WĘGRZYŃSKI Wojciech 1 KRAJEWSKI Grzegorz 2 Próby z gorącym dymem jako narzędzie w procesie regulacji i odbioru systemów bezpieczeństwa pożarowego tuneli drogowych WSTĘP Projektowanie systemów bezpieczeństwa pożarowego obwarowane jest licznymi wymaganiami ze strony przepisów techniczno-budowlanych, wymagań licznych i rozbudowanych norm projektowych czy koniecznością nadzoru nad projektem przez Rzeczoznawcę ds. zabezpieczeń p.poż. Dobry projekt nie jest jednak gwarantem skutecznego działania systemów w czasie pożaru. Systemy bezpieczeństwa pożarowego muszą ze sobą w pełni współpracować, w szczególności mowa tu o wszystkich systemach automatyki pożarowej sterowanych z poziomu systemu sygnalizacji pożaru w tunelu. Współpraca ta, opisana w scenariuszu pożarowym dla obiektu oraz matrycy sterowań, może zostać sprawdzona podczas tzw. prób z gorącym dymem. Poza ogólną oceną systemu detekcji pożaru czy oceną poprawności realizacji sterowań automatyki pożarowej, w trakcie próby z gorącym dymem szczególnie wnikliwej ocenie podlegają systemy wentylacji pożarowej tunelu. Dzięki wnioskom z przeprowadzonych prób możliwa jest ostateczna regulacja systemów tak, aby spełniały stawiane im cele. 1 UWARUNKOWANIA FORMALNO-PRAWNE PRÓB ODBIOROWYCH Akty wykonawcze do Ustawy Prawo Budowlane [1] nakładają na inwestora obowiązek powiadomienia organów państwa, w tym Państwową Straż Pożarną (PSP), o zakończeniu budowy obiektu budowlanego i zamiarze przystąpienia do jego użytkowania. Obiekty w stosunku, do których PSP ma prawo zająć stanowisko są wyszczególnione w rozporządzeniu [2]. Są to m.in.: 1. garaż wielopoziomowy oraz garaż zamknięty o więcej niż 10 stanowiskach postojowych; 2. obiekt budowlany objęty obowiązkiem wykonania systemu sygnalizacji pożarowej, stałych urządzeń gaśniczych lub dźwiękowego systemu ostrzegawczego; 3. parking przeznaczony dla pojazdów przewożących towary niebezpieczne; 4. tunele o długości ponad 100 m. Sposób prowadzenia testów odbiorowych przez funkcjonariuszy PSP regulowany jest w ustawie o ochronie przeciwpożarowej [3] oraz o ustawie o Państwowej Straży Pożarnej [4]. W trakcie czynności kontrolno-rozpoznawczych PSP ocenia m.in., czy sprzęt, urządzenia pożarnicze i ratownicze oraz środki gaśnicze zapewniają skuteczną ochronę przeciwpożarową. Ponadto oceniana jest zgodność z wymaganiami ochrony przeciwpożarowej rozwiązań technicznych zastosowanych w obiekcie budowlanym i zgodność wykonania obiektu budowlanego z projektem budowlanym. Jednym z zagadnień wymagających udokumentowania w czasie odbioru obiektu przez PSP jest skoordynowanie działania instalacji wentylacji pożarowej z innymi systemami bezpieczeństwa pożarowego w obiekcie budowlanym [5]. Przed zgłoszeniem zamiaru przystąpienia do użytkowania obiektu ważne jest przeprowadzenie odbiorów inwestorskich, potwierdzających spełnienie przez instalacje w obiekcie oczekiwań inwestora. Zarówno w przypadku formalnych odbiorów organów państwa jak i własnej kontroli inwestora czy wykonawcy, narzędziem pozwalającym ocenić wykonanie instalacji zgodnie z projektem i wymaganiami dokumentów i norm stanowiących podstawę projektu, skuteczność jej działania oraz poprawność współdziałania z pozostałymi systemami bezpieczeństwa pożarowego w 1 Instytut Techniki Budowlanej, Zakład Badań Ogniowych, ul. Ksawerów 21, 02-656 Warszawa, w.wegrzynski@itb.pl 2 Instytut Techniki Budowlanej, Zakład Badań Ogniowych, ul. Ksawerów 21, 02-656 Warszawa, g.krajewski@itb.pl 10970
obiekcie są próby z gorącym dymem. Widok przykładowej próby z gorącym dymem w tunelu przeznaczonym dla ruchu tramwajów przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Próba z gorącym dymem w tunelu Krakowskiego Szybkiego Tramwaju 2 METODY PROWADZENIA PRÓB Z GORĄCYM DYMEM Ogólne procedury prowadzenia testów z gorącym dymem opisano w wytycznych australijskich [6], które opracowano na podstawie wyników badań Adelaide Fire Safety Research Unit działającej w ramach Uniwersytetu w Adelaidzie we współpracy z SouthAustralian Metropolitan Fire Service i CSIRO w latach od 1986 do 1995 [6]. Norma podaje zalecenia dotyczące doboru źródła ciepła dla różnego rodzaju obiektów budowlanych. Wymiary źródeł zmieniają się w zakresie od 0,03 m² do 2,00 m². Testy opisywane w dokumencie znajdują zastosowanie w ocenie skuteczności działania systemów wentylacji pożarowej, ocenie scenariusza pożarowego oraz w ograniczonym zakresie grubości warstwy dymu. Testy nie pozwalają oceniać zasięgów widzialności w dymie, lub oddziaływania pożaru na budynek i jego instalacje. Podobną procedurę testów weryfikacyjnych systemów wentylacji pożarowej przedstawiono w wytycznych VDI 6019 Blatt 1: IngenieurverfahrenzurBemessung der RauchableitungausGebäudenBrandverläufe, Überprüfung der Wirksamkeit[7]. Wytyczne te zakładają wizualizację przepływów w kubaturach poprzez wytworzenie konwekcyjnego strumienia gorącego powietrza oraz wprowadzenie do niego aerozoli znacznikowych. Źródło pożaru powinno być umiejscowione i zwymiarowane w taki sposób aby jak najlepiej odwzorować warunki rzeczywistego pożaru bez stwarzania zagrożeń dla konstrukcji budynku bądź osób obecnych w garażu w czasie próby. Inną metodologię prowadzenia prób z gorącym dymem, stosowaną wyłącznie w tunelach, przedstawiono w dokumencie RVS 09.02.31 [8]. Dokument ten zawiera wytyczne prowadzenia testów z wykorzystaniem paliw które w czasie spalania generują dym o wysokiej zawartości sadzy. Wymagana powierzchnia pożaru to 2,00 m² i jest ona osiągana poprzez wykorzystanie dwóch tac o powierzchni 1,00 m² wysokich na 50 do 80 centymetrów zlokalizowanych obok siebie. Każda z tac powinna być wypełniona mieszaniną paliw w proporcji 5,00 dm³ benzyny i 20,00 dm³ oleju napędowego. Wskazanym celem prowadzenia testów jest ocena skuteczności działania wyposażenia 10971
bezpieczeństwa tunelu w czasie pożaru, ocena scenariusza pożarowego i w ramach potrzeb dostosowanie go do najnowszego stanu wiedzy w zakresie bezpieczeństwa pożarowego oraz przeprowadzenie ćwiczeń jednostek straży pożarnej i personelu zarządzającego tunelem w sytuacji realnego zagrożenia. Testy powinny być prowadzone w zamkniętym dla ruchu obiekcie pod nadzorem Straży Pożarnej. W przypadku tuneli o skomplikowanym kształcie (np. z drogami dojazdowymi lub skrzyżowaniami) lub dla dużych mocy pożaru, skuteczność działania systemów bezpieczeństwa pożarowego w obiekcie może być zweryfikowana dodatkowo poprzez wykonanie analiz CFD. Zasadniczą wadą przedstawionej metodologii jest wykorzystanie gęstego dymu o dużej zawartości sadzy, przez co po przeprowadzeniu próby niezbędne jest czyszczenie tunelu oraz instalacji w nim zainstalowanych. Widok próby ze źródłem ciepła i dymu o dużej zawartości sadzy przedstawiono na rysunku 2. Rys. 2. Próba z gorącym dymem wg metody RVS 09.02.31 przeprowadzona przez TU Graz w maju 2014 r Metoda wykorzystywana przez Instytut Techniki Budowlanej jest niejako hybrydą powyższych metodologii, tzn. łączy zalety czystych prób ze źródłem pożaru o dużej mocy według metody australijskiej z metodą jakościowej oceny wyników próby o dużej użyteczności dla organów administracyjnych i funkcjonariuszy Straży Pożarnej, podobną dla metodologii austriackiej.zestaw urządzeń do prowadzenia prób 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[9].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 do 1 MW. Bezpośrednio przed rozpoczęciem testu z wykorzystaniem gorącego dymu uruchomiana jest instalacja wentylacji bytowej, do momentu ustabilizowania się przepływów powietrza w badanej strefie. 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 oraz uruchamianie pozostałych generatorów dymu. Mierzony jest czas od rozpoczęcia próby do detekcji pożaru przez system sygnalizacji pożaru w obiekcie. W przypadku tuneli wyposażonych w liniową czujkę temperatury dopuszczalne jest wykorzystanie dodatkowego punktowego źródła ciepła w celu jej wzbudzenia. 10972
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 średnio od 12 do 20 minut [10]. 3 ELEMENTY BADANE W CZASIE PRÓB W trakcie testów obserwuje się działanie wszystkich elementów automatyki pożarowej w tunelu, takich jak bramy pożarowe, automatyczne kurtyny dymowe, przeciwpożarowe klapy odcinające, dźwiękowy system ostrzegawczy czy oświetlenie awaryjne i ewakuacyjne. Powiązania pomiędzy systemami przedstawiono w sposób schematyczny na rysunku 3. Szczegółową listę zagadnień weryfikowanych w trakcie próby z gorącym dymem w tunelu drogowym przedstawiono poniżej [11]: poprawność wykrycia pożaru w określonym czasie; wywołanie określonych sterowań przez system sygnalizacji pożaru zgodnie z przyjętym scenariuszem rozwoju zdarzeń w czasie pożaru, w tym w szczególności: powiadomienie służb ratowniczych i obsługi tunelu o zajściu; sygnał zamknięcie drzwi i bram pożarowych; sygnał uruchomienia systemów różnicowania ciśnień (zabezpieczeń przed zadymieniem); sygnał uruchomienia oświetlenia awaryjnego i ewakuacyjnego; sygnał uruchomienia systemu powiadamiania (Dźwiękowy System Ostrzegawczy, systemy radiowe, systemy optyczne); sygnał zatrzymania wentylacji bytowej tunelu; sygnał uruchomienia systemu wentylacji pożarowej; zatrzymanie ruchu w wymaganym obszarze (kierunku); odseparowanie naw tunelu od siebie poprzez zamknięcie drzwi, bram i wszelkich przejść pomiędzy nawami, wraz z uruchomieniem systemów różnicowania ciśnienia pomiędzy nawami, jeżeli takie zastosowano; zadziałanie systemu wentylacji pożarowej w wymaganym kierunku działania dla scenariusza odpowiadającemu miejscu detekcji pożaru, włączając w to zatrzymanie systemu wentylacji bytowej, zamknięcie lub otwarcie klap i następnie uruchomienie wentylatorów wyciągowych, nawiewnych i strumieniowych; uruchomienie narzędzi kontroli nad ruchem pojazdów oraz nad procesem ewakuacji, obejmujących system powiadamiania o zdarzeniu (dźwiękowy, optyczny, radiowy) oraz zamknięcie tunelu dla ruchu do chwili odwołania zagrożenia. 10973
Pożar Detekcja lub ROP Instalacja tryskaczowa Sygnał z ZKA System Sygnalizacji Pożaru Zatrzymanie wentylacji bytowej Alarm I stopnia Kurtyny dymowe Nawiew powietrza kompensacyjnego Wyciąg pożarowy Po upłynięciu czasu na potwierdzenie Oddzielenia ppoż. Monitoring PSP Alarm II stopnia Ewakuacja (DSO) Rys. 3. Schemat powiązań pomiędzy systemami bezpieczeństwa pożarowego w tunelu drogowym [10] W szczególnych przypadkach w czasie próby z gorącym dymem możliwe jest także uruchomienie stałych urządzeń gaśniczych wodnych, jednak z uwagi na niewielką moc pożaru w czasie próby z gorącym dymem nie jest możliwa ocena ewentualnej skuteczności działania takiego systemu. Rys. 4. Próba z gorącym dymem na przystanku Dworzec Główny w tunelu Krakowskiego Szybkiego Tramwaju W przypadku prób w drogowych tunelach komunikacyjnych rozważa się dwa rodzaje próby z gorącym dymem: a) próba ze stacjonarnym źródłem ognia i dymu; 10974
b) próba z poruszającym się źródłem ognia i dymu (tylko w tunelach wyposażonych w system detekcji pożaru który jest w stanie wykryć poruszające się źródło ciepła). Przed wykonaniem prób z gorącym dymem systemy bezpieczeństwa pożarowego w obiekcie powinny zostać zbadane w czasie tzw. prób wstępnych. Próby wstępne powinny obejmować uruchomienie systemu w każdym przewidzianym scenariuszu działania instalacji w każdej ze stref detekcji, weryfikację zgodności uruchomienia elementów systemu z przyjętym scenariuszem oraz przeprowadzenie pomiarów prędkości przepływu powietrza na poszczególnych elementach instalacji. Wszystkie pomiary powinny być potwierdzone odpowiednimi protokołami, a wartości zmierzone porównane z wartościami projektowymi oraz wartościami w przedstawionych protokołach regulacji instalacji. Wartości prędkości przepływu powietrza i wydajności zmierzone w czasie wstępnych prób nie powinny odbiegać od przyjętych w projekcie oraz przeprowadzonych analizach CFD o więcej niż 10%. Czas uruchomienia poszczególnych elementów systemu nie powinien różnić się o więcej niż 30s od wartości przedstawionych w projekcie, przy czym niedopuszczalnym jest zmiana kolejności uruchomienia urządzeń względem zapisanej w projekcie. W uzasadnionych przypadkach możliwe jest odstąpienie od prowadzenia prób wstępnych i bezpośrednie przejście do prowadzenia prób z gorącym dymem, przy czym osoba podejmująca taką decyzję powinna mieć świadomość, iż błędne zadziałanie systemu w czasie próby z gorącym dymem wymaga jej powtórzenia, co może generować znaczne koszty. 4 SPOSOBY OCENY SKUTECZNOŚCI DZIAŁANIA SYSTMEÓW AUTOMATYKI POŻAROWEJ W zakresie oceny skuteczności działania systemu sygnalizacji pożaru i realizowanych sterowań w trakcie próby z gorącym dymem prowadzone są obserwacje działania poszczególnych elementów systemu oraz pomiar czasu po jakim to zadziałanie nastąpiło. Ważnym jest, aby kolejność uruchamiania się urządzeń była zachowana, gdyż w przeciwnym wypadku istnieje duże ryzyko poważnej awarii np. klap pożarowych lub wentylatorów wyciągowych. Systemem którego działanie oceniane jest w szczególny sposób jest system wentylacji pożarowej.w trakcie próby z gorącym dymem powinny zostać przeprowadzona ocena poprawności uruchomienia poszczególnych elementów systemu wentylacji pożarowej, w tym w szczególności wentylatorów strumieniowych, a także pomiary wydajności punktów nawiewnych i wyciągowych, prędkości napływu powietrza kompensacyjnego oraz w pobliżu źródła ciepła i dymu. Kryteriami skuteczności działania systemu wentylacji pożarowej możliwymi do oceny w próbach z gorącym dymem są [11]: a) utrzymanie dymu w warstwie podstropowej w czasie niezbędnym na ewakuację osób lub innym określonym w projekcie systemu wentylacji pożarowej, co obrazowo przedstawiono na rysunku 5. b) ocena prędkości napływającego powietrza kompensacyjnego i porównanie z obliczoną wartością prędkości krytycznej przepływu powietrza dla pożaru o pełnej mocy; c) ograniczenie rozprzestrzeniania się dymu do obszaru w którym prowadzona jest próba i ciepła dostęp do źródła pożaru; d) uruchomienie się wszystkich elementów systemu samoczynnie, w kolejności przewidzianej w projekcie systemu bez opóźnień. 10975
Rys. 5. Utrzymanie dymu pod stropem badanego tunelu metra Próby z gorącym dymem należy przeprowadzić w każdej ze stref dymowych tunelu, w reprezentatywnych lokalizacjach. Jeżeli dla danej strefy dymowej prowadzona była analiza CFD, lokalizacja źródła ciepła i dymu w tej strefie powinna być zbieżna z lokalizacją źródła w symulacji. Wyniki próby powinny być porównane z wynikami symulacji w szczególności, w zakresie ograniczenia rozprzestrzeniania się dymu w obiekcie. 5 DOKUMENTACJA PRÓB Z GORĄCYM DYMEM Po każdej z przeprowadzonych prób z gorącym dymem należy sporządzić raport w skład którego powinno wchodzić conajmniej: opis budynku z syntetycznym opisem systemu wentylacji pożarowej i jego scenariuszami działania; scenariusz prowadzenia próby wraz z dokładnym opisem źródła pożaru i sekwencją uruchamiania wchodzących w jego skład elementów; informacje o lokalizacji próby, warunkach na zewnątrz i wewnątrz badanego tunelu, datę i godzinę rozpoczęcia i zakończenia próby; formularz potwierdzający działanie lub wskazujący nieprawidłowe działanie wszystkich ocenianych elementów automatyki pożarowej, wraz ze wskazaniem czasu uruchomienia poszczególnych elementów; ocenę spełnienia kryteriów skutecznego zadziałania; wyniki przeprowadzonych pomiarów wraz z porównaniem otrzymanych wartości z wartościami przedstawionymi w protokole regulacji systemu oraz założeniami projektu systemu wentylacji pożarowej tunelu; dokumentację fotograficzną lub zapis audiowizualny przeprowadzonej próby. 10976
WNIOSKI Próby z gorącym dymem stanowią doskonałe narzędzie służące weryfikacji skuteczności działania systemów bezpieczeństwa pożarowego w tunelach komunikacyjnych, ze szczególnym uwzględnieniem systemów wentylacji pożarowej. Próby takie powinny być prowadzone przed oddaniem tunelu do użytkowania, a ich skutkiem powinno być potwierdzenie wykonania badanych instalacji wentylacji pożarowej, sygnalizacji pożaru i innych powiązanych instalacji zgodnie z projektem oraz wymaganiami norm i dokumentów stanowiących podstawę projektu. Próby z gorącym dymem mogą mieć charakter stacjonarny lub mobilny, przez co dają także możliwość zbadania skuteczności działania najnowocześniejszych systemów detekcji pożaru które pozwalają ustalić czy źródło pożaru przemieszcza się. Streszczenie W artykule przedstawiono problematykę odbioru i regulacji systemów bezpieczeństwa pożarowego w drogowych tunelach komunikacyjnych. Jako obiekty o szczególnym znaczeniu wszystkie tunele o długości powyżej 100 m przed uzyskaniem zgody na użytkowanie muszą uzyskać pozytywną opinię Nadzoru Budowlanego, która w dużej mierze zależy od opinii Państwowej Straży Pożarnej. Ocena systemów bezpieczeństwa pożarowego w obiekcie dokonywana przez funkcjonariuszy PSP możliwa jest podczas tzw. prób z gorącym dymem. Próby te stanowią bezpieczne dla obiektu odwzorowanie zjawiska pożaru w jego przestrzeni, dzięki czemu możliwa jest wnikliwa analiza skuteczności detekcji pożaru, realizacji zapisów scenariusza pożarowego oraz ocena skuteczności funkcjonowania systemów np. wentylacji pożarowej tunelu. W trakcie próby generowany jest konwekcyjny strumień gorącego powietrza do którego wprowadzany jest odporny na wysoką temperaturę aerozol znacznikowy, którego dalsze rozprzestrzenianie się w obiekcie jest przedmiotem jakościowej oceny. Próby tego typu pozwalają na wykrycie błędów w sterowaniach i regulacji poszczególnych systemów oraz na wykrycie ewentualnych nieprawidłowości w ich współpracy. Hot smoke tests as a tool in regulation and commissioning of fire safety systems in road tunnels Abstract In the article the authors present the topic of commissioning and regulation of fire safety systems in road tunnels. As construction works that are considered as high risk, road tunnels longer than 100 m have to go through in-depth commissioning before they are open for public. This commissioning is performed by both building authorities and State Fire Service. Assessment of systems performance performed by State Fire Service can be completed during so called Hot Smoke Tests. Such tests are an attempt of simulating a real full scale fire in the building, but in a way that will not endanger the construction nor installations. During such tests in depth evaluation of the fire scenario, regulation of the installations or assessment of i.e. fire ventilation performance is possible. During the test a hot convective flow of air is generated, and marking gas introduced into it. Spread of this gas is analyzed, and the observations made allow forming conclusions. Such tests allow to find software and hardware errors in the systems, as well as possible problems with communications between devices. BIBLIOGRAFIA 1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane, z późniejszymi zmianami. 2010 2. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 16 lipca 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie uzgadniania projektu budowlanego pod względem ochrony przeciwpożarowej 3. Ustawa z dnia 24 sierpnia 1991 roku o ochronie przeciwpożarowej, z późniejszymi zmianami. 1991 4. Ustawa z dnia 24 sierpnia 1991 roku o Państwowej Straży Pożarnej, z późniejszymi zmianami. 1991 10977
5. Sztarbała G., Węgrzyński W., Krajewski G., Głąbski P., Projektowanie systemów wentylacji pożarowej w obiektach budowlanych. Kurs organizowany przez Zakład Badań Ogniowych. Warszawa : Instytut Techniki Budowlanej, 2011 6. AS 2665-2001: Smoke/heat venting systems Design, installation and commissioning 7. VDI 6019 Blatt 1 IngenieurverfahrenzurBemessung der RauchableitungausGebäudenBrandverläufe, Überprüfung der Wirksamkeit. 2006. 8. RVS 09.02.31 Tunnel Ventilation - Basic Principles, 2008 9. G. Sztarbała, W. Węgrzyński, G. Krajewski.: Zastosowanie gorącego dymu do oceny skuteczności działania systemów bezpieczeństwa pożarowego podziemnych obiektów, Konferencja Bezpieczeństwo Podziemne i Bezpieczeństwo w Komunikacji Drogowej i Infrastrukturze Miejskiej, Kraków 2012 10. G. Sztarbała, W. Węgrzyński, G. Krajewski.: Wykorzystanie metody gorącego dymu do oceny skuteczności funkcjonowania systemów bezpieczeństwa pożarowego w obiektach budowlanych, Konferencja Bezpieczeństwo Pożarowe Obiektów Budowlanych, Warszawa 2012 11. Węgrzyński W., Krajewski G., Sztarbała G., Kamień Milowy 3 Opracowanie wytycznych i procedur projektowania systemów wentylacji pożarowej podziemnych obiektów komunikacyjnych oraz środków ewakuacji, POIG.01.01.02-10-106/09-04, Warszawa 2012 10978