Oddymianie klatek schodowych: Kompleksowy przewodnik po przepisach, systemach i błędach wykonawczych

Przepisy techniczno-budowlane jasno definiują budynki, w których należy zastosować oddymianie klatki schodowej. Dotyczy to budynków o gęstości obciążenia ogniowego powyżej 500 MJ/m² lub zawierających pomieszczenie zagrożone wybuchem, znajdujących się w kategorii budynków niskich (N) bądź średniowysokich (SW). Klatki schodowe w takich obiektach powinny być obudowane i zamykane drzwiami dymoszczelnymi. Kluczowe jest również wyposażenie ich w urządzenia zapobiegające zadymieniu lub służące do usuwania dymu, które uruchamiają się samoczynnie za pomocą systemu wykrywania dymu.

Oddymianie klatki schodowej jest również często wymagane w kontekście przekroczenia dopuszczalnej długości dojścia ewakuacyjnego. Zgodnie z §256 ust. 6, dopuszcza się rozpatrywanie dojścia ewakuacyjnego jedynie do klatki schodowej, pod warunkiem jej zamknięcia drzwiami o klasie odporności ogniowej co najmniej EI 30 oraz wyposażenia w urządzenia zapobiegające zadymieniu lub służące do usuwania dymu. Taki scenariusz ma miejsce w większości budynków średniowysokich i niektórych niskich.

Różnice między zapobieganiem zadymieniu a usuwaniem dymu

Warto zwrócić uwagę, że przytaczane w przepisach systemy oddymiania klatki schodowej, czyli urządzenia zapobiegające zadymieniu i służące do usuwania dymu, realizują całkowicie różne cele projektowe.

• Zapobieganie zadymieniu: Realizowane jest przez system różnicowania ciśnień, który niedopuszcza do przedostania się zadymienia w obszar klatki schodowej. System ten ma na celu zapewnienie bezpiecznej ewakuacji, jednakże nie zapobiega przed przedostaniem się dymu do wnętrza klatki.
• Usuwanie dymu: W przypadku urządzeń do usuwania dymu z klatki schodowej, skuteczność systemu determinowana jest odpowiednim zabezpieczeniem drzwi oraz wejść na klatkę schodową z przylegających pomieszczeń i korytarzy (wykonanie ich w odpowiedniej odporności ogniowej i/lub dymoszczelności). Głównym celem projektowym systemu jest jak najszybsze oczyszczenie z dymu pionowej drogi ewakuacyjnej na skutek chwilowego przedostania się produktów spalania do wnętrza klatki schodowej.

W przypadku ciągłego rozszczelnienia klatki schodowej oraz wydobywania się dymu i ciepła z przylegającego piętra objętego pożarem, system wentylacji oddymiającej nie będzie w stanie zapewnić odpowiednich warunków środowiska umożliwiających ewakuację ludzi z pięter powyżej kondygnacji objętej pożarem. Dlatego też skuteczność działania systemu wentylacji oddymiającej należy analizować w aspekcie zdolności do jak najszybszego oczyszczenia klatki schodowej z dymu i ciepła. Wielokrotnie założenie to jest weryfikowane przy użyciu prób dymowych z gorącym dymem.

Normy i wytyczne dotyczące projektowania systemów oddymiania

Każda instalacja bezpieczeństwa powinna zostać zaprojektowana w oparciu o powszechnie uznane normy, standardy, poradniki - zasady wiedzy technicznej. Kluczowe dokumenty w tym zakresie to:

• Wytyczne CNBOP-PIB W-0003:2016

Pierwsze dwa dokumenty w całości poświęcone są projektowaniu systemów grawitacyjnych, wskazując prostą metodę obliczania wymaganej powierzchni czynnej klap oddymiających oraz otworów napowietrzających względem powierzchni rzutu poziomego klatki schodowej. Nie mniej jednak standardy te nie określają żadnej metody weryfikacji skuteczności zaprojektowanych systemów oddymiania.

Wymienione w ostatnim punkcie wytyczne CNBOP są pewnego rodzaju rozszerzeniem wcześniejszych opracowań. Wytyczne zbierają dotychczasowe dobre praktyki projektowe, ale przede wszystkim uszczegóławiają zagadnienia, które w poprzednich normach nie były poruszane, m.in. mechaniczne doprowadzenie powietrza kompensacyjnego, czy też kryteria oceny skuteczności. Niemniej jednak decyzja o wyborze standardu projektowego jest autonomiczną decyzją zespołu projektowego, który uwzględnia wszystkie uwarunkowania techniczno-budowlane. Rozwiązania te powinny zostać dokładnie przeanalizowane pod kątem zagrożenia związanego z wytwarzanym podciśnieniem wewnątrz klatki schodowej, które może spowodować wymuszone przedostawanie się dymu do jej wnętrza.

Wyzwania projektowe i rozwiązania inżynierskie

Wielokrotnie zaprojektowanie oddymiania klatki schodowej zgodnie z dostępnymi standardami może być utrudnione. Wynika to głównie z niestandardowych układów architektonicznych, ograniczeń projektowych, czy sytuacji zastanej. W takim przypadku istnieje możliwość zastosowania rozwiązania inżynierskiego, które opierać się będzie o zasady wiedzy technicznej oraz wyniki symulacji komputerowej.

Analiza numeryczna pozwala na dokładne zweryfikowanie konkretnego układu architektonicznego oraz zastosowanego układu oddymiania. Symulacje komputerowe pozwalają również na optymalizację zastosowanych rozwiązań w przypadku ograniczeń instalacyjnych, np. zmniejszenie wartości nawiewu mechanicznego w przypadku braku możliwości prowadzenia kanałów napowietrzających o dużych przekrojach.

Dobór odpowiedniego systemu oddymiania klatki schodowej

Wybór najkorzystniejszego rozwiązania wentylacyjnego dla oddymiania klatki schodowej zależy od wielu czynników. W 2016 roku Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej (CNBOP-PIB) opublikowało wytyczne dla systemów oddymiania grawitacyjnego z nawiewem mechanicznym (z późniejszą aktualizacją w 2019 r.).

Przykład obliczeń dla systemu oddymiania

Poniżej opisano przypadek, w którym nie można zastosować oddymiania grawitacyjnego z nawiewem kompensacyjnym przez drzwi wejściowe, ale klatka schodowa posiada ścianę zewnętrzną. Obliczenia do doboru systemu oddymiania klatki schodowej wykonano w oparciu o wytyczne CNBOP-PIB W-0003:2016.

Oddymianie klatki schodowej będzie realizowane poprzez klapy dymowe umieszczone w dachu klatki schodowej. Klatka schodowa będzie oddymiana przy użyciu systemu ze zmiennym wydatkiem kompensacyjnym, ZODIC-M, zgodnego z wytycznymi CNBOP-PIB. System oparty jest na wentylatorze napowietrzającym ze zmiennym przepływem powietrza, adaptowalnym do pracy w różnych warunkach. Uruchomienie systemu następuje ze zwłoką czasową 60 sekund, która powinna uwzględnić otwarcie klapy dymowej.

Kryteria wyznaczania strumienia powietrza

W ramach wytycznych CNBOP-PIB przyjęto następujące kryteria:

• § 68. 1: W związku z różnym rozkładem ciśnienia w funkcji wysokości klatki schodowej, do wyznaczenia strumienia powietrza wypływającego przez nieszczelności przegród klatki schodowej (Vn_p) przyjęto średnią różnicę ciśnienia (Δp) wynoszącą 15 Pa. Do wyznaczania wielkości strumienia przyjęto, że wszystkie drzwi klatki schodowej są zamknięte.
• Kryterium otwartych drzwi: Do wyznaczenia wielkości strumienia powietrza przepływającego przez otwarte drzwi (Vn_v) należy przyjąć prędkość przepływu powietrza w pojedynczym otworze drzwiowym równą 1 m/s.
• Ilość powietrza kompensującego oddymianie klatki wyznaczono, sumując kryterium pierwsze i drugie. Zgodnie z wytycznymi CNBOP, trzeciego kryterium nie bierzemy pod uwagę, gdy klatka schodowa spełnia wymagania WT i drzwi do niej są wyposażone w samozamykacze.

Na tej podstawie dobrano urządzenie kompensacyjne ZNZ-2J. Jeżeli klatka schodowa obsługuje jednocześnie kondygnacje podziemne i nadziemne, nawiew należy lokalizować na najniższej kondygnacji.

W nowoprojektowanych obiektach, przy wyznaczaniu ilości powietrza kompensacyjnego do oddymiania uwzględnia się jedynie kryterium 1 + kryterium 2 z wytycznych CNBOP, ponieważ klatki schodowe z założenia powinny być zaprojektowane zgodnie z obowiązującymi przepisami prawa budowlanego. W takim przypadku pomija się kryterium 3, które najczęściej jest znacznie większe niż kryterium 2. Dodatkowo, gdy stosuje się wentylator kompensacyjny ZNZ lub osiowy, wraz z instalacją kanałową wykonaną w odpowiedniej klasie szczelności, można zrezygnować z 15% naddatku na straty powietrza w kanałach. Pozwala to na znaczące zmniejszenie ilości powietrza nawiewanego, a co za tym idzie, na zastosowanie wentylatora o mniejszej mocy.

Zestaw spełnia wymagania przepisów prawa stawiane systemom oddymiania (WT, § 270 ust. 1 i 2, Dz.U. Nr 75, poz.). System jest kompletny. Centrala zasilająco-sterująca systemu oddymiania klatki jest zasilaczem klasy „A” spełniającym wymagania normy PN-EN 12101-10. Można go zasilać pojedynczym torem transmisji o odporności ogniowej, ze źródła zasilania gwarantowanego, do którego podłączone jest zasilanie podstawowe i rezerwowe.

Rodzaje systemów oddymiania: grawitacyjny vs nawiew mechaniczny

Każda wielokondygnacyjna klatka schodowa przeznaczona do ewakuacji musi być zabezpieczona urządzeniami oddymiającymi lub systemem różnicy ciśnień - zgodnie z wymogami Warunków Technicznych (WT 2021) oraz rozporządzenia MSWiA. System oddymiania klatki schodowej to zestaw podzespołów (klapy dymowe, czujniki dymu, siłowniki, centrala sterująca, zasilanie, okablowanie, itp.) dobranych do wspólnego działania, służących usuwaniu dymu z pionowej drogi ewakuacyjnej. System musi uruchamiać się automatycznie po wykryciu dymu, co zapewnia bezpieczeństwo ewakuowanych oraz ratowników.

Istotne jest spełnienie wymagań technicznych (WT, PN-EN) i rekomendacji CNBOP-PIB (wytyczne W-0003:2016), które określają parametry urządzeń (np. minimalna powierzchnia klapy dymowej, czas otwarcia, prędkość przepływu).

Oddymianie grawitacyjne

Oddymianie grawitacyjne wykorzystuje naturalny ciąg termiczny. Otwarcie klapy dymowej na dachu klatki powoduje wypływ gorących gazów do góry, a jednocześnie powietrze do wnętrza wciągane jest przez dolne otwory napływowe. Rozwiązanie to jest proste i nie wymaga zasilania podczas właściwej akcji (po otwarciu klap i otworów czerpnych system działa na zasadzie grawitacji).

Ma jednak ograniczenia praktyczne. Grawitacja może być niewystarczająca przy niskiej temperaturze powietrza (słaby ciąg termiczny), przy silnym wietrze lub w bardzo wysokich budynkach. Wytyczne projektowe CNBOP-PIB zalecają stosowanie systemów grawitacyjnych przede wszystkim w relatywnie niskich obiektach (do ok. 5 kondygnacji).

Oddymianie z nawiewem mechanicznym

Nawiew mechaniczny (wspomaganie lub układ nadciśnieniowy) to rozwiązanie aktywne - wentylator podaje zewnętrzne powietrze na najniższy poziom klatki, utrzymując tam stały, regulowany przepływ. W wytycznych CNBOP-PIB nawiew mechaniczny definiuje się jako układ o zmiennym wydatku, zapewniający stały przepływ objętości mieszaniny powietrza i dymu przez urządzenie oddymiające niezależnie od warunków rozwoju pożaru.

Wentylator automatycznie dopasowuje obroty, aby zachować określoną prędkość wypływu przez klapę dymową, niezależnie od nieszczelności (np. otwieranie drzwi) czy zmian gęstości gazów. Dzięki temu system wspomagany mechanicznie jest bardziej odporny na zakłócenia i niesprzyjające warunki atmosferyczne (wietrzne czy temperaturowe), a projektowane jest dla niego większe bezpieczeństwo: nawet przy znacznej różnicy temperatur czy wiatrach wentylator zapewnia wypchnięcie dymu ku górze. Mechaniczny nawiew pozwala na skuteczne oczyszczenie klatki schodowej z dymu z dolnych kondygnacji aż do poziomu, na którym znajduje się pożar - nawet gdy grawitacja sama by nie wystarczyła. Jest to niezbędne zwłaszcza w nowoczesnych budynkach złożonych architektonicznie lub w strefach o dużym parciu wiatru.

Nawiew kompensacyjny i dolne otwory nawiewne

Otwory napływu powietrza kompensacyjnego to element pasywny systemu oddymiania. Na najniższej kondygnacji klatki schodowej (parter) muszą się znajdować przynajmniej jeden otwór doprowadzający powietrze z zewnątrz. Zwykle jest to:

• drzwi na parterze (z wyjściem na zewnątrz)
• specjalny wlot powietrza w ścianie klatki (czerpnia)
• okno wyposażone w automatyczne żaluzje

Otwory te na stałe umożliwiają dopływ powietrza, który kompensuje odsysanie dymu z klatki. Włączenie systemu oddymiania (otwarcie klap dymowych) powinno jednocześnie wymusić otwarcie tych otworów (np. siłowniki otwierają żaluzje, a drzwi z klatki mogą być automatycznie rozwierane). Automatyka sterowania zapewnia, że podczas akcji oddymiania dolne otwory zostaną otwarte w ciągu 60 s od alarmu, co jest wymagane przez przepisy. Dzięki otworom kompensacyjnym utrzymywane jest zrównoważone ciśnienie - powietrze napływa w miarę usuwania dymu, co przyspiesza wypychanie gorących gazów na zewnątrz. W praktyce nawiew kompensacyjny pełni rolę swoistej „poduszki powietrznej” na dole klatki, bez której dym z niższych kondygnacji mógłby się cofać do środka budynku.

Alternatywą dla pasywnych otworów jest właśnie nawiew mechaniczny: zamiast statycznego otworu można zastosować wentylator nadmuchowy na parterze klatki, podający powietrze do wnętrza szybu. Wówczas wentylator staje się źródłem napływu powietrza kompensacyjnego z regulowaną wydajnością. W każdym przypadku należy tak dobrać i umiejscowić dolne czerpnie, aby były zabezpieczone przed zadymieniem (np. umieszczone w miejsca niezależnie od strefy pożarowej) i zapewniały łatwy dopływ zewnętrznego powietrza. Pomieszczenia techniczne czy korytarze przy drzwiach wyjściowych często spełniają wymagania położenia otworów.

Elementy wykonawcze i konfiguracja systemu oddymiania

Typowa instalacja oddymiania składa się z kilku kluczowych elementów:

• Klapy dymowe: Dachowe lub urządzenia ścienne, montowane na stropie klatki schodowej, odpowiadają za wypływ gorących gazów pożarowych. W przypadku systemów grawitacyjnych nie zaleca się, zgodnie z wytycznymi CNBOP-PIB, stosowania otwieranych okien lub urządzeń zlokalizowanych na elewacjach - ze względu na zwiększoną podatność na parcie wiatru i możliwość zakłócenia przepływu powietrza. Zdecydowanie lepszym rozwiązaniem są klapy dymowe zlokalizowane w najwyższym punkcie klatki.
• Centrala sterująca oddymianiem: Urządzenie odpowiedzialne za odbieranie sygnałów z czujek dymu oraz systemów sygnalizacji pożarowej. Zarządza wszystkimi elementami wykonawczymi: klapami, siłownikami, wentylatorami, żaluzjami i innymi podzespołami systemu. W systemach grawitacyjnych centralę instaluje się zazwyczaj w górnej części klatki, w pobliżu urządzeń o największym zapotrzebowaniu na energię. Ma to na celu szybkie podanie napięcia do klapy lub otworów nawiewnych - zgodnie z wymaganiem uruchomienia w ciągu 60 sekund od detekcji pożaru. Po aktywacji systemu grawitacyjnego dalsze zasilanie nie jest niezbędne. W przypadku oddymiania wspomaganego nawiewem mechanicznym, centrala musi zapewnić ciągłość zasilania przez cały okres ewakuacji i działania służb - często przez 30 minut, a nawet dłużej. Dlatego najlepiej montować ją w dolnych, chłodniejszych częściach klatki lub w odrębnym, zabezpieczonym technicznie pomieszczeniu.
• Zasilacz systemu oddymiania klatki schodowej: Podstawowe źródło awaryjnego zasilania dla instalacji oddymiającej. Jego zadaniem jest automatyczne przełączenie z zasilania podstawowego na rezerwowe w sytuacji awarii. Wymagana zgodność z PN-EN 12101-10 oznacza, że urządzenie powinno być certyfikowane do współpracy z instalacjami wentylacji pożarowej, a także zdolne do podtrzymania pracy przez określony czas, w zależności od klasy zastosowania systemu.
• Otwór napływu powietrza kompensacyjnego: Powinien być umieszczony możliwie najniżej w obrębie klatki schodowej. Jego celem jest dostarczanie świeżego powietrza w miejsce usuwanego dymu. Może to być otwór ścienny z żaluzją, drzwi ewakuacyjne z funkcją automatycznego otwarcia lub okno z napędem - wszystko sterowane przez centralę w momencie aktywacji systemu. Kluczowe jest, aby kompensacja następowała bez opóźnień, co zapewnia skuteczność oddymiania.
• Nawiew mechaniczny: Stanowi alternatywę dla otworów kompensacyjnych. Jego zastosowanie zwiększa niezawodność działania systemu - szczególnie w wysokich budynkach i obiektach narażonych na zmienne warunki atmosferyczne. W systemach tego typu stosuje się wentylator o zmiennej wydajności, który dostarcza świeże powietrze do klatki schodowej. Przepływ objętościowy mieszanki powietrza i dymu jest wówczas stabilizowany niezależnie od czynników towarzyszących rozwojowi pożaru: wiatru, zmiennej gęstości gazów pożarowych, czy otwierania drzwi. Takie rozwiązanie - opisane również w wytycznych CNBOP-PIB - pozwala skutecznie prowadzić warunkową ewakuację oraz wspiera działania ekip ratowniczo-gaśniczych.

Podstawowe błędy w wykonaniu systemu oddymiania klatek schodowych

Jednym z najczęściej występujących błędów w instalacjach oddymiania grawitacyjnego jest brak automatycznego otwierania otworów napływu powietrza kompensacyjnego. Problem ten dotyczy przede wszystkim starszych systemów, zaprojektowanych na podstawie nieaktualnych wytycznych. W wielu przypadkach przyjęto założenie, że użytkownicy samodzielnie otworzą drzwi lub okna pełniące funkcję dolnych czerpni, często uruchamiane ręcznie za pomocą przycisku oddymiania (RPO). Taki sposób działania nie spełnia obecnych wymagań technicznych i normatywnych.

System oparty wyłącznie na obsłudze manualnej nie zapewnia wymaganej skuteczności w sytuacji pożaru i jest niezgodny z aktualnymi przepisami. Założenie, że drzwi zostaną otwarte na czas przez osoby znajdujące się w budynku, może okazać się błędne - szczególnie przy wysokim zadymieniu, ograniczonej widoczności i rosnącej temperaturze. Warunki techniczne (WT) wyraźnie wskazują na obowiązek stosowania rozwiązań z pełną automatyzacją uruchamiania.

Zgodnie z obowiązującymi przepisami, system oddymiania musi aktywować się automatycznie po wykryciu dymu przez system detekcji. Dlatego instalacje powinny być wyposażone w czujki dymu rozmieszczone na każdej kondygnacji, w odpowiednich miejscach. Niestety, w praktyce często spotyka się sytuacje, gdzie zamontowana jest tylko jedna czujka - przy klapie dymowej. Taki układ znacząco ogranicza funkcjonalność systemu i może skutkować niewykryciem dymu pojawiającego się na niższych piętrach. Efektem może być tzw. „zawieszenie dymu” w obrębie klatki, zagrażające bezpieczeństwu użytkowników.

Dodatkowo, błędem krytycznym jest stosowanie niewłaściwych zamków w drzwiach napowietrzających - często spotyka się mechaniczne zamki z ryglem ręcznym, które nie są zintegrowane z automatyką systemu oddymiania. W momencie aktywacji siłowników próbujących otworzyć drzwi, takie zamki mogą uniemożliwić otwarcie skrzydła. W najlepszym przypadku dochodzi do uszkodzenia drzwi lub mechanizmu, natomiast w rzeczywistej sytuacji pożarowej może to całkowicie zablokować drogę ewakuacyjną, stanowiąc bezpośrednie zagrożenie życia ludzi znajdujących się w obiekcie.

Dlatego projektując system oddymiania, należy bezwzględnie stosować:

• siłowniki otwierające drzwi lub okna kompensacyjne zintegrowane z centralą,
• zamki elektromagnetyczne lub elektrozaczepy, które automatycznie się zwalniają po otrzymaniu sygnału z systemu,
• oraz przeprowadzać testy dynamiczne drzwi z siłownikiem, by upewnić się, że nie występują mechaniczne przeszkody.

Zaniedbania w tym zakresie mogą skutkować poważnymi konsekwencjami, zarówno w zakresie odpowiedzialności projektowej, jak i realnego zagrożenia dla życia użytkowników budynku.

Dopuszczenie do eksploatacji i nadzór techniczny

Każda instalacja oddymiania musi przed przekazaniem do użytkowania przejść serię prób i testów funkcjonalnych, potwierdzających prawidłowe działanie wszystkich elementów - zarówno mechanicznych (klapy...)

tags: #zaborowska #oddymianie #klatek #schodowych