Reklama
 
 
 
Oddymianie grawitacyjne hal przemysłowych
Ocena użytkowników: / 1
SłabyŚwietny 
Data dodania: 03.06.2016

Niewentylowane budynki jednokondygnacyjne już po kilku minutach pożaru mogą wypełnić się dymem, a zawarte w nim substancje toksyczne mogą spowodować obezwładnienie lub śmierć osób. Ponadto warstwa gorącego dymu o temperaturze 500°C emituje strumień ciepła około 20 kW/m2, co po kilku sekundach powoduje oparzenia skóry. Nawet odpowiednio ubrani strażacy nie są w stanie przebywać wewnątrz budynku po osiągnięciu przez promieniowanie cieplne natężenia przekraczającego 7 kW/m2.

 

 

 

Problem zabezpieczenia przeciwpożarowego hal przemysłowych, określanych jako PM (produkcyjnych i magazynowych), stanowi z punktu widzenia strat pożarowych jeden z najistotniejszych obecnie problemów ochrony przeciwpożarowej. Jak pokazują statystyki Komendy Głównej Państwowej Straży Pożarnej, mimo niewielkiego udziału procentowego ilości pożarów w tych obiektach w stosunku do wszystkich pożarów, jakie miały miejsce w kraju (zgodnie z rys. 1a pożary hal produkcyjnych stanowią 1,5% wszystkich pożarów, a hal magazynowych – 0,7%), straty finansowe w tych pożarach stanowią łącznie 25% wszystkich strat pożarowych.

 

 

2016 5 70 1

2016 5 70 2

Rys. 1. Obiekty PM w latach 2010–2015: a) Średnie roczne ilości pożarów na tle ogólnej ilości pożarów; b) Średnie roczne straty pożarowe na tle ogółu strat

 

 

Wielkość strat pożarowych w budynkach produkcyjnych w ostatnich sześciu latach wahała się rocznie od 150 do 450 mln zł, natomiast w magazynowych – od 50 do 150 mln zł, co ilustruje rysunek 2.

 

 

2016 5 70 3

Rys. 2. Straty pożarowe w obiektach PM (2010–2015)

 

 

Od 1 lipca 2013 r. obowiązuje w Polsce – wynikające z Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) Nr 305/2011 [1] – wymaganie, że czas, w jakim konstrukcja budynku zachowuje w razie pożaru nośność, powinien być określony. Czas ten powinien być wystarczający do zapewnienia możliwości opuszczenia budynku przez ludzi (lub w niektórych przypadkach – do bezpiecznego przetrwania pożaru w budynku). Jednocześnie uwzględnione powinno być bezpieczeństwo ekip ratowniczych. Konsekwencje tych wymagań w największym stopniu odnoszą się do budynków klasy „E” odporności pożarowej, konstrukcja których, w myśl dotychczas obowiązujących przepisów techniczno – budowlanych [2], nie musiała mieć żadnej gwarantowanej nośności ogniowej. Szczególnie istotną rolę odgrywa to w przypadku powszechnie stosowanych u nas stalowych hal przemysłowych. 

 

Użytkownicy budynków produkcyjnych i magazynowych oraz strażacy powinni więc być zabezpieczeni przed niedopuszczalnym oddziaływaniem ognia i dymu w czasie pożaru, a także przed możliwością odniesienia obrażeń w wyniku uszkodzenia konstrukcji budynku. Aby można było to zapewnić:

1) pożar powstały w budynku powinien zachowywać jeszcze charakter pożaru lokalnego,

2) uszkodzenie części budynku, w której powstał pożar nie powinno prowadzić do dużych zniszczeń w jego pozostałej części,

3) zniszczenia konstrukcji budynku, w tym elewacji, nie powinny zagrażać otoczeniu budynku.

 

Dodatkowe wymagania w zakresie ochrony przed pożarem hal przemysłowych i znajdującego się w nich mienia określają ubezpieczyciele, przy czym ostatnio coraz częściej uznają oni, że samo spełnienie polskich warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2], nie gwarantuje wcale tej ochrony w wystarczającym stopniu [4]. Na stanowisko takie wpłynął znaczny wzrost liczby pożarów i związanych z nimi strat w obiektach produkcyjnych i magazynowych w latach 2010–2015: 13750 pożarów obiektów produkcyjnych i 6614 – magazynowych, z łącznymi stratami blisko 2,5 mld złotych. Z danych KG PSP wynika, że ponad 83% omawianych pożarów stanowiły pożary małe – o powierzchni nie przekraczającej 70 m² – co odpowiada kryteriom pożarów lokalnych z Eurokodu 1 [6] – średnica pożaru do 10 m i moc pożaru do 50 MW. Oznacza to zatem, iż 83% pożarów w obiektach przemysłowych zostało ugaszonych, zanim osiągnęły większe rozmiary!

 

Powszechnie uznaje się, że niedopuszczenie do znacznego rozwoju pożaru jest gwarantowane jedynie wtedy, gdy w obiekcie są zastosowane stałe samoczynne urządzenia gaśnicze. Jednak o małych rozmiarach wspomnianych 83% pożarów nie zadecydowała wcale obecność tych urządzeń. Wielu właścicieli obiektów przemysłowych nie chce stosować urządzeń tryskaczowych ani zraszaczowych, nie wymaganych zresztą przez polskie przepisy, głównie ze względu na koszty, ufając, że ochronę ich obiektów przed zniszczeniem w razie pożaru zapewnią w wystarczającym stopniu urządzenia oddymiające. W obiektach PM urządzenia oddymiające również nie są obligatoryjne, jakkolwiek ich stosowanie pozwala na znaczne złagodzenie wymagań dotyczących klasy odporności pożarowej obiektów i dopuszczalnej powierzchni stref pożarowych, a także warunków ewakuacji [2]. Zdaniem specjalistów te złagodzenia są bezzasadnie duże [7, 8].

 

W sytuacji, w której przepisy szczegółowe [2], odnoszące się do stalowych hal przemysłowych, nie w pełni realizują wymagania Prawa Budowlanego [9], odwołujące się do unijnego Rozporządzenia [1], aktualny jest problem, czy wymagania te można spełnić przy pomocy urządzeń oddymiających, bez stosowania stałych samoczynnych urządzeń gaśniczych.

 

Na rysunku 3. przedstawiono schemat hali, z której dym wypływa przez klapy dymowe w dachu, a napływ powietrza uzupełniającego następuje przez otwarte bramy [19].

 

 

2016 5 71 1

Rys. 3. Schemat hali, z której dym wypływa przez klapy dymowe w dachu, a napływ powietrza uzupełniającego następuje przez otwarte bramy [19]

 

 

Zgodnie z normami brytyjskimi dotyczącymi oddymiania, BS 7346-4:2003 [10] i BS 7346-5:2005 [11], powierzchnia czynna klap dymowych, przy której będzie możliwe utrzymanie określonej temperatury podstropowej warstwy dymu, w jednej strefi e dymowej o powierzchni maksymalnej 2000 m², wynosi:

 

(...)

 

Norma brytyjska [12] podaje charakterystyczne przykłady pożarów w halach przemysłowych:

  •  bardzo szybkich – z udziałem cieczy palnych i spienionych tworzyw sztucznych,
  •  szybkich – z udziałem tworzyw sztucznych i tkanin,
  •  średnich – palet drewnianych i pudeł z kartonu.

 

Zainicjowany pożar rozwija się do momentu zadziałania stałych samoczynnych urządzeń gaśniczych lub do podjęcia skutecznych działań gaśniczych, ewentualnie aż do całkowitego spalenia się materiałów palnych. W najczęściej spotykanym przypadku prowadzenia działań gaśniczych przy pomocy prądów wody, strumień wody, niezbędny do przerwania rozwoju pożaru można określić z prawa zachowania energii. Jak wykazał w swych publikacjach [14, 15] Paul Grimwood, międzynarodowy ekspert z angielskiej straży pożarnej, opierając się na doświadczeniach z prowadzonych przez 17 lat akcji, należy przyjmować, że do przerwania rozwoju pożaru niezbędne jest podawanie 0,38 litra wody na sekundę, na każdy megawat (MW) jego aktualnej mocy.

 

Jeden samochód ratowniczo-gaśniczy umożliwia podanie, przy pomocy trzech prądów wody, z prądownic 75 z dyszą 18 mm, 20 litrów wody na sekundę, co pozwala na przerwanie rozwoju pożaru lokalnego (do 50 MW). Użycie hydrantu wewnętrznego 52 o wymaganej w rozporządzeniu MSWiA [16] wydajności 2,5 l/s pozwala z kolei na przerwanie rozwoju pożaru o mocy do 6,5 MW. Należy tu zwrócić uwagę na fakt, że wymagane przez polskie przepisy w obiektach przemysłowych hydranty 52 z wężem płasko składanym nie nadają się do użycia przez osoby nieposiadające specjalistycznego przeszkolenia strażackiego i praktycznie nie są wykorzystywane. Jednak zgodnie z Polską Normą [17], taką samą wydajność 2,5 l/s można by zapewnić łatwym w użyciu dla osób bez specjalistycznego przeszkolenia hydrantom 33 z wężem półsztywnym, pod warunkiem zapewnienia w nich ciśnienia 0,6 MPa (zamiast 0,2 MPa).

 

Jak z powyższego wynika, przy pomocy samochodu ratowniczo – gaśniczego można ugasić pożar bardzo szybki, jeżeli rozwija się on nie dłużej niż 8,5 min, szybki – 17 min i średni – 34 min, a przy pomocy hydrantu 33 o podanych wyżej parametrach – pożar bardzo szybki, jeżeli rozwija się on nie dłużej niż 3 min, szybki – 6 min i średni – 12 min. W rzeczywistości czasy te będą powiększone o czas inkubacji pożaru, mogący trwać od kilkudziesięciu do kilkuset sekund, w którym często pożar może zostać zauważony przez pracowników, jeżeli przebywają oni w hali lub być zasygnalizowany przez urządzenia wykrywcze.

 

(...)

 

Instalacja oddymiająca ma więc szansę pozytywnego oddziaływania na warunki występujące w czasie pożaru jedynie w przypadku, kiedy jego szybkość rozwoju jest ograniczona i dalsze analizy dotyczą pożarów szybkich i średnich. Rysunek 6. przedstawia określone przy pomocy wzorów (1), (3), (4) i (5) temperatury warstwy dymu w halach produkcyjnych o wysokości 8 i 12 m, ze strefami dymowymi do 2000 m2, dla pożaru lokalnego (o mocy Q ≤ 50 MW) i skrajnych wartości gęstości mocy pożaru (90 i 620 kW/m²), w zależności od powierzchni czynnej klap dymowych. Powierzchnia czynna otworów dolotowych została przyjęta tak, by suma powierzchni czynnych klap dymowych i otworów dolotowych była minimalna.

 

Należy zwrócić tu uwagę na 4 charakterystyczne wartości temperatury warstwy dymu pod stropem hali:

  •  550°C uznawanej przez normę brytyjską [10] za krytyczną z punktu widzenia możliwości wystąpienia rozgorzenia – objęcia przez ogień wszystkich materiałów palnych w pomieszczeniu,
  •  350°C przyjmowanej zgodnie z Eurokodem 3 [18] za krytyczną z punktu widzenia nośności elementów stalowych, dla których nie określono, że ich temperatura krytyczna jest wyższa, 
  •  200°C, powyżej której warunki ewakuacji uważane są za zagrażające życiu,
  •  170°C – wartość przyjmowaną w normie brytyjskiej [10] w przypadku stosowania urządzeń tryskaczowych.

 

Jak widać, w halach produkcyjnych o znacznej wysokości (12 m), można przy pomocy klap dymowych uzyskać pod stropem w czasie pożaru lokalnego temperatury zbliżone do występujących w momencie zadziałania urządzeń tryskaczowych (T = 170°C), z tym, że dla dużych gęstości mocy pożaru (a więc i dużych gęstości obciążenia ogniowego) powierzchnie czynne klap dymowych będą musiały być wtedy bardzo duże. Dla hal o wysokości 8 m to samo byłoby możliwe jedynie dla niewielkich gęstości obciążenia ogniowego. Dla obu rodzajów hal produkcyjnych, praktycznie niezależnie od gęstości obciążenia ogniowego, przy zastosowaniu klap dymowych o odpowiednio dużej powierzchni czynnej, nie powinno nastąpić w czasie pożaru lokalnego zniszczenie konstrukcji hali (T ≤ 350°C).

 

Rysunek 7. przedstawia określone analogicznie temperatury podstropowej warstwy dymu w halach magazynowych o wysokości 8 i 12 m oraz wysokości składowania do 4 m, dla pożaru lokalnego (o mocy Q ≤ 50 MW) i skrajnych wartości gęstości mocy pożaru (750 i 3750 kW/m²), w zależności od powierzchni czynnej klap dymowych. Powierzchnia czynna otworów dolotowych została też przyjęta tak, by suma powierzchni czynnych klap dymowych i otworów dolotowych była minimalna [19]. Jak widać, w halach magazynowych o wskazanej w normie brytyjskiej [10] maksymalnej gęstości mocy pożaru (odpowiadającej maksymalnie dużej gęstości obciążenia ogniowego), można skutecznie zapobiegać rozgorzeniu przy pomocy klap dymowych jedynie w halach o znacznej wysokości (12 m). Przy minimalnej gęstości mocy pożaru (i związanej z tym małej gęstości obciążenia ogniowego), w halach o wysokości co najmniej 8 m, mogą występować pod stropem w czasie pożaru lokalnego temperatury zapewniające ochronę konstrukcji hali przed zniszczeniem (350oC), a w halach o wysokości 12 m temperatury zapewniające również odpowiednią ochronę przejścia ewakuacyjnego (200oC). Wszystko to dotyczy jednak tylko takich hal, w których wysokość składowania nie przekracza 4 m, co z kolei najczęściej musi poddawać w wątpliwość sensowność całego przedsięwzięcia.

 

 

2016 5 74 1

Rys. 7. Temperatury podstropowej warstwy dymu w hali magazynowej o dopuszczalnej wysokości składowania 4 m, dla pożaru o mocy Q  50 MW, w zależności od powierzchni czynnej klap dymowych, w strefie dymowej o powierzchni nieprzekraczającej 2000 m2 [19]

 

 

Ponieważ wymagane do uzyskania żądanej temperatury podstropowej warstwy dymu powierzchnie czynne klap dymowych i otworów dolotowych są wzajemnie uzależnione, na wykresie (rys. 8.) przedstawiono, dla kilku wybranych przypadków, jakie są możliwości zmniejszenia powierzchni otworów dolotowych, co często w praktyce jest bardzo pożądane.

 

 

2016 5 75 1

Rys. 8. Zależność wymaganych powierzchni czynnych klap dymowych i otworów dolotowych [19]

 

 

Jak wynika z powyższych analiz, decydujące znaczenie dla niedopuszczenia do zniszczenia stalowej hali przemysłowej w wyniku pożaru, ma opanowanie go w czasie, w którym nie przekroczył on jeszcze poziomu pożaru lokalnego (50 MW). W odniesieniu do pożarów o rozwoju bardzo szybkim, jest to praktycznie niemożliwe bez zastosowania w hali stałych samoczynnych urządzeń gaśniczych.

 

W przypadku pożarów szybkich i średnich najistotniejsze jest, czy czas osiągnięcia przez pożar mocy 50 MW nie będzie dłuższy od czasu, w którym z samochodu ratowniczo-gaśniczego zostaną podane 3 prądy wody. Ten drugi czas zależy od odległości hali od najbliższej jednostki ratowniczo-gaśniczej i od szybkości przekazania do niej sygnału o pożarze. Sygnał o pożarze powinien pochodzić z instalacji wykrywczej i jednocześnie powinien powodować otwarcie dopływu powietrza przez otwory dolotowe, a najlepiej również otwarcie klap dymowych. Wyjątek stanowi dość rzadka raczej sytuacja, gdy w hali całodobowo znajdują się pracownicy, dysponujący przy tym ręcznymi ostrzegaczami pożarowymi. Jeżeli z analizy będzie wynikać, że pożar osiągnąłby moc 50 MW zanim ekipy ratownicze zdążyłyby podać 3 prądy wody, niezbędne będzie zastosowanie w hali stałych samoczynnych urządzeń gaśniczych wodnych [19]. Tak samo będzie również w przypadku, niezadowalających efektów stosowania urządzeń oddymiających, związanych z temperaturą podstropowej warstwy dymu, gdy pożar będzie miał jeszcze charakter pożaru lokalnego.

 

 

Dariusz RATAJCZAK
Ekspert w zakresie
bezpieczeństwa
pożarowego budynków

dr inż. Dorota BRZEZIŃSKA
WIPOS,
Politechnika Łódzka

 

LITERATURA:

[1] Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) Nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 r. ustanawiające zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylające dyrektywę Rady 89/106/EWG (DzU L 88 z 04.04.2011).

[2] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2015 r. poz.1422).

[3] Raport Projektu Europejskiego. Wspieranie rozwoju rynku kształtowników na potrzeby hal przemysłowych i niskich budynków RFS2-CT-2008-0030.

[4] ŁASTOWSKI M.: Budynki przemysłowe bez ubezpieczenia? Ochrona Przeciwpożarowa. Nr 2. 2013.

[5] JANIK P.: Wnioski z pożarów 2010 – 2012. Ochrona Przeciwpożarowa. Nr 2. 2013. 

[6] PN-EN 1991-1-2 Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-2: Oddziaływania ogólne. Oddziaływania na konstrukcje w warunkach pożaru.

[7] SKAŹNIK M.: Samoczynne urządzenia oddymiające a brak samoczynnych urządzeń gaśniczych wodnych. Ochrona Przeciwpożarowa. Nr 2. 2011.

[8] SKAŹNIK M.: Projektowanie samoczynnych urządzeń oddymiających: standard NFPA 204 edycja 2012. Ochrona Przeciwpożarowa. Nr 2. 2012.

[9] Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (DzU z 2016 r. poz.290).

[10] BS 7346–4:2003 Components for smoke and heat control systems. Functional recommendations and calculation methods for smoke and heat exhaust ventilation systems, employing steady – state design fires. Code of practice.

[11] BS 7346–5:2005 Components for smoke and heat control systems. Functional recommendations and calculation methods for smoke and heat exhaust ventilation systems, employing time-dependent design fires. Code of practice.

[12] BS 9999:2008 Code of practice for fi re safety in the design, management and use of buildings.

[13] PD 7974-1:2003. Application of fi re safety engineering principles to the design of buildings. Initiation and development of fire within the enclosure of origin (Sub – system 1).

[14] GRIMWOOD P.: The Harrow Court Final Report. Fire Brigades Union Region. 9, July 2005.

[15] GRIMWOOD P.: High profi le, www. frmjournal.com., March 2011.

[16] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU Nr 109, poz. 719).

[17] PN-EN 671-1:2002 Stałe urządzenia gaśnicze. Hydranty wewnętrzne. Część 1: Hydranty wewnętrzne z wężem półsztywnym.

[18] PN-EN 1993-1-2 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-2: Reguły ogólne – Obliczanie konstrukcji z uwagi na warunki pożarowe.

[19] RATAJCZAK D., BRZEZIŃSKA D.: Oddymianie Stalowych hal przemysłowych według standardów europejskich cz. 1. Ochrona Przeciwpożarowa. str. 22-25. Nr 3. 2013.

[20] RATAJCZAK D., BRZEZIŃSKA D.: Oddymianie Stalowych hal przemysłowych według standardów europejskich cz. 2. Ochrona Przeciwpożarowa. str. 8-11. Nr 4. 2013.

 

 

 

 

Reklama

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Pompy ciepła 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

Reklama

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.