Zasady projektowania systemów ochrony przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych w budynkach wielokondygnacyjnych według NFPA 92 A - edycia 2006

Do najważniejszych standardów i wytycznych określających zasady projektowania systemów ochrony przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych w budynkach wielokondygnacyjnych z wykorzystaniem różnicy ciśnień należą:

• PN-EN 12101-6. Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Część 6: Wymagania techniczne dotyczące systemów ciśnieniowych. Zestawy urządzeń.
• Instrukcja ITB nr 378/2002 Projektowanie instalacji wentylacji pożarowej dróg ewakuacyjnych w budynkach wysokich i wysokościowych. -  instrukcja oparta na przepisach i wytycznych francuskich.
• NFPA 92A Standard for Smoke-Control Systems Utilizing Barriers and Pressure Differences.

Dla projektantów systemów wentylacji przeciwpożarowej obowiązujące przepisy są mało przejrzyste, a ich ogólny charakter nie ułatwia zadania projektantom. Dlatego posiłkują się oni wiedzą techniczną, zawartą w wyżej wymienionych wytycznych. Poniższy tekst skupia się na informacjach dotyczących amerykańskiego standardu NFPA 92 A - edycja 2006. Ochrona przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych w budynkach wielokondygnacyjnych.

Stosowanie standardu NFPA 92A
Celem standardu jest określenie wymagań dla systemów kontroli dymu, wykorzystujących różnicę ciśnień po obu stronach przegród dymowych, zapewniających osiągnięcie:

• powstrzymanie przepływu dymu z przestrzeni objętej pożarem na klatki schodowe, wyjścia ewakuacyjne oraz do szybów dźwigowych,
• zabezpieczenie dróg ewakuacyjnych przed utrzymywaniem się na nich ilości dymu, która uniemożliwi przeprowadzenie bezpiecznej ewakuacji,
• powstrzymanie migracji dymu ze strefy dymowej,
• zapewnienie poza strefą dymową warunków pozwalających przeprowadzenie właściwej akcji ratowniczo-gaśniczej.

System kontroli dymu to system wykorzystujący wentylatory do wytworzenia różnicy ciśnień po oby stronach przegród dymowych w celu powstrzymania przepływu dymu.

Omawiany standard jest stosowany:

• przy projektowaniu, instalowaniu i podczas eksploatacji systemów kontroli dymu,
• podczas wykonywania testów odbiorowych i okresowych,
• w celu niedopuszczenia do przepływu dymu przez duże otwory, przy czym przepływ powietrza przez te otwory do przestrzeni objętej pożarem,powinien przepływać z odpowiednio dużą prędkością, aby powstrzymać przepływ dymu przez te właśnie otwory,
• dla systemów kontroli dymu dedykowanych (wykonanych wyłącznie do tego celu) i niededykowanych (stanowiących elementy instalowanych w budynku systemów HVAC i przełączanych w czasie dymu do spełnienia zadań kontroli dymu).

Standard nie jest stosowany odnośnie systemów kontroli dymów, które wykorzystują do powstrzymania przepływu dymu przepływ powietrza. To samo dotyczy pasywnych (naturalnych) systemów usuwania ciepła i dymu.

Projektowanie
Cele projektowe obejmują wytworzenie i utrzymanie różnicy ciśnień po obu stronach przegród dymowych, a także spełnienie warunków, do których należy:

• niedopuszczenie do rozprzestrzeniania się dymu poza strefą powstania pożaru,
• utrzymanie odpowiednich warunków w przestrzeni ewakuacyjnej klatek schodowych, niezbędnych do prawidłowej ewakuacji ludzi z obiektu,
• ograniczenie rozprzestrzeniania się toksycznych gazów,
• ograniczenie rozprzestrzeniania się produktów spalania dla ochrony wyposażenia budynku,
• zapewnienie ekipom ratowniczym odpowiedniej widzialności, która umożliwi zlokalizowanie, podejście i ugaszenie źródła pożaru.

 
Założenia i kryteria projektowe:

W przypadku, gdy celem systemu kontroli dymu jest zapewnienie akceptowanych warunków środowiska, musi on zapewnić utrzymanie parametrów projektowych co najmniej przez czas konieczny do przeprowadzenia ewakuacji użytkowników do przestrzeni bezpiecznej. Gdy system jest projektowany do osiągnięcia innych celów musi zapewnić utrzymanie parametrów projektowych co najmniej przez czas wynikający z ich przeznaczenia.
Akceptowane warunki środowiska to warunki, w których oddziaływanie ciepła i dymu jest ograniczone do poziomu niestwarzającego zagrożenia życia dla przebywających w danej przestrzeni ludzi.

Standard zakłada, że system kontroli dymu powinien utrzymać nadciśnienie w chronionej przestrzeni o określonej wartości do ciśnienia w przylegającej do zanieczyszczonej dymem przestrzeni.

W przypadku założenia, że system kontroli dymu ma zapewnić opuszczenie danej strefy przez użytkowników, przed pojawieniem się w niej dymu bądź przekroczeniem wartości widoczności, toksyczności, temperatury, należy zapewnić odpowiedni czas na opuszczenie zagrożonej strefy.

Projekt sytemu powinien uwzględnić wpływ otworów i innych dróg wycieku w przegrodach dymowych. Przepływ przez szczeliny konstrukcyjne zależy od jakości wykonania tych elementów. Typowe powierzchnie przez szczeliny konstrukcyjne w ścianach i stropach w budynkach przedstawia tabela 1.

Ważne jest, by projekt uwzględniał wpływ temperatury zewnętrznej i wiatru na parametry systemu sterowania dymem, które zależą od wysokości budynku, jego kształtu, nieszczelność oraz otworów w ścianach i stropach.

W projekt systemu kontroli dymu należy określić maksymalne i minimalne różnice ciśnień po obu stronach granic stref kontroli dymu. Tabela 2 i 3 przedstawiają maksymalnie i minimalne dopuszczalne różnice ciśnień.

W obliczeniach projektowych należy uwzględnić liczbę drzwi, które powinny być równocześnie otwarte. Wartość ta zależy od sposobu użytkowania budynku. Wpływ ma także typ systemu kontroli dymu, ponieważ niektóre systemy zakładają, że drzwi są otwarte na krótki czas i wielkość wycieków w tym przypadku jest pomijana.

Siła, którą należy użyć do otwarcia drzwi jest obliczana ze wzoru:
F = F_r + (5,2·(W·A)·ΔP/2·(W-d))

gdzie:
F_r - siła, którą trzeba przyłożyć do klamki, aby pokonać opór własny drzwi przy otwieraniu bez różnicy ciśnień po obu stronach drzwi;
W – szerokość drzwi,
A – powierzchnia drzwi,
d – odległość od środka klamki drzwi do najbliżej pionowej krawędzi drzwi,
ΔP – różnica ciśnień po obydwu stronach drzwi.


Tab. 1. Typowe powierzchnie wycieków dla ścian i stropów w budynkach.

Tab. 2. Maksymalne różnice ciśnień po obydwu stronach drzwi jednoskrzydłowych.

Tab. 3. Minimalne różnice ciśnień po obu stronach przegród dymowych.

Czynniki, jakie należy wziąć pod uwagę przy spełnianiu wymogów projektowych przez wymagany czas to:

• niezawodność źródeł zasilania w energię,
• sposób rozmieszczenia układów zasilania,
• metody ochrony systemów sterowania i monitoringu,
• rodzaj zastosowanego osprzętu,
• przeznaczenie budynku.

System kontroli dymu należy projektować, by utrzymać minimalną różnicę ciśnień przy zakładanym oddziaływaniu efektu kominowego i wpływu wiatru. Wartości różnicy ciśnień są przyjęte przy założeniu, że temperatura gazów w pomieszczeniu objętym pożarem nie przekroczy 1700ºF (927ºC).
 

Różnica ciśnień po obu stronach drzwi nie może powodować przekroczenia dopuszczalnej siły wymaganej do otwarcia drzwi (133 N zgodnie z pkt 7.2.1.4.5 NFPA 101 Life Safety Code, 2006 Edition).


Systemy pozwalające na osiągnięcie odpowiednich parametrów różnicy ciśnień:

• systemy niekompensowane,
• systemy kompensowane,
• systemy kompensowane z modulowanym napływem powietrza,
• systemy kompensowane z upustem nadmiaru powietrza.

Opis wyżej wymienionych systemów:

• w systemach niekompensowanych powietrze jest dostarczane do przestrzeni klatki schodowej przez jednobiegowy wentylator, co powoduje zapewnienie określonej różnicy ciśnień przy wszystkich drzwiach zamkniętych lub przy jednej parze drzwi otwartych;
• systemy kompensowane są stosowane w przypadku zmiennych kombinacji drzwi otwartych lub zamkniętych oraz utrzymania wymaganego nadciśnienia w przestrzeni klatki schodowej. Systemy te modelują natężenie przepływu dostarczanego powietrza do klatki schodowej lub usuwanego z niej nadmiaru powietrza. Istotne jest, by zapewnić odpowiednio dużą odległość między punktami dostarczania powietrza i upustu powietrza;
• w systemie kompensowanym z modulowanym napływem powietrza wydajność wentylatora nawiewnego musi zapewnić co najmniej minimalną szybkość przepływu powietrza w sytuacji, kiedy otwarte są drzwi wskazane w projekcie. Przedstawiany system jest scharakteryzowany na rysunku 1.
• Po obejściu wentylatora natężenie przepływu powietrza do klatki schodowej jest zmieniane przez modulowanie klap zabudowanych, sterowanych przez czujniki ciśnienia statycznego, mierzących różnicę ciśnień pomiędzy klatką schodową a budynkiem. W przypadku zamkniętych drzwi z klatki schodowej, ciśnienie w klatce wzrasta, a klapa zabudowana na obejściu wentylatora otwiera się, powodując zwiększenie ilości powietrza przepływającego przez to obejście, a tym samym zmniejszając objętość powietrza napływającego do klatki schodowej. Powoduje to zapobieganie powstawaniu nadmiernego nadciśnienia w przestrzeni klatki schodowej. W momencie usytuowania wentylatora na zewnątrz budynku, zabudowanie klap upustowych daje taki sam efekt. Modelacja natężenia przepływu nawiewanego powietrza jest także możliwa do uzyskania poprzez wprowadzenie możliwości zmiany obrotów wentylatora, nachylenia łopatek wentylatora lub liczby włączonych wentylatorów.

1.Bypass wentylatora sterowany przez jeden lub więcej czujników ciśnienia.
2.Na rysunku jest pokazany nawiew powietrza na poziomie terenu , jednak wentylatory muszą być zlokalizowane na każdym poziomie.
Rys. 1. Zapewnienie nadciśnienia w klatce schodowej z zastosowaniem obejścia wokół wentylatora nawiewnego.

• w systemie kompensowanym z upustem nadmiaru powietrza nadmiar powietrza przy wszystkich drzwiach zamkniętych jest uwalniany na zewnątrz, bezpośrednio z klatki schodowej, co powoduje brak nadmiernego wzrostu ciśnienia w niej. Celem tego systemu jest uzyskanie stabilnej różnicy ciśnień, gdyż ilość powietrza uwalnianego zmienia się w zależności od liczby otwartych drzwi. Sposoby przeprowadzenia upustu nadmiaru powietrza: zastosowanie klap ciśnieniowych z nastawnymi przeciwwagami, zastosowanie klap z napędem, wykorzystanie automatycznie otwieranych drzwi wejściowych na klatkę schodową lub klap zabudowanych na poziomie terenu, zastosowanie wentylatorów wyciągowych.

Systemy zapewniające nadciśnienie w klatce schodowej powinny ograniczyć możliwość przedostawania się dymu przez wloty nawiewu powietrza. Pojedynczym źródłem nawiewu do klatki schodowej może być zamontowany na dachu lub na ścianie wentylator śmigłowy. Musi być on wyposażony w osłony przeciwwietrzne, ponieważ duży wiatr może mieć w przypadku ich braku wpływ na wydajność wentylatora. Zaletą wentylatora śmigłowego jest niewielka zależność ciśnienia od zmieniającej się wielkości przepływu. Kiedy drzwi są otwierane i zamykane, wentylator śmigłowy zmienia wydajność powietrza nawiewanego do klatki schodowej, bez dużych wahań ciśnienia.

Stosowane są jednopunktowe i wielopunktowe systemy nawiewu powietrza. Jednopunktowe systemy nawiewu powietrza charakteryzują się tym, że punkt nawiewu może być zlokalizowany na każdej wysokości klatki schodowej, najczęściej znajduje się na dachu budynku. W wielopunktowych systemach nawiewu powietrza przewiduje się punkty nawiewne na każdej kondygnacji. Systemy te zapewniają najwyższy poziom ochrony przed utratą ciśnienia przy kilku drzwiach otwartych.

Przedsionki
W przypadku przedsionków mogą one stanowić element systemu kontroli dymu w budynku, ale nie muszą. Stosując przedsionki dopuszczalne jest zapewnienie w nich nadciśnienia, jak i jego brak.

• Przedsionki bez nadciśnienia – są stosowane w istniejący budynkach. Przy otwartych obydwu drzwiach z przedsionka powstający układ szeregowy otworów powoduje zwiększenie oporu przepływu powietrza w porównaniu z oporem przepływu przez drzwi pojedyncze. Skutkiem tej sytuacji jest obniżenie przepływu powietrza wymaganego do zapewnienia odpowiedniego nadciśnienia w klatce schodowej. Przepływ powietrza wymagany do zapewnienia wymaganego nadciśnienia w klatce schodowej można jeszcze bardziej ograniczyć. Dzieje się tak w przypadku, gdy przy założeniu małej ilości przebywających ludzi w budynku, w czasie ewakuacji jedna z dwóch par drzwi do przedsionka jest zamknięta lub częściowo zamknięta
• Przedsionki i klatki schodowe z nadciśnieniem – wariant ten zwiększa efektywność systemu ochrony przed zadymieniem klatki schodowej.

 
Drzwi
Istotą drzwi zabudowanych w przegrodach dymowych jest posiadanie przez nie samozamykaczy lub urządzeń zapewniających ich automatyczne zamknięcie w przypadku aktywacji systemu kontroli dymu.

System zapewniający nadciśnienie w klatce schodowej musi być tak zaprojektowany, by została osiągnięta wymagana różnica ciśnień przy otwartym jednym skrzydle drzwi z klatki schodowej do przestrzeni użytkowej budynku. W przypadku równoczesnej ewakuacji z kilku kondygnacji oraz kiedy drzwi wyjściowe z klatki schodowej będą otwarte, system musi uwzględniać większą ilość otwartych drzwi, w tym drzwi wyjściowe z klatki schodowej.

Ważny wpływ ma otwarcie drzwi z klatki schodowej na zewnątrz budynku, który wynika z zachowania masy powietrza w przestrzeni o zwiększonym ciśnieniu. Powietrze napływa z zewnątrz i po pewnym czasie wypływa na zewnątrz. W przypadku otwartych drzwi wewnętrznych reszta budynku na danej kondygnacji stawia opór powietrzu wpływającemu na tę kondygnację. Dla otwartych drzwi prowadzących na zewnątrz, nie występuje opór powietrza i jego przepływ przez te drzwi jest zdecydowanie większy niż w przypadku otwartych drzwi wewnątrz budynku.


Strefowa kontrola dymu
To system kontroli dymu, obejmujący system wyciągu dymu ze strefy dymowej (strefa kontroli dymu, w której powstał dym), zapewniający nadciśnienie we wszystkich przyległych strefach strefach dymowych. Stosując strefową kontrolę dymu, budynek należy podzielić na strefy kontroli dymu, oddzielone od siebie przegrodami dymowymi.

Rozmieszczenie stref kontroli przedstawiają poniższe rysunki. Znak minusa (-) oznacza strefy kontroli dymu, natomiast znak plusa (+) to przestrzenie z nadciśnieniem. Każda kondygnacja może stanowić strefę kontroli dymu (rys. a, b), strefa kontroli dymu może składać się z kilku kondygnacji (rys. c,d) lub strefę kontroli dymu może stanowić część kondygnacji (rys. e). 

Rys. 2. Strefa dymowa: a,b – jedna kondygnacja stanowi strefę dymową; c,d – kilka kondygnacji stanowi strefę kontroli dymu; e – część kondygnacji stanowi strefę kontroli dymu.

Strefy dymowe powinny mieć jak małe rozmiary, aby zapewnić jak najkrótsze dojścia do stref bezpiecznych. Jednak rozmiary te nie mogą być też zbyt małe z uwagi na niezbędne ochłodzenie gazów pożarowych przez zasysane powietrze.

Usuwanie dymu ze strefy dymowej - system usuwania dymu jest mechanicznym lub naturalnym systemem, przeznaczonym do usuwania dymu ze strefy dymowej na zewnątrz budynku oraz do obniżenia ciśnienia w strefie dymowej.

Podsumowanie
Amerykańśki standard NFPA 92 A jest stosowany przez projektantów jako właściwe rozwiązanie projektowania systemów ochrony przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych budynków wielokondygnacyjnych, ponieważ obowiązujące przepisy mają zbyt ogólnikowy charakter i nie posiadają jasnych wskazań co do sposobu spełnienia zawartych przez nie wymogów.

W powyższym artykule zostały omówione podstawy standardu, kwestie projektowe, zasady projektowania systemu zapewniającego nadciśnienia w klatkach schodowych. Standard NFPA 92 A – edycja 2006 zawiera także informacje dotyczące wymagań dla systemów sterowania oraz sposoby sporządzania dokumentacji projektowej i przekazywania systemu do eksploatacji.

Opracowanie: Agata Jastrzębska, www.ogrzewnictwo.pl, www.klimatyzacja.pl
Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą autora.