Testy pożarowe – jak zweryfikować skuteczność systemów oddymiania klatek schodowych?
W ramach projektu „Bezpieczna ewakuacja” przeprowadziliśmy badania fizykalne na obiekcie poligonowym zlokalizowanym w Sosnowcu. Jak przebiegły testy pożarowe? Omawiamy wyniki zrealizowanych badań i analiz numerycznych dotyczących instalacji oddymiania pionowych dróg ewakuacji w obiektach wielokondygnacyjnych.
Systemy oddymiania klatek schodowych w budynkach średniowysokich. Testy dymowe.
Jak zweryfikować skuteczność systemów oddymiania klatek schodowych? Referat omawia wyniki szerokiego programu badań obiektowych oraz analiz numerycznych dotyczących instalacji oddymiania pionowych dróg ewakuacji w obiektach wielokondygnacyjnych opisywanych w ramach projektu na stronie www.bezpiecznaewakuacja.pl. Celami badań realizowanych przez firmę SMAY, przy współudziale ekspertów z CNBOP – PIB, Politechniki Warszawskiej, Politechniki Śląskiej oraz firmy ARDOR, były m.in.: weryfikacja skuteczności systemów oddymiania klatek schodowych o różnej konfiguracji w warunkach realnego pożaru oraz opracowanie i przetestowanie optymalnego zestawu urządzeń do oddymiania klatek schodowych.
Badania i testy dymowe – skuteczność systemów oddymiania
Realizacja programu badań i testy dymowe pozwoliły na lepsze poznanie samego zjawiska rozwoju pożaru w warunkach zamkniętego pomieszczenia oraz przeanalizowanie efektywności działania ekip ratowniczych w warunkach rzeczywistego zagrożenia.
Badania fizykalne na specjalnym stanowisku
Stanowiące podstawę do sformułowania wniosków końcowych badania fizykalne realizowane były na specjalnie wybudowanym stanowisku poligonowym, zlokalizowanym w wyłączonym z eksploatacji 9 kondygnacyjnym budynku biurowym w Sosnowcu. Do badań wytypowane zostało i zaadoptowane pomieszczenie na 4 piętrze budynku wraz z połączoną z nim krótkim korytarzem klatką schodową.
Przebieg testów pożarowych zrealizowanych w ramach projektu „Bezpieczna ewakuacja”
Przeprowadzone w ramach projektu analizy i badania fizykalne pozwalają zweryfikować skuteczność systemów oddymiania klatek schodowych w warunkach realnego zagrożenia pożarowego. Jak przebiegły teksty pożarowe w wytypowanym pomieszczeniu w Sosnowcu?
Wyposażenie pomieszczenia testowego i klatki schodowej
Pomieszczenie testowe i przestrzeń klatki schodowej wyposażone zostały w zestaw urządzeń pomiarowych oraz monitoring, na który składały się m.in.:
- drzewa pomiaru temperatury w pomieszczeniu testowym (rys. 1) umożliwiające jednoczesny zapis z 48 torów pomiarowych temperatury. Przykładowe dane uzyskane podczas próby pożarowej z drzewa pomiaru temperatury nr 5 przedstawia wykresie 1.
- punkty pomiaru transmitancji światła w obszarze klatki schodowej rozmieszczone na kondygnacjach 4, 5, 6 i 9.
- bieżący podgląd za pomocą kamer przemysłowych rozmieszczonych w najistotniejszych punktach stanowiska badawczego (rys. 2)
- dodatkowe punkty pomiaru temperatury, przepływu powietrza i różnicy ciśnienia w różnych punktach klatki schodowej oraz stacji pogodowej rejestrującej warunki środowiska zewnętrznego.
Układ automatycznego sterowania na stanowisku testowym
Stanowisko testowe wyposażone zostało w układ automatycznego sterowania elementami systemu oddymiania. Układ ten umożliwiał włączenie dowolnej konfiguracji klap dymowych i okien oddymiających, czerpni powietrza, zmianę położenia drzwi na poziomie wyjścia z budynku oraz na 4 piętrze, a także uruchomienie zestawu napowietrzania mechanicznego klatki schodowej.
Rys. 2. Rozmieszczenie kamer monitoringu oraz punktów pomiaru rozkładu ciśnienia na stanowisku badawczym. Testy pożarowe.
Ponad 70 testów i aż 5 prób pożarowych
Konstrukcja i techniczne wyposażenie stanowiska pozwoliły na przeprowadzenie ponad 70 testów z wykorzystaniem gorących gazów znacznikowych oraz 5 prób pożarowych (fot .1). Ważnym, wstępnym wnioskiem wynikającym z porównania testów pożarowych i prób dymowych była wysoka zgodność wyników. Średnia temperatura gazów znacznikowych przepływających przez otwarte drzwi oddzielające przestrzeń klatki schodowej od kondygnacji testowej wynosiła 70oC, co odpowiada temperaturze w tym samym punkcie uzyskanej podczas 3 i 4 próbie pożarowej.
