Przemyślenia | o wentylacji i nietylko

Współdziałanie systemów ochrony przeciwpożarowej garaży

Podczas pożaru płonący samochód lub samochody wydzielają duże ilości ciemnego dymu, a szybki wzrost temperatury powoduje gwałtowny wzrost objętości właściwej zadymionego powietrza i wypełnienie przestrzeni garażu. W tych warunkach niezmiernie ważne jest zastosowanie skutecznego systemu wentylacji, umożliwiającego odprowadzenie z przestrzeni garażu zadymionego powietrza, a przez to stworzenia warunków do ewakuacji i szybkiego podjęcia akcji ratowniczej. Obecnie garaże podziemne są najczęściej wentylowane z zastosowaniem systemu kanałowego. Wentylatory zasysają powietrze podobnie jak kratki wyciągowe i po stronie tłocznej formują strumień, który w końcowej części przekazywany jest do następnego wentylatora.

Podstawowe elementy omawianego systemu:
1. wentylatory osiowe. W zależności od konfiguracji sytemu mogą być to urządzenia jedno- lub dwubiegowe (pracujące na potrzeby wentylacji ogólnej i pożarowej lub pełniące w systemie
tylko jedną z tych funkcji).
2. wentylatory wyciągowe. W warunkach pożaru urządzenia te służą do wyciągu gorących gazów pożarowych.
3. czujki pożarowe. Przeprowadzone m.in. w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpożarowej (CNBOP) testy różnych rodzajów czujek pożarowych wykazały, że dla garaży podziemnych najbardziej wskazane jest zastosowanie optycznych rozproszeniowych czujek dymu umieszczonych nad stanowiskami postojowymi oraz nadmiarowo-różnicowych czujek ciepła w przestrzeni nad komunikacją. Taka konfiguracja detektorów daje największą pewność działania układu sygnalizacji pożarowej.


Aby możliwe było uproszczenie i skrócenie procesu projektowania za pomocą symulacji komputerowych, konieczne jest lepsze poznanie zjawisk towarzyszących przemieszczaniu się powietrza w wentylowanej strefie. Przykładem mogą być tutaj zagadnienia związane z wzajemnym oddziaływaniem strumieni powietrza przemieszczających się w przeciwnych kierunkach szczególnie na granicy zasięgu strumieni, które stały się w ostatnim czasie przedmiotem zainteresowania zespołu badawczego Politechniki Warszawskiej.
Ponieważ występowanie gwałtownych zawirowań powietrza jest zjawiskiem niekorzystnym ze względu na skuteczność procesu oddymiania, należy dążyć do możliwie dużego ograniczenia szerokości obszaru, w którym zawirowania te występują.
W początkowej fazie pożaru dym wydobywający się z płonącego samochodu wzbija się do góry, zbierając się pod stropem garażu. W tych warunkach systemy z przewodami wyciągowymi nie są w stanie (uwzględniając niewielką zazwyczaj wysokość garaży) odciągnąć takiej ilości zadymionego powietrza, aby utworzona została przypodłogowa warstwa wolna od dymu (pozwalająca na bezpieczną ewakuację i podjęcie akcji gaśniczej). Podczas działania instalacji kanałowej następuje znaczne ograniczenie widoczności
w znacznej przestrzeni garażu. Ponadto może w tym przypadku nastąpić „rozciągnięcie” dymu przez kratki wyciągowe, a więc powiększenie obszaru złej widoczności. Gorące gazy pożarowe mogące rozprzestrzeniać się w sposób praktycznie niekontrolowany podczas pracy sieci kanałowej, powodują znaczne podniesienie temperatury powietrza w dużej części garażu. System bezprzewodowego oddymiania garaży charakteryzuje się jeszcze szeregiem dodatkowych zalet:
• jak wynika z porównania kosztów wykonania obu systemów, instalacja systemu bezprzewodowego jest porównywalna cenowo do najtańszej instalacji kanałowej,
• dzięki wyeliminowaniu kanałów zmniejszają się opory sytemu, dzięki czemu można stosować wentylatory o mniejszym sprężu oraz wydatku, a więc tańsze w eksploatacji i o wiele cichsze;
