Systemy zasilania i sterowania wentylacją pożarową w tunelach drogowych

W Polsce buduje się coraz więcej tuneli drogowych, szczególnie w południowej części kraju, na terenach górzystych, głównie na potrzeby nowych tras ekspresowych. Kwestie budowy tuneli drogowych reguluje rozporządzenie z dnia 24 czerwca 2022 r. w sprawie przepisów techniczno-budowlanych dotyczących dróg publicznych [1], które weszło w życie we wrześniu 2022 r. Przepisy tego rozporządzenia mają zastosowanie do projektowania, budowy, przebudowy lub użytkowania dróg publicznych oraz projektowania, budowy lub przebudowy urządzeń obcych sytuowanych w pasach tych dróg. W rozdziale 9 wy­mienione zostały takie obiekty drogowe, jak: mosty, wiadukty i tunele.

W załączniku 3 rozporządzenia zatytułowanym Bezpieczeństwo pożarowe i przygotowanie do prowadzenia działań ratowniczych znalazł się rozdział 2 i ust. 25 mówiący o szczególnych warunkach dotyczących drogowych obiektów inżynierskich, a w nim wymóg, by były one projektowane w sposób zapewniający w razie pożaru nośność konstrukcji, ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia i dymu, ograniczenie rozprzestrzeniania się pożaru na sąsiednie obiekty budowlane lub tunele przyległe, możliwość ewakuacji lub uratowania osób (użytkowników i pasażerów pojazdów) w inny sposób. Powinna zostać także zapewniona możliwość prowadzenia skutecznych działań ratowniczych przy jednoczesnym uwzględnieniu bezpieczeństwa przeprowadzających je ekip.

Rozdział 3 tego załącznika zatytułowany Szczególne warunki dotyczące wentylacji tuneli wymienia wentylację bytową, która działa tylko w czasie normalnej eksploatacji tunelu, oraz wentylację pożarową. Tunel wyposażany jest więc w wentylację służącą do odprowadzania spalin emitowanych z silników pojazdów oraz do usuwania dymu i ciepła w przypadku pożaru. Wentylacja tunelu w normalnych warunkach użytkowania powinna zapewnić odpowiednią wymianę powietrza, tak aby nie zostały przekroczone stężenia zanieczyszczeń zagrażających użytkownikom tunelu. Zadaniem wentylacji bytowej jest też dbanie o płynność i komfort jazdy poprzez usuwanie spalin oraz zanieczyszczeń powietrza ograniczających jego przejrzystość, co ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo ruchu pojazdów. Wydajność wentylacji ustalana jest na podstawie wartości progowych stężeń tlenku węgla i dwutlenku azotu oraz przejrzystości powietrza wyrażonej czynnikiem absorpcji K. Czujniki te montowane są co pewien dystans. Jeżeli któryś z nich wykryje przekroczenie wartości progowej monitorowanego parametru, wówczas system sterujący wentylacją powinien załączyć odpowiednią parę wentylatorów lub odpowiedni system wentylacji w danej strefie, aby jak najszybciej osiągnąć warunki umożliwiające dalszą bezpieczną eksploatację tunelu. Jeżeli z jakichś względów dalsza eksploatacja byłaby niemożliwa, czyli stężenia mierzonych niebezpiecznych substancji w powietrzu utrzymywałyby się przez odpowiednio długi czas, obsługa tunelu może podjąć decyzję o wyłączeniu określonej nawy z ruchu.

Obecnie oddawane do użytkowania tunele wyposażone są w budynki techniczne, w których służby techniczne dyżurują 24 godziny na dobę, nadzorując funkcjonowanie obiektu. Obsługa na bieżąco monitoruje parametry powietrza, kamery monitoringu oraz kamery termowizyjne i może zdecydować, czy za pomocą drogowej sygnalizacji świetlnej zatrzymać wjazd pojazdów do tunelu, umożliwiając jednocześnie autom już się w nim znajdującym jego bezpieczne opuszczenie, gdy stężenie niebezpiecznych substancji jest za wysokie.

Wentylacja pożarowa tunelu służy do usuwania dymu i ciepła z intensywnością gwarantującą, że w czasie potrzebnym do ewakuacji ludzi na drodze z miejsc wystąpienia pożaru do miejsc bezpiecznych nie wystąpi zadymienie lub temperatura, która uniemożliwi bezpieczną ewakuację. Wentylacja pożarowa musi też uwzględnić bezpieczeństwo ekip ratowniczych i kontrolować rozprzestrzenianie się dymu i ciepła, a to zadanie skutecznie spełni wentylacja mechaniczna.

