طراحی و شبیه سازی تهویه پارکینگ با استفاده از جت فن

طراحی و شبیه سازی تهویه پارکینگ با استفاده از جت فن

در سالیان اخیر ساخت و بهره برداری مجتمع های تجاری و اداری با توجه به استفاده بهینه از فضای موجود، در شهر های بزرگ رونق یافته است. به دلیل فشردگی فضا در چنین مجتمع هایی، طراحی پارکینگ به خصوص پارکینگ های طبقاتی با فرض بهره گیری از بیشترین فضای ممکن صورت می گیرد. با این توضیحات و وجود تعداد فراوان خودرو در فضای سربسته، این پارکینگ ها مطمئنا نیازمند طراحی سیستم تهویه بسیار قدرتمندی است. در چنین شرایطی استفاده از جت فن (Jet fan) برای تهویه پارکینگ توصیه می گردد. شایان ذکر است به منظور نصب و راه اندازی تهویه پارکینگ باید ابتدا شبیه سازی سیالاتی جریان هوا در پارکینگ صورت پذیرد. هدف اصلی از تهویه پارکینگ را می توان به سه مورد اصلی نسبت داد :

1-کاهش دمای هوای داخل پارکینگ به دلیل کارکردن موتور خودروها و دمای گاز های اگزوز

2-کاهش سطح گازهای آلاینده تولید شده توسط خودرو ها به منظور جلوگیری از صدمه دیدن و بروز مشکلات تنفسی

3-مدیریت و کاهش ریسک ناشی از آتش سوزی در پارکینگ  

مزایای عمده روش تهویه پارکینگ با جت فن نسبت به سیستم تهویه پارکینگ با کانال عبارت است از :

- کاهش کمتر ارتفاع پارکینگ و امکان رفع محدودیت های ارتفاعی

- بالا رفتن راندمان تهویه و کاهش مصرف برق

- انعطاف بهتر در مقابل حریق و آتش سوزی با استفاده از سیستم کنترل 

- کاهش آلودگی صوتی

- تعمیرات و نگهداری آسان

مدل سازی cfd :

ما مدلسازی cfd پارکینگ را با در نظر گرفتن سیستم های کنترلی دود و جت فن های مختلف انجام میدهیم  و اثر این سیستم ها را بر روی حرکت دود در شرایط حریق برای اندازه های حریق مختلف (که در محدوده مورد قبول برای یک پارکینگ است)بررسی میکنیم.

شبیه سازی جت فن ها:

قبل از اینکه کل محیط پارکینگ را بررسی کنیم ، به صورت جداگانه جت فن های به کار رفته در سیستم کنترل دود را شبیه سازی میکنیم . و با تحلیل cfd سرعت و دبی جریان اطراف جت فن و با مقایسه این نتایج با داده های تجربی سرعت  و دبی جریان اطراف جت فن ، مدل شبیه سازی شده را ارزیابی میکنیم.

محاسبه میزان کربن مونواکسید کربن آزاد شده

یکی از مراحل طراحی سیستم تهویه پارکینگ محاسبه میزان کربن مونواکسید کربن آزاد شده از اگزوز خودروها است ، این محاسبات بر اساس استاندارد ASHRAE  انجام میشود. 

شبیه سازی سیستم های کنترلی:

با استفاده از fds میتوان تمامی سیستم های کنترلی که در پروژه به کار رفته است را شبیه سازی کرد. برای مثال زمانی که مقدار اندازه گیری شده حسگر مونواکسید کربن به مقدار بحرانی خود میرسد ، سیگنالی ارسال میکند و منجر به راه اندازی جت فن میشود ، قاعدتا جت فن ظرف مدت زمانی که به تجربه به دست می آید به مقدار سرعت مورد نیاز خود میرسد. ما میتوانیم با استفاده از fds   این تاخیر زمانی را مشخص کنیم تا فیزیک مسئله با دقت قابل قبولی شبیه سازی شود و بتوان به نتایج بدست آمده اعتماد کرد.

شبیه سازی سیستم کنترلی برای باز شدن پرده دود بند

با استفاده از سیستم کنترلی که در نرم افزار تعریف میکنیم زمانی که سیگنال از طرف دستگاههای اعلام حریق ارسال میشود ؛ پرده های حریق باز میشوند و مانعی در برابر گسترش دود به قسمت دیگر پارکینگ ایجاد میکنند .

شبیه سازی اسپرینکلر:

با قابلیتی که نرم افزار fds دارد میتوان اسپرینکلر و زمان فعالسازی اسپرینلر و نوع سیستم اسپرینکلری که در پروژه نصب شده است را شبیه سازی کرد. و با تعریف سیستم های کنترلی مناسب زمان فعالسازی هر کدام از اسپرینکلرها را مشخص کرد. با توجه به قابلیتی که سیستم های اسپرینکلر در کنترل و حتی اطفای حریق ایفا میکنند میتوان  با در نظر گرفتن اسپرینکلرها در شبیه سازی ؛ حریقی با اندازه کوچکتر را شبیه سازی کرد و با توجه به این مطلب میتوان از تجهیزاتی با ظرفیت پایین تر استفاده کرد.

شبیه سازی دتکتورهای مختلف

با استفاده از fds میتوان دتکتورهای دودی و گرمایی را شبیه سازی کرد و با اتصال این دستگاه ها به سیستم کنترلی میتوان فنهای موجود در مسئله را راه اندازی کرد.

بررسی الگوی جریان هوا

قبل از اینکه وارد مرحله اصلی شبیه سازی(در نظر گرفتن حریق) شویم ؛ باید الگوی جریان ایجاد شده در پارکینگ بعد از به کار افتادن جت فن ها بررسی شوند؛ الگوی جریانی مورد قبول است که جریان هوا را به سمت مسیرها و شفت خروجی هل دهد . به عبارت دیگر در این مرحله از طراحی به جانمایی و جهتگیری درستی برای جت فنها دست پیدا میکنیم.

طراحی بدون شرایط حریق:

در این مرحله از طراحی ابتدا محاسبات cfd را بدون در نظر گرفتن جت فن ها انجام می دهیم، با این کار میتوان نقاطی که سیال ساکن و ایستا است را پیدا کرد (اینها اماکنی مستعد برای داشتن میزان غلظت مونو‌ اکسید کربن بالا هستند ) سپس مدل سازی cfd را با در نظر گرفتن حضور جت فن ها انجام میدهیم و محل های بهینه جت فن ها و جهت گیری های آن ها را طوری پیدا میکنیم تا مکانهای ایستای سیال از بین برود و تراکم گاز مونو اکسید کربن را در محدوده قابل قبول حفظ کنیم.

طراحی با در نظر گرفتن شرایط حریق:

در این مرحله مهمترین کار، طراحی حریق با سایز مناسب است. این کار بر اساس استاندارد bs 7346-7 انجام میشود . سپس این حریق را در جاهای مختلف پارکینگ قرار میدهیم و برای هر حالت محاسبات جداگانه ای صورت میگیرد. معمولا یکی از مکانهایی که باید محل حریق در نظر گرفته شود دور ترین نقطه از فنهای اگزاست می باشد . پارامتر تاثیر گذار دیگر انتخاب ماده سوختنی است . معمولا در پارکینگ ها سوخت ماشینها به عنوان ماده سوختنی انتخاب میشود. بعد از انتخاب ماده سوختنی محصولات احتراقی این ماده را  با مراجعه به هندبوک SFPE وارد نرم افزار میکنیم . پارامتر دیگر در طراحی نرخ رشد آتش می باشد. نرخ رشد حریق را با استفاده از داده های تجربی وارد نرم افزار میکنیم.

بررسی سناریو های مختلف

در این مرحله از طراحی ، حریق را در جاهای مختلف پارکینگ مدل میکنیم و پارامترهای مختلفی که به ما در ارزیابی سیستم کنترلی طراحی شده کمک میکند بررسی میکنیم . این پارامترها عبارتند از:

سرعت نقاط مختلف پارکینگ در ارتفاع های مختلف پارکینگ

غلظت گاز مونو اکسید کربن در ارتفاع های مختلف پارکینگ

میزان میدان دید در ارتفاع های مختلف پارکینگ

Mesh study

برای اینکه از درستی نتایج بدست آمده اطمینان کسب کنیم ، اندازه سلول محاسباتی در  هر سناریو را کاهش میدهیم و اینکار را تا جایی ادامه میدهیم تا نتایج بدست آمده در هر مرحله نسبت به مرحله قبل تغییر نکند. در این شرایط میتوانیم مطمئن شویم که نتیجه بدست آمده قابل قبول است.

نتایج حاصل از مدل سازی CFD پارکینگ :

شبیه سازی حالت غیر حریق:

ابتدا مدل 3 بعدی از پارکینگ را ترسیم میکنیم:

سرعت جریان هوا  بدون در نظر گرفتن جت فن:

غلظت گاز CO بدون در نظر گرفتن جت فن:

سرعت جریان هوا با در نظر گرفتن جت فن:

غلظت گاز CO بدون در نظر گرفتن جت فن:

شبیه سازی حالت حریق:

گسترش دود در پارکینگ:

کانتور توزیع دما :

کانتور توزیع دما:

کانتور میدان دید: