Loading...

Cele projektu badawczego „Bezpieczna ewakuacja”

Cele projektu badawczego „Bezpieczna ewakuacja”

Twarde dane statystyczne wskazują, że liczba pożarów na świecie wykazuje tendencję rosnącą. Zdaniem wielu znawców tej tematyki pożary – szczególnie obiektów mieszkalnych – mimo rozwoju techniki będą stanowić w kolejnych stuleciach jedno z istotniejszych zagrożeń w życiu człowieka. Tezę tę potwierdzają również statystyki krajowe; Polska ma jeden z najwyższych na świecie wskaźników śmiertelności w pożarach: 1,53 ofiar na 100 000 osób, co oznacza rocznie ponad 500 ofiar śmiertelnych. Znaczna ich część to użytkownicy obiektów mieszkalnych, często o średniej i dużej wysokości. Oprócz niewątpliwie najtragiczniejszych skutków pożarów nie można zapominać o spowodowanych tymi zdarzeniami stratach materialnych, które przekraczają 1,5 mld zł rocznie.

Jednocześnie wiadomo, że dym powstający podczas pożaru nie tylko jest jednym z najpoważniejszych zagrożeń dla życia i zdrowia ludzi, ale i utrudnia prowadzenie działań ratowniczych, a także powoduje straty materialne. Przy braku odpowiednich zabezpieczeń właśnie wysoce toksyczny dym, zalegający na poziomych i pionowych drogach ewakuacji, stanowi śmiertelnie niebezpieczną barierę dla uciekających osób i znacznie opóźnia moment, w którym gaszenie pożaru zaczyna przynosić efekty.

Weryfikacja stosowanych dotychczas (oraz opracowanie nowych) rozwiązań technicznych służących poprawie warunków ewakuacji ludzi lub zapewnieniu możliwości ich przetrwania podczas pożaru wewnątrz budynku, a także uwzględnianie bezpieczeństwa ekip ratowniczych stanowiły podstawowe cele projektu pod nazwą „Bezpieczna ewakuacja”. Program badawczy koncentrował się na urządzeniach do usuwania dymu z klatek schodowych (krajowe przepisy narzucają obowiązek zainstalowania takiego sprzętu jako minimalnego zabezpieczenia w szerokiej grupie średniowysokich budynków użyteczności publicznej, zamieszkania zbiorowego i mieszkalnych). Skuteczność ostatecznie opracowanego rozwiązania opiera się na rozwiązaniach inżynierskich, a podstawy jego funkcjonowania zweryfikowano na podstawie wyników uzyskanych w trakcie realizacji projektu badawczego.

Warto zaznaczyć, że z przywołanych wyżej przepisów nie wynika, jaką konkretnie rolę w kontekście ewakuacji ludzi i bezpieczeństwa ekip ratowniczych mają odgrywać te urządzenia. Wyniki badań omawianego projektu, którego kolejnym celem było lepsze poznanie samego przebiegu pożaru oraz procesów przepływu powietrza i dymu w obiekcie, pozwoliło na zdefiniowanie roli oddymiania klatki schodowej w funkcjonowaniu całego systemu zabezpieczenia przeciwpożarowego budynku.

 

Próby pożarowe i testy dymowe w budynku poligonowym

Podczas realizacji unikalnego w skali światowej programu badawczego poligonem doświadczalnym stał się przeznaczony do rozbiórki 9-piętrowy budynek w Sosnowcu. W budynku tym powstało odpowiednio wyposażone stanowisko doświadczalne. To właśnie na tym stanowisku przez ponad rok pracował zespół ekspertów składający się z przedstawicieli uznanych jednostek badawczych (CNBOP-PIB, Politechniki Warszawskiej i Politechniki Śląskiej), straży pożarnej oraz firm prywatnych (SMAY oraz ARDOR). Eksperci prowadzili szeroko zakrojone badania, analizując efektywność różnych systemów oddymiania, warunki rozwoju pożaru oraz skuteczność działań ekip ratowniczych. W ramach projektu badawczego przeprowadzono około 80 testów z ciepłym dymem oraz 6 prób pożarowych. Testy pożarowe odbywały się w pomieszczeniu testowym, każdorazowo odbudowywanym i wyposażanym w typowe dla polskich mieszkań meble oraz elementy wykończenia wnętrz.

Całe stanowisko badawcze, obejmujące pomieszczenie testowe oraz specjalnie zaadaptowaną klatkę schodową, zostało wyposażone w sieć instalacji pomiarowych oraz monitoringu. Umożliwiło to rejestrację istotnych pod kątem badawczym parametrów fizycznych oraz bieżący podgląd i rejestrację zjawisk zachodzących podczas prób i testów pożarowych. Wszystkie badania zostały przygotowane dokładnie i z dużą dbałością o powtarzalność eksperymentów. Stałe były między innymi lokalizacja i wielkość źródła pożaru, zmieniano natomiast scenariusz ewakuacji oraz konfigurację instalacji oddymiania. Uzyskane podczas testów wyniki z rozbudowanej sieci czujników i obraz z rozmieszczonych w kluczowych punktach stanowiska badawczego kamer były na bieżąco rejestrowane i archiwizowane. Większość testów przeprowadzano kilkakrotnie, by zweryfikować uzyskane wyniki.

Dane zostały wykorzystane do walidacji prowadzonych równolegle (przy wykorzystaniu najnowszych narzędzi numerycznych) symulacji komputerowych.

 

Zespól badawczy przeanalizował przebieg pożarów i warunki panujące w budynku

Przeprowadzone przez zespół badawczy testy pozwoliły na zgromadzenie danych i analizę zależności między wieloma mierzonymi parametrami fizycznymi, takimi jak między innymi:

  • gęstość optyczna dymu na trzech poziomach klatki schodowej,
  • rozkład temperatury w różnych punktach pomieszczenia testowego, korytarza i klatki schodowej,
  • strumień powietrza przepływający przez klapę dymową oraz jednostkę napowietrzającą,
  • rozkład ciśnienia w przestrzeni klatki schodowej,
  • stężenie tlenu oraz tlenku węgla w korytarzu przyległym do pomieszczenia testowego,
  • zewnętrzne parametry pogodowe.

 

Bezpieczna klatka schodowa to mniejsze zagrożenie i skuteczniejsza akcja ratownicza

Możliwość realnego ograniczenia liczby ofiar pożarów w znacznym stopniu zależy od rzeczywistej efektywności stosowanych systemów oddymiania klatek schodowych. Ucieczka z objętej pożarem przestrzeni budynku na klatkę schodową powinna zapewniać bezpieczeństwo również podczas dalszej ewakuacji z budynku. Klatki schodowe stanowią też drogę dostępu do miejsca pożaru dla ekip ratowniczo-gaśniczych. Warunki panujące w tej przestrzeni budynku mają więc kluczowe znaczenie dla skuteczności samej akcji, a także dla bezpieczeństwa strażaków.

 

Badania prowadzone w skali rzeczywistej

W ramach opisywanego projektu badawczego podczas rzeczywistych pożarów przeprowadzono 6 prób, które sprawdzały działanie różnych typów instalacji oddymiania. Każdą z tych prób poprzedzało co najmniej kilkanaście testów z wykorzystaniem gorącego dymu. Próby poprzedzające pożary testowe pozwoliły po pierwsze z dużą dokładnością określić zakres rzeczywistej efektywności testowanych instalacji oddymiających (w wielu różnych wariantach scenariuszy pożarowych), a po drugie wytypować najciekawsze pod względem poznawczym warianty do zasadniczych prób pożarowych.

Poniżej przedstawiamy zakres badań w czasie poszczególnych prób.

Pierwsza próba pożarowa, 13 kwietnia 2016 roku – test instalacji oddymiania grawitacyjnego klatki schodowej zaprojektowanej zgodnie z założeniami normy krajowej. Oddymianie z wykorzystaniem klap dymowych w stropie najwyższej kondygnacji oraz nawiewu kompensacyjnego przez zdefiniowany otwór na poziomie wyjścia z budynku. Założenie braku samozamykaczy na drzwiach łączących korytarz pomieszczenia testowego z klatką schodową. Po pierwszym otwarciu drzwi na klatkę schodową pozostają otwarte.

Druga próba pożarowa, 20 kwietnia 2016 roku – test instalacji oddymiania wspomaganego nawiewem mechanicznym. Oddymianie z wykorzystaniem klap dymowych w stropie najwyższej kondygnacji oraz mechanicznego nawiewu kompensacyjnego w dolnej części klatki schodowej. Położenie drzwi łączących korytarz z klatką schodową takie samo jak przy pierwszej próbie pożarowej.

Trzecia próba pożarowa, 9 maja 2016 roku – test instalacji oddymiania wspomaganego nawiewem mechanicznym. Konfiguracja systemu jak przy drugiej próbie pożarowej. Założenie obudowanej klatki schodowej i stopniowej ewakuacji piętra objętego pożarem. Drzwi prowadzące z korytarza na klatkę schodową otwierały się i zamykały w określonych sekwencjach czasowych.

Czwarta próba pożarowa, 16 maja 2016 roku – test instalacji oddymiania grawitacyjnego. Konfiguracja systemu jak przy pierwszej próbie pożarowej. Drzwi prowadzące z korytarza na klatkę schodową otwierały się i zamykały w określonych sekwencjach czasowych.

Piąta próba pożarowa, 2 czerwca 2016 roku – próba pokazowa podczas zorganizowanej przez firmę SMAY Sp. z o.o. Międzynarodowej Konferencji „Bezpieczna ewakuacja” w Sosnowcu. Cel pokazu stanowiło unaocznienie uczestnikom konferencji zjawiska rozwoju pożaru w pomieszczeniu mieszkalnym. Osoby znajdujące się w specjalnie wyznaczonym sektorze mogły na żywo obserwować działania strażaków z JRG 1 i JRG 2 PSP w Sosnowcu.

Szósta próba pożarowa, 27 października 2016 roku – test instalacji oddymiania wspomaganego zmiennym nawiewem mechanicznym. Podczas ostatniej próby testowano prototypowe rozwiązanie stworzone z myślą o oddymianiu klatek schodowych. Przy realizacji scenariusza stopniowej ewakuacji piętra objętego pożarem dla obudowanej klatki schodowej pozytywnie zweryfikowano rzeczywistą skuteczność założeń technicznych nowego systemu.

Główne wnioski z realizacji programu „Bezpieczna ewakuacja”

Próby i testy obiektowe oraz symulacja numeryczna pozwoliły na sformułowanie wielu istotnych wniosków dotyczących zarówno dynamiki pożaru i realnych warunków ewakuacji oraz działania ekip ratowniczych, jak i rzeczywistej efektywności różnych typów instalacji oddymiania klatek schodowych. Między innymi stwierdzono, że:

  • wyniki prób prowadzonych z wykorzystaniem gorącego dymu wykazują dużą zbieżność z wynikami prób pożarowych, co pozwala zastosować tę metodę do weryfikacji skuteczności systemów oddymiania w budynkach;
  • czas skutecznego gaszenia w warunkach silnego zadymienia często znacznie przekracza zakładany w projektach czas dojazdu straży pożarnej, a rozwój pożaru we współcześnie umeblowanym pomieszczeniu jest warunkowany napływem powietrza zewnętrznego, co może mieć charakter bardzo dynamiczny i pozostawia bardzo mało czasu na reakcję (ucieczkę). Niezależnie jednak od sposobu i czasu rozwoju pożaru ilość powstającego dymu stanowi duże zagrożenie dla użytkowników obiektu. W tym kontekście rzeczywista skuteczność systemów oddymiania ma kluczowe znaczenie dla ratowania życia ludzi;
  • miejsce lokalizacji czujek dymu w znacznym stopniu wpływa na czas uruchomienia i efektywność instalacji oddymiania klatki schodowej;
  • skuteczność systemów grawitacyjnych w warunkach zmiennych parametrów otoczenia i dymów pożarowych jest ograniczona, szczególnie przy zastosowaniu okien oddymiających;
  • instalacja oddymiania grawitacyjnego wspomaganego nawiewem mechanicznym okazała się bardzo skuteczna przy realizacji wszystkich założonych scenariuszy ewakuacji, udało się również określić optymalny zakres wydajności nawiewu oraz sposób jego dystrybucji. Jedynie systemy oddymiania wspomagane zmiennym nawiewem mechanicznym pozwalają na efektywne działanie instalacji niezależnie od dynamiki rozwijającego się pożaru, zmian szczelności budynku oraz oddziaływania czynników zewnętrznych;
  • opracowany i przetestowany system oddymiania ze zmiennym nawiewem mechanicznym pozwala przeprowadzić po pierwsze bezpieczną ewakuację wszystkich ludzi z bezpośrednio zagrożonej kondygnacji oraz kondygnacji poniższych w początkowej fazie pożaru, a po drugie warunkową ewakuację w późniejszym okresie. Dostosowanie wydajności instalacji nawiewnej znacznie poprawia również warunki natarcia straży pożarnej na kondygnacji objętej pożarem.

 

Podsumowanie

Ważną cechą projektu „Bezpieczna ewakuacja” był jego utylitarny i naukowy charakter, pozwalający na uzupełnienie praktycznej wiedzy w zakresie projektowania i wykonawstwa systemów grawitacyjnej wentylacji oddymiającej. Realizacja projektu może poprawić efektywność działania systemów oddymiania klatek schodowych, a uzyskane wyniki stanowią szeroką bazę danych do prowadzenia dalszych prac badawczych i konstrukcyjnych. Dzięki wynikom badań i obserwacji opracowano również całkowicie nowy standard projektowania systemów wentylacji pożarowej oddymiania pionowych dróg ewakuacji. Standard ten, wydany jako wytyczne CNBOP PIB, będzie miał swoją premierę 12 stycznia 2017 roku.

Wyniki projektu „Bezpieczna ewakuacja” nie sprawiają, że możemy zapomnieć o zagrożeniu, ale na pewno wydajnie przyczyniają się do poprawy bezpieczeństwa.

Autor: dr inż. Grzegorz Kubicki

Copyright 2016 by Smay
?
English version