• system bezprzewodowy pozwala optymalnie wykorzystać przestrzeń garażu, ułatwiając komunikację i zwiększając przestrzeń przeznaczoną na parkowanie samochodów;
• ponieważ system bezprzewodowy sprawdza się w bardzo rozległych garażach, możliwe jest znaczne powiększenie strefy pożarowej, co pozwala zrezygnować z oddzieleń i bram pożarowych w tym obszarze;
• zastosowanie systemu bezprzewodowego dzięki szybkiemu schładzaniu gazów pożarowych umożliwią rezygnację z instalacji tryskaczowej
Wzorem państw Europy Zachodniej pomimo pewnych trudności instalacje takie zdobywają jednak uznanie i są coraz szerzej montowane także w Polsce. Ponieważ omawiany system stosowany jest od niedawna, wiele zjawisk towarzyszących bezprzewodowemu oddymianiu nie jest jeszcze wystarczająco przebadanych i poznanych. Usprawnienie procesu projektowania wymaga poszerzenia wiedzy o wzajemnym oddziaływaniu strumieni poruszających się w przeciwnych kierunkach, o osiach zarówno równoległych, jak i znajdujących się pod pewnym kątem. W artykule przedstawiono wymagania prawne dotyczące wentylacji garaży oraz krótką charakterystykę obu systemów wentylacji. Ze względu na często występującą bardzo ograniczoną powierzchnię zabudowy oraz wysoką cenę działek budowlanych (szczególnie w obszarach silnie zurbanizowanych) miejsca postojowe dla samochodów wykonywane są coraz częściej w postaci parkingów lub garaży podziemnych. W nowo powstających garażach i parkingach podziemnych należy zaprojektować i wykonać skuteczny system wentylacji, której funkcją jest zarówno bezpieczne wykorzystywanie tej przestrzeni podczas jej normalnego użytkowania (wentylacja bytowa), jak również ochrona drogi ewakuacji oraz dostępu ekip ratowniczych podczas pożaru (wentylacja pożarowa).
W odniesieniu do garaży podziemnych zastosowanie ma rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 75, poz. 690) oraz rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 marca 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 56, poz. 461). Według standardów projektowania i dla garaży o różnej kubaturze otrzymać można wyniki wahające się w zakresie od 1,5 do 6 wymian powietrza na godzinę. Ilość powietrza wentylacyjnego ustala się również na podstawie badań, na przykład według źródeł amerykańskich dla przeciętnych warunków użytkowania średniej wysokości zamkniętego garażu strumień objętości czystego nawiewanego powietrza wynosi około 27 m3/h na metr kwadratowy powierzchni podłogi. Prawie każdy nowo wybudowany budynek, biurowy czy mieszkalny, ma podziemny garaż. Najbardziej niebezpieczny jest tlenek węgla i to jego stężenie przyjmuje się najczęściej przy obliczaniu potrzebnego powietrza świeżego.
Czy będzie to wentylacja ogólna zapobiegająca wzrostowi stężenia tlenku węgla, czy także wentylacja pożarowa – zależy od projektanta. Ze względów ekonomicznych oraz z uwagi na ograniczoną powierzchnię techniczną przeważnie łączy się obie funkcje w jednym systemie.
o LPG (Liquefied Petroleum Gas), którego głównymi składnikami są propan i butan, jest gazem cięższym od powietrza i w przypadku wycieku z instalacji samochodowej gromadzi się w dolnej części pomieszczenia, stwarzając niebezpieczeństwo wybuchu. Należy również wspomnieć, że instalacje wentylacji garaży podziemnych, w których dopuszcza się parkowanie samochodów zasilanych gazem propan-butan, zgodnie ze znowelizowanymi przepisami techniczno-budowlanymi, muszą być sterowane czujnikami niedopuszczalnego poziomu stężenia gazu propan-butan (§ 108 ust.1 pkt 4).
