Nadciśnieniowe systemy oddymiania klatek schodowych: Kompleksowy przewodnik

Dym wydzielający się w czasie pożaru jest toksyczny i stanowi poważne zagrożenie dla ewakuujących się ludzi oraz ekip ratowniczych. Głównym zadaniem wentylacji pożarowej jest przeciwdziałanie rozprzestrzenianiu się dymu i gorących gazów pożarowych poza kondygnację objętą pożarem oraz wzdłuż ciągów komunikacyjnych. Jej prawidłowe funkcjonowanie umożliwia ewakuację ludzi z zagrożonej strefy oraz ułatwia przeprowadzenie skutecznej akcji gaśniczej dzięki zapobiegnięciu nadmiernemu ograniczeniu widoczności oraz spadkowi stężenia tlenu poniżej wartości zagrażających życiu w poziomych korytarzach ewakuacyjnych, przedsionkach przeciwpożarowych na kondygnacji objętej pożarem oraz na klatkach schodowych.

Utrzymanie wolnych od dymu dróg ewakuacyjnych i ratunkowych, w szczególności klatek schodowych, jest nieodzownym warunkiem umożliwienia ewakuacji ludzi i prowadzenia akcji gaśniczej przez straż pożarną. W tym zakresie systemy oddymiania oparte na zmiennym nawiewie powietrza są rozwiązaniem inżynierskim o najwyższej, potwierdzonej badaniami, efektywności. Najwyższy poziom bezpieczeństwa w klatkach schodowych można zapewnić, stosując systemy różnicowania ciśnienia.

Zasada działania nadciśnieniowych systemów oddymiania

Systemy zapobiegające zadymieniu, inaczej zwane systemami różnicowania ciśnień, działają na zasadzie wytworzenia różnicy ciśnienia pomiędzy przestrzenią chronioną a objętą pożarem. Dzięki temu obszar chroniony utrzymywany jest w stanie wolnym od dymu. Nadciśnieniowy system oddymiania to zaawansowane rozwiązanie techniczne, które ma na celu zabezpieczenie określonych stref budynku przed przedostaniem się dymu w przypadku pożaru. Jego głównym zadaniem jest utrzymanie różnicy ciśnienia między strefami zagrożonymi dymem a strefami bezpiecznymi, co zapobiega przedostawaniu się trujących gazów do miejsc ewakuacyjnych, takich jak klatki schodowe, windy czy korytarze.

System ten działa na zasadzie zwiększenia ciśnienia powietrza w chronionych strefach, co powoduje, że dym nie jest w stanie przeniknąć do tych obszarów. Podstawą działania jest utrzymanie odpowiedniego ciśnienia w strefach chronionych. Aby to osiągnąć, stosuje się specjalne wentylatory nadciśnieniowe, które pompują świeże powietrze do tych stref, zapewniając, że ciśnienie wewnątrz tych obszarów jest wyższe niż w strefach objętych pożarem. Dzięki temu, gdy drzwi do klatek schodowych są otwierane w trakcie ewakuacji, dym nie może przedostać się do wnętrza, co znacząco zwiększa bezpieczeństwo osób opuszczających budynek.

W systemach różnicowania ciśnienia, po wykryciu pożaru na danym piętrze, powietrze zewnętrzne jest kierowane do holu i korytarzy na tym poziomie. Całkowita ilość dostarczanego powietrza jest określana w oparciu o kryteria przepływu. Gdy drzwi oddzielające lobby od reszty budynku są zamknięte, do klatki schodowej dostaje się tylko ograniczona ilość powietrza, niezbędna do utrzymania wymaganego nadciśnienia w stosunku do poziomych dróg ewakuacyjnych. Powietrze to przedostaje się na piętro przez nieszczelności w konstrukcji budynku.

