Newsletter

Login Form



Aktualne wydanie

SS-03-2018 okladka

20180123-BANNER-160X600-V3-PL FENSTERBAUEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

swiat szkla 750x100 2

 6032 IX Kongres Stolarki polskiej banery reklamowe www 550x120

sacroexpo 468x60 

Wpływ instalacji gaśniczych tryskaczowych na ochronę przegród przeszklonych. Część 1
Data dodania: 06.03.09

W dzisiejszych czasach nie możemy sobie wyobrazić nowoczesnych, wielofunkcyjnych budynków bez dużych powierzchni przeszklonych stanowiących różnorodne formy architektoniczne. Zarówno właściciele budynków, jak i projektanci stają się coraz bardziej wymagający i coraz chętniej decydują się na stosowanie w nich szklanych przegród - również w ścianach, dla których zgodnie z obowiązującymi przepisami techniczno-budowlanymi wymagane jest zapewnienie odporności ogniowej, w tym w ścianach spełniających funkcję oddzieleń przeciwpożarowych - głównie z uwagi na ich walory estetyczne i funkcjonalne.

 

Wprowadzenie

Tymczasem przepisy budowlane i przeciwpożarowe na świecie, ze względu na surowe wymagania, ograniczają w znaczny sposób stosowanie przeszkleń w elementach oddzielenia przeciwpożarowego. Aby sprostać problemom związanym ze stosowaniem przeszkleń w elementach oddzieleń przeciwpożarowych i zapewnić odpowiedni poziom bezpieczeństwa pożarowego, National Fire Laboratory (NFL) w National Research Council of Canada jako pierwsze w świecie przeprowadziło w 1986 roku serie kompleksowych badań i opracowało metodę ochrony szklanych przegród poprzez wykorzystanie tzw. „filmu wodnego" (water film)1.

 

Metoda ta polega na wykorzystaniu urządzeń gaśniczych tryskaczowych, pozwalających uzyskać lepszą bierną ochronę przeciwpożarową, z zapewnieniem odpowiedniej szczelności i izolacyjności ogniowej elementu, czego w warunkach pożaru nie zapewni zastosowanie samego przeszklenia ze szkła hartowanego (tempered glass) czy o podwyższonej odporności na ciepło. Badania dowiodły, że szkło hartowane lub o podwyższonej odporności na ciepło chronione przez dedykowane urządzenia gaśnicze tryskaczowe pozostaje nienaruszone przez więcej niż jedną godzinę, a skuteczność danego systemu zależy m. in. od takich czynników, jak czas zadziałania tryskacza i intensywność zraszania.

 

Tabela 1. Klasa odporności ogniowej ścian wewnętrznych w zależności od klasy odporności pożarowej budynku

 

Oznaczenia w tabeli: E - szczelność ogniowa (w minutach) I - izolacyjność ogniowa (w minutach).

 

 Polskie przepisy techniczno-budowlane

Podstawowe wymagania w zakresie klasy odporności ogniowej elementów budynku, w zależności od jego klasy odporności pożarowej reguluje § 216 ust. 1 rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 75, poz. 690 z późn. zm.). Zgodnie z tym zapisem ściany wewnętrzne w budynku powinny w zakresie klasy odporności ogniowej spełniać wymagania podane w tabeli 1. Należy w tym miejscu zwrócić uwagę, że zgodnie z § 241 ust. 1 tego rozporządzenia obudowa poziomych dróg ewakuacyjnych powinna posiadać klasę odporności ogniowej wymaganą dla ścian wewnętrznych, nie mniejszą jednak niż EI 15. Wymaganie klasy odporności ogniowej dla obudowy poziomych dróg ewakuacyjnych nie dotyczy krytego ciągu pieszego - pasażu, do którego przylegają lokale handlowe i usługowe.

 

Klasy odporności ogniowej oznaczone są literami według spełnianych funkcji oraz liczbowo, zgodnie z czasem w minutach, przez który oszklenie spełnia podaną funkcję.

