Systemy wentylacji strumieniowej są coraz częściej stosowanym rozwiązaniem wentylacji pożarowej w garażach podziemnych. Oszczędność miejsca i brak konieczności prowadzenia kanałów wentylacyjnych to główne zalety przemawiające na korzyść tego typu systemu w odniesieniu do tradycyjnej wentylacji kanałowej.

Skuteczność takiego rozwiązania, coraz częściej wzbudza dyskusje wśród specjalistów z zakresu wentylacji pożarowej. Osobnym problemem jest brak jasnych przepisów dotyczących sposobu projektowania wentylacji strumieniowej. Wszystko to powoduje, że projektanci wentylacji coraz częściej posługują się symulacjami CFD (Computational Fluid Dynamics) w celu weryfikacji poprawności tego typu instalacji.

Jednym z najpopularniejszych programów służących do modelowania CFD jest program FDS (Fire Dynamics Simulator) rozwijany przez amerykański instytut NIST. Program ten, jest narzędziem dedykowanym symulacjom pożarów i oddymiania. Umożliwia weryfikację instalacji oddymiającej praktycznie w dowolnym obiekcie, już na etapie projektowania. W poniższym przykładzie wybranego garażu podziemnego zostanie dokonana przykładowa optymalizacja systemu wentylacji strumieniowej. Szczególny nacisk zostanie położony na dobór odpowiedniego wydatku powietrza wentylatora oddymiającego dla założonego pożaru.

Rys. 1. Model garażu wykonany w programie PyroSim

Model obiektu

Rozpatrywany obiekt to garaż podziemny o powierzchni 1900 m2 podzielony na dwie jednakowe strefy dymowe oddzielone kurtyną. Obiekt wyposażony jest w system wentylacji strumieniowej oraz dwa wentylatory wyciągowe. Napowietrzanie odbywa się przy wykorzystaniu bramy wjazdowej. Wentylator wyciągowy będzie uruchamiał się w momencie wykrycia dymu przez system detekcji. Natomiast wentylatory strumieniowe zostaną uruchomione z opóźnieniem przeznaczonym na ewakuację ludzi. Model obiektu wykonano w programie PyroSim (rys. 1.) będącym graficznym interfejsem FDS.

Rys. 2. Przykładowa krzywa spalania wg: NBN S 21-208-2:2006 + A1:2008

Warunki brzegowe

Podstawowymi parametrami brzegowymi, czyli danymi wejściowymi, które projektant musi przyjąć są: moc i lokalizacja pożaru, dymotwórczość, rodzaj materiału palnego czy ciepło spalania. Poprawnie przyjęte parametry determinują wiarygodność symulacji. Ich dobór musi opierać się o wiedzę projektanta z zakresu zarówno pożarnictwa, jak i wentylacji.

Zaproponowana w tym przykładzie krzywa pożaru (rys. 2.) jest warunkiem brzegowym dla większości garaży podziemnych, bez zaprojektowanej instalacji tryskaczowej. Parametry te zostaną wprowadzone, jako warunki brzegowe dla naszej symulacji.

Przyjęte parametry spalania:

• materiał palny – polyurethane,
• dymotwórczość – 0,1 kg/kg,
• ciepło spalania – 25 000 kJ/kg,
• współczynnik osłabienia kontrastu – 8700 m²/kg

Rys. 3. Porównanie rozkładu widoczności dla dwóch wydatków wentylatora

Wyniki

Analizowanym parametrem będzie zasięg widoczności w momencie zakończenia ewakuacji. Na tej podstawie zostanie podjęta decyzja czy obiekt spełnia warunki bezpieczeństwa. Na rysunku 3. przedstawiono porównanie zasięgu widoczności dla dwóch wariantów doboru wydatku wentylatora: 120 000 i 180 000 m3/h.

Zwiększenie wydatku wentylatora do 180.000 m3/h poprawiło warunki widoczności panujące w obiekcie. Obserwujemy jednak miejscowe przekroczenie tego parametru w drugiej strefie dymowej. Aby poprawić stan obecny, rozważono umieszczenie niepalnych ścian pomiędzy sąsiednimi stanowiskami postojowymi w miejscach, gdzie dym przedostaje się do sąsiedniej strefy.

W kolejnym wariancie zastosowano dodatkowe ściany oddzielające miejsca postojowe na granicy dwóch stref (rys. 4).

Po wprowadzeniu dodatkowych przegród oddzielających strefy dymowe uzyskano pożądane efekty. Dym nie przedostaje się do sąsiedniej strefy dymowej, będąc zatrzymywanym przez niepalne ściany.

Rys. 4. Wydatek powietrza 180 000 m3/h oraz dodatkowe przegrody pod kurtyną dymową

Podsumowanie

Symulacja CFD to coraz częściej wykorzystywane narzędzie do weryfikacji koncepcji projektowej, szczególnie kiedy brak jest norm, dotyczących projektowania danego systemu lub stosowane jest oddymianie mieszane. Ważnym aspektem każdej symulacji CFD jest rozważenie kilku wariantów, biorąc pod uwagę różną lokalizację pożaru czy wydatki wentylatorów. Przyjęcie odpowiednich, najbardziej niekorzystnych warunków brzegowych daje podstawę przypuszczać, że obiekt spełnia wszystkie warunki bezpieczeństwa pożarowego.

Wojciech NOCULA