BADANIE UKŁADÓW STEROWANIA KLAPAMI DYMOWYMI Autor

BADANIE UKŁADÓW STEROWANIA KLAPAMI DYMOWYMI Autor

BADANIE UKŁADÓW STEROWANIA KLAPAMI DYMOWYMI
Autor: Henryk Łoza
Opracowanie wersji elektronicznej: Tomasz Wdowiak
Cel i zakres ćwiczenia
Ćwiczenie ma na celu zapoznanie studentów z budową, zasadą działania i sterowania klapami
dymowymi. Ma ono również wykazać zasadność stosowania klap dymowych jako urządzeń
niezbędnych do walki z pożarem i jego skutkami. W ćwiczeniu przedstawiona jest metoda
obliczania podstawowych parametrów, jakie charakteryzują klapy dymowe, i sposoby ich
rozmieszczania.
1.
2.
2.1.








2.2.
2.2.1.
Wprowadzenie teoretyczne
Określenia podstawowe
systemy usuwania dymu i ciepła - (wg [3]) są to systemy, służące do odprowadzenia
dymu i ciepła z wnętrza obiektu w trakcie pożaru w sposób grawitacyjny lub
mechanicznie, albo za pomocą kombinacji obu tych sposobów, po uruchomieniu
ręcznym lub automatycznym, w celu ograniczenia rozchodzenia się dymu w kierunku
poziomym i wytworzenia przestrzeni wolnej od dymu (poniżej warstwy dymu),
klapa dymowa - pokrywa umieszczona na otworze w dachu lub stropodachu,
otwierana automatycznie i/lub ręcznie (zdalnie), w przypadku nagromadzenia się
w pomieszczeniu dymu i gorących gazowych produktów rozkładu termicznego,
w celu ich usunięcia drogą wentylacji naturalnej,
powierzchnia czynna klapy dymowej Acz - aerodynamiczna czynna powierzchnia
otworu klapy, przez którą przepływa dym i gorące gazowe produkty rozkładu
termicznego wydostające się z pomieszczenia objętego pożarem,
urządzenia wyzwalające - urządzenie służące do automatycznego lub ręcznego
otwarcia klapy,
ścianka kurtynowa - lekka przegroda, wykonana z materiałów niepalnych,
podwieszona pionowo pod dachem lub stropodachem i przeciwdziałająca
rozprzestrzenianiu się dymu i gazowych produktów rozkładu termicznego w kierunku
poziomym,
grupa projektowa GP - jedna z siedmiu umownych grup, do których jest zaliczany
rozpatrywany obiekt budowlany w zależności od przewidywanego okresu rozwoju
pożaru oraz przewidywanej prędkości jego rozprzestrzeniania,
przewidywany okres swobodnego rozwoju pożaru tr - obejmuje czas od chwili
powstania pożaru do momentu rozpoczęcia akcji gaśniczej,
całkowity czas ewakuacji tce - obejmuje czas od powstania pożaru do zakończenia
ewakuacji.
Zasadność stosowania klap dymowych
Produkty gazowe wydzielane w czasie pożaru
W związku z podstawowym obowiązkiem ochrony życia i mienia ludzi poprzez
1
zapewnienie bezpiecznej ewakuacji z budynków (lub z określonych stref) zawartego
w przepisach [2], [5] należy utrzymywać drogi ewakuacyjne wolne od dymu i toksycznych
produktów rozkładu termicznego. Uzyskać to można dzięki zastosowaniu prawidłowo
zaprojektowanych i wykonanych systemów odprowadzania dymu i ciepła.
Dym m3/h
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Rys. 1. Ilość dymu i gazów pożarowych powstających przy spalaniu 10 kg materiałów
palnych.
1 - guma piankowa,
5 - tworzywa sztuczne,
9 - płyty twarde,
2 - olej opałowy,
6 - polipropylen,
10 - drewno brzozowe,
3 - pianka miękka,
7 - linoleum,
11- celuloza-papier,
4 - nafta,
8 - płyty wiórowe,
12 - twardy PCV.
Wiadomo z danych statystycznych, że to właśnie dym i toksyczne produkty rozkładu
termicznego są przyczyną ofiar i ogromnych strat materialnych w czasie pożaru. Dzieje się
tak, ponieważ w czasie pożaru z rozkładu termicznego powstaje duża ilość dymu i innych
substancji toksycznych, zależna od rodzaju materiału i sposobu jego spalania. W każdym
przypadku wydzielane swobodne gazy wypełniają w ciągu krótkiego czasu całe
pomieszczenie. Na rys. 1 pokazano ilość dymu i produktów rozkładu termicznego
w zależności od materiału, powstające z 10 kg materiału palnego. Aby bardziej zobrazować
to zagadnienie, można posłużyć się przykładem:
Średniej wielkości hala magazynowa o powierzchni 100 x 25 m i objętości
ok. 20000 m3 zostanie w ciągu 10 min całkowicie zadymiona (ograniczenie widoczności)
w wyniku spalania 100 kg papieru, czyli niewielkiej jego ilości.
Dym pożarowy o wysokiej temperaturze charakteryzuje siła wyporu hydrostatycznego
(konwekcja), spowodowana zmniejszaniem jego gęstości. Ciśnienia występujące podczas
całkowicie rozwiniętego pożaru wewnętrznego są pokazane na rys. 2. Doświadczenia
wykazały, iż nadciśnienie na wysokości sufitu w ekstremalnych przypadkach wynosić może
16 Pa.
2
Rozkład ciśnień poza
pomieszczeniem
Rozkład ciśnień
w pomieszczeniu,
w którym trwa pożar
Płaszczyzna neutralna
Rys. 2. Ciśnienie występujące w pomieszczeniu podczas całkowicie rozwiniętego
pożaru
Wpływ temperatury na rozprzestrzenianie się dymu
Decydującą rolę w przebiegu pożaru odgrywa temperatura i jej rozkład
w pomieszczeniu, w którym ma on miejsce. W pierwszej fazie rozwoju pożaru (15 min
od powstania pożaru) temperatura otoczenia wzrasta stosunkowo nieznacznie, lecz sytuacja
zmienia się w miarę wytwarzania się coraz większej ilości dymu. Gorący dym i gazy
pożarowe, gromadząc się pod sufitem, powodują. gwałtowny wzrost temperatury i już
w przeciągu kolejnych 15 min w górnej części pomieszczenia dochodzi do pierwszych
pożarów wtórnych w konstrukcji dachu lub sufitu, a w dalszej kolejności do pożarów
wierzchołkowych i zjawiska rozgorzenia (flashover). Pełny pożar może się rozwinąć przed
upływem 20 min i na ogół nie da się już go ugasić.
