Click here to visit our sponsor

การประชุมใหญ่วิชาการทางวิศวกรรม ประจำปี 2539
สมาคมวิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์

ระบบระบายควันในเอเทรียม
(SMOKE EXHAUST SYSTEM IN ATRIUM)
จักรพันธ์ ภวังคะรัตน์
วิศวกรเครื่องกลอาวุโส
ฝ่ายวิศวกรรมเครื่องกล
บริษัท เอ็นไวรอนเมนตอล เอ็นจิเนียริ่ง คอนซัลแตนส์ จำกัด

บทคัดย่อ

อาคารห้างสรรพสินค้าและอาคารขนาดใหญ่ทั่วไปนิยมมีช่องเปิดระหว่างชั้นหรือที่เรียกว่าเอเทรียม (Atrium) ซึ่งอาจเปิดต่อเนื่องกัน 2 ชั้น หรืออาจมากกว่า 10 ชั้นก็ได้ ช่องเปิดเหล่านี้เป็นช่องทางการแพร่ของควันที่สำคัญขณะเกิดเพลิงไหม้ ทำให้ควันสามารถแพร่กระจายไปได้ทั่วทั้งอาคารในเวลารวดเร็ว หากไม่มีการป้องกันอย่างเหมาะสม

ระบบระบายควันในเอเทรียม เป็นระบบที่ใช้ในการป้องกันไม่ให้ ควันแพร่กระจายไปทั่วทั้งอาคารเมื่อเกิดเพลิงไหม้ แต่อย่างไรก็ตามระบบระบายควันในเอเทรียมที่ดีจำเป็นต้องได้รับการวิเคราะห์ถึงกลไกการเคลื่อนที่ของควันอย่างรอบคอบ และได้รับการออกแบบอย่างถูกต้องเหมาะสม มิใช่เพียงแต่ติดตั้งพัดลมอยู่ที่จุดสูงสุด แล้วดูดลมด้วยอัตรา 6 Air change per hour เท่านั้น

ผู้เขียนหวังว่าข้อมูลในบทความนี้ คงจะมีส่วนช่วยกระตุ้น และมีส่วนร่วมในการทำให้อาคารห้างสรรพสินค้า และอาคารขนาดใหญ่ มีความปลอดภัยต่อสาธารณชนมากยิ่งขึ้น

Atrium or a large volume space created by a floor opening or series of floor openings connecting two or more stories has become a popular architectural feature in shopping complex and large building in recent years. In case of fire,these openings will be smoke paths unless there is an appropriate means of protection.

Smoke exhaust system in atrium is intented to limit the spread of smoke in case of fire. However an effective system is needed to have a good engineering analysis, not only the system which is installed a fan on the top of atrium and exhausted at the rate of 6 air changes per hour.

The author hopes that the information in these paper will encourage everybody involved to develop the buildings which have more safety for the public.

เหตุการณ์เพลิงไหม้เป็นเหตุการณ์ที่นำมาซึ่งความสูญเสียอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าหากเกิดขึ้นในอาคารสาธารณะ การจำกัดความสูญเสียที่เกิดจากเหตุการณ์เพลิงไหม้ที่สำคัญก็คือ การออกแบบให้อาคารเหล่านั้นเตรียมพร้อมสำหรับเหตุการณ์เพลิงไหม้ ไม่ว่าจะเป็นเชิงรับ (Passive) และเชิงรุก (Active)

อาคารที่มีการเตรียมการในเชิงรับที่ดีก็คือ อาคารที่ได้รับการออกแบบให้มีเส้นทางการหนีไฟที่เพียงพอและเหมาะสม มีวัสดุติดไฟน้อย เป็นต้น สำหรับอาคารที่มีการเตรียมการเชิงรุกที่ดีก็คือ อาคารซึ่งมีระบบดับเพลิงทั้งแบบสายฉีดดับเพลิงและหัวฉีดน้ำอัตโนมัติ, มีระบบสัญญาณเตือนอัคคีภัย, มีระบบช่วยเหลือพนักงานดับเพลิง เช่น ลิฟต์สำหรับพนักงานดับเพลิงและอุปกรณ์สำหรับพนักงานดับเพลิงที่บริเวณต่างๆ, การมีระบบควบคุมควัน เช่น ระบบอัดความดันในบันไดหนีไฟ, ระบบอัดความดันในโถงลิฟต์ดับเพลิง, ระบบควบคุมควันแบบแบ่งเขต, ระบบระบายควันในเอเทรียม เป็นต้น

