Program DEHNsupport pomoc dla projektanta przy ocenie ryzyka ( część 1) Krzysztof Wincencik - DEHN Polska Czy poziom ochrony, jaki projektant obliczał na podstawie kryteriów zawartych w normie PN-IEC 61024-1-1, zawsze odzwierciedlał realne zagrożenie piorunowe dla obiektu? Czy dalej wystarczy tylko wyliczyć wskaźnik zagrożenia W dla obiektu na podstawie Normy PN-86/E-05003? Co zapisane zostało w opublikowanej (w roku 2008 i 2009) w języku polskim nowej europejskiej normie PN-EN 62305? W ostatnim latach w prasie technicznej pojawiło się szereg artykułów dotyczących problematyki wyznaczania poziomu ochrony urządzenia piorunochronnego [1]. Korzystając z zapisów normy PN-IEC 61024-1-1 przy wyborze poziomu ochrony, uwzględniane są dwa czynniki: wymiary obiektu oraz akceptowalną roczną częstość wyładowań piorunowych N C. Nie uwzględniamy w tym przypadku czynników związanych z konstrukcją i wyposażeniem obiektu. Powodowało to, że w przypadku obiektów o większych gabarytach otrzymywano I lub II poziom ochrony. Nie zawsze jednak otrzymany poziom ochrony może wynikać z rzeczywistego zagrożenia wyładowaniem piorunowym dla takich obiektów. Trochę więcej współczynników zawiera wzór na wskaźnik zagrożenia piorunowego obiektu W, który zawiera norma PN-86/E-05003. W tym przypadku nie otrzymujemy jednak informacji o klasie urządzenia piorunochronnego, a jedynie informację czy obiekt powinien, może lub nie musi posiadać urządzenia piorunochronnego. W artykule [2] autor stwierdził. że obliczanie stopni zagrożenia wykonywane na podstawie starczych dokumentów jest prostą rzeczą, a ponieważ starsze normy nie przestały być aktualne więc nic nie stoi na przeszkodzie aby się nimi posługiwać. Moim zdaniem należy się tutaj słowo komentarza, dotyczące samego sformułowania aktualności normy. Zgodnie z ustawą o normalizacji PKN wycofał z wykazu nrom aktualnych w roku 2009 i 2009 (z zastąpieniem lub bez zastąpienia ) wszystkie arkusze poprzednich norm dotyczących ochrony odgromowej tj. PN-/E-05003/ PN-IEC 61024, PN-IEC 61312 i od połowy roku 2009 na serwerze PKN jako jedyne normy dotyczące ochrony odgromowej figurują cztery arkusze normy PN-EN 62305. Norma ta jest ogólnoeuropejską normą ustanowioną przez CENELEC w roku 2006 przyjętą do stosowania przez wszystkie kraje Unii Europejskiej. Zgodnie z ustawą o normalizacji, gdzie zapisano,że stosowanie norm jest dobrowolne, faktu dezaktualizacji normy nie należy wiązać z prawnym zakazem stosowania normy wycofanej. Zbiór norm wycofanych nie jest bowiem zbiorem norm, których stosowanie jest zakazane.. Normy wycofane tym różnią się od norm aktualnych, że prezentują mniej nowoczesne rozwiązania - z punktu widzenia postępu naukowo-technicznego. [3]. I kolejne pytanie do autora artykułu [2],a co mają zrobić projektanci chcący wyjść poza ograniczenia starszych dokumentów np. dla budynku o wysokości 100 m? pozostaje im jednak chyba zastosować europejski standard. Nowa norma PN-EN 62305 ma zastosowanie do projektowania, instalowania, sprawdzania i konserwacji LPS w obiektach bez ograniczenia ich wysokości. Przed rozpoczęciem jakichkolwiek szczegółowych prac projektowych nad LPS, projektant ochrony odgromowej powinien zebrać podstawowe informacje dotyczące: funkcji, ogólnego planu, konstrukcji oraz lokalizacji obiektu. Gdzie urządzenie piorunochronne (LPS) nie zostało jeszcze sprecyzowane przez: upoważnioną instytucję, ubezpieczyciela lub nabywcę, tam projektant ochrony odgromowej powinien, na podstawie podanej w IEC 62305-2 procedury szacowania ryzyka, zdecydować, czy obiekt chronić za pomocą LPS, czy nie. W arkuszu nr 2 normy PN-EN62305-2 zawarto metodykę analizy i ocenę szkód piorunowych. Przyjęto tam, iż miarą zagrożenia piorunowego obiektu oraz skuteczności zastosowanych w obiekcie środków ochrony jest ryzyko spodziewanych szkód R. W normie podano zasady oszacowania ryzyka
powodowanego przez piorunowe wyładowania doziemne w obiektach budowlanych i w urządzeniach usługowych. Wyjaśniono podstawowe pojęcia i omówiono: metodę oceny ryzyka, kategorie i komponenty ryzyka dla obiektów i urządzeń usługowych, procedury oszacowania komponentów ryzyka i zasady ich grupowania. Standardowe procedury oszacowania i grupowania komponentów pozwalają dokonać wyboru właściwych środków ochrony i zredukować ryzyko do dopuszczalnego poziomu. Podczas analizy zagrożenie piorunowego projektant musi rozpatrzyć następujące rodzaje zagrożeń oraz uszkodzeń i strat: Prąd pioruna jest głównym źródłem uszkodzenia. Z uwagi na miejsce uderzenia zostały wyróżnione następujące źródła uszkodzeń : S 1 - bezpośrednie wyładowanie piorunowe w obiekt; S 2 - wyładowanie obok obiektu; S 3 - wyładowanie w urządzenie usługowe (instalacje wchodzące do budynku); S 4 - wyładowanie obok urządzenia usługowego. Wyróżniamy trzy podstawowe typy uszkodzeń, które mogą wystąpić jako skutek wyładowań piorunowych. D 1 - porażenie wywołane przez napięcia dotykowe i krokowe, D 2 - uszkodzenie fizyczne (zniszczenia mechaniczne, pożar, wybuch,, uwolnienie mat. chemicznych) wskutek przepływu prądu piorunowego oraz wystąpienia przeskoków iskrowych
D 3 - awarie systemów elektrycznych i elektronicznych na skutek oddziaływania LEMP. Każdy typ uszkodzenia, sam lub w kombinacji z innymi, może wytwarzać różne straty pośrednie w poddawanym ochronie obiekcie. Typ straty, jaka może wystąpić, zależy od właściwości samego obiektu i jego zawartości. Należy wziąć pod uwagę następujące typy strat. Typy strat powiązanych z obiektem budowlanym: L 1 - utrata życia ludzkiego; L 2 - utrata usługi publicznej; L 3 - utrata dziedzictwa kulturowego; L 4 - utrata wartości ekonomicznej (obiektu i jego zawartości, urządzenia usługowego i jego aktywności). Straty L1, L2 i L3 mogą mieć wymiar społeczny, strata L4 może być rozpatrywana jako strata czysto gospodarcza. Należy również rozważyć dwa typy strat powiązanych z urządzeniem usługowym (instalacją): L 1 - utrata usługi publicznej; L 4 - utrata wartości ekonomicznej. W myśl zapisów normy PN-EN 62305 