Grawitacyjne instalacje do odprowadzania dymu i ciepła. Funkcje, zasady rozmieszczania i montowania klap dymowych

Fot. 1 . Pożar w pomieszczeniu. Od lewej: pomieszczenie oddymiane, pomieszczenie nie oddymiane, rozgorzenie

Przeznaczenie i funkcje urządzeń oddymiających
Stosując instalację oddymiającą możemy uzyskać szereg złagodzeń dotyczących długości przejść i dojść ewakuacyjnych, dopuszczalnych powierzchni strefy pożarowej oraz wymaganej odporności pożarowej budynku.

Zadaniem systemu oddymiającego jest odprowadzanie dymu i ciepła z płonących budynków. Prawidłowo wykonane urządzenia oddymiające ułatwiają ewakuację i działania ratownicze, utrzymując w dolnej części pomieszczenia warstwę wolną od dymu, chronią konstrukcję przed działaniem temperatury oraz zmniejszają straty wynikające z oddziaływania dymu w czasie pożaru.

Oddymianie budynku w czasie pożaru niesie nieocenione korzyści dla bezpieczeństwa. Przede wszystkim odprowadzając gazy pożarowe utrzymujemy widoczność na drodze ewakuacyjnej. Pozwala to nie tylko na bezpieczne opuszczenie budynku, ale i na sprawne działania ratowniczo–gaśnicze. Trzeba tu zaznaczyć, że dym jest największym wrogiem bezpiecznej ewakuacji. Według różnych źródeł, 90–97% ofiar pożaru to ofiary zatrucia gazami pożarowymi. Pozostały odsetek to oprócz ofiar płomieni osoby, które nie opuściły płonącego budynku ze względu na zadymienie bądź inne utrudnienia na drogach ewakuacyjnych (np. zamknięte drzwi ewakuacyjne).

Pożary to bardzo złożone zjawiska – można pokusić się o stwierdzenie, że nie ma dwóch identycznie przebiegających. Ich cechą wspólną jest gwałtowny wzrost temperatury, która z łatwością osiąga pułap kilkuset stopni. W dymie znajdują się cząstki, które nie uległy spaleniu, ponieważ w otoczeniu panuje zbyt niska temperatura. Jeżeli układ ogrzeje się do odpowiedniego poziomu, to dochodzi do zapalenia się gazów pożarowych w całej objętości. Temu zjawisku, zwanemu rozgorzeniem (ang. flash over) towarzyszy gwałtowny rozwój pożaru i wzrost temperatury.

Oddymianie pomieszczenia opóźnia lub wręcz uniemożliwia powstanie rozgorzenia poprzez usunięcie palnych substancji znajdujących się w warstwie dymu oraz obniża temperaturę. Trzeba pamiętać, że wysoka temperatura jest niebezpieczna nie tylko dla ludzi, ale i dla konstrukcji budowli. Szczególne znaczenie ma to w obiektach o konstrukcji stalowej, której wytrzymałość w wysokich temperaturach dramatycznie spada. Poprzez odprowadzanie dymu chronimy więc również konstrukcję budynku.

Na zdjęciach (fot. 1) pokazano pomieszczenie testowe, w którym wywołano pożar. Widzimy pomieszczenie oddymiane poprzez otwór w suficie – klapę dymową. Na kolejnym zdjęciu widać, jak dym gromadzi się w pomieszczeniu nie oddymianym i wreszcie jak po osiągnięciu odpowiedniej temperatury dochodzi do rozgorzenia.



Rys. 2. Klapa dymowa okrągła i prostokątna
Rys. Mercor SA

Oddymianie może być realizowane przez złożone systemy wentylacyjne. Wszędzie tam, gdzie dym można wypuszczać poprzez otwory w dachu bądź uchylne okna w elewacji, zastosowanie grawitacyjnego oddymiania będzie rozwiązaniem prostym, skutecznym i stosunkowo najtańszym.
Wykorzystujemy tu właściwości fizyczne gazów, które po ogrzaniu unoszą się do góry. Należy  im tylko zapewnić otwory,  przez które będą się mogły wydostać.

