69-74 mizilinski.indd

PRZEGLĄD BUDOWLANY

7-8/2007

BEZPIECZEŃSTWO POŻAROWE

1. Wprowadzenie

Koncepcja nowego systemu oddy-

miania budynku wielokondygna-

cyjnego opiera się na założeniu,

że każda kondygnacja wyposażo-

na będzie w samodzielny system

oddymiania. Działania zmierzają-

ce do przewidywanego zmniej-

szenia skutków pożarów powinny

się zacząć już od fazy projekto-

wania budynku. Projektant okre-

śla przewidywane rozpływy dymu

w budynku, traktowanym jako

obiekt hydraulicznych połączeń,

przez klatki schodowe, szyby wind,

korytarze, szachty instalacyjne

i przewody wentylacyjne. Przy róż-

nych lokalizacjach źródła pożaru

i jego intensywności ustali się układ

ciśnienia, który zadecyduje o kie-

runkach przepływu dymu w budyn-

ku. Istotne znaczenie w doborze

prawidłowego rozwiązania projek-

towego ma ocena przewidywanej

mocy pożaru i jego lokalizacji.

Moc pożaru charakteryzuje stru-

mień ciepła wydzielanego w strefie

spalania w ciągu jednostki czasu.

Parametr ten jest wprost propor-

cjonalny do ilości materiału, który

ulega spalaniu. Dlatego jego war-

tość nie jest charakterystyczna

dla danego materiału palnego.

W związku z tym wprowadzono,

analogicznie jak to miało miejsce

w przypadku masowej szybkości

spalania, parametr zwany gęsto-

ścią mocy pożaru Q

. Gęstość

mocy pożaru określa strumień cie-

pła wydzielanego w ciągu sekundy

z jednostki powierzchni pożaru.

Istnieje ścisły związek pomiędzy

mocą pożaru a gęstością mocy

pożaru i właściwą masową szybko-

ścią spalania.

, a

gdzie:
β

– współczynnik niecałkowitego

spalania, charakteryzujący stopień

spalania się materiału palnego.

Na ogół przyjmuje się, że β ~

0,7–0,9,

– ciepło spalania w J/kg,

´ – właściwa masowa szybkość

spalania kg/m

– powierzchnia pożaru w m

Kondygnacyjny system oddymiania budynków

Prof. dr hab. Bogdan Mizieliński, Politechnika Warszawska,

prof. dr hab. Jerzy Wolanin, Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Warszawa,

dr inż. Jacek Hendiger, Politechnika Warszawska

Moc pożaru stanowi jeden z naj-

ważniejszych parametrów pożaru.

Jego kluczowa rola polega na tym,

że wartość tego parametru jest

pierwotna w stosunku do innych

parametrów pożaru. Moc poża-

ru jest parametrem wpływają-

cym na wszystkie procesy towa-

rzyszące pożarowi. W pożarach

wewnętrznych duże znaczenie

ma wymiana gazowa, szczególnie

w drugiej i trzeciej fazie pożaru.

W pierwszej i drugiej fazie poża-

ru moc pożaru wzrasta. Wzrost

ten odbywa się w sposób cią-

gły, dynamizując wszystkie pro-

cesy pożarowe. Ale już przejście

od drugiej fazy do trzeciej może

się odbywać na dwa różne sposo-

by. Pierwszy z nich charakteryzuje

się tym, że maksymalna wartość

mocy pożaru osiągnięta w dru-

giej fazie równa się (z pewnymi

wahaniami) wartości mocy pożaru

charakteryzującej cały okres trwa-

nia fazy trzeciej. Jest to łagodne

przejście od fazy drugiej do trze-

ciej. Przejście to może mieć także

charakter skokowy i nastąpi wtedy,

gdy cały materiał palny ulega jed-

noczesnemu zapaleniu. Zjawisko

skokowego przejścia od drugiej

do trzeciej fazy nazywa się rozgo-

rzeniem (flashover).

Umownie, ze względu na wielkość

gęstości mocy pożaru, można do-

konać następującego podziału:

– pożary małe, o gęstości mocy

do 15 kW/m

– pożary średnie, o gęstości mocy

od 15 kW/m

do 200 kW/m

– pożary duże, o gęstości mocy

powyżej 200 kW/m

Wpływ gęstości mocy na dynamikę

pożaru zilustrowano na rysunku 1.

Na rysunku 1 dynamika poża-

ru scharakteryzowana jest przez

400

800

1200

ºC

[temperatura]

[czas]

(Qʼp)

5 s

10 s

20 s

l min.

Rys. 1. Wpływ gęstości mocy na dynamikę rozwoju pożaru

PRZEGLĄD BUDOWLANY

7-8/2007

BEZPIECZEŃSTWO POŻAROWE

zmiany temperatury w czasie. Dla

większej gęstości mocy pożaru

następuje szybszy wzrost tempera-

tury pożaru. Ruch dymu i gorących

gazów w pożarach wewnętrznych

jest określony dwoma czynnikami:

– swobodną ruchliwością dymu,

związaną z tym, że gęstość gazów

powstających w strefie spalania

jest mniejsza od gęstości otaczają-

cego powietrza,

– cyrkulację powietrza w budynku,

która nie ma wpływu na moc poża-

ru, ale powoduje rozprzestrzenia-

nie się dymu.

Przy analizie problemów związa-

nych z powstawaniem dymu należy

także rozważyć gęstość zadymie-

nia, który to parametr związany jest

z widzialnością, a ta z kolei okre-

śla warunki ewakuacji i możliwości

prowadzenia akcji gaśniczej.

2. Układ klimatyzacji w poje-

dynczym piętrze

W budynkach wielokondygnacyj-

nych o bardzo dużych powierzch-

niach poszczególnych kondygnacji,

coraz częściej stosuje się system

klimatyzacji obsługujący pojedyn-

cze piętro (rys. 2). Obserwacje

z praktycznego projektowania

i użytkowania dużych budynków

wykazały, że tradycyjne systemy

klimatyzacji, nawet te, które usy-

tuowane są na piętrach technicz-

nych, zajmują znaczną kubaturę

wewnętrzną budynku, a także

powodują duże zużycie energii

na przetłaczanie powietrza piono-

wymi kanałami na drodze kilkuna-

stu pięter. W takich rozwiązaniach,

wentylatory posiadają dużą wydaj-

ność i znaczne wymiary geome-

tryczne, co powoduje konieczność

dokładniejszego wytłumienia drgań

i ograniczenia hałasu przenoszące-

go się przez konstrukcję budynku.

Przykładowo, ocenić można zapo-

trzebowanie powietrza dla jednej

kondygnacji budynku biurowego

o wymiarach 94 x 20 m i użytko-

wej wysokości kondygnacji 3 m.

Przy założeniu 6 wymian powie-

trza na godzinę, strumień objętości

powietrza wyniesie:

V = 94 x 20 x 3 x 6 w/h = 33840 m

Przy piętrze technicznym obsłu-

gującym 11 kondygnacji, łączny

strumień powietrza będzie wynosił

372 240 m

/h. Jest to bardzo duża

ilość powietrza, której przetłocze-

nie do 11 kondygnacji wymaga

przewodów o dużych przekro-

jach. Ponadto, umieszczenie 4

wentylatorów o wydajności około

100 000 m

/h każdy, wymaga nie-

łatwego rozwiązania problemów

technicznych, związanych z posa-

dowieniem i zastosowaniem odpo-

wiedniej amortyzacji wytłumiają-

cej drgania oraz izolacji przeciw

dźwiękowej.

Zastosowanie systemu klimatyzacji

obsługującego tylko jedną kondy-

gnację ma wiele zalet: zwiększa

niezawodność działania, jednostki

wentylacyjne są stosunkowo małe

i łatwiej jest instalację wyciszyć,

występują mniejsze straty na prze-

tłaczanie powietrza, można zasto-

sować mniejsze przekroje przewo-

dów, nie ma połączeń pomiędzy

piętrami, co w znacznym stopniu

uszczelnia kondygnację. W nawią-

zaniu do opisanych rozważań, przy-

jęto koncepcję rozszerzenia tego

typu rozwiązania o instalację oddy-

miającą obsługującą pojedynczą

kondygnację (rys. 3).

