التحكم في الدخان في المولات والأتريوم (الفناء الداخلي المفتوح على عدة أدوار) يقوم على فكرة واحدة: شفط الدخان من أعلى الفراغ بمعدل يساوي ما يضخه عمود الدخان الصاعد من الحريق، مع إدخال هواء تعويض نظيف من الأسفل بسرعة منخفضة، حتى تبقى طبقة الدخان فوق أعلى ممر يستخدمه الناس للإخلاء. المرجع الفني الأشهر لهذا التصميم هو NFPA 92 (Standard for Smoke Control Systems، أحدث إصداراته 2024)، ويُطبَّق ضمن متطلبات كود البناء السعودي المعتمد للمشروع. في هذا المقال نشرح طريقة حساب كمية شفط الدخان وهواء التعويض خطوة بخطوة، مع مثال رقمي، ونربطها بخدمة أنظمة سحب الدخان والتهوية الطارئة من أزيدك.
الخلاصة السريعة
- كمية الشفط في الأتريوم تُحسب من كتلة الدخان الذي يحمله عمود الحريق عند ارتفاع طبقة الدخان المطلوب، وليست عدد تغييرات هواء في الساعة.
- كلما رفعت حد طبقة الدخان زادت كمية الشفط المطلوبة بسرعة، لأن العمود يسحب هواءً أكثر كلما صعد.
- هواء التعويض يجب أن يكون أقل من هواء الشفط، ولا تتجاوز سرعته 200 قدم/دقيقة (نحو 1.02 م/ث) حيث يمكن أن يلامس عمود الدخان، وفق NFPA 92.
- حجم حريق التصميم قرار هندسي يُوثَّق في تقرير التصميم، وهو أكثر مدخل يغيّر النتيجة.
- الحساب اليدوي مناسب للأشكال البسيطة، أما المولات المعقدة فتحتاج غالباً نمذجة حاسوبية (CFD) يراجعها الاستشاري والدفاع المدني.
محتويات المقال
- متى يلزم التحكم في الدخان في المولات والأتريوم؟
- ما أهداف تصميم شفط الدخان في الأتريوم؟
- كيف يُحسب حجم حريق التصميم؟
- كيف تُحسب كمية شفط الدخان في المولات؟
- مثال رقمي لحساب كمية شفط الدخان في الأتريوم
- كيف يُحسب هواء التعويض في نظام التحكم في الدخان؟
- ما أخطاء تصميم شفط الدخان الشائعة في المولات؟
- كيف يتم اختبار نظام التحكم في الدخان واعتماده؟
- الأسئلة الشائعة
- الخلاصة
متى يلزم التحكم في الدخان في المولات والأتريوم؟
الأتريوم يربط عدة أدوار بفراغ واحد مفتوح، فيصعد الدخان من حريق في الدور الأرضي ويملأ الممرات المطلة عليه في الأدوار العليا خلال دقائق. لهذا تشترط أكواد البناء المبنية على الكود الدولي (IBC) نظام تحكم في الدخان للأتريوم. في IBC 2021، البند 404.5 يطلب تركيب نظام تحكم في الدخان وفق البند 909، مع استثناءات منها الأتريوم الذي يربط دورين فقط في أغلب الاستخدامات.
كود البناء السعودي (SBC) مبني على أكواد ICC، وأصبح إصدار 2024 إلزامياً منذ 30 يونيو 2025. لذلك ارجع إلى البند المقابل في SBC 201 (كود البناء العام) وSBC 801 (كود الحماية من الحرائق) بالإصدار المعتمد لمشروعك قبل تثبيت أي معيار، ولا تعتمد على نص IBC وحده، لأن الكود السعودي قد يعدّل أو يضيف بنوداً.
أما NFPA 92 فهو المعيار الفني الذي يأخذ منه المصمم طريقة الحساب ومعادلات عمود الدخان واشتراطات هواء التعويض والاختبار. لا يصبح ملزماً بذاته إلا بقدر ما يحيل إليه الكود المعتمد أو مواصفات المشروع.
ما أهداف تصميم شفط الدخان في الأتريوم؟
قبل أي معادلة، يحدد المصمم الهدف بوضوح لأنه يغيّر كل الأرقام بعده. أشهر هدفين في مشروعات المولات:
- إبقاء حد طبقة الدخان ثابتاً فوق مستوى معين: المرجع الشائع هنا أن يبقى أسفل طبقة الدخان على ارتفاع 6 أقدام (نحو 1.83 م) على الأقل فوق أعلى سطح مشي يمثل جزءاً من طريق الإخلاء المطل على الأتريوم، وهو اشتراط في IBC وفق ما يشرحه John Klote في مجلة HPAC.
- إبطاء نزول الدخان بما يكفي لإتمام الإخلاء، وهذا يحتاج حساب زمن الإخلاء ويرتبط عادة بتحليل هندسي أوسع.
ويذكر Klote أن NFPA 92B (البند 4.4.1.1) اشترط أن يكون أقل عمق تصميمي لطبقة الدخان 20% من الارتفاع بين الأرضية والسقف، ما لم يُجرَ تحليل هندسي. تحقق من الصياغة الحالية في إصدار NFPA 92 المعتمد لمشروعك.
كيف يُحسب حجم حريق التصميم؟
حجم حريق التصميم هو معدل انطلاق الحرارة (Q) بالكيلوواط أو الميغاواط. لا يوجد رقم واحد يصلح لكل مول: محل ملابس مفتوح على الأتريوم يختلف عن منطقة أكشاك أو معرض سيارات داخل المول. يشير Klote إلى أن قيم حريق التصميم المستخدمة عادة تتراوح بين 1,800 و8,000 Btu/ث تقريباً (نحو 1.9 إلى 8.4 ميغاواط)، مع التنبيه إلى أن الاختيار يجب أن يُبرر في التحليل الهندسي.
الجزء الذي يدخل في الحساب هو الحرارة الحملية (Qc)، أي ما يحمله الدخان الصاعد. تقرير NIST IR 5516 الذي وثّق معادلات NFPA 92B يذكر أن القيمة الشائعة هي:
Qc = 0.7 × Q
يدخل في اختيار Q: نوع المحلات المفتوحة على الأتريوم، وجود رشاشات (السبرنكلر) فوق الحريق المتوقع من عدمه، المواد المعروضة في الفراغ نفسه، وما يطلبه الاستشاري أو جهة الاعتماد.
كيف تُحسب كمية شفط الدخان في المولات؟
في الحالة الأبسط يكون الحريق في أرضية الأتريوم ويصعد عمود الدخان متماثلاً (Axisymmetric plume) حتى يدخل طبقة الدخان. كتلة الدخان التي يجب شفطها تساوي كتلة الهواء التي سحبها العمود حتى ارتفاع حد طبقة الدخان (z). المعادلات بوحدات SI كما وثقها NIST IR 5516 من NFPA 92B:
| الخطوة | المعادلة | الرموز |
|---|---|---|
| ارتفاع اللهب | zl = 0.166 × Qc2/5 | zl بالمتر، Qc بالكيلوواط |
| كتلة الدخان (عندما z أعلى من اللهب) | m = 0.071 × Qc1/3 × z5/3 + 0.0018 × Qc | m كغ/ث، z ارتفاع حد الدخان فوق مصدر الحريق بالمتر |
| ارتفاع حرارة الدخان | ΔT = Qc ÷ (m × cp) | cp للهواء نحو 1.0 كيلوجول/كغ·كلفن |
| كثافة الدخان | ρ = 353 ÷ T | T درجة حرارة الطبقة بالكلفن |
| حجم الشفط | V = m ÷ ρ | V م³/ث |
هذه المعادلات للعمود المتماثل فقط. NFPA 92 يعالج أيضاً عمود الدخان المنسكب من شرفة (Balcony spill plume) وعمود الدخان الخارج من نافذة أو فتحة محل، ولكل منهما معادلات مختلفة، وغالباً ما يكون عمود الشرفة هو الحالة الحاكمة في المولات التي تطل محلاتها على الأتريوم.
مثال رقمي لحساب كمية شفط الدخان في الأتريوم
المثال للتوضيح فقط، وليس قيمة تصميم لمشروع حقيقي. نفترض حريق تصميم Q = 5,000 كيلوواط في أرضية الأتريوم، وأن المطلوب بقاء حد طبقة الدخان على ارتفاع 12 م فوق الحريق، وأن حرارة الهواء المحيط 20°م (293 كلفن):
- Qc = 0.7 × 5,000 = 3,500 كيلوواط.
- ارتفاع اللهب zl = 0.166 × 3,5000.4 ≈ 4.3 م، أي أن 12 م أعلى من اللهب والمعادلة صالحة.
- m = 0.071 × 3,5001/3 × 125/3 + 0.0018 × 3,500 ≈ 74 كغ/ث.
- ΔT ≈ 3,500 ÷ 74 ≈ 47°م، فحرارة الطبقة نحو 340 كلفن، والكثافة ≈ 353 ÷ 340 ≈ 1.04 كغ/م³.
- حجم الشفط V ≈ 74 ÷ 1.04 ≈ 71 م³/ث.
لو خفضنا حد الطبقة إلى 10 م بنفس الحريق، تنزل الكتلة إلى نحو 56 كغ/ث وحجم الشفط إلى نحو 57 م³/ث. هذا يوضح لماذا يُحسم ارتفاع طبقة الدخان مع المعماري مبكراً: كل متر إضافي يعني مراوح ومجاري أكبر.
في الصيف السعودي قد تكون حرارة الهواء المحيط أعلى بكثير من 20°م، فيتغير فرق الحرارة والكثافة. اترك هذا القرار لتقرير التصميم، ولا تنسخ أرقام المثال.
كيف يُحسب هواء التعويض في نظام التحكم في الدخان؟
هواء التعويض (Make-up air) هو الهواء النظيف الذي يدخل من أسفل الأتريوم ليحل محل الدخان المشفوط. بدونه تتولد ضغوط سالبة تعيق فتح الأبواب، ويضعف أداء مراوح الشفط. وفي المقابل، إذا زاد عن اللازم أو دخل بسرعة عالية فإنه يحرّك اللهب ويخلط الدخان بالهواء النظيف تحت الطبقة.
| البند | ما ينص عليه المرجع | المصدر |
|---|---|---|
| سرعة هواء التعويض | لا تتجاوز 200 قدم/دقيقة (نحو 1.02 م/ث) حيث يمكن أن يلامس عمود الدخان، إلا إذا أيد تحليل هندسي سرعة أعلى | NFPA 92 البند 4.4.4.1.4 (إصدار 2012) |
| كمية هواء التعويض | أقل من كتلة الشفط، ويذكر Klote نحو 85 إلى 95% منها | مجلة HPAC |
| موقع الفتحات | أسفل طبقة الدخان، وبعيداً عن مسار العمود قدر الإمكان | ممارسة تصميم شائعة |
بالرجوع للمثال: إذا كان الشفط 74 كغ/ث، فهواء التعويض في حدود 63 إلى 70 كغ/ث تقريباً. وبكثافة هواء خارجي نحو 1.2 كغ/م³ عند 20°م يكون حجمه نحو 52 إلى 58 م³/ث. لو أدخلناه بسرعة 1.0 م/ث، فمساحة الفتحات الصافية المطلوبة تقارب 52 إلى 58 م²، وهي مساحة كبيرة تُوزَّع على أبواب آلية تفتح عند الإنذار أو فتحات مخصصة أو مراوح إمداد. هذه الأرقام تقريبية لشرح الفكرة، ويحسمها المصمم بحسب كثافة الهواء الفعلية وتفاصيل الفتحات.
ما أخطاء تصميم شفط الدخان الشائعة في المولات؟
- الحساب بتغييرات الهواء: عدد تغييرات الهواء في الساعة لا يمثل كمية الدخان التي ينتجها الحريق، فقد يعطي رقماً أقل بكثير من المطلوب.
- شفط كل الكمية من فتحة واحدة: عندما يكون عمق طبقة الدخان صغيراً، الشفط القوي من فتحة واحدة يسحب هواءً نظيفاً من تحت الطبقة (Plugholing). الحل توزيع الشفط على عدة فتحات بمعدل محدود لكل فتحة، كما ينبه Klote.
- تجاهل عمود الشرفة: حريق داخل محل يطل على الأتريوم قد ينتج كمية دخان أكبر من حريق في أرضية الأتريوم.
- هواء تعويض من أبواب غير مبرمجة: أبواب المداخل الآلية يجب أن تُربط بلوحة الإنذار لتفتح في السيناريو الصحيح.
- ضعف التكامل مع الإنذار: تشغيل النظام يعتمد على كشف مبكر في فراغ عالٍ، وعلى منطق تشغيل واضح لكل منطقة. راجع أنظمة إنذار الحريق.
كيف يتم اختبار نظام التحكم في الدخان واعتماده؟
بعد التركيب، يُختبر النظام وفق ما يحدده الكود المعتمد وNFPA 92 ومواصفات المشروع: قياس كميات الشفط والإمداد، التأكد من تسلسل التشغيل من لوحة الإنذار، تشغيل المراوح على مصدر الطاقة المحدد في التصميم، وفتح أبواب ومنافذ هواء التعويض. نتائج الاختبار تدخل في ملف التسليم وفي مستندات الحصول على موافقات الدفاع المدني.
تقدم أزيدك التصميم والحسابات الهندسية لأنظمة سحب الدخان، ثم الاختبار والتشغيل والتسليم، مع دعم متطلبات الدفاع المدني للمشروعات التجارية الموضحة في صفحة المولات والمباني التجارية.
الأسئلة الشائعة
ما هو NFPA 92؟
هو معيار NFPA لأنظمة التحكم في الدخان (Standard for Smoke Control Systems)، وأحدث إصداراته 2024. يشمل أنظمة الأتريوم والمولات والفراغات الكبيرة، وأنظمة ضغط السلالم والمناطق.
هل يكفي حساب شفط الدخان بعدد تغييرات الهواء؟
لا في الأتريوم والمولات. الكمية تُحسب من كتلة الدخان في عمود الحريق عند ارتفاع طبقة الدخان المطلوب، ثم تُحول إلى حجم حسب حرارة الطبقة.
كم سرعة هواء التعويض المسموح بها؟
NFPA 92 يحد السرعة بـ 200 قدم/دقيقة (نحو 1.02 م/ث) حيث يمكن أن يلامس الهواء عمود الدخان، إلا إذا أثبت تحليل هندسي أن سرعة أعلى مقبولة.
هل يجب أن يساوي هواء التعويض هواء الشفط؟
لا، يكون أقل منه حتى يبقى الفراغ تحت ضغط سالب بسيط. يذكر Klote نسبة تقارب 85 إلى 95% من كتلة الشفط.
هل الأتريوم المكون من دورين يحتاج نظام تحكم في الدخان؟
في IBC 2021 يُستثنى الأتريوم الذي يربط دورين فقط في أغلب الاستخدامات. ارجع إلى البند المقابل في كود البناء السعودي بالإصدار المعتمد لمشروعك.
متى نحتاج نمذجة CFD بدل الحساب اليدوي؟
عندما يكون شكل الأتريوم غير منتظم، أو توجد شرفات ومحلات مفتوحة بأشكال متعددة، أو يُطلب إثبات سرعة هواء تعويض أعلى من الحد، أو يطلب الاستشاري أو جهة الاعتماد ذلك.
الخلاصة
التحكم في الدخان في المولات يبدأ بقرارين: حجم حريق التصميم وارتفاع طبقة الدخان. منهما تخرج كتلة الشفط من معادلة عمود الدخان، ثم حجم المراوح، ثم هواء التعويض بسرعة لا تبعثر العمود. ثبّت المرجع الكودي المعتمد للمشروع أولاً، وافحص حالة عمود الشرفة، ووزّع الشفط على عدة فتحات، واجعل الاختبار جزءاً من التصميم منذ البداية.
تصمم أو تراجع نظام سحب دخان لمول أو أتريوم؟ فريق أزيدك يساعدك في الحسابات والتوريد والتركيب والاختبار. تواصل مع فريق أزيدك
