Jak wygląda wentylacja pożarowa garaży podziemnych?

19 lipca 2021
| Brak komentarzy

Kiedy po raz pierwszy usłyszałem o wentylacji pożarowej garaży podziemnych, byłem przerażony. Miałem wtedy dwa, maksymalnie trzy lata doświadczenia i zajmowałem się projektem budynku mieszkalnego wielorodzinnego. Obiektu, w którym jak łatwo się domyślić, był parking podziemny. A w parkingu tym musiała się znaleźć właśnie wentylacja pożarowa.

Teraz, z perspektywy czasu, cały ten temat nie brzmi dla mnie już tak strasznie jak wtedy. Jednak nie jest to wynikiem tego, że czuję się dobrze w tej kwestii. Nie, nie czuję się! 🙂 Uważam, że wentylacja pożarowa garaży podziemnych jest tematem bardzo trudnym. Jednak z drugiej strony wiem też, że można tutaj skorzystać z pomocy różnych firm, które zajmują się takimi instalacjami na co dzień!

Już na samym początku chciałbym Ci wyjaśnić jedną rzecz. Głównym celem tego artykułu nie jest dokładna instrukcja jak należy projektować instalacje wentylacji pożarowej dla garaży podziemnych. Głównym celem tego artykułu jest przekazanie Ci wiedzy, kiedy takie systemy są w ogóle wymagane, jak one wyglądają oraz jakie mają wymagania. Dodatkowo przedstawię Ci tutaj pewną metodę, dzięki której będziesz mógł oszacować przybliżony strumień powietrza wentylacyjnego dla takich właśnie systemów.

Kiedy jest wymagana wentylacja pożarowa w garażach podziemnych?

Projektując instalacje sanitarne w garażach podziemnych, zawsze musimy odpowiedzieć sobie na jedno, bardzo ważne pytanie. Musimy wiedzieć, czy jest wymagana dla nich wentylacja pożarowa. A aby było to możliwe, powinniśmy nie tylko porozmawiać z Architektem, który prowadzi temat, ale sięgnąć również do Warunków Technicznych.

§ 277. 4. W strefie pożarowej garażu zamkniętego należy stosować instalację wentylacji oddymiającej uruchamianą za pomocą systemu wykrywania dymu, w przypadku gdy ta strefa nie posiada bezpośredniego wjazdu lub wyjazdu z budynku lub gdy jej powierzchnia przekracza 1500 m2.

Ale czym tak naprawdę jest ta cała instalacja wentylacji oddymiającej? Zgodnie z § 270. Warunków Technicznych, jest to instalacja, która nie tylko usuwa dym z danego pomieszczenia, ale również zapewnia bezpieczną ewakuację dla osób, które w takim pomieszczeniu się znajdują. Dodatkowo instalacja wentylacji oddymiającej charakteryzuje się stałym dopływem powietrza zewnętrznego, które często jest również określane powietrzem kompensacyjnym.

Jakie rozróżniamy systemy wentylacji pożarowej dla garaży podziemnych?

Ok, skoro już wiemy czym tak naprawdę jest wentylacja pożarowa garaży podziemnych, odpowiedzmy sobie na kolejne pytanie. Jakie systemy zapewniają prawidłową wentylację oddymiającą w takich obiektach? Od razu Ci powiem, że ich lista nie jest zbyt długa. Tak naprawdę ogranicza się ona do trzech, głównych systemów, które są najczęściej stosowane.

Pierwszym takim systemem jest najprostsza przewodowa wentylacja oddymiająca. Na pierwszy rzut oka, instalacja taka nie wydaje się zbyt skomplikowana. Dlaczego? Ponieważ najczęściej jest to biegnąca pod stropem sieć kanałów wentylacyjnych, zakończona kratkami wentylacyjnymi. Głównym jej zadaniem jest usuwanie dymu, zgromadzonego pod stropem garażu. Dzięki temu umożliwia ona nie tylko bezpieczną ewakuację, ale również możliwość prowadzenia akcji ratowniczo – gaśniczych.

Drugim systemem, który również spełnia wymagania wentylacji oddymiającej jest tzw. system kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Jednak jego zadanie jest już nieco inne. Instalacja taka powinna zapewniać utrzymanie dymu w konkretnym obszarze, który najczęściej jest zlokalizowany pomiędzy źródłem pożaru, a miejscem jego usuwania. Dzięki temu, służby ratowniczo – gaśnicze mogą w bezpieczny sposób dotrzeć do źródła ognia, a następnie skutecznie go zwalczyć.

Trzecim i ostatnim systemem, o których chciałbym Ci tutaj powiedzieć jest system oczyszczania z dymu. Głównym zadaniem takiego systemu jest usuwanie dymu zmieszanego z powietrzem kompensacyjnym. Rozwiązanie takie zapewnia również obniżenie temperatury dymu oraz zmniejsza jego toksyczność.

Jaki wydatek powietrza powinna posiadać przewodowa wentylacja pożarowa?

Omawiając systemy wentylacji pożarowej garaży podziemnych, nie sposób pominąć toku obliczeń, dzięki którym możemy wyznaczyć wymagany strumień powietrza wentylacyjnego w przypadku instalacji przewodowej. Jednak zanim przejdziemy do konkretnych obliczeń, najpierw przyjmijmy pewne założenia. Przyjmijmy, że rozpatrujemy garaż o wysokości 3,2 m, bez stałych urządzeń gaśniczych, czyli innymi słowy np. bez instalacji tryskaczowej.

Następnie chciałbym zaznaczyć jeszcze jedną rzecz. Pamiętaj, że wszystkie obliczenia, które znajdują się poniżej pochodzą z książki pod tytułem Systemy wentylacji pożarowej garaży – Projektowanie, ocena, odbiór, autorstwa W. Węgrzyńskiego oraz G. Krajewskiego.

Jak wyznaczyć masowy strumień dymu?

W pierwszym korku musimy wyznaczyć masowy strumień dymu. Oczywiście możemy to zrobić przy pomocy odpowiedniego wzoru, który znajduje się poniżej.

    \[ M = 0,188 \cdot P \cdot Y^\frac{3}{2} \]

  • M – masowy strumień dymu, kg/s
  • P – obwód pożaru, m
  • Y – wysokość warstwy wolnej od dymu, m

Zakładam, że w tym właśnie momencie zastanawiasz się nad dwiema rzeczami. Jak określić obwód pożaru oraz wysokość warstwy wolnej od dymu, zgadza się? 🙂 Spokojnie, już Ci wszystko wytłumaczę.

Zacznijmy od obwodu pożaru. Tak naprawdę, wyznaczenie tego parametru jest bardzo proste, ponieważ zależy on od tego, czy w garażu występują stałe, wodne urządzenia gaśnicze czy nie. Jeżeli takie elementy występują, to wówczas parametr ten przyjmuje wartość 14 m. Natomiast w przeciwnym wypadku, tzn. w sytuacji, kiedy takie urządzenia w garażu nie występują, parametr ten przyjmuje wartość 20 m.

A jak sytuacja wygląda w przypadku wysokości warstwy wolnej od dymu? Wysokość ta powinna stanowić 80% wysokości kondygnacji, ale jednocześnie nie może być mniejsza niż 2,2 m. Zatem sprawdźmy jakby to wyglądało w naszym przypadku.

    \[ 0,8 \cdot 3,2 = 2,56 \ m \geq 2,2 \ m \]

Zatem znając wartości dla powyższych parametrów, teraz już bez najmniejszych problemów możemy sobie wyznaczyć masowy strumień dymu.

    \[ M = 0,188 \cdot 20 \cdot 2,56^\frac{3}{2} = 15,40 \ \frac{kg}{s} \]

Tak jak widzisz, masowy strumień dymu wynosi w naszym przypadku dokładnie 15,4 kg/s. Oczywiście wartość parametru dla obwodu pożaru przyjęliśmy na poziomie 20 m, ponieważ zgodnie z wcześniejszymi założeniami, w garażu, jaki rozpatrujemy nie występują stałe, wodne urządzenia gaśnicze.

Jak wyznaczyć przewidywany przyrost temperatury w górnej warstwie dymu?

Teraz możemy przejść do kolejnego, równie ważnego parametru, który musimy wyznaczyć. Parametrem tym jest oczywiście przewidywany przyrost temperatury w górnej warstwie dymu i można go obliczyć na podstawie poniższego wzoru.

    \[ \Theta = \frac{Q_{c}}{C_{p} \cdot M} \]

  • Θ – przewidywany przyrost temperatury w górnej warstwie dymu, K
  • Qc – konwekcyjna moc pożaru, kW
  • Cp – ciepło właściwe powietrza, kJ/(kg·K)

I podobnie jak w poprzednim wzorze, także i tutaj pojawiają się pewne wartości, które mogą Cię nieco niepokoić. Jednak jestem przekonany, że już za chwilę wszystko stanie się dla Ciebie jasne. 🙂

Konwekcyjna moc pożaru, to parametr, który podobnie jak obwód pożaru zależy od stałych, wodnych urządzeń gaśniczych. Jeżeli tylko w garażu podziemnym, gdzie ma znajdować się wentylacja pożarowa, występują takie elementy, wówczas parametr ten przyjmuje wartość 2800 kW. W przeciwnym wypadku, wartość tego parametru powinna wynosić 5600 kW.

