Klimatyzacja w pomieszczeniach zabezpieczanych gazami gaśniczymi

Stałe urządzenia gaśnicze gazowe stosowane są najczęściej do zabezpieczania pomieszczeń, w których znajduje się różnego rodzaju sprzęt elektroniczny (serwerownie, centrale telekomunikacyjne, itp.). Pracujące urządzenia elektroniczne wymagają intensywnego chłodzenia, które realizowane jest zazwyczaj przez zewnętrzne klimatyzatory. Wielu projektantów urządzeń gaśniczych gazowych trwa w przekonaniu, że po wyładowaniu gazu gaśniczego należy bezwzględnie wyłączyć klimatyzację, gdyż w przeciwnym razie nastąpi spadek stężenia gazu. Takie rozumowanie może być błędne, w przypadku gdy klimatyzatory wykorzystują powietrze obiegowe.


Stałe urządzenia gaśnicze gazowe powinny być projektowane w taki sposób, aby stężenie gazu gaśniczego zostało osiągnięte i utrzymane w określonym przedziale czasu. Zbyt szybki spadek stężenia poniżej dopuszczalnej wartości grozi powstaniem wtórnego pożaru, zwłaszcza w przypadku gdy zabezpieczane są materiały stałe, bądź urządzenia pozostające pod napięciem. Zgodnie z normą ISO 14520 [1] stężenie gazu gaśniczego powinno utrzymywać się powyżej stężenia gaszącego1 dla danej grupy materiałów przez okres co najmniej 10 minut od zakończenia wyładowania. Czas utrzymywania stężenia powyżej najniższej dopuszczalnej wartości nazywany jest „czasem retencji”. W każdym pomieszczeniu występują naturalne nieszczelności, przez które wypływa gaz gaśniczy, dlatego stężenie projektowe2 musi być wyższe od stężenia gaszącego. Według normy ISO 14520 stężenie projektowe powinno być wyższe o 30% od stężenia gaszącego. Niestety ta nadwyżka nie zawsze wystarcza, w praktyce czas retencji można wyznaczyć tylko poprzez wyładowanie gazu gaśniczego i pomiar zmian stężenia w czasie, lub na podstawie badania szczelności pomieszczenia. Pierwsza z wymienionych metod jest stosowana bardzo rzadko ze względów ekonomicznych i ekologicznych. Ponadto zarówno norma ISO 14520, jak i NFPA 2001 [2] odradzają wyładowywania gazu, zalecając badanie szczelności pomieszczenia metodą wentylatorów drzwiowych. Jeżeli na podstawie badania zostanie stwierdzone, że czas retencji jest krótszy niż 10 minut, wówczas należy pomieszczenie doszczelnić, lokalizując i eliminując nieszczelności. Czynności te zazwyczaj wykonywane są podczas badania metodą wentylatorów drzwiowych.

Oprócz szczelności pomieszczenia o długości czasu retencji decyduje ruch gazów w pomieszczeniu po wyładowaniu i/lub wysokość materiałów zabezpieczanych, mierzona od poziomu podłogi. W środowiskach naukowych funkcjonują dwa modele opisujące zachowanie się gazu gaśniczego po wyładowaniu, jeden jest słuszny dla pomieszczeń, w których zostają wyłączone wszelkie urządzenia wprawiające w ruch powietrze, drugi stosuje się gdy w pomieszczeniu pracują klimatyzatory, przy czym wyklucza się nawiew świeżego powietrza z zewnątrz.

W pierwszym przypadku przyjmuje się, że gaz gaśniczy w momencie wyładowania tworzy mieszaninę z powietrzem. Stężenie gazu gaśniczego c w tej mieszaninie odpowiada stężeniu projektowemu. Gęstości gazowych środków gaśniczych są większe od gęstości powietrza (wyjątek stanowi azot), więc również mieszanina posiada gęstość większą od gęstości powietrza. Ponieważ po wyładowaniu nie następuje wymuszony ruch gazów w pomieszczeniu (wyłączenie klimatyzacji), to mieszanina osiada w dolnej części pomieszczenia. Tworzy się różnica ciśnień wewnątrz i na zewnątrz pomieszczenia, proporcjonalna do wysokości słupa mieszaniny H oraz różnicy gęstości powietrza pp i mieszaniny p W wyniku różnicy ciśnień następuje wypływ mieszaniny przez otwory w dolnej części pomieszczenia i napływ świeżego powietrza przez otwory w górnej części. Powstaje wyraźna płaszczyzna rozdziału między świeżym powietrzem u góry, a mieszaniną na dole pomieszczenia. Początkowa wysokość mieszaniny w pomieszczeniu obniża się wraz z upływem czasu, ale stężenie w gazu gaśniczego w mieszaninie utrzymuje się na stałym poziomie. Projektant w porozumieniu z odpowiednimi władzami ma obowiązek określić wysokość Hm, względem której przyjmuje się minimalny czas retencji.

Wysokość ta uzależniona jest od wysokości zabezpieczanej aparatury, znajdującej się w pomieszczeniu oraz rozlokowania wszelkich materiałów palnych. Czas retencji trwa do momentu, gdy poziom mieszaniny gaśniczej w pomieszczeniu będzie niższy od wysokości Hm.

1 Stężenie gaszące (extinguishing concentration) - najniższe stężenie objętościowe gazu gaśniczego, przy którym zostanie przerwany proces spalania. Stężenia gaszące wyznacza się w drodze badań poszczególnych gazów gaśniczych względem różnych grup materiałów.

2 Stężenie projektowe (design concetration) - stężenie objętościowe gazu gaśniczego, które ma być docelowo osiągnięte w zabezpieczanym pomieszczeniu po wyładowaniu gazu gaśniczego. Stężenie projektowe otrzymuje się w wyniku pomnożenia stężenia gaszącego przez odpowiednie współczynniki bezpieczeństwa.

Drugi przypadek ma miejsce gdy w pomieszczeniu po wyładowaniu odbywa się wymuszony ruch gazu (np. pracują klimatyzatory). Wówczas następuje równomierne wymieszanie gazu gaśniczego i powietrza w całej objętości pomieszczenia. W związku z tym nie tworzy się płaszczyzna rozdziału między mieszaniną i napływającym powietrzem, ale w całej przestrzeni panuje jednakowe stężenie. Wypływ mieszaniny gazu gaśniczego z powietrzem oraz napływ świeżego powietrza, przy ciągłym mieszaniu gazów powoduje stopniowe obniżanie się stężenia w całej przestrzeni. Czas retencji trwa do momentu, gdy wartość stężenia w pomieszczeniu obniży się poniżej najniższej, dopuszczalnej wartości cmin. Zgodnie z normą ISO 14520 dopuszczalne stężenie minimalne cmin powinno być równe stężeniu gaszącemu dla danej grupy materiałów.

Podejmując decyzję, który model zastosować, czyli wyłączać klimatyzację po wyładowaniu, czy też pozostawić ją pracującą, projektant powinien dokonać szczegółowej analizy sytuacji, a w szczególności zwrócić uwagę na czynniki przedstawione poniżej.

Jeżeli w pomieszczeniu nie będzie ciągłego mieszania gazów po wyładowaniu (klimatyzacja wyłączona), to przy dużych wysokościach zabezpieczanych czas retencji będzie znacznie krótszy, niż w pomieszczeniach, w których występuje cyrkulacja gazów. W konsekwencji pomieszczenia bez cyrkulacji będą wymagały znacznie większej szczelności, która nie zawsze jest możliwa do osiągnięcia. Obliczenia wykonane zgodnie z metodyką zalecaną w normie NFPA 2001 dowodzą, że w przypadku gdy wysokość zabezpieczana Hm jest większa od 0,77 całkowitej wysokości pomieszczenia, to dłuższy czas retencji zostanie uzyskany, gdy w pomieszczeniu będzie występowało ciągłe mieszanie gazów. Obliczenia przeprowadzono przy założeniu, że stężenie projektowe będzie o 30% wyższe od stężenia gaszącego. Wartości obliczone zgodnie z ISO 14520 również oscylują wokół 0,77, przy czym ze względu na odmienną metodykę obliczeń, różnią się nieznacznie w zależności od kubatury pomieszczenia, stężenia projektowego, rodzaju gazu dlatego wymagają indywidualnych obliczeń dla poszczególnych przypadków.

Określenie minimalnej wysokości zabezpieczanej Hm nastręcza sporo trudności projektantom. Zgodnie z zapisami normy ISO 14520 powinna to być najwyższa wysokość, na której znajdują się materiały niebezpieczne. Wówczas można zadać sobie pytanie, czy przewód w palnej izolacji, przebiegający pod sufitem jest materiałem niebezpiecznym? Jeżeli odpowiedź byłaby twierdząca, to jako minimalną wysokość zabezpieczaną należałoby przyjąć praktycznie całkowitą wysokość pomieszczenia. Tak określona wysokość Hm skutkowałaby niewykonalnym żądaniem całkowitej szczelności pomieszczenia. Jeżeli stałe urządzenie gaśnicze gazowe projektowane jest zgodnie z ISO 14520, wówczas w modelu z ciągłym mieszaniem gazów nie jest wymagane określenie minimalnej wysokości zabezpieczanej Hm, co znakomicie ułatwia życie projektantowi.

Ponadto należy się liczyć, że wyłączenie klimatyzacji narazi zabezpieczany sprzęt na uszkodzenia termiczne. Jeżeli zastosowana klimatyzacja pracuje w obiegu zamkniętym tj. nie pobiera powietrza z zewnątrz, to nie ma konieczności wyłączania jej po wyładowaniu gazu.

A ponieważ zagwarantowanie prawidłowego stanu technicznego zabezpieczanego mienia stanowi imperatyw projektanta, to powinien on dążyć minimalizacji ingerencji w normalny stan pracy, nawet podczas tak nienormalnych okoliczności, jakie powoduje pożar.

Każdy projekt charakteryzuje się indywidualnymi uwarunkowaniami, wymaga oddzielnej, szczegółowej analizy. Traktowanie pewnych zagadnień automatycznie poddaje w wątpliwość profesjonalizm projektanta, czego potwierdzeniem jest prezentowany w artykule problem klimatyzacji w pomieszczeniach zabezpieczanych gazami gaśniczymi. Jak wynika z przedstawionych rozważań wyłączenie klimatyzacji nie tylko narazi elektronikę na przegrzanie, ale również może obniżać skuteczność urządzenia gaśniczego. Co więcej, na podstawie analizy konkretnego przypadku projektant może dojść do wniosku, że należy zastosować dodatkowe klimatyzatory wymuszające dokładne wymieszanie gazu gaśniczego w całej objętości zabezpieczanego pomieszczenia. Dlatego każdy projekt stałego urządzenia gaśniczego gazowego powinien być poprzedzony badaniem szczelności pomieszczenia, na podstawie którego zostanie obliczony czas retencji dla obu modeli zachowania gazu po wyładowaniu. Dopiero na tej podstawie projektant może podjąć odpowiednie decyzje.


Autorzy: Zbigniew Tuzimek, Przemysław Kubica

Źródło: http://www.sgsp.edu.pl/


Literatura:

1. ISO-14520-1 „Gaseous fire-extinguishing systems – Physical properties and system design – Part 1: General requirements. First edition 2000-08-01

2. NFPA 2001 Standard for Clean Agent Fire Extinguising Systems. 2000 Edition.