Oddymianie grawitacyjne w systemach bezpieczeństwa pożarowego

Negatywne oddziaływanie pożaru można ograniczać na różne sposoby, również przez oddymianie. Umożliwia ono utrzymanie bezpiecznych warunków ewakuacji na pionowych lub poziomych drogach ewakuacyjnych oraz zabezpieczenie konstrukcji budynku przed uszkodzeniem związanym z działaniem wysokiej temperatury.

Wpływ pożaru na bezpieczeństwo i zdrowie ludzi

Ewakuację ludzi z budynku objętego pożarem utrudniają przede wszystkim toksyczne produkty spalania, niedostatek tlenu, wysoka temperatura gazów pożarowych, płomienie oraz ograniczenie widoczności - głównie przez dym. Należy pamiętać, że najważniejszym celem systemów bezpieczeństwa pożarowego budynków jest ochrona życia i zdrowia ludzkiego. Stąd właśnie wymóg zapewnienia właściwych warunków ewakuacji.

Zagrożenia związane z dymem i gazami pożarowymi

Dwutlenek węgla (CO₂) zawarty w powstającym na skutek pożaru dymie, choć nie jest trujący, w zamkniętych pomieszczeniach może okazać się niebezpieczny dla ludzi, prowadząc do niedotlenienia. Kolejnym bardzo niebezpiecznym związkiem jest tlenek węgla (CO), znany też pod nazwą czadu. W ludzkim organizmie wywołuje unieczynnienie hemoglobiny, co sprawia, że krew nie może pobierać tlenu do oddychania. Powstające w pożarze cyjanowodory działają bardzo silnie trująco na układ oddechowy i naczynioworuchowy, a zawarty w dymie dwutlenek siarki działa niebezpiecznie na śluzówki oczu i górnych dróg oddechowych. Gorące gazy pożarowe mogą powodować poparzenia zarówno ciała, jak i dróg oddechowych. Dym utrudnia także prowadzenie działań ratowniczo-gaśniczych. Toksyczność, temperatura oraz ograniczona widoczność wymaga od służb ratowniczych stosowania odpowiednich środków ochrony dróg oddechowych oraz ubrania ochronnego przed poparzeniami. Nie powinniśmy więc bagatelizować roli systemów oddymiających. Pamiętajmy, że od sprawnie działającego systemu oddymiania zależy życie oraz zdrowie ludzi.

Wymagania dotyczące warunków ewakuacji

Jeden z wymogów dotyczy właśnie dymu - w wymaganym przepisami czasie (od 15 min do godziny) na drogach ewakuacyjnych nie może utrzymywać się warstwa dymu o temperaturze powyżej 60°C i nie powinna ona spaść poniżej 1,8 m od poziomu podłogi. Dodatkowo znaki ewakuacyjne odbijające światło i elementy budowlane znajdujące się w odległości 10 m muszą być widoczne. Stężenie gazów toksycznych nie powinno przekraczać określonych norm: w przypadku tlenku węgla - 700 ppm, dwutlenku węgla - 5% objętości, natomiast zawartość tlenu nie może spaść poniżej 14% objętości. Utrzymanie takich parametrów na drodze ewakuacyjnej w czasie pożaru jest niemożliwe bez stosowania urządzeń przeciwpożarowych, które mają zapobiegać zadymieniu lub służą do usuwania dymu.

Czym jest oddymianie grawitacyjne?

Oddymianie grawitacyjne to system, który ma na celu usuwanie dymu i gazów pożarowych z wnętrza budynku w sytuacjach awaryjnych, takich jak pożar. Jest to jeden z najprostszych systemów wentylacji pożarowej, pozwalający na odprowadzenie wytworzonego w czasie pożaru dymu, trujących gazów i ciepła. Oddymianie grawitacyjne jest kluczowe, ponieważ pomaga utrzymać widoczność i dostęp do świeżego powietrza podczas pożaru, co jest niezbędne zarówno dla ewakuacji, jak i działań ratowniczych.

Zasada działania oddymiania grawitacyjnego

Oddymianie grawitacyjne wykorzystuje przede wszystkim zjawisko konwekcji, czyli unoszenia gorącego dymu. Swobodna konwekcja ciepła wiąże się z ruchem powietrza wywołanym różnicą temperatur pomiędzy źródłem ciepła a otaczającym powietrzem. Wymiana ciepła spowodowana gradientem temperatury wywołuje zmianę gęstości powietrza, czyli zmianę ciśnienia statycznego, co pociąga za sobą wznoszenie się (wypór termiczny) nagrzanego powietrza o mniejszej gęstości, a opadanie powietrza o większej gęstości. Im większa wymiana ciepła, tym intensywniejszy ruch powietrza. Mechanizm oddymiania grawitacyjnego opiera się na różnicy ciśnień między wnętrzem budynku a jego otoczeniem. W trakcie pożaru, gorące powietrze i dym unoszą się ku górze, co powoduje niższe ciśnienie w górnej części budynku.

