System przepływowy i adaptacyjny – geneza powstania systemów różnicowania ciśnień Safety Way
Skuteczność systemów wentylacji pożarowej a prawa fizyki
Skuteczność systemów wentylacji pożarowej pozostaje proporcjonalna do stopnia uwzględnienia przy ich tworzeniu praw fizyki. Zależność ta jest szczególnie widoczna w działaniu instalacji różnicowania ciśnienia powszechnie stosowanych do ochrony pionowych dróg ewakuacji w budynkach wysokich i wysokościowych. Wytworzenie odpowiedniej gradacji ciśnienia, która będzie skutecznie zabezpieczać wyznaczone przestrzenie budynku (klatki schodowe, przedsionki przeciwpożarowe, szyby dźwigów), okazuje się w tym przypadku szczególnie złożone. Dzieje się tak, ponieważ działanie systemów zapobiegania zadymieniu zakłócają liczne czynniki związane z dynamiką pożaru (rozprężanie i unoszenie gazów pożarowych), pracą urządzeń i instalacji (np. działanie systemów wentylacji bytowej i pożarowej, ruch kabin windowych) oraz zjawiskami takimi jak opory przepływu powietrza, ciąg termiczny, ubytki powietrza przez nieszczelności przegród budowlanych itd. O ile dwie pierwsze grupy bierze się pod uwagę na etapie projektowania i scenariusza pożarowego, to wpływ pozostałych zjawisk na działanie systemów różnicowania ciśnienia może zostać ograniczony jedynie dzięki właściwej konfiguracji i działaniu samej instalacji.
Autor
dr inż. Grzegorz Kubicki
Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska Politechniki Warszawskiej
Geneza powstania przepływowych systemów z adaptacyjnym algorytmem sterowania Safety Way – badania w obiekcie poligonowym w Krakowie
Idea stworzenia nowego rozwiązania inżynierskiego narodziła się wiosną 2008 r. na jednej z konferencji branżowych w Polsce. Przedstawiłem na niej problem funkcjonowania systemów różnicowania ciśnienia, o który wspomniał mi wybitny inżynier Iwo Dobrucki (1929–2011). Pan Iwo opowiedział mi o przeszkodach, jakie pojawiały się podczas kalibracji takich systemów w nowoczesnych wysokościowych budynkach Paryża. Problemy te wiązały się z ciągiem termicznym występującym podczas napowietrzania pożarowego klatek schodowych. Wobec braku skutecznych rozwiązań technicznych przyjęto pewną niepisaną zasadę: unikano odbiorów instalacji w zimie, kiedy to zjawisko w szczególnym stopniu zakłócało efektywne działanie instalacji.
W konferencji uczestniczył ówczesny dyrektor techniczny firmy SMAY, Jarosław Wiche. Zainteresował się on omawianym podczas konferencji problemem, a później stał się kierownikiem i głównym architektem końcowego sukcesu całego projektu. Firma SMAY – przy wsparciu jej prezesa, Marka Maja – podjęła bowiem wyzwanie, jakim było znalezienie skutecznego rozwiązania wentylacji pożarowej dla wysokościowych budynków.
W pierwszym etapie przeprowadzono liczne badania i testy na stanowisku poligonowym zlokalizowanym w krakowskim Szkieletorze. Budowa stanowiska wymagała przeprowadzenia licznych prac adaptacyjnych i konstrukcyjnych, przygotowania wstępnych założeń regulacji napowietrzania, opracowania specjalnej automatyki, budowy pulpitu sterowania i monitorowania pracy instalacji itd. W ciągu pierwszych miesięcy badań poligonowych i testowania różnych wariantów sterowania wielopunktowym nawiewem pożarowym nie udało się rozwiązać problemu stabilnego wyrównania nadciśnienia w całej przestrzeni klatki schodowej, co w pewnym momencie groziło zaniechaniem kosztownego projektu.
Przełom nastąpił, kiedy testowano scenariusz zakładający nawiew znacznych ilości powietrza w dolnej klatce schodowej przy jednoczesnym sprawdzeniu, jaką prędkość uda się osiągnąć w przekroju drzwi otwartych na najwyższej kondygnacji. Okazało się, że przy tak skonfigurowanej pracy instalacji początkowe rozwarstwienie ciśnienia zanikło. Podobne wyniki udało się uzyskać jeszcze kilkukrotnie. Wielogodzinne burze mózgów, w których brali udział członkowie zespołu badawczo-konstrukcyjnego (obok kierownika projektu byli to m.in. Robert Zapała, Grzegorz Sypek, Marek Prymon i Krzysztof Piorun), dyskusje oraz analizy doprowadziły do opracowania podstaw fizycznych i konstrukcji zupełnie nowego rozwiązania technicznego. Jego idea opierała się na wykorzystaniu oporów odpowiednio dobranego i ukierunkowanego przepływu powietrza, by ograniczyć rozwarstwienie ciśnienia na wysokości klatki schodowej, wywołanego występowaniem ciągu termicznego.
Prosta w zasadzie idea wymagała jednak solidnej podstawy w badaniach obiektowych i numerycznych. Oznaczało to, że należy zbudować od podstaw nowe jednostki nawiewno-wyciągowe, opracować algorytmy sterowania, rozbudować istniejące stanowisko, przeprowadzić dziesiątki testów oraz przeznaczyć setki godzin na analizy numeryczne walidowane podczas badań poligonowych itd. Efektem było opracowanie pełnych założeń funkcjonalnych systemu nazwanego Safety Way.
Trudne początki, czyli jak przekonać sceptyków do nowych idei?
Początkowo środowisko projektantów i strażaków traktowało prezentacje założeń i możliwości nowego rozwiązania jako pewną egzotyczną ciekawostkę techniczną. W tamtym okresie nawet pan Marek Maj, zapytany o efekty projektu, przyznał im ocenę zaledwie dostateczną.
Jednak kolejne zrealizowane inwestycje z wykorzystaniem opracowane idei i potwierdzona wysoka skuteczność nowatorskiego rozwiązania sprawiły, że nadciśnieniowy system przepływowy stał się uznanym i powszechnie stosowanym rozwiązaniem do ochrony przed zadymieniem klatek schodowych w najwyższych budynkach w Polsce. Kiedy mniej więcej po upływie dwóch lat od zakończenia projektu zapytałem pana prezesa, czy podtrzymuje ocenę dostateczną, odpowiedział z uśmiechem, że teraz ocena ta jest znacznie, znacznie wyższa.
Jednym z problemów „okresu niemowlęcego” opisanego powyżej rozwiązania była skomplikowana i kosztowna automatyka sterująca całym systemem. Jednak po raz kolejny pojawił się odpowiedni człowiek – Maciej Szumski, prezes firmy Plum. Poszukując nowych wyzwań dla zespołu swoich inżynierów automatyków, zainteresował się on możliwością opracowania zupełnie nowego algorytmu sterowania dla systemów różnicowania ciśnienia. Przez Politechnikę Warszawską udało mu się nawiązać współpracę z dyrektorem technicznym firmy SMAY. Tak rozpoczął się nowy program badawczo-konstrukcyjny, realizowany w kooperacji dwóch przedsiębiorstw. Po dwóch latach testów (na specjalnie wykonanym stanowisku w siedzibie firmy Plum) zespół inżynierów programistów Macieja Szumskiego opracował bardzo skuteczny i odporny na zakłócenia algorytm sterowania.
Program zakończył się wdrożeniem systemu sterowania adaptacyjnego o najwyższej światowej jakości. Jego skuteczność potwierdziły m.in. testy przeprowadzone w Laboratorium Aerodynamiki Przemysłowej I.F.I. w Aachen. Efekt prac, czyli nowoczesny algorytm, w zasadzie eliminuje zakłócenia oraz konieczność kalibracji urządzeń, a zarazem pozwala wszechstronnie dostosować pracę jednostek napowietrzających do dynamicznie zmieniających się warunków otoczenia i sposobu prowadzenia ewakuacji.
Uczestnicy obu projektów badawczych mieli odwagę, by podjąć wyzwanie w obszarze, gdzie problemy techniczne pozostawały bez odpowiedzi. Dzięki ich ciężkiej pracy, determinacji, a także ogromnemu entuzjazmowi możemy się poszczycić pierwszym polskim systemem różnicowania ciśnienia. SAFETY WAY wyróżnia się jakością – unikatową w skali co najmniej europejskiej – i myślą technologiczną tworzącą przyszłość wentylacji.
System różnicowania ciśnienia Safety Way SMAY
W ramach systemu jednostką nadrzędną jest zestawów wyrobów do różnicowania ciśnienia w systemach kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła – iSway®.
Nowy sposób zabezpieczenia budynków ma wiele zalet. Najistotniejsze z nich to:
• wysoka skuteczność działania – zapobieganie zadymieniu dróg ewakuacyjnych to najlepszy sposób na ochronę ludzi w przypadku pożaru;
• możliwość zastosowania systemu w wysokich i bardzo wysokich budynkach;
• możliwość projektowania systemu bezpieczeństwa pożarowego obiektu na podstawie nowoczesnych symulacji komputerowych;
• bezawaryjność systemu dzięki dobowej, tygodniowej i miesięcznej automatycznej kontroli podstawowych funkcji działania;
• istotne ograniczenie czasu przeglądów okresowych;
• ograniczenie liczby elementów układu kontrolno-pomiarowego;
• bezkanałowy montaż, który nie wymaga zabudowy zbiorczych szachtów napowietrzających;
• możliwość zdalnego monitorowania systemu;
• znaczne skrócenie czasu potrzebnego na przeprowadzenie prób odbiorowych.
Wszystko to pozwala maksymalnie zredukować cenę zabezpieczenia budynku przy zachowaniu najwyższego poziomu parametrów funkcjonalności i niezawodności systemu przeciwpożarowego.
System przynosi wiele korzyści wszystkim uczestnikom procesu budowlanego, a przede wszystkim zwiększa bezpieczeństwo ludzi w budynkach.
