Systemy gaśnicze wykorzystujące mgłę wodną są coraz częściej rozpatrywane jako element ochrony przeciwpożarowej obiektów przemysłowych, technicznych i infrastrukturalnych. Technologia ta pozwala wykorzystać bardzo dobre właściwości gaśnicze wody, jednocześnie znacząco ograniczając jej ilość niezbędną do kontroli lub ugaszenia pożaru. Z punktu widzenia inżyniera oceny ryzyka jest to szczególnie interesujące w obiektach, w których potencjalna szkoda może wynikać nie tylko z samego pożaru, ale również z działania wody gaśniczej.
Mgła wodna nie powinna być jednak traktowana jako uniwersalny zamiennik instalacji tryskaczowej. Jest to technologia silnie zależna od konkretnego zastosowania. Skuteczność jej ochrony wynika z właściwego powiązania potencjalnego zagrożenia z parametrami systemu, wynikami badań pożarowych oraz dokumentacją producenta. Właśnie ta zależność jest kluczowa dla prawidłowej oceny instalacji mgłowej.
Jak działa mgła wodna i dlaczego wielkość kropli ma znaczenie?
Podstawową różnicą pomiędzy instalacją mgłową a klasycznym podawaniem wody jest sposób jej rozpylenia. Odpowiednio zaprojektowane dysze rozbijają wodę na bardzo drobne krople. W efekcie ta sama objętość wody uzyskuje znacznie większą powierzchnię kontaktu z gorącymi gazami, płomieniem i powierzchniami materiałów.
Jednym z podstawowych standardów dotyczących tej technologii jest NFPA 750 - Standard on Water Mist Fire Protection Systems. Dokument opracowany przez National Fire Protection Association określa wymagania odnoszące się m.in. do projektowania, instalowania, odbioru, testowania i utrzymania systemów mgły wodnej.
NFPA 750 definiuje mgłę wodną poprzez rozkład wielkości kropel - 99% całkowitej objętości wody powinno być zawarte w kroplach o średnicy mniejszej niż 1000 μm, przy minimalnym projektowym ciśnieniu roboczym dyszy. Parametr ten określany jest jako Dv0,99 < 1000 μm.
W praktyce sama informacja, że średnica kropli nie przekracza 1000 μm, mówi jednak stosunkowo niewiele o charakterystyce konkretnego systemu. Rozkład wielkości kropel może być znacznie bardziej złożony. W materiałach technicznych spotyka się klasyfikację, w której dla klasy 1 Dv0,99 wynosi około 200 μm, dla klasy 2 około 400 μm, natomiast dla klasy 3 do 1000 μm. Im drobniejsze krople, tym większa łączna powierzchnia wymiany ciepła przypadająca na określoną ilość wody.
Nie oznacza to jednak, że „im mniejsza kropla, tym lepszy system”. Bardzo małe krople łatwo przemieszczają się wraz z przepływem gazów pożarowych i mogą mieć ograniczoną zdolność penetracji płomienia lub dotarcia do osłoniętego źródła pożaru. Większe krople mają większy pęd i mogą skuteczniej docierać do chronionych powierzchni. Projekt systemu musi zatem zapewnić odpowiednią równowagę pomiędzy zdolnością chłodzenia, odparowania, penetracji płomienia i zwilżania powierzchni.
NFPA 750 klasyfikuje systemy również ze względu na ciśnienie robocze. Wyróżnia systemy niskociśnieniowe - do 12,1 bar, średniociśnieniowe -– powyżej 12,1 bar do 34,5 bar oraz wysokociśnieniowe - powyżej 34,5 bar. Europejskie podejście według EN 14972 posługuje się nieco innymi wartościami granicznymi, dlatego porównując systemy należy zawsze wskazać standard, według którego dokonano klasyfikacji.
W praktyce system może być zasilany z zestawu pompowego albo zbiorników ciśnieniowych, a instalacja obejmuje rurociągi, zawory sekcyjne oraz odpowiednio dobrane dysze. Stosowane są zarówno dysze otwarte, uruchamiane poprzez system detekcji i sterowania, jak i rozwiązania z elementami uruchamianymi termicznie.
Mechanizm gaszenia – nie tylko chłodzenie
Skuteczność mgły wodnej nie wynika z jednego zjawiska. System wykorzystuje równocześnie kilka mechanizmów fizycznych, których znaczenie zmienia się w zależności od charakteru pożaru i sposobu aplikacji wody.
Najważniejszym mechanizmem jest odbieranie ciepła. Drobna kropla ma bardzo korzystny stosunek powierzchni do objętości, dzięki czemu szybko przejmuje energię cieplną. Woda ogrzewa się, a następnie część jej odparowuje. Proces ten pochłania znaczną ilość energii i prowadzi do obniżenia temperatury płomienia, gazów pożarowych oraz materiałów znajdujących się w strefie oddziaływania instalacji. Jednocześnie zwilżanie powierzchni może ograniczać ich dalsze nagrzewanie i szybkość pirolizy.
Drugim mechanizmem jest lokalne wypieranie tlenu przez powstającą parę wodną. Po odparowaniu woda bardzo istotnie zwiększa swoją objętość – w warunkach pożaru rzędu około 1700 razy. Powstająca para wodna rozcieńcza mieszaninę gazową w bezpośrednim otoczeniu płomienia i może lokalnie zmniejszać stężenie tlenu niezbędnego do podtrzymywania spalania. Nie jest to jednak klasyczne gaszenie objętościowe, takie jak w przypadku instalacji gazowych. Efekt ten jest najbardziej intensywny tam, gdzie drobne krople rzeczywiście docierają do gorącej strefy i odparowują.
Trzecim bardzo ważnym mechanizmem jest ograniczenie promieniowania cieplnego. Chmura drobnych kropel oraz pary wodnej znajdująca się pomiędzy płomieniem a sąsiednimi obiektami pochłania i rozprasza część promieniowania. W efekcie ograniczone zostaje nagrzewanie sąsiednich maszyn, instalacji, konstrukcji oraz materiałów palnych. Z perspektywy ochrony majątku jest to szczególnie istotne, ponieważ może ograniczyć propagację pożaru poza jego pierwotne miejsce powstania.
Mgła może również zwilżać sąsiednie materiały i powierzchnie, ograniczając możliwość ich zapalenia. W określonych zastosowaniach może dodatkowo wpływać na usuwanie z atmosfery części cząstek dymu. Nie powinno się jednak traktować jej jako systemu przeznaczonego do oczyszczania dymu – podstawową funkcją pozostaje kontrola, tłumienie lub ugaszenie pożaru.
Połączenie tych mechanizmów sprawia, że właściwie zaprojektowany system może osiągnąć wymagany efekt przy znacznie mniejszej ilości wody niż klasyczna instalacja wodna. Nie istnieje jednak uniwersalna wartość procentowa redukcji zużycia wody właściwa dla wszystkich systemów. Rzeczywiste zapotrzebowanie musi wynikać z konkretnego zastosowania, badań pożarowych i parametrów projektowych.
Ma to szczególne znaczenie w centrach danych, obiektach zabytkowych, muzeach, archiwach, pomieszczeniach technicznych czy przy ochronie urządzeń o wysokiej wartości. Ograniczenie ilości uwalnianej wody może istotnie zmniejszyć rozmiar szkód wtórnych i czas potrzebny do przywrócenia działalności.
Nie projektujemy „mgły wodnej” – projektujemy system dla konkretnego zagrożenia
To jeden z najważniejszych aspektów, który powinien być uwzględniony zarówno przez projektanta, jak i przez inżyniera oceny ryzyka.
Mgła wodna jest rozwiązaniem performance-based, czyli w dużej mierze opartym na wykazaniu skuteczności systemu dla konkretnego zastosowania. NFPA 750 określa ramy projektowania, instalowania, odbioru i utrzymania systemów, ale nie zawiera jednej uniwersalnej tabeli projektowej pozwalającej dobrać instalację do każdego rodzaju ryzyka.
Dlatego samo stwierdzenie w projekcie „system zgodny z NFPA 750” nie jest wystarczającym potwierdzeniem, że zapewni on oczekiwany poziom ochrony.
