Systemy Oddymiania i Wentylacji Garaży Podziemnych

Współczesne budownictwo, zwłaszcza w centrach dużych miast, coraz częściej wykorzystuje garaże podziemne jako rozwiązanie problemu ograniczonej liczby miejsc postojowych. Wraz z popularyzacją parkingów podziemnych i wielopoziomowych, rośnie również zapotrzebowanie na zaawansowane systemy bezpieczeństwa, w tym wentylację pożarową. Zapewnienie odpowiednich warunków bezpieczeństwa w garażach jest kluczowe zarówno w trakcie normalnego użytkowania, jak i w przypadku zagrożenia pożarowego.

Podstawy Projektowania i Wymagania Prawne

Projektowanie instalacji przeciwpożarowych, w tym wentylacji oddymiającej, powinno odbywać się równolegle do projektowania budynku, wraz z innymi instalacjami wewnętrznymi. System przeciwpożarowy musi być dopasowany do rodzaju obiektu i wyposażony w odpowiednie urządzenia sygnalizacyjne informujące o zagrożeniu pożarowym.

Wymogi Rozporządzenia i Norm

Konieczność stosowania wentylacji pożarowej (samoczynnych urządzeń oddymiających) w garażach zamkniętych dla samochodów osobowych wynika z Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 460, z późn. zm.). Według tego rozporządzenia, instalację wentylacji oddymiającej uruchamianą za pomocą systemu wykrywania dymu należy stosować, gdy:

• strefa pożarowa garażu zamkniętego nie posiada bezpośredniego wjazdu lub wyjazdu z budynku,
• powierzchnia strefy pożarowej garażu przekracza 1500 m².

W przypadku stref o powierzchni większej niż 1500 m² oraz mniejszej, gdy brakuje bezpośredniego wjazdu lub wyjazdu (§ 277 ust. 4), wentylacja pożarowa jest obowiązkowa. Maksymalna powierzchnia strefy pożarowej w oddymianym garażu wynosi 5000 m², z możliwością zwiększenia jej do 10 000 m² pod warunkiem zastosowania dodatkowej ochrony stałymi samoczynnymi urządzeniami gaśniczymi wodnymi (tryskaczowymi lub zraszaczowymi).

Instalacje takie projektuje się również w garażach wielopoziomowych podziemnych, obejmujących strefy pożarowe na kondygnacjach poniżej drugiej podziemnej (tj. na poziomie minus 3 lub niższym), za wyjątkiem tych, które mają bezpośredni wjazd lub wyjazd.

Ważnym dokumentem są również wydane w 2015 r. przez Instytut Techniki Budowlanej wytyczne „Systemy wentylacji pożarowej garaży. Projektowanie, ocena, odbiór” (493/2015).

Na świecie dostępne są również inne normy i wytyczne, takie jak brytyjska norma BS 7346, belgijska NBN S 21-208-2, holenderska NEN 6098:2010 oraz amerykańska NFPA 88A. Niestety, obecnie nie ma jeszcze zharmonizowanej normy, która obowiązywałaby we wszystkich krajach członkowskich Unii Europejskiej.

Cele Wentylacji Pożarowej

Głównym celem projektowania wentylacji pożarowej, zgodnie z Rozporządzeniem (§ 270 ust. 2), jest zapewnienie odpowiednich warunków ewakuacji w czasie pożaru. Dodatkowo, wentylacja pożarowa ma na celu:

• usuwanie dymu i gazowych produktów spalania z garażu,
• zmniejszenie strat materialnych,
• ochronę konstrukcji budynku i zapobieganie rozprzestrzenianiu się ognia,
• wspomaganie ekip straży pożarnej w trakcie akcji gaśniczej poprzez obniżenie temperatury i utrzymanie większej widoczności.

Poza funkcją oddymiania, systemy wentylacji garaży podziemnych mają również za zadanie wspomaganie przewietrzania w trakcie normalnego funkcjonowania garażu, aby możliwe było usunięcie spalin i innych szkodliwych gazów. Zapewnienie ciągłego ruchu powietrza zabezpiecza przed tworzeniem się „stref martwych”, w których mogłyby gromadzić się szkodliwe substancje.

Opis Systemów Instalacyjnych Wentylacji Oddymiającej

Projekt instalacji wentylacji oddymiającej i przewietrzającej garażu podziemnego składa się z opisu technicznego, obliczeń oraz rysunków.

Ogólny Opis Systemu

Dla garażu podziemnego często projektuje się układy wyciągowe oparte na wentylatorach oddymiających montowanych na dachu budynku. Przewody wspólnego zładu wyrzutowego wentylacji garażu i jego oddymiania doprowadzane są do tych wentylatorów. Wentylatory te są przewidziane dla układu oddymiania garażu, jednak w trybie normalnej pracy służą do wentylacji garażu, osiągając około 30% wydajności projektowanej dla oddymiania. W przypadku awarii jednego z wentylatorów, drugi wentylator jest w stanie zapewnić 100% wyciągu wymaganego dla maksymalnego stężenia tlenku węgla w garażu.

Napływ powietrza świeżego dla garażu realizowany jest poprzez czerpnie ścienne, a w czasie oddymiania otwiera się brama wjazdowa. Kanały wentylacyjne wykonuje się z blachy obudowanej materiałem o odpowiedniej odporności ogniowej, np. PROMATECT-L g=50mm o odporności EIS 120. Układy wyciągowe dla garażu podziemnego zapewniają wyciąg powietrza znad posadzki (ok. 40%) oraz z przestrzeni podstropowej (ok. 60%). Zapewniają to elementy wyciągowe na pionach prowadzonych przy słupach w pobliżu rur wydechowych zaparkowanych samochodów oraz kraty wyciągowe montowane na boku kanałów wentylacyjnych lub w ich zakończeniach w przypadku odgałęzień.

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 (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.

Kanały 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. Kanały obsługujące więcej niż jedną strefę pożarową powinny mieć klasę odporności ogniowej E I S 120.

Firma SMAY wprowadziła do swojej oferty system kanałów oddymiających (SDS - Smay Duct System). SDS to system poziomych kanałów i kształtek prostokątnych wykonanych ze stali ocynkowanej. Kanały zostały przebadane pod kątem odporności ogniowej w laboratorium ITB, uzyskując Aprobatę Techniczną. Akcesoria, takie jak kompensatory SDS-KEP wykonane ze specjalnej włókniny zszytej nićmi odpornymi na działanie wysokich temperatur, umożliwiają kompensację wydłużeń liniowych spowodowanych wzrostem temperatury w warunkach pożaru. W skład SDS wchodzi również system uszczelnień i zawieszeń dedykowany do kanałów oddymiających.

Wentylacja Strumieniowa (Jet Fan)

W garażach zamkniętych, w których ze względu na małą wysokość nie można zastosować wentylacji kanałowej, stosuje się wentylację strumieniową. System wentylacji strumieniowej ma na celu oczyszczanie z dymu 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 od punktów napływu powietrza. Napływ powietrza do garażu może być realizowany mechanicznie bądź grawitacyjnie. W czasie przeznaczonym na ewakuację ludzi uruchamiają się wyłącznie wentylatory wyciągowe i nawiewne z wydajnością ograniczoną tak, aby przepływ powietrza nie powodował zmieszania dymu z niezadymionym powietrzem i ograniczenia widoczności. Uruchomienie wentylatorów strumieniowych powinno nastąpić po założonym czasie ewakuacji. Należy jednak pamiętać, że systemy te nie są zalecane do stosowania w garażach, w których może wystąpić konieczność ewakuowania się wielu ludzi nie znających dobrze obiektu, np. w galeriach handlowych.

