Wentylacja pożarowa w budynkach użyteczności publicznej

Konstrukcja skutecznego systemu

Zgodnie z obowiązującymi przepisami o ochronie przeciwpożarowej oraz warunkami technicznymi wszystkie budynki użytkowe (przeznaczone na pobyt ludzi) muszą być wyposażone w instalacje bezpieczeństwa pożarowego, w tym systemy wentylacji pożarowej. Wspomniane przepisy regulują wymagania minimalne dla typu i zakresu stosowania tytułowych instalacji. Jednak wykonanie i realizacja projektu wyłącznie pod kątem spełnienia minimalnych wymagań nie zawsze gwarantuje zachowanie nadrzędnej funkcji instalacji wentylacji pożarowej w obiektach użytkowych.

Należy tu pamiętać o zapisie rozporządzenia w sprawie ochrony przeciwpożarowej, który w następujący sposób określa podstawowe zadanie systemu wentylacji pożarowej:
„Zabezpieczenie przed utrzymaniem się na drogach ewakuacyjnych dymu w ilości, która ze względu na ograniczenie widoczności lub toksyczność uniemożliwiały by bezpieczną ewakuację”

Zapis ten niesie jednoznaczny przekaz dla wykonawcy systemu: instalacja wentylacji pożarowej musi mieć potwierdzoną skuteczność co najmniej dla realizacji założeń scenariusza pożarowego podczas całego okresu użytkowania budynku, a nie jedynie na etapie prób odbiorowych i przekazania budynku do użytkowania. Oznacza to konieczność zaprojektowania i wykonania trwałego i niezawodnego systemu. W prezentowanym artykule przedstawionych zostało kilka praktycznych zaleceń umożliwiających wykonanie właśnie takiej instalacji.

 Budynki jako złożony obiekt projektowy

Przystępując do projektu systemu wentylacji pożarowej, należy pamiętać, że zawsze jest to instalacja „szyta na miarę” konkretnego obiektu. Praktycznie każdy budynek ma swoją indywidualną, niepowtarzalną aranżację przestrzeni wewnętrznych, unikalną konstrukcje dróg komunikacji i ewakuacji oraz często łączy w jednej kubaturze przestrzenie o zróżnicowanym przeznaczeniu funkcjonalnym. Taki indywidualny układ często wymaga zastosowania różnych systemów wentylacji pożarowej (rys. 1 i tabela 1), które muszą działać w koincydencji, w taki sposób, żeby niezależnie od miejsca wybuchu pożaru w możliwie szerokim zakresie realizować założenia scenariusza pożarowego.  

W związku z powyższym wykonanie skutecznego systemu zabezpieczenia dróg ewakuacji w zarówno w  nowych, jak i modernizowanych budynkach użytkowych wymaga realizacji ośmiu poniżej przytoczonych punktów.

1. Sporządzenia założenia dla działania instalacji w wyodrębnionych częściach funkcjonalnych budynku.

Na tym etapie projektu określone powinny być minimalne wymagania dla systemu wynikające bezpośrednio z przepisów. Na tym etapie muszą zostać zdefiniowane m.in. główne cele funkcjonowania systemu wentylacji pożarowej. Czy jest nim wyłączenie ochrona dróg ewakuacji, czy może ochrona dróg ewakuacji i zabezpieczenie działanie ekip ratowniczo-gaśniczych, a może wyłącznie ułatwienie gaszenia pożaru i ochrona konstrukcji budynku. Wybór celu działania określa wymagania dla przyszłego systemu w zakresie wielkości i sposobu działania instalacji. Przykładowo, jeżeli w garażu zamkniętym chronić trzeba będzie drogi ewakuacji, należy w strefie przebywania ludzi zachować zakres widzialności 10 m, temperaturę nie większą niż 60oC i  zawartość tlenu na poziomie min. 10%. W tym samym garażu dla instalacji przystosowanej na wspomaganie ekip ratowniczych wymogiem jest wyłącznie utrzymanie temperatury na poziomie poniżej 100oC w odległości 10 m od źródła ognia. Nie trzeba specjalnie tłumaczyć, o ile bardziej skomplikowanym będzie realizacja pierwszego z powyższych zadań. Sporządzając założenia dla funkcjonowania systemu, trzeba również jednoznacznie określić jakie przestrzenie budynku zostaną objęte ochroną i jakie urządzenia powinny pełnić tę funkcję. Przykładowo w budynkach wielokondygnacyjnych należy zdefiniować granicę strefy chronionej i niechronionej nadciśnieniem. Mogą to być np. drzwi klatki pomiędzy klatką schodową i korytarzem, przedsionkiem przeciwpożarowym i korytarzem przedsionkiem przeciwpożarowym i przestrzenią open-space. Zdefiniowanie tej przestrzeni określa, gdzie realizowany musi być warunek ukierunkowanego przepływu powietrza z wymaganą prędkością oraz jaka może być forma i rozmieszczenie punktów wyciągu powietrza i dymu. Założenia muszą również określić sposób realizacji ewakuacji (np. ewakuacja stopniowa lub jednoczesna) oraz określić drogi dostępu dla ekip ratowniczych. Te założenia w sposób bezpośredni przekładają się na wielkość projektowanej instalacji wentylacji pożarowej. Powyższe założenia przekazane powinny zostać projektantowi przez rzeczoznawcę ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych, a ich spełnienie jest absolutnie niezbędne dla odebrania wykonanej instalacji.

