Logisztikai központokban a biztonságos tűzjelzés és a hatékony hő- és füstelvezetés összefüggései Az elmúlt években tömegével jelentek meg hazánkban a nyugati befektetők és gomba módra szaporodnak a kisebb-nagyobb logisztikai központok, raktárcsarnokok. Az ilyen kihívásokra tűzvédelmi szempontból nem voltunk felkészülve. Például a csarnok épületekre vonatkozóan 1994-től van konkrét hő-és füstelvezető szabályozás (a maga kisebb-nagyobb hiányosságaival együtt). A nagy belmagasságú terekben a füst lényegében akadálytalan szétterjedése miatt a füstérzékelők „bejelzési ideje” jelentősen megnövekedhet, és ez idő alatt a tűz jelentős oldalirányú növekedése is bekövetkezhet, sőt kedvezőtlen esetben katasztrofális méreteket is elérhet. Gyakran a tervezők nincsenek tudatában a probléma sokrétegűségének, vagy a mindenáron alacsony árra való törekvés miatt megelégszenek részleges, vagy csak bizonyos feltételek megléte esetén működőképes védelemmel. A szakképzetlen felhasználót pedig senki sem világosítja fel arról, hogy mit is kockáztat akkor, ha az ár miatt a nem teljes értékű védelem mellett dönt, vagy azzal ha időlegesen vagy hosszabb időre (például a szellőzés - számára teljesen érthető és szükségszerű - bekapcsolásával) megszűnteti, vagy megváltoztatja azokat a feltételeket, amelyek fennállása esetén kielégítő hatékonysággal működőképes a tűzjelző rendszer. A füstérzékelők különböző belmagasságú terekben való alkalmazásával kapcsolatban a gyártók általában az alábbi ajánlást adják: belmagasság
pontszerű füstérzékelők
vonali füstérzékelők
1,5-4,5
jó
megfelelő
4,5-7,5
jó
jó
7,5-9,0
megfelelő
jó
9,0-20
feltételesen megfelelő
jó
20,40
nem megfelelő
megfelelő
A táblázatból kiderül, hogy füstérzékelők 9-20 m-ig, a vonali füstérzékelők még 20-40 m közötti magasságban is használhatók.
Az érzékelők alkalmazhatósága azonban nem azt jelenti, hogy a nagy magasságú helyiségekben a kifogástalan védelem kialakítása olyan egyszerű feladat. A probléma megértéséhez a füst tulajdonságaiból kell kiindulni. Hogyan viselkedik a füst? A tűz égése során keletkező füst többnyire füstoszlopot alkotva száll fölfelé. Útja során keveredik a tiszta levegővel, hígul és hűl. Ennek következtében a magasabb régiókban a mozgása lassul és egyre jobban szétterül. A füst függőleges terjedési sebessége függ a füstforrás (tűz) hőmérsékletétől és a környezetében lévő levegő hőmérsékletétől. Minél melegebb a füst – a környezeti levegőhöz képest – annál gyorsabban és kevésbé széttartó a mozgása, ezáltal magasabbra képes emelkedni a füstoszlop. A függőleges irányú mozgás mindaddig fennmarad, míg a füst hőmérséklete a környező levegő hőmérsékleténél magasabb, vagy amíg a mennyezetet el nem éri. Az elért magasságban a lehűlt, mozgási energiáját elvesztett, vagy a mennyezetet elért füstöt az alulról érkező, még termikus energiával rendelkező füst igyekszik a helyéről kiszorítani, aminek hatására megindul a füst oldalirányú szétterjedése. Többnyire ezzel az oldalirányú terjedéssel jut a füst a pontszerű füstérzékelő kamrájába vagy a vonali füstérzékelő őrzősugarába. A füstforrásokként szolgáló tüzek egy része (rejtett parázsló tüzek, pirolízis, svéltüzek, és általában a lángoló fázis előtt álló tüzek) csekély termikus energiával rendelkező „hideg” füstöt termelnek. Ezek a füstök lassan, jelentős mértékben szétterjedve emelkednek, különösen meleg levegőben, vagy a meleg levegőréteget (hőpárnát) elérve nem emelkednek magasra, az emelkedésük gyakran már 4,5-6 m magasságban megáll, még mielőtt elérnék a magasabban lévő mennyezetet. A nagy termikus energiával rendelkező füstök (általában nyílt lánggal égő tüzek) különösen hideg környezetben gyorsan, kevésbé széttartva emelkednek és a hideg füstöknél jóval nagyobb magasságba – gyakran 25 m-t meghaladó magasságba is – képesek emelkedni.Tehát ennél az aktív tűzvédelmi rendszernél (automatikus tűzjelző) lényeges és meghatározó szempont, hogy hová tegyük a füstérzékelőket.
A pontszerű füstérzékelők akkor lesznek hatásosak, ha az érzékelő kamrájába megfelelő töménységű füst jut, a vonali füstérzékelők pedig akkor, ha az őrző sugárba (a sugár útjába) megfelelő mennyiségű, töménységű füst elegendő hosszúságban van jelen. Az érzékelőket oda kell helyezni, ahol a keletkező tűz füstje a kellő töménységben, a lehető legkorábban biztosan megjelenik és a lehető legtovább tartózkodik. A nyugvó levegőben a füst felfelé száll, ha eléri a mennyezetet felhalmozódik majd minden akadálymentes irányban szétterjedve egyre vastagabb rétegben beborítja. Ez az a hely, ahol a legbiztosabban számíthatunk a füst megjelenésére és általában eredményes detektálására. Alapvető fontosságú, hogy ide helyezzük az érzékelőket, de előfordulhat, hogy nem elégséges csak ide helyezni őket. A füst érzékelés lehetőségei 4,5 m-ig: Sík mennyezetet és akadálytalan füstterjedést feltételezve azonban csak 4-5 m belmagasságig
számíthatunk
arra,
hogy
a
mennyezetre
szerelt
pontszerű
füstérzékelőket, vagy a mennyezet alá szerelt vonali füstérzékelő sugarát rövid idő alatt bizonyosan eléri a legtöbb kezdődő tűz füstje.
4,5-7,5 m-ig: Ezen belmagasságtartományban már nem várható, hogy a kis termikus energiával rendelkező füstök is elérik a mennyezetet, egyre növekszik a „hideg”-ként viselkedő füstök aránya, azaz egyre kevesebb fajta tűz füstje éri el a mennyezetet még a tűz kezdeti szakaszában. Le kell mondanunk tehát arról, hogy ezeket a „hideg” füstöt termelő tüzeket a szokásos módon, a mennyezetre helyezett füstérzékelőkkel már a kezdeti szakaszban jelezzük. Ahogy múlik az idő és a tűz egyre növekszik, növekszik a termikus felhajtó erő is és az egyre „melegedő” füst majd eléri a mennyezetet is, legalább akkor, amikor a tűz már lángolóvá vált. Ez idő alatt a kezdetben kis terjedésű, „pontszerűnek” tekinthető tűz nemcsak jellegében változik meg, hanem kiterjedésében is, azaz oldalirányban is növekszik.
