Krzysztof Kaiser seria WENTYLACJA POŻAROWA Projektowanie i instalacja
Krzysztof Kaiser WENTYLACJA POŻAROWA Projektowanie i instalacja Warszawa 2012
Copyright by Dom Wydawniczy MEDIUM Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej pracy nie może być powielana czy rozpowszechniana w jakiejkolwiek formie, w jakikolwiek sposób elektroniczny bądź mechaniczny, włącznie z fotokopiowaniem, nagrywaniem na taśmy lub przy użyciu innych systemów bez pisemnej zgody wydawcy. ISSN 1230-9540 Wydawca i rozpowszechnianie Dom Wydawniczy MEDIUM 04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18 tel. 22 512 60 60 www.ksiegarniatechniczna.com.pl Opracowanie Agnieszka Orysiak Skład i łamanie Agencja Reklamowa MEDIUM Warszawa 2012 Poradnik wydany pod patronatem miesięcznika Rynek Instalacyjny www.rynekinstalacyjny.pl RYNEK INSTALACYJNY
Spis treści Wstęp................................................................................... 4 Przebieg pożaru i przepływ dymu.......................................................... 5 Zagrożenia powodowane przez pożar.................................................... 5 Przebieg pożaru oraz kierunek przepływu gazów spalinowych i dymu....................... 7 Bezpieczeństwo pożarowe............................................................... 13 Zadania wentylacji pożarowej.......................................................... 17 Oddymianie grawitacyjne.............................................................. 18 Oddymianie mechaniczne............................................................. 19 Przykłady rozwiązań wentylacji pożarowej w budynkach................................... 21 Oddymianie pomieszczeń wielkokubaturowych.......................................... 21 Oddymianie pomieszczeń zagrożonych wybuchem........................................ 26 Oddymianie podziemnych kondygnacji budynku.......................................... 27 Oddymianie dróg komunikacyjnych w budynkach wysokich................................ 28 Oddymianie dróg ewakuacyjnych w garażach............................................. 40 Oddymianie szybów windowych........................................................ 42 Wentylacja tuneli komunikacyjnych...................................................... 44 Systemy wentylacji mechanicznej tuneli.................................................. 50 Przykładowe rozwiązania wentylacji..................................................... 53 Wymagania przeciwpożarowe stawiane instalacjom wentylacyjnym.......................... 56 Podstawowe wymagania ppoż. wobec instalacji wentylacyjnych............................. 57 Podsumowanie....................................................................... 62
Wstęp Pożar, czyli niekontrolowane spalanie materiałów palnych, niesie ze sobą nie tylko stratę dóbr materialnych, ale stać się też może przyczyną utraty zdrowia i życia. Z tych powodów konieczne jest stosowanie takich środków zapobiegawczo-ochronnych, które w przypadku powstania zagrożenia ograniczą możliwość rozprzestrzeniania się pożaru i zmniejszą ryzyko wystąpienia niepożądanych następstw. Skuteczna ochrona przeciwpożarowa obiektów budowlanych wymaga zastosowania odpowiedniego systemu pożarowego. Zazwyczaj w skład takiego systemu wchodzą elementy: detekcji pożaru, ostrzegawczo-sygnalizacyjne, tzw. alarmowe, zapobiegające zadymieniu dróg ewakuacyjnych, oddymiania i odprowadzania ciepła, tłumienia ognia i jego gaszenia oraz zapobiegania rozprzestrzenianiu się pożaru. Projektując i wybierając system pożarowy budynku, należy rozważnie przeanalizować rodzaj zastosowanego