Podstawy projektowania instalacji oddymiania grawitacyjnego

W zależności od miejsca instalacji oraz zadania, jakie spełnia w budynku, możemy mówić o instalacjach oddymiających:

• klatki schodowe,
• poziome drogi ewakuacyjne,
• szyby dźwigów,
• magazyny wysokiego składowania,
• sceny teatralne,
• budynki produkcyjno-magazy­nowe,
• budynki użyteczności publicznej.

Instalacje do odprowadzania dymu i ciepła w myśl przepisów ochrony przeciwpożarowej [2] są urządzeniami przeciwpożarowymi. Zgodnie z definicją przez pojęcie „urządzenia przeciwpożarowe” – należy rozumieć urządzenia (stale lub półstałe, uruchamiane ręcznie lub samoczynnie) służące do zapobiegania powstaniu, wykrywania, zwalczania pożaru lub ograniczania jego skutków, a w szczególności m.in. właśnie urządzenia oddymiające.

Każde urządzenie przeciwpożarowe powinno być wykonane zgodnie z projektem – oczywiście projektem możliwie szczegółowym – uzgodnionym pod względem ochrony przeciwpożarowej przez rzeczoznawcę do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych, a warunkiem jego użytkowania jest przeprowadzenie prób potwierdzających jego prawidłowe działanie. Zatem projekt systemu oddymiania to projekt zawierający szczegółowe rozwiązania w zakresie:

• doboru i obliczeń powierzchni oddymiania, powszechnie stosowane są tu jako zasady wiedzy technicznej zapisy polskiej normy PN-B-02877-4 [3],
• realizacji sposobu sterowania oddymianiem – mamy tu różne rozwiązania, oprócz sterowania elektrycznego występuje także sterowanie pneumatyczne, topikowe ze sprężyną lub siłownikiem gazowym. Poszczególne typy sterowań mają oczywiście swoje wady i zalety,
•  wskazanie sposobu napowietrzania, czyli kompensacji i zapewnienia dopływu powietrza w miejsce gazów i dymów już usuniętych,
• sposobu odbioru instalacji, w tym określenia rodzaju testów pozwalających potwierdzić prawidłowość działania instalacji.
  

Wymagania formalnoprawne

Przepisy [1] wymagają, aby samoczynne urządzenia oddymiające uruchamiane za pomocą systemu wykrywania dymu oraz rozwiązania zapewniające usuwanie dymu (grawitacyjnie lub mechaniczne) z pomieszczeń i dróg ewakuacyjnych instalowane były:

• w krytych ciągach pieszych (pasażach), do których przylegają lokale handlowe i usługowe,
• w przekrytych dziedzińcach wewnętrznych,
• na scenach teatralnych o powierzchni powyżej 150 m²,
• w podziemnych kondygnacjach budynków, w których znajdują się pomieszczenia przeznaczone dla ponad 100 osób oraz budowlach podziemnych z takim pomieszczeniem,
• w garażach zamkniętych w strefie pożarowej przekraczającej 1500 m²,
• w budynkach wielokondygnacyjnych określonych w § 245 Rozporządzenia Ministra Infrastruktury [1] na klatkach schodowych odpowiednio zamykanych i obudowanych,
• w budynkach wysokich i wysokościowych w sposób określony w § 246 i § 2474 rozporządzenia [1],
• w szybach dźwigu przeznaczonego dla ekip ratowniczych.

Podobnie jak przy stałych urządzeniach wodnych, również zastosowanie samoczynnych urządzeń oddymiających lub samoczynnych urządzeń oddymiających uruchamianych za pomocą systemu wykrywana dymu powoduje złagodzenie wymagań budowlanych w zakresie:

• klasy odporności pożarowej budynków,
• dopuszczalnej powierzchni stref pożarowych,
• dopuszczalnej długości dojść ewakuacyjnych,
• dopuszczalnej długości przejść ewakuacyjnych.

Oddymianie grawitacyjne jest to system, który wykorzystuje w swoim działaniu przede wszystkim zjawisko unoszenia gorącego dymu i jego koncentrację w wyższych przestrzeniach pomieszczeń.

