Systemy służące usuwaniu dymu oraz zapewniające kontrolę nad jego rozprzestrzenianiem są jednym z elementów zapewniających bezpieczeństwo użytkownikom budynku w czasie pożaru.
Wykorzystanie systemów wentylacji pożarowej wpływa nie tylko na dopuszczalną powierzchnię stref pożarowych czy zwiększenie długości przejść i dojść ewakuacyjnych, ale przede wszystkim stanowi bazę spełnienia wymagań podstawowych przedstawionych w §207 rozporządzenia [1]. Ich wagę ustawodawca podkreślił w rozporządzeniu [2], gdzie określono, że brak spełnienia wymagań dotyczących wentylacji pożarowej dróg ewakuacji stanowi podstawę uznania budynku za zagrażający życiu.
Wentylacja pożarowa jest terminem określającym szeroki wachlarz systemów i urządzeń, mających wspólny cel – ograniczenie skutków pożaru przez usuwanie i kontrolę nad rozprzestrzenianiem się dymu. Mnogość systemów i ich zastosowań sprawia wiele problemów inżynierom i projektantom z uwagi na nieczytelną, a czasem mylącą, nomenklaturę spotykaną w rozporządzeniach, normach i literaturze tematu.
Pomimo nieścisłości w nazewnictwie, wymagania dotyczące stosowania systemów wentylacji pożarowej zawarte w przepisach techniczno-budowlanych są dość szczegółowe. Dotyczą zwykle budynków, w których bezpieczeństwo dróg ewakuacji jest szczególnie ważne – budynki wysokościowe, kondygnacje podziemne, pasaże handlowe itp., lub w których ryzyko pożaru jest duże – np. garażach o powierzchni powyżej 1 500 m². Często systemy wentylacji pożarowej wykorzystywane są jako rozwiązanie zamienne, czy to z mocy prawa – klasa odporności pożarowej budynku §215-§216, dopuszczalna powierzchnia strefy pożarowej §227-230, czy jako element wniosku o odstępstwo od wymagań przepisów techniczno-budowlanych [1]. Za ewenement w polskim prawie budowlanym można uznać wymagania §270 w którym w stosunku do systemów wentylacji pożarowej stawia się wymagania funkcjonalne a nie formalne, poniekąd wymagając od projektantów przedstawienia dowodów na skuteczność systemów przez nich zaprojektowanych. Przedstawione w dalszej części §270 wymagania stawiane poszczególnym elementom systemów wentylacji pożarowej nie będą poruszane w tej publikacji, z uwagi na objętość tematu przedstawimy jedynie naszą propozycję podziału systemów wentylacji pożarowej i postaramy się w krótki sposób omówić każdy z nich.
Podział systemów wentylacji pożarowej
Z uwagi na cel stosowania możemy wyróżnić:
– wentylację oddymiającą (ang. SHEVS – Smoke and Heat Exhaust Ventilation System) system którego zasadą działania jest usuwanie dymu z warstwy dymu zgromadzonej pod stropem i utrzymanie wolnej od dymu przestrzeni, w której mogą ewakuować się ludzie;
– systemy kontroli dymu i ciepła – system, którego zasadą działania jest utrzymanie dymu w wyznaczonym obszarze pomiędzy źródłem ognia a miejscem jego usuwania w taki sposób, aby zapewnić łatwy dostęp do źródła ognia dla ekip ratowniczych;
– oczyszczanie z dymu (ang. Smoke Clearence, dilute) – system, którego zadaniem jest usuwanie dymu i mieszanie dymu z napływającym powietrzem kompensacyjnym w celu zmniejszenia jego temperatury i toksyczności.
Za odrębną kategorię systemów możemy uznać systemy zabezpieczające drogi ewakuacji. Istnieją dwa główne rodzaje tego typu systemów – systemy zabezpieczające przed zadymieniem oraz systemy zapobiegające zadymieniu. Pierwsze z nich są pełnoprawnymi systemami wentylacji pożarowej, podczas gdy funkcją tych drugich nie jest usuwanie dymu, a wytworzenie odpowiedniej różnicy ciśnienia pomiędzy przestrzenią objętą pożarem a obszarem przez nie chronionym, uniemożliwiając wpłynięcie dymu do przestrzeni chronionej.
Z uwagi na rodzaj wykorzystywanych urządzeń wyróżniamy, rys. 1:
– wentylację grawitacyjną;
– wentylację przewodową;
– wentylację strumieniową, rys. 2.;
– systemy szachtów nawiewno-wyciągowych (ang. cross ventilation);
– systemy różnicowania ciśnień.
