dr inż. Dariusz Ratajczak, dr inż. Dorota Brzezińska Warszawa, 21 stycznia 2016 r.

Transkrypt

1 Optymalizacja systemów oddymiania w budynkach produkcyjnych i magazynowych z uwzględnieniem technicznych i organizacyjnych rozwiązań w zakresie ochrony przeciwpożarowej dr inż. Dariusz Ratajczak, dr inż. Dorota Brzezińska Warszawa, 21 stycznia 2016 r.

2 Bezpieczeństwo pożarowe BEZPIECZEŃSTWO POŻAROWE oznacza (od ), że w budynkach w razie pożaru: a) nośność konstrukcji będzie zachowana przez określony czas (czas określony w rozporządzeniu [WT]), b) powstawanie i rozprzestrzenianie się ognia i dymu w budynku będzie ograniczone, c) rozprzestrzenianie się ognia na sąsiednie obiekty będzie ograniczone, d) osoby znajdujące się wewnątrz będą mogły opuścić budynek lub być uratowane w inny sposób, e) uwzględnione jest bezpieczeństwo ekip ratowniczych. WENTYLACJA POŻAROWA jest zatem jednym z czynników służących bezpieczeństwu pożarowemu budynków (zwłaszcza pkt a, d i e).

3 Prawo budowlane Polskie Prawo budowlane stanowi że: przy projektowaniu budynków należy uwzględniać przepisy prawa, a w kwestiach nie uregulowanych przez te przepisy zasady wiedzy technicznej (normy i przepisy innych państw, wyniki badań naukowych i doświadczenia praktyczne z eksploatacji istniejących budynków) Uwzględniając zasady wiedzy technicznej, należy zawsze brać pod uwagę różnice w realiach Polski, oraz krajów, z których one pochodzą! np. w USA obiekty produkcyjne i magazynowe są skupione w specjalnych strefach, w których czas dojazdu straży pożarnej wynosi ok. 3 min.

4 Statystyki polskie

5 Statystyki polskie

6 Statystyki polskie

7 Statystyki polskie Straty w budynkach produkcyjnych wynosiły od 150 mln zł do 450 mln zł, natomiast w budynkach magazynowych od 50 mln zł do 150 mln zł rocznie.

8 Obiekty PM w Przepisach W jednokondygnacyjnych halach przemysłowych WT dopuszczają klasę E odporności pożarowej, w której nie ma żadnych wymagań dla nośności ogniowej konstrukcji. Przepisy techniczno-budowlane nie wymagają takiego zabezpieczenia budynku, aby w razie pożaru jego uratowanie było gwarantowane, musi być jednak zapewniona możliwość ewakuacji ludzi i być uwzględnione bezpieczeństwo ekip ratowniczych.

9 Obiekty PM w przepisach Uwzględnienie zachowania odpowiednich warunków ewakuacji ludzi wymaga oszacowania czasu ewakuacji oraz szybkości rozwoju pożaru i jego parametrów powstających na drogach ewakuacyjnych. Czas do przekroczenia wartości granicznych pożaru < Czas zakończenia ewakuacji = Zagrożenie życia użytkowników obiektu

10 Obiekty PM w przepisach Uwzględnienie bezpieczeństwa ekip ratowniczych wymaga oszacowania czasu zachowania przez konstrukcję budynku funkcji nośnej w warunkach pożaru ( czas określony ) oraz czasu rozpoczęcia działań gaśniczych. czas zachowania funkcji nośnej < czas rozpoczęcia działań gaśniczych = zawalenie budynku

11 Ograniczenie rozwoju pożaru Przerwanie rozwoju pożaru = 0,38 l wody/s na 1 MW Jeden samochód ratowniczo-gaśniczy = 20 l wody/s (3 prądy wody, z prądownic 75 z dyszą 18 mm) Możliwe ograniczenie rozwoju pożaru na poziomie pożaru lokalnego (max 50 MW) Jeden hydrant 33, o P=0,6 MPa = 2,5 l wody/s Możliwe ograniczenie rozwoju pożaru na poziomie pożaru lokalnego (max 6,5 MW) Paul Grimwood

