Wentylacja pożarowa stacji metra Cz. 1. Problemy i wyzwania
Ocena użytkowników: / 1
SłabyŚwietny 
Data dodania: 18.04.2017

W publikacji przedstawiono zagadnienia związane z projektowaniem systemów wentylacji pożarowej podziemnych stacji kolei oraz metra. Obiekty te cechują trudności z doborem poprawnego rozwiązania systemu wentylacji, wymiarowaniem i weryfi kacją skuteczności systemu, właściwym doprowadzeniem powietrza kompensacyjnego czy zapewnieniem bezpieczeństwa także pośrednim poziomom galerii i antresolom handlowym. 

 

 

 

2017 03 78 1

 

 

Autorzy, na podstawie własnych doświadczeń praktycznych omawiają wyzwania związane z projektowaniem tego typu obiektów budowlanych, wskazując także źródła wiedzy, w których zawarto rozwinięcie omawianych zagadnień. Przykładowe rozwiązania poszczególnych problemów, określone z wykorzystaniem metody obliczeniowej mechaniki płynów, zostaną wskazane w kolejnej części publikacji.

 

W 2015 i 2016 r. tematykę wentylacji pożarowej obiektów podziemnych na łamach Chłodnictwa i Klimatyzacji przybliżali Ewa i Grzegorz Sztarbała [1−3]. W swoich publikacjach przedstawili rodzaje systemów wentylacji pożarowej tuneli drogowych, metodę wymiarowania systemu wzdłużnej wentylacji tunelu w odniesieniu do prędkości krytycznej przepływu powietrza oraz przedstawili przykład wykorzystania metody obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) w opracowaniu koncepcji systemu wentylacji pożarowej. Niniejsza praca nawiązuje do tego cyklu artykułów, poruszając kwestie związane z projektowaniem systemów wentylacji pożarowej podziemnych stacji metra.

 

Inspiracją do podjęcia tej trudnej tematyki były realizowane w ostatnich latach przez Instytut Techniki Budowlanej liczne projekty, związane z działaniem tuneli i podziemnej infrastruktury kolejowej. Przeprowadzone przez nas ekspertyzy dotyczyły obiektów metra i premetra (systemy podziemnej komunikacji tramwajowej w miastach), tuneli kolejowych z rozjazdami krzyżowymi i stacjami postojowymi oraz dużych obiektów dworcowych zlokalizowanych pod ziemią. Prace te realizowano w Polsce oraz Belgii. Szczególnie ważnym był realizowany przez wiele miesięcy kompleksowy proces odbioru II linii Warszawskiego Metra – bezprecedensowy w historii projekt wykorzystania metody gorącego dymu w ocenie bezpieczeństwa pożarowego obiektu budowlanego (a raczej 10 obiektów podziemnych i 18 tuneli), w ramach którego wykonano kilkaset testów z wykorzystaniem metody gorącego dymu.

 

 

Systemy wentylacji pożarowej stacji metra

 

Podziemne stacje stanowią specyfi czną formę obiektu budowlanego, mającego postać długiego pomieszczenia z niskim stropem oraz maksymalnie dwiema lub trzema drogami ucieczki dla osób ewakuujących się. Podobnie, rozważając układ hydrauliczny stacji, mamy do czynienia z dużą kubaturą połączoną (a) z otoczeniem zewnętrznym poprzez sieć korytarzy i klatek schodowych oraz (b) z siecią tuneli, w których trwa nieustanny ruch powietrza w wyniku efektu tłoka powstającego przy przejeździe pociągu. Scenariusze rozwoju pożaru pociągu wskazują, że tak ukształtowana przestrzeń może wypełnić się dymem w ciągu zaledwie kilku minut. Aby umożliwić ewakuację osób oraz działania ratownicze w przestrzeni stacji, należy wykorzystać systemy ujęte we wspólne miano „wentylacji pożarowej”. Wymóg ich stosowania jest zawarty bezpośrednio w przepisach techniczno- budowlanych dotyczących stacji metra [4].

 

W ocenie autorów można wyróżnić trzy zasadnicze sposoby oddymiania przestrzeni stacji metra:

 

  1. poprzeczna wentylacja oddymiająca – usuwająca dym ze zbiornika dymu powstałego pod stropem stacji;
  2.  