Zabezpieczenie pożarowe w garażach podziemnych narzuca konieczność mechanicznego usuwania dymu dla garaży o więcej niż 10 stanowiskach, przy czym po nowelizacji rozporządzenia MI (§ 277 ust. 4) obligatoryjnie systemy oddymiania należy stosować dla garaży podziemnych o powierzchni całkowitej przekraczającej 1500 m2.

Konieczne jest zapewnienie stałego dopływu powietrza zewnętrznego, kompensującego strumień powietrza usuwanego. W obecnej wersji przepisów (§ 270 ust. 1) mowa jest o konieczności usuwania dymu z intensywnością zapewniającą, że w czasie potrzebnym do ewakuacji ludzi na chronionych przejściach i drogach ewakuacji nie wystąpi zadymienie lub temperatura umożliwiająca bezpieczną ewakuację. W praktyce oznacza to, że należy udowodnić za pomocą obliczeń oraz ewentualnych symulacji komputerowych poprawność zastosowanych rozwiązań i niekoniecznie musi to być 10 h-1. Jednak w przypadku rozległych garaży o skomplikowanym układzie architektonicznym poprawność wykonanych obliczeń można, a nawet należy sprawdzić, wykorzystując symulacje komputerowe oparte na technice numerycznej mechaniki płynów (Computation Fluid Dynamice).Do niedawna jedynym stosowanym rozwiązaniem wentylacji garaży były instalacje kanałowe spełniającą funkcję wentylacji i oddymiania w przypadku wystąpienia pożaru. Omawiany system, spełniając dwie funkcje, musi zapewnić wyciąganie powietrza w normalnych warunkach pracy (pracując z wydajnością przykładowo 4–6 wymian powietrza na godzinę) oraz w warunkach pożaru, kiedy konieczne będzie przetłaczanie powietrza w ilości np. 10 h-1. Dlatego też system ten wyposażony powinien być w wentylator dwubiegowy lub sterowany falownikiem (ze zmienną prędkością obrotów). Jeżeli system kanałowy łączy funkcję bytową z pożarową, konieczne jest również zastosowanie odpowiednich przewodów i wentylatorów. Oznacza to, że przewody wentylacyjne muszą mieć klasę odporności ogniowej z uwagi na szczelność ogniową i dymoszczelność E600S co najmniej taką jak klasa odporności ogniowej stropu. Do systemów wentylacji garaży najczęściej stosowane są wentylatory o odporności ogniowej F400 120 (czyli zdolne do pracy w temperaturze 400OC w okresie 120 min). Jeżeli jednak z przeprowadzonych obliczeń lub symulacji wynika wyższa temperatura dymu, konieczne staje się zastosowanie wentylatorów F600 60. Równie ważnym jak instalacja wyciągowa elementem systemu jest nawiew powietrza kompensacyjnego. Kolejny problem stanowi duża dynamika pożaru samochodu, na skutek której dym bardzo intensywnie miesza się z powietrzem, w krótkim czasie wypełniając ograniczoną przestrzeń między stropem i posadzką.
