Od końca lat 90. ubiegłego wieku wśród ekspertów z branży przeciwpożarowej toczyły się zacięte dyskusje na temat skuteczności technologii mgły wodnej. Jej zwolennicy promowali mgłę wodną jako nowoczesną technologię pozwalającą skutecznie gasić każdy rodzaj pożaru. Z kolei przeciwnicy całkowicie podważali jej właściwości gaśnicze. Dzisiaj, na podstawie wyników wielu projektów badawczych i niezliczonej ilości testów, mgła wodna uznawana jest za skuteczną technologię gaśniczą dla wielu zagrożeń pożarowych.
Historia mgły wodnej jako środka gaśniczego
Pierwszym udokumentowanym rozwiązaniem, w którym zastosowano mgłę wodną w celach gaśniczych, były plecaki do gaszenia niewielkich pożarów lasów, wprowadzone do sprzedaży przez amerykańską firmę F.E. Myers już 1880 roku! Plecaki były wyposażone w prądownice wytwarzające drobne krople wody, a celem tego rozwiązania było zwiększenie efektywnego wykorzystania wody do gaszenia dzikich terenów oddalonych od jej zasobów.
W latach 30. ubiegłego wieku pojawiły się pierwsze systemy wykorzystujące drobno rozpyloną wodę w postaci mgły. Kluczową innowacją tego czasu było wdrożenie przez niemiecką firmę Lechler z Metzingen dyszy z wieloma otworami, zwanej dyszą do pyłu wodnego. W kolejnej dekadzie korpus amerykańskiej piechoty morskiej opracował techniki przeciwpożarowe z wykorzystaniem mgły wodnej, a dział inżynierii firmy Factory Mutual przeprowadził serię testów z małymi dyszami drobnokroplistymi do gaszenia pożarów benzyny o mocy 19 MW.
Aż do lat 50. XX w. wszystkie ówczesne urządzenia i systemy gaśnicze wykorzystujące mgłę wodną przeznaczone były do obsługi ręcznej. W kolejnych dekadach w laboratoriach i instytutach badawczych prowadzone były pojedyncze badania nad automatycznymi systemami mgły wodnej, jednak zainteresowanie komercjalizacją tej technologii było niewielkie. Firmy branży przeciwpożarowej rozwijały w tym czasie instalacje tryskaczowe, proszkowe, a przede wszystkim stałe urządzenia gaśnicze gazowe.
Przełom nastąpił na początku lat 80. ubiegłego wieku. Wówczas Szwedzi Krister Giselsson oraz Mats Rosander, określani jako ojcowie aktywnego zwalczania ognia wewnątrz budynków, w kooperacji z Electrolux Euroclean rozpoczęli intensywne prace nad rozwojem systemów mgły wodnej. O zainteresowaniu Electrolux Euroclean, firmy specjalizującej się wówczas w wysokociśnieniowych urządzeniach czyszczących, zadecydował przypadek – podczas pożaru smażalnika olejowego ich produkty zostały wykorzystane do gaszenia i okazały się skuteczne. W tym samym czasie niemiecka firma Hansa Joachima Herzoga zrealizowała kilka znaczących instalacji mgły wodnej nisko- i średniociśnieniowej, m.in. Leipzig Bowling Center.
Trwający w latach 80. rozwój wysokociśnieniowych instalacji hydraulicznych ułatwił prace nad rozwojem wysokociśnieniowych systemów mgły wodnej. Wysokie ciśnienie wody umożliwiało uzyskanie większego rozdrobnienia cząstek wody oraz nadanie im odpowiedniego przyspieszenia. Do końca tej dekady odkryto wszystkie zalety stosowania wysokociśnieniowej mgły wodnej. Jej technologia w tym czasie była już bardzo zaawansowana: zarówno dysze zalewowe jak i aktywowane termicznie (tryskacze z mgłą wodną) były w swej konstrukcji bardzo podobne do tych stosowanych obecnie. Wczesny system komercyjny został już wprowadzony na rynek w Szwecji. Do zmian na pozostałych rynkach potrzebny był impuls.