จากที่กล่าวมาจะเห็นได้ว่า อาคารที่เตรียมการเพื่อความปลอดภัยเป็นอย่างดี จะต้องมีส่วนประกอบร่วมกันทั้งการเตรียมการเชิงรับและเชิงรุก เพราะว่าการเตรียมการในเชิงรับอย่างเดียวไม่เป็นการเพียงพอสำหรับอาคารขนาดใหญ่ ขณะที่การเตรียมการเชิงรุก จะต้องได้รับการสนับสนุนอย่างเต็มที่จากการเตรียมการเชิงรับ

ระบบระบายควันในเอเทรียม เป็นตัวอย่างหนึ่งของการร่วมกันระหว่างการเตรียมการเชิงรับและเชิงรุก กล่าวคือ ระบบระบายควันในเอเทรียมจำเป็นจะต้องได้รับการวิเคราะห์ทางวิศวกรรมอย่างรอบคอบและจำเป็นจะต้องได้รับการออกแบบทางสถาปัตยกรรมที่สอดคล้องกันด้วย

ปัจจุบันเอเทรียมเป็นที่นิยมกันมากในงานสถาปัตยกรรม แต่เอเทรียมมีประวัติความเป็นมาตั้งแต่สมัยโรมัน ความหมายเดิมของเอเทรียมหมายถึงลานที่อยู่ระหว่างอาคาร ในปัจจุบันได้มีการใส่หลังคาหรือเพดานอยู่เหนือลานกว้างซึ่งก็คือ เอเทรียมในสมัยใหม่นั่นเอง ถ้าไม่มีหลังคาอันตรายจากไฟก็จะเกิดขึ้นเมื่อไฟลุกลามที่ด้านข้างของอาคาร แต่การมีหลังคาในปัจจุบันทำให้เกิดการปิดอย่างมิดชิดซึ่งจะเก็บความร้อนและควันไฟไว้ภายใน และเนื่องมาจากการที่เอเทรียมในปัจจุบันมีหลังคาทำให้ผนังโดยรอบของเอเทรียมสามารถเปิดเข้าสู่เอเทรียมได้โดยไม่ต้องกลัวสภาวะอากาศ การที่มีช่องเปิดเข้าสู่เอเทรียมมากขึ้นก็ยิ่งเป็นการเพิ่มโอกาสให้มีการเคลื่อนที่ของไฟและควันมากยิ่งขึ้นทั้งในแนวดิ่งและแนวระดับ

Hiotaky (1988) [1] ได้แบ่งเอเทรียมตามจำนวนด้านที่ติดกับพื้นที่ต่อเนื่องดังนี้ แบบเรือนกระจก(Conservatory) คือเอเทรียมที่มีหนึ่งด้านติดกับพื้นที่ต่อเนื่อง , แบบสองด้าน(Two-sided) คือมีสองด้านติดกับพื้นที่ต่อเนื่อง , แบบสามด้าน(Three-sided) คือมีสามด้านติดกับพื้นที่ต่อเนื่อง และ แบบสี่ด้าน(Four-sided) คือมีทั้งสี่ด้านติดกับพื้นที่ต่อเนื่องหรือเป็นแบบที่อยู่ภายในอาคารนั่นเอง

Hiotaky ยังได้แบ่งเอเทรียมโดยรูปแบบของเอเทรียมภายในอาคารไว้คือ แบบตามยาว(Linear)คือเอเทรียมที่มีลักษณะแคบแต่ยาว โดยทั่วไปจะมีพื้นที่ต่อเนื่องอยู่สองด้าน แบบเชื่อมต่อ(Bridging) คือเอเทรียมที่เชื่อมต่ออยู่กับสองอาคารเพื่อเป็นหลังคาให้กับพื้นที่ที่อยู่ระหว่างอาคาร

ในบางอาคารอาจมีเอเทรียมมากกว่าหนึ่งได้แก่ แบบหลายเอเทรียมซึ่งอยู่ในระดับเดียวกัน(Multiple Lateral)คือ แบบที่มีเอเทรียมหลายเอเทรียมอยู่ในระดับเดียวกัน อาจเชื่อมต่อถึงกันด้วยก็ได้ และ แบบหลายเอเทรียมในแนวดิ่ง(Multiple Vertical)คือ แบบที่มีเอเทรียมหลายเอเทรียมเรียงต่อกันในแนวดิ่ง โดยทั่วไปจะไม่ต่อเนื่องถึงกัน

รูปที่ 1 เอเทรียมแบบตามยาว	รูปที่ 2 เอเทรียมแบบเชื่อมต่อ
รูปที่ 3 เอเทรียมที่มีขนาดเปลี่ยนแปลงตามความสูง	รูปที่ 4 เอเทรียมแบบเรือนกระจก
รูปที่ 5 เอเทรียมแบบสองด้าน	รูปที่ 6 เอเทรียมแบบสามด้าน
รูปที่ 7 เอเทรียมแบบสี่ด้าน	รูปที่ 8 แบบหลายเอเทรียมอยู่ในระดับเดียวกัน
รูปที่ 9 แบบหลายเอเทรียมในแนวตั้ง	รูปที่ 10 Covered Shoping Mall

