Wentylacja pożarowa garaży – testy z gorącym dymem wg ITB 493/2015

Prawidłowy projekt systemu wentylacji pożarowej [1], nawet potwierdzony najlepszą analizą numeryczną [2], nadal nie jest gwarancją skutecznego działania systemu wentylacji. Praktyka wskazuje, że niezbędna jest weryfikacja poprawności przyjętych założeń oraz wykonania zaprojektowanych rozwiązań w ostatniej fazie budowy obiektu [4].

Motywacja do rzeczywistego sprawdzenia systemu wentylacji bywa różna – zazwyczaj jest to perspektywa odbioru obiektu przez organy PSP, odbiór inwestorski, a czasem także odpowiedzialne działanie wykonawcy instalacji. Bez względu jednak na motywację – kompleksowe sprawdzenie wykonanych instalacji bezpieczeństwa pożarowego jest jednym z najtańszych sposobów na istotne zwiększenie bezpieczeństwa pożarowego obiektu.

Autorzy skupili się w artykule na aspektach prowadzenia testów praktycznych z gorącym dymem. Aspekty formalne odbioru systemów wentylacji pożarowej na łamach „Rynku Instalacyjnego” przedstawił wcześniej st. bryg. dr Paweł Janik [5].

Testy z gorącym dymem są metodą, która pozwala w sposób kompleksowy zweryfikować scenariusz działania systemów bezpieczeństwa obiektu, oszacować skuteczność systemu wentylacji i wykryć nieprawidłowości (np. niedoskonałości budowlane), które w istotny sposób wpływają na przepływ powietrza w budynku.

Problematyce prowadzenia testów z gorącym dymem w garażach zamkniętych poświęcono ostatni rozdział wytycznych ITB 493/2015 [3]. Chociaż metodę tę opisano na przykładzie garażu zamkniętego, podobnie jak w przypadku przedstawionych na łamach „Rynku” analiz CFD [2], ma ona charakter uniwersalny i może zostać przeniesiona na inne obiekty budowlane.

Metody prowadzenia testów z gorącym dymem

Przed omówieniem metody ITB 493/2015 warto zapoznać się ze stanem wiedzy w zakresie testów z gorącym dymem.

Ogólne procedury prowadzenia testów z gorącym dymem opisano w 1995 r., a później udoskonalono w 1999 w popularnych australijskich wytycznych AS 4391 [6].

Dokument ten opracowano na podstawie wyników badań Adelaide Fire Safety Research Unit, działającego w ramach Uniwersytetu w Adelajdzie we współpracy z South Australian Metropolitan Fire Service i CSIRO w latach 1986–1995. Dokument podaje zalecenia dotyczące doboru źródła ciepła dla różnego rodzaju obiektów budowlanych. Wymiary źródeł zmieniają się w zakresie od 0,03 do 2,00 m².

Testy opisywane w dokumencie znajdują zastosowanie przy ocenie skuteczności działania systemów wentylacji pożarowej, ocenie scenariusza pożarowego oraz w ograniczonym zakresie grubości warstwy dymu. Nie pozwalają oceniać zasięgów widzialności w dymie lub oddziaływania pożaru na budynek i jego instalacje.

Podobną procedurę testów weryfikacyjnych systemów wentylacji pożarowej przedstawiono w niemieckich wytycznych VDI 6019-1 [7].

Wytyczne te zakładają wizualizację przepływów w kubaturach poprzez wytworzenie konwekcyjnego strumienia gorącego powietrza oraz wprowadzenie do niego aerozoli znacznikowych. Źródło pożaru powinno być umiejscowione i zwymiarowane w taki sposób, aby jak najlepiej odwzorować warunki rzeczywistego pożaru bez stwarzania zagrożeń dla konstrukcji budynku bądź osób obecnych w obiekcie w czasie próby.

Matematyczne i fizykalne podstawy przeliczania wyników prób z gorącym dymem w pełnej skali przedstawili również Morgan i de Smedt [8].

Jakościową metodę prowadzenia prób z gorącym dymem, stosowaną wyłącznie w tunelach drogowych, przedstawiono w RVS 09.02.31 [9]. Dokument ten zawiera wytyczne prowadzenia testów z wykorzystaniem paliw, które w czasie spalania generują dym o wysokiej zawartości sadzy (rys. 1 patrz: zdjęcie pod tytułem).

Wymagana powierzchnia pożaru to 2,00 m² i jest ona osiągana poprzez wykorzystanie dwóch tac o powierzchni 1,00 m², wysokich na 50–80 cm, zlokalizowanych obok siebie. Każda z tac powinna być wypełniona mieszaniną paliw w proporcji 5,00 dm³ benzyny i 20,00 dm³ oleju napędowego.

Wskazanym celem prowadzenia testów jest ocena skuteczności działania wyposażenia bezpieczeństwa tunelu w czasie pożaru, ocena scenariusza pożarowego i w ramach potrzeb dostosowanie go do najnowszego stanu wiedzy w zakresie bezpieczeństwa pożarowego oraz przeprowadzenie ćwiczeń jednostek straży pożarnej i personelu zarządzającego tunelem w sytuacji realnego zagrożenia.

Testy powinny być prowadzone w zamkniętym dla ruchu obiekcie pod nadzorem Państwowej Straży Pożarnej.

Czytaj też: Rozwiązania techniczne wentylacji garaży >>>

Metoda ITB 493/2015

Metoda opisana w wytycznych ITB 493/2015 [3] jest niejako hybrydą i rozwinięciem metod przedstawionych powyżej, tzn. łączy zalety czystych prób ze źródłem pożaru o dużej mocy według metody australijskiej z metodą jakościowej oceny wyników próby podobną do metody austriackiej.

Celem powstania wytycznych ITB 493/2015 było opracowanie szybkiej i powtarzalnej metody prowadzenia testu, o dużej użyteczności dla właścicieli obiektów, wykonawców, ubezpieczycieli, organów administracyjnych i funkcjonariuszy Straży Pożarnej.

Zestaw urządzeń do prowadzenia prób (rys. 2) składa się z tac grzewczych z ciekłym paliwem, generatorów gorącego dymu odpornego na temperatury do 200°C oraz opcjonalnie urządzenia kontrolującego przebieg testu i integrującego wykorzystywane generatory dymu [10].

W czasie typowej próby z gorącym dymem nie jest możliwa jednoznaczna ocena zasięgu widzialności czy innych parametrów związanych z zadymieniem badanego obszaru. Aerozol znacznikowy charakteryzuje się innymi właściwościami optycznymi niż dym powstały w pożarze, ponadto odniesienie jego masowego stężenia w danym miejscu do masowego stężenia dymu w prawdziwym pożarze jest niezmiernie trudne.

Szczegółowy opis procedury prowadzenia testu z gorącym dymem zawarto w wytycznych [3], a jego podstawy merytoryczne opisano m.in. w [10,11].

Co ważne, w metodzie ITB 493/2015 mniejszy nacisk kładzie się na faktyczną ocenę skuteczności działania systemów wentylacji pożarowej, a większy na poprawność działania systemu detekcji pożaru i integracji urządzeń pożarowych.

W trakcie próby możliwa jest także ogólna ocena czasu detekcji pożaru – na podstawie badań porównawczych prowadzonych w ITB określono, że czas reakcji czujek pożaru różnego typu na dym powstały w czasie próby z gorącym dymem w komorze testowej TF jest wielokrotnie krótszy niż ich czas reakcji na którykolwiek z pożarów testowych (działanie nieomal natychmiastowe). Obszerna publikacja naukowa poświęcona wynikom tych badań jest w trakcie przygotowywania.

Liczba tac z paliwem oraz generatorów dymu dobierana jest indywidualnie dla każdego obiektu. Moc pożaru testowego wykorzystywanego w próbie z gorącym dymem powinna wynosić nie mniej niż 300 kW (rys. 4) w przypadku garaży wyposażonych w stałe urządzenia gaśnicze wodne oraz nie mniej niż 450 kW w pozostałych garażach.

W przypadku garaży o wysokości przekraczającej 3,20 m zaleca się zwiększenie mocy pożaru w celu osiągnięcia wyższej temperatury warstwy dymu rozpływającej się pod stropem.

Zwiększenie mocy generowanej podczas próby z gorącym dymem przybliża badanie do rzeczywistego pożaru kosztem zwiększenia ryzyka uszkodzenia instalacji bądź elementów wykończenia obiektu. Należy pamiętać o zabezpieczeniu instalacji tryskaczowej tak, aby w trakcie próby nie wystąpił nagły nieprzewidziany wypływ wody.

Maksymalna moc pożaru testowego wykorzystywanego w trakcie testów z gorącym dymem nie powinna przekraczać 1 MW (rys. 3).

Więcej informacji na temat doboru źródła ciepła i dymu oraz danych dotyczących szacowania temperatury pod stropem badanej przestrzeni zawierają wytyczne AS 4391 [6].

Bezpośrednio przed przystąpieniem do próby z gorącym dymem należy uruchomić system wentylacji bytowej, powiadomić administratora obiektu oraz PSP, a także potwierdzić, że w pomieszczeniach maszynowni wentylacji pożarowej czy przewodach wentylacji nie znajdują się żadne osoby.

Za moment rozpoczęcia próby uznaje się chwilę odpalenia pierwszej tacy z paliwem. System sygnalizacji pożarowej powinien automatycznie realizować zadania opisane w scenariuszu pożarowym dla danej strefy. Mierzone są czasy, w których nastąpiło osiągnięcie przez system wentylacji pożarowej zakładanej wydajności wyciągu oraz nawiewu powietrza kompensacyjnego, a także uruchomienie się pozostałych elementów systemu.

W przypadku systemów wentylacji pożarowej z wentylatorami strumieniowymi mierzone są czasy zwłoki od ogłoszenia alarmu pożarowego w badanej strefie pożarowej do momentu uruchomienia się wentylatorów strumieniowych. Czas trwania pojedynczej próby wynosi średnio od 12 do 20 min.

Czytaj też: Detektory gazów jako sterowniki wentylacji >>>

Ocena wyników testu

Próby z gorącym dymem należy przeprowadzać w reprezentatywnych lokalizacjach w każdej ze stref dymowych budynku.

Jeżeli dla danej strefy dymowej prowadzona była analiza CFD, zaleca się, aby lokalizacja źródła ciepła i dymu w trakcie próby z gorącym dymem była zbieżna z lokalizacją źródła w symulacji.

Wyniki próby powinny być porównane z wynikami symulacji, przy czym z uwagi na różne moce pożaru w próbach z gorącym dymem oraz prowadzonych analizach CFD nie jest możliwe bezpośrednie porównanie wyników obydwu eksperymentów. Porównanie to może jednak obejmować np. wyznaczenie obszarów, w których dym miesza się z napływającym powietrzem kompensacyjnym, czy porównanie prędkości przepływu powietrza wywołanego działaniem systemu.

W trakcie wybranych prób z gorącym dymem należy sprawdzić, czy przedostanie się dymu do sąsiedniej strefy dymowej lub uruchomienie się ROP nie wpłynie na działanie systemu.

W trakcie testów obserwuje się działanie wszystkich elementów automatyki pożarowej, takich jak bramy pożarowe, automatyczne kurtyny dymowe, przeciwpożarowe klapy odcinające, dźwiękowy system ostrzegawczy czy oświetlenie awaryjne i ewakuacyjne.

Szczegółową listę zagadnień weryfikowanych w trakcie próby z gorącym dymem przedstawiono poniżej:

• poprawność wykrycia pożaru w określonym czasie;
• wywołanie określonych sterowań przez system sygnalizacji pożaru zgodnie z przyjętym scenariuszem rozwoju zdarzeń w czasie pożaru, w tym w szczególności:
  — powiadomienie służb ratowniczych i obsługi obiektu o zajściu,
  — sygnał zamknięcia drzwi i bram pożarowych,
  — sygnał uruchomienia systemów różnicowania ciśnień (zabezpieczeń przed zadymieniem),
  — sygnał uruchomienia oświetlenia awaryjnego i ewakuacyjnego,
  — sygnał uruchomienia systemu powiadamiania (Dźwiękowy System Ostrzegawczy, systemy radiowe, systemy optyczne),
  — sygnał zatrzymania wentylacji bytowej,
  — sygnał uruchomienia systemu wentylacji pożarowej;
• odseparowanie stref pożarowych od siebie poprzez zamknięcie drzwi, bram i wszelkich przejść pomiędzy nawami, wraz z uruchomieniem systemów różnicowania ciśnienia pomiędzy nawami, jeżeli takie zastosowano;
• sprawdzenie:
  — czy czasy uruchomienia systemów wentylacji pożarowej są zgodne z założonymi oraz czy sekwencja uruchomienia się poszczególnych elementów systemu jest poprawna (np. czy zamknięcie klap pożarowych następuje przed uruchomieniem wentylatorów wyciągowych),
  — czy doprowadzenie powietrza kompensacyjnego nie powoduje jego zmieszania z dymem;
• ocena:
  — utrzymania dwóch warstw dymu w czasie niezbędnym do ewakuacji osóbz budynku, a w przypadku systemów wentylacji pożarowej z wentylatorami strumieniowymi oceniane jest, czy nie nastąpiło przedwczesne uruchomienie tych wentylatorów,
  — zgodności kierunków przepływu powietrza z kierunkami przepływu określonymi na drodze obliczeń numerycznych z wykorzystaniem metody CFD,
  — przepływu dymu do sąsiednich stref dymowych bądź pożarowych,
  — wpływu wywołania alarmu pożarowego w innej strefie budynku (poprzez uruchomienie ręcznego ostrzegacza pożarowego) na działanie systemów bezpieczeństwa pożarowego w badanej strefie;
  — przejścia systemów bezpieczeństwa pożarowego na zapasowe źródło zasilania po uruchomieniu głównego wyłącznika prądu;
  — przekazania informacji o wykryciu pożaru do stanowiska monitorowania Państwowej Straży Pożarnej.

W szczególnych przypadkach w czasie próby z gorącym dymem możliwe jest także uruchomienie się stałych urządzeń gaśniczych wodnych, jednak z uwagi na niewielką moc pożaru w czasie takiej próby nie jest możliwa ocena ewentualnej skuteczności działania systemu.

Kryteriami skuteczności działania systemu wentylacji pożarowej, możliwymi do oceny w próbach z gorącym dymem, są:

• utrzymanie dymu w warstwie podstropowej w czasie niezbędnym do ewakuacji osób (rys. 5),
• brak mieszania się powietrza kompensacyjnego z dymem,
• ograniczenie rozprzestrzeniania się dymu do obszaru strefy detekcji/strefy dymowej, w której prowadzona jest próba (rys. 6), oraz w przypadku systemów kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła − dostęp do źródła pożaru (rys. 7),
• uruchomienie się wszystkich elementów systemu samoczynnie, w kolejności przewidzianej w projekcie systemu bez opóźnień,
• w przypadku systemów kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła – czy źródło pożaru jest dostępne z odległości nie większej niż 15 m,
• brak wpływu wykrycia dymu lub użycia przycisku ręcznego ostrzegacza pożarowego w innej niż badana strefie dymowej (lub pożarowej) na realizację scenariusza dla strefy, w której wykryto pożar.

Bezpieczeństwo w trakcie testów z gorącym dymem

Próby z wykorzystaniem gorącego dymu są odwzorowaniem niebezpiecznego zjawiska, jakim jest pożar, i same w sobie także niosą pewne zagrożenie. Odpowiedni dobór źródła ciepła i dymu dla budynku pozwala zminimalizować ryzyko uszkodzeń konstrukcji czy elementów wykończenia wnętrz w budynku, lecz zagrożenia dla osób znajdujących się w obszarze oddziaływania pożaru testowego nie da się całkowicie wyeliminować.

W przestrzeni, w której prowadzone są próby z gorącym dymem, powinny się znajdować jedynie osoby odpowiedzialne za prowadzenie prób oraz ewentualnie przedstawiciele inwestora, projektanci bądź wykonawcy systemów. Osoby te powinny zostać poinformowane o planowanym przebiegu próby oraz niebezpieczeństwach, na jakie mogą być narażone.

Prowadzenie jakichkolwiek prac budowlanych czy wykończeniowych w trakcie próby z gorącym dymem może stanowić bezpośrednie zagrożenie życia lub zdrowia z uwagi na gwałtownie zmieniające się warunki środowiska w czasie próby (w szczególności nagłe obniżenie widzialności).

Więcej informacji na temat bezpiecznego prowadzenia prób z gorącym dymem zawarto w wytycznych [3].

Podsumowanie

Metoda ITB 493/2015 służy ocenie jakościowej działania systemów wentylacji pożarowej.

Żeby dokonać oceny ilościowej, niezbędne jest zastosowanie bardziej zaawansowanych metod oceny – VDI [7] oraz skalowania fizykalnego opisanego przez Morgana i de Smedta [8].

Brak możliwości skalowania wyników testów z gorącym dymem wg ITB 493/2015 nie jest jednak ich wadą, lecz wynikiem świadomej decyzji autorów. Rezygnacja z części pomiarów ilościowych na rzecz uproszczenia i przyspieszenia poszczególnych testów przyczyniła się do popularyzacji samej metody, którą dostosowano do „napiętego” harmonogramu końca budowy.

Autorzy podjęli świadomą decyzję, stawiając „więcej prostszych testów” ponad „pojedynczym, precyzyjnym sprawdzeniem”. Efektem jest częściowe zmniejszenie możliwości oceny skuteczności systemu wentylacji pożarowej oraz wykładnicze zwiększenie możliwości oceny integracji systemów bezpieczeństwa w obiekcie budowlanym.

Po ponad tysiącu przeprowadzonych przez nas próbach z gorącym dymem, niezliczonych wyeliminowanych problemach i błędach oraz ponad setce odebranych obiektów budowlanych wciąż uznajemy tę decyzję za trafną.

W wytycznych ITB 493/2015 zawarto więcej informacji na temat podstaw formalnych prób z gorącym dymem, scenariusza prowadzenia testów oraz ich dokumentacji. Przedstawiono również wskazówki dotyczące projektowania systemów wentylacji pożarowej garaży zamkniętych przeznaczonych dla samochodów osobowych.

W wytycznych zawarto także rekomendacje związane z oceną działania systemów i ich wymiarowaniem oraz prowadzeniem analiz CFD.

Literatura

1. Węgrzyński W., Krajewski G., Wentylacja pożarowa garaży – dobór systemu i projektowanie wg ITB 493/2015, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2017, s. 31–36.
2. Węgrzyński W., Krajewski G., Wentylacja pożarowa garaży – symulacje numeryczne (CFD) wg ITB 493/2015, „Rynek Instalacyjny” nr 5/2017, s. 52–56.
3. Węgrzyński W., Krajewski G., Systemy wentylacji pożarowej garaży. Projektowanie, ocena, odbiór, 493/2015, Instytut Techniki Budowlanej, 2015.
4. Krajewski G., Węgrzyński W., Wentylacja pożarowa garaży – błędy projektowe i wykonawcze, „Materiały Budowlane” nr 10/2014, s. 141–143.
5. Janik P., Odbiory instalacji wentylacji pożarowej – projekt i wykonanie a przepisy, „Rynek Instalacyjny” nr 7–8/2015, s. 69–74.
6. AS, Smoke Management Systems – Hot Smoke Test, 1999.
7. VDI, VDI 6019 Blatt 1 Ingenieurverfahren zur Bemessung der Rauchableitung aus Gebäuden Brandverläufe, Überprüfung der Wirksamkeit, 2006.
8. Morgan H.P., de Smedt J.-C., Hot Smoke Tests: Testing the Design Performance of Smoke and Heat Ventilation Systems and of Impulse Ventilation Systems, „Int. J. Eng. Performance-Based Fire Codes”, No. 6/2004, p. 7–18.
9. RVS 09.02.31 Tunnel Ventilation – Basic Principles, 2008.
10. Sztarbała G., Węgrzyński W., Krajewski G., Wykorzystanie metody gorącego dymu do oceny skuteczności funkcjonowania systemów bezpieczeństwa pożarowego w obiektach budowlanych, w: „Bezpieczeństwo pożarowe obiektów budowlanych”, Warszawa 2012, s. 227–232.
11. Sztarbała G., Węgrzyński W., Krajewski G., Zastosowanie gorącego dymu do oceny skuteczności działania systemów bezpieczeństwa pożarowego podziemnych obiektów, mat. konf. „Bud. Pod. i Bezpieczeństwo w Komun. Drog. i Infrastrukturze Miej.”, Kraków 2012.

Czytaj też: LPG w garażach podziemnych >>>