Działanie bezprzewodowego systemu tłokowego w funkcji oddymiania wygląda następująco: po pojawieniu się sygnału alarmowego z systemu detekcji pożaru następuje automatyczne otwarcie bramy wjazdowej lub żaluzji w kratach nawiewnych, przez które wskutek podciśnienia wywołanego pracą wentylatorów wyciągowych do przestrzeni garażu napływa powietrze zewnętrzne. Główną zasadą jest takie uruchomienie konfiguracji systemu (kierunku przepływu), aby dym jak najkrótszą drogą został usunięty z kubatury garażu przy jednoczesnej ochronie dróg ewakuacji ludzi. W celu zaprojektowania układu posłużyć się można jedną z dwóch metod: pierwsza oparta jest na doświadczeniach z instalacjami w podobnych architektonicznie obiektach oraz praktycznej wiedzy projektanta, druga natomiast polega na zastosowaniu symulacji komputerowej CFD. Prawidłowe wykonanie symulacji komputerowych wymaga jednak starannego opracowania wstępnych założeń do modelu matematycznego, a przy procesie weryfikacji wyników niezbędne staje się doświadczenie projektanta, które pozwoli na ograniczenie liczby rozpatrywanych w symulacji wariantów. System bezprzewodowy mieszany składa się z takich samych elementów i działa w podobny sposób jak omówiony powyżej system tłokowy, przy czym wentylatory transferowe w tym rozwiązaniu usytuowane są w przestrzeni garażu w sposób pozornie nieuporządkowany. Dla prawidłowego funkcjonowania omawianego systemu podstawowe znaczenie ma dobór odpowiedniej liczby wentylatorów, ich kierunkowe rozmieszczenie oraz wielkość rozwijanego strumienia powietrza. Szczególnie w tym przypadku użytecznym narzędziem projektowym jest symulacja komputerowa oparta na oprogramowaniu CFD pozwalająca na modelowanie i analizowanie przepływu powietrza w przestrzeni garażu i stanowiąca właściwie jedyną metodę weryfikacji przyjętych rozwiązań. Skuteczne działanie systemów wentylacji bytowej i pożarowej garaży zamkniętych uwarunkowane jest ponadto ich pełnym współdziałaniem z innymi elementami i układami ochrony przeciwpożarowej budynku, takimi jak systemy detekcji, stałe urządzenia gaśnicze, system DSO itd. Polskie przepisy techniczno-budowlane zakładają, że głównym celem funkcjonowania systemów wentylacji pożarowej w garażach jest zapewnienie odpowiednich warunków ewakuacji oraz możliwość działania ekip ratowniczych. Nie jest to zadanie łatwe do praktycznej realizacji chociażby ze względu na to, że w praktyce budowlanej przy dążeniu do maksymalnego wykorzystania przestrzeni wewnątrz nowopowstających budynków garaże podziemne mają najczęściej stosunkowo niewielką wysokość (w zakresie 2,2 do 2,8 m).Jednocześnie długość dojść ewakuacyjnych nie może przekraczać wielkości określonych w przepisach techniczno-budowlanych (warunkach technicznych). Planując rozmieszczenie wentylatorów strumieniowych, należy również uważać, żeby ich działanie nie utrudniało otwarcia drzwi ewakuacyjnych oraz nie groziło wtłoczeniem dymu do chronionych przestrzeni przedsionka i klatki schodowej.
Czas, po którym dym zacznie opadać do strefy przebywania ludzi uzależniony jest od wysokości, powierzchni i układu architektonicznego garażu, jednak przeważnie jest wystarczająco długi do opuszczenia zagrożonej przestrzeni. Jak widać na rysunku 1, skutkiem działania systemu strumieniowego jest wytworzenie w przestrzeni garażu dwóch stref – strefy zadymionej i wolnej od dymu. Zwłoka w działaniu systemu powoduje zwiększenie ilości dymu i nagromadzenie energii cieplnej w miejscu pożaru, co sprzyja rozprzestrzenianiu się ognia na kolejne samochody, a w konsekwencji może zagrozić konstrukcji budynku i ograniczyć szanse powodzenia akcji gaśniczej. Przykładowo BS 7346-7:2006 dopuszcza możliwość celowego opóźnienia w uruchomieniu wentylatorów strumieniowych (za zgodą władz lokalnych), jeżeli ich działanie mogłoby spowodować pogorszenie warunków ewakuacji. O konieczności projektowania systemu kanałów na warunki ekstremalne zdecydować musi projektant w porozumieniu z inwestorem i strażą pożarną. Firmy produkujące wentylatory oddymiające prześcigają się w proponowaniu zastosowań dla swoich wyrobów, jest więc w czym wybierać. Przy projektowaniu systemów wentylacji i oddymiania garaży warto posiłkować się najnowocześniejszą techniką komputerowego wspomagania projektowania.

Skocz do góry