Oddymianie garaży zamkniętych – wymagania przepisów a efektywność rozwiązań technicznych

Krajowe przepisy techniczno-budowlane określają wymagania dla stosowania wentylacji pożarowej oddymiającej w garażach zamkniętych. Przestrzenie tego typu stanowią obecnie integralną część istniejących i nowo wznoszonych budynków w przestrzeni miejskiej.

Ze względu na wysokie ryzyko zapalenia się samochodu oraz skutki, jakie dla konstrukcji obiektu oraz mieszkańców niesie za sobą takie zdarzenie, zapewnienie bezpieczeństwa pożarowego jest niewątpliwie zagadnieniem ważnym, a garaże zamknięte samochodów osobowych muszą zostać zaprojektowane i wyposażone w skuteczne (więc i kosztowne) techniczne środki ochrony przeciwpożarowej.

Wydatkując na ten cel niemałe środki, warto mieć świadomość, jak powinien być zorganizowany system wentylacji pożarowej, żeby nie tylko spełniał wymogi formalne, ale również działał zgodnie z założeniami projektowymi. Fundamentalne znaczenie ma tu polegająca na otwartej dyskusji, wymianie opinii i uzgodnieniach współpraca wszystkich osób zaangażowanych w realizację inwestycji, czyli architektów, projektantów, wykonawców i rzeczoznawców do spraw zabezpieczenia przeciwpożarowego.

Jakie są wymagania jakości powietrza w przedszkolach i szkołach na 2021 rok? Pobierz bezpłatny e-book »

Tylko w toku wzajemnej współpracy, której zasady opisano m.in. w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych [4], opracowana może zostać spójna, dostosowana do indywidualnych potrzeb konkretnego obiektu, koncepcja lub strategia ochrony przeciwpożarowej garaży. Taka strategia pozwala na wypracowanie kompleksowych rozwiązań, dzięki którym system może zostać zoptymalizowany pod względem efektywności działania oraz kosztów jego wykonania.

Trzeba w tym miejscu zaznaczyć, że różnorodny układ architektury wewnętrznej, lokalizacja obiektu, rozmieszczenie dróg ewakuacji, bram wjazdowych, punktów napływu powietrza, powiązanie z innymi przestrzeniami wewnętrznymi i szereg innych czynników indywidualnych sprawiają, że nie istnieją uniwersalne, równie skuteczne dla wszystkich garaży rozwiązania.

Nowe wymagania dla garaży

Wymaganiom przeciwpożarowym dla garaży poświęcony jest w całości rozdział 8 w V dziale warunków technicznych [4]. Wraz z obowiązującą od stycznia 2018 roku nowelą tego rozporządzenia wprowadzone zostały istotne zmiany, przy czym część z nich służy podniesieniu poziomu bezpieczeństwa w budynku, a część spełnia głównie oczekiwania inwestorów i stanowi złagodzenie wcześniejszych wymagań.

W odniesieniu do funkcjonowania systemu wentylacji oddymiającej istotne złagodzenie znajduje się w § 277 ust. 4.

Uruchamiana za pomocą systemu wykrywania dymu instalacja tego typu wymagana jest, gdy garaż nie posiada bezpośredniego wjazdu lub wyjazdu z budynku (czyli również przy zastosowaniu coraz popularniejszych ostatnio wind samochodowych) lub gdy jej powierzchnia przekracza 1500 m².

Wymóg ten, tak jak miało to miejsce przed 2009 r., uzależniony jest od powierzchni strefy pożarowej, a nie powierzchni całkowitej garażu. Ponownie wprowadzony został więc oczekiwany przez inwestorów zapis, który może poważnie ograniczyć zakres stosowania systemów oddymiania w przypadku podziału przestrzeni garażu na strefy o powierzchni mniejszej niż 1500 m².

Trzeba tu jednak zaznaczyć, że podział garażu na strefy pożarowe wiąże się z kosztami oddzieleń i zabezpieczeń koniecznych dla granicy strefy. Ponadto w przypadku pożaru brak systemu oddymiania może doprowadzić do przenikania dymu i toksycznych produktów spalania do naziemnej części budynku, utrudniając ewakuację lub stwarzając realne zagrożenie dla mieszkańców.

Działanie wentylacji odprowadzającej gazy pożarowe pozwala również znacznie obniżyć ich temperaturę, chroniąc tym samym konstrukcję obiektu. Pytanie nie powinno więc brzmieć: czy można zrezygnować z systemu oddymiania?, tylko raczej: jaki powinien być realny cel jego działania?

Zmodyfikowano i doprecyzowano także zawarte w § 278 wymagania dotyczące warunków ewakuacji z garażu odnoszące się również do zastosowania wentylacji pożarowej.

Obecnie wymagane są co najmniej dwa wyjścia ewakuacyjne ze strefy garażu, która ma więcej niż 25 stanowisk postojowych i nie jest wyposażona w instalację wentylacji oddymiającej lub ma powierzchnię przekraczającą 1500 m².

Co ważne, w przypadku strefy pożarowej garażu obejmującej więcej niż dwie kondygnacje wyjścia ewakuacyjne należy zapewnić na poziomie każdej kondygnacji (§ 278.1). W wielu przypadkach może to oznaczać konieczność wprowadzenia zmian architektonicznych lub zastosowania systemu oddymiania, pomimo że powierzchnia rzutu garażu lub strefy pożarowej nie przekracza 1500 m².

Z ust. 4 § 278 wynika, że wyjścia ewakuacyjne z każdej strefy garażu mają być dostępne nie tylko jak dotychczas w przypadku zamknięcia bram pomiędzy strefami, ale również w razie zamknięcia wjazdu lub wyjazdu z garażu. Projektując lokalizację i liczbę wyjść ewakuacyjnych, należy również uwzględnić rodzaj i sposób działania wentylacji pożarowej.

Jeżeli w garażu planowane jest wykorzystanie systemu strumieniowego, należy się liczyć z tym, że przynajmniej jedno z wyjść ewakuacyjnych będzie niedostępne (znajdzie się po zadymionej stronie garażu). Lokalizacja pozostałych dróg ewakuacji musi więc niezależnie spełniać wymóg dostępności i długości dojścia.

Długość przejścia od stanowiska postojowego do najbliższego wyjścia ewakuacyjnego wynosi tak jak dotychczas: w garażu zamkniętym 40 m, a w garażu otwartym 60 m.

Istotna zmiana dotyczy jednak możliwości powiększenia długości tego przejścia. Może być ona powiększona zgodnie z zasadami określonymi w § 237 ust. 6 i 7, tj. przy zastosowaniu systemu tryskaczowego lub wentylacji oddymiającej, ale złagodzenia tego nie stosuje się w przypadku zastosowania w garażu instalacji wentylacji oddymiającej strumieniowej. Tym samym po raz pierwszy w WT pojawił się zapis odnoszący się bezpośrednio do wentylacji strumieniowej.

Polska jest bodajże jedynym krajem europejskim, w którym istnieje możliwość wydłużenia przejść ewakuacyjnych przy zastosowaniu wentylacji oddymiającej. W innych krajach długość ta uzależniona jest od liczby i rozmieszczenia dróg ewakuacji (czy osoba uciekająca ma wybór kierunku ucieczki, czy nie).

Cel działania wentylacji oddymiającej

Na wielkość i sposób działania w największym stopniu wpływa ustalenie priorytetu działania systemu oddymiania, co dobrze widać na rys. 1.

Formalnie garaże zamknięte pod budynkami wielorodzinnymi klasyfikowane są jako przestrzeń PM (produkcyjna i magazynowa, np. klasa odporności pożarowej § 276 WT) i z definicji nie są przeznaczone na stały pobyt ludzi. Oznacza to, że priorytetem działania wentylacji oddymiającej nie musi być zapewnienie warunków bezpiecznej ewakuacji, ale przede wszystkim ochrona konstrukcji budynku (obniżenie koncentracji i temperatury gazów pożarowych) i ułatwienie działania straży pożarnej.

Takie podejście prezentowane jest w zagranicznych standardach projektowych, takich jak BS 7346-7:2006 [3] i NEN 6098:2012 [2].

Co więcej, ustalenie takich właśnie priorytetowych celów funkcjonalnych nie wynika ze względów ekonomicznych, ale oparte jest na analizie skutków kilkuset pożarów w garażach zamkniętych o różnym stopniu zabezpieczenia pożarowego. Podczas tych zdarzeń nawet przy braku zaawansowanych rozwiązań technicznych ewakuacja trwała bardzo krótko, a poszkodowane zostały jedynie pojedyncze osoby.

W krajowej rzeczywistości projektowej powszechnie obowiązującą interpretacją jest określenie celu działania wentylacji oddymiającej zgodnie z zapisem § 270 WT. W skrócie oznacza to, że system taki powinien w czasie potrzebnym do ewakuacji ludzi zapewnić przejścia i drogi ewakuacyjne wolne od dymu i wysokiej temperatury oraz proporcjonalne uzupełnienie wydatku instalacji zewnętrznym powietrzem kompensacyjnym.

W wielu przypadkach, np. powszechnie występujących pod budynkami wielorodzinnymi garażach niskich, działanie instalacji oddymiającej nie jest w stanie zrealizować wymagań tego paragrafu. Co więcej, uruchomienie wszystkich elementów wykonawczych systemu wentylacji strumieniowej (wentylatorów wyciągowych, nawiewnych i strumieniowych) skutkuje całkowitym zadymieniem części garażu położonej po stronie zawietrznej względem lokalizacji pożaru.

Należy również pamiętać, że pod ogólnym sformułowanym w WT pojęciem wentylacji oddymiającej funkcjonować mogą różne rozwiązania systemów wentylacji pożarowej, o różnym sposobie i celu działania. Zgodnie z przyjętą w Wytycznych ITB [1] terminologią są to systemy oddymiania, kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła lub usuwania dymu (rys. 2).

Z wymienionych rozwiązań tylko systemy oddymiania, w których odbiór dymu z przestrzeni podstropowej odbywa się za pośrednictwem kanałów wyciągowych (tzw. system kanałowy), bezpośrednio wspomagają ewakuację. Działanie takiego systemu pozwala na zachowanie w dolnej części garażu strefy wolnej od dymu, w której mogą poruszać się ludzie.

W znowelizowanych WT opisane rozwiązanie jest również jedynym, które umożliwia wydłużenie długości przejść ewakuacyjnych. Skuteczne zastosowanie systemu kanałowego ma jednak poważne ograniczenie związane z wysokością garażu.

Przykładowo zgodnie z rygorystycznymi zapisami normy belgijskiej NBN S 21-208-2 (potwierdzonymi wynikami krajowych badań obiektowych i numerycznych [1]), separacja powietrza i dymu możliwa jest w garażach o wysokości co najmniej 2,8 m (wg ITB: 2,9 m) w przypadku współpracy z instalacją tryskaczową lub 3,8 m, jeżeli instalacji takiej nie ma.

Oznacza to, że w realiach krajowych (min. przewidziana w § 102 WT wysokość w świetle konstrukcji garażu to 2,2 m) bardzo niewielka część garaży np. pod budynkami wielorodzinnymi może posiadać skutecznie działającą instalację kanałową.

Alternatywną metodą wentylacji pożarowej, która znajduje powszechne zastosowanie w omawianych niskich przestrzeniach, są systemy strumieniowe. Instalacje tego typu mogą kontrolować przepływ ciepła i dymu lub wyłącznie usuwać dym z garażu.

W przypadku kontroli dymu i ciepła działanie instalacji powoduje podział przestrzeni na strefę zadymioną (pomiędzy źródłem pożaru i punktem wyciągu dymu) oraz strefę wolną od dymu w pozostałej części garażu.

Prowadzone badania i analizy [6] wskazują również, że nawet częściowe działanie systemu kontroli dymu i ciepła (wentylacji strumieniowej), polegające na natychmiastowym uruchomieniu wentylatorów wyciągowych i systemu nawiewu powietrza przy wprowadzeniu zwłoki czasowej w załączeniu wentylatorów strumieniowych, znacznie poprawia warunki ewakuacji (wydłuża dostępny czas ewakuacji) w stosunku do braku instalacji oddymiania.

