Přetlakové větrání chráněných únikových cest podle ČSN EN 12101-6
Jak řešit přetlakové větrání chráněných únikových cest? Dimenzovat na přípustné koncentrace CO nestačí. Proto se norma ČSN EN 12101-6 pro větrání chráněných únikových cest nezabývá ředěním kouře, ale stanovuje kritéria pro udržení chráněných únikových cest bez kouře.
Úvod
Současná doba se vyznačuje rychlým tempem ve vývoji vědy a techniky, kterého následkem jsou nové výrobky, vyrobené novými technologiemi a z nových materiálů. Tato skutečnost má za následek nové přístupy k jejich užívání a také k jejich plánované bezpečné likvidaci. „Nové přístupy“ znamenají nové předpisy a normy, které jsou dnes vytvářeny a přijímány stejně rychlým tempem jakým je vývoj vědy a techniky. Nové právní předpisy řeší také jejich neplánovanou a nebezpečnou likvidaci, jakou je požár. Protože ze statistik požárů vyplývá, že v současnosti více než polovina úmrtí při požárech je způsobená právě toxickými látkami vznikajícími při nedokonalém spalování, bylo potřeba úplně změnit způsob ochrany lidí v době úniku a požárního zásahu. Dimenzovat chráněnou únikovou cestu pouze na přípustné koncentrace kysličníku uhelnatého neodpovídá dnešní realitě. Další jedovaté zplodiny hoření jako je kyanovodík, formaldehyd, halogenovodíky, oxidy dusíku a jiné působí tak, že svým účinkem již při malých koncentracích ztěžují únik z ohroženého prostoru. Z tohoto důvodu se norma ČSN EN 12101-6 pro větrání chráněných únikových cest nezabývá ředěním kouře, ale stanovuje kritéria pro udržení chráněných únikových cest bez kouře. Tato kritéria neřeší absolutně všechny stavy, které mohou v době požáru nastat, ale řeší nejobvyklejší stavy při požárním zásahu a evakuaci lidí z různých typů budov posuzovaných či už z hlediska způsobu užívání, nebo dispozičního řešení.
Kritéria pro udržení chráněných únikových cest bez kouře a umožnění úniku všem bez ohledu na jejich fyzickou kondici
Kritérium 50 Pa pro rozdíl tlaků při všech dveřích zavřených
Rozdíl tlaků mezi schodištěm se zvýšeným tlakem a prostorem bez zvýšeného tlaku nesmí být menší než 50 Pa ±10 % při všech dveřích zavřených a otevřeném otvoru pro únik vzduchu z podlaží, ve kterém se předpokládá požár. Tolerance ±10 % je určena pro nepřesnost měření při přejímacích zkouškách. Rozdíl tlaků 50 Pa se musí změřit přes každé dveře oddělující prostory se zvýšeným tlakem a bez zvýšeného tlaku. Toto kritérium platí pro všechny třídy zařízení A, B, C, D, E a F. Kritérium pro rozdíl tlaků 50 Pa ovlivňuje sílu potřebnou pro otevření dveří 100 N, a proto je potřeba aby tato dvě kritéria byla spočítána ve vzájemném souladu. Z výpočtu tlakové ztráty schodišťové šachty určíme reálné hodnoty dosažených přetlaků na úrovni jednotlivých podlaží objektu. (viz Obr. 1) Nejvyšší dosažená hodnota přetlaku v CHÚC musí být menší, než naše vypočítaná hodnota povoleného přetlaku vycházející z kritéria síly pro otevření dveří 100 N. Z této hodnoty síly vycházíme při určení velikosti přetlaku, při kterém tlak regulující klapka otvírá a zavírá. V případě že rozdíl maximálního a minimálního přetlaku je větší než hodnota povolené tolerance ±10 % posílíme úniky na jednotlivých patrech přetlakovými ventily. Tyto dodatečné úniky s nastavitelným množstvím vzduchu musíme započítat do celkové hodnoty úniku vzduchu netěsnostmi.
Obr. 1 Tlaková ztráta při průtoku vzduchu schodišťovou šachtou pro jedno podlaží.
