Oddymianie i wentylacja pożarowa: Przepisy, dopuszczalna prędkość przepływu i projektowanie

Bezpieczeństwo pożarowe w budynkach, szczególnie tych wielokondygnacyjnych i użyteczności publicznej, jest kwestią priorytetową. Kluczową rolę w zapewnieniu bezpiecznej ewakuacji i warunków dla służb ratowniczych odgrywają systemy oddymiania i wentylacji pożarowej. Ich prawidłowe zaprojektowanie, wykonanie i eksploatacja muszą być zgodne z restrykcyjnymi przepisami, normami i wytycznymi, takimi jak Warunki Techniczne (WT 2021), rozporządzenia MSWiA, normy PN-EN oraz rekomendacje CNBOP-PIB i Instytutu Techniki Budowlanej (ITB).

Wymogi prawne i zasady działania systemów oddymiania klatek schodowych

Każda wielokondygnacyjna klatka schodowa przeznaczona do ewakuacji musi być zabezpieczona urządzeniami oddymiającymi lub systemem różnicy ciśnień. System oddymiania klatki schodowej to zestaw podzespołów (klapy dymowe, czujniki dymu, siłowniki, centrala sterująca, zasilanie, okablowanie itp.) dobranych do wspólnego działania, służących usuwaniu dymu z pionowej drogi ewakuacyjnej. System musi uruchamiać się automatycznie po wykryciu dymu, co zapewnia bezpieczeństwo ewakuowanym oraz ratownikom. Istotne jest spełnienie wymagań technicznych (WT, PN-EN) i rekomendacji CNBOP-PIB (wytyczne W-0003:2016), które określają parametry urządzeń (np. minimalna powierzchnia klapy dymowej, czas otwarcia, prędkość przepływu).

Rodzaje systemów oddymiania: Grawitacyjny a nawiew mechaniczny

Wyróżnia się dwa główne rodzaje systemów oddymiania klatek schodowych:

• Oddymianie grawitacyjne: Wykorzystuje naturalny ciąg termiczny. Otwarcie klapy dymowej na dachu klatki powoduje wypływ gorących gazów do góry, a jednocześnie powietrze do wnętrza jest wciągane przez dolne otwory napływowe. Jest to rozwiązanie proste, nie wymagające zasilania podczas właściwej akcji po otwarciu klap i otworów czerpnych. Ma jednak ograniczenia praktyczne; grawitacja może być niewystarczająca przy niskiej temperaturze powietrza (słaby ciąg termiczny), przy silnym wietrze czy w bardzo wysokich budynkach. Wytyczne projektowe CNBOP-PIB zalecają stosowanie systemów grawitacyjnych przede wszystkim w relatywnie niskich obiektach (do około 5 kondygnacji).
• Nawiew mechaniczny (wspomaganie lub układ nadciśnieniowy): To rozwiązanie aktywne, w którym wentylator podaje zewnętrzne powietrze na najniższy poziom klatki, utrzymując tam stały, regulowany przepływ. W wytycznych CNBOP-PIB nawiew mechaniczny definiuje się jako układ o zmiennym wydatku, zapewniający stały przepływ objętości mieszaniny powietrza i dymu przez urządzenie oddymiające niezależnie od warunków rozwoju pożaru. Wentylator automatycznie dopasowuje obroty, aby zachować określoną prędkość wypływu przez klapę dymową, niezależnie od nieszczelności (np. otwieranie drzwi) czy zmian gęstości gazów. System wspomagany mechanicznie jest bardziej odporny na zakłócenia i niesprzyjające warunki atmosferyczne, a projektowane jest dla niego większe bezpieczeństwo.

Rekomendacje CNBOP-PIB dotyczące typów budynków

Nawiew kompensacyjny i dolne otwory nawiewne

Otwory napływu powietrza kompensacyjnego to pasywny element systemu oddymiania. Na najniższej kondygnacji klatki schodowej (parter) muszą znajdować się przynajmniej jeden otwór doprowadzający powietrze z zewnątrz. Zwykle jest to: drzwi na parterze (z wyjściem na zewnątrz), specjalny wlot powietrza w ścianie klatki (czerpnia) lub okno wyposażone w automatyczne żaluzje. Włączenie systemu oddymiania (otwarcie klap dymowych) powinno jednocześnie wymusić otwarcie tych otworów. Automatyka sterowania zapewnia, że dolne otwory zostaną otwarte w ciągu 60 sekund od alarmu. Dzięki otworom kompensacyjnym utrzymywane jest zrównoważone ciśnienie, co przyspiesza wypychanie gorących gazów na zewnątrz.

Alternatywą dla pasywnych otworów jest nawiew mechaniczny - wentylator nadmuchowy na parterze klatki, podający powietrze do wnętrza szybu. Wówczas wentylator staje się źródłem napływu powietrza kompensacyjnego z regulowaną wydajnością. Dolne czerpnie należy tak dobrać i umiejscowić, aby były zabezpieczone przed zadymieniem i zapewniały łatwy dopływ zewnętrznego powietrza.

Elementy wykonawcze i konfiguracja systemu

Typowa instalacja oddymiania składa się z kilku kluczowych elementów:

• Klapy dymowe dachowe lub urządzenia ścienne: Montowane na stropie klatki schodowej, odpowiadają za wypływ gorących gazów pożarowych. W systemach grawitacyjnych CNBOP-PIB zaleca stosowanie klap dymowych zlokalizowanych w najwyższym punkcie klatki, a nie otwieranych okien czy urządzeń na elewacjach, ze względu na podatność na parcie wiatru.
• Centrala sterująca oddymianiem (CSP): Odpowiada za odbieranie sygnałów z czujek dymu i systemów sygnalizacji pożarowej. Zarządza wszystkimi elementami wykonawczymi. W systemach grawitacyjnych centralę instaluje się zazwyczaj w górnej części klatki, a po aktywacji systemu dalsze zasilanie nie jest niezbędne. W przypadku oddymiania wspomaganego nawiewem mechanicznym, centrala musi zapewnić ciągłość zasilania przez cały okres ewakuacji i działania służb (często przez 30 minut, a nawet dłużej), dlatego najlepiej montować ją w dolnych, chłodniejszych częściach klatki lub w odrębnym, zabezpieczonym pomieszczeniu technicznym.
• Zasilacz systemu oddymiania klatki schodowej: Podstawowe źródło awaryjnego zasilania. Musi być zgodny z PN-EN 12101-10, certyfikowany do współpracy z instalacjami wentylacji pożarowej i zdolny do podtrzymania pracy przez określony czas.
• Otwory nawiewu kompensacyjnego: Umieszczone możliwie najniżej w obrębie klatki schodowej, dostarczają świeże powietrze. Mogą to być otwory ścienne z żaluzją, drzwi ewakuacyjne z funkcją automatycznego otwarcia lub okno z napędem, sterowane przez centralę.
• Nawiew mechaniczny: Wentylator o zmiennej wydajności, który dostarcza świeże powietrze do klatki schodowej, stabilizując przepływ objętościowy mieszanki powietrza i dymu. Zwiększa niezawodność działania systemu, szczególnie w wysokich budynkach i obiektach narażonych na zmienne warunki atmosferyczne.

Najczęściej występujące błędy w systemach oddymiania

Jednym z najczęstszych błędów w instalacjach oddymiania grawitacyjnego jest brak automatycznego otwierania otworów napływu powietrza kompensacyjnego. Problem ten dotyczy przede wszystkim starszych systemów, zaprojektowanych na podstawie nieaktualnych wytycznych, gdzie zakładano, że użytkownicy samodzielnie otworzą drzwi lub okna. System oparty wyłącznie na obsłudze manualnej nie zapewnia wymaganej skuteczności i jest niezgodny z aktualnymi przepisami.

Zgodnie z obowiązującymi przepisami, system oddymiania musi aktywować się automatycznie po wykryciu dymu przez system detekcji. Instalacje powinny być wyposażone w czujki dymu rozmieszczone na każdej kondygnacji. Niestety, w praktyce często spotyka się sytuacje, gdzie zamontowana jest tylko jedna czujka, co znacząco ogranicza funkcjonalność systemu.

Dodatkowo, błędem krytycznym jest stosowanie niewłaściwych zamków w drzwiach napowietrzających (np. mechanicznych z ryglem ręcznym), które nie są zintegrowane z automatyką systemu oddymiania. Może to uniemożliwić otwarcie drzwi i zablokować drogę ewakuacyjną. Dlatego należy stosować siłowniki otwierające drzwi lub okna kompensacyjne zintegrowane z centralą, zamki elektromagnetyczne lub elektrozaczepy, które automatycznie się zwalniają, oraz przeprowadzać testy dynamiczne drzwi z siłownikiem.

Wentylacja pożarowa w garażach

Garaże (parkingi) są newralgicznym punktem dużych obiektów budowlanych, a wentylacja pożarowa odgrywa w nich kluczową rolę. Jej celem jest zapewnienie odpowiednich warunków ewakuacji, ochrona konstrukcji budynku, zapobieganie rozprzestrzenianiu się ognia oraz zapewnienie odpowiednich warunków dla służb ratunkowych.

Konieczność stosowania wentylacji pożarowej w garażach zamkniętych wynika z Rozporządzenia w sprawie warunków technicznych. Stosowanie wentylacji oddymiającej, uruchamianej za pomocą systemu wykrywania dymu, uzależnione jest od powierzchni strefy pożarowej. Wentylacja pożarowa stosowana jest w strefach o powierzchni większej niż 1500 m² oraz mniejszej, w przypadku braku zapewnionego bezpośredniego wjazdu lub wyjazdu. Maksymalna powierzchnia strefy pożarowej w oddymianym garażu wynosi 5000 m², z możliwością zwiększenia do 10 000 m² pod warunkiem zastosowania dodatkowej ochrony stałymi samoczynnymi urządzeniami gaśniczymi wodnymi (tryskaczowymi lub zraszaczowymi).

Rozporządzenie wyróżnia także garaże otwarte, zwolnione z obowiązku stosowania samoczynnych urządzeń oddymiających. W garażach tych należy jednak zapewnić przewietrzanie naturalne każdej kondygnacji. Głównym celem projektowania wentylacji pożarowej jest ewakuacja.

Wymagania dla wentylatorów oddymiających

Wentylatory oddymiające stosowane w instalacji pożarowej powinny mieć klasę F600 60, jeżeli przewidywana temperatura dymu przekracza 400ºC, a F400 120 w pozostałych przypadkach.

Systemy wentylacji pożarowej garaży

W Polsce dostępne są wytyczne wydane w 2015 roku przez Instytut Techniki Budowlanej „Systemy wentylacji pożarowej garaży. Projektowanie, ocena, odbiór” (493/2015), które opisują dwa główne rodzaje systemów:

Wentylacja kanałowa

Wentylacja kanałowa zapewnia usuwanie dymu z warstwy zgromadzonej pod stropem i utrzymanie wolnej od dymu przestrzeni, w której możliwa jest ewakuacja i prowadzenie działań ratowniczo-gaśniczych. Systemy kanałowe wykorzystują kanały wentylacyjne z rozmieszczonymi równomiernie kratkami wywiewnymi. Według wytycznych ITB kratki wywiewne powinny być zlokalizowane nie rzadziej niż co 5-15 m, a powietrze kompensacyjne powinno być dostarczone do strefy objętej pożarem z prędkością nie większą niż 2 m/s. Pojedyncza powierzchnia strefy dymowej, wydzielonej na granicach stałymi lub opuszczanymi kurtynami dymowymi, nie powinna przekraczać 2600 m². Systemy kanałowe są przeznaczone do garaży o wysokości powyżej 2,9 m.

Wentylacja strumieniowa

Celem działania systemu wentylacji strumieniowej oczyszczania z dymu jest umożliwienie ewakuacji osób poprzez utrzymanie dymu pod stropem garażu w wymaganym czasie ewakuacji, a następnie obniżenie temperatury dymu poprzez zmieszanie go z napływającym powietrzem kompensacyjnym i usuwanie w wybranych punktach wyciągowych. Układ opiera się na zastosowaniu podstropowych wentylatorów strumieniowych oraz wentylatorów wywiewnych oddymiających w punktach wyciągowych. Aby zapobiec przedostawaniu się dymu do sąsiednich stref dymowych, zgodnie z wytycznymi ITB powinno się wytworzyć średnią prędkość przepływu nie mniejszą niż 0,9 m/s w garażach niewyposażonych w stałe urządzenia gaśnicze wodne lub 0,7 m/s, gdy są one zastosowane. Wytyczne ITB podają proponowane wydajności systemu w zakresie 180 000 - 400 000 m³/h, a równocześnie zalecają, aby były one weryfikowane przy wykorzystaniu analiz CFD. Systemy wentylacji strumieniowej mogą być stosowane w garażach niższych niż 2,9 m.

Wpływ innych urządzeń na działanie wentylacji pożarowej

Istotny wpływ na działanie systemu wentylacji pożarowej mają też inne urządzenia. Prawidłowy dobór i wymiarowanie systemu jest trudne do przedstawienia za pomocą prostych zależności matematycznych, dlatego coraz powszechniej stosuje się metody analizy CFD (Computational Fluid Dynamics). Analizy CFD umożliwiają modelowanie zjawisk fizycznych zachodzących podczas pożaru oraz pracy systemu wentylacji pożarowej. W wytycznych ITB zawarte są jasno zdefiniowane parametry założeń, które powinny być wykorzystywane jako standard podczas wykonywania symulacji. Według ITB maksymalny wymiar elementu siatki obliczeniowej nie powinien przekraczać 20 cm w pobliżu źródła ciepła i dymu oraz elementów systemów wentylacji. Zalecana wartość ciepła spalania to 25 MJ/kg, a współczynnik generacji sadzy Ys=0,1g/g.

Analizy numeryczne wykorzystuje się również w celu potwierdzenia przyjętej klasy odporności wentylatorów oddymiających i wentylatorów strumieniowych. Uzyskane średnie temperatury na wentylatorach oddymiających przy osiągnięciu maksymalnej mocy pożaru mogą być podstawą do obniżenia odporności temperaturowej urządzeń. Przyjmowane założenie co do lokalizacji pożaru w takich przypadkach powinno zakładać najbardziej niekorzystny scenariusz.

Problemy projektowe i wykonawcze

Przepisy, normy i wytyczne dotyczące wentylacji pożarowej w garażach są wspólne dla wszystkich kategorii budynków, jednak w przypadku garaży w centrach handlowych powinno się stosować rozwiązania dostosowane do większego natężenia ruchu. Czas ewakuacji w takich obiektach może być znacznie dłuższy niż w budynkach mieszkalnych, co ma istotny wpływ na dobór systemu i jego wydajności.

Mimo że Warunki Techniczne wskazują systemy wentylacji pożarowej jako obligatoryjne, brak jest praktycznych wytycznych projektowania systemów oddymiania dla obiektów niskich i średniowysokich. Zaprojektowanie znacznie skuteczniejszych układów z nawiewem mechanicznym nie zostało ujęte w żadnym standardzie. Podobnie problematyczna jest sytuacja w przypadku projektowania układów różnicowania ciśnienia dla budynków wysokich, opierając się na PN-EN 12101-6 i „Instrukcji ITB 378”. W efekcie zupełnie innego podejścia do zagadnień projektowych, w dwóch podobnych budynkach można wykonać zupełnie inne instalacje.

Częstą praktyką jest łączenie wymagań różnych standardów projektowych. Chociaż dwa najczęściej stosowane w Polsce standardy projektowe dalekie są od doskonałości, dobry projektant powinien posiadać „intuicję” inżynierską. Przykładem błędu jest obliczanie wydajności wentylatora nawiewu pożarowego klatki schodowej według zasad opisanych w instrukcji ITB francuskich, ale uwzględniając przepływ powietrza przy jednoczesnym otwarciu drzwi na kondygnacji objętej pożarem i poziomie parteru z prędkością 2 m/s (co nie występuje w tych zaleceniach, ale jest popularne wśród rzeczoznawców ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych), a następnie zwiększanie wydatku o 15% na nieszczelności i „doprawianie” współczynnikiem zwiększającym 1,5 z PN-EN 12101-6, który dotyczy wyłącznie scenariusza drzwi zamkniętych.

Nadzieję na poprawę sytuacji dają planowane zmiany w ustawodawstwie europejskim, polegające na ogłoszeniu nowej wersji standardu. Planowane są liczne zmiany, głównie na uproszczeniu klasyfikacji budynku i ujednoliceniu wymagań, np. minimalne nadciśnienie 30 Pa dla budynków o wysokości ≤ 60 m. Planowane zmiany otwierają również drogę dla projektowania w budynkach wysokich innych niż „klasyczne” układów zabezpieczenia pionowych dróg ewakuacji, np. tzw. systemu przepływowego.

Odbiór i nadzór techniczny

Problemy projektowe i wykonawcze to nie jedyne zagrożenia dla poprawnego działania systemów wentylacji pożarowej. Kolejna kwestia dotyczy procedury odbioru i nadzoru nad stanem technicznym. Chociaż wymagania w tym zakresie opisane są szczegółowo np. w rozdziałach od 12 do 14 normy PN-EN 12101-6, to powszechnie nie są one stosowane. Odbiór instalacji sprowadza się najczęściej do sprawdzenia dokumentacji technicznej i sporadycznych, cząstkowych prób instalacji. Jeszcze gorzej wygląda sytuacja prób okresowych i nadzoru nad stanem technicznym; w budynkach poza okresowymi rocznymi próbami instalacji nie wykonuje się żadnych testów pożarowych, podczas gdy niektóre elementy powinny być testowane raz na tydzień lub raz w miesiącu.

Dodatkowo, projektanci instalacji wentylacji pożarowej często znajdują się pod presją ekonomiczną, co skutkuje przyjmowaniem rozwiązań minimalnych, a nie najskuteczniejszych. Przy aktualnym stanie prawnym i bardzo liberalnej procedurze odbiorczej oznacza to w praktyce możliwość stosowania rozwiązań „jednorazowych”, które już po krótkim czasie od odebrania budynku mogą charakteryzować się problematyczną skutecznością.

tags: #oddymianie #dopudzczalna #predkosc #przeplywu