Projekt okładki i stron tytułowych: Lidia Michalak-Mirońska

Fotografia na okładce: jkral/Fotolia

Wydawca: Adam Filutowski

Koordynator ds. redakcji: Adam Kowalski

Redaktor: Irena Puchalska

Produkcja: Mariola Grzywacka

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN: Marcin Kapusta / konwersja.virtualo.pl

Recenzent monografii: prof. zw. dr hab. inż. Stanisław Biedugnis

Szkoła Główna Służby Pożarniczej

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2018

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2018 r., (wyd. I)

Warszawa 2018

ISBN 978-83-01-19951-7

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321; faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Od autorki

Monografia powstała z myślą o tych, którzy do tej pory z trudem próbowali dowiedzieć się czegokolwiek o przeciwpożarowych instalacjach tryskaczowych. Oddana w Państwa ręce książka nie wyczerpuje tego tematu. Mam jednak nadzieję, że zainteresowanym pomoże zrozumieć, jak działają instalacje tryskaczowe i jaki wpływ mogą mieć inne instalacje na skuteczność ich działania.

Książka nie powstałaby bez pomocy wielu Osób, którym serdecznie dziękuję za cenne uwagi i zaangażowanie. Szczególne podziękowania składam Małgorzacie Miłobędzkiej, Dominikowi Dudkowi, Marcinowi Gdyrze oraz Piotrowi Śliwińskiemu.

Dziękuję też mojemu Mężowi za cierpliwość i wsparcie.

Wykaz ważniejszych oznaczeń

a

– odległość między tryskaczami

A

– pole powierzchni czynnej przekroju obliczeniowego [m²]

A

– powierzchnia działania dla danej klasy zagrożenia pożarowego [m²]

AS

– powierzchnia chroniona przez pojedynczy tryskacz [m²]

cp

– ciepło właściwe [kJ/(kg · K)]

C

– współczynnik przenikania ciepła [(m/s)0,5]

C

– współczynnik strat [–]

C

– zdolność do samozamykania (np. klap dymowych)

C₁

– oryginalny współczynnik strat C [–]

Ce

– współczynnik C dla nowej przeliczonej długości zastępczej [–]

d

– średnica wewnętrzna przewodu [m]

D

– wymagana intensywność zraszania [mm/min]

D(Tk)

– skuteczność ogniowa

D

– odległość między tryskaczami

D₁

– oryginalna średnica przeliczanego odcinka [mm]

De

– średnica dla nowej ekwiwalentnej długości [mm]

dm

– średnica wewnętrzna przewodu [mm]

E

– szczelność ogniowa

F

– suma sił działających na ciecz zawartą między przekrojami obliczeniowymi

F

– powierzchnia rzutu poziomego pomieszczenia, strefy pożarowej lub składowiska [m²]

Fe

– efektywna powierzchnia zraszania

Fo

– obliczeniowa powierzchnia zraszania

Fr

– rzeczywista powierzchnia zraszania

G

– siła ciężkości od zamkniętej objętości wody [N]

Gi

– masa poszczególnych materiałów [kg]

∆h(Q)

– wymagana wysokość ciśnienia dla pokrycia strat przy danym przepływie [m]

h

– różnica niwelacyjna między analizowanymi przekrojami [m]

∑hstr

– suma wszystkich strat (na długości i miejscowych, wliczając w to straty na przewodzie tłocznym i ssawnym pompy)

H₁

– wzniesienie zwierciadła wody nad poziom porównawczy przyjęty dowolnie w obliczeniach [m]

H₂ – H₁

– różnica niwelacyjna między przekrojami obliczeniowymi [m]

Hs

– rzędna przekroju obliczeniowego w przyjętym układzie porównawczym [m]

I

– izolacyjność ogniowa

k

– chropowatość przewodu charakterystyczna dla materiału, z którego jest wykonana rura; podawana jest przez producenta rur [mm]

K

– współczynnik/stała dla danego tryskacza [L/min/(bar)0,5] lub [gpm/(psi)0,5]

L

– długość powierzchni działania [m]

L

– odległość między przewodami rozprowadzającymi [m]

L

– długość rury [m]

L₁

– długość jednego z przewodów budujących pętlę [m]

