Проектирането на системи с водна мъгла не трябва да се ограничава до приложения, при които задължително по закон се изискват стационарни системи с вода. Заслужава си да се отбележат възможностите, които технологията с водна мъгла предоставя за защита на живота и имуществото. Наскоро публикуваният стандарт БДС EN 14972-3:2022 [1] представлява протокол за изпитване на водна мъгла 

за хотелски и офис сгради, който е приложим и за такива важни обществени сгради като болници и домове за възрастни хора. Статията разглежда въздействието на системите с водна мъгла върху евакуацията на хора със специални потребности и представя примери за реализирани проекти на системи с водна мъгла ниско налягане в две болници в Европа, като за пример е показана системата на VID FIREKILL.

Евакуацията на хора от помещенията в обществените сгради по време на пожар е огромно усилие за отговорните служители в съответната сграда, но също така и мултидисциплинарно предизвикателство за експерти, архитекти и проектанти на вентилационни и противопожарни системи. В България противопожарните системи обикновено не се свързват със защитата на човешкия живот, а по-скоро със защитата на собствеността. За разлика, в Съединените щати, Западна Европа и Скандинавия отдавна е възприето значението на стационарните водни противопожарни системи в стратегията за евакуация на хора, особено на хора с ограничена подвижност. Например, националната спринклерна асоциация в САЩ (NFSA) насърчава използването на спринклери в домове за възрастни хора, болници и жилища с мотото: „Fire sprinklers buy time. Time buys life.“ (Спринклерите купуват време. Времето купува живот.)

Трудно е да не се съгласим с подобно твърдение, като се има предвид, че спринклерът (класически или водна мъгла) е предназначен да се задейства на ранен етап от развитието на пожара и да контролира и потушава пожара. Ето защо основната му функция позволява да "печели време", т.е. да спира развитието на пожара и да ограничава образуването на смъртоносен дим. Времевата рамка за евакуация от незащитена сграда е приблизително три минути от запалването до възпламеняването. В много случаи безопасната евакуация без противопожарна система е просто невъзможна. 

В този случай водната мъгла има още едно важно предимство - охлаждане на околната среда. Свойството да поглъща голямо количество топлинна енергия означава, че огънят е отделен от завеса с водна мъгла, която предпазва хората от високите температури.

По-малките капчици в струята водна мъгла се изпаряват по-бързо, отколкото при класическите спринклери и по този начин водният ресурс се използва по-ефективно. По-малко вода означава не само по-малки противопожарни резервоари, за които трудно се намира място, но и по-малки загуби на вода при задействане на системата.

Понякога пожарогасителната система може да се активира умишлено или случайно при повреда на дюзата/ампулата на спринклера. За да се илюстрира разликата в изпускането на вода в такава ситуация, потокът от спринклера и дюзата за водна мъгла трябва да се отчете при наличното налягане. Една дюза ще стартира главните помпи, но дебитът ще бъде много по-малък, отколкото за проектната зона, така че загубите ще бъдат почти незначителни. Спринклерните помпи могат да работят в началото на характеристиката си, подавайки по-високо налягане от приетото за изчисляване на най-неблагоприятната зона. За целите на настоящата статия са анализирани действителните проектни условия за Националния пулмологичен център в Будапеща, Унгария.

Проектирането е извършено с дюзи за водна мъгла с ниско налягане тип OH-VSO и OH-PX2 от системата VID FIREKILL. Помпената инсталация е оразмерена за 1100 l/min при налягане 14 бара със система за управление на скоростта за поддържане на постоянно налягане (Фиг. 2). 

Алтернативно са разгледани спринклери тип K80, при които потребността от вода за неблагоприятната зона OH3 е 2100 l/min. Приема се, че налягането в помпата е 8 бара (Фиг. 1). Подробности за дизайна ще бъдат разгледани по-нататък в статията. 

Изчисляването на водния поток изисква коефициент K (k-фактор) и работното налягане на използваната дюза. Използваното уравнение е следното:

q = K √p

където: q е дебитът (l/min), p е работното налягане (bar), K е коефициентът k-фактор (метричен).

За спринклер K80

q = 80 √8= 226 l/min 

За дюза OH-VSO с K16.7

q = 16.7 √14= 62.5 l/min

Този пример показва, че случайното задействане на спринклер произвежда почти четири пъти по-голям дебит от този при задействане на дюза за водна мъгла с ниско налягане. Ето защо, това е един от факторите, които инвеститорът трябва да вземе предвид при избора на пожарогасителна система.

Друг важен фактор за опазване на здравето на хората, евакуирани от горяща сграда, е справянето с дима и опасните газове, които са много по-вероятни причини за смърт при пожар, отколкото самият пожар. Можем да си представим, че в случай на болница или старчески дом, където хората са с ограничена подвижност, времето, необходимо на дима да обхване повече жертви, е по-кратко, отколкото например в търговски център. Стационарните водни пожарогасителни системи намаляват генерирането на дим, като контролират и ограничават самия пожар. Водната мъгла има допълнителен механизъм, който вече беше споменат в предишната статия [2]. По-добре пулверизираната водна струя абсорбира праха и отчасти газовете, съдържащи се в дима, превръщайки се в своеобразен филтър.

През 2022 г. полската фондация cfbt.pl организира пожарни работилници, насочени към обучение и подкрепа за развитието на противопожарната спасителна дейност в Полша. Част от обучителната програма бяха демонстрации на изгаряне на мебелна пяна едновременно в две идентични тестови помещения (Снимка 3).

В дясната тестова камера в тавана, разположен на височина 2,4 m, е монтирана единична дюза за водна мъгла с ампулна от серията FIREKILL OH. Водата се подава с противопожарен маркуч DN25 от противопожарна помпа, разположена в намиращ се в близост автомобил. Налягането на дюзата е приблизително 6 бара. В лявата тестова камера няма защита. Целта на теста e да покаже разликата в развитието на пожара между двата сценария. Като се има предвид, че повечето болници и старчески домове нямат никаква активна автоматична противопожарна защита и обикновено се използват дунапренени матраци, този материал беше използван за демонстрацията. Въпреки че условията на работа на пожарогасителната инсталация са неблагоприятни и несъвместими с реалните условия, поради проникване на въздух през една от стените на моделираната стая и навлизане на големи количества кислород, подхранващ огъня, резултатите от експеримента ясно показват как инсталацията с водна мъгла "печели време" за евакуация на хората.

В горната предна част на двете помещения за изпитване беше прикрепена лента от поликарбонат с размери 1,8 x 0,3 m. Този материал се топи при 230о С, а границата на провлачване е 130о С. Снимка 4 илюстрира температурните условия, които преобладават в незащитеното помещение след по-малко от 3 минути. Ако приемем, че горещите газове са могли да излязат съвсем свободно от помещението и че единствените горими материали са били парче мебелна пяна и облицовка 2 х2 м на задната стена, постигането на такова развитие на пожара за толкова кратко време само потвърждава изказаната по-рано теза, че евакуацията на хора с намалена подвижност от болница без защита от стационарна система би била невъзможна. В същото време трябва да се отбележи, че поликарбонатът в защитеното помещение дори не е деформиран.

Споменатите по-рано свойства на водната мъгла да филтрира дима са показани на Снимка 5. От незащитеното помещение излиза черен дим, който бързо се отвежда от вятъра вляво. 

 В пространството между двете тестови камери черен дим не се наблюдава. От защитеното помещение излизат само водната мъгла и водни пари, както се вижда на снимката.

Подобни изводи бяха направени също и по време на пълномащабни пожарни тестове, извършени в акредитираната лаборатория DFL в Дания по поръча на инженерното бюро за противопожарна защита RHT Sicherheitstechnik за съответствие с изискванията на Австрийски институт з строително инженерство. Целта на тестовете беше да се докаже ефективността на поглъщането на топлина и да се предотврати вертикалното разпространение на пожара по фасадата към помещенията, разположени над пожара. Условието на теста беше дюзата да бъде разположена така, че да не гаси пожара, а само да действа като завеса. Мощността на пожара в помещението беше 15 MW, а измерванията продължиха 30 минути. Отворът, защитен от дюзата, беше с размери 5х3 м и нямаше стъкло. На Снимка 6 се вижда вече пламнал огън, който се поддържа вътре в стаята. Количеството дим, което излиза навън, е незначително в сравнение със свободното изгаряне.

Още по-интересни са резултатите от измерванията на температурата и топлинния поток, отвеждан навън (фигура 3). Температурата в помещението над огъня се понижи до 117°C от максималните 500°C, наблюдавани при теста за свободно горене. Топлинният поток е намален с до 87%. Пламъкът не излиза навън и няма шанс огънят да се разпростре по фасадата. Следователно водната мъгла доказва своята полезност за намаляване на този тип риск, както и за значително подобряване на условията за евакуация. Като се има предвид, че хотелите и болниците често са многоетажни сгради, използването на дюзи за водна мъгла за ограничаване на разпространението на пожара по фасадата също е оправдано, особено след многобройните пожари на сгради в света, свързани с горими фасади.

Предимствата на водната мъгла, описани по-горе, улесняват вземането на решение дали и как да бъдат защитени сградите, предназначени за обществено ползване, сградите за колективно обитаване и тези, предназначени за ползване от хора с намалена подвижност. Съгласно БДС EN 14972-1 [4] за проектирането на системи с водна мъгла за този тип сгради може да се използва, наред с друго, протоколът от изпитването, описан в част 3 от тази серия стандарти - БДС EN 14972-3 [1].

Тази част е създадена въз основа на стандарта VdS 3883-1 [5]. Тестовете с водна мъгла бяха проведени по същия начин, както при тестовете за гаражи по отношение на спринклерите. Според обхвата на приложение този протокол може да се използва за повечето пространства на проектирания обект (Таблица 1).