Rodzaje systemów różnicowania ciśnień

Definicję systemu różnicowania ciśnienia opisuje norma PN-EN 12101-6, która określa, że „system różnicowania ciśnień służy do ograniczania rozprzestrzeniania się dymu z jednej przestrzeni budynku do drugiej, przez nieszczelności w przegrodach fizycznych lub przez otwarte drzwi”. Systemy różnicowania ciśnień dzielimy na systemy podwyższonego i obniżonego ciśnienia:

• Systemy podwyższonego ciśnienia (nadciśnieniowe): Ciśnienie powietrza przestrzeni chronionej jest zwiększone do wielkości powyżej ciśnienia w strefie objętej pożarem. Są to najczęściej wykorzystywane systemy w budynkach.
• Systemy obniżonego ciśnienia: Ciśnienie powietrza w przestrzeni chronionej jest obniżane poniżej wielkości ciśnienia panującego w strefie objętej pożarem. System ten jest bardzo rzadko stosowany ze względu na wymagania pożarowe stawiane wentylatorom oddymiającym oraz problemy z utrzymaniem wymaganej gradacji ciśnienia. System obniżonego ciśnienia powinien być wyposażony w wentylatory wyciągowe, a także (jeśli zachodzi taka konieczność) w przewody wentylacyjne do usuwania na zewnątrz gazów pożarowych ze strefy o obniżonym ciśnieniu.

System podwyższonego ciśnienia zbudowany jest z instalacji nawiewu powietrza lub przepływu powietrza w strefie podwyższonego ciśnienia oraz instalacji oddymiania lub odprowadzania powietrza z kondygnacji objętej pożarem na zewnątrz budynku.

Czynniki wpływające na skuteczność systemu

Poprawne zaprojektowanie instalacji nadciśnieniowej wymaga właściwej identyfikacji i analizy czynników wpływających na rozkład ciśnienia w przestrzeniach chronionych i przepływu zadymionego powietrza w rozpatrywanym budynku. Do kluczowych czynników należą:

Ciąg kominowy

Zjawisko ciągu kominowego niesie za sobą dwa podstawowe zagrożenia w kontekście funkcjonowania instalacji zapobiegania przed zadymieniem. Pierwsze to niekontrolowany lokalny wzrost różnicy ciśnienia w przestrzeni klatki schodowej i w konsekwencji brak możliwości otwarcia drzwi ewakuacyjnych. Drugim jest lokalny spadek różnicy ciśnienia, co powodować może wystąpienie podciśnienia w przestrzeni klatki schodowej i prowadzić będzie do zassania i dystrybucji dymu utrudniającego lub nawet uniemożliwiającego ewakuację.

Przy zastosowaniu w budynku tradycyjnego układu napowietrzania (z wentylatorem napowietrzającym w dolnej części klatki schodowej i klapą upustową na dachu) bardzo trudno będzie uzyskać równomierną wartość ciśnienia na całej wysokości obszaru chronionego. Przy wprowadzeniu niewielkiej ilości powietrza nawiewanego klapa upustowa utrzymuje ciśnienie w górnej części klatki schodowej, zaś w pozostałej przestrzeni ciśnienie nie jest regulowane. Konsekwencją tego rozwiązania jest niekontrolowany spadek różnicy ciśnienia, co powodować będzie wystąpienie podciśnienia w przestrzeni klatki schodowej i zassania dymu do niej. Przy wtłaczaniu do klatki zbyt dużych ilości powietrza istnieje ryzyko wystąpienia niekontrolowanego miejscowego wzrostu różnicy ciśnienia w przestrzeni pionowej drogi ewakuacyjnej.

Wiatr

Pracę instalacji różnicowania ciśnienia będzie zakłócał również wiatr. Skala jego oddziaływania zależy przede wszystkim od lokalizacji budynku, warunków atmosferycznych, nieszczelności, a także aerodynamicznego kształtu elewacji. Wiatr, opływając budynek, wytwarza w jego otoczeniu charakterystyczny rozkład ciśnienia: na elewacji przeciwległej (zawietrznej) powstaje strefa podciśnienia, a na elewacji nawietrznej - strefa nadciśnienia. Siła wiatru i jego kierunek powinny być uwzględniane przy określaniu mocy wentylatora napowietrzającego. Jeżeli na nawietrznej stronie klatki schodowej w stolarce znajdują się nieszczelności, wówczas wpadający wiatr może działać w kierunku przeciwnym do wentylatora napowietrzającego, przeciwdziałając efektom wentylacji pożarowej i zakłócając stabilność strumienia nawiewanego mechanicznie.

Efekt tłokowy wind

W budynkach wyposażonych w windy istotnym zjawiskiem wpływającym na system różnicowania ciśnień jest efekt tłokowy. Powstaje on wskutek przemieszczania się kabiny, powodując wytworzenie się nadciśnienia. Przemieszczająca się w dół winda wypycha powietrze z szybu poniżej kabiny i zasysa je do obszaru nad kabiną. Skutki efektu tłokowego należy uwzględnić w budynkach, w których windy wykorzystywane są przez ekipy ratownicze jako drogi ewakuacyjne (zwłaszcza dla osób niepełnosprawnych) lub gdy znajdują się w obrębie przedsionków przeciwpożarowych czy klatek schodowych.

Konwekcja i rozprężanie

Podczas analizowania warunków pożarowych w budynku należy wziąć pod uwagę ruch powietrza, wspomagany przez konwekcję i rozprężanie. Rozgrzane powietrze ma mniejszą gęstość, dlatego podlega działaniu siły unoszenia i przemieszcza się poprzez nieszczelności w przegrodach oddzielających kondygnacje. Będzie to powodowało przepływ dymu w górę pomiędzy kondygnacjami i wystąpienie zadymienia na poziomych i pionowych drogach ewakuacyjnych. Rozprężenie wynika z rozszerzalności objętościowej (termicznej) gazów, która - przy niewielkich zmianach ciśnienia - towarzyszy znacznemu wzrostowi ich temperatury. Aby przeciwdziałać zjawiskom konwekcji i rozprężania, należy utrzymywać w przestrzeni chronionej klatki schodowej odpowiedni poziom nadciśnienia.

Siła otwarcia drzwi

Norma PN-EN 12101-6 określa również maksymalną wartość siły, jakiej należy użyć, aby otworzyć drzwi do przestrzeni chronionej. Siła ta zależy od pola powierzchni drzwi, różnicy ciśnień po obu stronach drzwi oraz siły potrzebnej do pokonania oporu własnego drzwi (przede wszystkim oporu samozamykacza) i wynosi zgodnie z normą nie więcej niż 100 N. Przekroczenie tej wartości może utrudniać ewakuację oraz wpłynąć na wydłużenie czasu ewakuacji.

Projektowanie i instalacja

Prawidłowo działająca instalacja nadciśnieniowa nie dopuszcza do wtargnięcia dymu na drogi ewakuacyjne. System różnicowania ciśnień musi być bardzo wydajny, ponieważ warunki panujące w klatce schodowej ulegają ciągłym zmianom. W pierwszym etapie jego pracy wentylatory napowietrzania wytwarzają i stabilizują przyjęty poziom nadciśnienia. Otwarcie drzwi ewakuacyjnych powoduje, że system musi dostarczyć do klatki schodowej powietrze w ilości gwarantującej jego przepływ w ich otworze z wymaganą prędkością minimalną (ok. 0,75-2 m/s). Drzwi ewakuacyjne pozostaną otwarte przez stosunkowo krótki czas, po czym na skutek działania samozamykaczy ponownie się zamkną. W tym momencie system napowietrzania powinien ponownie przesterować się do warunku stabilizacji ciśnienia. Opisana sytuacja może pojawiać się bardzo często przez cały czas ewakuacji, co oznacza równie częste zmiany parametrów pracy instalacji napowietrzania, przy czym dopasowanie wydatku powietrza za każdym razem musi odbywać się bardzo szybko.

Nawiew powietrza

Działanie systemów różnicowania ciśnień (nadciśnienia) polega na doprowadzaniu wymaganej ilości powietrza zewnętrznego z uwagi na występujące nieszczelności. Nawiew może być realizowany w sposób jednopunktowy (skoncentrowany) w obrębie najwyższych lub najniższych kondygnacji. Jednostki napowietrzające zlokalizowane są zazwyczaj na dachu budynku. W przypadku nawiewu wielopunktowego rozmieszcza się go równomiernie na całej wysokości klatki schodowej - zgodnie z PN-EN 12101-6:2007 na co trzeciej kondygnacji.

Powietrze powinno napływać do klatki schodowej w sposób równomierny, tzn. wlot zapewnia jego rozpływ w dolnej części klatki schodowej i przemieszczanie się w górę całym jej przekrojem. Otwór wlotowy świeżego powietrza najlepiej spełnia swoją funkcję, gdy umieszczony jest możliwie nisko, nie niżej jednak niż 0,5 m nad podłogą. Nawiew musi dostarczać wymaganą ilość świeżego powietrza z zewnątrz.

Powietrze kompensacyjne powinno być zawsze podawane do strefy zadymienia, w której powstał pożar, poniżej warstwy dymu (góra otworu napowietrzania min. 1,5 m od podłogi).

Odbiór powietrza

Utrzymanie odpowiedniego ciśnienia w przestrzeni chronionej wymaga instalacji odbioru powietrza. Powszechnie stosuje się układy okien uchylnych, które mogą być skuteczną metodą, pod warunkiem, że uwzględni się ewentualny niekorzystny wpływ wiatru (możliwość wtłaczania powietrza po „nawiewnej” stronie budynku), a miejsce zainstalowania okien będzie gwarantowało odbiór powietrza z przestrzeni podwyższonego ciśnienia.

Innym sposobem usuwania powietrza może być budowa tzw. kanałów grawitacyjnych, ale przy rozsądnych prędkościach przepływu są to przewody o nieakceptowalnie dużych rozmiarach, z dużym zapotrzebowaniem na wolną przestrzeń techniczną w budynku. Ponadto kanały grawitacyjne muszą zostać uzbrojone na każdej kondygnacji w klapy pożarowe, automatycznie otwierane na kondygnacji objętej pożarem i zamknięte na wylocie automatycznie otwieraną klapą dymową.

Najlepszą metodą odbioru powietrza wydaje się system wyciągu mechanicznego, ale brak jest w tym przypadku szczegółowych zaleceń projektowych dla doboru wydajności instalacji wyciągowej. Instalacja odbioru powietrza powinna pracować z taką intensywnością, by była w stanie odebrać znaczne ilości powietrza trafiające z klatki schodowej i przedsionków pożarowych na kondygnację przy otwartych drzwiach. Z drugiej jednak strony ilość usuwanego w sposób ciągły powietrza nie powinna wytwarzać podciśnienia w stosunku do strefy chronionej, gdy drzwi pozostają zamknięte.

Wzdłuż obszarów niezabezpieczonych nadciśnieniem, takich jak klatki schodowe lub otwarte przestrzenie, na każdej kondygnacji budynku powinien być zainstalowany system odprowadzania powietrza i dymu. Ten system może obejmować automatyczne klapy dymowe otwierające się, kanały odprowadzające dym zabezpieczone klapami przeciwpożarowymi, które są integralną częścią systemu odprowadzania dymu, lub mechaniczne punkty odciągowe umieszczone w strategicznych lokalizacjach.

Kontrola i sterowanie

Prawidłowo działająca instalacja nadciśnieniowa nie dopuszcza do wtargnięcia dymu na drogi ewakuacyjne. Specjalny układ elektroniczny kontroluje cały proces oddymiania i przyrostu ciśnienia za pośrednictwem dwóch niezależnych linii oddymiania i grup napędów oraz specjalnych wyłączników nadciśnieniowych. Odpowiednie wysterowanie zainstalowanych w obszarze klap oddymiających i napowietrzających umożliwia skuteczne zabezpieczenie chronionego obszaru.

Kluczowe jest właściwe zarządzanie różnicą ciśnień na granicy między strefami chronionymi a niechronionymi nadciśnieniem. Nowoczesne rozwiązania oferują elektronicznie sterowany transfer powietrza, umożliwiając dokładne dostosowanie warunków nadciśnienia i przepływu powietrza, reagujące na dynamiczne zmiany sytuacji pożarowej. Zapewnia to stały przepływ powietrza do poziomych dróg ewakuacyjnych, niezależnie od położenia drzwi ewakuacyjnych, a w połączeniu z ciągłą pracą systemu wyciągów pozwala na skuteczne usuwanie dymu z poziomych dróg ewakuacyjnych.

Wymogi prawne i normy

W Polsce przepisy dotyczące ochrony przeciwpożarowej są ściśle określone przez prawo budowlane oraz rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji. Systemy oddymiania klatek schodowych są regulowane przez polskie prawo budowlane oraz przepisy dotyczące ochrony przeciwpożarowej. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2022 poz. 1225) oraz Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz.U. 2023 poz. 822) są podstawowymi aktami prawnymi.

Zgodnie z przepisami, systemy oddymiania muszą zapewniać skuteczne odprowadzanie dymu i ciepła, co minimalizuje ryzyko zatrucia oraz poparzenia osób znajdujących się w budynku. W budynkach wysokich i wysokościowych system oddymiania może wymagać zastosowania dodatkowych przedsionków przeciwpożarowych.

Kluczowe normy

Najczęściej stosowane w Polsce standardy projektowe to PN-EN 12101-6 oraz Instrukcja ITB 378/2002. Urządzenia do odprowadzania dymu i ciepła muszą spełniać wymagania normy PN-EN 12101-2 „Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła Część 2: Wymagania techniczne dotyczące klap dymowych”. Norma ta została wprowadzona do obligatoryjnego stosowania we wszystkich krajach Unii Europejskiej od 1 kwietnia 2004 r.

Instrukcja ITB zgodnie z założeniami francuskimi wprowadza klasy systemu A i B, natomiast PN-EN charakteryzuje sześć klas systemów (klasy A, B, C, D, E i F) dla różnych typów budynków. Praktyczna realizacja ochrony przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych w budynkach wielokondygnacyjnych, mimo istniejących standardów, nie jest łatwa ze względu na mało precyzyjne zapisy polskiej normy i wprowadzenie wielu klas systemów. Wprowadzenie w niej zmian w postaci dwóch klas systemów: MOE (ang. Means of Escape) - gdzie wytwarzanie różnicy ciśnień występuje ze względu na konieczność ewakuacji ludzi i FF (ang. Fire Fighting) - gdzie nacisk kładziony jest na wsparcie działań ekip ratowniczych, ma na celu uproszczenie i ujednolicenie wymagań.

Wymagane różnice ciśnienia i prędkości przepływu

Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 12101-6 obliczeniowe różnice ciśnienia pomiędzy sąsiadującymi pomieszczeniami traktowanymi jako drogi ewakuacyjne mogą wynosić np. 5 Pa, jak w przypadku klatek schodowych (50 Pa) i przedsionków przeciwpożarowych (45 Pa). Dopuszczalne nadciśnienie zależy od wielkości drzwi i rodzaju ich zamknięcia. Z reguły przyjmuje się 50 Pa. Nadciśnienie powstrzymuje napływ dymu tak długo, jak drzwi są zamknięte. Otwarcie drzwi powoduje natychmiastowe wyrównanie ciśnień w połączonych pomieszczeniach. Należy zapewnić wystarczającą prędkość przepływu powietrza w kierunku przeciwnym do zadymienia. Właściwa prędkość powstrzyma dym przed wniknięciem na klatkę schodową.

Kluczowym aspektem w systemach różnicowania ciśnienia jest obszar transferu powietrza, który często okazuje się zbyt mały, aby być skuteczny. Wyznaczenie tego obszaru zakłada, że prędkość przepływu powietrza przez otwór wynosi około 5 m/s, co jest niezbędne do utrzymania odpowiedniego nadciśnienia w klatce schodowej. Rozmiar otworów transferowych zależy od przeznaczenia systemu - czy ma on służyć wyłącznie do ewakuacji, czy też wspierać działania zespołów ratowniczych. Dla zapewnienia efektywności, otwory te powinny mieć swobodny przekrój co najmniej 0,27 m².

Obowiązkowe zastosowanie systemów

Zgodnie z obowiązującymi przepisami, nadciśnieniowe systemy oddymiania są wymagane w budynkach o podwyższonym ryzyku pożarowym, takich jak:

• Wieżowce (budynki powyżej 55 metrów wysokości).
• Budynki użyteczności publicznej (np. szpitale, centra handlowe, biurowce).
• Niektóre budynki mieszkalne wielokondygnacyjne, w zależności od wysokości i innych czynników ryzyka.

Zastosowanie systemu oddymiania z mechanicznym doprowadzeniem powietrza wymagane jest również w sytuacji, gdy strategia bezpieczeństwa pożarowego w budynku zakłada warunkową ewakuację. Krajowe przepisy przewidują możliwość szerokiego stosowania urządzeń oddymiających oraz spoczywającym na zarządcy budynku obowiązku zapewnienia jak najwyższego poziomu bezpieczeństwa oraz ułatwienia działania ekip ratowniczych.

Zalety nadciśnieniowego systemu oddymiania

Nadciśnieniowy system oddymiania to jedno z najskuteczniejszych rozwiązań w zakresie ochrony przeciwpożarowej. Jego główne zalety to:

• Zwiększone bezpieczeństwo ewakuacyjne - dym nie dostaje się do stref ewakuacyjnych, co pozwala na sprawną i bezpieczną ewakuację. Jest to jedna z najważniejszych zalet, chroniąca życie i zdrowie ludzi.
• Skuteczna ochrona przed trującymi gazami - system zapobiega przedostawaniu się trujących gazów do stref bezpiecznych.
• Zwiększona widoczność w trakcie ewakuacji - dzięki odpowiednio działającemu systemowi oddymiania, widoczność w klatkach schodowych i na korytarzach ewakuacyjnych pozostaje na wystarczająco wysokim poziomie, co znacznie ułatwia poruszanie się i zwiększa szanse na bezpieczne opuszczenie budynku.
• Elastyczność zastosowania - można go stosować w różnych typach budynków, zarówno komercyjnych, jak i mieszkalnych.
• Zgodność z przepisami - spełnia wymagania norm krajowych i unijnych dotyczących ochrony przeciwpożarowej.
• Ochrona mienia - właściwie zaprojektowany system może również zmniejszyć uszkodzenia konstrukcji budynku poprzez redukcję temperatury i szybkie usuwanie gorących gazów.

Konserwacja i testowanie

Aby system oddymiania działał poprawnie w razie pożaru, konieczne jest regularne przeprowadzanie przeglądów i konserwacji. Zgodnie z przepisami, przegląd techniczny systemu oddymiania powinien być przeprowadzany co najmniej raz w roku, a w przypadku większych obiektów nawet częściej. Jednym z najskuteczniejszych sposobów sprawdzenia, czy system oddymiania działa poprawnie, jest przeprowadzenie testów symulacyjnych pożaru.

System oddymiania klatek schodowych to kluczowy element ochrony przeciwpożarowej, zapewniający bezpieczeństwo ewakuacyjne w budynkach. Odpowiednio dobrany i regularnie konserwowany system minimalizuje zagrożenia związane z pożarem, ułatwia działania ratownicze i pozwala spełniać wymagania prawne.

tags: #oddymianie #klatki #schodowej #nadcisnienie