Sterowanie instalacjami do odprowadzania dymu i ciepła

Analizując sposoby oddymiania można wymienić:

• wytworzenie podciśnienia w strefie objętej pożarem poprzez intensywne odprowadzanie dymu i ciepła z tej strefy,
• doprowadzanie do strefy objętej pożarem czystego powietrza,
• wytworzenie nadciśnienia w strefach przyległych oraz na drogach ewakuacyjnych (przestrzeń klatek schodowych, przedsionków przeciwpożarowych, szybów dźwigowych dla ekip ratowniczych),
• wydzielenie pod sufitem zbiorników dymu poprzez zastosowanie kurtyn dymowych,
• zastosowanie dymoszczelnych zamknięć otworów umieszczonych na granicy stref dymowych
  
  Wymaga to stosowania automatyki sterującej.

Strefa dozorowania, alarmowania

W literaturze pojawiają się dwie definicje strefy dozorowania: pierwsza według normy PN-EN 54-2 „strefa dozorowa” (strefa) jest to geograficzna część chronionego obiektu, w której zainstalowano jeden lub więcej ostrzegaczy i dla których przewidziano wspólną sygnalizację strefową. Druga podobna w swoim brzmieniu: według

PN-ISO 8421-3 „strefa” jest obszarem lub przestrzenią dozorowaną przez grupę urządzeń automatycznych, lub nieautomatycznych, dla której w centrali sygnalizacji pożarowej istnieje wydzielona sygnalizacja.

Definicje te wprowadzają pojęcie najmniejszej przestrzeni, w której możemy sterować urządzeniami przeciwpożarowymi.

Następnie obiekt dzieli się na strefy alarmowe, obejmujące te obszary (pomieszczenia, kondygnacje), w których powinien być jednocześnie uruchomiony sygnał alarmowy lub nadany komunikat o niebezpieczeństwie i konieczności podjęcia ewakuacji.

Alarmować możemy z kilku stref dozorowych, które są rozłożone minimum w jednej strefie pożarowej, tak jak to przedstawiono na rysunku 1.

Maksymalne wymagania dla strefy dozorowej można określić jako:

1. powierzchnia jednej strefy na kondygnacji nie powinna przekraczać 1600 m²;
2. strefa może obejmować do 10 sąsiadujących ze sobą pomieszczeń, pod warunkiem, że łączna ich powierzchnia nie przekracza 1000 m², a ich identyfikowanie następuje za pomocą wskaźników zadziałania, umieszczonych nad wejściem do tych pomieszczeń,
3. jeżeli strefa obejmuje pięć przyległych pomieszczeń, a ich powierzchnia nie przekracza 400 m², to nie jest wymagane instalowanie zewnętrznych wskaźników zadziałania w pobliżu ich drzwi,
4. każda strefa dozorowa powinna obejmować co najwyżej jedną kondygnację budynku, chyba że: szyb wentylacyjny lub inną strefa zawiera klatkę schodową, szyb kablowy, podobną instalację, która przebiega przez więcej niż jedną kondygnację, lecz znajduje się w obrębie jednej strefy pożarowej.

Definiując maksymalne parametry dla strefy dozorowej należy pamiętać, że sterowanie odnosi się do strefy dozorowej, a można je łączyć w dowolny sposób biorąc pod uwagę zapisy scenariusza pożarowego dla obiektu (algorytmy współdziałania). Zawsze sterowanie projektujemy dla minimum do strefy pożarowej, ale pamiętamy, że w zależności od sposobu oddymiania może być konieczność sterowania np. przy oddymianiu grawitacyjnym w przestrzeni o powierzchni podsufitowej do 2600 m². Z tego wynika konieczność podziału na dwie strefy dozorowe (pojedyncza strefa do 1600 m²).

Warianty alarmowania, dobór czasów alarmowania

W obiektach użyteczności publicznej najczęstszym wariantem alarmowania jest alarm dwustopniowy zwykły. Polega on na udziale człowieka w sprawdzaniu sytuacji pożarowej w obiekcie. Rozróżniamy dwa stopnie alarmów: alarm wstępny (alarm I stopnia), uruchamiany tylko przy alarmowaniu tzw. dwustopniowym, i alarm główny (alarm II stopnia), uruchamiany po alarmie wstępnym lub natychmiast przy tzw. alarmowaniu jednostopniowym.