Wentylację pożarową projektuje się z wykorzystaniem symulacji numerycznych, gdyż tunele to obiekty skomplikowane i wielkokubaturowe. Na podstawie tych analiz oraz obowiązujących przepisów dobiera się rodzaj systemu, a także liczbę zestawów wentylatorowych o odpowiedniej mocy i wydajności. Do wybranego systemu wentylacji dobierany jest odpowiedni system zasilania i sterowania, tak aby zapewnić spełnienie wszystkich założeń projektowych oraz wymagany poziom niezawodności. Zdarzają się tunele na tyle krótkie, że w ich wypadku wystarczy wentylacja naturalna, różnica między poziomem nawy wjazdowej i wyjazdowej jest znaczna i jesteśmy w stanie udowodnić, że wentylacja ta będzie skuteczna.

Załącznik 3 w ust. 94 podaje trzy rodzaje wentylacji mechanicznej w tunelach:

a) wzdłużna – z wzdłużnym przepływem powietrza na całej długości tunelu,

b) poprzeczna – z poprzecznym ruchem powietrza na całej długości tunelu,

c) półpoprzeczna – z poprzeczno-wzdłużnym lub wzdłużno-poprzecznym przepływem powietrza w tunelu.

W ramach wentylacji wzdłużnej tunel wentylowany jest na całej długości. W przypadku wentylacji poprzecznej tunel podzielony jest na odpowiednie strefy i jeśli w danej strefie wystąpi zagrożenie pożarowe i zadymienie, dym nie jest przetłaczany przez resztę tunelu, tylko w odpowiednich miejscach następuje nawiew powietrza kompensacyjnego i oddymianie strefy zagrożonej pożarem. Z kolei wentylacja półpoprzeczna z półpoprzeczno-wzdłużnym lub wzdłużno-poprzecznym przepływem powietrza w tunelu może obejmować wiele różnych rozwiązań, zależących od specyfiki tunelu i rozwiązania przyjętego przez projektanta.

Rodzaje wentylacji i wentylatory

Zakres stosowania systemu wentylacji działającej dzięki wymuszonemu przepływowi powietrza wzdłuż lub w poprzek osi tunelu podaje ust. 96 załącznika 3 [1]. Tabela 1 określa, dla jakiej długości tunelu można zastosować dany system wentylacji pożarowej. W załączniku tym znalazło się również rozgraniczenie ze względu na liczbę naw w tunelu. Nawa to przestrzeń, w której poruszają się pojazdy – mamy tunele jednonawowe i wówczas jezdnie dwukierunkowe oraz tunele dwunawowe, gdzie w każdej nawie tunelu prowadzony jest ruch tylko w jednym kierunku.

Rysunek 1 ilustruje przypadek jednokierunkowej nawy tunelu z widocznymi wentylatorami strumieniowymi, realizującymi projektowe założenia wentylacji wzdłużnej – wentylatory działają w kierunku ruchu pojazdów. Jeżeli mamy do czynienia z mechaniczną wentylacją bytową i mechaniczną wentylacją pożarową, to gdy w danej nawie wystąpi pożar, powietrze kierowane jest w kierunku od portalu wjazdowego do wyjazdowego. Chodzi o to, aby pojazdy znajdujące się za samochodem, który uległ pożarowi, zmuszone były do zatrzymania, a ich pasażerowie oraz inni użytkownicy tunelu ewakuowali się, przechodząc do drugiej nawy tunelu (ewakuacyjnej), i zmierzali w stronę portalu wjazdowego, natomiast dym kierowany był w stronę portalu wyjazdowego. Pojazdy znajdujące się przed miejscem wybuchu pożaru lub zagrożenia pożarowego mogą swobodnie opuścić obiekt, jadąc w tym samym kierunku, w którym usuwane jest powietrze z tunelu.