Proces pożaru przebiega zupełnie inaczej i znacznie wolniej, gdy gromadzący się
pod sufitem dym i gazy pożarowe mogą być odprowadzone do atmosfery. Dzięki temu
następuje zmniejszenie spiętrzenia niebezpiecznych gorących gazów. Temperatura zostaje
ograniczona, a jej przyrost jest wolniejszy. Opóźnia się możliwość powstawania pożarów
wtórnych wierzchołkowych, a co za tym idzie - powstania zjawiska rozgorzenia (flashover).
Straż pożarna ma przez to więcej czasu na gaszenie ognia, gdyż do jej przybycia nie zdąży się
on jeszcze rozwinąć do fazy pełnego pożaru
2.2.2.
3
2
Początek pożaru
W pełni rozwinięty pożar
Dym/Temperatura
Rozgorzenie
Dym
Temperatura
0
1
5
51
10
101
15
151
20
201
251
Czas [min]
Rys. 3. Rozwój dymu i temperatury bez systemów usuwania dymu i ciepła. [3]
2
Początek pożaru
W pełni rozwinięty pożar
Dym/Temperatura
Rozgorzeni
Temperatura
Dym
0
1
5
51
10
101
15
151
20
201
251
Czas [min]
4
Rys. 4. Rozwój dymu i temperatury w obiektach wyposażonych w systemy usuwania
dymu i ciepła. [3]
2.2.3.
Cele stosowania klap dymowych
Już na etapie projektowania przeciwpożarowych zabezpieczeń budowlanych, należy
przewidywać i uwzględniać skutki ewentualnego pożaru. W nowoczesnych, wielonawowych
halach produkcyjnych, charakteryzujących się dużymi powierzchniami produkcyjnymi
i magazynowymi, problem usuwania dymu i ciepła nabiera istotnego znaczenia.
Rys. 5. Rozkład zadymienia w budynku
a) bez wentylacji pożarowej
b) z prawidłowo wykonaną wentylacją
Projektowanie zabezpieczeń przeciwpożarowych, oparte na znajomości
podstawowych zjawisk towarzyszących procesowi spalania, umożliwia właściwy dobór
konstrukcji, elementów zabezpieczeń przeciwpożarowych, które skutecznie ograniczają
rozprzestrzenianie się pożaru, umożliwiają sprawną ewakuację ludzi i mienia oraz podjęcie
natychmiastowej, skutecznej akcji ratowniczej.
Na rys. 5 pokazany został przepływ dymu w budynku z prawidłowo wykonaną
wentylacją pożarową (b) oraz w budynku nie wentylowanym (a). W przypadku, gdy budynek
nie jest wyposażony w otwory oddymiające, nawet duża hala może ulec zadymieniu w ciągu
kilku minut (a), natomiast z prawidłowo dobranymi i rozmieszczonymi otworami
oddymiającymi część hali pozostanie nie zadymiona przez cały czas trwania pożaru.
Usuwanie dymu i ciepła z budynków jednokondygnacyjnych wykonuje się z reguły
jako grawitacyjne, oparte na zjawisku konwekcji, które powstaje w środowisku objętym
pożarem na skutek wydzielania gorących produktów spalania. W momencie otwarcia
otworów oddymiających, przy jednoczesnym zapewnieniu dopływu świeżego powietrza,
tworzy się ukierunkowany strumień gazów pożarowych, kierujący się ku górze i uchodzący
przez otwory oddymiające (efekt kominowy).
Funkcje systemów wentylacji pożarowej w bezpieczeństwie pożarowym obiektów
budowlanych należy rozpatrywać w ścisłym powiązaniu z funkcjami i przeznaczeniem
obiektów.
I tak, w budynkach jednokondygnacyjnych funkcje wentylacji pożarowej dotyczą głównie:
 obniżenia temperatury w obiekcie poprzez usunięcie gorącego dymu i gazów
pożarowych na zewnątrz budynku,
 podwyższenia przypodłogowej warstwy niezadymionej, w celu umożliwienia
5
ewakuacji ludzi oraz prowadzenia akcji ratowniczo-gaśniczej,
 ochrony urządzeń technologicznych oraz konstrukcji obiektu przed oddziaływaniem termicznym.
Usuwanie dymu i ciepła z budynków jednokondygnacyjnych może się od bywać poprzez
zastosowanie:
 klap dymowych instalowanych na dachu,
 klap dymowych pionowych (najczęściej w postaci zdalnie otwieranych okien
w ścianach pomieszczeń),
 przystosowanych do zdalnego otwierania elementów świetlików lub szedów.
Systemy usuwania dymu i ciepła stosuje się w następujących celach:
1) zwiększenia widoczności poprzez usunięcie dymu i gazowych produktów spalania
z budynku, w którym ma miejsce pożar,
2) zmniejszenia ryzyka zawalenia się budynku lub jego części poprzez usunięcie spod
stropu gorących gazów, dzięki czemu maleje możliwość nagrzania się elementów
konstrukcyjnych budynku do wartości krytycznych, po przekroczeniu których następuje
utrata ich właściwości wytrzymałościowych,
3) opóźnienia rozprzestrzeniania się pożaru i uniemożliwienia wystąpienia zjawiska
rozgorzenia (flashover) - również dzięki usunięciu gorących gazów spod stropu.