W działaniach ratowniczych zdarza się, że w dachu płonącego budynku wykonuje się otwory aby obniżyć stopień zadymienia. Takie otwory wykonuje się również na etapie projektu i zamyka się je urządzeniami przeciwpożarowymi zwanymi klapami dymowymi (nie należy ich mylić z klapami pożarowymi, stosowanymi w kanałach wentylacyjnych, które w przeciwieństwie do klap dymowych w czasie pożaru zamykają się).

System oddymiania przy pomocy klap dymowych może też być wykorzystywany podczas normalnego funkcjonowania budynku. Odpowiednio wyposażony i skonfigurowany może realizować zadnia z zakresu wentylacji i klimatyzacji budynku. Producenci wyposażają te urządzenia w możliwość otwierania ręcznego w celu przewietrzania. System można też rozszerzyć o tzw. centralę pogodową, która nie tylko otworzy klapy w przypadku konieczności przewietrzenia pomieszczeń, ale i zamknie je, jeżeli zacznie padać deszcz lub wiać zbyt silny wiatr.

Wentylowanie budynku poprzez system okien uchylnych zostanie pominięte ze względu na charakter niniejszego wydawnictwa. Poniżej zostanie omówione stosowanie i montowanie klap dymowych na dachach płaskich.

Klapy dymowe – rodzaje i zastosowanie
Klapy dymowe różnią się kształtem, wielkością i sposobem montażu oraz sposobem sterowania otwarciem. Różnice pomiędzy klapami dymowymi wynikają z miejsca zastosowania.

Każda klapa jest wyposażona w urządzenie wyzwalające, odpowiedzialne za otwieranie lub otwieranie i zamykanie. Jako urządzenia wyzwalające stosuje się mechanizmy elektryczne (siłowniki elektryczne współpracujące z systemem przeciwpożarowym) lub pneumatyczne (z wyzwalaczem termicznym lub sprężyny gazowe z bezpiecznikiem termicznym).



Rys. 3. Klapa dymowa: dwuskrzydłowa i żaluzjowa
Rys. Mercor SA

Napędy elektryczne stosowane są przede wszystkim do sterowania klapami wolnostojącymi. Zestaw sterujący składa się z centrali oddymiania, czujki dymowej, przycisku oddymiania, siłownika elektrycznego z napędem zębatkowym lub łańcuchowym, przycisku przewietrzania i opcjonalnie modułu pogodowego.

Napędy pneumatyczne złożone są z mechanizmu pneumatycznego, termowyzwalacza z ampułką alkoholową, naboju CO₂, (ewentualnie rurek miedzianych, skrzynki pożarowej z butlami CO₂ – w przypadku konieczności ręcznego wyzwalania klap).

Uruchomienie pneumatycznego układu napędowego klap może być realizowane na dwa sposoby: automatycznie po zadziałaniu urządzenia wyzwalającego lub ręcznie przy użyciu alarmowej skrzynki sterowniczej. W przepisach często pojawia się pojęcie „samoczynne urządzenia oddymiające” – należy pamiętać, że jeżeli jedyną metodą otwarcia klap jest uruchomienie ręczne, to urządzenie nie może być traktowane jak samoczynne.

Klapy dymowe wyposażone wyłącznie w pneumatyczne urządzenia oddymiające nie realizują funkcji przewietrzania, o ile nie zostanie w nich zamontowany dodatkowy siłownik elektryczny.

Każda klapa wyposażona w wyzwalacz pneumatyczny jest w zasadzie samodzielnym urządzeniem. Klapy otwierane elektrycznie zazwyczaj tworzą systemy złożone z kilku lub kilkunastu urządzeń.

Rodzaj zastosowanego napędu klapy zależy od rodzaju i przeznaczenia obiektu oraz rozmiarów pokrywy klapy. Napędy elektryczne stosuje się zazwyczaj w budynkach użyteczności publicznej i w klatkach schodowych, natomiast pneumatyczne w pomieszczeniach magazynowych i produkcyjnych oraz w wielkopowierzchniowych obiektach handlowych.

Kształt i wielkość klap ograniczone są możliwościami producenta i pomysłowością projektanta.

Rozmiary klap proponują w swoich ofertach producenci. Jeśli jednak będziemy chcieli zamontować urządzenie o nietypowych wymiarach, możemy liczyć na wykonanie zamówienia zgodnie z naszym życzeniem.

Najczęściej stosowane są klapy montowane na otworach prostokątnych, ale produkuje się również klapy przeznaczone do montażu na okrągłych otworach. Miejsce montażu też jest dowolne: mogą być montowane jako pojedyncze urządzenia, mogą też stanowić elementy systemu naświetli.

Klapy zamykane są pojedynczym bądź podwójnym skrzydłem uchylnym. Coraz częściej spotyka się też urządzenia żaluzjowe. Zaletą tego rozwiązania jest niewielka siła potrzebna do otwarcia oraz dużo mniejszy opór, jaki otwarta klapa stawia opływającemu ją powietrzu.

Wypełnienie skrzydła klapy stanowią różnego rodzaju tworzywa: poliwęglan komorowy lub lity o różnej grubości i różnym stopniu transparentności (przeźroczyste, mleczne, przydymione lub kolorowe) oraz płyty warstwowe (np. aluminium – izolacja – aluminium), stanowiące tzw. „ślepe” wypełnienie. Zastosowanie w klapie wypełnienia przepuszczającego światło pozwala doświetlić pomieszczenia chronione.



Rys. 4. Przekrój przez klapę dymową o podstawie prostej i skośnej: 1 – kołnierz montażowy, 2 – warstwa izolacyjna podstawy, 3 – rama dociskająca, 4 – uszczelka, 5 – wypełnienie, 6 – podstawa, 7 – opierzenie zewnętrzne
Rys. Mercor SA

Dodatkowe wyposażenie klap dymowych mogą stanowić kraty antywłamaniowe, owiewki zabezpieczające przed wiatrem oraz czujniki otwarcia, które mogą być stosowane np. do sterowania przez centrale pogodowe.

Zalecenia montażowe
W ofercie znajdziemy klapy zarówno do dachów krytych papą, jak i membraną PCV czy blachą.

Przykładowy przekrój klapy przedstawiono na rys. 4. Elementy klapy to: podstawa prosta lub skośna (6) z kołnierzem montażowym w dolnej części (1), który służy mocowaniu do konstrukcji dachu. Pomiędzy podstawą a zewnętrznym opierzeniem (7) umożliwiającym obrobienie klapy papą lub membraną PCV znajduje się warstwa izolacyjna (2). Wypełnienie (5) osadzone jest w ramie dociskającej (3). Pomiędzy podstawą a ramą dociskającą umieszczona jest uszczelka (4).

Zamawiając klapę należy pamiętać o właściwym podaniu wymiarów (A × B) stanowiących wymiar otworu montażowego. Ten wymiar jest równocześnie wymiarem powierzchni czynnej (parametr istotny dla ustalenia ilości potrzebnych urządzeń) – z wyjątkiem klap o skośnej podstawie. Tam powierzchnię czynną stanowi iloczyn a × b. Istotne dla instalowania klapy jest prawidłowe dobranie odpowiedniej wysokości podstawy klapy (H). Źle dobrana wymusi wykonanie dodatkowej obróbki dekarskiej podczas montażu (rys. 5 b).

Klapy montowane są bezpośrednio do konstrukcji dachu albo na przygotowanych cokołach betonowych, stalowych lub drewnianych.

W każdym przypadku podstawa klapy musi być stabilnie przymocowana do konstrukcji dachu. Prawidłowe wykonanie obróbek warunkuje szczelność dachu. Warto więc to zadanie powierzyć fachowcom.