Wiarygodność testów pożarowych
Oznacza to, że testy dymowe dobrze odzwierciedlają warunki przepływu dymu podczas rozwijającego się pożaru. Na tej podstawie za wiarygodne uznać należy wyniki testów sprawdzających m.in. efektywność grawitacyjnego oddymiania klatki schodowej z wykorzystaniem różnej konfiguracji klap dymowych i fasadowych otworów oddymiających oraz faktyczną skuteczność systemów oddymiania wspomaganych nawiewem mechanicznym.
Fot. Testy dymowe i próby pożarowe w pomieszczeniu poligonowym
Testy dymowe – wnioski i nowe wytyczne
Zrealizowany program badawczy pozwolił na sformułowanie wielu wniosków dotyczących nie tylko funkcjonowania systemów oddymiania, ale również dynamiki pożaru i realnych warunków ewakuacji oraz działania ekip ratowniczych. Testy pożarowe wykazały m.in., że rozwój pożaru we współcześnie umeblowanym pomieszczeniu jest zjawiskiem dynamicznym i pozostawia bardzo mało czasu na reakcję (ucieczkę), a dynamika pożaru oraz czas osiągnięcia poszczególnych faz rozwoju pożaru jest ściśle związany ze szczelnością pomieszczenia (ilością dopływającego powietrza), i należy liczyć się ze zjawiskiem rozgorzenia jeszcze przed rozpoczęciem akcji gaśniczej.
Funkcjonowanie systemów oddymiania klatek schodowych
Najważniejsze jednak były wnioski dotyczące funkcjonowania systemów oddymiania klatek schodowych. Udowodniono m.in., że skuteczności systemów oddymiania grawitacyjnego jest poważnie ograniczona, a systemy tego typu nie zawsze funkcjonują zgodnie z założeniami projektowymi. Efektywność systemów grawitacyjnych jest ściśle związana z parametrami środowiska zewnętrznego i fazą rozwoju pożaru. Szczególnie wrażliwe na zakłócenia i podatne na działanie wiatru są systemy oddymiania wyposażone w fasadowe okna oddymiające. Przeprowadzone testy pożarowe wykazały wysoką skuteczności instalacji oddymiania grawitacyjnego wspomaganego nawiewem mechanicznym.
Uzupełnienie badań analizami numerycznymi
Należy tu wyraźnie podkreślić, że ze względu na dynamiczne zmiany w strukturze budynku (pękanie okien, zmiana konfiguracji otwartych drzwi, blokowanie drzwi oddzielanie pożarowego itp.), a także zmienne parametry środowiska zewnętrznego (np. parcie wiatru), dla uzyskania pełnej efektywności systemu konieczne jest stosowanie adaptacyjnego sterowania nawiewem mechanicznym. Badania obiektowe uzupełnione przez analizy numeryczne pozwoliły na pełne zdefiniowanie zestawu urządzeń, z jednoznacznym określeniem zależności pomiędzy elementami wchodzącymi w jego skład oraz stworzenia nowego standardu projektowania systemów wentylacji oddymiającej dla pionowych dróg ewakuacji.
Nowe wytyczne dla projektowania systemów oddymiania
Testy pożarowe i analizy numeryczne stanowią podstawę do opracowania nowych wytycznych dla projektowania systemów oddymiania klatek schodowych. Prace zespołu eksperckiego opracowującego ten dokument powinny zakończyć się jeszcze w grudniu 2016 roku.
Wspólna praca na rzecz „Bezpiecznej ewakuacji”
Poniżej przedstawiamy listę osób bezpośrednio zaangażowanych w projekt w aspekcie badawczo naukowym, bez których projekt nie zostałby zrealizowany, a z którymi mieliśmy przyjemność bezpośrednio współpracować:
- mgr inż. Daniel Małozięć, Kierownik Zespołu Laboratoriów BW, CNBOP-PIB,
- dr inż. Grzegorz Kubicki, pracownik naukowo-dydaktyczny Politechniki Warszawskiej,
- dr inż. Małgorzata Król, pracownik naukowo-dydaktyczny Politechniki Śląskiej,
- mgr inż. Marcin Cisek, pracownik naukowo-dydaktyczny Szkoły Głównej Służby Pożarniczej,
- dr inż. Dariusz Ratajczak, niezależny ekspert,
- dr inż. Grzegorz Sztarbała, firma Ardor,
- mgr inż. Izabela Tekielak Skałka, kierownik działu badań i analiz CFD w SMAY Sp. z o.o.,
- kpt. mgr inż. Jacek Szczypiorski, dowódca JRG nr 1 KM PSP w Sosnowcu.
