Czynniki wpływające na funkcjonowanie systemu zapobiegania zadymieniu. Powietrze na wspomaganiu

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa zobacz pdfa

Systemy zapobiegające zadymieniu, zwane systemami różnicowania ciśnienia, zapewniają wytworzenie różnicy ciśnienia pomiędzy przestrzenią chronioną a obszarem objętym pożarem, przez co utrzymują obszar chroniony w stanie wolnym od dymu. Umożliwia to bezpieczną ewakuację ludzi z przestrzeni zagrożonej pożarem, ułatwia przeprowadzenie sprawnej akcji gaśniczej, a także minimalizuje straty materialne spowodowane kontaktem z produktami termicznego rozkładu. Podczas pożaru w klatkach schodowych służących ewakuacji zostaje wytworzone nadciśnienie w stosunku do przestrzeni sąsiadujących, co uniemożliwia przedostawanie się dymu do przestrzeni chronionej. Wykonanie poprawnego projektu instalacji tego typu jest możliwe po dokonaniu właściwej identyfikacji i analizy czynników wpływających na rozkład ciśnienia i przepływ zadymionego powietrza w budynku.

Koincydencja tych zjawisk ma bezpośredni wpływ na kształtowanie się ciśnienia na klatce schodowej i stanowi wyzwanie dla zapewnienia poprawnego działania instalacji różnicowania ciśnienia, szczególnie w budynku wielokondygnacyjnym. Kwestią najbardziej problematyczną jest występowanie zjawiska ciągu kominowego.

zapobieganie zadymieniu

Ciąg kominowy
Polska leży w strefie klimatu umiarkowanego, który charakteryzuje się zmiennością warunków atmosferycznych w ciągu roku. Zimą w ocieplanych budynkach temperatura wewnętrzna jest znacznie wyższa niż temperatura otoczenia. Im wyższa temperatura powietrza, tym niższa jego gęstość, dlatego też powietrze wewnątrz szybów budynku porusza się ku górze. Zimne powietrze zewnętrzne, które przedostaje się do przestrzeni klatki schodowej przez nieszczelności, otwarte drzwi wejściowe lub w wyniku napowietrzania, ogrzewa się i unosi za sprawą siły wyporu, powodując rozwarstwienie ciśnienia w przestrzeni klatki oraz występowanie naturalnego gradientu ciśnienia między górną a dolną kondygnacją. Zjawisko to określa się mianem efektu kominowego i występuje zawsze w przypadku dostania się zimnego powietrza zewnętrznego w zamkniętą przestrzeń pionowej drogi ewakuacyjnej.

Wartość gradientu ciśnienia spowodowaną efektem kominowym można obliczyć z zależności:

ΔP = (ρzew – ρwew) * g * h * φ,

gdzie:
ΔP – różnica wartości ciśnienia między skrajnymi kondygnacjami klatki schodowej [Pa];
ρzew – gęstość powietrza na zewnątrz [kg/m3];
ρwew – gęstość powietrza wewnątrz szybu [kg/m3];
g – przyspieszenie ziemskie [m/s2];
h – odległość od płaszczyzny obojętnej, m.
φ – bezwymiarowy współczynnik korekcyjny.

Z powyższej zależności widać, że skutek działania efektu kominowego jest tym większy im wyższy jest budynek oraz niższa temperatura zewnętrzna (duża gęstość powietrza), powodując znaczną różnicę ciśnienia między skrajnymi kondygnacjami.

zapobieganie zadymieniu

W budynku, w którym zastosowano tradycyjny układ napowietrzania z wentylatorem napowietrzającym w dolnej części klatki schodowej i klapą upustową znajdującą się na dachu, bardzo trudno jest uzyskać równomierną wartość ciśnienia na całej wysokości obszaru chronionego, niezależnie od zastosowanej klasy systemu według normy PN-EN:12101-6. Przy realizacji niewielkiej ilości powietrza nawiewanego klapa utrzymuje ciśnienie w górnej części klatki schodowej, natomiast w pozostałej przestrzeni ciśnienie nie jest regulowane. Powoduje to niekontrolowany spadek różnicy ciśnienia i w konsekwencji wystąpienie podciśnienia w przestrzeni klatki schodowej. Powstałe podciśnienie prowadzi do zassania dymu na klatkę schodową, co uniemożliwia bezpieczną ewakuację.

Natomiast wtłaczając do klatki duże ilości powietrza, istnieje ryzyko wystąpienia niekontrolowanego miejscowego wzrostu różnicy ciśnienia w przestrzeni pionowej drogi ewakuacyjnej, w skrajnych przypadkach uniemożliwiający otwarcie drzwi ewakuacyjnych. Wartość ciśnienia jest wynikiem intensywności ciągu kominowego, wielkości strumienia nawiewanego oraz zależy od oporów przepływu powietrza.

zapobieganie zadymieniu

Utrudniony ruch
Niezależnie od zaproponowanych rozwiązań projektowych w przestrzeni klatki schodowej występują opory przepływu powietrza, których wielkość dla klatki schodowej o typowej geometrii wynosi kilka paskali. Opis ruchu powietrza w obrębie klatek schodowych jest utrudniony ze względu na efekt kominowy, obecność ewakuujących się ludzi, zmianę ciśnienia na skutek przepływu przez nieszczelności oraz straty ciśnienia spowodowane tarciem.

