Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Wybrane aspekty projektowania wentylacji pożarowej tuneli drogowych

Selected aspects of designing fire ventilation in road tunnels
Archiwalne zdjęcie wnętrza budowanego tunelu drogowego Queensway pod rzeką Mersey łączącego Birkenhead i Liverpool pod rzeką Mersey, który otworzył król Jerzy V w lipcu 1934 roku; to najdłuższy tunel drogowy w Wielkiej Brytanii (3,6 km).
Archiwalne zdjęcie wnętrza budowanego tunelu drogowego Queensway pod rzeką Mersey łączącego Birkenhead i Liverpool pod rzeką Mersey, który otworzył król Jerzy V w lipcu 1934 roku; to najdłuższy tunel drogowy w Wielkiej Brytanii (3,6 km).
arch. merseytravel

Nadrzędnym celem wentylacji pożarowej w tunelach drogowych jest zapewnienie ewakuacji ludzi i mienia oraz ułatwienie prowadzenia działań ratowniczo-gaśniczych przez straż pożarną. Wentylacja pożarowa w tunelu drogowym powinna zapewniać sterowanie kierunkiem przepływu dymu i gorących gazów pożarowych, gdyż to właśnie szybkie rozprzestrzenianie się dymu jest głównym powodem występowania ofiar śmiertelnych i poszkodowanych.

Dynamika rozwoju pożaru w tunelu jest podobna do typowego pożaru w pomieszczeniach zamkniętych, choć istnieją pewne znaczące różnice pomiędzy nimi [2]. W pożarach pomieszczeń ciepło i dym są utrzymywane wewnątrz pomieszczenia, a czynnikiem ograniczającym staje się dostępność tlenu. Wielkość otworów określa, jak duży pożar może się rozwinąć, zanim przejdzie w fazę kontrolowaną wentylacją, tzn. dostępem tlenu [17].

W pożarach rozwijających się w pomieszczeniach niespalone paliwo może się palić na zewnątrz pomieszczenia, mieszając się z powietrzem. Natomiast gdy paliwo jest otoczone przez mieszaninę gazów o zawartości tlenu mniejszej niż ok. 13%, ogień zostanie zgaszony.

Z kolei w tunelach świeże powietrze jest zazwyczaj transportowane do paliwa wzdłuż osi obiektu, niedaleko poziomu podłogi, co podtrzymuje proces spalania. W przeciwieństwie do pożarów rozwijających się w pomieszczeniach, procesy spalania odbywają się w tunelu i w przypadku pożarów kontrolowanych przez wentylację może to doprowadzić do prawie zerowej zawartości tlenu za pożarem wzdłuż kierunku strumienia powietrza.

W tunelach drogowych gorący dym początkowo unosi się i zderza ze stropem, a następnie rozpływa wzdłuż biegu tunelu i stopniowo opada w kierunku podłoża ze względu na schłodzenie. Odległości wstecznego cofnięcia warstwy dymu w kierunku przeciwnym do ruchu powietrza (tzw. backlayering) oraz jego względnie dobrej stratyfikacji w kierunku ruchu są silnie uzależnione od warunków wentylacji [2, 18].

Przeczytaj też: Wymagania przeciwpożarowe stawiane instalacjom wentylacyjnym >>>

W ostatnich latach zaczęła się rozwijać kompleksowa teoria dynamiki pożarów w tunelach. Dla pożaru w tunelu o osiowym przepływie powietrza można obliczyć parametry takie, jak wzrost temperatury, długość płomienia, odległość tzw. backlayeringu czy widoczność oraz stężenie gazów pożarowych [2, 18, 19].

W tunelach o wentylacji naturalnej lub wzdłużnej mechanicznej przepływ powietrza zachodzi wzdłuż obiektu ze względu na statyczne oraz dynamiczne różnice ciśnień. Systemy wentylacji poprzecznej mają wloty i wyciągi powietrza rozmieszczone wzdłuż tunelu.

Znaczna część istniejącej teorii, z niewielkimi zmianami lub ograniczeniami, ma również zastosowanie do tuneli z wentylacją poprzeczną.

W miarę rozwoju pożaru siły wyporu unoszą gorące gazy do góry i rozprzestrzeniają je wzdłuż sufitu, w zależności od nachylenia tunelu i początkowych warunków wentylacji.

Przy odpowiedniej prędkości przepływu powietrza mieszanina dymu oraz gorącego i zimnego powietrza ostatecznie zostaje równomiernie rozprowadzona w przekroju tunelu za pożarem.

Pierwsze badania naukowe związane z pożarem w tunelu zostały wykonane przez Thomasa [20], który badał efekt backlayeringu zachodzący, gdy gorący dym przemieszcza się wzdłuż sufitu wstecznie w stosunku do przepływu powietrza. Wprowadził on również pojęcie krytycznej prędkości powietrza potrzebnego do zapobieżenia zjawisku backlayeringu.

Krytyczna prędkość powietrza zwiększa się wraz z szybkością uwalniania ciepła (HRR – Heat Release Rate) w kierunku stałej wartości, tj. ok. 3 m/s dla większości tuneli [18, 19].

Pożar wywołuje w tunelu pewien opór przepływu, który wzrasta wraz z wielkością pożaru, zwany efektem dławiącym. Dlatego chociaż prędkość 3 m/s wystarczy do znacznego ograniczenia zjawiska backlayeringu, wydajność wentylatorów musi zapewniać przekroczenie tej wartości wraz ze zwiększeniem rozmiarów pożaru [21].

 

 

Główne obciążenie ogniowe w tunelach stanowią pojazdy.

Typowy samochód ma szybkość uwalniania ciepła odpowiadającą pożarowi szybkiemu i szczytową wartość HRR na poziomie ok. 5 MW.

Autobusy charakteryzują się wartością HRR ok. 30 MW, natomiast samochody ciężarowe 20–200 MW [22, 23].

Pożary kilku samochodów ciężarowych mogą się rozwinąć w katastrofalny pożar tunelu kontrolowany wentylacją i HRR na poziomie 300–700 MW [26].

Szybkość uwalniania ciepła z pożaru kontrolowanego wentylacją wzrasta wraz ze zwiększaniem się pola przekroju poprzecznego, podczas gdy dla pożarów kontrolowanych paliwem (nieograniczona ilość tlenu) HRR rośnie wraz ze zmniejszeniem powierzchni przekroju poprzecznego. Dzieje się tak z powodu dużej wymiany ciepła z otaczającymi ścianami tunelu [2, 18].

Zazwyczaj wartość 2/3 HRR ulega wymianie poprzez konwekcję, a 1/3 HRR poprzez promieniowanie.

W przypadku aktywacji urządzeń gaśniczych HRR przez konwekcję spada o ok. 50%.

System wentylacji jest narażony głównie na konwekcyjną wartość HRR, podczas gdy ściany tunelu na konwekcyjną i radiacyjną część HRR [2].

Modelowanie pożarów w obiektach budowlanych, a w szczególności pożarów w tunelach drogowych, stanowi ogromne wyzwanie inżynierskie z uwagi na kilka podstawowych mechanizmów, np. spalanie i rozprzestrzenianie się ognia, które są w takich warunkach słabo poznane. Ponadto konieczne jest przyjęcie wielu założeń, takich jak np. rozmiar siatki, model promieniowania, model turbulencji itp.

W przypadku pojedynczych porównań między symulacjami komputerowymi i danymi eksperymentalnymi podawane są często dobre wyniki zbieżności. Dynamika rozwoju pożaru przedstawiona przez Ingasona [18] daje stosunkowo dobre wyniki w porównaniu z bardziej zaawansowanymi modelami i zapewnia wystarczającą dokładność na potrzeby analizy ryzyka [24].

Ważnym źródłem informacji są również badania przebiegu rzeczywistych pożarów. Kim i inni [25] przeanalizowali 69 pożarów w tunelach i przyporządkowali je do czterech kategorii:

  • pożary pojedynczych pojazdów;
  • pożary pojedynczych pojazdów, które rozprzestrzeniły się na inne pojazdy;
  • pożary w wyniku kolizji ograniczone do pojazdów biorących udział w kolizji oraz
  • pożary w wyniku kolizji, które rozprzestrzeniły się na inne pojazdy.

Obecnie prowadzone badania w zakresie pożarów w tunelach dotyczą wielu różnorodnych aspektów, np. skuteczności detekcji, wentylacji, systemów gaśniczych, oddziaływania na konstrukcję, zachowań ludzi i ewakuacji czy zastosowania SUG na mgłę wodną. Badania eksperymentalne prowadzone są w różnej skali, a numeryczne z wykorzystaniem mniej lub bardziej złożonych modeli numerycznych.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!
   22.09.2015

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 



Jak osiągnąć 99% skuteczność bakteriobójczej w wentylacji » Któremu producentowi systemów grzewczych i wodociagowych zaufać »
bezpieczeństwo instalatora rury wielowarstwowe
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Zdradzamy sposób na projektowanie instalacji najwyższej jakości »

projektowanie

 



Z jakiego powodu tworzywa sztuczne zdominowały rynek wod-kan » Jak bez problemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jak zabezpieczyć wentylatory dachowe »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Jaka pompa ciepła zwalcza bakterię Legionella »

pompy ciepła

 



Czy łatwo zainstalować podwieszaną toaletę » Z jakego powodu ta pompa wyprzedza przyszłość »
podwieszana toaleta pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
11/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 11/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dobór wymienników płytowych
  • - Rekuperatory ścienne a prawo
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl