Szkoła Główna Służby Pożarniczej
st. sekc. pchor. Łukasz Maciejewski
napisana pod kierunkiem
bryg. prof. dr hab. inż. Mariana Dąbrowskiego
SPIS TREŚCI
1. Wstęp, cel i zakres pracy..............................................................4
2. Czynniki powodujące przemieszczanie się dymu w budynkach....................................................................................7
2.1.Efekt kominowy.....................................................................7
2.2.Konwekcja.............................................................................9
2.3.Wpływ wiatru.........................................................................9
2.4.Praca mechanicznych urządzeń wentylacyjnych.................10
3. Ogólna charakterystyka systemów do usuwania dymu i ciepła..........................................................................................12
3.1.Cele stosowania systemów do usuwania dymu i ciepła.......13
3.2.Klasyfikacja systemów ochrony przed zadymieniem..........15
3.3.Zasady ochrony przed zadymieniem....................................16
4. Problem oddymiania obiektów w świetle obowiązujących przepisów prawnych .................................................................21
5. Wybór systemu oddymiania.......................................................27
5.1. Obliczanie obciążenia ogniowego.......................................31
5.2. Rozkład temperatur wewnątrz pomieszczenia objętego
pożarem...............................................................................37
5.3. Ilość gazów odprowadzanych z miejsca pożaru..................39
6. Dobór wentylatora......................................................................41
6.1. Usytuowanie wentylatorów oddymiających oraz ich
zasilanie...............................................................................42
6.2. Przykładowy dobór instalacji oddymiania
mechanicznego....................................................................44
6.3. Warunki eksploatacji wentylatorów oddymiających..........48
7. Wentylatory i systemy stosowane w instalacjach mechanicznego
oddymiania................................................................................50
7.1. Oddymianie klatek schodowych, przedsionków i
korytarzy............................................................................54
8. Wentylacja ogólna obiektu a oddymianie..................................59
8.1. Systemy wentylacji pożarowej połączone z wentylacją
ogólną.................................................................................61
9. Badania systemów oddymiania..................................................70
9.1. Badania elementów składowych systemu...........................70
9.2. Badania dopuszczające do stosowania (odbiór końcowy)..72
9.3. Kontrole okresowe..............................................................76
10. Podsumowanie i wnioski..........................................................78
Literatura..................................................................................80
1. WSTĘP, CEL I ZAKRES PRACY
W budynkach użyteczności publicznej takich jak sale sportowe, supermarkety, kina, teatry najważniejsze jest takie zabezpieczenie tych budynków, aby jak najszybciej i jak najsprawniej można było ewakuować ludzi znajdujących się wewnątrz. W wielkokubaturowych halach przemysłowych obok problemu ewakuacji istnieje jeszcze problem zabezpieczenia wyposażenia technicznego znajdującego się w ich wnętrzu. W obecnych czasach w wielu przypadkach wartość maszyn i urządzeń kilkakrotnie przekracza wartość budynku, w którym się znajdują. Za przykład może nam tu posłużyć laboratorium wyposażone w drogi sprzęt komputerowy czy obsługowy hangar lotniczy, w którym stoi samolot.
W tej sytuacji ważne jest zaprojektowanie takiego systemu ochrony przeciwpożarowej, aby budynek w pierwszej fazie rozwoju pożaru jak najdłużej mógł bronić się sam. Wydłużenie rozwoju pierwszej fazy pożaru, w której nie występuje jeszcze wysoka temperatura pozwala na ewakuację ludzi i cennego wyposażenia, a także umożliwia wkroczenie do akcji służb ochrony przeciwpożarowej. Strefa, w której poruszają się ludzie powinna być w jak najkrótszym czasie uwolniona od dymu, gdyż – jak wykazało wiele pożarów – dym stanowi bardzo poważne zagrożenie dla życia ludzi i jest czynnikiem utrudniającym prowadzenie akcji ratunkowej.
Jednym z najczęściej występujących źródeł dymu są elementy wyposażenia pomieszczeń, wykonane z tworzyw sztucznych. W procesie spalania lub tlenia powstają dymy o kolorze najczęściej zbliżonym do czarnego i niekiedy o silnie trujących własnościach. Pełne zadymienie pomieszczenia wywołuje panikę, utrudnia ewakuację oraz opóźnia przystąpienie do akcji jednostek PSP.
Obowiązujące przepisy w niewystarczającym stopniu wymuszają stosowanie systemów pozwalających na oddymianie strefy, w której znajdują się ludzie. Strefa ta do wysokości około dwóch metrów od podłogi w pierwszej kolejności powinna być uwolniona od dymu. Dodatkową zachętą powodującą stosowanie systemów oddymiających mogą być zniżki w ubezpieczeniu, uzyskiwane od firm ubezpieczeniowych.