Działanie oddymiania grawitacyjnego polega na wykorzystaniu naturalnego ruchu dymu i gorącego powietrza w kierunku górnych partii budynku, aby zapewnić bezpieczną drogę ewakuacji i ograniczyć rozprzestrzenianie się dymu w zamkniętych przestrzeniach. To rozwiązanie stosuje się w celu poprawy bezpieczeństwa i zwiększenia widoczności podczas ewakuacji oraz działań ratowniczych.

Ruch powietrza i rola otworów wentylacyjnych

Aby system oddymiania grawitacyjnego działał poprawnie (z usuwaniem dymu, bez mieszania warstw zimnych i ciepłych), należy sterować ruchem powietrza za pomocą otworów wentylacyjnych, umieszczonych w dolnej i górnej części pomieszczenia. Usuwanie powietrza poprzez otwory usytuowane w górnej części oddymianej przestrzeni nastąpi, gdy ciśnienie w tym obszarze będzie wyższe od ciśnienia zewnętrznego - w innym przypadku nie pojawi się pożądany przepływ powietrza. Podobnie, aby zapewnić napływ powietrza do dolnej części oddymianej przestrzeni, ciśnienie w tym obszarze musi być niższe niż na zewnątrz obiektu. Poprawne działanie systemu wymaga dostarczenia świeżego powietrza w miejsce odprowadzanych gazów i dymów pożarowych.

Płaszczyzna ciśnienia neutralnego

W każdym obiekcie na pewnej wysokości ciśnienie wewnętrzne jest równe ciśnieniu zewnętrznemu. Ta wysokość nazywana jest płaszczyzną ciśnienia neutralnego. Wysokość płaszczyzny ciśnienia neutralnego będzie się zmieniała w zależności od temperatury wewnętrznej i zewnętrznej. Ujemna wartość ciśnienia na wykresie oznacza, że ciśnienie wewnątrz jest mniejsze niż na zewnątrz - i odwrotnie. Należy pamiętać, że usytuowanie otworów na wysokości strefy obojętnej nie przyniesie przepływu pomiędzy oddymianą przestrzenią a przyległymi pomieszczeniami, ponieważ na tej wysokości nie występuje różnica ciśnień. W obiekcie, w którym przewidziana jest wentylacja przepływowa, a powierzchnia otworów napływu powietrza jest równa powierzchni otworów wyciągowych, strefa obojętna znajduje się w przybliżeniu w połowie wysokości przestrzeni oddymianej. Jeżeli powierzchnia otworów napływu będzie mniejsza niż otworów wyciągowych, strefa obojętna przesunie się w górę. Wszystkie otwory znajdujące się powyżej strefy obojętnej będą pod wpływem podwyższonego ciśnienia (w porównaniu z ciśnieniem panującym w przyległych pomieszczeniach). Istnieje możliwość regulowania wysokości strefy obojętnej.

Wpływ warunków zewnętrznych na skuteczność

Strefa obojętna jest bardzo wrażliwa na działanie wiatru, wytwarzającego ciśnienie od strony zawietrznej budynku. Może on obniżyć poziom strefy obojętnej, a tym samym powodować zadymienie najwyższych kondygnacji. Należy więc mieć na uwadze, że wiatr przepływający nad otworami służącymi do odprowadzania dymu może mieć wpływ na skuteczność wentylacji grawitacyjnej, przyczyniając się do zwiększenia masowego natężenia przepływu przez otwór wentylacyjny (wskutek zjawiska Venturiego). Zgodnie z przeprowadzonymi badaniami na niekorzystne działanie wiatru nie są narażone otwory wentylacyjne (służące do odprowadzania dymu na zasadzie grawitacji) zainstalowane na płaskim dachu, jeśli wysokość podstawy klapy mierzonej od powierzchni dachu wynosi co najmniej 0,2 m. Jednak nawet one mogą być narażone na niekorzystne działanie wiatru przepływającego stycznie do dachu, gdy warstwy gazów mają grubość poniżej 2 m i temperaturę nie wyższą niż 25°C powyżej temperatury otoczenia. Kolejnym ograniczeniem poprawności działania systemu jest wysokość obiektu oraz temperatura panująca na zewnątrz. Działanie systemu będzie skuteczne w obiektach do dwóch, trzech kondygnacji i o wysokości całkowitej ok. 30 m.

