Cel i program badań

Głównym celem niniejszej pracy jest ocena efektywności współdziałania instalacji wentylacji oddymiającej z instalacją mgły wodnej w budynkach w aspekcie poprawy warunków ewakuacji, ograniczenia szkód w wyposażeniu budynków wywołanych pożarem oraz optymalizacji kosztów wykonania wymienionych instalacji.

W zdecydowanej większości przypadków podstawowym zadaniem mechanicznej instalacja wentylacji oddymiającej w czasie pożaru jest utrzymanie warstwy gorących gazów pożarowych tak, aby unosiły się ponad chłodniejszym, czystym powietrzem a tym samym zostały zapewnione warunki bezpiecznej ewakuacji ludzi z zagrożonej strefy. Przyjmuje się, że bezpieczne warunki ewakuacji zostają zachowane, jeżeli występuje na wysokości większej lub równej 1,8m nad poziomem posadzki zadymienie ograniczające widoczność krawędzi elementów budowlanych i drzwi powyżej 10m oraz temperatura powietrza nie wyższa niż 60^oC [13]. Aktualnie osiągniecie tego celu jest realizowane przez intensywne usuwanie dymów i gazów pożarowych z górnej części pomieszczenia oraz zapewnienie stałego dopływu powietrza zewnętrznego uzupełniającego braki tego powietrza w wyniku jego wypływu wraz z dymem. Takie podejście powoduje, że ze względu na wymaganą temperaturę dymów i gazów pożarowych utrzymywanych nad drogami ewakuacyjnymi konieczne są znaczne wydajności urządzeń i gabaryty poszczególnych elementów instalacji wentylacji oddymiającej.

Alternatywnym rozwiązaniem tego problemu w wielu obiektach budowlanych może stanowić współdziałanie tradycyjnej instalacji wentylacji oddymiającej oraz instalacji mgły wodnej. Współdziałanie obu instalacji, ukierunkowanie przepływu nawilżonego powietrza zewnętrznego oraz uzyskaniu układ warstw powietrza zewnętrznego i dymów będzie powodowało, że dzięki mieszaninie stosunkowo niewielkiego strumienia masowego powietrza zewnętrznego i rozpylonej mgły wodnej w obrębie dróg ewakuacyjnych zostanie obniżona odczuwalna temperatura, moc promieniowania, a także lotność toksycznych produktów spalania. Na poniższym rysunku (rys. 5.1.) zostało przedstawione poglądowe porównanie zasad funkcjonowania obu rozwiązań.

a) Tradycyjna instalacja wentylacji oddymiającej

b) Współdziałanie instalacji wentylacji oddymiającej i mgły wodnej

W oparciu o badania wstępne, eksperymenty eksploatacyjne oraz analizę danych literaturowych zostały przyjęte następujące tezy badawcze:

1. zastosowanie współdziałania instalacji wentylacji oddymiającej i instalacji mgły wodnej w pomieszczeniach objętych pożarem obniży temperaturę odczuwalną oraz temperaturę dymów i gazów pożarowych.

2. istnieje zależność między efektywnością redukcji temperatury w pomieszczeniu podczas pożaru, temperaturą usuwanych gazów pożarowych oraz ilorazem strumieni masowych powietrza i mgły wodnej.

W celu weryfikacji tez badawczych postawionych w niniejszej rozprawie został przyjęty plan badań, których schematy blokowe przedstawiono na poniższych rysunkach (rys.

5.2. oraz rys. 5.3.). Wszystkie eksperymenty zostały przeprowadzone w średniej skali.

Wszystkie obliczenia numeryczne zostały przeprowadzone w programie FDS (Fire Dynamics Simulator). Obiektem badań było współdziałanie instalacji wentylacji oddymiającej oraz instalacji mgły wodnej.

