Bezpieczeństwo parkingów podziemnych w świetle zmieniającej się struktury rodzajowej pojazdów osobowych

Pojawienie się samochodów elektrycznych w garażach podziemnych jest oczywistym następstwem ich coraz większej popularności. Silne naciski na ochronę środowiska oraz wymóg zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych przez transport drogowy powodują zwiększone zainteresowanie pojazdami zasilanymi elektrycznie i zapewne przyspieszą tendencję do wymiany samochodów z silnikami spalinowymi na samochody elektryczne. Przepisy pojawiające się w tym zakresie dotyczą głównie zapewnienia odpowiedniej liczby punktów do ładowania samochodów elektrycznych w przestrzeni miasta oraz w obrębie garaży podziemnych. Należy przyznać, że parkingi podziemne są doskonałym miejscem do ładowania samochodów elektrycznych, czy to w przypadku budynków użyteczności publicznej, obiektów handlowych, czy budynków mieszkalnych.

Czy samochód elektryczny w garażu podziemnym może stanowić zagrożenie?

Od jakiegoś czasu pojawiły się wątpliwości, czy parkowanie oraz ładowanie samochodów elektrycznych w garażach podziemnych jest bezpieczne i czy pojawienie się tych samochodów w garażach podziemnych nie zwiększa zagrożenia pożarowego.

Wiedza, na której opieramy większość naszych opinii i decyzji, pochodzi w dużej mierze z doświadczenia i analizy statystyk dotyczących dotychczasowych zdarzeń. To one pozwalają nam oceniać proponowane rozwiązania oraz ryzyko, które się z nimi wiąże. Są one również podstawą programów szkoleń służb ratowniczych. W przypadku parkowania samochodów elektrycznych w garażach podziemnych nie mamy takiego doświadczenia ani bazy danych statystycznych, które ułatwiłyby decyzje i pozwoliły szacować ryzyko. Dodatkowo borykamy się z brakiem informacji o szybkości wydzielania się ciepła w przypadku pożaru samochodu zasilanego baterią litowo-jonową oraz o działaniu mechanizmów bezpieczeństwa, w które wyposażone są takie baterie. Wywołuje to sceptycyzm i niepewność zarówno wśród użytkowników, jak i ekip ratowniczych. Wszystkie kraje, w których rynek samochodów elektrycznych rozwija się dynamicznie, napotykają podobne problemy, chociaż po ich drogach porusza się zdecydowanie więcej samochodów elektrycznych niż po naszych.

Wyniki prowadzonych na całym świecie badań pokazują, że ryzyko zapalenia się samochodu elektrycznego nie jest większe niż samochodu zasilanego paliwem tradycyjnym. Dotyczy to zarówno postoju, jak i procesu ładowania. Ewentualne powody zapalenia się samochodu elektrycznego oraz rozwój tego pożaru w obrębie baterii przedstawione zostały w poprzednim artykule („Rynek Instalacyjny” 1–2/2021 [8]).

Zasadniczo pożary wybuchające współcześnie w garażach podziemnych mają dużo bardziej intensywny przebieg i szybkość rozwoju niż jeszcze 20–30 lat wcześniej i nie jest to związane z możliwością parkowania w nich samochodów elektrycznych. Tezę tę zdaje się potwierdzać pożar, który miał miejsce w październiku 2020 w garażu podziemnym budynku zlokalizowanego przy ul. Górczewskiej w Warszawie. Do dzisiaj nie zostały potwierdzone wstępne przypuszczenia, że na parkingu znajdował się samochód elektryczny. Szybki rozwój pożaru oraz niemożność ugaszenia go w początkowej fazie spowodowały przeniesienie ognia na inne samochody i rozwój pożaru o niespotykanej mocy.