2.    Określenie poziomu zagrożenia pożarowego

Kolejny etap projektu zawierać powinien analizę rzeczywistego poziomu zagrożenia pożarowego, czyli określenie przewidywanej wielkości pożaru. Jest to szczególnie istotne w przypadku systemów oddymiania, gdzie wydajność wentylatorów oddymiających oraz powierzchnia czynna klap dymowych określona jest na podstawie wyliczonego w oparciu o wielkość pożaru strumienia dymu. Konieczne jest również zdefiniowanie wielkości wewnętrznych i zewnętrznych czynników wpływających na funkcjonowanie systemu. Czynniki wewnętrzne wpływające na działanie instalacji wentylacji pożarowej to stratyfikacja termiczna i rozprężania gazów pożarowych oraz sposób działania w warunkach alarmu pożarowego instalacji np. wentylacji bytowej, wentylacji pożarowej oraz sposób wykorzystania wind. Wymienione tu zjawiska uwzględnione są na etapie tworzenia standardów projektowych (stąd ustalony został wymagany poziom bezpiecznego nadciśnienia oraz prędkość ukierunkowanego przepływu powietrza) oraz wpisane w wymogi scenariusza pożarowego (np. wymóg odcięcia fragmentu instalacji za pomocą przeciwpożarowych klap odcinających, wyłączenia wentylatorów wentylacji bytowej, włączenia systemów nawiewu pożarowego itd.).
Na działanie instalacji wpływają jednak zjawiska, które nie są uwzględnione w standardach i scenariusz pożarowym (parcie wiatru na elewację budynku, wielkość ciągu termicznego, wymiana ciepła powietrza z przegrodami budowlanymi itd.). Zjawiska o których mowa muszą być brane pod uwagę podczas wyboru konkretnych rozwiązań technicznych, jeżeli np. odbiór powietrza i dymu ma być realizowany przez okna uchylne na elewacji, okna te powinny zostać zdublowane, wykonane na dwóch różnych elewacjach i współpracować z systemem rejestrującym kierunek aktualnego przepływu wiatru. W budynkach wysokich, gdzie na stabilizację nadciśnienia w przestrzeni chronionej wpływa bardzo istotnie ciąg termiczny, spełnienie warunków projektowych możliwe będzie jeżeli zastosowany zostanie system nawiewu pożarowego aktywnie przeciwdziałający temu zjawisku (np. system przepływowy).

W obiekcie muszą zostać określone możliwe drogi przepływu powietrza i dymu tak, żeby możliwe było dobranie odpowiednich urządzeń ograniczających niekontrolowane przepływy dymu oraz ograniczające wielkość instalacji niezbędnej dla jego usunięcia. Mogą to być zarówno proste rozwiązania takie, jak kurtyny dymowe i kurtyny kierunkowe (ograniczające ilość dymu wpływającego do zasobnika), jak i bardziej rozbudowane systemy różnicowania ciśnienia, które mogą całkowicie zabezpieczyć wydzielone przestrzenie w budynku.

