Stałe urządzenia gaśnicze na mgłę wodną

Zapewnienie ewakuacji osób z miejsc przebywania zbiorowego w czasie pożaru to ogromny wysiłek dla odpowiednich służb, ale też wielobranżowe wyzwanie dla rzeczoznawcy, architekta oraz projektanta wentylacji i stałych urządzeń gaśniczych. Te ostatnie w Polsce nie są zazwyczaj kojarzone z ochroną życia ludzkiego, ale ochroną mienia. Jednak w Stanach Zjednoczonych i zachodniej Europie oraz w Skandynawii znaczenie SUG-W w strategii ewakuacji ludzi, zwłaszcza tych z ograniczoną mobilnością, jest znane od dawna. Amerykańska organizacja National Fire Sprinkler Association (NFSA) promuje stosowanie tryskaczy w domach opieki, szpitalach i budownictwie mieszkaniowym hasłem: Fire sprinklers buy time. Time buys life (Tryskacze kupują czas. Czas kupuje życie).

Trudno się nie zgodzić z tym stwierdzeniem, mając na uwadze fakt, że zadaniem tryskacza (klasycznego lub mgłowego) jest aktywowanie się we wczesnej fazie rozwoju pożaru oraz lokalizacja i stłumienie ognia. Już sama ta funkcja podstawowa pozwala zatem „kupić czas”, czyli powstrzymać rozwój pożaru i ograniczyć produkcję śmiertelnego dymu. Ramy czasowe, jakimi dysponujemy na ewakuację użytkowników w przypadku obiektu niechronionego instalacją wodną, wynoszą ok. 3 min od zapłonu do rozgorzenia (ang. flashover). W wielu przypadkach bezpieczna i zorganizowana ewakuacja bez zastosowania SUG-W jest po prostu niewykonalna. Mgła wodna ma dla ewakuacji użytkowników dodatkowe ważne zastosowanie – chłodzenie otoczenia. Jej właściwości pochłaniania energii cieplnej sprawiają, że pożar jest odgradzany kurtyną mgłową chroniącą ludzi przed wpływem wysokich temperatur.

Mniejsze struktury kropel w strumieniu mgły wodnej odparowują szybciej niż w tryskaczach klasycznych, a co za tym idzie, w sposób bardziej efektywny wykorzystują zasób wody do chłodzenia. Mniejsza ilość wody oznacza nie tylko mniejsze zbiorniki przeciwpożarowe, dla których trudno znaleźć miejsce w istniejących obiektach, ale również mniejsze straty wodne w przypadku zadziałania systemu. Nie tylko areszty i więzienia, ale również hotele i szpitale to miejsca, w których może dojść do celowego lub przypadkowego aktywowania instalacji gaśniczej poprzez uszkodzenie ampułki dyszy/tryskacza. Dla zobrazowania różnicy wydatku wodnego w takiej sytuacji należy policzyć wypływ z tryskacza oraz dyszy mgłowej przy ciśnieniu dostępnym z pionu. Jedna dysza spowoduje załączenie się pomp głównych, ale przepływ będzie dużo mniejszy niż dla strefy obliczeniowej, więc straty będą niemal pomijalne. Pompy tryskaczowe mogą również pracować na początku swojej charakterystyki, podając wyższe ciśnienie niż przyjmowane do obliczeń strefy najbardziej niekorzystnej. Na potrzeby artykułu przeanalizowano rzeczywiste warunki projektowe w przypadku Krajowego Centrum Pulmonologii Korányi w Budapeszcie (Węgry).

Projekt został wykonany na dyszach mgłowych niskociśnieniowych typu OH-VSO oraz OH-PX2 systemu VID Fire-Kill. Zestaw pompowy został dobrany na wydajność 1100 l/min i ciśnienie 14 bar, z systemem kontroli prędkości obrotowej w celu utrzymania stałego ciśnienia (rys. 1). Alternatywnie rozpatruje się tryskacze K80, które w przypadku niekorzystnej strefy OH3 zapewniłyby zapotrzebowanie na wodę w ilości 2100 l/min. Ciśnienie na pompie przyjęto w tym przypadku na poziomie 8 bar (rys. 2). Szczegóły tego projektu omówione zostaną w dalszej części artykułu.