zabezpieczenia pożarowego. Z uwagi na bezpieczeństwo osób przebywających w pomieszczeniach ważne jest, aby podczas pożaru możliwe było przeprowadzenie skutecznej akcji ratowniczo-ewakuacyjnej, dlatego istotnym elementem projektowania jest zapewnienie w obiekcie objętym pożarem sprawnych dróg ewakuacji. W tym aspekcie bardzo ważną funkcję pełni wentylacja pożarowa, która jest tematem niniejszego poradnika, będącego uzupełnieniem istniejącej na rynku wydawniczym literatury tematu. Poradnik powstał na bazie artykułów autora opublikowanych w miesięczniku Rynek Instalacyjny. Na jego treść składają się zagadnienia dotyczące realizacji technicznych sposobów zapobiegania rozprzestrzenianiu się pożarów, a w szczególności ochrony przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych w budynkach i tunelach. Tematyka opracowania została usystematyzowana w taki sposób, aby rozpoczynała się od zapoznania Czytelnika z podstawowymi informacjami dotyczącymi przebiegu pożaru, przepływu dymu i gazów spalinowych oraz zagrożeń spowodowanych niekontrolowanym spalaniem. W dalszej części poradnika przedstawiono i omówiono przykłady wentylacji pożarowej budynków i tuneli, natomiast na zakończenie zaprezentowano wymagania ppoż., które powinny spełniać instalacje wentylacji mechanicznej. Będę usatysfakcjonowany, jeżeli poradnik okaże się przydatny dla projektantów i instalatorów oraz użytkowników instalacji, studentów i słuchaczy kierunków związanych z pożarnictwem i wentylacją obiektów budowlanych, a także dla każdego Czytelnika zainteresowanego zagadnieniami pożarowymi i wentylacyjnymi. Mam nadzieję, że po przeczytaniu tego opracowania kwestie związane z wentylacją pożarową staną się bardziej zrozumiałe. Czy wybór zaprezentowanego materiału jest trafny, a sposób jego przedstawienia właściwy i zrozumiały pozostawiam ocenie Czytelników. Jestem wdzięczny za cenne uwagi i spostrzeżenia pojawiające się w trakcie pisania i redagowania publikacji, a wszystkim, którzy przyczynili się do jej wydania dziękuję. Szczególne słowa podziękowania za owocną współpracę kieruję do Wydawnictwa. Autor 4
Przebieg pożaru i przepływ dymu Do powstania pożarów dochodzi bardzo często w wyniku zaistnienia sprzyjających czynników, takich jak np.: zwarcie instalacji elektrycznej, zaprószenie ognia czy samozapłon substancji łatwopalnej. Do najbardziej niebezpiecznych i katastrofalnych w skutkach należą pożary budynków wysokich, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. W niniejszej publikacji opisane zostaną m.in. przykłady rozwiązań wentylacji pożarowej w tunelach i budynkach oraz wymagania ppoż. stawiane instalacjom wentylacyjnym. Zagrożenia powodowane przez pożar Pożar jest niekontrolowanym rozkładem termicznym materiałów palnych. Podczas procesu spalania powstają gorące gazy i dym. Spalaniu fazy gazowej towarzyszy płomień. Czynnikami zagrażającymi ludziom podczas pożaru są m.in.: dym, toksyczność produktów spalania, niedostatek tlenu, wysoka temperatura gazów, oddziaływanie płomieni. Temperatura jest wielkością charakteryzującą stan cieplny płynu, a ruch ciepła może odbywać się przez przewodzenie, konwekcję lub promieniowanie. W rzeczywistości wszystkie trzy rodzaje wymiany ciepła zachodzą na ogół jednocześnie, ale najczęściej jeden z nich odgrywa rolę dominującą. Dym jest złożoną mieszaniną powietrza, gazowych produktów spalania oraz cząstek stałych i ciekłych. Jako górną granicę rozmiaru cząstek tworzących dym przyjmuje się zazwyczaj 10 μm. Działa on drażniąco, toksycznie, ogranicza widzialność i przyczynia się do spadku sprawności ruchowej oraz niedoboru tlenu. Zdolność materiałów do wydzielania dymu w czasie spalania jest bardzo różna i nazywa się ją w technice dymotwórczością. W obliczeniach mających na celu oszacowanie prawdopodobnej ilości wydzielającego się dymu podczas pożaru korzysta się z opracowanych dla różnych materiałów wskaźników dymotwórczości. Klasyfikacja materiałów budowlanych wg zdolności do wytwarzania dymu podczas procesu spalania wg [5] jest następująca: q s1 materiały spalają się prawie bez dymu, q s2 materiały, spalając się, wydzielają średnie ilości dymu o średniej gęstości, 5