Najczęściej w procesie oddymiania wykorzystuje się grawitacyjne usuwanie zadymionego powietrza. Stosuje się klapy dymowe, a jako otwory nawiewne nieszczelności w oknach, drzwiach i przegrodach budowlanych. System ten dobrze spełnia swoją rolę kiedy temperatura wewnątrz budynku objętego pożarem i na zewnątrz znacznie różnią się od siebie, co powoduje zwiększenie sił konwekcji i ciągu kominowego. Zastosowanie systemów grawitacyjnych jest znacznie tańsze od systemów mechanicznych, co niejednokrotnie wpływa na decyzję o doborze systemu oddymiania. Jednak zwiększenie kosztów inwestycji może okazać się opłacalne z punktu widzenia zwiększonej skuteczności systemu wentylacji mechanicznej. System oddymiania mechanicznego z zastosowaniem wentylatorów oddymiających odpornych na wysoką temperaturę, z otworami kompensacyjnymi umożliwiającymi ukierunkowany napływ powietrza okazuje się być bardziej efektywny i szybciej reagować od systemów grawitacyjnych.
W budynkach wielokondygnacyjnych, szczególnie wysokich i wysokościowych, system mechanicznej wentylacji pożarowej połączony jest z systemem wentylacji ogólnej. Rozwiązanie takie jest korzystniejsze ze względów ekonomicznych. Instalowanie oddzielnych systemów wentylacji ogólnej i pożarowej podniosłoby koszty, a zarazem montowanie dwóch instalacji o podobnym usytuowaniu wywołałoby problemy natury technicznej, choć ich wykonanie byłoby prostsze.
Praca ta porusza problemy związane z projektowaniem mechanicznych systemów oddymiania obiektów. Jej celem jest ukazanie zasadności stosowania tych systemów tak w budynkach użyteczności publicznej, jak i w wielkokubaturowych halach przemysłowych, w budynkach jedno- i wielokondygnacyjnych. Przedstawia ona również schemat postępowania, według którego przebiega proces projektowania mechanicznych systemów do odprowadzania dymu.
W pracy omówione zostaną czynniki wpływające na zachowanie się dymu w budynkach, zasady ochrony przed zadymieniem, parametry na podstawie których dokonuje się wyboru systemu oddymiania oraz zasady doboru wentylatorów, warunki ich eksploatacji, usytuowanie, a także zasilanie i badania tych systemów.
W celu zrozumienia problemu usuwania dymu i ciepła należy zapoznać się z czynnikami, które powodują ich przemieszczanie w warunkach pożarowych, należą do nich [8]:
· efekt kominowy,
· konwekcja (unoszenie),
· wpływ wiatru,
· praca mechanicznych urządzeń wentylacyjnych.
Zjawisko nazywane efektem kominowym zachodzi, kiedy temperatura na zewnątrz budynku jest niższa niż w jego wnętrzu. Różnica ciśnień wtłacza powietrze na niższe kondygnacje, co wywołuje jego ruch ku górze i uchodzenie na zewnątrz – na wyżej położone piętra. W sytuacji, kiedy wielkość otworów i ich rozmieszczenie są symetryczne na wysokości całego budynku, ciśnienie wewnątrz i na zewnątrz budynku wyrówna się tworząc tzw. linię neutralną. Określenie położenia linii neutralnej dla danego budynku jest bardzo pomocne w procesie projektowania systemu wentylacji pożarowej (Rys.2.1) [8].
W przypadku, kiedy temperatura na zewnątrz jest wyższa niż wewnątrz budynku może wystąpić zjawisko odwrotne i powietrze będzie przemieszczało się z góry na dół, tworząc odwrotny efekt kominowy.
Podczas występowania zjawiska normalnego efektu kominowego, dym z pożaru rozwijającego się poniżej płaszczyzny neutralnej przemieszczał się będzie zgodnie z kierunkiem przepływu powietrza – do szybu, a później ku górze. Przepływ ten może być spotęgowany dodatkowo występowaniem konwekcji. Po przekroczeniu linii neutralnej dym rozprzestrzenia się na wyższe kondygnacje.
Rys.2.1. Normalny ciąg kominowy oraz rozkład ciśnienia w funkcji wysokości
W przypadku, gdy pożar ma miejsce powyżej linii neutralnej, przepływ powietrza ma tendencje do ograniczenia stopnia przepływu dymu, wywołanego normalnym efektem kominowym. Może wówczas wystąpić efekt odwrotnego ciągu kominowego, powietrze będzie przepływać z szybów na kondygnację, na której rozprzestrzenia się pożar. Ruch dymu w kierunku szybów i w konsekwencji na wyższe piętra wystąpi wówczas, gdy siły wyporu hydrostatycznego pokonają siły działania efektu kominowego [8].