Kluczowe znaczenie mają badania pożarowe w pełnej skali lub odpowiednie protokoły badawcze oraz dokumentacja konkretnego systemu. Podobne podejście stosuje europejska seria EN 14972, która oprócz wymagań ogólnych zawiera protokoły badań pożarowych dla określonych zastosowań.
W praktyce system powinien posiadać jasno określoną podstawę projektową, obejmującą co najmniej rodzaj chronionego zagrożenia, zakres zastosowania, geometrię przestrzeni, dopuszczalną wysokość, charakter materiałów palnych, rozmieszczenie przeszkód, parametry wentylacji, wymagane ciśnienie i przepływ, typ i rozmieszczenie dysz, czas działania oraz sposób uruchamiania.
I właśnie w tym miejscu szczególnego znaczenia nabiera DIOM – Design, Installation, Operation and Maintenance Manual, czyli podręcznik producenta dotyczący projektowania, instalacji, eksploatacji i konserwacji konkretnego systemu mgły wodnej.
DIOM nie powinien być traktowany jako dodatkowa instrukcja techniczna dołączona do projektu. W systemach mgłowych jest on jednym z podstawowych dokumentów określających warunki, w których dane rozwiązanie zostało przebadane i może być stosowane.
Producent, opierając się na wynikach przeprowadzonych badań pożarowych i uzyskanych dopuszczeniach, określa w DIOM m.in. zakres zastosowania systemu, rodzaj i konfigurację dysz, ich rozstaw i odległość od chronionego zagrożenia, wymagane ciśnienia robocze i przepływy, parametry źródła wody, ograniczenia wysokościowe, wymagania dotyczące przeszkód, wentylacji i otworów w pomieszczeniu, sposób podziału na sekcje, logikę uruchamiania, a także wymagania dotyczące montażu, odbioru, prób okresowych, obsługi i konserwacji.
W praktyce można więc przyjąć prostą zasadę:
- badanie pożarowe potwierdza, że określona konfiguracja działa, natomiast DIOM określa granice, w których można tę konfigurację bezpiecznie zastosować w rzeczywistym obiekcie.
Jeżeli rzeczywista instalacja wychodzi poza zakres przebadanego rozwiązania i ograniczenia określone w DIOM, nie można automatycznie zakładać, że zachowuje ona potwierdzoną skuteczność.
Z tego względu dobór systemu powinien rozpoczynać się nie od pytania: „jakie ciśnienie zastosować?”, ale od identyfikacji scenariusza pożarowego i celu ochrony. Dopiero następnie należy znaleźć system posiadający odpowiedni protokół badawczy, listing lub approval dla możliwie reprezentatywnego zagrożenia i zaprojektować instalację w granicach określonych przez producenta.
Istotne są tutaj również certyfikacje i dopuszczenia, takie jak FM Approval czy inne uznane systemy oceny zgodności. Sam fakt posiadania przez producenta certyfikowanego rozwiązania również nie oznacza jednak, że każde jego zastosowanie jest automatycznie dopuszczone. Zawsze należy zweryfikować zakres konkretnego approvalu oraz warunki jego stosowania.
Dlatego system przebadany dla maszynowni nie staje się automatycznie zabezpieczeniem magazynu, a rozwiązanie przeznaczone do ochrony pojedynczego urządzenia nie powinno być bez dodatkowej weryfikacji traktowane jako zabezpieczenie całej hali.
Podobnie nie należy oceniać skuteczności wyłącznie na podstawie ciśnienia. System wysokociśnieniowy nie jest z definicji skuteczniejszy od średnio- czy niskociśnieniowego. Celem projektowania nie jest uzyskanie najwyższego ciśnienia ani najmniejszej możliwej kropli. Celem jest osiągnięcie wymaganego efektu przeciwpożarowego w konkretnym scenariuszu.
W zależności od założeń może nim być kontrola pożaru, jego tłumienie albo całkowite ugaszenie.
Mgła wodna z perspektywy inżyniera oceny ryzyka
Z punktu widzenia oceny ryzyka sama informacja, że obiekt jest wyposażony w system mgły wodnej, ma ograniczoną wartość. Kluczowe jest ustalenie: co system chroni, przed jakim scenariuszem pożarowym, jaki efekt ma osiągnąć oraz na jakiej podstawie potwierdzono jego skuteczność.
W pierwszej kolejności należy więc zweryfikować podstawę projektową: zastosowany standard, wyniki badań pożarowych, zakres certyfikacji lub approvalu oraz, co szczególnie ważne, aktualny DIOM producenta właściwy dla zastosowanego systemu. Dokumentacja projektowa i instalacja wykonana w obiekcie powinny pozostawać z nim spójne.
Następnie należy porównać warunki rzeczywiste z warunkami, dla których potwierdzono skuteczność rozwiązania. Weryfikacji powinny podlegać m.in. wysokość i geometria chronionej przestrzeni, rodzaj zagrożenia, rozmieszczenie urządzeń, występujące przeszkody, wentylacja, konfiguracja i rozstaw dysz, ciśnienia robocze, przepływy, czas działania oraz wymagany zapas wody.
Jest to szczególnie istotne, ponieważ maszyny, kanały wentylacyjne, podesty, regały i elementy konstrukcyjne mogą ograniczać penetrację mgły i tworzyć obszary zacienione. W systemach wykorzystujących bardzo drobne krople istotny może być również wpływ wentylacji oraz ruchu powietrza na ich transport.
W przypadku instalacji wykorzystujących niezależną detekcję pożaru konieczne jest również sprawdzenie logiki działania systemu SSP i automatyki pożarowej. Należy ustalić, jakie sygnały powodują uruchomienie systemu, czy wymagane jest wyłączenie wentylacji lub urządzeń technologicznych, jak przebiega alarmowanie oraz czy wszystkie wymagane funkcje zostały objęte próbami odbiorowymi.
Równie ważna jest późniejsza eksploatacja. System powinien być kontrolowany, testowany i konserwowany zgodnie z wymaganiami standardu oraz DIOM producenta. Weryfikacji podlegają m.in. pompy lub zbiorniki ciśnieniowe, zawory sekcyjne, dysze, filtry, źródło i jakość wody, układy sterowania, detekcja oraz rzeczywiste parametry hydrauliczne. Zmiana technologii, przebudowa pomieszczenia, dołożenie maszyn, regałów, kanałów czy zmiana wentylacji może powodować konieczność ponownej oceny skuteczności systemu.
Z perspektywy ubezpieczeniowej mgła wodna może być bardzo wartościowym zabezpieczeniem. Ograniczenie ilości wody może zmniejszyć szkody wtórne, a skuteczne chłodzenie i ograniczenie promieniowania może ograniczać propagację pożaru i wpływać na redukcję zarówno PML, jak i potencjalnej straty z tytułu BI. Korzyść ta istnieje jednak tylko wtedy, gdy instalacja jest rzeczywiście dopasowana do chronionego ryzyka.
Klasyczne instalacje tryskaczowe pozostają rozwiązaniem bardzo dobrze rozpoznanym, szczególnie w obiektach produkcyjnych i magazynowych. Dysponujemy szerokim doświadczeniem projektowym, eksploatacyjnym i szkodowym. Mgła wodna może oferować istotne przewagi w określonych zastosowaniach, zwłaszcza tam, gdzie istotne jest ograniczenie ilości wody, szybkie chłodzenie przestrzeni albo ochrona urządzeń o dużej wartości.
Nie są to jednak technologie, które można zamieniać na zasadzie 1:1.
Najważniejsze pytanie podczas oceny ryzyka nie powinno więc brzmieć:
„Czy obiekt posiada instalację mgły wodnej?”
Znacznie ważniejsze jest:
„Czy zastosowany system został przebadany dla zagrożenia występującego w tym obiekcie i czy został zaprojektowany, wykonany oraz jest eksploatowany w granicach określonych przez wyniki badań, approval oraz DIOM producenta?”
Dopiero pozytywna odpowiedź na to pytanie pozwala traktować mgłę wodną jako wiarygodny element ochrony majątku i realne narzędzie ograniczania ryzyka pożarowego.
Jeśli interesują Was dodatkowe informacje dotyczące tego tematu, zapraszamy do kontaktu z Robertem Kuczkowskim (Robert.kuczkowski@warta.pl).
