Elewacja jak pochodnia

Pożar wysokościowego budynku mieszkalnego wielorodzinnego w Londynie jest szokujący nie tylko ze względu na spektakularny przebieg i liczbę ofiar. Szokuje fakt, że miał miejsce w kraju o bodajże najlepiej rozwiniętych i konsekwentnie stosowanych przepisach przeciwpożarowych. 

Oto w XXI w. zdarza się pożar, który swobodnie, intensywnie i błyskawicznie rozwija się na wszystkie strony świata po elewacji wielkiego, wolnostojącego budynku, w asyście ponad 200 strażaków i ich sprzętu, a następnie bez żadnych przeszkód wypala wszystkie mieszkania sąsiadujące ze spaloną elewacją, pozostawiając po sobie opalony żelbetowy szkielet. Jak doszło do tak spektakularnej klęski ochrony przeciwpożarowej, zarówno w jej odmianie biernej (zapobieganie), jak i czynnej (działania ratowniczo-gaśnicze)?

Szaleństwo paraklimatyczne

Praprzyczyny zdarzenia należy upatrywać w histerii klimatycznej wywołanej przez ekologów. Zmiany klimatu na gorsze wiążą ze zwiększeniem w atmosferze ilości gazów cieplarnianych, a w szczególności dwutlenku węgla. Ekolodzy sądzą, że spalanie należy jeśli nie wyeliminować z życia człowieka, to jak najbardziej ograniczyć. Ten sposób myślenia znalazł odzwierciedlenie w traktatach międzynarodowych, nakładających na poszczególne kraje limity wytworzenia dwutlenku węgla (nie podpisali lub nie przestrzegają ich najwięksi producenci CO2). Prawo międzynarodowe przełożyło się na rozwiązania prawne w poszczególnych krajach, gdzie kwestie klimatyczne w miarę upływu czasu były serwowane obywatelom najpierw w racjonalnych kategoriach oszczędnościowych, po ich utrwaleniu - w przyjmowanych ze zrozumieniem nakazach prawnych, a obecnie w całych pakietach przymusu administracyjnego, nie popartych rachunkiem ekonomicznym, chyba że za taki uznać zapowiedź podwyżki cen energii i paliw.

W zakresie budownictwa miało to związek ze stanowieniem prawa dotyczącego izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych budynków, a ściślej rzecz biorąc - parametru oporu cieplnego ściany, co przekłada się na grubość izolacji termicznej. W latach 90. wymagany prawem współczynnik przenikania ciepła wynosił 0,30 W x m-2 x K-1, co przekładało się z naddatkiem na 10 cm taniej izolacji cieplnej przegród pionowych (ścian). Od 2014 r. współczynnik ten wynosił 0,25 (ok. 13-15 cm),. Obecnie (od 1 stycznia 2017 r.) jako standard obowiązuje współczynnik 0,23, co zależnie od materiału ścian, przekłada się na 15-18 cm warstwy izolującej. Niestety - europejscy urzędnicy nie próżnują i kolejnym zaleceniem zawartym w prawie europejskim, a przeniesionym karnie do naszego prawa będzie od 2021 r. obniżenie współczynnika przenikalności cieplnej do poziomu 0,20. Takie wymaganie spełni dopiero warstwa najtańszej izolacji styropianowej lub z wełny mineralnej rzędu 18-20 cm. Należy przy tym zdawać sobie sprawę, że są to wymagania minimalne, a zalecenia, „dobre rady” praktyczne, a także wypuszczane w świat ostrzeżenia polityczne idą dalej, jako cel do osiągnięcia wskazując tzw. pasywność budynków (30 cm ocieplenia) - jakbyśmy żyli w kraju ustawicznych mrozów 40°C lub upałów sięgających 50°C w cieniu.

Jednocześnie, aby właściciele budynków musieli owo prawo stosować (jego twórcy wiedzą, że ekonomicznie jest ono nieuzasadnione), wprowadzono konieczność sporządzania dla budynków audytów energetycznych. Ich wyniki nie są zależne od faktycznego zużycia energii na cele grzewcze czy chłodnicze, lecz od obliczeń związanych z oporem cieplnym przegród zewnętrznych budynku. Tu pojawia się problem dotyczący ochrony przeciwpożarowej i rosnący wraz z wysokością budynków nie arytmetycznie, lecz wykładniczo, gdyż im grubszy materiał izolujący, tym trudniej go przymocować do podłoża w sposób trwały. A im wyższy budynek, tym korzystniejsze warunki do rozwoju ma pożar, ze względu na efekt unoszenia potęgowany ciśnieniem wiatru.