Изпитванията за пожар за рисковите зони, изброени в таблица 1, се извършват в съответствие с БДС EN 14972-3 [1] за специално неблагоприятно разположение на матраци от пенополиетилен със стандартизирана топлина на горене. Разположението на матраците върху метални рамки със стандартизиран дизайн е показано на Фигури 4 и 5 и Снимка 7. Изпитването има за цел да отрази най-неблагоприятния сценарий, който може да възникне в пространствата в обхвата на приложение.

Матраците представляват висок риск от бързо развитие на пожар, но в обичайната подредба на плоско легло те са по-лесни за гасене, отколкото например диваните, чиято конструкция и разположение могат да представляват пречка за пожарогасителната система. Поради тази причина за теста бяха избрани четири дивана, съпоставени един с друг по модел, който често се среща например в чакални или хотелски рецепции.

Протоколът се състои в провеждане на комбинирана серия от 8 изпитвания за едно одобрение на дюза за водна мъгла, както е обобщено в Таблица 2. След това четирите основни изпитвания се повтарят, за да се създаде представителна извадка. Оценката на резултатите се състои в сравняване на средния процент на унищожаване на горимия материал по време на изпитванията със спринклери и изчисляване на средните температури на нивото на тавана от четирите пикови показания, отчетени след задействане на първия спринклер. Еквивалентните резултати за водна мъгла трябва да бъдат равни или по-ниски от референтните стойности за спринклер.

Следователно водната мъгла е достатъчно да бъде приета, ако има същия резултат като спринклерите. Това е критерий, различен от този, поставен при тестовете за гаражи, където водната мъгла трябваше да има по-добри резултати от спринклера, за да бъде приета.

Допълнително условие е броят на дюзите, активирани по време на изпитването. Не повече от четири дюзи могат да бъдат задействани за едно изпитване и само една от дюзите може да бъде извън най-близкия пръстен около горимия материал. Това е важен проектен параметър, тъй като активирането на допълнителни дюзи може да доведе до твърде голяма зона на задействане в условия на пожар и помпата може да не е в състояние да осигури проектните параметри за дебит и налягане. Това ще доведе до разпространение на пожара извън зоната на водната мъгла. Разстоянието между дюзите и разположението на пръстените са показани на Фигура 6.

Дюзите, тествани по описания начин, въз основа на DIOM [3], разработен след изпитванията, и стандарта за проектиране БДС EN-14972-1 [4] могат да бъдат избрани за проектиране на инсталации за избраната област на приложение в съответствие с [1], Tаблица 1. Като пример ще представим проект на инсталация с водна мъгла ниско налягане в сградата на Националния център по пулмология в Будапеща. Инвеститорът реши да използва системата VID FIREKILL поради няколко фактора:

1. По-добър охлаждащ ефект от класическите спринклери:

a. За сградата бяха извършени CFD анализи и въз основа на положителните резултати от симулацията на температурните условия по време на пожара беше възможно да се коригира нивото на пасивна защита и ОВК системата. Спестените средства оправдават по-високите разходи за противопожарната система.

b. По-добрият охлаждащ ефект означава по-лесна евакуация и по-голяма безопасност за пациентите и служителите на болницата.

2. По-ниски загуби на вода в случай на неоправдано задействане на системата.

3. По-добро качество на водата в системата благодарение на използването на тръби от неръждаема стомана. Задействането на системата ще доведе до по-малко щети и рискове за здравето, отколкото при спринклерни тръби, пълни с тиня и ръжда.

4. Възможността за използване на по-малки резервоари и тръби, което е особено важно при реновиране на съществуващи сгради, какъвто е случаят в настоящия пример.

За зоните на коридора и помещенията за възстановяване са използвани дюзи тип OH-VSO, тествани съгласно протокол EN 14972-3 [1]. Приема, че се задействат 6 дюзи едновременно или колкото са необходими за площ 72 m2 - което от двете е по-голямо. Това доведе до необходимост от вода за всяка активирана зона в диапазон 280 - 320 l/min в зависимост от разстоянието до помпената станция.

Най-неблагоприятната зона се оказва голяма ОВК машинна зала, разположена на предпоследния етаж (фигура 8). За тази област са използвани дюзи, тествани за категория на опасност OH3, които не са предмет на настоящата статия.

В друг пример от болничния център Libourne във Франция, водната мъгла е използвана само в част от обновената сграда за нуждите на подземните гаражи. Търсенето на места за паркиране се е увеличило значително, създавайки допълнителна опасност от пожар.

Поради липсата на място за голяма помпена станция и резервоар за вода, бяха използвани дюзите OH-UPR за класификацията OH2 в съответствие с тестовете, описани в предишната статия [2].

Заключение

Болниците и домовете за грижи изискват специално внимание върху пожарната безопасност през погледа на хората с ограничена подвижност и намалена устойчивост. Системите, които са предназначени за борба с пожара, могат, повече или по-малко, да "спечелят време" за тяхната безопасна евакуация.

Водната мъгла се вписва идеално в този сценарий, което води до нарастващата й популярност сред проектанти и инвеститори, търсещи ефективни решения за своите обекти. Стандартите БДС EN 14972-1 и БДС EN 14972-3 осигуряват солидна основа за проектиране и изграждане на безопасна пожарогасителна система.