Pasaże, Rozwiązania techniczno-budowlane zabezpieczające przed zadymieniem. Część 1

W zawodzie osoby projektującej instalacje wentylacji pożarowej, dość powszechnym zagadnieniem jest zapewnienie rozwiązania techniczno-budowlanego zabezpieczającego przed zadymieniem drogi ewakuacyjnej, jaką jest pasaż. Najczęściej pojmowanego, jako oddymianie pasażu. Seria artykułów serwisu wentylacja.com.pl ma na celu przybliżenie istotnych zagadnień oraz unaocznienie różnic w oddymianiu pasaży oraz innych przestrzeni, jakimi są np. hale lub garaże.

Wymóg zastosowania takiego rozwiązania w danym obiekcie oraz samo określenie, co to jest pasaż pochodzi z Dziennika ustaw rzeczypospolitej polskiej Warszawa, dnia 18 września 2015 r. Poz. 1422 obwieszczenie ministra infrastruktury i rozwoju z dnia 17 lipca 2015 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1] zwanym w dalszej części serii artykułów W.T. 2015 [1]. A dokładnie z §247.2. W krytym ciągu pieszym (pasażu), do którego przylegają lokale handlowe i usługowe, oraz w przekrytym dziedzińcu wewnętrznym, należy zastosować rozwiązania techniczno-budowlane zabezpieczające przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych.                                  

Znając podstawę prawną, czyli powód przez który należy wymyśleć, uzgodnić, zaprojektować a następnie wykonać i ewentualnie wyregulować dane rozwiązanie, należy jeszcze wiedzieć jakie warunki trzeba uzyskać dzięki temu rozwiązaniu. Należy zatem znać wymaganą sprawność danego rozwiązania po to aby mogło ono być przekazane do użytku przez podmiot inwestujący i w takiej formie aby zapewniał bezpieczeństwo właściwym użytkownikom obiektu oraz nie wymagał zbędnych nakładów finansowych, które każdorazowo są bardzo znaczne. Te dwa czynniki zależą od świadomości i biegłości we wszelkich zjawiskach panujących podczas pożaru oraz zasadach działania wszelkich urządzeń pożarowych, przez zespół projektowy lub osobę projektującą dane rozwiązanie. 

Jednym z dwóch podstawowych paragrafów określających jakość takiego rozwiązania jest §270. 1. Instalacja wentylacji oddymiającej powinna: 1) usuwać dym z intensywnością zapewniającą, że w czasie potrzebnym do ewakuacji ludzi na chronionych przejściach i drogach ewakuacyjnych nie wystąpi zadymienie lub temperatura uniemożliwiające bezpieczną ewakuację; [1] Paragraf ten określa 1 kryterium oceny jakości i sprawności danego rozwiązania a więc warunki fizyczne panujące w przestrzeni chronionej w obliczeniowym czasie ewakuacji. 

Rys.1. Przykład wizualizacji obliczeń ewakuacji.

Należy zatem zapoznać się z literaturą fachową i normami w których zawarta jest metoda wyznaczenia wymaganego czasu bezpiecznej ewakuacji WCzBE (ang. RSET) oraz przy jakich kryteriach należy uznać że dalsza bezpieczna ewakuacja jest nie możliwa. Mowa jest tutaj celowo o przestrzeni chronionej a nie przestrzeni pasażu gdyż zazwyczaj zabezpieczenie pasażu wiąże się z powiązaną z pasażem ochroną lub zabezpieczeniem wszelkich sąsiadujących lokali handlowo-usługowych będących w tej samej strefie pożarowej. Praktycznie wszystkie takie lokale mają wejścia od strony pasażu lub są całkowicie otwarte na niego poprzez witrynę a więc są połączone hydraulicznie [6] z pasażem. Dym i gazy pożarowe w takim układzie mogą przepływać pomiędzy pasażem a przyległymi lokalami. Układ taki wiąże się zarówno ze skomplikowanym kształtem do rozpływu dymu jak i z prawdopodobieństwem że użytkownicy z sąsiednich lokali do tego w którym wystąpił pożar przez relatywnie długi czas będą podejmowali decyzję o ucieczce z powodu braku świadomości realnego zagrożenia życia i zdrowia. Użytkownicy, którzy widzą dym ogień i jest dla nich oczywistym nieprzewidywalność takiego zjawiska, ewakuują się od razu natomiast te osoby które nie widzą pożaru tylko słyszą alarm najczęściej nie uciekają. Dzieje się tak, dlatego że samo usłyszenie alarmu nie wpływa jednoznacznie na podjęcie decyzji o ewakuacji tak jak widok dymu i ognia. Część użytkowników obiektu na dźwięk alarmu ucieknie z obiektu, część zechce szybciej skończyć zakupy a część zacznie się rozglądać w poszukiwaniu czy aby na pewno istnieje jakieś zagrożenie. Zachowania takie wymusiły konieczność stosowania czasów reakcji w obliczeniach czasu ewakuacji [2], [4].

 

Rys.2. Czasy reakcji i ich dystrybucja w zależności od poziomu zarządzania ewakuacją [2], [4]

 

Aby więc zaprojektować poprawne rozwiązanie techniczne zapobiegające przed zadymieniem należy mieć świadomość że ewakuacja z pasażu w porównaniu z ewakuacją np. z hal, garaży a nawet biur znacznie dłużej trwa. Dzieje się tak dlatego że dym wypływając na pasaż z lokalu w którym nastąpiła inicjacja pożaru może zablokować drogę ucieczki użytkownikom obiektu którzy znajdują się w sąsiednich lokalach. Okazuje się najbardziej prawdopodobnym i tak należy założyć w praktyce projektowej, że użytkownicy będący w lokalu w którym nastąpił pożar ewakuowali się od razu, w czasie kiedy pożar nie był jeszcze zbytnio rozwinięty dlatego że widok pożaru wywarł na nich natychmiastowy czas reakcji równy 0s. Należy pamiętać że założenie to jest prawdziwe o ile lokal ten jest łatwy do orientacji przez jego użytkowników i niezbyt duży, zostanie to rozwinięte w kolejnych częściach artykułu. Pozostali użytkownicy,  zwykle zdecydowana większość w obiekcie, reagują na swój własny indywidualny sposób a więc zgodnie z [2] i [4] aby spełnić W.T.2015[1] należy doliczyć do ich ewakuacji czasy reakcji. Przykładowe czasy reakcji podaje tabela1. Wykres na rys.2. należy rozumieć w taki sposób że po czasie reakcji dla  pierwszych kilku osób ∆tpre (1%) (punkt 3 z rys.2) pozostali użytkownicy zaczynają się ewakuować kolejno lub naraz podejmując decyzję o ewakuacji aż do czasu w którym ewakuowało się 99% użytkowników (punkt 4 z rys.2). Czas reakcji ostatnich użytkowników obiektu to ∆tpre (1%)+ ∆tpre (99%). Aby odczytać z tabeli 1 poprawnie czasy reakcji oraz dystrybucji reakcji należy wcześniej przemyśleć jak skategoryzować dany obiekt. Pasaż to zwykle „B” gdyż brak jest możliwości snu oraz użytkownicy nie są zaznajomieni z obiektem. Następnymi parametrami do wyznaczenia składowych to zazwyczaj: M2,B1, A1-A2 zgodnie z tab.1. Poprawne wyznaczenie tych czasów jest bardzo istotne gdyż ich wartość jest czasem większa niż czas przemieszczania się użytkowników obiektu. Samo przemieszczanie się użytkowników którzy nie są narażeni na zatory ani dym to iloraz odległości jaką muszą przebyć do bezpiecznego miejsca s[m] i prędkości ich poruszania v [m/s] zwykle jest to 1,19m/s : Δt_{trav(przejście)=s/v.}

 

 

Określenie kategorii budynku Ax , By,  Mz w celu poprawnego wyznaczenia czasu reakcji oraz dystrybucji reakcji:

Alarm:
- A1 – Detekcja automatyczna i natychmiastowe uruchomienie alarmu we wszystkich członach budynku
- A2 – Alarm dwustanowy, detekcja a następnie potwierdzenie przez osobę dyżurną
- A3 – Alarm wyłącznie w pobliżu pożaru lub jedynie aktywacja ręczna

Złożoność budynku:
- B1 – Duży budynek o nieskomplikowanej budowie z jednym lub kilkoma pomieszczeniami np. supermarket
- B2 – Kilkukondygnacyjny prosty budynek np. biurowiec  SW - B3 – Duży złożony budynek

Kwalifikacje osób dyżurnych zarządzających ewakuacją:
- M1 – Wysoki poziom wyszkolenia personelu, z regularnie powtarzanymi szkoleniami i ćwiczeniami praktycznymi. Przeprowadzony audyt. Oddzielny personel do alarmowania różnych części budynku (piętra)
- M2 – Podobnie jak M1 jednak niższy poziom wyszkolenia. Audyt nie wymagany. Personel  - osoba dyżurna 
- M3 – Minimalne podstawowe wymagania 

 

Tab.1. Przykładowe czasy reakcji oraz dystrybucji reakcji użytkowników obiektu do obliczeń czasu ewakuacji [2] WCzBE (RSET). 

 

Dokument PD[2] przewiduje jeszcze kategorie główne D – szpitale oraz E- dworce, lotniska.

