W niniejszym artykule zajmiemy się kryteriami projektowymi w wentylacji oddymiającej kanałowej z naciskiem na rzadko omawiane szczegóły, które mają wpływ na sprawność systemu.

Zasada działania

Praca systemu wentylacji oddymiającej polega na wyciąganiu mieszaniny dymu i gazów pożarowych spod stropu, czyli z miejsca, gdzie samorzutnie się one gromadzą. Zasada ta jest oczywista, jednak tak jak w wentylacji strumieniowej pojawia się wiele kwestii, które nie są tak proste, a potrafi ą doprowadzić do nieprawidłowego działania instalacji. Może to być wywołane np. niekontrolowanymi przepływami w przestrzeni garażu, które dosłownie wypłuczą dym i gazy pożarowe spod stropu i doprowadzą do jego opadnięcia.

Powietrze kompensacyjne

Warunkiem prawidłowej i niezakłóconej pracy jest doprowadzenie powietrza kompensacyjnego. Jednym z najczęściej spotykanych czynników doprowadzających do przedwczesnego lub natychmiastowego opadnięcia dymu jest indukcja powietrza z przestrzeni garażu do nawiewanej ze zbyt dużą prędkością strugi powietrza kompensacyjnego (rys. 1.). Indukcja ta zależy od prędkości powietrza nawiewanego oraz od odległości górnej krawędzi punktu nawiewnego do podstawy warstwy dymu.

Rys. 1. Szkic przedstawiający zasadę indukcji powietrza i dymu przez punkt nawiewny powodujący opadanie dymu podczas pracy kanałowej instalacji oddymiającej

Standard TR 12101-5 oraz tożsamy z nim BS 7346-4 wskazują ponadto, iż górna krawędź punktu nawiewnego nie powinna znajdować się mniej niż 1 m poniżej podstawy warstwy dymu, chyba że prędkość powietrza kompensacyjnego jest mniejsza niż 1 m/s. Przypadek taki jest niezwykle częsty w typowym projekcie garażu z instalacją oddymiającą kanałową, gdyż dotyczy on używania bramy wjazdowej jako otworu kompensacyjnego (rys. 2.).

Rys. 2. Użycie bramy wjazdowej jako otworu kompensacyjnego

Wartość 1 m/s pojawia się także w standardzie NFPA 92, gdzie wartość ta jest podawana dla strumienia powietrza kompensacyjnego mającego styczność z kolumną konwekcyjną dymu lub dymem zalegającym w zbiorniku dymu. Dla bardzo uproszczonego zrozumienia takich zapisów, ze standardów można przyjąć, że graniczna lokalna prędkość powietrza, przy której kończy się przepływ laminarny (bez zjawiska indukcji) a zaczyna turbulentny, to około 2 m/s. Prędkość w otworze kompensacyjnym nigdy nie będzie taka sama w każdym punkcie otworu. Ze względów bezpieczeństwa prędkość ta nie powinna przekraczać jednak założonych 2 m/s. Dlatego standardy zalecają właśnie średnią prędkość projektową 1 m/s. To czy przepływ jest turbulentny, czy też nie, zależy od wielu czynników, a przede wszystkim wyznacza ją wartość liczby Reynoldsa Re – w większości projektów jednak pomija się tego typu obliczenia.

Doświadczone osoby zajmujące się takimi projektami symulacjami instalacji oddymiających często odchodzą od tego zapisu i już projektowo wprowadzają prędkości około 2 m/s, wymaga to jednak dużej świadomości działania instalacji. Nasuwa się od razu wniosek, że doprowadzenie powietrza kompensacyjnego najlepiej jest organizować jak najdalej od dymu, czyli najlepiej w sąsiedniej strefie dymowej. Z punktu widzenia sprawności instalacji oraz środków koniecznych do realizacji zamierzonego celu jest to zdecydowanie najlepsze rozwiązanie. Do tego dochodzi fakt, iż prędkość powietrza w strefi e ewakuujących się osób, tj. na przejściach i przejazdach nie powinna przekraczać 5 m/s – i to właśnie ta wartość jest najczęściej zakładaną przez osoby projektujące, dobierające wielkości otworów nawiewnych. Czasami mylnie przyjmowana jest jako prędkość powietrza w otworach kompensacyjnych także w strefie dymowej objętej pożarem. Należy jednak pamiętać, że wytworzony w ten sposób ruch powietrza i sposób indukcji nie może w istotny sposób wpływać na strefę dymową, w której wykryto pożar.

Rys. 3. Opadanie dymu w wąskim „tunelowym garażu” jeszcze przed włączeniem instalacji oddymiającej

Kolejnym zalecanym rozwiązaniem jest doprowadzanie powietrza kompensacyjnego przez kanały oddymiające w sąsiedniej strefie dymowej poprzez rewersyjne uruchomienie wentylatorów oddymiających. Pomimo iż kraty na kanałach znajdują się pod stropem, to powietrze to skutecznie wyhamowuje swoją prędkość i przepływem pod kurtyną dymową „broni” sąsiednią strefę dymową przed napływem dymu.

Analizując powyższe wytyczne nasuwa się teza, iż aby je spełnić należy zawsze doprowadzać powietrze kompensacyjne z dwóch przeciwległych stron: w wersji łatwiejszej w realizacji – od sąsiedniej strefy dymowej lub od bramy wjazdowej lub z drugiej strony ograniczonej ścianami garażu. W tym drugim przypadku dużo zależy już od pomysłowości osób projektujących. Bardzo dobrym rozwiązaniem dla takiej trudniejszej strony jest doprowadzenie powietrza kompensacyjnego przez komorę rozprężną. Polega to na doprowadzeniu powietrza kompensacyjnego pomiędzy dwie ściany ograniczające garaż o odległości pomiędzy nimi np. 1,0 m, z których jedna jest wyposażona w szereg otworów tuż nad posadzką garażu. Powietrze w takiej komorze skutecznie wytraca swoją prędkość, dokładnie tak samo jak w puszcze rozprężnej nawiewnika, a następnie wypływa równomiernie przez szereg otworów tuż nad posadzką garażu ze znacznie niższą prędkością.

Gdyby spełnić wszystkie założenia co do prędkości powietrza kompensacyjnego, to i tak nie należy doprowadzać powietrza kompensacyjnego tylko z jednej strony, gdyż duża masa powietrza doprowadzi do zepchnięcia dymu na jedną stronę przestrzeni garażu bez względu na to czy będą po drodze znajdować się jakieś kurtyny dymowe czy też nie. Przytoczone standardy [1] i [2] określają to w uwadze 2 do punktu 6, 7 i jest to kolejny czynnik odpowiadający za przedwczesne opadanie dymu.

Geometria garażu

(...)

Kanały oddymiające

(...)

Podsumowanie 

Osoby zajmujące się projektowaniem wentylacji pożarowej są odpowiedzialne za sprawne działanie systemu oddymiania. Świadomość i zrozumienie zjawisk fizycznych występujących w tych zagadnieniach, a przede wszystkim w organizacji powietrza kompensacyjnego, pozwala na zaprojektowanie systemu spełniającego stawiane mu wymagania oraz nie pociągającego za sobą niepotrzebnych kosztów.

mgr inż. Tomasz BURDZY
Specjalista ds. Systemów Oddymiania,
Smay

LITERATURA:

[1] 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 fi res – Code of practice.

[2] CEN/TR 12101-5: Smoke and heat control systems – Part 5: Guidelines on functional recommendations and calculation methods for smoke and heat exhaust ventilation systems.

[3] NFPA 92 Standard for smoke Management Systems In Malls, Atria, and Large Spaces 2012 Edition/

[4] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2002 w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki ich usytuowanie (Dz. U. Nr 75, poz. 690 z dnia 15 czerwca 2002 r.) wraz z późniejszymi zmianami.

[5] SFPE Handbook of Fire Protection Engineering fourth edition 2008. [6] Fire Dynamics Simulator (Version 5) Technical Reference Guide, Volume 1: Mathematical Model.

[7] Przewodnik Wentylacja strumieniowa garaży fi rmy SMAY

[8] Zdzisław ORZECHOWSKI, Jerzy PRYWER, Roman ZARZYCKI: Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska.

[9] Bogdan MIZIELIŃSKI, Grzegorz KUBICKI: Wentylacja Pożarowa Oddymianie.