L₁

– oryginalna długość odcinka [m]

L₂

– długość drugiego z przewodów budujących pętlę [m]

Le

– długość zastępcza (ekwiwalentna) [m]

LT

– liczba tryskaczy

LTC

– szacunkowa, całkowita liczba tryskaczy objętych powierzchnią działania

M

– odporność na oddziaływanie mechaniczne

n

– liczba rodzajów materiałów palnych znajdujących się w pomieszczeniu, strefie pożarowej lub składowisku

NPSHkr

– krytyczna nadwyżka antykawitacyjna [m]

NPSHobl

– obliczeniowa nadwyżka antykawitacyjna [m]

p

– ciśnienie statyczne wynikające z różnicy rzędnych analizowanych przekrojów [bar]

p

– ciśnienie w przekroju tryskacza [bar] lub [psi – funty na cal kwadratowy]

P

– parcie w obu przekrojach zamykających objętość kontrolną [N]

p₁

– ciśnienie panujące w przekroju 1, w przypadku zbiorników o swobodnym zwierciadle wody równe ciśnieniu atmosferycznemu [bar]

p₂, p₁

– ciśnienia w przekrojach obliczeniowych [Pa]

pC

– całkowite ciśnienie w przekroju zamontowanego tryskacza [bar]

pm

– strata ciśnienia na długości [bar/mb]

pn

– nadciśnienie w przekroju obliczeniowym [Pa]

ps

– ciśnienie w przewodzie ssącym, przed pompą [Pa]

pV

– ciśnienie prędkości [bar]

q

– minimalny wypływ z tryskacza [L/min]

Q

– przepływ [L/min] lub [gpm – galon amerykański na minutę]

Q₁

– przepływ w jednym z odcinków budujących pojedynczą pętlę [L/min]

QC

– przepływ całkowity, wpływający do pętli [L/min], QC = Q₁ + Q₂

Qci

– ciepło spalania poszczególnych materiałów [MJ/kg]

Qd

– gęstość obciążenia ogniowego [MJ/m²]

Qm

– przepływ [L/min]

Qmax

– maksymalny wydatek obliczony z najkorzystniejszej powierzchni działania

QT

– wymagany wypływ z tryskacza [L/min]

R

– nośność ogniowa

R

– reakcja hydrodynamiczna będąca oddziaływaniem przeszkody na strumień [N]

Rx, Ry

– składowe reakcji hydrodynamicznej [N]

re

– efektywny promień zraszania

Re

– liczba Reynoldsa [–]

rr

– rzeczywisty promień zraszania

RTI

– indeks wrażliwości tryskacza [(m · s)0,5]

S

– dymoszczelność (np. drzwi i bram)

S

– odległość między tryskaczami na jednym przewodzie rozprowadzającym [m]

t

– czas [s]

T

– wymagany czas podawania wody o wymaganych parametrach hydraulicznych dla danej klasy [min]

Tea

– średnia temperatura kąpieli elementu termoczułego tryskacza do sprawdzenia reakcji termoczułego elementu w otoczeniu (do 93°C element jest zanurzany w wodzie, powyżej tej temperatury element jest zanurzany w glicerynie) [°C]

Tg

– temperatura powietrza w strumieniu owiewającym [°C]

Tk

– temperatura krytyczna [°C] (np. zabezpieczeń ogniochronnych konstrukcji)

tR

– rzeczywisty czas zadziałania tryskacza [s]

Tu

– temperatura otoczenia podczas przeprowadzanego testu [°C]

u

– prędkość owiewu termoczułego zamka tryskacza w laminarnym strumieniu owiewającego powietrza [m/s]

v

– prędkość cieczy odpowiednio w 1. i 2. przekroju obliczeniowym [m/s]

V

– prędkość płynącej wody w przewodzie [m/s]

v₁

– prędkość w przekroju 1.; w przypadku zwierciadła wody w zbiorniku możemy przyjąć v₁ ≈ 0 m/s

vs

– prędkość w przewodzie ssącym [m/s]

vx, vy

– składowe prędkości wypadkowej względem osi układu współrzędnych [m/s]

