mgr inż. Józef Seweryn

Praktyczne wykorzystanie mgły wodnej do ochrony obiektów drewnianych na przykładzie systemu gaśniczego FOG

Ochrona naszego dziedzictwa narodowego to zawsze temat wielu dyskusji i zapewnień o ich priorytetowym znaczeniu, wygłaszanych na wszelkich konferencjach i spotkaniach dotyczących szeroko rozumianej dbałości o dobra, które odziedziczyliśmy po minionych wiekach naszej narodowej historii. Przeznaczane są niemałe środki finansowe na ratowanie tych dóbr. Niestety większość tych nakładów kierowana jest na obiekty murowane, a na zachowanie obiektów architektury drewnianej najczęściej tych środków brakuje.

Jeśli już podejmuje się działania na rzecz ochrony takich obiektów, to najczęściej ogranicza się je do wyposażenia w instalacje przeciw-włamaniowe i instalacje sygnalizacji alarmu pożarowego. Niewątpliwie działania te podnoszą zasadniczo poziom bezpieczeństwa tych obiektów, lecz w przypadku wystąpienia zagrożenia pożarowego (z uwagi na charakter budulca) tego typu zabezpieczenia techniczne niewiele pomagają. W przypadku wystąpienia zarzewia pożaru wewnątrz budynku, dobrze wykonana instalacja sygnalizacji pożaru wraz z systemem monitoringu pożarowego daje szansę na uratowanie tego zabytku, ale też pod wieloma warunkami, jak: bliskość straży pożarnej, dobry dojazd, odpowiednie warunki atmosferyczne itp.

Zupełnie zawodzą tego typu działania w przypadku pożarów zewnętrznych, powstałych najczęściej od wyładowań atmosferycznych bądź działań ludzkich, często celowo sprokurowanych. Dotychczas nieznane są urządzenia ochrony p.poż. gwarantujące bezpieczeństwo pożarowe drewnianych obiektów, jednak zastosowanie stałych urządzeń gaśniczych zdecydowanie wpływa na podniesienie jego poziomu. W przypadku ochrony wnętrz spotykanym rozwiązaniem jest zastosowanie stałych instalacji gaśniczych gazowych oraz mgły wodnej. Instalacje gazowe są bardzo rzadko stosowane z uwagi na koszt i wymagania techniczne (zachowanie szczelności), natomiast mgła wodna (ze wskazaniem na instalacje zraszaczowe) może być stosowana z powodzeniem zarówno do ochrony wnętrz jak i drewnianych ścian zewnętrznych. Niestety zastosowanie instalacji mgłowych stwarza wiele problemów technicznych; np. detekcja zjawisk pożarowych na zewnątrz obiektów, zapewnienie odpowiedniego miejsca na urządzenia magazynujące środki gaśnicze (gaz lub woda), oraz zabezpieczenie niezawodnego zasilania energetycznego pomp zasilających instalację gaszenia. Zasadniczym jednak mankamentem jest bardzo wysoki koszt wykonania tego typu zabezpieczeń oraz spełnienie bardzo rygorystycznych wymogów ochrony przeciwpożarowej oraz wymogów Konserwatora Zabytków.

Pierwsze kroki w tej dziedzinie poczynili Norwegowie. Swoje nieliczne już kilkusetletnie kościółki zabezpieczają instalacjami wodnymi mgłowymi. Niestety nie są skłonni podzielić się doświadczeniami w tej dziedzinie. Aktualnie wiele firm i ośrodków prowadzi badania nad wykorzystaniem do celów ochrony przeciwpożarowej mgły wodnej, lecz nie wychodzi to poza sferę doświadczeń teoretycznych i konstruowania dysz.

Firma SUPO Cerber proponuje zupełnie nowatorski sposób zabezpieczenia przeciwpożarowego, oparty o działania mgły wodnej urządzeniem w pełni autonomicznym, nadającym się do gaszenia pożarów grupy A i B wnętrz jak i części zewnętrznych obiektów drewnianych, zwłaszcza sakralnych.

Przedmiotem wynalazku jest stały system gaśniczy z wykorzystaniem jako środka gaśniczego rozpylonej wody w postaci mgły wodnej.


Przykład zastosowania mgły wodnej dla kościółka pw. Św. Sebastiana w Wieliczce


Znane dotychczas systemy gaśnicze, wykorzystywały zjawisko rozpylenia wody poprzez stosowanie wysokich ciśnień, w zakresie 40 - 150 bar. Konieczne, więc było zastosowanie w tych przypadkach wysokociśnieniowych pomp i odpowiednich instalacji przystosowanych do tak dużych ciśnień, co czyniło często te projekty bardzo kosztownymi i ograniczało ich stosowanie wyłącznie do celów przemysłowych.



Fazy pożaru oleju napędowego gaszonego mgłą wodną z dodatkiem środka pianotwórczego


Fazy palenia i gaszenia gumy (opona) mgłą wodną z dodatkiem środka AFFF 3%


W toku różnorakich doświadczeń i prób stwierdzono, że rozpylenie wody do postaci mikroskopijnych cząsteczek o wymiarach od 10 do 400 mikronów daje 10-krotnie lepszy efekt gaśniczy w stosunku do konwencjonalnych zastosowań zraszaczy lub tryskaczy. Dodanie środków pianotwórczych typu AFFF dodatkowo polepsza walory gaśnicze systemu, przy jednoczesnym braku działań ubocznych w stosunku do chronionego obiektu. Wymaga jednak zachowania pewnych reguł technologicznych dla instalacji rurowych. Biorąc pod uwagę wykorzystanie mgły wodnej do celów ochrony przeciwpożarowej należy zaznaczyć istotne aspekty zastosowania tej technologii, jak;


* szybkie schładzanie palącego się materiału (czyli radykalne obniżenie temperatury),
* ograniczenie dostępu tlenu do źródła ognia,
* zredukowanie ilości produktów spalania i tym samym dymu,
* złagodzenie promiennego przenikania ciepła.

W omawianym systemie mgły wodnej nazwanym w tym przypadku FOG (od ang. fog – mgła), rozpylenie mgłowe uzyskuje się przy stosunkowo małych ciśnieniach, co czyni to rozwiązanie bardziej dostępnym w zakresie zastosowanej technologii i mniej kosztowne. Efekt gaśniczy wykorzystuje fakt dużego rozpylenia wody, co powoduje znaczne zwiększenie sumarycznej powierzchni kropel i tym samym radykalne zwiększenie absorpcji temperatury otoczenia dając w/w efekty (rys.1).

Warto tu zauważyć, że objętość wody użytej do gaszenia może zwiększyć się nawet ok. 1700 razy, co praktycznie umożliwia jej wyparowanie, pozostawiając w miejscu pożaru niewielką jej ilość i tym samym nie powoduje powstanie strat popożarowych.


Jak wykazuje statystyka pożarów w tego typu obiektach, najczęstszą przyczyną pożaru jest celowe podpalenie lub wyładowanie atmosferyczne. Zatem pożar najczęściej rozwija się na zewnątrz obiektu i systemy wykrywcze nie reagują w porę na powstałe zagrożenie. Istotnym czynnikiem jest również czas rozwoju pożaru, co ma zasadnicze znaczenie na ograniczenie strat. Okres od powstania do rozwinięcia się pożaru wynosi kilka minut i jest to czas, w którym straż pożarna może podjąć skuteczne działania. Po tym czasie akcja ratownicza w zasadzie sprowadza się do ochrony obiektów sąsiadujących i dogaszania pożaru.

Omawiany system pozwala zabezpieczać zarówno wnętrza obiektów, jak również ich ściany zewnętrzne. System gaśniczy FOG jest układem w pełni autonomicznym, który pozwala wykryć zarówno podwyższoną temperaturę jak również skierować strumień mgły wodnej ze swojego zbiornika zapasu wody w strefę płomienia bądź żarzenia. System może również współpracować z istniejącymi automatycznymi instalacjami sygnalizacji pożaru zarówno na poziomie detekcji jak i wysterowania. Schemat technologiczny systemu pokazany jest na rysunku nr 2.

Rozpylenie wody dokonuje się w specjalnie zaprojektowanych dyszach przy stosunkowo niskich ciśnieniach w zakresie 4 - 10 bar. System składa się z czterech zasadniczych zespołów stanowiących istotę nowości tegoż rozwiązania,

* zespołu detekcji,
* zespołu sterowania,
* zespołu zasilania wodnego i pneumatyki,
* zespołu instalacji rurowej wraz z niskociśnieniowymi dyszami mgłowymi.