12 Q gdzie: = αt 2 Q Moc pożaru Q = αt 2 Q moc pożaru [kw], α współczynnik szybkości wzrostu pożaru [kw/s 2 ], t czas trwania pożaru [s]. bardzo szybki z udziałem cieczy palnych i spienionych tworzyw sztucznych, szybkich z udziałem tworzyw sztucznych i tkanin, średnich z udziałem palet drewnianych i pudeł z kartonu. BS 9999:2008

13 Czas rozwoju pożaru Rozwój pożaru do mocy 6,5 MW Pożar bardzo szybki do 3 min (ciecze palne, spienione tworzywa sztuczne) Pożar szybki do 6 min, (tworzywa sztuczne, tkaniny) Pożar średni do12 min (palety drewniane, kartony) (BS 9999:2008) Rozwój pożaru do mocy 50 MW Pożar bardzo szybki do 8,5 min (ciecze palne, spienione tworzywa sztuczne) Pożar szybki do 17 min, (tworzywa sztuczne, tkaniny) Pożar średni do 34 min (palety drewniane, kartony) (BS 9999:2008)

14 Statystyki polskie

15 Temperatura graniczna Graniczna temperatura dymu pod stropem > 550 C groźba rozgorzenia [BS :2003], > 350 C krytyczna dla nośności konstrukcji stalowej, dla której nie wykazano, że będzie to inna wartość [Eurokod 3], > 200 C krytyczna dla ewakuacji, > 170 C przyjmowana w przypadku stosowania tryskaczy (optymalna ochrona mienia w hali). Decydujący wpływ na temperaturę podstropowej warstwy dymu w jednokondygnacyjnych halach przemysłowych mają klapy dymowe???

16 Konwekcyjny słup dymu rozkład prędkości dym powietrze powietrze płomień wirtualne źródło pożaru

17 Q Wentylacja pożarowa ilość dymu powstająca w czasie pożaru ODDYMIANIE Powstawanie dymu Odprowadzanie dymu

18 Q Wentylacja pożarowa ilość dymu powstająca w czasie pożaru Strumień masowy dymu M zależy od wielkości (obwodu) pożaru i wysokości słupa dymu: M Ce P Y 3 2 [ kg / s] P 2 Q q C e - współczynnik zasysania powietrza do słupa dymu w czasie pożaru, wynoszący dla pomieszczeń wielkokubaturowych 0,19 [kg s -1 m -5/2 ], P - obwód pożaru [m], Y - wysokość słupa dymu [m], od posadzki do podstawy warstwy dymu. Q konwekcyjna część mocy pożaru [kw], q - gęstość mocy pożaru [kw/m 2 ] BS :2003

19 Wentylacja pożarowa ilość dymu powstająca w czasie pożaru Przyrost temperatury dymu zależy od mocy pożaru i strumienia masowego dymu: Q K M c [K] QK - konwekcyjna część mocy pożaru [kw], M - strumień masowy dymu [kg/s], c - ciepło właściwe powietrza [kj/kg K]. BS :2003

20 Gęstość mocy pożaru BS :2003 Rodzaj pożaru q min q max Magazyny - pożar z 250 kw/m kw/m 2 tryskaczami Magazyny - pożar bez 250 kw/m kw/m 2 tryskaczy, składowanie do 2 m Magazyny - pożar bez 250 (h 1) kw/m (h 1) kw/m 2 tryskaczy, składowanie od 2 m do 4 m Obiekty produkcyjne - pożar bez tryskaczy 90 kw/m kw/m 2

21 Q Ilość dymu powstająca w czasie pożaru ODDYMIANIE Im większa wysokość dolnej granicy warstwy dymu (Y) Tym niższa temperatura dymu Tym większa ilość dymu Tym większa powierzchnia klap dymowych

22 Wymagana powierzchnia klap dymowych A K 2 0,5 2 2 M TT 2 ( ) o gd To AD MT gdzie: A K - powierzchnia czynna klap dymowych [m 2 ], A D - powierzchnia czynna otworów dolotowych [m 2 ], M - strumień masowy dymu [kg/s], d - głębokość podstropowej warstwy dymu [m], T o - temperatura otoczenia, przyjmowana jako 293 K. ρ - gęstość powietrza w temperaturze otoczenia, przyjmowana jako 1,2 kg/m 3, g - przyspieszenie ziemskie, 9,81 m/s 2, θ - przyrost temperatury warstwy dymu w stosunku do temperatury otoczenia [K], T - temperatura podstropowej warstwy dymu T= 293+ θ [K]. BS :2003

23 Temperatura graniczna 350 o C BS :2003

24 Czas do osiągnięcia pod stropem temp. 350 o C BS :2003

25 Minimalna powierzchnia klap dymowych Wg PN-B : d=0,9h A strefy = 2000 m 2 GP - 5 α = 5,5% A cz = 110 m 2 BS :2003

26 Symulacje CFD Oddymianie jest w stanie utrzymać temperaturę dymu poniżej wartości powodujących uszkodzenie konstrukcji dachu (przepalenie) tylko w pierwszym okresie trwania pożaru. Po tym czasie następuje przepalenie dachu w klasie E i ilość klap dymowych w pozostałej części budynku nie ma już znaczenia.

27 Symulacje CFD Jaki scenariusz pożaru jest najbardziej niekorzystny? Z punktu widzenia oceny warunków ewakuacji najbardziej niekorzystnym scenariuszem pożaru jest jego lokalizacja na poziomie posadzki. Z punktu widzenia oceny bezpieczeństwa konstrukcji obiektu najbardziej niekorzystnym scenariuszem pożaru jest jego lokalizacja na najwyższych poziomach regałów. Analizy powinny być przeprowadzane dla dwóch powyższych scenariuszy.

28 Symulacje CFD W celu prawidłowego odwzorowania przebiegu rozwoju pożaru konieczne jest założenie właściwej gęstości mocy pożaru i odwzorowanie zwiększającej się w czasie jego powierzchni. Rozkład zasięgu widzialności Rozkład temperatury

29 Przykład projektowy Założenia Konstrukcja hali w klasie odporności pożarowej E. Wysokość hali H=10,9 m, Wysokość składowania h= 4,8 m, Brak instalacji tryskaczowej, Magazyn tworzyw sztucznych Pożar szybki, System sygnalizacji pożarowej - czas wykrycia pożaru wynosi 80 s, Monitoring do PSP dojazd JRG po 420 s, Rozpoczęcie działań gaśniczych po 620 s, Powierzchnia czynna klap dymowych 30 m 2, Czas ewakuacji 365 s, q = 1250 kw/m 2 pożar przy posadzce, q = 3750 kw/m 2 pożar na regałach.

30 Symulacje CFD Oddymianie zapewnia utrzymanie warstwy dymu w przewidywanym czasie ewakuacji i rozpoczęcia działań gaśniczych na wysokości >5 m.

31 Symulacje CFD Temperatura zagrażająca konstrukcji dachu (350oC) może pojawić się ponad źródłem pożaru już w pierwszych minutach od jego rozpoczęcia

32 Wnioski Przyjęty w założeniach system wentylacji pożarowej zapewnia odpowiednie warunki ewakuacji w wyznaczonym czasie 6,1 min., istnieje jednak znaczne ryzyko przekroczenia dopuszczalnej temperatury gazów pożarowych w pobliżu elementów konstrukcyjnych obiektu, co należy wziąć pod uwagę przy podejmowaniu decyzji o wejściu ekip ratowniczych do płonącego budynku. Wyeliminowanie tego ryzyka jest możliwe poprzez zastosowanie w obiekcie stałych urządzeń gaśniczych wodnych.

33 Podsumowanie W przypadku braku instalacji tryskaczowej: Czynnikiem decydującym o możliwości ograniczenia rozwoju pożaru i uratowaniu obiektu PM jest szybkość wykrycia pożaru i odpowiednia reakcja służb ochrony obiektu i jednostek ratowniczo-gaśniczych. Wentylacja pożarowa jest w stanie utrzymać temperaturę dymu <350 o C tylko w stosunkowo krótkim czasie od początku rozwoju pożaru. W celu zwiększenia szans na uratowanie obiektu PM należy zapewnić: - Przeszkolenie personelu w zakresie reakcji na wypadek pożaru, - Monitoring do najbliżej jednostki PSP, - Odpowiednio krótki czas dojazdu dla jednostek PSP. Symulacje CFD w obiektach PM wymagają zwrócenia uwagi na prawidłowy dobór scenariuszy pożarowych i właściwe zdefiniowanie elementów mających wpływ na analizowane parametry pożaru.

34 Dziękuję za uwagę dr inż. Dariusz Ratajczak, dr inż. Dorota Brzezińska WIPOŚ PŁ, GRID;