Na fot. 1 widać parę wentylatorów strumieniowych w nawie tunelu z wentylacją wzdłużną. Wentylatory te w większości tunelów montowane są i działają w parach. Jeżeli w danej parze nastąpiłaby awaria jednego wentylatora, który by się nie uruchomił albo przestał pracować, system sterowania musi natychmiast na to zareagować i wyłączyć również drugi wentylator (uruchamiając w zamian inną parę wentylatorów, żeby zachowana została wymagana wydajność przewietrzania). Obserwacje pracy tylko jednego wentylatora strumieniowego z danej pary w tunelu, w którym urządzenia te zamontowane są przy ścianach bocznych, wskazują, że powietrze zaczyna krążyć od jego wylotu do wlotu i kotłuje się, zamiast utrzymywać oczekiwany kierunek. Dlatego zawsze trzeba wyłączyć parę wentylatorów strumieniowych, jeżeli pojawi się sygnał, że jeden z nich uległ uszkodzeniu. System sterowania monitoruje takie przypadki i gdy zajdzie potrzeba, automatycznie zareaguje, dokonując niezbędnych sterowań awaryjnych, przekazując również informację o uszkodzeniu do systemu nadrzędnego.

W przypadku wentylacji poprzecznej (rys. 2) mamy do czynienia z głównym wentylatorem nawiewnym i głównym wentylatorem wyciągowym oraz punktami nawiewnymi i wywiewnymi wyposażonymi w automatycznie sterowane klapy przeciwpożarowe. Jeżeli w danej strefie wykryte zostanie zagrożenie pożarowe, włącza się nawiew kompensacyjny oraz wyciąg gorącego dymu – mieszaniny gazów pożarowych i powietrza. Krata nawiewna (lub kraty) w pobliżu miejsca pożaru (klapa przeciwpożarowa) zostaje zamknięta, a powietrze kompensacyjne jest kierowane z przodu i z tyłu miejsca (strefy) objętego pożarem, natomiast wyciąg następuje w strefie objętej pożarem.

Pobierz e-book: Bezpłatny e-book Wentylacja pożarowa 2025 | RynekInstalacyjny.pl

Na fot. 2a i b przedstawiono przykład tunelu z wentylacją poprzeczną. Na początku i na końcu nawy występują często wentylatory strumieniowe rewersyjne, ponieważ w tunelu mamy zawsze do czynienia ze zjawiskiem ciągu powietrza. Wiatr, który pojawia się ze względu na warunki pogodowe, oraz ruch powierza spowodowany przez samochody przejeżdżające przez tunel od portalu wjazdowego do wyjazdowego powodują „efekt tłoka”, czyli przesuwanie się mas powietrza zgodnie z kierunkiem ruchu pojazdów. Jeżeli chcemy oddymić jedną strefę w tym tunelu, nie mamy innego wyjścia jak zatrzymanie tego ruchu powietrza w momencie wykrycia pożaru. Służą do tego wentylatory strumieniowe, które załączają się w odpowiedniej sekwencji, z określonym algorytmem sterowania.

Bardzo ważną kwestią, która zostanie poruszona poniżej, jest pomiar kierunku i prędkości powietrza w tunelu, gdyż tylko na tej podstawie można załączyć strumieniowe wentylatory rewersyjne we właściwych kierunkach i z odpowiednią mocą, tak aby ustabilizować prędkość powietrza w tunelu w zakresie od ok. –0,5 do 0,5 m/sekundę. Jest to potrzebne, żeby dym nie rozprzestrzenił się na całą objętość tunelu i mógł być wyciągnięty z danej strefy poprzez klapy znajdujące się w miejscu pożaru za pomocą ciągu z wentylatora oddymiającego. Na fot. 2b widzimy parę wentylatorów strumieniowych, które służą do zniwelowania ruchu powietrza wywołanego przez wiatr i utrzymania zadymienia tylko w jednej strefie. Z kolei na fot. 2a zaznaczone są kraty nawiewne i wyciągowe, czyli miejsca wlotu i wylotu powietrza od wentylatora nawiewnego i wyciągowego oddymiającego. Na rys. 2 zaznaczono tylko po jednym wentylatorze, ale w praktyce stosuje się ich wiele, najczęściej pary odcięte odpowiednimi przepustnicami i klapami. Wentylatory te są dublowane po to, żeby w przypadku uszkodzenia jednego z nich został on odcięty, a system włączył wentylator rezerwowy.

W ramach wentylacji półpoprzecznej możliwe jest zastosowanie bardzo wielu rozwiązań. Na rys. 3 podano jeden z przykładów wentylacji, w ramach której zastosowano wentylator nawiewny tłoczący powietrze do kanału nawiewnego, rozprowadzającego je po całej długości tunelu, oraz wywiew powietrza przez portale wjazdowy i wyjazdowy. Nawiew może być realizowany także w dolnej części tunelu. Zastosowane mogą być również wentylatory strumieniowe, które przetłaczają niebezpieczne gazy w przypadku normalnej, codziennej eksploatacji tunelu, jak również gazy pożarowe w razie wystąpienia zagrożenia pożarowego czy też już bezpośrednio podczas pożaru.