• Szczelność na płomienie i gazy (E) - oznacza zdolność przegrody do szczelnego odcięcia pomieszczenia przed ogniem i gazami w przypadku jednostronnego obciążenia ogniem - przeniesienie się pożaru w wyniku przedostawania się płomieni lub znacznych ilości gazów jest wykluczone.

  
• Izolacja cieplna podczas pożaru (I) - oznacza zdolność przegrody do ograniczenia wzrostu temperatury po stronie chronionej, co uniemożliwia przeniesienie się pożaru i zapobiega zapaleniu się palnych materiałów po stronie chronionej - stwarza to możliwość korzystania z dróg ewakuacyjnych. 
 • Tłumienie promieniowania cieplnego (W) - oznacza zdolność przegrody do tłumienia promieniowania cieplnego w taki sposób, że promieniowanie to mierzone po stronie chronionej nie może przez wskazany czas przekroczyć maksymalnej wartości

Np.: przegrodzie, która jest szczelna i izoluje przez 60 minut nadawana jest klasa EI 60

Charakterystyka odporności różnych rodzajów szkła na temperaturę i zraszanie wodą

Badania prowadzone w małej skali wykazały, że zraszanie zimną wodą gorącego szkła może spowodować jego uszkodzenie2. Bez zastosowania ochrony „filmem wodnym", szkło hartowane i o podwyższonej odporności na ciepło może wytrzymać temperaturę po stronie nagrzewanej większą niż 350oC, jednak w razie podania wody na rozgrzane przeszklenie pęknięcie szkła nastąpi przy znacznie niższych temperaturach. Temperatury krytyczne ustalone dla szkła hartowanego i o podwyższonej odporności na ciepło wynoszą odpowiednio 150-165oC i 200oC. Natomiast temperatura krytyczna szkła zwykłego (80-90oC) jest zbyt niska, by pozwoliła na skuteczną ochronę przy wykorzystaniu urządzeń gaśniczych tryskaczowych. Badania te wykazały, że tryskacze zapewnią skuteczną ochronę wówczas, gdy zostaną uruchomione, zanim przeszklenie osiągnie temperaturę krytyczną.

Rys. 1. Krzywa standardowa „temperatura-czas"

 Opis procedury badawczej

Pierwsze kompleksowe badania skuteczności ochrony urządzeniami gaśniczymi tryskaczowymi przegród szklanych przeprowadziło w 1986 r. kanadyjskie laboratorium badań ogniowych. Badania przeprowadzono w pełnej skali w pomieszczeniu o wymiarach 1,83 x 2,44 m i wysokości 3,05 m. Warunki oddziaływania pożaru zapewniono przy użyciu palnika zasilanego propanem, zlokalizowanego przy podłodze po przeciwnej stronie przeszklenia, którego spalanie podtrzymywało powietrze dostarczane kanałem znajdującym się pod palnikiem z szybkością 0,9 m3/s. Produkty spalania były usuwane z pomieszczenia przez dwa otwory wylotowe o wymiarach 60 x 45 cm, zlokalizowane blisko poziomu podłogi, zapewniające wentylację naturalną. Uzyskanie w pomieszczeniu badawczym temperatury zgodnej z krzywą standardową (rys. 1), która służy do określania klasy odporności ogniowej elementów budynku, wymagało ustawienia odpowiedniego natężenia przepływu propanu. Palnik, przed zalaniem strumieniem wody z tryskacza, chroniła ścianka z cegły o wysokości 65 cm i wystająca ponad palnik o ok. 20 cm.

 

Podczas badań wykorzystano trzy rodzaje zestawów okiennych (przeszkleń), po jednym w każdej serii testów. Szczegóły dotyczące serii testów i zastosowanych przeszkleń przedstawia tabela 2.

 

Tabela 2

 

 

Tabela 3

 

1) W - zbrojone, T - hartowane, P - zwykle

2) Czas pęknięcia szkła

3) Tryskacz po stronie nie nagrzewanej

 

 Urządzenia gaśnicze tryskaczowe

We wszystkich trzech seriach testów zastosowano urządzenia gaśnicze trys-kaczowe, za wyjątkiem dwóch przypadków w serii 1, gdzie badano przegrodę szklaną bez ochrony tryskaczowej. Podczas badań wykorzystano przyścienne tryskacze standardowe (RJA-1) oraz szybkiego reagowania (FR-1/Q-60), wyposażone w deflektor zapewniający pokrycie strumieniem wody całej powierzchni przeszklenia, łącznie z górnymi narożnikami. Zastosowano tryskacze o stałej K=78 i temperaturze zadziałania równej 74oC. Szczegółowe dane dotyczące rodzaju i parametrów tryskaczy podano w tabeli 3.

 

Rys. 2. Temperatura pomieszczenia i przeszklenia podczas testu 105

 

 Obserwacje

Należy zwrócić uwagę, że w serii 1 w teście 8 tryskacz został umieszczony po stronie nienarażonej na bezpośrednie oddziaływanie płomienia, stąd dłuższy czas do jego zadziałania. We wszystkich testach rozpylona woda pokrywała całą powierzchnię przeszklenia w dosyć regularny wzór, jednak przy zmniejszonej intensywności zraszania tworzyły się suche miejsca wzdłuż środka szyby, skierowane ku dołowi.

 

W serii 2, podczas której badano podwójne przeszklenie, zewnętrzna szyba (ze szkła zwykłego) pękała po 10-15 minutach, a wewnętrzna (ze szkła hartowanego) pozostawała nienaruszona.

 

We wszystkich testach, gdzie zastosowano szkło zbrojone, pojawiły się pęknięcia, zanim zadziałał tryskacz (powiększyły się one po jego uruchomieniu). W żadnym przypadku nie pojawiły się jednak w szkle zauważalne otwory. Przy szkle hartowanym, kiedy tryskacz zlokalizowany był po stronie nagrzewanej, nie odnotowano pęknięć, natomiast przy braku ochrony tryskaczami, pęknięcia wystąpiły już po 5 i 6,5 minutach.

 

Tabela 4

 

 


Niektóre wyniki badań

omieszczeniu badawczym podczas wszystkich testów, odnotowany na trzech termoparach, zbliżony był znacznie do krzywej standardowej (rys. 2).

Różnice pomiędzy krzywymi dla górnej i dolnej termopary wynikały głównie z tego, że para wodna i woda rozpylona z tryskacza opadała w kierunku dolnej części pomieszczenia i chłodziła mniej intensywnie. W teście 1-8 rozkład temperatury w pomieszczeniu dla wszystkich trzech termopar był niemal taki sam jak dla krzywej standardowej, ponieważ tryskacz zamontowany został po stronie zewnętrznej - nie narażonej na bezpośrednie oddziaływanie płomienia.

 

Podczas testu 1-2 i 1-3 niemożliwym było uzyskanie rozkładu temperatury zgodnie z krzywą standardową, szczególnie w drugiej części badania (po ok. 20 minutach), głównie z powodu znaczącego obniżania się temperatury w dolnej części pomieszczenia. W związku z tym, aby zwiększyć temperaturę w pomieszczeniu i zbliżyć jej rozkład do krzywej standardowej, zainstalowano stalową przegrodę, która kierowała znaczną ilość pary wodnej i rozpylonej wody w kierunku otworu wylotowego na zewnątrz pomieszczenia.

 

Należy zwrócić uwagę, że całkowita ilość ciepła wprowadzanego do pomieszczenia była średnio o 60% większa w przypadku zadziałania tryskacza niż bez, po to aby wyrównać ilość ciepła pochłoniętego przez rozpylony strumień wody.

 

W czasie trwania testów, po około 20 minutach od zadziałania tryskacza, temperatura szkła po stronie zewnętrznej osiągnęła stan ustalony. Średnia temperatura w dolnej części przeszklenia była średnio o 30 % wyższa niż w górnej części, co spowodowane było absorbowaniem ciepła przez wodę spływającą po szkle. Również temperatura na zewnętrznej szybie podwójnego przeszklenia była wyższa niż na pojedynczym przeszkleniu, ponieważ zewnętrzna szyba nie była chłodzona wodą z tryskacza.

 

W testach 1-1, 1-2 i 1-3 intensywność zraszania była zróżnicowana, ponieważ badano jej wpływ na temperaturę szkła po stronie zewnętrznej - nie narażonej na bezpośrednie oddziaływanie płomienia. W trakcie testów, kiedy intensywność zraszania była mniejsza niż 100 l/min, temperatura zewnętrznej strony przeszklenia rosła, natomiast gdy intensywność zraszania była większa niż 100 l/min - stabilizowała się na poziomie od 65oC do 100oC.

 

Podczas testów 1-6 i 1-7, gdzie nie zastosowano tryskaczy, temperatura szkła po stronie nie nagrzewanej była znacznie wyższa niż temperatura szkła w testach z wykorzystaniem tryskaczy, w tych samych momentach badania. W teście 1-6 w momencie pęknięcia szkła po 6,5 minutach, średnia i maksymalna temperatura szkła po stronie zewnętrznej wyniosła odpowiednio 260oC i 290oC, a po stronie wewnętrznej w części środkowej przeszklenia -380oC. W teście 1-7 szkło pękło po 5 minutach, kiedy osiągnęło temperaturę po stronie nagrzewanej równą 290oC, wtedy średnia temperatura szkła po stronie zewnętrznej wynosiła 240oC, a maksymalna - 260oC.

 

Fot. 1. Pomieszczenie badawcze podczas jednego z testów

 

W teście 1-8, w którym tryskacz zamontowany był po zewnętrznej stronie pomieszczenia badawczego, temperatura szkła (przed uruchomieniem trys-kacza) po tej stronie urosła do wartości 270oC. Po zadziałaniu tryskacza temperatura szkła po stronie wewnętrznej odnotowana na termoparach gwałtownie spadła do wartości 50oC.

 

Maksymalne wartości strumienia promieniowania cieplnego przepuszczanego przez przeszklenie podano w tabeli 3. Mierniki promieniowania były rozmieszczone zarówno na środku oraz w dolnej i górnej części przeszklenia.

 

Wartość promieniowania cieplnego wewnątrz pomieszczenia badawczego wynosiła średnio 100 kW/m2. Maksymalna wartość strumienia promieniowania cieplnego zmierzona na powierzchni szkła po stronie nienarażonej na bezpośrednie oddziaływanie płomienia wyniosła 6 kW/m2, co wskazywałoby na pochłanianie więcej niż 90 % ciepła przez wodę i szkło. Obserwacje te potwierdziły badania prowadzone w Australii.

 

Strumień ciepła potrzebny do zapalenia materiałów celulozowych wynosi 33,5 kW/m2. Podczas badań wielkość strumienia promieniowania cieplnego nie przekroczyła 20% tej wartości. Warto dodać, że człowiek jest w stanie przez 10 sekund wytrzymać (bez odczuwania bólu) intensywność promieniowania cieplnego o wartości 5,9 kW/m2. Może więc bez problemu przejść drogą ewakuacyjną wzdłuż przeszklonego pomieszczenia, w którym pożar w pełni się rozwinął.

 

Oprócz wyżej opisanych testów przeprowadzono także badania systemów okiennych o dużych rozmiarach, obejmujących powierzchnie szklane zabudowane od poziomu podłogi do sufitu, przedzielone w niektórych przypadkach słupkami okiennymi. Przy ustalaniu metody badania uwzględniono takie parametry, jak szerokość okna i grubość słupka okiennego, a także wpływ sposobu ochrony przeszklenia tryskaczami pojedynczymi lub działającymi grupowo.

 

Celem badań było określenie maksymalnej szerokości przeszklenia, które może być chronione przy zastosowaniu jednego tryskacza, a ponadto ustalenie warunków ochrony grupowej. Badania prowadzono w podobnym pod względem rozmiarów pomieszczeniu badawczym (fot. 1). Układ pomieszczenia przedstawia rys 3.

 

Rys. 3. Przekrój pionowy przez pomieszczenie badawcze

 

 We wszystkich badaniach zastosowano tryskacze szybkiego reagowania, zainstalowane poziomo w stosunku do przeszklenia i w środku jego górnej części (rys. 4).

 

  

Rys. 4. Lokalizacja tryskacza w odniesieniu do pełnego rozmiaru przeszklenia

 

 Wyniki badań wskazują, że aby zapewnić skuteczną ochronę, tryskacz szybkiego reagowania musi posiadać znamionową temperaturę otwarcia równą 74oC i wskaźnik szybkości zadziałania RTI równy 22,7 m1/2s1/2 lub niższy. Ciśnienie wody uzyskiwane przy wylocie tryskacza wynosi 145 kPa.

 

Dla pojedynczego przeszklenia o szerokości 3000 mm, bez słupków dzielących szybę, woda rozpylona z pojedynczego tryskacza zapewnia pokrycie całej powierzchni obejmującej okno i obramowanie, tworząc odpowiednią kurtynę wodną na powierzchni przeszklenia (rys. 5).

 

Rys. 5. Lokalizacja pojedynczego tryskacza chroniącego pelno-wymiarowe przeszklenie

 

 Badania prowadzono także dla systemów okiennych przedzielonych słupkami o grubości 10 i 25 mm. Wyniki pokazały, że słupek o grubości 25 mm i większej przeszkadza w rozpyleniu wody na całej powierzchni przeszklenia. Pojedynczy tryskacz nie jest w stanie zapewnić odpowiedniej ochrony dla takiego zestawu okiennego, dlatego należy w tym przypadku rozważyć zastosowanie systemu z wieloma tryska-czami (ochrony grupowej). Rozwiązanie takie przedstawia rys. 6.

 

Rys. 6. Lokalizacja systemu wielu tryskaczy chroniącego szerokie przeszklenie przedzielone słupkami

 

 Metoda ochrony szklanych przegród przy wykorzystaniu urządzeń gaśniczych tryskaczowych nie ma zastosowania, gdy przeszklenie dodatkowo przedzielone jest słupkiem poziomym (rys. 7). W tym przypadku nie ma możliwości zapewnienia pokrycia całej powierzchni przeszklenia strumieniem wody z tryskacza.

 

Rys. 7. Przegroda szklana przedzielona słupkiem pośrednim (poziomym)

 

 

 Przeprowadzone testy wykazały, że dla bardzo dużych przeszkleń bez słupków dzielących, czasy zadziałania tryskaczy zlokalizowanych w odległości 2000 mm od siebie mieściły się w zakresie od 5 do 7 minut. Uruchomienie tryskaczy nastąpiło zanim temperatura krytyczna przeszklenia mogła zostać osiągnięta, tzn. przed upływem 11 minut. W związku z tym system wielu tryskaczy może służyć do ochrony dużych przeszkleń, bez obawy opóźnienia zadziałania tryskaczy, pod warunkiem, że odległość między tryskaczami nie przekracza 2000 mm (rys. 8).

 

Jeżeli pomiędzy tryskaczami będzie występować słupek o grubości większej niż 50 mm, rozpylona woda nie będzie miała znaczącego wpływu na opóźnienie uruchomienia sąsiedniego tryskacza. W badanym przypadku drugi tryskacz uruchomił się po 40 sekundach. Przy stosowaniu do ochrony okien o dużej szerokości lub przedzielonych słupkami systemu z wieloma tryskaczami, należy zwrócić uwagę, że woda rozpylona z pierwszego tryskacza może spowodować opóźnienie w uruchomieniu tryskacza sąsiedniego.

 

Zastosowanie wiszących tryskaczy sufitowych do ochrony szklanych przegród ma ogromne znaczenie dla projektantów, z uwagi na walory estetyczne wykończenia pomieszczeń. Skuteczność takiego systemu zależy od dwóch czynników:

- czasu zadziałania tryskacza,

- kształtu strugi rozpylonej wody, tworzącego się na powierzchni przeszklenia.

Tryskacze sufitowe, zarówno standardowe, jak i szybkiego reagowania, nie uruchamiają się na tyle szybko, by ochronić pełnowymiarowe hartowane przeszklenie przed oddziaływaniem nawet małego pożaru zlokalizowanego w pobliżu szkła.

 

To znacznie ogranicza ich stosowanie do ochrony przegród szklanych. Mogą jednak być stosowane w przypadku, gdzie podstawa przeszklenia znajduje się co najmniej 1000 mm powyżej poziomu podłogi. W takich sytuacjach pożar zlokalizowany blisko przeszklenia nie będzie bezpośrednio oddziaływał na szkło.

 

Rys. 8. Lokalizacja systemu wielu tryskaczy chroniących szerokie przeszklenie

 

 Serie badań kształtu strugi rozpylonej wody, tworzącego się na powierzchni przeszklenia, pokazały, że im większa głębokość parapetu, im większa odległość zamontowania tryskacza zarówno od górnej płaszczyzny przeszklenia, jak i od powierzchni okna -tym większe prawdopodobieństwo pęknięcia szkła w wyniku oddziaływania pożaru. Wiąże się to z wielkością suchej powierzchni tworzącej się na przeszkleniu.

 

Im większa będzie ta powierzchnia, tym większe będzie prawdopodobieństwo pęknięcia szkła, spowodowane tzw. „szokiem termicznym". Na podstawie wyników tych badań określono następujące parametry graniczne (rys. 9.): maksymalna głębokość parapetu - 150 mm; maksymalna wysokość zamocowania tryskacza powyżej górnej płaszczyzny przeszklenia - 450 mm; maksymalna odległość tryskacza od okna - 600 mm. Te parametry są współzależne. Projektanci powinni dobierać je tak, aby zapewnić pokrycie wodą całej powierzchni przeszklenia.

 

  

Rys. 9. Lokalizacja tryskacza sufitowego w odniesieniu do przeszklenia

 

 Paweł Królikowski

Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Pożarnictwa Oddział Katowice

 

inne artykuły tego autora:  

- Atria i pasaże handlowe a ochrona przeciwpożarowa. Część 2, Paweł Królikowski, Świat Szkła 10/2008

- Atria i pasaże handlowe a ochrona przeciwpożarowa. Część 1, Paweł Królikowski, Świat Szkła 9/2008

- Drzwi automatyczne a wyjścia ewakuacyjne - wymagania dla bezpieczeństwa pożarowego , Paweł Królikowski, Świat Szkła 5/2006

- Wymagania stawiane urządzeniom do usuwania dymu oraz zapobiegającym zadymieniu, Paweł Królikowski, Świat Szkła 12/2005 


- Wpływ instalacji gaśniczych tryskaczowych na ochronę przegród przeszklonych. Część 2  , Paweł Królikowski, Świat Szkła 6/2005

- Wpływ instalacji gaśniczych tryskaczowych na ochronę przegród przeszklonych. Część 1  , Paweł Królikowski, Świat Szkła 5/2005

 

więcej informacji: Świat Szkla 5/2005

 

1 Richardson J. K., Oleszkiewicz I., Fire tests on window assemblies protected by automatic sprinklers, Fire Technology, Vol. 23, No. 2 (May 1987), pp. 115-132

2 Kim A.K. i Lougheed G.D., The protection of glazing systems with dedicated sprinklers, Journal of Fire Protection Engineering, Vol. 2, 1990, pp. 49-59

3 Moulen A. W., Grubits S. J. Water curtains to shield glass from radiant heat from building fires, Technical Record 44/153/422, Department of Housing and Construction, Australia 1975

 

 

 

01 chik
01 chik