DEHNsupport – pomoc dla projektanta

Program DEHNsupport – pomoc dla projektanta
przy ocenie ryzyka ( część 1)
Krzysztof Wincencik - DEHN Polska
Czy poziom ochrony, jaki projektant obliczał na podstawie kryteriów zawartych w normie PN-IEC
61024-1-1,
zawsze
odzwierciedlał
realne
zagrożenie
piorunowe
dla
obiektu?
Czy dalej wystarczy tylko wyliczyć wskaźnik zagrożenia W dla obiektu na podstawie
Normy PN-86/E-05003?
Co zapisane zostało w opublikowanej (w roku 2008 i 2009) w języku polskim nowej europejskiej
normie PN-EN 62305?
W ostatnim latach w prasie technicznej pojawiło się szereg artykułów dotyczących problematyki
wyznaczania poziomu ochrony urządzenia piorunochronnego [1]. Korzystając z zapisów normy PN-IEC
61024-1-1 przy wyborze poziomu ochrony, uwzględniane są dwa czynniki: wymiary obiektu oraz
akceptowalną roczną częstość wyładowań piorunowych NC. Nie uwzględniamy w tym przypadku
czynników związanych z konstrukcją i wyposażeniem obiektu. Powodowało to, że w przypadku
obiektów o większych gabarytach otrzymywano I lub II poziom ochrony. Nie zawsze jednak otrzymany
poziom ochrony może wynikać z rzeczywistego zagrożenia wyładowaniem piorunowym dla takich
obiektów. Trochę więcej współczynników zawiera wzór na wskaźnik zagrożenia piorunowego obiektu
W, który zawiera norma PN-86/E-05003. W tym przypadku nie otrzymujemy jednak informacji o klasie
urządzenia piorunochronnego, a jedynie informację czy obiekt powinien, może lub nie musi posiadać
urządzenia piorunochronnego.
W artykule [2] autor stwierdził. że obliczanie stopni zagrożenia wykonywane na podstawie
starczych dokumentów jest prostą rzeczą, a ponieważ starsze normy nie przestały być aktualne
więc nic nie stoi na przeszkodzie aby się nimi posługiwać.
Moim zdaniem należy się tutaj słowo komentarza, dotyczące samego sformułowania aktualności normy.
Zgodnie z ustawą o normalizacji PKN wycofał z wykazu nrom aktualnych w roku 2009 i 2009 (z
zastąpieniem lub bez zastąpienia ) wszystkie arkusze poprzednich norm dotyczących ochrony
odgromowej tj. PN-/E-05003/ PN-IEC 61024, PN-IEC 61312 i od połowy roku 2009 na serwerze PKN
jako jedyne normy dotyczące ochrony odgromowej figurują cztery arkusze normy PN-EN 62305. Norma
ta jest ogólnoeuropejską normą ustanowioną przez CENELEC w roku 2006 przyjętą do stosowania przez
wszystkie kraje Unii Europejskiej.
Zgodnie z ustawą o normalizacji , gdzie zapisano ,że stosowanie norm jest dobrowolne, faktu
dezaktualizacji normy nie należy wiązać z prawnym zakazem stosowania normy wycofanej. Zbiór norm
wycofanych nie jest bowiem zbiorem norm, których stosowanie jest zakazane.. Normy wycofane tym
różnią się od norm aktualnych, że prezentują mniej nowoczesne rozwiązania - z punktu widzenia postępu
naukowo-technicznego. [3].
I kolejne pytanie do autora artykułu [2] ,a co mają zrobić projektanci chcący wyjść poza ograniczenia
starszych dokumentów np. dla budynku o wysokości 100 m ? – pozostaje im jednak chyba zastosować
europejski standard. Nowa norma PN-EN 62305 ma zastosowanie do projektowania, instalowania,
sprawdzania i konserwacji LPS w obiektach bez ograniczenia ich wysokości.
Przed rozpoczęciem jakichkolwiek szczegółowych prac projektowych nad LPS, projektant ochrony
odgromowej powinien zebrać podstawowe informacje dotyczące: funkcji, ogólnego planu, konstrukcji
oraz lokalizacji obiektu.