Na fot. 3 pokazano tunel, w którym zastosowany został jeden z wariantów wentylacji półpoprzecznej. Zaznaczono parę wentylatorów strumieniowych rewersyjnych oraz miejsca, w których znajdują się kraty nawiewne. W przypadku wystąpienia zagrożenia pożarowego powietrze jest nawiewane przez kraty nawiewne w dolnej części, natomiast rewersyjne wentylatory strumieniowe załączają się w odpowiednim kierunku i dążą do usunięcia dymu i gorących gazów pożarowych z przestrzeni tunelu, tak aby możliwa była ewakuacja oraz by można było usunąć jak najwięcej ciepła i gazów pożarowych celu przeprowadzenia akcji ratowniczo-gaśniczej. System wentylacji usuwa też ciepło z pożaru, żeby zapobiec zapłonowi kolejnych samochodów. Przykładowo zapłon kilku ciężarówek w przypadku niedostatecznego odprowadzenia ciepła może spowodować zagrożenie nawet dla konstrukcji tunelu. Oczywiście konstrukcje te są wykonywane w odpowiedniej klasie nośności z użyciem stosownych izolacji przeciwpożarowych, niemniej ryzyko istnieje. Ważne jest też, że jeżeli sprawnie odprowadzimy ciepło, przywrócenie tunelu do eksploatacji będzie prostsze, szybsze i przede wszystkim mniej kosztowne.

Zasilanie i sterowanie urządzeniami

Rozpatrując kwestie sterowania wentylacją, musimy przede wszystkim wziąć pod uwagę, jak wygląda system zasilania dla danego tunelu. Większość projektantów ma doświadczenia związane z budynkami, w których wykorzystywane są systemy wentylacji pożarowej i zasilające je instalacje elektryczne. Znany jest zatem standard dotyczący zasilania systemów ppoż. w budynkach z dwóch źródeł. W przypadku tunelów jest to bardziej złożona kwestia.

W typowym budynku doprowadza się główne przyłącza zasilania i agregatu prądotwórczego do głównej rozdzielni, która powinna być także zasilaczem urządzeń przeciwpożarowych – certyfikowanym w pierwszym systemie weryfikacji stałości właściwości użytkowych, ponieważ służy do zasilania urządzeń ppoż. Wielkość takiej prostej rozdzielni głównej zależy od wielkości obiektu.

Zobacz także: Nasz cel to wentylacja przyjazna środowisku

Natomiast w tunelach drogowych na ich obu końcach znajdują się budynki techniczne (czego wymaga rozporządzenie), które odpowiadają za zapewnienie zasilania całego systemu wentylacji i innych systemów w tunelu, takich jak oświetlenie ewakuacyjne, system rozgłoszeniowy komunikatów alarmowych, oświetlenie wjazdowe, sterowanie ruchem w tunelu, przejścia ewakuacyjne itd. – ilustruje to rys. 4. Mamy zatem zawsze dwa przyłącza z głównych przyłączy zasilania i energia trafia do rozdzielni głównej, dodatkowo na każdym końcu tunelu znajduje się agregat prądotwórczy. To wszystko trafia do kolejnej rozdzielni z UPS-em dla oświetlenia ewakuacyjnego, czyli mamy do czynienia z dodatkowym zasilaniem i wyjściem z tej rozdzielni przez dodatkowe UPS-y, które zapewniają tak naprawdę czwarte już podtrzymanie zasilania na pełne dwie godziny pracy systemu oświetlenia. Natomiast sprzed UPS-a mamy wyprowadzone zasilanie do central sterująco-zasilających systemu wentylacji pożarowej.

System taki może mieć kilka rozwiązań zasilania obiektowego central – mogą to być pojedyncze tory zasilania, gdyż w rozdzielniach w budynku technicznym zamontowany jest układ SZR (samoczynnego załączenia rezerwy) i pewność zasilania jest zapewniona. W innym skutecznym rozwiązaniu na dwóch końcach tunelu znajdują się główne rozdzielnie i główne centrale sterująco-zasilające wentylacją, do których doprowadzone jest napięcie zasilania z rozdzielni zasilanej z dwóch źródeł oraz z agregatu prądotwórczego. Centrale sterująco-zasilające przełączają zasilanie pomiędzy różnymi źródłami (rozdzielnia, agregat), a dodatkowo wyprowadzone jest z nich zasilanie dla kolejnych central (obiektowych, niszowych).

