Podczas pożaru ciąg stalowych kanałów oddymiających o długości 100 m może się wydłużyć nawet o około 70 cm.
Rozszerzalność cieplna (rozszerzalność termiczna) jest to właściwość fizyczna ciał polegająca na zwiększaniu się ich długości (rozszerzalność liniowa) lub objętości (rozszerzalność objętościowa) w miarę wzrostu temperatury.
Stalowe przewody oddymiające, podobnie jak inne ciała stałe, ulegają wydłużeniu w warunkach pożaru. Wielkością charakterystyczną dla stali jako ciała stałego jest współczynnik rozszerzalności liniowej αoznaczający przyrost względnej długości materiału przy ogrzaniu o 1°C:
Przekształcając powyższy wzór, otrzymujemy wielkość wydłużenia materiału Δl:
Przyjmując następujące dane:
l = 1000 mm – długość stalowego odcinka przewodu wentylacji oddymiającej; Δt = 580°C – różnica między temperaturą podczas pożaru 600°Ca temperaturą pokojową 20°C; α = 0,000012 – współczynnik rozszerzalności liniowej stali, i podstawiając je do wzoru na wielkość wydłużenia materiału Δl, otrzymamy:
Oznacza to, że odcinek kanału oddymiającego o długości 1 m podczas pożaru ulegnie wydłużeniu o około 7 mm. Potwierdzone to zostało badaniami przeprowadzonymi przez Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, co przedstawiają wykresy (rys. 1 i 2).
Dla zobrazowania ciąg kanałów o długości 100 m może się wydłużyć nawet o około 70 cm.
Instalacja oddymiająca wykonana z blachy ocynkowanej podczas pracy w temperaturze otoczenia nie wykazuje zmian gabarytów, jednak podczas pracy w warunkach pożaru, podgrzana do temperatury 600°C, może wykazywać duże skłonności do wydłużania się.
Rys. 1 Wykres zależności odkształceń ε w funkcji temperatury dla pasa blachy wyciętego poprzecznie do kierunku walcowania
Jeżeli instalacja nie będzie miała możliwości przejęcia powstających wydłużeń, powstaną siły niszczące oddziałujące na instalację oddymiającą. Największe prawdopodobieństwo rozszczepienia się kanałów istnieje w tzw. punktach wrażliwych, np. w miejscach zmiany kierunku instalacji na odcinkach prostych mogą zostać wyrwane podpory, a brak zawieszenia może prowadzić do deformacji, załamania i w konsekwencji do zmniejszenia przepływu. Wszystkie te czynniki mają negatywny wpływ na pracę instalacji oddymiającej w czasie pożaru oraz powodują zmniejszenie wydajności takiej wentylacji.
Rozwiązaniem tego problemu jest niwelowanie, czyli przejęcie powstających wydłużeń poprzez zastosowanie kompensacji. Najprostszym sposobem kompensacji jest zamontowanie kompensatora, który dzięki swojej budowie w przypadku pożaru przejmie powstające wydłużenia, co pozwoli rozładować naprężenia w instalacji, jednocześnie zachowując szczelność układu.
Na rys. 4 znajduje się fragment instalacji oddymiającej, tym razem z zamontowanymi kompensatorami. Użyty kompensator ma długość 230 mm i Δl = 85 mm(zakres pracy kompensatora).
Rys. 2 Wykres zależności odkształceń ε w funkcji temperatury dla pasa blachy wyciętego wzdłuż kierunku walcowania
P1 – połączenie instalacji oddymiania obsługującej jedną strefę pożarową z instalacją wielostrefową, K1 – kompensator zabezpieczający instalację wielostrefową przed oddziaływaniem związanym z rozszerzalnością termiczną instalacji jednostrefowej, zlokalizowany w odległości nie większej niż 5 m od punktu P1, K2 – kompensator zlokalizowany w odległości nie większej niż 10 m od kompensatora K1 (licząc po osi symetrii elementów), K3 – kompensator zlokalizowany w odległości do 5 m, licząc od osi symetrii trójnika i w odległości nie większej niż 10 mod kompensatora K1 (licząc po osi symetrii elementów), K4 – kompensator zlokalizowany w odległości nie większej niż 10 m od kompensatora K3 (licząc po osi symetrii elementów), K5 – kompensator zlokalizowany w odległości nie większej niż 10 m od kompensatora K3 (licząc po osi symetrii elementów).
Rys. 3 Przykład instalacji oddymiającej obsługującej jedną strefę pożarową podlegającej wydłużeniom termicznym w wyniku rozszerzalności cieplnej
Rys. 4 Przykład instalacji oddymiającej z zastosowanymi kompensatorami oraz sposób ich rozmieszczenia
Kanały wentylacyjne wykonane ze stali węglowej z zamontowanymi w odpowiednich miejscach kompensatorami mogą być tańszą alternatywą dla obecnie preferowanych instalacji oddymiających z materiałów niepalnych. Należy pamiętać, że kompensatory powinny spełniać wymagania jak dla przewodów wentylacji oddymiającej, zgodnie z warunkami technicznymi, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, tzn. powinny mieć możliwość pracy w wysokich temperaturach oraz klasę odporności ogniowej, z uwagi na szczelność ogniową i dymoszczelność E600 S, co najmniej taką jak klasa odporności ogniowej stropu budynku.
mgr inż. Jakub Cimachowski
Uwaga: Artykuł oparty na referacie prezentowanym podczas wystawy Forum Wentylacja Salon Klimatyzacja 2012.