Gdzie urządzenie piorunochronne (LPS) nie zostało jeszcze sprecyzowane przez: upoważnioną instytucję,
ubezpieczyciela lub nabywcę, tam projektant ochrony odgromowej powinien, na podstawie podanej w
IEC 62305-2 procedury szacowania ryzyka, zdecydować, czy obiekt chronić za pomocą LPS, czy nie.
W arkuszu nr 2 normy PN-EN62305-2 zawarto metodykę analizy i ocenę szkód piorunowych.
Przyjęto tam, iż miarą zagrożenia piorunowego obiektu oraz skuteczności zastosowanych w obiekcie
środków ochrony jest ryzyko spodziewanych szkód R. W normie podano zasady oszacowania ryzyka
powodowanego przez piorunowe wyładowania doziemne w obiektach budowlanych i w urządzeniach
usługowych. Wyjaśniono podstawowe pojęcia i omówiono: metodę oceny ryzyka, kategorie i
komponenty ryzyka dla obiektów i urządzeń usługowych, procedury oszacowania komponentów ryzyka i
zasady ich grupowania. Standardowe procedury oszacowania i grupowania komponentów pozwalają
dokonać wyboru właściwych środków ochrony i zredukować ryzyko do dopuszczalnego poziomu.
Podczas analizy zagrożenie
zagrożeń oraz uszkodzeń i strat:
piorunowego
projektant
musi
rozpatrzyć
następujące
rodzaje
Prąd pioruna jest głównym źródłem uszkodzenia. Z uwagi na miejsce uderzenia zostały wyróżnione
następujące źródła uszkodzeń :
S1 - bezpośrednie wyładowanie piorunowe w obiekt;
S2 - wyładowanie obok obiektu;
S3 - wyładowanie w urządzenie usługowe (instalacje wchodzące do
budynku);
S4
-
wyładowanie
obok
urządzenia
usługowego.
Wyróżniamy trzy podstawowe typy uszkodzeń, które mogą wystąpić jako skutek wyładowań
piorunowych.
D1 - porażenie wywołane przez
napięcia dotykowe i krokowe,
D2 - uszkodzenie fizyczne (zniszczenia mechaniczne, pożar,
wybuch, , uwolnienie mat. chemicznych) wskutek przepływu prądu
piorunowego oraz wystąpienia przeskoków iskrowych
D3 - awarie systemów elektrycznych i elektronicznych na skutek
oddziaływania LEMP.
Każdy typ uszkodzenia, sam lub w kombinacji z innymi, może wytwarzać różne straty pośrednie w
poddawanym ochronie obiekcie. Typ straty, jaka może wystąpić, zależy od właściwości samego obiektu i
jego zawartości. Należy wziąć pod uwagę następujące typy strat.
Typy strat powiązanych z obiektem budowlanym:
L1 - utrata życia ludzkiego;
L2 - utrata usługi publicznej;
L3 - utrata dziedzictwa kulturowego;
L4 - utrata wartości ekonomicznej (obiektu i jego zawartości, urządzenia
usługowego i jego aktywności).
Straty L1, L2 i L3 mogą mieć wymiar społeczny, strata L4 może być rozpatrywana jako strata czysto
gospodarcza .
Należy również rozważyć dwa typy strat powiązanych z urządzeniem usługowym (instalacją):
L’1 - utrata usługi publicznej;
L’4 - utrata wartości ekonomicznej.
W myśl zapisów normy PN-EN 62305 ryzyko R jest wartością prawdopodobnych średnich rocznych strat
( istot żywych oraz dóbr materialnych) jakie powstały wskutek oddziaływania pioruna. . Dla każdego
typu straty, jaka może wystąpić w obiekcie lub w urządzeniu usługowym, powinna być wyznaczona
stosowna wartość ryzyka.
Ryzyka, poddawane ocenie w obiekcie, mogą być następujące:
R1: ryzyko utraty życia ludzkiego;
R2: ryzyko utraty usługi publicznej;
R3: ryzyko utraty dziedzictwa kulturowego;
R4: ryzyko utraty wartości ekonomicznej.