Zadziałanie elementu liniowego wywołuje alarm wstępny, który sygnalizowany jest przez czas T1 (maksymalnie 2 minuty) potrzebny na zgłoszenie się personelu obsługującego centralę w sposób optyczny i dźwiękowy. Niezgłoszenie się obsługi w czasie T1 powoduje wejście centrali w alarm główny. Zgłoszenie się obsługi i skasowanie sygnału dźwiękowego w centrali rozpoczyna czas T2 (maksymalnie 10 minut), tzw. czas na rozpoznanie. W tym czasie obsługa dokonuje oceny sytuacji pożarowej. Jeżeli obsługa nie powróci do centrali w czasie T2, centrala wchodzi automatycznie w alarm II stopnia. W czasie T2 można skasować alarm wstępny, jeżeli obsługa albo ugasi we własnym zakresie pożar bądź stwierdzi, że był to fałszywy alarm.

Po wprowadzeniu Ramowych Wymagań Organizacyjno-Technicznych dotyczących uzgadniania przez Komendanta Powiatowego (Miejskiego) Państwowej Straży Pożarnej sposobu połączenia urządzeń sygnalizacyjno-alarmowych systemu sygnalizacji pożarowej z obiektem Komendy Państwowej Straży Pożarnej lub wskazanym przez właściwego miejscowo Komendanta Powiatowego (Miejskiego) Państwowej Straży Pożarnej wariant ten jest zalecany w obiektach, w których wymagany jest monitoring pożarowy.

W obiektach tych dopuszcza się inny wariant alarmowania uzgodniony z Komendantem Miejskim, dla przykładu proponuje się alarmowanie przy zastosowaniu linii dozorowych w tzw. koincydencji. Takie rozwiązanie ma wyeliminować fałszywe alarmy, a jeżeli nie wyeliminować, to w dużym stopniu ograniczyć.

Dobór czujek pożarowych

Coraz więcej firm realizujących zabezpieczenia przeciwpożarowe w obiektach budowlanych wykorzystuje do zabezpieczenia czujki optyczne dymu, nie korzystając z czujek jonizacyjnych. Musimy pamiętać o większej czułości czujek jonizacyjnych podczas spalania płomieniowego w stosunku do czujek optycznych, które lepiej wykrywają dym w przypadku spalania bezpłomieniowego substancji palnych (rys. 2.).

Poszukuje się innych rozwiązań czujek dymu, które można wykorzystać podczas projektowania takich instalacji. W Szkole Głównej Służby Pożarniczej prowadzone są ciągłe badania nad konstrukcjami czujek pożarowych, a w szczególności badane są różne rozwiązania biorąc pod uwagę spalanie różnych substancji palnych z uwzględnieniem przepływu powietrza (imitacja detekcji dymu w instalacjach wentylacyjnych).

Na rysunku 3. przedstawiono układ pomiarowy do badania czułości wybranych czujek pożarowych w warunkach zbliżonych do naturalnych. W trakcie badań spalono 3 maty z pianki poliuretanowej o wymiarach ok. 0,6´0,6 m. Wyniki pomiarów zestawiono na rysunku 4.

Jak widać najkrótsze czasy uzyskano w przypadku czujek wielodetektorowych, w tym przypadku optycznej dymu i ciepła. Do analizy również pozostaje wpływ wentylacji na czas zadziałania czujek. Najkrótsze czasy uzyskano przy braku wentylacji, najdłuższe przy 5 wymian/godz., niekoniecznie przy największej liczbie wymian. Wynika z tego, że coraz częściej w systemach zabezpieczeń będziemy mieli do czynienia z wielodetektorowymi czujkami.

Obiekty jednokondygnacyjne

Obiekt podzielony jest na strefy dymowe, w każdej strefie umieszczana jest co najmniej jedna klapa dymowa. Ich liczba zależna jest od pożądanej wysokości warstwy wolnej od dymu i przewidywanej szybkości rozprzestrzeniania się pożaru oraz obliczeniowego czasu oddymiania.

Maksymalną powierzchnię strefy dymowej określono normatywnie na 2600 m2, co powoduje, że projektant systemu do usuwania dymu i ciepła podzieli część podstropową obiektu za pomocą kurtyn dymowych (lekka przegroda, wykonana z materiałów niepalnych, podwieszona pionowo pod dachem lub stropodachem, przeciwdziałająca rozprzestrzenianiu się dymu i gazów pożarowych w kierunku poziomym) na przestrzenie nieprzekraczające tej wielkości.

