Oddymianie Grawitacyjne w Budynkach Wielkokubaturowych

Oddymianie grawitacyjne to system, który działa na zasadzie naturalnego przepływu powietrza. Jego głównym celem jest usuwanie dymu i gorącego powietrza z dróg ewakuacyjnych w przypadku pożaru. Jest to jeden z głównych elementów zabezpieczenia przeciwpożarowego obiektów, pozwalający na odprowadzenie wytworzonego w czasie pożaru dymu, trujących gazów i ciepła.

System oddymiania grawitacyjnego jest jednym z najprostszych systemów wentylacji pożarowej i jest chętnie stosowany w wielu budynkach ze względu na niskie koszty inwestycyjne.

Zasada Działania Oddymiania Grawitacyjnego

Oddymianie grawitacyjne opiera się na zasadzie naturalnego przepływu powietrza, który wynika z różnicy temperatur i ciśnienia. Gdy w budynku dochodzi do pożaru, gorące powietrze i dym mają tendencję do unoszenia się ku górze, co tworzy naturalny ruch powietrza w kierunku wyższych punktów budynku. System oddymiania grawitacyjnego wykorzystuje zjawisko konwekcji, czyli unoszenia się ku górze cieplejszych gazów.

W czasie pożaru automatycznie uruchamiany system jednocześnie otwiera klapy dymowe i napowietrzające. Klapy dymowe, otwierając się przy pomocy siłownika, odprowadzają gazy gromadzące się przy suficie. Klapy napowietrzające, umieszczone najczęściej w ścianach na najniższych kondygnacjach budynku, umożliwiają wytworzenie się w zadymionej strefie ciągu kominowego, ułatwiającego unoszenie się dymu ku klapom dymowym. Różnica odległości między klapą napowietrzającą a klapami dymowymi zapewnia dobry ciąg kominowy, a więc sprawniejsze oddymianie.

Zjawisko grawitacji pozwala dymowi unosić się ku górze, co tworzy ciśnienie umożliwiające jego wypchnięcie przez specjalne otwory lub klapy oddymiające na dachach lub ścianach budynków. Dzięki temu wnętrze budynku pozostaje bardziej przejrzyste, co ułatwia ewakuację oraz pracę służb ratowniczych.

Fizyczne Podstawy Działania

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.

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.

W każdym obiekcie na pewnej wysokości ciśnienie wewnętrzne jest równe ciśnieniu zewnętrznemu. 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. Jest ona bardzo wrażliwa na działanie wiatru, wytwarzającego ciśnienie od strony zawietrznej budynku. Może on obniżyć poziom strefy obojętnej, a tym samym powodować zadymienie najwyższych kondygnacji. 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 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 około 10 metrów.

Cel i Korzyści Stosowania Systemów Oddymiania

System oddymiania grawitacyjnego ma na celu zapewnienie warunków, które umożliwią możliwie jak najbardziej bezpieczną ewakuację ludzi. Poprawia warunki ewakuacji z budynku poprzez usuwanie i rozrzedzanie trujących gazów pożarowych napływającym świeżym powietrzem, zwiększając jednocześnie widoczność na drogach ewakuacyjnych oraz zmniejszając panującą na nich temperaturę. W ten sam sposób wpływa na warunki i bezpieczeństwo prowadzenia działań ratowniczo-gaśniczych.

Dodatkowo, instalując system oddymiania grawitacyjnego, nie tylko zapewniamy bezpieczną drogę ewakuacji w czasie pożaru, ale także obniżamy powstałą temperaturę w całym obiekcie. Zmniejsza on ryzyko zawalenia się konstrukcji budynku poprzez odprowadzenie na zewnątrz jego bryły gorących gazów ze strefy podsufitowej. System oddymiania grawitacyjnego pozwala nie tylko na odprowadzenie dymu i gorąca, ale również wpływa na zmniejszenie koncentracji trujących związków lotnych, które występują w strefach zagrożenia. Dzięki temu znacząco podnosi się bezpieczeństwo ludzi przebywających w zagrożonym obiekcie, umożliwiając im ewakuację.

Warto dodać, że systemy oddymiania grawitacyjnego mogą być stosowane nie tylko podczas zagrożenia pożarowego, ale również w codziennej, naturalnej wentylacji pomieszczeń. W ten sposób można zapewnić naturalny, zdrowy klimat sprzyjający samopoczuciu ludzi, przeciwdziałać powstawaniu grzybów i pleśni poprzez odprowadzanie nadmiaru pary wodnej, a także ograniczyć zużycie energii.

Zagrożenia Związane z Dymem Pożarowym

Negatywne oddziaływanie pożaru można ograniczać na różne sposoby, również przez oddymianie. 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.

• Dwutlenek węgla (CO2) zawarty w powstającym na skutek pożaru dymie, choć sam w sobie nie jest trujący, w zamkniętych pomieszczeniach może okazać się niebezpieczny dla ludzi, prowadząc do niedoboru tlenu.
• Tlenek węgla (CO), znany pod nazwą czadu, jest bardzo niebezpiecznym związkiem. 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.
• 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 Prawne i Normatywne

Najważniejszym celem systemów bezpieczeństwa pożarowego budynków jest ochrona życia i zdrowia ludzkiego. Stąd właśnie wymóg zapewnienia właściwych warunków ewakuacji. 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.

Jeden z nich dotyczy właśnie dymu - w wymaganym przepisami czasie (od 15 minut 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. Muszą one mieć stały dopływ powietrza zewnętrznego uzupełniającego jego braki w wyniku wypływu wraz z dymem.

Zgodnie z przepisami, w określonych 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.

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.

Najczęściej stosowanym standardem według którego projektuje się grawitacyjne systemy oddymiania klatek schodowych jest norma PN-B-02877-4.

Kluczowe Elementy Systemu 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. Są to:

• Klapy oddymiające (dymowe): Klapy te otwierają się automatycznie lub ręcznie w przypadku pożaru, umożliwiając wydostanie się dymu na zewnątrz. Montowane są najczęściej w szczytowych miejscach stref oddymianych, np. u szczytu klatki schodowej lub dachu hali produkcyjnej, w formie cokołu i kopułki z siłownikiem. Mogą być umieszczone na dachach lub ścianach i mają różne mechanizmy otwierania, takie jak elektryczne siłowniki, sprężyny czy mechanizmy przeciwwagi.
• Otwory napowietrzające (klapy napowietrzające): Umożliwiają wytworzenie się w zadymionej strefie ciągu kominowego, ułatwiającego unoszenie się dymu ku klapom dymowym. Z kolei dolne partie budynku wyposażane są w otwory napowietrzające. Mogą to być drzwi z kratkami, nawiewniki lub specjalne okna.
• Czujniki dymu i temperatury: Wykrywają obecność dymu lub gwałtowny wzrost temperatury, co uruchamia system oddymiania. Są kluczowe dla wczesnego wykrywania pożaru i mogą być połączone z systemem alarmowym.
• Centrala sterująca: Kontroluje działanie klap oddymiających i innych elementów systemu. Może to być prosty mechanizm ręcznego uruchamiania lub zaawansowany system automatyczny, który integruje się z innymi systemami przeciwpożarowymi. Współczesne centrale sterujące umożliwiają nie tylko sterowanie otwarciem i zamknięciem klap, ale także monitorowanie ich stanu oraz integrację z innymi systemami bezpieczeństwa w budynku, np. sygnalizacją pożarową, instalacją tryskaczową czy oświetleniem ewakuacyjnym.
• Kanalizacja dymu: W niektórych systemach stosuje się specjalne kanały lub przewody, które kierują dym do określonych punktów oddymiania, co może pomóc w skuteczniejszym usuwaniu dymu i zwiększeniu bezpieczeństwa.
• Zasilanie awaryjne: Aby zapewnić działanie systemu nawet w przypadku awarii zasilania, stosuje się zasilanie awaryjne lub baterie zapasowe. To gwarantuje, że klapy oddymiające będą działać w każdej sytuacji.
• Systemy uzupełniające: Mogą to być dodatkowe elementy, takie jak okna oddymiające czy wentylatory, które pomagają w cyrkulacji powietrza i usuwaniu dymu. Współpracują one z głównym systemem oddymiania, aby zapewnić jego skuteczność.
• Kurtyny dymowe: Stosowane w obiektach wielkokubaturowych do podziału hal na strefy oddymiania, aby ograniczyć rozprzestrzenianie się dymu w warstwie podsufitowej.

Sposoby Aktywacji Systemu Oddymiania

System oddymiania grawitacyjnego jest automatyczny - uruchamia się poprzez włączenie się urządzenia zewnętrznego lub ręcznie. Współpracuje z innymi elementami bezpieczeństwa, takimi jak systemy alarmowe, czujniki dymu czy automatyczne systemy gaśnicze. To pozwala na szybkie wykrycie pożaru i automatyczne aktywowanie procesu oddymiania.

Sposoby aktywacji:

• Automatyczna aktywacja: Najczęściej poprzez czujki dymu lub temperatury zlokalizowane w najwyższych punktach strefy dymowej. W momencie wykrycia pożaru czujki dymu lub temperatury przekazują alarm do centrali oddymiania, która za pośrednictwem siłowników otwiera okna lub klapy oddymiające oraz otwory napowietrzające.
• Ręczna aktywacja: Może nastąpić poprzez przycisk oddymiania lub tzw. system pilota.
• Termowyzwalacze: 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. W przypadku instalacji mechanicznej uruchomienie klapy oddymiającej następuje w momencie przekroczenia w jej otoczeniu określonej temperatury i zadziałania elementu topikowego.

Oddymianie z wykorzystaniem systemu grawitacyjnego może być sterowane pneumatycznie, elektrycznie, mechanicznie lub pneumatyczno-elektryczne. Najczęściej stosowanym sposobem otwarcia klap oddymiających jest siłownik pneumatyczny. Klapa otwiera się dzięki siłownikom pneumatycznym lub sprężynowym. Dodatkowo możliwe jest zastosowanie rygla elektromagnetycznego do uruchomienia instalacji z systemu sygnalizacji pożarowej.

Elektryczne sterowanie to obecnie jedno z najbardziej popularnych rozwiązań. Tego typu rozwiązania bardzo często mają opcję przewietrzenia oraz moduły pogodowe, które zapewniają automatyczne zamknięcie otworów przy silnym wietrze lub deszczu. Konieczne jest zsynchronizowanie pracy instalacji oddymiającej z innymi instalacjami znajdującymi się w obiekcie, takimi jak instalacja tryskaczowa, uruchomienie kurtyn dymowych, zamknięcie oddzieleń przeciwpożarowych, zatrzymanie działania instalacji użytkowych i co najważniejsze - automatyczne otwarcie otworów napowietrzających.

Rodzaje Systemów Oddymiania Grawitacyjnego

Istnieją różne rodzaje systemów oddymiania grawitacyjnego, które są dostosowane do różnych typów budynków i zastosowań:

• Oddymianie poprzez klapy dachowe: Jest to najczęściej stosowany rodzaj systemu. Klapy dachowe otwierają się w momencie pożaru, umożliwiając dymowi wydostanie się na zewnątrz. Mogą być automatyczne lub ręczne, a ich działanie jest często powiązane z czujnikami dymu lub temperatury.
• Oddymianie poprzez okna: W niektórych przypadkach odbywa się przez specjalne okna oddymiające. Są one zamontowane na wyższych piętrach lub w dachach spadzistych i otwierają się w przypadku pożaru, umożliwiając dymowi opuszczenie budynku. Mogą być uruchamiane ręcznie lub automatycznie.
• Oddymianie przez świetliki: Świetliki są powszechnie stosowane w budynkach przemysłowych i magazynach. W systemach oddymiania grawitacyjnego pełnią funkcję wyjścia dla dymu, otwierając się w przypadku pożaru. Mogą być zintegrowane z systemem alarmowym i sterowane automatycznie.
• Oddymianie przez systemy kanałowe: W bardziej skomplikowanych systemach stosuje się kanały wentylacyjne, które kierują dym do określonych punktów wyjścia. Tego rodzaju systemy są bardziej zaawansowane i często stosowane w dużych obiektach, gdzie konieczne jest kontrolowanie przepływu dymu.
• Oddymianie hybrydowe: To systemy, które łączą elementy oddymiania grawitacyjnego z innymi metodami, takimi jak wentylacja mechaniczna. Tego typu systemy mogą być stosowane w budynkach o skomplikowanej strukturze lub gdzie wymagana jest dodatkowa pomoc w usuwaniu dymu.

Wybór odpowiedniego systemu zależy od wielu czynników, w tym od rodzaju budynku, jego wielkości oraz wymagań bezpieczeństwa.

Zastosowanie w Budynkach Wielkokubaturowych

Grawitacyjny system oddymiania stosowany jest najczęściej do usuwania dymu z klatek schodowych, poziomych dróg ewakuacyjnych, szybów dźwigów, scen teatralnych oraz budynków produkcyjno-magazynowych. Spotkamy go głównie w klatkach schodowych, których przestrzeń przypomina komin lub szyb.

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. 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.

Dla poprawnego działania tego systemu konieczne jest, oprócz wpływu warunków atmosferycznych, odpowiednie dobranie powierzchni oddymiania i napowietrzania oraz zapewnienie wydzielenia klatki schodowej drzwiami. W praktyce 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.

Zalety i Wady Oddymiania Grawitacyjnego

Oddymianie grawitacyjne, choć skuteczne w wielu zastosowaniach, ma swoje zalety i wady, które pomagają zrozumieć, w jakich sytuacjach ten rodzaj systemu jest odpowiedni i jakie są jego ograniczenia.

Zalety:

• Prostota konstrukcji: Systemy oddymiania grawitacyjnego są prostsze niż systemy mechaniczne. Wykorzystują naturalny ruch powietrza, co zmniejsza potrzebę skomplikowanych urządzeń elektrycznych lub mechanicznych.
• Niski koszt utrzymania: Dzięki prostocie konstrukcji systemy te są tańsze w utrzymaniu i konserwacji. Nie wymagają skomplikowanych napraw ani drogich części zamiennych.
• Niezależność od zasilania elektrycznego: Oddymianie grawitacyjne nie wymaga zasilania elektrycznego do podstawowego działania, co sprawia, że jest niezawodne nawet w przypadku awarii prądu. Jest to ważne w sytuacjach awaryjnych, kiedy systemy zasilania mogą być zakłócone.
• Skuteczność w dużych przestrzeniach: 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.
• 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 przestrzeniach: Jest mniej efektywne w małych lub zamkniętych przestrzeniach, gdzie naturalny przepływ powietrza jest ograniczony.
• Ograniczenia architektoniczne: Konstrukcja budynku może ograniczać efektywność oddymiania grawitacyjnego.
• Niska skuteczność przy niewielkiej mocy pożaru: W przypadku niskich temperatur dymu system może działać z mniejszą efektywnością.
• Wysoka bezwładność działania: Może reagować wolniej niż systemy mechaniczne.

Konserwacja i Serwisowanie Systemu

Aby system oddymiania grawitacyjnego spełniał swoją funkcję w sytuacjach kryzysowych, konieczne jest jego regularne serwisowanie. Przeglądy techniczne powinny odbywać się co najmniej raz do roku i obejmować kontrolę sprawności czujek, działania siłowników, szczelności instalacji elektrycznej oraz stanu technicznego klap, a także zawiasów i uszczelek. W przypadku wykrycia nieprawidłowości, niezbędne jest niezwłoczne przeprowadzenie naprawy. System oddymiania jest niezbędnym elementem wyposażenia przeciwpożarowego każdego budynku i wymaga ścisłych kontroli i przeglądów.

tags: #oddymianie #grawitacyjne #budynki #wielkokubaturowe