Ryzyka, poddawane ocenie w urządzeniu usługowym, mogą być następujące:
R’2: ryzyko utraty usługi publicznej;
R’4: ryzyko utraty wartości ekonomicznej.
Aby wyznaczyć wartość ryzyka R, należy zdefiniować i obliczyć stosowne jego komponenty (ryzyka
częściowe, zależne od źródła i typu uszkodzenia).
Każde ryzyko R jest sumą jego komponentów. Obliczając ryzyko, można pogrupować jego komponenty
wg źródła uszkodzenia i wg typu uszkodzenia.
Rys.1 Zestawienie komponentów ryzyka RX w zależności od źródła uszkodzenia
Obiekt poddawany rozważaniom pod kątem zarządzania ryzykiem obejmuje:
– sam właściwy obiekt;
– instalacje w obiekcie;
– zawartość obiektu;
– osoby w obiekcie lub przebywające w strefie do 3 m na zewnątrz obiektu;
– środowisko podległe wpływom uszkodzenia obiektu.
Ochrona nie obejmuje przyłączonych do obiektu zewnętrznych urządzeń usługowych ( instalacji) .
Poddawany rozważaniom obiekt może być podzielony na kilka stref na zewnątrz i wewnątrz. W tym
przypadku obiekt jest dzielony na wiele stref ZS. Ryzyko dotyczące tego obiektu jest sumą ryzyk
związanych z wszystkimi jego strefami, a w każdej z nich ryzyko jest sumą wszystkich stosownych jego
komponentów. Możliwość podziału obiektu na strefy jest korzystna z ekonomicznego punktu widzenia ,
gdyż pozwala zredukować całkowite koszty ochrony odgromowej. Taki podział pozwala projektantowi,
przy wyznaczaniu wartości komponentów ryzyka, uwzględnić szczególne właściwości każdej części
obiektu
i
wybrać
najbardziej
odpowiednie
i
dostosowane
strefami
środki.
Uwzględnienie wszystkich powyższych czynników do obliczenia komponentów ryzyka związanego z
oddziaływaniem
wyładowań
na
obiekt
budowlany
wymaga
od
projektanta
przeprowadzenia szeregu obliczeń. Przykład właściwości obiektu budowlanego, jaki m.in. należy
uwzględnić podczas analizy ryzyka pokazano na rys 2.
Rys. 2. Właściwości poszczególnych elementów obiektu, jakie należy uwzględniać podczas analizy
ryzyka zgodnie z PN-EN 62305-2.
Norma podaje, że zdarzeniami, które mogą być uznane za groźne dla poddawanego ochronie obiektu, są:
– wyładowania w obiekt,
– wyładowania obok obiektu,
– wyładowania w urządzenie usługowe wchodzące do obiektu,
– wyładowania obok urządzenia usługowego wchodzącego do obiektu,
– wyładowania w obiekt, do którego jest przyłączone urządzenie usługowe.
Stąd też inaczej niż w przypadku poprzednich norm należy obliczać zastępczą powierzchnię zbierania Ad.
W przypadku pojedynczego obiektu budowlanego należy uwzględnić powierzchnię przedstawioną na
rys.3.
Rys.3. Powierzchnia zbierania uwzględniania dla pojedynczego obiektu budowlanego.
Tak więc przystępują do analizy ryzyka należy przy tym przestrzegać następującej procedury:
- najpierw należy z identyfikować obiekt poddawany ochronie obiektu i scharakteryzować
jego budowę i wyposażenie;
– następnym krokiem jest identyfikacja wszystkich typów strat w obiekcie i odpowiedniego
ryzyka R (R1 do R4);
– później należy wyznaczyć wartości ryzyka R dla każdego typu straty (R1 do R4);
– a na koniec dokonać oceny potrzeby ochrony przez porównanie wyliczonego ryzyka R1, R2
i R3 dla obiektu z wartością tolerowanego ryzyka RT;
W normie PN-EN 62305-2 podano reprezentatywne wartości tolerowanego ryzyka RT , gdzie
wyładowania piorunowe powodują utratę życia ludzkiego lub utratę dóbr socjalnych lub kulturowych.