W tym przypadku instalacja sygnalizacji pożarowej powinna pozwalać na:

• uruchomienie klap dymowych w obrębie pojedynczej strefy dymowej,
• unieruchomić automatyczne otwieranie klap w innych strefach,
• pozostawić możliwość uruchomienia wybranej strefy oddymiania przez osoby upoważnione, np. kierownika akcji gaśniczej,
• automatyczne otwarcie otworów w bocznych ścianach obiektu, np. drzwi, w celu wyrównania bilansu powietrza (geometryczna powierzchnia otworów wlotowych powietrza powinna być co najmniej o 30% większa niż suma powierzchni wszystkich klap dymowych w odniesieniu do powierzchni przestrzeni poddachowej wydzielonej kurtynami dymowymi dachu o największej czynnej powierzchni zainstalowanych klap. Możliwe jest tu wliczenie okien w dolnej części pomieszczenia oraz drzwi, które w przypadku pożaru dadzą się otworzyć od zewnątrz),
• automatyczne uruchomienie kurtyn dymowych (jeżeli nie są wykonane jako elementy stałe obiektu),
• uruchomienie dźwiękowych systemów ostrzegawczych.

Często w kompleksach handlowo-usługowych mamy do czynienia z różnego rodzaju pasażami, które także należy oddymiać. Zwłaszcza w przypadku, gdy w pomieszczeniach przyległych wystąpi pożar, pękają szyby i dym przedostaje się na pasaż. Zbiornik dymu utworzony pod sufitem, należy ograniczać ze względu na tracenie ciepła przez dym przy rozprzestrzenianiu się na większą powierzchnię. W takim przypadku następuje pogorszenie własności unoszenia dymu, co powoduje, że dym nie zostaje usunięty z obiektu.

Sposób wykrywania dymu jest zależny od rozwiązania zbiorników dymu (ograniczanie przepływu dymu). Można dokonać detekcji dymu przy użyciu liniowych lub punktowych czujek dymu. Rozplanowując rozmieszczenie czujek dymu, należy pamiętać, aby nie przekroczyć dopuszczalnej odległości detektora czujki od stropu przy odpowiednim nachyleniu, jak również zwrócić uwagę, aby kurtyny nie utrudniały liniowym czujkom pracy. Jeżeli szerokość korytarza nie przekracza 3 m, to maksymalna odległość czujka-czujka dymu wynosi do 15 m. W przypadku, gdy szerokość korytarza przekracza zakładaną szerokość, to czujki rozkładamy tak, aby ich promień działania nie przekroczył 7,5 m.

Przy projektowaniu sterowania systemem oddymiania w pasażach musimy także pamiętać o dostarczaniu świeżego powietrza z zewnątrz dla zapewnienia prawidłowego bilansu powietrza.

Bardzo często przy stosowaniu klap dymowych w obiektach wykorzystuje się je do przewietrzania pomieszczeń. W takim przypadku układ sterujący musi umożliwiać realizację tej opcji. Wymaga to zapewnienia zamknięcia pozostałych stref oddymiania i pozostawienie otwartej tylko strefy, gdzie zadziałały czujki dymu. Ponadto taki układ sterowania powinien mieć możliwość automatycznego zamknięcia ze względu na zmienione warunki pogodowe na zewnątrz obiektu, np. padający deszcz, zbyt silny wiatr. Może to mieć wpływ na wykrywanie pożaru (zawirowania powietrza).

Przy zastosowaniu oddymiania grawitacyjnego musimy brać pod uwagę przy rozplanowywaniu czujek dymu odległości od klap dymowych ze względu na możliwość utrudnionego dotarcia dymu do czujek, jak również wpływ prędkości powietrza na czujki dymu. Odległości od otworów wentylacyjnych są znane i wynoszą min. 0,5 m, przy wentylacji mechanicznej nawiewnej 1,5 m. Należy brać pod uwagę zapis w świadectwie dopuszczenia wydanym przez CNBOP PIB o dopuszczalnej prędkości przepływu powietrza. Analizując różne typy i systemy oddymiania ogólnie zakładana prędkość przepływu powietrza przez czujki bez osłon przeciwwietrznych nie powinna przekraczać 5 m/s. Stosując osłony przeciwwietrzne musimy także pamiętać o minimalnej prędkości dla osłony. Jest to prędkość, przy której następuje wnikanie dymu do osłony. Większy problem stanowi wpływ prędkości powietrza na sam dym.

Oddymianie obiektów wielokondygnacyjnych

Zasada działania takich systemów polega na oddymianiu kondygnacji, na której wybuchł pożar (w ramach strefy pożarowej) wraz z utrzymywaniem niezadymionych poziomych i pionowych dróg ewakuacyjnych wychodzących ludzi na zewnątrz budynku lub do strefy bezpiecznej.