Rys. 1. Podział systemów wentylacji pożarowej
Rys. 2. Symulacja numeryczna i próba dymowa wentylatora strumieniowego na obiekcie. Archiwum Zakładu Badań Ogniowych ITB
Wentylacja oddymiająca
Wentylacja oddymiająca zapewnia utrzymanie dymu na pożądanej wysokości ponad drogami ewakuacji poprzez usuwanie dymu bezpośrednio z obszaru pod stropem, tzw. zbiornika dymu. Oddymianie może odbywać się zarówno w pomieszczeniu zagrożonym jak i poprzez obszar wspólny dla większej liczby małych pomieszczeń, np. w pasażach handlowych.
Zasadniczy wpływ na działanie systemu wentylacji oddymiającej ma poprawny podział obiektu na strefy dymowe. Ich maksymalny wymiar wynosi 2000 m² dla systemów wentylacji grawitacyjnej oraz 2600 m² dla systemów wentylacji mechanicznej (w przypadku pasaży powierzchnia największego lokalu, np. 900 m² + powierzchnia przyległego pasażu). Kolejnym warunkiem skutecznego działania systemu jest poprawne doprowadzenie powietrza kompensacyjnego do obszaru oddymianego, z prędkością przepływu nie przekraczającą 1 m/s w pobliżu źródła ognia (w odległym obszarze prędkość ta może być wyższa). Doprowadzenie powietrza ze zbyt wysoką prędkością powoduje mieszanie dymu z napływającym powietrzem, przez co zmniejsza on swoją temperaturę i traci naturalne siły wyporu które warunkują utrzymanie go pod stropem.
Wentylację oddymiającą stosuje się przede wszystkim w:
– garażach;
– pasażach handlowych;
– dużych pomieszczeniach handlowych;
– jednokondygnacyjnych budynkach wielkopowierzchniowych;
– poziomych drogach ewakuacji;
oraz w mniej skutecznej formie jako zabezpieczenie przed zadymieniem pionowych dróg ewakuacji.
Warto podkreślić, że nie w każdym pomieszczeniu możliwe jest wykonanie skutecznego systemu wentylacji oddymiającej. W wielu wypadkach utrzymanie dymu na pożądanej wysokości co najmniej 2,20–2,50 m nie będzie możliwe, np. w pomieszczeniach niższych niż 3,00 m. Ponadto, bardzo małe pomieszczenia o powierzchni mniejszej niż 500–600 m², o ile nie są bardzo wysokie (np. powyżej 5–6 m), mają zbyt mało przestrzeni pod stropem aby skutecznie zgromadzić i usunąć dym.
Wentylację oddymiającą można zrealizować z wykorzystaniem systemu grawitacyjnego – klap dymowych oraz mechanicznego – wentylatorów wyciągowych i przewodów oddymiających. W przypadku systemów grawitacyjnych szczególną uwagę należy poświęcić szacowanej temperaturze usuwanego dymu. W idealnej sytuacji powinien być on gorętszy od otaczającego powietrza o co najmniej 100°C tak, aby siła wyporu z łatwością wypychała go przez otwory w stropie czy ścianach. Jeżeli szacowana różnica temperatur jest mniejsza niż 20°C wykorzystanie systemu grawitacyjnego nie jest możliwe. Ponadto, systemy wentylacji grawitacyjnej są wrażliwe na oddziaływanie wiatru, które powinno zostać uwzględnione na etapie projektu instalacji.
Dokumenty odniesienia:
– PN-B-02877-4 [3];
– DIN 18232 Teil 2 [4];
– VDI 6019 Blatt 1 [5];
– BS 7974 Part 4 [6];
– NFPA 204 [7];
– NFPA 92 [8];
– Publikacja [9].
