFPA 92 และ วสท. บริษัท นิวไทป์ เอ็นจิเนียริ่ง จำกัด ยินดีให้คำปรึกษาและตรวจวัดค่าหน้างานโดยทีมวิศวกรวิชาชีพพร้อมเครื่องมือทดสอบมาตรฐานสากลครับ
💬 สอบถามวิศวกร New Type Engineering
ปรึกษาการออกแบบ คำนวณมาตรฐาน และส่งทีมวิศวกรสำรวจหน้างานฟรี!
บริการออกแบบและตรวจวัดมาตรฐานวิศวกรรมครบวงจร
บริษัท นิวไทป์ เอ็นจิเนียริ่ง จำกัด ทุนจดทะเบียน 5 ล้านบาท ได้มาตรฐาน ISO 9001:2015 ยินดีให้คำปรึกษา สำรวจหน้างาน และประเมินราคาฟรีไม่มีค่าใช้จ่าย