Pojawiają się opinie, że osiąganie tak duży mocy podczas pożarów samochodów w garażach podziemnych związane jest przede wszystkim ze zmianą materiałów, z których konstruowane są współczesne samochody [1,2]. Ilość plastiku wśród tych materiałów zwiększyła się w ostatnich latach znacząco, np. aktualnie 85% nowych samochodów ma bak na benzynę wykonany z plastiku. Średni udział tworzyw sztucznych w masie samochodów produkowanych pod koniec XX wieku wynosił 7,5%, w samochodach wytwarzanych na przełomie XX i XXI w. osiągnął 17%, a w samochodach produkowanych obecnie zwiększył się do ok. 38% [3]. Drugim powodem jest wielkość samochodów, współcześnie mają one duże gabaryty i są to najczęściej samochody typu SUV, co powoduje, że odległości między pojazdami na parkingach podziemnych znacznie się zmniejszyły i dużo łatwiej o przeniesienie pożaru na kolejny samochód [1].

W tych warunkach jeśli w garażu podziemnym, w którym parkuje samochód elektryczny, wybuchnie pożar, to samochód ten z pewnością ulegnie zapaleniu, podobnie jak inne pojazdy. W pierwszej kolejności zapaleniu ulegnie karoseria i wnętrze samochodu. Do zapłonu baterii dojdzie, dopiero gdy jej wnętrze podgrzeje się do temperatury ok. 70–100°C. Jeśli wcześniej uda się pożar ugasić, to do zapalenia baterii nie musi dojść.

Konsekwencje udziału samochodu elektrycznego w pożarze garażu podziemnego

Jak wspomniano wcześniej, ryzyko zapalenia się samochodu elektrycznego nie jest większe niż samochodu zasilanego paliwem węglowodorowym. Jeśli jednak samochód elektryczny będzie uczestniczył w pożarze rozwijającym się w garażu podziemnym, to konsekwencje takiego pożaru mogą być zdecydowanie poważniejsze w porównaniu z pożarem samochodu z napędem tradycyjnym (rys. 1). Związane to jest przede wszystkim ze zwiększoną emisją trujących związków, takich jak fluorowodór, fluorek fosforylu, cyjanowodór, chlorowodór czy tlenek węgla.

Substancje te będą uwalniane w procesie spalania baterii litowo-jonowej i mogą stanowić bezpośrednie zagrożenie dla ekip ratowniczych, będą również osiadać na ścianach garażu i na odzieży służb ratowniczych. Spowoduje to, że nawet jeśli konstrukcja garażu przetrwa pożar, garaż nie będzie się nadawał do użytkowania przez długi okres z powodu konieczności przeprowadzenia dokładnej dekontaminacji. Będzie ona konieczna, ponieważ istnieje niebezpieczeństwo, że nawet po usunięciu spalonej baterii z garażu podziemnego z zanieczyszczonych ścian może być emitowany fluorowodór [4].

Najlepszym środkiem gaśniczym w przypadku pożaru samochodu elektrycznego jest woda, której zadaniem, poza ugaszeniem pożaru pojazdu, jest obniżenie temperatury baterii i utrzymywanie tego stanu. Skutkuje to pojawieniem się ogromnych ilości zużytej wody gaśniczej, która będzie odprowadzana do kanalizacji. Jak pokazują badania, woda ta zawiera duże ilości litu i metali ciężkich, takich jak kobalt, nikiel oraz mangan [5]. Z badań wynika, że poziom zanieczyszczeń chemicznych tej wody przekracza 70-krotnie szwajcarskie wartości graniczne dla ścieków przemysłowych [6]. Tak skażona woda nie powinna być zatem odprowadzana bezpośrednio do kanalizacji.

Udział samochodu elektrycznego w pożarze rozwijającym się w garażu podziemnym może również istotnie potęgować trudności w ugaszeniu takiego pożaru. W warunkach panujących w garażu podziemnym obniżenie temperatury baterii litowo-jonowej do poziomu, przy którym proces wewnętrznej reakcji łańcuchowej przestanie się rozwijać, może się okazać niemożliwe. Pozostawienie takiego samochodu w celu wypalenia w garażu podziemnym wydaje się również trudne do zaakceptowania. Raport RISE (Research Institutes of Sweden) jako rozwiązanie optymalne podaje wyciągnięcie „przygaszonego” samochodu elektrycznego z garażu podziemnego i odholowanie go w zabezpieczone miejsce do czasu jego wypalenia [1]. Autorzy podkreślają jednak, że aby było to możliwe, garaż podziemny musi mieć odpowiedni rozkład, dostępny musi być odpowiedni sprzęt, a służby ratownicze muszą mieć opracowane odpowiednie procedury postępowania.

