Analiza systemów oddymiania garaży podziemnych: Wymogi, normy i metody projektowania

Garaże, w szczególności te zlokalizowane w obiektach handlowych, są newralgicznym punktem dużych obiektów budowlanych. Wraz z szybkim rozwojem powierzchni handlowych i rosnącą liczbą potencjalnych klientów, wzrasta również zapotrzebowanie na miejsca postojowe dla samochodów osobowych. Wielopoziomowe parkingi w dzisiejszych galeriach handlowych muszą być wyposażane w odpowiednie instalacje bezpieczeństwa pożarowego, aby zapewnić właściwe warunki bezpieczeństwa. Wśród nich ważną rolę spełnia wentylacja pożarowa.

Wentylacja garaży pełni podwójną rolę: w czasie normalnego użytkowania zapewnia odpowiednie warunki w zakresie jakości powietrza poprzez usuwanie zanieczyszczeń pochodzących od spalin samochodowych, natomiast w czasie pożaru jej celem jest zapewnienie odpowiednich warunków ewakuacji, ochrona konstrukcji budynku, zapobieganie rozprzestrzenianiu się ognia oraz zapewnienie odpowiednich warunków dla służb ratunkowych.

Uregulowania prawne w Polsce

Konieczność stosowania w Polsce wentylacji pożarowej (samoczynnych urządzeń oddymiających) w garażach zamkniętych dla samochodów osobowych wynika z Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 460, z późn. zm. [1]).

Wymogi dotyczące oddymiania (paragrafy 277 ust. 4 i 270 ust. 1)

Stosowanie wentylacji oddymiającej, uruchamianej za pomocą systemu wykrywania dymu, jest uzależnione 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 (§ 277 ust. 4).

Od stycznia 2018 r. zmieniony został zapis w § 277 ust. 4, który obecnie zakłada konieczność oddymiania stref garażowych bez względu na ich wielkość lub ilość parkujących samochodów, z których nie ma bezpośredniego wyjazdu, np. pochylnią, lub gdy ich strefa pożarowa przekracza 1500 m². Maksymalna powierzchnia strefy pożarowej w oddymianym garażu wynosi 5000 m². W określonych przypadkach istnieje możliwość zwiększenia jej do 10 000 m², pod warunkiem zastosowania dodatkowej ochrony stałymi samoczynnymi urządzeniami gaśniczymi wodnymi (tryskaczowymi lub zraszaczowymi).

W § 270 ust. 1 Rozporządzenia [1] wskazano, że instalacja wentylacji oddymiającej powinna usuwać dym z intensywnością zapewniającą, że w czasie potrzebnym do ewakuacji ludzi na chronionych przejściach i drogach ewakuacyjnych nie wystąpi zadymienie lub temperatura uniemożliwiające bezpieczną ewakuację. Należy zaznaczyć, iż w przywołanym paragrafie nie został określony wymagany czas na ewakuację.

Aspekty ewakuacji i bezpieczeństwa

Zgodnie z Rozporządzeniem, za główny cel projektowania wentylacji pożarowej uznaje się ewakuację (§ 270 ust. 2 [1]). W praktyce, wielu projektantów wentylacji oddymiającej zauważa, że żaden system uruchamiany automatycznie - zgodnie z ogólnie stosowanymi założeniami - nie zdąży się uruchomić przed zakończeniem czasu ewakuacji, a zatem może nie podnieść bezpieczeństwa osób przebywających w takim garażu i nie spełniać wprost wymogu wynikającego z § 270 ust. 1.

To projektant powinien udowodnić, że zaprojektowany system spełnia cytowany wymóg z § 270. W takim przypadku pomocnym narzędziem jest wykorzystanie symulacji komputerowej rozprzestrzeniania dymu metodą CFD. Analiza obliczeniowa temperatury dymu (np. metodą CFD) została przywołana w warunkach technicznych [1].

Szczególną uwagę należy zwrócić na specyfikę garaży w obiektach handlowych, które są ogólnodostępnymi parkingami dla użytkowników często nieznających budynku. Ten fakt powinien być uwzględniany przy założeniach co do czasu ewakuacji, który może być znacznie dłuższy niż np. w obiektach mieszkalnych, i ma istotny wpływ na wybór odpowiedniego systemu oraz jego wydajności. Często skomplikowany układ komunikacyjny utrudniający lokalizację i dostęp do źródła pożaru wymaga projektowania systemów zapewniających odpowiednie warunki dostępu dla ekip ratowniczych, niezależnie od miejsca wybuchu pożaru.

Normy i wytyczne w projektowaniu wentylacji pożarowej

Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane [2] zastąpiła pierwotną konieczność stosowania Polskich Norm koniecznością stosowania wiedzy technicznej podczas projektowania. Po wejściu Polski do Unii Europejskiej w maju 2004 r. zaistniała legalna możliwość stosowania norm europejskich w Polsce, z czego korzystają zarówno projektanci, jak i rzeczoznawcy, traktując normy europejskie jako wiedzę techniczną. Stosowanie norm europejskich czy też polskich nie zwalnia projektanta z obowiązku spełnienia wytycznych z warunków technicznych [1].

Normy europejskie i zagraniczne

• BS 7346-7:2013 to najszerzej stosowana zagraniczna regulacja, ceniona przez projektantów i rzeczoznawców. Norma określa zalecenia i wytyczne funkcjonowania systemów usuwania dymu i ciepła z garaży zamkniętych oraz częściowo otwartych. Zaleca dla takich celów ilość powietrza na poziomie min. 10 w/h dla systemów działających jako systemy oczyszczania z dymu w małych garażach, o niewielkim prawdopodobieństwie jednoczesnego przebywania dużej ilości osób.
• PN-EN 12101 stanowi zbiór kluczowych standardów europejskich dotyczących systemów kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła.
  • PN-EN 12101-6: określa wymagania dla systemów różnicowania ciśnienia, które mogą być stosowane w garażach podziemnych.
  • PN-EN 12101-10: definiuje wymagania dla zasilaczy stosowanych w systemach kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła.
• Inne normy zagraniczne: NBN S 21-208-2 (Belgia) i NEN 6098:2010 (Holandia) oraz amerykańska norma NFPA 88A. Niestety, aktualnie nie ma jeszcze normy zharmonizowanej, która obowiązywałaby we wszystkich krajach członkowskich Unii Europejskiej, a jedynie odrębne dokumenty regulujące kwestie wentylacji w garażach w sposób indywidualny dla każdego kraju.

Polskie wytyczne i ich znaczenie

• W Polsce dostępne są wytyczne wydane w 2015 r. przez Instytut Techniki Budowlanej: ITB nr 493/2015 „Systemy wentylacji pożarowej garaży. Projektowanie, ocena, odbiór”, które stanowią kluczowy dokument krajowy.
• Wraz z rosnącą popularnością elektromobilności, pojawiły się nowe wytyczne i standardy, m.in. Wytyczne CNBOP-PIB z maja 2025 roku, które określają specjalne wymagania dla garaży przeznaczonych do ładowania samochodów elektrycznych i hybrydowych plug-in.

Rodzaje systemów wentylacji pożarowej w garażach

Wyróżnia się dwa główne typy systemów wentylacji pożarowej w garażach: kanałową i strumieniową.

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 równomiernie rozmieszczonymi kratkami wywiewnymi, które w czasie pożaru usuwają dym i ciepło.

Według wytycznych ITB [7] 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. Za warunek prawidłowego funkcjonowania systemu wentylacji przewodowej uznaje się utrzymywanie za jego pomocą przestrzeni wolnej od dymu od posadzki do wysokości co najmniej 2,2 m, jak podaje ITB, a nawet 3,5 m w przypadku wytycznych z normy belgijskiej. Systemy kanałowe, z racji sposobu usuwania dymu i wymaganej przestrzeni na kanały oddymiające, są przeznaczone do garaży o wysokości powyżej 2,9 m.

Wentylacja strumieniowa (system oczyszczania z dymu)

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 oddalonych znacznie od punktów napływu powietrza. Napływ powietrza do garażu może być realizowany mechanicznie bądź grawitacyjnie.

W czasie przeznaczonym na ewakuację ludzi powinny się uruchamiać wyłącznie wentylatory wyciągowe i nawiewne z wydajnością ograniczoną tak, aby przepływ powietrza wywołany ich pracą nie powodował zmieszania dymu z niezadymionym powietrzem i ograniczenie widoczności. Uruchomienie wentylatorów strumieniowych powinno nastąpić po założonym czasie ewakuacji.

Zasada działania polega na utrzymaniu dymu w wydzielonej strefie, poprzez zapewnienie odpowiedniej prędkości powietrza na granicy tej strefy, przy jednoczesnym zapewnieniu możliwości lokalizacji pożaru przez ekipy ratownicze. 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.