s3 materiały, spalając się, emitują bardzo dużo gęstego dymu. Prędkość naturalnego przepływu dymu w klatce schodowej osiąga nawet wartość ok. 5 m/s [2], co może całkowicie uniemożliwić ewakuację ludzi. Na ogół bezpośrednią przyczyną śmierci podczas pożaru nie jest ogień, lecz właśnie produkty spalania. W literaturze tematu szacuje się, że 65 80% wypadków śmiertelnych podczas pożarów spowodowanych jest toksycznością produktów spalania, a za ok. 20% odpowiada oddziaływanie termiczne pożaru. Do oceny zagrożenia toksycznego dymu przyjmuje się wskaźniki toksykometryczne produktów spalania. Powstawaniu tych związków sprzyja proces niecałkowitego spalania, spowodowany przez niedobór tlenu w środowisku pożaru. Dominującymi produktami toksycznymi występującymi podczas pożaru, powstającymi podczas niecałkowitego spalania, są na ogół: chlorowodór HCl, dwutlenek azotu NO 2, tlenek węgla CO, cyjanowodór HCN, dwutlenek węgla CO 2. Substancje szkodliwe powstałe podczas spalania mogą przedostawać się do organizmu ludzkiego drogą oddechową, ale również poprzez absorpcję przez skórę i przenikanie do układu pokarmowego. Za śmiertelne stężenia przy 30-minutowej ekspozycji uważa się [3]: CO 3,75 g/m 3. Tlenek węgla jest substancją bardzo niebezpieczną, silnie trującą, powstającą w wyniku niecałkowitego spalania węgla. Łączy się z hemoglobiną, tworząc karboksyhemoglobinę i powodując niedobór tlenu w organizmie. Stężenie CO na poziomie 6000 8000 ppm w powietrzu już po ok. pięciu minutach powoduje znaczące zmiany w organizmie człowieka, w wyniku czego traci on zdolność do sprawnego działania. Stężenie ok. 12 000 16 000 ppm powoduje śmierć po pięciu minutach. Szacuje się, że zawartość tlenku węgla w gazach pożarowych wynosi 0,1 0,5% objętości [4]. HCN 16 g/m 3. Nazwa zwyczajowa to kwas pruski. Cyjanowodór działa podobnie do tlenku węgla, ale już przy niższych stężeniach. Paraliżuje system oddechowy już w pierwszym momencie kontaktu, powodując zaburzenia oddychania tkankowego. Stężenie 120 200 ppm po około pięciu minutach powoduje utratę zdolności do działania, natomiast 250 400 ppm jest przyczyną śmierci [2]. Cyjanowodór powstaje np. podczas spalania poliuretanów i ma zapach gorzkich migdałów, który zanika w stężeniach zabójczych dla człowieka. Związek ten wchłania się do organizmu przez drogi oddechowe oraz przez skórę. Intensywne jego wydzielanie występuje zazwyczaj w początkowym okresie pożaru. CO 2 196,4 g/m 3. Podczas pożaru w pomieszczeniach zamkniętych gaz ten może bardzo szybko osiągnąć niebezpieczne stężenia. Dwutlenek węgla, drażniący drogi oddechowe, wywołuje wzmożone oddychanie, co zwiększa ryzyko wchłaniania innych substancji niebezpiecznych. Dwutlenek węgla jest nieco cięższy od powietrza, nie ma zapachu i smaku. Jest gazem bezbarwnym, niepalnym i niepodtrzymującym palenia, działa dusząco, lecz w niskich stężeniach nie wykazuje właściwości toksycznych, natomiast w stężeniu wyższym niż 5000 ppm następuje jego wyraźne szkodliq q q q 6
Niedostępne w wersji demonstracyjnej. Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki w serwisie