YORK−NOVENCO - system kontroli dymu na parkingach zamkniętych

Na całym święcie zaznacza się wyraźna tendencja do budowania konstrukcji podziemnych. Jedną z najlepiej znanych budowli tego typu są parkingi podziemne.

Parkingi
podziemne buduje się w miejscach
gromadzenia się ludzi, na przykład
w centrach handlowych, teatrach
i budynkach biurowych.r
Największym problemem na całkowicie zamkniętych parkingach
podziemnych jest bezpieczeństwo
pożarowe, a w szczególności ewakuacja
ludzi i dostęp straży pożarnej
do miejsca pożaru. Jak powszechnie
wiadomo, największe zagrożenie stanowi dym. Podczas pożaru na parkingu podziemnym dym
nie może uchodzić na zewnątrz poprzez
otwory w dachu. Ponadto, wysokość
pomieszczenia jest ograniczona
do 2,5–2,7 metra, czyli praktycznie
nie występuje warstwa dymu
pod stropem. Po kilku minutach
parking wypełni się dymem na całej
wysokości kondygnacji.
Oznacza to, że pojawia się potrzeba
znalezienia nowego sposobu
kontroli przemieszczania się dymu
dla umożliwienia ucieczki i walki
z pożarem. Dym unosi się do
góry, podczas gdy strażacy muszą
się dostać na dół, przez co napotykają dym zbyt wcześnie, co utrudnia
lokalizację pożaru i akcję gaśniczą.
Technika wzdłużnej wentylacji tuneli
Istniejące metody wentylacji nie rozwiązują tego problemu.
York-Novenco ma wieloletnie doświadczenie
w wentylacji tuneli i wykorzystuje
to doświadczenie przy wentylacji
parkingów podziemnych.
Wentylacja wzdłużna to system,
w którym powietrze jest dostarczane
i usuwane w kierunku zgodnym z osią
wzdłużną tunelu. Kanały powietrzne,
niezbędne w systemach
półpoprzecznych
i pełnych poprzecznych,
nie są
potrzebne przy wentylacji
wzdłużnej.
W przypadku instalacji
wzdłużnej, wytworzona
przez
czynniki zewnętrzne
wzdłużna struga
powietrza daje
się łatwo kontrolować.
W systemie
wentylacji wzdłużnej, dopuszczalne
prędkości powietrza
nie są określone
przez ograniczenia
związane
z kanałami.
Strugę wzdłużną można w zasadzie
wytworzyć
przy pomocy wentylatorów
strumieniowych.
Wentylatory
te instaluje
się w obrębie przekroju
tunelu, tuż
poza granicą przestrzeni
użytkowej
(patrz rys. 4). Ich
działanie opiera
się na zasadzie
wtrysku. Wentylatory
przemieszczają z dużą prędkością część powietrza
w tunelu, dzięki
czemu powstaje
siła napędzająca
pozostałe powietrze
na skutek różnicy prędkości powietrza
w tunelu
i powietrza z wentylatora.
Ta siła
napędowa musi
pokonać wszelkie
rodzaje oporu, takie
jak wiatr u wlotu lub wylotu tunelu, straty wlotowe
i wylotowe, opór przepływu przez tunel,
opór ze strony pojazdów i efekty termiczne
w przypadku pożaru.

Rys. 2. Profil prędkości powietrza. Wentylatory z 2 prędkościami i wentylatory jednokierunkowe lub rewersyjne

