Przykłady rozwiązań wentylacji pożarowej w budynkach (cz. 1)

Oddymnianie pomieszczań wielkokubaturowych

W obiektach takich jak hale produkcyjne, magazyny, pomieszczenia handlowe czy atria powszechnie stosuje się oddymianie dachowe (rys. 1). Realizowane jest ono poprzez system oddymiania grawitacyjnego z użyciem klap dymowych, wykorzystujący zjawisko unoszenia się gorących gazów, lub system oddymiania wymuszonego pracą wentylatorów. Wraz z dymem odprowadzane jest również emitowane podczas pożaru ciepło. Wielkości otworów wyciągowych dymu zależą m.in. od zakładanego czasu rozwoju pożaru, jego szybkości rozprzestrzeniania się oraz powierzchni hali (tab. 1).

Ze względu na bezpieczeństwo osób przebywających w tych budynkach istotne jest efektywne usuwanie dymu z przestrzeni podstropowej. Przestrzeń tę dzieli się zazwyczaj za pomocą kurtyn na mniejsze, bardziej efektywne sektory oddymiające, a każdy sektor wyposaża się w klapy dymowe bądź wentylatory oddymiające. Zastosowanie kurtyn dymowych, a tym samym podział pomieszczeń na sektory, umożliwia ograniczenie rozprzestrzeniania się przez pewien czas gorących gazów, co pozwala zmniejszyć również zasięg pożaru.

Maksymalne odległości pomiędzy kurtynami zależą od przeznaczenia pomieszczenia i wahają się od 50 do 75 m [3]. Poza kurtynami dymowymi w pomieszczeniach hal produkcyjnych stosuje się także tzw. fartuchy dymowo-cieplne, wykonane np. z blachy stalowej lub płyt gipsowo-kartonowych (rys. 2). Fartuchy te powinny sięgać tak nisko, jak to tylko możliwe ze względów eksploatacyjnych. Jeżeli dach jest podzielony w strefie podsufitowej na mniejsze odcinki, podstrefy, to na każdą z nich powinna przypadać jedna klapa dymowa. Rozmieszczenie klap powinno uwzględniać dominujący kierunek wiatrów na danym obszarze budowlanym.

W początkowej fazie pożaru z uwagi na wielkość omawianych pomieszczeń temperatura gazów spalinowych jest dość niska, a przepływ stosunkowo powolny i chaotyczny, pomimo otwarcia klapy dymowej. Z tego powodu system oddymiania grawitacyjnego może okazać się mało efektywny w porównaniu z oddymianiem wymuszonym. Bardzo istotne z punktu bezpieczeństwa jest prawidłowe przemieszczanie się dymu w pomieszczeniu – w kierunku otworów wylotowych z pominięciem stref przebywania ludzi. Na skutek uchodzenia dymu z pomieszczenia powstaje podciśnienie, które wywołuje napływanie powietrza zewnętrznego, np. przez nieszczelności, automatycznie otwierane drzwi i okna czy otwory kompensacyjne. 

Te ostatnie, z uwagi na oszczędność energii, wyposaża się w klapy, które w warunkach normalnej eksploatacji są zamknięte, natomiast w czasie pożaru otwierają się. Nie zaleca się stosowania klap dymowych z innych pomieszczeń do osiągnięcia strumienia kompensacyjnego, gdyż związane jest to z dużym ryzykiem zaburzenia przepływu powietrza w pomieszczeniu objętym pożarem. W skrajnym przypadku istnieje nawet możliwość odwrócenia przepływu. Można natomiast zastosować mechaniczny nawiew powietrza przez otwory kompensacyjne, jednak wcześniej należy dokładnie przeanalizować jego wpływ na przebieg oddymiania. 