Na rys. 5 zamieszczono schemat zasilania i sterowania systemu wentylacji pożarowej w tunelu, który ma ok. 600 m długości. Doprowadzenie zasilania do każdej centrali sterująco-zasilającej realizowane jest z bliższego końca tunelu, tak aby zasilanie całego systemu odbywało się z obu budynków technicznych znajdujących się na końcach obiektu – tego wymaga rozporządzenie. Mamy też kolejne niszowe centrale sterująco-zasilające. Nisze to pomieszczenia w przestrzeni tunelu, zabezpieczone i zamknięte odpowiednimi drzwiami przeciwpożarowymi, gdzie znajdują się lokalne centrale bądź centrale zasilania i sterowania systemów wentylacji kolejnych grup wentylatorów, par wentylatorów strumieniowych lub służące do zbierania informacji z czujników, które są wymagane do pracy systemu sterowania i nadzoru obiektu.

W tunelach drogowych mamy do czynienia z czujnikami prędkości przepływu powietrza w nawach. Są one bardzo ważne, gdyż przez cały czas mierzą prędkość przepływu powietrza w tunelu i pozwalają odpowiednio reagować wentylacji bytowej w sytuacji, gdy wiatr jest zbyt silny i przepływ za duży, oraz w razie wystąpienia zagrożenia pożarowego – żeby możliwe było utrzymanie prędkości przepływu w odpowiednich granicach w początkowej fazie pożaru oraz gazów pożarowych w jednej strefie, tak by przeprowadzona została ewakuacja z pozostałej części nawy. Z kolei w czasie oddymiania tunelu konieczna jest możliwość nadążnego kontrolowania prędkości przepływu powietrza, tak by nie była ani za mała, ani zbyt duża. Za duża prędkość spowoduje, że prowadzenie akcji ratowniczo-gaśniczej będzie utrudnione – prędkość powyżej ok. 6 m/s to już mocny wiatr, przy którym działania ekip ratowniczo-gaśniczych będą zdecydowanie utrudnione. Z kolei przy prędkościach mniejszych, poniżej 2–3 m/s, w określonych warunkach może dojść do cofania się gazów w kierunku, w którym jest to niezamierzone i niebezpieczne.

Na rys. 5 zaznaczone zostało m.in. zasilanie miejscowych par wentylatorów rewersyjnych i grzałek do tych wentylatorów. W tunelach występuje bowiem wysoka wilgotność powietrza, gdyż są one lokalizowane poniżej poziomu gruntu – pod rzekami, górami lub budynkami. Ponadto w okresie niskich temperatur może dochodzić do wykraplania się wilgoci w wentylatorach, dlatego powinny one być w odpowiedni sposób wygrzewane (osuszane).

Komunikacja pomiędzy wszystkimi centralami, czujnikami prędkości przepływu powietrza itd. powinna być realizowana w topologii pętlowej, aby w przypadku pojedynczej przerwy w torze transmisji możliwa była komunikacja z każdym elementem systemu sterowania i zasilania. W praktyce pętla komunikacyjna do ok. 3 km wykonywana jest przewodami „po miedzi”, natomiast w przypadku większych odległości realizowana za pomocą protokołu światłowodowego, gdyż daje on szerokie możliwości – działa skutecznie, nawet gdy kolejne urządzenia dzieli 20 km, a jest ich łącznie aż 255. Miedzy poszczególnymi centralami występują przeważnie odległości od 200 m do 1 km. Ten jeden kilometr to odległość do budynków technicznych, gdzie znajdują się panele ręcznego sterowania i monitoringu dla obsługi tunelu lub kierującego akcją ratowniczo-gaśniczą, o których mowa poniżej.

Na rys. 6 znajduje się schemat systemu zasilania i sterowania w tunelu o długości ponad 2 km. Jest to system dużo bardziej rozbudowany, z większą liczbą urządzeń. W przypadku poprzednio opisywanego tunelu mieliśmy do czynienia z trzema czujnikami prędkości przepływu powietrza na nawę, tutaj jest ich aż dziewięć. Prędkość z pomiarów w tych czujnikach jest uśredniana – skrajne wartości są odrzucane. Algorytm sterowania nie bierze również pod uwagę pomiarów z czujników, które zgłaszają stan awaryjny oraz których pomiary odbiegają o ponad 0,5 m/s od pozostałych. Na rysunku widać, że panele dla kierującego akcją ratowniczo-gaśniczą znajdują się po każdej ze stron tunelu w budynkach obsługi technicznej. Układy zasilania central są redundantne. Połowa tunelu jest zasilana z jednej strony, a druga połowa ze strony drugiej. Dla takiego obiektu pętla światłowodowa między kolejnymi urządzeniami wynosi ok. 7 km. To bardzo duże odległości – w budynkach użyteczności publicznej maksymalna długość pętli komunikacyjnej wynosi ok. 1000 m (w przypadku obiektów o wysokości 200–250 m i rozbudowanej podstawie, jak np. Sky Tower we Wrocławiu).

W układzie sterowania i zasilania tunelu o długości ok. 2 km występują dwa panele ręcznego sterowania dla kierującego akcją ratowniczo-gaśniczą, cztery centrale główne w budynkach technicznych oraz 24 centrale niszowe. Centrale główne obsługują główne wentylatory nawiewne i klapy pożarowe tych wentylatorów oraz zasilają wszystkie centrale niszowe, które z kolei zasilają i sterują parami wentylatorów strumieniowych rewersyjnych oraz nadzorują i zbierają informacje, a także zasilają ultradźwiękowe czujniki prędkości przepływu powietrza. Ultradźwiękowy czujnik przepływu (rys. 7) powietrza składa się z jednostki nadzorującej umiejscowionej w centrali sterująco-zasilającej urządzeń przeciwpożarowych. Posiada dwa sensory zamontowane pod kątem od 45 do 60 stopni i dysponuje sygnałami ultradźwiękowymi, które pozwalają określić prędkość i kierunek przepływu powietrza w tunelu.

Ze względu na szkodliwe i ciężkie warunki pracy w tunelach drogowych obudowa takich sensorów ultradźwiękowych wykonana jest ze stali kwasoodpornej i ma IP65. Pomiar wykonywany jest w zakresie od –20 do +20 m/s (minus oznacza kierunek przeciwny do kierunku ruchu pojazdów, a plus zgodny z tym kierunkiem) – jest to bardzo istotne dla algorytmu sterującego. Urządzenia te wykorzystywane są także w czasie pracy wentylacji pożarowej, będąc jednym z kluczowych elementów systemu. Dlatego powinny być wprowadzone do obrotu i stosowane w zakresie ochrony przeciwpożarowej w pierwszym systemie oceny i weryfikacji stałości właściwości użytkowych. W rozporządzeniu dotyczącym wyrobów budowlanych wymieniono np. czujniki ciśnienia, które można badać, utworzyć dla nich krajową ocenę techniczną i certyfikować jako oddzielne urządzenia czy oddzielne wyroby budowlane. Natomiast czujników prędkości przepływu nie ma w rozporządzeniu i z tego powodu – w zgodzie z aktualnym prawem – powinny być one elementami innego systemu, np. centrali sterująco-zasilającej w tunelu.

Może Cię zainteresuje: Rynek wentylatorów – stabilizacja i oczekiwanie na nowe wymagania

Na rys. 8 zilustrowane zostały schematy działania systemu wentylacji dla tunelu dwunawowego (każda nawa jest jednokierunkowa). W momencie wystąpienia zagrożenia pożarowego w którejkolwiek strefie nawy w czasie oddymiania powinno się załączyć tyle par wentylatorów, ile jest konieczne ze względu na utrzymanie wymaganej prędkości przepływu o odpowiednim kierunku. Sprawdzanie wartości prędkości przepływu odbywa się na bieżąco, a algorytm sterujący załącza lub wyłącza kolejny pary w celu utrzymania prędkości w wymaganych granicach. Natomiast w nawie ewakuacyjnej, aby nie doszło do podciągania i zasysania do niej dymu z nawy objętej pożarem, wentylatory powinny się włączyć w tym samym kierunku, w którym włączają się wentylatory w nawie objętej pożarem (w kierunku ruchu pojazdów) – sytuację tę ilustruje lewa górna część rys. 8. Ponieważ między nawami znajdują się przejścia i użytkownicy tunelu muszą się ewakuować z nawy objętej pożarem do sąsiedniej, nawa ewakuacyjna wymaga zabezpieczenia przed zassaniem dymu.

Ważne jest, aby nie nastąpiło uruchomienie wentylatorów znajdujących się najbliżej źródła pożaru, tam, gdzie strażacy muszą przystąpić do akcji gaśniczej. Praca wentylatorów w tym miejscu grozi bowiem rozwarstwieniem dymu i brakiem widoczności oraz dostępu do źródła pożaru.

