Detektory gazów i ich rola w wentylacji garaży

Przepisy zawarte w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], regulują m.in. kwestię wentylacji garaży. W zależności od lokalizacji garażu, jego wielkości i tego, czy jest on otwarty, czy zamknięty, wymagają stosowania różnych rozwiązań.

Garaże

• Garaże otwarte wymagają stosowania przewietrzania naturalnego – łączna wielkość niezamykanych otworów w ścianach zewnętrznych na każdej kondygnacji nie może być mniejsza niż 35% powierzchni jej ścian. Na ścianach tych można stosować stałe przesłony żaluzjowe, które nie ograniczają wolnej powierzchni otworu. Maksymalna odległość pomiędzy przeciwległymi ścianami z otworami wynosi 100 m. Kolejny wymóg dla garaży otwartych to maksymalnie 0,6 m zagłębienia najniższego poziomu posadzki w stosunku do poziomu terenu bezpośrednio przylegającego do ściany zewnętrznej garażu. Jeśli zagłębienie posadzki jest większe, należy zastosować fosę (§ 108.2).

• Garaże zamknięte nieogrzewane nadziemne wolnostojące i przybudowane lub wbudowane w inne budynki powinny mieć wentylację co najmniej naturalną (grawitacyjną) dzięki zastosowaniu otworów wentylacyjnych nie mniejszych niż 0,04 m² przypadające na każde stanowisko postojowe, umieszczonych w ścianach przeciwległych lub bocznych bądź we wrotach garażowych (§ 108.1.1).

• Garaże zamknięte do 10 stanowisk postojowych ogrzewane nadziemne lub częściowo zagłębione powinny mieć wentylację co najmniej naturalną (grawitacyjną) zapewniającą 1,5-krotną wymianę powietrza na godzinę. Jest to sugestia zastosowania wentylacji mechanicznej – kanałów wentylacyjnych lub wentylatorów kierunkowych (§ 108.1.2).

• W przypadku garaży zamkniętych powyżej 10 stanowisk postojowych oraz z kanałami rewizyjnymi służącymi do profesjonalnej obsługi i naprawy samochodów bądź znajdującymi się w garażach wielostanowiskowych – należy stosować wentylację mechaniczną sterowaną czujkami niedopuszczalnego poziomu stężenia tlenku węgla (§ 108.1.3).

• Garaże zamknięte z samochodami na LPG – jeśli dopuszcza się parkowanie samochodów zasilanych gazem propan-butan i poziom podłogi znajduje się poniżej poziomu terenu, należy stosować wentylację mechaniczną sterowaną czujnikami niedopuszczalnego poziomu stężenia gazu propan-butan (§ 108.1.4). W takich garażach zabronione jest instalowanie studzienek rewizyjnych (§ 281) i tym samym nie powinny się w nich znajdować miejsca, w których mógłby się gromadzić gaz cięższy od powietrza – w razie wycieku powinien się on rozlać po dużej płaskiej powierzchni.

• Garaże zamknięte o powierzchni powyżej 1500 m² wymagają stosowania samoczynnych urządzeń oddymiających (§ 277.4).

Silniki i spaliny

Za najlepszy wskaźnik jakości powietrza zanieczyszczonego spalinami w garażach uznawany jest poziom tlenku węgla, dlatego detektory tego gazu wykorzystywane są jako sterowniki wentylacji mechanicznej w garażach i warunki techniczne [1] wyraźnie określają, gdzie powinny one zostać zastosowane. Nie ma natomiast w tym rozporządzeniu wymagań określających maksymalny poziom stężenia tlenku węgla w garażach. Z tego powodu projektanci korzystają z regulacji zawartych w rozporządzeniu w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy [2], określających m.in. najwyższe dopuszczalne stężenia na stanowiskach pracy – dla tlenku węgla wynoszą one:

• NDS – najwyższe dopuszczalne stężenie – 23 mg/m³ (20 ppm),
• NDSCh – najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe – 117 mg/m³ (100 ppm),
• NDSP – najwyższe dopuszczalne stężenie pułapowe – nieustalone,

gdzie:

• NDS – wartość średnia ważona stężenia, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego dobowego i przeciętnego tygodniowego wymiaru czasu pracy przez okres jego aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń;
• NDSCh – wartość średnia stężenia, które nie powinno spowodować ujemnych zmian w stanie zdrowia pracownika, jeżeli występuje w środowisku pracy nie dłużej niż 15 minut i nie częściej niż 2 razy w czasie zmiany roboczej, w odstępie czasu nie krótszym niż 1 godzina;
• NDSP – wartość stężenia, która ze względu na zagrożenie zdrowia lub życia pracownika nie może być w środowisku pracy przekroczona w żadnym momencie.

Niemieckie wytyczne zalecają przyjmowanie do obliczeń wentylacji w garażach stężenia wynoszącego 60 ppm jako wartości średniej ważonej 15-minutowej.

