Symulacje CFD w projektowaniu systemów oddymiania...

W projektowaniu systemów wentylacji pożarowej, jednym z kluczowych wyzwań jest zapewnienie skutecznego odprowadzania dymu i gorących gazów w sposób umożliwiający bezpieczną ewakuację ludzi oraz sprawną akcję ratowniczo-gaśniczą. Tradycyjne metody obliczeniowe bywają niewystarczające w złożonych układach architektonicznych. W takich przypadkach coraz częściej sięga się po narzędzie, jakim są symulacje CFD (Computational Fluid Dynamics). W niniejszym artykule wyjaśniamy, czym są symulacje CFD, kiedy ich zastosowanie jest uzasadnione i jak wpływają na jakość projektów systemów oddymiania.

Czym są symulacje CFD?

CFD (ang. Computational Fluid Dynamics) to zaawansowane narzędzia numeryczne umożliwiające modelowanie przepływu płynów, w tym powietrza, dymu oraz ciepła, w przestrzeniach zamkniętych i otwartych. W kontekście ochrony przeciwpożarowej symulacje te służą do:
- analizy rozprzestrzeniania się dymu i gorących gazów pożarowych,
- sprawdzania skuteczności systemów oddymiania grawitacyjnego i mechanicznego,
- weryfikacji widoczności i warunków ewakuacyjnych,
- optymalizacji rozmieszczenia urządzeń oddymiających i nawiewnych.

Modele CFD uwzględniają m.in. geometrię obiektu, lokalizację źródła ognia, charakterystykę materiałów budowlanych, rozmieszczenie przegród architektonicznych, zjawiska termiczne oraz zmienne ciśnieniowe i grawitacyjne.

Kiedy warto stosować symulacje CFD w projektowaniu oddymiania?

Choć nie w każdej inwestycji symulacje CFD są obligatoryjne, istnieje szereg sytuacji, w których ich zastosowanie znacząco zwiększa bezpieczeństwo pożarowe i jakość projektu. Oto najważniejsze z nich:
- Nietypowe układy architektoniczne
Obiekty o nieregularnej geometrii, dużych przestrzeniach otwartych (np. atria, hale wielkopowierzchniowe) lub złożonych pionowych komunikacjach (np. kilkupiętrowe pasaże handlowe) wymagają indywidualnego podejścia. Tradycyjne obliczenia oparte na uproszczonych modelach często nie uwzględniają wpływu kształtu budynku na rozkład dymu.
- Odchylenia od przepisów techniczno-budowlanych
Jeśli projekt zakłada rozwiązania niestandardowe lub odbiegające od obowiązujących warunków technicznych (np. brak naturalnej wentylacji w klatce schodowej, brak wymaganych odległości między klapami dymowymi), symulacje CFD mogą posłużyć jako narzędzie uzasadniające rozwiązania zamienne i potwierdzające ich skuteczność.
- Wnioski o odstępstwa lub opinie rzeczoznawców
Symulacje CFD są często wykorzystywane jako materiał dowodowy w dokumentacjach składanych do Komendy Wojewódzkiej PSP lub rzeczoznawców ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych. Prezentacja wyników w formie graficznej i numerycznej znacznie zwiększa wiarygodność projektu.
- Weryfikacja współdziałania wielu systemów
W dużych obiektach, gdzie występują równocześnie systemy oddymiania, detekcji pożaru, nadciśnienia i kontroli dostępu, symulacje CFD pozwalają ocenić, czy ich wzajemne działanie nie zakłóci przewidywanego przebiegu ewakuacji.

Co można zweryfikować za pomocą CFD?

Symulacje CFD dają możliwość przeanalizowania wielu parametrów wpływających na bezpieczeństwo użytkowników budynku w przypadku pożaru:
- Widoczność na drogach ewakuacyjnych – najczęściej analizowany parametr. Próg krytyczny to zazwyczaj 10 m lub 5 m, w zależności od klasy obiektu i scenariusza.
- Temperatura w warstwie dymu – zbyt wysoka temperatura uniemożliwia bezpieczną ewakuację i może zagrażać konstrukcji nośnej.
- Czas wypełnienia dymem przestrzeni ewakuacyjnej – pozwala ocenić, czy użytkownicy zdążą się ewakuować przed pogorszeniem warunków.
- Rozkład nadciśnień i przepływów powietrza – kluczowy w systemach nadciśnieniowych w szybach windowych i klatkach schodowych.
- Skuteczność wentylatorów i klap dymowych – analiza, czy urządzenia dobrano optymalnie pod względem wydajności i lokalizacji.

Korzyści ze stosowania CFD w projektowaniu oddymiania

✅ Wiarygodność projektu
Wyniki symulacji pozwalają rzeczowo uzasadnić przyjęte rozwiązania techniczne i zwiększają szanse na akceptację projektu przez organy nadzoru przeciwpożarowego.
✅ Optymalizacja kosztów
Dzięki symulacjom możliwe jest ograniczenie liczby urządzeń oddymiających (np. wentylatorów, klap), jeśli analiza wykaże, że mniejsza liczba elementów zapewnia wymaganą skuteczność. Przekłada się to na mniejsze koszty inwestycyjne i eksploatacyjne.
✅ Podniesienie poziomu bezpieczeństwa
Projekt oparty na analizie CFD uwzględnia realne warunki, które mogą wystąpić podczas pożaru. Dzięki temu zyskujemy większą pewność, że systemy zadziałają zgodnie z założeniami, a ewakuacja będzie możliwa.
✅ Lepsza współpraca międzybranżowa
Modele CFD są często integrowane z projektami architektonicznymi i branżowymi, co sprzyja lepszej koordynacji i unika konfliktów (np. z projektami HVAC, instalacją elektryczną czy konstrukcją).
Jak wygląda proces wykonania symulacji CFD?
1. Zebranie danych wejściowych: model geometryczny obiektu, dane o wentylacji, lokalizacji źródeł ognia, parametrach pożaru.
2. Zbudowanie modelu numerycznego: siatka obliczeniowa 3D, warunki brzegowe, scenariusz pożaru.
3. Przeprowadzenie symulacji: przy użyciu specjalistycznego oprogramowania (np. FDS – Fire Dynamics Simulator, PyroSim, ANSYS Fluent).
4. Analiza wyników: wykresy, mapy widoczności, rozkłady temperatur, wektory przepływu.
5. Wnioski i zalecenia projektowe: na podstawie wyników dokonuje się korekty projektu, jeśli zachodzi taka potrzeba.

Symulacje CFD to dziś jedno z najbardziej precyzyjnych narzędzi w rękach projektantów systemów oddymiania. Choć nie zawsze są wymagane przepisami, ich zastosowanie staje się standardem w przypadku obiektów o złożonej strukturze lub wymagających rozwiązań niestandardowych. Umożliwiają one nie tylko poprawę bezpieczeństwa użytkowników budynków, lecz także zwiększenie efektywności inwestycji poprzez racjonalne rozmieszczenie i dobór urządzeń oddymiających.
Wnioski końcowe:
- CFD to nie tylko narzędzie obliczeniowe, ale także narzędzie decyzyjne.
- Ich stosowanie podnosi jakość projektu i ułatwia jego zatwierdzenie.
- W erze zaawansowanej technologii i rosnących wymagań bezpieczeństwa, symulacje CFD stanowią fundament nowoczesnego projektowania systemów oddymiania.