Kritérium 10 Pa pro rozdíl tlaků při určených dveřích otevřených
Pro zařízení třídy C, D a E platí, že rozdíl tlaků mezi schodištěm se zvýšeným tlakem a prostorem bez zvýšeného tlaku nesmí být menší než 10 Pa ±10 % při určených dveřích otevřených. Tolerance ±10 % je opět určena pro nepřesnost měření při přejímacích zkouškách. Rozdíl tlaků 10 Pa se musí změřit opět přes dveře oddělující prostory se zvýšeným tlakem a bez zvýšeného tlaku. Pro třídu zařízení C musí být rozdíl tlaků 10 Pa změřen na zavřených dveřích mezi prostory bez zvýšeného tlaku a prostorem se zvýšeným tlakem při koncových únikových dveřích otevřených a otevřeném otvoru pro únik vzduchu z podlaží, kde se předpokládá požár. Pro třídu zařízení D musí být rozdíl tlaků 10 Pa změřen na zavřených dveřích mezi prostory bez zvýšeného tlaku a prostorem se zvýšeným tlakem při koncových únikových dveřích otevřených, jedněch dveřích na podlaží bez požáru otevřených a otevřeném otvoru pro únik vzduchu z podlaží, kde se předpokládá požár. Pro třídu zařízení E musí být rozdíl tlaků 10 Pa změřen na zavřených dveřích mezi prostory bez zvýšeného tlaku a prostorem se zvýšeným tlakem při koncových únikových dveřích otevřených, dveřích na dvou sousedních podlažích nacházejících se nad podlažím s požárem otevřených a otevřeném otvoru pro únik vzduchu z podlaží, kde se předpokládá požár. Názorné obrázky jsou v normě [1] a také budou vysvětleny při přednášce na konferenci.
Kritérium pro průtok vzduchu
Toto kritérium není stejné pro únikové a zásahové cesty. Pro únikové cesty je stanovena rychlost průtoku vzduchu dveřním otvorem min. 0,75 m/s a pro zásahové cesty min. 2,0 m/s. Potřebná rychlost vzduchu závisí na rozdílu teplot v otevřených dveřích do užitného prostoru s požárem. Měření rychlosti průtoku vzduchu v závislosti na rozdílu teplot, které provedl Dr. John (viz Obr. 2) se shodují s hodnotami stanovenými evropskou normou ČSN EN 12101-6. Pro únikové cesty tříd A a C platí stejné kritérium pro průtok vzduchu. Přívod vzduchu do chráněné únikové cesty musí dostačovat pro udržení rychlosti průtoku vzduchu 0,75 m/s otevřenými dveřmi do kteréhokoliv podlaží, při všech ostatních dveřích zavřených a otevřeném otvoru pro únik vzduchu z podlaží, kde je rychlost zrovna měřena. Pro únikovou cestu třídy D musí být rychlost průtoku vzduchu 0,75 m/s změřena v otevřených dveřích do kteréhokoliv podlaží, při koncových únikových dveřích otevřených a otevřeném otvoru pro únik vzduchu z podlaží kde je rychlost zrovna měřena. Pro únikovou cestu třídy E musí být rychlost průtoku vzduchu 0,75 m/s změřena v otevřených dveřích do kteréhokoliv podlaží, při koncových únikových dveřích otevřených, dalších dveřích na podlaží bez požáru otevřených a otevřeném otvoru pro únik vzduchu z podlaží, kde je rychlost zrovna měřena. Pro obě zásahové cesty tříd B a F platí stejná rychlost průtoku vzduchu 2 m/s v otevřených dveřích při různých okrajových podmínkách. Pro zásahovou cestu třídy B je rychlost měřena v otevřených dveřích mezi předsíní a užitným prostorem na podlaží s požárem, při koncových únikových dveřích na úrovni nástupu jednotek požární ochrany otevřených, současně otevřených dveřích na sousedním podlaží ze schodiště do předsíně, dále do šachty požárního výtahu a otevřeném otvoru pro únik vzduchu z podlaží s požárem. Pro zásahovou cestu třídy F je rychlost měřena v otevřených dveřích mezi schodištěm a předsíní do podlaží s požárem při koncových únikových dveřích na úrovni nástupu jednotek požární ochrany otevřených, současně otevřených dveřích do předsíně na podlaží pod podlažím s požárem, dále do šachty požárního výtahu na podlaží pod podlažím s požárem a otevřeném otvoru pro únik vzduchu z podlaží s požárem. Názorné obrázky jsou v normě [1] a budou prezentovány na konferenci.
Obr. 2 Požadovaná rychlost průtoku vzduchu přes otevřené dveře, aby se zabránilo průniku kouře podle Dr. Johna.