Kontrola dymu i ciepła
Systemy kontroli dymu i ciepła są systemami wentylacji strumieniowej stosowanymi głównie w garażach, dokach dostawczych i przejazdach w garażach zamkniętych, wspomagającymi działanie ekip ratowniczo-gaśniczych. Działanie systemu kontroli dymu i ciepła dzielimy na dwa etapy, etap ewakuacji, w którym wentylatory strumieniowe powinny być wyłączone, oraz etap po zakończeniu ewakuacji w którym działają wszystkie urządzenia wchodzące w skład systemu. Zasadniczym celem działania systemu kontroli dymu i ciepła jest ograniczenie rozprzestrzeniania się dymu i ciepła do obszaru pomiędzy źródłem pożaru a punktem, w którym jest on usuwany, zapewniając wolną od dymu drogę dostępu do źródła pożaru. Ponieważ dym transportowany jest całym przekrojem kondygnacji, w czasie działania systemu nie jest możliwe prowadzenie bezpiecznej ewakuacji osób w obszarze pomiędzy źródłem pożaru, a punktem wyciągu. Szczęśliwie, na naszą korzyść działają prawa fizyki. W przypadku większości garaży o wysokości co najmniej 3,00 m na skutek działania sił wyporu w początkowej fazie pożaru, a zatem w czasie w którym trwa ewakuacja, dym rozpływa się pod stropem garażu nie zagrażając jego użytkownikom. W związku z tym uruchomienie wentylatorów strumieniowych powodujących przepływ dymu, ale także jego gwałtowne wymieszanie z otaczającym powietrzem, następuje po wyznaczonym dla danej strefy pożarowej wymaganym czasie bezpiecznej ewakuacji powiększonym o wymagany margines bezpieczeństwa. Aby zadośćuczynić przepisom prawa, mówiącym o samoczynnym urządzeniu oddymiającym (§277 [1]), za wystarczające uważa się uruchomienie w czasie ewakuacji jedynie szachtów nawiewnych i wyciągowych z ograniczoną wydajnością, powodującą powolny ruch dymu w kierunku punktu wyciągu.
Projektowanie systemów kontroli dymu i ciepła jest trudne i w większości wypadków wymaga zastosowania nowoczesnych narzędzi wspomagających takich jak obliczenia numeryczne (CFD). Systemu kontroli dymu i ciepła nie da zaprojektować się dla każdego garażu, często geometria garażu (np. zbliżona do kwadratu), niewielka powierzchnia czy wysokość dyskwalifikują system. Nie bez znaczenia jest tu także wydajność systemu. W zachodniej Europie codziennością są systemy wentylacji strumieniowej pracujące na wydajnościach większych niż 300 000–400 000 m³/h, podczas gdy w naszym kraju coraz rzadziej projektowane są systemy o wydajnościach wyższych niż 160 000 m³/h. Niestety pomimo zapewnień sprzedawców systemów i wątpliwej jakości symulacjom, które potwierdzają ich działanie takie systemy nie są w stanie zapewnić kontroli nad dymem w garażach o szerokości większej niż 24–32 m. Wymagana olbrzymia wydajność szachtów wyciągowych i napowietrzających od zawsze była największym minusem systemów wentylacji strumieniowej, bardzo niewygodnym i chętnie zapominanym przez rodzimych oferentów.
W przypadku systemów wentylacji strumieniowej, szczególnie w pierwszej fazie ich działania, doprowadzenie powietrza kompensacyjnego z niewielką prędkością nabiera wielkiego znaczenia. Maksymalna prędkość jego przepływu w pobliżu źródła ognia nie powinna przekraczać 1 m/s, a w miejscach w których nie ma zagrożenia mieszania się nawiewanego powietrza z dymem powstałym w pożarze (np. w innej strefie dymowej) nie powinna przekraczać 5 m/s.
Dokumenty odniesienia:
– NEN 6098:2010 [10];
– NBN S 21-208-2 [11];
– BS 7974 Part 7 [12];
– Publikacja [13].
Oczyszczenie z dymu
Systemy oczyszczania z dymu, zwane także systemami rozcieńczania dymu, to najmniej efektywne rozwiązanie wentylacji pożarowej zamkniętych przestrzeni – w szczególności garaży. Założeniem dla tych systemów jest zgoda na wypełnienie chronionej przestrzeni dymem, przy czym zarówno jego stężenie jak i temperatura powinny być ograniczone w taki stopniu, aby nie stanowił on bezpośredniego zagrożenia życia osób, które mogą się w nim znaleźć. Ponieważ taki system utrudnia ewakuację osób, jego wykorzystanie dopuszczamy jedynie w niewielkich strefach pożarowych garaży budynków mieszkalnych czy produkcyjnych (do 3000 m²) w których mało prawdopodobna jest obecność dużej liczby osób nie znających budynku jednocześnie.
Oczyszczanie z dymu może być realizowane zarówno poprzez system wentylacji przewodowej, jak i wentylacji strumieniowej. W wypadku tej drugiej, podobnie jak w systemach kontroli dymu i ciepła za konieczne uznaje się opóźnienie uruchomienia wentylatorów strumieniowych do chwili zakończenia ewakuacji osób. W jaki sposób system oczyszczania z dymu wspomaga działanie ekip ratowniczych? Przede wszystkim przez ograniczenie temperatury dymu do wartości umożliwiających prowadzenie akcji ratowniczo gaśniczej w pobliżu ogniska pożaru. Ponadto, takie ograniczenie temperatury w pośredni sposób wpływa także na spowolnienie rozwoju pożaru.
Wydajności wymagane od systemów oczyszczania z dymu powinny wynosić około 50 000–60 000 m³/h dla systemów przewodowych oraz 160 000–200 000 m³/h dla systemów strumieniowych. Opisując systemy oczyszczania z dymu należy podkreślić, że jest to najmniej efektywny system wentylacji pożarowej i jako taki nie powinien on być wykorzystywany jako rozwiązanie zamienne czy dodatkowe podnoszące poziom bezpieczeństwa pożarowego. W procedurach uzyskiwania odstępstwa od wymagań przepisów techniczno-budowlanych, jako rozwiązanie zamienne przedstawiane powinny być jedynie systemy wentylacji oddymiającej czy kontroli dymu i ciepła, których skuteczność udowodniono na drodze nie budzących wątpliwości analiz numerycznych rozprzestrzeniania się dymu i ciepła (CFD).
Dokumenty odniesienia:
– NBN S 21-208-2 [11]
– BS 7974 Part 7 [12]
– Publikacja [13]
Rys. 3. Zasady działania systemów wentylacji oddymiającej, oczyszczania z dymu oraz kontroli dymu i ciepła w garażu [13]
Zabezpieczenia dróg ewakuacji
Bezpieczeństwo dróg ewakuacji, zarówno poziomych jak i pionowych, może być realizowane na dwa sposoby:
– zabezpieczenie przed zadymieniem – usuwanie dymu, który wpłynął na drogę ewakuacji w czasie otwarcia drzwi ewakuacyjnych poprzez system wentylacji oddymiającej – mechanicznej, grawitacyjnej lub mieszanej;
– zapobieganie zadymieniu – zapobieżenie wpłynięciu dymu na drogę ewakuacji poprzez wytworzenie nadciśnienia w przestrzeni korytarza lub klatki względem przestrzeni w której wybuchł pożar.
Pierwszy z przedstawionych systemów jest rozwiązaniem pozwalającym na usuwanie dymu bezpośrednio z obszaru korytarza lub klatki schodowej, w której mogą przebywać osoby ewakuujące się. System zabezpieczenia przed zadymieniem powinien być w stanie usunąć dym, który wpłynie do klatki schodowej w czasie otwarcia drzwi podczas ewakuacji. Do realizacji tego celu niezbędne jest wyposażenie wszystkich drzwi pomiędzy pomieszczeniami zagrożonymi a korytarzami i klatkami w samozamykacze. Nawet najlepszy system wentylacji oddymiającej nie będzie w stanie usunąć dymu wpływającego w sposób stały z pomieszczenia, w którym pożar jest w pełni rozwinięty. Do poprawnego działania systemu niezbędne jest również odpowiednie dostarczenie powietrza kompensacyjnego do obszaru oddymianego. W zależności od wielkości obiektu możliwe jest zabezpieczenie przed zadymieniem z wykorzystaniem systemu grawitacyjnego, mechanicznego oraz mieszanego, przy czym systemy, w których nawiew realizowany jest w sposób mechaniczny, a wyciąg – w sposób grawitacyjny, wymagają szczególnie dokładnych analiz potwierdzających skuteczność ich działania.
Systemy zapobiegania zadymieniu działają poprzez nawiew odpowiedniej ilości powietrza do chronionej przestrzeni z jednoczesnym zapewnieniem upustu jego nadmiaru w obszarze objętym pożarem. Można powiedzieć, że system różnicowania ciśnienia działa w dwóch różnych stanach – przy zamkniętych drzwiach nawiew powietrza jest ograniczany tak, aby różnica ciśnienia pomiędzy obszarem chronionym a objętym pożarem nie przekraczała 50 Pa. Oczywiście, podobnie jak w systemach wentylacji oddymiającej niezbędne jest także wyposażenie drzwi w samozamykacze. W momencie otwarcia drzwi, ciśnienia szybko ulegają wyrównaniu. W tej chwili system powinien rozpocząć nawiew większej ilości powietrza, tak aby w drzwiach pomiędzy obszarem chronionym a objętym pożarem wywołać przepływ powietrza o zadanej prędkości. Regulacja systemów działających w taki sposób jest trudna, przez co powszechnie wykorzystywane są urządzenia ułatwiające kontrolę przepływającego powietrza – klapy transferowe, klapy upustowe, regulatory wydajności wentylatorów przez zmianę parametrów prądu (falowniki), itp. Kontrola wymaga zastosowania specjalistycznego zestawu mierników ciśnienia rozmieszczonych w odpowiednich lokalizacjach, opracowania algorytmów sterowania i automatyki, tak aby regulacja systemu w chwili otwarcia lub zamknięcia wybranych drzwi nie trwała dłużej niż 3 sekundy. Biorąc powyższe pod uwagę wypada zapytać dlaczego nie można po prostu ustawić jednej wysokiej wydajności zapewniającej bezpieczeństwo w klatce? Niestety, zbyt wysokie ciśnienie w klatce schodowej może uniemożliwić otwarcie drzwi prowadzących do niej. Przyjmuje się, że maksymalna dopuszczalna siła wymagana do otwarcia drzwi w czasie działania systemu nie powinna przekraczać 100 N.
Dokumenty odniesienia:
– Instrukcja ITB nr 378/2002 [14];
– PN-EN 12101-6 [15].
Kryteria skuteczności funkcjonowania systemów wentylacji pożarowej
Kryteria stawiane skutecznie działającym systemom wentylacji pożarowej są jednakowe w czasie, w którym system powinien zapewniać bezpieczną ewakuację. Dopuszcza się zadymienie w niewielkim obszarze w pobliżu źródła ognia ale zakłada się, że system powinien zapewniać drogę wolną od dymu dla wszystkich osób znajdujących się w zagrożonej strefie w chwili wybuchu pożaru.
W chwili rozpoczęcia działań ratowniczo-gaśniczych wymagania dla poszczególnych systemów zaczynają się od siebie różnić. Systemy wentylacji oddymiającej oraz kontroli dymu i ciepła zapewniają możliwość lokalizacji oraz zbliżenia się do źródła ognia we względnie bezpiecznych warunkach środowiska. System oczyszczania z dymu zapewnia jedynie zmniejszenie niebezpieczeństwa dla ekip ratowniczo-gaśniczych związanego z wysoką temperaturą i toksycznością gazów pożarowych – z tego właśnie powodu system ten nie nadaje się do rozległych stref pożarowych o dużych powierzchniach, których przeszukanie w celu odnalezienia źródła ognia trwało by zbyt długo i groziło by nadmiernym rozwojem pożaru.
Tabela 1. Kryteria oceny systemów wentylacji pożarowej [16][17]
|
Kryterium
|
Wentylacja oddymiająca
|
Kontrola dymu i ciepła
|
Oczyszczanie z dymu
|
|
W czasie ewakuacji
|
|||
|
Temperatura
|
Pod stropem – 200°C Na wysokości do 1,80 m – 60°C |
||
|
Zadymienie
|
Dym utrzymujący się pod stropem kondygnacji, na wysokości do 1,80 m – 0,105 g/m³ (zasięg widzialności znaków ewakuacyjnych świecących własnym światłem – 10 m)
|
||
|
Promieniowanie
|
Mniej niż 2,5 kW/m² w kierunku podłogi
|
||
|
W czasie prowadzenia działań ratowniczo-gaśniczych
|
|||
|
Temperatura
|
Na wysokości 1,50 m mniej niż 120°C w odległości ponad 15 m od źródła pożaru
|
||
|
Zadymienie
|
Na wysokości 1,50 m mniej niż 0,105 g/m³ (zasięg widzialności znaków ewakuacyjnych świecących własnym światłem większy niż 10 m) w odległości większej niż 15 m od źródła pożaru
|
Na wysokości 1,50 m mniej niż 0,105 g/m³ (zasięg widzialności znaków ewakuacyjnych świecących własnym światłem większy niż 10 m) w odległości większej niż 15 m od źródła pożaru
|
Strefa może być zadymiona
|
|
Promieniowanie
|
Do 15 kW/m² w odległości 15 m od źródła pożaru, 2,5 kW/m² w pozostałym obszarze
|
Do 15 kW/m² w odległości 15 m od źródła pożaru od strony dojścia do pożaru, 2,5 kW/m² w pozostałym obszarze
|
Do 15 kW/m² w odległości 15 m od źródła pożaru, 2,5 kW/m² w pozostałym obszarze
|
|
Dostęp do źródła ognia
|
Dym w dwóch warstwach – źródło pożaru jest widoczne, a dostęp do niego ułatwiony
|
Możliwy dostęp do źródła pożaru w odległości do 15 m od jego lokalizacji drogą wolną od dymu
|
Cały obszar strefy zadymiony – strefa pożarowa powinna być na tyle mała, aby szybkie odnalezienie i lokalizacja pożaru były możliwe
|
Narzędzia inżynierskie
Projektanci systemów wentylacji pożarowej dysponują doskonałym narzędziem pozwalającym przewidzieć rozprzestrzenianie się dymu przy działaniu systemu wentylacji pożarowej, którym są symulacje numeryczne z wykorzystaniem metody komputerowej mechaniki płynów (CFD). Z technicznego punktu widzenia analiza CFD polega na rozwiązaniu układu równań różniczkowych opisujących przepływ masy i energii w badanym układzie, podzielonym na skończoną liczbę niewielkich objętości, w dokładnie opisanych następujących po sobie krokach czasowych. Rozwiązanie równań stanowią wartości ciśnienia, temperatury, gęstości, prędkości przepływu, stężenia dymu itp., znane dla każdej objętości w badanym układzie, w każdym momencie trwania analizy. Dzięki temu analizy CFD są tak dobrym narzędziem w rękach inżyniera, pozwalając zaglądnąć w dowolne miejsce w badanym budynku i w kilka sekund ocenić warunki środowiska tam panujące. Analizy CFD są bardzo wrażliwe na odpowiedni dobór warunków brzegowych czy początkowych, w związku z czym za ich wykonanie odpowiedzialne powinny być osoby posiadające bogatą wiedzę z zakresu mechaniki płynów, inżynierii bezpieczeństwa pożarowego i inżynierii środowiska, rys.4. Nie bez znaczenia jest także dobór oprogramowania, a raczej dobór modeli fizycznych, które mogą być wykorzystane w danym oprogramowaniu, rys. 5 – nie każdy dostępny na rynku program będzie nadawał się do obliczeń każdego zagadnienia związanego z wentylacją pożarową [17][18].
Skuteczny system wentylacji to nie tylko dobry projekt, ale także jego poprawne wykonanie, co obejmuje pełną integrację systemu z innymi instalacjami bezpieczeństwa pożarowego w obiekcie. Takie współdziałanie może zostać zweryfikowane z wykorzystaniem prób z gorącym dymem. W trakcie prób imitujących rozwój rzeczywistego pożaru w budynku możliwa jest ocena przepływów powietrza wywołanych działaniem systemu w istniejącym obiekcie, lepsza regulacja bilansu powietrza nawiewanego poszczególnymi punktami nawiewnymi i przede wszystkim weryfikacja poprawności współpracy systemu wentylacji z systemem sygnalizacji pożaru wraz z oceną poprawności realizacji scenariusza pożarowego, rys. 6.
Rys. 4. Wyniki symulacji spalania etanolu na tacy o powierzchni 0,25 m2, w zależności m.in. od wymiarów modularnych siatki modelu dyskretnego. Archiwum Zakładu Badań Ogniowych ITB
Rys. 5. Model otoczenia budynku wewnątrz którego jednocześnie analizowane było rozprzestrzenianie się dymu i ciepła (rys. A), widok siatki w otoczeniu budynku (rys. B) oraz widok modelu okna oddymiającego (rys. C). Archiwum Zakładu Badań Ogniowych ITB
Rys. 6. Próba dymowa w tunelu w Graz. Wyraźnie widoczna warstwa podstropowa dymu. Archiwum Zakładu Badań Ogniowych ITB
Wentylacja pożarowa w warunkach technicznych [1]
Systemy wentylacji pożarowej przytaczane są w kilkunastu paragrafach rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1]. Niestety, nomenklatura przedstawiona w rozporządzeniu budzi wiele wątpliwości, a co za tym idzie wiele spornych interpretacji zakresu poszczególnych paragrafów. Poniżej autorzy publikacji przedstawiają swoją interpretację tych zapisów w nadziei, że przyczyni się ona do zmniejszenia nadużywania wiedzy w celu obejścia wymagań prawa. W naszej ocenie najważniejszym celem stosowania przepisów techniczno-budowlanych jest zapewnienie użytkownikom jak i ekipom ratowniczo-gaśniczym odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa. W odczytaniu poprawnego znaczenia przepisów techniczno-budowlanych pomocne mogą być również interpretacje wydane przez Komendę Główną Państwowej Straży Pożarnej publikowane na stronie internetowej http://www.straz.gov.pl
§208 ust.1. pkt. 2d. „(…) właściwości funkcjonalnych urządzeń służących do wentylacji pożarowej” – definicja z tego paragrafu obejmuje wszystkie urządzenia wchodzące w skład systemów wentylacji pożarowej, których klasyfikacja opisana jest w normach PN-EN 13501-3 oraz PN-EN 13501-4, w szczególności te przywołane w §270
§212 ust. 9 „Pomieszczenia (…) maszynownie wentylacji do celów przeciwpożarowych (…)” definicja z tego paragrafu obejmuje wszystkie mechaniczne systemy wentylacji pożarowej;
§227 ust. 4. „(…) samoczynnych urządzeń oddymiających uruchamianych za pomocą systemu wykrywania dymu” – nazwa która pojawia się także w §237, dotyczy systemu wentylacji oddymiającej lub wentylacji strumieniowej (w garażach) których zadziałanie następuje bez ingerencji człowieka w wyniku otrzymania sygnału z systemu sygnalizacji pożaru,
§229 ust. 1. „(…) samoczynnymi urządzeniami oddymiającymi” – taki zapis pojawia się także w §230 czy §277, to definicja szersza niż przedstawiona powyżej, obejmująca każdy system wentylacji pożarowej który w razie pożaru uruchomi się bez ingerencji człowieka, w tym także klapy dymowe uruchamiane wyzwalaczami termicznymi. Należy zauważyć, że pomimo iż ustawodawca nie mówi tutaj o konieczności uruchamiania wskazanego systemu wentylacji automatycznie poprzez system sygnalizacji pożaru, w większości przypadków takie uruchamianie będzie niezbędne aby móc stwierdzić, że system jest zgodny z wymaganiem §270!
§243 ust. 1. „(…) lub innych urządzeń technicznych, zapobiegających rozprzestrzenianiu się dymu” – w przypadku korytarzy „urządzeniem technicznym” do którego odnosi się prawodawca jest system wentylacji oddymiającej;
§243 ust. 2. (…) wymaganie o którym mowa w ust. 1 nie dotyczy korytarzy, na których zastosowano rozwiązania techniczno-budowlane zabezpieczające przed zadymieniem (…) – definicja ta jest powtórzona w §247 ust. 1, w tym przypadku chodzi o system wentylacji oddymiającej, chociaż można uznać, że system różnicowania ciśnień w korytarzu także wypełni tę definicję;
§245 W tym paragrafie przedstawiono dwa rozwiązania zabezpieczenia klatek schodowych: urządzenia zapobiegające zadymieniu – czyli systemy różnicowania ciśnień oraz urządzenia (…) służące do usuwania dymu – czyli systemy wentylacji oddymiającej klatek schodowych (zabezpieczające przed zadymieniem). Podział na urządzenia „zapobiegające” oraz „usuwające” można odnaleźć w dalszych paragrafach dot. innych dróg ewakuacji;
§247 ust. 2 – „(…) rozwiązania techniczno-budowlane zabezpieczające przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych” – w odniesieniu do pasażu lub przykrytego dziedzińca są to systemy wentylacji oddymiającej uruchamiane z systemu sygnalizacji pożaru;
§247 ust. 3 – „(…) rozwiązania techniczno-budowlane zapewniające usuwanie dymu z tego pomieszczenia i z dróg ewakuacji” – w tym wypadku chodzi o system wentylacji oddymiającej kondygnacji podziemnej oraz dróg ewakuacji, przy tym należy zauważyć, że w niektórych przypadkach zastosowanie systemu zapobiegającego zadymieniu drogi ewakuacyjnej poprzez wytworzenie nadciśnienia może okazać się rozwiązaniem zapewniającym wyższy poziom bezpieczeństwa, niż system oddymiania korytarza;
§270 ust. 1. – „Instalacja wentylacji oddymiającej (…)” – w tym paragrafie ustawodawca stawia wymagania większości systemów wentylacji oddymiającej oraz systemom kontroli dymu i ciepła czy oczyszczania z dymu. §270 ust. 1. definiuje istotny warunek stosowania tych systemów:
„Instalacja wentylacji oddymiającej powinna:
1) usuwać dym z intensywnością zapewniającą, że w czasie potrzebnym do ewakuacji ludzi na chronionych przejściach i drogach ewakuacyjnych nie wystąpi zadymienie lub temperatura uniemożliwiająca bezpieczną ewakuację,
2) mieć stały dopływ powietrza zewnętrznego uzupełniającego braki tego powietrza w wyniku jego wypływu wraz z dymem”
Definicja ta stawia wymóg funkcjonalny dotyczący skuteczności działania systemów wentylacji pożarowej, przez co w większości przypadków wykorzystanie „samoczynnego urządzenia oddymiającego” w postaci klap dymowych uruchamianych jedynie elementami termoczułymi nie będzie możliwe!
