Powietrze kompensacyjne dla wentylacji strumieniowej w garażach

Wentylacja strumieniowa w garażach zamkniętych pełni dwie funkcje – wentylacji bytowej i oddymiającej.

W pierwszym trybie wentyluje przestrzeń garażu i usuwa powietrze zanieczyszczone przez spaliny pojazdów, zawierające m.in. trujący tlenek węgla, lub intensywnie wentyluje w przypadku wykrycia obecności gazów wybuchowych w wyniku rozszczelnienia instalacji LPG w samochodzie.

W trybie pożaru przechodzi w tryb wentylacji oddymiającej i usuwa dym oraz gorące powietrze, aby umożliwić akcję gaśniczą i zapobiec uszkodzeniu konstrukcji budynku. Działanie w trybie pożarowym jest ograniczone do końca okresu przewidzianego na ewakuację i wówczas (jest to przeważnie kilkadziesiąt sekund potrzebnych na opuszczenie garażu przez ludzi) dym utrzymuje się pod stropem dzięki sile wyporu. Trybem nadrzędnym dla takich systemów jest zawsze tryb pożarowy i ma on priorytet w procesie projektowania i doboru urządzeń. Tryb ten wymaga instalacji wentylacyjnej m.in. z detekcją dymu i wzrostu temperatury.

Bardzo ważny jest scenariusz uruchamiania systemu wentylacji oddymiającej w garażach zamkniętych – poszczególne czynności muszą przebiegać w ściśle ustalonej kolejności z uwzględnieniem lokalizacji źródła pożaru w garażu. Uruchomienie wentylatorów powinno się odbywać z mocą adekwatną do przebiegu pożaru i po okresie przewidzianym na ewakuację powinny one zacząć pracować z pełną mocą. Zadaniem wentylacji strumieniowej w wykonaniu systemu kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła jest bowiem ich przetłaczanie w całym przekroju, od źródła pożaru w kierunku punktów wyciągowych do określonej przestrzeni garażu, tak aby ułatwić działanie ekip ratowniczo-gaśniczych. Wentylacja strumieniowa pracuje wydajnie i spełni swoje zadanie, jeśli do dyspozycji są duże szachty, przez które mogą napływać duże ilości powietrza w jednym obszarze, tak aby nadać odpowiedni kierunek wywiewu w całej kubaturze garażu i usunąć z niego dym.

Powietrze kompensacyjne

Skuteczność wentylacji pożarowej w garażach zamkniętych zależy od odpowiedniego dostarczenia powietrza kompensacyjnego. Jest to bardzo ważny aspekt procesu projektowania, gdyż nawet niewielkie działania w projekcie wywołują duże zmiany w pracy instalacji. Również niewielkie zmiany na etapie wykonawczym mogą zasadniczo zmienić przepływy w oddymianej przestrzeni. Wynika to ze specyfiki mieszaniny powietrza i produktów spalania – intensywnie zmienia się jej gęstość i temperatura.

Autorzy Wytycznych ITB nr 493/2015 pt. Systemy wentylacji pożarowej garaży. Projektowanie, ocena i odbiór [1] w przypadku garaży dużych i o nietypowych kształtach zalecają wstępne przyjmowanie do celów projektowych wydajności systemu usuwania dymu i ciepła nie mniejszej niż 400 tys. m³/h, a gdy zastosowane są tryskacze – co najmniej 300 tys. m³/h. W kolejnym krokach zaleca się zweryfikowanie tego założenia za pomocą analizy CFD i zmniejszenie lub zwiększenie wydajności.

Wcześniej, do 2009 roku, dopływ powietrza zewnętrznego kompensującego strumień powietrza usuwanego przyjmowano na poziomie co najmniej 10 wymian na godzinę, według paragrafu 270 warunków technicznych [2]. Obecnie WT wymagają, aby instalacja wentylacji oddymiającej:

1. usuwała dym z intensywnością zapewniającą, że w czasie potrzebnym do ewakuacji ludzi na chronionych przejściach i drogach ewakuacyjnych nie wystąpi zadymienie lub temperatura uniemożliwiające bezpieczną ewakuację;
2. miała stały dopływ powietrza zewnętrznego uzupełniającego braki tego powietrza w wyniku jego wypływu wraz z dymem.

W praktyce oznacza to konieczność wykorzystania analiz CFD do potwierdzenia poprawności przyjętych rozwiązań. Obliczenia takie uwzględniają m.in. przewidywaną moc pożaru, układ architektoniczny garażu, lokalizację dróg ewakuacji oraz miejsc i wydajności wywiewu i napływu powietrza kompensacyjnego, a także ewentualny wpływ instalacji tryskaczowej.

Od systemu oddymiania oczekujemy niskiej prędkości napływu powietrza do miejsca pożaru w całej szerokości pomieszczenia garażu. Przeszkody na drodze strumienia powietrza oraz nieadekwatnie dobrana jego ilość i prędkość zwiększają ryzyko powstawania stref martwych i zawracania strugi dymu. Autorzy wspomnianych Wytycznych ITB podkreślają, że niepoprawne wykonanie tego pozornie prostego zadania jest najczęstszą przyczyną niewłaściwego działania systemów wentylacji pożarowej w obiekcie. Zwracają też uwagę na fakt, że prawidłowy dobór i wymiarowanie systemu wentylacji strumieniowej jest trudne i wręcz niemożliwe do przedstawienia za pomocą prostych zależności matematycznych, dlatego konieczna jest analiza CFD.

Lokalizacja nawiewów i szachtów

Strefa dymowa może być podzielona na kilka stref detekcji, tak aby zoptymalizować funkcję kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła i tym samym jak najlepiej opracować scenariusz działania instalacji i nadawanie różnych kierunków usuwania dymu i ciepła w zależności od strefy, w której wybuchł pożar. Ważne jest rozmieszczenie nie tylko wentylatorów strumieniowych, ale także punktów wyciągowych i nawiewnych. Zaleca się, żeby główne punkty wyciągowe znajdowały się zawsze jak najdalej od bram wjazdowych i z dala od wyjść ewakuacyjnych, a otwory dla powietrza kompensacyjnego po przeciwnych stronach punktów wyciągowych. Przy lokowaniu punktów nawiewnych i wyciągowych maksymalnie się je od siebie odsuwa. Ich lokalizację trzeba dobierać z uwzględnieniem technicznych możliwości rozmieszczenia szachtów. Szachty można wykorzystać na potrzeby wentylacji bytowej i pożarowej, ale zaleca się stosowanie oddzielnie wentylatorów na potrzeby wentylacji bytowej i pożarowej, gdyż łatwiej jest wówczas wyregulować strumienie powietrza.

Punkty kompensacji grawitacyjnej należy stosować w różnych częściach garażu, tak aby nie występowały strefy bez przepływającego powietrza zewnętrznego. Czerpnią powietrza zewnętrznego do kompensacji może być otwarta brama wjazdowa w garażach jednokondygnacyjnych, o ile znajduje się w odpowiedniej odległości od punktów wyciągowych. Duży przekrój bram wjazdowych sprawia, że powietrze kompensacyjne napływa szerokim strumieniem i z niską prędkością. Brama jest też najkrótszą drogą do garażu dla ekip gaśniczych.

Najkorzystniejsze jest rozwiązanie, w którym główny punkt wyciągowy znajduje się w tym rogu strefy dymowej, z którego najmniej prawdopodobne jest przedostawanie się dymu do części garażu poza głównym wyciągiem. Powietrze kompensacyjne powinno być wówczas dostarczane tylko z przeciwległej strony garażu. Jeśli szacht wyciągowy musi się znajdować w środku strefy dymowej, należy zapewnić takie rozmieszczenie czerpni, aby powietrze kompensacyjne doprowadzane było równomierne wzdłuż obwodu strefy dymowej.

Wytyczne ITB zalecają, żeby górna granica kraty nawiewnej w garażu znajdowała się na wysokości nie większej niż 1,8 m, a powietrze dostarczane w strefie dymowej, w której wystąpił pożar, nie miało prędkości większej niż 2 m/s. Niska prędkość nawiewu w okolicach otworów dolotowych powietrza kompensacyjnego nawiewanego mechanicznie ma na celu zapobieganie rozmyciu się dymu w warstwie podsufitowej. Ponadto powietrze kompensacyjne w strefie objętej pożarem powinno być dostarczane na wysokości co najmniej 1 m poniżej zakładanej dolnej granicy warstwy dymu pod stropem. W sąsiednich strefach dymowych nieobjętych pożarem nawiew kompensacyjny może być prowadzony z różną prędkością i z różnych miejsc. Należy jednak sprawdzić poprzez analizę CFD, czy rzeczywiście nie będzie to wpływać niekorzystnie na przepływy w strefie dymowej z pożarem. Punktów nawiewu w garażu nie należy lokalizować bezpośrednio w stropach, a wyciągowych w pobliżu bram wjazdowych, przez które dociera powietrze kompensacyjne.

Kolejnym ważnym zaleceniem Wytycznych ITB jest unikanie w szczelnych garażach zamkniętych wyłącznie rozwiązań kompensacji mechanicznej. Dobranie stałej proporcji powietrza kompensacyjnego do powietrza usuwanego jest w praktyce niemożliwe z uwagi na dużą dynamikę zmian podczas pożaru. Z tego względu Wytyczne ITB zalecają, aby całkowita ilość powietrza kompensacyjnego nawiewana mechanicznie nie przekraczała 80% ilości powietrza usuwanego – reszta powinna docierać naturalnie przez bramy wjazdowe lub kanały prowadzone od przestrzeni garażu na zewnątrz budynku. Rozwiązania takie minimalizują ryzyko nadmiernej prędkości strumienia powietrza kompensacyjnego i powstawania zjawiska zawracania dymu. Wykonanie kanałów kompensujących dla naturalnego napływu powietrza ma szczególne znaczenie w garażach, w których akcja może być prowadzona od strony klatek schodowych, gdyż zbyt duży strumień powietrza kompensacyjnego nawiewanego mechanicznie może powodować wzrost ciśnienia w strefie pożaru i napływ dymu do klatek schodowych. W tym kontekście ważne jest także, żeby wentylatory strumieniowe nie kierowały strumienia powietrza w kierunku drzwi ewakuacyjnych.

Z kolei w wytycznych firm oferujących strumieniowe systemy usuwania dymu i ciepła podkreśla się, że w pomieszczeniu garażu dla zapewnienia skutecznej pracy systemu wentylacji pożarowej powinno panować lekkie podciśnienie w stosunku do warunków zewnętrznych. Aspekt ten może być pomocny w wyznaczaniu otworów kompensacyjnych dla czerpni grawitacyjnych według obliczeń na podstawie normy PN-EN 12101-6 [3]. Czerpnie służące do celów wentylacji w trybach pożarowym oraz bytowym podlegają regulacjom zawartym w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych [2], w przeciwieństwie do czerpni dostarczających powietrze tylko w trybie wentylacji pożarowej.

Kurtyny i praca rewersyjna

Duże ilości wymaganego powietrza kompensacyjnego i jego niska prędkość sprawiają, że otwory kompensacyjne powinny być odpowiednio duże, a nie zawsze jest to rozwiązanie pożądane pod względem architektonicznym czy konstrukcyjnym.

Podział na strefy dymowe pozwala na prowadzenie nawiewu powietrza kompensacyjnego także szachtem nawiewnym do sąsiedniej strefy dymowej. Taki zabieg umożliwia zwiększenie prędkości napływającego powietrza do sąsiadującej z pożarem strefy dymowej bez ryzyka zakłócenia wyporu dymu w strefie z pożarem. Jest to jednak możliwe pod warunkiem, że strefy dymowe nie są oddzielone ścianami, a jedynie kurtynami dymowymi. Kurtyny wyhamowują prędkość napływu doprowadzonego powietrza pod sufitem i tym samym nie dochodzi do zakłócenia wyporu dymu i ciepła. Zaleca się, żeby prędkość nawiewu w strefie dymowej sąsiadującej z pożarem nie przekraczała 5 m/s, jeśli w pobliżu znajduje się wyjście ewakuacyjne, a gdy nawiew w strefie sąsiadującej jest znacznie oddalony od pożaru i wyjść ewakuacyjnych, prędkość tę można zwiększyć do 9 m/s.

W dogodnych warunkach przestrzennych, gdy garaż jest podzielony na strefy dymowe oddzielone kurtynami, system usuwania dymu i ciepła może być rewersyjny – z wentylatorami rewersyjnymi w szachtach. Po wykryciu pożaru w danej strefie dymowej wentylatory obsługujące szacht w tej strefie uruchamiane są jako wyciągowe, a strumieniowe nadają kierunek przepływu do szachtu wyciągowego. Natomiast wentylatory rewersyjne w drugim szachcie w sąsiedniej strefie dymowej nawiewają powietrze kompensacyjne z dużą prędkością, która wraz odległością jest stopniowo wytracana do 2 m/s na granicy strefy z pożarem. Kurtyny dymowe zabezpieczają strefę z wentylatorami nawiewnymi przed cofaniem się dymu.

Podsumowanie

Dla projektantów ważne jest m.in., czy firma oferująca system kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła zapewnia komplet jego składowych oraz wsparcie projektowe. Pomoc przy tworzeniu koncepcji wentylacji bytowej i pożarowej garażu ma duże znaczenie, nie tylko przy optymalnym rozmieszczeniu punktów wyciągowych, nawiewnych i kompensacyjnych oraz wentylatorów i ich parametrów, ale także przy tworzeniu analiz CFD i testów dymowych. Firmy oferują także poszczególne elementy wentylacji bytowej, a nawet montaż i uruchomienie wraz z testami dymowymi.

Literatura

1. Węgrzyński Wojciech, Krajewski Grzegorz, Systemy wentylacji pożarowej garaży. Projektowanie, ocena i odbiór, publikacja z serii „Instrukcje, Wytyczne, Poradniki” nr 493/2015, Wydawnictwo ITB, Warszawa 2015.
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002 nr 75, poz. 690, z późn. zm.)
3. PN-EN 12101-6 Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Część 6: Wymagania techniczne dotyczące systemów różnicowania ciśnień. Zestawy urządzeń.
4. Materiały techniczne do projektowania firm: Aereco, FläktGroup, Smay, Venture Industries.