Chociaż polskie przepisy dotyczące ochrony przeciwpożarowej nie narzucają uniwersalnego obowiązku stosowania symulacji CFD (Obliczeniowej Mechaniki Płynów), stały się one kluczowym narzędziem inżynierskim. Ich rola jest nieoceniona, gdy trzeba udowodnić skuteczność projektowanych systemów bezpieczeństwa pożarowego, zwłaszcza w sytuacjach, gdzie standardowe normy i uproszczone metody obliczeniowe są niewystarczające. W artykule wyjaśniamy, w jakich przypadkach analiza numeryczna jest faktycznie wymagana i jak nowoczesne podejście do projektowania, z uwzględnieniem trendów na rok 2025, wpływa na bezpieczeństwo budynków.
Podstawa prawna – kiedy analiza jest koniecznością?
Polskie prawo budowlane nie zawiera przepisu, który wprost nakazywałby wykonanie analizy CFD. Konieczność jej przeprowadzenia wynika jednak z ogólnych wymogów, które nakładają na projektanta obowiązek zapewnienia bezpieczeństwa osobom przebywającym w obiekcie. Modelowanie komputerowe staje się de facto wymogiem, gdy trzeba wykazać, że niestandardowe rozwiązania, takie jak wentylacja pożarowa, spełniają swoje zadanie.
Dzieje się tak, gdy uproszczone metody zawarte w normach (np. PN-EN 12101-6) lub wytycznych (np. ITB 378/2002, wytyczne CNBOP-PIB) nie są w stanie wiarygodnie odwzorować złożonych zjawisk pożarowych.
Kiedy symulacja jest faktycznie wymagana?
Analiza CFD jest praktycznie obligatoryjna w następujących przypadkach:
- Niestandardowy projekt wentylacji: Gdy system wentylacji pożarowej nie opiera się bezpośrednio na uznanych normach technicznych.
- Garaże z wentylacją strumieniową: Weryfikacja skuteczności systemów oddymiania opartych na wentylatorach strumieniowych jest niemożliwa bez zaawansowanego modelowania.
- Wątpliwości co do skuteczności: Gdy istnieje uzasadniona obawa, że standardowa instalacja ppoż może nie zadziałać poprawnie w konkretnym obiekcie.
- Złożona architektura: W budynkach o nietypowej geometrii, takich jak obiekty z wysokimi atriami, antresolami czy o skomplikowanej bryle.
- Odstępstwo od przepisów: Gdy konieczne jest uzyskanie zgody na odstępstwo od przepisów techniczno-budowlanych, a symulacja stanowi dowód na zachowanie wymaganego poziomu bezpieczeństwa.
Kluczowe regulacje w ochronie przeciwpożarowej
Podstawę prawną dla tych wymogów stanowią ogólne zapisy, które określają cele, a nie konkretne narzędzia. Najważniejsze z nich to:
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (§ 270):
- Nakazuje, aby instalacja wentylacji oddymiającej zapewniała usuwanie dymu z intensywnością gwarantującą bezpieczną ewakuację.
- Rozporządzenie MSWiA w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków... (§ 3 ust. 1):
- Stanowi, że urządzenia przeciwpożarowe muszą być sprawdzone przed dopuszczeniem do użytkowania.
Modelowanie CFD jest narzędziem inżynierskim, które pozwala wykazać zgodność z powyższymi celami na etapie projektowym.
Czym jest symulacja CFD w inżynierii pożarowej?
Obliczeniowa Mechanika Płynów (CFD) to zaawansowana metoda modelowania komputerowego używana do analizy zjawisk związanych z przepływem płynów i wymianą ciepła. W inżynierii pożarowej wykorzystuje się ją do precyzyjnego odtworzenia scenariuszy pożarowych przy użyciu specjalistycznego oprogramowania do symulacji pożaru, takiego jak Fire Dynamics Simulator (FDS).
Głównym celem jest weryfikacja, czy zaprojektowane systemy (np. wentylacja oddymiająca) zapewniają:
- Bezpieczne warunki ewakuacji dla ludzi.
