Fire properties of electric cables used in buildings

Katarzyna Kaczorek-Chrobak

Właściwości ogniowe kabli elektrycznych stosowanych w budynkach W obiektach budowlanych stosuje się kable wykonane z użyciem różnych materiałów konstrukcyjnych polimerowych, co zwiększa ich obciążenie ogniowe, a zatem znacząco wpływa na bezpieczeństwo pożarowe budynków. Kable elektryczne i wykonane z nich instalacje elektryczne, pomimo że są istotnymi elementami bezpieczeństwa pożarowego obiektów budowlanych, nie są brane pod uwagę w ogólnej analizie bezpieczeństwa pożarowego i zwykle nie podlegają ocenie pod kątem potencjalnego zagrożenia pożarem. Tymczasem jednym z zadań w zakresie przeciwdziałania zagrożeniom pożarowym w budynkach powinno być zmniejszenie ryzyka pożarów wywołanych zwarciami w instalacjach elektrycznych. Natomiast, w przypadku wystąpienia pożaru, należy mieć na uwadze proces rozprzestrzeniania się ognia z udziałem kabli elektrycznych, który - ze względu na sposób instalacji kabli w budynkach - może przenosić ogień na duże odległości od miejsca zainicjowania pożaru oraz pomiędzy kondygnacjami budynku (poprzez szyby instalacyjne). Problem naukowy niniejszej rozprawy stanowi określenie wpływu istotnych parametrów konstrukcyjno-materiałowych kabli na ich właściwości ogniowe poprzez ustalenie zależności jakościowych, a w miarę możliwości również ilościowych, między tymi wielkościami. Celem niniejszej monografii jest wyodrębnienie istotnych czynników związanych z konstrukcją kabli elektrycznych, wpływających na określone właściwości pożarowe, takie jak: wydzielanie ciepła, wytwarzanie dymu, długość zniszczenia i ilość toksycznych produktów spalania w różnych warunkach wentylacji pomieszczeń. Zgodnie z najlepszą wiedzą autorki takie systematyczne badania nie zostały dotychczas opublikowane. Przedstawione badania są oryginalne i wypełniają lukę badawczą w aspekcie rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych kabli i przewodów elektrycznych, wpływających na ich właściwości ogniowe. W celu wyodrębnienia parametrów konstrukcyjnych kabli, które istotnie zmieniają ich właściwości ogniowe, poddano analizie osiemdziesiąt trzy kable elektryczne (osiemdziesiąt dziewięć próbek kabli) o różnej konstrukcji i zastosowanych materiałach. Zbadano je, stosując między innymi standardową metodę badawczą opisaną w normie EN 50399. Dobór próbek kabli uwzględniał obecność jednej determinującej cechy konstrukcyjno-materiałowej. Wnioski z wykonanych badań były następujące: (1) konstrukcja, liczba żył roboczych i obecność pancerza lub metalicznej żyły koncentrycznej poprawiają właściwości ogniowe przez wytworzenie bariery przed przenikaniem płomienia w głąb wewnętrznych warstw kabla; (2) zastosowanie żył roboczych miedzianych powoduje obniżenie parametrów ogniowych w porównaniu z kablami z żyłami aluminiowymi (uzyskano do czterech razy niższą wartość maksymalnej średniej szybkości wydzielania ciepła dla kabla z żyłami miedzianymi); (3) materiał konstrukcyjny na bazie plastyfikowanego poli(chlorku winylu) znacznie pogarsza właściwości ogniowe kabli w stosunku do materiałów bezhalogenowych (maksymalna średnia szybkość wydzielania ciepła była ponad siedemnaście razy wyższa dla kabla na bazie materiałów halogenowych), co wynika z procesu dekompozycji termicznej tworzywa; (4) nie stwierdzono wyraźnego związku między parametrami związanymi z właściwościami ogniowymi kabli elektrycznych a standardowym parametrem kablowym c, poprawiającym monotoniczność uzyskanych wyników badań ogniowych kabli i stosowanym dotychczas w doborze próbek do badań w obrębie tej samej rodziny kablowej. W związku z faktem, iż przeprowadzone badania wykazały znaczny wpływ liczby żył roboczych, jako barier metalicznych dla penetracji płomienia do warstw wewnętrznych kabli elektrycznych i objętości części niemetalicznych na właściwości ogniowe kabli, zaproponowano parametr Omega związany z efektywną objętością elementów niemetalicznych palnych. Parametr Omega zależy od stosunku objętości elementów niepalnych niemetalicznych do objętości elementów palnych niemetalicznych kabla oraz efektywnej powierzchni wymiany ciepła w obrębie budowy kabla. Znacznie wyższe bezwzględne współczynniki korelacji Pearsona (bliskie -1) uzyskano dla całkowitego wydzielonego ciepła i całkowitego wytworzonego dymu w funkcji parametru Omega niż parametru X. W celu ilościowego oznaczenia ilości gazów uzyskanych w warunkach kontrolowanych wentylacją, badaniom poddano prosty przewód elektryczny z izolacją na bazie poli(chlorku winylu) stosowany powszechnie w budownictwie oraz - jako próbkę referencyjną - czysty nieplastyfikowany poli(chlorek winylu) oraz polietylen o niskiej gęstości (najprostszy z polimerów) zgodnie z metodą badawczą o nazwie Steady State Tube Furnace. Trzykrotnie niższe wydajności dwutlenku węgla w różnych warunkach wentylacji uzyskano dla badanego kabla w porównaniu z referencyjnym czystym nieplastyfikowanym poli(chlorkiem winylu) oraz dwukrotnie niższe w zestawieniu z czystym polietylenem, co potwierdza nieznaczny wpływ efektu hiperwentylacji na człowieka podczas palenia się kabli. Natomiast w przypadku wydzielania tlenku węgla, uzyskano czterokrotnie wyższe wartości wydajności dla badanego kabla w porównaniu z czystymi polimerami. Maksymalną wartość wydajności powstawania tlenku węgla (0,57 g/g) uzyskano w przypadku przepływu powietrza wynoszącego 5 l/min i wartość ta zmniejszała się wraz ze wzrostem stopnia wentylacji. Zmierzone wydajności węglowodorów były podobne do wartości referencyjnych, z wyjątkiem współczynnika równoważności f = 0,27. Wydzielanie żrącego i toksycznego chlorowodoru podczas spalania kabla elektrycznego jest niezależne od warunków wentylacyjnych. Reakcja korozji między miedzią i chlorowodorem oraz między wypełniaczami nieorganicznymi i chlorowodorem zmniejszyła zawartość tego gazu w wydzielanym dymie. Analiza z wykorzystaniem teorii Quintiere'a wykazała, iż metoda kalorymetru stożkowego może być użyta w modelowaniu numerycznym procesu spalania kabli, a jej zastosowanie może znacznie ułatwić i zmniejszyć liczbę badań ogniowych kabli, bez negatywnego wpływu na wyniki końcowe. Jednakże kable w tym przypadku należy traktować jako materiały stałe kompozytowe. Reasumując, analiza wpływu budowy kabli jest istotnym elementem z punktu widzenia bezpieczeństwa pożarowego obiektów budowlanych. W toku pracy nad monografią stwierdzono, iż: czynniki, takie jak ilość, kształt i materiał, z którego wykonane są żyły robocze oraz rodzaje materiałów, z których wykonane są elementy niemetaliczne kabli, a także obecność pancerza lub żyły koncentrycznej w kablach, istotnie wpływają na właściwości ogniowe, na przykład wydzielanie ciepła, wytwarzanie dymu, długość zniszczenia oraz wydzielanie toksycznych produktów spalania. Przeprowadzone eksperymenty umożliwiły opracowanie nowego parametru Omega, który okazał się być lepszym wskaźnikiem predykcyjnym palności kabli niż znormalizowany i szeroko stosowany obecnie parametr X. Ponadto ustalono, iż możliwe jest zastąpienie metod badawczych prowadzonych w dużej skali geometrycznej prostszą metodą kalorymetru stożkowego poprzez zastosowanie teorii Quintiere'a dla kabli elektrycznych.

Zabezpieczanie przed korozją stalowych konstrukcji budowlanych za pomocą powłok malarskich

Michał Wójtowicz

Przedmiotem instrukcji są wymagania dotyczące prawidłowego projektowania, wykonania i kontroli wykonania lakierowych systemów ochronnych na stalowych konstrukcjach budowlanych. Instrukcja dotyczy wyłącznie antykorozyjnej funkcji systemów malarskich. Nie dotyczy zaś innych funkcji, takich jak: zabezpieczenia przed mikroorganizmami, chemikaliami, narażeniami mechanicznymi, ogniem. Instrukcja obejmuje następujące rodzaje powierzchni: elementów ze stali węglowej lub niskostopowej, powierzchni elementów ze stali jw., natryskiwanych cieplnie cynkiem, aluminium lub ich stopami, ocynkowanych zanurzeniowo i elektrolitycznie, szerardyzowanych, zabezpieczonych farbą do gruntowania do czasowej ochrony oraz innych wymalowanych powierzchni. W instrukcji przedstawiono zabezpieczenia wyrobami lakierowymi schnącymi lub utwardzającymi się w warunkach otoczenia. Nie dotyczy ona materiałów powłokowych proszkowych, emalii piecowych, farb termoutwardzalnych, powłok lakierowych o grubości powyżej 2 mm, wykładzin zbiorników oraz wyrobów do chemicznego przygotowania powierzchni. Opracowanie jest przeznaczona dla projektantów, wykonawców i służb nadzoru budowlanego. Nie dotyczy technologii metalizacji. Opracowano ją na podstawie normy PN-EN ISO 12944-1 do 8.

Projektowanie konstrukcji stalowych z uwagi na warunki pożarowe według Eurokodu 3

Piotr Turkowski, Paweł Sulik

W pracy omówiono problematykę bezpieczeństwa pożarowego konstrukcji stalowych. Scharakteryzowano termiczne i mechaniczne oddziaływania na konstrukcję, właściwości stali węglowych i nierdzewnych oraz elementów stalowych w warunkach pożarowych. Przedstawiono zasady i metody ustalania odporności ogniowej zabezpieczonych i nieosłoniętych elementów konstrukcyjnych (belek, słupów, elementów rozciąganych i innych), podane w Eurokodzie PN-EN 1993-1-2. Informacje zilustrowano licznymi przykładami obliczeniowymi. Opracowanie jest adresowane przede wszystkim do projektantów i wykonawców konstrukcji stalowych oraz rzeczoznawców ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych.

Pokrycia dachowe

Barbara Francke

Przedmiotem opracowania są warunki techniczne wykonania i odbioru pokryć dachowych. Przy ustalaniu wymagań dla pokryć dachowych przyjęto założenie, że pokrycie jest jednym z elementów właściwie zaprojektowanego i wykonanego przekrycia dachowego, spełniającego wymagania: statyczno-wytrzymałościowe, zapewniające bezpieczeństwo użytkowania, przeciwpożarowe, szczelności na działanie wód opadowych oraz termoizolacyjne, zapewniające komfort cieplny znajdujących się pod nim pomieszczeń. Niniejszy zeszyt warunków technicznych obejmuje wymagania dotyczące: dokumentacji technicznej, warunków wprowadzenia do obrotu lub udostępniania materiałów pokrywczych, wykonywania pokryć oraz kryteriów odbioru wykonanych robót. Roboty pokrywcze (dekarskie) objęte niniejszym opracowaniem powinny być wykonywane przez profesjonalne, przeszkolone zespoły dekarskie. Podane zalecenia nie są obligatoryjne i mają stanowić pomoc dla projektantów, wykonawców robót dekarskich oraz inspektorów nadzoru w procesie projektowania, wykonywania i odbioru robót dekarskich. Przedstawione wartości wymagań mogą być traktowane jako pomoc przy ocenie poszczególnych robót pod kątem ich poprawności technicznej.

Wpływ łączników zbrojenia z izolacją na właściwości cieplne połączeń konstrukcyjnych. Metodyka oceny z przykładami

Robert Geryło

Opracowanie zawiera opis zasad określania metodą obliczeniową właściwości cieplnych połączeń konstrukcyjnych, w których są stosowane łączniki zbrojenia z izolacją cieplną. W przykładach przedstawiono podstawowy zakres obliczeń sprawdzających spełnienie wymagania związanego z ochroną przed powierzchniową kondensacją pary wodnej oraz niezbędnych do określenia strat ciepła przez przegrody zewnętrzne.

Instalacje elektryczne, piorunochronne i telekomunikacyjne w obiektach przemysłowych

Radosław Lenartowicz, Michał Świerżewski

W niniejszym opracowaniu podano warunki techniczne wykonania i odbioru instalacji elektrycznych zewnętrznych i wewnętrznych (w tym piorunochronnych) w typowych obiektach przemysłowych oraz w budowlach, pomieszczeniach i budynkach o charakterze przemysłowym. W rozdziale 9 niniejszego zeszytu opracowano dodatkowe wymagania dotyczące instalacji telekomunikacyjnych, będące uzupełnieniem rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie - w rozdziale 8a „Instalacja telekomunikacyjna” działu IV „Wyposażenie techniczne budynków”. W rozporządzeniu tym określono szereg ogólnych uwarunkowań dotyczących poszczególnych typów budynków, ale brakuje wymagań szczegółowych odnośnie do instalacji telekomunikacyjnych w budynkach przemysłowych, niezbędnych do ich prawidłowego funkcjonowania. W przedstawianym zeszycie WTWiORB szczegółowo są opracowane wymagania dotyczące elektrycznych sieci i urządzeń zasilających, rozdzielczych oraz instalacji na napięcie średnie do 20 kV oraz niskie do 1 kV. Instalacje i urządzenia elektryczne w obiektach przemysłowych powinny zapewniać: ciągłą dostawę energii elektrycznej o odpowiednich parametrach technicznych, stosownie do potrzeb użytkowych, bezpieczeństwo użytkowania, a przede wszystkim ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym, przepięciami łączeniowymi i atmosferycznymi, powstaniem pożaru, wybuchem i innymi szkodami, ochronę środowiska przed skażeniem i emitowaniem niedopuszczalnego poziomu drgań, hałasu oraz oddziaływaniem pola elektromagnetycznego, a także spełnienie wymagań przepisów dotyczących projektowania i budowy instalacji i urządzeń elektrycznych oraz norm i wiedzy technicznej. Niniejszy zeszyt ma charakter wytycznych i zawiera szczegółowe warunki techniczne wykonywania i odbioru instalacji elektrycznych (piorunochronnych) i telekomunikacyjnych w obiektach przemysłowych, uwzględniające specyficzny charakter budownictwa przemysłowego, i obejmuje swoim zakresem wymagania dotyczące: dokumentacji technicznej, niezbędnej do wykonania i odbioru instalacji elektrycznych i urządzeń piorunochronnych, podstawowych wyrobów stosowanych przy wykonywaniu instalacji elektrycznych i urządzeń piorunochronnych, wykonania instalacji elektrycznych, telekomunikacyjnych i urządzeń piorunochronnych, technologii montażu instalacji elektrycznych, telekomunikacyjnych, odbioru instalacji elektrycznych i urządzeń piorunochronnych oraz telekomunikacyjnych w obiektach i budynkach przemysłowych (w tym wymagania dotyczące odbiorów częściowych, wymagania dotyczące odbioru końcowego oraz zakres badań i sprawdzeń odbiorczych), a także wykazu istniejących przepisów technicznych i dokumentów związanych, dotyczących wykonania i odbioru instalacji (elektrycznych, piorunochronnych, telekomunikacyjnych) w obiektach budowlanych, szczególnie przemysłowych. Opracowanie nie zawiera warunków wykonania i odbioru robót realizowanych z zastosowaniem metodologii BIM (Building Information Modeling).

Projektowanie geotechniczne według Eurokodu 7

Lech Wysokiński, Walery Kotlicki, Tomasz Godlewski

Przedmiotem poradnika jest Eurokod 7 (norma PN-EN 1997), zawierający zasady projektowania geotechnicznego. Specyficznym wymaganiem Eurokodu 7 jest uzależnienie zakresu i rodzaju badań podłoża, niezbędnych obliczeń sprawdzających oraz wymaganej kontroli wykonania konstrukcji, od stopnia trudności zadania (kategorii geotechnicznej obiektu). Poradnik zawiera wyjaśnienia i oceny zawartych w Eurokodzie 7 wymagań i zaleceń, omówienia procedur postępowania przy projektowaniu według Eurokodu 7 najczęściej występujących w praktyce fundamentów, objętych tzw. 2. kategorią geotechniczną. Poradnik uwzględnia doświadczenia i dotychczasową praktykę polską, dokonując porównań Eurokodu 7 z normami polskimi. Zawiera przykłady obliczeniowe typowych, powszechnie stosowanych, konstrukcji fundamentów, rozwiązane „krok po kroku”. Poradnik jest pierwszą tego typu publikacją w Polsce, przeznaczoną głównie dla projektantów konstrukcji, wykonawców dokumentacji badań podłoża, inwestorów, a także studentów i nauczycieli akademickich, jako pomoc w kształceniu z przedmiotów geotechnicznych.

Ochrona odgromowa i przepięciowa budynków i obiektów budowlanych

Radosław Lenartowicz

W poradniku podano aktualne wymagania dotyczące ochrony odgromowej i przepięciowej budynków i obiektów budowlanych, w szczególności odnoszące się do elementów instalacji, środków ochrony, klasyfikacji, ekranowania, połączeń wyrównawczych i uziemienia. Nowe wymagania dotyczą zarówno ochrony zewnętrznej, jak i wewnętrznej budynków i obiektów budowlanych. W szczególności dodatkowo omówiono wymagania dotyczące stosowania ekranowania, ekwipotencjalizacji, właściwych odstępów izolacyjnych, eliminacji pętli przewodów wchodzących do obiektów oraz zabezpieczeń poprzez stosowanie ograniczników przepięć (SPD). Opracowano nowy rozdział dotyczący ochrony odgromowej urządzeń na dachach budynków. Wymagania opracowano w oparciu o znowelizowane normy europejskie z serii PN-EN 62305 (części 1, 2, 3, 4) oraz badania, analizy rozwiązań i opinie użytkowników i producentów sprzętu ochronnego. Poradnik zawiera zalecenia stosowania nowoczesnych rozwiązań instalacji odgromowych i przepięciowych przeznaczonych dla projektantów, wykonawców, inwestorów oraz producentów elementów pokryć dachowych i elementów budowlanych wykorzystywanych jako części instalacji odgromowych w obiektach budowlanych. Poradnik swym zakresem obejmuje przede wszystkim podstawową ochronę odgromową budynków oraz związane z nimi instalacje. Zagadnienia dotyczące uziemień zostały dodatkowo poszerzone o wnioski z badań prowadzonych przez autora w Instytucie Techniki Budowlanej w Warszawie. Niniejszy poradnik nie dotyczy ochrony odgromowej obiektów zagrożonych wybuchem, w których obowiązuje specjalistyczna ochrona o zaostrzonym rygorze wymagań.