Obecnie praktycznie każdy nowo powstający obiekt, zarówno mieszkalny, jak i użyteczności publicznej musi zapewnić odpowiednią liczbę miejsc parkingowych. Najczęściej stosowanym rozwiązaniem jest budowa podziemnych parkingów. Priorytetową sprawą staje się więc zapewnienie odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa budowli tego typu, w szczególności zaś ochrona przeciwpożarowa.

Podczas pożaru płonący samochód lub
samochody wydzielają duże ilości ciemnego
dymu, a szybki wzrost temperatury
powoduje gwałtowny wzrost objętości
właściwej zadymionego powietrza i wypełnienie przestrzeni garażu. W tych warunkach
niezmiernie ważne jest zastosowanie
skutecznego systemu wentylacji,
umożliwiającego odprowadzenie z przestrzeni
garażu zadymionego powietrza,
a przez to stworzenia warunków do ewakuacji
i szybkiego podjęcia akcji ratowniczej.
W niniejszym artykule przedstawiono
podstawowe zasady funkcjonowania
bezprzewodowej wentylacji oddymiającej garaży oraz zalety tego systemu
w stosunku do instalacji tradycyjnej
z kanałami wentylacyjnymi.
System wentylacji kanałowej –
ograniczenia sprawnego
oddymiania

Obecnie garaże podziemne są najczęściej
wentylowane z zastosowaniem systemu
kanałowego. Ze względów ekonomicznych
oraz z uwagi na ograniczoną powierzchnię
techniczną przeważnie łączy
on funkcję wentylacji ogólnej i pożarowej.
O ile jednak system ten sprawdza
się podczas normalnego funkcjonowania
obiektu, to w warunkach pożaru napotyka
on na szereg ograniczeń. Strumień
objętości powietrza, który trzeba odciągnąć z przestrzeni garażu objętego pożarem
wzrasta kilkakrotnie w stosunku do
ilości odciąganej w warunkach wentylacji,
co niejednokrotnie stawia projektanta
przed dylematem: czy priorytetem podczas
doboru wielkości kanału powinna
być wentylacja, czy oddymianie? Przyjęte
rozwiązanie musi zapewnić wymaganą skuteczność wentylowania garażu,
a w warunkach oddymiania zwiększona
prędkość powietrza w przewodach musi
pozwolić na odprowadzenie dymu i produktów
spalania. Ponadto tryb pracy po-
żarowej wymaga odciągania całej ilości
powietrza z przestrzeni podstropowej,
podczas gdy wentylacja ogólna odbywa
się z podziałem strumienia powietrza
w proporcjach:
• 40% ze strefy przypodłogowej
• i 60% z przestrzeni podstropowej.
W warunkach pożaru zamianie ulega
więc charakterystyka hydrauliczna sieci,
co może doprowadzić do sytuacji, że
w niektórych gałęziach sieci wentylacyjnej
przepływać będzie zdecydowanie
większa od wyliczonej ilość powietrza,
podczas gdy w innej części instalacji
przepływ będzie mniejszy od zakładanego
lub w ogóle nie wystąpi. W przypadku
zastosowania rozwiązania z jednym
wentylatorem na potrzeby wentylacji
ogólnej i oddymiającej dodatkową trudność
stanowi dobór urządzenia o wystarczająco szerokiej charakterystyce, mogącego zapewnić odpowiedni spręż i wydatek
zarówno podczas wentylacji, jak
i oddymiania.
System bezprzewodowego
oddymiania garaży