วัตถุประสงค์ของระบบระบายควันในเอเทรียม

วัตถุประสงค์ของระบบระบายควันในเอเทรียมคือ

1. รักษาสภาวะที่เหมาะสมของเส้นทางหนีไฟ จากภายในเอเทรียมสู่ภายนอก ในช่วงระยะเวลาที่ต้องใช้ในการหนีไฟ (โดยทั่วไปคือ 1 ชั่วโมง)
2. ควบคุมและลดการเคลื่อนที่ของควันจากบริเวณไฟไหม้ไปยังบริเวณใกล้เคียง
3. ช่วยให้ภายในอาคารมีสภาวะที่ช่วยเหลือพนักงานดับเพลิงในการค้นหาและช่วยชีวิต รวมทั้งช่วยในการค้นหาจุดที่เกิดเพลิงไหม้และช่วยในการควบคุมเพลิง
4. ปกป้องชีวิตและลดความเสียหายของทรัพย์สิน
5. ช่วยในการระบายควันออกหลังจากเพลิงสงบ

กรณีไฟไหม้ในเอเทรียม

1. ควันที่เกิดจากไฟในเอเทรียมจะลอยตัวขึ้นจนกระทบกับเพดาน ภายในเอเทรียมก็จะค่อยๆเต็มไปด้วยควัน ชั้นของควันก็จะค่อยๆลดระดับลงมาเรื่อยๆ อัตราการลดระดับของชั้นควันขึ้นอยู่กับอัตราของปริมาณควันที่เกิดเพิ่มขึ้น ในเชิงวิศวกรรมอัตราการเกิดขึ้นของควันสามารถประมาณได้ว่าเท่ากับอัตราของอากาศที่ถูกเหนี่ยวนำเข้าไปในกระแสควัน (Plume) ที่อยู่ใต้ระดับชั้นควัน
2. จุดสมดุลของชั้นควันจะเกิดขึ้นเมื่ออัตราการระบายควันเท่ากับอัตราการเพิ่มขึ้นของควัน นอกจากนี้การระบายควันอาจจะใช้เพื่อช่วยให้อัตราเร็วของการลดระดับของชั้นควันลดลงก็ได้
3. เมื่อระดับชั้นควันลดต่ำลงจนถึงระดับพื้นที่ใช้งาน การป้องกันควันแพร่กระจายออกไปสู่พื้นที่รอบๆ เอเทรียมสามารถทำได้โดยใช้ Smoke Barrier และการใช้อากาศไหลสวนทาง (Opposed Airflow) ซึ่งมีคำแนะนำอยู่ใน NFPA 92A [2]
4. เพื่อให้พัดลมระบายควันทำงานอย่างได้ผล จะต้องจัดให้มีอากาศเติม (Makeup Air) อากาศเติมควรจะจ่ายเข้ามาด้วยความเร็วต่ำ มีการกระจายลมอย่างสม่ำเสมอเพื่อไม่ให้มีผลกระทบกับเปลวไฟ, ควันไฟและชั้นของควันไฟ จุดจ่ายอากาศเติมควรอยู่ที่ระดับต่ำกว่าชั้นของควัน อัตราการเติมอากาศจะต้องไม่มากกว่าอัตราการระบายควัน มิฉะนั้นภายในเอเทรียมจะมีความดันเป็นบวกเมื่อเทียบกับพื้นที่รอบๆ

กรณีไฟไหม้ในพื้นที่ต่อเนื่อง

เมื่อเพลิงไหม้ในพื้นที่ต่อเนื่อง ควันจะไหลล้นเข้าไปในเอเทรียม การออกแบบสำหรับกรณีนี้จะใกล้เคียงกับกรณีไฟไหม้ในเอเทรียม แต่อย่างไรก็ตาม จะต้องพิจารณาความแตกต่างระหว่าง ควันที่เกิดขี้นโดยอิสระในเอเทรียมกับควันที่ไหลล้นออกมาจากพื้นที่ต่อเนื่อง

รูปที่ 11 การเกิดเพิลงไหม้ในเอเทรียม

รูปที่ 12 การเกิดเพลิงไหม้ในพื้นที่ต่อเนื่อง

การจัดการควันในเอเทรียม

กรณีเพลิงไหม้ในเอเทรียม

1. ระบายควันออกเพื่อจำกัดความหนาของชั้นควัน
2. ระบายควันออกเพื่อยืดระยะเวลาก่อนที่ควันจะเต็มเอเทรียม

