Pasaże, Rozwiązania techniczno-budowlane zabezpieczające przed zadymieniem. Część 3

Osoby zajmujące się wentylacją pożarową powinny bardzo dobrze znać zjawiska fizyczne określające zagrożenie pożarowe część 1 i 2 niniejszego artykułu , ale także wiedzieć jak osiągnąć zamierzone cele przy możliwie niskim nakładzie finansowym inwestora. Najważniejszą sprawą w rozwiązaniu techniczno-budowlanym zabezpieczającym przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych na sposób oddymiania jest podział na strefy dymowe.

Strefa dymowa jest to przestrzeń budynku  a dokładniej danej strefy pożarowej co do której zgodnie z przepisami należy zastosować rozwiązania techniczno-budowlane zabezpieczające przed zadymieniem lub samoczynne urządzenia oddymiające. Jest to przestrzeń częściowo ograniczona ścianami i/lub kurtynami połączona aerodynamicznie z pozostałymi strefami dymowymi danej strefy pożarowej. Oznacza to tyle że powietrze może swobodnie migrować pomiędzy strefami dymowymi. Możliwe jest oczywiście robienie w pełni wydzielonych stref dymowych jednak w praktyce stosuje się takie rozwiązanie tylko w przypadkach w których strefa pożarowa ma na tyle niewielką powierzchnię  i odpowiedni kształt że w całości może stanowić pojedynczą strefę dymową. Strefa dymowa to przestrzeń wewnątrz której występuje pożar i zadymienie w danym scenariuszu. Z założenia dym nie powinien przedostawać się do sąsiednich stref dymowych w ilościach które można by uznać za istotne, a w czasie ewakuacji, wcale nie powinien się przedostawać. Podczas rozpatrywania konkretnego scenariusza w którym dym wykryto w konkretnej strefie dymowej można mówić o tym że ze strefy dymowej można wydzielić jeszcze dwie przestrzenie.

 

Strefa dymowa składa się z:

• warstwy wolnej od dymu jest to warstwa chłodniejszego powietrza docierającego z zewnątrz nie zanieczyszczonego przez dym. Warstwa ta znajduje się poniżej warstwy wypieranych termicznie dymu i gazów pożarowych. W skrajnym przypadku warstwa wolna od dymu nie musi mieć w ogóle wydzieleń pionowych. Oznacza to tyle że wystarczy gdy będzie od góry ograniczona zbiornikiem dymu a od spodu podłogą/posadzką danej strefy dymowej. Jest to możliwe dzięki temu że przez warstwę wolną od dymu następuje ciągły napływ powietrza kompensacyjnego oddymiania, które zabezpiecza przed niechcianą migracją dymu. Zgodnie z §270.1.2 W.T. 2015
  
  
• zbiornika dymu jest to przestrzeń ponad warstwą wolną od dymu a sięgająca do stropu/sufitu strefy dymowej. Stanowi on górną warstwę strefy dymowej. Jest ograniczony przegrodami dymowymi lub elementami konstrukcji, które są w stanie zatrzymać warstwę dymu wypieraną termicznie w przypadku wystąpienia pożaru. Zbiornik dymu w przeciwieństwie do warstwy wolnej od dymu jest  w pełni ograniczony przegrodami pionowymi oraz sufitem/stropem. Ograniczenie dolne stanowi warstwa wolna od dymu. Jako przegrody dymowe mogą być stosowane ściany lub kurtyny dymowe stałe i ruchome. 

 

Rys.1. Przykład kilku stref dymowych (3) w wielkopowierzchniowym sklepie przyległym do pasażu. Zakres widoczności w płaszczyźnie pionowej położonej równolegle do pasażu przechodzącej przez miejsce pożaru po 200 s od inicjacji pożaru. System SOiUC wyposażony w klapy dymowe. Wyraźnie widoczna warstwa wolna od dymu oraz zbiornik dymu.

 

Rys.2. Zakres widoczności w płaszczyźnie pionowej położonej równolegle do pasażu przechodzącej przez miejsce pożaru po 400 s od inicjacji pożaru. Pożar w tym czasie osiągną maksymalną moc projektową 7150kW mocy całkowitej, 5000kW mocy konwekcyjnej. Przestrzeń wyposażona w tryskacze standardowego reagowania. Widoczne przedostawanie się dymu do sąsiedniej strefy dymowej w ilości nie istotnej dla działań ekip ratowniczo gaśniczych.

 

Rozwiązanie techniczno-budowlane zabezpieczające przed zadymieniem jeżeli jest realizowane przez oddymianie to zgodnie z obecnie najbardziej rozpowszechnionym standardem w Polsce [3] nazywa się „System Oddymiania i Usuwania Ciepła” . W dalszej części artykułu gdy będzie mowa o oddymianiu będzie używany skrót SOiUC. 

Ilość stref dymowych znacząco wpływa na koszty samego  SOiUC [3]. Jest to związane z tym że z każdej strefy dymowej powinno być zapewnione usuwanie takiej ilości dymu i gazów pożarowych jaka wynika z obliczeń dla pożaru  projektowego zainicjowanego i wykrytego właśnie w danej strefie dymowej. Czyli im więcej stref dymowych tym więcej elementów wyciągowych (wentylatorów , kanałów lub klap dymowych) oraz znacznie większe koszty. Natomiast koszty elementów systemu odpowiedzialnych za doprowadzenie powietrza kompensacyjnego nie są zwykle aż tak znaczące gdyż powietrze kompensacyjne dopływa do właściwej strefy dymowej przez sąsiednie strefy dymowe a więc każda strefa dymowa nie musi mieć własnego indywidualnego doprowadzania powietrza kompensacyjnego. Bardzo często udaje się tak zaprojektować SOiUC że przy wielu strefach dymowych z których każda posiada własne elementy odprowadzające (klapy dymowe lub wentylatory) cały system posiada jeden zespół elementów odpowiedzialnych za doprowadzenie powietrza kompensacyjnego takich jak automatycznie otwierane drzwi zewnętrzne, żaluzyjne klapy kompensacyjne lub wentylatory nawiewne. 

Fotografia.1. Dostarczenie wentylatorów oddymiających na obiekt

 

Powietrze dostarczane przez taki zespół samoistnie dociera do właściwej strefy dymowej w której został wykryty pożar gdyż jednocześnie jest ono wciągane właśnie z tej strefy dymowej. W trudniejszych obiektach często pojawia się problem aby dla różnych stref dymowych doprowadzać powietrze kompensacyjne w różnych proporcjach z różnych stron po to aby zwiększyć sprawność systemu.  Takie działania zwiększają oczywiście koszt systemu, ale i tak jest on pomijalny z tym ile kosztów generuje kolejna strefa dymowa. W przypadku oddymiania pasaży zwykle ilość elementów doprowadzających powietrze kompensacyjne jest znacznie mniejsza niż ilość elementów odpowiedzialnych za usuwanie dymu i ciepła. W przypadku systemów bardzo trudnych tj. takich w których ze wstępnych analiz wynika że nie da się utrzymać skutków pożaru w jednej strefie dymowej (bo np. strefa ta jest zbyt mała, niska lub tp. Czyli gdy szybko rozwijający się pożar nie jest wystarczająco ograniczany i dym zaczyna się przedostawać do sąsiednich stref dymowych w nadmiernych ilościach rys.4 z 2 części niniejszego artykułu). Należy włączyć kolejną strefę dymową o ile nie będzie to miało negatywnego wpływu na ewakuację. Możliwe jest projektowanie tak systemu aby uruchamiały się 2 lub więcej stref dymowych [8], ale w  takim wypadku każda z takich uruchomionych stref dymowych powinna być obsługiwana przez osobne elementy usuwające dym i osobne elementy doprowadzające powietrze kompensacyjne. W celu wyznaczenia powierzchni strefy dymowej najpraktyczniej jest posłużyć się standardem Brytyjskim BS 7346-4 [3] lub wedle uznania co do nazwy, raportem technicznym CEN/TR-12101-5 gdyż są to te same dokumenty tylko pod innymi nazwami, brytyjską i europejską. Standard ten jasno podaje dopuszczalne powierzchnie stref dymowych oraz kiedy lokal przyległy do pasażu może być oddymiany przez pasaż a kiedy nie. Co więcej jest to jedyny standard który podaje konkretne wartości dla tych założeń projektowych. Jeżeli pożar znajduje się bezpośrednio pod zbiornikiem dymu to maksymalna powierzchnia strefy dymowej nie powinna przekraczać 2000 m2 w przypadku gdy zaprojektowano SOiUC grawitacyjne oraz 2600 m2 gdy zaprojektowano SOiUC mechaniczne, czyli gdy wyciąg dymu i gazów pożarowych realizowany jest za pomocą wentylatorów oddymiających. Jeżeli obiekt z pasażem posiada tylko duże lokale to sprawa jest bardzo prosta gdyż każdy lokal jak i pasaż ma własne oddymianie. Jak to się jednak ma do pasażu gdy lokale są małe, czyli którędy dym może na niego wpłynąć ? Aby odpowiedzieć na to pytanie należy rozpatrzyć kilka hipotetycznych przypadków. 

W przypadku nr 1 rys.3. I rys.4. pożar znajduje się pod zbiornikiem dymu strefy dymowej. Ustalenie strefy dymowej polega na tym że dym może zawsze pod stropem migrować do lokali w tej samej strefie dymowej nawet po przeciwnej stronie pasażu. Zalecane rozwiązanie w przypadku małych pasaży. Należy zapewnić swobodny przepływ dymu tak aby dym mógł ten zbiornik wypełnić w całości. Pozwoli to na używanie prostszych obliczeń wydajności systemu. Uprości SOiUC. Zmniejszy koszty i co najważniejsze, sprawi że dym stosunkowo późno zacznie ograniczać użyteczną przestrzeń pasażu dla ewakuujących się użytkowników budynku.

Rys.3. Przypadek nr 1. 

 

Rys.4. Przekrój dla przypadku nr 1. 