Wzrost znaczenia systemów mgły wodnej
Dla popularyzacji systemów mgły wodnej kluczowe znaczenie miały dwa wydarzenia:
- podpisanie w 1987 roku protokołu montrealskiego w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową. To międzynarodowe porozumienie dotyczące przeciwdziałania dziurze ozonowej wymusiło rozpoczęcie poszukiwań alternatywnych systemów gaszenia,
- wybuch pożaru na promie pasażerskim Scandinavian Star w 1990 roku, gdzie śmieć poniosło 158 osób (40% pasażerów). Zdarzenie to wymusiło konieczność wprowadzenia zabezpieczeń przeciwpożarowych na promy, a wykorzystanie w tym celu systemów tryskaczowych było prawie niewykonalne z uwagi na ich duże zapotrzebowanie na słodką wodę i masywne orurowanie.
Protokół Montrealski i katastrofa z 1990 r. były punktami zwrotnymi dla zmiany postrzegania mgły wodnej przez branżę ochrony przeciwpożarowej. Zwiększone zapotrzebowanie na tego typu rozwiązanie poskutkowało wprowadzeniem już na początku lat 90-tych systemów wysokociśnieniowej mgły wodnej takich firm jak m.in. FogTec. W 1992 roku powstały pierwsze duże instalacje mgły wodnej dla pomieszczeń mieszkalnych na jednostkach pływających (M/s Danica, M/s Festival i M/s Karneval), a w latach 1994 i 1995 uchwalono rezolucję Międzynarodowej Organizacji Morskiej (IMO), wprowadzające systemy mgły wodnej jako alternatywę dla konwencjonalnych tryskaczy w sektorze morskim. Systemy mgły wodnej doskonale wpisały się w potrzeby sektora morskiego ze względu na rurociągi niskiej średnicy wykonane ze stali nierdzewnej oraz bardzo niskie zapotrzebowanie na słodką wodę.
Szersze zastosowanie nowoczesnej technologii mgły wodnej na rynku lądowym umożliwiła publikacja w 1996 roku pierwszej normy NFPA750 dla systemów mgły wodnej.
Definicja mgły wodnej
Zgodnie z przyjętą definicją, mgła wodna określana jest jako rozpylony strumień wody, w którym 99% kropel ma średnicę mniejszą niż 1000 μm. Pierwsza wersja standardu NFPA 750 definiuje następujące klasy mgły wodnej, w zależności od rozkładu średniej wielkości kropli:
- Klasa 1 – krople o średnicy od 10 do 200 μm.
- Klasa 2 – krople o średnicy od 200 do 400 μm.
- Klasa 3 – krople o średnicy od 400 do 1000 μm.
Wielkość mikrokropel zwykle koreluje z poziomem ciśnienia wody. Systemy wysokociśnieniowej mgły wodnej zazwyczaj uzyskują krople klasy 1., podczas gdy systemy niskociśnieniowej mgły wodnej operują przeważnie kroplami w klasach 2. i 3.
Właściwości gaśnicze mgły wodnej wysokociśnieniowej
Skuteczne ugaszenie pożaru możliwe jest poprzez częściowe lub całkowite usunięcie jednego z trzech elementów tzw. trójkąta spalania: tlenu, energii cieplnej lub materiału palnego (o trójkącie spalania pisaliśmy w artykule: Jak powstaje pożar?) lub poprzez przerwanie reakcji łańcuchowej procesu spalania.
Głównym efektem gaśniczym systemów mgły wodnej wysokociśnieniowej jest chłodzenie. Mikroskopijne krople wody penetrują zarówno płomienie, jak i powierzchnię materiału palnego, szybko absorbując duże ilości energii ze spalania i zmniejszając poziom promieniowania cieplnego. Wiele mikrokropel pozwala stworzyć powierzchnię reakcji znacznie większą niż ta sama objętość wody uwalniana w postaci dużych kropel. Jeden litr wody, dystrybuowany jako krople o średnicy 1 mm, pozwala uzyskać powierzchnię 6 m2, podczas gdy ta sama ilość wody uwalniana w postaci kropel o średnicy 0,01 mm (10 μm) daje powierzchnię 600 m2. Duża powierzchnia umożliwia uzyskanie bardzo wysokiego współczynnika parowania, co przekłada się na redukcję energii cieplnej z pożaru. Jeden litr wody o temperaturze wyjściowej ok. 20°C umożliwia absorpcję 2595 kJ energii w wyniku jego podgrzania i całkowitego wyparowania. Dlatego tak istotne jest, aby powierzchnia kropel była jak największa – to pozwala uzyskać maksymalny efekt parowania i absorpcji energii cieplnej.
Kolejną właściwością gaśniczą mgły wodnej wysokociśnieniowej jest zdolność wyparcia tlenu. Mikrokrople wody parują przy ognisku pożaru w bardzo szybkim tempie, zwiększając swą objętość nawet 1640 razy, przez co lokalnie wypierany jest tlen. W efekcie tego przy źródle ognia występuje efekt tłumienia, podobny jak przy zastosowaniu gazu obojętnego. Warto przy tym zaznaczyć, że tak gwałtowne wyparowanie odbywa się tylko przy ognisku pożaru – pozwala to uniknąć ryzyka redukcji tlenu dla osób ewakuujących się.
Efekty chłodzenia i wyparcia tlenu w bezpośredni sposób przyczyniają się do ugaszenia pożaru. Efektami dodatkowymi, wynikającymi ze stosowania systemów mgły wodnej wysokociśnieniowej, są m.in.:
- redukcja gęstości i toksyczności zadymienia poprzez częściowe wymycie i osadzenie szkodliwych produktów spalania,
- zwiększenie wilgotności pozwalające schłodzić i zwilżyć pojawiające się w powietrzu iskry,
- schłodzenie i zwilżenie wyposażenia i materiałów składowanych w gaszonych pomieszczeniach, co pozwala znacząco ograniczyć tempo rozprzestrzeniania się ognia.
Aspekty bezpieczeństwa stosowania mgły wodnej
Woda to najbardziej naturalny środek gaśniczy, w pełni bezpieczny dla ludzi i środowiska. Za taką uważana jest również mgła wodna. Systemy mgły wodnej wysokociśnieniowej mogą być stosowane bez ograniczeń i specjalnych opóźnień czasowych w większości obiektów, gdzie stale lub czasowo przebywają ich użytkownicy. Co więcej, dzięki zdolności chłodzenia płomieni i powierzchni, mgła wodna ułatwia ewakuację i czyni ją bezpieczniejszą. Należy jednak mieć na uwadze jej wpływ na przejrzystość powietrza.
Mimo iż mgła wodna ma wiele zalet w porównaniu z innymi konwencjonalnymi technologiami przeciwpożarowymi, ma również swoje ograniczenia. Istnieją obszary zastosowań, do których nie powinna być używana. Należą do nich m.in. obiekty, w których występują:
- ekstremalne warunki wentylacyjne, uniemożliwiające przedostanie się mgły wodnej do powierzchni pożaru,
- materiały, które gwałtownie reagują w kontakcie z wodą lub generują znaczącą ilość szkodliwych substancji.
Mgła wodna nie powinna być również aplikowana bezpośrednio na gazy skroplone w temperaturach kriogenicznych, które gwałtownie parują w zetknięciu z wodą o standardowej temperaturze.