กรณีเพลิงไหม้ในพื้นที่ต่อเนื่อง

1. ระบายควันที่ไหลเข้ามาในเอเทรียมเพื่อจำกัดความหนาของชั้นควัน
2. ป้องกันไม่ให้ควันไหลเข้าไปในเอเทรียมโดยใช้อากาศไหลสวนทาง

การจัดการควันในพื้นที่ต่อเนื่อง

กรณีเพลิงไหม้ในเอเทรียม

1. ระบายควันออกจากเอเทรียมเพื่อจำกัดความหนาของชั้นควันหรือเพิ่มระยะเวลาก่อนที่ควันจะเต็มเอเทรียม เพื่อให้ชั้นของควันอยู่เหนือระดับของพื้นที่ต่อเนื่อง ในช่วงระยะเวลาของการหนีไฟ (ซึ่งกำหนดอยู่ในวัตถุประสงค์ของระบบระบายควันในเอเทรียม) วิธีการนี้อาจไม่มีประสิทธิภาพอย่างสมบูรณ์ ถ้าหากจุดเกิดเพลิงไหม้อยู่ติดกับพื้นที่ต่อเนื่องและวิธีการนี้ก็ไม่สามารถป้องกันพื้นที่ต่อเนื่องที่อยู่ติดกับส่วนบนของเอเทรียมได้
2. ระบายควันออกจากเอเทรียม เพื่อให้เอเทรียมมีความดันเป็นลบเมื่อเทียบกับพื้นที่ต่อเนื่อง ซึ่งจะทำให้เกิดอากาศไหลจากพื้นที่ต่อเนื่องเข้าหาเอเทรียมสวนทางกับควัน
3. ใช้อากาศไหลร่วมกับ Smoke Barrier โดยจ่ายลมให้เกิดการไหลของอากาศจากพื้นที่ต่อเนื่องเข้าสู่เอเทรียม

กรณีเพลิงไหม้ในพื้นที่ต่อเนื่อง

การควบคุมควันในพื้นที่ต่อเนื่องจะใช้วิธีการเช่นเดียวกับที่ใช้ในพื้นที่ทั่วไป ซึ่งสามารถดูรายละเอียดได้ใน [2],[6] โดยทั่วไปการควบคุมควันในพื้นที่ลักษณะนี้ไม่สามารถทำได้ ถ้าปราศจากการใช้ Smoke Barrier เพื่อที่จะจำกัดการเคลื่อนที่ของควัน หรือวิธีการที่จะจำกัดการเกิดของควัน เช่น การควบคุมเชื้อเพลิง หรือการใช้ระบบดับเพลิงอัตโนมัติ

อัตราการระบายควัน [4],[5]

ทั่วไป

ความสูงของส่วนล่างสุดของชั้นควัน จะต้องอยู่ที่ระดับอย่างน้อย 3 เมตร หรือมากกว่า เหนือทางเดินภายในเขตที่มีควัน อัตราการระบายให้เลือกใช้ค่ามากที่สุดจากการคำนวณจากรูปแบบของควันต่างๆ จะต้องจัดเตรียมให้มีการเติมอากาศทดแทน ไม่ว่าด้วยวิธีธรรมชาติหรือวิธีกล ด้วยอัตราเท่ากับปริมาณลมระบาย โดยจะต้องมีความเร็วลมไม่เกิน 1.0 m/s ในทิศทางเข้าหาไฟ

รูปแบบควันแบบสมมาตรตามแกน (Axisymmetric plumes)

อัตราไหลเชิงมวลของควัน [ m_p , kg/s ] จะต้องคำนวณโดยกำหนดให้ จุดศูนย์กลางของไฟ อยู่ที่ตำแหน่งแกน (Axis) ของพื้นที่ใช้วิเคราะห์ ความสูงจำกัดของเปลวไฟ (Limiting Flame Height) กำหนดได้โดย

z _l= 0.166 Q_c^2/5

โดยที่ :

Q = ความร้อนรวม , kW
Q_c = ความร้อนเนื่องจากการพา (Convective Heat) , kW (Q_c จะต้องไม่น้อยกว่า 0.70 Q)
z = ความสูงจากระดับบนของเชื้อเพลิงถึงส่วนล่างสุดของชั้นควัน , m
z_l = ความสูงจำกัดของเปลวไฟ , m (z_l จะต้องมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางเทียบเท่าของเชื้อ เพลิง) *

* เส้นผ่านศูนย์กลางเทียบเท่าของเชื้อเพลิง คือ เส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลมที่มีพื้นที่เท่ากับพื้นที่ของเชื้อเพลิง