Konwekcja lub unoszenie ciepła ma miejsce wówczas, gdy poszczególne makroskopowe cząstki otoczenia, w którym odbywa się ruch ciepła zmieniają swe położenie. Zjawisko to jest typowe dla cieczy i gazów, jako zasadniczy rodzaj ruchu w tych ośrodkach [6]. Podłożem powstawania ruchów konwekcyjnych są różnice gęstości spowodowane wzrostem objętości ogrzewanych gazów. W sytuacji, kiedy jakaś część powietrza zostanie ogrzana, rozszerza się ona, jej gęstość maleje, wskutek czego unosi się do góry. Wywołuje to powstawanie prądów konwekcyjnych. Stykając się z elementami chłodniejszymi prądy te oddają im ciepło ogrzewając je w ten sposób.
Wysokie temperatury gazów spalinowych w warunkach pożarowych mogą w znacznym stopniu wpływać na osłabienie konstrukcji nośnej budynku.
W wielu sytuacjach wiatr może mieć znaczący wpływ na ruchy dymu we wnętrzu budynku. Skala tego oddziaływania jest uzależniona od wielkości nieszczelności w przegrodach zewnętrznych, kierunku i prędkości wiatru, a także od aerodynamicznego kształtu budynku. W budynkach, w których nieszczelności w przegrodach budowlanych są minimalne, wszystkie drzwi i okna są zamknięte wpływ wiatru na przemieszczanie się dymu i gorących gazów spalinowych jest znikomy. Natomiast w budynku o nieszczelnej zabudowie, lub gdzie są pootwierane drzwi i okna, oddziaływanie wiatru ma istotny wpływ na ruchy powietrza.
Niejednokrotnie, w trakcie trwania pożaru ma miejsce sytuacja, kiedy z otworów okiennych wypadają szyby i powstają duże, nieosłonięte otwory. Jeżeli te otwory będą znajdowały się po stronie zawietrznej, to dym będzie wysysany w wyniku podciśnienia wytwarzanego przez działanie wiatru. Takie zjawisko może w pewnym stopniu wpłynąć na ograniczenie rozprzestrzeniania się dymu w obiekcie. Jeżeli jednak otwory te będą znajdowały się po stronie nawietrznej, to parcie wiatru będzie wtłaczać dym do wnętrza budynku powodując jego rozprzestrzenienie się po całym obiekcie.
Może się również zdarzyć, że wypadną szyby tak po stronie nawietrznej, jak i po stronie zawietrznej. Wówczas dym przemieszczał się będzie w płaszczyźnie poziomej, po jednej kondygnacji. Jeśli jednak strumień powietrza skieruje się w górę, wiatr może spotęgować przepływ dymu i gorących gazów spalinowych wewnątrz budynku wywołany np.: ciągiem kominowym (przykładem mogą być otwory dla strumieni kompensacyjnych lub otwory znajdujące się poniżej kondygnacji objętej pożarem).
Mechaniczne instalacje wentylacyjne zainstalowane w budynku mogą stanowić drogi rozprzestrzeniania się dymu i ognia. Dzieje się tak w sytuacji, kiedy nie są one przystosowane do pracy w warunkach pożarowych. We wczesnych fazach pożaru, jeżeli powstał on w pomieszczeniu, w którym nie ma ludzi, instalacja taka może sygnalizować pojawienie się w tym pomieszczeniu dymu i co za tym idzie, prawdopodobieństwo powstania pożaru. Z drugiej jednak strony, może przenieść kanałami wentylacyjnymi dym do pomieszczeń, w których znajdują się ludzie i poważnie im zagrozić (toksyczne działanie dymu).
Kurz nagromadzony w przewodach wentylacyjnych może spowodować rozprzestrzenienie się pożaru do sąsiednich pomieszczeń.
Aby zapobiec rozchodzeniu się dymu i ognia systemy instalacji wentylacyjnych projektuje się tak, aby w przypadku zaistnienia pożaru przełączały się one na specjalny tryb pracy, w którym działają jako instalacje odprowadzające dym i ciepło. W systemach tych specjalny układ klap przeciwpożarowych zapobiega możliwości przemieszczania się gorących produktów spalania przewodami wentylacyjnymi i dzięki temu zapobiega rozprzestrzenianiu się dymu na pozostałe części budynku.
Zastosowanie prawidłowo zaprojektowanych i wykonanych systemów oddymiania obiektów umożliwia zabezpieczenie dróg ewakuacyjnych przed napływem do nich dymu i toksycznych produktów rozkładu termicznego – co z kolei zapewnia bezpieczną ewakuację ludzi z budynków (lub określonych stref). Nie jest to jednak jedyna przesłanka ukazująca zasadność stosowania urządzeń do usuwania dymu i ciepła.
Stałe urządzenia Elementy oddzieleń Instrukcje
gaśnicze (SUG) przeciwpożarowych
Szkolenia
Automatyczne Sieć wodociągowa
urządzenia przeciwpożarowa
sygnalizacji
pożarowej (AUSP) Oświetlenie
bezpieczeństwa
Systemy do usuwania i ewakuacyjne
dymu i ciepła
Podręczny sprzęt
Urządzenia alarmowe gaśniczy
...
dzidzia2603