Serwis Smay używa cookies. W przeglądarce internetowej można zmienić ustawienia dotyczące cookies.
Brak zmiany tych ustawień oznacza akceptację dla stosowanych tu cookies.

Rola nawiewu kompensacyjnego w systemach oddymiania obiektów wielokubaturowych

W przypadku obiektów produkcyjnych i magazynowych systemy oddymiania kojarzą się przede wszystkim z urządzeniami do odprowadzania dymu – czyli dla tych budowli zazwyczaj z klapami dymowymiIch zadaniem jest usunięcie dymu i ciepła na zewnątrz budynku. 

Drugim, nie mniej ważnym aspektem poprawnego działania systemu oddymiania jest dostarczenie powietrza kompensacyjnego. Jego zastosowanie w praktyce wiąże się z licznymi pytaniami: Czy rzeczywiście jest wymagany? Jaka powinna być jego powierzchnia? Gdzie umieścić otwory do napływu powietrza? 

Rolę nawiewu kompensacyjnego najlepiej można zaobserwować, porównując skuteczność oddymiania hali w przypadku zastosowania nawiewu kompensacyjnego oraz przy jego braku. Poniżej przedstawiamy przykład hali o powierzchni niecałych 10 000 m2, w której wyodrębniono cztery strefy dymowe o powierzchni 2400 m2 każda (na granicy stref umieszczono kurtyny dymowe). Hala została wyposażona w grawitacyjny system oddymiania. W stropie hali znajdują się klapy dymowe, natomiast w dwóch ścianach stref dymowych nieobjętych pożarem równomiernie rozmieszczono otwory do napływu powietrza kompensacyjnego. Analizę wykonano w dwóch wariantach: z otwartymi otworami do napływu powietrza kompensacyjnego oraz z zamkniętą kompensacją. 

Rys. 1. Widok geometrii badanej hali

nawiew kompensacyjny
Gdy analizujemy wykresy obrazujące sumaryczny przepływ dymu przez klapy dymowe przy występowaniu kompensacji i jej braku, nasuwa się pytanie, skąd tak duża różnica. Poniżej postaramy się szczegółowo wyjaśnić przyczyny takiego stanu rzeczy. 

W trakcie pożaru wewnątrz hali wraz ze wzrostem ilości wydzielanego ciepła wytwarza się lokalny gradient ciśnienia, w wyniku którego w górnej części hali ciśnienie wzrasta, a w dolnej części jego wartość maleje. To właśnie różnica ciśnienia oraz siła rozprężania gazów pożarowych wpływa na powstanie przepływu przez klapy dymowe.

nawiew kompensacyjny
Wykres 1 i 2. Wyniki analizy CFD oddymiania hali magazynowej – porównanie ilości dymu odprowadzanego przez klapy dymowe dla systemu bez nawiewu kompensacyjnego oraz z nawiewem kompensacyjnym 

W sytuacji, gdy w hali występują zarówno klapy dymowe, jak i otwory kompensacyjne – w górnej części strefy objętej pożarem wystąpi nadciśnienie, natomiast w dolnej części pojawi się podciśnienie. W drugim wariancie, gdy nie zastosowano kompensacji, również wystąpiła gradacja ciśnienia, przy czym w tym przypadku nastąpiło wyrównanie ciśnienia z otoczeniem w okolicy największych otworów, czyli klap dymowych, natomiast w dolnej części hali powstało podciśnienie. Mała różnica ciśnienia przy klapach dymowych przekłada się w tym przypadku na niską prędkość wypływu dymu. Schematyczny rozkład ciśnienia dla obu przeanalizowanych wariantów przedstawiono na rys. 3. oraz rys. 4. Aby przepływ przez klapy dymowe był intensywny, w górnej części hali powinno być jak najwyższe ciśnienie.