Ważna jest regulacja wentylacji w czasie od 0 do T1, czyli od alarmu do końca ewakuacji. Może to trwać kilka minut i zależy od liczby dróg ewakuacyjnych do sąsiedniego tunelu, długości dojść i długości tunelu. W tym czasie należy utrzymywać prędkość przepływu w zakresie od –1,5 do 1,5 m/s (najlepiej od –0,5 do 0,5 m/s). Czyli jeżeli nastąpi wykrycie pożaru, należy sprawdzić, jaka jest prędkość i kierunek przepływu powietrza i włączyć odpowiednią liczbę par wentylatorów we właściwym kierunku, tak aby ruch powietrza wyhamować, żeby dym nie był rozprowadzany po całej długości tunelu, ale utrzymywał się w strefie objętej pożarem. Natomiast gdy następuje czas T2, czyli zakończenie ewakuacji, prędkość wentylacji w zależności od rozwiązania i długości tunelu oraz założeń projektowych powinna wynosić od 3 do 6 m/s. Czyli należy cały czas kontrolować, w którym kierunku odbywa się przepływ powietrza i jaką ma wartość, żeby załączyć odpowiednią liczbę par wentylatorów. System musi nadążnie sterować tymi wentylatorami w taki sposób, aby prędkość ta była utrzymywana. Warto pamiętać, że bezwładność systemu, czyli czas od włączenia pary wentylatorów do momentu osiągnięcia zamierzonego efektu w tunelu, wynosi ok. 1–1,5 min. Zatem zanim rozpędzimy albo wyhamujemy dany strumień powietrza w tunelu, minie ok. 1 min. Z tego wynika konieczność wykonania serii symulacji, które pomogą określić, ile par wentylatorów należy włączyć w razie wybuchu pożaru, aby skutecznie wyhamować ruch w zależności od wartości prędkości powietrza w tunelu, a następnie dołączać lub odłączać kolejne pary wentylatorów lub nie podejmować żadnych działań, gdy prędkość utrzymuje się w granicach projektowych. Nie należy się sugerować zmianą bądź jej brakiem po kilku sekundach – w praktyce należy stosować interwały czasowe ok. 1–1,5 min.

Fot. 4 ilustruje próby dymowe w tunelu – widać, że w czasie przewidzianym na ewakuację dym utrzymuje się w strefie i nie występuje przepływ powietrza przez tunel (dym gromadzi się w miejscu objętym pożarem). Z kolei po ewakuacji, w czasie pracy systemu oddymiania dym przemieszcza się w kierunku od nawy wjazdowej do wyjazdowej.

Na fot. 5 widać, że dym podgrzewany przez płomienie z tac przemieszcza się z prędkością od 3 do 6 m/s. W czasie prób nie ma wysokiej temperatury i nie unosi się ku samej górze – migruje w dużej przestrzeni tunelu. Próba dymowa ma jednak za zadanie przede wszystkim sprawdzenie działania systemu wentylacji i kierunków przepływu w tunelu i niniejsza potwierdza jego skuteczność.

Wyjątkiem od zasady, że przy wentylacji wzdłużnej należy oddymiać tunel zawsze zgodnie z kierunkiem jazdy, jest sytuacja, kiedy pożar wybucha przy portalu wjazdowym (rys. 9).

Stosując zasadę, że oddymiamy zgodnie z kierunkiem poruszania się samochodów, trzeba byłoby przepychać dym i mieszaninę gazów pożarowych od portalu wjazdowego przez cały tunel do portalu wyjazdowego. Dlatego jeśli pożar wystąpi w tej strefie bądź w dwóch pierwszych strefach nawy przy portalu wjazdowym, kierunek przepływu ustala się jako przeciwny do kierunku jazdy pojazdów. Dym i mieszanina gazów pożarowych mają wówczas najkrótszą drogę do opuszczenia tunelu. W nawie ewakuacyjnej wentylacja powinna pracować w tym samym kierunku co w nawie pożarowej, a więc tym razem kierunek wentylacji będzie w niej zgodny z kierunkiem jazdy samochodów. Chodzi o to, aby nie było możliwości zassania dymu z nawy objętej pożarem do nawy ewakuacyjnej. Na fot. 6 pokazano portal wjazdowy do nawy tunelu drogowego. Widać, że oddymiając przeciwnie do kierunku poruszania się samochodów, osiągniemy najlepsze efekty.