Stosowanie wentylacji strumieniowej w Polsce jest tematem kontrowersyjnym, jednak problemy mogą wynikać z pojedynczych przykładów złej realizacji. Kluczowe jest potwierdzenie skuteczności projektowanego systemu przez symulacje komputerowe. Firma SMAY przeprowadza badania rozpływu strug za wentylatorami serii SCF, gdyż rozpływ powietrza jest jedną z najistotniejszych informacji w doborze wentylatorów. Znając charakterystykę rozpływu, możliwe jest odwzorowanie jej podczas symulacji CFD, co prowadzi do wiarygodnych wyników i poprawnie działającej instalacji.

Systemy wentylacji strumieniowej mogą być stosowane w garażach niższych niż 2,9 m. Celem ich działania jest utrzymanie dymu w wydzielonej strefie, poprzez zapewnienie odpowiedniej prędkości powietrza na granicy tej strefy, przy jednoczesnym zapewnieniu możliwości lokalizacji pożaru przez ekipy ratownicze. Według 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.

Komponenty Systemu Oddymiania

• Wentylatory oddymiające: Powinny mieć klasę F600 60, jeżeli przewidywana temperatura dymu przekracza 400°C, a F400 120 w pozostałych przypadkach. Klasa wentylatorów powinna być potwierdzona analizą obliczeniową temperatury dymu.
• Przewody wentylacyjne: Najczęściej wykonane z blachy stalowej. Pod wpływem wysokich temperatur blacha rozszerza się, dlatego w instalacji oddymiającej stosuje się kompensatory i elastyczne wstawki, które niwelują wydłużenia i zapobiegają utracie szczelności. Połączenia kanałów muszą być wykonane z materiałów odpornych na wysoką temperaturę.
• Klapy odcinające: Pełnią rolę klap oddymiających, usuwając dym na zewnątrz obiektu. Klapy odcinające do przewodów wentylacji oddymiającej, obsługujące 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). W przypadku obsługi więcej niż jednej strefy pożarowej, klasa powinna wynosić E I S 120 AA.
• Zawory przeciwpożarowe: Stosowane na zakończeniach instalacji wentylacji ogólnej oraz w miejscach przechodzenia instalacji wentylacyjnej przez przegrody budowlane. Ich zadaniem jest regulowanie strumienia przepływu powietrza. Gdy temperatura powietrza przekroczy 72°C, wkładka topikowa powoduje szczelne zamknięcie zaworu, oddzielając strefy zagrożone pożarem.
• Kurtyny dymowe: Dzielą garaż na strefy dymowe, powstrzymując rozprzestrzenianie się dymu.

Zabezpieczenie Akustyczne i Termiczne

W celu zapewnienia właściwej ochrony akustycznej pomieszczeń przewiduje się zastosowanie tłumików przepływowych absorpcyjnych z kulisami tłumiącymi. Tłumiki akustyczne, które mogą wchodzić w skład instalacji bytowej pełniącej jednocześnie rolę instalacji oddymiającej, muszą posiadać materiał absorbujący dźwięk odporny na wysokie temperatury.

Automatyka i Sterowanie

System automatyki wentylacji oddymiającej garażu zapewnia ciągły monitoring stężenia tlenku węgla (CO) w najniekorzystniejszych strefach garażu za pomocą czujników stężenia tlenku węgla. Dodatkowo, system automatyki powinien zapewniać następujące tryby pracy układów wyciągowych:

• Praca 1 wentylatora wyciągowego.
• Praca 2 wentylatora wyciągowego.
• Praca 2 wentylatorów wyciągowych razem w przypadku wykrycia przekroczonej wartości CO w danej strefie.

Przewiduje się także sygnalizację świetlną i dźwiękową oznajmiającą o konieczności opuszczenia garażu podziemnego przez ludzi w przypadku wykrycia niedopuszczalnego stężenia CO. Powietrze usuwane przez wentylatory jest wyrzucane ponad powierzchnię dachu budynku.

Do sterowania układem wentylatorów wyciągu garażowego stosowana jest oddzielna aplikacja automatyki podlegająca niezależnemu projektowi. Rozdzielnica zasilająco-sterująca, dostarczana przez wykonawcę instalacji wentylacyjnej, powinna zapewniać:

• Załączanie i wyłączanie poszczególnych wentylatorów oraz niezależny wyłącznik główny.
• Możliwość ręcznej zmiany biegu wentylatora.
• Informacje o stanach alarmowych, styk dla sygnału z centrali SAP, po którym nastąpi sekwencja wyłączania wentylatorów.
• Status wyjść cyfrowych i analogowych.
• Zabezpieczenie układu napędowego wentylatora przed przeciążeniem.
• Sygnał sterowania pracą wentylatorów OD1 i OD2 poprzez scenariusz: praca na pierwszym biegu (30% wydajności - falownik) w trybie normalnym oraz praca na 100% wydajności dla oddymiania w przypadku sygnału pożarowego z centrali ppoż.
• Możliwość ręcznego zresetowania stanu awaryjnej pracy układu wentylacji do stanu normalnej pracy.
• Automatyczny rozruch centrali automatyki w przypadku zaniku napięcia.
• Możliwość wyprowadzenia sygnału alarmowego o awaryjnej pracy wentylatorów do pomieszczenia z nadzorem.
• Sygnalizację stanów pracy wentylatorów i przepustnic oraz sygnałów z czujników CO na drzwiach inspekcyjnych szafy za pomocą wskaźników diodowych.

Kompletny system automatyki powinien być wyposażony we wszelkie czujniki, siłowniki, okablowanie i sterowniki mikroprocesorowe.

Obliczenia i Weryfikacja Systemu

Ilość powietrza wentylacyjnego dla garażu podziemnego jest obliczana na podstawie analizy intensywności ruchu pojazdów oraz dopuszczalnego stężenia tlenku węgla. Przyjmuje się, że największa intensywność ruchu występuje dwukrotnie w ciągu dnia, np. przed i po zakończeniu pracy. Do obliczeń zakłada się, że 100% samochodów wjedzie lub wyjedzie w określonym czasie (np. 20 minut).

Dopuszczalna wartość stężenia tlenku węgla to zazwyczaj 100×10^-6 CO/m³. Wyróżnia się strefy na każdej kondygnacji garażu ze względu na różną drogę pojazdu w obrębie parkingu. Obliczenia uwzględniają ilość wydzielanego CO w spalinach przy rozruchu silnika oraz podczas jazdy z niską prędkością. W przypadku intensywnego ruchu, wartość emisji CO jest korygowana proporcjonalnie do skróconego czasu wyjazdu wszystkich samochodów.

Obliczona ilość powietrza jest często większa od ilości powietrza dostarczanego z układu wyrzutowego systemu wentylacji ogólnej. Pozostała ilość powietrza może być dostarczana poprzez ażurową część bramy wjazdowej, nawet gdy jest ona zamknięta. Należy zapewnić dodatkowe zabezpieczenia, takie jak sygnały świetlne i dźwiękowe oraz wpływ na wydatek pracy wentylatorów wyciągowych, które powinny być sterowane czujnikami stężenia CO, aby reagować na niekontrolowane sytuacje, które mogą nie mieć odzwierciedlenia w obliczeniach.

Analizy CFD

Prawidłowy dobór i wymiarowanie systemu wentylacji pożarowej jest często trudne do przedstawienia za pomocą prostych zależności matematycznych. W celu weryfikacji przyjętych założeń coraz powszechniej stosuje się metody analizy CFD (Computational Fluid Dynamics). Analizy CFD umożliwiają modelowanie zjawisk fizycznych zachodzących podczas pożaru oraz pracy systemu wentylacji pożarowej. Wyniki analiz dostarczają wartości temperatury, gęstości, prędkości przepływu, stężenia dymu i innych parametrów dla każdej objętości w badanym układzie, w każdym momencie trwania analizy.

Wytyczne ITB jasno definiują parametry założeń, które powinny być wykorzystywane jako standard podczas wykonywania symulacji. Przykładowo, 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, a współczynnik generacji sadzy Ys=0,1g/g. Analizy numeryczne wykorzystuje się również w celu potwierdzenia przyjętej klasy odporności wentylatorów oddymiających i strumieniowych.

Inne Instalacje Zabezpieczenia Pożarowego

Oprócz systemów wentylacji oddymiającej, w obiektach budowlanych, szczególnie w garażach, stosuje się szereg innych instalacji przeciwpożarowych, w tym również bierne zabezpieczenia.

Aktywne Systemy Gaśnicze

• Systemy gaszenia wodą (tryskaczowe i zraszaczowe): Polegają na spryskaniu wodą miejsca bezpośrednio nad powstałym pożarem.
• Systemy gaszenia mgłą wodną: Wykorzystują technologię mgły wodnej, rozdrabniając krople wody na cząsteczki o średnicy poniżej 50 µm, które pod wpływem wysokiej temperatury gwałtownie odparowują. Uzyskuje się efekt chłodzenia i wyparcia tlenu.
• Systemy gaszenia pianą: Odcinają źródło ognia od dopływu tlenu, pokrywając płonący obiekt pianą. Instalacje pianowe buduje się podobnie jak systemy wodne, dodając do wody koncentrat pianotwórczy.
• Systemy gaszenia gazem: Polegają na wyparciu tlenu z gaszonej przestrzeni i/lub przerwaniu chemicznej reakcji spalania.
• Systemy gaszenia proszkowego: Wykorzystują antykatalityczne działanie proszku gaśniczego, zatrzymując proces spalania.

W obiektach wielkokubaturowych najczęściej stosuje się instalacje wodne, pianowe lub mgłowe, natomiast w obiektach o kubaturze do około 1000 m³ - systemy gazowe lub zraszaczowe.

Bierne Zabezpieczenie Pożarowe

Bierne zabezpieczenie pożarowe polega na spowolnieniu lub zatrzymaniu rozprzestrzeniania się ognia poprzez zastosowanie odpowiednich materiałów i urządzeń spójnych z konstrukcją obiektów oraz wdrożeniu procedur przeciwpożarowych.

System Sygnalizacji Pożarowej (SAP)

System SAP pozwala wykryć pożar we wczesnej fazie rozwoju oraz przekazać informację o zagrożeniu do centrali, która powiadamia odpowiednie osoby lub instytucje. Sygnalizatory przeciwpożarowe, dzielone na wewnętrzne i zewnętrzne, mogą być głosowe, optyczne, akustyczne lub mieszane, a ich wybór zależy od środowiska pracy.

Konserwacja i Przeglądy Systemów Oddymiania

W celu maksymalnego zwiększenia bezpieczeństwa pożarowego obiektów budowlanych należy systematycznie wykonywać przeglądy i konserwować systemy przeciwpożarowe. Każdy zarządca budynku ma prawny obowiązek konserwacji systemów przeciwpożarowych. Konserwacja systemów ochrony przeciwpożarowej powinna odbywać się tak często, jak wskazują producenci, jednak nie rzadziej niż raz w roku. Większość producentów wymaga przeglądów 2 razy w roku (co 6 miesięcy).

Przeglądy i konserwacje mogą być wykonywane wyłącznie przez osoby właściwie przeszkolone, posiadające odpowiednie kompetencje, doświadczenie i kwalifikacje. Wytyczne CEN/TS 54-14:2004 opisują kwestie planowania, projektowania, instalowania, odbioru, eksploatacji oraz konserwacji systemów sygnalizacji pożarowej, podkreślając konieczność posiadania odpowiedniej wiedzy teoretycznej i praktycznej przez osoby wykonujące te prace.

tags: #oddymianie #garazy #tlumiki