Projektowanie instalacji tryskaczowych - ebook

Od autorki

Monografia powstała z myślą o tych, którzy do tej pory z trudem próbowali dowiedzieć się czegokolwiek o przeciwpożarowych instalacjach tryskaczowych. Oddana w Państwa ręce książka nie wyczerpuje tego tematu. Mam jednak nadzieję, że zainteresowanym pomoże zrozumieć, jak działają instalacje tryskaczowe i jaki wpływ mogą mieć inne instalacje na skuteczność ich działania.

Książka nie powstałaby bez pomocy wielu Osób, którym serdecznie dziękuję za cenne uwagi i zaangażowanie. Szczególne podziękowania składam Małgorzacie Miłobędzkiej, Dominikowi Dudkowi, Marcinowi Gdyrze oraz Piotrowi Śliwińskiemu.

Dziękuję też mojemu Mężowi za cierpliwość i wsparcie.Wykaz ważniejszych oznaczeń

-------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ ---
a – odległość między tryskaczami
A – pole powierzchni czynnej przekroju obliczeniowego
A – powierzchnia działania dla danej klasy zagrożenia pożarowego
A_(S) – powierzchnia chroniona przez pojedynczy tryskacz
c_(p) – ciepło właściwe
C – współczynnik przenikania ciepła
C – współczynnik strat
C – zdolność do samozamykania (np. klap dymowych)
C₁ – oryginalny współczynnik strat C
C_(e) – współczynnik C dla nowej przeliczonej długości zastępczej
d – średnica wewnętrzna przewodu
D – wymagana intensywność zraszania
D(T_(k)) – skuteczność ogniowa
D – odległość między tryskaczami
D₁ – oryginalna średnica przeliczanego odcinka
D_(e) – średnica dla nowej ekwiwalentnej długości
d_(m) – średnica wewnętrzna przewodu
E – szczelność ogniowa
F – suma sił działających na ciecz zawartą między przekrojami obliczeniowymi
F – powierzchnia rzutu poziomego pomieszczenia, strefy pożarowej lub składowiska
F_(e) – efektywna powierzchnia zraszania
F_(o) – obliczeniowa powierzchnia zraszania
F_(r) – rzeczywista powierzchnia zraszania
G – siła ciężkości od zamkniętej objętości wody
G_(i) – masa poszczególnych materiałów
∆h(Q) – wymagana wysokość ciśnienia dla pokrycia strat przy danym przepływie
h – różnica niwelacyjna między analizowanymi przekrojami
∑h_(str) – suma wszystkich strat (na długości i miejscowych, wliczając w to straty na przewodzie tłocznym i ssawnym pompy)
H₁ – wzniesienie zwierciadła wody nad poziom porównawczy przyjęty dowolnie w obliczeniach
H₂ – H₁ – różnica niwelacyjna między przekrojami obliczeniowymi
H_(s) – rzędna przekroju obliczeniowego w przyjętym układzie porównawczym
I – izolacyjność ogniowa
k – chropowatość przewodu charakterystyczna dla materiału, z którego jest wykonana rura; podawana jest przez producenta rur
K – współczynnik/stała dla danego tryskacza lub
L – długość powierzchni działania
L – odległość między przewodami rozprowadzającymi
L – długość rury
L₁ – długość jednego z przewodów budujących pętlę
L₁ – oryginalna długość odcinka
L₂ – długość drugiego z przewodów budujących pętlę
L_(e) – długość zastępcza (ekwiwalentna)
LT – liczba tryskaczy
LTC – szacunkowa, całkowita liczba tryskaczy objętych powierzchnią działania
M – odporność na oddziaływanie mechaniczne
n – liczba rodzajów materiałów palnych znajdujących się w pomieszczeniu, strefie pożarowej lub składowisku
NPSH_(kr) – krytyczna nadwyżka antykawitacyjna
NPSH_(obl) – obliczeniowa nadwyżka antykawitacyjna
p – ciśnienie statyczne wynikające z różnicy rzędnych analizowanych przekrojów
p – ciśnienie w przekroju tryskacza lub
P – parcie w obu przekrojach zamykających objętość kontrolną
p₁ – ciśnienie panujące w przekroju 1, w przypadku zbiorników o swobodnym zwierciadle wody równe ciśnieniu atmosferycznemu
p₂, p₁ – ciśnienia w przekrojach obliczeniowych
p_(C) – całkowite ciśnienie w przekroju zamontowanego tryskacza
p_(m) – strata ciśnienia na długości
p_(n) – nadciśnienie w przekroju obliczeniowym
p_(s) – ciśnienie w przewodzie ssącym, przed pompą
p_(V) – ciśnienie prędkości
q – minimalny wypływ z tryskacza
Q – przepływ lub
Q₁ – przepływ w jednym z odcinków budujących pojedynczą pętlę
Q_(C) – przepływ całkowity, wpływający do pętli , Q_(C) = Q₁ + Q₂
Q_(ci) – ciepło spalania poszczególnych materiałów
Q_(d) – gęstość obciążenia ogniowego
Q_(m) – przepływ
Q_(max) – maksymalny wydatek obliczony z najkorzystniejszej powierzchni działania
Q_(T) – wymagany wypływ z tryskacza
R – nośność ogniowa
R – reakcja hydrodynamiczna będąca oddziaływaniem przeszkody na strumień
R_(x), R_(y) – składowe reakcji hydrodynamicznej
r_(e) – efektywny promień zraszania
Re – liczba Reynoldsa
r_(r) – rzeczywisty promień zraszania
RTI – indeks wrażliwości tryskacza
S – dymoszczelność (np. drzwi i bram)
S – odległość między tryskaczami na jednym przewodzie rozprowadzającym
t – czas
T – wymagany czas podawania wody o wymaganych parametrach hydraulicznych dla danej klasy
T_(ea) – średnia temperatura kąpieli elementu termoczułego tryskacza do sprawdzenia reakcji termoczułego elementu w otoczeniu (do 93°C element jest zanurzany w wodzie, powyżej tej temperatury element jest zanurzany w glicerynie)
T_(g) – temperatura powietrza w strumieniu owiewającym
T_(k) – temperatura krytyczna (np. zabezpieczeń ogniochronnych konstrukcji)
t_(R) – rzeczywisty czas zadziałania tryskacza
T_(u) – temperatura otoczenia podczas przeprowadzanego testu
u – prędkość owiewu termoczułego zamka tryskacza w laminarnym strumieniu owiewającego powietrza
v – prędkość cieczy odpowiednio w 1. i 2. przekroju obliczeniowym
V – prędkość płynącej wody w przewodzie
v₁ – prędkość w przekroju 1.; w przypadku zwierciadła wody w zbiorniku możemy przyjąć v₁ ≈ 0 m/s
v_(s) – prędkość w przewodzie ssącym
v_(x), v_(y) – składowe prędkości wypadkowej względem osi układu współrzędnych
W – natężenie promieniowania (elementów przeszklonych)
x – wysokość pomieszczenia – (stopy)
y – procent zmniejszenia powierzchni
z₁, z₂ – położenie przekrojów obliczeniowych względem przyjętego poziomu porównawczego
α – kąt, jaki tworzy wypadkowa prędkość v w każdym z przekrojów obliczeniowych odpowiednio z osią x i y
β – współczynnik pędu
ε – współczynnik chropowatości bezwzględnej
ζ – współczynnik straty miejscowej podawany przez producenta
λ – współczynnik strat na długości
ν – kinematyczny współczynnik lepkości
ρ – gęstość cieczy w danej temperaturze
ρQ∆t – masa cieczy dopływającej i odpływającej
γ – ciężar objętościowy cieczy

-------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ ---1. Wstęp

Według hierarchii potrzeb Abrahama Maslowa bezpieczeństwo to potrzeba niższego rzędu (rys. 1.1). Oznacza to, że razem z potrzebami fizjologicznymi bezpieczeństwo jest najbardziej podstawową potrzebą i musi być zaspokojone w pierwszej kolejności. Niezaspokojenie potrzeby podstawowej uniemożliwia zaspokojenie kolejnych potrzeb wyższego rzędu.