Cele i funkcje systemu oddymiania grawitacyjnego

Podstawowe cele systemów grawitacyjnego oddymiania, jak i w ogóle systemów służących do usuwania dymu, związane są z ich działaniem w czasie pożaru, w szczególności dotyczą one:

• umożliwienia bezpiecznej ewakuacji z budynku objętego pożarem,
• zwiększenie widoczności poprzez usunięcie dymu oraz gazowych produktów spalania z klatki schodowej, na którą przedostał się dym,
• zwiększenie widoczności i umożliwienie działań ekipom ratowniczym w przypadku budynków produkcyjno-magazynowych,
• ograniczenie stężenia toksycznych produktów spalania i rozkładu termicznego oraz temperatury, również poprzez usunięcie ich wraz z dymem, a także poprzez rozrzedzenie napływającym, świeżym powietrzem,
• zmniejszenie ryzyka zawalenia się budynku lub jego części poprzez usunięcie gorących gazów spod sufitu, dzięki czemu maleje możliwość nagrzania się elementów konstrukcyjnych budynku do wartości krytycznych, po przekroczeniu których, następuje utrata ich właściwości nośnych,
• zmniejszenie strat materialnych wywołanych działaniem dymu i temperatury. Dym ma właściwości korozyjne i często zawiera dużo substancji smolistych, przez co może stać się przyczyną uszkodzeń konstrukcji lub wyposażenia budynku,
• opóźnienie rozprzestrzeniania się pożaru i uniemożliwienie wystąpienia zjawiska rozgorzenia (podczas spalania materiałów powstały strumień ciepła rozchodzi się we wszystkich kierunkach, jednak najwięcej energii cieplnej kumuluje się pod sufitem. Część tego strumienia po dojściu do przegrody budowlanej (np. sufitu, ściany) zostaje pochłonięta przez przegrodę, część zaś ulega odbiciu i wraca do pożaru, intensyfikując jego spalanie),
• zwiększenie bezpieczeństwa prowadzenia akcji ratowniczo-gaśniczej. Urządzenia do usuwania dymu i ciepła zmniejszają ryzyko zatrucia się toksycznymi gazami spalinowymi przez strażaków biorących udział w akcji,
• zapobieganie powstawaniu nadmiernego ciśnienia na klatce schodowej i wciskania się dymu poprzez nieszczelności na pozostałe kondygnacje,
• poprawa własności dymu. Napływające chłodniejsze powietrze wzmaga termiczny napęd dymu (zjawisko unoszenia) i powoduje zwiększenie szybkości usuwania dymu,
• wysterowanie zjazdu windy na poziom 0, w obiektach, gdzie nie ma SSP, a jest oddymianie i ­winda,
• zwolnienie trzymaków elektromagnetycznych, w drzwiach, które muszą się zamknąć podczas pożaru.

Inne funkcje systemów oddymiania grawitacyjnego niezwiązane z pożarem to:

• możliwość przewietrzania klatki schodowej, za pomocą przycisków przewietrzania
• poprawa właściwości jakościowych powietrza poprzez przewietrzanie,
• klapy dachowe mogą stanowić rodzaj doświetlenia klatki schodowej i powierzchni hal,
• klapy dachowe mogą również być stosowane, jako wyłazy dachowe,

W dalszej części przedstawione są podstawowe założenia i możliwości oddymiania klatek schodowych, obiektów wielko kubaturowych oraz szybów windowych.

Zjawisko efektu kominowego to unoszenie gorącej warstwy dymu powstającego podczas pożaru, szczególnie nasila się przy niższej temperaturze zewnętrznej. Powietrze wewnątrz pomieszczenia posiada wtedy siłę unoszącą, gdyż ma ono mniejszą gęstość i jest cieplejsze, co zgodnie z prawami fizyki wymusza ruch tego powietrza w górę. W przypadku normalnego ciągu kominowego prądy powietrza są w stanie przenieść dym na znaczną wysokość – odległość od źródła pożaru. Efekt kominowy nasila się również wraz ze wzrostem wysokości np. klatki schodowej (rys. 1.).

Oddymianie klatek schodowych

Szczególnym przypadkiem jest oddymianie przestrzeni przypominających komin lub szyb, np. klatek schodowych. Klatkę schodową z uwagi na swoje parametry budowlane, czyli znacznie większy wymiar wysokości w stosunku do powierzchni przekroju poziomego, można uznać za komin. Ważną rolę odgrywa tu również jej wysokość – im wyższa klatka, tym efekt kominowy jest silniejszy i oddymianie bardziej skuteczne.