ryzyko R jest wartością prawdopodobnych średnich rocznych strat ( istot żywych oraz dóbr materialnych) jakie powstały wskutek oddziaływania pioruna.. Dla każdego typu straty, jaka może wystąpić w obiekcie lub w urządzeniu usługowym, powinna być wyznaczona stosowna wartość ryzyka. Ryzyka, poddawane ocenie w obiekcie, mogą być następujące: R 1 : ryzyko utraty życia ludzkiego; R 2 : ryzyko utraty usługi publicznej; R 3 : ryzyko utraty dziedzictwa kulturowego; R 4 : ryzyko utraty wartości ekonomicznej. Ryzyka, poddawane ocenie w urządzeniu usługowym, mogą być następujące: R 2 : ryzyko utraty usługi publicznej;
R 4 : ryzyko utraty wartości ekonomicznej. Aby wyznaczyć wartość ryzyka R, należy zdefiniować i obliczyć stosowne jego komponenty (ryzyka częściowe, zależne od źródła i typu uszkodzenia). Każde ryzyko R jest sumą jego komponentów. Obliczając ryzyko, można pogrupować jego komponenty wg źródła uszkodzenia i wg typu uszkodzenia. Rys.1 Zestawienie komponentów ryzyka R X w zależności od źródła uszkodzenia Obiekt poddawany rozważaniom pod kątem zarządzania ryzykiem obejmuje: sam właściwy obiekt; instalacje w obiekcie; zawartość obiektu; osoby w obiekcie lub przebywające w strefie do 3 m na zewnątrz obiektu; środowisko podległe wpływom uszkodzenia obiektu. Ochrona nie obejmuje przyłączonych do obiektu zewnętrznych urządzeń usługowych ( instalacji). Poddawany rozważaniom obiekt może być podzielony na kilka stref na zewnątrz i wewnątrz. W tym przypadku obiekt jest dzielony na wiele stref ZS. Ryzyko dotyczące tego obiektu jest sumą ryzyk związanych z wszystkimi jego strefami, a w każdej z nich ryzyko jest sumą wszystkich stosownych jego komponentów. Możliwość podziału obiektu na strefy jest korzystna z ekonomicznego punktu widzenia, gdyż pozwala zredukować całkowite koszty ochrony odgromowej. Taki podział pozwala projektantowi, przy wyznaczaniu wartości komponentów ryzyka, uwzględnić szczególne właściwości każdej części obiektu i wybrać najbardziej odpowiednie i dostosowane strefami środki. Uwzględnienie wszystkich powyższych czynników do obliczenia komponentów ryzyka związanego z oddziaływaniem wyładowań na obiekt budowlany wymaga od projektanta przeprowadzenia szeregu obliczeń. Przykład właściwości obiektu budowlanego, jaki m.in. należy uwzględnić podczas analizy ryzyka pokazano na rys 2.
Rys. 2. Właściwości poszczególnych elementów obiektu, jakie należy uwzględniać podczas analizy ryzyka zgodnie z PN-EN 62305-2. Norma podaje, że zdarzeniami, które mogą być uznane za groźne dla poddawanego ochronie obiektu, są: wyładowania w obiekt, wyładowania obok obiektu, wyładowania w urządzenie usługowe wchodzące do obiektu, wyładowania obok urządzenia usługowego wchodzącego do obiektu, wyładowania w obiekt, do którego jest przyłączone urządzenie usługowe. Stąd też inaczej niż w przypadku poprzednich norm należy obliczać zastępczą powierzchnię zbierania A d. W przypadku pojedynczego obiektu budowlanego należy uwzględnić powierzchnię przedstawioną na rys.3.
Rys.3. Powierzchnia zbierania uwzględniania dla pojedynczego obiektu budowlanego. Tak więc przystępują do analizy ryzyka należy przy tym przestrzegać następującej procedury: - najpierw należy z identyfikować obiekt poddawany ochronie obiektu i scharakteryzować jego budowę i wyposażenie; następnym krokiem jest identyfikacja wszystkich typów strat w obiekcie i odpowiedniego ryzyka R (R1 do R4); później należy wyznaczyć wartości ryzyka R dla każdego typu straty (R1 do R4); a na koniec dokonać oceny potrzeby ochrony przez porównanie wyliczonego ryzyka R1, R2 i R3 dla obiektu z wartością tolerowanego ryzyka RT; W normie PN-EN 62305-2 podano reprezentatywne wartości tolerowanego ryzyka R T, gdzie wyładowania piorunowe powodują utratę życia ludzkiego lub utratę dóbr socjalnych lub kulturowych. Wartości te odpowiednio wynoszą: R1 - Utrata życia ludzkiego lub trwałe porażenie R T = 10 5 R2- Utrata usług publicznych R T = 10 3 R2- Utrata dziedzictwa kulturowego R T = 10 3
Na koniec pozostaje jeszcze dokonanie oceny efektów ekonomicznych zastosowanej ochrony przez porównanie kosztów strat całkowitych bez i z zastosowanymi środkami ochrony. W tym przypadku, w celu oceny kosztów projektant musi jeszcze oszacować dla obiektu komponenty ryzyka R4. Tak więc analiza ryzyka w przypadku rozbudowanego, wielostrefowego obiektu może wymagać od projektanta szeregu prostych ale pracochłonnych obliczeń, wymagających uwzględnienia dużej ilości współczynników. Aby wspomóc pracę projektantów, firma DEHN+SÖHNE opracowała program DEHNsupport pozwalający na kompleksową ocenę ryzyka dola obiektu zgodnie z zapisami normy PN-EN 62305-2. Program pozwala na dokonanie analizy ryzyka dla trzech obiektów o różnym stopniu złożoności konstrukcyjnej - można dokonać oceny ryzyka dla: pojedynczego budynku o prostej bryle - prostopadłościan, pojedynczy budynek wyposażony w maszt, układ budynku/ów prostopadłościennych. Szczególnie warty omówienia jest trzeci z możliwych układów obliczeniowych. Pozwala on na określenie ryzyka dla rozbudowanych obiektów posiadających części o rożnej wysokości. (np. kompleks budynków z centrum handlowym). Po wprowadzeniu danych związanych z geometrią budynku oraz uwzględnieniem wchodzących do obiektu instalacji i po wyznaczeniu stref ochrony odgromowej (LPZ) projektant otrzymuje informację o stanie zagrożenia i na tej podstawie może przystąpić do doboru środków pozwalających zmniejszyć poszczególne ryzyka: R1 - ryzyko utraty życia ludzkiego, R2 - ryzyko utraty usługi publicznej, R3 - ryzyko utraty dziedzictwa kulturowego, R4 - ryzyko utraty wartości ekonomicznej poniżej przyjętej w normie wartości tolerowanej ryzyka R T. Dobierając poszczególne środki ochrony zastosowane w obiekcie (instalacja piorunochronna, instalacja przeciwpożarowa, skoordynowany układ SPD), można na bieżąco śledzić ich wpływ na zmniejszanie poszczególnych komponentów ryzyka. W trakcie wykonywanej analizy cały czas możliwy jest również podgląd wartości liczbowych poszczególnych komponentów ryzyka oraz przyjętych do obliczeń współczynników związanych z lokalizacją i wyposażeniem obiektu. Z obliczeń uzyskuje się wielostronicowy raport prezentujący - oprócz uzyskanego wyniku końcowego - również wartości poszczególnych komponentów ryzyka. Uzupełnieniem do programu są trzy dodatkowe moduły obliczeniowe (arkusze kalkulacyjne) wspomagające projektanta w następujących zagadnieniach: obliczanie kąta ochrony i strefy chronionej dla urządzeń chroniony poprzez system zwodów pionowych, obliczanie odstępu izolacyjnego s dla urządzeń na dachu budynku, obliczanie systemu uziomów. Więc informacji na temat możliwości obliczeniowych programu DEHNsupport podane zostanie w kolejnej części artykułu w następnym numerze biuletynu.
Rys.4. Modułu składowe programu DEHNsupport Literatura: [1] Sowa A.: Zmiany w podejściu do oceny zagrożenia piorunochronnego obiektów budowlanych, Biuletyn INPE 98-99/2007 [2] Strzyżewski J.: Sytuacja prawna w normalizacji dotyczącej ochrony odgromowej Elektroinstalator 1/2010 [3] Dział FAQ na stronie internetowej PKN : Najczęściej zadawane pytania www.pkn.pl [4] PN-EN 62305-2:2006. Ochrona odgromowa - Część 2: Zarządzanie ryzykiem