Rys. 1.1. Piramida potrzeb ludzkich według Abrahama Maslowa

Źródło: opracowanie własne

Mimowolnie dąży się więc do zapewnienia poczucia bezpieczeństwa zarówno sobie, jak i najbliższym. Obawy dotyczą przede wszystkim życia i zdrowia, ale również majątku. Idąc do kina, przebywając w szpitalu, robiąc zakupy, pracując w magazynach, fabrykach, biurach każdy chciałby czuć się bezpiecznie. Powodzie, susze, huragany, pożary to codzienne zagrożenia, na przyjście których można się przygotować lepiej lub gorzej, w zależności od wiedzy i zasobów finansowych.

Pożar to niebezpieczeństwo, które może się wydarzyć wszędzie. Zazwyczaj pojawia się niespodziewanie, na przykład podczas snu. Sukces walki z pożarem zależy od czasu reakcji na pierwsze płomienie. Często się niestety zdarza, że pożar wybucha w zamkniętym pomieszczeniu, w nocy i o jego powstaniu wiadomo dopiero wtedy, gdy obejmie sąsiednie pomieszczenia.

Zgodnie z art. 2 Ustawy z dnia 24 sierpnia 1991 r. o ochronie przeciwpożarowej (DzU z 2009 r. nr 178, poz. 1380 z późn. zm.) podstawowymi celami ochrony przeciwpożarowej jest przede wszystkim ochrona życia i zdrowia ludzi, a następnie mienia i środowiska naturalnego.

Jednym ze sposobów zmniejszania niebezpieczeństwa wybuchu niekontrolowanego pożaru jest wyposażanie budynków (obiektów budowlanych) w stałe urządzenia gaśnicze (SUG).

W Polsce w wielu obiektach nie ma obowiązku stosowania tego typu instalacji przeciwpożarowej. Dodatkowo istnieje również wiele mitów, które zniechęcają inwestorów do stosowania SUG. Jednym z nich jest przeświadczenie, że woda użyta do kontroli pożaru przez instalacje tryskaczowe powoduje większe straty niż sam pożar. Nie jest to prawdą. Jeżeli powstanie zarzewie ognia, a budynek nie będzie wyposażony w stałe urządzenia gaśnicze, jedynym ratunkiem jest ugaszenie pożaru przez straż pożarną. Powiadomienie jednostki straży pożarnej i dotarcie jej do obiektu wymaga czasu, może więc doprowadzić do rozwoju niekontrolowanego pożaru znacznych rozmiarów. Ponadto straż pożarna do ugaszenia pożaru zużywa o wiele więcej wody niż działanie instalacji tryskaczowej. Do lepszego zobrazowania korzyści, jakie daje wyposażenie budynków lub obiektów budowlanych w SUG, poniżej przedstawiono kilka zestawień statystycznych z lat 2007–2011, przygotowanych przez Johna R. Halla, Jr. w 2013 r., na zlecenie NFPA Fire Analysis and Research, umieszczonych w publikacji U.S. Experience with Sprinklers Fact Sheet. Z tych analiz statystycznych jednoznacznie wynika, że tryskacze ratują życie i chronią własność przed ogniem. Porównując skutki pożarów budynków niewyposażonych w automatyczne urządzenia gaśnicze ze skutkami pożarów w budynkach zabezpieczonych nawodnioną instalacją tryskaczową, stwierdzono, że:

• wskaźnik śmiertelności w przypadku lokali mieszkalnych zabezpieczonych instalacją tryskaczową był mniejszy o 82% w porównaniu z lokalami niechronionymi;

• bezpośrednia strata mienia w pożarze w przypadku lokali mieszkalnych zabezpieczonych instalacją tryskaczową była mniejsza o 68% w porównaniu z lokalami niechronionymi.