Należy pamiętać, że uzupełnianie uchodzącego powietrza w pomieszczeniu ma istotny wpływ na skuteczność oddymiania. Jeżeli otwory kompensacyjne, którymi będzie napływało powietrze, okażą się zbyt małe, to wzrost podciśnienia w budynku spowoduje przyrost prędkości nawiewu, co może zaburzać przepływ dymu. Z tego względu prędkość nawiewu nie może być zbyt duża (prędkość przepływu powietrza przez otwory kompensacyjne nie powinna być większa niż 5 m/s [3]), co sprawia, że dostarczanie świeżego powietrza do centralnej części pomieszczeń z uwagi na ich dużą powierzchnię jest bardzo utrudnione. Z tego powodu konieczne może być zastosowanie dodatkowych nawiewników, przesuniętych w stronę centralnej części pomieszczeń.

Wielkości powierzchni otworów przeznaczonych do zainstalowania wentylatorów (zamiast klap dymowych) przyjmuje się analogicznie jak otworów klap dymowych. Wentylatory powinny charakteryzować się odpowiednią odpornością na wysoką temperaturę, którą określa się na podstawie przewidywanej temperatury dymu oraz czasu potrzebnego do przeprowadzenia akcji ratowniczo-gaśniczej. W zależności od potrzeb istnieje możliwość zastosowania wentylatorów o odporności ogniowej np. F60060, F400120, F30060, F200120. Ich wydajność powinna być dobrana do przewidywanej ilości wytworzonego w czasie pożaru dymu, w tym od przewidywanej mocy pożaru (rys. 3). 

Wentylatory oddymiające muszą być wykonane i badane zgodnie z obowiązującym standardem [9]. Należy bardzo skrupulatnie rozważyć ich rozmieszczenie. W przypadku powierzchni o równomiernym rozłożeniu obciążenia ogniowego najbardziej efektywny sposób wentylacji pożarowej polega na równomiernym rozmieszczeniu nad całym chronionym obszarem strefy pożarowej większej liczby mniejszych wentylatorów oddymiających [3, 4]. Takie rozwiązanie jest bardziej efektywne niż zastosowanie jednego urządzenia o większej wydajności.

Podczas projektowania systemu oddymiania należy dokładnie przeanalizować, jak będzie wyglądał rozkład ciśnień w pomieszczeniu w trakcie rozprzestrzeniania  się pożaru. Rozkład ten zależny jest m.in. od zmian temperatury, objętości powietrza i gazów spalinowych, a także od zjawiska parcia wiatru na budynek. Wybór właściwego systemu oddymiania powinien uwzględniać m.in.: architekturę pomieszczenia, sposób użytkowania pomieszczenia, moc przewidywanego pożaru (tab. 2) i jego lokalizację. W projektowaniu wentylacji pożarowej pomieszczeń wielkokubaturowych często korzysta się z symulacji komputerowych obrazujących przebieg pożaru i przepływ dymu.

Na rys. 4 i 5 przedstawiono sposoby oddymiania obiektów jednoprzestrzennych wbudowanych w budynek wielokondygnacyjny, tzw. atriów. W atriach dym może być odprowadzany poprzez system grawitacyjny z klapami dymowymi lub system z pożarową wentylacją mechaniczną – wentylatorami oddymiającymi i nawiewnymi kompensującymi ubytek powietrza. W przypadku wentylacji grawitacyjnej ubytek powietrza z budynku podczas pożaru realizowany jest przez drzwi, okna lub otwory kompensacyjne. Stosowane są również kurtyny dymowe. Ukształtowanie architektoniczne elementów budynku ma wpływ na przepływ dymu (rys. 6 i 7).

W pomieszczeniach, w których mieszczą się laboratoria chemiczne czy duże kuchnie oraz występuje zagrożenie wybuchem, zaleca się stosowanie oddzielnych instalacji wentylacji pożarowej zgrupowanych w systemy nawiewno-wyciągowe dla każdej kondygnacji oddzielnie (rys. 8). Maszynownie tych instalacji mieszczą się na ogół na ostatniej kondygnacji, którą wyposaża się w klapy dymowe. W budynkach, w których znajdują się rozdrobnione substancje tworzące z powietrzem mieszaniny wybuchowe, wentylacja powinna być tak przemyślana, aby nie powodować ryzyka powstawania takiego zagrożenia, np. mieszania osiadłych pyłów z powietrzem. 

