Systemy wentylacji pożarowej tuneli drogowych Problem pożarów w tunelach drogowych w Polsce do niedawna nie występował, ze względu na niewielką liczbę takowych obiektów inżynierskich. W ciągu ostatnich pięciu lat można zaobserwować wyraźne ożywienie w tej dziedzinie. W dniu 30 sierpnia 2003 roku został oddany do użytku tunel Zagłębienie Wisłostrady w Warszawie, w ubiegłym roku tunel śródmiejskiej obwodnicy zachodniej w Bielsko-Białej i tunel pod katowickim rondem. Obecnie w fazie realizacji lub w fazie projektowania znajdują się kolejne tunele. Wydane w 2000 roku rozporządzenie ministra transportu i gospodarki morskiej w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadaæ drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie [ 1 ], w sposób bardzo ogólnikowy reguluje sprawy związane z wentylacją pożarową tuneli, tzn. przez umieszczenie wymagania przystosowania wentylatorów do oddymiania w przypadku pożaru". W rozporządzeniu tym bardziej szczegółowo zostały ujęte przepisy dotyczące wymiany powietrza w przestrzeni tunelu ze względu na zagrożenie przekroczenia dopuszczalnego stężenia zanieczyszczeń w powietrzu. Należy wspomnieć, że Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia 2004 r., w sprawie minimalnych wymagań bezpieczeństwa dla tuneli w transeuropejskiej sieci drogowej [2] ma na celu zapewnienie minimalnego poziomu bezpieczeństwa użytkowników dróg w tunelach w transeuropejskiej sieci drogowej poprzez zapobieganie krytycznym zdarzeniom, które mogą zagrażać ludzkiemu życiu, środowisku i instalacjom tunelowym, jak również poprzez zapewnienie ochrony w razie wypadków. Ma ona zastosowanie do wszystkich tuneli w ramach transeuropejskiej sieci drogowej, mających długość ponad 500 metrów, znajdujących się w eksploatacji, w trakcie budowy lub na etapie projektowania. W pkt. 2.9. tej Dyrektywy zawarte są wymagania dotyczące systemów wentylacji mechanicznej.
W tabeli 1 przedstawiono fragment tabeli z Załącznika nr 1 do Dyrektywy, zawierającej skrót minimalnych wymagań dla tuneli drogowych w ramach transeuropejskiej sieci drogowej. Pożary w tunelach - przyczyny i... poprawa bezpieczeństwa Analizując dane z tabeli 2, można wskazać na kilka źródeł pożarów. Pierwszym, stanowiącym około 50% pożarów, jest kolizja. Zazwyczaj były to kolizje z samochodem jadącym w przeciwnym kierunku, ale zdarzały się także kolizje z poprzedzającym pojazdem, czy też ze ścianą tunelu.
Drugim znaczącym źródłem pożarów są pożary silnika i skrzyni biegów. Konsekwencje, jakie niosą ze sobą pożary w tunelach drogowych ograniczają się w najlepszym przypadku do zniszczeń obudowy tunelu na pewnym odcinku. Nierzadko jednak w wyniku tych wydarzeń następstwem jest utrata ludzkiego życia. W celu poprawy bezpieczeństwa użytkowania tego typu podziemnych obiektów komunikacyjnych specjaliści z wielu krajów, w tym Polski, skoncentrowali swoje wysiłki na opracowaniu pewnych procedur projektowania, wykonawstwa, odbioru i użytkowania tego typu obiektów. Jednym z wielu aspektów rozważanych w ramach europejskich projektów badawczych, takich jak: UPTUN (Upgrading Tunnels), FIT (Fire in Tun-nel), SafeT (Safe Tunnel), SIRTAKI (Safe-ty Improvement in Road and rail Tunnels using Advanced information technologies and Knowledge Intensive decision support models) oraz DARTS (Durable and Relia-ble Tunnel Structures), była poprawa poziomu szeroko rozumianego bezpieczeństwa pożarowego. Wcześniej wspomniana Dyrektywa Parlamentu Europejskiego jest jednym z efektów prowadzonych prac. Doświadczenia zebrane w czasie realizacji wyżej wymienionych projektów są prezentowane
między innymi na konferencjach związanych z bezpieczeństwem tuneli drogowych. Konferencja taka miała miejsce w dniu 2 października 2006 r. w Warszawie - Sympozjum Bezpieczeństwa Przeciwpożarowego w Tunelach Samochodowych, Kolejowych i Metra. Systemy wentylacji pożarowej tuneli drogowych W przypadku tuneli drogowych, cel stosowania systemów wentylacji pożarowej jest wyraźnie zdefiniowany. Zaprojektowany system wentylacji ma za zadanie odprowadzaæ dym, gorące gazy pożarowe oraz toksyczne produkty spalania w celu umożliwienia ewakuacji ludzi oraz zapewniania dostępu ekipom gaśniczo-ratowniczym. Powinien byæ zaprojektowany w taki sposób, aby nie powodować rozprzestrzeniania się pożaru na inne pojazdy.