- Skuteczne prowadzenie akcji ratowniczej przez służby.
- Ochronę konstrukcji budynku przed działaniem wysokiej temperatury.
Gdzie symulacja CFD jest standardem projektowym?
Garaże podziemne i wentylacja strumieniowa
W przypadku garaży podziemnych, zwłaszcza tych z systemami wentylacji strumieniowej, symulacja oddymiania CFD jest standardem rynkowym. Uproszczone metody nie są w stanie precyzyjnie zamodelować ruchu dymu i ciepła w tak specyficznych warunkach. Analiza komputerowa jest kluczowa dla uzyskania odbioru instalacji przez służby Państwowej Straży Pożarnej.
Budynki wysokie i o złożonej architekturze
Obiekty o skomplikowanej geometrii – jak wieżowce, budynki z wielokondygnacyjnymi atriami czy o nietypowej bryle – niemal zawsze wymagają przeprowadzenia analizy numerycznej. Standardowe wzory nie mają tu zastosowania. Modelowanie pozwala ocenić, jak będzie przebiegać propagacja dymu w dużej, otwartej przestrzeni, co jest podstawą do uzgodnienia projektu.
Obiekty wielkokubaturowe i tunele
Centra handlowe, hale sportowe, terminale lotnicze i tunele to kolejne przykłady, gdzie weryfikacja założeń projektowych jest kluczowa. Ze względu na ogromną kubaturę i potencjalnie dużą moc pożaru, analiza pozwala zoptymalizować rozmieszczenie i wydajność urządzeń oddymiających.
Analiza propagacji dymu i temperatury – ASET vs RSET
Kluczowym celem analizy CFD jest weryfikacja, czy zapewnione są warunki do bezpiecznej ewakuacji. Ocena opiera się na porównaniu dwóch kluczowych parametrów czasowych:
| Parametr | Nazwa | Opis |
|---|---|---|
| ASET | Dostępny Czas Bezpiecznej Ewakuacji | Czas od wybuchu pożaru do momentu, w którym warunki na drogach ewakuacyjnych (np. temperatura, widoczność, toksyczność) stają się niebezpieczne dla życia. |
| RSET | Wymagany Czas Bezpiecznej Ewakuacji | Czas potrzebny na zaalarmowanie ludzi i ich bezpieczne opuszczenie zagrożonej strefy. |
Warunek bezpieczeństwa jest spełniony, gdy ASET > RSET. Oznacza to, że ludzie mają wystarczająco dużo czasu, aby się ewakuować, zanim warunki staną się krytyczne. Skuteczna wentylacja pożarowa, której działanie weryfikuje modelowanie, jest niezbędna do osiągnięcia tego celu.
Weryfikacja wyników – próby dymowe
Wyniki symulacji numerycznej mogą być dodatkowo zweryfikowane w praktyce. Po zakończeniu budowy przeprowadza się próby z użyciem gorącego dymu, które pozwalają ocenić skuteczność instalacji w warunkach zbliżonych do rzeczywistych i stanowią cenne uzupełnienie analizy.
Podsumowanie: Bezpieczeństwo, optymalizacja i przyszłość przepisów
Modelowanie CFD jest niezbędnym narzędziem we współczesnej inżynierii bezpieczeństwa pożarowego. Jego wykonanie staje się koniecznością w wielu sytuacjach, gdzie standardowe podejście jest niewystarczające. Analiza nie tylko potwierdza bezpieczeństwo pożarowe, ale także pozwala na optymalizację projektu. Może wykazać, że pierwotne założenia były zbyt restrykcyjne, co pozwala zredukować koszty inwestycyjne bez uszczerbku dla bezpieczeństwa.
Choć obecne regulacje nie standaryzują w pełni wymogów dotyczących przeprowadzania symulacji, trendy wskazują na rosnące znaczenie metod inżynierskich. Należy spodziewać się, że wraz z rozwojem technologii i dążeniem do ujednolicenia standardów, rola zaawansowanych analiz będzie rosła, kształtując najlepsze praktyki projektowe na rok 2025 i kolejne lata.