Podczas spalania materiałów, powstały strumień ciepła rozchodzi się we wszystkich
kierunkach, jednak najwięcej energii cieplnej kumuluje się pod sufitem. Część tego
strumienia, po dojściu do przegrody budowlanej (np. sufitu, ściany), zostaje pochłonięta
przez przegrodę, część zaś ulega odbiciu i wraca do materiału jako tzw. strumień ciepła
zwrócony, intensyfikując spalanie. Poza tym, w miarę gromadzenia się gorących gazów
pod stropem, w sposób ciągły wzrasta temperatura w pomieszczeniu, co powoduje
zwiększenie dynamiki pożaru, jak również może doprowadzić do wystąpienia zjawiska
rozgorzenia,
4) zmniejszenia strat materialnych od dymu i ciepła - dym często ma właściwości
korozyjne i często jest oleisty, przez co może stać się przyczyną uszkodzeń konstrukcji
lub zawartości budynku (szczególnie groźny jest dla urządzeń precyzyjnych,
elektronicznych),
5) zwiększenia bezpieczeństwa prowadzenia akcji ratowniczo-gaśniczej - jeśli
w budynku nie ma urządzeń do odprowadzania dymu i ciepła (np. w starym
budownictwie), strażacy zmuszeni są wyrąbywać odpowiednie otwory w dachu.
Pomijając istotną stratę czasu na ich wykonanie, strażacy narażają się na duże
niebezpieczeństwo, pracując często na ekstremalnie obciążonych konstrukcjach,
grożących w każdej chwili zawaleniem,
6) ograniczenia stężenia toksycznych produktów spalania i rozkładu termicznego systemy usuwania dymu i ciepła powodują zmniejszenie stężenia produktów spalania
(z jednej strony usuwają produkty spalania i rozkładu termicznego, a z drugiej
dostarczają tlen), dzięki czemu występuje pełniejsze spalanie, a jednocześnie
zmniejszenie stężenia (rozrzedzenie) gazowych pro duktów spalania i rozkładu
termicznego,
7) poprawy warunków termicznych dymu - napływające (zimne) powietrze wzmaga
termiczny napęd (zjawisko unoszenia) dymu i wpływa na zwiększenie szybkości
6
usuwania dymu z pomieszczenia (budynku),
8) zapobiegania powstawaniu nadmiernych ciśnień w pomieszczeniach (strefach)
objętych pożarem - ciśnienia te wywoływane są przez siłę wyporu hydrostatycznego
(konwekcji),
9) korzyści eksploatacyjne - w świetle aktualnie obowiązujących polskich przepisów [2],
dzięki zastosowaniu systemów usuwania dymu i ciepła, pozwala się na (cyt.):
a) dopuszcza się budowę w klasie E odporności pożarowej, jednokondygnacyjnych
budynków produkcyjnych i magazynowych, o obciążeniu ogniowym przekraczającym
500 MJ/m2 pod warunkiem zastosowania:
 wszystkich elementów budynku nie rozprzestrzeniających ognia;
 samoczynnych urządzeń oddymiających, jeżeli powierzchnia użytkowa budynku
przekracza 1000 m2,
b) w budynku produkcyjnym i magazynowym strefy pożarowe mogą być powiększone
o 100% przy zastosowaniu stałych wodnych urządzeń gaśniczych, a o 50% - przy
zastosowaniu samoczynnych urządzeń oddymiających,
c) w jednokondygnacyjnym budynku produkcyjnym lub magazynowym, nie zagrożonym
wybuchem, oraz na ostatniej kondygnacji wielokondygnacyjnego budynku o takim
przeznaczeniu wielkości stref pożarowych można zwiększyć o 100%, jeżeli:
 budynek jest wykonany z elementów nie rozprzestrzeniających ognia;
 zastosowano samoczynne urządzenia oddymiające.
d) w budynku jednokondygnacyjnym produkcyjnym i magazynowym wielkości stref
pożarowych nie ogranicza się, pod warunkiem zastosowania stałych urządzeń
tryskaczowych i samoczynnych urządzeń oddymiających,
e) w przypadku zastosowania samoczynnych urządzeń oddymiających, dopuszczalne
powierzchnie stref pożarowych dla budynków zaliczonych do kategorii zagrożenia
ludzi, mogą być powiększone o 50%. Nie dotyczy to budynków wysokich (do 55 m)
i wysokościowych (powyżej 55 m),
f) przy zastosowaniu samoczynnych urządzeń oddymiających długość przejść
w pomieszczeniu, mierzona od najdalszego miejsca, w którym może przebywać
człowiek, do wyjścia na drogę ewakuacyjną, może być powiększona o 50%,
g) powierzchnie stref pożarowych garaży zamkniętych mogą być powiększone o 50%
przy zastosowaniu samoczynnych urządzeń oddymiających.
Jedynym przypadkiem, w którym może byłoby lepiej nie stosować usuwania dymu,
jest pożar w małym, szczelnym pomieszczeniu, kiedy to źródło pożaru może być stłumione
przez zamknięcie wszystkich drzwi i okien, co spowoduje odcięcie dopływu tlenu.
W przypadku dużych pomieszczeń warunki te znacznie się różnią. W halach
przemysłowych i magazynowych, a także na klatkach schodowych ilość tlenu jest tak duża
i możliwości wniknięcia nowego powietrza z zewnątrz przez liczne otwory tak ogromne,
że zamknięcie drzwi i okien nie stłumi pożaru. Przeciwnie - doprowadzenie świeżego
powietrza wraz z usuwaniem gorących produktów spalania odgrywa w zwalczaniu
pożaru ważną rolę.
2.3.
2.3.1.
Konstrukcja i sterowanie klapami dymowymi
Konstrukcja klap dymowych
7
Klapy dymowe i ich konstrukcje powinny odpowiadać odpowiednim wymaganiom, takim
jak:
 warunki przepływu powietrza (dymu) przez otwór klapy - otwarcie klapy
dymowej powinno zapewniać swobodny przepływ gazów i dymów niezależnie
od kierunku wiatru,
 sprawność działania - wszelkie mechanizmy zamontowane w przekroju otworu
powinny w minimalnym stopniu zakłócać przepływ strumienia gazów, mechanizm
otwierający musi zapewniać również powrót klapy do położenia wyjściowego, napęd
i sterowanie mogą być automatyczne i/lub ręczne,
 pewność działania (niezawodność) - ruchome części muszą być chronione przed
oblodzeniem. Otwory wylotowe klap powinny być usytuowane co najmniej 30 cm nad
sąsiednimi powierzchniami dachu (ochrona przed działaniem śniegu). Klapy dymowe,
przy jednoczesnym obciążeniu śniegiem i wiatrem, powinny w sposób ciągły i pewny
działać przez cały wymagany czas,
 wytrzymałość - klapy dymowe muszą być tak wykonane oraz zamocowane. aby
wytrzymywały spodziewane w praktyce obciążenia bez zniszczenia lub większych
odkształceń i zapewniały zdolność działania, a w czasie pożaru nie odkształcały się
na skutek wzrostu temperatury, powodując zmniejszanie powierzchni czynnej. Klapy
dymowe powinny być wykonane z takich materiałów i powinny być sterowane w taki
sposób, aby w przypadku zainstalowania w tym samym pomieszczeniu stałych
urządzeń gaśniczych temperatura zadziałania tych urządzeń była niższa
od temperatury zadziałania urządzenia wyzwalającego klapy (o co najmniej 20°C),
w innym przypadku powodowałoby to niekontrolowany przepływ powietrza i gazów,
mogący zakłócić działanie urządzeń gaśniczych,
 oznakowanie klap - klapy muszą być w sposób trwały oznakowane z podaniem
następujących danych:
o typ klapy,
o nazwa producenta,
o rok produkcji,
o powierzchnia czynna klapy.
8
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
Rys. 6. Schematycznie przedstawione klapy dymowe w stanie otwartym [3]:
a), b), c), d) - klapy płytowe, e), f) - klapy dzielone, g) - klapa przesuwna, h) klapa żaluzjowa, i) - klapa stosowana wówczas, gdy dach jest oddzielony
od stropu pewną przestrzenią, j) - klapa stosowana w wypadku sufitów
podwieszanych.
Każda z przedstawionych klap może mieć wiele szczegółowych rozwiązań
konstrukcyjnych. Ważnym jest, aby przyjęte rozwiązanie dostosowane było
do przewidywanych warunków eksploatacyjnych i technologicznych.
Rys. 7. Różne rodzaje klap oddymiających
Klapy dymowe dopuszczone do stosowania w Polsce (rys. 7) to:
 klapy kopułkowe,
 klapy daszkowe,
9

klapy płytowe.
Obecnie produkowane klapy dymowe są tak wykonywane, aby mogły jednocześnie
służyć do przewietrzania pomieszczeń. Jest to podyktowane względami ekonomicznymi, gdyż
zamontowanie klap dymowych jest dość drogą inwestycją, a częstotliwość występowania
pożarów jest stosunkowo mała. Dlatego też, obecnie praktycznie w 90% klapy dymowe
wykorzystuje się do przewietrzania pomieszczeń.
Poza tym coraz częściej spotyka się takie rozwiązania konstrukcyjne klap
dymowych, w których pokrywy zamykające otwór oddymiający wykonane
są z przezroczystych lub lekko mlecznych tworzyw, umożliwiających doświetlenie światłem
dziennym zabezpieczanych pomieszczeń.
Więcej i bardziej wyczerpujących informacji na temat konstrukcji klap dymowych odnaleźć
można w materiałach źródłowych [4].
2.3.2.
Sterowanie klapami dymowymi
Klapy dymowe muszą być wyposażone w urządzenia do automatycznego i/lub
ręcznego wyzwalania (uruchamiania).
Automatyczne sterowanie klapami dymowymi może odbywać się przez.
 wyzwalacze cieplne (np. ampułki z cieczą o dużej rozszerzalności objętościowej pod
wpływem ciepła), których statyczna temperatura zadziałania nie powinna być wyższa
niż 74°C (pomijając przypadki współpracy z instalacjami tryskaczowymi),
 własną instalację do wykrywania i sterowania procesem oddymiania (centrale
oddymiania CO z czujkami i przyciskami,
 współpracę z automatycznymi urządzeniami sygnalizacji pożarowej, wyposażonymi
w czujki dymu,
 kombinację obu tych sposobów - daje to dużą niezawodność działania.
Stan otwarcia klapy dymowej powinien być sygnalizowany zarówno w wypadku
automatycznego jak i ręcznego sterowania, w miejscu zdalnego (ręcznego) wyzwalania lub
w centralce sygnalizacji pożarowej. Jednocześnie powinno być też sygnalizowane położenie
uruchamianych klap na powierzchni (sektorze) dachu.
W pomieszczeniach, wyposażonych w stałe urządzenia gaśnicze pianowe. gazowe
lub aerozolowe (CO2, halonowe albo z zamiennikami halonu), należy instalować klapy
dymowe wyposażone jedynie w ręcznie uruchamiane układy zdalnego wyzwalania [1].
Współpraca różnych systemów ochrony przeciwpożarowej powinna odbywać się
w następującej kolejności:
1) instalacja sygnalizacji pożaru powinna mieć ustalony czas zwłoki w przekazaniu sygnału
otwarcia klap dymowych, np. 60 do 120 sekund w celu uruchomienia tryskaczy,
2) tryskacze powinny mieć prawidłowo dobraną temperaturę zadziałania średnia najwyższa
temperatura w czasie normalnej eksploatacji plus 30°C,
3) klapy dymowe, posiadające czujniki temperatury, powinny mieć dobraną temperaturę
otwarcia zawsze wyższą o jedną grupę temperaturową od temperatury otwarcia
zainstalowanych tryskaczy (np. przy temperaturze otwarcia tryskacz 68°C, temperatura
otwarcia czujnika temperaturowego klapy dymowej powinna wynosi 93°C).
10
6
2
2
Do kolejnej czujki
4
4
1
1
Do kolejnego siłownika
(max. 8 na jednym przewodzie)
7
~230V / 50Hz
3 x 1,5 mm2
3 x 2 x 0,8 mm
4 x 2 x 0,8 mm
5
3
5
3
Rys. 8. Elektryczny system sterowania klapami dymowymi wg UNIMA plus.
1 - siłownik elektryczny 24V DC, 2 - puszka rozdzielcza, 3 - przycisk
alarmowy z kontrolkami i z buczkiem, 4 - czujka dymu (temperatury),
5 - przycisk przewietrzania z kontrolkami, 6 - czujka wiatru i deszczu,
7 - centralka sterująca z akumulatorami [9].
Funkcje:
 otwieranie klap:
o automatyczne - impuls z czujki
dymu lub czujki temperatury;
o przyciskiem pożarowym;
o przyciskiem przewietrzania;

zamykanie klap:
o przyciskiem
przewietrzania
(w czasie alarmu niemożliwe);
o automatycznie - impuls z czujki
deszczu lub wiatru.
Proces otwierania klapy dymowej do położenia krańcowego nie może trwać dłużej
niż 30 s [1].
11
2
A
1
Do kolejnego siłownika
3
B
C
4
5
6
5
6
Rys. 9. Pneumatyczny system sterowania klapami dymowymi wg UNIMA plus:
1 - cylinder pneumatyczny, 2 - zwalniacz termiczny z nabojem CO, oraz
zamkiem topikowym, 3 - przewód miedziany 6 mm, 4 - złączki
trójnikowe, 5 - skrzynka alarmowa z nabojem CO2 dla funkcji
OTWIERANIE, 6 - skrzynka alarmowa z nabojem CO2 dla funkcji
ZAMYKANIE [9].
Funkcje:
 otwieranie klap:
 zamykanie klap:
o automatyczne;
przez
działanie o automatycznie; wciśnięcie przycisku
temperatury 68 ÷ 72°C na zamek
ZAMYKANIE w skrzynce alarmowej
topikowy;
(tylko wariant C),
o wciśnięcie przycisku OTWIERANIE o ręcznie z dachu (wariant A i B).
w skrzynce alarmowej (tylko wariant
A i B);
Modyfikacje systemu: wariant A – bezprzewodowy,
wariant B – jednoprzewodowy,
wariant C – dwuprzewodowy.
Instalacje oddymiania [7] powinny być sterowane atestowanymi odrębnymi centralami,
12
które z siłownikami, przyciskami ręcznego sterowania itp. tworzą autonomiczne systemy,
mogące współpracować z centralami sygnalizacji pożaru (CSP). Funkcje, jakie są możliwe
do spełnienia przez centrale oddymiania (CO), pokazane są na rysunku 10. Centrale te mogą,
jak widać na rysunku, spełniać szereg pożytecznych funkcji, np. przewietrzanie, tym samym
w połączeniu z termoregulatorem utrzymywanie żądanej temperatury w pomieszczeniu, jak
również montowane z czujnikami deszczu i wiatru zapobiegają zalaniu pomieszczeń lub
uszkodzeniom klap przy silnym wietrze
Czujka dymu
Przycisk uruchamiania ręcznego
Elektromechaniczne urządzenia
oddymiania i przewietrzania
Czujnik temperatury
ºC
Sygnalizacja alarmu pożaru
SAP
Zegar sterujący
CDO
Centralna dyspozytornia obiektu
(sterowanie przewietrzeniem)
Przycisk sterowania
Czujnik wiatru - deszczu
Rys 10. Typowe funkcje przewidziane do realizacji przez centrale oddymiania. [7]
Przykładowy schemat montażu autonomicznego systemu oddymiania klatki schodowej
pokazuje rysunek 11. Centralę oddymiającą montuje się blisko klapy w celu skrócenia drogi
prowadzenia przewodów, z tym, że przycisk ręcznego uruchomienia klapy należy również
umieścić przy wyjściu z budynku, natomiast przycisk do przewietrzania można umieszczać
dowolnie. Czujki na klatkach schodowych powinno się rozmieszczać zgodnie z wytycznymi
dla instalacji sygnalizacji pożaru (co maksimum 9 m).
13
Rys 11. Typowe rozwiązanie oddymiania klatki schodowej z jedną klapą dymową
z siłownikiem elektrycznym. [7]
1 - centrala oddymiania RZN, 2 - czujka dymowa, 3 - przycisk alarmowy,
4 - przycisk do przewietrzania, 5 - siłownik, 6 - zasilanie centrali.
Ścianki kurtynowe
W celu zwiększenia skuteczności odprowadzania dymu i ciepła (w szczególności
w pomieszczeniach dużych hal produkcyjnych i magazynowych), przestrzeń podstropową
należy podzielić na strefy za pomocą ścianek kurtynowych.
Na każdą strefę wydzieloną za pomocą ścianek kurtynowych powinien przypadać
co najmniej jeden otwór oddymiający.
Jeżeli dach (stropodach) jest podzielony na segmenty za pomocą ścianek
kurtynowych, wówczas jako pierwsza wypełnia się gorącymi gazami pożarowymi przestrzeń
znajdująca się bezpośrednio nad pożarem. Przepływ dymu na boki jest ograniczony, dzięki
czemu można ręcznie otworzyć klapy dymowe (otwory oddymiające) w strefie lub strefach
budynku niezadymionych, umożliwiając tym samym dopływ świeżego powietrza
Ścianki kurtynowe muszą być wykonane z materiałów niepalnych, a jednocześnie
mogą być wykonane jako bezklasowe. (Chodzi tu o klasę odporności ogniowej - ścianki
kurtynowe mogą być wykonane w klasie F0. Klasa odporności ogniowej - jest to symbol
charakteryzujący odporność ogniową, składający się z symbolu F i liczby określającej
odporność ogniową w godzinach.) Odpowiednimi materiałami na ścianki kurtynowe są np.:
2.3.3.
