Hệ Thống Tăng Áp Cầu Thang: Cấu Tạo, Nguyên Lý Và Lưu Ý Quan Trọng

Khi xảy ra cháy, khói có thể lan nhanh qua hành lang, giếng kỹ thuật và các trục đứng, làm giảm tầm nhìn, gây khó thở và cản trở quá trình thoát nạn.

Buồng thang bộ là tuyến di chuyển quan trọng để người trong công trình tiếp cận khu vực an toàn. Vì vậy, cầu thang cần được bảo vệ khỏi sự xâm nhập của khói theo phương án thiết kế.

Hệ thống tăng áp cầu thang sử dụng quạt để cấp không khí sạch vào buồng thang, tạo áp suất cao hơn tương đối so với hành lang. Chênh lệch áp suất giúp hình thành hướng khí từ cầu thang ra ngoài, qua đó hạn chế khói đi ngược vào lối thoát nạn.

Hiệu quả của hệ thống không chỉ phụ thuộc vào quạt. Đường ống, cửa chống cháy, cửa xả áp, cảm biến và logic điều khiển phải được tính toán đồng bộ.

Hệ thống tăng áp cầu thang là gì?

Đây là một phần của giải pháp kiểm soát khói trong công trình. Không khí ngoài trời được quạt đưa vào buồng thang hoặc buồng đệm để duy trì áp suất dương tương đối.

Khi cửa đóng, không khí thoát qua khe cửa theo hướng từ cầu thang ra hành lang. Khi cửa mở, hệ thống cần tiếp tục duy trì dòng khí đi ra ngoài để hạn chế khói xâm nhập.

Tăng áp cầu thang không trực tiếp dập cháy mà hỗ trợ kiểm soát khói và duy trì điều kiện thoát nạn trong phạm vi thiết kế.

Vai trò của hệ thống tăng áp

Hệ thống có các nhiệm vụ chính:

• Hạn chế khói xâm nhập vào buồng thang.
• Hỗ trợ quá trình thoát nạn.
• Giảm nguy cơ khói lan theo chiều đứng.
• Hỗ trợ lực lượng chức năng tiếp cận các tầng.
• Phối hợp với báo cháy và hệ thống hút khói.

Nguyên lý hoạt động

Bước 1: Nhận tín hiệu báo cháy

Khi tín hiệu cháy được xác nhận, tủ điều khiển gửi lệnh tới quạt tăng áp và các thiết bị liên quan.

Trình tự có thể gồm mở damper, khởi động quạt, điều chỉnh biến tần, kích hoạt quạt dự phòng và phối hợp với hệ hút khói.

Toàn bộ quá trình phải tuân theo ma trận nguyên nhân – kết quả của công trình.

Bước 2: Hút không khí ngoài trời

Quạt lấy không khí sạch qua cửa lấy gió và đưa vào trục hoặc đường ống tăng áp.

Cửa lấy gió cần tránh cửa xả khói, miệng thải, khu vực có bụi, mùi và nguồn ô nhiễm. Nếu bố trí quá gần cửa xả, quạt có thể hút khói vào chính buồng thang cần bảo vệ.

Bước 3: Cấp khí vào buồng thang

Không khí được cấp vào cầu thang tại một hoặc nhiều vị trí.

Lưu lượng cần thiết phụ thuộc vào số tầng, thể tích buồng thang, kích thước cửa, diện tích khe rò, số cửa giả định mở và tổn thất đường ống.

Bước 4: Tạo chênh lệch áp suất

Khi lượng khí cấp lớn hơn lượng khí rò, áp suất trong buồng thang tăng lên.

Chênh lệch áp suất tạo hướng khí từ cầu thang ra hành lang. Tuy nhiên, áp suất có thể khác nhau giữa các tầng do tổn thất đường ống, hiệu ứng ống khói và gió ngoài trời.

Bước 5: Phản ứng khi cửa mở

Khi cửa mở, diện tích thoát khí tăng mạnh và áp suất trong cầu thang giảm.