3.  Wybór typu systemu dla wydzielonych części funkcjonalnych.

Wybór systemu musi zostać oparty o wymagania określone w dwóch powyższych punktach, ale w miarę możliwości powinien on również gwarantować możliwie szeroką  ochronę dróg ewakuacji i innych przestrzeni budynku dla zdarzenia wykraczającego poza przyjęty scenariusz pożarowy. Stały postęp techniki oraz prowadzone badania naukowe skutkują wprowadzeniem coraz nowocześniejszych rozwiązań zarówno pod kątem budowy i sposobu działanie układów, jak również metod automatycznego sterowania. Dobrym przykładem może być w tym miejscu ewolucja jaką przeszły na etapie kilku ostatnich lat systemy napowietrzania klatek schodowych: od rozwiązań opartych na pracy jednobiegowych wentylatorów nawiewu pożarowego, przez pasywne układy z klapą nadmiarowo-upustową, do sterowanych elektronicznie układów aktywnych z automatyką predykcyjną.

Nieograniczona kreatywność architektów stawia niejednokrotnie przed projektantem systemu wentylacji pożarowej konieczność opracowania specjalnych konfiguracji systemu (tzw. rozwiązań inżynierskich), które chociaż nieuwzględnione w standardach projektowych dla konkretnego przypadku zapewnić mogą najlepszą ochronę. Przykładem takiego rozwiązania  może być zabezpieczenie przed zadymieniem przestrzeni atrium z wykorzystaniem systemu różnicowania ciśnienia  w przypadku pożaru w pomieszczeniu przyległym do atrium (rys.3) lub ochrona przed zadymieniem szachtów wind innych niż przeznaczone na potrzeby ekip ratowniczych przez napowietrzany pożarowo przedsionek (rys.4).

Projektant nie może zapomnieć, że zobligowany jest przez ustawę o ochronie przeciwpożarowej oraz aktami wykonawczymi do tej ustawy do stosowania w projekcie urządzeń i elementów certyfikowanych. Wymóg ten ma gwarantować skuteczność działania systemu w warunkach pożaru nawet kilka lat po oddaniu budynku do użytkowania. Obowiązek certyfikacji obejmuje nie tylko wymienione na rysunku elementy i zestawy urządzeń, ale również ich elementy wykonawcze (np. siłowniki klap pożarowych), kable elektryczne, źródła zasilania i systemy automatycznego sterowania.

4.       Sporządzenie scenariuszy funkcjonowania systemów wentylacji pożarowej w powiązaniu z innymi systemami ochrony przeciwpożarowej.

Rozporządzenie ministra spraw wewnętrznych i administracji z 2003 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków i innych obiektów budowlanych stawia wymaganie: Dobór urządzeń przeciwpożarowych w obiekcie powinien być dostosowany do wymagań wynikających z przyjętego scenariusza zdarzeń w czasie pożaru. Scenariusz, który zawiera m.in. algorytm działania układu wentylacji pożarowej, wymagania dla systemy detekcji pożaru, zakres współpracy z instalacją tryskaczową, systemem kontroli dostępu oraz systemem DSO, stanowi więc podstawę wykonania projektu technicznego. Opis sposobu działania instalacji bezpieczeństwa pożarowego jest jednocześnie podstawą do opracowania matrycy sterowania, czyli konstrukcji układu automatycznego sterowania.

5.        Projekt techniczny uwzględniający założenia scenariusza i oparty na aktualnych standardach projektowych.

Projektant zobligowany jest do stosowania aktualnych standardów projektowych, a w tym zakresie projektu zmiany następują bardzo często. Przykładowo dla określenia wielkości instalacji oddymiania pomieszczeń przyległych do atrium znajduje zastosowanie standard NFPA 92B. W kolejnych edycjach tego dokumentu (2005 i 2009) dla takiej samej lokalizacji pożaru wyliczony strumień dymu wzrósł dwukrotnie. Istotne zmiany dla sposobu projektowania systemów różnicowania ciśnienia wprowadzi również norma EN 12101-13, w której oprócz zmiany klasyfikacji budynków (obecne 6 kategorii zastąpionych zostanie przez 2) znalazł się również załącznik C opisujący nową wersję tzw. metod francuskich (bardzo popularnych w Polsce). Wybór metody obliczeniowej ma w tym przypadku bardzo istotne znaczenie dla kształtu systemu i wielkości instalacji. Przykładowo standard francuski jasno definiuje przestrzenie chronione (klatka schodowa, przedsionek pożarowy i korytarz), europejski natomiast określa przestrzeń chronioną i niechronioną nadciśnieniem. Taka definicja umożliwia projektowanie systemów różnicowania ciśnienia w budynkach, gdzie klatka schodowa nie jest oddzielona od korytarza przedsionkiem pożarowym oraz tam gdzie za przedsionkiem nie ma korytarza, ale występuje przestrzeń typu open-space. Wielkość instalacji w tym przypadku określana jest dla dwóch stanów pracy instalacji (napowietrzanie szczelnej klatki oraz napowietrzanie klatki w scenariuszu drzwi otwartych), przepisy francuskie zalecają obliczenia wyłącznie dla scenariusza drzwi otwartych. W praktyce może się okazać, że przy niskim poziomie szczelności klatki, więcej powietrza trzeba będzie dostarczyć do tej przestrzeni dla spełnienia warunku wytworzenia nadciśnienia niż zachowania minimalnej prędkości przepływu w drzwiach otwartych.

6.                  Weryfikacja projektu z zastosowaniem symulacji CFD.

Symulacje komputerowe coraz częściej stanowią integralną część projektu instalacji, wykazując jej skuteczność w warunkach pożaru. Nie można ich jednak traktować jako ostatecznego dowodu na spełnienie założeń projektowych ponieważ, jak wskazuje już definicja słowa symulacja, stanowią one tylko pewne mniej lub bardziej prawdopodobne przybliżenie rzeczywistości. Wiarygodność symulacji zależy m.in. od przyjętych danych wyjściowych oraz gęstości siatki obliczeniowej. Im większa gęstość siatki, tym odwzorowanie rzeczywistości staje się bardziej wiarygodne, ale zdecydowanie wydłuża się czas wykonania symulacji. Ważna jest także walidacja przyjętego algorytmu na podstawie badań obiektowych.
Ten ostatni warunek (spełniony bardzo rzadko) pozwala ocenić trafność symulacji.
W symulacjach powinny być uwzględnione takie same urządzenia (np. typ wentylatora strumieniowego), jak urządzenia zastosowane w projekcie. Dokładność symulacji i stopień przybliżenia rzeczywistości zależy w największym stopniu od osoby ją wykonującej, a wykonawcą może być praktycznie każdy. W efekcie można spotkać się z symulacjami nie tylko mało wiarygodnymi, ale czasami przeczącymi wręcz prawom fizyki. Osobiście spotkałem się z symulacjami, których autorzy udowadniali, że możliwe jest wychłodzenie kubatury wewnętrznej klatki schodowej budynku wysokościowego, za pomocą nawiewu pożarowego w czasie krótszym niż 10 min. Podczas badań obiektowych w znacznie mniejszym obiekcie nie udało się uzyskać nawet zbliżonego efektu w czasie ponad 4 godzin.

7.   Wykonanie instalacji zgodnie z zasadami wiedzy inżynierskiej i wymogami standardów.

Podczas fizycznej realizacji projektu należy ściśle stosować się do jego zapisów oraz co bardzo istotne stosować dobrane w projekciezestawy urządzeń. Zmiany w zakresie prowadzenia trasy przewodów powietrznych lokalizacji punktów nawiewnych i wyciągowych mogą wpłynąć na zmianę charakterystyki hydraulicznej sieci, a w konsekwencji poważnie zakłócić funkcjonowanie instalacji. Powszechnym problemem podczas wykonywania instalacji wentylacji pożarowej są tzw. podmianki, czyli zastępowanie wskazanych w projekcie elementów systemu tańszymi zamiennikami. Praktyka taka, jak wynika z licznych doświadczeń, prowadzi do poważnych kłopotów z kalibracją całego, delikatnego systemu, często generując wiele niepotrzebnych kosztów oraz przedłużając czas wykonania instalacji.

Końcowym etapem wykonania systemu wentylacji pożarowej w budynku jest jego kalibracja. Zgodnie z zasadami sztuki i zapisami standardów projektowych, ten etap realizacji projektu odbywać powinien się po zakończeniu wszelkich prac budowlanych w obrębie przestrzeni chronionej. Bardzo często jednak pierwsze uruchomienia systemu oraz próby odbiorowe odbywają się w niewykończonych przestrzeniach. System skalibrowany dla takich warunków nieszczelności przegród budowlanych i oporów przepływu powietrza najprawdopodobniej nie zadziała skutecznie po pełnym zakończeniu prac budowlanych lub remontowych.

8.      Weryfikacja przyjętych rozwiązań podczas prób pożarowych i kontrola funkcjonowania systemu podczas prób okresowych.

Etapem kończącym procesu wykonania instalacji są próby odbiorowe, które jeżeli zostaną przeprowadzone w sposób właściwy mogą  zweryfikować skuteczność instalacji.  Żeby tak się stało, spełnione muszą zostać przykładowo następujące warunki:
- próby powinny dotyczyć jednoczesnego działania wszystkich instalacji uruchamianych podczas realizacji określonego scenariusza pożarowego (koincydencja systemów) np. systemu oddymiania garażu z jednoczesną ochroną nadciśnieniem przynależnych do niego klatek schodowych. Wykonywanie prób częściowych (często praktykowane na odbiorach) nie odzwierciedla rzeczywistej skuteczności instalacji;
- próby powinny odbywać się dla takich samych warunków i lokalizacji pożaru, jak założone zostały w symulacjach komputerowych. Weryfikuje się tym sposobem jakość symulacji, która coraz częściej stanowi podstawę oceny jakości projektu technicznego;
- zakres prób oraz wykonywane podczas nich pomiary powinny być dostosowane do charakteru pracy systemu wentylacji pożarowej. Dla systemów różnicowania ciśnienia pomierzyć należy różnice ciśnienia oraz siłę potrzebną do otwarcia drzwi przynajmniej na trzech różnych kondygnacjach (kondygnacjach skrajnych i środkowej). W przypadku systemów sterowanych elektronicznie (systemów aktywnych), należy przeprowadzić dodatkowy test stabilnej pracy, którego istota  polega na sprawdzeniu, czy układ nie ma tendencji do oscylacji przy wielokrotnym otwarciu i zamknięciu drzwi.

Warto dołożyć starań do prób funkcjonowania systemu, ponieważ projektant i wykonawca muszą zdawać sobie sprawę, że straż pożarna odbierająca obiekt coraz poważniej podchodzi do kwestii skuteczności instalacji. Obecnie na odbiór budynku strażak coraz częściej przychodzi wyposażony w – oprócz pieczątki i laptopa – zestaw pomiarowy i ma prawo wykonać własne pomiary skuteczności instalacji.

Przedstawione powyżej zagadnienia związane z projektowaniem i wykonaniem systemu wentylacji pożarowej świadczą o tym, że wbrew pozorom są to systemy bardzo złożone, a ich funkcjonowanie uzależnione jest od wielu czynników, także takich które trudno zdefiniować na etapie projektu. Ponieważ jednak właśnie na nich spoczywa odpowiedzialność za poprawne funkcjonowanie systemu nie powinni lekceważyć zawartych w tym artykule zaleceń i w przypadku wątpliwości konsultować założenia projektowe doświadczonymi w tym zakresie fachowcami lub powierzyć projekt i jego realizację firmom wyspecjalizowanym w konstrukcji systemów wentylacji pożarowej.

Literatura

  1. Ustawa z dnia 24 sierpnia1 991 roku o ochronie przeciw pożarowe (tekst jednolity Dz.U. z dn. 2009 nr 178 poz.1 380)
  2. Rozporządzenie ministra spraw wewnętrznych i administracji dnia 20 czerwca 2007 r . w sprawie szczegółowych czynności wykonywanych podczas procesu dopuszczenia, zmiany i kontroli dopuszczenia wyrobów, opłat pobieranych przez jednostkę uprawnioną oraz sposobu ustalania wysokości opłat za te czynność (i Dz.U. z 2007 nr 143 poz. 1001) [1]
  3. Rozporządzenie ministra spraw Wewnętrznych i administracji  z dnia 20 czerwca 2007 r. w sprawie wykazu wyrobów służących zapewnieniu bezpieczeństwa  publicznego lub ochronie zdrowia i życia oraz mienia, a także zasad wydawania dopuszczenia tych wyrobów do użytkowania (Dz.U. z 2007  nr 143 poz. 1001) [2]
  4. Rozporządzenie ministra spraw wewnętrznych i administracji dnia 27 kwietnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie wykazu wyrobów służących zapewnieniu bezpieczeństwa publicznego lub ochronie zdrowia i życia oraz mienia, a także zasad wydawania dopuszczenia tych wyrobów do użytkowania (Dz.U. z 2010 nr 85 poz. 553) [3]

 

Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 6/2016 2/2016 11/2015