14



płyty gipsowo-kartonowe,
blacha stalowa,
płyty fibrowo-silikatowe. [1]
Ścianki kurtynowe powinny być umiarkowanie dymoszczelne, chociaż drobne
nieszczelności w miejscach przejść różnego rodzaju przewodów nie odgrywają znaczącej roli.
Ścianki kurtynowe muszą dochodzić bezpośrednio do spodu dachu. Wysokość
ścianek kurtynowych, mierzona od spodu dachu do dolnej krawędzi kurtyny, nie powinna
być mniejsza niż 2,0 m, W wyjątkowych przypadkach wysokość ścianek kurtynowych może
być zmniejszona do 1,0 m (dla niskich pomieszczeń, o wysokości od 3 do 5 m) [1].
W przypadku budynków z dachami spadzistymi, ścianki kurtynowe sytuuje się pod
kątem prostym do spadku (nachylenia) dachu, dzieląc dach (przestrzeń poddachową)
na mniejsze przedziały.
Wysokość ścianki kurtynowej wpływa w znacznym stopniu na czas przedostania się
gorących gazów pożarowych do sąsiednich (przyległych) obszarów. Ścianki kurtynowe
powinny sięgać jak najbliżej podłogi (nie utrudniając jednak komunikacji między strefami),
aby zapobiec rozprzestrzenianiu pożaru na drodze promieniowania. W praktyce jednak
osiągają one najczęściej poziom ściegu kratownicy dachowej (w przypadku dachów
spadzistych).
Niektóre ścianki kurtynowe są wykonywane w ten sposób, że w normalnych
warunkach są one cofnięte lub zwinięte blisko dachu (stropodachu) i dopiero podczas pożaru
opadają w dół, po stopieniu zamka łatwo topliwego.
Ścianki kurtynowe, w połączeniu z otworami oddymiającymi i urządzeniami
tryskaczowymi, wpływają na ograniczenie strat wodnych, dzięki ograniczeniu otwarcia
tryskaczy oddalonych od ogniska pożaru.
3.
Przebieg ćwiczenia
3.1.
Zapoznanie z budową i zasadą działania klap dymowych
Klapy występujące w ćwiczeniu:
(1) z napędem elektrycznym KDe (firma Dźwigpol),
(2) z napędem pneumatycznym klapa kopułkowa,
(3) z napędem mechanicznym klapa kopułkowa,
(4) autonomiczny system oddymiania z napędem elektrycznym (firma D+H).
3.1.1.
Budowa klap
Wszystkie klapy występujące w ćwiczeniu powinny (oprócz automatycznie
uchylnych okien i świetlików) składać się m.in. z podstawy, pokrywy i napędu.
15
Siłownik elektryczny 24 =
M
CENTRALA
230 V 50 Hz
Bez wyłączników
Do dalszych
IY(SI)Y 2 x 0,8
IY(SI)Y 2 x 2 x 0,8
IY(SI)Y 2 x 0,8
Czujka dymu
IY(SI)Y 6 x 0,8
Przekaźnik zewnętrzny
sterowanie (dodatkowe)
Przycisk RT 42 do
ręcznego uruchamiania
(ostatnia kondygnacja)
IY(SI)Y 6 x 0,8
Przycisk RT 42 do ręcznego
uruchamiania (parter)
Rys. 12. Budowa instalacji do przewietrzania i oddymiania firmy D+H. [7]
Podstawa stanowi element łączący klapę z dachem obiektu. Pokrywa zamocowana jest
w górnej części podstawy na zawiasach. Pokrywa może być wykonana jako ciemna lub jako
przezroczysta. Pokrywa jest otwierana i zamykana za pomocą napędu elektrycznego (KDe),
pneumatycznego lub mechanicznego.
Napęd elektryczny stanowi silnik elektryczny z przekładnią śrubową (KDe) lub
siłowniki zębatkowe, łańcuchowe (Firma D+H). Napęd pneumatyczny składa się z cylindra
pneumatycznego, zespołu przewodów, zatrzasku oraz elementu sterującego.
Rys. 13. Budowa i sposób uruchamiania klapy (ampułkowej) z napędem
mechanicznym
a) widok, b) schemat: 1 – śruby, 2 – rama, 3 – zamek topikowy,
4 – izolacja, 5 – ramię, 6 – sprężyna. [9]
3.1.2. Charakterystyka techniczna
klapa (1) (por. pkt. 3.1)
napęd elektryczny dla klapy KDe - 380 V,
powierzchnia geometryczna Ag= 1 m2,
masa klapy - 135 kg,
16
klapa (2)
napęd pneumatyczny - min. 6 atm.,
powierzchnia geometryczna Ag = 1 m2,
powierzchnia czynna Acz = 0,74 m2,
klapa (3)
powierzchnia geometryczna Ag = 1 m2,
powierzchnia czynna Acz = 0,71 m2.
System oddymiania (firmy D+H) – dane techniczne poszczególnych elementów podane
są w materiałach dostępnych na stanowisku.
Szczegółowe dane technicznych zamieszczone są w dokumentacji techniczno-ruchowej
urządzeń.
3.1.3. Sterowanie
Elektryczne sterowanie klapami KDe (1) (rys. 14)
Pokrywa klapy unoszona jest przez silnik elektryczny Skf-63-4B. Dzieje się
to na skutek wykręcania (bądź wkręcania) śruby, będącej przedłużeniem trzpienia silnika
w nakrętce przymocowanej do pokrywy klapy. Otwieranie lub zamykanie pokrywy klapy
uzależnione jest od kierunku obrotów silnika. Klapa może być sterowana w sposób ręczny lub
automatyczny z centrali sygnalizacji pożarowej.
