Systemy nawiewu pożarowego

Prawidłowe zaprojektowanie układu napowietrzającego jest niezbędnym warunkiem osiągnięcia zakładanej skuteczności systemu oddymiania i wiąże się z uzyskaniem kontrolowanego przemieszczania się dymu w przestrzeni roboczej pomieszczenia. O konieczności zapewnienia układu nawiewu powietrza kompensacyjnego w układach wentylacji pożarowej oraz odpowiedniej ilości dostarczanego tą drogą powietrza zewnętrznego mówią krajowe przepisy techniczno-budowlane.

W § 270.1 warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, znajduje się następujący zapis: Instalacja wentylacji oddymiającej powinna: (…) 2. mieć stały dopływ powietrza zewnętrznego uzupełniający braki tego powietrza w wyniku jego wypływu wraz z dymem.

Funkcjonowanie układu nawiewu

Po uruchomieniu systemu oddymiania (rozpoczęciu usuwania zadymionego powietrza na zewnątrz) w pomieszczeniu powstaje podciśnienie. Jego stosunkowo niewielka ilość skutkuje zassaniem powietrza zewnętrznego przez nieszczelności w ścianach i elementach stolarki budowlanej. Jednak nawet duża liczba niewielkich strumieni infiltracyjnych nie wpływa w widoczny sposób na ukierunkowanie przepływu powietrza w pomieszczeniu i skuteczne wypieranie dymu ze strefy przebywania ludzi. W takich warunkach wytworzony podczas pożaru dym może rozprzestrzeniać się na niewielkiej wysokości po znacznej powierzchni obiektu.

Stwarza to realne zagrożenie dla użytkowników obiektu, powoduje utrudnienia w prowadzeniu skutecznej akcji ratowniczej i gaśniczej oraz zwiększa straty materialne. Rozwiązaniem jest planowe rozszczelnienie budynku lub mechaniczne doprowadzenie powietrza zewnętrznego, które powinno wspomóc naturalny ruch dymu w kierunku punktów jego odbioru, chroniąc strefę bezpiecznej ewakuacji i ograniczając wypływ dymu poza strefę dymową. Rozwiązanie techniczne służące dostarczeniu podczas pożaru odpowiedniej ilości powietrza zewnętrznego do strefy oddymiania nazwane zostało układem nawiewu kompensacyjnego.W przeciwieństwie do systemów usuwania dymu sposób dostarczenia powietrza kompensacyjnego nie został wystarczająco opisany w dostępnych standardach projektowych. Brak jest m.in. kluczowych wytycznych dotyczących:

• sposobu rozmieszczenia otworów wlotowych,
• zalecanej wysokości ich wykonania, dopuszczalnej prędkości przepływu powietrza i skutecznego zasięgu strumienia kompensacyjnego. Tymczasem wszystkie wymienione elementy mają kluczowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania całego systemu wentylacji pożarowej. Poniżej przedstawiono kilka najważniejszych zasad projektowania i wykonywania systemu dostarczania powietrza zewnętrznego.

Rozmieszczenie i forma systemu dostarczania powietrza

Punkty dolotowe powietrza kompensacyjnego powinny zostać rozmieszczone równomiernie na ścianach zewnętrznych otaczających przestrzeń budynku chronioną systemem oddymiania (strefę dymową). Przy rozmieszczeniu punktów nawiewu powietrza należy uwzględnić skuteczny zasięg strumienia kompensacyjnego (rys. 1), co pozwoli właściwie ukierunkować przepływ powietrza i dymu.

Skuteczny zasięg strumienia powietrza

Przy prędkościach rzędu 1,5–2,0 m/s napływający z niewielkich otworów kompensacyjnych (takich jak przebicia w ścianach zewnętrznych, okna uchylne itp.) strumień półograniczony (przylepiony do podłogi) będzie miał zasięg ok. 13–15 m. Oznacza to, że w przypadku rozległych powierzchni ich centralna część nie będzie w sposób właściwy omywana powietrzem zewnętrznym.

Większy skuteczny zasięg uzyskuje się przy dużych strumieniach powietrza napływających przez otwarte drzwi lub bramy wjazdowe, ale takie rozwiązanie nie zawsze jest możliwe. Wyjściem może być zastosowanie do celów nawiewu pożarowego nawiewu mechanicznego, również z wykorzystaniem nawiewnej instalacji wentylacji bytowej.

Spotkać się można także z zaleceniami stosowania nawiewników wyporowych rozmieszczonych z dala od ścian zewnętrznych, w strefie, w której nie występuje w sposób naturalny uwarstwiony ruch powietrza. Zastosowanie nawiewników wyporowych wyłącznie jako awaryjnego nawiewu pożarowego jest jednak trudne do uzasadnienia pod względem ekonomicznym, chociaż w wielu obiektach można pokusić się o wykorzystanie w tym celu istniejącej nawiewnej instalacji wentylacji bytowej.

Proponowany kombinowany system nawiewu powietrza kompensacyjnego wymaga przeprowadzenia symulacji komputerowej potwierdzającej skuteczność takiego rozwiązania, gdyż nie ma innych sposobów projektowania i weryfikacji układów tego typu.

Prędkości przepływu powietrza

Dość powszechnym błędem, z którym spotkać się można szczególnie w projektach układów oddymiania grawitacyjnego, jest przyjmowanie zbyt wysokiej prędkości przepływu powietrza przez otwór kompensacyjny. Często do obliczeń przyjmuje się wartość 5 m/s, która, chociaż pozwala ograniczyć wymaganą powierzchnię otworu dolotowego, jest zdecydowanie zbyt wysoka.

Po pierwsze, w przypadku systemów grawitacyjnego oddymiania ze względu na stosunkowo niewielkie różnice ciśnienia pomiędzy pomieszczeniem i przestrzenią zewnętrzną osiągnięcie takiej prędkości jest mało prawdopodobne (różnica ciśnienia w pomieszczeniu i na zewnątrz musiałaby wynosić ok. 35–40 Pa). Po drugie, wysoka prędkość w otworze o ograniczonej powierzchni stanowi zagrożenie dla skuteczności systemu oddymiania. Przy wysokich wartościach prędkości przepływu otwór kompensacyjny zaczyna funkcjonować jak zwężka Venturiego, co oznacza, że przy ścianie zewnętrznej po stronie pomieszczenia wytwarza się obszar podciśnienia powodujący zasysanie dymu ze strefy podstropowej, wymieszanie go z powietrzem nawiewanym i wprowadzenie do strefy pracy ludzi (rys. 2). Za bezpieczne i możliwe do uzyskania w warunkach oddymiania grawitacyjnego uważa się prędkości nawiewu powietrza na poziomie ok. 1 m/s.

Organizacja nawiewu powietrza

Projektując system napływu powietrza kompensacyjnego, zastosować można różne warianty rozszczelnienia budynku:

• stałe otwory w ścianach zewnętrznych budynku (rys. 3a). Otwory kompensacyjne jako przebicia w ścianach zewnętrznych muszą zostać zabezpieczone ruchomą przegrodą, która podczas normalnego funkcjonowania obiektu chroni go przed niekontrolowanym napływem powietrza zewnętrznego (znacznymi stratami energii);
• automatycznie otwierane drzwi, okna lub bramy znajdujące się w strefie przebywania ludzi (rys. 3b). Rozwiązanie takie jest wygodne i praktyczne, należy jednak pamiętać o konieczności wyposażenia wymienionych elementów stolarki budowlanej w atestowaną automatykę sterującą otwarciem podczas alarmu pożarowego. W niektórych obiektach, np. magazynach lub obiektach handlowych, automatycznie otwierane drzwi mogą ułatwić ewentualne włamanie, dlatego w przypadku takich budynków należy rozważyć wykorzystanie bezpieczniejszych rozwiązań lub zastosować system weryfikacji sygnału alarmowego w celu ograniczenia ryzyka wywołania fałszywego alarmu pożarowego. Coraz powszechniej stosowanym rozwiązaniem jest montaż specjalnych okien fasadowych, które w zależności od posadowienia pełnić mogą zarówno funkcje klap dymowych, jak i otworów napływu powietrza kompensacyjnego;
• otwarte klapy dymowe (rys. 3c), przy czym rozwiązanie to może być zastosowane tylko w przypadku otwierania klap dymowych w strefach nieprzylegających bezpośrednio do strefy objętej pożarem. Omawiana metoda, choć dopuszczalna, nie jest zalecana ze względu na niekorzystny kierunek napływu powietrza (ze strefy podstropowej), co może prowadzić do zakłócenia procesu oddymiania;
• możliwa jest kombinacja powyższych rozwiązań nawiewu powietrza kompensacyjnego (rys. 3d) przy uwzględnieniu wymienionych ograniczeń;
• zastosowanie nawiewu mechanicznego (rys. 3e). Wykorzystanie wentylatorów do nawiewu powietrza kompensacyjnego możliwe jest jednak wyłącznie w przypadku potwierdzenia możliwości stosowania takiego układu w badaniach lub symulacjach komputerowych. Projektując zabezpieczenia otworów kompensacyjnych,
• należy pamiętać, że powinny one zostać wyposażone w system automatycznego otwierania współpracujący z systemem detekcji pożarowej.

Podczas eksploatacji obiektu należy dbać o drożność otworów napływu powietrza, by nie dopuścić do sytuacji, że drzwi, przez które powietrze napływa, będą w sposób trwały zamykane lub zastawione. Trzeba również pamiętać, że każda przebudowa lub modernizacja obiektu powinna uwzględniać wykonanie niezbędnych zmian w systemach nawiewu pożarowego.

Nawiew kompensacyjny w budynkach wielokondygnacyjnych

Systemy oddymiania pionowych dróg ewakuacji w obiektach wielokondygnacyjnych funkcjonują na innych zasadach niż instalacje tego typu w budynkach wielkokubaturowych. Główna różnica polega na założeniu, że klatki schodowe są podczas pożaru przestrzenią wolną od dymu, a instalacja oddymiania ma za zadanie usunąć jedynie dym, który może się w tej przestrzeni okresowo pojawić przy ewakuacji kondygnacji objętej pożarem (zagadnienie to zostanie szerzej opisane w kolejnym artykule cyklu).

W tym przypadku wielkość nawiewu powietrza uzupełniającego może mieć kluczowe znaczenie dla skuteczności przyjętego rozwiązania systemu oddymiania. Intensywny, odpowiednio dobrany nawiew powietrza, skorelowany z instalacją odbioru dymu może okazać się bardzo skuteczną metodą zabezpieczenia przestrzeni chronionej.

Przykładem takiego rozwiązania jest system oddymiania klatki schodowej składający się z klapy dymowej i wentylatora nawiewu powietrza kompensacyjnego. Podczas pożaru następuje automatyczne uruchomienie nawiewu i otwarcie klapy dymowej. Jeżeli określona zostanie powierzchnia wypływu powietrza (wolny przekrój klapy dymowej), na podstawie chociażby polskiej normy PN-B-02877-4/Az1:2006, można będzie dobrać wentylator nawiewu powietrza w taki sposób, żeby podczas jego pracy, przy zamkniętych wszystkich drzwiach prowadzących z poszczególnych kondygnacji do klatki schodowej, wytworzyć na pionowej drodze ewakuacji niewielkie, ale bezpieczne nadciśnienie.

Jako minimalny poziom bezpiecznego nadciśnienia zgodnie z zasadami wiedzy technicznej (zawartymi m.in. w NFPA92B) przyjąć można dla budynków, w których nie została wykonana instalacja tryskaczowa, wartość 25 Pa, a przy istnieniu stałych urządzeń gaśniczych – nawet 12,5 Pa. Oznacza to, że prędkość przepływu powietrza przez klapę dymową wynosić będzie ok. 4–4,5 m/s (zgodnie z danymi normy 12101-6, tablica A2).

Wydatek wentylatora powinien zostać dobrany na podstawie obliczenia z uwzględnieniem nieszczelności klatki schodowej dla założonej wysokości nadciśnienia zgodnie z procedurą opisaną w załączniku A2 do ww. normy.

W przypadku budynków średniowysokich (do ok. 8 kondygnacji) opisany układ można, w odróżnieniu od innych sposobów oddymiania, uznać za wystarczająco bezpieczny i co ważne, działający skutecznie niezależnie od zmiennych warunków otoczenia i fizycznych parametrów dymu. Pojawia się również pytanie: czy przy projektowaniu systemu oddymiania należy za każdym razem wykonywać instalację nawiewu kompensacyjnego? Jest to w zasadzie (jak opisano powyżej) wymóg niezbędny dla prawidłowego funkcjonowania całego systemu, ale mogą wystąpić pewne wyjątki od tej reguły.

Wyobraźmy sobie przykładowo instalację mechanicznego oddymiania szybu windowego, której zadaniem jest zabezpieczenie budynku przed zadymieniem podczas pożaru instalacji znajdującej się w szybie lub kabiny dźwigu. Najkorzystniejsze w tym przypadku jest wytworzenie w przestrzeni szybu podciśnienia (co gwarantuje zastosowanie pożarowych wentylatorów wyciągowych), wykonanie nawiewu kompensacyjnego może być jednak zbędne, ponieważ jego funkcję przejmą nieszczelności drzwi szybu zapewniające odpowiedni przepływ powietrza.

Podsumowanie

Opracowanie koncepcji dostarczenia powietrza kompensacyjnego oraz właściwe zaprojektowanie tego układu stanowi niezbędny warunek skutecznego oddymiania obiektu. Nie wystarczy tu jedynie zbilansowanie strumieni powietrza i dymu, ale konieczna jest bardziej wnikliwa analiza fizycznych konsekwencji założonej lokalizacji, wielkości i wydajności (prędkości przepływu) projektowanych otworów lub instalacji nawiewnej.

W przypadku rozległych powierzchni, obiektów o większej niż 1 liczbie kondygnacji oraz skomplikowanego układu architektonicznego w procesie projektowania warto posłużyć się symulacjami komputerowymi, które pozwolą uniknąć przykrych niespodzianek na etapie odbioru instalacji i podczas eksploatacji budynku.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!