Nadciśnieniowy system ochrony przed zadymieniem klatek schodowych

Podstawowym zadaniem instalacji zabezpieczenia przeciwpożarowego budynków jest umożliwienie bezpiecznej ewakuacji ludzi oraz ułatwienie jednostkom ratowniczym podjęcia akcji gaśniczej.

Cel ten realizowany jest poprzez instalację w obiekcie zintegrowanych systemow detekcji pożarowej instalacji gaśniczej (np. tryskaczowej) oraz wentylacji pożarowej.

Poprawne działanie i wspołpraca wymienionych elementow zabezpieczeń przeciwpożarowych ma szczegolne znaczenie w przypadku budynkow wysokich oraz wysokościowych, gdzie podjęcie akcji ratowniczej z zewnątrz jest bardzo utrudnione, a w przypadku kondygnacji zlokalizowanych powyżej 50 m wręcz niemożliwe.

Obiekty tego typu przez czas niezbędny do ewakuacji muszą bronić się same, co oznacza, że drogi ewakuacyjne powinny pozostać drożne i wolne od dymu, aby zapewnić ludziom możliwość bezpiecznego opuszczenia budynku. W omawianym przypadku rolę zabezpieczenia poziomych i pionowych drog ewakuacji pełni ciśnieniowy system wentylacji pożarowej.

O konieczności zastosowania omawianych rozwiązań decydują zapisy rozporządzenia w sprawie warunkow technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1]. Zgodnie z zapisami tego rozporządzenia system gradacji ciśnienia oraz przedsionki przeciwpożarowe powinny być stosowane w budynkach wysokich (o wysokości 25÷55 m) przeznaczonych dla osob o ograniczonych zdolnościach poruszania się (kategoria ZL II) oraz we wszystkich poza mieszkalnymi budynkach wysokościowych (o wysokości przekraczającej 55 m).

Ustawodawca nieco liberalniej określa kwestię bezpieczeństwa pożarowego w przypadku wszystkich poza wcześniej wymienionymi budynkami wysokimi (ZL I, ZL III i ZL V) oraz wysokościowych budynkow mieszkalnych (ZL IV). Obiekty tego typu zgodnie z rozporządzeniem w jego aktualnej wersji mogą zostać wyposażone opcjonalnie w urządzenia zapobiegające zadymieniu lub samoczynne urządzenia oddymiające.

System ochrony przed zadymieniem pionowych dróg ewakuacji

Idea działania systemu ochrony przed zadymieniem klatki schodowej jest bardzo prosta. Podczas alarmu wydzielone pożarowo klatki schodowe napełniane są powietrzem za pomocą układu wentylatorow napowietrzających. Powstające w ten sposob nadciśnienie chroni tę przestrzeń przed przedostawaniem się do jej wnętrza dymu z kondygnacji objętej pożarem.

Dodatkowe zabezpieczenia trzonu klatki schodowej mogą stanowić przedsionki pożarowe oddzielające ą drogę ewakuacji od korytarzy ewakuacyjnych. Rolę dojścia ewakuacyjnego na kondygnacji objętej pożarem pełnią korytarze ewakuacyjne, ktore powinny zostać wyposażone w instalację oddymiającą. Teoretycznie, jest to zatem bardzo prosty układ, ktorego zaprojektowanie, wykonanie oraz, co najistotniejsze, poprawne działanie nie powinno nastręczać żadnych kłopotow.

W praktyce jednak okazuje się, że zadania stawiane systemowi nadciśnieniowej ochrony drog ewakuacji nie są łatwe do spełnienia. Dzieje się tak z wielu powodow, wymienić tu można zarowno częste błędy projektowej, jak i do dziś nierozwiązane zjawiska fizyczne mające bezpośredni wpływ na kształtowanie się rozkładu ciśnienia w obrębie klatki schodowej.

Najczęściej występujące błędy na etapie projektowym spowodowane są m.in. przez:

• brak jednolitej metodyki obliczania ilości powietrza nawiewnego do trzonu klatki schodowej, co skutkuje doborem niewłaściwych urządzeń systemu,
• nieprzemyślane sposoby doprowadzenia powietrza do klatki schodowej, co ma szczegolne znaczenie w przypadku budynkow o wysokości przekraczającej 10 kondygnacji,
• nieprawidłowe założenia wstępne do obliczeń, jak np. przyjęcie lub nieuwzględnienie nieszczelności przegrod budowlanych oraz klap pożarowych, wybor niewłaściwego scenariusza ewakuacji,
• niewłaściwe wyposażenie systemu w automatykę sterującą lub zły algorytm sterowania.

Jednym z poważnych i wciąż nierozwiązanych problemow ograniczających skuteczność nadciśnieniowego systemu oddymiania jest występujące w trzonie klatki schodowej zjawisko ciągu kominowego (tzw. komina termicznego). Zjawisko to polega na wytworzeniu się – na skutek rożnicy temperatury powietrza zewnętrznego i wewnętrznego – układu ciśnienia w szybach budynku powodującego niekontrolowany przepływ powietrza.

Wielkość rożnicy spowodowanej efektem kominowym na rożnej wysokości budynku wyrazić można wzorem:

gdzie:

K_s – wspołczynnik przeliczeniowy 3460,

T₀ – temperatura powietrza zewnętrznego,

T_s – temperatura powietrza wewnętrznego,

h – odległość od płaszczyzny obojętnej.

Z przedstawionej zależności wynika, że w budynkach niskich oraz średnio wysokich efekt kominowy nie stanowi poważnej przeszkody w skutecznym zabezpieczeniu pionowych drog ewakuacji. Przy założeniu niekorzystnych warunkow zewnętrznych (np. niskich temperatur w zimie) wraz ze zwiększaniem wysokości budynku będzie wzrastać jednak rożnica ciśnienia pomiędzy kondygnacjami położonymi na parterze i w gornej części obiektu.

Wywołane w ten sposob wahania ciśnienia stanowią poważny problem podczas pracy układu wentylacji pożarowej, szczegolnie w budynkach wysokościowych. Uruchomienie klasycznego systemu napowietrzania trzonu klatki schodowej w warunkach występowania efektu kominowego doprowadzi do sytuacji, w ktorej wymagane nadciśnienie rzędu 50 Pa będzie uzyskiwane tylko w pewnej odległości od płaszczyzny obojętnej.

Powyżej tej granicy nadciśnienie będzie zbyt wysokie, co poważnie utrudni lub wręcz uniemożliwi wydostanie się ludzi z zagrożonej strefy na pionową drogę ewakuacji. Jednocześnie w dolnej części klatki schodowej wysokość ciśnienia może spaść poniżej bezpiecznej wartości 20 Pa. Sytuacja taka jest bardzo niebezpieczna, ponieważ w przypadku pożaru na niskich kondygnacjach dymy pożarowe mogą zostać zassane do przestrzeni klatki schodowej odcinając drogę bezpiecznego opuszczenia budynku.

W opisanych warunkach, przy realizacji tradycyjnie najbardziej popularnego nawiewu jednopunktowego i klap upustowych, utrzymanie stałej wartości nadciśnienia oraz zapewnienie swobodnego otwierania drzwi ewakuacyjnych staje się niemożliwe. Z praktyki wynika, że rownież zaprojektowanie nawiewu wielopunktowego, przy wykorzystaniu wentylatorow z falownikiem oraz klap upustowych, nie powoduje wyeliminowania problemu wahania ciśnienia w przestrzeni klatki schodowej.

Do tej pory nikt nie poradził sobie w sposob zadawalający z opisanym zjawiskiem. Nie należy zatem dziwić się, że w niektorych krajach odbioru instalacji wentylacji pożarowej dokonuje się w miesiącach wiosenno-letnich lub ogranicza wpływ ciągu termicznego, dzieląc wysokość klatki schodowej na strefy pożarowe co 8 kondygnacji.

Obecnie prowadzone są badania nad zastosowaniem nowatorskiego rozwiązania sposobu napowietrzania klatek schodowych z uwzględnieniem wahania ciśnienia wywołanego m.in. kominowym. Idea tego pomysłu opiera się na zastosowaniu nawiewu wielopunktowego i ew. wyciągu powietrza, przy czym wszystkie punkty nawiewne powinny zostać wyposażone w urządzenia regulacji wydatku.

Jak wykazują przeprowadzone wstępne symulacje modelowej klatki o wysokości 100 m rozwiązanie takie stwarza możliwość dostosowanie ciśnienia na poszczegolnych kondygnacjach do zmiennych warunkow zewnętrznych (rys. 2.).

Ponieważ jednak zadania systemu nadciśnieniowego są dwojakiego rodzaju, układ regulacji będzie bardziej złożony. Pierwszym z zadań, jakie należy zrealizować to utrzymanie stałego nadciśnienia w trzonie klatki schodowej, podczas gdy drzwi na wszystkich kondygnacjach pozostają zamknięte. W tym miejscu głownym problemem jest regulacja ciśnienia na poszczegolnych kondygnacjach i konieczne staje się zastosowanie przepustnic sterowanych regulatorem ciśnienia.

Drugie zadanie dotyczy utrzymania minimalnej prędkości przepływu w drzwiach otwartych na kondygnacji objętej pożarem oraz na poziomie wyjścia z budynku w wysokości 1 m/s. W tej fazie zabezpieczenia drog ewakuacji funkcję regulacji ilości powietrza dostarczanego do trzonu klatki schodowej powinny przejąć przepustnice uzbrojone w regulatory wydatku.

Rozważając możliwość praktycznego zastosowania omawianego rozwiązania, należy wyjaśnić pewną wątpliwość wynikającą z dowolności interpretacji przepisow prawa. Czy do sterowania wydatkiem powietrza podczas pożaru na klatce schodowej można stosować zwykłe przepustnice, czy należy wykorzystać klapy pożarowe?

Teoretycznie, instalacje wewnątrz klatki schodowej jako wydzielonej strefy pożarowej nie mają wymagań dot. odporności ogniowej i możliwe jest zastosowanie zwykłych przepustnic wielopłaszczyznowych. Jeżeli jednak elementy regulacji wydatku zostaną zaklasyfikowane jako element systemu wentylacji pożarowej to powinny one mieć potwierdzoną stosownymi aprobatami i certyfikatami zgodności odporność pożarową.

Warunki takie spełnią jedynie odpowiednio skonstruowane jedno lub wielopłaszczyznowe klapy przeciwpożarowe, ktore należało by jednak przebadać pod kątem pracy jako urządzenia regulacyjne. Oznacza to, że te elementy systemu wentylacji pożarowej musiałyby uzyskać pozytywną opinię stosowanej jednostki badawczej (np. ITB) jako klapy przeciwpożarowe z możliwą pracą w położeniach pośrednich.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 16 czerwca 2003 r. w sprawie warunkow technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002 Nr 75, poz. 690 z poźn. zm.).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!