Ciekawą alternatywę dla systemu kanałowego stanowi system bezprzewodowego
oddymiania garaży. Oparty jest on na
pracy zespołu niewielkich wentylatorów
osiowych usytuowanych w górnej części
garażu oraz w strefie przebywania ludzi
(rys. 1).
W momencie pojawienia się sygnału alarmowego
o powstaniu pożaru, następuje
automatyczne otwarcie bramy wjazdowej
do garażu, przez którą na skutek
podciśnienia wywołanego pracą wentylatorów
wyciągowych napływa czyste powietrze
zewnętrzne (ew. uruchamiany
jest nawiew mechaniczny). Jednocześnie
wentylatory osiowe przechodzą na
tryb pracy pożarowej. Zasysają powietrze
podobnie jak kratki wyciągowe i po stronie
tłocznej formują strumień, który
w końcowej części przekazywany jest do
następnego wentylatora. Podobnie jak
w przewodach wentylacyjnych jest to
ruch uporządkowany, powodujący kontrolowany
przepływ przez pomieszczenie,
aż do wyrzutni, gdzie powietrze lub
dym są usuwane przez zespół wentylatorów
wyciągowych.
Podstawowe elementy omawianego
systemu:
1. wentylatory osiowe. W zależności od
konfiguracji sytemu mogą być to urządzenia jedno- lub dwubiegowe (pracujące na potrzeby wentylacji ogólnej
i pożarowej lub pełniące w systemie
tylko jedną z tych funkcji). W zależności
od potrzeb (np. lokalizacji pożaru)
stosowane są wentylatory z przepływem
jednostronnym lub rewersyjnym,
przy czym należy pamiętać, że dla
przepływu rewersyjnego wydatek
urządzenia spada o około 25%;
2. wentylatory wyciągowe. W warunkach
pożaru urządzenia te służą do
wyciągu gorących gazów pożarowych.
Muszą mieć potwierdzoną badaniami
odporność ogniową, niezależne źródła zasilania itd. Najczęściej projektuje
się układy z dwoma niezależnymi
wentylatorami wyciągowymi, co
znacznie podnosi pewność działania
instalacji;
3. czujki pożarowe. O skuteczności
przyjętego systemu ochrony przeciwpożarowej w znacznym stopniu decyduje
czas jego zadziałania. Ta wielkość
uzależniona jest z kolei od przyjętego
systemu detekcji pożaru, a zwłaszcza
od właściwego doboru i rozmieszczenia
czujek pożarowych. Przeprowadzone
m.in. w Centrum Naukowo-
-Badawczym Ochrony Przeciwpożarowej
(CNBOP) testy różnych rodzajów
czujek pożarowych wykazały, że dla
garaży podziemnych najbardziej wskazane
jest zastosowanie optycznych
rozproszeniowych czujek dymu umieszczonych
nad stanowiskami postojowymi
oraz nadmiarowo-różnicowych
czujek ciepła w przestrzeni nad komunikacją. Taka konfiguracja detektorów
daje największą pewność działania
układu sygnalizacji pożarowej.
Projektowanie systemu
bezprzewodowego oddymiania
garaży

Dla poprawnego funkcjonowania systemu
podstawowe znacznie ma dobór odpowiedniej
liczby wentylatorów osiowych
i wyciągowych oraz ich właściwe
rozmieszczenie, a także ustalenie różnych warunków pracy w zależności od lokalizacji
pożaru.
Zaprojektowanie skutecznego i pewnie
działającego układu możliwe jest dwiema
metodami. Pierwsza
z nich polega
na próbach pożarowych w obiektach rzeczywistych
o podobnym układzie architektonicznym
do budynku projektowanego.
Jest to metoda trudna, kosztowna,
a co najważniejsze przeważnie niemożliwa
do realizacji.
Drugą metodą jest przeprowadzenie symulacji
komputerowej. Bardzo użytecznym
narzędziem jest tu oprogramowanie
oparte na numerycznej mechanice płynów
Computation Fluid Dynamics
(CFD) pozwalające na modelowanie
przepływu powietrza w przestrzeni garażu. Analiza projektu przy zastosowaniu
CFD pozwala na określenie dróg przepływu powietrza przy wentylacji oraz dymu
w czasie pożaru, a co za tym idzie
właściwe rozmieszczenie wentylatorów.
Ponadto symulacja komputerowa umożliwia przeanalizowanie różnych wariantów
odnośnie miejsca i mocy pożaru, co
znacznie ułatwia zastosowanie przemyślanego
i pewnego systemu wentylacji
parkingu.

