ייעוץ CFD – סימולציות זרימה מתקדמות לתכנון בטיחות אש ואוורור

חיזוי מדויק של התפשטות עשן וחום | הוכחה הנדסית לתקן 1001 | חיסכון בעלויות ביצוע

הבעיה והפתרון: לנצח את העשן לפני שהאש פורצת

הסכנה הגדולה ביותר בעת שריפה במבנה סגור אינה הלהבות, אלא העשן והגזים הרעילים המצטברים במהירות. היכולת לחזות מראש את התנהגות העשן והחום בזמן אמת היא ההבדל בין מערכת שמצילה חיים לבין תכנון לקוי שעלול להוביל לאסון.

רשויות הכבאות והתכנון דורשות כיום הוכחות מתמטיות מוצקות ליעילותן של מערכות שחרור העשן, הרבה לפני תחילת הבנייה.

השימוש בטכנולוגיית CFD (דינמיקת זורמים חישובית) מאפשר לנו לייצר מודל ממוחשב מדויק, המדמה את תרחישי הקיצון במבנה ומספק את ההוכחה ההנדסית הנדרשת לעמידה בתקן 1001, תוך חתירה לחיסכון משמעותי בעלויות הציוד והתשתית.

למה לבחור בדרך ארץ הנדסה לביצוע CFD?

בפרויקטים מורכבים, הדוח הוא רק הנייר. הערך האמיתי הוא ביכולת ההנדסית שעומדת מאחוריו:

• אינטגרציה מלאה (Superposition): יועץ ה-CFD יושב באותו משרד עם יועץ הבטיחות ומתכנן האינסטלציה. הסנכרון המלא מונע טעויות תכנון יקרות וטלפון שבור בין יועצים.
• בדיקת רגישות רשת (Mesh Sensitivity): אנו מבצעים הליך בקרה מחמיר להוכחת יציבות התוצאות, מה שמונע דחייה של הדוח על הסף על ידי מהנדסי הרשות לכבאות.
• חיסכון כלכלי (Performance-Based): שימוש במודל כדי לאשר "פתרונות חלופיים" ולחסוך בעלויות ציוד יקרות שמחייב התקן היבש.
• שחרור חסמים: ניסיון מוכח בעבודה מול רשויות הכיבוי לקידום מהיר של היתר בניה וטופס 4.

המדע מאחורי הבטיחות: מהו מודל CFD ומדוע הוא הכרחי?

בעבר, תכנון מערכות אוורור ושחרור עשן התבסס על נוסחאות אצבע וחישובים סטטיים פשוטים.

שיטות אלו, הגם שהיו מקובלות, הובילו לעיתים קרובות לתכנון יתר (Over-design) יקר או לחלופין – ל"שטחים מתים" בהם העשן נלכד ומסכן את השוהים במבנה.

ייעוץ CFD משנה את כללי המשחק על ידי שימוש באלגוריתמים פיזיקליים מורכבים (משוואות נאוויה-סטוקס) המנתחים את תנועת האוויר, הטמפרטורה וריכוז המזהמים בכל נקודה במרחב.

כאשר מהנדסים מנוסים בונים מודל CFD, הם אינם מסתפקים בגרפיקה צבעונית. אנו מזינים למערכת את הנתונים המדויקים של הפרויקט: הגיאומטריה של המבנה, מיקומי הפתחים, הספקי המפוחים, עומסי האש הצפויים ותנאי הסביבה.

התוצאה היא סימולציה המציגה בדיוק כיצד יתפשט העשן בדקות הקריטיות הראשונות, והאם נתיבי המילוט יישארו נקיים ובטוחים למעבר אדם.

עמידה בתקנים ורגולציה

הדרישה לביצוע אנליזת CFD מגיעה לרוב ישירות מרשויות הכבאות כחלק מתהליך הרישוי, במיוחד במבנים מורכבים. התקן הישראלי, ובפרט ת"י 1001 חלק 2.2 העוסק במערכות בקרת עשן, מחייב במקרים רבים הוכחת יעילות כאשר התכנון חורג מהפתרונות המדף הסטנדרטיים ("פתרון הנדסי" או Performance-Based Design).

ללא הגשת דוח CFD מקיף ותקין, התהליך של קבלת היתר בניה או טופס 4 עלול להתעכב חודשים ארוכים. הרשויות מבקשות לראות הוכחה חותכת כי גובה שכבת העשן יישמר מעל גובה בני האדם לאורך זמן המילוט.

המנוף הכלכלי: אישור "פתרון חלופי" מול רשויות הכיבוי

בעולם הבנייה המודרני, האדריכלות מקדימה לעיתים את התקן היבש.

יזמים רבים נתקלים בסירוב של רשות הכבאות לאשר תכנון ייחודי (כגון חללים כפולים, מסדרונות מילוט ארוכים מהרגיל או הסרת וילונות עשן יקרים) בטענה שהם אינם עומדים ב"תכנון מרשמי" (Prescriptive).

כאן בדיוק נכנס לתמונה יועץ ה-CFD כשובר שוויון כלכלי.

באמצעות מודל "תכנון מבוסס ביצועים" (Performance-Based Design), אנו מוכיחים הנדסית למחלקת ההנדסה של הרשות הארצית לכבאות והצלה, כי הפתרון המוצע בטוח באותה מידה, ואף יותר, מהדרישה היבשה בתקן.

דוח CFD מקצועי משמש הלכה למעשה כמסמך משפטי-הנדסי המאפשר להכשיר חריגות אדריכליות, לחסוך מיליוני שקלים על מערכות מיותרות, ולממש את החזון האדריכלי ללא פשרות.

התייעלות אנרגטית ואיכות אוויר (Beyond Fire Safety)

בעוד שבטיחות אש היא הגורם המניע העיקרי, הערך של סימולציות זרימה מתקדמות בא לידי ביטוי באופן מובהק גם בביצוע תכנון מיזוג אוויר ומערכות אקלים (HVAC) בשגרה.

במבנים גדולים כמו קניונים, אטריומים, אולמות תעשייה וחניונים תת-קרקעיים, פיזור לא נכון של מיזוג האוויר גורר בזבוז אנרגטי עצום.

באמצעות סימולציה מוקדמת, אנו מזהים אזורים של "קצר באוויר" (כאשר אוויר קר חוזר למזגן לפני שקירר את החלל) או אזורים ללא סירקולציה מספקת.

אופטימיזציה מבוססת CFD מאפשרת לאדריכלים וליזמים להקטין את כמות התעלות והמפוחים הנדרשת, מה שמתרגם לחיסכון ישיר בעלויות ההקמה ולחיסכון מצטבר של מיליוני שקלים בחשמל לאורך חיי המבנה.

יתרה מכך, שימוש ב-CFD הוא כלי מרכזי להשגת ניקוד משמעותי במסגרת תקן בנייה ירוקה 5281, בסעיפים הנוגעים לאוורור טבעי, נוחות תרמית ואיכות אוויר תוך-מבנית.

באילו פרויקטים נדרשת מעורבות יועץ CFD?

השימוש בכלי סימולציה מתקדמים נפוץ במגוון רחב של פרויקטים, כאשר המכנה המשותף הוא המורכבות ההנדסית והסיכון הגבוה:

• תכנון חניונים תת-קרקעיים: תכנון מערכות Jet Fans (דחפנים) לפינוי פחמן חד-חמצני (CO) בשגרה ועשן בחירום. הסימולציה מוודאת שאין "כיסי עשן" עומדים.
• מבני ציבור ואטריומים: חללים גבוהים בהם עשן מתנהג בצורה שונה (תופעת הריבוד) הדורשת ניתוח מורכב.
• מנהרות תשתית ותעבורה: הבטחת פינוי מזהמים ועשן בציר ארוך וסגור.
• חדרים נקיים ומרכזי נתונים (Data Centers): וידוא פיזור טמפרטורה אחיד למניעת התחממות יתר של שרתים וציוד רגיש.
• מפעלי תעשייה: סיוע בהליך רישוי עסקים, טיפול בפליטת מזהמים ושיפור איכות האוויר לעובדים.
• דוחות מיקרו-אקלים ורוחות (Wind Comfort): בבנייה לגובה ובפרויקטים של התחדשות עירונית, אנו נדרשים לבצע דוחות מיקרו-אקלים כדי לוודא שלא נוצרות מערבולות רוח המסכנות הולכי רגל ברחוב.