Tlenek węgla jest traktowany jako gaz odniesienia w stosunku do pozostałych zanieczyszczeń powietrza wewnątrz garażu [3]. Jest dobrym znacznikiem ilości spalin z silników iskrowych benzynowych, ale w garażach są też samochody napędzane silnikami wysokoprężnymi, które emitują bardzo małe ilości CO i z tego względu jego detektory nie zareagują, pomimo że powietrze będzie zanieczyszczone innymi substancjami szkodliwymi dla zdrowia, m.in. CO₂, tlenkami azotu, sadzą i węglowodorami.

W garażach zamkniętych sterowanie wentylacją warto oprzeć także na detektorach dwutlenku węgla. Gaz ten znajduje się w każdych spalinach i można go mierzyć za pomocą sensorów optycznych pracujących w podczerwieni. Od silników spalinowych wymaga się coraz mniejszej emisji i tym samym zawartość tlenku węgla w spalinach samochodów stale spada. Kilkanaście lat temu przyjmowano, że jest w nich ok. 4,5% CO, obecnie poniżej 0,5%. Pomimo to wydajność wentylacji projektuje się, przyjmując stężenie 4% CO w spalinach ze względu na emisję dużych ilości tego związku przez nierozgrzane silniki.

W przypadku jednoczesnego uruchomienia w garażu kilku nierozgrzanych samochodów mogłoby dojść nawet do śmiertelnego w skutkach zatrucia. System detekcji powinien stale monitorować skład powietrza w różnych miejscach garażu i w przypadku przekroczenia dopuszczalnych wartości CO stopniowo zwiększać wydajność pracy urządzeń wentylacyjnych.

Przekroczenie drugiego progu stężenia CO powinno wywołać intensywniejszą wentylację oraz włączenie sygnalizatorów optycznych widocznych dla osób wewnątrz garażu i planujących do niego wejść. Sygnały powinny być krótkie i jednoznaczne – z ostrzeżeniem oraz nakazem opuszczenia garażu lub zakazem wejścia i wjazdu. Sygnały dźwiękowe mogą być mylone z alarmami samochodowymi i tym samym lekceważone.

Optymalne rozwiązanie to komunikaty głosowe i tablice z wyświetlanym tekstem oraz sygnalizacja stanu zagrożenia, np. za pomocą kolorowych świateł pulsacyjnych.

Silniki i gazy wybuchowe – LPG i CNG

Samochody są zasilane także mieszanką gazów propan-butan lub metanem. Detektory LPG służą jako sterowniki uruchamiające wentylację mechaniczną w przypadku wycieku tego gazu, a ich stosowanie wymagane jest w garażach zamkniętych, w których dopuszcza się parkowanie takich samochodów i gdzie podłoga znajduje się poniżej poziomu terenu (§ 108.1.4).

Przepisy na razie nie określają wymagań dla garaży, w których parkują samochody osobowe z silnikami zasilanymi sprężonym gazem ziemnym – CNG (metanem). Jednak przy projektowaniu i budowie lub modernizacji instalacji wentylacyjnych w garażach zamkniętych warto przewidzieć w instalacji miejsce na detektory CNG.

W przyszłości projektanci być może będą projektować również garaże dla samochodów zasilanych wodorem. Z drugiej jednak strony – nie można wykluczyć, że nowoczesne samochody osobowe będą zasilane tylko energią elektryczną i wentylacja usuwająca spaliny z silników i wycieki gazów wybuchowych będzie zbędna.

Detektory

Detektory CO należy montować z dala od źródeł ciepła, otworów nawiewnych i wywiewnych, w miejscach, gdzie nie będą one narażone na uszkodzenia mechaniczne i działanie silnych pól magnetycznych. Powinny być montowane w miarę możliwości równomiernie w całym garażu z uwzględnieniem wytycznych projektanta budynku i zaleceń montażowych producenta urządzeń. Instaluje się je ok. 1,7–2 m nad poziomem podłogi, tj. na wysokości, z której czerpiemy powietrze do oddychania.

Detektory LPG mają kontrolować ewentualne wycieki wybuchowego gazu propan-butan. Gdy przekroczona jest ściśle określona wartość progowa (5–30% dolnej granicy wybuchowości), detektor uruchamia wentylację mechaniczną i sygnalizację alarmową. Niektóre detektory można włączyć do instalacji detekcji CO, dla innych należy wykonać oddzielną instalację. Montuje się je możliwie jak najniżej i nie wyżej niż 30 cm nad poziomem posadzki. Na tej wysokości są one narażone na przypadkowe uszkodzenia, dlatego warto je zabezpieczyć specjalnymi osłonami. Dostępne są też modułowe detektory dwufunkcyjne do ciągłej ochrony przez emisją CO i LPG. Element główny montuje się na wysokości odpowiedniej dla detekcji CO, a moduł LPG nisko nad posadzką.