Klapa dymowa
2
M
~
3
do CSP
do CSP
6
C
5 7
4
4
5
0
PAF
0 RST
R
Rys. 14. Schemat sterowania klapą dymową - napęd elektryczny. [10]
1-silnik elektryczny Skf-63-4B,
2-łącznik końcowy D-429r sterujący wyłącznikiem silnika przy końcu procesu
otwarcia,
3-łącznik końcowy D-429r sterujący wyłącznikiem silnika przy końcu procesu
zamykania,
4-stycznik załączający obroty silnika w kierunku otwarcia pokrywy klapy,
5-stycznik załączający obroty silnika w kierunku zamykania pokrywy klapy,
6-przycisk sterujący otwieraniem,
7-przycisk sterujący zamykaniem,
17
PAF - przekaźnik asymetrii fazowej,
CSP - centrala sygnalizacji pożarowej.
Pneumatyczne sterowanie klapami (rys. 15)
Uruchomienie klapy następuje po podaniu napięcia z centrali sygnalizacji pożarowej
lub przycisku ręcznego na trójdrożny zawór. Pozwala to na przepływ sprężonego powietrza
przez zawór zwrotny, filtr, reduktor, zawór rozdzielczy do cylindra pneumatycznego klapy.
Tłok wysuwa się, unosząc kopułę do góry, aż do krańcowego położenia. Zamknięcie klapy
następuje po zmianie kierunku w zaworze pięciodrożnym.
Do dalszych
cylindrów
1
Sygnał zamknięcia
2
Sterowanie
ręczne
Do dalszych
cylindrów
CSP
Sieć sprężonego
powietrza 6,3 bar
Sygnał otwarcia
Sygnał zamknięcia
3
7
6
5
4
Rys. 15. Schemat sterowania klapą dymową - napęd pneumatyczny. [10]
1-cylinder pneumatyczny,
2-zawór rozdzielczy 611-G 3/8" 52-121/51.0-220+B,
3-zawór rozdzielczy 611-G 3/8" 321-121/51.0-220-B,
4-zawór reduktora 622-G 1/2"-A,
5-filtr z odwodnieniem 514-G 1/2 -A,
6-smarownica 521-G 1/2"- A,
7-zawór zwrotny 612-G 3/8"-A.
CSP - centrala sygnalizacji pożarowej
Sygnał elektryczny do przesterowania zaworu rozdzielczego:
 prąd zmienny napięcie 220 V 50 Hz
 natężenie prądu rozruchu 275 mA
Zasada sterowania klapą z napędem pneumatycznym ((2) por pkt.3.1) przedstawiona
jest na rysunku 16. Jest to sposób uruchamiania automatycznego (samoczynnie) za pomocą
ampułki szklanej wypełnionej cieczą o dużym współczynniku rozszerzalności objętościowej
pod wpływem ciepła, która reaguje w określonej temperaturze do wyboru: 68, 93 lub 141°C.
Elementem uruchamiającym klapę jest zbiorniczek z skroplonym gazem CO2 o masie od 18
18
do 120 gramów.
Zasilanie cylindra do
otwarcia - zamknięcia
Zamykanie klap
Otwieranie klap
Rys. 16. Zasada sterowania pneumatycznego (samoczynnie) za pomocą zbiorniczka
ze skroplonym gazem CO2 i ampułki szklanej. [7]
1 – zbiorniczek CO,, 2 – mechanizm naciągu iglicy przebijającej przeponę
zbiorniczka z CO2, 3 – dźwignia do zamocowania ampułki, 4 – ampułka szklana,
5 – pokrętło do mocowania ampułki.
W nowszych rozwiązaniach stosuje się sterownik elektropneumatyczny, służący
do sterowania klapą dymową z napędem pneumatycznym, we współpracy z instalacją
sygnalizacji pożaru. Rozwiązanie to pokazane jest na rysunku 17.
S1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
PE
C
No
Nc
PE
PE
N
N
L
L
+
Centrala ppoż.
Rys 17. Sterownik elektropneumatyczny (centrala) dla klap z napędem pneumatycznym. [7]
1 – zawór elektropneumatyczny, S1 - wyłącznik ciśnieniowy
Demonstracja działania klap dymowych
W czasie ćwiczenia zostanie zademonstrowane działanie wszystkich klap
19
dymowych. Zostanie przy tej okazji pokazana i omówiona zasada działania poszczególnych
klap. Pozwoli to na wizualną ocenę klap, jak też obserwację pracy mechanizmów
odpowiedzialnych za skuteczność i pewność działania. Każdy ze studentów będzie miał
możliwość uruchomienia klap i zaobserwowania działania ich elementów składowych.
Przy ustalaniu powierzchni otworów pod klapy dymowe pamiętać należy, że ich
wielkości normowe określone są jako powierzchnie czynne, przez co należy rozumieć
powierzchnię klapy dymowej zmniejszonej po całkowitym otwarciu klapy, do powierzchni
przekroju strumienia powietrza uchodzącego swobodnie na zewnątrz. Oznacza to,
że powierzchnia aerodynamiczna nie jest w przypadku klap dymowych tożsama
z powierzchnią geometryczną, ponieważ klapy nie można otworzyć w sposób zapewniający
swobodny przepływ strumienia powietrza przez cały przekrój otworu klapy. Przeszkadzają
temu opory ruchu strumienia (tarcia) na zamontowanych w przekroju otworu wentylacyjnego
elementach zamykających, sterowniczych i stabilizujących, a także zwężenie strumienia
wywołane działaniem wiatru i oddziaływaniem kształtu dachu. Ilustruje to rys. 18.
Powierzchnia aerodynamiczna jest więc zawsze mniejsza od powierzchni geometrycznej i jest
ona określana w trakcie znormalizowanych badań w tunelu aerodynamicznym.
