Wraz ze wzrostem wysokości współczesnych budynków rosną także wymagania dotyczące ich bezpieczeństwa pożarowego, a tradycyjne metody ochrony coraz częściej okazują się niewystarczające. Aby skutecznie zabezpieczyć pionowe drogi ewakuacyjne, konieczne jest podejście oparte na precyzyjnej kontroli przepływu powietrza oraz dynamicznym reagowaniu na zmieniające się warunki pożarowe.

1. Wprowadzenie: ewolucja bezpieczeństwa pożarowego w obiektach wysokościowych

Współczesne budynki wysokościowe są cudami inżynierii, lecz ich imponująca skala wprowadza złożone, często niedoceniane siły fizyczne, które mogą utrudnić działania tradycyjnych systemów bezpieczeństwa. Statystyki są jednoznaczne: w 65-80% przypadków bezpośrednią przyczyną śmierci podczas pożaru nie jest ogień, lecz dym. Nie ma jednej „uniwersalnej” liczby dlatego, że warunki pożarów, toksyczność dymu i metody raportowania znacznie się różnią między badaniami i krajami. Pewne jest, że dym rozprzestrzenia się błyskawicznie, a jego gęstość może ograniczyć widoczność do zaledwie kilku centymetrów, co w praktyce uniemożliwia ewakuację nawet osobom znającym układ budynku.

W odpowiedzi na to zagrożenie, systemy różnicowania ciśnienia (PDS) stały się najefektywniejszą metodą ochrony pionowych dróg ewakuacyjnych. W przeciwieństwie do prostszych systemów oddymiania, które usuwają dym, systemy PDS aktywnie zapobiegają jego wnikaniu do stref chronionych, utrzymując klatki schodowe i szyby windowe wolne od toksycznych gazów.

W tym artykule przeanalizowaliśmy i porównaliśmy wdrożenie systemu różnicowania ciśnień w kilku ważnych, prestiżowych projektach. Zanim jednak przeanalizujemy konkretne projekty, kluczowe jest zrozumienie zjawisk fizycznych jak efekt kominowy, które stanowią wyzwanie dla wszystkich systemów oddymiania implementowanych w wysokich konstrukcjach.

2. Fundamentalne wyzwanie projektowe: efekt kominowy i jego wpływ na systemy różnicowania ciśnień

Chociaż systemy różnicowania ciśnienia są wysoce skuteczne, ich rzeczywista wydajność w budynkach wysokościowych jest uzależniona od tego jak odpowiadają one na zmieniające się warunki zewnętrzne i wewnętrzne. Omówimy teraz największe z tych wyzwań – efekt kominowy.

Efekt kominowy to ukierunkowany ruch powietrza w przestrzeniach pionowych, takich jak klatki schodowe, spowodowany różnicą temperatur, a co za tym idzie – gęstości powietrza, pomiędzy wnętrzem budynku a otoczeniem. Zjawisko to ma charakter sezonowy. Zimą, chłodniejsze i gęstsze powietrze zewnętrzne wnika do budynku na niższych kondygnacjach, ogrzewa się, unosi do góry i wytwarza nadciśnienie w górnej części klatki schodowej oraz podciśnienie w jej dolnej części. W klimatyzowanych budynkach latem obserwuje się zjawisko odwrotne.

Ta nierównomierna dystrybucja ciśnienia może prowadzić do dwóch krytycznych sytuacji w tradycyjnych systemach PDS:

• Podciśnienie: Na niższych kondygnacjach, w strefie podciśnienia, system może zassać dym ze strefy pożaru do chronionej klatki schodowej, rozprzestrzeniając śmiertelne zagrożenie po całym budynku.

• Nadciśnienie: Na wyższych kondygnacjach nadmierne ciśnienie może uniemożliwić otwarcie drzwi ewakuacyjnych (przekraczając dopuszczalną siłę 100 N), skutecznie uniemożliwiając mieszkańcom opuszczenie wnętrza.