Rys. 1. Ukierunkowany
przepływ powietrza
w przestrzeni garażu,
dzięki zastosowanemu
systemowi bezprzewodowemu

Metoda symulacji komputerowej ma jednak
pewne ograniczenia. Po pierwsze, ze
względu na skrócenie czasu obliczeń
przyjmuje się szereg uproszczeń odnośnie
matematycznego opisu zjawisk odpowiedzialnych
za ruch powietrza (stratyfikacji,
rozprężania, parcia wiatru itd.). Po drugie,
stworzenie dokładnego modelu cyfrowego
rozpatrywanego obiektu jest bardzo
pracochłonne. Aby możliwe było uproszczenie
i skrócenie procesu projektowania
za pomocą symulacji komputerowych, konieczne
jest lepsze poznanie zjawisk towarzyszących przemieszczaniu się powietrza
w wentylowanej strefie. Innymi słowy
stworzenie prawidłowego modelu cyfrowego
wymaga przeprowadzenia badań na
obiektach rzeczywistych i na ich podstawie
stworzenia matematycznego opisu
zależności fizycznych. Przykładem mogą
być tutaj zagadnienia związane z wzajemnym
oddziaływaniem strumieni powietrza
przemieszczających się w przeciwnych
kierunkach szczególnie na granicy
zasięgu strumieni, które stały się w ostatnim
czasie przedmiotem zainteresowania
zespołu badawczego Politechniki Warszawskiej.
Szczególnie interesujący jest obszar (na
rys. 1 oznaczony czerwoną przerywaną linią), w którym ustala się pewna pozorna
strefa graniczna. Strefa ta ma określoną szerokość, w której powstają lokalne
zawirowania (cyrkulacje) strumieni powietrza
(rys. 5). Ponieważ występowanie
gwałtownych zawirowań powietrza jest
zjawiskiem niekorzystnym ze względu na
skuteczność procesu oddymiania, należy
dążyć do możliwie dużego ograniczenia
szerokości obszaru, w którym zawirowania
te występują. Dotychczasowe obserwacje
zwracają uwagę na zależność
pomiędzy prędkościami strumieni bezpośrednio
się stykających a szerokością
strefy granicznej. Zauważono, że wraz ze
wzrostem prędkości na granicy strumieni,
wyraźnie zmniejsza się stopień ich
wzajemnego mieszania, a więc zmniejsza
się szerokość strefy cyrkulacji. Przeciwnie,
zmniejszeniu prędkości strumieni
towarzyszy silniejsze ich wzajemne oddziaływanie (strefa turbulencji zwiększa
swoją objętość).
Porównanie skuteczności systemu kanałowego i bezprzewodowego oddymiania garaży
Żeby porównać funkcjonowania obu omawianych systemów
przeanalizować należy kolejne etapy rozwoju
pożaru w garażu (rys. 2).

Rys. 2 Porównanie działania wentylacji kanałowej i strumieniowej – początkowa faza pożaru (wentylacja oddymiająca nie działa)
W początkowej fazie pożaru dym wydobywający się
z płonącego samochodu wzbija się do góry, zbierając
się pod stropem garażu. W skutek intensywnego powstawania
nowych ilości dymu jego część „wędruje”
w kierunku otworów wywiewnych, znaczna natomiast
ilość ulega schłodzeniu od stropów i opada ku dołowi,
wypełniając w krótkim czasie całe pomieszczenie. Ponieważ czas zadziałania instalacji oddymiającej, w zależności od skuteczności przyjętego systemu detekcji,
wynosi od kilku do kilkunastu minut, już w momencie
uruchomienia instalacji oddymiania mamy do czynienia
ze znacznym zadymieniem przestrzeni garażu.
W tych warunkach systemy z przewodami wyciągowymi
nie są w stanie (uwzględniając niewielką zazwyczaj
wysokość garaży) odciągnąć takiej ilości zadymionego
powietrza, aby utworzona została przypodłogowa warstwa
wolna od dymu (pozwalająca na bezpieczną ewakuację
i podjęcie akcji gaśniczej).
Podobny problem występuje w garażach z wentylacją
bezprzewodową, jednak w tym przypadku przyjęte zostało inne założenie. Na skutek pracy wentylatorów
przetłaczających następuje ukierunkowanie przepływu
zadymionego powietrza w całym przekroju pomieszczenia
dzięki czemu możliwa jest ochrona części garażu przed zadymieniem.
Skuteczność działania systemu kanałowego i bezprzewodowego
można porównać, rozpatrując podstawowe
kryteria oceny skuteczności funkcjonowania wentylacji
pożarowej garaży podziemnych.