Rys. 3. Profil strugi powietrza w zależności od lokalizacji wentylatorów

Rys. 4. Wentylacja wzdłużna przy użyciu wentylatorów strumieniowych
Rozwój techniki wentylacji parkingów
Firma York-Novenco rozwinęła metodę
wentylacji wzdłużnej tunelowej do
zastosowania na całkowicie zamkniętych
parkingach podziemnych.
Zaczęło się od
badania modelu
parkingu w kształcie tunelu, o szerokości
60 metrów,
długości 300 metrów,
wysokości
2,5 metra, dwóch
wejściach i wyjściach
z obu stron.
Nie było żadnych
szybów wyciągowych
ani zasilających. Powietrze
było przemieszczane
z jednego
końca na drugi
przy pomocy małych wentylatorów
strumieniowych umieszczonych pod
sufitem. Instalacja działała, ale wymagała udoskonalenia.
Następnym krokiem było badanie
kwadratowego parkingu podziemnego
z dwiema kondygnacjami. Dowiedziono,
że zastosowanie szybu wyciągowego
było absolutnie konieczne.
Układ działał bardzo dobrze przy zastosowaniu
szybu wyciągowego w połączeniu z niewielkimi wentylatorami
pod sufitem.
Przez dobre działanie rozumiemy
możliwość kontrolowania rozprzestrzeniania
się dymu w obrębie ograniczonej
przestrzeni pomiędzy miejscem
pożaru a szybem wyciągowym.
Najważniejszym osiągnięciem było to,
że ponieważ dym występował jedynie
po stronie zawietrznej pożaru, straż
pożarna mogła dostać się do miejsca
pożaru od strony nawietrznej.
Badania dymu przeprowadzane były
w ograniczonej temperaturze.
Eksperymenty dały York-Novenco
i straży pożarnej wyraźne odczucie,
że system może być bardzo użyteczny
przy kontroli dymu w przypadku
pożaru w całkowicie zamkniętych
parkingach. Z tej przyczyny przeprowadzono
zakrojone na szeroką
skalę testy pożarowe na terenie starego
parkingu (Fleerde) w Amsterdamie.
Test został przeprowadzony
przez TNO – niezależną instytucję
naukową zajmującą się badaniami
pożarowymi z ramienia rządu holenderskiego.

Rys. 5. Schemat parkingu Fleerd w Amsterdamie
Badania przeprowadzone przez TNO w Fleerde, Amsterdam

