Ochrona dróg ewakuacji – przypadki rzeczywistych budynków

Systemy ochrony przeciwpożarowej, a szczególnie trudnej w wykonaniu i weryfikacji skuteczności wentylacji pożarowej, postrzegane są jako całkiem zbędne w funkcjonowaniu budynku i w taki też sposób traktowane.

Łatwą do przewidzenia konsekwencją takiego podejścia są liczne błędy projektowe, wykonawcze i eksploatacyjne dotyczące tytułowych instalacji, które sprawiają, że budynki w pełni wyposażone w systemy zabezpieczeń przeciwpożarowych nie gwarantują wysokiego poziomu bezpieczeństwa użytkowników.

Poniżej przedstawione zostały zaobserwowane w wybranych obiektach rzeczywistych dość powszechne uchybienia wpływające na funkcjonowanie systemów zapobiegania zadymieniu w wielokondygnacyjnych budynkach użytkowych i mieszkalnych.

Stan budynku a funkcjonowanie instalacji

Pierwszym i zasadniczym problemem, z jakim trzeba się zmierzyć, projektując, wykonując lub modernizując system różnicowania ciśnienia, jest rzeczywisty poziom szczelności budynku. Należy zdawać sobie sprawę, że stopień nieszczelności budynku nie jest wielkością stałą w trakcie jego funkcjonowania.

Od momentu kiedy zakończone zostaną prace budowlane i obiekt zostaje przekazany do użytkowania, rozpoczyna się proces ciągłych zmian jego charakterystyki hydraulicznej. Dzieje się tak np. z powodu zmian aranżacji na poszczególnych kondygnacjach, remontów i zmiany sposobu wykorzystania pomieszczeń czy wymiany stolarki budowlanej.

Z pomiarów realizowanych w nowo budowanych obiektach wynika, że początkowy stan nieszczelności obiektu jest najczęściej znacznie większy od założeń normatywnych (nawet o kilkadziesiąt procent), a poziom zapisany np. w tabelach normy PN-EN 12101-6 (charakterystyczny dla określonej grupy budynków) obiekt osiąga po 3–5 latach eksploatacji.

Prawidłowość ta oznacza konieczność okresowej kalibracji parametrów pracy klasycznych układów różnicowania ciśnienia lub stosowania tzw. układów adaptacyjnych. W budynkach starszych problem zmiany szczelności nie ogranicza się jednak tylko do przestrzeni obszarów chronionych nadciśnieniem.

Z doświadczeń przeprowadzonych w obiektach wybudowanych w latach 70. i 80. ubiegłego wieku wynika, że problem stanowi również szczelność całych kondygnacji. Stropy, a szczególnie przejścia instalacyjne nie spełniają wymogów oddzielenia pożarowego. Przeprowadzone dla jednego z takich budynków symulacje w sposób bardzo drastyczny wykazują zagrożenia związane z nieograniczonym przez przegrody budowlane rozprzestrzenianiem się gazów pożarowych.

Kolejnym ważnym zagadnieniem, którego poznanie może znacznie poprawić funkcjonowanie systemu różnicowania ciśnienia, jest właściwa ocena lokalizacji odpowiedniego układu i zakresu jego funkcjonowania.

Przykładem zestawu urządzeń o działaniu ograniczonym do ochrony pionowych dróg ewakuacji są układy pasywne (zestawy złożone z wentylatora nawiewu powietrza zewnętrznego oraz klapy upustowej). Są to dobre rozwiązania do zabezpieczenia klatki schodowej, ale pod warunkiem, że klapa upustowa zostanie zabezpieczona przed zamarzaniem (ciekawym zestawem są tu układy zblokowane do montażu wewnętrznego).

Dla obiektów mających klatkę schodową oddzieloną od poziomych dróg ewakuacji przedsionkiem przeciwpożarowym należy znaleźć inne rozwiązanie napowietrzania przedsionka na kondygnacji objętej pożarem. W celu pełnej, jednoczesnej ochrony obu przestrzeni lepszym rozwiązaniem są układy aktywne, o szerokim spektrum działania i dużej elastyczności.