รูปที่ 13 รูปแบบควันแบบสมมาตรตามแกน

รูปที่ 14 อัตราการเกิดควันของรูปแบบควันแบบสมมาตรตามแกน

สำหรับ
z > z_l m_p = 0.071 Q_c^1/3 z^5/3 + 0.0018 Q_c
z = z_l m_p = 0.035 Q_c
z < z_l m_p = 0.032 Q_c^3/5 z

เพื่อที่จะเปลี่ยน m_p จากอัตราไหลเชิงมวล (kg/s) ไปเป็นอัตราไหลเชิงปริมาตร (m³/s) ให้ใช้สมการดังนี้

V = 60 m_p/ r

โดยที่

V = อัตราไหลเชิงปริมาตร , m³/s
r = ความหนาแน่นของอากาศที่อุณหภูมิของชั้นควัน , kg/m³

รูปแบบควันจากระเบียง (Balcomy Spill Plumes)

อัตราไหลเชิงมวลของควัน (m_p) จะคำนวณโดยใช้สมการดังต่อไปนี้

รูปที่ 15 รูปแบบควันจากระเบียง

รูปที่ 16 อัตราการเกิดควันของรูปแบบควันจากระเบียง

รูปที่ 17 ผลจากความกว้างของควันที่มีต่ออัตราการเกิดควันของรูปแบบควันจากระเบียง

m_p = 0.41 (QW²)^1/3 (z_b + 0.3 H) [1 + 0.063 (z_b + 0.6 H)/W]^2/3

โดยที่

H = ความสูงจากไฟถึงส่วนล่างของระเบียง , m
W = ความกว้างของควันที่ออกจากใต้ระเบียง , m
z_b = ความสูงจากระเบียงถึงส่วนล่างของชั้นควัน , m

รูปแบบควันจากหน้าต่าง

อัตราไหลเชิงมวลของควันจะคำนวณโดยใช้สมการดังต่อไปนี้

รูปที่ 18 รูปแบบควันจากหน้าต่าง

รูปที่ 19 อัตราการเกิดควันของรูปแบบควันจากหน้าต่าง

m_p = 0.68 (A_wH_w^1/2)^1/3 (z_w + a)^5/3 + 1.5 A_wH_w^1/2

โดยที่

A_w = พื้นที่ของช่องเปิด , m²
H_w = ความสูงของช่องเปิด , m
z_w = ความสูงจากส่วนบนของช่องเปิดถึงส่วนล่างสุดของชั้นควัน, m
a = 2.4 A_w^2/5 H_w^1/5 - 2.1 H_w

ควันที่สัมผัสกับผนัง

เมื่อควันแบบสมมาตรตามแกนสัมผัสกับผนังที่อยู่โดยรอบ อาจจะพิจารณาให้อัตราไหลเชิงมวลมีค่าคงที่ นับตั้งแต่จุดที่สัมผัสผนังขึ้นไป การใช้เงื่อนไขนี้ จะต้องคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางของควันโดยใช้สมการดังต่อไปนี้

d = 0.48 (T_c/T_a)^1/2 z

โดยที่

d = เส้นผ่านศูนย์กลางของควัน , m
T_a = อุณหภูมิของอากาศโดยรอบ , K
T_c = อุณหภูมิที่แนวศูนย์กลางของควัน , K
        = (23.3 Q_c^2/3 H^-5/3 + 273.15) + T_a
z = ความสูงที่ใช้กำหนด T_c , m

ทั่วไป

ขนาดไฟที่ใช้ออกแบบจะต้องมีค่า Q ไม่น้อยกว่า 5275 kW ถ้าหากไม่ได้ทำการวิเคราะห์ในเชิงเหตุผล

การวิเคราะห์ในเชิงเหตุผล (Rational Analysis)

1 ส่วนประกอบที่ต้องพิจารณา การวิเคราะห์ทางวิศวกรรมจะต้องรวมถึงคุณลักษณะของเชื้อเพลิง, ปริมาณเชื้อเพลิง, ผลเนื่องจากไฟว่าเป็นแบบคงตัว (Steady) หรือไม่คงตัว (Unsteady)

2 ระยะแบ่ง (Separation Distance) การกำหนดขนาดไฟที่ใช้ออกแบบจะต้องรวมพิจารณาถึงชนิดของเชื้อเพลิง, ตำแหน่งและระยะห่างของเชื้อเพลิง และจะต้องเพิ่มขนาดไฟที่ใช้ออกแบบถ้าหากมีวัสดุที่สามารถติดไฟได้อยู่ภายในระยะแบ่ง ซึ่งกำหนดโดย