Wydaje się to rozwiązaniem dość karkołomnym, ale być może jedynym do zastosowania w przypadku zapalenia się samochodu elektrycznego w garażu podziemnym. W przeciwnym razie trudności w ugaszeniu pożaru, w którym uczestniczy samochód elektryczny, będą z pewnością skutkować pojawieniem się bardzo wysokich temperatur w garażu podziemnym. Może to spowodować naruszenie konstrukcji garażu, a w konsekwencji całego budynku.

Propozycje działań mających na celu poprawę bezpieczeństwa w garażach podziemnych

W opracowaniach zagranicznych pojawiają się propozycje rozwiązań, których celem ma być zwiększenie bezpieczeństwa w garażach podziemnych z uwagi na możliwość parkowania w nich samochodów elektrycznych [1, 2, 4, 5]. Niestety niektóre z pojawiających się opinii są ze sobą sprzeczne. Związane to jest zapewne z brakiem danych doświadczalnych i statystycznych, z wieloma niewiadomymi, jeśli chodzi o pożar samochodu elektrycznego w ograniczonej przestrzeni, jaką jest garaż podziemny. Zwraca uwagę fakt, że wskazania dotyczą tylko miejsc postojowych z opcją ładowania samochodu elektrycznego, czyli pojawia się założenie, że ładowanie samochodu elektrycznego może być działaniem o podwyższonym ryzyku. Praktycznie pomija się w tych rozważaniach samo parkowanie samochodów elektrycznych w garażach podziemnych.

Pojawia się propozycja oddzielenia miejsc postojowych z opcją ładowania samochodu od innych pojazdów za pomocą ścianek z materiałów niepalnych lub pasa wolnej przestrzeni. Mogłoby to spowodować, że pożar rozwijający się w garażu podziemnym nie przeniesie się na parkujący tam samochód elektryczny lub pożar, który wybuchnie w trakcie ładowania samochodu, nie przeniesie się na inne pojazdy. Oba rozwiązania mają zdecydowane wady, które należałoby rozważyć przed ich ewentualnym wyborem. W przypadku oddzielenia miejsc postojowych ściankami dzielimy przestrzeń garażu elementami, które z pewnością będą stanowiły przeszkody w swobodnym przepływie powietrza. Przegrody takie spowodują, że w garażu pojawią się miejsca, gdzie powietrze może nie być wymieniane, a w razie wybuchu pożaru może się gromadzić dym. Uwzględnienie takich ścianek w projekcie wentylacji garażu byłoby niezbędne, aby system wentylacji spełniał swoje zadanie, czy to w czasie normalnej pracy, czy w czasie pożaru. Pewnym rozwiązaniem byłaby indywidualna wentylacja takiego miejsca postojowego, co oczywiście zdecydowanie zwiększyłoby koszty inwestycji.

Z kolei oddzielenie miejsc postojowych z opcją ładowania od innych samochodów poprzez pas wolnej przestrzeni wydaje się nie do zaakceptowania ze względów finansowych. Cena miejsca parkingowego w garażu podziemnym osiąga taki poziom, że rezygnacja z tego przychodu bez funkcjonowania odpowiednich przepisów nakazowych może być bardzo trudna. Dodatkowym argumentem przeciw takim rozwiązaniom są nowe propozycje producentów samochodów elektrycznych. Firma Volkswagen wprowadza na rynek mobilnego robota ładującego (rys. 2), który umożliwia ładowanie samochodu elektrycznego w dowolnym punkcie garażu podziemnego. Przy takim rozwiązaniu jakiekolwiek oddzielenie miejsca postojowego z opcją ładowania przestaje mieć sens.

Niebezpieczeństwo emisji trujących związków chemicznych w czasie pożaru z udziałem samochodu elektrycznego skierowało uwagę na działanie wentylacji oddymiającej. W zasadzie wszystkie publikacje jednomyślnie wskazują na dużą rolę, jaką odgrywa wentylacja mechaniczna przy odprowadzaniu szkodliwych związków generowanych w czasie pożaru. Uszkodzona bateria litowo-jonowa reaguje w kontakcie z wodą gaśniczą wytworzeniem wodoru, który jest bardzo wybuchowy. Dlatego wskazuje się, jak ważne jest, żeby przestrzeń garażu była wentylowana mechanicznie w czasie akcji gaśniczej i po niej. Proponuje się również instalowanie automatycznie uruchamianego systemu odprowadzania dymu i ciepła nad miejscami postojowymi z opcją ładowania samochodów elektrycznych, aby jak najwcześniej zapobiegać rozprzestrzenianiu się związków chemicznych charakterystycznych dla uszkodzonej baterii litowo-jonowej. Innym analogicznym rozwiązaniem byłoby umieszczanie miejsc parkingowych ze stacjami ładowania wprost w pobliżu miejsc wyciągu dymu (rys. 3). Sugeruje się, aby miejsca postojowe z opcją ładowania znajdowały się daleko od dróg ewakuacyjnych i szybów wind.

Najwięcej kontrowersji budzi stosowanie systemów tryskaczowych oraz systemów wysokociśnieniowej mgły wodnej, mimo że we wszystkich opracowaniach woda wskazywana jest jako podstawowy środek gaśniczy w przypadku pożaru samochodu elektrycznego. Należy pamiętać, że poza funkcją gaśniczą woda pełni jeszcze ważną funkcję związaną z obniżeniem temperatury uszkodzonej baterii litowo-jonowej. Wskazuje się, że systemy tryskaczowe i systemy wysokociśnieniowej mgły wodnej nadają się doskonale do obniżenia temperatury w przestrzeni, w której rozwija się pożar, oraz powodują ograniczenie dopływu tlenu do strefy spalania. Jednocześnie zwraca się jednak uwagę, że ciągle mało znane są techniki gaszenia samochodów elektrycznych oraz zachowanie się płonącego samochodu elektrycznego w momencie zadziałania tryskacza. Brakuje informacji na temat rodzajów tryskaczy, które najlepiej zadziałałyby w sytuacji pożaru samochodu elektrycznego.

Duże zainteresowanie w opracowaniach zagranicznych, a szczególnie szwajcarskich, wzbudzają wysokociśnieniowe systemy mgły wodnej. Zwraca się uwagę na ich zastosowanie w tunelach w Austrii i Włoszech. Wskazuje się na ich zalety związane z małymi rozmiarami kropel i łatwością rozprzestrzeniania się w otoczeniu oraz dotarcia do trudnodostępnych miejsc. Wyraźnie podkreślane są jednak wątpliwości wynikające z braku informacji o przebiegu procesu gaszenia samochodu elektrycznego z wykorzystaniem wysokociśnieniowego systemu mgły wodnej. W dyskusji pojawiają się również głosy sugerujące, że zastosowanie mgły wodnej może sprzyjać tworzeniu się niepożądanych gazów. W testach przeprowadzonych w Szwecji pomiary wskazują na wzrost szybkości produkcji fluorowodoru podczas stosowania mgły wodnej, ale nie ma znaczącej różnicy w całkowitej ilości fluorowodoru powstającego w czasie gaszenia pożaru, z użyciem mgły wodnej lub bez niej [1].

Wskazując na zalety stosowania samoczynnych systemów gaśniczych, wymienia się przede wszystkim szybkość reakcji, która może znacząco zmniejszyć ryzyko rozprzestrzenienia się ognia. Jednocześnie podkreśla się jednak, że projektowanie tych systemów w garażach podziemnych musi być uzasadnione finansowo oraz że dotyczy przede wszystkim garaży o dużej powierzchni [6].

W 2016 roku agenda RISE – Fire Research – opublikowała raport, w którym zalecała stosowanie samoczynnych urządzeń gaśniczych we wszystkich garażach podziemnych, w których przewiduje się możliwość ładowania samochodów elektrycznych. Raport ten poskutkował ogromnymi kosztami, które musieli ponosić inwestorzy nowobudowanych garaży i zarządcy garaży już istniejących. Po kilku latach pojawiły się analizy ryzyka, których celem było powtórne określenie zagrożeń związanych z ładowaniem samochodów elektrycznych w garażach podziemnych. Jako podsumowanie tych analiz stwierdzono, że zapotrzebowanie na stałe wodne systemy przeciwpożarowe w garażach podziemnych nie jest większe w przypadku parkingów z możliwością ładowania samochodów elektrycznych niż w innych parkingach [1].

Podsumowanie

W kwestii poprawy bezpieczeństwa w garażach podziemnych więcej jest wątpliwości niż jednoznacznych wskazówek. Pojawiające się zalecenia dotyczą miejsc postojowych z opcją ładowania, co sugeruje, że właśnie proces ładowania może stanowić zagrożenie. Nie ma jednak przesłanek, że ładowanie samochodu elektrycznego na parkingu podziemnym powodowałoby zwiększone prawdopodobieństwo pożaru. Odpowiednio sformułowane przepisy dotyczące punktów ładowania samochodów elektrycznych wydają się wystarczające do zapewnienia akceptowalnego ryzyka związanego z ładowaniem samochodów elektrycznych w garażach podziemnych. Wymaga to oczywiście przestrzegania przepisów dotyczących punktów ładowania, zaleceń producentów samochodów elektrycznych i producentów punktów ładowania. Ważne, aby unikać używania gniazdek nieprzeznaczonych do ładowania pojazdów, a także używania przedłużaczy.

W krajach z największym odsetkiem samochodów elektrycznych wprowadzane są przepisy obligujące do projektowania samoczynnych systemów gaśniczych w dużych parkingach podziemnych (o powierzchni powyżej 1200 m²). Dotyczy to przede wszystkim Norwegii. Podkreśla się równocześnie, że zagrożenie pożarowe w przypadku parkowania samochodów elektrycznych w garażach podziemnych jest takie samo jak dla samochodów z silnikiem spalinowym.

Wszyscy badacze są zgodni co do pozytywnej roli, jaką odgrywa wentylacja mechaniczna w garażu podziemnym. W czasie rozwoju pożaru i procesu gaszenia bardzo ważne jest odprowadzanie na zewnątrz trujących substancji, szczególnie jeśli w pożarze może uczestniczyć samochód elektryczny. Działanie wentylacji mechanicznej spowoduje z pewnością obniżenie stężenia trujących związków emitowanych w procesie palenia baterii litowo-jonowej oraz wodoru, który pojawia się przy gaszeniu tych baterii wodą.

Literatura

1. Brandt A.W., Glansberg K., Charging of electric cars in parking garages, RISE-report 2020:30
2. Boehmer H., Klassen M., Olenick S., Modern Vehicle Hazards in Parking Structures and Vehicle Carriers, NFPA 2020
3. Mrozik M., Analiza udziału tworzyw sztucznych w budowie pojazdu osobowego, „Autobusy” 5/2012, s. 325–330
4. Välisalo T., Firefighting in case of Li-Ion battery fire in underground conditions: Literature study, Research Report, VTT-R-00066-19
5. Risk minimisation of electric vehicle fires in underground traffic infrastructures, Federal Department of the Environment, Transport, Energy and Communications DETEC, Research project AGT 2018/006 petitioned by the Tunnel Research Working Group, August 2020
6. Boe A.G., Reitan N.K., Fire Risks of Electrical Vehicles in Underground Car Parks, Fourth International Conference on Fire in Vehicles, October 5-6, 2016, Baltimore, USA, 243
7. https://www.volkswagenag.com/ (dostęp: 12.03.2021)
8. http://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id5251,identyfikacja-zagrozen-zwiazanych-z-uzytkowaniem-samochodow-z-napedem-elektrycznym-w-kontekscie-ich-parkowania-w-budynkach