Kritérium síly potřebné pro otevření dveří
Zařízení musí být navrženo tak, že síla působící na kliku dveří nesmí překročit 100 N. Je potřeba ji stanovit ve spolupráci s architektem tak, aby bylo reálné dodržet kritérium pro minimální přetlak při všech dveřích zavřených. Dohoda mezi projektantem stavby, požárně bezpečnostního řešení a VZT musí spočívat v tom, že pro chráněnou únikovou cestu budou použity komponenty, které jsou pro CHÚC nezbytné, např. dveře se samozavírači, jejichž otevírací momenty splňují normu ČSN EN 1154. Toto kritérium bylo stanoveno tak, aby dveře do chráněné únikové cesty otevřeli všichni i ženy, děti, handicapované osoby nebo starší lidé. Z bilance sil působících na dveře je možno spočítat maximální hodnotu přetlaku, který můžeme v chráněné únikové cestě vytvořit (viz Obr. 3).
Obr. 3 Maximální přípustná síla pro otevření dveří. Bilance sil působících na dveře.
Kritérium rychlosti reakce sestavy zařízení
Prvním kritériem rychlosti rekce systému zařízení pro přetlakové větrání CHÚC je doba aktivace zařízení. Zařízení musí být uvedeno do činnosti automaticky kouřovými hlásiči EPS do 60 sekund od zjištění kouře. Toto kritérium nejsou schopny splnit ventilátory s regulací množství přiváděného vzduchu, ani uzavírací klapky otvírané běžnými servopohony. Ventilátory musí být konstrukčně upravené, aby byly schopny pracovat při náhlých změnách tlaku. Jejich motory, by neměly mít zabudovanou tepelnou ochranu, která v době požáru nesmí ventilátor vyřadit z provozu. Ventilátory by měly být chráněny pouze nadproudovou ochranou v případě jejich chodu v době pravidelných revizí. Těsné uzavírací klapky je potřeba otvírat pružinovými pohony. Druhým kritériem rychlosti reakce je požadavek na tlak regulující klapky, které musí reagovat na otevření nebo zavření dveří tak, aby bylo dosaženo přes 90 % nového přívodu vzduchu do 3 sekund. Tato kritéria nelze splnit běžnými prvky měření a regulace, protože reakce servopohonů a regulace otáček ventilátorů je tak pomalá, že by se celý systém dostal do nerovnovážného stavu a nebyl by schopen vůbec zajistit kritéria požadované normou ČSN EN 12101-6. Pro správnou funkci zařízení pracujícího na principu rozdílu tlaků je potřeba zajistit, aby se celý systém ustálil do 3 sekund.
Jak je možno zajistit splnění všech kritérií, které požaduje evropská norma ČSN EN 12101-6
Stanovení úniku vzduchu při všech dveřích zavřených
Musí se vypočítat množství vzduchu, které unikne z prostoru se zvýšeným tlakem při návrhové úrovni přetlaku, přičemž všechny dveře, okna a světlíky v tomto prostoru musí být uzavřeny. Po sečtení všech úniků vzduchu netěsnostmi (všemi dveřmi, okny, světlíky, stěnami a stropy) se tato hodnota dle uvážení vynásobí součinitelem 1,5 v případě nepřesných podkladů pro výpočet účinných ploch netěsností.
Stanovení úniku vzduchu při otevřených dveřích
Výpočet množství vzduchu potřebného pro otevřené dveře se provede v souladu s příslušnou třídou zařízení. Na průtok vzduchu otevřenými dveřmi má vliv volná průtočná plocha pro únik vzduchu z užitných prostor do venkovního ovzduší. Odvod vzduchu z podlaží s požárem je možno řešit třemi způsoby. Odvětrávací otvory na fasádě, nebo svislé šachty pro únik vzduchu, nebo mechanické odvětrávání. Zajištění trasy s nízkým odporem do atmosféry je novinkou, která se v předchozích normách nevyskytovala, i když by bez nich nebylo možno zajistit průtok vzduchu otevřenými dveřmi! Po výpočtu množství vzduchu z kritéria rychlosti a kritéria pro přetlak 10 Pa se vybere větší hodnota úniku vzduchu a pro dimenzování přívodního ventilátoru se navýší o 15 % na ztráty v potrubí, pokud je použito.
Stanovení plochy odlehčovacích otvorů
Od stanoveného úniku vzduchu při otevřených dveřích odečteme množství vzduchu uniklého netěsnostmi při všech dveřích zavřených a na rozdíl dimenzujeme volnou průtočnou plochu tlak regulující klapky. Pozor, toto množství vzduchu odvětráváme klapkou při přetlaku 50 Pa!
Zařízení pro regulaci rozdílu tlaků, která splňují všechna kritéria požadované evropskou normou ČSN EN 12101-6
Zařízení DEK firmy EICHELBERGER pro vertikální i horizontální výfuk vzduchu
Kompletní odvodní zařízení s tlak regulující klapkou DEK (viz Obr. 4)
- Samočinná regulace tlaku nezávislá na směru a rychlosti proudění vzduchu (náporu větru)
- Uzavírací moment se reguluje systémem tažných pružin přizpůsobených otvíracím momentům síly vzduchu – PATENTOVĚ CHRÁNĚNO!
- Požadovaný přetlak lze nastavit na místě úpravou délky předpětí pružiny v rozmezí 25 ÷ 75 Pa, z výroby nastaven na 50 Pa
- Pružinové pohony pro uvedení zařízení do činnosti do 60 vteřin
- Tepelná izolace soklů střešních tlak regulujících klapek a těsných uzavíracích klapek
- Ochranné mřížky proti ptákům
- Svorkovnice umístěná na střešním soklu pro připojení pružinového pohonu klapky
- Masivní rameno pro otevření kopule světlíkové klapky nezávisle na síle větru, nebo sněhové vrstvě
- Pomocný servopohon se zpětnou pružinou pro zajištění prosvětlení, případně provozního větrání světlíkové klapky
Obr. 4 Odvodní zařízení s tlak regulující klapkou firmy EICHELBERGER.
Přívodní zařízení a kompletní přívodní zařízení s tlak regulující klapkou (viz Obr. 5)
- Axiální ventilátor s plynule nastavitelnými lopatkami a statorovými lopatkami
- Stabilizátor charakteristiky zajišťuje správnou funkci ventilátoru při náhlých změnách tlaku, při sériovém či paralelním provozu
- Ventilátor je pružně uložen ve skříni dvouplášťové konstrukce s nehořlavou izolací
- Integrovaná izolovaná, těsná žaluziová klapka s pružinovým pohonem
- Svorkovnice a revizní vypínač jsou umístěny na skříni ventilátoru
- Na vyžádání je možno dodat venkovní provedení
- Zařízení RDA1 má tlak regulující klapku zařazenou ve skříni ventilátoru tak, že přebytečný vzduch cirkuluje uvnitř zařízení v obtoku, z výroby nastaveno na 50 Pa
Obr. 5 Přívodní zařízení a přívodní zařízení s tlak regulující klapkou firmy EICHELBERGER.
Diskuse
Chráněné únikové cesty v sousedních evropských zemích i v ostatních vyspělých zemích světa jsou dnes řešeny systémem přetlakového větrání, a já nechápu, proč se tomu u nás tak urputně bráníme. Ušetřit investiční náklady za každou cenu, neshledávám moudré! Pokud se z hořící budovy nedostane ven dítě a udusí se jedovatými plyny, tato skutečnost bude velmi špatnou vizitkou vyspělé evropské země! Dalším argumentem, se kterým se setkávám je tvrzení, že přetlakové větrání CHÚC není možno navrhnout a realizovat. Proto jsem se rozhodla v mém příspěvku ukázat, že návrh a instalace přetlakového větrání CHÚC jsou podle ČSN EN 1010-6 reálné. Otázkou do diskuse zůstává, jestli je řešení reálné podle našich národních norem.
Závěr
Cílem tohoto článku a mé prezentace na konferenci je ukázat, co všechno znamená pojem přetlakové větrání a jak je toto řešení CHÚC podstatně odlišné od pouhého nuceného větrání s předepsanými výměnami vzduchu, za které je obvykle zaměňováno. Při vašich prvních výpočtech vám budeme společně s výrobcem systému zařízeni EICHELBERGER k dispozici.
Literatura
- [1] ČSN EN 12101-6 Zařízení pro usměrňování pohybu kouře a tepla – Část 6: Technické podmínky pro zařízení pracující na principu rozdílu tlaků – Sestavy, Únor 2006, © Český normalizační institut, 2006
- [2] ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb – Výrobní objekty, Únor 2010, © Úřad pro normalizaci metrologii a státní zkušebnictví, 2010
- [3] Rauchfreihaltung von Flucht- und Rettungswegen, Rauchschutz – Druckanlagen, Alfred Eichelberger GmbH & Co. KG Ventilatorenfabrik.
The article informs about why and how to solve pressurization of protected emergency exits (hereinafter also referred to as the abbreviation of CHÚC). Design of protected escape route with permissible concentration of carbon monoxide only is not today's reality. Other toxic combustion products such as hydrogen cyanide, formaldehyde, hydrogen halides, oxides of nitrogen and other even at low concentrations make it difficult to escape from the danger area. For this reason, the standard EN 12101-6 for ventilation of protected escape routes does not deal with the dilution of smoke, but establishes criteria for maintaining of protected escape routes free from smoke.