Praktyka wykazuje jednak, że w przypadku układów sterowanych elektronicznie bezwzględnie trzeba zwrócić uwagę, czy są one odporne na oscylację i mają dostosowany do charakteru obiektu oraz sposobu prowadzenia ewakuacji zakres funkcjonowania.

Odporność na oscylacje polega na znalezieniu przez system regulacji punktu pracy w przypadku, kiedy instalacja wymaga dostarczenia do przestrzeni chronionej (klatki schodowej lub przedsionka przeciwpożarowego) innej ilości powietrza, niż wynika to z zakładanego scenariusza pożarowego (np. nastąpi otwarcie większej liczby drzwi, niż zakłada scenariusz pożarowy, lub drzwi nieznajdujące się na zagrożonej kondygnacji nie zamkną się całkowicie). Tego typu testy powinny się stać częścią procedury odbiorowej dla systemów ze sterowaniem elektronicznym.

Druga cecha charakterystyczna dotyczy dostępnego zakresu regulacji. Dla wyjaśnienia omawianego problemu posłużyć się można dwoma przypadkami zastosowania systemu:

• stosunkowo najprostszym, którym jest napowietrzanie pożarowe trzonu klatki schodowej oddzielonej od poziomych dróg ewakuacji (korytarzy) napowietrzanym przedsionkiem pożarowym,
• przykład napowietrzania pożarowego klatki schodowej wewnętrznej połączonej korytarzem z atrium galerii handlowej.

W pierwszym przypadku ilość powietrza, którą trzeba dostarczyć do przestrzeni klatki schodowej dla spełnienia warunku nadciśnienia i utrzymania prędkości przepływu w drzwiach otwartych na granicy strefy chronionej i niechronionej nadciśnieniem, nie wymaga bardzo szerokiego zakresu regulacji wydajności wentylatora napowietrzającego.

Zilustrować to można przykładem dwóch budynków rzeczywistych (o wysokości 9 i 15 kondygnacji), w których prowadzone były pomiary wydajności instalacji. Warunek stabilizacji ciśnienia w tych obiektach wymagał strumienia powietrza na poziomie 8000–12 000 m³/h, a warunek przepływu w drzwiach otwartych ok. 17 000–20 000 m³/h.

Wentylator napowietrzający musi zatem zwiększyć (lub ograniczyć) swój wydatek w zakładanym czasie regulacji (np. 3 s) jedynie o 40–55%, co pod względem regulacyjnym nie stanowi poważnego problemu.

Zupełnie inaczej wygląda sytuacja, jeżeli regulacja przepływu dla dwóch stanów pracy instalacji dotyczy przedsionka pożarowego. Strumień powietrza konieczny do napowietrzenia klatki schodowej dla podniesienia w niej nadciśnienia do poziomu np. 50 Pa przy ograniczonej kubaturze tej przestrzeni wynosi 2300 m³/h.

Dla warunku utrzymania bezpiecznej prędkości przepływu system musi przeregulować się w czasie np. 3 s do wydatku blisko 16 000 m³/h, co oznacza przeregulowanie wydajności jednostki napowietrzającej o blisko 96%! Realizacja tego zadania wymaga zastosowania systemów aktywnych, przebadanych i certyfikowanych w pełnym, tak szerokim zakresie.

Zabezpieczenia szachtów wind

Literalne podejście do wybranych zapisów standardów projektowych to realizacja projektu bez analizy rzeczywistych wymagań obiektu. Przykładem może być sposób zabezpieczania szachtów wind innych niż windy na potrzeby ekip ratowniczych. Przedstawić można dwa skrajne przypadki niewłaściwego podejścia do tego zagadnienia. 

Pierwszy z nich dotyczy budynku zamieszkania zbiorowego o wysokości 15 kondygnacji (klasyfikowanego jako WW), w którym na potrzeby komunikacji zamontowane zostały trzy windy osobowe przylegające bezpośrednio do korytarza ewakuacyjnego. 

