Темата за обезопасяването на подземните гаражи става все по-актуална през последните години. Няколкото големи пожара в този тип обекти, както и навлизането на електрическите автомобили, които създават изцяло нова категория пожарни опасности, са фактори, който привлича вниманието върху темата. В статията се разглеждат най-новите изследвания,

посветени на темата за безопасността на подземните гаражи, и се обсъждат принципите за проектиране на системи с водна мъгла въз основа на проекта на стандарта prEN14972-5 и протокола VdS 3883-4, като за пример се използва системата с водна мъгла ниско налягане FIREKILL™.

В медиите лесно може да се срещнат кадри от видеонаблюдение, които показват изключително бързото развитие на пожар в електрически превозни средства – от скутери [1] през автомобили [2] до автобуси [3]. Затова не е чудно, че изследователи от цял свят се опитват да намерят отговори на наболелите въпроси за това колко опасни са пожарите в електромобилите и как да се справят с тях. Естеството на пожара в акумулаторна батерия се състои в това, че след преминаване границата на топлинна реакция, енергията се предава от една клетка на друга, в резултат на което възниква пожар, който вече не се нуждае от външен източник на кислород, за да продължи да се разраства. Този факт оказва силно влияние върху решенията на противопожарните служби и проектантите на пожарогасителни и вентилационни системи.

В подкаста Science Fire Show [4] (https://www.firescienceshow.com) на Войчех Вегжински темата за пожарите в батерии на електрически автомобили е разгледана в 2 епизода. Първият от тях е разговор с експерт от шведския изследователски институт RISE (Research Institutes of Sweden). Според тях пожарите, показани в YouTube, представляват случаи на динамично развитие на пожари, с които те рядко са се сблъсквали по време на изследванията си. За да се развие пожар в батерията често са необходими 10–20 минути, а когато батерията е нагрята отвън, времето за прегряване на батерията е около 15 минути. Резултатите от теста показват, че максималната и пиковата мощности на пожар в електрически автомобил не са по-високи от стойностите при автомобили с двигател с вътрешно горене. Освен това по-висока динамика на пожара се постига при автомобили с вътрешно горене с пластмасови резервоари за гориво, когато източникът на запалване е разположен в тази част на автомобила. Бързото спукване на пластмасовия резервоар за гориво би довело до пожар от разлятото гориво на голяма площ и по този начин огънят обхваща и съседните автомобили.

Системите с водна мъгла се използват с голям успех за борба с пожари от течно гориво. Освен това те абсорбират големи количества топлинна енергия, поради което са подходяща технология за контрол на пожари в автомобили с вътрешно горене или електрически автомобили.

Въпреки това налице са някои съществени разлики между пожар в електрически и традиционен автомобил. Преди да се възпламени акумулаторната клетка, в атмосферата се отделят опасни димни газове. Основен компонент на дима е флуороводород (HF), който е силно запалим и токсичен за околната среда и опасен за хората. Следователно горящата батерия е много по-безопасна от тази, която отделя запалими и токсични газове. Поради това автоматичните пожарогасителни системи не трябва да се използват на всяка цена за потушаване на пожар. Тяхната задача е да контролират и ограничат пожара. Гасенето на пожара остава в ръцете на професионалните пожарникари, оборудвани със защитно облекло и кислороден апарат. Други компоненти на дима от горенето, за които трябва да се внимава, са метални частици с размер на стружки и капчици електролит, суспендирани в дима и въздуха. И в този случай водната мъгла е добро решение, тъй като помага за свързването на тези частици от въздуха в капчиците мъгла и утаяването им върху пода. Прахоулавящите свойства на водната мъгла отдавна се използват в минната промишленост и товарните пристанищата.

В следващата част на подкаста [5] се обсъждат резултатите от направените анализи в Института за строителни изследвания. Серия от CFD (Computational Fluid Dynamics) симулации показва, че височината на гаража и използването на противопожарна защита в него са по-важни за борбата с пожара и осигуряването на условия за евакуация, отколкото вида на паркираните превозни средства. Оказва се, че гаражите с височина на тавана под 2,7 м нямат шанс да отговорят на условията за евакуация. Затова добрата практика е паркингите да се проектират с височина на тавана между 2,7 м и 3 м. В случай на електрически автомобили, най-добрата техника за контролиране на разпространението на огъня към други автомобили са противопожарните бариери между местата за паркиране или използването на стационарна система за гасене с вода, каквато е системата с водна мъгла ниско налягане.

През 2021–2022 г. в Дания беше проведено изследване на електрически автомобили, чиято цел беше да се определят свързаните с тях рискове от пожари и най-добрите техники за гасене на тези пожари. Датският институт по противопожарни и охранителни технологии (DBI) реализира проект, озаглавен „Пожари на електрически превозни средства в морето – нови технологии и методи за потушаване, ограничаване и гасене на пожари на електрически автомобили на борда на кораби – ELBAS“. Изследването беше фокусирано върху опасностите, свързани с електрическите автомобили на фериботите, където евентуален пожар може да има сериозни последици за живота на хората поради невъзможността за бърза евакуация. 

Допусканията на проекта и предварителните резултати бяха публикувани в информационния бюлетин на DBI от юли 2022 г. [6]. След предварителни проучвания DBI стигна до заключението, че рискът от пожар в електрически или хибриден автомобил е по-нисък, отколкото в автомобил с вътрешно горене. Ако все пак се случи, последствията могат да бъдат по-сериозни, тъй като пожарът в литиева батерия е труден за гасене и може да пламне отново дълго след като е бил потушен. Повторното запалване, подобно на горяща литиева батерия в начална фаза, отделя големи количества токсичен и корозивен газ – флуороводород, което прави тази зона опасна за хората, а гасенето на пожара е затруднено.

DBI тества различни методи за гасене, вариращи от стационарни устройства за гасене с водна мъгла, противопожарни одеяла, странични дюзи, поставени между автомобилите (снимка 3), разпръскване на вода под автомобила – до традиционно гасене с вода с пожарни маркучи.

Разпръскването на водна мъгла под ниско налягане се доказа много ефективно за контролиране и ограничаване на разпространението на пожара. В комбинация с традиционното пожарогасене от професионални пожарникари тази система ще бъде препоръчана от DBI за фериботи с палуби, превозващи автомобили.

Друго много важно откритие на DBI е връзката между податливостта на прегряване на последователни съседни клетки в батерията и поколението на самия електромобил. Колкото по-нови са изпитваните автомобили, толкова по-бавна е топлинната реакция на последователните клетки. С други думи, вероятността за запалване на батерията на новата Tesla, например, е по-малка от тази на стария Nissan Leaf. Това дава много добра перспектива, че днешните проблеми с електрическите автомобили може да са само кратък епизод от развитието на електромобилността.

Имайки предвид горепосочените пълномащабни тестове и анализи, извършени от независими организации, може спокойно да се приеме, че за проектанта на стационарна пожарогасителна система с водна мъгла не е от значение дали в гаража ще има електрически автомобили или не, както и дали ще има специални места за зареждане или автомобилите са паркирани където и да било. Това ще има значение за пожарните служби, чиято задача е да изгасят автомобила. Разбира се, това зависи от насоките на властите, правните разпоредби и административните решения в конкретните случаи.

Серията стандарти EN 14972 скоро ще включва още един протокол за изпитване, посветен на проектирането на подземни гаражи. Това е prEN14972-5 [7], който е разработен въз основа на VdS 3883-4 [8] без съществени промени. Засега, поради липсата на официално публикуване на европейския протокол, фокусът трябва да бъде върху изискванията на VdS. Въпреки това проектирането на инсталациите може да се основава на стандарта БДС EN 14972-1 [9] благодарение на механизма, описан в приложение А към този стандарт, разгледан в предходната статия [10].

В протоколите за изпитване критериите за одобрение на системата са посочени по два начина. Първият, по-често използван от британския институт BRE или американския FM Approvals, се състои в провеждане на предварителни тестове от звеното, разработващо протокола, за да се определят желаните критерии. Това са предварително определени цели, например стайна температура, степен на увреждане на изпитвания материал и околната среда или въздействието върху цел, поставена в близост до горящ обект. Вторият метод за определяне на критериите, по-често използван от VdS, е методът на сравнение с референтния тест. Това означава, че трябва да се извършат тестове със спринклери като еталон за последващи тестове с дюзи за водна мъгла.

Протоколът VdS 3883-4 [8] съдържа критерии за ефективност, определени за последната система, като предполага, че производителят на системата с водна мъгла първо ще проведе изпитвания за гасене, използвайки спринклери в тяхната стандартна конфигурация, и след това ще проведе изпитвания на дюзите за водна мъгла. Резултатът от водната мъгла във всяко от трите изпитвания трябва да бъде по-добър от този, получен с най-благоприятната конфигурация на спринклера. Огънят не трябва да се разпространява върху съседните автомобили и стъклата на прозорците им трябва да останат непокътнати. Поредицата от тестове е описана в таблица 1, като за една система, която искаме да бъде валидирана, трябва да се проведат общо 6 пълномащабни теста. Горните предположения означават, че система, одобрена в съответствие с тези критерии, е по-подходяща за приложение в подземни гаражи от обикновените спринклери.

Референтното изпитване се извършва с помощта на спринклери K80, като температурата на задействане на ампулите е 68 °C. Проектната интензивност на разпръскване на спринклера е 6,5 mm/m2, а площта на покритие на спринклера е 12 m2 (3,5 m x 3,5 m). За сравнение, система с водна мъгла ниско налягане VID FIREKILL, използваща дюзи OH-UPR, постигна съответствие с критериите на протокола при интензивност на разпръскване от 3 mm/m2, като същевременно поддържаше пикови температури с 30 °C по-ниски от тези на спринклерите. Броят на активираните дюзи и при двата вида теста е равен на броя на активираните спринклери. 

Налягането в дюзите е само 6 бара. Височината на изпитваното помещение е 3 m, което е адекватно на съвременните условия за проектиране на гаражи. Горните резултати потвърждават, че водната мъгла е много привлекателна алтернатива на традиционните спринклерни системи в подземните гаражи. Особено като се има предвид, че два пъти по-малкото потребление на вода означава по-малък резервоар или изобщо липса на такъв в случай на достатъчно ефективно централно водоснабдяване.

Допусканията на протокола VdS 3883-4 [8] изискват позоваване на насоките в ръководството VdS CEA 4001 [11] за останалите проектни параметри, които не са установени чрез изпитване. Бъдещият стандарт prБДС EN14972-5 [7] вместо това ще насочва към БДС EN 12845 [12]. Липсващият елемент, който трябва да бъде включен в DIOM (Design, Installation, Operation and Maintenance – ръководство за проектиране, монтаж, експлоатация и поддръжка) на системата с водна мъгла, е времето за работа и проектната работна зона (или броят на едновременно работещите дюзи). 

Тъй като в протокола не са посочени тези стойности, трябва да се използват нормативните стойности. Затова за подземните гаражи с опасност OH2 приемаме параметрите от таблица 2. 

Следователно, ако се позовем на една типична спринклерна система, ще открием много сходства и общи точки. Процесът на проектиране и изчисление за двете инсталации ще съвпадне със системите с водна мъгла ниско налягане. На фигура 4 е показана част от проект на спринклерна система в подземен паркинг на офис сграда в гр. Варшава.

За целите на настоящото проучване се анализира само най-неблагоприятната зона на действие, определена от проектанта. Поради липсата на отопление в гаража, системата е проектирана като суха инсталация със стоящи спринклери K80. За да се направи просто сравнение между двете системи, дюзите за водна мъгла с ниско налягане от типа OH-UPR са нанесени на същата проекция (фиг. 5). 

Формата на проектната зона и диаметрите на тръбопроводите са съобразени с полето на действие на дюзите и потоците. В таблица 3 са обобщени основните параметри на двете системи.

От обобщението и чертежите се вижда, че има няколко допълнителни предимства при проектирането на система с водна мъгла за гаражи, освен ефективността при експлоатация и охлаждане. На първо място, нуждата от вода се намалява поне два пъти, което означава по-малък противопожарен резервоар или липса на резервоар в случай на надеждно централно водоснабдяване. В същото време спестеното място може да се използва за допълнителни паркоместа, които са много ценни в градска среда.

За по-малките количества вода се избират по-малки тръбопроводи, които се разпределят по-лесно в ниски пространства, каквито са подземните паркинги. 

Освен това по-лесно могат да се избегнат други инсталации на тавана, на които тръбите биха могли да пречат. Пример за маршрутизиране и оразмеряване на тръбопроводите е показан на снимки 1 и 5.

Не по-малко важно е захранването. Пусковият ток на спринклерната помпа ще бъде пет пъти по-висок от този на комплект с две помпи, произведени в съответствие с БДС EN 14972-1. Това се дължи на факта, че помпите са с по-къса крива на мощността и честотните преобразуватели не са забранени или ограничени. Пример за помпи с инвертори на двигателите е показан на снимка 5. Тези съображения са особено важни за съществуващи сгради.

Друга концепция за използване на водна мъгла в подземни гаражи, които не са обхванати от задължението за стационарни гасителни системи с вода, е да се защитят самите станции за зареждане на електрически автомобили. Тогава не се проектира защита за целия паркинг, а се следват частично изискванията на БДС EN 12845 или БДС EN 14972-1. Като се използва примерът от фигура 7, може да се види, че изчислената зона на задействане покрива цялата зона за достъп и паркиране с площ приблизително 185 m2 с 13 дюзи. Ако се следват указанията за спринклер, ще са необходими 12 дюзи.

Ако се подходи към определянето на зоната на действие съгласно философията на FM Approvals, тогава за граница на безопасност ще приемем броя на дюзите, активирани при пожарния тест +50%. 

Това би означавало 8 дюзи OH-UPR, работещи едновременно, тъй като по време на теста бяха активирани 5 дюзи при най-лошия сценарий. За разглеждания обект това би означавало, че контролираме пожара на автомобила, паркиран на място номер 5, и също така защитаваме съседните автомобили на места 3–4 и 6–8. Подобен сценарий изглежда разумен, но в такъв случай оценителят и проектантът трябва да решат каква зона на задействане могат да приемат в конкретния проект, тъй като това е допълнителна система за защита, която излиза извън рамките на разпоредбите и стандартите за проектиране. Разумно е да се използват знанията, получени от противопожарните тестове, в процеса на инвестиране.

Заключение

Подземните гаражи са критична инфраструктура в градските пространства, чието значение продължава да нараства. Електрическите автомобили в паркингите са важна тема за обществеността, изследователите и противопожарната индустрия поради нашумели пожарни инциденти. Нарастващият брой изследвания на техните характеристики и огневите изпитвания в пълен мащаб ни позволяват да изберем подходящи пасивни и активни системи за защита. 

Чрез проектирането на система с водна мъгла въз основа на стандарта БДС EN 14972-1 [9] и използвайки протокола за изпитване на VdS [8], участниците в инвестиционния процес могат да бъдат сигурни, че избраната технология ще отговори на техните очаквания и ще осигури безопасна експлоатация на инфраструктурата.