Poprawne działanie systemów oddymiania i ochrony przed zadymieniem pionowych dróg ewakuacji nabiera szczególnego znaczenia w przypadku budynków wysokich, w których podjęcie akcji ratunkowej z zewnątrz budynku jest utrudnione lub niemożliwe.

Rozkład ciśnienia na klatce schodowej w okresie zimowym
– wyłączony system po lewej, działający po prawej.

W budynkach wysokich proces projektowania wentylacji pożarowej, spełniającej znormalizowane wymagania w przestrzeniach chronionych, ulega komplikacji. Dzieje się tak ze względu na znaczący wpływ zjawisk związanych z różnicą gęstości powietrza gorącego i zimnego, prędkością wiatru i wpływem ruchu wind w szybach windowych.

Prace nad zniwelowaniem nie do końca rozpoznanego wpływu tych czynników na system wentylacji pożarowej mogą iść w dwóch różnych kierunkach. Jedną z dróg jest opracowanie stabilizującego układu automatycznej regulacji, opartego na współdziałaniu czujników pomiarowych i elementów sterowania, tak aby zachowane były stałe wartości nadciśnienia na każdej kondygnacji, niezależnie od zakłóceń [1]. Innym podejściem jest droga eksperymentalnego bądź symulacyjnego poznania wpływu niekorzystnych zjawisk i ich minimalizacja poprzez odpowiednie dostosowanie układu sterującego. Wzajemna integracja tych dwóch kierunków poprzez współpracę naukowców i inżynierów- konstruktorów powinna ograniczyć nakłady inwestycyjne, a zarazem podnieść bezpieczeństwo funkcjonowania obiektów z tego typu systemem wentylacji pożarowej.

W artykule poruszony został aspekt minimalizacji wpływu „komina termicznego” na układ różnicowania ciśnień w klatkach schodowych wysokich budynków przy użyciu analizy numerycznej CFD, uwzględniającej dotąd pomijane efekty.

Warunki spełniane przez wentylację pożarową
Celem systemu różnicowania ciśnień [2] powinno być ograniczenie rozprzestrzeniania się dymu z jednej przestrzeni budynku do drugiej przez nieszczelności w przegrodach fizycznych lub przez otwarte drzwi. Rozwiązanie takie daje możliwość zachowania bezpiecznych warunków przebywania w przestrzeniach chronionych, gdzie wymagane jest zabezpieczenie stanu wolnego od dymu. Zgodnie z normą PN-EN 12101-6, przy założeniu zamkniętych drzwi ewakuacyjnych w całym pionie klatki schodowej, do momentu rozpoczęcia ewakuacji musi zostać utrzymane nadciśnienie w stosunku do przestrzeni sąsiedniej rzędu 50 Pa z dokładnością ±10%. Występujące nadciśnienie zabezpiecza przestrzeń chronioną przed zadymieniem, jednak równocześnie może zwiększać siłę potrzebną do otwierania drzwi. Zapisany w normie warunek siły, potrzebnej do otwarcia drzwi na każdej kondygnacji, mówi iż nie może ona przekroczyć 100 N. Natomiast w chwili ich otwarcia, minimalna prędkość wpływu powietrza do obszaru objętego pożarem powinna wynosić 0,75÷2,0 m/s.

Jeżeli opisane normą warunki są spełnione, możemy uznać, że system wentylacji został prawidłowo zaprojektowany.

Niestety, uzyskanie prawidłowego rozkładu ciśnienia w klatce schodowej może w pewnych warunkach stanowić trudność. O ile poruszające się windy, działając jak tłoki, mogą skutecznie przemieszczać dym i należy je w sytuacji wystąpienia alarmu sprowadzić na poziom parteru, to w przypadku zmiennych warunków atmosferycznych lub podmuchów wiatru, wahania ciśnienia możemy kompensować jedynie poprzez zmianę wydajności pracujących wentylatorów.

Rozkład ciśnienia statycznego w kubaturze klatki schodowej, dla warunków zimowych (Δt = 40°).
Klapa upustowo nadciśnieniowa zamknięta

Podstawowe zagadnienia (...)

Symulacje przy pomocy narzędzi CFD (...)

Analiza rozkładu ciśnienia (...)

Podsumowanie
Ujednolicenie procedury odbiorowej w opracowywanej obecnie normie EN 12101-13 może doprowadzić do pozytywnych zmian w sposobie projektowania i skuteczności działania instalacji pożarowych, co niewątpliwie przyczyni się do realnej poprawy bezpieczeństwa funkcjonowania budynków.

W takiej sytuacji należy spodziewać się jeszcze większego zainteresowania metodami numerycznymi w symulacjach różnych układów przepływowych oraz zadymienia na drogach ewakuacyjnych. Należy pamiętać, iż wsparcie w postaci stosowania różnych pakietów CFD jest jedynie symulacją, która powinna być zweryfikowana na rzeczywistym obiekcie, najlepiej jeszcze przed rozpoczęciem prac nad systemem ochrony pożarowej. Po wykonanej weryfikacji i określeniu stopnia wrażliwości wyniku symulacji w zależności od przyjętych uproszczeń, można z założoną dokładnością przewidzieć stan pracy układu wentylacji pożarowej w obiekcie, a przy obliczeniach niestacjonarnych można uzyskać wynik w postaci odpowiedzi dynamicznej.

Aktualnie Firma MERCOR opracowuje autorski system różnicowania ciśnienia w pionowych drogach ewakuacyjnych.

LITERATURA
[1] G. KUBICKI, G. SYPEK, J. WICHE: System Safety Way – praktyczne działanie, „Chłodnictwo i Klimatyzacja” nr 7/2009.
[2] Norma PN-EN 12101-6
[3] D. BRZEZIŃSKA, R. JĘDRZEJEWSKI: Wentylacja pożarowa budynków wysokich i wysokościowych, wyd. Fluid-Desk Szczecin 2003.

AUTORZY:
Witold ZAKRZEWSKI
 Instytut Maszyn Przepływowych PAN,
Piotr ZAWADZKI
Mercor SA Gdańsk