Rys. 1.2. Straty finansowe spowodowane pożarem w budynkach o różnym przeznaczeniu przy braku stałych urządzeń gaśniczych i z instalacją tryskaczową nawodnioną (dane z lat 2007–2011)

Źródło:

W podobny sposób można porównać straty finansowe spowodowane pożarem budynków o różnym przeznaczeniu, chronionych instalacją tryskaczową nawodnioną i niechronionych automatycznymi urządzeniami gaśniczymi (rys. 1.2).

Instalacja tryskaczowa jest niezawodna i efektywna. W przypadku pożarów tak intensywnych, że aktywowane zostały tryskacze w bezpośredniej przestrzeni nad ogniem, w 91% przypadków instalacja tryskaczowa zadziałała niezawodnie. W przypadku uruchomienia instalacji tryskaczowych jej działanie było efektywne w 96% aktywacji. Z powyższego wynika, że w 9% przypadków instalacja tryskaczowa nie zadziałała, mimo że powinna, oraz że w 4% przypadków, mimo że zadziałała, jej działanie było nieefektywne. Przyczyny braku reakcji lub nieefektywności działania instalacji są różne – na rysunkach 1.3 i 1.4 przedstawiono procentowy udział najczęstszych przyczyn braku reakcji lub nieefektywności działania instalacji tryskaczowych.

Zwykle tylko jeden lub dwa tryskacze są aktywowane i to wystarcza do ograniczenia ognia; dotyczy to 88% nawodnionych instalacji tryskaczowych. W przypadku instalacji suchych ta liczba tryskaczy była wystarczająca w 73% przypadków uruchomienia. Ciekawe jest zestawienie efektywności działania tryskaczy w zależności od liczby ich otwarcia. Najwyższą efektywność w kontrolowaniu pożaru miały systemy, w których aktywował się tylko jeden tryskacz (tab. 1.1).

Rys. 1.3. Przyczyny zawodności instalacji tryskaczowych:
1 – instalacja wyłączona przed wybuchem pożaru (budowa obiektu, remont, konserwacja), 2 – ręczne, zbyt wczesne zamknięcie instalacji tryskaczowej, 3 – zniszczenie elementów instalacji tryskaczowej przez wybuch lub zawalenie się części budynku podczas pożaru, 4 – brak konserwacji (korozja, zamalowanie głowic tryskaczy), 5 – na etapie projektowania dobrano zły typ systemu (zła klasyfikacja przestrzeni, zły rodzaj tryskaczy, zły środek gaśniczy)

Źródło:

Rys. 1.4. Przyczyny nieefektywności instalacji tryskaczowych:
1 – woda nie sięga ognia (przeszkody typu słup, ściana, meble, zła aranżacja pomieszczenia), 2 – niewystarczająca ilość wody (brak wody w sieci, brak wody wynikający ze zmiany klasyfikacji przestrzeni), 3 – zniszczenie elementów instalacji tryskaczowej przez wybuch lub zawalenie się części budynku podczas pożaru, 4 – ręczne, zbyt wczesne zamknięcie instalacji tryskaczowych, 5 – brak konserwacji (korozja, zamalowanie głowic tryskaczy), 6 – na etapie projektowania dobrano zły typ systemu (zła klasyfikacja przestrzeni, zły rodzaj tryskaczy, zły środek gaśniczy)

Źródło:

Tabela 1.1. Efektywność instalacji tryskaczowej w funkcji liczby aktywowanych tryskaczy (w latach 2007–2011)

Liczba aktywowanych tryskaczy

Pożary, podczas których aktywowane tryskacze zadziałały efektywnie

wszystkie typy instalacji tryskaczowych dla wszystkich typów obiektów budowlanych

instalacja tryskaczowa nawodniona

wszystkie typy obiektów budowlanych

zakłady produkcyjne

tylko ogrzewane powierzchnie magazynowe

1

98

98

96

100

2

95

95

96

97

3–5

92

93

94

96

6–10

81

80

87

96

więcej niż 10

83

85

86

79

Źródło:

Tabela 1.2. Charakterystyka śmiertelnych ofiar pożarów budynków wyposażonych w instalację tryskaczową nawodnioną, a niewyposażonych w żadne automatyczne systemy pożarowe

Charakterystyka ofiar

Liczba śmiertelnych ofiar pożarów w ciągu roku

w przypadku uruchomienia nawodnionej instalacji tryskaczowej, wliczając tryskacze uruchomione poza obszarem objętym ogniem

bez zabezpieczenia jakimkolwiek automatycznym systemem przeciwpożarowym

Ofiary przebywające w obszarze źródła ognia

16

1059

Ofiary przebywające w obszarze niebędącym bezpośrednim źródłem ognia

4

331

Ofiary podpaleń

1

371

Ofiary śmiertelne po zajęciu się odzieży (osoby uciekające i bierne)

4

207

Ofiary w wieku 65 lat i starsze

12

807

Osoby wracające do miejsca ognia niezdolne do działania lub zachowujące się irracjonalnie

5

557

Osoby niepełnosprawne fizycznie

3

420

Osoby, które zginęły we śnie

3

781

Źródło:

Istnieje powszechna opinia, że zadaniem instalacji tryskaczowej jest przede wszystkim chronienie mienia, a dla ochrony ludzi najważniejszy jest Dźwiękowy System Ostrzegania (DSO), który za pomocą komunikatów głosowych umożliwia sprawne i szybkie powiadomienie osób przebywających w obiekcie o niebezpieczeństwie powstania pożaru oraz umożliwia sprawną ewakuację. Korzyści płynące z zainstalowania takiego systemu są bezsprzeczne. Oczywiste jest jednak to, że tryskacze kontrolując rozwój pożaru w chronionym pomieszczeniu, wydłużają czas bezpiecznej ewakuacji ludzi przebywających w budynku lub obiekcie budowlanym, tym samym chroniąc ich życie. Najlepszym tego dowodem są dane statystyczne (tab. 1.2), które wskazują na znaczne zmniejszenie liczby ofiar śmiertelnych w budynkach zabezpieczonych nawodnioną instalacją tryskaczową.

Tabela 1.3. Oszacowanie zmniejszenia bezpośrednich szkód poniesionych wskutek pożaru w latach 2007–2011 w odniesieniu do budynków chronionych nawodnioną instalacją tryskaczową i bez automatycznej ochrony przeciwpożarowej

---------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------
Sposób użytkowania budynku lub obiektu budowlanego Bez zabezpieczenia jakimkolwiek automatycznym systemem przeciwpożarowym Zabezpieczenie nawodnioną instalacją tryskaczową Zmniejszenie szkód dzięki zastosowaniu nawodnionych instalacji tryskaczowych
Obiekt użyteczności publicznej 47 000 12 000 75
Restauracje, puby itp. 53 000 13 000 75
Szkoły, uczelnie 21 000 8 000 62
Służba zdrowia 14 000 5 000 65
Osiedla mieszkaniowe 20 000 9 000 56
Domy i apartamenty 20 000 7 000 68
Pokoje i domy noclegowe 15 000 5 000 69
Hotele i motele 31 000 42 000 brak redukcji kosztów
Domy opieki 6 000 3 000 57
Akademiki i bursy 4 000 1 000 65
Sklepy wielkopowierzchniowe i biura 55 000 38 000 30
Fabryki 145 000 90 000 38
Magazyny tylko ogrzewane 128 000 262 000 brak redukcji kosztów
---------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------

Źródło: