Mieszane (hybrydowe) rozwiązania wentylacji pożarowej

Instalacje wentylacji pożarowej są rozwiązaniami technicznymi kluczowymi dla spełnienia wymagań podstawowych, o których mowa w § 207 ust. 1 rozporządzenia w sprawie warunków technicznych [9], szczególnie w zakresie tworzenia warunków do bezpiecznej ewakuacji, przetrwania pożaru w obiekcie oraz efektywnego wspomagania działania ekip ratowniczych. Paragrafy 245, 246 i 256 WT wskazują na możliwość zastosowania w obiektach wielokondygnacyjnych fakultatywnie lub obligatoryjnie urządzeń służących do oddymiania lub zapobiegania zadymieniu. Zapis taki jest powszechnie interpretowany jako konieczność wykonania systemów oddymiania klatki schodowej lub systemów różnicowania ciśnienia.

Ze względu na sposób działania pierwsze wymienione rozwiązanie (system oddymiania klatki schodowej) nie gwarantuje bezpiecznego opuszczenia budynku przez wszystkich użytkowników, a jego skuteczność jest poważnie ograniczona. Instalacja oddymiania służy więc głównie wspomaganiu działań ekip ratowniczych. Z tych względów np. w standardzie VDMA 24188 [8] proponuje się zastosowanie systemów grawitacyjnych w relatywnie niskich budynkach (ok. 5 kondygnacji) i jednocześnie zakłada zastosowanie przenośnych wentylatorów do oczyszczenia klatki z dymu. Wyraźnie zaznaczono jednak, że wentylatory przenośne mają być użyte przez strażaków w fazie gaszenia pożaru, a nie podczas ewakuacji i akcji ratowniczej.

Nieco szersze zastosowanie i wyższy poziom niezawodności systemu oddymiania klatki schodowej zapewniają rozwiązania opisane w Wytycznych CNBOP PIB [7], polegające na wykonaniu instalacji oddymiania wspomaganej nawiewem mechanicznym. Dzięki większej odporności na zakłócenia i niekorzystne warunki atmosferyczne oraz zdolności do szybkiego oczyszczenia klatki schodowej z dymu (kiedy jego napływ do tej przestrzeni zostanie odcięty) omawiany system umożliwia prowadzenie ograniczonej ewakuacji w budynku. System oddymiania z nawiewem mechanicznym zapobiega również zadymieniu kondygnacji budynku znajdującej się poniżej tej, na której zlokalizowany jest pożar, co efektywnie wspomaga prowadzenie akcji ratowniczo-gaśniczej.

Najwyższy poziom bezpieczeństwa użytkowników i strażaków, szczególnie w budynkach wysokich i wysokościowych, zapewnia wykonana w sposób przemyślany i prawidłowo działająca instalacja różnicowania ciśnienia. Podniesienie poziomu bezpieczeństwa okupione jest tu jednak znacznym zwiększeniem nakładów inwestycyjnych. Zestawienia kosztów omawianych instalacji, sporządzane np. w ramach prac dyplomowych studentów WIBHiIŚ PW, wskazują na bardzo dużą różnicę już nawet w cenie zakupu niezbędnych elementów wykonawczych systemów oddymiania i różnicowania ciśnienia. Przykładem może być szacunkowe zestawienie wykonane dla budynku, dla którego przy zachowaniu układu klatki schodowej i jej trzech różnych wysokości porównano koszty podstawowych elementów systemów oddymiania grawitacyjnego, oddymiania wspomaganego nawiewem oraz systemu zapobiegania zadymieniu (tabela 1).

Szczególnie wysokie nakłady finansowe wiążą się z budową systemów różnicowania ciśnienia. Duże koszty instalacji wynikają w tym przypadku z konieczności zamontowania bardziej złożonych zestawów urządzeń napowietrzających, a przede wszystkim zbudowania na każdej kondygnacji instalacji lub układu do oprowadzania dymu.

W obliczu przedstawionego zestawienia nie powinno dziwić zainteresowanie możliwością tworzenia alternatywnych mieszanych (hybrydowych) układów wentylacji pożarowej, które przy spełnieniu wymogów przepisów zapewniają oczekiwaną przez inwestora redukcję kosztów całej instalacji. W niektórych przypadkach układy inżynierskie mogą również stanowić akceptowalne rozwiązanie często pojawiających się problemów z implementacją „klasycznego” systemu, np. dla budynków o nietypowym układzie architektury wewnętrznej, przy modernizacji istniejących obiektów itd. Niezależnie jednak od tego, czy mamy do czynienia z motywacją ekonomiczną, czy techniczną, decydując się na rozwiązanie inżynierskie, należy przestrzegać jednej nadrzędnej zasady: działanie zaproponowanego układu nie może zmniejszyć poziomu bezpieczeństwa użytkowników budynku. Każde indywidualnie tworzone rozwiązanie musi być więc przed wdrożeniem poddane bardzo szerokiej ocenie działania w warunkach przewidzianych scenariuszem pożarowym.

Mieszane rozwiązania wentylacji pożarowej klatek schodowych

W zasadzie każde układy wentylacji pożarowej alternatywne wobec wskazanych w powszechnie stosowanych wytycznych projektowych można nazwać rozwiązaniami hybrydowymi. Układy mieszane, podobnie zresztą jak „typowe” instalacje wentylacji pożarowej, powinny być tworzone na potrzeby konkretnego budynku. Systemy te mogą np. łączyć w sobie funkcje instalacji oddymiania i zapobiegania zadymieniu, przy czym całość może stanowić jedną lub więcej niezależnych instalacji w budynku. Systemy hybrydowe, podobnie jak inne instalacje wentylacji pożarowej, muszą służyć do realizacji celów podstawowych (określonych w § 207 ust. 1), a wykonane powinny być zgodnie z zasadami wiedzy technicznej (określonymi w art. 5 ust. 1 ustawy Prawo budowlane).

Ograniczenia wykonania systemów hybrydowych nie wynikają ze względów technicznych, ponieważ szeroka baza dostępnych autonomicznych urządzeń pozwala na budowę praktycznie dowolnego układu napowietrzania i/lub oddymiania.

Problemem jest natomiast zgodna z intencją twórcy interpretacja przepisów oraz zapisana w krajowej ocenie technicznej funkcjonalność urządzeń. Ponieważ w przypadku systemów mieszanych mówimy o nietypowych rozwiązaniach inżynierskich funkcjonujących na zasadzie odstępstwa od WT, elementy wchodzące w skład całego systemu muszą zostać wprowadzone w pierwszym systemie oceny zgodności i dopuszczone do jednostkowego zastosowania na mocy § 10 ust. 1 ustawy o wyrobach budowlanych [6]. Oznacza to konieczność wykonania systemu według indywidualnej dokumentacji technicznej, sporządzonej przez projektanta obiektu lub z nim uzgodnionej, dla którego producent wydał oświadczenie, że zapewniono zgodność wyrobu budowlanego z tą dokumentacją oraz z przepisami. Konieczny zakres dokumentacji technicznej oraz informacje, które muszą się znaleźć w oświadczeniu, doprecyzowane zostały odpowiednio w ust. 2 i 3 § 10 tej ustawy.

Elementami zestawów mieszanych mogą być zestawy urządzeń do oddymiania, zestawy urządzeń do napowietrzania pożarowego, czujniki ciśnienia, zasilacze urządzeń pożarowych oraz centrale sterujące urządzeniami ppoż. Każdy z tych elementów ma określoną w krajowej ocenie technicznej (KOT) funkcjonalność, w zakresie której można wykorzystać konkretny zestaw urządzeń. Szczególnym problemem dla rozległych układów może być dobór centrali sterującej, która będzie w stanie realizować różne, często bardzo rozbudowane scenariusze pożarowe.

Przykłady rozwiązań mieszanych

Jeden z przykładowych układów mieszanych został opisany we wspomnianej już normie niemieckiej VDMA 24188. Wprowadzone na rynek rozwiązanie oparte na zapisach tego standardu zakłada zamontowanie w przestrzeni klatki schodowej instalacji, w skład której wchodzi m.in. klapa dymowa, klapa nadmiarowo-upustowa, zestaw urządzeń napowietrzania pożarowego oraz rozbudowany system detekcji pożaru (rys. 1). Po wykryciu pożaru na kondygnacji system powinien się uruchomić w trybie pracy napowietrzania klatki schodowej. W tym przypadku stały nawiew powietrza (o wydajności ok. 10 000 m³/h) dzięki zastosowaniu klapy nadmiarowo-upustowej pozwoli utrzymać na klatce schodowej nadciśnienie ok. 15 Pa, co zabezpieczy tę przestrzeń przed napływem dymu.

Kiedy na klatkę schodową, przez drzwi prowadzące do kondygnacji, na której zlokalizowany jest pożar, napłynie dym, system powinien przejść w tryb oddymiania. Oznacza to, że przy utrzymaniu nawiewu nastąpi otwarcie urządzenia oddymiającego i ukierunkowanie przepływu dymu w jego stronę, a po zakończeniu napływu dymu do klatki schodowej oczyszczenie tej przestrzeni z dymu.

Nie jest do końca jasne, jak opisana instalacja ma funkcjonować po odcięciu napływu dymu i oczyszczeniu klatki schodowej. Trudno zakładać powrót układu do realizacji scenariusza ochrony pionowych dróg ewakuacji nadciśnieniem, chociażby z uwagi na fakt, że klapy nadmiarowo-upustowe nie są poddawane badaniom ogniowym i nie wiadomo, czy przy kontakcie z gorącymi gazami pożarowymi zachowają funkcjonalność (nie można zakładać ich sprawnego działania po kontakcie z gazami pożarowymi). Praktyczne zastosowanie opisanego rozwiązania wydaje się zatem mocno ograniczone. Ponadto, jak wykazały badania obiektowe [1, 2, 3], stały nawiew powietrza w warunkach intensywnego napływu dymu do klatki schodowej powodować może niebezpieczny wzrost nadciśnienia w jej górnej części. Skutkiem tego zjawiska może być przenikanie dymu do sąsiednich pomieszczeń i stworzenie realnego zagrożenia dla znajdujących się w nich osób.

Kolejnym przykładem rozwiązania mieszanego systemu wentylacji pożarowej jest system wentylacji pożarowej wysokiego budynku łączącego różne funkcje użytkowe. Kilka kolejnych kondygnacji budynku, począwszy od parteru, ma przeznaczenie usługowo-biurowe i w związku z tym zalicza się je do kategorii zagrożenia ludzi ZL III. Wyżej położone kondygnacje pełnią funkcję mieszkaniową i zaliczane są do kategorii ZL IV. Takie dość częste połączenie funkcjonalne powoduje komplikacje w budowie systemu ochrony klatki schodowej, który powinien być nie tylko efektywny, ale również akceptowalny kosztowo. Zgodnie z wymaganiami WT [9] (§ 246 ust. 1) klatka schodowa budynku wysokiego służąca do ewakuacji ze strefy ZL III powinna być wyposażona w urządzenia zapobiegające jej zadymieniu. Ten sam paragraf w art. 5. dopuszcza jednak w budynku wysokim (W) i wysokościowym (WW) wykonywanie klatek schodowych stanowiących drogę ewakuacyjną wyłącznie dla stref pożarowych ZL IV, bez przedsionków oddzielających je od poziomych dróg komunikacji ogólnej, nawet przy wyposażeniu ich jedynie w samoczynne urządzenia oddymiające uruchamiane za pomocą systemu wykrywania dymu.

Interpretacja cytowanego przepisu polega w tym przypadku na założeniu, że przy lokalizacji pożaru na jednej z kondygnacji mieszkalnych klatka schodowa wykorzystywana będzie jako droga ewakuacji wyłącznie ze strefy ZL IV. Takie założenie pozwoliło na skonstruowanie systemu dwufunkcyjnego. W przypadku lokalizacji pożaru na którejś z kondygnacji biurowych realizowany będzie pełen scenariusz funkcjonowania systemu różnicowania ciśnienia (włącznie z odprowadzeniem powietrza i dymu z kondygnacji). Przy zagrożeniu zlokalizowanym w wyżej położonej części mieszkalnej system zrealizuje scenariusz oddymiania klatki schodowej z nawiewem mechanicznym (rys. 2). Napływ powietrza realizowany będzie przy wykorzystaniu tej samej jednostki napowietrzającej, która wykorzystana została w systemie różnicowania ciśnienia. Przy czym dzięki zamontowaniu układu czujników ciśnienia (przy klapie dymowej i w przestrzeni klatki schodowej) w zależności od miejsca wykrycia dymu (pomieszczenie biurowe lub w przestrzeni klatki) jednostka napowietrzająca realizować będzie scenariusz stabilizacji nadciśnienia 50 Pa lub maks. 6 Pa w przestrzeni klatki dla utrzymania kryterium stałego przepływu w przekroju otwartej klapy dymowej.

Wykonanie instalacji od strony urządzeń wykonawczych nie stanowi większego problemu, ponieważ zakres funkcjonalności urządzeń napowietrzających pozwala na ich wykorzystanie zarówno w funkcji nawiewu nadciśnieniowego, jak i kompensacyjnego. Większy problem stanowiło zastosowanie uniwersalnej centrali sterowania o rozszerzonej funkcjonalności (większej liczbie wejść i wyjść). Centrala taka musiała posiadać zdolność do realizacji bardziej rozbudowanego scenariusza pożarowego, sterować przetwornicą i wentylatorem. Wykonana musiała być oczywiście w pierwszym systemie oceny zgodności (KOT, krajowy certyfikat stałości właściwości użytkowych i świadectwo dopuszczenia).

Innym przykładem kreatywnego podejścia do przepisów podczas budowy rozwiązania inżynierskiego jest układ dla budynku wielokondygnacyjnego, który ma dwie połączone korytarzem klatki schodowe, gdzie znajdują się dwie połączone funkcjonalnie instalacje wentylacji pożarowej o różnym przeznaczeniu. Rozwiązanie, o którym mowa, dotyczyć może obiektów, dla których pozwolenie na budowę wydane zostało przed styczniem 2018 r., lub obiektów, w których znajdują się więcej niż dwie połączone korytarzami klatki schodowe. Przed nowelizacją warunków technicznych [5] § 246.1 mówił, że w budynkach wysokich (W) i wysokościowych (WW) powinny się znajdować co najmniej dwie klatki schodowe obudowane i oddzielone od poziomych dróg komunikacji ogólnej oraz pomieszczeń przedsionkiem przeciwpożarowym. Czytając ten zapis, można dojść do wniosku, że dla literalnego spełnienia warunków bezpiecznej ewakuacji wystarczające jest zabezpieczenie przed zadymieniem tylko jednej klatki schodowej (wyposażenie jej w system zapobiegania zadymieniu). W takiej sytuacji druga z klatek schodowych może zostać wyposażona jedynie w instalację oddymiania (rys. 3). Podczas pożaru druga klatka schodowa pełnić będzie funkcję instalacji odprowadzenia dymu z kondygnacji objętej pożarem, koniecznej dla prawidłowego funkcjonowania systemu różnicowania ciśnienia.

Warunkiem skuteczności całego układu jest zapewnienie na poziomie kondygnacji, na której zlokalizowany jest pożar, ukierunkowanego przepływu powietrza od chronionej nadciśnieniem klatki schodowej w stronę oddymianej klatki schodowej. Konieczne jest również jednoznaczne oznakowanie kierunku ewakuacji.

Budynki obecnie powstające lub modernizowane obowiązuje aktualny zapis § 246.1, w którym mowa o konieczności zapewnienia możliwość ewakuacji do obu klatek schodowych. W praktyce oznacza to, że obie pionowe drogi ewakuacji (poza budynkami zaliczanymi do ZL IV) powinny być wyposażone w system różnicowania ciśnienia. Przy interpretacji przepisu mówiącej, że ewakuację należy zapewnić, ale niekoniecznie jednocześnie, można się pokusić o budowę opisanego powyżej układu hybrydowego dla każdej klatki. W takim przypadku może się jednak okazać, że kontrowersyjna interpretacja przepisu nie przyniesie efektu w postaci wymiernego ograniczenia kosztów całego systemu.

Podsumowanie

Nietypowe rozwiązania inżynierskie łączące funkcjonalność systemów oddymiania i zapobiegania zadymieniu mogą stanowić alternatywę np. dla kosztownych systemów różnicowania ciśnienia. Bezwzględnie należy jednak przestrzegać opisanej w normie [4] zasady dotyczącej rozwiązań inżynierskich: „W każdym indywidualnym przypadku konieczne jest dokładne ustalenie zagrożeń oraz określenie kryteriów funkcjonalnych zapewniających spełnienie wymagań podstawowych”. Oznacza to, że rozwiązania mieszane powinny być poddane szczególnie wnikliwej ocenie skutków działania całego systemu i jego wpływu na bezpieczeństwo użytkowników.

Koniecznie pamiętać trzeba również o potwierdzonym KOT w zakresie funkcjonalności zastosowanych w systemie urządzeń. Celem stosowania rozwiązań inżynierskich jest najczęściej chęć obniżenia kosztów zabezpieczenia przeciwpożarowego budynku, ale nieprzemyślane i zbyt rozbudowane rozwiązanie może wcale tego efektu nie gwarantować. Brak potwierdzenia skuteczności przyjętej koncepcji naraża obiekt na niespełnienie warunków określonych w § 16 ust. 1 ustawy w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, z wszystkimi tego konsekwencjami.

Literatura

1. Brzezińska Dorota, Badania wentylacji pożarowej klatek schodowych, „Ochrona Przeciwpożarowa” 3/2017.
2. Kubicki Grzegorz, Oddymianie klatek schodowych – jak zaprojektować i wykonać efektywny system, „Ochrona przeciwpożarowa w budownictwie” Seminarium Naukowo-Techniczne, Zakopane, 6–8 października 2016.
3. Kubicki Grzegorz, Kiełbasa Tomasz, Wiche Jarosław, Stairwell Smoke Exhaust Ventilation Systems– Advantages and Limits of Applied Technical Solutions, „Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza/Safety & Fire Technique (BiTP)” Vol. 45, Issue 1, 2017, p. 142–153.
4. PN-EN 12101-6:2007 Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Część 6: Wymagania techniczne dotyczące systemów różnicowania ciśnienia. Zestawy urządzeń.
5. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 14 listopada 2017 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2017, poz. 2285).
6. Ustawa z dnia 16 kwietnia 2004 r. o wyrobach budowlanych (DzU 2014, poz. 883, z późn. zm.).
7. W-003:2016 Systemy oddymiania klatek schodowych, Wytyczne CNBOP PIB, 2016.
8. VDMA 24188 Smoke protection measures for stairwells – smoke removal, smoke dilution, smoke control.
9. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (t.j.: DzU 2019, poz. 1065).
10. Duda W., Litwin J., Analiza rozwiązań wentylacji pożarowej dla budynków ZL IV przy zmiennym kryterium wysokości, praca magisterska, Politechnika Warszawska, czerwiec 2019.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!