รูปที่ 20 ระยะแบ่ง, R

R = [Q/(12p q”)]^1/2

โดยที่

R = ระยะจากเป้าหมายถึงจุดศูนย์กลางของเชื้อเพลิง , m
Q = ความร้อนจากไฟ , kW
q” = ฟลักซ์ความร้อนจากการแผ่รังสี (Incident Heat Flux) ที่ต้องการเพื่อไม่ให้เกิดการลุก ติดไฟขึ้นเอง , W/m²

อัตราส่วนของระยะแบ่ง ต่อ รัศมีเทียบเท่าของเชื้อเพลิง จะต้องไม่น้อยกว่า 4 โดยที่ รัศมีเทียบเท่าของเชื้อเพลิง คือ รัศมีของวงกลมที่มีพื้นที่เท่ากับพื้นที่ของเชื้อเพลิง

สมมติฐานความร้อนจากไฟ

การวิเคราะห์จะต้องใช้ข้อมูลที่ดีที่สุดเท่าที่มี และจะต้องไม่กำหนดวัสดุที่สามารถติดไฟได้น้อยเกินไป สำหรับสำนักงาน อัตราความร้อนจะต้องไม่น้อยกว่า 284 kW/m² สำหรับพื้นที่ค้าขายหรืออยู่อาศัย อัตราความร้อนจะต้องไม่น้อยกว่า 567 kW/m²

สมมติฐานประสิทธิภาพของหัวฉีดน้ำดับเพลิงอัตโนมัติ

อาจจะตั้งสมมติฐานได้ว่าผลของหัวฉีดน้ำดับเพลิงอัตโนมัติจะทำให้ไฟหยุดการขยายตัว ณ เวลาที่หัวฉีดน้ำดับเพลิงอัตโนมัติทำงาน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์ในทางวิศวกรรม

รูปแบบทางสถาปัตยกรรมที่เหมาะสมสำหรับการควบคุมควันในเอเทรียม

รูปแบบทางสถาปัตยกรรมที่เหมาะสมได้แก่

1. ส่วนบนสุดของเอเทรียมจะต้องมีพื้นที่รับควันที่มากเพียงพอ เพื่อที่จะสามารถรับควันส่วนหนึ่งได้ก่อนที่ระบบระบายควันจะเริ่มทำงาน และสามารถช่วยชะลอการลดระดับของชั้นควันได้ โดยทั่วไปเพดานของเอเทรียมน่าจะอยู่สูงกว่าเพดานของชั้นบนสุด ประมาณ 3-5 เมตร
2. รอบๆ เอเทรียม อย่างน้อยจะต้องมี Smoke Barrier บางส่วนติดอยู่ที่เพดาน มีความลึกจากเพดานลงมาประมาณ 500-800 มม. เพื่อช่วยจำกัดมิให้ควันไหลล้นเข้าไปในเอเทรียมกรณีที่เกิดเพลิงไหม้ในชั้นนั้นๆ
3. ในชั้นบนสุด หากเป็นไปได้ควรมี Smoke Barrier แบบปิดเต็มจากพื้นถึงเพดาน ถ้าหากมีบันไดขึ้นมาในส่วนนั้น ก็ให้มีประตูซึ่งจะปิดโดยอัตโนมัติ เมื่อเกิดเพลิงไหม้
4. กรณีที่จะทำให้ระบบควบคุมควันในเอเทรียมมีประสิทธิภาพสูงที่สุดก็คือ การมี Smoke Barrier แบบปิดเต็มจากพื้นถึงเพดานทุกๆ ชั้น ทั้งนี้ Smoke Barrier อาจเป็นแบบที่ปกติซ่อนเก็บไว้ในฝ้าเพดาน หรือเสา ซึ่งจะปิดโดยอัตโนมัติเมื่อเกิดเพลิงไหม้ แต่จะต้องไม่ลืมว่า การใช้กรณีนี้ แต่ละชั้นจะต้องมีระบบระบายควันในชั้นของตัวเองด้วย มิฉะนั้นควันก็จะเต็มอยู่ในชั้นที่เกิดเพลิงไหม้และอาจขยายตัวทำให้ Smoke Barrier เสียหายได้
5. จะต้องจัดเส้นทางหนีไฟที่เหมาะสมและเพียงพอเพื่อให้คนอพยพออกจากเอเทรียมได้อย่างรวดเร็วที่สุด โดยเฉพาะที่ชั้นบนสุดที่ติดกับเอเทรียม เพราะว่าในทางปฏิบัติแล้วการควบคุมมิให้ควันแพร่กระจายในชั้นบนสุดเป็นสิ่งที่ยากมาก

