Przykłady rozwiązań wentylacji pożarowej w budynkach (cz. 2)

Oddymianie dróg komunikacyjnych w budynkach wysokich

Zgodnie z przepisami [4, 5] w budynkach wysokich i wysokościowych, w strefach pożarowych innych niż ZL IV, należy zastosować rozwiązania techniczno-budowlane chroniące przed zadymieniem poziome drogi ewakuacyjne. Również klatki schodowe i przedsionki przeciwpożarowe, będące drogami ewakuacyjnymi, powinny być wyposażone w urządzenia zapobiegające ich zadymieniu.

Klatki schodowe wyposaża się w wentylatory umożliwiające wytworzenie nadciśnienia zapobiegającego przenikaniu dymu (rys. 1).

Zastosowanie znajdują następujące rozwiązania:

• nawiew jednopunktowy z wentylatorem umieszczonym w dolnej części klatki schodowej. Rozwiązanie to jest stosowane w budynkach o niewielkiej liczbie kondygnacji, na ogół mniejszej niż 8. Ograniczenie to wynika z faktu, że podczas ewakuacji drzwi wejściowe są zazwyczaj otwarte, zatem w konsekwencji występują problemy z utrzymaniem wymaganego nadciśnienia;

• nawiew jednopunktowy z wentylatorem umieszczonym w górnej części klatki schodowej. To rozwiązanie ma podobne ograniczenia jak przedstawione powyżej. Wymagana jest dokładna analiza liczby otwieranych drzwi i okien w budynku podczas pożaru. Pomocne jest zastosowanie wentylatora z płynną regulacją obrotów, umożliwiającego dostosowanie jego wydajności do aktualnych potrzeb;

• nawiew wielopunktowy z wentylatorem umieszczonym w dolnej lub górnej kondygnacji budynku. Wentylator w tym rozwiązaniu tłoczy powietrze do przewodu wentylacyjnego, z którego wyprowadzone są odgałęzienia z nawiewnikami zlokalizowanymi na każdej kondygnacji lub też rozmieszczonymi co drugą lub trzecią kondygnację. W tym przypadku należy również dokładnie rozważyć, które drzwi będą otwarte podczas pożaru;

• nawiew wielopunktowy z wentylatorami umieszczonymi na każdej kondygnacji lub na wybranych kondygnacjach. Rozwiązanie to pozwala na dosyć stabilne utrzymywanie nadciśnienia na klatce schodowej, jednak jest stosunkowo drogie;

• nawiew wielopunktowy z wentylatorami rewersyjnymi. Najczęściej stosuje się dwa lub trzy wentylatory rewersyjne umieszczone w dolnej, górnej i środkowej części klatki schodowej. Poza wytworzeniem nadciśnienia na klatce schodowej zastosowanie układu rewersyjnego umożliwia sterowanie kierunkiem przepływu powietrza przez klatkę schodową, także w przypadkach odwróconego efektu kominowego, np. latem. W układach monitorowanych i sterowanych elektronicznie awaria jednego z wentylatorów wymusza przejęcie przez drugie urządzenie wyłącznie trybu nawiewu. Niestety w sytuacji takiej nie jest możliwe reagowanie na niewłaściwy efekt kominowy [8]. Zaletą jest jednak zwiększenie niezawodności wytwarzania nadciśnienia na klatce schodowej;

• nawiew jedno- lub wielopunktowy w wydzielonych strefach klatki schodowej. Rozwiązanie to przeznaczone jest dla budynków wysokich i pozwala na oddymianie budynków mających więcej niż 8 kondygnacji. Każda strefa ma swój niezależny system nawiewu powietrza. Niestety wadami tego rozwiązania są m.in. konieczność wydzielenia z klatki schodowej mniejszych stref oddzielanych drzwiami i znaczne koszty inwestycyjne.