Może Cię zainteresuje: Wentylacja pożarowa chroni ludzkie życie, dlatego jest wyzwaniem dla projektantów

Obliczenie przepływu wody wymaga podania współczynnika k oraz ciśnienia roboczego zastosowanej dyszy. Stosowane w tym celu równanie wygląda następująco:

gdzie:

q – natężenie przepływu, l/min;

p – ciśnienie robocze, bar;

K – współczynnik k (metryczny).

Dla tryskacza K80 q = 80 · √–8 = 226 l/min. Natomiast dla dyszy OH-VSO o współczynniku k 16,7 q = 16,7 · √–14 = 62,5 l/min.

Przykład ten pokazuje, że przypadkowe aktywowanie tryskacza wywołuje prawie czterokrotnie wyższy przepływ niż aktywowanie dyszy mgły wodnej niskociśnieniowej. Jest to zatem jeden z czynników, które inwestor powinien wziąć pod uwagę przy wyborze systemu gaśniczego.

Kolejnym ważnym aspektem ochrony zdrowia osób ewakuowanych z palącego się obiektu jest walka z dymem i niebezpiecznymi gazami, które znacznie częściej niż sam ogień powodują śmierć w czasie pożaru. Możemy sobie wyobrazić, że w przypadku szpitala lub domu opieki, w którym przebywają osoby o mniejszej wydolności organizmu, czas potrzebny do tego, by dym pochłonął kilka ofiar, jest krótszy niż np. w galerii handlowej. Stałe Urządzenia Gaśnicze Wodne ograniczają powstawanie dymu poprzez kontrolę rozwoju i ograniczanie pożaru. Mgła wodna dysponuje dodatkowym mechanizmem – lepiej zatomizowany strumień wodny pochłania pyły i częściowo gazy zawarte w dymie, stając się swoistym filtrem.

4 i 5 czerwca 2022 r. fundacja cfbt.pl zorganizowała „Warsztaty ogniowe – Chojnice 2022” mające na celu edukację i wspieranie rozwoju techniki ratowniczej straży pożarnej w Polsce. Częścią programu szkolenia były pokazy jednoczesnego spalania pianki meblowej w dwóch jednakowych pomieszczeniach testowych. W widocznej na fot. 1 prawej komorze testowej, w suficie znajdującym się na wysokości 2,4 m, zamontowano jednoampułkową dyszę mgły wodnej Fire-Kill serii OH. Z prawej strony komory doprowadzono wężem strażackim DN 25 wodę z pompy strażackiej znajdującej się na wozie postawionym nieopodal. Ciśnienie na dyszy wynosiło ok. 6 bar. W lewej komorze testowej nie było żadnej ochrony. Celem testu było pokazanie różnicy w rozwoju pożaru pomiędzy dwoma rozwiązaniami – bez i z ochroną SUG-W. Zważywszy na fakt, że większość szpitali oraz domów opieki nie posiada żadnej aktywnej, automatycznej ochrony przeciwpożarowej, a powszechnie stosowane są materace z pianki, do pokazu użyto tego właśnie materiału. Pomimo że warunki działania systemu gaśniczego były niekorzystne i niezgodne z zastosowaniem z powodu przenikania powietrza przez jedną ze ścian zamodelowanego pomieszczenia i dostarczanie dużych ilości tlenu podsycającego ogień, wyniki doświadczenia pokazują wyraźnie, w jaki sposób instalacja mgły wodnej „kupuje czas” na ewakuację ludzi.

Od frontu do górnej części obu pomieszczeń testowych przymocowano pasek poliwęglanu o wymiarach 1,8×0,3 m. Materiał ten upłynnia się w temperaturze 230°C, a jego granicą plastyczności jest 130°C. Fot. 2 ilustruje warunki temperaturowe, jakie panowały w niechronionym pomieszczeniu po upływie niecałych 3 min. Przyjmując, że gorące gazy mogły stosunkowo swobodnie ulatniać się z pomieszczenia, a jedynymi palnymi materiałami były kawałek pianki meblowej oraz boazeria 2×2 m na tylnej ścianie, osiągnięcie takiego rozwoju pożaru w tak krótkim czasie potwierdza jedynie postawioną wcześniej tezę, że ewakuacja osób z ograniczoną mobilnością ze szpitala bez ochrony SUG-W byłaby praktycznie niemożliwa. Jednocześnie należy zwrócić uwagę, że w pomieszczeniu chronionym przez SUG-W poliwęglan nie jest nawet odkształcony.

Wspomniane wcześniej właściwości filtracyjne dymu dzięki zastosowaniu mgły wodnej pokazane zostały na fot. 3. Z pomieszczenia niechronionego wydobywa się czarny dym, który szybko zabierany jest przez wiatr w lewą stronę, a pomiędzy dwiema komorami testowymi mamy przestrzeń, w której nie widać czarnej smugi dymu. Z pomieszczenia chronionego wydobywa się jedynie para wodna i sama mgła wodna, na co wskazuje widoczna w części środkowej komory tęcza.

Podobne wnioski zostały wysnute w styczniu 2022 r. podczas testów pożarowych w pełnej skali przeprowadzonych w laboratorium akredytowanym DFL w Danii, na zlecenie biura inżynierii pożarowej RHT Sicherheitstechnik, na zgodność z austriackimi wytycznymi OIB. Celem testów było udowodnienie skuteczności pochłaniania energii cieplnej i niedopuszczanie do rozprzestrzeniania się ognia pionowo po elewacji do pomieszczeń położonych powyżej pożaru. Warunkiem testu było ulokowanie dyszy tak, aby nie gasiła ognia, a jedynie stanowiła kurtynę. Moc pożaru wewnątrz pomieszczenia wynosiła 15 MW, pomiary trwały 30 min. Otwór, jaki chroniła dysza, miał wymiary 5×3 m i był pozbawiony szyby. Na fot. 3 widać rozgorzały już pożar utrzymany wewnątrz pomieszczenia. Ilość dymu, jaka wydostaje się na zewnątrz, jest znikoma w porównaniu do swobodnego spalania. Jeszcze ciekawsze okazały się wyniki pomiarów temperatury i strumienia przewodzonego na zewnątrz ciepła (rys. 3). Temperatura w pomieszczeniu powyżej pożaru została zmniejszona z maksymalnych 500°C zaobserwowanych w teście swobodnego spalania do 117°C. Strumień ciepła ograniczono zatem nawet o 87%. Płomień nie wydostał się na zewnątrz i nie miał szans przenieść pożaru po fasadzie. Mgła wodna udowadnia więc swoją przydatność do ograniczenia tego typu ryzyka, a także do znaczącej poprawy warunków ewakuacji. Mając na uwadze fakt, że hotele i szpitale są często budynkami wielopiętrowymi, zastosowanie dysz mgłowych do ograniczenia rozprzestrzeniania się pożaru po elewacji również jest zasadne, zwłaszcza w świetle licznych na świecie pożarów budynków z udziałem palnych elewacji.

Opisane powyżej zalety mgły wodnej pozwalają łatwiej podjąć decyzję, czy i jak chronić obiekty przeznaczone do zamieszkania zbiorowego oraz do użytku osób o ograniczonej zdolności poruszania się. Zgodnie z PN-EN 14972-1 [4] do zaprojektowania systemu mgły wodnej w tego typu obiektach możemy się posłużyć m.in. protokołem testowym opisanym w trzeciej serii standardów, czyli w normie PN-EN 14972-3 [1], powstałej na podstawie wytycznych VdS 3883-1 [5]. Testy wykonywane były podobnie jak w przypadku garaży w odniesieniu do tryskaczy. Zgodnie z zakresem stosowania możemy z tego protokołu skorzystać w przypadku większości powierzchni projektowanego obiektu (tabela 1).

Zobacz także: Systemy wentylacji pożarowej przeznaczone do stosowania w garażach zamkniętych

Testy pożarowe dotyczące obszarów ryzyka wymienionych w tabeli 1 wykonuje się zgodnie z PN-EN 14972-3 [1] dla specjalnego niekorzystnego ustawienia materacy z pianki polietylenowej o znormalizowanym cieple spalania. Układ materacy na metalowych ramach o określonej w normie budowie zobrazowano na rys. 4 i 5 oraz fot. 5. Test ma odzwierciedlać najbardziej niekorzystny scenariusz, jaki może dotyczyć przestrzeni z danego zakresu zastosowania. Z wykorzystaniem materacy wiąże się wysokie ryzyko gwałtownego rozwoju pożaru, ale w zwykłym płaskim ustawieniu łóżka są łatwiejsze do ugaszenia niż np. sofy, których budowa i ustawienie może stanowić przeszkodę dla systemu gaśniczego. Z tego powodu do testu wybrano cztery sofy zestawione ze sobą na wzór spotykany np. w poczekalniach czy recepcjach hotelowych.

Protokół przewiduje wykonanie serii ośmiu testów dla jednego zatwierdzenia dyszy mgłowej wg zestawienia w tabeli 2. Cztery testy podstawowe są następnie powtarzane w celu stworzenia reprezentatywnej próbki. Ewaluacja wyników polega na porównaniu średniego procentowego zniszczenia materiału palnego w czasie testów tryskaczowych oraz wyliczeniu średnich temperatur na poziomie sufitu z czterech szczytowych odczytów spisanych po aktywacji pierwszego tryskacza. Wyniki tożsamych wartości dla mgły wodnej muszą być takie same lub niższe niż w przypadku testów referencyjnych z tryskaczami.

W aplikacji tej, aby mgła wodna została zaakceptowana, wystarczy jeśli jej zastosowanie przyniesie taki sam rezultat jak wykorzystanie tryskaczy. Inaczej niż w testach garażowych, gdzie mgła musiała być lepsza, żeby zostać zaakceptowana. Warunkiem dodatkowym jest liczba aktywowanych dysz – w każdym teście wyzwolone mogą być maksymalnie cztery dysze i tylko jedna z nich może się znajdować poza najbliższym pierścieniem wokół materiału palnego. Jest to ważny parametr projektowy, ponieważ uruchomienie dalszych dysz mogłoby wpłynąć w warunkach pożaru na wyzwolenie zbyt dużej powierzchni zadziałania i pompa mogłaby nie zapewnić parametrów projektowych przepływu i ciśnienia. Skończyłoby się to rozpropagowaniem pożaru poza strefę działania mgły. Rozstaw dysz i układ pierścieni przedstawia rys. 6. Dysze przetestowane w ten sposób na podstawie opracowanego po testach DIOM-u [3] oraz standardu projektowego PN-EN 14972-1 [4] można dobierać do projektów instalacji dla wybranego obszaru zastosowania zgodnie z [1], tabela 1. W roku 2022 instalacja mgły wodnej niskociśnieniowej została zaprojektowana dla budynku Krajowego Centrum Pulmonologii Korányi w Budapeszcie. Inwestor podjął decyzję o zastosowaniu tego systemu ze względu na kilka czynników:

1. Lepszy efekt chłodniczy niż w przypadku klasycznych tryskaczy:

a. przeprowadzono analizy CFD dla budynku i na podstawie pozytywnych wyników symulacji warunków temperaturowych w czasie pożaru udało się dostosować poziom ochrony pasywnej i instalacji HVAC. Oszczędności uzasadniły wyższy koszt systemu gaśniczego;

b. lepszy efekt chłodniczy to łatwiejsza ewakuacja i większe bezpieczeństwo osób przebywających w szpitalu.

2. Mniejsze straty wodne w przypadku nieuzasadnionego wyzwolenia systemu.

3. Lepsza jakość wody w systemie dzięki zastosowaniu rur ze stali niedrzewnej. Wyzwolenie systemu powoduje mniejsze straty i zagrożenie dla zdrowia niż w przypadku rur tryskaczowych pełnych mułu i rdzy.

4. Możliwość zastosowania mniejszych zbiorników i rur, co jest szczególnie istotne w przypadku remontu istniejącego budynku, jakim jest centrum pulmonologii.

Dla przestrzeni korytarzy i sal pooperacyjnych zastosowano dysze testowane wg protokołu EN 14972-3 [1] typu OH-VSO, założono jednoczesne zadziałanie 6 dysz lub przyjęcie powierzchni 72 m² – zależnie od tego, która wartość będzie większa. Uzyskano w ten sposób zapotrzebowanie na wodę w ilości 280–320 l/min na strefę zadziałania, w zależności od odległości do pompowni. Najbardziej niekorzystną strefą okazała się duża maszynownia HVAC zlokalizowana na przedostatnim piętrze (rys. 8). W przypadku tego obszaru zastosowano dysze testowane na kategorię zagrożeń OH3, które nie są przedmiotem niniejszego artykułu.

Z kolei w Hospital Center of Libourne w Bordeaux, zastosowano mgłę wodną tylko w części remontowanego budynku na potrzeby podziemnych garaży. Zapotrzebowanie na miejsca parkingowe znacząco wzrosło, tworząc dodatkowe zagrożenie pożarowe. Ze względu na brak miejsca na dużą pompownię i zbiornik wodny zastosowano dysze OH-UPR dla klasyfikacji OH₂ zgodnie z testami opisanymi w poprzednim artykule [2].

Podsumowanie

Szpitale i domy opieki wymagają specjalnego spojrzenia na kwestię bezpieczeństwa pożarowego w kontekście osób o ograniczonej mobilności i obniżonej odporności. Systemy, które mają za zadanie walczyć z pożarem, mogą lepiej lub gorzej „kupić czas” potrzebny na bezpieczną ewakuację ludzi. Mgła wodna idealnie wpisuje się w ten scenariusz, co sprawia, że rośnie jej popularność wśród projektantów i inwestorów poszukujących skutecznych rozwiązań dla swoich obiektów. Standardy PN-EN 14972-1 oraz PN-EN 14972-3 dają solidne podstawy do zaprojektowania i wykonania bezpiecznej instalacji gaśniczej.

Literatura

1. PN-EN 14972-3:2022-01 Stałe urządzenia gaśnicze. Zestawy instalacji mgły wodnej. Cz. 3: Protokół badania dla zestawów automatycznych dysz w obiektach biurowych, szkołach i hotelach

2. Siemiątkowski Gniewosz, Stałe urządzenia gaśnicze na mgłę wodną. Projektowanie systemów mgły wodnej – cz. 2. Garaże podziemne, „Rynek Instalacyjny” 7–8/2022, rynekinstalacyjny.pl

3. VID Fire-Kill DIOM CEN EN 14972 nr 210125-01-I OH-CEN DIOM wersja I

4. PN-EN 14972-1:2021-05 Stałe urządzenia gaśnicze. Zestawy instalacji mgły wodnej. Cz. 1: Projektowanie, instalacja, przegląd i konserwacja

5. VdS 3883-1 Fire test protocol for water mist systems. Part 1: Protection of office spaces and accommodation areas

6. Siemiątkowski Gniewosz, Stałe urządzenia gaśnicze na mgłę wodną. Projektowanie systemów mgły wodnej – cz. 1, „Rynek Instalacyjny” 5/2022, rynekinstalacyjny.pl

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!