Wentylacja oddymiająca w klatce schodowej – kiedy potrzebna jest symulacja cfd?

Klatki schodowe w budynkach wielokondygnacyjnych pełnią kluczową rolę podczas pożaru – to one stanowią główną, pionową drogę ewakuacyjną dla osób przebywających na wyższych kondygnacjach. Dlatego projektując systemy bezpieczeństwa, należy zadbać, aby w sytuacji wystąpienia zagrożenia były wolne od dymu i zapewniały bezpieczne warunki zarówno dla użytkowników budynku jak i ekip ratowniczych.

Co mówią przepisy?

Aby rzucić lepsze światło na kwestie bezpieczeństwa pożarowego w przestrzeni klatek schodowych, należy w pierwszej kolejności zwrócić uwagę na to, co na ten temat mówią zapisy Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z 2022 r. poz. 1225 ze zm.).

Zgodnie z § 207 ust. 1 budynek i urządzenia z nim związane powinny być projektowane i wykonane w sposób ograniczający możliwość powstania pożaru, a w razie jego wystąpienia zapewniać:

1. zachowanie nośności konstrukcji przez określony czas,
2. ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia i dymu wewnątrz budynku,
3. ograniczenie rozprzestrzeniania się pożaru na sąsiednie obiekty budowlane lub tereny przyległe,
4. możliwość ewakuacji ludzi lub ich uratowania w inny sposób,
5. uwzględnienie bezpieczeństwa ekip ratowniczych.

W przypadku zaznaczonych podpunktów analiza numeryczna z wykorzystaniem symulacji CFD znajduje szczególne zastosowanie. Obliczeniowa mechanika płynów z wysoką dokładnością pozwoli na zbadanie warunków w zakresie rozprzestrzeniania się temperatury i dymu w rozpatrywanym obiekcie,
co przekłada się na określenie warunków ewakuacji użytkowników obiektu (obliczenie maksymalnych wartości dla wymaganego czasu bezpiecznej ewakuacji - WCBE oraz dostępnego czasu bezpiecznej ewakuacji - DCBE), a także poziom bezpieczeństwa dla ekip ratowniczych (uwzględnienie warunków krytycznych dla prowadzenia działań ratowniczo-gaśniczych).

Natomiast § 245 warunków techniczno-budowlanych w zakresie wymogów stawianych klatkom schodowym, mówi, że:

Klatki schodowe przeznaczone do ewakuacji ze strefy pożarowej:

1. ZL II w budynku niskim (N),
2. ZL I, ZL II, ZL III lub ZL V w budynku średniowysokim (SW),
3. PM o gęstości obciążenia ogniowego powyżej 500 MJ/m2 lub zawierającej pomieszczenie zagrożone wybuchem w budynku niskim (N) bądź średniowysokim (SW) – powinny być obudowane i zamykane drzwiami dymoszczelnymi oraz wyposażone w urządzenia zapobiegające zadymieniu lub służące do usuwania dymu, uruchamiane samoczynnie za pomocą systemu wykrywania dymu.

Kiedy niezbędna jest analiza CFD?

Na to pytanie odpowiadają Wytyczne CNBOP-PIB W-0003:2016 „Systemy oddymiania klatek schodowych” (wyd. II, maj 2019 r.), które w Rozdziale 7 precyzują zasady prowadzenia analiz numerycznych.

Symulacje komputerowe z wykorzystaniem obliczeniowej mechaniki płynów są wykonywane w celu sprawdzenia skuteczności działania systemu oddymiania klatki schodowej, w przypadku gdy występuje choćby jeden z poniższych warunków:

• powierzchnia klatki schodowej (AKS) na dowolnej kondygnacji jest większa niż 40 m2,
• przestrzeń klatki schodowej jest połączona z przyległymi korytarzami lub holami i długość dojścia
  z najbardziej oddalonych drzwi do granicy powierzchni obliczeniowej klatki schodowej jest większa niż 5 m (granice powierzchni obliczeniowej klatki schodowej - patrz Załącznik 1 „Wytycznych…”),
• przestrzeń klatki schodowej jest połączona z przyległymi korytarzami i holami o długości dojścia od granicy powierzchni obliczeniowej klatki schodowej do końca korytarza większej niż 10 m,
• szerokość korytarzy połączonych z klatką schodową niewydzieloną przekracza 3 m,
• klatka schodowa charakteryzuje się architekturą inną niż opisana w wytycznych (patrz Załącznik 1 „Wytycznych”),
• powierzchnia pozostałych otworów międzykondygnacyjnych nie spełnia warunku: C ≤ 10% (A+B),
  o którym mowa w rozdziale 6.2 (patrz strona 24 „Wytycznych”),
• powierzchnia duszy schodów nie spełnia warunku: D ≤ 25% (A+B), o którym mowa w rozdziale 6.2 (patrz strona 24 „Wytycznych”),
• klatka stanowi pionową drogę ewakuacji ludzi w budynku wysokim zaliczanym do kategorii zagrożenia ludzi ZL IV,
• napływ powietrza kompensacyjnego w systemie oddymiania grawitacyjnego odbywa się przez dwoje drzwi, w układzie szeregowym, łączących przestrzeń klatki schodowej z przestrzenią zewnętrzną, oddalonych od siebie o więcej niż 5 m.
• nawiew mechaniczny powietrza jest realizowany inaczej niż zapisano w rozdziale 6.5 (patrz strona
  28 „Wytycznych”),
• w budynku wysokim ZL IV występują koryta­rze przyległe do klatki schodowej (nieoddzielone drzwiami).

Innymi słowy – jeśli budynek odbiega od standardowych schematów opisanych w „Wytycznych…”, konieczna jest analiza CFD.

Ważne uwagi!

• W analizach CFD nie zakłada się pożaru w samej klatce schodowej. Źródło testowe umieszczone jest tam wyłącznie po to, aby ocenić skuteczność oddymiania.
• Symulacje nie mogą być traktowane jako podstawa do zmniejszenia powierzchni czynnej urządzeń oddymiających – służą wyłącznie weryfikacji ich skuteczności.

Jak Modelujemy Symulacje?

Do symulacji najczęściej używa się specjalistycznego oprogramowania, takiego jak:

• Fire Dynamics Simulator (FDS) - rozwiązanie, z którego korzystamy w naszej pracy,
• ANSYS Fluent,
• SmartFire.

Jednakże dopuszcza się także inne narzędzia, pod warunkiem że ich skuteczność zostanie udowodniona w ramach analizy rozprzestrzeniania się dymu i ciepła w budynkach podczas pożaru.

Podsumowanie

Symulacje CFD to nie tylko wymóg formalny w określonych przypadkach, ale przede wszystkim narzędzie weryfikacji skuteczności systemów oddymiania. Dzięki nim można sprawdzić, czy zaprojektowane rozwiązania faktycznie zapewnią bezpieczne warunki ewakuacji dla użytkowników, a także umożliwią prowadzenie działań ratowniczo-gaśniczych.

👉 Jeśli projektujesz budynek i zastanawiasz się, czy Twoja klatka schodowa wymaga analizy CFD – skontaktuj się z nami. Przeprowadzimy niezbędne obliczenia i pomożemy dobrać optymalne rozwiązanie!