Obliczenia CFD w projektowaniu wentylacji...

W dobie nowoczesnego projektowania systemów bezpieczeństwa pożarowego, szczególne znaczenie zyskały zaawansowane narzędzia analityczne, które umożliwiają precyzyjne odwzorowanie warunków zagrożenia w obiektach zamkniętych. Jednym z takich narzędzi są obliczenia CFD (Computational Fluid Dynamics), stosowane m.in. w analizie efektywności wentylacji strumieniowej w garażach podziemnych. Ich zastosowanie pozwala nie tylko na spełnienie wymagań projektowych, lecz przede wszystkim na optymalizację działania systemów oddymiania i zapewnienie realnego bezpieczeństwa ludziom i mieniu.

Znaczenie wentylacji strumieniowej w garażach podziemnych

Garaże wielostanowiskowe, zwłaszcza podziemne, są szczególną kategorią obiektów pod względem ochrony przeciwpożarowej. Ich ograniczona kubatura, wielopoziomowa konstrukcja oraz obecność łatwopalnych materiałów (np. paliwa, tworzywa sztuczne) sprawiają, że w przypadku pożaru niezwykle szybko dochodzi do zadymienia. W takich warunkach podstawową rolę odgrywa wentylacja strumieniowa, wykorzystująca specjalne wentylatory nadmuchowe (jet-fany), które wymuszają kierunkowy przepływ powietrza i dymu w kierunku punktów wyciągowych.
Skuteczność tego rozwiązania zależy jednak od wielu zmiennych: geometrii pomieszczenia, lokalizacji źródła pożaru, siły i kierunku strumienia powietrza, obecności przeszkód (np. samochodów) oraz układu kanałów wyciągowych. Dlatego coraz częściej nieodzowne staje się zastosowanie symulacji CFD, które umożliwiają inżynierowi przewidywanie rzeczywistego zachowania dymu i gazów pożarowych.

Czym są obliczenia CFD?

Obliczenia CFD to metoda numeryczna służąca do analizy przepływu płynów i gazów, w tym również dymu pożarowego, w zadanych warunkach geometrycznych i fizycznych. W kontekście ochrony przeciwpożarowej pozwalają na:
- modelowanie rozprzestrzeniania się dymu i ciepła w czasie,
- analizę wpływu działania wentylatorów strumieniowych,
- ocenę warunków widoczności i temperatury na trasach ewakuacyjnych,
- weryfikację efektywności systemu oddymiania przed jego wdrożeniem.
Symulacje CFD wykonywane są w specjalistycznych programach, takich jak FDS (Fire Dynamics Simulator), ANSYS Fluent, PyroSim czy SimScale. Umożliwiają one trójwymiarową wizualizację procesów fizycznych, których nie da się przewidzieć w sposób intuicyjny lub jedynie w oparciu o normy projektowe.

Korzyści z zastosowania symulacji CFD w garażach

Włączenie obliczeń CFD do etapu projektowego systemu wentylacji strumieniowej przynosi szereg wymiernych korzyści:
✅ Bezpieczeństwo ewakuacji
Dzięki symulacjom można sprawdzić, czy w strefach dojścia ewakuacyjnego zostanie zachowana minimalna widoczność (np. 10 m w poziomie oczu) oraz dopuszczalna temperatura (<60°C). CFD pozwala sprawdzić to dla różnych scenariuszy pożarowych.
✅ Optymalizacja rozmieszczenia urządzeń
Zamiast przewymiarowywać system lub montować wentylatory „na zapas”, symulacje pozwalają optymalnie rozmieścić jet-fany i wyciągi, co przekłada się na oszczędności inwestycyjne i eksploatacyjne.
✅ Weryfikacja działania w sytuacjach krytycznych
CFD pozwala testować różne scenariusze pożaru – np. przy zamkniętych drzwiach, częściowym uszkodzeniu systemu lub obecności przeszkód (aut). Dzięki temu projekt jest bardziej odporny na nieprzewidziane sytuacje.
✅ Uwiarygodnienie dokumentacji projektowej
Symulacje CFD coraz częściej są oczekiwanym elementem dokumentacji projektowej, szczególnie w przypadkach, gdy projekt odbiega od przepisów standardowych i wymaga opinii rzeczoznawcy ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych.

Etapy tworzenia symulacji CFD dla garażu

1. Modelowanie geometrii obiektu
Na podstawie dokumentacji projektowej odwzorowuje się dokładny układ garażu: ściany, słupy, stropy, rampy, bramy, układ wentylatorów oraz punkt pożaru.
2. Definiowanie warunków początkowych i brzegowych
Określa się m.in. moc pożaru (najczęściej 4–8 MW dla samochodu osobowego), temperaturę otoczenia, kierunek przepływu powietrza i ustawienia wentylatorów.
3. Uruchomienie symulacji czasowej
Program analizuje rozprzestrzenianie się dymu i ciepła w czasie (najczęściej 300–600 sekund od momentu zapłonu).
4. Analiza wyników
Efekty przedstawiane są w postaci wykresów, izopowierzchni temperatury, linii widoczności oraz strumieni przepływu gazów.
5. Wnioski i korekty projektowe
W razie potrzeby, na podstawie uzyskanych danych, projekt ulega korektom – np. zmianie mocy wentylatorów, dodaniu jednostek czy przemieszczeniu wyciągów.

Zgodność z przepisami i wytycznymi

Zgodnie z polskimi przepisami, wentylacja oddymiająca w garażach musi spełniać wymagania określone w:
- Warunkach Technicznych (Dz.U. 2019 poz. 1065) – m.in. w zakresie odprowadzania dymu i ciepła oraz ewakuacji ludzi.
- Normie PN-B-02877-4:2001 – wentylacja pożarowa garaży zamkniętych.
- Wytycznych CNBOP, ITB, FM Global – w przypadku stosowania rozwiązań niestandardowych.
Symulacje CFD służą nie tylko weryfikacji zgodności z powyższymi aktami, ale również mogą stanowić uzasadnienie rozwiązań zamiennych w procesie uzgadniania projektu z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych lub PSP.

Wyzwania i ograniczenia CFD

Pomimo niewątpliwych zalet, należy mieć świadomość, że:
- CFD wymaga odpowiedniej wiedzy i doświadczenia – błędna interpretacja wyników może prowadzić do fałszywych wniosków.
- Symulacje są czasochłonne i wymagają dużych zasobów obliczeniowych – szczególnie przy analizie obiektów wielopoziomowych.
- Rezultaty są uzależnione od przyjętych założeń – np. wielkości pożaru, warunków brzegowych, efektywności systemów detekcji.
Dlatego też CFD powinno być wykorzystywane przez wyspecjalizowanych inżynierów pożarowych, we współpracy z projektantami wentylacji oraz rzeczoznawcami.

Obliczenia CFD stały się integralnym narzędziem nowoczesnego projektowania systemów oddymiania w garażach podziemnych. Pozwalają inżynierom z wyprzedzeniem przewidzieć rzeczywiste zachowanie się dymu i powietrza w sytuacji pożaru, co umożliwia stworzenie bezpiecznego, efektywnego i zgodnego z przepisami systemu wentylacji strumieniowej. W dobie rosnącej złożoności obiektów oraz coraz wyższych wymagań formalnych, symulacje CFD są nie tylko pomocą projektową – stają się standardem odpowiedzialnego podejścia do bezpieczeństwa pożarowego.