Podsumowanie
W publikacji przedstawiono podział systemów wentylacji pożarowej w budynkach, oraz krótką charakterystykę każdego z nich. Mamy świadomość, że wiedza dotycząca systemów wentylacji pożarowej, ich projektowania i odbioru, jest często trudno dostępna i rozrzucona w wielu różnych dokumentach. Mamy nadzieję, że w niniejszej publikacji nakreśliliśmy obszar, w którym tej wiedzy należy szukać, oraz określiliśmy podstawowe zasady dzięki którym każdy samodzielnie będzie w stanie ocenić zasadność i poprawność zastosowania systemu wentylacji pożarowej w swoim obiekcie.
Czytelników którzy chcieliby zgłębić wiedzę dot. wentylacji pożarowej serdecznie zapraszamy na organizowane przez nas kursy projektowania systemów wentylacji pożarowej, oraz do naszych publikacji ukazujących się w prasie branżowej oraz na konferencjach naukowo-technicznych. Mamy także nadzieję, że w niedługim okresie czasu uda się nam opublikować poradnik dot. projektowania, symulacji numerycznych i odbioru systemów wentylacji pożarowej garaży zamkniętych, w którym szczegółowo opisane zostaną systemy wentylacji pożarowej wykorzystywane w garażach (i nie tylko) opisane w tym opracowaniu.
Wojciech Węgrzyński
Grzegorz Krajewski
Paweł Sulik
Zakład Badań Ogniowych ITB
Bibliografia:
[1] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. (Dz.U. Nr 75, poz. 690), z późniejszymi zmianami
[2] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz. U. nr 109, poz. 719), z późniejszymi zmianami
[3] PN-B-02877-4 Instalacje grawitacyjne do odprowadzania dymu i ciepła. Zasady projektowania.
[4] DIN 18232 Teil 2. Baulicher Brandschutz im Industriebau. Rauch- und Warmeabzugsaniagen. Rauchabzuge. Bemessung, Anforderungen und Einbau
[5] VDI 6019 Blatt 1 Ingenieurverfahren zur Bemessung der Rauchableitung aus Gebäuden Brandverläufe, Überprüfung der Wirksamkeit. 2006TR
[6] BS 7974 Part 4: Components for smoke and heat control systems. Functional recommendations and calculation methods for smoke and heat exhaust ventilation systems, employing steady-state design fires. Code of practice, Londyn 2003
[7] NFPA 204: Standard for Smoke and Heat Venting, 2012 Edition. 2012
[8] NFPA 92: Standard for Smoke Control Systems, 2012 Edition
[9] W. Węgrzyński.: Przepływ dymu i ciepła w wielkokubaturowym obiekcie budowlanym w warunkach pożaru, Budownictwo i Architektura 12(2) (2013) 165-172
[10] NEN 6098:2010 Rookbeheersingssystemen voor mechanisch geventileerde parkeergarages, 2010
[11] NBN S 21-208-2 Brandbeveiliging in gebouwen – Ontwerp van rook- en warmteafvoersystemen (RWA) van gesloten parkeergebouwen
[12] BS 7974 Part 7: Components for smoke and heat control systems — Part 7: Code of practiceon functional recommendations and calculation methods for smoke and heat control systems for covered car parks
[13] W. Węgrzyński, G. Krajewski, Projektowanie, symulacje numeryczne oraz odbiór systemów wentylacji pożarowej garaży, (w przygotowaniu) Instytut Techniki Budowlanej, 2014
[14] P. Głąbski, M. Kosiorek, Projektowanie instalacji wentylacji pożarowej dróg ewakuacyjnych w budynkach wysokich i wysokościowych, Instrukcja ITB 378/2002, Instytut Techniki Budowlanej, 2002
[15] PN-EN 12101-6:2007 Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła – Część 6: Wymagania techniczne dotyczące systemów różnicowania ciśnień — Zestawy urządzeń
[16] W. Węgrzyński, G. Krajewski, P. Głąbski, Projektowanie systemów wentylacji pożarowej w obiektach budowlanych. Kurs organizowany przez Zakład Badań Ogniowych. Warszawa : Instytut Techniki Budowlanej, 2014, nlb.
[17] G. Sztarbała, An estimation of conditions inside construction works during a fire with the use of Computational Fluid Dynamics, Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences, Vol. 61, nr 1, 2013
[18] W. Węgrzyński, G. Sztarbała, G. Krajewski, Praktyczne aspekty zastosowania wentylacji strumieniowej w garażach zamkniętych, Budownictwo Górnicze i Tunelowe, 2012 nr 3 pp. 6-10
[19] W. Węgrzyński, G. Krajewski, Wykorzystanie generacji gorącego dymu w ocenie poziomu bezpieczeństwa obiektów budowlanych oraz ćwiczeniach ratowniczo-gaśniczych, Przegląd pożarniczy 3/2014.