Z efektem kominowym związane jest pojęcie płaszczyzny obojętnej lub równoważnej ciśnienia hydrostatycznego. Płaszczyzna ta to poziom, na którym ciśnienie wewnątrz szybu jest takie samo jak na zewnątrz budynku. Wysokość tej płaszczyzny może się zmieniać w zależności od temperatur wewnętrznej i zewnętrznej, co przedstawia rysunek 1., oraz sposobu wentylowania klatki schodowej. Dodatnie wartości ciśnienia na wykresie oznaczają, to, że ciśnienie wewnątrz szybu jest większe niż na zewnątrz i odwrotnie. Jeśli pożar wybuchnie poniżej płaszczyzny równoważnej, to dym dopływa z powietrzem znajdującym się w budynku do klatki i odpływa do góry. Gdy dym znajdzie się powyżej płaszczyzny równoważnej, to zaczyna wydobywać się z klatki do wyższych kondygnacji budynku. Jeżeli między kondygnacjami istnieją tylko nieznaczne drogi przepływu, to kondygnacje leżące poniżej płaszczyzny obojętnej będą wolne od dymu, z wyjątkiem tej kondygnacji, na której wystąpił pożar. Dym z pożaru usytuowanego powyżej płaszczyzny obojętnej jest unoszony przez prąd powietrza na zewnątrz przez otwory w szczycie budynku. Jeżeli drogi przepływu między kondygnacjami są nieznaczne, to wszystkie kondygnacje, oprócz tej, na której trwa pożar, będą wolne od dymu. Jeżeli występują znaczne drogi przepływu między kondygnacjami, to nastąpi ruch dymu w górę do kondygnacji leżącej powyżej tej, na której trwa pożar.

Systemy oddymiania grawitacyjnego klatek schodowych wykorzystują zatem w swoim działaniu, naturalne zjawiska fizyczne, które przy odpowiednich warunkach pogodowo-temperaturowych, pozwalają na usunięcie dymu z klatki schodowej. System ten podczas pożaru, poprzez szereg elementów, które mają się otworzyć lub pozostać zamknięte, zamienia klatkę schodową w swoisty komin. Istotą poprawnego działania tego systemu jest oprócz wpływu warunków atmosferycznych, odpowiednie dobranie powierzchni oddymiania i napowietrzania oraz zapewnienie wydzielenia klatki schodowej drzwiami o odpowiedniej odporności ogniowej wraz samozamykaczami.

Oddymianie obiektów wielkokubaturowych

Innym przypadkiem jest wykorzystanie oddymiania grawitacyjnego do odprowadzania dymu i ciepła w obiektach wielkokubaturowych, takich jak hale magazynowe czy hale produkcyjne.

Oddymianie ma tu na celu przede wszystkim ochronę konstrukcji budynku. Hale te podzielone są na strefy oddymiania za pomocą kurtyn dymowych, ma to na celu przede wszystkim odgraniczenie rozprzestrzeniania się dymu w warstwie podsufitowej i skuteczne usunięcie dymu z części hali bezpośrednio nad źródłem pożaru (rys. 2.).

W systemach tych bardzo ważną rolę odgrywa możliwość dostarczenia świeżego powietrza w miejsce odprowadzanych gazów i dymów. Realizuje się to za pomocą specjalnych klap napowietrzających lub poprzez otwarcie bram i doków załadunkowych, przy czym z praktycznego punktu widzenia nie powinno to odbywać się ręcznie – jak dopuszcza norma [3], lecz za pośrednictwem siłowników zasilanych ze źródła napięcia gwarantowanego, np. zasilacza ZUP firmy MERAWEX [4]. Rozwiązanie takie powoduje, że nawet w przypadku zaniku napięcia czy przerwania zasilania przeciwpożarowym wyłącznikiem prądu siłowniki bram nadal będą zasilane i możliwe będzie uruchomienie napowietrzania. Urządzenie to współpracuje z systemem sygnalizacji pożarowej lub może monitorować sygnały z wyłączników krańcowych klap. Rozwiązanie to gwarantuje w przypadku braku napięcia w sieci zasilającej, że w momencie wykrycia pożaru lub zadziałania klap, kiedy następuje uruchomienie oddymiania, zachowana jest ciągłość zasilania.

W układzie przedstawionym na rysunku 3. widzimy sterowanie z systemu sygnalizacji pożarowej, monitorowanie stanu zasilacza oraz sterowanie otwarciem bram do sterowników „SB”, dodatkowo w systemie SSP monitorowane jest również położenie bram.