Ennek az oldalirányú növekedésnek a sebessége, mely többek között a helyiségben lévő éghető anyagok fajtájától és mennyiségétől függ, határozza meg, hogy az oltás megkezdésekor a kialakult tűz megfékezhető-e. 7,5 m felett: Ezen belmagasság felett egy új probléma is megjelenik: egyre inkább kell számolni a felszálló füst hígulásával. Itt már előfordulhat, hogy az egyre inkább széttartó és a hosszú úton tiszta levegőt beszívó és felhígult füst töménysége – legalábbis a kezdeti szakaszban – nem elegendő a normál érzékenységű érzékelők jelzésének kiváltásához. A hígulás hatását kompenzálhatjuk érzékenyebb érzékelők alkalmazásával. Az analóg intelligens érzékelők alkalmazása esetén a tűzjelző központban szoftver úton állíthatjuk az érzékenységet, vagy használhatunk extra nagyérzékenységű lézeres füstérzékelőt, mely a normál (fényszóródás elvén működő) optikai füstérzékelőhöz képest 20-50- szeres érzékenységű. Különösen a nagy és magas helyiségek védelmére előnyösen
használhatjuk
a
vonali
füstérzékelőket
is,
mert
ezek
integráló
tulajdonságúak és a teljes őrzősugár-hosszra vonatkozott érzékenységük a normál pontszerű füstérzékelők érzékenységének 5-10-szerese. Így a vonali füstérzékelők használata esetén a füst hígulását jól kompenzálja az, hogy a széttartó, nagyobb felületet beborító és az őrzősugárban nagyobb hosszon jelen lévő füst a riasztást, vagy a füstelvezető és friss levegő utánpótlás indítását az alacsonyabb koncentráció ellenére is ki tudja váltani. Ezért a nagyméretű, magas helyiségek védelmére a vonali füstérzékelők még nagy magasságban is kedvezőbben használhatók, mint a hagyományos pontszerű érzékelők, de mindig tudatában kell lenni annak, hogy a jelzéshez a füstnek el kell érnie az őrzősugarat és az őrzősugár relatív hosszú szakaszában benne is kell lennie. A nagy belmagasságban lévő őrzősugarat is csak a füstöknek egy része, a nagyobb termikus energiával rendelkező füstök tudják a tűz kezdeti szakaszában elérni. A nagyobb termikus energiát (felhajtó erőt) pedig a nagyobb, általában a nyílt lángú fázisba jutott tűz adja.
A korai jelzés érdekében nem segít a normál érzékenységű pontszerű füstérzékelők sűrűbb elhelyezése, vagy a vonali füstérzékelőkre bízott sáv szűkítése sem. Sűrűbb elhelyezés esetén gyakorlatilag egyszerre több érzékelő fog jelezni, de nem korábban. A vonali füstérzékelőkhöz hasonlóan jól használható az aspirációs füstérzékelő (légszívásos füstjelzők). Ez a rendszer az előzőektől annyiban tér el, hogy például a magas raktárak polc rendszereinél bizonyos szintmagasságokban és a mennyezet alatt perforált csőhálózat megy végig, és a csőben lévő levegőt egy szivattyú percenként meghatározott mennyiségben megszívja, majd a beszívott levegő minőségét a számítógépben megfelelő program segítségével kiértékeli. Ez a rendszer gyakorlatilag akár az egész teret be tudja hálózni, ezáltal a lehető legkorábbi jelzést tudja produkálni. Hátránya lehet, hogy porosabb helyiségben nem alkalmazható, mivel a porszemcsék
füstöt
imitálhatnak.
Ezt
az
érzékenység
helyes
beállításával
csökkenthetjük. Továbbá rontja a füstérzékelés lehetőseit, ha a helyiségben elszívó berendezés működik, vagy ha a helyiség szellőzik, mert ez a füstöt és az égési aerosolok egy részét is elszívhatja, oly mértékben módosíthatja a lég- és füstáramlási viszonyokat, hogy azok el sem érik az érzékelőt, vagy a vonali füstérzékelő őrzősugara mentén nem képesek tovaterjedni és a jelzéshez kellő hosszúságban jelen lenni.
Ilyen esetben előfordulhat, hogy a jelzés mindaddig késik, míg a tűz kiterjedése akkorára nem növekszik, hogy az elszívó rendszer már nem képes elvezetni a keletkező égéstermékeket és a füst lassan, vagy ahogy a tűz nő már egyre gyorsabban eléri az érzékelőket és a jelzéshez szükséges koncentrációt. A kezdődő tűz korai fázisában keletkező kis termikus energiával rendelkező „hideg” füstök – kb. 7 m-nél magasabb helyiségekre jellemzően – nem érik el a magasabban lévő mennyezetet, ezért szükséges kb. 4-7 m magasságban – de legfeljebb a belmagasság 60 %-ban – második síkban is elhelyezni füstérzékelőt a korai és megbízható tűzjelzés érdekében. Ennek szükségességét megpróbálom levezetni egy képzeletbeli füstterjedés vizsgálaton. Az eddigiekből jól látszik, hogy egy magas helyiség védelme során rendkívül sokféle és komplex problémával találkozhatunk, már akkor is ha csak a nagy belmagasságból eredő problémákkal foglalkozunk. A gyakorlatban ez általában bonyolultabb kérdés. Számolnunk kell az esetleges belógó gerendázattal, a füstkötény-falakkal, a légtechnikai csővezetékkel (ezek átmérője több méter is lehet), a magas polcokkal stb. , valamint ezekből adódó füstterjedési és áramlási problémákkal. További problémát okozhat a légpárna kialakulása a fűtés vagy a tűző napsugárzás következtében. A probléma bonyolultsága miatt az érzékelőket mindig egyedileg kell megválasztani, a helyüket kijelölni az egyedi sajátosságoknak megfelelően. Amennyiben az eset bonyolultsága miatt a füst terjedése elméleti szinten nem követhető, úgy mindenféle képen szükség van egy éles füstterjedés vizsgálatra. A vizsgálat célja, hogy meg tudjuk határozni, milyen érzékelőket célszerű használni és hova kell azokat elhelyezni a hatékony védelem érdekében. Lényeges, hogy olyan anyagokkal végezzük el a teszttüzet, amely valójában is elő fog fordulni a használat során. Az érzékelők alkalmazhatósága azonban nem azt jelenti, hogy a nagy magasságú helyiségekben a kifogástalan védelem kialakítása olyan egyszerű feladat. A probléma megértéséhez a füst tulajdonságaiból kell kiindulni. A tűz során keletkezett füst általában felfelé száll a korábban leírtak szerint, de közben a mozgása lassul, veszít a termikus energiájából, hűl és hígul a tiszta levegővel. A füst függőleges
terjedési sebessége függ a füst hőmérsékletétől, ezáltal a keletkező termikus energiától, a környező levegő hőmérsékletétől. Minél nagyobb a hőmérséklet különbség, annál nagyobb a termikus energia felhajtó ereje. A függőleges irányú füstáramlás mindaddig fennmarad, míg a hőmérséklete magasabb a környező levegő hőmérsékleténél. Minél jobban közelít a két hőmérséklet egymáshoz, annál nagyobb lesz a füst oldalirányú mozgása.
Többnyire ezzel az oldalirányú mozgással jut a pontszerű füstérzékelők kamrájába vagy a vonali füstérzékelők őrzősugarába. A füstforrásként szolgáló tüzek egy része (rejtett parázsló tüzek, svéltüzek és általában a lángoló fázis előtt álló tüzek) kevés termikus energiával rendelkező „hideg” füstöt termelnek. Ezek elsősorban vízszintesen terjednek, mert nincs elég termikus energiájuk. Ezen füstök jelzésére a mennyezet alatt elhelyezett érzékelők nem alkalmasak. Ez egy logisztikai raktárcsarnokban gyakran jelent problémát, mert a tárolt anyagok viszonylag gyakran változnak. Ezáltal mind a nagy termikus energiájú, mind a „hideg” füstöt termelő anyagokkal számolni kell.
Ilyen esetekben a korábban említett pontszerű és vonali füstérzékelők általában nem hatásosak. Ekkor a leghatásosabb tűzjelző berendezés az aspirációs rendszer. Ez a kezdődő tűz jelzésére a legalkalmasabb. Az ilyen típusú rendszer a füstérzékelési képesség 0,1 % méter elsötétülési érzékenység mellett akár 500-szorosa a pontszerű füstérzékelők füstérzékelési képességének. A legtöbb tűz a túlmelegedés valamely formájával kezdődik. Ebben a kezdeti fázisban emberi szemmel láthatatlan részecskék kibocsátása történik, ahogy az égési folyamat elkezdődik. A tűz kezdődő fázisában kibocsátott részecskéket a hagyományos füst- vagy hőérzékelőkkel nem biztos, hogy érzékelni lehet, a tűz lappangása percekig, órákig is eltarthat mielőtt a hagyományos érzékelés számára detektálhatóvá válik. A riasztási szint ezeknél a rendszereknél – technológiától függően – állítható. Ez a megnövelt érzékenység lehetővé teszi, hogy tűzesetet érzékeljen még a lánggal való égés előtt. A rendszer a területen belül vagy azon kívül is felszerelhető, a védett területről légmintát vesz egy elszívó ventilátor és egy csőhálózat segítségével. A csőhálózat előre meghatározott helyeken mintavevő lyukakkal van ellátva, amelyeken keresztül a levegőt az aspirációs érzékelő egységbe épített ventilátor szívja. A beszívott levegő tartalmát, fizikai összetételét a központ értékeli ki. Ezzel a rendszerrel a lehető leghamarabb és a legbiztonságosabban valamennyi anyag égésére jellemzően lehet tüzet jelezni. A tűzkockázat elemzést ilyen szempontok alapján is figyelembe véve a leghatékonyabb rendszer. A logisztikai raktárakban, illetve ott, ahol a tűzoltóegységek nagy vonulási idejére kell számítani, megfontolandó ezen rendszer magasabb fajlagos költség megtérülése egy esetleges káresemény bekövetkezésekor. Minél hamarabb tudunk tüzet, tűzre utaló körülményt jelezni, annál hatékonyabban alkalmazhatjuk a hő- és füstelvezetőket. A füstgázok először a látást akadályozzák, ennek következménye a tájékozódás elvesztése és ezt követően a pánik. A bent rekedt személyek már nem találják a menekülési utakat. A kárfelszámolást is nehezíti, hogy a beavatkozó tűzoltó egységek is csak nehezen tudják a tűzfészket behatárolni, illetve azt eloltani. Általában a tűz keletkezésétől számítva rövid idő alatt forró füst és égésgáz keletkezik a födém alatt,
mivel a tűz egyre több hőenergiát termel, a hőmérséklet folyamatosan emelkedik. Amennyiben eléri az ott elhelyezett éghető anyagok gyulladási hőmérsékletét, akkor a födém alatt úgynevezett másodlagos tűzfészkek, magasabban tárolt anyagoknál pedig csúcstüzek alakulhatnak ki. Az egész helyiségben felszabadult éghető bomlástermékek gyulladási hőmérsékletük túllépésével átgyulladáshoz, teljes lángbaboruláshoz – „flash over”-hez – vezetnek. Körülbelül 500°C feletti hőmérsékletnél az acél tartószerkezet, de még a vasbeton vasalásai is – nem megfelelő betonozás esetén – elvesztik teherbíró képességüket. A fentiekből láthatjuk, hogy a füst- és hőelvezető berendezések megfelelő, hatékony alkalmazása elengedhetetlen az építészeti tűzvédelemben. A hatékony elvezetés egyik előfeltétele a korai tűzjelzés, továbbá a tárolt anyag füstfejlesztő képességének megfelelő méretezési csoport megválasztása és a frisslevegő utánpótlás – lehetőség szerint a füstelvezető nyitásával egyidejűleg – biztosítása. A hatékonyságot nagy mértékben befolyásolja még a hő- és füstelvezetők helyes, az ott tárolt anyagra (tűzterhelés, füstfejlesztő képesség) jellemzően való megválasztása. Meg van a mechanikus hő- és füstelvezetőknek és a gépi elszívásnak az előnye, ezeket mérlegelve választhatjuk ki a hatékonyságot legjobban támogató rendszert. Budapest, 2003. március 03.
Zoltán Ferenc tű. őrgy.