Detektory CO₂ do sterowania wentylacją garaży oferowane są m.in. jako mikroprocesorowe detektory dwugazowe przeznaczone do ciągłej kontroli obecności CO i CO₂. Sensory tlenku węgla mogą być półprzewodnikowe z filtrem węglowym, a w przypadku dwutlenku węgla z sensorami optycznymi pracującymi w podczerwieni (typu infrared − IR).

Eksploatacja detektorów

Najczęściej stosuje się proste w obsłudze systemy działające automatycznie, z detektorami progowymi sygnalizującymi przekroczenie dwóch lub trzech stężeń alarmowych. Wyposaża się je dodatkowo w sygnalizację awarii, braku zasilania albo dewastacji.

Detektory powinny być trwałe i mało wrażliwe na inne gazy oraz niskie i wysokie temperatury otoczenia. Nie powinny wymagać częstych kalibracji. Częstotliwość ta zależy od rodzaju zastosowanego w detektorze sensora – elektrochemiczne należy kalibrować co 6 miesięcy, a półprzewodnikowe raz na 3 lata. Żywotność sensorów elektrochemicznych wynosi 2 lata, a półprzewodnikowych powyżej 10 lat w warunkach normalnej eksploatacji.

Są też cyfrowe detektory z sensorami półprzewodnikowymi, które nie wymagają stosowania central alarmowych i działają w pełni automatycznie, bez konieczności bieżącej obsługi, ale także one wymagają okresowych przeglądów i kalibracji.

Dzięki zastosowaniu wymiennych modułów sensorów kalibracja przebiega bardzo szybko – wystarczy wymienić moduł sensora na inny, wcześniej skalibrowany. Takie czynności może wykonać administrator systemu bez konieczności demontowania całego detektora z instalacji.

Są też detektory, w których sensory można skalibrować w trakcie pracy systemu bez konieczności ich wyjmowania i otwierania urządzeń. Trzeba mieć jednak do tego odpowiedni sprzęt służący komunikacji z detektorem (na podczerwień) i magnes do uruchomienia trybu testowego. Taki sposób kalibracji znacznie skraca jej czas i umożliwia odczyt zapamiętanych przez detektor informacji o jego pracy (liczba alarmów, czas pracy w stanach alarmowych, terminy kalibracji). Analiza tych danych pozwala zoptymalizować ustawienia parametrów pracy systemu wentylacji.

W dużych zamkniętych garażach personel powinien sprawdzać system raz na kwartał, zwłaszcza prawidłowość działania poszczególnych progów alarmowych, i sporządzać z takich kontroli protokół. Kalibracja detektorów powinna być wykonywana ściśle według wymagań producenta systemu.

Instalacja pożarowa

W garażach zamkniętych o powierzchni całkowitej przekraczającej 1500 m2 należy stosować samoczynne urządzenia oddymiające. Względy eksploatacyjne i koszty inwestycyjne powodują, że stosuje się systemy wentylacji łączące funkcje bytowe i pożarowe. Priorytetem jest jednak zawsze funkcja ochrony przeciwpożarowej i w garażach zamkniętych należy stosować wyłącznie układy wentylacji mechanicznej [6, 7]. Może to być system wentylacji kanałowej lub strumieniowej.

Wentylacja kanałowa wymaga zastosowania do funkcji bytowej i pożarowej przewodów i urządzeń (wentylatorów, klap odcinających) o parametrach wymaganych dla tej drugiej funkcji – czyli dla znacznie wyższych temperatur oraz większych krotności wymian. Ponadto budowa instalacji i jej prowadzenie musi uwzględniać wymagania przepisów przy przechodzeniu przez strefy ppoż.

Wentylacja strumieniowa (bezkanałowa) to wentylatory strumieniowe kierujące przepływ dymu do wybranej strefy. Jej główną zaletą jest oszczędność przestrzeni, którą zajmowałyby kanały wentylacyjne. Rozwiązanie to stosowane jest w przypadku niskich garaży. Zastosowanie wentylatorów strumieniowych wymaga jednak doświadczenia w projektowaniu takiej instalacji oraz ścisłej współpracy z producentem i przeprowadzenia symulacji. 

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).
2. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 6 czerwca 2014 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (DzU 2014, poz. 817).
3. Charkowska A., Wentylacja bytowa garaży zamkniętych – metody obliczeniowe wg niemieckich wytycznych, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2012.
4.  Charkowska A., Rozwiązania techniczne wentylacji garaży, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2012.
5. Joniec W., Sterowanie wentylacją garaży – detektory gazów, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2013.
6. Kubicki G., Wentylacja pożarowa garaży, „Chłodnictwo i Klimatyzacja” nr 5/2011.
7. Węgrzyński W., Krajewski G., Systemy wentylacji pożarowej garaży. Projektowanie, ocena, odbiór, Wytyczne ITB, Warszawa 2015.
8. Materiały producentów systemów detekcji gazów.