Rozwiązanie to jest bardzo proste jednak ma istotną wadę. Ściana pomiędzy lokalami użytkowymi a pasażem powinna być perforowana rys.4. W istotny sposób wpływa to na wystrój samego pasażu ponadto głośny hałas lub muzyka przenosi się pomiędzy sąsiednimi lokalami przez podstropową perforację ścian pomiędzy nimi. 

Rys.5. Przypadek nr 1. Poglądowy widok na płaszczyznę wynikową widoczności z obliczeń CFD na wysokości 3m centrum handlowego. Inicjacja pożaru w małym butiku przyległym do pasażu (kolor granatowy). 

 

Rys.6. Przypadek nr 1. Poglądowy widok na płaszczyznę wynikową widoczności z obliczeń CFD centrum handlowego. Dym rozprzestrzenia się po strefie dymowej obejmującej kilka butików przyległych do pasażu.

 

Rys.7. Przypadek nr 1. Poglądowy widok na płaszczyznę wynikową widoczności z obliczeń CFD centrum handlowego. Dym rozprzestrzenił się po całej strefie dymowej. Powierzchnia zadymionego obszaru nie przekracza 2000 m2. Pasaż oddymiany jest grawitacyjnie.

 

Przypadek nr 2 jest taki jak nr 1 tylko że nie ma perforacji pomiędzy lokalami a pasażem. Wyeliminowana została w ten sposób główna wada przypadku nr 1. Pozostaje jeszcze problem hałasu oraz fakt iż jeżeli osoby projektujące tak zrobią to lokale usługowe objęte jedną strefą dymową powinny mieć własne oddymianie co w praktyce często prowadzi do znacznych kosztów. Przypadek nr 2 zwykle jest używany jako niewielka część SOiUC danego obiektu tam gdzie jest to adekwatne do geometrii lokali oraz wymagań co do hałasu.

 Przypadek nr 3. W celu pozbycia się jeszcze problemu z hałasem pomiędzy lokalami należy zastosować przypadek nr 3. Jest on najbardziej rozpowszechniony. Szczególnie w wielokondygnacyjnych centrach handlowych.  Polega on na pełnym wydzieleniu wszystkich lokali. Jeżeli w którymkolwiek lokalu dojdzie do pożaru to dym szybko wypełni w 100% niewielką przestrzeń i zacznie wypływać wszelkimi otworami w ścianie witrynowej na pasaż. Dym i gazy pożarowe wyciągane są w takim wypadku tylko i wyłącznie z nad pasażu. Może się wydawać wadą że w takim układzie dym stosunkowo szybko ograniczy przestrzeń ewakuacyjną na pasażu jednak ma to swoją zaletę. Użytkownicy widząc dym szybciej ewakuują się z miejsca najbardziej zagrożonego jeszcze we wczesnej fazie pożaru. Należy jednak pamiętać że nie wolno dopuścić do ryzyka odcięcia dymem a więc zaleca się aby w każdym miejscu pasażu użytkownicy mogli się ewakuować w stronę przeciwną do pożaru czyli aby nie byli zmuszeni do ewakuacji przez przejście obok palącego się lokalu. Przypadek nr 3 charakteryzuję się tym że posiada strefę dymową o zmiennej powierzchni w zależności od tego w którym lokalu się pali. Jest to spowodowane tym że pożar może być zainicjowany w mniejszym lub większym lokalu przyległym do pasażu.

Rys.8. Przypadek nr 3. 

 

Rys.9. Przekrój dla przypadku nr 3. 

 

Zgodnie z BS 7346-4 (CEN/TR 12101-5) [3] powierzchnia lokalu z którego dym i gazy pożarowe mogą się przedostawać na pasaż gdzie znajduje się zbiornik dymu wynosi maksymalnie 1000 m² w przypadku SOiUC grawitacyjnego i 1300 m² w przypadku SOiUC mechanicznego. Te same wartości występują przy powierzchni pasażu a więc miejsca gdzie znajduje się projektowy zbiornik dymu. Powierzchnia tak utworzonego zbiornika dymu na pasażu nie może przekraczać 1000 m² w przypadku SOiUC grawitacyjnego i 1300 m² w przypadku SOiUC mechanicznego. Co sumarycznie daje odpowiednio maksymalnie 2000m² i 2600 m² powierzchni w taki sposób ujętej strefy dymowej. Dla przypadków w których przyległy do pasażu lokal ma powierzchnię większą niż odpowiednio 1000 m² i 1300 m² to wtedy powinien posiadać własne oddymianie. Pasaż zostaje wtedy zabezpieczony przez niedopuszczenie do wypływu dymu na jego przestrzeń.

Fotografia.1.Wypływ dymu na pasaż podczas próby dymowej. Przypadek nr 3

 

 

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 
7. [7] NFPA 92 Systemy ochrony przed zadymieniem Edycja 2012
8. [8] BS 6346-5: 2005 Components for smoke and heat control systems-  Part 5: Functional recommendations and calculation methods for smoke and heat exhaust ventilation systems, employing time-dependent design fires. Code of practice