Istotnym elementem systemu jest panel obsługi dla straży pożarnej (fot. 7). Jest to również pełnowartościowa centrala sterująco-zasilająca urządzeń przeciwpożarowych. W przypadku tuneli o znacznej długości każda nawa powinna mieć swój panel dotykowy, z możliwością ręcznego sterowania wszystkimi elementami systemu (wentylatory, klapy przeciwpożarowe), załączenia odpowiedniej strefy pożarowej, czyli wywołania akcji w odpowiedniej strefie lub zatrzymania danej nawy czy części systemu w celu ułatwienia akcji ratowniczej po zakończeniu akcji gaśniczej. Komunikacja z takim panelem powinna być pętlowa (ograniczenie możliwości utraty funkcji nadzoru i sterowania), wykonywana najczęściej w standardzie światłowodowym (ze względu na znaczne odległości tunelu od budynków obsługi technicznej). Panel powinien również zapewniać wizualizację pracy wszystkich elementów systemu. Funkcje ręcznego sterowania powinny być zabezpieczone kodem dostępnym dla strażaka na poziomie drugim. Panel powinien mieć funkcje wyłączenia, załączenia, zmiany kierunku pracy każdej pary wentylatorów strumieniowych i głównych oraz otwarcia i zamknięcia przepustnic klap wentylatorów nawiewnych, a także zmiany kierunku przepływu nawy objętej pożarem oraz nawy ewakuacyjnej, wywołania konkretnego scenariusza pożarowego i resetu pożarowego (czy też blokady pracy systemu).

Przykładowo w jednym z tuneli podczas ćwiczeń służb ratowniczych, które przeprowadzono przed jego otwarciem, okazało się, że panel taki ma duże znaczenie, gdy jest zlokalizowany w pomieszczeniu obsługi, gdyż kierujący akcją ratowniczo-gaśniczą, obserwując sytuację na systemie monitoringu wizyjnego i termowizyjnego, mógł nadążnie ręcznie sterować pracą systemu wentylacji pożarowej w sytuacji, w której uznał to za konieczne – ułatwiając działania służb. Mając również kontakt z prowadzącymi akcję bezpośrednio w tunelu, mógł reagować na sugestie pochodzące z miejsca zdarzenia, gdzie zdecydowano o wyłączeniu wentylacji w nawie objętej pożarem w sytuacji usunięcia zagrożenia i oddymienia nawy, gdy pracujące wentylatory mogły utrudniać działania służb ratowniczych.

Fot. 8 przedstawia wizualizację w systemie BMS tunelu – widoczne są: nawa objęta pożarem, nawa ewakuacyjna oraz przejścia poprzeczne (ewakuacyjne). Załączyły się pary wentylatorów w nawie objętej pożarem (poza parą najbliżej miejsca pożaru) oraz pary wentylatorów strumieniowych w nawie ewakuacyjnej – z wyjątkiem sześciu par, aby w przypadku otwartego przejazdu w środku tunelu pomiędzy nawami utrzymany był kierunek przepływu powietrza z nawy ewakuacyjnej do nawy objętej pożarem i nie występował przepływ dymu z nawy objętej pożarem do nawy ewakuacyjnej, a w nawie ewakuacyjnej włączone są pary wentylatorów w odpowiednim kierunku. Widać wentylatory główne i przepustnice. W przejściach poprzecznych zastosowano nadciśnieniowy system zapobiegania zadymieniu, który utrzymuje wymagane nadciśnienie w przypadku drzwi zamkniętych lub wymagany przepływ w przypadku drzwi otwartych. Powietrze do nadciśnieniowego zabezpieczenia przejścia czerpane jest zawsze z nawy ewakuacyjnej.

Podsumowanie

Wentylacja tuneli to zadanie złożone i ważne jest, aby na etapie projektowania elementów i rozwiązań zarządzenia użytkowaniem i bezpieczeństwem tunelu przewidzieć wzajemne powiązania miedzy poszczególnymi systemami obiektu, a na etapie wykonawstwa i prób, podczas uruchomień i odbiorów sprawdzić realizację przyjętych założeń i poprawność funkcjonowania elementów bezpieczeństwa i zastosowanych systemów zasilania i sterowania urządzeniami.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 24 czerwca 2022 r. w sprawie przepisów techniczno-budowlanych dotyczących dróg publicznych (DzU 2022, poz. 1518)

2. Materiały techniczne firm: Ardor, Neuron – Grupa TECH, Voltar System