W starszych rozwiązaniach instalacji pożarowej stosowane były tylko systemy wyciągowe, jednak w praktyce okazały się one mniej skuteczne od instalacji nawiewno-wywiewnych. Ponadto instalacje wentylacji tych pomieszczeń powinny być wyposażone w urządzenia zabezpieczające przed możliwością powstania zagrożenia wybuchowego w przewodach wentylacyjnych, co mogłoby spowodować ich rozerwanie i przenieść zagrożenie pożarowe do innych stref i obszarów budynku.

Jeszcze do niedawna niektóre pomieszczenia zagrożone występowaniem gwałtownych pożarów, np. lakiernie w zakładach meblarskich, wyposażane były w systemy wtłaczające dwutlenek węgla do ich wnętrza w czasie pożaru. Jednak w przypadku zadziałania takiego systemu ochrony przeciwpożarowej istnieje realne niebezpieczeństwo uduszenia się osób, które nie zdążyły się ewakuować. Z tego względu rezygnuje się z takiego sposobu ochrony na rzecz wentylacji nawiewno-wywiewnej, której wydajność jest uzależniona od stężenia substancji niebezpiecznych w powietrzu, a która może pełnić jednocześnie funkcję wentylacji pożarowej w przypadku zaistnienia pożaru.

Oddymianie podziemnych kondygnacji budynku

Zgodnie z przepisami [7, 8] w podziemnej kondygnacji budynku, w której znajduje się pomieszczenie przeznaczone dla ponad 100 osób, oraz w budowli podziemnej z takim pomieszczeniem należy zastosować rozwiązania techniczno-budowlane zapewniające usuwanie dymu z tego pomieszczenia oraz z dróg ewakuacyjnych. Oddymianie realizowane jest poprzez wentylację wymuszoną. 

Wentylacja ta może być wykonana jako system: 

• bezkanałowy, w którym najczęściej za pomocą wentylatorów osiowych dym i gorące gazy w sposób zaplanowany kierowane są do pionu wyjściowego. System ten, jak sama nazwa wskazuje, nie jest wyposażony w przewody wentylacyjne, którymi mogłyby przepływać spaliny; 
• kanałowy, w którym dym jest odprowadzany otworami w przewodach wentylacyjnych umieszczonych pod sufitem, a następnie przewodami poziomymi transportowany do przewodów pionowych, z których usuwany jest na zewnątrz obiektu.

Zarówno w pierwszym, jak i w drugim rozwiązaniu należy zadbać o dopływ niezbędnej ilości powietrza kompensacyjnego do kondygnacji podziemnej objętej pożarem. Na rys. 9 przedstawiono sposoby realizacji wentylacji oddymiającej podziemne kondygnacje budynków.

Literatura

1. Lougheed G.D., Basic principles of smoke management for atriums, Construction Technology Update No. 47, NRC Canada 2000.
2. Lougheed G.D., Considerations in the design of smoke management systems for atriums, Construction Technology Update No. 48, NRC Canada 2000.
3. Mizieliński B., Systemy oddymiania budynków, WNT, Warszawa 1999.
4. Mizieliński B., Kubicki G., Kompensacyjny nawiew powietrza w systemach wentylacji pożarowej obiektów wielkokubaturowych, Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa Politechniki Warszawskiej, 2009.
5. Recknagel H., Sprenger E., Hönmann W., Schramek E.R., Ogrzewanie + klimatyzacja. Poradnik, wyd. 1, EWFE, Gdańsk 1994.
6. Sztarbała G., Krajewski G., Zasady projektowania instalacji wentylacji pożarowej w obiektach użyteczności publicznej, Instytut Techniki Budowlanej, Zakład Badań Ogniowych, Zakopane 2009.
7. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU
nr 75, poz. 690, ze zm.).
8. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 marca 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 56, poz. 461).
9. PN-EN 12101-3 Systemy kontroli rozprzestrzeniania się dymu i ciepła. Część 3: Wymagania techniczne dotyczące wentylatorów oddymiających.
10. ASHRAE Handbook – HVAC Applications (SI): Fire and smoke management, Chapter 52, 2007.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!