W opracowaniu przedstawiony został przykładowy sposób oddymiania obiektów wielokondygnacyjnych z uwagi na dużą różnorodność rozwiązań technicznych. Należy stwierdzić, że każdy obiekt powinien być indywidualnie rozpatrywany, a automatyka zabezpieczeń tak dobrana, aby nie powodowało to w ostateczności zmniejszenia bezpieczeństwa ludzi i mienia.

Biorąc pod uwagę prawdopodobieństwo powstania pożaru w obiekcie wielokondygnacyjnym najbardziej prawdopodobny jest pożar w pomieszczeniach, najmniej prawdopodobny na klatce schodowej, korytarzu. Do oddymiania można wykorzystać jedno z rozwiązań ciśnieniowych (rys. 5.). Rozwiązanie zakłada uruchamianie:

• jednego nawiewu i jednego wyciągu w przedsionku klatki schodowej,
• jednego nawiewu w okolicy przedsionka klatki schodowej i otworów wyciągowych na korytarzu poziomym.

W przypadku zadziałania czujek lub ręcznych ostrzegaczy pożarowych w przedsionku, korytarzu, pomieszczeniach na wybranym piętrze następuje:

• pożar w pomieszczeniach, korytarzu (ROP – alarmowanie II stopień bez sterowania wentylacją, zadziałanie czujki pożarowej – I stopień powoduje włączenie nadmuchu na klatkę schodową, szyb windowy, II stopień alarmowania sterowanie oddymianiem, możliwy wariant zadziałanie czujki, a następnie ROP-a na tym samym korytarzu lub odwrotnie – powoduje alarm II stopnia, wysterowanie oddymiania):
• włączenie nadmuchu na klatkę schodową (nadciśnienie),
• włączenie nadmuchu i otwarcie klapy odcinającej w przedsionku na piętrze, gdzie wystąpił pożar (na pozostałych piętrach klapy odcinające zamknięte),
• włączenie wyciągu i otwarcie klapy odcinającej w przedsionku na piętrze, gdzie wystąpił pożar (na pozostałych piętrach klapy odcinające zamknięte),
• włączenie nadmuchu i wyciągu na poziomym ciągu komunikacyjnym (na pozostałych piętrach klapy odcinające zamknięte),pożar w przedsionku: zadziałanie czujki pożarowej – wykrywanie pożaru bez sterowania wentylacją, włączenie nawiewu do klatki, sygnalizacja w centrali sygnalizacji pożarowej I i II stopień,
• pożar w klatce schodowej:
• zadziałanie czujki pożarowej – blokada włączenia nadmuchu na klatkę, sygnalizacja pożaru w centrali sygnaliacji pożarowej (I i II stopień), DSO w klatce przy II stopniu,
• włączenie ROP-a – sygnalizacja pożaru w centrali sygnalizacji pożarowej (I i II stopień), DSO w klatce przy II stopniu.

Obsługa w obu przypadkach przy pożarze na klatce dokonuje rozpoznania, włącza oddymianie poprzez klapę dymową lub wentylator wyciągowy. System działa na wybranej kondygnacji obiektu. Znane są rozwiązania, gdzie można także sterować elementami oddymiania na kilku piętrach, ale muszą one być w jednej strefie pożarowej. Projektant musi dobrać odpowiednią wydajność wentylatorów, przekroje instalacji wentylacji pożarowej.

Jedyny problem, który zostaje do rozwiązania to oddymianie klatki schodowej, choć zakłada się, że na klatce schodowej nie pojawi się dym z uwagi na zakaz gromadzenia materiałów palnych. W tym układzie zastosowanie automatycznego sterowania oddymianiem na klatce schodowej może doprowadzić do złego funkcjonowania wentylacji całego obiektu. Proponuje się tu rozwiązanie, polegające na automatycznym wykryciu pożaru poprzez czujki dymu umieszczone na ostatniej i co trzeciej kondygnacji. Zadziałanie czujek wskazuje na wystąpienie pożaru na klatce schodowej (praktycznie tylko poprzez podpalenie materiałów złożonych przez podpalacza), nie uruchamia to automatycznie otwarcia klapy dymowej (może być to jedno z rozwiązań). Układ czujek można wspomóc ręcznymi ostrzegaczami pożarowymi, które też nie mogą uruchamiać oddymiania klatki schodowej. Otwarcie klapy następuje przez osobę uprawnioną do tego (obsługa odpowiedzialna za zabezpieczenie przeciwpożarowe w obiekcie lub dowódca akcji ratowniczo-gaśniczej) przyciskiem w pomieszczeniu alarmowym (miejsce lokalizacji CSP z nadzorem osobowym).