Jedna z wind (przystosowana do działania ekip ratowniczych) wyposażona została w system nawiewu pożarowego, który ma za zadanie chronić jej szacht nadciśnieniem. Pozostałe dwa szachty windowe nie mają jednak takiej instalacji i stanowić mogą (przy dużej nieszczelności drzwi wind) drogę dla swobodnego przepływu dymu pomiędzy kondygnacjami budynku.

Mamy tu do czynienia z błędem popełnionym na etapie określenia warunków funkcjonowania systemów zapobiegania zadymieniu. Chociaż warunki techniczne nie mówią o tym w sposób jednoznaczny, przestrzenie te również powinny zostać zabezpieczone. 

Żeby uniknąć konieczności wykonywania instalacji napowietrzania pożarowego, można w tym przypadku pokusić się o inne rozwiązanie – szachty windowe wyposażyć w instalację wyciągu mechanicznego z wentylatorami pożarowymi. W ten sposób podczas pożaru do szachtów napływać będzie wprawdzie dym z bezpośrednio zagrożonej kondygnacji, ale zostanie on bezpiecznie usunięty poza budynek i nie stworzy zagrożenia dla innych pięter.

Drugi przypadek dotyczy wysokościowego obiektu biurowego o powszechnie stosowanym układzie komunikacji wewnętrznej. W trzonie tego budynku zlokalizowano sześć ekspresowych wind osobowych służących do normalnego funkcjonowania obiektu. Zespół wind uzupełniony został o dwie dodatkowe windy techniczne spełniające jednocześnie wymagania stawiane windom na potrzeby ekip ratowniczych. 

Wszystkie szachty (zarówno wind zwykłych, jak i na potrzeby ekip ratowniczych) wyposażone zostały w systemy nawiewu pożarowego zapewniające skuteczną ochronę. Jest to oczywiście dobre rozwiązanie, ale w tym i podobnych przypadkach można, zachowując wysoki poziom bezpieczeństwa użytkowników, pokusić się o znacznie tańszy wariant. 

Dzięki lokalizacji wind osobowych (niesłużących do ewakuacji) przy wspólnym przedsionku można zabezpieczyć ich szachty przed napływem dymu z zagrożonej kondygnacji, wykonując instalacje napowietrzania pożarowego przedsionka. Przedsionek stanowić będzie wówczas barierę dla napływu dymu w bezpośrednie sąsiedztwo szachtów windowych, a cała instalacja będzie znacznie mniejsza (tańsza) i łatwiejsza do wyregulowania. 

Instalację tę w niektórych przypadkach można rozbudować, obejmując ochroną nie tylko przedsionek na bezpośrednio zagrożonej kondygnacji, ale również na sąsiednich (rys. 5).

Organizacja instalacji wyciągu powietrza i dymu

Ważnym elementem systemu zapobiegania zadymieniu jest organizacja odprowadzenia powietrza i dymu z kondygnacji objętej pożarem. System usuwania dymu musi funkcjonować w taki sposób, żeby niezależnie od dokładnej lokalizacji pożaru możliwy był przepływ powietrza z wymaganą prędkością minimalną ze stref chronionych do strefy niechronionej nadciśnieniem. 

Właściwe zaprojektowanie systemów odprowadzenia powietrza napotyka szereg przeszkód, z których najistotniejsze to:

• przewymiarowanie instalacji oddymiającej. Problem ten wynikać może z literalnego zastosowania w projekcie zaleceń popularnej instrukcji ITB. 
  
  Zgodnie z wymaganiami tego standardu (opartego na dawno już nieaktualnych przepisach obowiązujących we Francji) na korytarzach ewakuacyjnych konieczne było zlokalizowanie równomiernie rozmieszczonych punktów wyciągowych o wydajności równej 130% ilości powietrza trafiającego na korytarz przy otwartych drzwiach pomiędzy korytarzem i przedsionkiem oraz przedsionkiem i klatką schodową.
  
  Dla realizacji zapisu o konieczności mechanicznego usuwania dymu z korytarza ewakuacyjnego w niektórych znanych autorowi budynkach podjęte zostały próby dostosowania układu dróg ewakuacji do wymagań standardów. 
  
  Działania te polegały na sztucznym wydzieleniu na kondygnacjach typu open space fragmentu korytarza o długości kilku lub kilkunastu metrów, w którym zlokalizowano kilka punktów wyciągowych. 
  
