Garaże podziemne stanowią obszar stwarzający szczególne zagrożenie. Związane jest ono przede wszystkim z możliwością wystąpienia pożaru. Może on mieć źródła różnego rodzaju, a jednym z nich jest uwolniony gaz LPG z instalacji samochodowej. W przypadku uwolnienia gazu LPG nie zawsze musi dojść do jego zapłonu. Aby temu zapobiec potrzebna jest sprawnie działająca detekcja i wentylacja bytowa. W sytuacji, kiedy pożar już wystąpi, znaczącą rolę w zmniejszeniu skutków zdarzenia odgrywa system wentylacji pożarowej.

Niniejszy artykuł opisuje istniejące wymagania prawne i wytyczne standardów europejskich dotyczące systemów wentylacji pożarowej w garażach, które są wynikiem wieloletnich już badań wielu ośrodków na świecie. Przedstawione zostały także wyniki najnowszych badań Politechniki Łódzkiej nad rozprzestrzenianiem się gazu LPG w przypadku rozszczelnienia instalacji samochodowej, mające posłużyć stworzeniu wytycznych w zakresie projektowania instalacji wentylacji bytowej w garażach.

Wentylacja pożarowa w garażach podziemnych 

Obowiązek stosowania samoczynnych urządzeń oddymiających w garażach dla samochodów osobowych w Polsce wynika z rozporządzenia Ministra Infrastruktury [1] i dotyczy garaży zamkniętych o powierzchni całkowitej przekraczającej 1500 m2 (§ 277 ust. 4). Rozporządzenie oprócz garaży zamkniętych wyróżnia także garaże otwarte, zwolnione z obowiązku stosowania samoczynnych urządzeń oddymiających, z tym że garaże te powinny mieć zapewnione przewietrzanie naturalne każdej kondygnacji, spełniające następujące wymagania (§108 ust. 2):

1. łączna wielkość niezamykanych otworów w ścianach zewnętrznych na każdej kondygnacji nie powinna być mniejsza niż 35% powierzchni ścian, z dopuszczeniem zastosowania w nich stałych przesłon żaluzjowych, nieograniczających wolnej powierzchni otworu;
2. odległość między parą przeciwległych ścian z niezamykanymi otworami nie powinna być większa niż 100 m;
3. zagłębienie najniższego poziomu posadzki nie powinno być większe niż 0,6 m poniżej poziomu terenu bezpośrednio przylegającego do ściany zewnętrznej garażu, a w przypadku większego zagłębienia – powinna być zastosowana fosa o nachyleniu zboczy nie większym niż 1:1.

Garaże otwarte jedynie wtedy jednak mogą być sytuowane pod kondygnacjami z pomieszczeniami przeznaczonymi na pobyt ludzi (§106 ust. 2), gdy nie są to pomieszczenia mieszkalne, opieki zdrowotnej oraz oświaty i nauki, a ponadto:

1. lico ściany zewnętrznej tych kondygnacji z oknami otwieranymi jest cofnięte w stosunku do lica ściany garażu otwartego lub do krawędzi jego najwyższego stropu co najmniej o 6 m, a konstrukcja dachu i jego przekrycie nad garażem spełniają wymagania określone w §218 dla dachów budynków niższych przylegających do budynków wyższych;
2. usytuowanie ścian zewnętrznych tych kondygnacji w jednej płaszczyźnie z licem ścian zewnętrznych części garażowej lub z krawędziami jej stropów wymaga zastosowania w tych pomieszczeniach okien nieotwieranych oraz wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej lub klimatyzacji.

Instalacja wentylacji oddymiającej w garażu zamkniętym powinna usuwać dym z intensywnością zapewniającą, że w czasie potrzebnym do ewakuacji ludzi na chronionych przejściach i drogach ewakuacyjnych nie wystąpi zadymienie lub temperatura uniemożliwiające bezpieczną ewakuację oraz powinna mieć stały dopływ powietrza zewnętrznego uzupełniającego braki tego powietrza w wyniku jego wypływu wraz z dymem (§270). Wentylatory oddymiające powinny przy tym mieć klasę F60060, jeżeli przewidywana temperatura dymu przekracza 400ºC, a F400120 w pozostałych przypadkach. Inne klasy dopuszcza się wtedy, gdy taka możliwość wynika z analizy obliczeniowej temperatury dymu oraz zapewnienia bezpieczeństwa ekip ratowniczych [1].

W określonych przypadkach w garażach, w których należy stosować samoczynne urządzenia oddymiające, wymagane są również stałe urządzenia gaśnicze wodne (tryskaczowe lub zraszaczowe). Powoduje to konieczność rozpatrywania kwestii ich wzajemnego wpływu na siebie. Dotyczy to garaży znajdujących się w budynkach wymienionych w §27 ust. 2 pkt 2÷4 rozporządzenia MSWiA [2]:

• o liczbie miejsc służących celom gastronomicznym powyżej 600, 
• wysokościowych – użyteczności publicznej lub zamieszkania zbiorowego.

Zastosowanie stałych urządzeń gaśniczych wodnych pozwala na złagodzenie niektórych ograniczeń projektowych (§277 ust. 2 pkt 1 i ust. 3 oraz §237 ust. 6 pkt 1 rozporządzenia Ministra Infrastruktury [1]), umożliwiając:

• powiększenie dopuszczalnej powierzchni strefy pożarowej garażu zamkniętego z 5 000 do 10 000 m²,
• objęcie jedną strefą pożarową więcej niż jedną kondygnację podziemną garażu zamkniętego,
• powiększenie dopuszczalnej długości przejścia ewakuacyjnego w garażu zamkniętym o 50%, a więc z 40 na 60 m.

Podobne powiększenie o 50% długości przejścia ewakuacyjnego w garażu zamkniętym, jest możliwe również w przypadku zastosowania samoczynnych urządzeń oddymiających, uruchamianych za pomocą systemu wykrywania dymu.

Przepisy polskie nie określają w pełni wymagań dla wentylacji oddymiającej garaży i zgodnie z art. 5 ust. 1 ustawy Prawo budowlane [3] należy w ich uzupełnieniu posługiwać się dodatkowo aktualnymi zasadami wiedzy technicznej. Biorąc pod uwagę zasady wiedzy technicznej należy jednak zawsze uwzględniać różnice w realiach krajów, z których one pochodzą oraz Polski. W krajach Unii Europejskiej najbardziej zaawansowane badania tej problematyki są prowadzone w Wielkiej Brytanii i wdrażane tam następnie do przepisów prawa i norm [4, 5]. Dodatkowo trzeba też zaznaczyć, że w 2006 r. została wprowadzona nowa norma dotycząca wentylacji oddymiającej garaży w Belgii [7], w 2010 roku w Holandii [10], natomiast w 2012 roku znowelizowano na podstawie raportu [13] z 2011 przepisy nowozelandzkie [14]. Z kolei w roku 2015 ukazała się najnowsza wersja normy NFPA 15 [15]. Trzeba jednak podkreślić, iż w zakresie szczegółowych wytycznych do projektowania wentylacji pożarowej w garażach najlepiej opracowana została norma Brytyjska [5].

Zgodnie z wymaganiami przepisów polskich, jako cele działania systemu wentylacji oddymiającej w garażu wskazuje się:

1. Zapewnienie w garażu możliwości bezpiecznego i skutecznego prowadzenia działań ratowniczych, zabezpieczających w szczególności przed zniszczeniem konstrukcji budynku, w którym znajduje się garaż,
2. Nie dopuszczenie do wystąpienia na przejściach ewakuacyjnych w czasie, w którym mogą się na nich jeszcze znajdować ludzie, zadymienia lub temperatury uniemożliwiających bezpieczną ewakuację.

Trzeba też zaznaczyć, że zastosowanie urządzeń oddymiających pozwala w garażu, w którym miał miejsce pożar, na możliwie najszybsze przywrócenie stanu jego normalnej eksploatacji – jakkolwiek nie jest to już objęte wymaganiami przepisów.

Za warunek bezpiecznego i skutecznego działania ekip ratowniczych w garażu norma BS uznaje zapewnienie przez wentylację oddymiającą powietrza wolnego od dymu co najmniej z jednej strony palącego się samochodu, w odległości nie większej niż 10 m od niego. W Polsce wymaganie to uznawane jest za nieuzasadnione i zbyt kosztowne, gdyż do akcji w tego typu obiektach ekipy ratownicze przystępują zawsze w aparatach chroniących drogi oddechowe [18]. W Polsce od kilku lat w przeprowadzanych analizach za wartości graniczne parametrów mających wpływ na bezpieczeństwo ekip ratowniczych przyjmowane były parametry odpowiadające warunkom rutynowym (temperatura 100°C, natężenie promieniowania cieplnego – 1 kW/m2), w odległości 10 m od źródła pożaru, która odpowiada maksymalnej odległości, z jakiej możliwe jest prowadzenie akcji gaśniczej [16].

