Loading...

Nawiew kompensacyjny w systemach oddymiania klatek schodowych

Temat oddymiania klatek schodowych jest coraz częściej poruszany, gdyż zarówno jego projektowanie jak i funkcjonowanie w warunkach pożaru budzi pewne wątpliwości. Co jakiś czas pojawiają się publikacje nawiązujące do tego zagadnienia. Jedne z ostatnich odnoszą się zarówno do umocowania prawnego [4] jak i współcześnie obowiązującej metodyki projektowej [5]. Nawiązując do powyższych publikacji powstała koncepcja szerszego poruszania tematyki oddymiania.

Funkcjonowanie systemu oddymiania grawitacyjnego pionowych dróg ewakuacji uzależnione jest w dużej mierze od warunków otoczenia zewnętrznego. Skuteczne oddymianie klatki schodowej będzie następowało w przypadku gdy temperatura na zewnętrz budynku jest dużo niższa od temperatury wewnętrznej. W takim przypadku w wyniku działania systemu oddymiania nastąpi intensywne wentylowanie klatki schodowej na skutek występującego w niej efektu kominowego. Dużo gorzej taka instalacja będzie funkcjonowała w przypadku braku różnicy temperatur lub w okresie letnim. Brak naturalnej siły wyporu może uniemożliwić wypłynięcie dymu przez klapę dymową zamocowaną w stropie klatki schodowej. W okresie letnim może się również zdarzyć, że zadymienie dym po wypłynięciu na klatkę schodową rozprzestrzeni się w kierunku poniżej kondygnacji objętej pożarem, uniemożliwiając ewakuację.

W związku z powyższym przemyślenia autorów pozwoliły na wysunięcie tezy, że skuteczne oddymianie pionowych dróg ewakuacyjnych będzie możliwe poprzez zapewnienie odpowiedniej prędkości przepływu powietrza w oddymianej klatce schodowej. Stała prędkość powinna być utrzymywana niezależnie od warunków zewnętrznych i powinna odpowiadać prędkości przepływu występującej w wyniku działania efektu kominowego odpowiedniego dla okresu zimowego, gdy średnie temperatury powietrza zewnętrznego utrzymują się na poziomie nieznacznie poniżej 0 oC.

Utrzymanie stałej prędkości w przekroju klatki schodowej będzie wymagało zastosowania wentylatorów do dostarczenia powietrza kompensacyjnego. Takie rozwiązanie ma wiele zalet, szczególnie dla klatek schodowych położonych w wewnętrznej części budynku, dla których nie ma możliwości ich bezpośredniego połączenia z otoczeniem zewnętrznym. Poza tym zastosowanie grawitacyjnego nawiewu kompensacyjnego wiąże się z koniecznością zastosowania otworów nawiewnych o znacznej powierzchni, których odpowiednie rozmieszczenie również może sprawiać trudność. Rozwiązaniem powyższych dylematów mogłoby być zastosowanie mechanicznego nawiewu kompensacyjnego.

Poprawne funkcjonowanie instalacji do grawitacyjnego oddymiania współpracującego z nawiewem mechanicznym wymaga jednak pewnych przemyśleń. Pierwszym z istotnych problemów jest dobranie odpowiedniego strumienia powietrza. Nawiew powinien uwzględniać zarówno ilość powietrza wypływającego przez nieszczelności jak i konieczności zapewnienia odpowiedniej prędkości przepływu zarówno w przekroju klatki schodowej jak i na klapie oddymiającej. Strumień powietrza przepływający przez nieszczelności nie może zbyt mocno ograniczyć przepływu przez klapę oddymiającą, dlatego klapa powinna być wyposażona w układ pomiaru prędkości. Wyniki dotychczasowych badań [3] wskazują, że porównywalną skuteczność oddymiania z zastosowaniem nawiewu mechanicznego oraz grawitacyjnego dla różnicy temperatur 5K uzyskano dla średniej prędkości 0,15 m/s odpowiadającej 4000 m3/h. Dla większego strumienia nawiewu mechanicznego skuteczność oddymiania była większa niż dla nawiewu grawitacyjnego. Badanie zostało wykonane dla bardzo wąskiej klatki schodowej. W celu uzyskania podobnej skuteczności w klatkach o innej geometrii konieczne jest dobranie strumienia powietrza nawiewanego na podstawie zakładanej minimalnej prędkości przepływu w klatce schodowej. Takie podejście pozwoli na zapewnienie podobnego czasu oddymiania klatek schodowych niezależnie od ich wymiarów poziomych.

Jak widać prędkość powietrza ma kluczowe znaczenie dla skuteczności systemu oddymiania. Wyznaczenie dokładnej wartości prędkości przepływu powietrza wymaga przeprowadzenia szczegółowych badań uwzględniających między innymi elementy zwiane z geometrią klatki schodowej, takimi jak jej wysokość, długość, szerokość oraz wymiary „duszy”. Dodatkowo w badaniach powinien zostać uwzględniony wpływ warunków temperaturowych.

W celu wstępnego oszacowania wpływu temperatury na skuteczność oddymiania przeprowadzono specjalną analizę numeryczną w programie FDS6. Badania wykonano dla 9-cio kondygnacyjnej klatki schodowej budynku mieszkalnego o wymiarach 3,6 x 6,3 m. W stropie klatki schodowej zastosowano klapę o powierzchni 1,2 m2 stanowiącą 5% powierzchni podłogo klatki schodowej. W dolnej części zastosowano nawiew kompensacyjny przez drzwi o wymiarach 1,2 x 2,1 m. W trakcie analizy założono, że w zamkniętej klatce schodowej zostanie wytworzony pożar testowy o mocy 140 kW, zgodny z wytycznymi australijskiej normy AS 4391:1999 dającej wytyczne do prowadzenia testów z gorącym dymem. Po wypełnieniu klatki schodowej przez dym następowało wyłączenie pożaru oraz uruchomienie instalacji oddymiania. Analizę wykonano dla różnych warunków temperatur zewnętrznych, równych kolejno 0 oC, 10 oC, 20 oC oraz 32 oC. Wewnątrz klatki schodowej założono stałą temperaturę powierzchni ścian równą 20oC. Wyniki analizy przedstawiono w Tabeli 1 (warianty od 01 do 04).

Przeprowadzona analiza pokazała, jak duże znaczenie dla poprawnego funkcjonowania instalacji oddymiania grawitacyjnego ma różnica temperatur powietrza wewnętrznego i zewnętrznego. Tylko warunki zimowe pozwoliły na usunięcie dymu z klatki schodowej poprzez klapę w czasie krótszym niż 5 minut. W przypadku, gdy temperatura zarówno wewnątrz i na zewnątrz klatki była równa czas oddymiania był znacznie dłuższy – 15 minutowa symulacja nie pozwoliła na oczyszczenie klatki z dymu. Kolejnym etapem analizy było sprawdzenie czasu oddymienie z zastosowaniem nawiewu mechanicznego w warunkach izotermicznych oraz letnich. Analizę przeprowadzono analogicznie jak dla systemu z nawiewem grawitacyjnym. Wyniki przedstawiono w tabeli 1 (warianty 05 oraz 06). Trzeba tu zaznaczyć że są one w zakresie funkcjonalnym bardzo obiecujące dla mechanicznego nawiewu kompensacyjnego bardzo obiecujące.

Tabela 1. Wyniki porównawcze czasu oddymiania klatki schodowej z zastosowaniem nawiewu grawitacyjnego oraz mechanicznego podczas oddymiania.
Sposób nawiewu Nawiew grawitacyjny Nawiew mechaniczny
12 067 m3/h 17 600 m3/h
wariant v 01 v 02 v 02 v 04 v 05 v 06
t zew 0 oC 10 oC 20 oC 32 oC 20 oC 32 oC
wew (wall) 20 oC 20 oC 20 oC 22 oC 20 oC 22 oC
wew (air) ~ 12,3 oC ~ 15,7 oC 20 oC ~ 25,7  oC 20 oC ~ 25,7  oC
Dt 12,3 oC 5,7 oC 0,0 oC -6,3 oC 0,0 oC -6,3 oC
Czas oddymienia

 

 

 

czas

280 s 385 s > 900 s (dym pozostał w klatce) 585 s 380 s 340 s

0-3

3-6

 

Innym ważnym aspektem przy nawiewie mechanicznym jest konieczność kontroli nadciśnienia wytwarzanego na klatce schodowej. Nadciśnienie nie powinno być zbyt duże, aby nie wpływało na możliwość ewakuacji użytkowników. Jest to bardzo ważny aspekt dla systemu oddymiania z nawiewem mechanicznym, dlatego nadciśnienie na klatce schodowej powinno być monitorowane w trakcie pracy systemu. Strumień powietrza dostarczany do klatki powinien być pod stałą kontrolą oraz powinna następować jego automatyczna zmiana, tak aby była możliwość jego dostosowania do warunków przepływu przez klapę i ciśnienia w klatce schodowej. Wytworzenie niewielkiego poziomu nadciśnienia na klatce schodowej ma jedną dodatkową zaletę. W przypadku, gdy drzwi na kondygnację objętą pożarem są zamknięte nadciśnienie nie pozwoli na wypłynięcie dymu na klatkę schodową i jej zadymienie, pozostawiając wolną od dymu drogę ewakuacji dla użytkowników wyższych kondygnacji.

Podsumowując autorzy zwracają uwagę, że w ich opinii możliwe jest stosowanie nawiewu mechanicznego jako skutecznego sposobu doprowadzenia powietrza kompensacyjnego w trakcie oddymiania pionowych dróg ewakuacji o ile będzie to przepływ zmienny uwzgledniający zmiany temperatur zewnętrznych w skali roku. Zastosowanie takiego rozwiązania wymaga szczegółowych badań w skali rzeczywistej oraz analiz numerycznych, co pozwoli na potwierdzenie tez stawianych w powyższym artykule , a w szczególności minimalnej akceptowanej prędkości powietrza na klatce schodowej przy uwzględnieniu jej wielkości , kształtu i szczelności. Konieczne jest również stworzenie jasnych wytycznych do projektowania takich rozwiązań, co pozwoli na ich skuteczne stosowanie w praktyce.
Autor: inż. Jarosław Wiche, mgr inż. Izabela Tekielak-Skałka

Literatura:

[1]          Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U nr 75, z 15 czerwca 2002 r., poz. 690 z późn. zm.). 

[2]          PN-B 02877-4/Az1 Ochrona przeciwpożarowa budynków — Instalacje grawitacyjne do odprowadzania dymu i ciepła — Zasady projektowania.

[3]          P. Kubica, W. Wnęk, S. Boroń, Burda, M., Analiza możliwości zastosowania mechanicznego nawiewu kompensacyjnego w systemach grawitacyjnego usuwania dymu z klatek schodowych, 2012.

[4]          J. Wiche „Systemy oddymiania klatek schodowych w świetle wymagań prawa polskiego”

[5]          G. Kubicki „Standardy projektowania odymiania klatek schodowych”

[6]          B. Mizieliński, G. Kubicki „Wentylacja pożarowa. Oddymianie”, 2012.

Copyright 2016 by Smay
?
English version