W

– natężenie promieniowania (elementów przeszklonych)

x

– wysokość pomieszczenia – [ft] (stopy)

y

– procent zmniejszenia powierzchni

z₁, z₂

– położenie przekrojów obliczeniowych względem przyjętego poziomu porównawczego [m]

α

– kąt, jaki tworzy wypadkowa prędkość v w każdym z przekrojów obliczeniowych odpowiednio z osią x i y

β

– współczynnik pędu

ε

– współczynnik chropowatości bezwzględnej [–]

ζ

– współczynnik straty miejscowej podawany przez producenta [–]

λ

– współczynnik strat na długości [–]

ν

– kinematyczny współczynnik lepkości [m²/s]

ρ

– gęstość cieczy w danej temperaturze [kg/m³]

ρQ∆t

– masa cieczy dopływającej i odpływającej [kg]

γ

– ciężar objętościowy cieczy [N/m³]

1. Wstęp

Według hierarchii potrzeb Abrahama Maslowa bezpieczeństwo to potrzeba niższego rzędu (rys. 1.1). Oznacza to, że razem z potrzebami fizjologicznymi bezpieczeństwo jest najbardziej podstawową potrzebą i musi być zaspokojone w pierwszej kolejności. Niezaspokojenie potrzeby podstawowej uniemożliwia zaspokojenie kolejnych potrzeb wyższego rzędu.

Rys. 1.1. Piramida potrzeb ludzkich według Abrahama Maslowa

Źródło: opracowanie własne

Mimowolnie dąży się więc do zapewnienia poczucia bezpieczeństwa zarówno sobie, jak i najbliższym. Obawy dotyczą przede wszystkim życia i zdrowia, ale również majątku. Idąc do kina, przebywając w szpitalu, robiąc zakupy, pracując w magazynach, fabrykach, biurach każdy chciałby czuć się bezpiecznie. Powodzie, susze, huragany, pożary to codzienne zagrożenia, na przyjście których można się przygotować lepiej lub gorzej, w zależności od wiedzy i zasobów finansowych.

Pożar to niebezpieczeństwo, które może się wydarzyć wszędzie. Zazwyczaj pojawia się niespodziewanie, na przykład podczas snu. Sukces walki z pożarem zależy od czasu reakcji na pierwsze płomienie. Często się niestety zdarza, że pożar wybucha w zamkniętym pomieszczeniu, w nocy i o jego powstaniu wiadomo dopiero wtedy, gdy obejmie sąsiednie pomieszczenia.

Zgodnie z art. 2 Ustawy z dnia 24 sierpnia 1991 r. o ochronie przeciwpożarowej (DzU z 2009 r. nr 178, poz. 1380 z późn. zm.) podstawowymi celami ochrony przeciwpożarowej jest przede wszystkim ochrona życia i zdrowia ludzi, a następnie mienia i środowiska naturalnego.

Jednym ze sposobów zmniejszania niebezpieczeństwa wybuchu niekontrolowanego pożaru jest wyposażanie budynków (obiektów budowlanych) w stałe urządzenia gaśnicze (SUG).

W Polsce w wielu obiektach nie ma obowiązku stosowania tego typu instalacji przeciwpożarowej. Dodatkowo istnieje również wiele mitów, które zniechęcają inwestorów do stosowania SUG. Jednym z nich jest przeświadczenie, że woda użyta do kontroli pożaru przez instalacje tryskaczowe powoduje większe straty niż sam pożar. Nie jest to prawdą. Jeżeli powstanie zarzewie ognia, a budynek nie będzie wyposażony w stałe urządzenia gaśnicze, jedynym ratunkiem jest ugaszenie pożaru przez straż pożarną. Powiadomienie jednostki straży pożarnej i dotarcie jej do obiektu wymaga czasu, może więc doprowadzić do rozwoju niekontrolowanego pożaru znacznych rozmiarów. Ponadto straż pożarna do ugaszenia pożaru zużywa o wiele więcej wody niż działanie instalacji tryskaczowej. Do lepszego zobrazowania korzyści, jakie daje wyposażenie budynków lub obiektów budowlanych w SUG, poniżej przedstawiono kilka zestawień statystycznych z lat 2007–2011, przygotowanych przez Johna R. Halla, Jr. w 2013 r., na zlecenie NFPA Fire Analysis and Research, umieszczonych w publikacji U.S. Experience with Sprinklers Fact Sheet. Z tych analiz statystycznych jednoznacznie wynika, że tryskacze ratują życie i chronią własność przed ogniem. Porównując skutki pożarów budynków niewyposażonych w automatyczne urządzenia gaśnicze ze skutkami pożarów w budynkach zabezpieczonych nawodnioną instalacją tryskaczową, stwierdzono, że:

• wskaźnik śmiertelności w przypadku lokali mieszkalnych zabezpieczonych instalacją tryskaczową był mniejszy o 82% w porównaniu z lokalami niechronionymi;

• bezpośrednia strata mienia w pożarze w przypadku lokali mieszkalnych zabezpieczonych instalacją tryskaczową była mniejsza o 68% w porównaniu z lokalami niechronionymi.

Rys. 1.2. Straty finansowe spowodowane pożarem w budynkach o różnym przeznaczeniu przy braku stałych urządzeń gaśniczych i z instalacją tryskaczową nawodnioną (dane z lat 2007–2011)

Źródło: [19]

W podobny sposób można porównać straty finansowe spowodowane pożarem budynków o różnym przeznaczeniu, chronionych instalacją tryskaczową nawodnioną i niechronionych automatycznymi urządzeniami gaśniczymi (rys. 1.2).

Instalacja tryskaczowa jest niezawodna i efektywna. W przypadku pożarów tak intensywnych, że aktywowane zostały tryskacze w bezpośredniej przestrzeni nad ogniem, w 91% przypadków instalacja tryskaczowa zadziałała niezawodnie. W przypadku uruchomienia instalacji tryskaczowych jej działanie było efektywne w 96% aktywacji. Z powyższego wynika, że w 9% przypadków instalacja tryskaczowa nie zadziałała, mimo że powinna, oraz że w 4% przypadków, mimo że zadziałała, jej działanie było nieefektywne. Przyczyny braku reakcji lub nieefektywności działania instalacji są różne – na rysunkach 1.3 i 1.4 przedstawiono procentowy udział najczęstszych przyczyn braku reakcji lub nieefektywności działania instalacji tryskaczowych.

Zwykle tylko jeden lub dwa tryskacze są aktywowane i to wystarcza do ograniczenia ognia; dotyczy to 88% nawodnionych instalacji tryskaczowych. W przypadku instalacji suchych ta liczba tryskaczy była wystarczająca w 73% przypadków uruchomienia. Ciekawe jest zestawienie efektywności działania tryskaczy w zależności od liczby ich otwarcia. Najwyższą efektywność w kontrolowaniu pożaru miały systemy, w których aktywował się tylko jeden tryskacz (tab. 1.1).

Rys. 1.3. Przyczyny zawodności instalacji tryskaczowych:
1 – instalacja wyłączona przed wybuchem pożaru (budowa obiektu, remont, konserwacja), 2 – ręczne, zbyt wczesne zamknięcie instalacji tryskaczowej, 3 – zniszczenie elementów instalacji tryskaczowej przez wybuch lub zawalenie się części budynku podczas pożaru, 4 – brak konserwacji (korozja, zamalowanie głowic tryskaczy), 5 – na etapie projektowania dobrano zły typ systemu (zła klasyfikacja przestrzeni, zły rodzaj tryskaczy, zły środek gaśniczy)

Źródło: [19]

Rys. 1.4. Przyczyny nieefektywności instalacji tryskaczowych:
1 – woda nie sięga ognia (przeszkody typu słup, ściana, meble, zła aranżacja pomieszczenia), 2 – niewystarczająca ilość wody (brak wody w sieci, brak wody wynikający ze zmiany klasyfikacji przestrzeni), 3 – zniszczenie elementów instalacji tryskaczowej przez wybuch lub zawalenie się części budynku podczas pożaru, 4 – ręczne, zbyt wczesne zamknięcie instalacji tryskaczowych, 5 – brak konserwacji (korozja, zamalowanie głowic tryskaczy), 6 – na etapie projektowania dobrano zły typ systemu (zła klasyfikacja przestrzeni, zły rodzaj tryskaczy, zły środek gaśniczy)

Źródło: [19]