Uzyskanie takich prędkości przepływu w całej szerokości rozległego garażu może być trudne z uwagi na potrzebną dużą ilość powietrza. W takich przypadkach powszechnie stosowanym rozwiązaniem są stałe elementy budowlane w postaci dodatkowych ścianek bądź kurtyn dymowych pod stropem garażu, które ograniczają powierzchnie na granicy strefy, a tym samym zwiększają prędkość przepływu. ITB podaje proponowane wydajności systemu w zakresie 180 000 - 400 000 m³/h, a równocześnie zaleca, aby były one weryfikowane przy wykorzystaniu analiz CFD.

Z praktyki wynika, że systemy wentylacji strumieniowej mogą być stosowane w garażach niższych niż 2,9 m. Jednakże, opisane systemy nie są zalecane do stosowania w garażach, w których może wystąpić konieczność ewakuowania się wielu ludzi nieznających dobrze obiektu, np. w galeriach handlowych czy innych ogólnodostępnych obiektach użyteczności publicznej.

Metody weryfikacji i optymalizacji projektów

Analizy Computational Fluid Dynamics (CFD)

Prawidłowy dobór i wymiarowanie systemu wentylacji pożarowej jest trudne do przedstawienia za pomocą prostych zależności matematycznych. W celu weryfikacji przyjętych założeń coraz powszechniej stosuje się metody analizy CFD. Analizy CFD przeprowadza się z wykorzystaniem metod obliczeniowych mechaniki płynów, umożliwiających modelowanie zjawisk fizycznych zachodzących podczas pożaru oraz pracy systemu wentylacji pożarowej. Rozwiązaniem równań stanowią wartości temperatury, gęstości, prędkości przepływu, stężenia dymu i innych parametrów, znane dla każdej objętości w badanym układzie, w każdym momencie trwania analizy.

W wytycznych ITB zawarte są jasno zdefiniowane parametry założeń, które powinny być wykorzystywane jako standard podczas wykonywania symulacji. Powszechne wykorzystywanie wyników symulacji CFD do oceny większości projektów wentylacji pożarowej powinno skłaniać do przyjmowania jednolitych założeń i kryteriów oceny uzyskanych wyników.

Kluczowe założenia i parametry w analizach CFD wg 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 wynosi 25 MJ/kg.
• Współczynnik generacji sadzy (tzw. Yield of Soot, Ys) zaleca się na poziomie Ys=0,1 g/g.
• Krzywa rozwoju pożaru, np. dla trzech samochodów osobowych, jest przyjmowana do analiz CFD.

Kryteria oceny odnoszą się m.in. do widzialności znaków ewakuacyjnych świecących światłem własnym, co odpowiada 30 m widzialności znaków odbijających światło i elementów budynku. 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.

Próby dymowe

Próby dymowe są kluczowym elementem odbioru i oceny skuteczności systemów oddymiania oraz wentylacji pożarowej w budynkach. Wytyczne Instytutu Techniki Budowlanej ITB 493/2015 to dokument szczegółowo opisujący metodykę prowadzenia prób z gorącym dymem w polskich warunkach. Wytyczne te są szeroko stosowane przy odbiorach systemów oddymiania, szczególnie w garażach podziemnych i budynkach wielokondygnacyjnych.

Próby dymowe najczęściej przeprowadza się podczas odbioru końcowego obiektu, zgodnie z dokumentacją projektową oraz wytycznymi ITB 493/2015 lub normą AS 4391-1999. W ramach inżynierii bezpieczeństwa pożarowego stosowana jest również norma ISO 23932-1 (PN-ISO 23932-1). W analizach CFD weryfikuje się profile ciśnień w klatkach i szybach windowych zgodnie z PN-EN 12101-6/-13.

Wyposażenie i projektowanie systemów oddymiania

Przepisy, normy i wytyczne dotyczące wentylacji pożarowej w garażach są wspólne dla wszystkich kategorii budynków, w których znajdują się miejsca postojowe dla samochodów osobowych. Dodatkowo, w przypadku projektowania miejsc postojowych na platformach wielopoziomowych, warto zastosować instalację zraszaczową/tryskaczową, co pozwala na złagodzenie wymagań odnośnie długości i czasu drogi ewakuacyjnej, jak i wysokości garażu. Zdecydowana większość rzeczoznawców pożarowych traktuje taki garaż jako miejsce tzw. wysokiego składowania (PM), przyjmując wówczas zwiększone obciążenia pożaru o mocy 9 MW i obwodzie 20 m. W związku z wynikającą z przepisów koniecznością połączenia obu instalacji pożarowych (wentylacji i wodnej tryskaczowej), należy zwrócić uwagę na konieczność analizy możliwości ich współdziałania.

Kluczowe wymagania techniczne dla instalacji oddymiania:

• Instalacja wentylacji oddymiającej powinna mieć stały dopływ powietrza zewnętrznego uzupełniającego braki tego powietrza w wyniku jego wypływu wraz z dymem.
• Przewody wentylacji oddymiającej:
  • Obsługujące wyłącznie jedną strefę pożarową, powinny mieć klasę odporności ogniowej z uwagi na szczelność ogniową i dymoszczelność - E600 S, co najmniej taką, jak klasa odporności ogniowej stropu (tj. EI 120). Dopuszcza się stosowanie klasy E300 S, jeżeli wynikająca z obliczeń temperatura dymu powstającego w czasie pożaru nie przekracza 300°C.
  • Obsługujące więcej niż jedną strefę pożarową, powinny mieć klasę odporności ogniowej E I S 120.
• Klapy odcinające do przewodów wentylacji oddymiającej:
  • Obsługujące wyłącznie jedną strefę pożarową, powinny być uruchamiane automatycznie i mieć klasę odporności ogniowej z uwagi na szczelność ogniową i dymoszczelność - E600 S AA, co najmniej taką, jak klasa odporności ogniowej stropu (tj. EI 120). Dopuszcza się stosowanie klasy E300 S AA, jeżeli wynikająca z obliczeń temperatura dymu powstającego w czasie pożaru nie przekracza 300°C.
  • Obsługujące więcej niż jedną strefę pożarową, powinny być uruchamiane automatycznie i mieć klasę odporności ogniowej E I S 120 AA.
• Wentylatory oddymiające:
  • Powinny mieć klasę F600 60, jeżeli przewidywana temperatura dymu przekracza 400°C.
  • W pozostałych przypadkach klasę F400 120, przy czym dopuszcza się inne klasy, jeżeli z analizy obliczeniowej temperatury dymu oraz zapewnienia bezpieczeństwa ekip ratowniczych wynika taka możliwość.

System wentylacji podstawowej i automatyki

Dla garażu podziemnego często projektuje się układy wyciągowe oparte na wentylatorach oddymiających montowanych na dachu, do których doprowadzone są przewody wspólnego zrzutu wentylacji garażu i jego oddymiania. Wentylatory te, choć przewidziane dla układu oddymiania, w trybie normalnej pracy służą do wentylacji garażu, osiągając często część (np. 30%) zaprojektowanej dla oddymiania wydajności. W przypadku awarii jednego z wentylatorów, drugi wentylator powinien być w stanie zapewnić 100% wyciągu wymaganego dla maksymalnego stężenia tlenku węgla w garażu.

Napływ powietrza świeżego do garażu może być realizowany poprzez czerpnie ścienne, a w czasie oddymiania poprzez otwarcie bramy. Kanały wentylacyjne często wykonuje się z blachy obudowanej materiałami o odpowiedniej odporności ogniowej, np. PROMATECT-L g=50mm o odporności EIS 120. Układy wyciągowe zapewniają wyciąg powietrza znad posadzki (np. 40%) oraz z przestrzeni podstropowej (np. 60%), co realizowane jest przez elementy wyciągowe na pionach przy słupach w pobliżu rur wydechowych samochodów oraz kraty wyciągowe montowane na boku kanałów wentylacyjnych.

System automatyki zapewnia ciągły monitoring stężenia tlenku węgla w najniekorzystniejszych strefach garażu za pomocą czujników CO. Dodatkowo, system automatyki powinien zapewniać różne tryby pracy układów wyciągowych (np. praca jednego wentylatora, praca dwóch wentylatorów z ograniczoną wydajnością, praca dwóch wentylatorów z pełną wydajnością w przypadku przekroczenia wartości CO lub sygnału pożarowego). Przewiduje się także sygnalizację świetlną oznajmiającą o konieczności opuszczenia garażu podziemnego w przypadku wykrycia niedopuszczalnego stężenia CO.

Dla zapewnienia właściwej ochrony akustycznej pomieszczeń przewiduje się zastosowanie tłumików przepływowych absorpcyjnych z kulisami tłumiącymi. Wszystkie urządzenia muszą być posadowione z uwzględnieniem ich wymiarów i ciężarów, z zapewnionym dostępem serwisowym. Ważna jest koordynacja międzybranżowa, a wszelkie otwory w konstrukcjach budowlanych powinny być uzgodnione z konstruktorem.

Do garażu nie mogą wjeżdżać samochody zasilane gazem LPG, chyba że projekt uwzględnia specyficzne rozwiązania dla takich przypadków.

tags: #oddymianie #garazu #podziemnego #analiza