Rys. 2 Porównanie działania wentylacji kanałowej i strumieniowej – w pełni rozwinięty pożar (przy działaniu wentylacji kanałowej)
1. Uzyskiwany zakres widzialności w czasie
Pożaru
(rys. 3). Podczas działania instalacji kanałowej następuje znaczne ograniczenie widoczności
w znacznej przestrzeni garażu. Ponadto może w tym
przypadku nastąpić „rozciągnięcie” dymu przez
kratki wyciągowe, a więc powiększenie obszaru złej
widoczności. W instalacji bezprzewodowej powierzchnia
garażu ulega podziałowi na strefę „nawietrzną”, w której mamy do czynienia z silnym zadymieniem
oraz na strefę „zawietrzną”, praktycznie
wolną od dymu. Dzięki takiemu podziałowi możliwa
jest łatwa lokalizacja pożaru i podjęcie akcji gaśniczej,
ponadto przez cały czas można przeprowadzić
ewakuację garażu
2. Koncentracja szkodliwych produktów spalania
w strefie przebywania ludzi
. W tym przypadku sytuacja wygląda podobnie jak przy analizie
poziomu widoczności. Szkodliwe produkty spalania,
a więc dymy i gazy pożarowe stanowiące
największe zagrożenie dla ludzi mogą rozprzestrzeniać
się praktycznie bez przeszkód gdy działa
wentylacja kanałowa, natomiast system przetłaczający powoduje spychanie toksycznych produktów
spalania w kierunku wentylatorów wyciągowych,
przy czym znaczna część przestrzeni garażu
przez cały czas trwania pożaru pozostanie wolna
od tych zanieczyszczeń.

Rys. 2 Porównanie działania wentylacji kanałowej i strumieniowej – w pełni rozwinięty pożar (przy działaniu wentylacji strumieniowej)
3. Temperatura gazów w strefie przebywania
Ludzi
(rys. 4). Gorące gazy pożarowe mogące rozprzestrzeniać
się w sposób praktycznie niekontrolowany
podczas pracy sieci kanałowej, powodują
znaczne podniesienie temperatury powietrza
w dużej części garażu. Skutkiem tego może być
większe zagrożenie dla ludzi i istotne utrudnienie
akcji gaśniczej, jak również rozprzestrzenienie się
pożaru na sąsiednie samochody. Dzięki ukierunkowanemu
przepływowi powietrza uzyskujemy
znaczne schłodzenie gazów w najbliższym sąsiedztwie pożaru, co ułatwia skuteczne gaszenie,
a także poważnie ogranicza możliwość rozprzestrzeniania
się pożaru.
Oprócz wymienionych powyżej, system bezprzewodowego
oddymiania garaży charakteryzuje się jeszcze
szeregiem dodatkowych zalet:
• jak wynika z porównania kosztów wykonania obu
systemów, instalacja systemu bezprzewodowego
jest porównywalna cenowo do najtańszej instalacji
kanałowej, przy czym uzyskiwany poziom bezpieczeństwa
zwiększa się bardzo wyraźnie;
• dzięki wyeliminowaniu kanałów zmniejszają się
opory sytemu, dzięki czemu można stosować wentylatory
o mniejszym sprężu oraz wydatku, a więc
tańsze w eksploatacji i o wiele cichsze;
• system bezprzewodowy pozwala optymalnie wykorzystać
przestrzeń garażu, ułatwiając komunikację
i zwiększając przestrzeń przeznaczoną na parkowanie
samochodów;
• ponieważ system bezprzewodowy sprawdza się
w bardzo rozległych garażach, możliwe jest znaczne
powiększenie strefy pożarowej, co pozwala zrezygnować
z oddzieleń i bram pożarowych w tym
obszarze;
• zastosowanie systemu bezprzewodowego dzięki
szybkiemu schładzaniu gazów pożarowych umożliwią rezygnację z instalacji tryskaczowej (stosowanie
instalacji tryskaczowej jest wtedy wręcz nie
zalecane).

Rys. 3 Uzyskiwany zakres widzialności w czasie pożaru a) podczas działania
systemu kanałowego; b) podczas działania systemu bezprzewodowego


Rys. 4 Rozkład temperatury w przestrzeni garażu a) podczas działania
systemu kanałowego; b) podczas działania systemu bezprzewodowego


Rys. 5 Strefa cyrkulacji wokół granicy rozdzielającej strumienie powietrza przemieszczające się w przeciwnych kierunkach