Przedmiotem badań była Skuteczność
wentylacji ciągu na zamkniętych
parkingach.
We współpracy z firmą York-Novenco
oraz Dyrekcją Generalna Robót
Publicznych i Gospodarki Wodnej, Ośrodek
Bezpieczeństwa Przeciwpożarowego
TNO i odział TNO BBI przeprowadziły badania skuteczności wentylatorów
strumieniowych w połączeniu
z wentylatorami wyciągowymi i otworami
wlotowymi na parkingach.
Badania polegały na przeprowadzeniu
18 kompleksowych testów pożarowych,
pomiarów poszczególnych
wentylatorów (odstęp, sufit wypoziomowany,
sufit z belkami poprzecznymi)
i symulacji badań przy użyciu prostych
i skomplikowanych modeli obliczeniowych.
Celem badań było:
• Określenie skuteczności wentylatorów
strumieniowych w kontroli rozprzestrzeniania
się dymu i ciepła
w przypadku pożaru na parkingu;
• Zbadanie możliwości sprawdzenia
projektu układu wentylacji przy zastosowaniu
prostych i skomplikowanych
modeli obliczeniowych przy założeniu pożaru projektowego;
• Porównanie skuteczności systemów
wentylacji strumieniowej i wentylacji
bocznej w przypadku pożaru.
Badania pożarowe wykonano na
parkingu Fleerde w Amsterdamie.
Podczas badania 25% powierzchni
parkingu było zajęte przez zaparkowane
samochody. Do celów badania
zwykle podpalano jeden samochód
(i nie dopuszczano do rozprzestrzenienia
się ognia na inne samochody),
zaś w jednym teście badano rozprzestrzenianie
się ognia na dwa sąsiednie
pojazdy.
Podczas badań z wykorzystaniem
ponad 200 punktów pomiarowych,
w różnych miejscach parkingu dokonywano
pomiarów takich wielkości jak:
temperatura powietrza, wydzielenie
ciepła, promieniowanie, gęstość dymu
i prędkość powietrza, strata masy płonącego samochodu.
W wyniku badania uzyskano następujące wyniki:
• „Pożar projektowy” – schematyczne
przedstawienie pożaru samochodu
pod kątem RHS, czasu trwania pożaru i wytwarzania dymu w celu projektowania
i monitorowania układów
wentylacji z wykorzystaniem modeli
obliczeniowych;
• Ogólny opis opcji i ograniczeń wentylacji
z wykorzystaniem wentylatorów
strumieniowych na parkingach
podziemnych;
• Ocenę stosowalności prostych modeli
projektowych;
• Ocenę opcji stosowania modeli polowych
(Obliczeniowej Dynamiki Płynów)
do symulacji sytuacji w przypadku
pożaru oraz opis wymaganej
metody.
Wnioski z badań pożarowych
Wentylacja strumieniowa
Z wyników badań można wyciągnąć
następujące wnioski:
• Układ wentylacji z wentylatorami
strumieniowymi zakłóca stratyfikację
termiczną i w ten sposób zmniejsza
ryzyko rozprzestrzeniania się pożaru
na skutek wysokiej temperatury. Wysokich
temperatur należy oczekiwać
jedynie lokalnie, w bezpośrednim sąsiedztwie pożaru;
• Po włączeniu wentylatorów strumieniowych,
po stronie zawietrznej pożaru następowało szybkie mieszanie
i rozprzestrzenianie się dymu. Widzialność
po stronie zawietrznej była w krótkim
czasie mocno ograniczona, co
w praktyce uniemożliwiało ucieczkę;
• Zaleca się włączenie wentylatorów
wyciągowych bezzwłocznie po wykryciu
pożaru. Oznacza to niezakłócanie stratyfikacji, podczas gdy
część dymu jest już usuwana. Zalecamy
włączenie wentylacji strumieniowej
dopiero po stworzeniu
możliwości ewakuacji ludzi ze strefy
zagrożenia;
• Po włączeniu wentylatorów ciągu
dym rozprzestrzenia się szybko aż do
pierwszej sekcji wentylatorów strumieniowych
po stronie nawietrznej;
• Wentylatory strumieniowe zmieniają rozkład
prędkości w obrębie parkingu i mają
jedynie ograniczony wpływ na „średni”
przepływ przez parking. Przepływ średni jest w znacznym stopniu
określony przez działanie wentylatorów
wyciągowych w połączeniu z napływem powietrza;
• Wentylatory strumieniowe, poprzez
indukcję i mieszanie, zapewniają
znaczy spadek temperatury pod
stropem parkingu. Ta temperatura
stanowi istotny czynnik sprzyjający
powrotnemu przepływowi dymu
i ma kluczowe znaczenie dla prędkości
„średniej” wymaganej w obrębie
parkingu do ograniczenia przepływu powrotnego. W wielu przypadkach,
zastosowanie wentylatorów
strumieniowych ogranicza wymaganą wydajność wyciągu;
• Dla uzyskania prawidłowego działania
układu wentylacji należy dopasować
wydajności wentylacji wyciągowej
i wentylatorów strumieniowych;
• Odpowiednio zaprojektowany układ
wentylacji (ciąg i wyciąg) może, do
pewnego stopnia, ograniczyć rozprzestrzenianie
się dymu w kierunku
przeciwnym do kierunku wentylacji,
do momentu osiągnięcia określonego
poziomu wydzielania ciepła
(RHR). Wydajność układu musi być
sprzężona z rozmiarem żądanegopożaru, tak aby przy takim rozmiarze
pożaru mógł występować możliwy
do przyjęcia przepływ wsteczny;
• Jeoeli rozmiar pożaru się zwiększy,
zwiększy się również przepływ
wsteczny. Nie oznacza to jednak, że
układ wentylacji nie będzie już dłużej
użyteczny. Z uwagi na mieszanie
i usuwanie dymu, temperatura i gęstość
dymu pozostaną ograniczone.
Oznacza to, że po stronie zawietrznej
rozprzestrzenianie się ognia poprzez
gorące gazy i promieniowanie będzie
opóźnione, zaś po stronie nawietrznej,
przed podjęciem działań przez
straż pożarną, układ będzie przez
długi czas użytecznie wykorzystany;
• Przepływy powietrza na parkingu
w przypadku pożaru odbiegają znacznie
od przepływów w warunkach normalnych.
Test dymowy „na zimno” nie
wystarcza do oceny, czy układ zapobiegnie
przepływom wstecznym
w przypadku pożaru samochodu;
• Z praktycznego punktu widzenia,
przy projektowaniu układów wentylacji
na parkingach potrzebne są dane
pożaru samochodu, które powinny
być uwzględnione w fazie projektu.
Na podstawie wyników badañ formułuje się definicję „pożaru projektowego”,
określającego RHR i wytwarzanie
dymu w funkcji czasu.
Wentylacja boczna
Wydajność bocznego kanałowego
układu wentylacji na parkingach zamkniętych
jest w standardowej sytuacji
związana z ograniczaniem stężenia
CO w obrębie parkingu.
Testy pożarowe tego systemu
wykazały, że
w przypadku pożaru
układ kanałowej wentylacji
bocznej nie ma znaczącego wpływu. Nawet
podwojenie wydajności
układu podczas testów
z 32 000 m3/h do 64 000
m3/h (wcześniejsze przepisy
holenderskie) nie
miało istotnego wpływu
na ograniczenie temperatury
lub rozprzestrzeniania
się dymu.
W ciągu 15 minut od
wystąpienia pożaru parking
wypełnił się dymem,
a widzialność osiągnęła
zero (w większych przestrzeniach
parkingu widzialność
była mniejsza niż 2 m). Z odległości 30 m pożaru nie można było
wykryć.
Włączenie w tym momencie wentylacji
strumieniowej w ciągu kilku minut
znacznie poprawiło widzialność po
stronie nawietrznej pożaru. Pożar stał
się znowu widoczny, co znacznie ułatwiało praktyczną akcję gaśniczą.
Wnioski końcowe
Z badań można wyciągnąć następujące wnioski:
• Dowiedziono, że na podstawie
wszechstronnych testów pożarowych
można określić „pożar projektowy”,
jak opisano w niniejszym raporcie.
Podobny schemat pożaru samochodu
(określający RHR, czas
trwania i wytwarzanie dymu) nie był
dotychczas dostępny i jest wymagany
do zaprojektowania i kontroli układów
wentylacji przy użyciu modeli
obliczeniowych;
• Stosując odpowiednio zaprojektowany
układ wentylacji (wentylatory strumieniowe
+ wyciąg) można w wielu
przypadkach i w pewnym stopniu
ograniczyć rozprzestrzenianie się dymu
w stronę przeciwną do kierunku
wentylacji, aż do osiągnięcia odpowiedniego
RHR. Wydajność układu musi
być sprzężona z rozmiarem żądanego
pożaru, tak aby przy takim rozmiarze pożaru mógł występować możliwy do
przyjęcia przepływ wsteczny. Jeśli rozmiar
pożaru się zwiększy, zwiększy
się również przepływ wsteczny. Nie
oznacza to jednak, że układ wentylacji
nie będzie już dłużej użyteczny.
Z uwagi na mieszanie i usuwanie dymu,
temperatura i gęstość dymu pozostaną ograniczone. Oznacza to, że
po stronie zawietrznej rozprzestrzenianie
się ognia poprzez gorące gazy
i promieniowanie będzie opóźnione,
zaś po stronie nawietrznej, podczas
działań straży pożarnej, układ będzie
przez długi czas efektywnie pracował;
• Przepływy powietrza na parkingu
w przypadku pożaru odbiegają znacznie
od przepływów w warunkach normalnych.
Test dymowy „na zimno” nie
wystarcza do oceny, czy uklad zapobiegnie
przepływom wstecznym
w przypadku pożaru samochodu;
• Przyjmowane w przeszłości narzędzia
projektowe wentylacji strumieniowej
opierały się na modelach
obliczeniowych systemu wentylacji
tuneli. Niniejszy projekt pokazał, że
modeli tych nie można stosować do
projektowania układów wentylacji
strumieniowej na zamkniętych parkingach
chyba, że wprowadzi się
istotne zmiany. Badanie uzasadnia
jednak dostatecznie konieczność
wprowadzenia zmian;
• Pokazano, że metoda CFD może symulować
główne cechy przepływów,
temperatur i rozprzestrzeniania się
dymu na parkingu przy zastosowaniu
układu wentylacji strumieniowej
w przypadku pożaru samochodu.
Umożliwia to wstępną ocenę skuteczności
takiego systemu. Dzięki
temu nie trzeba
już przeprowadzać
kosztownych
testów pożarowych dla
każdego pojedynczego
projektu;
• Dla symulacji
CFD zasadnicze
znaczenie ma
modelowanie
przepływu lokalnego
blisko wylotów
wentylatorów
strumieniowych.
Modelowanie to
musi uwzględniać
specyficzny
typ wentylatora i jego lokalizacje
w obrębie parkingu względem sufitu,
ścian i przeszkód. Udowodniono, że
jest możliwe przeprowadzenie takiego
modelowania na podstawie zmierzonego
rozkładu prędkości w stanie zimnym;
• Pokazano, na podstawie znanych
danych i wzorów, że konwencjonalny
system wentylacji kanałowej bocznej
zamkniętego parkingu nie działa;
• Zaleca się włączenie wentylacji wyciągowej natychmiast po wykryciu
pożaru. Nie zakłóca to istniejącej
stratyfikacji, zaś część dymu zostaje
usunięta. Zaleca się niewłączanie
wentylacji strumieniowej przed opuszczeniem
miejsca pożaru przez
znajdujących się w jego strefie ludzi;
• Zaleca się zainstalowanie układu natychmiastowego
wykrywania pożaru,
w celu sterowania systemu, wraz
z alarmem i systemem ewakuacji.
W praktyce preferowana
jest – również z punktu widzenia
ochrony
przeciwpożarowej
– detekcja temperatury,
a nie detekcja
dymu, z uwagi
na liczbę fałszywych
alarmów
i konieczną konserwację.

Rys. 8. Bezpieczeństwo pożarowe przy zastosowaniu wentylatorów strumieniowych
System wentylacji
parkingów
York-Novenco do
kontroli dymu

Wszystkie wymienione
badania pozwoliły York-Novenco
zaprojektować i udoskonalić system
wentylacyjny do kontroli dymu na
wypadek pożaru na całkowicie zamkniętym
parkingu podziemnym.
Kontrola dymu to koncepcja całkowicie
odmienna od usuwania dymu,
które było często stosowane we wcześniejszych
systemach wentylacji. Nasuwa
się pytanie jaki rodzaj wentylacji
zastosować w przypadku pożaru?
Problem ten ma szereg aspektów.
Zasady podane są w normach CEN
oraz w przepisach wydanych przez
władze lokalne. Także Straż Pożarna
ma w tej kwestii określone zalecenia.
Rysunek 8 pokazuje przykładowy
parking zamknięty z mechanicznym
nadmuchem i wyciągiem powietrza, na
którym dystrybucja i przemieszczanie
się powietrza w obrębie całej kondygnacji
odbywają się za sprawą wentylatorów
strumieniowych.
W przypadku pożaru istnieją teoretycznie
dwie możliwości:
a) wyłączyć wentylatory strumieniowe
i włączyć wentylatory wyciągowe.
Wentylatory nadmuchowe muszą
dostarczać powietrze. Teoretycznie
pojawia się stan równowagi ilości
wytwarzanego dymu i objętości
usuwanej, co daje teoretyczną
warstwę dymu. Na parkingu
o przeciętnej wysokości 2.5 metra
nie powstanie warstwa dymu
lecz cała wysokość/przekrój parkingu
będzie wypełniony dymem.
Tak działa konwencjonalny układ
wentylacji bocznej. Popatrzmy raz
jeszcze na wnioski TNO;
b) Poprzez włączenie wentylatorów
strumieniowych można kontrolować
przemieszczanie się dymu.
W sytuacji, gdy usuwana jest dostateczna
jego ilość i dostarczana
dostateczna ilość powietrza, dym
można kontrolować w obrębie
określonej przestrzeni (strefy dymu).
Takie warunki umożliwiają
kontrolę dymu w poziomie, a nie
w pionie, jak ma to zwykle miejsce
w wysokich budynkach.
Podczas testów przeprowadzonych
na parkingu z użyciem zimnego dymu
okazało się, że należy dokładnie rozważyć liczbę wentylatorów strumieniowych,
które mają być włączone w przypadku
pożaru. W celu zastosowania
wentylatorów strumieniowych w takim
układzie konieczna jest precyzyjna
analiza możliwych scenariuszy pożaru
i planów ewakuacji. Dlatego bardzo
ważne są następujące kwestie:
1) Jakie są możliwe drogi ucieczki?
2) Jak będzie rozprzestrzeniał się dym
i jaka będzie jego temperatura?
3) Jaki jest czas oczekiwania na przybycie
straży pożarnej?
4) Jak straż pożarna przystępuje do
gaszenia pożaru w danym budynku?
5) Gdzie znajdują się
punkty wydmuchu dymu?
6) Jak znaczne rozprzestrzenienie
się dymu
jest dopuszczalne
i w jakim okresie czasu?
Powyższe kwestie jasno
pokazują, że konieczna
jest ścisła
współpraca ze strażą
pożarną. W tym celu firma
York-Novenco opracowała sposób obliczania
czasu i sposobu
kontroli dymu na parkingu.
• Parking zostanie
podzielony na kilka
stref detekcji.
• York-Novenco stworzy i dostarczy
MCC z programem PLC umożliwiającym uzyskanie przebiegu kontroli
dymu w każdej strefie detekcji. Poszczególne
wentylatory będą włączane, wyłączane, ustawiane na
wysokie / niskie obroty, albo przełączane na pracę w przeciwnym kierunku.
• Wszystko zależy od strategii kontroli
dymu pod kątem ewakuacji i akcji
gaśniczej.
• Należy wziąć pod uwagę wszystkie
wnioski i zalecenia zamieszczone
w raporcie TNO.