รูปที่ 21 กรณีที่ไม่มีส่วนที่จะเก็บควันไว้ได้ จะเห็นได้ว่าในทันทีที่ควันกระทบกับเพดาน ควันก็จะกระจายออกไปทั่วบริเวณของชั้นบนสุด ดังนั้นในทางปฏิบัติแล้วกรณีนี้จะไม่มีทางป้องกันการแพร่กระจายของที่ชั้นบนสุดได้เลย	รูปที่ 22 การมีพื้นที่เก็บควัน (Smoke Reservoir) จะช่วยชะลอการกระจายของควันได้ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง
รูปที่ 23 มี Smoke Barrier บางส่วนทำให้ชะลอการแพร่กระจายของควันได้	รูปที่ 24 การที่ชั้นบนสุดมี Smoke Barrier เต็มชั้น จะทำให้ส่วนบนของเอเทรียมมีปริมาตรมากขึ้น ทำให้ชะลอการแพร่ของควันได้นานขึ้นหรือสามารถป้องกันการแพร่กระจายของควันได้ ทั้งนี้Smoke Barrier อาจเป็นแบบถาวรคือเป็นผนังกระจกติดตาย หรืออาจเป็น Smoke Barrier ที่จะเลื่อนออกมาปิดรอบๆ เอเทรียมโดยอัตโนมัติ เมื่อเกิดเพลิงไหม้ก็ได้
รูปที่ 25 กรณีที่เกิดไฟไหม้ในพื้นที่ต่อเนื่อง การมี Smoke Barrier บางส่วน ก็อาจสามารถป้องกันไม่ให้ควันล้นเข้ามาในเอเทรียม ถึงแม้ว่า Smoke Barrier จะมีความลึกเพียง 500 มม. แต่ก็มีพื้นที่ที่จะรับควันเท่ากับพื้นที่ของชั้นนั้น ดังนั้นจึงอาจมีปริมาณมากพอที่จะชะลอการแพร่ของควันได้นาน	รูปที่ 26 ถ้าหากพื้นที่รับควันในชั้นที่เกิดเพลิงไหม้ ไม่สามารถรับควันได้ ควันก็จะเริ่มล้นเข้าไปในเอเทรียม กรณีที่มี Smoke Barrier ที่ส่วนบนก็จะช่วยชะลอการแพร่กระจายของควันได้นานขึ้นไปอีก
รูปที่ 27 แสดง Smoke Barrier รอบๆโถงบันไดเลื่อนในห้างสรรพสินค้า

จากที่แสดงมาทั้งหมดจะเห็นว่าการจัดเตรียมให้มีพื้นที่รับควัน (Smoke Reservoir) มีความสำคัญอย่างมาก เพราะเมื่อเกิดเพลิงไหม้กว่าที่จะระบบสัญญาณเตือนอัคคีภัยจะตรวจจับได้แล้วสั่งให้พัดลมระบายควันทำงาน อาจกินเวลาถึง 90 วินาที ซึ่งหากไม่มีพื้นที่รับควันในช่วง 90 วินาทีแรกนั้น ควันก็จะแพร่กระจายไปทั่วชั้นบนสุด

กรณีดังกล่าว แสดงให้เห็นว่า การออกแบบระบบควบคุมควันในเอเทรียม จำเป็นที่จะต้องได้รับการวางแผนที่ดีตั้งแต่ช่วงเริ่มต้นของการออกแบบอาคาร โดยการประสานงานกันอย่างใกล้ชิดระหว่างสถาปนิกกับวิศวกรเครื่องกล มิฉะนั้นแล้วอาจจะไม่มีระบบควบคุมควันแบบใดเลยที่จะสามารถควบคุมควันในเอเทรียมเหล่านั้นได้

จากประสบการณ์ที่ผู้เขียนพบมา พบว่าเอเทรียมจำนวนมากไม่มีพื้นที่รับควันที่ส่วนบนเช่น เอเทรียมที่เพดานอยู่ในระดับเดียวกับเพดานของพื้นที่ต่อเนื่องชั้นบนสุด พบมากในห้างสรรพสินค้า อาคารสำนักงานและโรงแรมทั่วๆไป ส่วนใหญ่แล้วการวางรูปแบบทางสถาปัตยกรรมในส่วนของเอเทรียมก็มักจะทำกันตั้งแต่ช่วงต้นของการออกแบบ แต่โชคไม่ดีนักที่วิศวกรเครื่องกลมักจะยังไม่มีส่วนร่วมในขั้นตอนนั้น เมื่อแบบมาถึงมือวิศวกรเครื่องกลก็จะอยู่ในช่วงที่การแก้ไขรูปแบบเป็นไปได้ยาก ดังนั้นระบบควบคุมควันที่พบทั่วไป จึงไม่สามารถควบคุมไม่ให้ควันแพร่กระจายที่ชั้นบนสุดได้

แต่อย่างไรก็ตาม ถึงแม้ว่าไม่มีพื้นที่รับควันที่ส่วนบนสุดของเอเทรียม การจัดให้มี Smoke Barrier บางส่วนติดอยู่ที่เพดานรอบๆ เอเทรียม ก็สามารถช่วยในการควบคุมการเคลื่อนที่ของควันได้มาก การที่มี Smoke Barrier ลึก 500 มม. หมายความว่า ทุกๆ พื้นที่หนึ่งตารางเมตรสามารถรับควันได้ 0.5 ลูกบาศก์เมตร ดังนั้นถ้าชั้นที่เกิดเพลิงไหม้มีพื้นที่ 5,000 ตารางเมตร ก็จะสามารถรับควันไว้ได้ถึง 2,500 ลูกบาศก์เมตร ทีเดียว ข้อพึงระวังก็คือ ความลึกของ Smoke Barrier จะต้องไม่มากเกินไปจนทำให้ระดับของชั้นควันต่ำลงมาถึงระดับที่คนใช้งาน โดยทั่วไปจะต้องไม่ต่ำกว่าระดับ 2 เมตรจากพื้น

บทส่งท้าย

เนื่องมาจากโดยทั่วไปเอเทรียมมักจะเป็นที่สาธารณะที่มีผู้คนจำนวนมากใช้งาน ดังนั้นการวิเคราะห์ทางหนีไฟร่วมกับการใช้ระบบระบายควันในเอเทรียมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง การออกแบบเอเทรียมที่ดีจึงมิใช่แต่เพียงการออกแบบให้โอ่โถง, สง่างาม, ยิ่งใหญ่ หรือ หรูหรา เท่านั้น แต่เอเทรียมที่ดีนั้นจะต้องปลอดภัยสำหรับผู้ที่ใช้งานด้วย

นอกจากรูปแบบที่เหมาะสมของเอเทรียมแล้ว การวิเคราะห์ทางวิศวกรรมอย่างรอบคอบก็เป็นสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่ง ความรู้เก่าๆ ที่ใช้อัตราการระบายควัน 6 Air Change per Hour กับเอเทรียมทุกๆ เอเทรียม ไม่เป็นการเพียงพออีกต่อไป [3],[4],[5] การวิเคราะห์จะต้องพิจารณาถึงความสูงของเอเทรียม, ขนาดไฟที่เกิดขึ้น, ความกว้างหรือแคบของเอเทรียม, ระดับความสูงที่ยอมได้ของชั้นควัน รวมไปถึงเวลาที่ใช้ในการอพยพคน

นอกจากนี้ระบบระบายควันในเอเทรียมจะสามารถทำงานได้จริงเมื่อเกิดเหตุการณ์เพลิงไหม้ก็คงมิใช่แต่เพียงได้รับการออกแบบและติดตั้งอย่างดีเท่านั้น การทดสอบและการฝึกซ้อมใช้งานมีส่วนสำคัญอย่างมากด้วย เพราะว่าระบบควบคุมควันก็เป็นระบบทางกลชนิดหนึ่งที่ต้องการทดสอบและดูแลบำรุงรักษา ดังนั้นเจ้าของโครงการและช่างประจำอาคาร จะต้องมีความตระหนักในเรื่องนี้ด้วย

ผู้เขียนหวังว่า บทความนี้คงจะมีส่วนช่วยกระตุ้นให้ผู้ที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการออกแบบ, ติดตั้ง, บำรุงรักษา, ใช้งาน รวมไปถึงเป็นเจ้าของเอเทรียม มีความเข้าใจระบบระบายควันในเอเทรียมมากยิ่งขึ้น และช่วยกันทำให้เอเทรียมมีความปลอดภัยต่อสาธารณชนมากยิ่งขึ้น

1. Hiotaky, W., 1988., Atrium Geometry and Arrangement., Presented at the Roundtable on Fire Safety in Atrium - Are the Codes Meeting the Challenge? Washington, DC, December 15.
2. NFPA. 1988., Recommended Practice for Smoke Control System, NFPA 92A, National Fire Protection Association.
3. NFPA. 1991., Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Areas, NFPA 92B, National Fire Protection Association.
4. International Conference of Building Officials, 1994, 1994 UNIFORM BUILDING CODE Volume 1.
5. John Klote and James Milk, 1992., Design of Smoke Management Systems, , ASHRAE and Society of Fire Protection Engineers.
6. จักรพันธ์ ภวังคะรัตน์, 2538, ระบบควบคุมควัน, การประชุมใหญ่ทางวิชาการประจำปี 2538, วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์ 18-21 สิงหาคม