Rys. 5.2. Realizacja badań - podział na etapy

Pierwszy etap badań miał na celu przygotowanie autorskiej metodyki przeprowadzenia badań współdziałania instalacji wentylacji oddymiającej z instalacją mgły wodnej w warunkach zbliżonych do warunków, w których przeprowadzono badanie wyłącznie instalacji wentylacji oddymiającej. Obliczenia analityczne zostały wykonane w oparciu o standardy projektowe [37] i [42]. Skalowanie stanowiska badawczego zostało przeprowadzone w oparciu o wytyczne zawarte w [38] i [61]. Projekt stanowiska badawczego został przygotowany w oparciu o normę [7], [8] oraz [39]. Po wykonaniu stanowiska badawczego przeprowadzono szereg testów i badań porównawczych efektywności obniżania temperatury przez instalację wentylacji oddymiającej oraz współdziałających instalacji wentylacji oddymiającej i instalacji mgły wodnej przy różnych wartościach mocy pożarów. Badania przeprowadzono w oparciu o główne założenia metodyki zawartej w [7], [8] oraz ustalenia

Pierwszy etap badań miał na celu wykazanie zależności między efektywnością redukcji temperatury w pomieszczeniu podczas pożaru, temperaturą usuwanych gazów pożarowych oraz ilorazem strumieni masowych powietrza i mgły wodnej. Przedmiotowe badania zostały przeprowadzone zgodnie z metodą autorską. Na obu etapach badań zostały wykonane pomiary następujących wielkości:

1. ciśnienie barometryczne,

2. temperatura powietrza zewnętrznego,

3. wilgotność względnej powietrza zewnętrznego, 4. prędkość powietrza zewnętrznego,

5. temperatura powietrza wewnętrznego,

6. wilgotność względnej powietrza wewnętrznego, 7. prędkość powietrza wewnętrznego,

8. strumień objętości powietrza kompensującego (nawiew), 9. strumień objętości usuwanych gazów pożarowych, 10. temperatura gazów pożarowych,

11. zawartość dwutlenku węgla w gazach pożarowych, 12. zawartość tlenku węgla w gazach pożarowych, 13. temperatura przegród budowlanych,

14. temperatura wody do wytworzenia mgły wodnej,

15. strumień objętości i ciśnienie wody do wytworzenia mgły wodnej.

Na podstawie pomierzonych i zarejestrowanych parametrów powietrza, wody lub gazów pożarowych pozostałe parametry uzyskano na drodze obliczeniowej.

Wykorzystując uzyskane pomiary na stanowisku badawczym określono efektywności redukcji temperatury podczas pożaru, temperatury usuwanych gazów pożarowych oraz iloraz strumienia masowego mgły wodnej i powietrza.

W następnej fazie badań zostały wyznaczone wykresy zależności między:

1. średnią temperaturą w przestrzeni badawczej przy przyjętej mocy pożaru a strumieniem objętości powietrza kompensującego,

2. średnią temperaturą w przestrzeni badawczej przy przyjętej mocy pożaru a strumieniem objętości usuwanych gazów pożarowych,

3. średnią temperaturą w przestrzeni badawczej przy przyjętej mocy pożaru a strumieniem objętości mgły wodnej,

Na podstawie powyższych danych dokonano wstępnej oceny efektywności redukcji temperatury podczas pożaru, temperatury usuwanych gazów pożarowych oraz ilorazu strumieni masowych mgły wodnej i powietrza.

BADANIA AUTORSKIE w jednej serii oraz współczynników

poprawkowych

Wyznaczenie zależności między efektywnością redukcji temperatury w komorze badawczej podczas pożaru, temperaturą usuwanych gazów pożarowych oraz ilorazem strumieni

masowych mgły wodnej i powietrza Wyznaczenie efektywności redukcji

Każde badanie eksperymentalne zostało poprzedzone testami i badaniami wstępnymi, których celem było ustalenie minimalnej ilości pomiarów w jednym badaniu, czasu badania oraz określenie współczynników poprawkowych.

W każdym badaniu wykonano minimalnie pięć pomiarów, których wyniki zostały uśrednione. Badanie przeprowadzono przy porównywalnych warunkach zewnętrznych i wewnętrznych. Badania rozpoczęto od ustalenia bezpiecznej mocy generowanych pożarów, dla których zostaną przeprowadzone badania docelowe.

Badania pracującej instalacji wentylacji oddymiającej, a następnie współpracujących instalacji wentylacji oddymiającej oraz instalacji mgły wodnej przeprowadzono przy tych samych strumieniach objętości powietrza kompensującego oraz strumienia objętości usuwanych gazów pożarowych.

W oparciu o otrzymane wyniki pomiarów przy działającej i wyłączonej instalacji mgły wodnej określono efektywność redukcji temperatury.