  Formalnie spełnione zostały w ten sposób wymogi standardu, jednak uruchomienie instalacji wyciągowej z pełną (obliczeniową) wydajnością przy zamkniętych drzwiach przedsionka przeciwpożarowego powodowało na tyle dużą różnicę ciśnienia po obu stronach tej przegrody, że wydostanie się z korytarza na bezpieczne drogi ewakuacji przekraczało możliwości przeciętnego człowieka (siła potrzebna do otwarcia drzwi przekraczała zakres pomiarowy dynamometru, czyli była większa od 300 N – przy zalecanych 100 N);
• zmiany organizacji architektury wewnętrznej bez uwzględnienia sposobu funkcjonowania instalacji usuwania powietrza i dymu. Jest to powszechny problem funkcjonowania instalacji w wielokondygnacyjnych budynkach biurowych z przestrzeniami pod wynajem. 
  
  Każdy najemca ma własne wyobrażenie o organizacji przestrzeni biura, nawet na jednej lub kilku kondygnacjach budynku, a administrator obiektu w celu zadowolenia klienta często ulega jego sugestiom. 
  
  W konsekwencji zmienia się przewidziany w projekcie pierwotnym układ korytarzy, np. przez ich częściową zabudowę lub wydzielenie w obrębie korytarza dodatkowych pomieszczeń. Odcina się w ten sposób kilka punktów wyciągowych i powoduje powstawanie martwych stref bez przepływu powietrza. 
  
  Podczas prób dymowych w jednym z obiektów o takiej właśnie aranżacji zaobserwować można było „bańkę” dymu, która „zatkała” fragment sztucznie przedzielonego korytarza. Dymu tego nie udało się usunąć nawet po 15 min od zakończenia zadymiania, pomimo że cały czas działał wyciąg;
• uproszczony system grawitacyjnego odprowadzenia powietrza i dymu. Problem ten ze względu na silną presję maksymalnej redukcji kosztów systemu wentylacji pożarowej występuje bardzo często. System odprowadzenia dymu i ciepła zredukowany jest wówczas do jednego uchylnego okna na jednej elewacji budynku.
  
  Rozwiązanie takie nie przewiduje najczęściej wpływu parcia wiatru na elewację oraz różnych możliwych lokalizacji pożaru. Parcie wiatru wiejącego z prędkością 6–7 m/s wytwarza na elewacji budynku nadciśnienie rzędu 50 Pa, co całkowicie niweluje skuteczność działania systemu napowietrzania przestrzeni chronionych nadciśnieniem. 
  
  Inny problem to lokalizacja jedynego punktu wyrzutowego w jednym pomieszczeniu bezpośrednio przylegającym do przestrzeni chronionej lub połączonego transferem z korytarzem ewakuacyjnym. W przypadku pożaru w innym pomieszczeniu lub w odległej części budynku nie będzie fizycznej możliwości skutecznego usuwania dymu.

W naszej rzeczywistości próby pożarowe, szczególnie dotyczące funkcjonowania systemów różnicowania ciśnienia, są procedurą dopiero raczkującą. Brakuje ustalonych procedur określających zakres i sposób prowadzenia tego typu badań oraz opisujących, w jaki sposób przedstawiony powinien być raport końcowy (poza rozdziałem normy PN-EN 12101-6). 

Sytuacja ulega stopniowo zmianie, a co jeszcze ważniejsze, do raportów z badań sprawdzających funkcjonowanie systemów różnicowania ciśnień coraz poważniej podchodzą strażacy dokonujący odbioru budynku. Powoli standardem staje się pojawienie przedstawiciela PSP z podstawowym sprzętem pomiarowym i wykonywanie wyrywkowych prób sprawdzających.

W związku z tym warto zdawać sobie sprawę, że próby powinny dotyczyć jednoczesnego działania wszystkich instalacji uruchamianych podczas realizacji określonego scenariusza pożarowego. Chodzi tu głównie o sprawdzenie skuteczności współdziałania wszystkich elementów wchodzących w skład systemu wentylacji pożarowej lub działających równolegle (koincydencja systemów). 

