Celem pracy jest wybór najlepszego scenariusza zadziałania i współdziałania urządzeń przeciwpożarowych spośród różnych wariantów zdarzeń dla wybranego budynku użyteczności publicznej przy użyciu komputerowej symulacji rozwoju pożaru. 

Problematyka pracy skupia się na wizualizacji warunków panujących w trakcie pożaru oraz na przedstawieniu możliwych scenariuszy rozwoju zagrożenia uzależnionych od sposobu współdziałania systemów przeciwpożarowych. Symulacja weryfikuje dostępny i wymagany czas ewakuacji z budynku oraz określa czy warunki panujące podczas pożaru pozwolą na bezpieczną ewakuację wszystkich osób. Ponadto praca ma za zadanie określenie jak wyciągnięte wnioski z przeprowadzonych symulacji są w stanie poprawić warunki bezpieczeństwa w przedmiotowym obiekcie podczas pożaru.

Charakterystyka ogólna obiektu

Modelowany obiekt wzorowany jest na istniejącym obiekcie. Na potrzeby symulacji budynek nie posiada ozdób architektonicznych − jest prostą bryłą geometryczną. Obiekt jest wolnostojący, jednokondygnacyjny, niepodpiwniczony. W całości przeznaczony jest do celów handlowo-usługowych. Znajduje się w nim pasaż z przylegającymi lokalami handlowymi oraz ciąg komunikacyjny. W pasażu budynku przewiduje się jednoczesne przebywanie w nim ponad 50 osób. Ze względu na sposób użytkowania jest zaliczany do kategorii zagrożenia ludzi ZL I. [10]

Podstawowe dane techniczne obiektu: 

• powierzchnia użytkowa – 3740 m²,
• liczba kondygnacji nadziemnych – 1,
• liczba kondygnacji podziemnych – 0,
• liczba stref pożarowych – 1,
• wysokość – 6 m (budynek niski – N).

Podział na strefy pożarowe

Z rozporządzenia [10] wynika, że strefę pożarową stanowi budynek albo jego część odizolowana od innych budynków lub innych części obiektu elementami oddzielenia przeciwpożarowego bądź pasami wolnego terenu o szerokości określonej w przepisach. Budynek stanowi jedną strefę pożarową. Dopuszczalna maksymalna powierzchnia strefy pożarowej dla budynku niskiego, jednokondygnacyjnego ZL I może wynosić 10 000 m². Powierzchnia strefy pożarowej nie została przekroczona. Pomieszczenia zagrożenia wybuchem nie występują.

Rys. 1. Przedmiotowy obiekt

Założone urządzenia i instalacje przeciwpożarowe w obiekcie

Założono, że budynek będzie wyposażony w następujące instalacje i urządzenia: 

1. System sygnalizacji pożarowej 

Przewidziano, że system sygnalizacji pożarowej jest zastosowany w całym obiekcie. System sygnalizacji pożarowej wyposażony jest w następujące elementy: 

• centrale sygnalizacji pożarowej z jedną adresowalną linią dozorową
• ręczne ostrzegacze pożarowe, 
• optyczna rozproszeniowa czujka dymu,
• elementy kontrolno-sterujące.

System sygnalizacji pożarowej steruje i/lub kontroluje systemami: 

• ogrzewania i wentylacji (szafy wentylacyjne, kurtyna powietrzna, klapy dymowe),
• otwarcia drzwi na drogach ewakuacyjnych, monitorowania i sterowania systemem DSO.

2. Dźwiękowy system ostrzegawczy

Założono działanie dźwiękowego systemu ostrzegawczego w całym obiekcie. W przypadku wysterowania komunikatów głosowych służących ewakuacji ludzi z budynku wszelkie źródła dźwięku, takie jak dźwięk muzyki zostają wyłączone. Komunikat ewakuacyjny pełnić będzie nadrzędną rolę. W strefach nagłośnienia przewiduje się następujące poziomy dźwięku [2]:

• korytarz i pomieszczenia handlowe – 72 dB, 
• pasaż – 75 dB.

3. System usuwania dymu i ciepła

W budynku założono użycie systemu usuwania dymu i ciepła w postaci klap dymowych. Zastosowane klapy dymowe będą podłączone do systemu sygnalizacji pożarowej . Pasaż jest podzielony na 2 strefy dymowe za pomocą ruchomej kurtyny dymowej: [7], [8], [9]

• strefa dymowa nr 1 o powierzchni 935 m²,
• strefa dymowa nr 2 o powierzchni 935 m².

Każda klapa sterowana jest automatycznie z systemu sygnalizacji pożaru lub ręcznego otwarcia przez personel obsługujący budynek. W analizowanym pasażu przewidziano 10 klap dymowych punktowych (po pięć klap na każdy zbiornik dymu).

W analizowanym obiekcie ponadto występują urządzenia: hydranty wewnętrzne o średnicy 25 mm, oświetlenie awaryjne, podręczny sprzęt gaśniczy oraz przeciwpożarowy wyłącznik prądu − wymienione systemy i urządzenia dla potrzeb tworzonego modelu na symulację komputerową nie mają wpływu.

Warunki ewakuacji

Ewakuacja z pasażu i przyległych sklepików przebiega bezpośrednio na zewnątrz budynku. Wyjście z powyższych pomieszczeń prowadzone jest pasażem o szerokości 17 m na końcu którego przewidziano drzwi o łącznej szerokości 6 m (po 3 m z każdej strony pasażu). Dodatkowo w środkowej części pasażu występują pojedyncze drzwi ewakuacyjne o szerokości 1 m. Całkowita szerokość drzwi ewakuacyjnych wynosi 7 m. Łączna liczba osób mogących przebywać jednocześnie w obiekcie wynosi 935 osób. Drzwi znajdujące się na drodze ewakuacyjnej otwierają się na zewnątrz pomieszczenia. Przy uwzględnieniu współczynnika 0,6 m na każde 100 osób, wymagana łączna szerokość drzwi ewakuacyjnych wynosić powinna 5,61 m. Szerokość wyjść ewakuacyjnych jest ponadnormatywna. Wszystkie drzwi ewakuacyjne z pasażu handlowego wyposażone są w urządzenia antypaniczne.

Przy zastosowaniu samoczynnych urządzeń oddymiających uruchomianych za pomocą systemu wykrywania dymu oraz dla wysokości pomieszczenia większej niż 5 m, długość przejścia ewakuacyjnego nie przekracza 70 m.

Możliwość bezpiecznej ewakuacji z obiektu w przypadku wystąpienia pożaru stanowi priorytet działań w zakresie ochrony przeciwpożarowej. Określenie bezpiecznych warunków ewakuacji ludzi polega na porównaniu dwóch parametrów czasowych ewakuacji: [1], [3], [5] 

• dostępny czasu bezpiecznej ewakuacji – DCBE,
• wymagany czasu bezpiecznej ewakuacji – WCBE.

Jako wskaźnik krytyczny określający DCBE przyjęto parametry zagrożenia, którego wystąpienie ma miejsce po najkrótszym czasie.

Do określenia dostępnego czasu bezpiecznej ewakuacji należy uwzględnić:

1. Dla wykorzystanych elementów konstrukcyjnych budynku zgodnie z obecnie obowiązującymi przepisami stawia się wymagania odporności ogniowej wynoszącej 30 minut. Oprócz tego w budynku zastosowano urządzenia przeciwpożarowe, takie jak klapy dymowe (system usuwania dymu i ciepła), kurtyna dymowa (ograniczenia rozprzestrzeniania się dymu po budynku), co pozwala założyć, iż konstrukcja zachowa swoje właściwości w trakcie trwania pożaru.
2. W budynku zachowuje się co najmniej 2 kierunki ewakuacji. Pozwala to na ewakuację zagrożonych osób w kierunku przeciwnym do kierunku lokalizacji pożaru. Zatem nie ogranicza się warunków ewakuacji ze względu na powstanie pożaru.
3. W budynku przyjęto, że system usuwania ciepła i dymu zachowa 3 metrową warstwę wolną od dymu. Ustalono, że występowanie zadymienia nie będzie ograniczać widoczności na drodze ewakuacyjnej do 10 m. 

Dostępny czas bezpiecznej ewakuacji będzie wynikiem przeprowadzonych symulacji. 

Wymagany czas bezpiecznej ewakuacji − WCBE

Wymagany czas bezpiecznej ewakuacji WCBE jest czasem trwającym od początku powstania pożaru do momentu, w którym założona ilość osób zdoła się ewakuować w bezpieczne miejsce. WCBE wyznacza się ze wzoru: (1)

gdzie:

t_d − czas detekcji pożaru,

t_a − czas alarmowania,

t_rozp − czas rozpoznania sytuacji,

t_reak − czas reakcji na zdarzenie,

t_p − czas przemieszczania się ewakuowanych osób.

W celu wyznaczenia wymaganego czasu bezpiecznej ewakuacji przyjmuje się następujące założenia:

1. Do określenia właściwego czasu przemieszczania się ewakuowanych osób przyjęto najmniej korzystne warunki tj. ewakuacja z pomieszczeń handlowych i pasażu przewiduje się dla największej liczby osób. Zgodnie z założeniami w pomieszczeniach handlowych i pasażu może jednocześnie przebywać 935 osób. Szerokość wyjść ewakuacyjnych z tej przestrzeni wynosi 7 m. Długość drogi ewakuacyjnej (maksymalna długość przejścia ewakuacyjnego) wynosi 55 m. Ustala się, że prędkość poruszania się osób po poziomej drodze ewakuacyjnej wynosi 1 m/s. Przez szerokość jednego metra drzwi może ewakuować się 1,3 m*os/s. Właściwy czas ewakuacji osób z budynku zakłada, że wszystkie osoby będą się ewakuowały równomiernie do trzech wyjść ewakuacyjnych. Czas przemieszczania się poszczególnych osób określono z dwóch wzorów, z których do WCBE bierzemy czas najbardziej niesprzyjający ewakuacji, a mianowicie: (2)

gdzie:

Na – całkowita liczba ewakuowanych osób [os],

F – szerokość wyjść ewakuacyjnych [m],

V – prędkość poruszania się osób na drodze ewakuacyjnej [m x os/s],

(3)

gdzie:

Lmax – długość drogi ewakuacyjnej [m],

Vp – prędkość ewakuujących się osób [m/s].

Ustalono, że czas opuszczenia wszystkich osób z budynku wyniesie 102 s.

2. Detekcja pożaru oparta jest na systemie sygnalizacji pożarowej. Do detekcji wykorzystuje się optyczne rozproszeniowe czujki dymu oraz ręczne ostrzegacze pożaru. 

W budynku występują materiały palne powodujące głównie pożar bezpłomieniowy. Z przeprowadzonej symulacji wykrycie pożaru przez jedną czujkę następuje po 36 s.

3. Alarmowanie [6] II-go stopnia następuje po 210 sekundowej zwłoce po wykryciu pożaru z jednej czujki (pominięcie koincydencji dwuczujkowej ze względu na małą różnicę czasową między czasem wykrycia pożaru z jednej, a z dwóch czujek, co wpłynęłoby na małe różnice w wynikach symulacji komputerowej). Uruchomienie systemu DSO odbywa się po czasie 210 s od zadziałania jednej czujki. W związku z powyższym ustala się, że czas t_a będzie uzależniony od założeń scenariusza w jakim stopniu alarmowania zostanie wykryty pożar − w I stopniu alarmowania zwłoka wynosi 30 s, a w II stopniu alarmowania 210 s.

4. Czas rozpoznania sytuacji zależy od miejsca lokalizacji pożaru i jego zauważenia przez osobę znajdującą się w budynku. Budynek stanowi jedną strefę pożarową z prostym układem „open space” z przyległymi pomieszczeniami handlowymi, co ułatwia lokalizację pożaru przez osoby znajdujące się w budynku. Przyjęto zatem, że czas rozpoznania nie przekroczy t_rozp = 15 s.

5. W przypadku zauważenia pożaru płomieniowego osoba znajdująca się w obiekcie powinna natychmiast podjąć decyzję o ewakuacji. Jednakże w przypadku pożaru bezpłomieniowego opóźnienie o podjęciu decyzji o ewakuacji może nawet wynosić 15 s. Założono, że czas podjęcia decyzji o ewakuacji nie będzie dłuższy niż t_reak = 15 s. 

Obliczeniowy czas bezpiecznej ewakuacji będzie wynosił:

WCBE = 36 s + 30 s lub 210 s + 15 s + 15 s + 102 s = 198 s dla I- go stopnia alarmowania, a 378 s dla II-go stopnia alarmowania.

Biorąc pod uwagę czas: detekcji, zaalarmowania, rozpoznania sytuacji, reakcji na zdarzenie oraz czas przemieszczania się ewakuujących osób ustalono, że wymagany czas bezpiecznej ewakuacji powinien wynosić 198 s dla I-go stopnia alarmowania oraz 378 s dla II-go stopnia alarmowania. Dla założonego czasu wszystkie osoby powinny opuścić obiekt, a warunki panujące podczas pożaru nie powinny im przeszkadzać w trakcie ewakuacji. 

Warunkiem uznania ewakuacji za bezpieczną, jest spełnienie kryterium wyrażonego wzorem: (4)

Z powyższego założenia wynika, że dostępny czas bezpiecznej ewakuacji powinien być większy lub równy wymaganemu czasowi bezpiecznej ewakuacji, aby wszystkie osoby były w stanie opuścić budynek przed wystąpieniem czynników krytycznych dla ewakuacji. Jeżeli natomiast różnica ta przyjmie postać: (5) 

oznaczać to będzie narażenie użytkowników budynku na warunki zagrażające ich zdrowiu lub życiu. Wynik taki jest nie do przyjęcia i należy podjąć czynności w celu uzyskania dodatniego wyniku różnicy DCBE i WCBE. Dodatkowo powyższe równanie stwierdza konieczność usprawnienie zastosowanych systemów przeciwpożarowych lub zastosowanie dodatkowych systemów, które mogą wpłynąć na polepszenie warunków ewakuacji ludzi z budynku.

(...)

mgr inż. Łukasz Chołuj

Zespół Laboratoriów
Sygnalizacji Alarmu Pożaru i Automatyki
Pożarniczej CNBOP-PIB.

fShare

Tweet