Otwieranie i zamykanie świetlików dachowych i klap dymowych może odbywać się automatycznie, za pomocą stosownych mechanizmów. Mechanizmy te składają się zazwyczaj z napędu (elektrycznego lub pneumatycznego), urządzenia przenoszącego ruch napędu na skrzydło świetlika lub klapy oraz układu sterowniczego.
Wprowadzenie
W tematyce otwierania świetlików dachowych i klap dymowych funkcjonują następujące charakterystyczne definicje:
. Świetlik dachowy – przezroczysta przegroda zamykająca otwór w połaci dachu, doprowadzająca do wnętrza pomieszczenia światło dzienne, a w przypadku wyposażenia w stosowny mechanizm otwierający skrzydło (kopułkę), służy również do wentylacji i przewietrzenia pomieszczenia.
. Klapa dymowa – pokrywa zamontowana w dachu (stropodachu) budynku jednokondygnacyjnego lub na najwyższej kondygnacji budynku wielokondygnacyjnego, otwierana automatycznie i/lub ręcznie w przypadku nagromadzenia się w pomieszczeniu dymu i gorących gazów pożarowych, w celu ich usunięcia drogą wentylacji naturalnej.
. Dwufunkcyjna klapa dymowa – pokrywa zamontowana w dachu (stropodachu) jak powyższa klapa dymowa, która jest przystosowana także do wentylacji pomieszczeń w warunkach normalnej eksploatacji.
. Układ sterowniczy – instalacje elektryczne i urządzenia uruchamiające proces otwierania i zamykania skrzydła świetlików dachowego lub klapy dymowej,
. Wyzwalacz termiczny – element wbudowany w urządzenie wyzwalające, który po przekroczeniu granicznej wartości temperatury otoczenia powoduje uruchomienie układu sterowniczego klapy dymowej.
Dodać jeszcze można, że podstawy świetlików dachowych i klap dymowych mogą by proste lub skośne. Otwór wylotowy podstawy skośnej (otwór górny) klapy w porównaniu z otworem wlotowym (otwór dolny) posiada wymiary pomniejszone o około 200 mm, co odpowiada kątowi nachylenia boków podstawy około 75o.
Mechanizmy świetlików, których zadaniem jest wietrzenie pomieszczeń, wyposażone są w ręcznie uruchamiane układy sterowania ruchem skrzydła. Klapy dymowe natomiast mogą posiadać mechanizmy napędowe wyposażone w ręcznie uruchamiane układy sterowania lub układy sygnalizacyjno-alarmowe z urządzeniami wyzwalającymi.
Przykład klapy dymowej z mechanizmem do automatycznego otwierania przedstawiono na rys. 1.
Rys. 1. Przykładowa klapa dymowa (dwufunkcyjna) z mechanizmem do automatycznego otwierania: a – klapa zamknięta, b – klapa otwarta w pozycji oddymiającej
1 – stelaż
2 – siłownik
3 – rygiel hakowy
4 – belka górna
5 – belka dolna
6 – siłownik do przewietrzania
7 – osłona przeciwwiatrowa
Charakterystyka ogólna
Podstawowym elementem mechanizmu do automatycznego otwierania świetlików dachowych i klap dymowych jest urządzenie przenoszące ruch napędu z siłownika na skrzydło.
Urządzenie to składa się przykładowo z:
. Belki górnej, mocowanej do skrzydła świetlika lub klapy, wykonanej zazwyczaj z kształtownika aluminiowego o przekroju kwadratowym.
. Stelaża montowanego wewnątrz podstawy świetlika lub klapy, składającego się głównie z kształtowników stalowych (ceowniki i kątowniki).
Przykładowe rozwiązanie urządzenia przenoszącego ruch napędu klapy dymowej przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2. Przykładowy mechanizm do otwierania skrzydła klapy dymowej lub świetlika dachowego
1 – Belka górna
2 – Belka dolna
3 – Stelaż
4 – Siłownik
5 – Wyzwalacz termiczny
6 – Rygiel hakowy
Urządzenia przenoszące ruch napędu, a w konsekwencji otwierające skrzydło świetlika lub klapy, napędzane jest przy pomocy siłowników pneumatycznych lub elektrycznych.
Siłowniki pneumatyczne stosowane w świetlikach i klapach wykonywane są głównie w dwóch wariantach ryglowania – z jednym lub dwoma ryglami wewnętrznymi oraz w trzech wariantach umocowania – górą, dołem lub pośrodku.
Bez względu na wymiar skrzydła świetlika lub klapy dymowej stosowany jest jeden siłownik pneumatyczny. Jednak w przypadku dwufunkcyjnej klapy dymowej może wystąpić drugi siłownik służący do otwierania i zamykania skrzydła w celu wietrzenia pomieszczeń.
Dodać należy, że instalacja pneumatyczna powinna by wykonana z rurek miedzianych o średnicy 6 lub 8 mm.
Podstawowe parametry techniczne siłowników pneumatycznych stosowanych do automatycznego otwierania świetlików i klap dymowych są następujące:
. średnica zewnętrzna cylindra – 32, 40, 50 i 63 mm,
. średnica wrzeciona – 12, 16, 20, i 25 mm,
. długość wysuwu tłoka – 100 do 1900 mm,
. ciśnienie robocze – 6 do 10 bar,
. maksymalne ciśnienie – 80 bar,
. siła wysuwu przy ciśnieniu 6 bar – 750 do 1870 N.
Siłowniki pneumatyczne o wyżej wymienionych parametrach technicznych mogą wprawiać w ruch skrzydła świetlików dachowych lub klap dymowych o średnicy – 100 do 240 cm lub o wymiarach – 100×100 cm do 240×240 cm.
Siłowniki elektryczne – stosowane do automatycznego otwierania świetlików i klap, posiadają następujące podstawowe parametry techniczne:
. napięcie zasilania – 24 lub 230 V,
. pobór prądu pod obciążeniem – 0,8 do 8,0 A,
. długość wysuwu – 380 do 1770 mm,
. siła wysuwu – 270 do 2560 N,
. prędkość wysuwu – 4,3 do 42,8 m/s,
. temperatura otoczenia – (-20) do 60oC.
Siłowniki elektryczne o powyższej charakterystyce mogą wprawiać w ruch skrzydła świetlików dachowych lub klap dymowych o średnicy – 100 do 150 cm lub o wymiarach – 100x100 cm do 150x150 cm.
Automatyczne otwieranie i zamykanie skrzydeł świetlików dachowych i dwufunkcyjnych klap dymowych w celu wentylacji lub wietrzenia pomieszczeń następuje poprzez ruch stelaża spowodowany napędem siłownika pneumatycznego lub elektrycznego. Zadziałanie siłowników jest możliwe po wciśnięciu przycisku lub uchyleniu dźwigni, umieszczonych zazwyczaj w skrzynce układu sterowniczego wietrzenia.
Klapy dymowe, których podstawowym zadaniem jest usuwanie dymu i gorących gazów występujących w trakcie pożaru, wyposażone są w urządzenia wyzwalające. Automatyczne otwieranie skrzydła klapy następuje na skutek pęknięcia ampułkowego wyzwalacza termicznego znajdującego się w urządzeniu wyzwalającym. Temperatura zadziałania wyzwalacza termicznego może wynosić 68, 93, 110 lub 141oC.
Warunki stosowania
Mechanizmy będące przedmiotem niniejszej publikacji przeznaczone są do automatycznego otwierania klap dymowych, służących do odprowadzania dymu i gorących gazów pożarowych oraz świetlików dachowych i pasm świetlnych, których z kolei zadaniem jest przewietrzenie i doświetlenie pomieszczeń.
Zastosowanie mechanizmów powinno następować na podstawie projektu technicznego, opracowanego dla określonego obiektu zgodnie z obowiązującymi przepisami i normami, a w szczególności z:
. Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakimi powinny odpowiada budynki i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 75, poz. 690),
. PN-B-02010:1980 Obciążenia w obliczeniach statycznych – Obciążenie śniegiem,
. PN-B-02011:1977 Obciążenia w obliczeniach statycznych – Obciążenie wiatrem,
. PN-ISO 6182-1:1994 Ochrona przeciwpożarowa
– Urządzenia tryskaczowe
– Wymagania i metody badań dla tryskaczy,
. PN-B-02877-2:1998 Ochrona przeciwpożarowa
– Instalacje grawitacyjne do odprowadzania dymu i ciepła
– Wymagania i metody badań dla klap dymowych.
Ponadto uwzględniać należy wymagania zawarte w poszczególnych aprobatach technicznych np. AT-15-5940/2003 Mechanizmy GRASL do otwierania klap dymowych, świetlików i pasm świetlnych.
Wyjaśnić też trzeba, że część powyżej wymienionych przepisów dotyczy tylko mechanizmów stosowanych w klapach dymowych.
Wymagania
Pewność działania
Mechanizmy powinny by zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby zapewniły niezawodne działanie skrzydła świetlika dachowego lub klapy dymnej przy wielokrotnym użyciu. W aprobatach technicznych przyjęto, że mechanizmy stosowane do świetlików i dwufunkcyjnych klap, poddane 10 000 cykli otwarć i zamknięć, powinny wykazywać pełną sprawność ruchu, bez zacięć i odkształceń. Dodać należy, w przypadku dwufunkcyjnych klap, jej wielokrotne otwarcie do położenia wentylacyjnego nie powinno wpływać negatywnie na sposób i szybkość otwarcia skrzydła klapy do położenia, w którym spełnia rolę urządzenia oddymiającego.
Jeżeli mechanizm zainstalowany jest w klapach dymowych, to skrzydło powinno także wykazywać pełną sprawność po 50 krotnym otwarciu do pozycji oddymiającej, a zasilanie układu napędowego powinno być uruchamiane na skutek zadziałania wyzwalacza termicznego.
Wytrzymałość
Po włączeniu układu napędowego lub zadziałaniu urządzenia wyzwalającego, mechanizm otwierający skrzydło obciążone śniegiem i poddane oddziaływaniu wiatru, powinien w sposób pewny i ciągły ustawić skrzydło w położeniu otwarcia i pozostawi w tym położeniu.
Jeżeli świetlik dachowy lub klapa dymowa są zainstalowane w strefie, w której współczynnik ciśnienia zewnętrznego wiatru określany wg PN-B-02011:1997 ma wartość ujemną, to mechanizm otwierania nie powinien pozwolić na otwarcie skrzydła wskutek ssania wiatru.
Otwieranie skrzydła
Wymagania w zakresie otwierania skrzydła dotyczą głównie mechanizmów klap dymowych. Mechanizm zainstalowany w klapie dymowej powinien zgodnie z normą PN-B-02877-2:1988 umożliwiać otwarcie skrzydła do położenia krańcowego (pod kątem min. 90o przy klapach dwuskrzydłowych i min. 140o przy jednoskrzydłowych), w czasie nie dłuższym niż 30 s. Wymaganie to dotyczy otwierania skrzydła zarówno bez obciążenia jak i z obciążeniem.
Również zgodnie z powyższą normą, znamionowa temperatura zadziałania wyzwalaczy termicznych nie powinna być niższa od 68oC
Odporność na korozję
Mechanizmy do automatycznego otwierania świetlików i klap dymowych powinny być odporne na szkodliwe oddziaływanie środowiska o kategorii korozyjności atmosfery C3 wg PN-EN 12500:2002 Ochrona materiałów metalowych przed korozją. Ryzyko kontroli w warunkach atmosferycznych. Klasyfikacja, określenie i ocena korozyjności atmosfery.
W związku z powyższym ich elementy i części powinny być wykonane ze stopów aluminium, stali nierdzewnych lub stali pokrytej warstwą cynku o minimalnej masie 275 g/m2. Przy doborze tych materiałów należy także uwzględniać zabezpieczenia przed możliwością korozji galwanicznej pomiędzy sąsiadującymi elementami.
Odporność na niską temperaturę
Wymagane jest, aby mechanizmy objęte niniejszą publikacją, działały niezawodnie w temperaturach do -24oC. Temperatura zewnętrzna poniżej 0oC oraz związane z nią oblodzenia nie powinny mieć wpływu na działanie mechanizmu wprawiającego w ruch skrzydło świetlika lub klapy.
Odporność na wysoką temperaturę
Mechanizmy otwierające skrzydła klap dymowych powinny zgodnie z normą PN-B-02877-2:1998 wykazywać odporność na temperaturę nie mniejszą niż:
. 600oC, jeżeli wyposażone są w ręcznie uruchamiany układ zdalnego otwierania,
. 300oC, jeżeli wyposażone są w instalację sygnalizacyjno-alarmową z wyzwalaczem termicznym.
Wszystkie elementy mechanizmów łącznie z siłownikami powinny zapewnić niezawodne działanie klapy dymowej co najmniej przez 30 min. oddziaływania wysokiej temperatury.
Znakowanie
Każdy mechanizm automatycznego otwierania świetlików dachowych i klap dymowych powinien być znakowany w sposób trwały, a oznakowanie powinno zawierać następujące informacje:
. nazwę i adres producenta,
. typ mechanizmu,
. rok produkcji,
. parametry zasilania układu zdalnego otwierania, a przy mechanizmach do klap dymowych również układu wyzwalającego,
. dopuszczalne obciążenie śniegiem i wiatrem,
. temperaturę zadziałania urządzenia wyzwalającego (tylko przy mechanizmach klap dymowych),
. rodzaj i numer dokumentu odniesienia (norma wyrobu, aprobata techniczna i odpowiadający znak dopuszczający do obrotu i stosowania , CE).
Badania
W odniesieniu do badań mechanizmów automatycznego otwierania i zamykania świetlików dachowych oraz klap dymowych stwierdzić można, że istnieją obecnie tylko normy określające metody badań kompletnych wyrobów, np. klap dymowych (PN-B-02877-2:1988).
Metody te jednak w znaczącej części dotyczą także działania mechanizmów, z których najważniejsze to:
. badanie pewności działania,
. badanie wytrzymałości na działanie wiatru,
. badanie wytrzymałości na niską temperaturę.
Poniżej przedstawiono przykładową metodykę badań dotyczącą klap dymowych, gdzie w odniesieniu do mechanizmu automatycznego otwierania klapa jest urządzeniem badawczym.
Badanie pewności działania klapy dymowej nieobciążonej
Pewność działania klapy nieobciążonej badana jest poprzez wieloletnie uruchamianie układu otwierającego skrzydło klapy, przy czym powinien to być wyrób o maksymalnych wymiarach.
Klapę należy umieścić na stanowisku badawczym i przytwierdzić do podłoża zgodnie z instrukcją producenta. Jeżeli klapa jest dwufunkcyjna, to należy w pierwszej kolejności wykonać 10 000 cykli otwarć i zamknięć skrzydła klapy z użyciem ręcznie uruchamianego układu napędowego zasilanego zewnątrz. Za każdym razem należy skrzydło otwierać do położenia wentylacyjnego. Sposób ten dotyczy także świetlików dachowych.
Następnie skrzydło tej samej klapy powinno być 50-krotnie otwierane do pozycji, w której spełnia rolę urządzenia oddymiającego. Zasilanie układu napędowego powinno być w tym przypadku bezpośrednio związane z badaną klapą, zadziałania wyzwalacza termicznego.
Badania uznaje się za pozytywne, jeżeli w ich trakcie następować będzie pełne otwarcie skrzydła klapy do właściwego położenia we wszystkich przypadkach uruchomienia układu otwierającego.
Badanie pewności działania klapy dymowej pod obciążeniem
Pewność działania klapy pod obciążeniem sprawdzana jest poprzez trzykrotne uruchomienie układu otwierającego skrzydło klapy dymowej obciążone masą odpowiadającą obciążeniu śniegiem.
Badaniom należy poddać ten sam egzemplarz wyrobu, który już był sprawdzany jako klapa nieobciążona. Ten sposób badań dotyczy także mechanizmów świetlików dachowych.
Po zamocowaniu klapy na stanowisku budowlanym, na powierzchni skrzydła należy rozmieścić równomiernie obciążenie, o wielkości odpowiadającej obciążeniu śniegu obliczonym zgodnie z normą PN-B-02010:1988, przy czym nie powinno ono być mniejsze niż 550 Pa.
Jeżeli klapa nie ma osłon przeciwwiatrowych, to badania należy przeprowadzić w strumieniu powietrza o prędkości 10 m/s wiejącego z kierunku, który powoduje największe obciążenie powierzchni klapy.
Pozytywny wynik badań występuje wtedy, gdy każdorazowe pełne otwarcie skrzydła klapy nastąpi w czasie nie dłuższym niż 30 s, a żaden element wyrobu nie ulegnie uszkodzeniu.
Badanie wytrzymałości na napór wiatru
Klapę dymową (świetlik dachowy) należy od strony wewnętrznej poddać trzykrotnemu działaniu nadciśnienia, którego wartość powinna odpowiadać wartości ciśnienia ssania wywołanego wiatrem.
Badany wyrób należy umieścić w otworze komory badawczej i przytwierdzić do podłoża, zgodnie z instrukcją producenta, uszczelniając wszystkie otwory występujące na obwodzie klapy.
Następnie należy stopniowo zwiększać ciśnienie w komorze do poziomu, w którym różnica ciśnień po obu stronach klapy zrówna się z wartością obciążenia Q, obliczoną zgodnie z PN-B-02011:1997, przy czym wartość ta nie powinna być niższa od 450 Pa. Nadciśnienie należy utrzymywać przez 10 min., a następnie stopniowo obniżać do momentu wyrównania po obu stronach klapy. Po sprawdzeniu, czy nie nastąpiło trwałe odkształcenie elementów konstrukcyjnych i napędowych klapy, należy otworzy skrzydło do wymaganego położenia.
W badaniach tych, za wynik pozytywny należy uznać brak jakichkolwiek trwałych odkształceń. Skrzydło klapy nie powinno się otworzyć przez cały okres badania, a czas jego otwarcia po wyrównaniu ciśnienia każdorazowo nie powinien być dłuższy niż 30 s.
Badanie wytrzymałość na niską temperaturę
Układ otwierający i napędowy skrzydła klapy (świetlika) powinien działać także w warunkach, gdy temperatura zewnętrzna wynosi -24oC. Klapę umieścić należy na stanowisku badawczym w komorze chłodniczej i przytwierdzić do podłoża zgodnie z instrukcją producenta.
Należy następnie stopniowo obniżyć temperaturę aż do ustalenia w wysokości -24oC. Proces obniżenia temperatury nie powinien trwać dłużej niż 60 min. Po 60 minutach od momentu ustalenia się temperatury -24oC należy pięciokrotnie uruchomić układ i mechanizm otwierający skrzydło klapy.
Pozytywny wynik badań jest w tym przypadku, gdy każdorazowo nastąpi pełne otwarcie skrzydła klapy w czasie nie dłuższym niż 30 s, a żaden z elementów nie uległ zniszczeniu.
inż. Zbigniew Czajka
COBR „Metalplast” Poznań
Uwaga! Po napisaniu niniejszego artykułu ukazała się norma PN-EN 12101-2:2005 Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Część 2. Wymagania techniczne dotyczące klap dymowych, która zastąpi normę PN-B-02877-2:1998.
więcej informacji: Świat Szkła 11/2005