Przy założeniu wyłącznie usuwania dymu istnieje możliwość zadymienia całej przestrzeni garażu. Jest to zatem najmniej efektywne rozwiązanie spośród systemów wentylacji pożarowej garażu i nie powinno stanowić rozwiązania zamiennego dla systemu oddymiania lub kontroli dymu i ciepła. Omawiane rozwiązanie pozwala jednak odprowadzić dym z przestrzeni garażu, obniżając temperaturę gazów pożarowych i zmniejszając ryzyko przenikania dymu do pozostałych części budynku – jest to więc zdecydowanie lepsze rozwiązanie niż całkowita rezygnacja z wentylacji pożarowej.

Skuteczność systemu oddymiania

Pod pojęciem skuteczności działania należy rozumieć zdolność instalacji oddymiania do realizacji założeń opracowanego dla konkretnego garażu scenariusza pożarowego. Osiągnięcie wymaganej skuteczności uwarunkowane jest jednak wieloma czynnikami, takimi jak: układ architektoniczny i podział przestrzeni garażu, dostęp dróg ewakuacji, możliwa lokalizacja i wielkość punktów usuwania dymu oraz nawiewu kompensacyjnego, możliwa lokalizacja i wielkość pożaru, współpraca z systemem detekcji oraz instalacją tryskaczową itd.

Wzajemne współzależności tych i innych uwarunkowań sprawiają, że zaprojektowanie skutecznego systemu oddymiania garażu jest zagadnieniem złożonym i przeważnie wymaga zastosowania zaawansowanych narzędzi projektowych w postaci symulacji komputerowych.

Wykorzystanie programów CFD jest szczególnie wskazane przy projektowaniu systemów strumieniowych w garażach zamkniętych, o złożonym układzie architektonicznym, gdzie nie ma praktycznie innej możliwości przeanalizowania drogi przepływu powietrza i dymu. Wyniki analizy stanowią podstawę do określenia wzajemnej lokalizacji i liczby wentylatorów strumieniowych. Analiza pozwala również na sprawdzenie, jak, często narzucone, rozmieszczenie punktów odbioru dymu i nawiewu kompensacyjnego wpływa na skuteczne funkcjonowanie instalacji oddymiającej (rys. 3).

Właściwe przeprowadzenie analizy numerycznej pozwala m.in. na:

• Określenie bezpiecznej liczby wentylatorów strumieniowych – w celu uniknięcia rozmieszczenia zbyt wielu wentylatorów strumieniowych w stosunku do wydajności punktu wyciągowego.

Teoretycznie większa liczba urządzeń pozwala w większym stopniu obniżyć podstropową temperaturę gazów pożarowych, jednocześnie jednak praca wentylatorów strumieniowych wiąże się z indukowaniem dużych strumieni. Jeżeli wielkość wyciągu nie będzie uwzględniać zwiększonego w ten sposób strumienia objętościowego mieszaniny dymu powietrza i gazów pożarowych, następuje spiętrzenie tej mieszaniny. W konsekwencji w pobliżu wyciągu może się pojawić nadciśnienie w stosunku do pozostałej przestrzeni garażu, co skutkować będzie przepływem dymu w kierunku punktów nawiewnych i zadymieniem nieplanowanej części lub całego garażu.

• Określenie wzajemnego położenia punktów nawiewnych i wyciągowych – wentylacja strumieniowa ma za zadanie przetłoczyć przez garaż na tyle duży strumień powietrza, żeby np. możliwa była realizacja warunku kontroli dymu i ciepła.

Sprawność systemu będzie rosnąć, jeżeli sama lokalizacja punktów nawiewnych i wyciągowych pozwoli na przewietrzenie całej przestrzeni garażu, nawet bez włączenia wentylatorów strumieniowych. Warunek taki jest również ważny, jeżeli ze względu na konieczność wydłużenia czasu ewakuacji wprowadzona zostanie zwłoka w uruchomieniu wentylatorów strumieniowych. Jeżeli jednak, co zdecydowanie zbyt często zdarza się w nowo projektowanych budynkach, punkty nawiewny i wyciągowy zostaną umieszczone w niewielkiej odległości, dochodzi do zjawiska krótkiego spięcia, czyli cyrkulacji powietrza pomiędzy tymi punktami bez omywania zdecydowanie większej części garażu. W takiej sytuacji nawet przy zainstalowaniu dużej mocy wentylatorów system oddymiania nie osiągnie zakładanej skuteczności.

