Iza Trzeciak, Renata Trojanowska

W dzisiejszych cyfrowych czasach to nie przedmioty materialne stanowią dla przedsiębiorstw największą wartość. W tej hierarchii coraz częściej na jej szczycie znajdują się dane, takie jak tajemnice przedsiębiorstwa, bazy klientów lub – w przypadku zakładów produkcyjnych – zachowanie ciągłości procesu produkcji.

Dane mogą być przechowywane w formie elektronicznej lub papierowej – na nośnikach elektronicznych w serwerowniach lub w tradycyjnych teczkach w archiwach. Najcenniejsze dobra wymagają szczególnej ochrony, również przeciwpożarowej. Ani serwerownie, ani archiwa w przypadku pożaru nie mogą być gaszone wodą, gdyż przyniesie to skutek odwrotny do zamierzonego. Wprawdzie woda uchroni mienie przed ogniem, ale i je zniszczy. W takich przypadkach stosuje się stałe urządzenia gaśnicze gazowe.

Właściwości gazów gaśniczych
Gazy gaśnicze mogą być używane do gaszenia pożarów grup A, B i C, z wyjątkiem specyficznych substancji chemicznych. Bezsprzecznymi zaletami ich zastosowania w tych miejscach są czystość gaszenia oraz nieprzewodzenie prądu elektrycznego przez gazy.

Zasada działania SUG gazowego
Stałe urządzenie gaśnicze gazowe składa się z dwóch części: elektrycznej i hydraulicznej. System detekcji pożaru i sterowania gaszeniem odbiera sygnał o wykryciu pożaru oraz wysterowuje urządzenia według przyjętego algorytmu sterowania. Część hydrauliczna magazynuje i uwalnia gaz gaśniczy.
Na system detekcji pożaru i sterowania gaszeniem składają się następujące urządzenia: centrala sterowania gaszeniem (CSG), czujki pożarowe, przycisk „start gaszenia”, sygnalizatory optyczno-akustyczne, klapy odciążające i wyzwalacz na zaworze butli. Centrala jest zazwyczaj programowana na tryb alarmowania dwustopniowego z koincydencją dwuczujkową. Przyjęcie takiego trybu alarmowania ogranicza prawdopodobieństwo fałszywego alarmu i niepotrzebnego wyładowania gazu. Po wystąpieniu alarmu pierwszego stopnia (zadziałaniu jednej czujki) zostaje uruchomiony sygnalizator optyczno-akustyczny w pomieszczeniu.

Wejście systemu w stan alarmu drugiego stopnia powoduje szereg sterowań: uruchomienie sygnalizatorów optycznych, otwarcie klapy odciążającej oraz rozpoczęcie odliczania czasu zwłoki do wyładowania gazu. Czas zwłoki (opóźnienie wyładowania gazu w stosunku do wystąpienia alarmu drugiego stopnia) jest potrzebny z dwóch powodów – aby zapewnić ewakuację ludzi z pomieszczenia gaszonego oraz zamknąć przeciwpożarowe klapy odcinające na wentylacji i otworzyć klapę odciążającą. Klapa odciążająca pozwala odprowadzić nadciśnienie powstające przy wyładowaniu gazu. W ten sposób ogranicza się możliwość zniszczenia pomieszczenia. Klapa jest otwarta na czas wyładowania gazu, dając ujście nadciśnieniu, zamyka się po zakończeniu wyładowania, aby doszczelnić pomieszczenie. Po upływie zaprogramowanego czasu na ewakuację następuje wysterowanie zaworu na butli – wyładowanie środka oraz uruchomienie sygnalizatora optycznego z informacją „uwaga gaz, nie wchodzić” na zewnątrz pomieszczenia.

Po wyzwoleniu gazu gaśniczego pomieszczenie należy pozostawić zamknięte przez co najmniej 10 minut. Następnie można skontrolować efekty gaszenia – to zadanie dla strażaków wyposażonych w aparaty ochrony dróg oddechowych (w pomieszczeniu mogą znajdować się trujące produkty spalania). Po akcji gaśniczej pomieszczenie należy dokładnie przewietrzyć.

Gazy gaśnicze
National Fire Protection Association (NFPA – stowarzyszenie znane z opracowywania standardów, prowadzenia badań i szkoleń z zakresu ppoż.) w standardzie NFPA 2001 dzieli gazy gaśnicze na trzy grupy: gazy obojętne, chlorowcopochodne węglowodorów oraz dwutlenek węgla stanowiący samodzielnie trzecią grupę. Podział ten uwzględnia właściwości gazów: od sposobu, w jaki gaszą pożar, do postaci magazynowania gazu. Gazy obojętne i chlorowcopochodne węglowodorów NFPA określa się jako „czyste środki gaśnicze” (clean agents).

Gazy obojętne są nazywane również gazami inertyzującymi (inert gases) ze względu na sposób ich oddziaływania na pożar – inertyzacja to częściowe lub całkowite zastąpienie powietrza lub palnej atmosfery przez gaz obojętny. W uproszczeniu ta grupa gazów redukuje zawartość tlenu w atmosferze do ok. 12%. (Przyjmuje się, że średnia zawartość tlenu w powietrzu potrzebna do podtrzymania reakcji spalania wynosi ok. 15%; dokładna wartość zależy od materiału palnego). Stosowane stężenia gazów obojętnych sięgają 40–50% i są największymi stężeniami projektowymi wśród wszystkich gazów gaśniczych. Do tej grupy należą cztery gazy: IG-01 (argon), IG-100 (azot), IG-541 (mieszanina zawierająca 52% azotu, 40% argonu i 8% dwutlenku węgla), IG-55 (50% azotu i 50% argonu).
Gazy obojętne magazynowane w butlach znajdują się pod wysokim ciśnieniem – 150–300 barów (15–30 MPa), pozostając przy tym w stanie gazowym. Ich zaletą jest naturalne pochodzenie – są składnikiem atmosfery, więc nie oddziałują na środowisko.

Chlorowcopochodne węglowodorów są też określane jako zamienniki halonów lub gazy chemiczne. Ich działanie gaszące polega na blokowaniu reakcji łańcuchowych zachodzących w strefie spalania oraz chłodzeniu (ponieważ mieszanina gazu z powietrzem ma większą pojemność cieplną niż powietrze). Stężenia potrzebne do uzyskania tego efektu nie przekraczają 10%. Jedną z cech charakterystycznych tych gazów jest to, że skraplają się przy dość niskich ciśnieniach, a skroplone zajmują mniejszą objętość – najmniejszą ze wszystkich gazów gaśniczych. Najczęściej stosowanymi w Polsce zamiennikami halonów są gazy: HFC-227ea oraz FK-5-1-12.

Dwutlenek węgla. Jako jedyny spośród gazów gaśniczych w stosowanych stężeniach gaśniczych jest szkodliwy dla ludzi. Stężenia projektowe CO2 mieszczą się w granicach 34–66%. Już stężenia rzędu 2–6% mogą mieć negatywny wpływ na zdrowie człowieka i powodować różne objawy, np. ból i zawroty głowy, dreszcze. Stężenie przekraczające 17% powoduje śmierć w ciągu minuty. Stałe urządzenia gaśnicze wykorzystujące dwutlenek węgla jako środek gaśniczy są stosowane do ochrony pomieszczeń, w których nie przebywają ludzie. Drugim zastosowaniem SUG na dwutlenek węgla jest ochrona urządzeń (maszyn) – poprzez działanie miejscowe. Pod względem magazynowania CO2 wykazuje się podobnymi cechami jak zamienniki halonów – skrapla się przy ciśnieniu do 52 barów, a pod względem oddziaływania gaśniczego, podobnie jak gazy obojętne, odbiera tlen, dodatkowo chłodząc strefę spalania.

Inertyzacja sposobem na pożary
Oprócz rozwiązań gazowych przy zabezpieczeniu serwerowni można również zastosować m.in. inertyzację pomieszczeń chronionych. Ma ona działanie zarówno przeciwpożarowe, jak i przeciwwybuchowe. Inertyzacja to kontrolowane wyparcie tlenu za pomocą gazu obojętnego, takiego jak azot lub dwutlenkiem węgla w celu zapobiegania pożarom i tworzeniu się atmosfery wybuchowej. Gaz obojętny nie reaguje z innymi obecnymi substancjami. W przypadku ochrony ppoż. pomieszczeń, w tym serwerowni, w których woda mogłaby spowodować poważne szkody, użycie gazu obojętnego znacznie redukuje lub eliminuje ryzyko wybuchu pożaru. Inertyzacja w tym przypadku to zabezpieczenie polegające na ciągłym zmniejszaniu ilości tlenu do poziomu uniemożliwiającego powstawanie i podtrzymywanie reakcji spalania.

Odkrycie chemicznej strony reakcji spalania spowodowało, że do trójkąta spalania dodano czwarty element, jakim są wolne rodniki. Od tego czasu występuje także pojęcie czworościanu spalania (rys. 1).

Do powstania pożaru są niezbędne: źródło zapłonu/ciepło, wolne rodniki, dostęp do odpowiedniej ilości tlenu oraz paliwo/substancja niebezpieczna. Źródła zapłonu nie da się przewidzieć i trudno go uniknąć, są to np. iskry czy elektryczność, w serwerowniach natomiast kumulacja energii. Wolne rodniki to powstające w trakcie reakcji utleniania związki chemiczne lub pierwiastki mające wolne wiązania, które mogą wchodzić w reakcje chemiczne z innymi substancjami lub pierwiastkami. Tlen jest najłatwiejszy do kontrolowania, dzięki temu można uniknąć zagrożeń pożarowych. Paliwo/substancja niebezpieczna po prostu jest.

Serwerownie są wydzielonymi pomieszczeniami będącymi środowiskiem pracy komputerów pełniących funkcję serwerów przechowujących bazy danych, często wrażliwych z punktu widzenia prowadzenia biznesu. Dlatego tak ważne jest zabezpieczenie tych pomieszczeń przed wystąpieniem pożaru – nawet tlący się ogień może mieć niszczący wpływ na miejsce, gdzie znajduje się zaawansowane technicznie wyposażenie.
Na rynku są dostępne systemy intertyzujące, które utrzymują stężenie tlenu w pomieszczeniu chronionym na takim poziomie, aby proces spalania nie mógł nastąpić. Zapłon substancji staje się trudny, gdy stężenie tlenu nie przekracza 17% objętościowych, a przy 15% obj. tlenu jest już praktycznie niemożliwy. Taki system składa się z:

• kompresorów powietrza (dostarczone spoza pomieszczenia powietrze zostaje sprężone do wymaganego ciśnienia roboczego),
• generatora azotu rozkładającego dostarczone ze sprężarki powietrze na tlen i azot,
• centrali sterującej, swoistego centrum dowodzenia, gdzie są zapisywane wszelkie informacje dotyczące działania systemu.

Centrala uruchamia lub wyłącza dostarczanie azotu do pomieszczenia chronionego po przeanalizowaniu danych wchodzących dotyczących stężenia tlenu

• rurociągów,
• czujników stężenia tlenu, które w sposób ciągły dokonują pomiarów. W pomieszczeniu chronionym instaluje się co najmniej dwa czujniki pracujące niezależnie od siebie,
• przełączników trybu pracy, które umożliwiają przełączanie trybu, np. z 15 % obj. tlenu na 17%. Powietrze o stężeniu tlenu powyżej 17% nie jest traktowane jako powietrze zubożone w tlen, tym samym ludzie mogą w nim przebywać bez ograniczeń czasowych,
• urządzeń alarmowych i informacyjnych,
• instalacji wczesnej detekcji dymu.

Zasada działania tej technologii polega na kontrolowanym wtłaczaniu azotu do pomieszczenia, co w efekcie zmienia udział procentowy tlenu w powietrzu (rys. 3 i rys. 4).

Ponieważ azot jest składnikiem powietrza, mieszanina tlenu i azotu jest nietoksyczna i nie zagraża człowiekowi, który do 13% obj. tlenu nawet może pracować bez zastosowania sprzętu oddechowego, tyle że krócej. Poniżej 13% obj. tlenu obowiązuje jednak zakaz wstępu do pomieszczenia chronionego. Ze względów bezpieczeństwa należy dokładnie prowadzić pomiary i kontrolować stężenie tlenu zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz pomieszczenia chronionego.

Producenci takiego systemu (rys. 5) wymieniają szereg jego zalet, m.in. zapewniają, że w pomieszczeniu chronionym nie ma możliwości powstania pożaru wywołanego przez urządzenie, system zaś wykorzystuje do ochrony wyłącznie powietrze, a dokładnie rzecz biorąc azot w nim występujący. Dzięki temu łatwo go pozyskać w niezbędnej ilości także w pomieszczeniu chronionym. Azot ma najlepszą skuteczność gaśniczą wśród wszystkich gazów obojętnych (z wyjątkiem CO2). Ponadto urządzenie nie wymaga wymiany gazu gaśniczego (jak w standardowych instalacjach SUG gazowych po wyładowaniu) ani regularnych badań zbiorników ciśnieniowych.

System zasysający – po prostu bezpiecznie
Techniczne zabezpieczenie serwerowni przed pożarem ma zasadniczy cel, jakim jest niedopuszczenie do pożaru. W miejscu, gdzie znajdują się wyjątkowo cenne (ważne) urządzenia, warto zainstalować – oprócz instalacji gaśniczej gazowej lub urządzenia inertyzującego – system wczesnej detekcji dymu. System aspiracyjny wykrywa zagrożenie pożarowe w jego najwcześniejszym stadium, gdy dym nie jest jeszcze widoczny. Tym samym umożliwia wcześniejszą reakcję użytkownika i ewentualną eliminację źródła pożaru.

System funkcjonuje na zasadzie czujki dymu. Sieć rurek z precyzyjnie dobranymi otworami zasysającymi bez przerwy, 24 godziny na dobę próbkuje powietrze, doprowadzając je do detektora, w którym są wykrywane i analizowane wszystkie cząstki dymu. Zanim jednak powietrze dotrze do głowicy detektora, wszelkie zanieczyszczenia, np. kurz, zostają przefiltrowane. Pozwala to na szybkie i niezawodne wykrywanie nawet najmniejszych cząstek dymu oraz zapobiega powstawaniu fałszywych alarmów. Czujki te, zależnie od klasy, mają możliwość ustawienia różnych progów czułości dokładnie dopasowanych do specyficznych warunków i potencjalnych zagrożeń, a także poziomu tła występującego w pomieszczeniu chronionym. Czułość czujki dymu to nic innego, jak stopień zaciemnienia wyrażony w procentach na metr [%/m]. Stopień zaciemnienia przedstawiono na rys. 6.

Zgodnie z normą EN54-20 występują 3 klasy czułości czujek zasysających: A, B i C. W tabeli podano przykładowe zakresy (jednego z producentów systemu zasysającego):

Klasa A – bardzo wysoka czułość; czujki tej klasy nadają się głównie do ochrony pomieszczeń czystych, serwerowni, centrów komputerowych, a także obiektów szczególnie chronionych z racji prowadzonej w nich produkcji lub znajdujących się w nich cennych przedmiotów (np. muzea, archiwa).
Klasa B – zwiększona czułość; czujka przeznaczona do obiektów, w których dym jest trudny do wykrycia, czyli występują w nich duże przepływy powietrza lub pomieszczenia są wysokie.
Klasa C – typowa czułość; czujka doskonała do obiektów, w których konserwacja czujek punktowych jest utrudniona lub inne metody wykrywania pożaru są nieodpowiednie lub niemożliwe.

W przypadku pożaru czujka zasysająca przesyła sygnały do centrali systemu sygnalizacji pożarowej (SSP) budynkowej oraz do centrali sterującej. System wczesnej detekcji dymu może być traktowany jako główne urządzenie wykrywające pożar, a następnie sterujące gaszeniem w standardowych instalacjach SUG gazowych. Może też uruchomić dostarczanie azotu w systemach inertyzujących lub jako system wspomagający, informacyjny.
Trzeba jednak pamiętać, że w systemie SUG gazowym w serwerowni ustawienie detektora zasysającego w klasie A i o zbyt dużej czułości, zbliżonej do czułości tła otoczenia, będzie prowadziło do częstych fałszywych alarmów. Jeśli system wczesnej detekcji będzie sterował gaszeniem, to może wywoływać niepotrzebne wyładowania gazu, co będzie się wiązało z kosztami ponownego napełnienia butli. Jako system wspomagający natomiast w tym wypadku będzie idealny, pozwoli obsłudze na zorientowanie się w sytuacji.

Reasumując – warto i należy poszukiwać odpowiednich metod służących zapobieganiu powstawania pożaru i realnie stosować rozwiązania, by nie ponosić skutków powstałego pożaru.

Literatura
[1] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU z 2010 r. nr 109, poz. 719)
[2] NFPA 2001: Standard on Clean Agent Fire Extinguishing Systems, edition 2012.
[3] Gazem w ogień, „Przegląd Pożarniczy” 12/2012
[4] EN 54-20:2006 Fire detection and fire alarm systems – Part 20: Aspirating smoke detectors
[5] www.wagnergroup.com
[6] OxyReduct Removing the threat of fire – broszura handlowa
[7] www.vesda.pl

Renata Trojanowska
Absolwentka Wydziału Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego
w Szkole Głównej Służby Pożarniczej w Warszawie, zawodowo zajmuje się projektowaniem systemów gaszenia.

Iza Trzeciak
Absolwentka Wydziału Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego w Szkole Głównej Służby Pożarniczej. Założycielka bloga o ochronie przeciwpożarowej blog-ppoz.pl.