W praktyce zdarza się, że podczas prób poszczególne systemy uruchamiane są sekwencyjnie i na tej podstawie wykonawca stara się udowodnić, że cała instalacja działa prawidłowo. Próby powinny być przeprowadzane w pełnym zakresie, od wywołania alarmu pożarowego we wszystkich strefach objętych działaniem układu. Wyzwolenie alarmu uruchamiać powinno sekwencje zdarzeń opisanych scenariuszem pożarowym dla danej strefy pożarowej. 

Po uruchomieniu sytemu w opisany sposób powinny zostać przeprowadzone badania sprawdzające wszystkie warunki funkcjonalne (poziom nadciśnienia w obszarach chronionych, siłę potrzebną do otwarcia drzwi na kondygnacji testowej i pozostałych kondygnacjach budynku, kierunek i natężenie przepływu powietrza itd.).

Próby powinny się odbywać dla takich samych warunków i lokalizacji pożaru, jak założono w symulacjach. W ten sposób można zyskać pewność, że projekt techniczny, coraz częściej oparty na wynikach symulacji komputerowych, został wykonany prawidłowo, a dobrane i zainstalowane urządzenia działają zgodnie z ich charakterystyką założoną w symulacjach CFD. Stosowanie opisanej procedury może również doprowadzić do wykrycia samowolnych zmian w projekcie technicznym.

Zakres prób powinien być dostosowany do charakteru pracy systemu wentylacji pożarowej. Przykładowo dla systemów sterowanych elektronicznie oprócz zwyczajowego zakresu prób stabilizacji ciśnienia i przepływu należy wykonać test stabilnej pracy polegający na próbie wzbudzenia układu (oscylacji) przez zmianę charakterystyki hydraulicznej obiektu (otwarcie innej niż zakładana scenariuszem liczby drzwi ewakuacyjnych lub szybkie otwieranie i zamykanie drzwi). Inny przykład dotyczy systemów łączących funkcje bytowe i pożarowe, w przypadku których należy na etapie prób sprawdzić skuteczność działania dla obu warunków pracy.

Mówiąc o próbach pożarowych, trzeba wspomnieć o jeszcze jednym ważnym fakcie. Każda próba pożarowa przeprowadzana jest w określonym czasie, a co za tym idzie, przy określonych warunkach atmosferycznych i ustalonym stanie budynku. 

Oznacza to, że w wyniku prób otrzymuje się obraz stanu instalacji w takich właśnie warunkach, co nie zawsze gwarantuje, że system działać będzie z równą skutecznością, jeżeli warunki zewnętrzne ulegną zmianie. Z tego powodu próby funkcjonowania systemu powinny być przeprowadzane przy różnych skrajnych warunkach atmosferycznych (co najmniej raz w okresie letnim i zimowym).

Podsumowanie

Przedstawione w artykule nieprawidłowości dotyczące funkcjonowania systemów zapobiegania zadymieniu stanowią jedynie niewielką część zaniedbań, z którymi spotkać się można w zdecydowanej większości budynków. Żeby jednak nie przedstawiać jedynie pesymistycznego obrazu sytuacji, należy koniecznie wspomnieć o pozytywnych symptomach. 

1. Po pierwsze, coraz częściej administratorzy obiektów (po wpływem nacisków inspektorów nadzoru czy wymagań ubezpieczycieli) podejmują próby modernizacji systemów bezpieczeństwa pożarowego w kierunku jego rzeczywistej skuteczności.
2. Po drugie, krajowe regulacje prawne i opracowania standardów stają się stopniowo coraz bardziej precyzyjne, dzięki czemu łatwiej wskazać konieczny zakres i formę funkcjonowania systemów wentylacji pożarowej. 
3. Po trzecie, na rynku dostępne jest coraz więcej rozwiązań technicznych (o skuteczności potwierdzonej w procesie certyfikacji) sprzyjających wykonaniu pewnych w działaniu instalacji. I wreszcie stopniowo dzięki licznym kursom i szkoleniom zwiększa się poziom wiedzy i świadomości uczestników procesu projektowego.