W obiektach o wysokości powyżej 25 m nie stosuje się grawitacyjnych metod oddymiania. Oddymianie powinno być w tych przypadkach tak zorganizowane, aby wytworzyć gradację ciśnienia pomiędzy poszczególnymi sektorami na drodze ewakuacyjnej i spełnić kryterium prędkości przepływu powietrza. Zastosowanie znajduje tutaj wentylacja nadciśnieniowa i odpowiedni system zamknięć. Poniżej omówiono najczęściej stosowane systemy oddymiania budynków wysokich.

Oddzielne oddymianie korytarza ewakuacyjnego i ochrona przed zadymieniem klatki schodowej i przedsionków

W rozwiązaniu tym (rys. 2) w każdym przedsionku przeciwpożarowym stosuje się wentylację nawiewno-wyciągową wyposażoną w jeden nawiewnik oraz jedną kratkę wyciągową, które umieszczone są na odgałęzieniach pionowych przewodów, odpowiednio nawiewnym i wyciągowym wentylacji pożarowej. Kratki poprzedza się klapami odcinającymi, które otwierają się w przypadku zaistnienia sygnału o pożarze, tj. przekroczenia temperatury zadziałania wyzwalacza termicznego, lub sygnału z czujnika wykrywania dymu.

Zalecane jest, aby otwarcie klap odbywało  się samoczynnie w obszarze występowania pożaru oraz by istniała możliwość zdalnego ich otwarcia dla obszarów nieobjętych pożarem. W korytarzu ewakuacyjnym stosuje się niezależną wentylację nawiewno-wywiewną. Kratki wyciągowe instaluje się pod stropem lub w przestrzeni sufitu podwieszanego. Ich dolna krawędź powinna znajdować się na wysokości nie mniejszej niż 1,8 m nad poziomem podłogi (rys. 3). Kratki te umieszcza się na odgałęzieniach pionowego przewodu wyciągowego instalacji wentylacji pożarowej i poprzedza klapami odcinającymi.

Dopuszcza się zainstalowanie na jednym odgałęzieniu przewodu wyposażonego w klapę odcinającą do trzech kratek wyciągowych. Kratki nawiewne natomiast instaluje się przy podłodze tak, aby ich górna krawędź znajdowała się na wysokości nie większej niż 0,8 m nad poziomem podłogi. Prędkość wypływu nawiewanego powietrza powinna być na tyle niska, aby nie powodować turbulencji, które skutkowałyby wymieszaniem dymu w całej przestrzeni korytarza ewakuacyjnego.Właściwie zaprojektowany system oddymiania powinien zapewnić napływ powietrza z niewielką prędkością, czyli taką, która nie spowoduje mieszania dymu z warstwą czystego powietrza i „ściągania” jej do dołu. Jako wartość graniczną należy przyjmować 1 m/s [3]. Podczas rozmieszczania kratek w korytarzu pożarowym stosuje się zasadę umieszczania kratki nawiewnej w bezpośrednim sąsiedztwie przedsionka pożarowego. Wyciąg dymu i gorących gazów ze strefy podsufitowej korytarza powinien być o ok. 30% większy niż całkowity nawiew powietrza zewnętrznego do korytarza w trakcie ewakuacji, kiedy to wszystkie drzwi pomiędzy przedsionkami przeciwpożarowymi a klatkami schodowymi i korytarzami są otwarte. Klatki schodowe zabezpiecza się przed zadymieniem poprzez wytworzenie w nich nadciśnienia za pomocą wentylacji mechanicznej nawiewnej. Klapy dymowe instalowane w stropach nad klatkami schodowymi, przeznaczone do grawitacyjnego odprowadzania dymu i ciepła w przypadkach nieprawidłowego działania systemu wentylacji pożarowej, powinny być wyposażone w urządzenia do zdalnego otwierania. O ich ewentualnym otwarciu powinna decydować osoba kierująca akcją ratowniczą.Stosuje się tu kaskadowy spadek ciśnienia:

• najwyższe ciśnienie (nadciśnienie) na klatce schodowej,

• niższe w przedsionku przeciwpożarowym,

• podciśnienie w korytarzu ewakuacyjnym.

Zaleca się, by różnica ciśnienia przy zamkniętych drzwiach pomiędzy klatką schodową a korytarzem ewakuacyjnym wynosiła 20–80 Pa (wg instrukcji ITB nr 378/2002). Ma to na celu zabezpieczenie klatki schodowej przed przenikaniem gazów pożarowych, również w razie konieczności otwierania drzwi do przedsionków podczas akcji ewakuacyjnej. Zgodnie z normą [6] wymagane jest np., by różnica ciśnień po obu stronach zamkniętych drzwi między klatką schodową o podwyższonym ciśnieniu a przedsionkiem lub korytarzem była nie niższa niż 50 Pa oraz by siła potrzebna do otwarcia drzwi nie była większa niż 100 N (rys. 4).Ciśnienie w przedsionku pożarowym w stosunku do ciśnienia panującego na klatce schodowej powinno być niższe o 10–15 Pa. Utrzymanie właściwego nadciśnienia może być realizowane poprzez wentylatory z regulowaną prędkością obrotową. W przypadku wentylatorów z nieregulowaną prędkością obrotową zastosowanie znajdują np. klapy upustowe umieszczone w zewnętrznej przegrodzie klatki schodowej, na ogół w ścianie zewnętrznej ostatniej kondygnacji.

Zgodnie z normą prędkość przepływu powietrza przez otwór drzwiowy między klatką schodową o podwyższonym ciśnieniu a przedsionkiem lub korytarzem powinna być nie mniejsza niż 0,75 m/s dla umożliwienia prowadzenia akcji ewakuacyjnej i nie mniejsza niż 2 m/s dla umożliwienia prowadzenia akcji ewakuacyjnej wraz z akcją gaśniczą. Na rys. 5 przedstawiono wpływ kierunku i prędkości przepływu powietrza przez otwarty otwór drzwiowy na przepływ dymu.

Zapobiec przenikaniu dymu można poprzez zastosowanie kurtyny powietrznej, a także nawiewanie świeżym powietrzem w taki sposób, aby nastąpiło wypieranie dymu. Prędkość przepływu powietrza wypierającego, zwana prędkością krytyczną, zależy od mocy pożaru. Przykładowo empiryczna prędkość krytyczna niezbędna do zatrzymania dymu w temp. 27°C wg Thomasa wynosi:

gdzie:
v_kryt – prędkość krytyczna dla zatrzymania dymu [m/s],
Q – moc cieplna uwalniana przez korytarz [kW],
b – szerokość korytarza [m],
K – współczynnik 0,292.

W tab. 1 przedstawiono przykładowe wartości prędkości krytycznej podczas spalania wybranych materiałów przy całkowitym zużyciu dostarczanego tlenu na procesy spalania. Wentylatory nawiewne umieszcza się na najniższej lub najwyższej kondygnacji, a te, które wytwarzają nadciśnienie na klatce schodowej, mogą być także instalowane na kondygnacjach pośrednich. Wentylatory wyciągowe umieszcza się na dachu budynku.

Istnieje również rozwiązanie podobne do powyższego, ale bez mechanicznej wentylacji nawiewnej do korytarza ewakuacyjnego. W rozwiązaniu tym dopływ powietrza zewnętrznego odbywa się przez otwory kompensacyjne, którymi mogą być np. okna strefy pożarowej objętej pożarem (rys. 6). Połączenie ochrony przed zadymieniem klatki schodowej i przedsionków z wentylacją oddymiającą korytarz

W rozwiązaniu tym (rys. 7) w każdym przedsionku pożarowym instaluje się jedną kratkę nawiewną umieszczoną na odgałęzieniu pionowego przewodu nawiewnego instalacji wentylacji pożarowej oraz klapy transferowe umieszczone w ścianie między przedsionkiem a korytarzem. Kratkę tę poprzedza się klapą odcinającą.