תהליך העבודה המקצועי בדרך ארץ הנדסה

כאשר חברת דרך ארץ הנדסה מלווה את הפרויקט, הטיפול בסימולציית ה-CFD אינו מנותק משאר הדיסציפלינות. היתרון הגדול שלנו הוא ביצוע תיאום מערכות סופרפוזיציה מלא: יועץ ה-CFD יושב בחדר אחד עם יועץ בטיחות אש, מתכנן האינסטלציה ומתכנן המיזוג.

1. איסוף נתונים והגדרת יעדים: בשלב הראשון, המהנדסים שלנו מנתחים את התוכניות האדריכליות ומגדירים את "תרחיש הייחוס" (Design Fire Scenario) – מהי השריפה הסבירה והמחמירה ביותר שיש להיערך אליה.
2. בניית הגיאומטריה ובדיקת רגישות רשת (Mesh Sensitivity): בניית מודל תלת-ממדי של החלל וחלוקתו למיליוני תאים קטנים.בשלב זה אנו מבצעים "מבחן רגישות" כדי להוכיח לרשויות שתוצאות הסימולציה יציבות ואינן תלויות בגודל התא שנבחר – הוכחה קריטית שמונעת את דחיית הדוח על הסף ע"י המהנדס הבודק.
3. הרצת הסימולציה: שימוש בכוח מחשוב חזק לפתרון המשוואות הפיזיקליות לאורך ציר הזמן, תוך שימוש בתוכנות מובילות כמו FDS של ה-NIST.
4. ניתוח תוצאות והפקת דוח: המהנדס מפענח את הנתונים ומפיק דוח מפורט לרשויות, הכולל חתכי טמפרטורה, וקטורים של מהירות רוח ופרופילי ריכוז עשן (Visibility).
5. אופטימיזציה (במידת הצורך): אם הסימולציה מראה כשל, אנו מציעים שינויים במיקום המפוחים או הפתחים ומריצים בדיקה חוזרת עד לקבלת תוצאה תקינה.

השוואה: חישוב רגיל מול סימולציית CFD

טעויות נפוצות בבחירת יועץ

טעות נפוצה שאנו נתקלים בה היא התייחסות לסימולציית CFD כאל "מוצר מדף" טכני, תוך חיפוש אחר ההצעה הזולה ביותר.

גישה זו מסוכנת, שכן מודל שגוי (Garbage In, Garbage Out) עלול להוביל לאישור מערכת שלא תעבוד בזמן אמת, או תיכשל בשלב בדיקת אינטגרציה הסופית לפני אכלוס.

חשוב להבין כי התוכנה היא רק כלי; הידע ההנדסי של המפעיל הוא שקובע. הגדרת פרמטרים שגויים של קצב שחרור חום (HRR) או התעלמות מהנושא של מערכת הספרינקלרים והשפעתה על העשן, ייצרו מצג שווא.

בדרך ארץ הנדסה, אנו עובדים לפי המתודולוגיות המחמירות של ארגון ה-SFPE הבינלאומי.

אל תשאירו את הבטיחות ליד המקרה

השימוש בסימולציות CFD אינו מותרות טכנולוגיות, אלא כלי עבודה חיוני בעולם הבנייה המודרני. הוא מעניק ליזמים שקט נפשי משפטי, מבטיח מעבר חלק מול הרשויות, ומוודא שביום פקודה המערכות יעבדו בדיוק כפי שתוכננו.

אנו מזמינים אתכם לא להשאיר את הבטיחות ליד המקרה, ליצור איתנו קשר ולהסתייע בצוות ההנדסי המקיף שלנו לתכנון חכם, בטוח ויעיל.