Rys. 9. Wizualizacja usuwania dymu z przestrzeni garażu

Rys. 10. Plan garażu dla którego przeprowadzono symulacjê pożaru
z umiejscowieniem wentylatorów i wielkościami charakterystycznymi


Wniosek
System wentylacji parkingów York-
Novenco jest znaczącym osiągnięciem
z uwagi na możliwość kontroli dymu powstającego przy pożarze samochodu na
zamkniętym parkingu podziemnym.
System umożliwia uwzględnienie
ewakuacji i akcji gaśniczej. Dzięki
brakowi ścian
i drzwi ognioodpornych
możliwości
są ogromne.
Na parkingu
nie występują bowiem
przeszkody
fizyczne.
Wszystkie badania
przeprowadzono
bez użycia
zraszaczy. Efekt
chłodzenia wynikający z użycia
zraszaczy zwiększa
jeszcze bardziej
wydajność
systemu, choć zraszacze nie są absolutnie
konieczne.

Rys. 9. Wizualizacja usuwania dymu z przestrzeni garażu


Rys. 11. Porównanie procesu zadymienia przy tradycyjnym systemie i przy pomocy wentylatorów strumieniowych – rysunek górny
przedstawia zadymienie w płaszczyźnie 1,60 m od poziomu podłogi a dolny w płaszczyźnie 2,50 m: a) 2 minuta od rozpoczęcia pożaru;
b) 5 minuta pożaru; c) 10 minuta; d) 15 minuta

Na koniec jeszcze jeden przykład
przewagi i skuteczności systemu oddymiania
York-Novenco z zastosowaniem
wentylatorów strumieniowych.
Rysunek 10 przedstawia garaż jednopoziomowy,
dla którego przeprowadzono
symulację pożaru samochodów
osobowych, a na kolejnym rysunku
przedstawiono porównanie procesu
zadymienia obszaru garażu w przypadku
oddymiania przez tradycyjny system
kanałowy (1) oraz przez 7 sztuk wentylatorów
strumieniowych (2).
Biorąc pod uwagę, że przedstawiona
symulacja procesu zadymienia
i oddymiania garażu wyposażonego
w systemem kanałowym przebiega
przy emisji ciepła i dymu tylko z 1 płonącego samochodu, a druga symulacja
procesu przebiega przy pożarze 3
samochodów, zauważamy jak system
York-Novenco jest skuteczny, bezpieczny
dla osób, które znalazły się
w strefie, bezpieczny dla służb ratowniczych,
które szybko zidentyfikują
źródło pożaru i skutecznie przystąpią
do ratowania ludzi i gaszenie płonących pojazdów.
Podsumowując system wentylacji
i oddymiania garaży z zastosowaniem
wentylatorów strumieniowych w garażach zamkniętych, ma kolosalne znaczenie
dla bezpieczeństwa obiektu
i służb ratowniczych, niezaprzeczalną
skuteczność oraz nieporównywalne
zalety i korzyści dla użytkownika
obiektu, projektanta budynku i instalacji
wentylacji.
mgt inż. Marek MAGDZIARZ
York International Chłodnictwo i Klimatyzacja Sp. z o.o.