Wentylacja zamkniętych garaży wielostanowiskowych

Aktualne standardy budownictwa w Polsce, ceny działek budowlanych, ogromne (wciąż wzrastające) zagęszczenie pojazdów samochodowych, szczególnie w strefach wielkomiejskich, sygnalizują konieczność budowy wielostanowiskowych garaży podziemnych. Garaże takie, w zależności od przeznaczenia, zapewniają możliwość parkowania samochodów od kilku (małe domy mieszkalne) do kilkuset sztuk (supermarkety). Niebezpieczeństwo związane z nagromadzeniem w pomieszczeniach garażu toksycznych produktów spalania paliw silników samochodowych wymaga technicznego rozwiązania problemu wentylacji. Ponieważ brak jest obecnie skodyfikowanych zasad projektowania wentylacji zamkniętych garaży wielostanowiskowych, prezentowany artykuł zawiera zbiór uporządkowanych wiadomości umożliwiających prawidłowe zaprojektowanie wentylacji garażu.

Uwarunkowania prawne wentylacji wielostanowiskowych garaży

Ogólne wytyczne projektowania instalacji wentylacji garaży znajdują się w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 14 grudnia 1994 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity Dz.U. z 1999 r. nr 15, poz. 140). Najważniejsze wytyczne tego rozporządzenia z punktu widzenia rozwiązania problemu wentylacji garażu to:

•   §108 narzucający konieczność stosowania wentylacji mechanicznej we wszystkich garażach mających ponad 10 stanowisk postojowych;
•   §150 ust. 2. wskazujący na konieczność zapewnienia, w okresie przerw w pracy wentylacji mechanicznej, prawidłowej wentylacji grawitacyjnej lub dodatkowej wentylacji mechanicznej obliczonej co najmniej na półkrotną wymianę powietrza w ciągu godziny;
•   §152 określający lokalizację czerpni i wyrzutni powietrza oraz odległości wyrzutni od okien pomieszczeń przeznaczonych do przebywania ludzi; należy przy tym uwzględnić, że powietrze wentylacyjne usuwane z garażu może zawierać substancje szkodliwe dla środowiska i zdrowia ludzi;
•   §276 narzucający konieczność stosowania wentylacji oddymiającej w garażu, w którym w jednej strefie pożarowej znajduje się więcej niż 50 stanowisk postojowych.

Skład spalin samochodwych

W skład spalin pochodzących z silników samochodowych wchodzi kilkaset związków i substancji chemicznych. Objętościowo największy w nich udział mają: azot (N2), tlen (O2), tlenek węgla (CO), tlenek i dwutlenek azotu (NOx), aldehydy, ołów (Pb), związki poliaromatyczne (benzo[a]piren) itp.

Zdecydowanie negatywny wpływ na zdrowie ludzkie mają takie produkty spalania paliw, jak: tlenek węgla, tlenek i dwutlenek azotu, ołów oraz benzo[a]piren. Związki te wystepują zarówno w składzie spalin pochodzących z silników o zapłonie iskrowym (benzynowych), jak i samoczynnym (Diesla).W przypadku silników o zapłonie iskrowym jako związek decydujący o wymiarowaniu urządzeń wentylacyjnych przyjmuje się tlenek węgla (CO). Silniki o zapłonie samoczynnym natomiast generują spaliny, dla których jako miarodajny do obliczeń układu wentylacji przyjmuje się toksyczny dwutlenek azotu (NO2). Skład spalin jest z reguły taki, że zapewnieni stężenia CO i (NO2) poniżej określonych granic powoduje, że stężenia pozostałych substancji szkodliwych dla zdrowia będzie również na dopuszczalnym poziomie.
Za szczególnie niebezpieczny związek chemiczny będący produktem spalania paliwa uznaje się tlenek węgla CO, popularnie zwany czadem. W opracowanej pod redakcją prof. dr. hab. Witolda Sieńczuka (PZWL 1990) pracy zbiorowej „Toksykologia” znajduje się opis niebezpieczeństw niesionych przez ten związek:

Stałe narażanie na małe nawet stężenia dwutlenku węgla powoduje kumulację mikrouszkodzeń prowadzących do powstawania trwałych zmian. Powtarzające się niedotlenienia powodują narastające uszkodzenia tkanki mózgowej, utratę czucia w palcach, osłabienie pamięci oraz upośledzenie psychiczne. U osób stale narażonych na małe stężenia tlenku węgla w powietrzu po pewnym czasie występują bóle i zwroty głowy, uczucie zmęczenia, utrata łaknienia, nudności, senność w ciągu dnia i bezsenność w nocy.

