Zastosowanie gorącego dymu do oceny skuteczności działania systemów bezpieczeństwa pożarowego podziemnych obiektów

Transkrypt

1 Zastosowanie gorącego dymu do oceny skuteczności działania systemów bezpieczeństwa pożarowego podziemnych obiektów Grzegorz Sztarbała Wojciech Węgrzyński Grzegorz Krajewski Zakład Badań Ogniowych, Instytut Techniki Budowlanej, ul. Ksawerów 21, Warszawa STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono metodę oceny skuteczności działania systemów bezpieczeństwa pożarowego z wykorzystaniem gorącego dymu. Metoda polega na generacji strumienia gorącego powietrza, do którego wprowadzany jest gaz znacznikowy pozwalający na zobrazowanie przepływów w badanej przestrzeni. Metoda ta wykorzystana jest między innymi do oceny skuteczności działania systemów wentylacji pożarowej. Procedura prowadzenia testu pozwala na sprawdzenie automatycznego zadziałania wszystkich systemów bezpieczeństwa pożarowego powiązanych z systemem wentylacji pożarowej zgodnie ze scenariuszami pożarowymi dla badanego obiektu. Dzięki temu w trakcie prowadzenia testu z gorącym dymem możliwa jest kompleksowa ocena skuteczności funkcjonowania większości systemów bezpieczeństwa pożarowego w obiekcie. SŁOWA KLUCZOWE: wentylacja pożarowa, test odbiorowy 1. WPROWADZENIE W ostatnich latach problematyka odbioru obiektów budowlanych z uwagi na skuteczność działania instalacji i systemów bezpieczeństwa pożarowego nabiera szczególnego znaczenia. W obecnym roku opublikowane zostały wytyczne organizacji NFPA [1], w trakcie opracowywania są również wytyczne kanadyjskie [2]. Także w Europie trwają zaawansowane prace nad jednolitym standardem dotyczącym projektowania, wykonawstwa oraz odbioru systemów wentylacji pożarowej garaży zamkniętych w ramach prac grupy 225

2 roboczej CEN TC 191/SC1/WG9. Dokumenty [1][2] regulują szeroki aspekt działań w ramach procedur testów odbiorowych budynków z uwagi na bezpieczeństwo pożarowe, nie definiują jednak jednoznacznie metod prowadzenia tego typu odbiorów. W 2009 roku w Zakładzie Badań Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej rozpoczęte zostały prace nad rozwojem metody oceny skuteczności działania systemów bezpieczeństwa pożarowego garaży i podziemnych obiektów komunikacyjnych w ramach projektu rozwojowego NR pt. Kontrola rozprzestrzeniania się dymu i ciepła w garażach finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Propozycję metody oceny systemów wentylacji wykorzystano w trakcie testów ponad dwudziestu dużych obiektów budowlanych w Polsce, w tym około piętnastu garaży podziemnych oraz dwóch tuneli komunikacyjnych. 2. CEL PROWADZENIA TESTÓW Celem prowadzenia testów z wykorzystaniem gorącego dymu jest kompleksowe sprawdzenie skuteczności funkcjonowania systemów bezpieczeństwa pożarowego ze szczególnym uwzględnieniem wentylacji pożarowej. Skuteczność tą ocenia się poprzez: pomiar wydajności mechanicznych punktów wyciągowych oraz kompensacyjnych, pomiar wydajności wentylatorów strumieniowych, a także pomiar prędkości przepływu powietrza w grawitacyjnych otworach kompensacyjnych; pomiar różnicy ciśnień oraz siły wymaganej do otwarcia drzwi do przestrzeni zabezpieczonych za pomocą systemów różnicowania ciśnień; pomiary czasu uruchomienia się poszczególnych systemów bezpieczeństwa pożarowego, czasy przesłania sterowań przez system sygnalizacji pożaru oraz ewentualne opóźnienia. określenie kierunków przepływu powietrza w badanej przestrzeni. Na podstawie pomiarów czasu detekcji i alarmowania oraz obserwacji działania systemów automatyki pożarowej możliwa jest ocena skuteczności funkcjonowania systemu sygnalizacji pożarowej w obiekcie. 226

3 3. METODA PROWADZENIA TESTÓW Z WYKORZYSTANIEM GORĄCEGO DYMU Metoda prowadzenia testów określona w wytycznych australijskich [3] i przywołana w wytycznych singapurskich [4] pozwala na ocenę działania systemów bezpieczeństwa pożarowego w warunkach możliwie zbliżonych do prawdziwego pożaru. Głównym problemem w stosowaniu tej metody jest konieczność wyboru odpowiedniego gazu znacznikowego, który pozwoli zwizualizować przepływy w badanej przestrzeni i nie będzie ulegał zniszczeniu w wysokich temperaturach. Rys. 1. Początkowa faza testu z gorącym dymem w garażu podziemnym. Figure 1. Early stage of hot smoke test in underground car park. W trakcie prac w ramach projektu rozwojowego NR pt. Kontrola rozprzestrzeniania się dymu i ciepła w garażach przetestowano wiele rozwiązań generacji dymu, który mogłyby zostać wykorzystane do oceny skuteczności działania systemów bezpieczeństwa pożarowego. We wczesnej fazie projektu testowano różne typy świec dymowych i generatorów zimnego dymu. Obecnie testowane urządzenie składa się z zestawu tac grzewczych z ciekłym paliwem, generatorów gorącego dymu odpornego na temperatury do 200⁰C oraz opcjonalnie urządzenia kontrolującego przebieg testu i integrującego wykorzystywane generatory dymu. Zaproponowane rozwiązanie pozwoliło całkowicie uniezależnić przebieg testu od działań osób odpowiedzialnych za jego prowadzenie. 227

4 Rys. 2. Schemat przykładowego zestawu do generacji gorącego dymu. Figure 2. Scheme of example hot smoke test set. Ilość tac z paliwem oraz liczba generatorów dymu dobierana jest indywidualnie dla każdego obiektu. Maksymalna moc pożaru testowego wykorzystywanego w trakcie testów z gorącym dymem wynosi 1 MW. Przed przystąpieniem do przeprowadzenia testu z wykorzystaniem gorącego dymu analizowana jest dokumentacja powykonawcza systemów bezpieczeństwa pożarowego w budynku, ze szczególnym uwzględnieniem systemów wentylacji pożarowej. W trakcie, której wybierane są najbardziej reprezentatywne scenariusze prowadzenia testów, pozwalające w sposób kompleksowy zweryfikować poprawność działania systemów bezpieczeństwa w obiekcie. Bezpośrednio przed rozpoczęciem testu z wykorzystaniem gorącego dymu w uruchomiana jest instalacja wentylacji bytowej, do momentu ustabilizowania się przepływów powietrza w badanej strefie. W przypadku tuneli drogowych lub garaży podziemnych, wentylacja bytowa powinna zostać uruchomiona w trybie wykrycia podwyższonego stężenia CO. Rozpoczęcie testu następuje w momencie zapłonu pierwszej tacy z ciekłym paliwem oraz uruchomienia pierwszego generatora dymu. Zgodnie ze scenariuszem prowadzenia testu dla danego obiektu w określonych odstępach czasu następuje zapłon kolejnych tac z paliwem 228

5 oraz uruchamianie pozostałych generatorów dymu. Mierzony jest czas od rozpoczęcia próby do detekcji pożaru przez system sygnalizacji pożaru w obiekcie. System sygnalizacji pożarowej powinien automatycznie realizować zadania opisane w scenariuszu pożarowym dla danej strefy. Mierzone są czasy, w których nastąpiło osiągnięcie przez system wentylacji pożarowej zakładanej wydajności wyciągu oraz nawiewu powietrza kompensacyjnego, a także uruchomienie pozostałych elementów systemu. W przypadku systemów wentylacji pożarowej z wentylatorami strumieniowymi mierzone są czasy zwłoki od ogłoszenia alarmu pożarowego w badanej strefie pożarowej do momentu uruchomienia się wentylatorów strumieniowych. Czas trwania pojedynczej próby wynosi od 12 do 20 minut. Rys. 3. Przepływ dymu pod przegrodą budowlaną do sąsiedniej strefy dymowej. Figure 3. Smoke flow underneath smoke barrier into adjacent smoke zone. Rys. 4. Warstwa dymu utrzymująca się pod stropem badanej kondygnacji garażu, częściowo opadająca w pobliżu otworu doprowadzenia powietrza kompensacyjnego. Figure 4. Hot smoke layer flow underneath ceiling of tested car park level, partially falling down in proximity of replacement air inlet. 229

6 4. PRAKTYCZNE WYKORZYSTANIE METODY GORĄCEGO DYMU Zaproponowana metoda może być wykorzystana w celu oceny skuteczności działania systemów bezpieczeństwa pożarowego obiektów podziemnych takich jak tunele, podziemne stacje kolejowe czy garaże podziemne. Metoda pozwala na ocenę skuteczności funkcjonowania wentylacji pożarowej oraz współdziałania pozostałych systemów bezpieczeństwa w obiekcie. Metoda jest całkowicie niebrudząca oraz nie powoduje uszkodzeń konstrukcji czy elementów wykończenia wnętrz w związku, z czym nakłady finansowe niezbędne do przeprowadzenia tego typu testów są niewielkie. Rys. 5. Test z gorącym dymem w podziemnym przystanku tramwajowym. Figure 5. Hot smoke test in underground tram stop. W trakcie realizacji projektu rozwojowego NR oraz testów odbiorowych obiektów budowlanych Zakład Badań Ogniowych przeprowadził testy z wykorzystaniem gorącego dymu w wielu rodzajach obiektów budowlanych, m.in.: tunelu oraz stacjach podziemnego tramwaju; drogowym tunelu komunikacyjnym; podziemnych garażach zamkniętych; wolnostojących garażach zamkniętych oraz częściowo otwartych; budynkach centrów handlowych wraz z garażami. 230

7 Testy te wykazały, że w dużej części przebadanych obiektów występowały różnice pomiędzy projektową wydajnością systemu a wartościami zmierzonymi. Wynikało to z braku lub błędnej regulacji systemu. Innym często obserwowanym problemem były błędne sterowania przekazywane z systemu sygnalizacji pożaru do poszczególnych urządzeń bezpieczeństwa pożarowego, np. wymuszanie otwarcia bądź zamknięcia klap pożarowych w czasie działania wentylatorów wyciągowych lub nawiewnych. W dwóch przypadkach wykryto błędy w oprogramowaniu systemu sygnalizacji pożarowej, umożliwiające jednoczesną realizację kilku różnych scenariuszy pożarowych. Powyższe przypadki stanowią jedynie niewielką część problemów, które napotkano w czasie testów systemów bezpieczeństwa pożarowego w obiektach budowlanych. Wnioski płynące z prowadzonych badań jednoznacznie wskazują, że poprawne wykonanie systemu na obiekcie jest równie ważne, co poprawny jego projekt czy weryfikacja z pomocą narzędzi inżynierskich. Rys. 6. Próba z gorącym dymem w tunelu wyposażonym w system wzdłużnej wentylacji pożarowej. Figure 6. Hot smoke test in tunnel equipped with longitudinal ventilation system. 231

8 Rys. 7. Widok kraty wyciągowej w czasie próby z gorącym dymem w tunelu wyposażonym w system wzdłużnej wentylacji pożarowej. Figure 7. View of exhaust grill during hot smoke test in a tunnel equipped with longitudinal ventilation system. 5. PODSUMOWANIE Prace prowadzone w Zakładzie Badań Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej mają na celu opracowanie skutecznej metody prowadzenia testów odbiorowych systemów bezpieczeństwa pożarowego w obiektach budowlanych. Metoda gorącego dymu pozwala na kompleksowe sprawdzenie działania systemu wentylacji pożarowej w obiekcie oraz zintegrowanych z nią systemów i instalacji bezpieczeństwa pożarowe. Zaproponowana metoda pozwala na wierne odwzorowanie przepływów dymu, bez ryzyka uszkodzenia obiektu, instalacji lub elementów wykończenia wnętrz i może być wykorzystywana we wszystkich rodzajach obiektów budowlanych. Wiele usterek w działaniu systemów wykrytych w czasie prowadzonych testów jest łatwa do naprawy, często nie wymagając żadnych nakładów finansowych. W związku z tym prowadzenie testów z wykorzystaniem metody gorącego dymu w obiektach budowlanych pozwala podnieść poziom ich bezpieczeństwa pożarowego. LITERATURA: [1] NFPA 3: Recomended Practice on Commissioning and Integrated Testing of Fire Protection and Life Safety Systems,

9 [2] CAN/ULC-S1001 First Draft, Proposed First Edition July 2011, Integrated Systems Testing of Fire Protection and Life Safety Systems, [3] FSR 3:2008 Fire safety requirements for ductless jet fan system in car parks, [4] AS : Smoke/heat venting systems Design, installation and commissioning, [5] Sztarbała G., Krajewski G., Głąbski P., Węgrzyński W.: Projektowanie systemów wentylacji pożarowej w obiektach budowlanych. Kurs organizowany przez Zakład Badań Ogniowych. Warszawa, września 2011 r, s. nlb., Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa, THE USE OF HOT SMOKE TO EVALUATE THE EFFECTIVENESS OF FIRE SAFETY SYSTEMS IN UNDERGROUND CONSTRUCTION WORKS The paper presents a method to evaluate the effectiveness of fire safety systems in a building with use of hot smoke. The method involves generation of hot air stream into which a marker gas is introduced, that allows visualization of flows in the tested area. This method can be used primarily to assess the effectiveness of fire ventilation systems. The test procedure allows check of automatic activation of other fire safety systems according to the fire scenario. Thus this method also brings a comprehensive way to verify the effectiveness of fire safety systems used in the construction work. 233

10