Powierzchnia otworu klapy dymowej
L
B
Strumień powietrza
Strumień powietrza
Strumień powietrza
Rys. 18. Schemat przepływu strumienia powietrza przez klapę dymową 20
zmniejszona przez zawężenia A i opory tarcia B powierzchnia
geometryczna to powierzchnia aerodynamiczna. [3]
Przykłady obliczeń
W celu obliczenia wymaganej powierzchni pod klapy dymowe można posłużyć się
Polską Normą [6] lub też Instrukcją [1]. Instrukcja [1] przez to, że uwzględnia więcej
czynników wpływających na końcowy wynik, pozwala na dokładniejsze określenie
wymaganej powierzchni pod klapy dymowe, czyli ich liczby, oraz określa sposób
rozmieszczania klap na powierzchni dachu.
Aby ocenić różnice, poniższe zadania należy rozwiązać w oparciu o PN [6] i Instrukcję [1],
zawierającą karty obliczeniowe wg DIN 18232.
Zadanie 1
Obliczyć wymaganą powierzchnię czynną klap dymowych i ich liczbę dla budynku
magazynowego o wymiarach: długość 150 m; szerokość 20 m; wysokość 10 m, w którym
składowane są: papier 100 ton (ułożony w zwartym stosie); olej napędowy 40 ton
(przechowywany w beczkach metalowych); bawełna 180 ton (w opakowaniach ażurowych
do ochrony krawędzi). Składowanie niskie. Nachylenie dachu <6°. Budynek nie jest
wyposażony w Automatyczne Urządzenie Sygnalizacji Pożarowej i Stałe Urządzenie
Gaśnicze. Brak Zakładowej Straży Pożarnej.
Zadanie 2
Obliczyć wymaganą powierzchnię czynną klap dymowych i ich liczbę
w jednokondygnacyjnej hali Zakładu Metalowego. Wymiary hali: długość 42 m; szerokość
30 m; wysokość 6,5 m. W hali znajdują się następujące materiały: koks 45 ton; wodór 28 ton;
guma 80 ton; acetylen 35 ton. Składowanie niskie. Nachylenie dachu 5°. Hala nie jest
wyposażona w Automatyczne Urządzenie Sygnalizacji Pożarowej i Stałe Urządzenie
Gaśnicze. Na terenie zakładu znajduje się Zakładowa Straż Pożarna.
3.2.
4.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Przebieg ćwiczenia
Omówienie zasadności i celu stosowania klap dymowych,
Zapoznanie z budową i konstrukcją klap występujących w ćwiczeniu, jak też omówienie
innych rozwiązań konstrukcyjnych,
Omówienie sposobów sterowania klap dymowych występujących w ćwiczeniu,
Demonstracja działania klap występujących w ćwiczeniu,
Wykonanie przykładu obliczeniowego (pkt. 3.4) na podstawie PN-74/B-02866 oraz
Instrukcji 331 ITB (wypełnienie kart obliczeniowych opartych na DIN 18232) porównanie wyników,
Spostrzeżenia i wnioski.
5.
Wykonanie sprawozdania
Uwaga: Na stanowisku powinny być dostępne następujące materiały:
 PN – 74/B – 02866 [6],
 ITB. Instrukcja 331 [1],
 Dane techniczne osprzętu firmy D+H,
 Materiały informacyjno-reklamowe.
21
6.
Opracowanie sprawozdania
W sprawozdaniu powinny między innymi być zawarte następujące punkty:
1. Karta tytułowa
2. Cel i zakres sprawozdania
3. Wprowadzenie teoretyczne
4. Przebieg ćwiczenia (opis i rysunki poszczególnych rozwiązań technicznych klap)
5. Rozwiązanie zadań (załączyć karty obliczeniowe)
6. Podsumowanie i wnioski.
7.
Pytania kontrolne
1. Podaj definicję:
 klap dymowych,
 powierzchni czynnej klapy dymowej,
 ścianki kurtynowej,
 urządzenia wyzwalającego,
 grupy projektowej.
2. Wymień i krótko scharakteryzuj główne cele stosowania systemów usuwania dymu
i ciepła (minimum 5).
3. Wymień wymagania stawiane klapom dymowym.
4. Wymień sposoby automatycznego sterowania klapami dymowymi.
5. Wyjaśnij różnicę pomiędzy powierzchnią czynną otworu klapy dymowej Acz,
a powierzchnią geometryczną otworu klapy dymowej Ag.
6. Podaj i krótko scharakteryzuj sposoby sterowania klapami dymowymi (schematy).
7. W jakim celu stosowane są ścianki kurtynowe i jakie wymagania są im stawiane ?
8. Do jakich celów, oprócz oddymiania, stosuje się klapy dymowe?
9. Jakie funkcje może spełniać centrala oddymiania?
10. Narysuj schemat budowy instalacji do przewietrzania i oddymiania firmy D+H.
8.
Literatura
[1] ITB. Instrukcja 331. Projektowanie klap dymowych w budynkach przemysłowych
i użyteczności publicznej, Warszawa 1995.
[2] Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 14 grudnia
1994 roku w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich
usytuowanie. (Dz. U. Nr 10 z dnia 8 lutego 1995 r.)
[3] Krzysztof Biskup, Analiza i synteza systemów odprowadzania dymu i ciepła, PD SGSP,
Warszawa 1995.
[4] B. Mizieliński, Wentylacja pożarowa, WPW, Warszawa 1985.
[5] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych z dn. 3 listopada 1992 r. w sprawie
ochrony przeciwpożarowej budynków i innych obiektów budowlanych i terenów.(Dz.U.
Nr 92 poz. 460).
[6] PN – 74/B – 02866, Otwory pod klapy dymowe, obliczenia powierzchni
i rozmieszczenie.
22
[7] M. Buryk, Ogólne zasady stosowania i sterowania instalacji oddymiania i instalacji
zabezpieczeń otworów budowlanych w budynkach.
[8] Instalacje oddymiania i odprowadzania energii cieplnej, „Rynek Instalacyjny", czerwiec
1997.
[9] Katalog firmy „UNIMA PLUS".
[10] Katalog firmy „DŹWIGPOL".
23