Rys. Nr 2 Schemat gaśniczy mgły niskociśnieniowej - FOG

Zespół detekcji składa się z układu zasilania pneumatycznego wraz ze wskaźnikami ciśnienia, przyciskami dozującymi oraz dwoma liniami dozorowymi wykonanymi z przeźroczystych rurek PCV wypełnionymi gazem pod ciśnieniem znamionowym (np. 10 bar) lub też czujnikami punktowymi połączonymi za pomocą tych rurek. Dublowanie linii dozorowej ma na celu zwiększenie pewności zadziałania i zredukowanie do minimum powstania fałszywego wysterowania urządzenia gaśniczego. Zespół zapewnia prawidłowe działanie nawet w przypadku znacznego spadku ciśnienia w liniach dozorowych nawet do 20% ciśnienia nominalnego. Układ zasilania wewnętrznego wraz z manometrami i przyciskami znajduje się w centralce sterowniczej pneumatycznej. Manometry służą do wzrokowej kontroli ciśnienia a przyciski do ewentualnego uzupełnienia ubytków tegoż ciśnienia w liniach dozorowych. Linie te rozprowadza się wzdłuż biegu dysz rozpylających oraz w miejscach kumulujących temperaturę w przypadku zaistnienia pożaru.


Zespół sterowania składa się z centralki ”CERBER” wykorzystującej elementy logiki pneumatycznej. Centralka jest niezależna od zasilania elektrycznego, a jednocześnie dzięki zastosowaniu pneumatyki jej działanie jest niezawodne, zarówno po stronie detekcji jak i wysterowania zaworów strefowych. Dzięki zastosowaniu czasomierzy pneumatycznych, centralka otwiera i zamyka zawory strefowe w ustalonych algorytmach czasowych, w przedziałach od 0 do 300 sekund (tylko w przypadku instalacji gaśniczej wewnętrznej). Pozwala to na optymalne dobranie ilości wody w tzw. impulsowym dozowaniu. Użycie dwóch liczników czasu zapewnia dobranie czasu wypływu środka gaśniczego jak również czasu przerwy. Ponadto na panelu czołowym znajduje się przycisk „GOTOWOŚĆ” służący do wyzerowania układów logicznych pneumatycznych, oraz przycisk „STOP” służący do przerwania programu gaszenia w dowolnej chwili. Całość elementów jest zabudowana w hermetycznej metalowej szafce posiadającej część przednią przeszkloną. Gabaryty szafki są dobierane w zależności od potrzeb. Centralka będzie produkowana w wielkościach od 1 do 5 stref składających się z określonych wyżej, powtarzalnych zespołów sterowania. W bocznych ściankach centralki znajdują się konektory do podłączenia elastycznych przewodów detekcyjnych, przewodów sterowniczych i zasilających oraz elektrycznych przewodów nadzorowania i monitoringu stanu poszczególnych podzespołów centralki.


Zespół zasilania wodnego i pneumatyki składa się ze zbiornika hydroforowego przeponowego o pojemności 500 litrów wody (pojemność można zwiększać poprzez dokładanie kolejnych zbiorników), armatury towarzyszącej jak; zawory, filtry wodne, wskaźnik poziomu wody wraz z systemem monitorującym, wysokociśnieniowa butla z gazem wyposażona w reduktor oraz rozdzielacz ciśnieniowy. Zamontowanie czujników ciśnienia na reduktorach pozwala monitorować ilość gazu w butli. Uzupełnianie wody w zbiorniku (zbiornikach) następuje z sieci miejskiej lub innego źródła czerpalnego po uprzednim opróżnieniu hydroforu z gazu.


Zespół instalacji rurowej wraz z dyszami rozpylającymi oraz zaworem strefowym sterowanym pneumatycznie stanowi końcowy element systemu FOG. Dobór średnic rur rozprowadzających, oraz wielkość, ilość i typ dysz niskociśnieniowych przeprowadza się na etapie obliczeń hydraulicznych. Wyniki obliczeń wskazują również, jaką ilość wody należy zabezpieczyć do celów gaśniczych. W związku z tym, iż nie istnieją aktualne unormowania w tym zakresie sugeruje się przyjmować zapas wody w ilości wystarczającej do zraszania przez czas potrzebny na dotarcie służb interwencyjnych (OSP lub PSP). W zależności od dobranej średnicy przewodu rurowego strefowego instaluje się odpowiedni zawór kulowy sterowany pneumatycznie. W przypadku urządzeń strefowych należy przewidzieć w rozdzielaczu głównym zawór spustowy. W związku z tym, że instalacja nie jest wypełniona wodą, należy stosować rury ocynkowane lub miedziane (ochrona antykorozyjna). Sposób mocowania przewodów rurowych jest określony w stosownych normach. Konieczne jest również konsultowanie i uzgadnianie ze służbami konserwatorskimi rozwiązań technicznych, w aspekcie prowadzenia i maskowania rur.

