Analiza widoczności na drogach ewakuacyjnych (CFD/FDS)

Zapewnienie odpowiedniej widoczności na trasach ewakuacyjnych jest fundamentem bezpieczeństwa pożarowego obiektu. W trakcie pożaru gęsty dym może drastycznie ograniczyć orientację i uniemożliwić szybkie opuszczenie strefy zagrożenia, zwłaszcza w złożonych przestrzeniach. Ten artykuł szczegółowo omawia techniczne aspekty oceny widoczności, kryteria akceptacji oraz metodykę analizy.

Wyjaśnimy, jak zaawansowane narzędzia inżynierskie, takie jak obliczeniowa mechanika płynów (CFD), pozwalają weryfikować skuteczność projektowanych rozwiązań. Podejście to stanowi kluczowy element nowoczesnej inżynierii bezpieczeństwa pożarowego i pozwala na obiektywną analizę ryzyka pożarowego.

Kluczowe pojęcia: Zasięg widzenia i współczynnik ekstynkcji

Zasięg widzenia w zadymieniu to dystans, z jakiego możliwe jest rozpoznanie znaków kierunkowych lub przeszkód. Jest on odwrotnie proporcjonalny do współczynnika ekstynkcji (K), który opisuje stopień pochłaniania światła przez dym. Zależność tę opisuje wzór:

S = C / K

Gdzie:

• S – Zasięg widzialności m
• K – Współczynnik ekstynkcji 1/m
• C – Stała empiryczna zależna od rodzaju obserwowanego obiektu

Współczynnik ekstynkcji w symulacji FDS (Fire Dynamics Simulator) jest bezpośrednio powiązany z wydajnością produkcji sadzy (SOOT_YIELD) danego materiału. Precyzyjne określenie tej wartości jest podstawą rzetelnego modelowania dymu i oceny warunków panujących na trasach ewakuacyjnych.

Standardowo analizę prowadzi się na poziomie referencyjnym 1,8 m nad posadzką, co odpowiada linii wzroku dorosłego człowieka. Skuteczność systemu oddymiania i zastosowanie rozwiązań pasywnych, jak drzwi dymoszczelne z samozamykaczami, bezpośrednio wpływają na poprawę orientacji w korytarzach.

Wymagania prawne dla dróg ewakuacyjnych

Przepisy, w tym Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, precyzyjnie regulują drogi ewakuacyjne – warunki techniczne i wymagania. Kluczowe aspekty to:

• Maksymalna długość dojść ewakuacyjnych: Długość mierzona wzdłuż osi przejścia jest ograniczona, jednak przepisy dopuszczają jej zwiększenie przy zastosowaniu dodatkowych zabezpieczeń.
  • +50% przy zastosowaniu stałych samoczynnych urządzeń gaśniczych wodnych.
  • +50% przy zastosowaniu samoczynnych urządzeń oddymiających.
  • +100% przy zastosowaniu obu systemów łącznie.
• Podział korytarzy na odcinki dymoszczelne: W strefach pożarowych ZL (zagrożenia ludzi) korytarze dłuższe niż 50 m muszą być podzielone przegrodami dymoszczelnymi. Integralnym elementem takiego rozwiązania są drzwi dymoszczelne z samozamykaczem, które w stanie zamkniętym ograniczają przepływ dymu.

Modelowanie pożaru w FDS: Weryfikacja projektów

Symulacje pożarowe z użyciem FDS dostarczają precyzyjnych danych o rozkładzie dymu, co umożliwia weryfikację warunków na trasach ewakuacyjnych. Jest to podstawa tzw. podejścia funkcjonalnego, które pozwala na obiektywną ocenę skuteczności systemów bezpieczeństwa. Taka weryfikacja jest kluczowa, gdyż zgodność z przepisami nakazowymi nie zawsze gwarantuje optymalny poziom ochrony.

Wykorzystując CFD w bezpieczeństwie pożarowym, inżynierowie mogą precyzyjnie analizować dynamikę pożaru i wpływ systemów oddymiania na rzeczywiste warunki. Wyniki symulacji widoczności można zintegrować z modułem FDS+EVAC, aby przeprowadzić zaawansowane symulacje ewakuacji, gdzie zachowanie agentów zależy od lokalnego zadymienia.

Kluczowe parametry w symulacji FDS

Prawidłowa ocena zależy od precyzyjnego zdefiniowania parametrów wejściowych. Dwa z nich mają bezpośredni wpływ na obliczany zasięg widzenia:

1. SOOT_YIELD (Wydajność produkcji sadzy): Określa, jaka część masy spalanego materiału jest konwertowana na sadzę (w kg sadzy na kg paliwa). Jest to fundamentalny parametr dla każdej analizy CFD. Dla typowych materiałów budowlanych wartość ta mieści się w zakresie 0,03–0,17 kg/kg. Wyższa wartość oznacza intensywniejszą produkcję dymu.
2. VISIBILITY_FACTOR (Stała C we wzorze): Przelicza gęstość dymu na konkretny zasięg widzenia. Jej wartość zależy od rodzaju obserwowanego obiektu.

Metody pomiaru widoczności w FDS

Do ilościowej oceny warunków w FDS wykorzystuje się dwa główne typy urządzeń pomiarowych:

• Płaszczyzny wynikowe (SLCF): Służą głównie do wizualizacji rozkładu dymu. Ich interpretacja może być niejednoznaczna przy niejednorodnym zadymieniu, dlatego nie są zalecane do precyzyjnej oceny kryteriów.
• Urządzenia punktowe (DEVC): Dostarczają dokładnych, czasowych danych o widoczności w kluczowych lokalizacjach (np. w osi korytarza). Są standardem w profesjonalnych analizach inżynierskich.

Pomiar na standardowej wysokości 1,8 m nad posadzką pozwala ocenić, czy osoba dorosła jest w stanie bezpiecznie zorientować się w przestrzeni i opuścić strefę zagrożenia.

Kryteria akceptacji wyników – kiedy ewakuacja jest bezpieczna?

Głównym celem inżynierii bezpieczeństwa pożarowego jest zapewnienie, że dostępny czas na bezpieczną ewakuację (ASET) jest dłuższy niż czas wymagany na jej przeprowadzenie (RSET). Warunek ASET > RSET jest weryfikowany przez sprawdzenie, czy kluczowe parametry środowiskowe nie przekraczają wartości granicznych.

Skuteczna wentylacja pożarowa i elementy pasywne (drzwi dymoszczelne) mają na celu wydłużenie czasu ASET. Wartości kryterialne, często przyjmowane na podstawie standardów międzynarodowych (np. NFPA, BS), definiują moment, w którym trasa ewakuacyjna staje się niezdatna do użytku.

Tabela: Przykładowe kryteria akceptacji na drogach ewakuacyjnych (na wys. < 1,8 m)

Spełnienie tych kryteriów na całej długości trasy i przez cały czas trwania ewakuacji jest potwierdzeniem, że zaprojektowane zabezpieczenie pożarowe jest skuteczne.