Z kolei z punktu widzenia zapewnienia odpowiednich warunków ewakuacji norma brytyjska przewiduje konieczność spełnienia w garażu następujących warunków:

1. Wydajność wentylacji oddymiającej nie mniejsza niż 10 wym./h i zapewniająca jednocześnie spełnienie założonych celów jej działania;
2. Liczba wyjść ewakuacyjnych wystarczająca dla takiej liczby ludzi w garażu, jaką przewiduje się dla momentu powstania pożaru, aby wszyscy mogli się bezpiecznie ewakuować; nie należy przy tym brać pod uwagę wyjść ewakuacyjnych niedostępnych – znajdujących się w pobliżu miejsca powstania pożaru lub punktów wyciągu dymu;
3. Usytuowanie wyjść ewakuacyjnych tak skorelowane z rozmieszczeniem i kierunkiem działania wentylatorów strumieniowych, by uniknąć wpływu ciśnienia dynamicznego na drzwi i przepływu dymu do przedsionków klatek schodowych lub korytarzy.

Za kryteria oceny warunków na drogach ewakuacyjnych, podobnie jak w Polsce (parametry dopuszczalnych warunków na drogach ewakuacyjnych w czasie pożaru zostały określone w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z 17.06.2011 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane metra i ich usytuowanie [6]) przyjmuje się według standardu brytyjskiego (kryteria dopuszczalne? czy niedopuszczalne?):

1. Zadymienie na wysokości ≤1,8 m od posadzki, ograniczające widzialność krawędzi elementów budynku do mniej niż 10 m,
2. 2Temperatura powietrza na wysokości ≤1,8 m od posadzki przekraczająca 60°C, a w warstwie podsufi towej – na wysokości >2,5 m – 200°C, ze względu na związane z tym promieniowanie cieplne.

Dodatkowo, przy zastosowaniu wentylacji strumieniowej należy uwzględnić takie rozmieszczenie wentylatorów strumieniowych, aby w garażu nie występowały niewentylowane przestrzenie w czasie jego normalnej eksploatacji, a system oddymiania zapewniał uzyskanie celów projektowych niezależnie od miejsca powstania pożaru (również w przypadku uszkodzenia wentylatora strumieniowego znajdującego się najbliżej tego miejsca). Łączna wydajność uruchomionych wentylatorów strumieniowych nie powinna być większa niż łączna wydajność wentylatorów wyciągowych, a prędkość przepływu powietrza na przejściach ewakuacyjnych nie większa niż 5 m/s. Dostarczanie do garażu powietrza uzupełniającego powinno być realizowane z prędkością nie większą niż 2 m/s, co zapobiega recyrkulacji dymu. Należy stosować podział garażu na strefy detekcji dymu nie większe niż 2 000 m² i wyposażenie w adresowalny system sygnalizacji pożaru z czujkami dymu, czujkami ciepła lub czujkami multisensorowymi, przekazujący sygnał o miejscu pożaru do centrali systemu oddymiania. W razie zastosowania w garażu również urządzeń tryskaczowych, należy zapewnić odpowiednie wzajemne rozmieszczenie wentylatorów strumieniowych i tryskaczy, tak aby wpływ oddziaływania wentylatorów na funkcjonowanie tryskaczy był zminimalizowany. Wymagana jest klasa wentylatorów i całego osprzętu co najmniej F30060.

Norma zakłada, że wentylatory wyciągowe powinny być uruchamiane bezpośrednio po wykryciu pożaru, jednocześnie wskazuje na możliwość wprowadzenia celowego opóźnienia w uruchamianiu wentylatorów strumieniowych, gdyby było to niezbędne ze względu na obawę o pogorszenie warunków ewakuacji ludzi, w wyniku wzrostu zadymienia na niektórych odcinkach przejść ewakuacyjnych w garażu. Należy tu jednak zwrócić uwagę na fakt, że opóźnienie to, powodujące zwiększenie ilości dymu i nagromadzonej energii cieplnej w pobliżu miejsca pożaru, będzie sprzyjać możliwości przeniesienia się pożaru na kolejne samochody i szybszemu uszkodzeniu konstrukcji garażu pod wpływem ciepła. Ostateczne rozstrzygnięcie tego problemu dokonywane jest za pomocą symulacji komputerowych CFD rozprzestrzeniania się dymu i ciepła, przeprowadzanych dla najgorszego możliwego scenariusza. W razie zdecydowania się na opóźnienie uruchamiania wentylatorów strumieniowych, norma wymaga, aby było to zaakceptowane przez władze lokalne.