Elementy i sterowanie systemem oddymiania grawitacyjnego

System oddymiania grawitacyjnego składa się z kilku kluczowych elementów, które współpracują ze sobą, aby zapewnić skuteczne usuwanie dymu i gorącego powietrza w przypadku pożaru.

Kluczowe komponenty

• Klapy oddymiające (dymowe) lub okna oddymiające: Kluczowy element systemu. Montowane są w szczytowych miejscach stref oddymianych, np. u szczytu klatki schodowej lub dachu hali produkcyjnej, w formie cokołu i kopułki z siłownikiem. Ich główną rolą jest szybkie i skuteczne usuwanie dymu oraz gorącego powietrza z przestrzeni w razie wybuchu pożaru. Po otrzymaniu sygnału pożarowego siłownik otwiera klapę, aby odprowadzić gromadzący się w strefie podsufitowej dym.
• Klapy napowietrzające: Montowane są przeważnie w ścianach budynków, na niższych kondygnacjach. Otwierają się wraz z klapami dymowymi, umożliwiając wytworzenie się ciągu kominowego w zadymionej strefie. To przez nie dostaje się powietrze kompensujące strumień wypływający z budynku. Różnica odległości między klapą napowietrzającą a klapami dymowymi zapewnia dobry ciąg kominowy, a więc sprawniejsze oddymianie.
• Kurtyny dymowe: Służą do wydzielenia stref dymowych oraz ograniczenia rozprzestrzeniania się dymu w budynkach wielkopowierzchniowych. Posiadają niezwykle lekką konstrukcję i są wykonane z niepalnego materiału.
• Siłowniki: Specjalne siłowniki (pneumatyczne, sprężynowe, elektryczne) uchylają klapy oddymiające i napowietrzające po otrzymaniu sygnału alarmu pożarowego.
• Czujniki dymu i temperatury: Wykrywają obecność dymu lub gwałtowny wzrost temperatury, co uruchamia system oddymiania. Są one kluczowe dla wczesnego wykrywania pożaru i mogą być połączone z systemem alarmowym.
• Centrala oddymiania: Zarządza całością systemu oddymiania grawitacyjnego, odbiera sygnały z czujników i wyzwala otwarcie klap.
• Zasilanie awaryjne: Aby zapewnić działanie systemu nawet w przypadku awarii zasilania, stosuje się zasilanie awaryjne lub baterie zapasowe.

Metody aktywacji i sterowania

Oddymianie z wykorzystaniem systemu grawitacyjnego może być sterowane pneumatycznie, elektrycznie, mechanicznie lub pneumatyczno-elektrycznie. System oddymiania grawitacyjnego jest w pełni automatyczny - uruchamia się poprzez włączenie się urządzenia zewnętrznego.

• Automatyczne uruchomienie: Najczęściej stosowanym sposobem otwarcia klap oddymiających jest zadziałanie czujek dymu lub temperatury zlokalizowanych w najwyższych punktach strefy dymowej, które przekazują alarm do centrali oddymiania. Częstym rozwiązaniem są również mechanizmy wyzwalające oparte o mechanizm topikowy lub ampułki pękające w określonych granicznych temperaturach. Termowyzwalacz jest wyposażony w topikowy bezpiecznik - nabój CO₂ z mechanizmem uwalniającym iglicę przebijającą nabój. Bezpieczniki termiczne pękają w określonej temperaturze: oznaczone kolorem czerwonym - w temperaturze 68-72°C, kolorem zielonym - w 88-93°C. Gdy iglica termowyzwalacza przebija osłonę naboju CO₂, dochodzi do uwolnienia gazu, który poprzez przewód instalacji pneumatycznej przedostaje się do siłownika znajdującego się pod klapą. W przypadku instalacji mechanicznej uruchomienie klapy oddymiającej następuje w momencie przekroczenia w jej otoczeniu określonej temperatury i zadziałania elementu topikowego.
• Ręczne uruchomienie: Wyzwolenie systemu może nastąpić również poprzez przycisk oddymiania lub zewnętrzne urządzenia, np. system sygnalizacji pożarowej. Ręczne otwieranie klap może następować przez tzw. system pilota lub bezpośrednio.
• Sterowanie elektryczne: Jest to obecnie jedno z najbardziej popularnych rozwiązań. W momencie wykrycia pożaru czujki dymu lub temperatury przekazują alarm do centrali oddymiania. Za jej pośrednictwem, przy pomocy siłowników, następuje otwarcie okien lub klap oddymiających oraz otworów napowietrzających. Tego typu rozwiązania bardzo często mają opcję przewietrzenia oraz moduły pogodowe, które zapewniają automatyczne zamknięcie otworów przy silnym wietrze lub deszczu. Dodatkowo, możliwe jest zastosowanie rygla elektromagnetycznego do uruchomienia instalacji z systemu sygnalizacji pożarowej.

Konieczne jest zsynchronizowanie pracy instalacji oddymiającej z innymi instalacjami znajdującymi się w obiekcie, a tych jest coraz więcej (instalacja tryskaczowa, uruchomienie kurtyn dymowych, zamknięcie oddzieleń przeciwpożarowych, zatrzymanie działania instalacji użytkowych i co najważniejsze - automatyczne otwarcie otworów napowietrzających).

Zastosowanie oddymiania grawitacyjnego

Oddymianie grawitacyjne stosowane jest najczęściej do usuwania dymu z klatek schodowych, poziomych dróg ewakuacyjnych, szybów dźwigów, scen teatralnych, budynków produkcyjno-magazynowych. Poprawia ono warunki ewakuacji z budynku poprzez usuwanie i rozrzedzanie trujących gazów pożarowych napływającym świeżym powietrzem, zwiększając jednocześnie widoczność na drogach ewakuacyjnych oraz zmniejszając temperaturę na nich panującą. W ten sam sposób wpływa na warunki i bezpieczeństwo prowadzenia działań ratowniczo-gaśniczych.

Oddymianie klatek schodowych

Oddymianie grawitacyjne montowane jest najczęściej w przestrzeni pionowych dróg ewakuacyjnych, czyli na klatkach schodowych wielopiętrowych konstrukcji. Spotkamy go głównie w klatkach schodowych, których przestrzeń przypomina komin lub szyb. Do poprawnego działania tego systemu konieczne jest, oprócz wpływu warunków atmosferycznych, odpowiednie dobranie powierzchni oddymiania i napowietrzania oraz zapewnienie wydzielenia klatki schodowej drzwiami. Najczęściej stosowanym standardem według którego projektuje się grawitacyjne systemy oddymiania klatek schodowych jest norma PN-B-02877-4.

Oddymianie obiektów wielkokubaturowych

Ze względu na możliwość złagodzenia wymagań techniczno-budowlanych grawitacyjny system oddymiania wykorzystywany do odprowadzania dymu i ciepła stosowany jest w obiektach wielkokubaturowych, takich jak hale magazynowe czy produkcyjne. W ich przypadku podstawowym zadaniem oddymiania jest ochrona konstrukcji budynku przed utratą stateczności. Zmniejsza ryzyko zawalenia się konstrukcji budynku poprzez odprowadzenie na zewnątrz jego bryły gorących gazów ze strefy podsufitowej. Zgodnie z określonym standardem projektowym hale dzieli się na strefy oddymiania za pomocą kurtyn dymowych, aby ograniczyć rozprzestrzenianie się dymu w warstwie podsufitowej. Ma to gwarantować usunięcie dymu z części hali bezpośrednio nad źródłem pożaru.

Zalety i wady systemu oddymiania grawitacyjnego

Zalety

• Prostota działania i konstrukcji: Systemy oddymiania grawitacyjnego są z natury prostsze niż systemy mechaniczne. Wykorzystują naturalny ruch powietrza, co zmniejsza potrzebę skomplikowanych urządzeń elektrycznych lub mechanicznych.
• Niskie koszty inwestycyjne i utrzymania: Dzięki prostocie konstrukcji systemy te są tańsze w wykonaniu, utrzymaniu i konserwacji. Nie wymagają skomplikowanych napraw ani drogich części zamiennych.
• Niezależność od zasilania elektrycznego: Oddymianie grawitacyjne nie wymaga zasilania elektrycznego, co sprawia, że jest niezawodne nawet w przypadku awarii prądu. To ważne w sytuacjach awaryjnych, kiedy systemy zasilania mogą być zakłócone.
• Skuteczność w dużych przestrzeniach: Oddymianie grawitacyjne jest szczególnie skuteczne w dużych przestrzeniach, gdzie naturalny przepływ powietrza może efektywnie usuwać dym.
• Łatwa integracja: Systemy oddymiania grawitacyjnego mogą być łatwo zintegrowane z systemami alarmowymi, czujnikami dymu i systemami gaśniczymi, co zwiększa ich skuteczność.

Wady

• Zależność od warunków atmosferycznych: Ponieważ systemy grawitacyjne opierają się na naturalnym przepływie powietrza, mogą być mniej skuteczne w przypadku niekorzystnych warunków pogodowych, takich jak silny wiatr czy burza.
• Niska skuteczność przy niewielkiej mocy pożaru: Przy niskich temperaturach dymu, system może działać mniej efektywnie.
• Wysoka bezwładność działania: System może reagować wolniej niż systemy mechaniczne.
• Ograniczona kontrola przepływu dymu: W przeciwieństwie do systemów mechanicznych, systemy grawitacyjne mogą mieć ograniczoną kontrolę nad kierunkiem i prędkością przepływu dymu. To może prowadzić do nieprzewidywalnych sytuacji w przypadku dużych pożarów.
• Mniejsza skuteczność w małych lub skomplikowanych przestrzeniach: Oddymianie grawitacyjne jest mniej efektywne tam, gdzie naturalny przepływ powietrza jest ograniczony.
• Ograniczenia architektoniczne i wysokościowe: Działanie systemu będzie skuteczne głównie w obiektach do dwóch, trzech kondygnacji i o wysokości całkowitej ok. 30 m. Konstrukcja budynku może ograniczać efektywność oddymiania grawitacyjnego.

Przepisy i wymagania prawne

Zgodnie z przepisami we wskazanych grupach obiektów obligatoryjne są samoczynne urządzenia oddymiające uruchamiane za pomocą systemu wykrywania dymu oraz zapobiegające zadymieniu lub służące do usuwania dymu (grawitacyjnie lub mechanicznie) z pomieszczeń i dróg ewakuacyjnych. Niekiedy ich stosowanie umożliwia złagodzenie wymagań co do klasy odporności pożarowej budynków, dopuszczalnej powierzchni stref pożarowych, długości dojść i przejść ewakuacyjnych.

Przepisy techniczno-budowlane określają, że instalacja wentylacji oddymiającej, a tym samym grawitacyjny system oddymiania powinien zapewnić, że w czasie potrzebnym do ewakuacji ludzi na chronionych przejściach i drogach ewakuacyjnych nie wystąpi zadymienie lub temperatura uniemożliwiające bezpieczną ewakuację. Musi mieć stały dopływ powietrza zewnętrznego uzupełniającego jego braki w wyniku wypływu wraz z dymem.

Doprecyzowanie wymagań wymienionych w przepisach techniczno-budowlanych dotyczących drogi ewakuacyjnej znalazło miejsce w rozporządzeniu ministra spraw wewnętrznych i administracji w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów. Określono, że pod pojęciem zabezpieczenia przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych należy rozumieć zabezpieczenie przed utrzymywaniem się na drogach ewakuacyjnych dymu w ilości, która ze względu na ograniczenie widoczności, toksyczność lub temperaturę uniemożliwiałaby bezpieczną ewakuację.

W Polsce przepisy budowlane oraz rozporządzenia określają, w których budynkach systemy oddymiania są obowiązkowe. Najczęściej wymagane są w wysokich budynkach mieszkalnych, obiektach użyteczności publicznej (takich jak szkoły, szpitale, biurowce, hotele czy centra handlowe), a także w halach produkcyjnych czy garażach podziemnych. W praktyce jednak oddymianie grawitacyjne najlepiej sprawdza się w budynkach o niskiej i średniej wysokości (zwykle do 5-7 kondygnacji), gdzie ma zapewnione warunki do efektywnego działania. W budynkach wyższych lub bardziej skomplikowanych architektonicznie często stosuje się systemy oddymiania mechanicznego lub wentylację o różnicowanym ciśnieniu powietrza.

Regularne przeglądy i konserwacja

Oddymianie grawitacyjne jest systemem, który wymaga ścisłych kontroli i przeglądów. Przepisy dokładnie regulują zakres przeprowadzania przeglądów systemów oddymiania. Przegląd powinien mieć miejsce przynajmniej raz w roku i obejmować zarówno ocenę ogólnego stanu systemu, jak i sprawdzenie pracy siłownika, zawiasów i uszczelek. Jest to konieczność regularnych przeglądów technicznych i serwisu, które zapewniają sprawne działanie systemu w razie zagrożenia.

tags: #oddymianie #grawitacyjne #ang