Omówione urządzenie zostało zgłoszone do Urzędu Patentowego RP i znajduje się w fazie końcowych badań i certyfikacji w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpożarowe w Józefowie.

Na podstawie dotychczasowych doświadczeń zostało wykonane zabezpieczenie pożarowe zewnętrzne 450 – letniego kościółka pw. Św. Sebastiana w Wieliczce. Dla zagwarantowania dodatniej temperatury wody magazynowanych w czterech zbiornikach hydroforowych, zastała wykonana żelbetowa komora o wymiarach 2m x 4m x 2m, którą posadowiono tuż obok kościółka na poziomie 2,7m poniżej terenu. W komorze tej znajdują się butle z gazem i reduktorami, rozdzielacz wraz z pneumatycznymi zaworami kierunkowymi oraz armatura odcinająca i filtrująca. Do rozdzielacza podłączono przewód zakończony nasadą pożarniczą wyprowadzoną nad poziom gruntu, a służącą zarówno do uzupełniania zapasu wody w zbiornikach jak również do podłączenia się jednostek gaśniczych straży pożarnej podczas akcji gaśniczej. Dodatkowo niektóre elementy posiadają czujniki stanu armatury zasilającej.

Centralka detekcyjno-sterująca 3 strefowa zamontowana została w pomieszczeniu zakrystii. Poniżej centralki umiejscowiono niezależne źródło zasilania pneumatycznego w postaci niewielkiej butli gazowej wyposażonej w reduktor ciśnienia. Do centralki podłączono 6 pneumatycznych obwodów detekcyjnych stanowiących 3 linie dozorowe strefowe ułożone wzdłuż górnych krawędzi kościółka oraz na poziomach pośrednich zakończone czujkami punktowymi. Z centralki oraz z komory zbiorników, wyprowadzone są również sygnały elektryczne do zasadniczej centralki sygnalizacji pożaru umiejscowionej na plebani. Tam też zamontowane są urządzenia monitorujące sygnały pożarowe do straży pożarnej, jak również sygnały zakłóceniowe dla ekip serwisowych. Centralka ta ponadto emituje sygnały akustyczne, które mogą być rozprowadzone po obiekcie.

Instalacja rurowa wykonana jest w części z rur stalowych ocynkowanych, a w części z rur miedzianych, które wraz z dyszami zraszaczowymi mgłowymi, spiralnymi stanowią końcowe elementy instalacji. Sposób prowadzenia i maskowania rur dostosowano do istniejących warunków, wykorzystując listwy maskujące na elewacji ścian kościółka. Przewody główne poprowadzono w części strychu wykorzystując do mocowania istniejącą więźbę dachową. Takie rozwiązanie zyskało aprobatę Konserwatora Zabytków i praktycznie jest niezauważalne dla oglądających kościółek z zewnątrz. Jedynymi elementami widocznymi są końcówki dysz mgłowych oraz elementy detekcyjne, które z uwagi na małe wymiary nie szkodzą wystrojowi elewacji obiektu, a z biegiem czasu pokryją się patyną i staną się mało zauważalne, jako że wykonane są z miedzi.


Przykładowe rozmieszczenie i sposób montażu elementów instalacji w zabytkowym kościółku.

Instalacja ta jest instalacją prototypową i niektóre elementy systemu będą zapewne modyfikowane. Szczególnie ważna jest obserwacja działania poszczególnych zespołów podczas koniecznych okresowych serwisów, co niewątpliwie uzasadnia zastosowanie monitoringu opartego o technologię GSM, co oprócz aspektów ekonomicznych (koszt miesięczny ok. 25 zł), stwarza możliwość przekazu nie tylko sygnałów alarmowych, ale również zakłóceniowych. Właściwy i staranny serwis instalacji jest warunkiem niezawodnego działania systemu oraz daje rękojmię niezawodnego działania w sytuacji krytycznej.


Pokaz działania instalacji FOG w kościółku św. Sebastiana w Wieliczce z współdziałaniem Straży Pożarnej.