Wartości te odpowiednio wynoszą:
R1 - Utrata życia ludzkiego lub trwałe
porażenie
RT= 10–5
R2- Utrata usług publicznych
RT= 10–3
R2- Utrata dziedzictwa kulturowego
RT= 10–3
Na koniec pozostaje jeszcze dokonanie oceny efektów ekonomicznych zastosowanej ochrony przez
porównanie kosztów strat całkowitych bez i z zastosowanymi środkami ochrony. W tym przypadku, w
celu oceny kosztów projektant musi jeszcze oszacować dla obiektu
komponenty
ryzyka
R4
.
Tak więc analiza ryzyka w przypadku rozbudowanego, wielostrefowego obiektu może wymagać od
projektanta szeregu prostych ale pracochłonnych obliczeń, wymagających uwzględnienia
dużej ilości współczynników.
Aby wspomóc pracę projektantów, firma DEHN+SÖHNE opracowała program DEHNsupport
pozwalający na kompleksową ocenę ryzyka dola obiektu zgodnie z zapisami normy PN-EN 62305-2.
Program pozwala na dokonanie analizy ryzyka dla trzech obiektów o różnym stopniu
złożoności konstrukcyjnej - można dokonać oceny ryzyka dla:
 pojedynczego budynku o prostej bryle - prostopadłościan,
 pojedynczy budynek wyposażony w maszt,
 układ budynku/ów prostopadłościennych .
Szczególnie warty omówienia jest trzeci z możliwych układów obliczeniowych. Pozwala on na określenie
ryzyka
dla
rozbudowanych
obiektów
posiadających
części
o
rożnej
wysokości.
(np. kompleks budynków z centrum handlowym).
Po wprowadzeniu danych związanych z geometrią budynku oraz uwzględnieniem wchodzących do
obiektu instalacji i po wyznaczeniu stref ochrony odgromowej (LPZ) projektant otrzymuje informację o
stanie zagrożenia i na tej podstawie może przystąpić do doboru środków pozwalających zmniejszyć
poszczególne ryzyka:
R1 - ryzyko utraty życia ludzkiego,
R2 - ryzyko utraty usługi publicznej,
R3 - ryzyko utraty dziedzictwa kulturowego,
R4 - ryzyko utraty wartości ekonomicznej poniżej przyjętej w normie wartości tolerowanej ryzyka
RT.
Dobierając poszczególne środki ochrony zastosowane w obiekcie (instalacja piorunochronna, instalacja
przeciwpożarowa, skoordynowany układ SPD), można na bieżąco śledzić ich wpływ na zmniejszanie
poszczególnych komponentów ryzyka. W trakcie wykonywanej analizy cały czas możliwy jest również
podgląd wartości liczbowych poszczególnych komponentów ryzyka oraz przyjętych do obliczeń
współczynników związanych z lokalizacją i wyposażeniem obiektu. Z obliczeń uzyskuje się
wielostronicowy raport prezentujący - oprócz uzyskanego wyniku końcowego - również wartości
poszczególnych komponentów ryzyka.
Uzupełnieniem do programu są trzy dodatkowe moduły obliczeniowe (arkusze kalkulacyjne)
wspomagające projektanta w następujących zagadnieniach:
 obliczanie kąta ochrony i strefy chronionej dla urządzeń chroniony poprzez system zwodów
pionowych,
 obliczanie odstępu izolacyjnego „s” dla urządzeń na dachu budynku,
 obliczanie systemu uziomów.
Więc informacji na temat możliwości obliczeniowych programu DEHNsupport podane zostanie w
kolejnej części artykułu w następnym numerze biuletynu.
Rys.4. Modułu składowe programu DEHNsupport
Literatura:
[1] Sowa A.: Zmiany w podejściu do oceny zagrożenia piorunochronnego obiektów budowlanych,
Biuletyn INPE 98-99/2007
[2] Strzyżewski J.: Sytuacja prawna w normalizacji dotyczącej ochrony odgromowej
Elektroinstalator 1/2010
[3] Dział FAQ na stronie internetowej PKN : Najczęściej zadawane pytania –www.pkn.pl
[4] PN-EN 62305-2:2006. Ochrona odgromowa - Część 2: Zarządzanie ryzykiem