Działanie wiatru ma również istotny wpływ na ruch powietrza w budynku oraz może w zauważalny sposób zakłócać pracę instalacji różnicowania ciśnienia. Skala oddziaływania zależy od lokalizacji budynku, aerodynamicznego kształtu elewacji, nieszczelności oraz warunków atmosferycznych. Wiatr opływający budynek wytwarza w jego otoczeniu charakterystyczny rozkład ciśnienia.
Na elewacji nawietrznej występuje strefa nadciśnienia, natomiast na elewacji przeciwległej zawietrznej – strefa podciśnienia. Jego wpływ jest widoczny szczególnie w przypadku budynków wysokich i wysokościowych, gdzie nadciśnienie i podciśnienie sięgają nawet kilkudziesięciu paskali. Siła wiatru i jego kierunek powinny być uwzględniane w procesie projektowym, zwłaszcza przy określaniu mocy wentylatora napowietrzającego. Jeśli nieszczelności w stolarce okiennej, w sytuacji alarmu pożarowego, znajdują się na nawietrznej stronie elewacji klatki schodowej, wówczas wpadający wiatr może działać w kierunku przeciwnym do wentylatora napowietrzającego, przeciwdziałając efektom wentylacji pożarowej i zakłócając stabilność strumienia nawiewanego mechanicznie.
Gdy podczas pożaru nieszczelności znajdować się będą po zawietrznej stronie klatki schodowej, wskutek powstałego tam podciśnienia powietrze zostanie wyssane z budynku na zewnątrz. W takiej sytuacji wentylator napowietrzający musi zwiększyć strumień powietrza dostarczanego do przestrzeni chronionej.

Winda dla ekipy
W budynkach wyposażonych w windy istotnym problemem, szczególnie w przypadku wind o dużych prędkościach, jest efekt tłokowy wywołany poruszającą się kabiną. Ze względu na wymogi „Warunków technicznych” w budynku wysokim należy przewidzieć instalację zapobiegania przed zadymieniem – co najmniej windy dla ekip ratowniczych. Działanie na zasadzie tłoka w cylindrze powoduje wytworzenie przez poruszającą się windę nadciśnienia w strefie w kierunku, w którym się porusza.
Ruch windy w dół powoduje wypchnięcie powietrza z szybu poniżej kabiny i zassanie powietrza do obszaru nad kabiną. Skutki efektu tłokowego są istotne przy wykorzystywaniu wind jako dróg ewakuacyjnych, zwłaszcza dla osób niepełnosprawnych, poszkodowanych, kobiet w ciąży i osób z ograniczoną zdolnością poruszania się. W tym wypadku koniecznością staje się objęcie szybów windowych instalacją nadciśnieniowego zabezpieczenia przed zadymieniem szybów windowych. Szczególnie istotnym zagadnieniem jest zapewnienie odpowiednio dużej prędkości powietrza w otwartych drzwiach szybu.

Konwekcja i rozprężanie
Ruch powietrza w budynku może być wspomagany za pomocą konwekcji i rozprężania, dlatego zjawiska te również należy mieć na uwadze podczas rozważań na temat ochrony przeciwpożarowej.

Powietrze o wysokiej temperaturze podlega działaniu siły unoszenia z powodu jego mniejszej gęstości. W przypadku występowania nieszczelności w przegrodzie oddzielającej kondygnacje doprowadza to do przemieszczania się dymu w górę między kondygnacjami. Ponadto ciśnienie wywołane siłą unoszenia może powodować rozprzestrzenianie się dymu przez wszystkie nieszczelności w ścianach lub drzwiach pomiędzy pomieszczeniem objętym pożarem a klatką schodową. Przeciwdziałanie zjawiskom konwekcji i rozprężania polega na utrzymaniu w przestrzeni chronionej klatki schodowej poziomu nadciśnienia min. 20 Pa oraz prędkości przepływu powietrza 1 m/s w czasie ewakuacji użytkowników obiektu.

Anna Szczęsna

Literatura:

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

2. Polska Norma PN-EN 12101-6, „Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Część 6: Wymagania techniczne dotyczące systemów różnicowania ciśnienia. Zestawy urządzeń”.

3. B. Mizieliński, „Systemy oddymiania budynków – wentylacja”, Warszawa 1999.

4. G. Kubicki i inni, „Przewodnik – systemy różnicowania ciśnienia w budynkach wielokondygnacyjnych”, Smay, Kraków 2013.

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij