Wentylatory w systemach oddymiania

Wymagania techniczne

Wentylatory oddymiające przeznaczone są do pracy w specyficznych warunkach – wysokiej temperatury i powietrza zanieczyszczonego produktami spalania. I chociaż ze względu na niskie prawdopodobieństwo wystąpienia pożaru można z dużą pewnością przewidywać, że nie będą one miały praktycznej możliwości potwierdzenia swoich parametrów, muszą pozostawać niezawodne podczas całego okresu funkcjonowania obiektu. Gwarancją takiego ich stanu są rygorystyczne wymagania określone w przepisach oraz standardach badań i dopuszczeń wyrobów do stosowania.

Np. w aktualnej wersji warunków technicznych  [1] sprecyzowano w §270 p. 4 wymaganiastawiane wentylatorom oddymiającym w odniesieniu do warunków temperaturowych. Powinny one przez co najmniej 60 min pracować w temperaturze 600°C (F₆₀₀60) lub, jeżeli przeprowadzone analizy (obliczeniowe lub symulacyjne) udowodnią bezpieczeństwo ewakuacji, przez 120 min wytrzymać temperaturę 400°C (F₄₀₀120). Ponieważ stosowanie się do warunków technicznych jest w Polsce obligatoryjne, powyższe wymagania należy traktować jako minimalne obowiązujące, nawet jeżeli z przeprowadzonej analizy wynika możliwość stosowania urządzeń o znacznie niższej odporności.

Warto również dokładnie zapoznać się ze standardem stosowanym przy projektowaniu, ponieważ jego wymagania mogą być jeszcze bardziej restrykcyjne, a czasami wręcz kuriozalne. Jako przykład podać można wymagania dla wentylatora wyciągu dymu w systemach obniżonego ciśnienia zgodnie z PN-EN 12101-6 (rozdz. 9 p. 9.2.9) [3], który w budynkach bez instalacji tryskaczowej powinien być zdolny do usuwania dymu o temperaturze 1000°C!

Wysokie wymagania w zakresie odporności na działanie wysokich temperatur nie stanowią w chwili obecnej problemu dla większości producentów tego typu urządzeń, a prowadzone obowiązkowe badania ogniowe w dużym stopniu gwarantują odpowiednie zadziałanie wentylatorów w warunkach ekstremalnych. Omawiana grupa urządzeń powinna mieć świadectwo wykonania zgodnie z normą PN-EN 12101-3 [2]. Jednak oprócz wymagań technicznych dotyczących samego wentylatora należy spełnić szereg warunków odnośnie do miejsca jego montażu, sposobu zasilania i sterowania. Przykładowo należy zagwarantować nieprzerwaną dostawę energii elektrycznej do wentylatorów poprzez zastosowanie specjalnego, odpornego na wysoką temperaturę okablowania i rur ochronnych oraz odpowiednie wytyczenie trasy przewodów elektrycznych.

Szafa sterownicza wentylatora znajdować się powinna poza pomieszczeniem zagrożonym pożarem i nie na ścianie stanowiącej oddzielenie pożarowe. Sam wentylator nie powinien być montowany w pomieszczeniach, w których temperatura może przekraczać 60°C, w odległości mniejszej niż 1,5 m od niego nie powinny znajdować się żadne materiały łatwo palne, a podłączenia przewodów należy wykonać za pośrednictwem odpornych na temperaturę króćców elastycznych itd.

Oddymianie budynków wielkokubaturowych

Ze względu na swoje liczne zalety techniczne wentylatory wyciągu dymu są szeroko stosowane w systemach mechanicznego oddymiania obiektów wielkokubaturowych, przy czym można tu wyszczególnić systemy bezpośredniego odprowadzania dymu oraz systemy przewodowe. 

W pierwszym przypadku wentylatory umieszczone są na dachu nad obsługiwaną strefą dymową i podczas pożaru zasysają dym bezpośrednio z przestrzeni zasobnika dymu. Warto pamiętać, że każdorazowo bardziej efektywnym rozwiązaniem jest rozmieszczenie większej ilości mniejszych jednostek niż kumulowanie całego wydatku w jednej dużej jednostce. Do bezpośredniego odbioru dymu wykorzystuje się wentylatory dachowe o specjalnej konstrukcji, zabezpieczone przed skutkami niekorzystnych warunków atmosferycznych (np. poprzez zastosowanie aluminiowych ram podstawy oraz zabezpieczenie na czas postoju otworów wlotowych samoczynnymi klapami zwrotnymi), najczęściej z napędem bezpośrednim i pionowym wyrzutem powietrza.

