POWIETRZE KOMPENSACYJNE W ODDYMIANIU

Powietrze kompensacyjne w oddymianiu – dlaczego napowietrzanie jest tak ważne?

System oddymiania ma usuwać dym i gorące gazy pożarowe z chronionej przestrzeni, aby poprawić warunki ewakuacji, ograniczyć rozprzestrzenianie się produktów spalania i ułatwić działania ratownicze. Samo otwarcie klap dymowych albo uruchomienie wentylatorów wyciągowych nie wystarczy jednak do uzyskania oczekiwanego przepływu. Usuwane powietrze musi zostać zastąpione. Funkcję tę realizuje powietrze kompensacyjne, nazywane również powietrzem uzupełniającym lub napowietrzającym.

Jeżeli z pomieszczenia odprowadzana jest znaczna ilość gazów, a nie zapewniono odpowiedniego dopływu świeżego powietrza, wewnątrz zaczyna powstawać podciśnienie. Utrudnia ono dalszy wyciąg, ogranicza wydajność wentylatorów i może powodować niekontrolowane zasysanie powietrza przez nieszczelności, drzwi lub sąsiednie strefy. W rezultacie dym nie przemieszcza się zgodnie z założonym scenariuszem, lecz zaczyna rozchodzić się w sposób trudny do przewidzenia.

Napowietrzanie nie jest dodatkiem do oddymiania. Stanowi część tego samego procesu przepływowego. Z jednej strony system usuwa gorące gazy, z drugiej wprowadza powietrze o niższej temperaturze. Dopiero zachowanie właściwych proporcji pomiędzy wyciągiem a dopływem umożliwia utworzenie stabilnego kierunku przepływu.

Znaczenie ma nie tylko ilość dostarczanego powietrza. Równie ważne są miejsce jego wprowadzania, prędkość przepływu, sposób otwierania przegród i kolejność uruchamiania urządzeń. Nawiew skierowany bezpośrednio na warstwę dymu może powodować jej mieszanie, obniżenie i szybsze rozprzestrzenianie. Z kolei zbyt mały otwór kompensacyjny może ograniczyć cały system, nawet jeśli wentylator oddymiający został prawidłowo dobrany.

W naturalnym systemie oddymiania dym unosi się dzięki różnicy temperatur i wypływa przez klapy lub okna znajdujące się w górnej części przestrzeni. Powietrze kompensacyjne powinno napływać niżej, dzięki czemu wspiera pionowy ruch gazów. W systemie mechanicznym przepływ jest wymuszany przez wentylatory, ale nadal potrzebna jest odpowiednia droga dopływu. Bez niej wentylator pracuje w niekorzystnych warunkach i może nie osiągnąć projektowej wydajności.

Problem bywa niedoceniany, ponieważ elementy napowietrzające są mniej widoczne niż klapy dymowe, centrale sterujące czy wentylatory. Tymczasem to właśnie ich stan może zdecydować o zachowaniu całej instalacji. Zablokowane drzwi, niedziałająca automatyka okna, zasłonięta czerpnia albo zamknięta brama mogą sprawić, że sprawny układ wyciągowy nie zrealizuje swojego zadania.

Jak działa powietrze kompensacyjne w systemie oddymiania?

Działanie powietrza kompensacyjnego można porównać do opróżniania zamkniętego naczynia. Jeżeli powietrze jest z niego usuwane, lecz nie ma możliwości swobodnego dopływu z zewnątrz, przepływ szybko słabnie. W budynku zjawisko jest bardziej złożone, ponieważ występują drzwi, szczeliny, kanały, klatki schodowe i różnice ciśnień pomiędzy strefami. Zasada pozostaje jednak podobna: objętość usuwanych gazów musi zostać odpowiednio uzupełniona.

Powietrze kompensacyjne może być dostarczane naturalnie albo mechanicznie. Wariant naturalny wykorzystuje otwierane drzwi, okna, bramy, żaluzje lub specjalnie przygotowane otwory napowietrzające. Wariant mechaniczny opiera się na wentylatorach nawiewnych, kanałach i elementach regulujących przepływ. Każde rozwiązanie ma inne wymagania dotyczące sterowania, zasilania i utrzymania.