Z kolei jeżeli chodzi o ciepło właściwe powietrza, które również występuje w tym wzorze, to musimy pamiętać, że wartość ta zależy od jego temperatury. Dlatego też, na potrzeby naszego przykładu załóżmy, że temperatura otoczenia będzie wynosić 20˚C. W związku z powyższym, ciepło właściwe takiego powietrza będzie równe 1,01 kJ/(kg·K).

    \[ \Theta = \frac{5600}{1,01 \cdot 15,4} = 360,04 \ K \]

I tym właśnie prostym sposobem, wyznaczyliśmy przewidywany przyrost temperatury w górnej warstwie dymu. Oczywiście wynosi on 360,04 K, a jako wartość odpowiadającą konwekcyjnej mocy pożaru przyjęliśmy 5600 kW. Dlaczego? Ponieważ tak jak poprzednim przypadku, zgodnie z naszymi wcześniejszymi założeniami, w garażu, który rozpatrujemy nie występują stałe, wodne urządzenia gaśnicze.

Jak wyznaczyć wydajność systemu przewodowej wentylacji oddymiającej?

Kiedy określiliśmy sobie już masowy strumień dymu oraz przewidywany przyrost temperatury w górnej warstwie dymu, pora abyśmy zajęli się ostatnim parametrem. Wartością, która odpowiada wymaganemu strumieniu powietrza wentylacyjnego. A jak ją obliczyć? Oczywiście wg pewnego wzoru. 🙂

    \[ V = M \cdot \frac{\Theta + T_{0}}{\rho_{0} \cdot T_{0}} \cdot \psi \cdot 3600 \]

  • V – wydajność systemu przewodowej wentylacji oddymiającej, m3/h
  • T0 – temperatura otoczenia, K
  • ρ0 – gęstość powietrza w temperaturze otoczenia, kg/m3
  • ψ – współczynnik bezpieczeństwa

Przystępując do obliczeń na podstawie powyższego wzoru musimy pamiętać, że przyjęliśmy wcześniej temperaturę otoczenia na poziomie 20˚C, czyli 293 K. Dlaczego jest to takie ważne? Ponieważ gęstość powietrza w takiej temperaturze jest równa 1,21 kg/m3.

No dobra, ale o co jeszcze chodzi z tym całym współczynnikiem bezpieczeństwa? Już Ci wszystko wyjaśniam. Wg opinii pewnych osób, w garażach o wysokości mniejszej niż 3,5 m, wydajność systemu przewodowej wentylacji oddymiającej, określona na podstawie powyższego wzoru nie zawsze jest wystarczająca. Dlatego też wprowadzono tutaj pewien współczynnik bezpieczeństwa, którego wartość przyjmuje się zazwyczaj na poziomie 1,3.

    \[ V = 15,4 \cdot \frac{360,04 + 293}{1,21 \cdot 293} \cdot 1,3 \cdot 3600 = 132755,8 \ \frac{m^{3}}{h} \]

Tak, dobrze widzisz. Wydajność systemu wentylacji przewodowej, dla zakładanej instalacji wentylacji pożarowej wynosi 132 755,8 m3/h. Niestety, w przypadku systemów przewodowych, wartości te nie należą do najmniejszych…

Czy można pominąć powietrze kompensacyjne?

Zwróć proszę uwagę, że omawiając dotychczas instalacje wentylacji pożarowej dla garaży podziemnych, cały czas zajmowaliśmy się strumieniem powietrza usuwanego. Ale… aby instalacja taka działała prawidłowo, trzeba również dostarczyć do pomieszczenia powietrze świeże. Powietrze to, tak jak Ci już zresztą wcześnie wspomniałem, jest często określane jako powietrze kompensacyjne.

Jednak od razu musimy sobie tutaj wyjaśnić jedną rzecz. Doprowadzenie powietrza kompensacyjnego do garażu podziemnego, wcale nie jest mniej istotne niż usuwanie dymu. Co więcej, niewłaściwy sposób dostarczenia takiego powietrza może przyczynić się do znacznego pogorszenia całej sytuacji!

Zatem w jaki sposób należy dostarczyć do garażu powietrze kompensacyjne? Przede wszystkim należy unikać nawiewu takiego powietrza do przestrzeni dymowej, która znajduje się bezpośrednio pod stropem garażu. Powietrze kompensacyjne najlepiej dostarczać w dolnej przestrzeni pomieszczenia, czyli dokładnie tam, gdzie nie powinno być żadnego dymu. Co więcej, im wysokość garażu będzie mniejsza, tym ważniejsze będzie zachowanie odpowiedniej odległości, pomiędzy dolną warstwą dymu, a górną krawędzią powietrza nawiewanego.

Oczywiście w zdecydowanej większości przypadków garaży podziemnych, które posiadają zewnętrzne bramny wjazdowe, najlepszym źródłem powietrza świeżego będą właśnie owe bramy. W takich przypadkach należy jednak pamiętać o zapewnienie odpowiedniego sterowania. Tzn. automatyki, która w odpowiednim momencie zapewni otworzenie takiej bramy.

Wentylacja pożarowa, a analiza CFD

Pomału zbliżamy się do końca artykułu, dlatego chciałbym poruszyć tutaj jeszcze jedną, bardzo ważną kwestię. Oczywiście zgodnie z sugestią nagłówka, jest ta analiza CFD, czyli innymi słowy analiza rozprzestrzeniania się dymu i ciepła w garażu z wykorzystaniem metody obliczeniowej mechaniki płynów.

Pamiętaj, że kiedy projektowana jest wentylacja pożarowa garaży podziemnych, przeprowadzenie takiej analizy jest potwierdzeniem poprawności obliczeń oraz przyjętych założeń. Co więcej, niektórzy Rzeczoznawcy do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych wymagają wręcz takiej analizy do uzgodnienia projektu. W szczególnych jeszcze przypadkach, przeprowadzenie takiej analizy jest wręcz konieczne.

Musisz wiedzieć, że wszystkie elementy, które znajdują się w garażu podziemnym mają wpływa na działanie wentylacji pożarowej. Wszystkie, słupy, belki i innego rodzaju obiekty, mogą zaburzać przepływ dymu. Dlatego właśnie, przeprowadzenie analizy CFD jest tutaj tak ważne. Analiza taka uwzględnia wszystkie te elementy i dlatego właśnie jest potwierdzeniem skuteczności systemu wentylacji oddymiającej.

Oczywiście życie pisze różne scenariusze. Nie mówię, że zawsze, nie mówię też, że często, ale w niektórych przypadkach analizy takie są pomijane. Dlaczego? Prosta sprawa, skoro nie wiadomo o co chodzi to chodzi o pieniądze. Tylko czy zaoszczędzenie jakiejkolwiek kwoty jest ważniejsze od bezpieczeństwa ludzi i naszego sumienia? No właśnie…

Podsumowanie

Pozwól, że zanim przejdę do podsumowania całego artykułu, to wrócę jeszcze na chwilę do jego początku. Powiedziałem Ci wtedy, że projektując wentylacje pożarową można skorzystać z pomocy różnych firm, które zajmują się takimi systemami. Mogę Ci tutaj polecić np. firmę Harmann lub Mercor, z pomocy których korzystałem kilka razy. Najczęściej chodziło o wentylację strumieniową i nigdy nie miałem jakichkolwiek zastrzeżeń. 🙂

A nie bez powodu wspomniałem o wentylacji strumieniowej. Tak jak zauważyłeś, nasze obliczenia pokazały w jednoznaczny sposób, że wymagany strumień powietrza wentylacyjnego dla systemów przewodowych wentylacji oddymiających wcale nie jest mały. Instalacja taka wymaga dużo więcej miejsca niż wentylacja strumieniowa. Zatem nie zawsze jej wykonanie jest możliwe…

A jak to wygląda w przypadku wentylacji strumieniowej? Tutaj potrzeba dużo mniej miejsca. Tak naprawdę instalacja taka ogranicza się do wentylatorów strumieniowych, szachtu wentylacyjnego z odpowiednim wentylatorem, który zapewnia usuwanie gorącego dymu na zewnątrz oraz instalacji powietrza kompensacyjnego. Minusy? Instalacja taka często bywa mniej efektywna niż tradycyjny system z przewodami wentylacyjnymi.

Zatem tak jak już pewnie możesz się domyślić, każda wentylacja pożarowa powinna być rozpatrywana indywidualna. Niemniej jednak, projektując takie systemy musisz mieć świadomość problemów jakie mogą się pojawić podczas pożaru. Dlatego tutaj zawsze radziłbym Ci kontakt z odpowiednimi firmami. Firmami, które mają styczność z takimi instalacjami na co dzień. Zresztą sam też z pomocy takich osób zawsze chętnie korzystam!

Literatura    [ 1 ]

1. W. Węgrzyński, G. Krajewski, Systemy wentylacji pożarowej garaży – Projektowanie, ocena, odbiór, wydawnictwo ITB, rok 2015.
2. B. Mizieliński, G. Kubicki, Wentylacja pożarowa – Oddymianie, wydawnictwo WNT, rok 2012.
Categories: Baza wiedzy, Instalacja wentylacji, Instalacje wewnętrzne, Projektowanie
| Tags: , ,