Systemy mgły wodnej a poziom ciśnienia wody
Podczas rozwoju systemów mgły wodnej doszło do podziału producentów w zależności od stosowanego poziomu ciśnienia wody. Aktualnie rozróżnia się następujące systemy mgły wodnej wg kryterium ciśnienia:
- Systemy niskociśnieniowe – o ciśnieniu roboczym na dyszy do 12 bar,
- Systemy średniociśnieniowe – o ciśnieniu roboczym na dyszy od 12 do 40 bar,
- Systemy wysokociśnieniowe – o ciśnieniu roboczym na dyszy od 60 do nawet 160 bar.
Najlepszy efekt gaśniczy pozwalają osiągnąć systemy mgły wodnej wysokociśnieniowej. Są to również najlepiej przebadane instalacje gaśnicze. Istnieje wielu producentów urządzeń z szeroką certyfikacją potwierdzającą skuteczność tego typu rozwiązań oraz tysiące wykonanych instalacji wraz z opracowanymi studiami przypadków.
Cechą systemów wysokociśnieniowej mgły wodnej jest niestety ich wyższy koszt w stosunku do instalacji tryskaczowych. Wynika on m.in. z konieczności stosowania wysokociśnieniowej armatury. W celu optymalizacji kosztów, niektórzy producenci starają się realizować instalacje mgły wodnej o niższym ciśnieniu roboczym, optymalnie takim samym jak w instalacjach tryskaczowych (do 12 bar). Wysokie ciśnienie robocze jest jednak niezbędnym czynnikiem pozwalającym uzyskać mikrokrople wody i nadać im odpowiedni pęd, aby mogły skutecznie spenetrować ognisko pożaru. Dlatego, mimo wielu starań optymalizacyjnych, dotychczas udało się przeprowadzić niewiele testów pożarowych instalacji niskociśnieniowej mgły wodnej, które potwierdzałby jej skuteczność. Ponadto, na dzień powstania wpisu, nie istnieje system mgły wodnej niskociśnieniowej, który posiadałby ważną Krajową Ocenę Techniczną oraz Certyfikat Zgodności – dokumenty wymagane dla Stałych Urządzeń Gaśniczych w naszym kraju.
Obowiązujące standardy dla systemów mgły wodnej wysokociśnieniowej
Kluczowe jest zrozumienie, iż wszystkie systemy aktywnego gaszenia działają w trybie „gotowości” (ang. stand-by). To, czy zostały one poprawnie dobrane, zaprojektowane oraz wykonane, można sprawdzić dopiero w sytuacji rzeczywistego zagrożenia pożarem. Stąd tak niezwykle istotne jest, aby dla konkretnego ryzyka pożarowego dobrać odpowiedni standard projektowy oraz odpowiedni system posiadający stosowne testy pożarowe. Złe decyzje w tym zakresie mogą doprowadzić do wykonania całkowicie nieskutecznej instalacji gaśniczej. Przykrym przypadkiem błędnie dobranej instalacji był m.in. pożar Archiwum Miejskiego w Krakowie.
W przeciwieństwie do tradycyjnych instalacji, systemy mgły wodnej poddawane są pełnoskalowym testom dla każdego typu zagrożenia pożarowego, a ich wyniki muszą zostać potwierdzone przez niezależne jednostki akredytowane (w Polsce Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej w Józefowie). W celu zaprojektowania systemu należy dobrać dyszę przetestowaną na odpowiedni typ zagrożenia, odpowiedni standard projektowy oraz ściśle przestrzegać specyfikacji producenta, opracowanej na podstawie pełnoskalowego testu.
Aktualnie obowiązujące standardy dla systemów mgły wodnej to głównie:
- PN-EN 14972: Stałe urządzenia gaśnicze – Zestawy instalacji mgły wodnej – Projektowanie, instalacja, przegląd i konserwacja.
- NFPA 750 Standard for Water Mist Fire Protection Systems.
- FM Standard 5560: Water Mist Systems.
- VdS 3188 Guidelines for Water Mist Sprinkler Systems and Water Mist Extinguishing Systems (High Pressure Systems).
- UL 2167— Standard for Water Mist Nozzles for Fire Protection Services.
- APSAD D2 — Guide for the Installation of Water Mist Fire Protection Systems.
W przypadku systemów mgły wodnej, dobór odpowiedniego standardu nie jest tak oczywisty jak dla systemów gaszenia gazem czy tradycyjnych instalacji tryskaczowych. Wybór standardu zależy nie tylko od lokalizacji instalacji, ale również od rodzaju zagrożenia pożarowego występującego na obiekcie, wymogów ubezpieczyciela oraz uwarunkowań technicznych. Stąd nie zawsze należy wybierać standard PN-EN jako domyślny dla obiektów zlokalizowanych na terenie naszego kraju, lecz konsultować dobór z Rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych oraz uprawnionymi projektantami z doświadczeniem w projektowaniu instalacji mgłowych.
Zastosowanie systemów wysokociśnieniowej mgły wodnej
Mgła wodna wysokociśnieniowa może stanowić ochronę w różnych obiektach budowlanych, w tym m.in. budynkach biurowych, halach przemysłowych, hotelach, szpitalach, obiektach zabytkowych, budynkach wysokościowych, archiwach, obiektach sakralnych. Jedną z głównych zalet mgły wodnej jest zdolność zabezpieczania różnych zagrożeń pożarowych, które zazwyczaj wymagają użycia różnych systemów lub środków gaśniczych. Dzięki temu, za pomocą jednego zestawu pompowego, można zabezpieczyć cały budynek wielofunkcyjny. Takie rozwiązanie pozwala zaoszczędzić miejsce i przede wszystkim koszty inwestycji.
Systemy mgły wodnej wysokociśnieniowej z powodzeniem stosowane są do również ochrony obiektów przemysłowych, takich jak np. tunele kablowe, układy nawęglania, transformatory, turbiny i generatory prądotwórcze, komory do testowania silników. Skutecznie zabezpieczą także obiekty infrastruktury drogowej i kolejowej, jak tunele drogowe, stacje metra czy wagony kolejowe. Systemy mgły wodnej nie wymagają szczelnych pomieszczeń i mogą być montowane w najbardziej skomplikowanych konstrukcjach i ograniczonych przestrzeniach.
Dodatkową zaletą systemów mgły wodnej wysokociśnieniowej jest ich niewielkie zapotrzebowanie na powierzchnię wymaganą dla pompowni oraz rurociągu dystrybucyjnego. Średnice rurociągu i rozmiary pomp są bowiem znacznie mniejsze niż w systemach tryskaczowych czy zraszaczowych. Dzięki temu instalacja systemów mgły wodnej w obiektach już istniejących pozwala ograniczyć do minimum ingerencję w te obiekty oraz zapewnić dyskrecję całej instalacji.
Podsumowanie
Mgła wodna jest najszybciej rozwijającą się technologią w branży aktywnych zabezpieczeń przeciwpożarowych. Systemy wysokociśnieniowej mgły wodnej pozwalają skutecznie zabezpieczyć przed wieloma rodzajami ryzyka pożarowego, szczególnie w sytuacjach, gdy tradycyjne rozwiązania okazują się zawodne. Jak w każdej rozwijającej się technologii, istnieje wiele mylnych teorii oraz marketingowego chaosu informacyjnego, które mogą doprowadzić do błędów w doborze poszczególnych elementów instalacji, co może okazać się tragiczne w skutkach. Technologia mgły wodnej jest wymagająca zarówno w zakresie projektowania, jak i montażu. Znajomość obowiązujących norm i standardów oraz rozumienia testów pożarowych przy pracach projektowych, jak również niezawodność i profesjonalizm prac instalacyjnych, są podstawowymi kryteriami decydującymi o skuteczności tego rozwiązania. Dlatego opracowanie systemu gaszenia mgłą wodną dla każdego obiektu należy powierzyć podmiotom z wysokim poziomem wiedzy inżynierskiej i odpowiednim doświadczeniem.