Rys. 5. Montaż klapy dymowej na dachu krytym papą o konstrukcji stalowej: 1 – podstawa z kołnierzem montażowym, 2 – opierzenie do zamocowania obróbek, 3 – izolacja podstawy, 4 – obróbka papą, 5 – izolacja dachu, 6 – konstrukcja dachu, 7 – blacha trapezowa, 8 – dodatkowa obróbka dekarska
Rys. Mercor SA

Zalecenia projektowe
Ilość i rozmieszczenie klap oraz ich powierzchnia wynikają z konieczności zapewnienia odpowiednich warunków ewakuacji. Ustala się je (podobnie jak rodzaj zastosowanych klap i urządzeń wyzwalających) w projekcie instalacji oddymiającej. Poniżej zostaną omówione zasady projektowania w oparciu o najczęściej stosowaną w Polsce normę (PN-B-02877-4 Instalacje grawitacyjne do odprowadzania dymu i ciepła Zasady projektowania), której zwolennicy podkreślają prostotę procesu projektowego. Zasady projektowania choć niezbyt skomplikowane, wymagają jednak zgłębienia tematu, który przekracza rozmiar tego artykułu. Poniżej przedstawiono jednak podstawowe zasady, którymi należy się kierować przy rozmieszczaniu klap na dachu.

Ilość i rodzaj zastosowanych klap i urządzeń wyzwalających określa się w projekcie instalacji oddymiającej, który zgodnie z przepisami (Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów Dz.U. Nr 109, poz. 719), wymaga uzgodnienia z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych.

Zgodnie z przytoczoną wcześniej normą, klapy dymowe powinny być rozmieszczone równomiernie w obrębie danej przestrzeni poddachowej, którą chronią.

Jeżeli w obszarze chronionym są różne materiały pod względem szybkości i intensywności spalania, klapy można rozmieszczać nierównomiernie z uwzględnieniem właściwości zgromadzonych materiałów.

Przez otwarte klapy dymowe może rozprzestrzeniać się pożar. Z tego powodu ważne jest aby zachowywać odpowiednie odległości pomiędzy klapami dymowymi (rys. 6).

Odległość między klapami dymowymi a krawędzią budynku nie może być większa niż 10 m na dachach o nachyleniu < 12° oraz 20 m na dachach o nachyleniu > 12°.


Rys. 6. Zasady rozmieszczania klap dymowych

Wzajemne odległości między klapami nie mogą być mniejsze niż suma dłuższych boków lub średnic obu klap, a większe niż 20 m.

Podsumowanie
Jak powiedziano na wstępie, instalacja oddymiająca to jeden z najważniejszych systemów przeciwpożarowych warunkujących bezpieczeństwo w budynku. Niestety jak większość zabezpieczeń przeciwpożarowych, wymaga ona znaczących nakładów zarówno podczas wykonania, jak i w trakcie eksploatacji. Istniejące instalacje podlegają czynnościom konserwacyjnym, które należy przeprowadzać zgodnie z zaleceniami producenta, lecz nie rzadziej niż raz w roku. Firmy produkujące i montujące urządzenia oddymiające zalecają konserwacje w okresach półrocznych. Utrzymywanie instalacji w należytym stanie technicznym stanowi kolejny wydatek, ale jest warunkiem sprawności i skuteczności urządzenia.

Wyposażenie budynku w instalację oddymiającą niesie za sobą znaczące podniesienie poziomu bezpieczeństwa, którego nie da się przeliczyć na pieniądze. W trakcie ubezpieczania obiektu może być argumentem obniżenia składki. Nie jest to jeszcze praktyka standardowa, ale coraz częściej spotykana na polskim rynku.

Być może przez cały okres eksploatacji budynku klap dymowych będziemy używać tylko do przewietrzania. Lepiej jednak nie mieć możliwości przekonania się w praktyce, ile zyskaliśmy dzięki prawidłowo zaprojektowanej i wykonanej grawitacyjnej instalacji oddymiającej.

mgr inż. Krzysztof Łącki
Szkoła Główna Służby Pożarniczej