Napowietrzanie naturalne jest konstrukcyjnie prostsze, lecz jego skuteczność zależy od wielkości i rozmieszczenia otworów. Otwór znajdujący się po niewłaściwej stronie budynku może pracować inaczej przy silnym wietrze. Brama wykorzystywana jako dopływ powietrza może być zastawiona pojazdem, a drzwi przeznaczone do automatycznego otwarcia mogą nie zadziałać z powodu uszkodzenia siłownika.

Napowietrzanie mechaniczne pozwala dokładniej sterować wydajnością i kierunkiem przepływu. Wymaga jednak właściwego doboru wentylatora, zabezpieczenia zasilania, kontroli stanu klap oraz odpowiedniej sekwencji uruchamiania. Zbyt duży nawiew może zakłócić warstwę dymu, natomiast zbyt mały nie skompensuje strumienia usuwanego przez wentylatory wyciągowe.

W dobrze zaprojektowanym układzie świeże powietrze wprowadzane jest w dolnej części chronionej przestrzeni. Dym gromadzi się wyżej i jest odprowadzany przez otwory lub kanały znajdujące się ponad strefą przebywania ludzi. Takie rozdzielenie pomaga zachować warstwę wolną od dymu przez określony czas.

Należy jednak unikać nadmiernej prędkości napływu. Silny strumień może powodować turbulencje i mieszać czyste powietrze z gorącymi gazami. Warstwa dymu zaczyna wtedy falować, obniża się albo przemieszcza do sąsiednich części obiektu. Szczególnie wrażliwe są duże hale, atria, garaże i obiekty o otwartym układzie komunikacyjnym.

Znaczenie ma także odległość pomiędzy punktem nawiewu a miejscem powstania pożaru. Powietrze wprowadzone zbyt blisko źródła ognia może zwiększyć intensywność spalania albo kierować dym w stronę drogi ewakuacyjnej. Z tego powodu rozmieszczenie otworów nie powinno wynikać wyłącznie z wygody architektonicznej.

System musi współpracować z drzwiami i przegrodami oddzielającymi strefy pożarowe. Otwarcie niewłaściwego przejścia może utworzyć niepożądaną drogę przepływu. Powietrze zamiast zasilać strefę oddymianą zacznie napływać z sąsiedniego korytarza, klatki schodowej albo pomieszczenia technicznego, przenosząc dym do obszaru, który powinien pozostać chroniony.

• powietrze kompensacyjne zastępuje gazy usuwane przez system oddymiania,
• dopływ może odbywać się naturalnie lub z użyciem wentylatorów,
• otwory napowietrzające powinny znajdować się poniżej warstwy dymu,
• zbyt duża prędkość nawiewu może powodować mieszanie gazów,
• napowietrzanie musi współpracować z drzwiami, klapami i podziałem na strefy,
• wydajność nawiewu należy rozpatrywać razem z wydajnością wyciągu.

Najczęstsze błędy w projektowaniu i wykonaniu napowietrzania

Jednym z najczęściej spotykanych błędów jest dobieranie otworów kompensacyjnych wyłącznie na podstawie ich wymiarów geometrycznych. Rzeczywisty przepływ zależy również od sposobu otwierania, obecności siatek, żaluzji, skrzydeł, ramek i innych elementów zmniejszających powierzchnię czynną. Otwór o dużych wymiarach zewnętrznych może zapewniać znacznie mniejszy prześwit, niż wynikałoby to z prostego pomiaru szerokości i wysokości.

Drugim problemem jest nieuwzględnienie oporów przepływu. Powietrze musi pokonać czerpnię, kanał, żaluzję, klapę i nawiewnik. Każdy z tych elementów powoduje spadek ciśnienia. W mechanicznym napowietrzaniu wentylator dobrany wyłącznie do wydajności objętościowej może nie osiągnąć zakładanych parametrów po podłączeniu do rzeczywistej instalacji.

Częstym błędem jest również założenie, że drzwi wejściowe zawsze będą dostępne jako otwór kompensacyjny. Podczas pożaru mogą zostać zamknięte przez użytkownika, zablokowane przez tłum albo pozostawać pod wpływem różnicy ciśnień utrudniającej otwarcie. Jeżeli ich uruchomienie ma być automatyczne, należy przewidzieć napęd, sterowanie, sygnalizację położenia i sposób bezpiecznego korzystania.

Brak kontroli położenia elementów napowietrzających utrudnia ocenę gotowości systemu. Centrala może wysłać polecenie otwarcia, ale nie oznacza to, że skrzydło rzeczywiście osiągnęło wymagane położenie. Uszkodzona przekładnia, zablokowany zawias, zabrudzenie prowadnicy albo przedmiot stojący przed bramą mogą uniemożliwić pełne otwarcie.

Problemy powstają także wtedy, gdy nawiew znajduje się zbyt wysoko. Powietrze wprowadzone bezpośrednio w warstwę dymu miesza ją i obniża. W przypadku wentylatorów o dużej wydajności strumień może dotrzeć na znaczną odległość, wywołując niekorzystne zawirowania. Lokalizację nawiewników należy więc rozpatrywać razem z przewidywanym rozwojem pożaru i układem przestrzeni.

Nieprawidłowa sekwencja sterowania również zmniejsza skuteczność. Jeżeli wentylator wyciągowy uruchomi się wcześniej, a otwory kompensacyjne pozostaną zamknięte, w pierwszej fazie powstanie duże podciśnienie. Może ono utrudnić otwarcie drzwi, wpłynąć na działanie innych instalacji i spowodować zasysanie powietrza z przypadkowych miejsc.

Z kolei uruchomienie intensywnego nawiewu przed zapewnieniem drogi odprowadzania dymu może przemieścić produkty spalania do sąsiednich stref. Kolejność działań powinna zostać opisana w scenariuszu sterowania, zaprogramowana w systemie i sprawdzona podczas prób.

Duże znaczenie mają warunki zewnętrzne. Wiatr może zwiększać albo zmniejszać ilość powietrza napływającego przez otwór naturalny. W skrajnej sytuacji może nawet odwrócić lokalny kierunek przepływu. Szczególnie narażone są wysokie budynki, atria i obiekty z otworami znajdującymi się na kilku elewacjach.

Na działanie układu wpływają również inne systemy wentylacyjne. Wentylacja bytowa, klimatyzacja, wyciągi technologiczne i instalacje garażowe mogą tworzyć dodatkowe przepływy. W scenariuszu pożarowym część z nich powinna zostać wyłączona, część przestawiona w określony tryb, a niektóre urządzenia mogą zostać wykorzystane do wspomagania oddymiania.

Nie można pomijać zmian w aranżacji budynku. Nowa ściana, regał, antresola, kurtyna lub zabudowa handlowa mogą wpłynąć na drogę napływu powietrza. Otwór kompensacyjny, który w pierwotnym układzie zasilał całą przestrzeń, po przebudowie może obsługiwać jedynie jej niewielką część.

• nie należy utożsamiać wymiaru otworu z jego powierzchnią czynną,
• trzeba uwzględnić opory żaluzji, kanałów, klap i nawiewników,
• drzwi lub bramy wykorzystywane do napowietrzania wymagają kontroli położenia,
• nawiew nie powinien intensywnie mieszać warstwy dymu,
• sekwencja otwierania i uruchamiania wentylatorów musi być zaprogramowana,
• projekt powinien uwzględniać wiatr i działanie pozostałej wentylacji,
• po przebudowie obiektu trzeba ponownie ocenić drogi przepływu.

Dobór wydajności, automatyka i testy systemu

Dobór powietrza kompensacyjnego powinien wynikać z obliczeń dotyczących całego systemu oddymiania. Nie wystarczy przyjąć przypadkowej wartości procentowej względem wyciągu. Trzeba uwzględnić rodzaj oddymiania, geometrię obiektu, przewidywaną warstwę dymu, wielkość pożaru obliczeniowego, rozmieszczenie otworów oraz dopuszczalne prędkości przepływu.

W systemie naturalnym analizuje się powierzchnię czynną otworów oddymiających i napowietrzających, różnicę wysokości, temperaturę gazów oraz wpływ warunków zewnętrznych. W systemie mechanicznym potrzebny jest bilans strumieni, charakterystyki wentylatorów i opory instalacji. Wyciąg i nawiew muszą być traktowane jako jeden układ, a nie dwa niezależne zestawy urządzeń.

Wydajność teoretyczna nie zawsze odpowiada wartości uzyskanej w budynku. Na przepływ wpływają nieszczelności, stan przegród, pozycja drzwi i rzeczywiste opory kanałów. Z tego powodu po wykonaniu instalacji potrzebne są pomiary oraz próby funkcjonalne.

Automatyka powinna uruchamiać urządzenia zgodnie z ustalonym scenariuszem. Sygnał z systemu sygnalizacji pożarowej może otworzyć klapy dymowe, odblokować lub otworzyć elementy kompensacyjne, uruchomić wentylatory i zatrzymać instalacje, które mogłyby zakłócać przepływ. Każde polecenie powinno mieć określony warunek uruchomienia i sposób potwierdzenia.

Warto monitorować stan wentylatorów, klap, drzwi, okien i urządzeń zasilających. Operator powinien otrzymać informację nie tylko o wydaniu polecenia, ale również o osiągnięciu pożądanego położenia albo potwierdzeniu pracy. Brak potwierdzenia powinien zostać potraktowany jako awaria wymagająca reakcji.

Zasilanie urządzeń odpowiedzialnych za napowietrzanie musi odpowiadać wymaganiom całego systemu. Dotyczy to wentylatorów, napędów, central sterujących, modułów komunikacyjnych i elementów wykonawczych. Utrata zasilania jednego z tych urządzeń może ograniczyć przepływ, mimo że pozostała część instalacji nadal działa.

Podczas testu należy sprawdzić rzeczywiste otwarcie wszystkich elementów. Oględziny powinny objąć pełny ruch skrzydeł, stan prowadnic, czas zadziałania i brak przeszkód. Następnie trzeba potwierdzić uruchomienie wentylatorów, właściwy kierunek obrotów i osiągnięcie wymaganych parametrów.

Próba nie powinna ograniczać się do naciśnięcia przycisku i sprawdzenia lampek na centrali. Potrzebna jest ocena przepływu w przestrzeni, różnic ciśnień oraz zachowania drzwi. W obiekcie o rozbudowanym układzie przydatne mogą być testy z użyciem bezpiecznego dymu technicznego, wykonywane według przygotowanej procedury.

Podczas takich prób obserwuje się, czy dym kieruje się do punktów wyciągowych, czy pozostaje ponad zakładaną wysokością oraz czy nie przedostaje się do dróg ewakuacyjnych. Sprawdza się także, czy napływające powietrze nie tworzy silnych zawirowań i nie spycha warstwy dymu w dół.

Testy należy wykonywać dla pełnego scenariusza, a nie tylko dla pojedynczego urządzenia. Klapa może otwierać się prawidłowo, wentylator może działać, a drzwi kompensacyjne mogą być sprawne, lecz ich wspólna praca nadal może przebiegać nieprawidłowo z powodu błędnej kolejności lub niedopasowanej wydajności.

Przeglądy powinny uwzględniać elementy często pomijane w codziennej obsłudze. Żaluzje mogą zostać zabrudzone, zawiasy skorodowane, a przestrzeń przed bramą zastawiona. Otwór kompensacyjny wykorzystywany jedynie podczas pożaru może przez wiele miesięcy nie być uruchamiany, dlatego jego sprawność trzeba regularnie potwierdzać.

W dokumentacji należy opisać funkcję każdego otworu, wymaganą pozycję, sposób sterowania i zależności pomiędzy urządzeniami. Przydatne są również oznaczenia umieszczone bezpośrednio przy drzwiach, oknach lub bramach, aby użytkownicy nie blokowali przestrzeni potrzebnej do ich pracy.

Każda zmiana sposobu użytkowania obiektu wymaga ponownej analizy. Dotyczy to między innymi podziału dużej hali, montażu nowych regałów, zmiany przeznaczenia bramy lub zabudowy otworu. Element, który wcześniej pełnił funkcję napowietrzania, może po modernizacji przestać być dostępny albo uzyskać inną powierzchnię czynną.

• wydajność napowietrzania należy określać na podstawie obliczeń,
• sterowanie powinno obejmować pełną sekwencję działania systemu,
• położenie klap, drzwi i okien wymaga potwierdzenia zwrotnego,
• test musi obejmować przepływ, ciśnienie i zachowanie warstwy dymu,
• należy sprawdzać działanie przy współpracy wszystkich urządzeń,
• przestrzeń przed otworami kompensacyjnymi musi pozostać wolna,
• po zmianach budowlanych trzeba ponownie zweryfikować bilans powietrza.