mgr inż. Józef Seweryn

"Zastosowanie mgły wodnej do ochrony obiektów podziemnych "


Konsekwencje powstania i rozwoju pożarów w obiektach podziemnych jak, tunele, galerie i przejścia podziemne, garaże podziemne, itp., są o wiele poważniejsze niż pożary, które powstały na otwartej przestrzeni, czy też w budowlach nadziemnych. Głównymi czynnikami powodującymi wzrost zagrożeń pożarowych w obiektach podziemnych są;
  • Trudne warunki ewakuacji,
  • Wpływ wentylacji w takich obiektach,
  • Wpływ geometrii i kształtu obiektów podziemnych.
Znajomość tych zagadnień już na etapie projektowania w/w obiektów ma zasadnicze znaczenie dla efektywności działań ratowniczo-gaśniczych prowadzonych w czasie akcji gaśniczej. Szczególnego znaczenia nabiera to także przy określeniu warunków eksploatacji tuneli komunikacyjnych, zarówno drogowych jak, i kolejowych.
Rozpoznane są problemy związane z dwoma pierwszymi czynnikami oraz metodyka projektowania uwzględniająca te zagadnienia. Ostatni czynnik rzadko jest brany pod uwagę a projektanci w swych działaniach kierują się względami użytkowo-eksploatacyjnymi. Jak pokazały ostatnie badania na Uniwersytecie Heriot Watt w Edinburgh, obiekty takie jak tunele przejawiają tendencję do ograniczania szybkości wypływu gazów pożarowych, a reradiacja (wtórne oddawanie ciepła) gorących ścian będzie przejawiać tendencję do rozprzestrzeniania pożaru. Badania zmierzające do określenia maksymalnego tempa uwalniania ciepła (HRR) w tunelach z maksymalnym HRR podobnych pożarów, ale odbywających się na otwartej przestrzeni, pozwoliły określić parametry tej zależności, jako współczynnik rozprzestrzeniania Ψ;



gdzie;
Wt - szerokość tunelu,
Wf - szerokość obiektu palonego

Pożary w tunelach mogą wykazywać HRR do 4 razy większe niż HRR pożaru w otwartej przestrzeni. Jednakże nie zawsze tak się dzieje. W przypadku szybkiego wypełnienia się tunelu dymem HRR się zmniejsza, co z kolei wynika ze zmniejszenia się ilości tlenu.
Pomimo, że tunel ogranicza przepływ powietrza do miejsca pożaru dało się zauważyć relację, że istnieje proste powiązanie pomiędzy Ψ a geometrią tunelu.
Badania wykazały, że Ψ zmienia się w zależności od szerokości tunelu bardziej niż jakikolwiek inny czynnik geometryczny. Pozwoliło to wyciągnąć wniosek, iż Ψ będzie miał wielkości ok. 1,0 jeśli pożar będzie daleko od ścian tunelu (lub pożar jest relatywnie mały w stosunku do wielkości tunelu) i rozszerzenie HRR będzie wzrastało, jeśli pożar będzie przesuwał się w stronę ścian (lub pożar będzie się zwiększał relatywnie do wielkości tunelu).
Eksperyment pożarowy z użyciem heptanu rozlanego w misce o wymiarach 0,7m na 0,7m był przeprowadzony w kamiennym tunelu o przekroju 3x3m w Szwecji. Taki sam eksperyment pożarowy z zastosowaniem identycznego testu pożarowego był przeprowadzony na otwartej przestrzeni (diagram A). Pożar w tunelu wykazał najwyższą wartość HRR 1,4 razy większą niż najwyższa wartość HRR pożaru na otwartej przestrzeni. Tak, więc Ψ to 1,4 dla tego pożaru. Próbie testowej poddano samochód Fiat 127, który został spalony w tym samym tunelu. Porównując to do eksperymentu pożarowego z użyciem takiego samego samochodu przeprowadzonego na otwartej przestrzeni wykazano wartość Ψ pomiędzy 2 a 3 dla tego pożaru (diagram B).



Relacje te (zależności) pojawiają się praktycznie we wszystkich pożarach testowych samochodów, nafty, heptanu w naturalnie wentylowanych tunelach o prostokątnym przekroju poprzecznym oraz wystarczającym przepływie powietrza. Pożary w tunelach z wklęśniętymi sufitami wykazują HRR o 10% większe niż oszacowana przez równanie wielkość. Relacja ta nie pojawia się przy pożarach z metanolem. Może to być konsekwencją wytwarzania mniejszej ilości dymu niż jakiekolwiek inne rozpatrywane paliwo lub też może być to spowodowane faktem, iż pożary metanolowe uwalniają mniej energii niż inne paliwa.
Jak widać z powyższego istotą prawidłowego zabezpieczenia tuneli przed następstwami pożarów może być oprócz prawidłowej wentylacji, dróg ewakua-cyjnych i kształtu geometrycznego tunelu, podjęcie takich środków aby zaistnienie ewentualnego pożaru ograniczyć do minimum. Niewątpliwie zastosowanie stałej instalacji gaśniczej wodnej zraszaczowej zdecydowanie poprawia warunki bezpieczeństwa powodując szybkie wykrycie i ugaszenie źródła ognia i tym samym jego ograniczenie, co ma decydujące znaczenie w przeciwdziałaniu jego rozprzestrzenienia się.
Niemniej zastosowanie stałej instalacji gaśniczej zraszaczowej napotyka na poważne problemy techniczne, do których zaliczamy m/innymi;
  • Bardzo duże potrzeby wodne dla urządzeń gaśniczych,
  • Zastosowanie detektorów odpornych na warunki zewnętrzne i zakłócenia,
  • Zabezpieczenie instalacji rurowej przed przemarzaniem,
  • Koordynacja instalacji rurowej (duże średnice rur) z innymi urządzeniami zainstalowanymi w tunelu.
  • Zachowanie parametrów bezpieczeństwa dla ludzi ze względu na oddziaływanie środka gaśniczego jak i ewentualnego porażenia z instalacji trakcji elektrycznej.
Problemy te są tak poważne, że bardzo trudno wykonać taką instalację w akceptowalnym rachunku ekonomicznym, i są w zasadzie niespotykane.
Mając na uwadze w/w rozważania teoretyczno-testowe pozwolę sobie zaprezentować projekt instalacji urządzenia gaśniczego opartego o technologię mgły wodnej z wykorzystanie niektórych elementów z systemu gaśniczego na mgłę wodną "FOG". Zastosowanie tej technologii pozwala w zasadzie wyeliminować wszystkie w/w trudności, przy zachowaniu wysokiej efektywności gaszenia pożaru. System "FOG" pozwala, zatem przy stosunkowo małym zużyciu wody zapewnić bardzo wysoka skuteczność gaszenia poprzez;

  • Szybkie schładzanie palącego się materiału i tym samym radykalne obniżenie temperatury,
  • Ograniczenie dostępu tlenu do źródła ognia,
  • Zredukowanie ilości produktów spalania a tym samym dymu,
  • Złagodzenie promieniowania cieplnego i jego przenikania.
Ponadto mgła wodna nie przewodzi prądu, co ma istotne znaczenie dla bezpieczeństwa ludzi w tunelach wyposażonych w trakcję elektryczną do zasilania składów kolejowych bądź tramwajowych.
Cechy te pozwalają zaklasyfikować mgłę wodną jako idealne medium gaśnicze dla obiektów podziemnych. Dodatkowo wprowadzając do wody gaśniczej środki typu AFFF potęgujemy skuteczność gaśniczą mgły wodnej, pamiętając jednakże o zachowaniu warunków bezpieczeństwa dla ludzi.
Celem przybliżenia tego rozwiązania pozwolę sobie zaprezentować model gaszenia instalacją mgły wodnej przykładowego tunelu kolejowego o długości kilkaset metrów.
Dla celów prawidłowego zaprojektowania instalacji gaszącej zakłada się wykonanie powtarzalnych sekcji o długości nieprzekraczającej 100 m. W środkowej części sekcji winno się znajdować wyjście ewakuacyjne, w którym byłyby zlokalizowane, centralka pneumatyczna detekcyjno-sterująca z zasobnikiem gazu, centralka monitorująca połączona w układ satelitarny z innymi centralkami, oraz dodatkowo w przycisk wysterowania ręcznego typu ROP. Przed drzwiami wyjścia ewakuacyjnego należy zbudować studzienkę rewizyjną na dnie, której (poniżej strefy przemarzania) ułożony zostanie rurociąg wypełniony wodą pod ciśnieniem obliczeniowym. W studzience może znajdować się opcjonalnie zasobnik środka AFFF, z samozasysaczem. Rurociąg zasilany będzie z konwencjonalnej pompowni zbudowanej podobnie jak dla instalacji tryskaczowej. W studzience rewizyjnej będzie zainstalowany pneumatyczny zawór sekcyjny, który będzie zasilał sieć rurową zewnętrzną rozprowadzoną po ścianach tunelu w obu kierunkach na dwóch poziomach z każdej strony i wyposażony w zraszacze mgłowe spiralne. Sterowanie zaworem będzie dokonywane poprzez w/w centralkę pneumatyczną. Prowadzenie rurażu należy skoordynować z innymi instalacjami.
Jako detektory proponuje się zastosowanie pneumatycznych liniowych detektorów temperatury. Możliwe jest również zastosowanie detektorów punktowych pneumatycznych. Takie rozwiązanie czyni układ detekcji odporny na wszelkie zakłócenia elektromagnetyczne jak i również uodparnia na zmienne czynniki klimatyczne. Celem zwiększenia niezawodności proponuje się zastosować dwie niezależne linie detekcyjne dla każdej sekcji. Linie detekcyjne należy prowadzić wzdłuż najwyższej części tunelu.


Rozmieszczenie dysz mgłowych w tunelu kolejowym.




Przekrój instalacji mgłowej w tunelu kolejowym.



Przykład gaszenia pożaru cysterny kolejowej przy użyciu mgły wodnej.

Znane są już obecnie zabezpieczenia tunelu z wykorzystaniem technologii mgły wodnej. Do niej należy system AQUASYS firmy Hanz.
Firma Hanz Systemy Przemysłowe z Linzu w Austrii rozpoczęła program badawczy pod nazwa AQUASYS realizowany z austriackiego funduszu na badania rozwojowe. Najistotniejszym elementem tego programu było zastosowanie mgły wodnej do ochrony tuneli komunikacyjnych. Dziś temat AQUASYS jest dalej kontynuowany.


Eurotunel; Francja - Wielka Brytania



Instalacja zraszaczowa mgłowa w tunelu komunikacyjnym.



Typowy widok tunelu drogowego (Austria).



Instalacje w tunelu drogowym.

Projekt zabezpieczenia Eurotunelu.

Dnia 18.11.1996r. zapalił się samochód ciężarowy przewożony pociągiem transportowym. Pożar trwał 7 godzin i zniszczył 10 sąsiednich samochodów ciężarowych i doprowadził do dużych strat w tunelu. Oceniono je na ok. 300 mln EURO.
Aby skutecznie przeciwdziałać takim przypadkom postanowiono zainstalować stałą instalację gaśniczą. Pociągi transportujące samochody ciężarowe przez tunel kursują wahadłowo z Callais do Folkerstone. Postanowiono w pociągu zainstalować pokładowy system gaśniczy.
Od 1998 roku system AQUASYS był testowany w tunelu. Potwierdziło się, że mimo prędkości jazdy pociągu, ruchu powietrza (strumienia powietrza w tunelu) mgła wodna jest skuteczną metoda gaszenia pożarów w tunelach.
Od niedawna, AQUASYS uzyskał zlecenia na instalacje systemu mgły wodnej do ochrony pociągów transportowych tunelu. Kontrakt opiewa na sumę 25,6 mln EURO. Umowa obejmuje także zastosowanie sytemu detekcji pożaru w podczerwieni, który szybko reaguje na wzrost temperatury w transportowanych samochodach. Po wykryciu będą aktywowane odpowiednie sekcje instalacji gaśniczej.
Dzięki temu tunel pod kanałem jest pierwszym tunelem wyposażonym w instalacje gaśniczą miejscową. Zaletą tego systemu jest fakt, iż cenny czas od powstaniu pożaru do zadziałania instalacji gaśniczej jest krótki, co z kolei pozwala ograniczyć rozwój pożaru. W znacznym stopniu ułatwia to zadania interweniujących sił ratowniczych.
Instalacja ta może być montowana nie tylko w pociągach jak to zrobiono w tunelu pod kanałem, ale jako stała instalacja gaśnicza tunelu.
Testy systemu AQUASYS przeprowadzone w szwajcarskim tunelu pod nadzorem międzynarodowym udowodniły celowość stosowania systemu mgłowego do ochrony tuneli.
Oczekiwać należy, że po próbach w omawianym tunelu inne tunele zostaną również wyposażone w ten lub podobny system gaśniczy.

Oczywiście, zaprezentowany wyżej model zabezpieczenia doskonale nadaje się do ochrony także innych budowli podziemnych. Można go adaptować pod kątem detekcji, np. zastosować czujki elektroniczne dymu, temperatury lub inne. Działanie systemu w pomieszczeniach podziemnych zamkniętych można uzupełnić o wypływ mgły wodnej tzw. "pulsacyjny", co pozwala na ograniczenie zużycia wody i zwiększa widoczność. Należy tu również dodać, że mgła wodna uzupełnia działanie wentylacji, gdyż wiąże cząstki dymu z cząsteczkami wody. Niestety w ostatnich uregulowaniach prawnych zaniechano obowiązku wyposażenia garaży podziemnych w instalacje gaszące, z bliżej nieokreślonych powodów. Wydaje się, iż nacisk lobbystów z grupy deweloperów budujących mieszkania wraz z garażami podziemnymi doprowadził do takich zapisów. Negatywne efekty tego typu działań już uwidocznił przypadek zaistnienia pożaru w garażu podziemnym w Warszawie, gdzie spłonęło kilka samochodów, a kilka zostało nadpalonych. Mając na uwadze bezpieczeństwo ludzi i mienia, a nawet stabilność konstrukcji budowlanych należałoby przywrócić poprzednio obowiązujące zapisy, które jak wykazuje statystyka tego rodzajów pożarów niesie za sobą wiele niebezpieczeństw.