Oddymianie szybów windowych

W oddymianiu szybów windowych występują problemy związane z detekcją pożaru oraz możliwością umieszczenia w szybie windy czujek pożarowych. Ze względu na wysokość szybu windowego tradycyjne czujki stają się mało przydatne ich wysokość montażu to maks. 11 m, a więc ok. 3–4 kondygnacji. Nie ma też możliwości montażu czujek w poziomach pośrednich. Kolejnym problemem są wymagania bezpieczeństwa użytkowania. Nie zawsze organy dozoru zgadzają się na instalację okablowania i elementów w szybach windowych. Jeżeli już nawet uda się zainstalować tam czujkę  to problemem jest przepływ powietrza wywołany jazdą windy, działa ona jak tłok, co utrudnia lub wręcz uniemożliwia wczesne wykrycie pożaru.

Dlatego w szybach windowych stosuje się rozwiązania detekcji oparte na czujkach zasysających analizujących parametry powietrza wewnątrz i wykrywających oznaki pożaru.

Rodzaje i zasada działania instalacji sterującej oddymianiem

Systemy sterowania oddymianiem są wyzwalane automatycznie przez urządzenia wykrywające pojawienie się dymu lub wzrost temperatury powietrza, rozróżniamy przy tym:

• systemy pneumatyczne,
• systemy elektryczne,
• systemy mechaniczne,
• systemy pneumatyczno-elektryczne, gdzie mamy połączenie funkcji oddymiania (uruchamiane jest pneumatycznie i przewietrzania – wentylacji – uruchamiane elektrycznie).

Oprócz wyzwolenia automatycznego systemy wyposażone są w urządzenia wyzwalające ręcznie oraz z systemu sygnalizacji pożarowej. Współpraca instalacji oddymiającej często powinna być zsynchronizowana z pracą innych instalacji, bardzo trudno to wykonać bez zastosowania dodatkowej instalacji integrującej, w tym przypadku wchodzi w grę jedynie system sygnalizacji pożarowej.

Podłączenie systemu oddymiania do instalacji sygnalizacji pożarowej umożliwia zsynchronizowanie jej pracy z zadziałaniem instalacji tryskaczowej, uruchomieniem kurtyn dymowych, zamknięciem oddzieleń przeciwpożarowych, zatrzymaniem działania instalacji użytkowych i co jest bardzo ważne – otwarciem automatycznym otworów napowietrzających.

Dlatego zasada ich działania jest różna, w zależności od zastosowanego rozwiązania.

Instalacje pneumatyczne

Pneumatyczny system sterowania oddymianiem swe działanie opiera na energii kinetycznej CO2, zebranej pod wysokim ciśnieniem w naboju.

Klapy oddymiające w automatycznym systemie sterowania otwierają się za sprawą termowyzwalacza zamontowanego na podstawie lub zamocowanym na stelażu dolnym klapy. Termowyzwalacz został wyposażony w topikowy bezpiecznik, czyli nabój CO2. Jego masa zależy od wielkości klapy. Bezpiecznik topikowy posiada mechanizm, który uwalnia iglicę przebijającą nabój.

W chwili wybuchu pożaru klapy oddymiające zostają otwarte za sprawą bezpiecznika termicznego pękającego pod działaniem określonej temperatury. Do jego pęknięcia dochodzi w momencie, kiedy temperatura osiągnie 68–72° (oznaczanie kolorem czerwonym) lub 88–93° (oznaczanie kolorem zielonym) w starszych rozwiązaniach wyzwolenie następowało w momencie przetopienia spoiny łączącej dwie blaszki. Przy zbyt wysokiej temperaturze iglica termowyzwalacza przebija osłonę naboju CO2 i wówczas dochodzi do uwolnienia gazu. Dwutlenek węgla, który wydostał się z naboju poprzez przewód instalacji pneumatycznej, przedostaje się siłownika znajdującego się pod klapą. W tym momencie ma miejsce wypchanie tłoczyska siłownika oraz jego zamknięcie na poziomie wysuniętym maksymalnie.