3. Kondygnacyjny system

oddymiania

W Instytucie Ogrzewnictwa i Wen-

tylacji Politechniki Warszawskiej

podjęto pracę badawczą finan-

sowaną przez Komitet Badań

Naukowych związaną z opracowa-

niem nowego „Kondygnacyjnego

Systemu Oddymiania”. Zespół pra-

cowników naukowych Politechniki

Warszawskiej wspomagany przez

zespół kierowany przez profeso-

Rys. 2. Układ instalacji klimatyzacyjnej w budynku wielokondygnacyjnym. Oddzielna instalacja na każdym piętrze

PRZEGLĄD BUDOWLANY

7-8/2007

BEZPIECZEŃSTWO POŻAROWE

ra Jerzego Wolanina ze Szkoły

Głównej Służby Pożarniczej. Jako

pierwszą wersję analizowano sys-

tem oddymiania samodzielny

(niepowiązany z systemem klima-

tyzacji) obsługujący pojedynczą

kondygnację. Ponieważ coraz czę-

ściej budynki biurowe buduje się

z tak zwaną „otwartą przestrzenią”,

która jest dzielona na pomiesz-

czenia dopiero przez użytkownika,

to ujęcia dymu zlokalizowane są

w korytarzu. Przykładowe układy

przewodów oddymiających dla

dwóch różnych rozwiązań architek-

tonicznych pokazano na rysunkach

4 i 5. Podstawową zasadą organiza-

cji przepływu dymu w korytarzu jest

utrzymanie kierunku ruchu od klatki

schodowej. Rejon w pobliżu klatki

schodowej powinien być oddymio-

ny w pierwszej kolejności, aby osią-

gnięta była drożność ewakuacyjna

podstawowej drogi ucieczki, jaką

jest klatka schodowa.

Powietrze kompensacyjne wypy-

chane nadciśnieniem w klatce

schodowej będzie przepływa-

ło korytarzem od klatki schodo-

wej do krat wywiewnych oddy-

miających, zlokalizowanych pod

stropem korytarza. Liczba krat

wywiewnych uzależniona jest

od długości korytarza i ich lokali-

zacji oraz związana jest z odciąga-

niem dymu w każdym z możliwych

przypadków wystąpienia źródła

pożaru w pomieszczeniach obsłu-

giwanych przez rozpatrywany kory-

tarz. Wyraźny ruch zadymionego

powietrza w korytarzu osiąga się

przy ilościach wymian od 10 do 30

odniesionych do kubatury kory-

tarza. Często przyjmowana liczba

wymian 10 w stosunku do koryta-

rza o wymiarach np. 1,50 m szer.

i 2,70 m wysokości powoduje zbyt

małą prędkość przepływu powie-

trza.

Przewody instalacji oddymiają-

cej prowadzone są pod stropem

do wydzielonego pomieszcze-

nia maszynowni klimatyzacyjnej,

gdzie usytuowany jest także wen-

tylator oddymiający lub do wydzie-

lonego pomieszczenia przezna-

czonego wyłącznie dla ustawienia

wentylatora oddymiającego. Wybór

optymalnego miejsca na kondy-

gnacji powinien zapewniać jak

najmniejsze zagrożenie wtórnym

zadymieniem sąsiednich kondy-

gnacji. Jak pokazano na rysunku 6

przejście przewodu magistralnego

przez ścianę pomieszczenia z wen-

tylatorem oddymiającym zabezpie-

czone jest klapą pożarową.

Przykładowy scenariusz zadziała-

nia systemu byłby następujący:

– sygnał wykrywający pożar

na rozpatrywanym piętrze urucha-

mia wentylator oddymiający i jed-

nocześnie wyłącza cały system kli-

matyzacji, zarówno nawiewny, jak

i wywiewny. Na kondygnacji chro-

Rys. 3. Rzut maszynowni klimatyzacyjnej na pojedynczym piętrze. Centrala

klimatyzacyjna nawiewna, z czerpnią usytuowaną od strony północnej. Centrala

klimatyzacyjna wywiewna, z wyrzutną usytuowaną od strony wschodniej

Rys. 4. Przykładowy układ przewodów oddymiających, wariant A

Rys. 5. Przykładowy układ przewodów oddymiających, wariant B

PRZEGLĄD BUDOWLANY

7-8/2007

BEZPIECZEŃSTWO POŻAROWE

nionej powstaje podciśnienie;

– na piętrach sąsiednich wyłączane

są centrale klimatyzacyjne wywiew-

ne, działają tylko centrale nawiewne

wywołujące nadciśnienie w stosun-

ku do kondygnacji objętej pożarem.