Tabela 1.1. Efektywność instalacji tryskaczowej w funkcji liczby aktywowanych tryskaczy (w latach 2007–2011)

Liczba aktywowanych tryskaczy

Pożary, podczas których aktywowane tryskacze zadziałały efektywnie [%]

wszystkie typy instalacji tryskaczowych dla wszystkich typów obiektów budowlanych

instalacja tryskaczowa nawodniona

wszystkie typy obiektów budowlanych

zakłady produkcyjne

tylko ogrzewane powierzchnie magazynowe

1

98

98

96

100

2

95

95

96

97

3–5

92

93

94

96

6–10

81

80

87

96

więcej niż 10

83

85

86

79

Źródło: [19]

Tabela 1.2. Charakterystyka śmiertelnych ofiar pożarów budynków wyposażonych w instalację tryskaczową nawodnioną, a niewyposażonych w żadne automatyczne systemy pożarowe

Charakterystyka ofiar

Liczba śmiertelnych ofiar pożarów w ciągu roku

w przypadku uruchomienia nawodnionej instalacji tryskaczowej, wliczając tryskacze uruchomione poza obszarem objętym ogniem

bez zabezpieczenia jakimkolwiek automatycznym systemem przeciwpożarowym

Ofiary przebywające w obszarze źródła ognia

16

1059

Ofiary przebywające w obszarze niebędącym bezpośrednim źródłem ognia

4

331

Ofiary podpaleń

1

371

Ofiary śmiertelne po zajęciu się odzieży (osoby uciekające i bierne)

4

207

Ofiary w wieku 65 lat i starsze

12

807

Osoby wracające do miejsca ognia niezdolne do działania lub zachowujące się irracjonalnie

5

557

Osoby niepełnosprawne fizycznie

3

420

Osoby, które zginęły we śnie

3

781

Źródło: [19]

Istnieje powszechna opinia, że zadaniem instalacji tryskaczowej jest przede wszystkim chronienie mienia, a dla ochrony ludzi najważniejszy jest Dźwiękowy System Ostrzegania (DSO), który za pomocą komunikatów głosowych umożliwia sprawne i szybkie powiadomienie osób przebywających w obiekcie o niebezpieczeństwie powstania pożaru oraz umożliwia sprawną ewakuację. Korzyści płynące z zainstalowania takiego systemu są bezsprzeczne. Oczywiste jest jednak to, że tryskacze kontrolując rozwój pożaru w chronionym pomieszczeniu, wydłużają czas bezpiecznej ewakuacji ludzi przebywających w budynku lub obiekcie budowlanym, tym samym chroniąc ich życie. Najlepszym tego dowodem są dane statystyczne (tab. 1.2), które wskazują na znaczne zmniejszenie liczby ofiar śmiertelnych w budynkach zabezpieczonych nawodnioną instalacją tryskaczową.

Tabela 1.3. Oszacowanie zmniejszenia bezpośrednich szkód poniesionych wskutek pożaru w latach 2007–2011 w odniesieniu do budynków chronionych nawodnioną instalacją tryskaczową i bez automatycznej ochrony przeciwpożarowej

Sposób użytkowania budynku lub obiektu budowlanego

Bez zabezpieczenia jakimkolwiek automatycznym systemem przeciwpożarowym [USD]

Zabezpieczenie nawodnioną instalacją tryskaczową [USD]

Zmniejszenie szkód dzięki zastosowaniu nawodnionych instalacji tryskaczowych [%]

Obiekt użyteczności publicznej

47 000

12 000

75

Restauracje, puby itp.

53 000

13 000

75

Szkoły, uczelnie

21 000

8 000

62

Służba zdrowia

14 000

5 000

65

Osiedla mieszkaniowe

20 000

9 000

56

Domy i apartamenty

20 000

7 000

68

Pokoje i domy noclegowe

15 000

5 000

69

Hotele i motele

31 000

42 000

brak redukcji kosztów

Domy opieki

6 000

3 000

57

Akademiki i bursy

4 000

1 000

65

Sklepy wielkopowierzchniowe i biura

55 000

38 000

30

Fabryki

145 000

90 000

38

Magazyny tylko ogrzewane

128 000

262 000

brak redukcji kosztów

Źródło: [19]