Żadne jednak regulacje nie pomogłyby, gdyby nie było materiałów izolujących, powszechnie dostępnych i tanich, a co najważniejsze - łatwych w aplikacji. Są nimi wełna mineralna i styropian. O ile styropian powstaje z materiału palnego (polistyrenu) i takim pozostaje (obecnie jego właściwości palne są lepsze niż u zarania - kiedyś płonął w postaci ognistego deszczu, teraz po prostu płonie), o tyle wełna mineralna powstaje przecież z materiału niepalnego i (na ogół) takim finalnie pozostaje.

Zgodnie z polskim prawem w budynku, na wysokości powyżej 25 m od poziomu terenu, okładzina elewacyjna i jej zamocowanie mechaniczne, a także izolacja cieplna ściany zewnętrznej powinny być wykonane z materiałów niepalnych. Dopuszcza się zastosowanie samogasnącego polistyrenu spienionego (czyli styropianu) do ocieplania w całości jedenastokondygnacyjnych budynków mieszkalnych, bez względu na ich faktyczną wysokość, jeśli wzniesiono je przed 1995 r.

Angielskie prawo jest w tym zakresie bardziej restrykcyjne. Mianowicie od 2006 r., jeśli budynek ma wysokość ponad 18 m, jego izolacja cieplna powinna być wykonana z materiałów niepalnych na całej wysokości, a nie tylko od 18 m wzwyż.

Zatem jak to się stało, że spłonął Grenfell Tower, który termomodernizowano zaledwie kilka lat temu, już pod rządami prawa z 2006 r.?

Trzeci i czwarty materiał izolacyjny

Od lat istnieje w naszym otoczeniu materiał o rewelacyjnych zdolnościach izolacyjnych - spieniony poliuretan. W popularnych zastosowaniach, w postaci plastycznej, funkcjonuje pod nazwą gąbki, a w budownictwie jako twarda pianka poliuretanowa (PUR) bądź rozprężalna, twardniejąca pianka. Ma ona znakomite właściwości izolacyjne: 10 cm pianki zastępuje 15-18 cm styropianu lub wełny mineralnej, przy czym pianka jest lekka, a nawet lżejsza niż styropian. Niestety, płonie z łatwością, a ponieważ zawiera w sobie związki azotu, węgla i wodoru, wydziela prócz znacznych ilości dymu bardzo silną truciznę: cyjanowodór, będący zasadniczą przyczyną śmierci ofiar dzisiejszych pożarów.

Popracowano jednak nad pianką PUR i zaoferowano na rynku jej uodpornioną na działanie ognia wersję. W gruncie rzeczy jest to poliuretan wzbogacony o jeszcze więcej związków azotu, węgla i wodoru, co przełożyło się na nazwę: poliizocyjanurat (PIR). Jego właściwości pożarowe okazały się na tyle dobre, że aż nazbyt łatwo uznano je za rewelacyjne, co wkrótce przełożyło się na wiedzę potoczną i handlową - uznano, że jest to materiał niepalny. Takie twierdzenia nie odpowiadają prawdzie. Ponadto im bardziej odporna na ogień jest dana odmiana pianki PIR, tym bardziej traci właściwości izolacyjne, a zyskuje na cenie. PIR jest naprawdę dobry pożarowo pod jednym względem: spala się powierzchniowo (aby uniknąć wyrazu spalanie, w materiałach reklamowych mówi się o rozkładzie termicznym, tyle że rozkład termiczny tej pianki zachodzi w temperaturach zbliżonych do rozkładu termicznego drewna - o czym również się nie wspomina), wytwarzając zwęgloną warstwę. Warstwa ta już się nie pali, nadal bardzo dobrze izoluje, a przy tym nie zmienia w sposób znaczący objętości. Dlatego konstrukcje z płyt warstwowych, w których PIR jest izolacją i czynnikiem usztywniającym dwie blachy, będą trwalsze w czasie pożaru niż te z rdzeniem styropianowym lub z pianki PUR, a sama płyta warstwowa może z łatwością uzyskać klasyfikację laboratorium badawczego jako produkt nierozprzestrzeniający ognia.

Zarówno PUR, jak i PIR mają jednak dwie cechy bardzo niekorzystne użytkowo - niską odporność na starzenie, powodowane promieniami UV i innymi czynnikami atmosferycznymi oraz małą odporność na zawilgocenie. Zawilgocony materiał nie dość, że traci część właściwości izolacyjnych (to jeszcze nie bieda), to degraduje się fizycznie, a to już znaczny problem, gdyż może po prostu rozsypać się i zniknąć. Oba te produkty w postaci lekkiej, sztywnej pianki są bardzo delikatne, ze względu na skrajną cienkościenność tworzących je komórek, skłonnych, by wstrzymany w toku produkcji proces polimeryzacji dokończyć, a więc zdegradować się. W związku z tym, o ile pianka nie ma na powierzchni skorupy, którą sama sobie swobodnie wytworzy (np. w procesie natrysku od wewnątrz poddasza) i/albo jest wystawiona na działanie słońca, deszczu i wiatru (elewacje budynków), musi zostać osłonięta. Jeśli wchodzi w skład płyt warstwowych, osłoną będzie blacha, chroniąca spieniony w niej rdzeń PUR lub PIR aż do własnej śmierci technicznej. W przypadku elewacji wygląda to inaczej - układane (mocowane) są panele osłonięte obustronnie welonem szklanym, bitumicznym lub folią aluminiową jako izolacją głównie przeciwwilgociową. Tak delikatny materiał wymaga jednak trwalszych osłon, co w budownictwie wysokim, a zwłaszcza wysokościowym ma postać ścian osłonowych wykonanych z różnych materiałów: kamienia, szkła, metalu. Nadaje się im przy tym postać jak najbardziej estetyczną i łatwą w utrzymaniu czystości. Mimo różnic materiałowych mają jedną cechę wspólną - jeśli nie przylegają do izolacji w sposób trwały, muszą od niej odstawać na kilka, kilkanaście centymetrów, by odprowadzać wilgoć z wnętrza budynku  oraz z warstwy izolacji termicznej. W Grenfell Tower, jak dowiadujemy się z wcześniejszego artykułu, pierwotnie zaprojektowano panele z blachy ocynkowanej. Ostatecznie jednak wybrano tańsze panele warstwowe z blachy aluminiowej, co miało swoje tragiczne konsekwencje

PIR na Grenfell Tower

Materiał, który zastosowano, odpowiada z grubsza charakterystyce PIR. Na całej elewacji budynku, jeśli energia pożaru nie odessała płyt w całości, widać, że wierzchnia warstwa uległa zwęgleniu, ale warstwa przyścienna pozostaje żółta. Czyli płonęła (lub jak wolą producenci - uległa rozkładowi termicznemu) warstwa zewnętrzna pianki. O tym, że Anglicy zdawali sobie sprawę, że jest to materiał palny świadczy kreślący każdy poziom międzykondygnacyjny wąski pas wełny mineralnej, o grubości i wysokości wynoszącej około 20 cm. Gdyby zastosowana PIR była niepalna, kłopotliwy montaż pasa wełnianego nie miałby żadnego uzasadnienia. Na pewno nie służył on estetyce, wszak wszystko zasłaniały panele aluminiowe.

Zatem, wbrew własnym przepisom, zastosowano palny materiał izolacyjny o znacznej grubości (15 cm) na budynku nie dość, że wyższym niż 18 m, to przekraczającym tę wysokość ponad trzykrotnie. A to już było proszenie się o kłopoty.

Ściany osłonowe wykonano z dwuwarstwowej blachy aluminiowej. Ten element przysłużył się do rozwoju pożaru może nawet bardziej niż PIR. Rdzeń między blachami wykonano z polietylenu, czyli substancji łatwopalnej, płonącej w bardzo nieprzyjemny sposób - jako ognisty deszcz.

Jednocześnie zastosowany został bardzo nowoczesny montaż okien. O ile niegdyś montowano je zgodnie z licem muru lub nawet chowano w murze, to obecnie, ze względu na walkę z mostkami termicznymi, umieszcza się je w warstwie ocieplenia, unikając w ten sposób niekorzystnego izolacyjnie styku rama okienna - mur. Okno wstawione w niepalną izolację to sytuacja obojętna pożarowo. Ale gdy tkwi ono w palnej izolacji, w przypadku pożaru nie jest żadną, nawet chwilową przeszkodą dla ognia.  

Pożar

Pożar rozwinął się według najczarniejszego scenariusza. Najpierw napędził się, przemieniając w paliwo materiały palne mieszkania. Aluminiowa rama okna wytrzymała jego energię, ale szyby już nie. To nie byłby problem, gdyby płomienie wydostawały się na zewnątrz budynku przez okno, po prostu lizałyby od zewnątrz blachę aluminiową, odpychającą je od wyżej położonych okien. Niestety, rama wygięła się, odsłaniając materiał, w jakim ją zamontowano. Tym materiałem była pianka PIR, która zwęgliła się od energii pożaru, co poszerzyło szczelinę między oknem a izolacją. Tym samym gazy pożarowe o temperaturze kilkuset stopni dostały się do przestrzeni wentylacyjnej między izolacją cieplną, a płytami osłonowymi. Tam wytworzyły samonapędzający się przyścienny ciąg kominowy. Niespalone cząstki gazów pożarowych, a musiało być ich wiele (w płonącym mieszkaniu było za mało tlenu, żeby spalanie było pełne), intensywnie płonęły w warstwie przyściennej na znacznej wysokości, co dało całkiem duże pole powierzchni jeszcze bardziej podwyższonej temperatury. W związku z tym pianka PIR ulegała bardzo szybkiej powierzchniowej degradacji termicznej, napędzając pożar aż do osiągnięcia pełnej wysokości budynku.

Wysoka temperatura pożaru niszczyła aluminiowe ścianki osłonowe. Aluminium to jeden z najmniej odpornych ogniowo metali o zastosowaniu powszechnym (wbrew wiedzy potocznej jest materiałem palnym, tylko należy do niego przyłożyć odpowiednią temperaturę, ta zaś w niektórych pożarach się pojawia). Nic zatem dziwnego, że panele odpadały od ściany. Co gorsza, w wielkich ilościach wytapiał się z nich polietylen, co można było zaobserwować jako lecące w dół strumienie ognia. Stało się więc coś, co zwyczajnie nie powinno mieć miejsca - pożar rozwijał się po elewacji nie tylko w górę, lecz także na dolne kondygnacje. Można powiedzieć, że ściekał po ścianach. Niektóre blachy, jak wskazuje część zdjęć, zapaliły się (wygląda to tak, jakby blacha emitowała sztuczne ognie). Tym samym w odniesieniu do materiałów zastosowanych w Grenfell Tower straciły sens wszelkie definicje klasyfikacyjne, dotyczące możliwości ich zastosowania ze względów pożarowych, również te, dzięki którym zastosowano przebadane rozwiązania systemowe. Palne materiały (łatwo-, trudno- i niezapalne) płonęły intensywnie, a pożar szybko rozszerzał się na elewacjach budynku ukośną, jaskrawą (bardzo wysoka temperatura) falą ognia z polietylenu, poliizocyjanianu i aluminium (zwłaszcza z welonów na piance PIR), jednocześnie dostając się do mieszkań. W krótkim czasie, ale nie natychmiast (kilka, kilkanaście minut po przejściu fali ognia elewacyjnego) płonęła cała objętość kilkudziesięciu mieszkań na danej ścianie.

Remont budynku obejmował również układy wentylacji oraz instalacje wodno-kanalizacyjną i elektryczną. Aby nie naruszać trzonu ewakuacyjnego, puszczono je pionami wewnątrz pomieszczeń. Na zdjęciach nie widać, by zastosowano przepusty instalacyjne, zatem pożar mógł rozwijać się tymi drogami.

Drzwi z mieszkań prowadziły na hol trzonu ewakuacyjnego. Tam jedyna klatka schodowa była zamykana drzwiami i prawdopodobnie oddymiana. Problem w tym, że w tym samym trzonie był szyb windowy i zsyp na śmieci. Wystarczyło, że ktoś nie zamknął drzwi do płonącego pomieszczenia, a ktoś drzwi na klatkę schodową lub szybu na śmieci, by droga ucieczki była odcięta przez gęstniejący dym dla wszystkich powyżej, a trzon ewakuacyjny zmienił się w komin.

Angielskie instrukcje przewidywały, by w razie niemożności ucieczki klatką schodową czekać cierpliwie na strażaków we własnych mieszkaniach, odciętych drzwiami przeciwpożarowymi. Takie komunikaty wygłaszali strażacy. Wbrew pozorom nie świadczy to o lekkomyślności, lecz o bardzo daleko posuniętym rozwiązaniu systemowym. Otóż w myśl znanych strażakom przepisów każde mieszkanie powinno być twierdzą, do której pożar się nie przedostanie. W przypadku Grenfell Tower zawiedli się wszyscy, gdyż pożar nie był posłuszny przepisom, tylko prawom fizyki - mógł się dostać do mieszkań aż dwiema drogami: bardzo szybko po palnej (zabronionej prawem) elewacji oraz powoli od wewnątrz, przez niezabezpieczone w przepusty instalacyjne oraz pootwierane drzwi na klatce schodowej. Innych dróg ucieczki nie było. Polskie przepisy nakazują stosowanie w budynkach wysokościowych dwóch klatek schodowych obudowanych i zamykanych drzwiami przeciwpożarowymi.

Działania gaśnicze, jak widać na materiale fotograficznym, napotkały kolosalne trudności. W czasie pożaru z elewacji budynku sypały się blachy i spadał deszcz ogni lotnych, co istotnie ograniczało dostęp do niego. Rzuca się w oczy brak dostatecznego miejsca na rozstawienie sprzętu adekwatnego do wysokości budynku, którym podano by wodę na kondygnacje najwyższe bądź za pomocą którego ściągano by ludzi czekających w oknach. Następnego dnia strażacy wlewali wodę do zniszczonych mieszkań (dogaszali) z drabiny ustawionej nie przy ścianie budynku, a za wysokimi drzewami - przyroda wybaczyłaby ścięcie jednego z nich, a jednak tego nie uczyniono. W sumie wystarczyło miejsca na trzy drabiny-podnośniki, o ograniczonym zasięgu pionowym. Czyżby Londynu nie stać było na wyższe niż 30 m?

Wnioski

Jak widać, w jednym z najlepszych systemów przeciwpożarowych świata coś bardzo mocno zawiodło - zapobieganie pożarom. Anglicy chwalą nasze, polskie rozwiązania organizacyjne jako najskuteczniejsze - zapobieganie pożarom (policja ogniowa) zlokalizowane w zawodowej straży pożarnej, zorganizowanej jako służba scentralizowana, niezależna od samorządów.

Podziwiać należy Anglików za stanowczość - ewakuacja kilkunastu budynków z palną izolacją byłaby w naszym systemie prawnym bardzo skomplikowanym i długotrwałym przedsięwzięciem, o ile w ogóle wykonalnym.

Najwyższy czas, wziąwszy pod uwagę nieuchronne zwiększenie masy izolacji termicznej, zacząć badać ogniowo punkty newralgiczne, to jest połączenia okno - izolacja termiczna, z wytworzeniem normy ku temu. Jeśli Europa nie chce takich badań, należy jak najszybciej stworzyć prawo krajowe. Badanie fragmentu płaskiej ściany na rozprzestrzenianie ognia to jak widać stanowczo za mało.

Zadziwiająco odporna okazała się konstrukcja nośna budynku - pożar jej nie zniszczył. Zatem żelbetowy trzon ewakuacyjny (element nośny) i żelbetowe ściany nośne zewnętrzne to chyba najlepsza konstrukcja budynków wysokościowych, gwarantujące przesztywnienie płaszczyzn stropowych.

Druga klatka schodowa w budynku wysokościowym ma głęboki sens, podobnie jak dźwig dla ekip ratowniczych.

st. bryg. Paweł Rochala jest doradcą komendanta głównego PSP
fot. ChiralJon/Wikimedia Commons

sierpień 2017