W drugim przypadku wentylator pożarowy połączony jest z pomieszczeniem lub zasobnikiem dymu siecią przewodów oddymiających i może obsługiwać więcej niż jedną strefę dymową, pod warunkiem jednak, że nie są to strefy bezpośrednio ze sobą sąsiadujące (nie ma ryzyka jednoczesnego zadymienia obu obsługiwanych stref). Przykładem takiego rozwiązania mogą być wydzielone pożarowo pomieszczenia sklepów w obrębie rozległej hali, np. dworca. Do współpracy z siecią przewodów dostosowane są praktycznie wszystkie typy wentylatorów pożarowych, dachowe i kanałowe, promieniowe i osiowe.

Przykładowe rozwiązania

Zastosowanie wentylatorów pożarowych jako układu oddymiania ma wiele niewątpliwych zalet, z których najistotniejsze to:

• krótki czas od chwili zadziałania (system powinien być uruchamiany zdalnie po wykryciu pożaru przez system detekcji) do osiągnięcia pełnej zakładanej skuteczności oraz stabilne działanie podczas trwania pożaru;
• wysoka skuteczność odbioru dymu nawet przy jego niskich temperaturach – co jest szczególnie istotne, jeżeli system ma współdziałać z instalacją tryskaczową;
• duża pewność działania niezależnie od warunków atmosferycznych.

Należy wyraźnie podkreślić, że w przypadku wysokich pomieszczeń (o wysokości przekraczającej 10–12 m), połączonych atriami galerii  handlowych (o wysokości powyżej 2–3 kondygnacji),rozległych obiektów z zamkniętymi pomieszczeniami oraz obiektów strategicznych (tj. dworce lotnicze) nie ma praktycznie alternatywy dla systemu mechanicznego oddymiania, ponieważ systemy grawitacyjne nie mają w takich warunkach szans zapewnienia warunków bezpiecznej ewakuacji (niespełniony zostanie § 11 p. 1 warunków technicznych).

Jednak jeśli omawia się zalety, wypada również wspomnieć o pewnych ograniczeniach tego rozwiązania. Po pierwsze, całkowity koszt instalacji mechanicznego oddymiania, w tym również wentylatorów, jest wyższy niż zastosowania systemu grawitacyjnego. W polskich realiach fakt ten niestety w zasadzie przekreśla zastosowanie tego rozwiązania, jeżeli alternatywa w postaci układu grawitacyjnego jest możliwa. Jak na razie względy ekonomiczne, o ile są zgodne z przepisami, zawsze wygrywają z wiedzą techniczną i prawami fizyki. Kolejne ograniczenie wiąże się z wydajnością wentylatora oddymiającego, którą należy określić na podstawie obliczeń ilości wytworzonego dymu przy założonej wielkości pożaru (na podstawie np. normy BS 7346-4:2003 [4] lub NFPA 92B [5]).

Jeżeli w chronionym obiekcie dojdzie do pożaru większego, niż zakładano, dostosowany do warunków projektowych wentylator nie będzie w stanie odprowadzić większej ilości powstałego dymu. Pod tym względem przewagę mają klapy dymowe, przez które wypływ może się w pewnym zakresie zmieniać. I wreszcie system mechaniczny jest dość kłopotliwy w wykonaniu. Wiąże się to m.in. z koniecznością położenia kabli zasilających, wykonania instalacji automatycznego sterowania, a czasami również z wagą samego urządzenia, które trzeba ustawić na specjalnie wzmocnionej części dachu.

Oddymianie budynków wielokondygnacyjnych

Nie we wszystkich przypadkach zastosowanie wentylatorów wyciągowych jest najlepszą metodą usunięcia dymu z budynku. Jako przykład podać można system mechanicznego oddymiania klatek schodowych w budynkach wielokondygnacyjnych bez zastosowania odpowiednio skorelowanego układu mechanicznego napowietrzania. Pracujący wentylator wyciągowy wytwarza w kubaturze klatki podciśnienie, które ma skutkować odprowadzeniem dymu z tej przestrzeni. Problem polega na tym, że nawet niewielkie podciśnienie w strefie chronionej powoduje zasysanie dymu z kondygnacji objętej pożarem na pionowe drogi ewakuacji, co stwarza zagrożenie dla osób znajdujących się na kondygnacjach wyżej położonych.

Zastosowanie wentylatorówwyciągowych w tym układzie powinno być skorelowane z systemem mechanicznego nawiewu powietrza do klatki schodowej w taki sposób, by cały czas utrzymywać w tej przestrzeni niewielki poziom nadciśnienia.

Poziome drogi ewakuacji

W budynkach wielokondygnacyjnych wentylatory oddymiające mogą pełnić dwie różne, choć z pozoru bardzo podobne, funkcje: oddymiania lub usuwania powietrza. Pierwsza funkcja związana jest bezpośrednio z usuwaniem dymu z poziomych dróg ewakuacji przy projektowaniu zgodnie z do niedawna powszechnie stosowanymi tzw. standardami francuskimi, opisanymi w instrukcji ITB 378, gdzie wydajność wentylatorów określana była na 130% ilości powietrza trafiającego na korytarz z przestrzeni chronionych nadciśnieniem.

Druga funkcja wiąże się z praktycznym stosowaniem zapisów normy PN-EN 12101-6, w których nie ma mowy o oddymianiu, a wyłącznie o odbiorze powietrza z przestrzeni sąsiadującej ze strefą chronioną nadciśnieniem w celu zapewnienia odpowiedniej prędkości przepływu przez drzwi otwarte pomiędzy tymi strefami. W tym przypadku wydajność wentylatora wyciągowego nie jest jasno określona, a dobór jego wielkości stanowi nierozstrzygnięty problem inżynierski. Należy bowiem zbilansować strumień powietrza usuwanego z ilością powietrza trafiającego w sposób naturalny (przez nieszczelności) lub wymuszony (klapy transferowe, by-passy układu napowietrzania przedsionka) z przestrzeni podwyższonego ciśnienia do strefy wyciągu, a czasami jest to zadanie bardzo złożone.

Niezależnie od pełnionej funkcji samo urządzenie zastosowane w obydwu omawianych układach może być identyczne i spełniać musi warunki odporności ogniowej oraz bezpiecznego zasilania i sterowania. Bardzo ważne jest wykonanie obliczeń hydraulicznych sieci przewodów w celu wyznaczenia wymaganego sprężu dyspozycyjnego dla wentylatora, szczególnie jeżeli obsługuje on rozległą sieć przewodów wyciągu dymu.

Podsumowanie

Dzięki stale rozwijającej się technice każdego roku pojawiają się na rynku coraz nowocześniejsze i bardziej niezawodne konstrukcje wentylatorów oddymiających. W chwili obecnej nie ma problemu ze znalezieniem urządzenia odpowiedniej wielkości, dostosowanego do współpracy nawet z rozległą siecią przewodów dymowych, nadal jednak sporo zastrzeżeń budzić może sposób doboru i instalowania omawianej grupy urządzeń w systemach wentylacji pożarowej. Przeglądając realizowane obecnie i już zrealizowane projekty techniczne, trudno jest czasami oprzeć się wrażeniu, że osoby za nie odpowiedzialne nie do końca rozumieją istotę i sens funkcjonowania układów oddymiania, a czasami również ignorują podstawowe zasady fizyki.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 marca 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 56, poz. 461).
2. PN-EN 12101-3 Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Część 3: Wymagania techniczne dotyczące wentylatorów oddymiających.
3. PN-EN 12101-6 Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Część 6: Wymagania techniczne dotyczące systemów ciśnieniowych. Zestawy urządzeń.
4. BS 7346-4:2003 Functional recommendations and calculation methods for smoke and heat exhaust ventilation systems, employing steady – state design fires. Code of practice.
5. NFPA 92B Guide for smoke management systems in malls, atria and large areas, 2005 edition.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!