• Określenie podziału garażu za pomocą kurtyn dymowych – w wielu rozwiązaniach architektury wewnętrznej garażu podział strefy pożarowej na strefy dymowe jest elementem kluczowym dla poprawy efektywności działania wentylacji oddymiającej. Wiąże się to z konwekcyjnym transportem energii wyzwolonej podczas pożaru samochodu.

Dym i gazy pożarowe rozpływające się promieniście pod stropem garażu zostają ograniczone przez kurtyny dymowe w granicach strefy dymowej. Dym przepływający pod kurtyną dymową ma znacznie mniejszą energię niż przepływający swobodnie pod stropem garażu. Dużo łatwiej jest w tym przypadku zachować podział garażu na strefę zadymioną i wolną. Stopień skomplikowania wyboru optymalnego rozmieszczenia i wysokości kurtyn dymowych jest jednak na tyle wysoki, że konieczne jest tu prowadzenie analiz numerycznych.

Symulacje stanowią jedynie mniej lub bardziej dokładne odwzorowanie rzeczywistości. Projektant, opierając się na tego typu analizie, musi wiedzieć, według jakich założeń i w jaki sposób przeprowadzona została analiza. Dobrze wykonana analiza wymaga poprawnego doboru modeli fizycznych i warunków brzegowych opisanych w standardach projektowych [1]. Ważne jest tu również, żeby uwzględniona została faktyczna charakterystyka pracy wentylatorów wykorzystanych w projekcie. Jednostki o takich samych parametrach pracy, charakteryzowanych np. przez siłę ciągu, mogą się znacznie różnić rozkładem profilu prędkości wylotowej (dodatkowo różnej przy pracy normalnej i rewersyjnej). Z każdej analizy powinien zostać wykonany raport, opisujący zarówno sposób jej wykonania, jak i wnioski odnośnie do funkcjonowania systemu.

Końcowym etapem weryfikacji działania systemu powinny być próby z wykorzystaniem ciepłego dymu przeprowadzone zgodnie z procedurą opisaną np. w [1]. Próby takie, wykonane przy takich samych założeniach jak symulacje, wykazują zdolność systemu do działania zgodnie z założeniami projektowymi. Warto jednak pamiętać, że same próby weryfikują jedynie takie parametry, jak: czas uruchomienia instalacji, uzyskiwany kierunek przepływu powietrza i wydajność instalacji. Ze względu jednak na różne właściwości optyczne dymu i temperaturę gazów pożarowych próby nie są weryfikacją faktycznej pożarowej skuteczności systemu. W tym zakresie opierać się należy na wynikach analiz numerycznych.

Podsumowanie

Realny poziom bezpieczeństwa pożarowego garaży zamkniętych jest funkcją wielu zmiennych. Zmieniające się przepisy nie precyzują jednoznacznie sposobu działania systemu oddymiania garażu, wskazują jedynie, kiedy rozwiązanie takie powinno być stosowane. Tymczasem kluczowa dla właściwego zaprojektowania i funkcjonowania tego typu instalacji jest świadomość celu i związanych z nim wymagań funkcjonalnych. W wielu przypadkach dopiero po ich doprecyzowaniu i w oparciu o prawidłowe modele numeryczne możliwe jest skonfigurowanie systemu o najwyższej efektywności dla konkretnego obiektu.

Literatura

1. Węgrzyński W., Krajewski G., Systemy wentylacji pożarowej garaży. Projektowanie, ocena, odbiór, Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2015.

2. NEN 6098:2012 Smoke control systems for powered smoke exhaust ventilators in car parks provides.

3. BS 7346-7:2013 Components for smoke and heat control systems – Part 7: Code of practice on functional recommendations and calculation methods for smoke and heat control systems for covered car parks.

4. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).

5. NBN S 21-208-2 Protection incendie dans les batiments. Conception des systems d’evacuation des fumees et de la c haleur (EFC) des parkings interieurs.

6. Brzezińska D., Ollesz R., Wentylacja oddymiająca w garażach – rozwiązania kontrowersyjnych problemów na przykładach projektowych, „Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza” Vol. 45, 2017, s. 130–141.

Czytaj też: Rola rzeczoznawcy ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych w procesie projektowania budynków