Podsumowanie

Prowadzone prace badawcze oraz wnioski
wynikające z obserwacji zrealizowanych
już instalacji bezprzewodowej
wentylacji i oddymiania garaży potwierdzaj
ą wysoką skuteczność instalacji tego
typu. Połączenie relatywnie niskich
kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych
z wieloma zaletami technicznymi
powoduje, że omawiany system należy
traktować jako bardzo perspektywiczny.
W chwili obecnej niejednoznaczne przepisy
odnośnie realizacji oddymiania garaży powodują, że powszechne stosowanie
systemu bezprzewodowego oddymiania
garaży napotyka na opory osób odpowiedzialnych
za odbiór instalacji przeciwpożarowych. Wzorem państw Europy
Zachodniej pomimo pewnych trudności
instalacje takie zdobywają jednak uznanie
i są coraz szerzej montowane także
w Polsce.
Ponieważ omawiany system stosowany
jest od niedawna, wiele zjawisk towarzyszących bezprzewodowemu oddymianiu
nie jest jeszcze wystarczająco
przebadanych i poznanych. Konieczne
jest prowadzenie badań zmierzających
do usprawnienia procesu projektowania.
Stosowanie obecnie kolejnych rozstawień
wentylatorów przetłaczających,
a więc i prowadzenie komputerowych
obliczeń dla każdego wariantu znacznie
wydłuża okres projektowania, a osiągnięcie dobrego efektu w dużej mierze
uzależnione jest od doświadczenia inżyniera
analizującego przyjęte rozwiązanie.
Usprawnienie procesu projektowania
wymaga poszerzenia wiedzy o wzajemnym
oddziaływaniu strumieni poruszających się w przeciwnych kierunkach,
o osiach zarówno równoległych, jak
i znajdujących się pod pewnym kątem.
Opisanie przepływu równaniem ciągłości
strumienia oraz równaniami zachowania
pędu Naviera-Stokesa, pozwala
na przybliżone określenie przemieszczania
się cząstek powietrza, a co za tym
idzie na ustalenie stopnia wzajemnego
oddziaływania strumieni. Uwzględnione
powinno być także oddziaływanie towarzyszących zjawisk, jak: gradient temperatury,
wahania ciśnienia i ewentualnie
stopień zanieczyszczenia powietrza.
Zbudowanie modelu obliczeniowego
uwzględniającego wszystkie ww. elementy
może stać się bardzo przydatnym
narzędziem dla projektantów instalacji
oddymiania zamkniętych podziemnych
garaży.

Literatura
1. Mizieliński B., Wpływ strumieni zakłócających na kształtowanie się strumieni powietrza
wentylacyjnego, Prace Naukowe.
Budownictwo 78/1083 Warszawa
2. Mizieliński B., Wentylacja i oddymianie garaży systemem bezprzewodowym, COW
11/4004
3. Mizieliński B. Kubicki G., Kontrolowany
przepływ powietrza w bezprzewodowym
oddymianiu garaży, Mat. konferencyjne
2005
4. Płaczkowski R., Przeciwpożarowe zabezpieczenia
podziemnych garaży samochodowych,
Systemy Alarmowe 4/2001
5. Materiały informacyjne firmy York


Autorzy: prof. dr hab. inż. Bogdan Mizieliński, dr inż. Grzegorz
Kubicki, Politechnika Warszawska, Instytut Ogrzewnictwa
i Wentylacji
Opracowanie: Redakcja
Źródło:
Zamów u nas roczną prenumeratę "Polskiego Instalatora" z rabatem 20%!


Źródło: ''

Komentarze

  • opinia

    Nie mogę się zgodzić w autorem artykułu. Im więcej wykonuję projektów komputerowego modelownia CFD oraz konsultacji i sprawdzeń dla Inwestorów systemów JETFAN tym bardziej jestem przekonany że system ten utrudnia ewakaucję w porównaniu z systemem oddymiania kanałowego, a usunięcie instalacji tryskaczowej nie ma nic wspólnego z zastosowaniem systemu oddymiania strumieniowego i jak najbardziej tryskacze powinny być projektowane w garażach w 80%. System JETFAN jest bardzo dobry ale trzeba go ostrożnie projektować i nie zawsze się nadaje do garażu lub umożliwia usunięcie tryskaczy. O czym mówię w Polsce od prawie 5 lat.j Entuzjastom polecam moją analizę zalet i wad systemów oddymiania na mojej stronie wkrótce: www.wentylacja-strumieniowa.com.pl
    Marek Magdziarz