Ze względu na sposób usuwania i dostarczania powietrza, wentylację tuneli drogowych można podzieliæ na grawitacyjną lub mechaniczną. Wybór systemu wentylacji, grawitacyjna czy mechaniczna, uzależniony jest od wielu czynników, wśród których należy wyróżnić: przebieg i typ tunelu, jego długość, przekrój poprzeczny i podłużny, warunki klimatyczne i topograficzne, charakterystykę ruchu pojazdów, natężenie, rodzaj pojazdów oraz kierunek ruchu, możliwość zapewnienia odpowiedniej przestrzeni montażowej wewnątrz tunelu poza skrajnią jezdni, dla usytuowania urządzeń wentylacyjnych. Zgodnie z wynikami prac prowadzonych w ramach europejskich projektów badawczych, jak również Dyrektywy Parlamentu Europejskiego wybór systemu powinien byæ poprzedzony analizą ryzyka przeprowadzoną dla danego tunelu. Ze względu na to, że wentylacja naturalna stosowana jest tylko w tunelach o długości nieprzekraczającej 400 m, dla tunelu, w którym ruch odbywa się w jednym kierunku oraz do 240 m dla tunelu dwukierunkowego, w dalszej części omówione zostaną systemy wentylacji mechanicznej tuneli drogowych. Wentylacja mechaniczna Wśród systemów wentylacji mechanicznej tuneli drogowych można wyróżnić dwa typy wentylacji:
wentylacja wzdłużna oraz wentylacja poprzeczna. W przypadku wentylacji poprzecznej można wyróżnić jedną modyfikację - wentylację półpoprzeczną. Wentylacja wzdłużna System wentylacji wzdłużnej jest najczęściej stosowanym rozwiązaniem technicznym dla tuneli o długości nieprzekraczającej 4000 m. W systemie tym ruch powietrza odbywa się w jednym kierunku, od jednego portalu tunelu do drugiego. Przepływ powietrza wywoływany jest przez działanie wentylatora lub wentylatorów umieszczonych w szybach wentylacyjnych lub wewnątrz tunelu. W przypadku zastosowania systemu wentylacji z wentylatorami strumieniowymi rewersyjnymi możliwe jest odwrócenie kierunku przepływu powietrza. Na rys. 1H-3 zilustrowano schematy systemów wentylacji wzdłużnej. Zasadą stosowaną w projektowaniu systemu wentylacji wzdłużnej, jest takie określenie wydajności systemu, aby w całym przekroju zapewniona była wymagana prędkość krytyczna, V kryt. Prędkość krytyczna jest to minimalna prędkość powietrza w całym przekroju tunelu, która nie pozwala na cofanie się dymu [ang. backlayering]. Prędkość krytyczna przepływu powietrza w tunelu powinna zostać określona na podstawie rozwiązania równoczesnego poniższych wzorów metodą iteracyjną. Na rys. 7 przedstawiono wykres zmienności prędkości krytycznej powietrza w zależności od mocy pożaru, dla tunelu drogowego, którego wysokość wynosi 4,2 m, zaś powierzchnia przekroju poprzecznego 37,8 m2.
Wentylacja poprzeczna System wentylacji poprzecznej zalecany jest dla długich tuneli z bardzo dużym natężeniem ruchu pojazdów. System ten składa się z kanału nawiewnego i wywiewnego, poprowadzonych wzdłuż tunelu. Zaletą tego systemu jest równomierny rozdział powietrza na całej długości tunelu, wadą zaś konieczność uwzględnienia dodatkowej przestrzeni na kanał nawiewny i wywiewny oraz wyższy koszt. W układzie tym ciśnienie powietrza na całej długości tunelu jest jednakowe, a na jego wartość nie wpływa w sposób znaczący efekt tłoka wywołany poruszającymi się pojazdami. W tunelach wyposażonych w system wentylacji poprzecznej, powietrze zewnętrzne doprowadzane jest od dołu, a wyciągane od góry. Schemat systemu wentylacji poprzecznej przedstawiono na rys 8. Wentylacja półpoprzeczna System wentylacji półpoprzecznej stanowi kombinację systemu wzdłużnego z systemem poprzecznym. Powietrze może byæ nawiewane (patrz rys. 9) lub usuwane (patrz rys. 10) za pomocą kanału wentylacyjnego.
Schemat przedstawiony na rys. 9 funkcjonuje głównie w wentylacji bytowej, choæ możliwe jest jego zastosowanie w krótkich tunelach dwukierunkowych. W przypadku wybuchu pożaru w tunelu wyposażonym w system wentylacji przedstawiony na rys. 10, dym usuwany jest poprzez kanał zlokalizowany w górnej części tunelu, świeże zaś powietrze napływa portalami wlotowymi. Tego typu rozwiązanie wentylacji dobrze sprawdza się w tunelach o długości powyżej 3000 m i dużym natężeniu ruchu. Wydajność sytemu wentylacji poprzecznej i półpoprzecznej określa się na bardzo podobnej zasadzie, jak w przypadku pomieszczeń magazynowych i garaży podziemnych
wyposażonych w przewodowy system wentylacji. Ważnym elementem procedury obliczeń wydajności systemu wentylacji pożarowej tuneli drogowych, niezależnie od typu, jest przyjęcie odpowiednich danych początkowych. W tabeli 3, zestawiono dane dotyczące mocy pożaru w oparciu o wytyczne PIARC [3], francuskie [4] i NFPA 502 [5] oraz rzeczywistą moc na podstawie badań w skali rzeczywistej. Projekt wentylacji a analiza ryzyka - podsumowanie Odpowiednio zaprojektowany system wentylacji pożarowej jest ważnym elementem, mającym istotny wpływ na bezpieczeństwo pożarowe tunelu. System ten powinien zostaæ wybrany po przeprowadzeniu wielu analiz. Jego wydajność powinna byæ określona w oparciu o przewidywaną moc pożaru. Szacowanie wydajności systemu wentylacji pożarowej w oparciu o wskaźniki jest niedopuszczalne. Zaprojektowany system wentylacji powinien uwzględniać wyniki analizy ryzyka. Obecnie bardzo powszechnie stosowane są narzędzia komputerowe wspomagające proces projektowania. Jednym z takich narzędzi jest obliczeniowa mechanika płynów (CFD), która pozwala na ocenę skuteczności funkcjonowania przyjętego rozwiązania projektowego w oparciu o założony scenariusz pożarowy. W tabeli 4 przedstawiono zakres stosowania systemów wentylacji pożarowej tuneli drogowych w zależności od typu tunelu. Literatura [ 1 ] Rozporządzenie ministra transportu i gospodarki morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadaæ drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, DzU Nr 63/2000. [2] Dyrektywa 2004/54/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia 2004 r. w sprawie minimalnych wymagań bezpieczeństwa dla tuneli w transeuropejskiej sieci drogowej. [3] Fire and smoke control in road tunnels". PIARC Committee on Road Tunnels, 1999. [4] LacroixD., New French Recommendations for Fire Ventilation in Road Tunnels", 9th Interna-tional Conference on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, Aosta Valley, Italy, 6-8 October, 1997. [5] NFPA 502, Standard for Road Tunnels, Bridges, and Other Limited Access Highways", 2004 Edition. [6] Gtąbski P., Sztarbaia G. Wentylacja pożarowa tuneli drogowych". Źródło: "Polski Instalator" 5/2007
Autor: Grzegorz Sztarbała KONTAKT Instalator Polski Sp. z o.o. Tel: +48 22 678 37 30 Fax: +48 22 679 71 01 Adres: al. Komisji Edukacji Narodowej 95 02-777 Warszawa