  3. poprzeczna wentylacja oddymiająca wraz z pełnym wygrodzeniem torowiska od przestrzeni peronu – rozwiązanie analogiczne do pierwszego, jednak z założeniem fizycznego odseparowania przestrzeni peronów, w której może dojść do pożaru pociągu, przez co do obszaru, w którym prowadzona będzie ewakuacja osób dociera zdecydowanie mniejsza ilość dymu;
  4.  

  5. wentylacja wzdłużna – w której transport dymu odbywa się wzdłuż peronu, wykorzystując do tego punkty wyciągu w tunelach bądź na krańcach stacji. Projekt systemu może wykorzystywać koncepcję krytycznej prędkości przepływu powietrza, stosowaną przy projektowaniu systemów wentylacji pożarowej tuneli.

 

Każde z powyższych rozwiązań można traktować jako różną organizację systemu oddymiania, składającego się z podobnych elementów wykonawczych. Poszczególne systemy cechują zasadnicze różnice w skuteczności działania, mierzone warunkami środowiska, jakie są w stanie zapewnić w czasie pożaru. Charakterystykę działania poszczególnych systemów zawarto w m.in. [5, 6]. W odniesieniu do tuneli kolejowych warto wymienić publikacje poświęcone projektowaniu systemów wentylacji pożarowej [7−10], oraz publikacje [11, 13], w których przedstawiono wyniki ciekawych eksperymentów numerycznych dot. systemów wentylacji oddymiającej tunelu. W odniesieniu do systemów wentylacji tuneli drogowych, porównanie popularnych metod projektowania systemów wentylacji pożarowej zawarto w [14]. Bogatym opracowaniem omawiającym aspekty techniczne i projektowe systemów wentylacji pożarowej w przestrzeniach garaży zamkniętych, które często przypominają obszary tuneli drogowych, są wytyczne ITB nr 493/2015 [15, 16].

 

 

2017 03 80 1

Rys. 2. Działanie systemu wzdłużnej wentylacji pożarowej w tunelu metra

 

 

Co ważne, nie jest możliwe zaprojektowanie systemu wentylacji pożarowej stacji metra w oderwaniu od oddziałującej nań sieci tuneli czy fizycznych połączeń ze środowiskiem zewnętrznym (bezpośrednich lub przez galerię). Strumienie powietrza doprowadzane lub napływające każdą z tych dróg mogą oddziaływać korzystnie lub niekorzystnie na przepływ dymu w samej stacji, a kontrola nad tym oddziaływaniem jest kluczowa dla prawidłowego działania systemu wentylacji. Najłatwiejszym scenariuszem jest stacja, której portal lub tunele prowadzą bezpośrednio na zewnątrz. System wentylacji, może czerpać powietrze z tego źródła, będąc niezależnym od ruchu w sieci tuneli. W przypadku połączenia stacji wyłącznie z siecią podziemną, projektant może mieć do czynienia ze skomplikowanym ruchem powietrza w systemie. Często problemy te potęgują olbrzymie hale podziemne zlokalizowane za stacjami – rozjazdy krzyżowe czy stacje postojowe. Rozwiązaniem jest wykorzystanie systemu wentylacji nie tylko stacji objętej pożarem, ale także stacji sąsiednich. Wentylacja stacji objętej pożarem działa, aby usunąć dym i gorące gazy z przestrzeni metra, a systemy stacji sąsiednich pracują, aby uniezależnić tą pierwszą od niekorzystnego oddziaływania ruchu powietrza w sieci tuneli (rys. 3.).

 

 

2017 03 80 2

Rys. 3. Fragment modelu numerycznego wykorzystanego w analizie skuteczności działania wentylacji pożarowej stacji metra (zbliżenie obszaru stacji oraz widok całego modelu)

 

 

Wymagania stawiane systemom wentylacji stacji metra

 

(...)

 

 

Wyzwania w projektach stacji metra

 

Doprowadzenie powietrza kompensacyjnego

 

(...)

 

 

Podział na strefy detekcji

 

(...)

 

 

Lokalizacja punktów wyciągu dymu

 

(...)

 

 

Bezpieczeństwo galerii (antresoli)

 

(...)