Sterowanie ręczne (manualne) oparte jest o dwa systemy otwierania klap:

• system, w którym wypływ CO₂ z właściwych naboi następuje po ich przebiciu w skrzynce, tzw. „pilota” – następuje wówczas wypływ gazu z jednej butli, który powoduje poprzez instalację pneumatyczną przedostaje się do „właściwej” skrzynki. Tam znajduje się więcej naboi dochodzi do uwolnienia dużej ilości gazu, który znów instalacją pneumatyczną przedostaje się do klap umieszczonych w przestrzeni oddymiania i otwiera je. Takie rozwiązanie umożliwia jednoczesne otwarcie dużej ilości klap w tym samym czasie,
• system, w którym nie ma skrzynki pośredniczącej, a uruchomienie klap następuje bezpośrednio ze skrzynki właściwej. Wówczas również możliwe jest jednoczesne otwarcie jednej lub kilku klap.

Skrzynki sterujące mogą zostać opcjonalnie wyposażone w elektrozawór, który to zostaje zasilony napięciem 24V. Elektrozawór doprowadza do sprzężenia instalacji pneumatycznej z centralą, sygnalizacji pożarowej. W tym momencie system oddymiania automatycznie zostaje uruchomiony, gdyż impuls elektryczny dotarł do skrzynki z CSP.

Instalacje mechaniczne

Spotykane są również rozwiązania, w których uruchomienie instalacji następuje w momencie przekroczenia temperatury w otoczeniu klapy i zadziałania elementu topikowego. Klapa unoszona jest do góry za pomocą siłowników pneumatycznych lub sprężynowych. Dodatkowo, w niektórych rozwiązaniach jest możliwość zastosowania specjalnego rygla elektromagnetycznego do uruchomienia instalacji z systemu sygnalizacji pożarowej. Często jednak klapy sterowane są indywidualnie – w teorii oznacza to, że im większy pożar, tym więcej klap się powinno otworzyć. Jednak realizacja tego założenia w praktyce bywa różnie interpretowana.

Instalacje sterowane elektrycznie

W momencie wykrycia produktów spalania przez czujki dymu lub przyrostu temperatury przez czujki temperatury, następuje ich pobudzenie. Sygnał alarmu dociera do centrali oddymiania, a następnie za pośrednictwem siłowników centrala steruje otwarciem okien lub klap oddymiających oraz napowietrzających. Jednocześnie sygnał może być przekazywany jest do centrali sygnalizacji pożarowej budynku (o ile taka jest w budynku) lub elementy detekcyjne i sterowanie pochodzi z systemu SSP. Uruchomienie systemu może też nastąpić poprzez wciśnięcie ręcznego przycisku oddymiania. Otwarcie klap jest sygnalizowane optycznie i akustycznie zazwyczaj w przyciskach alarmowych oddymiania lub za pomocą sygnalizatorów optyczno-akustycznych. Tego typu systemy posiadają też możliwość otwarcia klap w celu przewietrzenia pomieszczeń, służą temu specjalne przyciski przewietrzające, które umożliwiają ręczne otwarcie i zamknięcie klap i okien oddymiających. Dodatkowo w celu zabezpieczenia zarówno samej instalacji, jak i elementów budynku oraz materiałów w nim zgromadzonych stosuje się specjalne moduły pogodowe, które zapewniają automatyczne zamknięcie otworów przy silnym wietrze lub deszczu.

Wnioski

Projektowanie instalacji oddymiania grawitacyjnego to trudny i złożony proces. Znajomość wspomnianych wyżej zjawisk i rozwiązań technicznych umożliwia trafną interpretację zasad projektowania, które w dużej mierze opierają się na wiedzy technicznej.

Warto również pamiętać o tym, że bardzo ważnym elementem, dzięki któremu systemy oddymiania mają szansę zadziałać prawidłowo jest regularny serwis i przegląd całej instalacji oraz poszczególnych urządzeń.

Literatura

1. RMI z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
2. RMSWiA z dnia 2 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków innych obiektów budowlanych i terenów.
3. PN-B-02877-4 Instalacje grawitacyjne do odprowadzania dymu i ciepła.
4. Dokumentacja techniczno-ruchowa zasilacza ZUP firmy Merawex Sp. z o.o.
5. Edward Skiepko, Instalacje przeciwpożarowe, DW MEDIUM Warszawa 2010.
6. Edward Skiepko, Instalacje oddymiania grawitacyjnego – poradnik projektanta, instalatora użytkownika, wydanie firmy D+H Sp. z o.o., Wrocław 2014.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!