Wentylacja to nie panaceum

Większość z nas miała już z pewnością okazję prowadzić wentylację pożarową. Czasem w pełni świadomie, a czasem bez przywiązywania do tego większej uwagi, bo przecież samo otwarcie drzwi frontowych podczas natarcia na pożar jest już rodzajem wentylacji: dym i gorące gazy zaczynają z budynku (pomieszczenia) wypływać, a napływa do niego  świeże powietrze.. Jednak aby w pełni zrozumieć, czym jest wentylacja pożarowa, musimy na nią spojrzeć z innej perspektywy.

Wentylacja nadciśnieniowa, czyli wykorzystanie wentylatorów podczas działań, staje się coraz bardziej popularna. Zastosowanie wentylacji podczas pożaru w wielu sytuacjach jest dobrym rozwiązaniem, ale równie dobrze może stworzyć więcej problemów, niż jest w stanie rozwiązać. Pamiętajmy, że wentylacja pożarowa to nie panaceum i wiedza o jej potencjalnych rezultatach jest niezbędna, aby odnieść sukces. Musi być działaniem celowym i skoordynowanym z innymi czynnościami, szczególnie z natarciem i gaszeniem pożaru.

Wentylacja - szanse i zagrożenia

Wentylacja pożarowa to czynności zmierzające do usunięcia w sposób kontrolowany gorących gazów pożarowych z przestrzeni narażonych na działanie ognia i dymu. Nie jest to  zwykłe wykonywanie otworów w obiekcie, bez żadnego planu, bo wówczas byłoby to działanie przypadkowe, nieracjonalne, a nawet niebezpieczne. Przed rozpoczęciem jakiejkolwiek sekwencji wentylacji pożarowej powinniśmy mieć pełną świadomość tego, co zamierzamy poprzez nią osiągnąć, aby optymalnie dostosować do celu metody postępowania. Pamiętajmy też, że prowadząc wentylację, jednocześnie należy wykonywać inne czynności ratownicze.

Rys. 1. Wentylacja nadciśnieniowa może zwiększyć ryzyko rozprzestrzenienia się pożaru na część poddasza lub do przyległego budynku

Aby zrozumieć wentylację pożarową, trzeba wiedzieć, jak rozwija się pożar. W pomieszczeniu objętym pożarem dochodzi do kilku zjawisk, między innymi przyrostu ciśnienia. Nadciśnienie powodowane jest zjawiskiem tzw. ekspansji termicznej: kiedy powietrze (lub dym/gazy pożarowe) jest podgrzewane, podlega zwiększeniu objętości i tym samym tworzy nadciśnienie. Ponadto ogrzane powietrze (lub dym/gazy pożarowe) jest lżejsze od chłodnego powietrza, co sprawia, że się unosi. Nazywamy to wyporem termicznym.

Ekspansja termiczna i wypór termiczny tworzą różnice ciśnienia w pomieszczeniu (lub budynku) i - w szczególności - różnice ciśnienia w stosunku do otoczenia (na zewnątrz budynku lub w innych jego częściach). Te różnice ciśnień są tym, co wykorzystujemy przy prowadzeniu wentylacji pożarowej i one powodują, że gazy pożarowe przepływają. Zakładając, że w pomieszczeniu objętym pożarem istnieje jakiś otwór pomiędzy obszarami o różnych ciśnieniach, zawsze wystąpi przepływ od wyższego ciśnienia do niższego. Zatem, jeśli istnieje pomieszczenie z jednym otworem, ekspansja termiczna i wypór termiczny spowodują, że gazy pożarowe wypłyną z górnej części otworu, a świeże powietrze napłynie przez jego dolną cześć. Jeśli w płonącym pomieszczeniu mamy dwa otwory, z których jeden jest usytuowany wyżej od drugiego, gorące gazy pożarowe będą wypływać z górnego otworu, a świeże powietrze będzie napływać przez dolny. W ten sposób tworzy się ścieżka przepływu gazów. Poprzez zastosowanie odpowiedniej wentylacji pożarowej jesteśmy w stanie kontrolować tę wymianę gazową.

Możemy do tego celu wykorzystać drzwi, okna lub wyciąć otwór w dachu. Często sam pożar wypala dziurę w dachu, co daje ten sam efekt - powstaje otwór między obszarami o różnym ciśnieniu. Musimy pamiętać, że wykonując te otwory, doprowadzamy do zmiany warunków w obiekcie poprzez zmianę różnicy ciśnień. Jeśli postąpimy prawidłowo, sprawy przybiorą korzystny obrót. Jeśli popełnimy błąd - wydarzenia potoczą się zgoła nie po naszej myśli.

W tym miejscu należy wprowadzić pojęcia pożaru kontrolowanego przez paliwo i pożaru kontrolowanego przez wentylację. Rozwój pożaru kontrolowanego przez paliwo zależy od materiału ulegającego spalaniu (wliczając budynek, który zwykle jest też częściowo paliwem), zaś rozwój pożaru kontrolowanego przez wentylację - od ilości dostępnego powietrza. Jeśli wentylujemy budynek, w którym rozwija się pożar kontrolowany przez paliwo, zazwyczaj nie zobaczymy żadnej dramatycznej zmiany w jego rozwoju. Ma on już wystarczającą ilość powietrza, więc jego dopływ w wyniku wentylacji pożarowej niewiele zmieni.

Jednakże wentylowanie pożaru kontrolowanego przez wentylację sprzyja wystąpieniu dynamicznych, bardzo niebezpiecznych zjawisk. Rezultatem może być bardzo szybki rozwój pożaru, powodujący rozgorzenie, a nawet, choć rzadko, wsteczny ciąg płomienia. Problem polega na tym, że po przyjeździe na miejsce zdarzenia rzadko wiemy, z jakim pożarem mamy do czynienia.

Konsekwentnie powinniśmy więc zakładać, że pożar jest kontrolowany przez wentylację i podczas jego wentylowania dysponować gotowym prądem wodnym lub innym medium gaśniczym. W niektórych przypadkach lepszym rozwiązaniem może być nieotwieranie pomieszczenia objętego pożarem.

Przystępując do wentylacji pożarowej, powinniśmy pamiętać o kilku podstawowych, ale istotnych kwestiach:

• Pomiędzy pomieszczeniami (lub pomiędzy budynkiem i jego otoczeniem), w których panuje różne ciśnienie (a w jednym lub kilku z nich jest ono powodowane przez pożar) następuje przepływ gazów pożarowych.
• W pomieszczeniu, w obrębie którego występują różnice ciśnień, będzie zachodził przepływ gazów pożarowych.
• Przepływ gazów pożarowych będzie następował zawsze od obszaru wyższego ciśnienia do obszaru niższego ciśnienia, bez wyjątków.
• Użycie wentylatora osiowego nie zmienia tej prawidłowości!

Wentylacja nadciśnieniowa

W ciągu kilku ostatnich lat wykorzystanie wentylatorów podczas działań gaśniczych stało się powszechne. Popularną metodą skutecznego natarcia na pożar jest wentylacja nadciśnieniowa. To technika polegająca na wypchnięciu ciepła i dymu z płonącego budynku poprzez wtłaczanie do jego wnętrza świeżego powietrza za pomocą wentylatora o wysokiej wydajności. Oto krótki opis etapów  natarcia nadciśnieniowego:

• przygotowanie się roty do prowadzenia natarcia wewnętrznego,
• lokalizacja pomieszczenia objętego pożarem,
• odnalezienie odpowiedniego otworu wlotowego po stronie przeciwnej do wylotu i pomieszczenia objętego pożarem,
• ustawienie wentylatora w miejscu wlotu, wyłączonego lub odwróconego od wlotu,
• wykonanie otworu wylotowego tak blisko ogniska pożaru, jak to możliwe, najlepiej w pomieszczeniu objętym pożarem,
• skierowanie wentylatora w stronę wlotu i uruchomienie go na pełnych obrotach,
• natarcie na pożar.

Wentylacja nadciśnieniowa to technika odpowiednia przy pożarach w niezbyt skomplikowanych, niewielkich obiektach, ze standardową wysokością pomieszczeń. Sprawdza się w budynkach bez zakrętów czy zakamarków, gdzie dosyć prosto można wytworzyć niezakłócony tor przepływu pomiędzy wlotem a wylotem: w budynkach mieszkalnych, domach jednorodzinnych, domach wielorodzinnych z wyraźnym podziałem funkcjonalnym, małych sklepach, warsztatach, biurach, a nawet w małych oddziałach szpitalnych (jeden korytarz z kilkoma pokojami). Nie nadaje się ona do zastosowania w dużych magazynach, całym budynku szpitala czy centrum handlowym.

Rys. 2. Zależność pomiędzy powierzchnią otworu wlotowego i wylotowego przy wykorzystaniu zjawiska wyporu termicznego

W wentylacji pożarowej wykorzystujemy równanie Bernoulliego. Jest ono oparte na pierwszej zasadzie termodynamiki i mówi, że suma ciśnienia atmosferycznego, hydrostatycznego i dynamicznego jest stała. Na tej podstawie możemy wyliczyć relację między rozmiarem otworów wlotowych i wylotowych. Oczywiście można to również wykazać za pomocą kilku prostych eksperymentów. Kiedy nie wykorzystujemy wentylatorów i nie stosujemy wentylacji nadciśnieniowej, pole powierzchni otworów wlotowych powinno być co najmniej takie samo, jak otworów wylotowych, a najlepiej dwa razy większe. Należy jednak pamiętać, że wiele budynków ma skomplikowany układ, z drzwiami wewnętrznymi czy przedmiotami zakłócającymi przepływ. Stojąc przed budynkiem objętym pożarem widzimy jedynie to, co dzieje się na zewnątrz. Nie mamy pojęcia o tym, jak wygląda sytuacja od środka. Zatem jeśli stosujemy wentylację pożarową i nie uzyskujemy zamierzonego efektu, powinniśmy wstrzymać nasze czynności i przeanalizować sytuację.

Spójrzmy teraz na wentylację nadciśnieniową i relację pomiędzy powierzchnią wlotów i wylotów z praktycznego punktu widzenia. Załóżmy, że istnieje budynek z dwoma pomieszczeniami - w jednym znajduje się otwór wlotowy, a w drugim wylotowy. W pomieszczeniu z wylotem rozwija się pożar, a przed pomieszczeniem z wlotem ustawiono wentylator. Jeśli zmniejszymy otwór wylotowy, a otwór wlotowy pozostawimy bez zmian, to strata ciśnienia przy wylocie będzie bardzo duża. Im mniejszy wylot, tym większa strata ciśnienia. Przy niewielkim rozmiarze otworu wylotowego strata ciśnienia będzie tak duża, że ciśnienie generowane przez wentylator nie będzie wystarczające do wypchnięcia czegokolwiek przez otwór wylotowy. W rezultacie wystąpi cofanie się dymu, a nasze działania będą jedynie dotleniać pożar.

Rys. 3. Zależność pomiędzy powierzchnią otworu wlotowego i wylotowego przy wykorzystaniu wentylacji nadciśnieniowej

Przy bardzo dużym otworze wylotowym strata ciśnienia będzie bardzo mała. W sytuacji skrajnej, np. usunięcia ściany zewnętrznej, ciśnienie w pomieszczeniu objętym pożarem (które stanie się pomieszczeniem z nieokreślenie dużym wylotem) będzie mniej więcej równe ciśnieniu otoczenia. W rezultacie w pierwszym z pomieszczeń lub w otworze wlotowym dym i gazy pożarowe nie pojawią się.

Wentylatorów można też używać do zwiększenia ciśnienia w różnych przestrzeniach - na przykład by powstrzymać lub przynajmniej ograniczyć przedostawanie się gorących gazów na drogę ewakuacyjną czy trasę natarcia strażaków lub zyskać czas do ochrony części budynków nieobjętych pożarem. Lub, jeśli część budynku jest spisana na straty, inne części budynku mogą zostać poddane oddziaływaniu zwiększonego ciśnienia w celu zyskania czasu do ich ocalenia lub ratowania ich wyposażenia. Jeśli wykorzystujemy wentylatory do utrzymywania nadciśnienia, nie interesują nas otwory wylotowe, nie zależy nam bowiem na przepływie przez obiekt. Istotne są natomiast otwory wlotowe - w ich miejscu ustawione zostaną wentylatory tłoczące powietrze do środka. Najłatwiej wytworzyć nadciśnienie w obiekcie z przedzieleniem pomiędzy przestrzenią objętą pożarem a przestrzenią, w której wytworzymy nadciśnienie.

Strażacy często pytają o  odległość pomiędzy wentylatorem a drzwiami podczas prowadzenia wentylacji nadciśnieniowej. Niestety, na to pytanie nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Zależy ona od wielu czynników:

• rozmiaru wentylatora (średnica, moc itp.),
• typu wentylatora (silnik spalinowy, elektryczny lub napędzany wodą),
• konstrukcji wentylatora,
• rozmiaru i geometrii otworów (wlotów i wylotów),
• planu budynku.

Dlatego należy testować pracę wentylatorów w różnych warunkach. Generalnie przyjmujemy, że  odległość pomiędzy drzwiami a wentylatorem zależy od celu, w jakim używany tego urządzenia. Jeśli chcemy zwiększyć ciśnienie na klatce schodowej lub w pewnej części budynku, stosujemy tzw. zasadę stożka, czyli  pokrywamy powierzchnię otworu wlotowego strumieniem powietrza. To zapewni w tej przestrzeni najwyższe możliwe nadciśnienie. Jeśli celem jest wytworzenie przepływu powietrza przez obiekt, wypchnięcie ciepła i dymu przez otwór wylotowy, odległość ta będzie uzależniona od modelu wentylatora. W tym przypadku, mówiąc ogólnie, wentylator powinien być umieszczony możliwie blisko otworu wlotowego (choć niektóre typy wentylatorów pracują lepiej w pewnym oddaleniu). Nie ma tu większego znaczenia pokrycie otworu wlotowego stożkiem powietrza. Powinniśmy zmierzać do przetłoczenia jak największej ilości powietrza przez budynek. Uzyskamy to, kierując całą strugę powietrza do wnętrza otworu wlotowego i zasysając powietrze znajdujące się wokół tej strugi. Powietrze napotykające ściany i inne płaszczyzny otaczające otwór wlotowy to, mówiąc ogólnie, strata wydatku. Pamiętajmy jednak, że większy przepływ powietrza może przyczynić się do rozwoju pożaru, więc należy do całego zagadnienia podejść z ostrożnością i pełną świadomością bieżącej sytuacji.

Podsumowanie

Na koniec warto podkreślić, że wentylację pożarową musimy dobrze skoordynować z innymi działaniami, w szczególności z gaszeniem ognia. Wypuszczając dym i ciepło, czy za pomocą wentylatora, czy bez niego, tworzymy łatwiejsze i bezpieczniejsze warunki pracy strażaka. Poprawa warunków nie jest jednak trwała, skuteczność działań wymaga wykorzystania przepływu gazów do natarcia na pożar.

Zawsze musimy być gotowi na wykonanie innych czynności, stosownych do sytuacji. Nie zawsze możemy prowadzić działania wewnątrz budynku, ale gdy się na nie decydujemy, o wiele łatwiej i bezpieczniej  poruszać się w obiekcie, z którego najpierw usuniemy dym i ciepło. A żeby tego dokonać w sposób kontrolowany i skuteczny, musimy wiedzieć, jak rozwija się pożar, jakie są różnice ciśnień i mieć świadomość tego, co się wydarzy, jeśli poddamy budynek wentylacji.

Wentylacja pożarowa jest dobrym rozwiązaniem, ale nie panaceum. W straży pożarnej coś takiego nie istnieje.

Stefan Svensson

Literatura

Ch. Emrich, U. Cimolino. S. Svensson, Taktische Ventilation., Ecomed Sicherheit 2012.
K. Garcia, R. Kauffmann & R. Schelble, Positive Pressure Attack for Ventilation & Firefighting, PennWell 2006.
S. Svensson, Fire Ventilation (U30-651/05), Swedish Rescue Services Agency/Räddningsverket, 2005

Wykonana poprawnie wentylacja nadciśnieniowa szybko oczyszcza klatkę schodową i polepsza warunki pracy strażaka

Wentylatory można wykorzystać do wytworzenia nadciśnienia w obiektach wielkokubaturowych w celu zapobieżenia rozprzestrzenianiu się dymu i ciepła na obszary niezagrożone