Należy podkreślić, że dawna norma EN 12101-6:2005 ignorowała ten problem. Jej aneks B zezwalał na uruchomienie systemu na godzinę przed rozpoczęciem testów, aby umożliwić wyrównanie się temperatur. To scenariusz całkowicie nierealistyczny w warunkach prawdziwego pożaru. Pozwalało to na odbiór niesprawnych instalacji. Nowa norma EN 12101-13 jednoznacznie nakazuje przeprowadzanie indywidualnej analizy dla budynków o wysokości powyżej 60 metrów, wymagając zaawansowanych symulacji CFD (obliczeniowej mechaniki płynów) w celu weryfikacji skuteczności projektu. Podobnie z brytyjską normą BS 9991:2024, która wskazuje, że systemy różnicowania ciśnień powinno się stosować zwłaszcza w wysokich budynkach mieszkalnych (powyżej 30 m), w których mechaniczne systemy oddymiania jak np. MSVS mogą mieć problemy z odpornością na efekt kominowy.

Rozpoznanie tej sytuacji w 2008 roku było katalizatorem dla ukierunkowanych badań i rozwoju nowej generacji systemów różnicowania ciśnienia przez firmę SMAY.

3. Innowacja SMAY: od badań w skali rzeczywistej do opatentowanego systemu SMAY Safety Way

Pokonanie negatywnego wpływu efektu kominowego wymagało fundamentalnego przemyślenia koncepcji systemów PDS i odejścia od rozwiązań statycznych. Trzeba było zastosować podejście oparte o badania w rzeczywistej skali. Dzięki niemu firma SMAY doprowadziła do opracowania systemu Safety Way i opatentowania urządzenia różnicowania ciśnien iSWAY-FC®.

Kluczowy dla tego procesu był dwuletni projekt badawczy (2008-2010), przeprowadzony na 92-metrowym stanowisku testowym w krakowskim wieżowcu Unity Tower, znanym jako „Szkieletor”. Pierwotnym celem było znalezienie skutecznego rozwiązania łagodzącego efekt kominowy. Badania prowadzono we wszystkich warunkach pogodowych, aby zapewnić, że opracowane rozwiązanie będzie niezawodne w rzeczywistych, dynamicznie zmieniających się warunkach.

Przełomem było opracowanie Systemu Przepływowego (Flow System). Jego koncepcja opiera się na zastosowaniu dwóch jednostek rewersyjnych, zainstalowanych na górze i na dole klatki schodowej. Jedna jednostka nawiewa powietrze, podczas gdy druga je wyciąga, generując kontrolowany, ukierunkowany przepływ powietrza przez całą wysokość klatki schodowej. Ten wymuszony przepływ kompensuje naturalny gradient ciśnienia wywołany efektem kominowym, co skutkuje stabilnym i równomiernym rozkładem ciśnienia w całej chronionej przestrzeni. Kierunek przepływu powietrza jest automatycznie determinowany przez czujniki temperatury, które mierzą różnicę między powietrzem wewnątrz i na zewnątrz budynku.

Opracowana technologia, zaimplementowana w nowoczesnych jednostkach iSWAY, wyróżnia się kilkoma kluczowymi cechami, które stanowią o jej przewadze:

• Algorytm Predykcyjny: System wykorzystuje opatentowany, samouczący się algorytm oparty na uczeniu maszynowym. Tradycyjne systemy, reagując na zmianę stanu drzwi, mogą „polować” na właściwe ciśnienie, powodując niebezpieczne oscylacje – skoki ciśnienia uniemożliwiające otwarcie drzwi (>100N) lub spadki pozwalające na wniknięcie dymu. Algorytm predykcyjny eliminuje to zjawisko, zapewniając stabilną reakcję w czasie krótszym niż 3 sekundy.

• Szeroki Zakres Działania: System charakteryzuje się bardzo szerokim zakresem pracy (od 200 m³/h do 75 000 m³/h), co umożliwia precyzyjne spełnienie zarówno kryterium ciśnieniowego przy niskim przepływie (zamknięte drzwi), jak i kryterium prędkości przy wysokim przepływie (otwarte drzwi).

• Automatyczne Autotesty: Funkcja autotestu, przeprowadzana co 24 godziny, weryfikuje działanie wentylatora i klapy, zapisując raport. Spełnia to wymóg codziennej inspekcji zgodnie z normą EN 12101-13, zapewniając stałą gotowość operacyjną.

• Podejście Systemowe: Składanie systemu z oddzielnie certyfikowanych komponentów nie daje żadnej gwarancji ich wspólnego działania. Wszystkie elementy systemu Safety Way – od jednostek iSWAY, przez czujniki, po klapy – są testowane i certyfikowane jako kompletny zestaw. To różnica między zakupem fabrycznie przetestowanego samochodu a pojazdem złożonym z przypadkowych części od różnych producentów.

Prawdziwą miarą tej technologii jest jej skuteczne zastosowanie w najbardziej wymagających i prestiżowych projektach architektonicznych w Europie.

4. Analiza porównawcza wdrożeń: System Safety Way w praktyce

Varso Tower, Warszawa – ochrona najwyższego budynku w Unii Europejskiej

Kontekst Projektu: Varso Tower, o wysokości 310 metrów, jest najwyższym budynkiem w Unii Europejskiej. Jego skala i prestiż wymagały bezkompromisowego podejścia do kwestii bezpieczeństwa pożarowego.

Główne Wyzwania Techniczne: Ze względu na ekstremalną wysokość budynku, najpoważniejszym wyzwaniem był skrajnie silny efekt kominowy. Konieczne było wdrożenie wysoce niezawodnego i błyskawicznie reagującego systemu, zdolnego do ochrony skomplikowanych dróg ewakuacyjnych dla dużej liczby użytkowników.

Wdrożone Rozwiązanie SMAY: W budynku zaimplementowano system Safety Way, oparty na koncepcji Systemu Przepływowego z jednostkami rewersyjnymi. To rozwiązanie aktywnie przeciwdziała silnemu efektowi kominowemu, zapewniając stabilny rozkład ciśnienia na całej wysokości 310 metrów i gwarantując bezpieczne warunki ewakuacji. Dla konstrukcji o tej wysokości tradycyjny system napowietrzania jednopunktowego, nawet z klapą upustową, nieuchronnie doprowadziłby do krytycznych scenariuszy awarii opisanych wcześniej: zagrażającego życiu podciśnienia na niższych piętrach i niemożliwych do otwarcia drzwi na piętrach wyższych. W Varso Tower system ppoż został wyposażony w zasilacz rezerwowy, który w trybie pożarowym natychmiast steruje urządzeniami systemu, a w trybie normalnym integruje się z BMS budynku. Dodatkowo zastosowano klapy przeciwpożarowe do odcinania ognia i dymu oraz przepustnice, które regulują przepływ powietrza w kanałach wentylacyjnych. System uzupełniają czerpnie i wyrzutnie powietrza, zapewniające dopływ świeżego powietrza i skuteczne odprowadzanie gorących gazów w kanałach oddymiających. Varso Tower uzyskał certyfikat WELL Health-Safety, co świadczy o wysokim standardzie dbałości o zdrowie i bezpieczeństwo użytkowników.

Sky Tower, Wrocław – sprawdzona skuteczność w warunkach rzeczywistego zagrożenia

Kontekst Projektu: Sky Tower (212 m) to najwyższy budynek mieszkalny w Polsce.

Weryfikacja w Warunkach Rzeczywistych: Skuteczność systemu została potwierdzona podczas realnego zdarzenia. Pożar, który wybuchł w maszynowni windy na 52. piętrze, uruchomił ewakuację blisko 1000 osób.

Działanie Systemu i Wynik: To zdarzenie stanowiło niezaplanowaną, rzeczywistą weryfikację całej filozofii Safety Way, od reakcji algorytmu predykcyjnego w czasie poniżej 3 sekund po gwarantowaną gotowość zapewnioną przez codzienne autotesty. System różnicowania ciśnienia SMAY zadziałał dokładnie zgodnie z projektem, utrzymując drogi ewakuacyjne wolne od dymu. W rezultacie ewakuacja przebiegła sprawnie i bez żadnych obrażeń.

The Portal, Londyn – adaptacja do rygorystycznych wymogów rynku brytyjskiego

Kontekst Projektu: The Portal to 120-metrowy, 36-piętrowy budynek mieszkalny w Londynie. Jego lokalizacja na wysoce uregulowanym i wymagającym rynku brytyjskim stanowiła dodatkowe wyzwanie.

Specyficzne Wyzwania i Wymagania Techniczne: Projekt musiał spełniać rygorystyczne wymogi brytyjskich norm (BS EN 12101-6 oraz BS EN 12101-13). Kluczowe wyzwania obejmowały złagodzenie efektu kominowego w 120-metrowej konstrukcji oraz zaprojektowanie skutecznych dróg odprowadzania powietrza.

Kompleksowe Rozwiązanie SMAY:

• Jednostki iSWAY: 54 jednostki, w tym 27 specjalnie zaprojektowanych jednostek rezerwowych, zapewniające pełną redundancję systemu.

• System Przepływowy: Implementacja systemu w celu całkowitego zniwelowania efektu kominowego w klatkach schodowych i szybach windowych, gwarantując stabilne ciśnienie na całej wysokości.

• Napowietrzanie Lobby: Zastosowanie szybko adaptującego się systemu do zarządzania wymagającą dynamiką ciśnienia w lobby, które pełnią funkcję krytycznych buforów między klatką schodową a korytarzami.

• Aktywna Droga Odprowadzania Powietrza: Projekt mechanicznego systemu wyciągowego dla korytarzy, zapewniający niezawodną strefę podciśnienia dla działania PDS, niezależną od wpływu wiatru – co jest kluczowym wymogiem dla solidnej wydajności.

• Wsparcie Projektowe: SMAY zapewniło pełne wsparcie, w tym opracowanie koncepcji projektowej, obliczenia przepływu powietrza, symulacje CFD oraz przygotowanie pełnej dokumentacji technicznej.

Te studia przypadków, obejmujące projekty o ekstremalnej wysokości, wymagające zgodności z międzynarodowymi przepisami i zweryfikowane w warunkach realnego zagrożenia, wspólnie dowodzą adaptacyjności i solidności systemu Safety Way. 

5. Synteza Doświadczeń: jak zrealizowane projekty wpływają na innowacyjność i niezawodność systemu

6. Wnioski: holistyczne podejście jako nowy standard w ochronie przeciwpożarowej budynków wysokościowych

Pomyślne wdrożenia w Varso Tower, Sky Tower i The Portal jednoznacznie pokazują, że projektowanie systemów oddymiania wysokościowych wymaga czegoś więcej niż tylko wydajnych wentylatorów. Wymaga inteligentnego, adaptacyjnego i w pełni zintegrowanego systemu, który działa jako spójna całość.

Ochrona przeciwpożarowa i przeciwdymowa powinna być projektowana z uwzględnieniem synergii wszystkich jej elementów. Podejście firmy SMAY, polegające na testowaniu i certyfikowaniu kompletnego zestawu urządzeń i projektowaniu w oparciu o dowody (kalkulacje przepływów, case study, symulacje CFD) stoi w opozycji do znacznie bardziej ryzykownej metody składania systemu z oddzielnie pozyskiwanych komponentów. Analogia jest prosta: jest to różnica między zakupem fabrycznie przetestowanego samochodu a pojazdem zbudowanym z przypadkowych części od różnych dostawców.

Ostatecznie, kluczem do sukcesu jest ścisła współpraca między architektami, projektantami i fire consultants od systemów bezpieczeństwa już od najwcześniejszych etapów projektowania. W erze post-Grenfell, gdzie odpowiedzialność i weryfikowalna skuteczność są najważniejsze, takie holistyczne podejście oparte o dowody staje się jedyną odpowiedzialną metodologią dla systemów ratujących życie.

W tym kontekście niezwykle istotna jest także wymiana wiedzy na poziomie międzynarodowym. Każdy kraj operuje własną terminologią, metodami testowania systemów i odmiennymi założeniami co do skuteczności rozwiązań. Ograniczanie się wyłącznie do standardów krajowych mogłoby prowadzić do pominięcia sprawdzonych rozwiązań stosowanych gdzie indziej. Dlatego warto korzystać z doświadczeń międzynarodowych – w tym zakresie SMAY służy wsparciem pod adresem design@smay.eu.

Zdobądź więcej wiedzy na temat projektowania, działania i kosztów systemów PDS. Pobierz e-booka.

Staircase pressurisation system – knowledge base