Historia powstania systemów mgłowych.

Wysoka efektywność halonów w gaszeniu pożarów, niski koszt i niska toksyczność, spowodowały bardzo szybką ich ekspansję na rynku zabezpieczeń przeciwpożarowych. W XX w. zwłaszcza w ostatnich 30 latach halony były powszechnie stosowane w urządzeniach przeciwpożarowych ponieważ panowała opinią, że są zupełnie nieszkodliwe. W 1974 roku dwaj naukowcy S. Rowland i M. Molina z University of Columbia w USA opublikowali tezę, że gromadzące się w warstwie stratosfery freony są przyczyną zaniku warstwy ozonowej. Dalsze badania zaaprobowały tę tezę iż haolny i ich zamienniki mają negatywny wpływ na warstwę ozonową. [1] Dalsze prace w branży środków gaśniczych prowadzone były w celu znalezienia środków mających podobną skuteczność gaśniczą, podobne właściwości gaśnicze jak halony. Warto nadmienić, iż halony były bardzo skutecznymi środkami, nie niszczyły materiałów nie biorących udziału w procesie spalania. Znalezienie innego środka o podobnych właściwościach jest praktycznie nie możliwe. W latach 70-tych twierdzono, iż użycie wysoko rozdrobnionej wody może stanowić bardzo skuteczną i zarazem ekonomiczniejszą alternatywę do halonów.  W czerwcu 1987 roku ratyfikowano w USA Protokół Montrealski w sprawie substancji zubażających warstwę ozonową. Do końca 1991 roku Protokół podpisały 122 kraje. Polska sygnowała dokument  13 lipca 1990 roku.

Podstawowymi jego elementami były harmonogramy redukcji i wycofywania z produkcji halonów i ich zamienników wśród krajów uznających protokół Montrealski. Protokół zakładał również pracę nad zastąpieniem halonów innym środkiem gaśniczym, mającym podobne właściwości, ale nie powodującym takich negatywnych efektów.

Pierwsze prace nad systemami mgłowymi prowadzone były dla statków, związane było to z trudnością w dostępie do środków gaśniczych na morzu. Niejednokrotnie na pływających statkach dochodziło do pożarów, a ich ugaszenie bez środków gazowych jedynie przy pomocy wody wymagało dużej jej ilości. Z pomocą przyszły pierwsze wynalazki mianowicie systemy mgłowe wysokociśnieniowe, które stanowiły bardzo dobrą alternatywę i skuteczność porównywalną z halonami.

Systemy mgłowe bardzo rozpowszechniły się jako skuteczny środek gaśniczy, bardzo dużo tego rodzaju systemów stosują Norwegowie. Aktualnie wytypować możemy kilka ich podstawowych typów:

• Systemy Mgłowe Wysokociśnieniowe,
• Systemy Mgłowe Niskociśnieniowe:
  • Jednomiediowe
  • Dwu mediowe,

Pierwsze wytyczne dla projektantów systemów gaśniczych na mgłę wodną wydane zostały przez instytut NFPA w postaci wytycznych NFPA750. Klasyfikowały one dostępne technologie wytwarzania mgły, sposoby ich projektowania i budowy.

W tabeli przedstawiono porównanie systemów na mgłę wodną z instalacjami tryskaczowymi i na zamienniki halonów:

Tabela 2. Cechy systemu mgłowego w porównaniu z instalacjami tryskaczowymi.

Źródło: Opracowanie własne

Tabela 3. Różnica między wielkością kropel a rozmiarem powierzchni (1 litr wody)

	Systemy z wysokim ciśnieniem mgły	System       mgłowy nisko i średniociśnieniowy
Rozmiar kropel (μm)	1000	100	10
Ogólna liczba kropel	1.91 x 106	1.91 x 109	1.91 x 1012
Ogólna powierzchnia (m2)	6	60	600

Źródło: opracowanie własne

1.1.   Klasyfikacja systemów mgłowych.

Podstawowym wyróżnikiem w ramach firm zajmujących się technologiami wytwarzania mgły wodnej jest kwestia sposobu jej generowania. Istnieje kilka sposobów generowania mgły wodnej:

Połączenie dwóch strumieni wody i powietrza o różnych parametrach wyjściowych:

• mgła wodna generowana z wody o niskim ciśnieniu i powietrzu o niskim ciśnieniu (systemy niskociśnieniowe);
• mgła wodna generowana z wody poprzez wyparcie jej sprężonym powietrzem przez system dedykowanych dysz (systemy wysokociśnieniowe);

Mechaniczne rozproszenie wody na mgłę za pomocą różnego rodzaju głowic mgłowych bez udziału powietrza jako czynnika rozpraszającego (systemy mechaniczne);

Poniżej przedstawiono podstawową analizę systemów oferowanych przez firmy europejskie w zakresie mgły wodnej w podziale na:

• systemy niskociśnieniowe (ciśnienie wody w instalacji nie przekracza 15 bar) – AFT, Hiromax, Telesto, SupoCerber, Grupa IGNIS, MiniMax,
• systemy średniociśnieniowe (ciśnienie wody w przedziale 15 do 65 bar) – Supo Cerber, Grupa IGNIS, MiniMax,
• systemy wysokociśnieniowe (ciśnienie wody w przedziale pow. 65 bar) – Marioff, Fogmaker, Fortec, Ifex
• systemy mechaniczne  – głowice mgłowe firmy TYCO

Systemy mgły wodnej mogą być stosowane w zastosowaniach typowo strażackich jak samochody, mobilne urządzenia gaśnicze, ale także w zastosowaniach przemysłowych do ochrony stacjonarnej. Prezentowane układy zawierają przykłady takich urządzeń lecz nieliczne z nich maja aplikacje dla wszystkich typów zastosowań.

1.2.   Powszechnie znane techniki generowania mgły wodnej.

Od momentu kiedy technologia mgły wodnej zaczęła się rozwijać przedsiębiorstwa zajmujące się ochroną przeciwpożarową prześcigają się między Sobą w jakości produkowanych głowic mgłowych i systemów. Różne atrybuty fizyczne strumieni mgły wymagane do różnych przeznaczeń a nietrafny ich dobór może przynieść efekt przeciwny od zamierzonego np. zintensyfikować pożar, zwiększyć zagrożenie, utrudnić ewakuację. Mają tu istotne znaczenie warunki środowiskowe:

• ilość i rodzaj surowca palnego oraz jego właściwości,
• wentylacja,
• rozmiar przestrzeni chronionej,

Znaczenie ma również, czynnik i atrybuty samego SUG mgłowego, czyli:

• wybór metody gaszenia,
• typ urządzenia gaśniczego,
• parametry mgły wodnej otrzymanej z wybranego SUG mgłowego.

W poprzednim rozdziale sklasyfikowaliśmy kilka podstawowych typów systemów mgły wodnej. Poniżej przedstawimy podstawowe parametry determinujące powstawanie mgły wodnej z różnych typów dysz gaśniczych. Ponieważ w ochronie przeciwpożarowej najpowszechniejszym środkiem gaśniczym jest woda, metody jej rozpylania mają determujące znaczenie dla efektów działań gaśniczych. Jednym z podstawowych parametów określających późniejsze rozdrobnienie strumienia jest gęstość cieczy (ρ), która jest stosunkiem masy (m -kg) do objętości ( V -m³) w określonej temperaturze i ciśnieniu. Co określone jest wzorem:

W sytuacji kiedy mamy wodę o temperaturze 4^oC i pod normalnym ciśnieniem 101 325 Pa gęstość wody wynosi wtedy 999,97 kg/m³. W warunkach gaśniczych zwykle stosowana jest woda o wyższej temperaturze, gęstość wody wtedy wyniesie 999,2434 kg/m³. Różnica widać nieznaczna jednak dla efektów generowania mgły wodnej może mieć olbrzymie znaczenie ponieważ gęstość cieczy ma znaczenie dla jej lepkości. W przypadku mgły wodnej im mniejsza lepkość cieczy tym lepszy efekt strumienia mgły w postaci jednorodności i mniejszej kropli. Wzór na lepkość określił Newton w postaci

Gdzie:

μ – lepkości dynamiczna (Pa·s) lub (kg/m·s)

 – gradient prędkości dv na kierunku dn

Lepkość cieczy zależy od właściwości płynu  i ruchu cieczy. Innym parametrem wspomagającym bądź utrudniającym generowanie mgły wodnej jest napięcie powierzchniowe, które jest zjawiskiem fizycznym występującym na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazem lub inną cieczą, dzięki któremu powierzchnia ta zachowuje się jak sprężysta błona.[2]

Napięcie powierzchniowe σ (J/m2) na granicy fazy ciekłej i gazowej wynosi

gdzie: dEA – energia powierzchniowa, czyli energia w (J) zużyta na zwiększenie powierzchni cieczy o wartość dA. Napięcie powierzchniowe czystej wody w powietrzu w temperaturze 20 OC wynosi 72,58 × 10-3 N/m.[3] Duże znaczenie ma również temperatura ponieważ wraz z jej wzrostem zmniejsza się napięcie powierzchniowe wody, co wpływa pozytywnie na jej późniejsze rozdrobnienie.

Ogólne właściwości cieczy na jej podatność na rozpylenie (uzyskiwane wielkości kropli) – ogólne zależności:

• ciecze o zwiększonych gęstościach generują mniejsze krople,
• ciecze o podwyższonej lepkości generują większe krople,
• ciecze o zwiększonym napięciu powierzchniowym generują większe krople, [4]

Samo rozpylanie cieczy jest jej rozpadem na drobniejsze krople w efekcie dostarczenia do układu energii mechanicznej przy pomocy odpowiednich urządzeń. Tutaj wyróżniamy:

• prądownice – w odniesieniu do rozpylaczy wodnych obsługiwanych ręcznie a służących podawaniu rozpylonych i zwartych strumieni wodnych np. z hydrantu, z linii gaśniczej.
• tryskacze i zraszacze – w odniesieniu do rozpylaczy wodnych w stałych urządzeniach gaśniczych tryskaczowych i zraszaczowych.
• kurtyny wodne – do wytwarzania zasłon wodnych mających na celu zmniejszenie siły promieniowania cieplnego pożaru lub wychwycenia szkodliwych substancji z powietrza.
• dysze mgłowe – dysze umożliwiające rozpylenie wody do wysokiego stopnia rozpylenia.
• głowice mgłowe – zespół kilku (kilkunastu) dysz służący do rozpylania wody do wysokiego stopnia rozpylenia; głowice mgłowe są bardziej wydajne od dysz mgłowych z uwagi na ilość rozpylanej wody.[5]

Na rozpad kropli wpływ ma również instalacja rurowa. Dobierana jest indywidualnie do odpowiedniego przepływu jednak na końcowy efekt rozdrobnienia determinujący wpływ ma prędkość wody w przewodzie, im większa jest prędkość wody na końcowym odcinku tuż przed dyszą tym lepsze rozdrobnienie. Można wyróżnic trzy charakterystyczne procesy rozpadu błon w koligacji z prędkością wypływu cieczy z rozpylacza wirowego co pokazano na rysunku nr 5. [6]

Rysunek 5. Rozad kropli w rozpylaczu, Źródło: Zbrożek P, Prasula J, „Wpływ wielkości średnic kropli mgły wodnej na efektywność tłumienia pożaru i chłodzienie”, Badania i Rozwój, Pod redakcją Małozięć D,

a) rozpad błony wskutek perforacji

b) rozpad błony wskutek zjawisk falowych

c) rozpylanie cieczy

1. Rodzaje dysz mgłowych stosowanych w systemach mgłowych.

Obecnie znaleźć możemy klika przedsiębiorstw stanowiących kanon w dostarczaniu instalacji gaśniczych na mgłę wodną:

• systemy niskociśnieniowe (ciśnienie wody w instalacji nie przekracza 15 bar) – AFT, Hiromax, Telesto, SupoCerber, Grupa IGNIS, MiniMax,
• systemy średniociśnieniowe (ciśnienie wody w przedziale 15 do 65 bar) – Telesto, Supo Cerber, Grupa IGNIS, MiniMax,
• systemy wysokociśnieniowe (ciśnienie wody w przedziale pow. 65 bar) – Marioff, Fogmaker, Fortec, Ifex
• systemy mechaniczne  – głowice mgłowe firmy TYCO

Różnią się od Siebie w zasadzie tylko rodzajem stosowanych dysz mgłowych. Wśród nich możemy wyodrębnić kilka typów dysz:

• dysze wodne spiralne pokazane nr rysunku nr 6
• dysze wodne rozpylające, pokazane na rysunku nr 7
• dysze powietrzno-wodne pokazane na rysunku nr 8

Rysunek 6. Spiralna dysza mgłowa, Źródło: opracowanie własne.

Rysunek 7. Dysza mgłowa pełnego stożka rozpylająca, Źródło; www.pnr.pl, data dostępu 05 stycznia 2017

Większość oferowanych dysz na rynku jest do Siebie konstrukcyjnie podobna, różnice wynikają jedynie z wielkości otworu wylotowego z dyszy, oraz jej konstrukcji oraz samym wzorem. Jednak wymienione wyżej przedsiębiorstwa mają jedynie różnie wzornictwo samych dysz i różne uzyskane na nie certyfikaty.

[1] Glasgow, L., Auckland, M.: The history of the ozone layer. New Scientist, November 1990

[2] Źródło: www.pwn.pl, data dostępu 05 stycznia 2017

[3] PN-EN 12259-1:2005/A3:2010 Stałe urządzenia gaśnicze — Podzespoły urządzeń tryskaczowych i zraszaczowych — Część 1: Tryskacze.

[4]  Orzechowski Z., Prywer J., Rozpylanie cieczy II wydanie WNT Warszawa 1991. Orzechowski Z., Prywer J., Wytwarzanie i zastosowanie rozpylonej cieczy WNT Warszawa 2008 r.

[5] Rogulski J, Zbrożek P, Czerwienko D, „Wybrane aspekty stosowania w obiektach budowlanych urządzeń gaśniczych na mgłę wodną”, CNBOP,  Jóżefów 2012 r. s. 17

[6] Rogulski J, Zbrożek P, Czerwienko D, „Wybrane aspekty stosowania w obiektach budowlanych urządzeń gaśniczych na mgłę wodną”, CNBOP,  Jóżefów 2012 r.