Vụ hỏa hoạn tại tòa nhà Trung tâm Thương mại Quốc tế (ITC - International Trade Center) ở Quận 1, TP.HCM, vào ngày 29 tháng 10 năm 2002, là một trong những sự cố cháy nổ nghiêm trọng nhất từng xảy ra tại Việt Nam, gây chấn động cả nước. Ngọn lửa bùng lên và nhanh chóng lan rộng, thiêu rụi phần lớn tòa nhà, làm 60 người thiệt mạng và gây thiệt hại nghiêm trọng về tài sản.
Điều tra cho thấy tòa nhà ITC có nhiều vật liệu dễ cháy như gỗ, giấy, nhựa, xốp cách âm trong các khu vực thương mại và kho hàng, nhưng thiếu các biện pháp kiểm soát tải trọng cháy thích hợp. Dù có hệ thống chữa cháy tại chỗ, nhưng không gian và cấu trúc tòa nhà không được thiết kế để giảm thiểu nguy cơ cháy lan, khiến công tác chữa cháy gặp nhiều khó khăn.
Bài học từ vụ cháy ITC: Sự kiện này là minh chứng rõ ràng về tầm quan trọng của việc tính toán tải trọng cháy trong thiết kế và quản lý công trình, đặc biệt là những công trình thương mại có chứa nhiều vật liệu dễ bắt lửa. Việc không ước tính đúng tải trọng cháy khiến hệ thống chữa cháy khó phát huy tác dụng và làm gia tăng nguy cơ thiệt hại về người và tài sản khi hỏa hoạn xảy ra.
Xem thêm: Cửa Chống Cháy - Cửa chống cháy và các loại cửa có khả năng chịu lửa là yếu tố cần thiết giúp ngăn chặn ngọn lửa lan rộng và giảm thiểu thiệt hại trong các trường hợp tương tự.
I. Khái Niệm và Phân Loại Tải Trọng Cháy
Tải trọng cháy là lượng năng lượng nhiệt phát sinh khi các vật liệu dễ cháy trong một khu vực được đốt cháy hoàn toàn, đo bằng đơn vị MJ/m². Tải trọng này giúp xác định mức độ nguy hiểm cháy của các khu vực và lên kế hoạch bảo vệ phù hợp.
Phân loại tải trọng cháy theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia TCVN 2737:2023 tại Việt Nam chia các hạng nguy hiểm cháy từ A đến E cho từng gian phòng và từ A đến D cho từng công trình. Các tiêu chuẩn quốc tế như NFPA (Mỹ), ISO (Quốc tế) cũng có các phân loại tương tự, tuy nhiên có thể khác nhau ở các mức tải trọng, đặc tính cháy của vật liệu, và quy chuẩn ứng dụng vào thực tế.
Phân loại gian phòng
Dựa trên TCVN 2737:2023, các gian phòng và công trình được phân loại dựa trên tính chất của chất cháy, tải trọng cháy riêng và đặc tính sử dụng:
Hạng A (Nguy hiểm cháy nổ cao): Chất khí hoặc chất lỏng dễ cháy với nhiệt độ bùng cháy không quá 28°C, áp suất nổ > 5 kPa.
Hạng B (Nguy hiểm cháy nổ): Chất bụi cháy, chất lỏng dễ cháy có nhiệt độ bùng cháy trên 28°C.
Hạng C (Nguy hiểm cháy): Chất và vật liệu cháy khó cháy, chia thành C1 đến C4 tùy tải trọng cháy riêng (từ 1-2,200 MJ/m²).
- C1: Tải trọng cháy riêng > 2,200 MJ/m².
- C2: Tải trọng cháy riêng 1,401-2,200 MJ/m².
- C3: Tải trọng cháy riêng 181-1,400 MJ/m².
- C4: Tải trọng cháy riêng 1-180 MJ/m².
Hạng D (Nguy hiểm cháy vừa phải): Chất và vật liệu không cháy ở trạng thái nóng, phát nhiệt hoặc tia lửa.
