Konieczne jest stosowanie rozwiązań adaptujących się do bieżącej sytuacji.

Obiekt regulacji połączony z regulatorem w pętli sprzężenia zwrotnego

Obecnie stosowane systemy nadciśnieniowego zabezpieczenia przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych do poprawnego działania wymagają jednoznacznego zdefiniowania warunków pracy. Jednocześnie obiekty w budowie lub przebudowie można porównać do żywego organizmu, w którym nieustannie zachodzą intensywne procesy zmieniające kształt i właściwości tego organizmu (montaż stolarki, wykonanie przejść instalacyjnych, tynków, posadzek). Dla kryterium 50 paskali i trzech sekund kluczowa okazuje się szczelność, wykazywana przez klatki, przedsionki czy windy – im mniejsza (mniejsza szczelność to większy przeciek), tym układ jest łatwiejszy do regulacji. Gdy zmniejszą się przecieki, znacznie wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia oscylacji. Dlatego też uruchomienie i kalibracja systemu nadciśnieniowego musi odbyć się dopiero w momencie, gdy budynek jest całkowicie wykończony – przynajmniej w zakresie obudowy i wyposażenia dróg ewakuacyjnych.

Głównym powodem, uniemożliwiającym poprawną kalibrację, jest przeważnie zbyt późne przekazanie budynku ekipie odpowiedzialnej za uruchomienie układu wentylacji pożarowej. Tym samym czas niezbędny na wykonanie wszystkich prób i korekt działania systemu (zależny od wielkości obiektu i stopnia rozbudowania instalacji wentylacji pożarowej), jest zdecydowanie niewystarczający. Dodatkowo regulację instalacji utrudnia fakt, że zabezpieczane drogi ewakuacyjne (klatki schodowe, przedsionki, korytarze) są w trakcie prac budowlanych, montażowych i wykończeniowych, będąc stale używanymi drogami komunikacji. Dla wykonawcy systemu zapobiegania zadymieniu niezbędny jest pewien okres, w którym na drogach ewakuacji nie pojawia się nikt niepowołany i możliwe jest poprawne przeprowadzenie testów, niezbędnych do dobrania właściwych nastaw regulatorów.

Często zdarza się, że części budynku (w pionie czy w poziomie), mają różnych właścicieli lub najemców, przez co wykańczanie odbywa się w kilku etapach. Podczas tych prac, z parametrów, jakie mają wpływ na działanie systemu nadciśnieniowego, najbardziej zmienia się szczelność. Powoduje to, po zakończeniu każdego etapu prac adaptacyjnych, konieczność kosztownej i bardzo kłopotliwej ponownej kalibracji. Konieczność ponownej kalibracji zachodzi również w przypadku przebudowy czy remontu obiektu, jeżeli wymianie podlega stolarka budowlana lub zmienia się konfigurację ścian działowych, mających istotny wpływ na przecieki. Nowe drzwi z reguły wykazują wyższą szczelność, a więc współczynniki algorytmów regulacji trzeba dobrać na nowo.

Niektóre obiekty dostosowywane są etapowo do wymagań określonych nowymi przepisami. System nadciśnieniowy musi być kalibrowany za każdym razem, gdy, w miarę rozbudowy, dodawane są kolejne jego części składowe – drzwi oddzielenia pożarowego, wentylatory oddymiające, okna odprowadzające powietrze. Zawsze więc należy pamiętać, że każda ingerencja w budynek czy system powoduje konieczność wykonania ponownych prób i testów dla zapewnienia poprawnej pracy. Problemy kalibracyjne dotyczą systemów sterowanych elektronicznie (nastawy PID) i mechanicznych (ustawianie odważników, sprężyn, kryzowanie przewodów wentylacyjnych).

Lekarstwem na te wszystkie problemy są układy regulacji adaptacyjnej.

Algorytmy bez/i z predykcją na przykładzie zachowania kierowcy samochodu

Zadanie i obiekt regulacji
Zadanie regulacji, czyli cel, który należy zrealizować za pomocą regulatora, polega na utrzymywaniu nadciśnienia w przestrzeni chronionej w zakresie 50 paskali [Pa], z tolerancją +/-20 proc. w stanie, gdy wszystkie drzwi są zamknięte. W przypadku otwarcia drzwi na kondygnacji objętej pożarem, należy utrzymywać zadaną prędkość przepływu powietrza w otworze drzwi (z prędkością zależną od projektowej klasy budynku w przedziale od 1 do 2 m/s). Dla zapewnienia akceptowalnego poziomu bezpieczeństwa okres przejściowy nie powinien trwać dłużej niż trzy sekundy. Czyli, po zamknięciu drzwi na ustabilizowanie się ciśnienia 50 Pa, mamy maksimum trzy sekundy i po otwarciu na ustabilizowanie strumienia również.

Obiektem regulacji jest pionowa droga ewakuacyjna (klatka schodowa), napowietrzana przez wentylator z falownikiem (przekształtnikiem częstotliwości). Falownik, zasilany z sieci energetycznej, wysyła do silnika wentylatora napięcie przemienne o częstotliwości regulowanej w zakresie od 0 do 50 Hz. Umożliwia to precyzyjne sterowanie obrotami silnika, czyli wydatkiem wentylatora. Falownik otrzymuje sygnał sterujący z regulatora poprzez łącze transmisji szeregowej lub (w trybie Fire-Mode) sygnał napięciowy 0÷10V, który odpowiada częstotliwości od 0 do 50 Hz. Obiekt regulacji połączony z regulatorem w pętli sprzężenia zwrotnego, w sposób pokazany na rysunku 1., nazywamy układem regulacji.

Układ regulacji, zgodnie z nadrzędną zasadą: „nie realizujemy scenariuszy pożarowych, tylko ratujemy ludzkie życie”, powinien realizować zadanie regulacji w każdych warunkach, bez względu na ilość otwartych/niedomkniętych drzwi, wybitych okien itd. Przeciek (wypływ powietrza z przestrzeni chronionej) może zmieniać się gwałtownie (np. wybicie szyby) lub płynnie (np. działanie samozamykacza drzwi na piętrze nieobjętym pożarem). W układzie regulacji występują dwa stany stabilne (ustalone): drzwi zamknięte (50 Pa) i drzwi otwarte (2 m/s) oraz dynamiczne przejście pomiędzy nimi (stan nieustalony). Do zadania regulacji możemy dodać warunek, który rozgraniczy oba stany ustalone: jeżeli wentylator jest w stanie uzyskać nadciśnienie 50 Pa w przestrzeni chronionej, uznajemy to za stan drzwi zamkniętych, jeśli nie można spełnić tego warunku, oznacza to stan otwartych drzwi.

Algorytm regulacji (...)

Identyfikacja (...)

Adaptacja (...)

Próby odbiorowe i sprawdzenia okresowe (...)

Wyniki badań i podsumowanie
Przeprowadzone badania z wentylatorami o mocach nominalnych 4 kW, 7,5 kW i 15 kW wykazały, że opisany algorytm adaptacyjny umożliwia uzyskanie czasów stanów przejściowych w zakresie od 0,8 do 1,2 sekundy w warunkach zmiennego przecieku.

Systemy wentylacji pożarowej, które, w myśl przepisów techniczno-budowlanych, stanowić powinny skuteczny system ochrony dróg ewakuacji, muszą mieć zdolność adaptacji do rzeczywistych warunków, w których pełnić będą przypisaną im funkcję. Jedyną gwarancją uzyskania takich parametrów pracy jest stosowanie nowoczesnych układów automatycznego sterowania, posiadających opisane w niniejszym artykule cechy. Właściwe zastosowane predykcyjne układy sterownia to nie tylko wygoda i spełnienie oczekiwań uczestników procesu inwestycyjnego i wymagań nadzoru, ale przede wszystkim rzeczywisty wysoki stopień bezpieczeństwa pożarowego budynków wysokich.

AUTORZY:
Robert ZAPAŁA
– inżynier automatyk w firmie wentylacyjnej
Maciej SZUMSKI
– doktorant Instytutu Automatyki WEiTI Politechnika Warszawska