Ciśnienie wyższe od otoczenia przy klapach dymowych przekłada się na efektywniejsze usuwanie dymu z przestrzeni hali, a więc i większy strumień dymu usuwany przez klapy. Korzystny rozkład ciśnienia (rys. 3.) jest możliwy jedynie przy zapewnieniu napływu powietrza kompensacyjnego. Tę skuteczność można zwiększyć przez obniżenie płaszczyzny neutralnej, co można osiągnąć przez zwiększenie powierzchni otworów kompensacyjnych w dolnej części hali. Przełoży się to na wzrost ciśnienia w górnej części strefy dymowej, a zatem większą prędkość przepływu dymu przez klapy dymowe (rys. 5). Warto zauważyć, że polska norma [1] zaleca, aby powierzchnia kompensacji była o 30% większa od powierzchni klap dymowych. Liczę, że powyższy przykład i wyjaśnienie uzasadniły konieczność zapewnienia powietrza kompensacyjnego. Jeśli nie – trudno; prawo i tak jest po stronie autora: napływ powietrza kompensacyjnego jest wymagany Warunkami Technicznymi [2].

Warto również zauważyć, że mała skuteczność oddymiania powoduje, iż więcej dymu pozostaje w hali, przez co może się on rozprzestrzeniać do innych stref dymowych. Dym przepływający do innych stref dymowych miesza się ze znajdującym się tam powietrzem, przez co następuje jego ochładzanie i opadanie. Jest to bardzo niekorzystne zjawisko, ponieważ wpływa na skrócenie dostępnego czasu na ewakuację oraz uniemożliwia wejście do hali służb gaśniczych. Dodatkowo dym może wpływać na powstawanie strat materialnych – poprzez wnikanie i osiadanie na materiałach zgromadzonych w hali. 

Jak pokazuje powyższa analiza, nawiew kompensacyjny odgrywa bardzo ważną rolę w procesie oddymiania. Jego obecność pozwala na wydłużenie dostepnego czasu ewakuacji oraz zwiększenie skuteczności oddymiania.

 

Skoro wiemy już, że powietrze kompensacyjne jest niezbędne, kolejnymi kwestiami, które wymagają dodatkowych rozważań, są sposób i lokalizacja jego dostarczania. Powietrze kompensacyjne powinno być dostarczane w dolnej części przestrzeni hali – w tym celu można wykorzystać bramy, czerpnie ścienne lub nawiew mechaniczny. 

Przy szukaniu poprawnego rozwiązania należy pamietać, aby napływające powietrze nie rozbijało kolumny konwekcyjnej dymu oraz nie przepływało z dużą prędkością poniżej warstwy dymu gromadzącego się pod stropem; ten warunek można spełnić, gdy prędkość powietrza nie przekracza 1,0 m/s. W przypadku dostarczania powietrza bezpośrednio do strefy objętej pożarem zapewnienie kryterium niewielkiej prędkości jest możliwe poprzez zagwarantowanie odpowiednio dużej powierzchni napływu powietrza. W przypadku dostarczania powietrza do innych stref dymowych – nawiew może być realizowany z dużo większą prędkością. Możliwe jest tu również zastosowanie nawiewu mechanicznego. 

Temat oddymiania obiektów wielkokubaturowych nie jest prosty, jednak przy odpowiednim podejściu projektowym można stworzyć skuteczny system oddymiania, zapewniający utrzymanie dymu pod stropem w jednej strefie dymowej, co z pewnością pozwala na zmniejszenie strat materialnych.

Poprawne zaprojektowanie systemu oddymiania powinno uwzględniać wszystkie komponenty, takie jak poprawny dobór klap dymowych (ich liczba i rozmieszczenie), nawiewu kompensacyjnego oraz wysokości kurtyn dymowych. Pominięcie któregokolwiek z tych parametrów może prowadzić do niekontrolowanego rozprzestrzenia się dymu oraz małej skuteczności systemu. 

Autorzy
Izabela Tekielak-Skałka

Kierownik Działu Badań i Analiz CFD

Jarosław Wiche

Dyrektor Techniczny Smay

Literatura

  1. PN-B-02877-4:2001/Az1:2006P Ochrona przeciwpożarowa budynków – Instalacje grawitacyjne do odprowadzania dymu i ciepła – Zasady projektowania.
  1. Obwieszczenie Ministra Inwestycji i Rozwoju z dnia 8 kwietnia 2019 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2019 poz. 1065).
  1. G. Kubicki, I. Tekielak-Skałka, Faktyczna rola kompensacji powietrza w systemach oddymiania obiektów wielkokubaturowych, „Chłodnictwo i Klimatyzacja” 4/2018.