Hệ thống có thể tăng tốc độ quạt, thay đổi trạng thái damper hoặc chuyển sang chế độ lưu lượng cao hơn để duy trì hướng khí từ cầu thang ra ngoài.

Bước 6: Kiểm soát quá áp

Khi các cửa đóng, áp suất trong cầu thang có thể tăng quá cao.

Cửa xả áp cho phép một phần không khí thoát ra khi đạt ngưỡng cài đặt, giúp hạn chế tình trạng cửa thoát nạn khó mở.

Nếu cửa xả mở quá sớm, hệ thống không đạt chênh áp. Nếu mở quá muộn, lực mở cửa có thể quá lớn.

Trạng thái cửa đóng và cửa mở

Khi cửa đóng

Không khí chủ yếu thoát qua các khe nhỏ. Thông số quan trọng là chênh lệch áp suất giữa buồng thang và hành lang.

Áp suất phải đủ để hạn chế khói nhưng không quá cao khiến cửa khó mở.

Khi cửa mở

Diện tích thoát khí tăng mạnh, làm chênh áp giảm. Trong trạng thái này, hướng và vận tốc dòng khí qua cửa là yếu tố cần kiểm tra.

Nếu nhiều cửa cùng mở, lưu lượng yêu cầu sẽ tăng đáng kể. Số cửa giả định mở phải căn cứ vào kịch bản thoát nạn và hồ sơ thiết kế.

Cấu tạo của hệ thống tăng áp cầu thang

Quạt tăng áp

Quạt tạo lưu lượng và áp suất cho toàn hệ thống.

Khi lựa chọn cần kiểm tra:

• Lưu lượng thiết kế.
• Tổng áp suất.
• Đường đặc tính quạt.
• Hiệu suất.
• Công suất động cơ.
• Độ ồn và độ rung.
• Phương án điều khiển.
• Khả năng vận hành dự phòng.

Không nên chọn quạt chỉ theo diện tích cầu thang hoặc công suất động cơ.

Cửa lấy gió ngoài trời

Cửa lấy gió cung cấp không khí sạch cho quạt. Vị trí lắp đặt phải tránh cửa xả khói, miệng thải và khu vực dễ bị nước mưa hoặc bụi bẩn xâm nhập.

Louver và lưới bảo vệ cũng tạo tổn thất áp suất nên cần được đưa vào tính toán.

Trục và đường ống gió

Trục gió dẫn không khí từ quạt đến buồng thang.

Hệ thống có thể sử dụng shaft xây dựng, ống gió cơ khí hoặc kết cấu kết hợp.

Đường ống phải đủ kín. Rò rỉ lớn có thể khiến tầng gần quạt thừa khí trong khi tầng xa không đạt chênh áp.

Miệng cấp gió

Miệng cấp phân phối không khí vào buồng thang.

Vị trí và kích thước miệng cấp ảnh hưởng đến lưu lượng, phân bố áp suất, vận tốc và tiếng ồn tại từng tầng.

Damper điều chỉnh

Damper được sử dụng để điều chỉnh lưu lượng hoặc chuyển trạng thái theo từng khu vực.

Cần phân biệt rõ damper điều chỉnh, van chống cháy và van khói vì mỗi loại có chức năng khác nhau.

Cửa xả áp

Cửa xả áp kiểm soát áp suất khi các cửa cầu thang đóng.

Thiết bị phải được lựa chọn theo ngưỡng mở, lưu lượng xả, kích thước, vị trí lắp đặt và khả năng hiệu chỉnh.

Cảm biến chênh áp và biến tần

Cảm biến đo chênh lệch áp suất giữa buồng thang và khu vực tham chiếu.

Tín hiệu có thể dùng để giám sát hoặc điều chỉnh tốc độ quạt qua biến tần.

Không nên đặt đầu lấy áp quá gần miệng cấp vì dòng khí cục bộ có thể làm sai lệch kết quả đo.

Tủ điện và hệ điều khiển

Tủ điện nhận tín hiệu báo cháy và điều khiển quạt, damper, biến tần, cửa xả áp cùng các tín hiệu trạng thái.

Hệ thống cần có phản hồi để xác nhận quạt đã chạy và damper đã chuyển đúng vị trí.

Cửa và kết cấu buồng thang

Cửa chống cháy, tay co, gioăng, bản lề và các lỗ xuyên ảnh hưởng trực tiếp đến lượng khí rò.

Chỉ một cửa bị chèn mở hoặc không tự đóng cũng có thể khiến toàn hệ thống mất chênh áp.

Các phương án cấp khí phổ biến

Cấp khí một điểm

Không khí được cấp vào buồng thang tại một vị trí.

Phương án này đơn giản, dễ thi công nhưng áp suất có thể phân bố không đều, đặc biệt với công trình cao tầng.

Cấp khí nhiều điểm

Không khí được cấp tại nhiều tầng thông qua trục gió.

Phương án này giúp phân phối khí đồng đều hơn nhưng cần nhiều miệng cấp, damper và công tác cân chỉnh phức tạp hơn.

Tăng áp kết hợp buồng đệm

Một số công trình có buồng đệm giữa hành lang và cầu thang.

Buồng thang và buồng đệm có thể được duy trì ở các mức áp suất khác nhau để hình thành hướng khí phù hợp với chiến lược kiểm soát khói.

Tăng áp cầu thang khác gì hút khói?

Hai hệ thống không thay thế cho nhau.

Khi hoạt động đồng thời, hệ hút khói làm thay đổi áp suất phía hành lang. Vì vậy, tăng áp và hút khói cần được tính toán và chạy thử trong cùng kịch bản.

Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

Độ kín của buồng thang

Khe cửa, gioăng hỏng, cửa thăm và lỗ xuyên chưa bịt kín đều làm tăng lượng khí rò.

Chiều cao công trình

Công trình càng cao, ảnh hưởng của hiệu ứng ống khói càng lớn. Áp suất tại tầng thấp và tầng cao có thể chênh lệch đáng kể.

Gió ngoài trời

Gió tác động lên mặt đứng làm thay đổi áp suất quanh công trình và ảnh hưởng đến kết quả tăng áp.

Trạng thái cửa chống cháy

Cửa không tự đóng, tay co hỏng hoặc gioăng không kín có thể khiến hệ thống không đạt chênh áp.

Hệ thống hút khói hành lang

Nếu hệ hút khói hoạt động sai khu vực hoặc sai lưu lượng, lực mở cửa và hướng dòng khí có thể khác thiết kế.

Độ kín đường ống

Rò rỉ ống gió làm giảm lưu lượng tới các tầng và gây mất cân bằng toàn hệ thống.

Những sai lầm thường gặp

Chọn quạt chỉ theo diện tích

Diện tích cầu thang không phản ánh số cửa mở, khe rò và tổn thất đường ống. Quạt phải được chọn theo đúng lưu lượng và tổng áp suất.

Cho rằng quạt càng lớn càng tốt

Quạt quá lớn có thể gây quá áp và khiến cửa thoát nạn khó mở.

Không tính trạng thái cửa mở

Hệ thống có thể đạt chênh áp khi cửa đóng nhưng không duy trì được hướng khí khi cửa mở.

Bố trí cửa lấy gió gần cửa xả khói

Sai sót này có thể khiến khói bị hút ngược vào buồng thang.

Bỏ qua cửa chống cháy

Quạt và đường ống đạt yêu cầu nhưng cửa không tự đóng thì hệ thống vẫn có thể hoạt động sai.

Chỉ đo tại một tầng

Kết quả tại một tầng không đại diện cho toàn bộ công trình. Cần đo tại tầng thấp, tầng giữa, tầng cao và các tầng bất lợi.

Quy trình kiểm tra hệ thống

Bước 1: Rà soát hồ sơ

Kiểm tra kịch bản cháy, số cửa giả định mở, lưu lượng quạt, sơ đồ đường ống và ma trận điều khiển.

Bước 2: Kiểm tra hiện trạng

Đánh giá độ kín buồng thang, cửa chống cháy, đường ống, damper, miệng cấp, cảm biến và cửa xả áp.

Bước 3: Kiểm tra liên động

Mô phỏng tín hiệu báo cháy để xác nhận quạt, damper, biến tần và hệ hút khói hoạt động đúng trình tự.

Bước 4: Đo khi cửa đóng

Đo chênh áp tại nhiều tầng, đồng thời kiểm tra lực mở cửa và hoạt động của cửa xả áp.

Bước 5: Đo khi cửa mở

Kiểm tra hướng dòng khí, vận tốc qua cửa, lưu lượng quạt và khả năng duy trì áp suất.

Bước 6: Cân chỉnh và nghiệm thu

Hiệu chỉnh damper, tốc độ quạt, cửa xả áp và lập hồ sơ kết quả đo kiểm.

Lưu ý khi thiết kế và thi công

Không nên áp dụng một giá trị lưu lượng hoặc chênh áp cố định cho mọi công trình.

Khi thiết kế cần xác định rõ:

• Kịch bản cháy và thoát nạn.
• Số cửa mở đồng thời.
• Độ kín buồng thang.
• Điểm làm việc của quạt.
• Tổn thất toàn tuyến.
• Phương án chống quá áp.
• Nguồn điện chính và dự phòng.
• Logic phối hợp với báo cháy và hút khói.

Khi thi công cần kiểm soát độ kín đường ống, hướng damper, vị trí cảm biến, kết cấu treo và tình trạng cửa chống cháy.

Trước khi nghiệm thu phải chạy thử hệ thống trong cả trạng thái cửa đóng và cửa mở.

Quy trình triển khai tại HRT

Bước 1: Khảo sát yêu cầu

Xác định khu vực cần bảo vệ, loại buồng thang, kịch bản cửa và phương án thoát nạn.

Bước 2: Tính toán hệ thống

Kiểm tra diện tích rò, lưu lượng, áp suất và tổn thất trên đường ống.

Bước 3: Thiết kế kỹ thuật

Làm rõ quạt, cửa lấy gió, đường ống, miệng cấp, damper, cửa xả áp, cảm biến và hệ điều khiển.

Bước 4: Thi công và kiểm soát chất lượng

Kiểm tra độ kín đường ống, kết cấu treo, vị trí thiết bị và khả năng bảo trì.

Bước 5: Chạy thử liên động

Mô phỏng tín hiệu cháy và kiểm tra hoạt động của quạt tăng áp, hút khói, damper và cửa xả áp.

Bước 6: Đo kiểm và cân chỉnh

Đo chênh áp, vận tốc qua cửa, lực mở cửa và hiệu chỉnh hệ thống.

Bước 7: Nghiệm thu và bàn giao

Hoàn thiện hồ sơ đo kiểm, hướng dẫn vận hành và kế hoạch bảo trì định kỳ.

Kết luận

Hệ thống tăng áp cầu thang tạo áp suất dương tương đối nhằm hạn chế khói xâm nhập và hỗ trợ duy trì lối thoát nạn trong tình huống cháy.

Một hệ thống hoạt động đúng cần bảo đảm:

• Quạt được chọn đúng điểm làm việc.
• Đường ống và buồng thang đủ kín.
• Cửa chống cháy tự đóng tốt.
• Cửa xả áp được hiệu chỉnh phù hợp.
• Hệ hút khói phối hợp đồng bộ.
• Trạng thái cửa đóng và mở đều được đo kiểm.

Không nên đánh giá hệ thống chỉ dựa trên việc quạt đã chạy. Hiệu quả phải được chứng minh bằng chênh áp, hướng dòng khí, lực mở cửa và kết quả chạy thử thực tế.

HRT – Hơi Thở Xanh Cho Mọi Công Trình
Đúng Từ Đầu – Rõ Đến Cùng – Xanh Bền Vững