Tlenek węgla jest gazem bezbarwnym i bezwonnym, powstającym przy niedoborze tlenu w procesie spalania. Czad przedostaje się do płuc wraz z wdychanym powietrzem, w pęcherzykach płucnych łączy się z hemoglobiną ponad 200 razy szybciej niż tlen tworząc trwały związek chemiczny – karboksyhemoglobinę, skutecznie uniemożliwiający transport tlenu przez krwiobieg. Powoduje to niedotlenienie mózgu, utratę przytomności i, nierzadko, śmierć. Czad jest gazem trwałym, nieco lżejszym od powietrza, dlatego niebezpieczna jest jego zdolność do migracji wszelkimi kanałami, szybami wentylacyjnymi, szachtami instalacyjnymi i klatkami schodowymi do pomieszczeń, w których przebywają ludzie. Zredukowaniu toksycznego wpływu spalin na osoby przebywające zarówno bezpośrednio w garażu, jak i w pomieszczeniach sąsiadujących, lecz znajdujących się w tym samym budynku, ma służyć prawidłowo zaprojektowany i wykonany system wentylacji mechanicznej.

Założenia projektowe

W normalnym cyklu pracy samochodu w garażu wielostanowiskowym występują następujące etapy: jazda z małą prędkością (do 10 km/h), umiarkowane ruszanie, hamowanie silnikiem oraz praca silnika na biegu jałowym. W przypadku silnika z zapłonem iskrowym o pojemności skokowej od 1000 do 2200 m³ przeciętnie wydziela się ok. 0,55 m³/h CO na pojazd przy rozruchu ze stanu zimnego. Praca silnika na biegu jałowym trwa do 45 s. Emisja CO w czasie jazdy z małą prędkością i z postojami wzrasta do ok. 0,60 m³/h na pojazd. Czas jazdy samochodu w garażu, a co się z tym wiąże – czas emisji spalin w trakcie poruszani się samochodu w garażu zależy od drogi, jaką pojazd musi pokonać pomiędzy miejscem parkowania a bramą wyjazdową.

Na etapie projektowania dokonuje się określenia, w formie założeń, warunków pracy samochodu w garażu przyjmując jako miarodajną emisję spalin możliwą do zaistnienia w okresie obliczeniowym (np. 1 h lub 15 min). Należy zwrócić uwagę, ze powietrze „świeże” w obszarach wielkomiejskich nie jest wolne od zanieczyszczeń gazowych. Do obliczeń można przyjąć, że poziom zanieczyszczenia powietrza zewnętrznego tlenkiem węgla wynosi 5 ppm. Powietrze zewnętrzne można dostarczać do garażu przez otwory czerpne w ścianach zewnętrznych, bez jego wstępnego uzdatniania jakościowego (nie dotyczy to garaży ogrzewanych).
Gęstość tlenku węgla jest niewiele mniejsza od gęstości powietrza i powoduje, ze spaliny w garażu równomiernie wypełniają jego przestrzeń. Z tego powodu zaleca się rozmieszczać otwory wyciągowe częściowo pod stropem, częściowo zaś na niewielkiej wysokości nad posadzką garażu.

Układ automatycznego sterowania

Oczywiste jest, że ze względów energetycznych stała praca układu wentylacyjnego z maksymalną wydajnością, zwłaszcza w okresie zimowym, jest nieuzasadniona i bardzo kosztowna. Połączenie sterowania układem wentylacyjnym z otwieraniem bramy czy włączaniem światła w garażu również wydaje się nieuzasadnione, gdyż nie zawsze zapewnia ono skuteczne usuniecie spalin. Opierając się na doświadczeniach niemieckich oraz krajowych proponuję przyjęcie następującego algorytmu pracy układu wentylacji w garażu:

• stężenie dwutlenku węgla w pomieszczeniu poniżej NDS (30 mg/m³) – praca wentylacji mechanicznej zapewniająca półkrotną wymianę powietrza w pomieszczeniu;
• przekroczenie progu NDS – intensyfikacja wentylacji zgodnie z przeprowadzonymi obliczeniami.

Taki algorytm sterowania pozwala realizować system detekcji tlenku węgla WG-2.L produkcji P.I.W. Gazex. Detektor należy umieścić w pomieszczeniu w sposób gwarantujący mu optymalne warunki pracy i możliwość odczytu mierzonych parametrów. Można przyjąć, że detektor tlenku węgla należy lokalizować w następujących miejscach:

• na ścianie, podporze, filarze, wysięgniku na wysokości nie niżej niż 180 cm od posadzki;
• z dala od otworów nawiewnych;
• w pobliżu otworów wyciągowych;
• w miejscu nie zagrożonym bezpośrenim wpływem powietrza zewnętrznego, pary wodnej, wody, pyłów, spalin samochodowych itp.

Przykład projektowy

W celu dokładniejszego zaprezentowania sposobu rozwiązywania zagadnienia wentylacji garaży poniżej przedstawiam przykładowe rozwiązanie wentylacji garażu wielostanowiskowego, zlokalizowanego w piwnicy budynku wielorodzinnego.

Opis ogólny przyjętego rozwiązania

W garażu zlokalizowanym w piwnicy budynku i przeznaczonym do parkowania 39 samochodów osobowych użytkowanych przez mieszkańców projektuje się mechaniczną wentylacje wyciągową. Nawiew powietrza zewnętrznego będzie się odbywać podciśnieniowo przez otwory wentylacyjne w ścianie przy bramie garażowej. Wywiew powietrza będzie następował za pomocą zespołu wentylatorowego ZW-1, sieci kanałów prostokątnych z blachy stalowej ocynkowanej oraz kratek wywiewnych.
Powietrze zanieczyszczone będzie usuwane kanałem z blachy stalowej ocynkowanej, prowadzonym na zewnątrz budynku przy ścianie wschodniej do wentylatora dachowego. Urządzenie wentylacyjne będzie pracowało ze stałą wydajnością zapewniającą około 1-krotną wymianę powietrza w pomieszczeniu garażowym. Przekroczenie stężenia 30 mg/m³ (26 ppm) CO spowoduje automatyczne zwiększenie intensywności wentylacji garażu.

Określenie ilości powietrza wentylacyjnego

Założenia:

• garaż jest przeznaczony dla 39 samochodów osobowych z silnikami benzynowymi do prywatnego użytku mieszkańców;
• średni czas pracy silnika na postoju wynosi 30 s;
• średnia prędkość poruszania się samochodu w garażu wynosi 5 km/h;
• średnia droga pojazdu w garażu wynosi 35 m;
• najwyższe stężenie COmax w garażu nie może przekroczyć poziomu NDSch = 180 mg/m³ (156 ppm);
• poziom stężenia COA w powietrzu zewnętrznym wynosi 5 ppm;
• największa emisja spalin wystąpi w sytuacji, gdy w ciągu jednej godziny wszystkie samochody wjadą lub wyjadą z pomieszczenia (stopień obciążenia fA = 1,0);
• emisja CO na biegu jałowym wynosi 0,55 m³/h na pojazd;
• emisja CO w czasie jazdy z postojami wynosi 0,60 m³/h na pojazd.

Emisja CO przez jeden pojazd:

QCO = (0,55 x 30/3600 + 0,60 x 35/3600) x 1,0 = 0,00878 m³/h CO

Ilość powietrza zewnętrznego na pojazd:

VA = qCO/(COmax - COA) = 1 000 000 x 0,00878/(52-5) = 187 m³/h

Ogólna ilość powietrza wentylacyjnego:

39 x 187 = 7293 m³/h

Do dalszych obliczeń przyjęto:

Vw = 7300 m³/h

Dobór urządzenia wentylacyjnego

Jako urządzenie wyciągowe przewiduje się w projekcie wentylator dachowy TFDQ 630-6 produkcji SYSTEMAIR, który jest wyposażony w 5-biegowy silnik elektryczny. Zakłada się prace ciągłą wentylatora na 3. biegu z wydajnością około 2500 m³/h (spręż ok. 30 Pa) i przy poziomie hałasu poniżej 60 dB(A). Poza tym przewiduje się pracę okresową na 4. biegu oraz prace awaryjną na 5. biegu z wydajnością ok. 7300 m³ (spręż ok. 85 Pa).

Układ sterowania

Wentylator ma być sterowany ręcznie przy rozruchu i regulacji oraz w sytuacjach awaryjnych, jak np. konieczność usunięcia zanieczyszczeń innych niż CO. W pracy podstawowej jest przewidziane działanie w trybie automatycznej regulacji. W trybie pracy automatycznej wentylator będzie pracował w sposób ciągły na 3. biegu. W sytuacji, gdy zostani przekroczony próg 30 mg/m³ (NDS CO) w silniku wentylatora automatycznie włącza się 4. bieg. W sytuacjach skrajnych (nadmierny wzrost stężenia CO powyżej NDSch) zostanie włączony 5. bieg napędu wentylatora. W celu ograniczenia możliwości powstawania stref niewentylowanych (tzw. Stref martwych) w projekcie przewiduje się wyposażenie układu sterowania w 7 detektorów stężenia CO np. typu WG-2.LG, połączonych i włączonych w układ sterowania zgodnie z instrukcją montażu.

Piotr KORCZAK
PZITS Oddział Gdańsk
Redakcja www.wentylacja.com.pl serdecznie dziękuję Autorowi za przekazany artykuł

Więcej informacji o wentylacji garażu oraz wentylacji garażów podziemnych znajdziesz w osobnych artykułach