Hạng E (Nguy hiểm cháy thấp): Chất không cháy ở trạng thái nguội, thường là vật liệu không cháy.
Phân loại nhà
Nhà được xếp hạng dựa trên diện tích các gian phòng trong nhà:
Hạng A:
Tổng diện tích các gian phòng hạng A chiếm hơn 5% tổng diện tích toàn bộ gian phòng hoặc vượt quá 200 m². Trường hợp diện tích không vượt quá 25% diện tích toàn bộ (không quá 1,000 m²) và được trang bị chữa cháy tự động, nhà có thể không cần xếp hạng A.
Hạng B:
Tổng diện tích gian phòng hạng A và B chiếm hơn 5% tổng diện tích gian phòng hoặc vượt quá 200 m². Diện tích này cũng không cần xếp hạng B nếu không vượt quá 25% (tối đa 1,000 m²) và được trang bị chữa cháy tự động.
Hạng C:
Tổng diện tích gian phòng hạng A, B và C vượt 5% diện tích toàn bộ hoặc 10% nếu không có hạng A và B. Không cần xếp hạng C nếu tổng diện tích này không vượt quá 25% (tối đa 3,500 m²) và có trang bị chữa cháy tự động.
Hạng D:
Tổng diện tích gian phòng hạng A, B, C và D vượt quá 5% tổng diện tích. Không cần xếp hạng D nếu diện tích không vượt quá 25% (tối đa 5,000 m²) và có trang bị chữa cháy tự động.
Hạng E:
Nhà không thuộc bất kỳ hạng nào kể trên.
Ví dụ phân loại một số khu vực sản xuất và kho chứa
Một số phân xưởng và nhà kho được phép phân loại như sau:
- Hạng A: Phân xưởng chế tạo Natri, Kali, xăng, dầu hoặc các kho chứa bình hơi đốt.
- Hạng B: Phân xưởng sản xuất than, cao su, hoặc dầu madút.
- Hạng C: Các phân xưởng xẻ gỗ, dệt may hoặc sản xuất giấy.
- Hạng D: Phân xưởng luyện kim, sửa chữa đầu máy hoặc sản xuất kim loại.
- Hạng E: Phân xưởng gia công kim loại nguội hoặc các trạm bơm chất lỏng không cháy.
II. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng đến Tải Trọng Cháy
Tải trọng cháy không chỉ phụ thuộc vào bản thân các vật liệu mà còn chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố khác nhau:
- Hình dạng và bố trí công trình: Các không gian kín hoặc có diện tích hẹp sẽ khiến nhiệt lượng tăng nhanh hơn khi có cháy.
- Vị trí và loại thiết bị PCCC: Các yếu tố như vị trí đặt thiết bị chữa cháy, loại bình chữa cháy, và hệ thống phun nước ảnh hưởng đáng kể đến khả năng ngăn chặn và dập tắt đám cháy.
- Thông gió và thoát hiểm: Hệ thống thông gió và thoát hiểm sẽ ảnh hưởng đến tải trọng động khi cháy.
III. Công Thức Tính Tải Trọng Cháy
Việc tính toán tải trọng cháy là một phần quan trọng trong thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy. Các công thức dưới đây được sử dụng rộng rãi và dựa trên các giả định về điều kiện cháy và vật liệu. Tuy nhiên, kết quả tính toán chỉ mang tính tương đối và cần được điều chỉnh theo thực tế.
1. Công Thức Cơ Bản
Tải Trọng Tĩnh:
Tải trọng tĩnh liên quan đến trọng lượng của các vật liệu dễ cháy trong một không gian cụ thể. Đây là yếu tố chính trong việc xác định tải trọng cháy của công trình. Tải trọng tĩnh được tính dựa trên tổng lượng nhiệt có thể phát sinh nếu các vật liệu này cháy hoàn toàn.
Qtĩnh = ∑(Vi ⋅ qi)
- Qtĩnh = Tải trọng tĩnh (kW)
- Vi = Thể tích của từng loại vật liệu (m³)
- qi = Nhiệt trị của từng loại vật liệu (MJ/kg)
Ví dụ Tải Trọng Tĩnh
Giả sử trong một phòng chứa 200 kg gỗ có nhiệt trị là 18 MJ/kg và 100 kg giấy có nhiệt trị là 16 MJ/kg.
Tính Tải Trọng Tĩnh:
- Tải trọng tĩnh từ gỗ: Qgỗ =200 kg×18 MJ/kg=3600 MJ
- Tải trọng tĩnh từ giấy: Qgiấy =100 kg×16 MJ/kg=1600 MJ
- Tổng tải trọng tĩnh: Qtĩnh=Qgỗ+Qgiấy=3600 MJ+1600 MJ=5200 MJ
Đơn Vị Nhiệt Trị:
Nhiệt trị có thể được đo bằng nhiều đơn vị khác nhau, chẳng hạn như:
- MJ/kg (MegaJoule trên kilogram)
- Kcal/kg (Kilocalorie trên kilogram)
- Cal/g (Calorie trên gram)
Chuyển Đổi Đơn Vị:
- 1 MJ = 239.0057 Kcal
- 1 Kcal = 4.184 kJ
- 1 kg = 1000 g
Mật Độ Tải Trọng Cháy:
Qmậtđộ = Qtĩnh / A
- Qmậtđộ = Mật độ tải trọng cháy (kW/m²)
- Qtĩnh = Tải trọng tĩnh tổng (kW)
- A = Diện tích khu vực tính toán (m²)
Tải Trọng Động:
Tải trọng động là tải trọng do các lực di động hoặc biến đổi theo thời gian. Trong hệ thống PCCC, tải trọng động chủ yếu xuất hiện khi có dòng nước chảy qua các đường ống, phun nước áp lực, hoặc khi thiết bị chữa cháy hoạt động. Tải trọng động có thể ảnh hưởng đến cấu trúc của công trình, do đó cần được tính toán chính xác.
Công thức 1: Tải trọng động từ lượng nước:
Qđộng = V / t ⋅ ΔH
- Qđộng = Tải trọng động (kW)
- V = Lượng nước được sử dụng trong hệ thống chữa cháy, ảnh hưởng đến khả năng làm mát và dập tắt lửa. (m³)
- t = Thời gian mà hỏa hoạn diễn ra, có thể ảnh hưởng đến sự phát sinh nhiệt và thiệt hại. (s)
ΔH = Chênh lệch nhiệt độ giữa điểm cháy và môi trường xung quanh (°C)
Công thức 2: Tải trọng động do lực hút của quạt:
Fs = p x v2 x A
- Fs: Tải trọng động do lực hút của quạt (N)
- p: Mật độ của khói hoặc không khí (kg/m³)
- v2: Tốc độ của khói hoặc dòng không khí (m/s)
- A: Diện tích mặt cắt ngang của ống dẫn (m²)
Các yếu tố như hình dạng công trình, vị trí đặt thiết bị chữa cháy, tốc độ và áp lực dòng nước đều ảnh hưởng đến tải trọng động và cần được tính toán kỹ lưỡng.
2. Hệ Số Điều Chỉnh
Để tính toán chính xác hơn, cần áp dụng các hệ số điều chỉnh dựa trên:
- Hệ Số Điều Chỉnh Nhiệt Trị: Phản ánh sự thay đổi nhiệt trị của vật liệu khi cháy.
- Hệ Số Điều Chỉnh Thời Gian Cháy: Tính toán sự thay đổi tải trọng cháy theo thời gian.
- Hệ Số Điều Chỉnh Diện Tích: Tính toán ảnh hưởng của diện tích phòng đến tải trọng cháy.
3. Phương Pháp Tính Toán Khác
Ngoài các công thức tính toán, còn có các phương pháp khác như:
- Sử Dụng Phần Mềm Mô Phỏng Cháy: Các phần mềm như FDS và PyroSim cho phép mô phỏng quá trình cháy một cách chi tiết hơn, từ đó tính toán tải trọng cháy chính xác hơn.
IV. Ứng Dụng và Tầm Quan Trọng Trong Thực Tế
Tính toán tải trọng cháy có ý nghĩa rất lớn trong việc:
- Thiết kế hệ thống PCCC: Giúp xác định công suất, lưu lượng và vị trí lắp đặt của hệ thống chữa cháy, cũng như các thiết bị báo cháy phù hợp.
- Đánh giá khả năng chịu lửa của cấu trúc: Xác định thời gian an toàn để thoát hiểm, đảm bảo các thành phần như cột, dầm có độ bền chịu lửa tốt.
- Đánh giá rủi ro cháy nổ: Giúp lập kế hoạch thoát hiểm, giảm thiểu thiệt hại nếu xảy ra hỏa hoạn.
V. Tiêu Chuẩn và Phần Mềm Hỗ Trợ
Ngoài tiêu chuẩn TCVN 2737:2023 của Việt Nam, bài viết này cũng có tham khảo các tiêu chuẩn quốc tế như NFPA (Mỹ) , ISO (Quốc tế) để tăng tính tổng quát.
Trong thời đại công nghệ hiện nay, các phần mềm hỗ trợ tính toán tải trọng cháy như FDS (Fire Dynamics Simulator) hay PyroSim mang đến độ chính xác cao hơn và giúp tiết kiệm thời gian. Chúng cho phép mô phỏng quá trình cháy, đánh giá luồng khí và tính toán tải trọng động hiệu quả hơn, đặc biệt đối với các công trình lớn, phức tạp.
Tuy nhiên, các công cụ này yêu cầu kiến thức chuyên sâu để khai thác hiệu quả.
Khuyến Nghị
- Tham Khảo Tiêu Chuẩn Đầy Đủ: Nên tham khảo toàn bộ nội dung của TCVN 2737:2023 để hiểu rõ hơn về các quy định và phương pháp tính toán.
- Sử Dụng Phần Mềm Chuyên Dụng: Sử dụng các phần mềm mô phỏng cháy để kiểm tra và đánh giá kết quả tính toán.
- Tham Khảo Ý Kiến Chuyên Gia: Nếu không chắc chắn về việc áp dụng các công thức và tiêu chuẩn, hãy tham khảo ý kiến của các chuyên gia về phòng cháy chữa cháy.
VI. Thách Thức và Xu Hướng trong Tính Toán Tải Trọng Cháy
Thách Thức
- Thiếu tiêu chuẩn đồng bộ quốc tế: Một số tiêu chuẩn quốc tế như NFPA, ISO có các yêu cầu khác nhau về tải trọng cháy, gây khó khăn trong việc áp dụng đồng bộ cho các công trình quốc tế.
- Yếu tố vật liệu mới: Các vật liệu hiện đại với đặc tính cháy khác nhau cần những tiêu chuẩn cập nhật để đáp ứng yêu cầu an toàn.
Xu Hướng Phát Triển
- Ứng dụng công nghệ IoT: Việc tích hợp cảm biến và hệ thống giám sát tự động giúp xác định tải trọng cháy liên tục, giúp phản ứng nhanh chóng khi có sự cố.
- Trí tuệ nhân tạo (AI): AI có thể giúp dự đoán mức độ cháy nổ dựa trên dữ liệu lịch sử, từ đó tối ưu hóa các phương pháp PCCC.
----------------
Xác định đúng tải trọng cháy là bước không thể thiếu trong thiết kế và quản lý công trình, đảm bảo sự an toàn cho con người và tài sản trước nguy cơ hỏa hoạn. Kết hợp giữa các công thức tính toán và phần mềm mô phỏng sẽ mang lại hiệu quả cao hơn, giúp các công trình đáp ứng đầy đủ các yêu cầu PCCC hiện đại.
Sản phẩm của chúng tôi luôn đáp ứng các tiêu chuẩn quốc gia:
Máy bơm điện
Máy bơm diesel
Bơm bù
Tra Cứu Thuật Ngữ PCCC