Rys.3. Przykład wizualizacji obliczeń ewakuacji

 

Obliczenia takiego czasu ewakuacji następują 2 torowo:   

1. Czas ewakuacji ostatnich użytkowników, czyli takich, którzy jako ostatni podjęli decyzję o ewakuacji oraz mogli wyjść swobodnie z obiektu bez narażenia na zatory i kolejki.
   Wymagany czas bezpiecznej ewakuacji 
   WCzBE= t_RSET = Δt_det+ Δt_a+Δt_pre1%+Δtp_re99%+Δt_{trav(przejście)}
   
   Dostępny czas bezpiecznej ewakuacji 
   DCzBE= t_ASET = Δt_det+ Δta+Δt_pre1%+Δt_pre99%+Δt_{trav(przejście)}+Δt_margin
    
2. Czas ewakuacji głównego strumienia użytkowników obiektu, czyli takich, którzy wyszli wtedy gdy ewakuowała się zdecydowana większość użytkowników. W tym wypadku należy przeanalizować jak wiele czasu zajmą zatory i kolejki o ile wystąpią. W przypadku obiektów z pasażami występują one praktycznie zawsze.Wymagany czas bezpiecznej ewakuacji 
   WCzBE= t_RSET = Δt_det+ Δt_a+Δt_pre1%+Δt_{trav(przejście)}+Δt_trav(zatory)
   
   Dostępny czas bezpiecznej ewakuacji 
   DCzBE= t_ASET = Δt_det+ Δt_a+Δt_pre1+Δt_{trav(przejście)}+Δt_trav(zatory)+Δt_margin
    

Δt_margin- jest to czas po jakim drogi ewakuacyjne przestają być bezpieczne a więc w czasie gdy przynajmniej jedna wielkość fizyczna ograniczająca możliwość ewakuacji osiągnęła taką wartość że dalsza ewakuacja jest niebezpieczna. 

Po obliczeniu obu kryteriów należy wybrać dłuższy czas. Może się zdarzyć  że dla skomplikowanego obiektu koniecznym będzie wyznaczenie wielu czasów np. czas ewakuacji z budynku, z konkretnego piętra lub czas ewakuacji przy założeniu że któreś drzwi są nieczynne jak np. jest to zalecane przy obiektach z pasażami. O ile w garażach, biurowcach i halach zwykle decydującym kryterium jest pierwsze, czyli czas ewakuacji ostatnich osób to w przypadku pasaży zwykle głównym kryterium jest drugie gdyż w takich obiektach znajdują się bardzo duże ilości osób i obliczeniowy czas na zatory może być długi. Jeżeli okaże się że ostatnie osoby mają krótszy czas ewakuacji należy założyć że te osoby po prostu dołączą do głównego strumienia ewakuujących się ludzi. Analizując obiekt należy zawsze zwracać uwagę na wspomnianą wcześniej możliwość odcięcia dymem. Odcięcie użytkowników rozbija logikę 2 torowego obliczania czasu ewakuacji. Czas potrzebny na zatory jest możliwy do obliczenia w sposób analityczny [4] jednak wygodnie jest korzystać ze specjalnego oprogramowania do obliczania czasów ewakuacji które są w stanie bardzo dobrze przedstawić zatory które mają miejsce zazwyczaj równolegle w kilku miejscach w tym samym czasie w analizowanym obiekcie z pasażem. 

Rys.4. Przykład wizualizacji obliczeń ewakuacji

 

Należy pamiętać że do 1 kryterium oceny należą jeszcze wartości wielkości fizycznych decydujące o tym czy ewakuacja w obliczeniowym czasie jest bezpieczna. Podstawowe dokumenty normatywne lub uznana wiedza techniczna w tej dziedzinie to 2,4 i 5 pozycja w wymienionym spisie literatury bazowej niniejszego artykułu. Wartości wielkości fizycznych, które powinny być brane pod uwagę to:

1. zakres widzialności przegród budowlanych na wysokości 1,8 m od wykończonej posadzki. Jako graniczne kryterium należy przyjąć 10 m lub 0,08 m^-1 dla gęstości optycznej
2. zakres temperatury na wysokości 1,8 m od wykończonej posadzki. Jako graniczne kryterium  należy przyjąć 60⁰C 
3. zakres temperatury na wysokości 2,5 m od wykończonej posadzki. Jako graniczne kryterium  należy przyjąć 200⁰C 
4. zakres promieniowania. Jako graniczne kryterium należy przyjąć  2,5 kW/m².

 

Wartości tych wielkości łatwo przeanalizować, jeżeli dla danego obiektu przeprowadzana jest analiza CFD. W przypadku przeprowadzania tylko obliczeń analitycznych „normowych” to postępowanie prac jest można powiedzieć odwrócone czyli zakładane są takie wartości jak wysokość warstwy dymu nad podłogą. Obliczana jest wydajność systemu a następnie ewentualnie przeliczana jeszcze raz aby osiągnąć odpowiednią wartość temperatury. Przy dużym doświadczeniu można w ten sposób projektować bardzo sprawne instalacje jednak przy skomplikowanych obiektach najlepiej jest opierać się na analizach CFD. Wynika z nich jasno jak trudno jest zaprojektować np. instalację oddymiającą w małych niskich przestrzeniach. Projektując instalacje na podstawie norm i artykułów, bardzo trudno domyśleć się że dana przestrzeń jest zbyt mała na zastosowanie konkretnej normy.

Rys.5. Przykład wizualizacji dymu 3D w obliczeniach CFD galerii handlowej.

 

 

Wartości 1,8 m od wykończonej posadzki dotyczy obliczeń CFD, w przypadku obliczeń analitycznych z uwagi na uproszczenia metody niektóre standardy nakazują przyjmować inne wartości np. 2,5 a nawet 3 m [3].  Trzeci punkt o wartości 200⁰C dotyczy tylko obliczeń CFD i określa on uproszczony sposób na zabezpieczenie ewakuujących się użytkowników obiektu przed promieniowaniem od dymu i gazów pożarowych nad drogami i przejściami ewakuacyjnymi. Czwarty punkt dotyczy także tylko obliczeń CFD i jego wartość przyjęto dla 30s czasu ekspozycji. Przy większych wartościach drastycznie spada tolerowany czas ekspozycji np. przy wartości 10 kW/m² czas ekspozycji wynosi tylko 4s, jest to tak dużo energii że dochodzi do zapłonu typowych materiałów sztucznych. Analityczne obliczenia wartości promieniowania w praktyce projektowej dotyczą raczej wyznaczenia ryzyka samozapłonu materiałów oddalonych od miejsca pożaru. Obliczenia takie wykonane w celu sprawdzenia oddziaływania na użytkowników obiektu obarczone byłyby zbyt dużym błędem. 

Rys.6. Przykład wizualizacji promieniowania na regałach hipermarketu w obliczeniach CFD

 

W praktyce projektowej najważniejszą wielkością fizyczną powodującą skrócenie dostępnego czasu bezpiecznej ewakuacji DCBE (ASET) jest widoczność. Drugą w kolejności wielkością fizyczną jest temperatura a pozostałe dwie zwykle nawet nie są brane pod uwagę w typowych analizach szczególnie przy obecności instalacji tryskaczowej gdyż nie stanowią istotnego problemu.

Drugim paragrafem jest § 207. 1. Budynek i urządzenia z nim związane powinny być zaprojektowane i wykonane w sposób zapewniający w razie pożaru: 1) nośność konstrukcji przez czas wynikający z rozporządzenia, 2) ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia i dymu w budynku, 3) ograniczenie rozprzestrzeniania się pożaru na sąsiednie budynki, 4) możliwość ewakuacji ludzi, a także uwzględniający bezpieczeństwo ekip ratowniczych [1]. O ile w punkcie 4 możliwość ewakuacji ludzi jest bardziej szczegółowo omówiona w paragrafie 270 to uwzględnienie bezpieczeństwa ekip ratowniczych połączone ograniczeniem rozprzestrzeniania się ognia i dymu w budynku, stanowi 2 kryterium oceny jakości i sprawności danego rozwiązania.

Powyższe rozważania dotyczą podstaw prawnych i obliczeń ewakuacji koniecznych do analizy przy danej inwestycji wyposażonej w pasaż a określających powód oraz jakość i sprawność danego rozwiązania. 2 kryterium oceny jak i oddymianie będzie analizowane w kolejnych częściach niniejszego artykułu.  

 

 

Opracowanie: Redakcja 
Autor: mgr inż. Tomasz Burdzy

 

Literatura:

1. [1] Dziennik ustaw rzeczypospolitej polskiej Warszawa, dnia 18 września 2015 r. Poz. 1422 obwieszczenie ministra infrastruktury i ro zwoju z dnia 17 lipca 2015 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
2. [2] PD 7974-6:2004 The application of fire safety engineering principles to fire safety design of buildings – Part 6: Human factors: Life safety strategies – Occupant evacuation, behaviour and condition (Sub-system 6)
3.  [3] BS 7346-4:2003 Components for smoke and heat control systems - Part 4: Functional recommendations and calculation methods for smoke and heat exhaust ventilation systems, employing steady-state design fires- Code of practice.
4. [4] SFPE Handbook of Fire Protection Engineering fourth edition 2008.
5. [5]C/VM2 Verification Method: Framework for Fire Safety Design. For New Zealand Building Code Clauses C1-C6 Protection from fire.
6. [6] Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska. Orzechowski Zdzisław, Prywer Jerzy, Zarzycki Roman