W dzisiejszych rozwiązaniach proponowane są wentylatory dwukierunkowe, tzw. rewersyjne (nawiew lub wywiew powietrza przełączany przez prowadzących akcję), co może sprawniej zabezpieczyć przed dymem pojawiającym się klatce schodowej (uruchamiane ręcznie, jak poprzednio).

Oddymianie klatek schodowych w przypadku obiektów niskich i średniowysokich może odbywać się grawitacyjnie. Tu pojawia się pewna trudność polegająca na stosowaniu oddymiania poprzez okna na klatce schodowej. W przypadku zastosowania klapy w suficie dym swobodnie wydostaje się na zewnątrz klatki. W przypadku oddymiania przez okno powinno się oddymiać w układzie dwóch okien, najlepiej umieszczonych na przeciwległych ścianach. Pozwala to na przeciwdziałanie wpływowi wiatru na możliwość oddymienia klatki. W chwili, gdy wiatr jest skierowany w stronę okna, nie ma możliwości, aby dym wydostał się z klatki schodowej budynku. Stosując dwa okna umieszczone naprzeciw powoduje, że przepływające powietrze porywa cząstki dymu i wydostaje się przez okno umieszczone na przeciwległej ścianie. Rozwiązanie warte zastosowania.

Klapy dymowe na klatkach schodowych i w szybach dźwigów powinny być wyposażone w urządzenia do automatycznego i ręcznego uruchomienia. Miejsca instalowania przycisków do ręcznego uruchamiania klap dymowych na klatkach schodowych należy przewidywać przy wejściu do budynku i na najwyższej kondygnacji oraz na co trzeciej kondygnacji, a w szybach dźwigów na najniższej i najwyższej kondygnacji nadziemnej.

Na klatkach schodowych należy przewidzieć automatyczne otwieranie okna lub drzwi, wspomagające proces usuwania dymu i ciepła, zamiennie umieszczone na poziomie parteru obiektu. W przypadku klatek wewnętrznych można do tego celu wykorzystać drzwi na pierwszej kondygnacji budynku. Niezapewnienie wspomagania spowoduje, że dym nie będzie wydobywał się przez otwartą klapę dymową na zewnątrz obiektu (brak efektu kominowego).

Aby można było jednoznacznie i prawidłowo sterować urządzeniami oddymiającymi, należy dobrać odpowiedni układ sterowania. Jednym z nich jest układ proponowany przez firmę BELIMO, sprawdzony w różnych sytuacjach.

Badania były wykonywane w ramach projektu POIG.01.01.02-10-106/09-05 Pakiet 5.2

Literatura

1. W. Wnęk, Rodzaje fałszywych alarmów i źródła ich powstawania, Ogólnopolskie Warsztaty Zacisze 2011 Systemy sygnalizacji pożarowej wykonawstwo, odbiory i eksploatacja instalacji, Zacisze k. Bydgoszczy, czerwiec 2011, org. POLON-ALFA Sp. z o.o.
2. W. Wnęk, P. Kubica, A. Domżał, Określenie wytycznych projektowania systemów sygnalizacji pożarowej w zakresie detekcji pożaru w obecności systemów wentylacji bytowej obiektów budowlanych Materiały konferencyjne „Innowacyjne środki i efektywne metody poprawy bezpieczeństwa i trwałości obiektów budowlanych i infrastruktury transportowej w strategii zrównoważonego rozwoju”, Łódź, 18-20 listopada 2012.
3. P. Kubica, W. Wnęk, S. Boroń, Analiza możliwości zastosowania mechanicznego nawiewu kompensacyjnego w systemach grawitacyjnego usuwania dymu z klatek schodowych, Zeszyty Naukowe SGSP przyjęte do druku po recenzjach, grudzień 2012
4. PN-B-02877-4 Ochrona przeciwpożarowa budynków. Instalacje grawitacyjne do odprowadzania dymu i ciepła.
5. PN EN 12101-6 Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Cz.6 Wymagania techniczne dotyczące systemów różnicowania ciśnień. Zestawy urządzeń.
6. Wytyczne projektowania instalacji sygnalizacji pożarowej SITP WP-02:2010, wyd. 2011.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!