 

 

2017 03 85 1

 Rys. 10. Zadymienie jednej z galerii handlowych stacji metra przy niewłaściwym scenariuszu napowietrzania stacji metra [26]

 

 

Podsumowanie

 

Zaprojektowanie skutecznego systemu wentylacji pożarowej stacji kolei podziemnej nie jest tak proste, jak wydaje się to na pierwszy rzut oka. Choć jest to jedna, względnie nieduża zamknięta przestrzeń, połączona ze środowiskiem zewnętrznym ograniczoną liczbą dróg, liczba wyzwań i potencjalnych problemów jest bardzo duża. Można do nich zaliczyć:

 

  • właściwy opis rozwoju pożaru pociągu,
  • nieprzewidywalność ruchu powietrza na stacji i w sąsiadującej infrastrukturze,
  • konieczność zapewnienia bezpieczeństwa jednocześnie na poziomie stacji jak i galerii handlowej,
  • konieczność odebrania olbrzymiej ilości dymu z względnie małego zbiornika dymu.

 

Dodatkowym czynnikiem jest podwyższone ryzyko związane z potencjalnie tragicznymi skutkami pożaru. W przypadku pożaru obiektu podziemnego przeznaczonego do użytku przez miliony osób rocznie nie należy oszczędzać na bezpieczeństwie, a sam projekt systemu powinien być poddany niezależnej weryfi kacji numerycznej (z wykorzystaniem symulacji CFD) oraz prób z gorącym dymem.

 

W trakcie projektowania, uczestnicy procesu mają do dyspozycji liczne modele matematyczne i numeryczne, jedno- i trójwymiarowe, pozwalające określać przepływ powietrza jednocześnie w całej sieci tuneli. Wykorzystanie metody obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) na praktycznym przykładzie analizy wentylacji pożarowej sieci metra, z odniesieniami do problemów przedstawionych w artykule, będzie przedmiotem kolejnej części publikacji.

 

 

 

mgr inż. Wojciech WĘGRZYŃSKI
Zakład Badań Ogniowych,
Instytut Techniki Budowlanej

 

mgr inż. Grzegorz KRAJEWSKI
Zakład Badań Ogniowych,
Instytut Techniki Budowlanej

 

 

LITERATURA:

[1] E. SZTARBAŁA, G. SZTARBAŁA: Systemy wentylacji pożarowej tuneli drogowych. Chłodnictwo i Klimatyzacja. 5 (2015).

[2] E. SZTARBAŁA, G. SZTARBAŁA: System mechanicznej wentylacji wzdłużnej tuneli drogowych w warunkach pożaru. Chłodnictwo i Klimatyzacja. 8 (2015).

[3] E. SZTARBAŁA, G. SZTARBAŁA: Wykorzystanie metod obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) do opracowania koncepcji systemu wentylacji pożarowej tunelu drogowego. Chłodnictwo i Klimatyzacja. 5 (2016).

[4] Ministerstwo Infrastruktury, Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 17 czerwca 2011 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane metra i ich usytuowanie, DzU 2011 nr 144 poz. 859. (2011).

[5] G. SZTARBAŁA: Projektowanie systemów wentylacji pożarowej sieci metra. Instytut Techniki Budowlanej. 2014.

[6] W. WĘGRZYŃSKI, G. KRAJEWSKI: Strategia kompensacji systemów wentylacji wzdłużnej stacji metra. in: Bud. Pod. i Bezpieczeństwo w Komun. Drog. i Infrastrukturze Miej. Kraków. 2016.

[7] Y.Z. LI, H. INGASON: A New Methodology of Design Fires for Train Carriages Based on Exponential Curve Method. Fire Technol. (2015). doi:10.1007/s10694-015-0464-3.

[8] A. BEARD, R. CARVEL: The handbook of tunnel fi re safety. Thomas Telford Publishing. 2005. doi:10.1680/hotfs.31685.

[9] NFPA, NFPA 502: Standard for Road Tunnels, Bridges, and Other Limited Access Highways. (2017).

[10] W. WĘGRZYŃSKI, G. KRAJEWSKI: Wentylacja pożarowa tuneli drogowych. Mater. Bud. (2015). 14–16.

[11] N. MENG, L. HU, L. WU, L. YANG, S. ZHU, L. CHEN, W. TANG: Numerical study on the optimization of smoke ventilation mode at the conjunction area between tunnel track and platform in emergency of a train fi re at subway stadion. Tunn. Undergr. Sp. Technol. 40 (2014). 151–159. doi:10.1016/j.tust.2013.09.014.

[12] R. HARISH, K. VENKATASUBBAIAH: Eff ects of buoyancy induced roof ventilation systems for smoke removal in tunnel fi res. Tunn. Undergr. Sp. Technol. 42 (2014). 195–205. doi:10.1016/j.tust.2014.03.007.

[13] F. COLELLA, G. REIN, R. CARVEL, P. RESZKA, J.L. TORERO: Analysis of the ventilation systems in the Dartford tunnels using a multi-scale modelling approach. Tunn. Undergr. Sp. Technol. 25 (2010). 423–432. doi:10.1016/j.tust.2010.02.007.

[14] G. KRAJEWSKI, W. WĘGRZYŃSKI: Porównanie wybranych metod doboru systemów wentylacji pożarowej tuneli drogowych. Mater. Bud. (2014).

[15] W. WĘGRZYŃSKI, G. KRAJEWSKI: Systemy wentylacji pożarowej garaży. Projektowanie, ocena, odbiór. 493/2015. Instytut Techniki Budowlanej. 2015.

[16] G. KRAJEWSKI, W. WĘGRZYŃSKI: Projektowanie wentylacji pożarowej garaży. Mater. Bud. (2015). 56–58.

[17] W. WĘGRZYŃSKI, G. KRAJEWSKI: Dobór modeli oraz warunków brzegowych a wynik analizy numerycznej rozprzestrzeniania się dymu i ciepła. Mater. Bud. (2014).

[18] H. INGASON, M. KUMM, D. NILSSON, A. LÖNNERMARK, Y.Z. LI, K. FRIDOLF, K. ÅKERSTEDT, R. NYMAN, D. H, R. FORSEN, B. JANZON, G. MEYER, A. BRYNTSE, T. CARLBERG, L. NEWLOVE-ERIKSSON, A. PALM: The METRO project − Final report, in: SiST 20128, Västerås: School of Sustainable Development of Society and Technology. Mälardalen University. 2012.

[19] Y.Z. LI, C.G. FAN, H. INGASON, A. LÖNNERMARK, J. JI: Eff ect of cross section and ventilation on heat release rates in tunnel fi res. (2016). doi:10.1016/j.tust.2015.09.007.

[20] R. CARVEL, H. INGASON: Fires in Vehicle Tunnels, in: SFPE Handb. Fire Prot. Eng., Springer New York. New York. NY. 2016: pp. 3303–3325. doi:10.1007/978-1-4939-2565-0_88.

[21] H. INGASON, Y.Z. LI, A. LÖNNERMARK: Tunnel Fire Dynamics. Springer. 2015.

[22] K. CHOJNACKI, A. FABRYCZEWSKA: Bezpieczeństwo pożarowe w tunelach. Górnictwo i Geoinżynieria. 29 (2005). 145–156.

[23] G. KRAJEWSKI, P. SULIK, W. WĘGRZYŃSKI: Metody numeryczne w projektowaniu systemów wentylacji pożarowej tuneli drogowych. Logistyka. (2014).

[24] W. WĘGRZYŃSKI, G. KRAJEWSKI: Doświadczenia z wykorzystania narzędzi inżynierskich do oceny skuteczności funkcjonowania systemów wentylacji oddymiającej. Mater. Bud. (2014).

[25] G. KRAJEWSKI, W. WĘGRZYŃSKI: Air curtain as a barrier for smoke in case of fi re: Numerical modelling, Bull. Polish Acad. Sci. Tech. Sci. 63 (2015). 145–153. doi:10.1515/ bpasts-2015-0016.

[26] W. WĘGRZYŃSKI, G. KRAJEWSKI, P. SULIK: Choosing a Fire Ventilation Strategy for an Underground Metro Station. 8th Int. Conf. Tunnel Saf. Vent. Graz. Austria. (2016).

 

 

 

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

  • Pompy ciepła 2012

  • Pompy ciepła 2013

  • Termografia w podczerwieni 2009

  • Pompy ciepła 2010

  • Pompy ciepła 2011

 

 

  02 ss2  omii   kig 134x45 left  

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.