W korytarzu ewakuacyjnym instaluje się kratki wentylacyjne wyciągowe, umieszczając je na odgałęzieniu pionowego przewodu wywiewnego instalacji wentylacji pożarowej. Kratki poprzedza się klapami odcinającymi. Powietrze uzupełniające ubytek powietrza w korytarzu dopływa z przedsionka pożarowego do korytarza ewakuacyjnego przez klapy transferowe, podczas gdy drzwi na korytarz są zamknięte. Klapy transferowe w przypadku przekroczenia temperatury zadziałania wyzwalacza termicznego powinny się samoczynnie zamykać. Nie zaleca się instalowania klap transferowych w drzwiach pomiędzy przedsionkiem przeciwpożarowym a korytarzem ewakuacyjnym, gdyż bardzo często dochodzi do uszkodzeń układu ich wyzwalania. Dopuszcza się jednak takie rozwiązania w przypadkach ograniczeń wymiarowych uniemożliwiających zainstalowanie klapy w ścianie, pod warunkiem zapewnienia niezawodności jej działania potwierdzonej aprobatą. Rozmieszczenie elementów nawiewnych i wyciągowych powinno być identyczne jak dla pierwszego zaprezentowanego systemu, z tym że rolę kratki nawiewnej pełni tutaj klapa transferowa.Klatki schodowe zabezpiecza się przed zadymieniem poprzez wytworzenie w nich nadciśnienia za pomocą wentylacji mechanicznej nawiewnej. Stosuje się kaskadowy spadek ciśnienia (analogiczny jak w przypadku pierwszego opisywanego systemu).Przykładem takiego rozwiązania jest system wentylacji pożarowej w budynku Grande Arche w Paryżu. Dzięki zastosowanym tam rozwiązaniom udało się przeprowadzić skuteczną akcję ratowniczo-gaśniczą. W budynku zastosowano kaskadowy spadek ciśnienia pomiędzy klatką schodową, przedsionkiem przeciwpożarowym a korytarzem ewakuacyjnym.

Przepływ powietrza przez otwarte drzwi pomiędzy klatką schodową a przedsionkiem odbywał się z minimalną prędkością 0,5 m/s, co uniemożliwiło przedostanie się dymu na klatkę schodową. Ponadto pomiędzy przedsionkiem ppoż. a korytarzem ewakuacyjnym prędkość przepływu powietrza przez otwarte drzwi była większa niż 1 m/s [2].

Wspólne oddymianie i wspólny nawiew z klatki schodowej realizowany przez klapy transferowe

Rozwiązanie to (rys. 8) polega na przepływie powietrza z klatki schodowej, wyposażonej w wentylator nawiewny lub w zestaw takich wentylatorów, poprzez klapy transferowe (otwory kompensacyjne) do przedsionka, a następnie przez kolejne klapy transferowe do korytarza ewakuacyjnego. Oddymianie jest realizowane wentylatorem wywiewnym usuwającym dym z korytarza ewakuacyjnego. W tym przypadku sprawne działanie systemu pożarowego zależy również od wytworzenia właściwej gradacji ciśnień pomiędzy klatką schodową, przedsionkiem a korytarzem ewakuacyjnym.

Wspólny nawiew i oddymianie z podziałem na strefy pożarowe z oddzielnymi klapami na wspólnych przewodach

Zadaniem tego rozwiązania (rys. 9) jest wytworzenie podciśnienia w strefie objętej pożarem, a w pozostałych strefach wytworzenie nadciśnienia. Otworami kompensacyjnymi mogą być okna zlokalizowane w strefie objętej pożarem. Klatka schodowa wyposażona jest w oddzielną instalację nadciśnieniową. Budynki wysokościowe konstruowane są w taki sposób, że warstwę wewnętrzną stanowi tzw. rdzeń, przez który prowadzone są niezbędne instalacje dla budynku, w tym również wentylacyjne.

Wentylacja pożarowa obiektów o szczególnym przeznaczeniu

Rozwiązanie to jest analogiczne do rozwiązań wcześniej zaprezentowanych, różnica polega jedynie na tym, że korytarz ewakuacyjny dzieli się na dwie podstrefy i każdej z nich przyporządkowuje się oddzielną klatkę schodową (rys. 10). Podział korytarza uzyskuje się poprzez:

• zainstalowanie drzwi oddzielających. Ujemną stroną tego rozwiązania jest konieczność otwierania drzwi podczas ewakuacji, co może okazać się zadaniem bardzo trudnym do praktycznego zrealizowania np. podczas wybuchu paniki czy w przypadku dużego zadymienia z uwagi na ograniczoną widoczność. Zmniejszenie ryzyka niemożności otwarcia drzwi można osiągnąć, stosując np. drzwi wahadłowe;

• zainstalowanie kurtyn powietrznych tworzących w wybranym obszarze strefę nadciśnieniową będącą niezabudowaną śluzą. Walorem takiego rozwiązania jest brak konieczności otwierania drzwi podczas ewakuacji. Rozwiązanie to może być stosowane w budynkach o ograniczonej zdolności poruszania się, np. w obiektach służby zdrowia, ośrodkach rehabilitacyjnych.

Uzasadnione jest stosowanie kurtyn z szerokim pasmem nawiewu z uwagi na większą odporność strumienia na zakłócenia spowodowane oddziaływaniem pożaru. W budynkach niskich klatki schodowe mogą być oddymiane w sposób grawitacyjny, natomiast w budynkach o większej liczbie kondygnacji stosuje się wentylację mechaniczną (rys. 11 i 12).

Pozostałe rozwiązania

Poza omówionymi powyżej istnieją również inne rozwiązania systemów wentylacji. Przykładem może być system będący kombinacją dwóch pierwszych przedstawionych rozwiązań, w którym do części korytarza ewakuacyjnego znajdującego się bezpośrednio przy przedsionku przeciwpożarowym powietrze nawiewane jest przez klapę transferową i wyciągane przez najbliższą kratkę wyciągową, natomiast w dalszej części korytarza instaluje się naprzemiennie kratki nawiewne i wyciągowe na odgałęzieniach przewodów pionowych. Rozmieszczenie kratek nawiewnych, wyciągowych i klap transferowych na odpowiedniej wysokości jest analogiczne do dwóch wcześniej przedstawionych rozwiązań. Również i w tym przypadku zastosowanie znajduje kaskadowy spadek ciśnienia pomiędzy klatką schodową a korytarzem ewakuacyjnym. Kolejnym przykładem jest układ wentylacyjny z klapami pożarowymi wbudowanymi w stropy. To rozwiązanie z uwagi na występujące podczas pożaru niedogodności nie jest już raczej   stosowane.

W budynkach niewyposażonych w przedsionki pożarowe stosuje się np. rozwiązanie takie, jak na rys. 13 – instalacja oddymiająca wyposażona jest w klapy dymowe otwierające się w strefie występowania pożaru, co umożliwia odprowadzenie dymu przez kanał zbiorczy na zewnątrz budynku.

Oddymianie dróg ewakuacyjnych w garażach

Zaleca się, aby w garażach zamkniętych ze strefą pożarową przekraczającą 1500 m² stosować chronione przed zadymieniem poziome i pionowe drogi ewakuacyjne [9]. W garażu zamkniętym o powierzchni całkowitej przekraczającej 1500 m² należy stosować samoczynne urządzenia oddymiające. W urządzenia te powinny być wyposażone drogi ewakuacyjne [4, 5].

Zgodnie z obowiązującymi przepisami [4, 5] system wentylacji pożarowej garażu, podobnie jak w pozostałych przypadkach, powinien spełniać następujące wymagania:

• zapewniać usuwanie dymu,

• umożliwiać uzupełnianie powietrza uchodzącego z dymem.

Intensywność wymian powietrza w garażu powinna być większa niż 10, chyba że na podstawie obliczeń określono inną liczbę wymian zapewniającą ochronę pomieszczeń i dróg ewakuacyjnych przed zadymieniem. Wentylatory instalacji oddymiającej powinny być odporne na działanie temperatury 400°C przez co najmniej 120 minut lub na inne parametry wynikające z przewidywanej temperatury i czasu usuwania gazów pożarowych.

Przewody instalacji wentylacji oddymiającej oraz zastosowane przeciwpożarowe klapy odcinające powinny charakteryzować się co najmniej klasą odporności ogniowej EI przegrody oddzielającej. W przypadku zastosowania tryskaczowego urządzenia gaśniczego wymaga się, aby klasa odporności ogniowej tych przewodów spełniała przede wszystkim kryterium szczelności ogniowej E.

Kratki nawiewne i wyciągowe instaluje się analogicznie jak w przypadkach wentylacji oddymiającej stosowanej w budynkach wysokich, a mianowicie górna krawędź kratek nawiewnych powinna znajdować się na wysokości nie większej niż 0,8 m nad poziomem podłogi, a dolna krawędź kratek wywiewnych nie niżej niż 1,8 m nad podłogą. Kratki wywiewne rozmieszcza się tak, aby zapewnić równomierne usuwanie dymu z pomieszczenia, a odległość między nimi nie była większa niż 10 m.

Oddymianie szybów windowych

Większość wind w budynkach nie jest dostosowana do wykorzystywania podczas pożaru. Przyczyną jest niedostosowanie nie tylko windy, ale także szybu windowego. Zastosowanie wind ewakuacyjnych, z uwagi na ich wysoki koszt, ogranicza się głównie do budynków wysokich. W urządzenia zapobiegające zadymieniu lub służące do usuwania dymu powinny być wyposażone szyby dźwigów ewakuacyjnych, w tym przeznaczonych dla ekip ratowniczych.

Z punktu widzenia wentylacji bardzo ważne jest kontrolowanie przepływu dymu przez szyb windy. W wyniku ruchu windy występuje przetłaczanie w szybie powietrza lub dymu w górę lub w dół, podobnie jak w sprężarkach tłokowych, co może stwarzać zagrożenie przenoszenia się dymu na inne piętra (rys. 14). W dużej mierze zależy to od prędkości poruszania się windy oraz powierzchni wolnej przestrzeni pomiędzy windą a szybem. W celu ograniczenia występowania tego zjawiska do szybu windowego nawiewane jest powietrze w takiej ilości, która zapewni nadciśnienie względem wnętrza budynku.

Literatura

1. Klote J.H., Atrium smoke management, „Fire Protection Engineering” No. 7/2000.2. Kosiorek M., Brzezińska D., Pożar w Grande Arche, „Przegląd Pożarniczy” nr 5/2002.

2. Skaźnik M., Systemy ochrony przed zadymieniem oraz systemy do usuwania dymu w obiektach użyteczności publicznej i zamieszkania zbiorowego, „Polski Instalator” nr 7–8/2003.

3. 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.).

4. 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).

5. PN-EN 12101-6 Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Część 6: Wymagania techniczne dotyczące systemów różnicowania ciśnień. Zestawy urządzeń.

6. ASHRAE Handbook – HVAC Applications (SI): Fire and smoke management, Chapter 52, 2007.

7. Holewa P., Wiche J., Kubicki G., Sypek G., Systemy różnicowania ciśnienia w budynkach wielokondygnacyjnych. Przewodnik, Wyd. SMAY Sp. z o.o., Kraków 2010.

8. Mat. konferencyjne „Bezpieczeństwo pożarowe obiektów służby zdrowia”, Warszawa 2004.

9. EST3: Smoke Management Application Manual, USA, 2006.

10. www.buildingtechnologies.siemens.com

    .

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!