Przy wykorzystaniu alternatywnego systemu, zwanego SHEVS (Smoke and Heat Exhaust Ventilation System) polegającego na bezpośrednim odprowadzaniu gorącego dymu na zewnątrz ze zbiornika dymu w garażu, zapewniony poziom warstwy powietrza wolnej od dymu powinien mieć wysokość nie mniejszą niż 0,8 wysokości garażu, przy czym nie więcej niż 2,5 m.

Rys. 5. Rozkład stężenia LPG po 120 s od uwolnienia, przy braku wentylacji (rys. górny) oraz przy jej uruchomieniu po 20 s od uwolnienia (rys. dolny). Maksymalne stężenie na skali – 4*10-3 kg/m3 odpowiada 10% DGW [20, 21]

Dla porównania, belgijska norma [8] wskazuje jako cel funkcjonowania wentylacji oddymiającej w garażu umożliwienie jego bezpiecznego opuszczenia przez użytkowników oraz utrzymywanie wolnego od dymu dostępu z zewnątrz, od drogi publicznej, w pobliże miejsca pożaru – na odległość nie większą niż 15 m od tego miejsca, na odcinku o szerokości co najmniej 5 m – w celu zapewnienia ekipom ratowniczym możliwości skutecznego i bezpiecznego prowadzenia działań. Norma ta wyróżnia dwa systemy wentylacji pożarowej w garażach:

1. Zapewniający pionowe unoszenie dymu – w wyniku zastosowania układu kanałów wyciągowych (wentylacja kanałowa), klap dymowych lub innych podobnych rozwiązań;
2. Polegający na poziomym przetłaczaniu powietrza wraz z dymem (wentylacja bezkanałowa).

Za bezwzględny warunek prawidłowego funkcjonowania pierwszego z tych systemów uznaje się utrzymywanie za jego pomocą przestrzeni wolnej od dymu od posadzki do wysokości 3,5 m, a przy zastosowaniu tryskaczy – do wysokości 2,5 m. Garaż dzielony jest za pomocą stałych lub ruchomych kurtyn dymowych na strefy dymowe o maksymalnej długości 60 m i powierzchni nieprzekraczającej 2 600 m² (dla wentylacji grawitacyjnej 2 000 m²). W obrębie strefy dymowej, w której wystąpił pożar, warstwa dymu powinna utrzymywać się co najmniej 0,3 m pod najniższym elementem stropu. Garaż, w którym planowana jest wentylacja kanałowa powinien więc mieć wysokość co najmniej 3,8 m, a w razie zastosowania tryskaczy – 2,8 m. Jako wyjaśnienie tak wysokich wymagań wskazano w normie, że zapewniają one nieprzekraczanie pod stropem temperatury 200°C, co umożliwia swobodne przemieszczanie się ludzi – zarówno ewakuujących się, jak i prowadzących akcję ratowniczą. Wentylatory systemu pierwszego powinny być odporne przez godzinę na temperaturę 300°C, a przy zastosowaniu tryskaczy na temperaturę 200°C.

W garażach niespełniających wymienionych wymagań dotyczących wysokości, belgijska norma dopuszcza wyłącznie system wentylacji bezkanałowej. Uruchomienie urządzeń wentylacji pożarowej, jak i systemu powiadamiania ludzi o konieczności ewakuacji, powinno następować w wyniku zadziałania 2 czujek pożarowych w jednej strefi e detekcji, przy czym powierzchnia takiej strefy nie powinna przekraczać 1 000 m².

Rys. 6. Zasięg stężenia wybuchowego w garażu w różnych warunkach wentylacji – kolor różowy odpowiada stężeniu równemu Dolnej Granicy Wybuchowości [20, 21]

Wentylacja bytowa garaży podziemnych w przypadku uwolnienia LPG

(...)

Badania skutków wypływu LPG w garażu

(...)

Pomiar stężenia LPG

(...)

Wentylacja garażu podczas badań

(...)

Wyniki badań

(...)

Symulacje CFD

W celu dokładniejszej analizy wpływu systemu wentylacji garażu na rozkład stężenia LPG w garażu przeprowadzono serię symulacji CFD, w których założenia przyjęto zgodnie z warunkami przeprowadzanych badań (rys. 5.). Na ich podstawie stwierdzono, że przy braku instalacji wentylacyjnej, gaz LPG gromadzi się przy posadzce i utrzymuje tam przez dłuższy czas. Natomiast w przypadku zadziałania wentylacji, gaz w ciągu kilkudziesięciu sekund został całkowicie odprowadzony i przestał stwarzać zagrożenie.

Dodatkowo, za pomocą symulacji CFD zobrazowano różnice w skuteczności odprowadzania gazu przez system wentylacji kanałowej i wentylacji strumieniowej. W tabeli 1. pokazano obszar występowania gazu, w którym przekroczone jest stężenie dolnej granicy wybuchowej, w kolejnych sekundach od uwolnienia się LPG ze zbiornika samochodowego. Wyraźnie widoczne jest, iż system wentylacji strumieniowej znacznie szybciej rozrzedza i odprowadza gaz niż tak samo wydajny system wentylacji kanałowej (posiadający 50% wyciągu w pobliżu posadzki). Dodatkowo, dla porównania pokazano sytuację, której w ogóle nie występuje w garażu wentylacja. 

Wnioski 

Na podstawie przeprowadzonych badań oraz symulacji CFD stwierdzono, że w pomieszczeniach, w których istnieje ryzyko uwolnienia LPG, konieczne jest stosowanie instalacji wentylacyjnej. Instalacja ta, zgodnie z wymaganiami obowiązujących przepisów, powinna być uruchamiana samoczynnie, niezwłocznie po wykryciu obecności gazu przez system detekcji. Ważne jest jednak, aby detektory były umieszczane bezpośrednio w pobliżu posadzki pomieszczenia, gdyż tam następuje gromadzenie się gazu. Ważne jest także, aby systemy wentylacji tych pomieszczeń zapewniały wystarczający przepływ powietrza w przestrzeniach przyposadzkowych, który umożliwi poderwanie nagromadzonego tam gazu i jego odprowadzenie z pomieszczenia. Jedynym rozwiązaniem okazuje się w tym przypadku być system wentylacji strumieniowej.

dr inż. Dorota BRZEZIŃSKA

WIPOS, Politechnika Łódzka

LITERATURA:

[1] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12.04.2002 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU Nr 75, poz. 460 z późn. zm.).

[2] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 07.06.2010 w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU Nr 109, poz. 719). 

[3] Ustawa z 07.07.1994 – Prawo budowlane (DzU z 2006 r. Nr 156, poz. 1118, z późn. zm).

[4] The Building Regulations 2000 – Approved Dokument B – Fire safety – version 2006.

[5] BS 7346-7:2013 Components for smoke and heat control systems – Part 7: Code of practice on functional recommendations and calculation methods for smoke and heat control systems for covered car parks.

[6] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 17.06.2011 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane metra i ich usytuowanie.

[7] NBN S 21-208-2 Protection incendie dans les batiments. Conception des systems d’evacuation des fumees et de la chaleur (EFC) des parkings interieurs.

[8] Measurements of the Firefi ghting Environment. Department for Communities and Local Government. London 1994.

[9] Janssens M.: Heat release rate of motor vehicles. 5th International Conference on Performance-Based Codes and Fire Safety Design Methods. Luxemburg. 2004.

[10] NEN 6098:2010 Rookbeheersingssystemen voor mechanisch geventileerde parkeer-garages.

[11] Roisin Culinan: Fire Spread In Car Parks. Building Research Establischment. 2009.

[12] Schleich J. B., Cajot L. G., Pierre M., Brasseur M.: Development of Designa Rules for Steel Structures Subjected to Natural Fires in Closed Car Parks. European Commission. Luxemburg. 1999.

[13] Collier P. C. R.: Car Parks – Fires Involving Modern Cars and Stacking Systems. BRANZ. Study Report. 2011.

[14] C/VM2 Verifi cation Method: Framework for fi re safety design for New Zealand Building Code Clauses C1–C6 Protection from Fire and A3 Building Importance Levels, Ministry of Business Innovation & Employment. December 2013.

[15] NFPA 88A:2015 Standards for Parking Structures.

[16] D. Brzezińska: Projektowanie wentylacji pożarowej a nowelizacja przepisów techniczno- budowlanych. Ochrona Przeciwpożarowa. ss. 34–38. 4/2009.

[17] Morgan H.: Design methodologies for smoke and heat exhaust ventilation. London. 1999.

[18] D. Brzezińska, D. Ratajczak: Wentylacja oddymiająca w garażach. Ochrona Przeciwpożarowa. ss. 18–23. 3/2010.

[19] Karta charakterystyki LPG. Polski GAZ. data aktualizacji 03.04.2012. wersja 5.0. 

[20] Symulacje komputerowe – zasoby własne fi rmy GRID.

[21] D. Brzezińska: LPG w garażach podziemnych. Rynek Instalacyjny. kwiecień 2015. ss. 66–71.