W zależności od rodzaju budynku

i sposobu jego użytkowania, mogą

być zastosowane inne scenariusze

działania systemu, jak na przykład:

– system oddymiania włączy się

jednocześnie na kondygnacji

objętej pożarem oraz na jednej

z sąsiednich kondygnacji;

– jednocześnie z włączeniem

systemu na kondygnacji objętej

pożarem włączą się wentylatory

oddymiające na dwóch sąsiednich

kondygnacjach;

– jeżeli źródła pożaru pojawią się

na różnych piętrach, to na dowol-

nej liczbie kondygnacji mogą uru-

chomić się systemy oddymiania;

– w niektórych przypadkach

po odpowiednim przystosowaniu

i wyposażeniu w wentylator odpor-

ny na temperaturę, układ klima-

tyzacji wywiewnej może spełniać

jednocześnie zadania systemu

oddymiającego.

Opisywany system oddymiania

musi być wykonany przy zachowa-

niu niezbędnych wymagań pracy

w podwyższonej temperaturze.

Przewody oddymiające powin-

ny być wykonane z materiałów

o odpowiedniej odporności ognio-

wej. Niektóre odcinki przewodów

wymagają izolacji termicznej, doty-

czy to przyłączenia do klap pożaro-

wych lub przejścia przez pomiesz-

czenia o szczególnym zagrożeniu

pożarowym. Sposób prowadzenia

przewodów musi przewidywać

niezbędną kompensację, aby przy

wyższej temperaturze nie nastąpiło

wypaczenie, a następnie zniszcze-

nie i rozszczelnienie przewodów.

4. Wyrzutnie dymu

Pomieszczenie, w którym usytu-

owany jest wentylator oddymiają-

cy może mieć niewielkie wymiary

gabarytowe. Wymagane jest tylko

zachowanie niezbędnych odległo-

ści od ścian (ze względów mon-

tażowych i serwisowych) oraz

swobodna przestrzeń do monta-

żu przewodów oddymiających.

Wentylatory pracujące dla poje-

dynczej kondygnacji są mniejsze,

co ułatwia ich amortyzację i prost-

sze jest zabezpieczenie przed

przenoszeniem drgań na konstruk-

cję budynku.

Jednym z najważniejszych proble-

mów do rozwiązania jest bezpiecz-

ne i efektywne usuwanie dymu

na zewnątrz budynku. Na wybór

rodzaju wyrzutni ma wpływ układ

architektoniczny budynku, jego

usytuowanie w stosunku do ota-

czającej zabudowy, stron świata

oraz przeciętnie występujących

Rys. 6. System „kondygnacyjny” oddymiania budynku (KP – klapa pożarowa,

CK – centrala klimatyzacyjna N – instalacja nawiewna, W – instalacja wywiewna,

D – wyrzutnia pochodniowa)

+ 20 Pa

Rys. 7. Wyrzutnie dymu (a – wyrzutnia żaluzjowa, b – wyrzutnia w postaci dyszy

dalekiego zasięgu)

dym

PRZEGLĄD BUDOWLANY

7-8/2007

BEZPIECZEŃSTWO POŻAROWE

warunków pogodowych, a szcze-

gólnie wiatru (rys. 7).

Przy zastosowaniu wyrzutni ścien-

nej (rys. 7a), dym wyrzucany jest

na niewielką odległość od budyn-

ku, przy małej prędkości wypły-

wu. Wybór miejsca usytuowania

wyrzutni ma zasadniczy wpływ

na efektywność i bezpieczne

jej użytkowanie. Najkorzystniejsze

usytuowanie tego typu wyrzut-

ni byłoby na stronie zawietrznej

budynku oraz w ścianie zewnętrz-

nej, bez okien. W praktyce jedno-

czesne spełnienie tych warunków

jest bardzo trudne. Jeżeli uda się

umieścić wyrzutnię w ścianie bez

okien lub w ścianie z nieotwiera-

nymi oknami i z dala od innych

budowli, to będzie to rozwiązanie

korzystne. Wpływ wiatru powinien

być uwzględniony po analizie tzw.

„róży wiatrów” dla analizowanej

okolicy. Niewłaściwe usytuowanie

wyrzutni ściennej może zagrażać

skutecznemu usuwaniu dymu

i powodować wtórne zadymienie

wyższych kondygnacji.

Aby w znacznym stopniu unie-

zależnić się od wpływu wia-

tru i uzyskać większą swobodę

w lokalizacji wyrzutni dymu, stosu-

je się wyrzutnie „dyszowe” (rys. 8).

Z wyrzutni „dyszowej” zadymione

powietrze wypływa z dużą pręd-

kością. W badaniach, jakie prowa-

dzono w Instytucie Ogrzewnictwa

i Wentylacji Politechniki War-

szawskiej dla wyrzutni o średnicach

300 i 400 mm, prędkości wypływu

z dyszy zawierały się w zakresie od

8 do 16 m/s w płaszczyźnie wylotu

z dyszy.

Dla dyszy o średnicy 300 mm roz-

kład prędkości w osi strumienia

pokazano na rysunku 8. Prędkość

początkowa wynosia 12,2 m/s przy

strumieniu objętości powietrza

3000 m

/h. Jak wynika z rysun-

ku 8, prędkość 0,2 m/s strumień

osiąga w odległości 35 m i z tą

samą prędkością przemieszcza się

dalej, aż do 45 m. W przypadku

gdy strumień, w odległości 25 m,

osiąga prędkość 0,4 m/s, wystar-

czająco odporną na zakłócenia dla

przeciętnie występującej prędko-

ści wiatru, można uznać, że stru-

mień jest odporny na zakłócenia.

Jest to wystarczająca odległość

od ściany zewnętrznej do rozpro-

szenia dymu, a podkreślić nale-

ży, że jest to rozrzedzenie około

10–12-krotne. Takie wartości osią-

ga indukcja wywołująca podsy-

saniem powietrza otaczającego,

co powoduje powiększanie objęto-

ści strumienia.

Przy

strumieniu

objętości

4000 m

/h nawiewanym z tego

samego nawiewnika, prędkość

wylotowa z dyszy wynosi 16 m/s,

a prędkość w strumieniu 0,4 m/s

osiągana jest w odległości około

35 m (rys. 9). Wybór średnicy dyszy

dostosowany jest do strumienia

objętości usuwanego zadymio-

nego powietrza, przy zachowaniu

odpowiedniej prędkości wypływu

z dyszy dostosowanej do warun-

ków ochrony najbliższego otocze-

nia, tj. konstrukcji i wystroju budyn-

ku, przewidywanego oddziaływa-

nia na otaczające budowle i zakłó-

cenia wpływem wiatru.

5. Podsumowanie

Opisany system jest szczególnie

interesujący dla wielokondygna-

cyjnych budynków o rozległych

Rys. 8. Rozkład prędkości osiowej, dysza Ø 300 mm, V=3000 m

Odległość od nawiewnika [m]

rPę

ćś

]s/

woi

Rys. 9. Rozkład prędkości osiowej, dysza Ø 300 mm, V=4000 m

Odległość od nawiewnika [m]

rPę

ćś

]s/

woi

PRZEGLĄD BUDOWLANY

7-8/2007

BEZPIECZEŃSTWO POŻAROWE

poszczególnych kondygnacjach.

Wstępne badania wykazują, że sys-

tem „kondygnacyjny” ma wiele

zalet pod względem technicznym,

ale występują także wady, o któ-

rych należy wspomnieć.

Zalety:

– każde piętro jest samodzielnie

oddymiane, co pozwala utrzymać

dużą szczelność pomiędzy pię-

trami,

– system może obejmować tylko

kilka (ważniejszych dla ochrony

pożarowej) kondygnacji wybra-

nych po analizie techniczno-eko-

nomicznej oraz stopnia zagroże-

nia ludzi. Pozostałe kondygnacje

mogą być zaprojektowane tra-

dycyjnie. Np. dla budynku 35-

-kondygnacyjnego: od 1 do 14

kondygnacji układ tradycyjny,

od 15 do 19 samodzielny system

„kondygnacyjny”, od 20 do 35

kondygnacji układ tradycyjny,

– przewody wentylacji pożarowej

nie łączą sąsiednich kondygnacji,

– łatwiej ukierunkować przepływ

dymu na kondygnacji, bo unieza-

leżniamy się od grawitacyjnego

rozkładu ciśnienia w budynku,

– zmniejszona liczba klap poża-

rowych i innych elementów wypo-

sażenia instalacji zmniejsza kosz-

ty inwestycyjne,

– system „kondygnacyjny” charak-

teryzuje się mniejszą bezwładno-

ścią, ze względu na krótszą drogę

od ujęcia dymu do wentylatora,

– układ oddymiania jest bardziej

elastyczny, łatwiejsze jest stero-

wanie włączaniem instalacji oddy-

miających na poszczególnych

kondygnacjach, jeżeli zachodzi

taka konieczność związana z roz-

wijającym się pożarem,

– możliwe jest wykorzystanie wen-

tylatora wywiewnego z układu kli-

matyzacji do pracy w funkcji oddy-

miania, przy spełnieniu wymaganej

odporności na temperaturę,

– przewody wentylacji ogólnej

mogą być przystosowane do pracy

w warunkach oddymiania.

Wady:

– większa liczba małych wentyla-

torów, co zwiększa koszt instalacji,

ale jednocześnie zwiększa pew-

ność działania systemu (w przy-

padku awarii wentylatora oddymia-

jącego dotyczy to tylko jednego

piętra, pozostałe układy na pię-

trach są sprawne),

– przy jednoczesnym zastosowa-

niu w budynku różnych systemów

oddymiania, zachodzi konieczność

zsynchronizowania współpracy

i uwzględnieniu wpływu ciśnienia

grawitacyjnego na funkcjonowanie

układu mieszanego,

– niezbędne jest zaprojektowanie

kompensacji w układzie sieci prze-

wodów,

– bardzo dokładnie należy określić

warunki usuwania dymu z kon-

dygnacji w aspekcie warunków

zewnętrznych wraz z doborem

odpowiedniej wyrzutni,

– określenia wymaga strumień

powietrza kompensacyjnego i dro-

gi jego dopływu.

System CONLIT PLUS przezna-

czony jest do wykonywania zabez-

pieczeń ogniochronnych prosto-

kątnych kanałów wentylacyjnych,

klimatyzacyjnych i oddymiających

z blachy stalowej w budownictwie

mieszkaniowym, przemysłowym

i użyteczności publicznej. Przewody

mogą być prowadzone przez: stropy

masywne, ściany murowane i ścia-

ny działowe z płyt gipsowo-karto-

nowych o odpowiednich odpornoś-

System CONLIT PLUS

jednowarstwowa izolacja kanałów wentylacyjnych i oddymiających

ciach ogniowych. System CONLIT

PLUS składa się z płyt CONLIT PLUS

o grubości 60 mm i kleju CONLIT

GLUE.

CONLIT PLUS to twarda płyta ze

skalnej wełny mineralnej z dodat-

kiem granulatu wodorotlenku

magnezu, zwiększającego właści-

wości ogniochronne płyty, pokrytej

jednostronnie zbrojona folią alumi-

niową. Dzięki takiemu rozwiązaniu

grubość zabezpieczenia została zre-

dukowana do 60 mm dla wszystkich

klas odporności ogniowej. System

przeznaczony jest dla przewodów

usytuowanych pionowo lub pozio-

mo wykonanych z blachy stalo-

wej o maksymalnych wymiarach

1250 x 1000 mm lub przewodów

o przekroju poprzecznym nie więk-

szym niż 1,25 m

, pod warunkiem

wykonania usztywnień wewnątrz

przewodów.

Zalety systemu:

•

uniwersalność – jeden system

do przewodów wentylacyjnych, kli-

matyzacyjnych i oddymiających,

•

prosty dobór – jedna warstwa izo-

lacji dla wszystkich klas odporności

ogniowej,

•

łatwość montażu – jedna grubość,

jedna warstwa izolacji, jeden wymiar

akcesoriów mocujących,

•

pewność rozwiązania – potwierdzo-

na badaniami skuteczność zabezpie-

czenia przy grubości tylko 60 mm.

System CONLIT PLUS posiada

Aprobatę Techniczną ITB AT-15-

-6856/2007.