Bezpieczne punkty ładowania elektryków

W obliczu postępującego w naszym kraju rozwoju elektromobilności pojawił się problem oceny jej wpływu na kwestię ochrony przeciwpożarowej obiektów budowlanych. Przy tej okazji, jak w większości przypadków, kiedy przychodzi mierzyć się z zagadnieniem nie do końca jeszcze rozpoznanym (zwalidowanym) pod kątem zagrożenia, które stwarza, pojawiają się różne, nieraz skrajnie odmienne postawy i opinie co do właściwego sposobu reagowania na nie.

W dyskusji środowiskowej można się spotkać zarówno z poglądem, że w obiektach - np. garażach podziemnych, w których przewiduje się montaż punktów ładowania samochodów elektrycznych - nie jest wymagane stosowanie żadnych dodatkowych zabezpieczeń przeciwpożarowych, jak i takim, że w obecnych realiach należy w ogóle zabronić parkowania w tych obiektach tego rodzaju samochodów. 

Zagrożenie w rzeczywistości

Pomimo wspomnianego już wcześniej niepełnego zwalidowania ryzyka, które towarzyszy użytkowaniu samochodów elektrycznych, w niniejszym artykule podjęta zostanie próba scharakteryzowania aktualnego stanu wiedzy technicznej w omawianym obszarze, na tle obowiązujących regulacji prawnych.

Znajdą się w nim odniesienia m.in. do dotychczasowych wyników prac zespołu złożonego z przedstawicieli Komendy Głównej Państwowej Straży Pożarnej, Polskiego Stowarzyszenia Paliw Alternatywnych oraz Centrum Naukowo-Badawczego Ochrony Przeciwpożarowej - PIB, ukierunkowanych na opracowanie „Wytycznych w zakresie ochrony przeciwpożarowej garaży w obiektach budowlanych przeznaczonych do przechowywania oraz ładowania samochodów elektrycznych i hybrydowych plug-in”.  

Aktualny stan prawny w zakresie elektromobilności

Zgodnie z art. 12 ustawy z dnia 11 stycznia 2018 r. o elektromobilności i paliwach alternatywnych (DzU z 2023 r. poz. 875 ze zm.) budynki użyteczności publicznej oraz budynki mieszkalne wielorodzinne usytuowane w gminach, o których mowa w art. 60 ust. 1 (artykuł określa m.in. wymagania w zakresie minimalnej liczby punktów ładowania w ogólnodostępnych stacjach ładowania, w zależności od liczby mieszkańców danej gminy), oraz związane z nimi wewnętrzne i zewnętrzne stanowiska postojowe projektuje się i buduje, zapewniając moc przyłączeniową pozwalającą wyposażyć je w punkty ładowania o mocy nie mniejszej niż 3,7 kW.

Z kolei zgodnie z art. 12a  tej ustawy budynki niemieszkalne, z którymi związanych jest więcej niż dziesięć stanowisk postojowych, projektuje się i buduje, zapewniając zainstalowanie co najmniej jednego punktu ładowania oraz kanałów na przewody i kable elektryczne umożliwiających zainstalowanie co najmniej jednego punktu ładowania na pięć stanowisk postojowych, jeżeli te stanowiska postojowe znajdują się wewnątrz budynku lub przylegają do budynku. Natomiast w przypadku budynków mieszkalnych, z którymi związanych jest więcej niż dziesięć stanowisk postojowych, zapewnia się zainstalowanie kanałów na przewody i kable elektryczne na wszystkich stanowiskach postojowych, umożliwiających zainstalowanie punktów ładowania na każdym stanowisku postojowym.

W ust. 3 powyższego artykułu podkreślono, że wymagania, o których mowa w ust. 1 i 2, mają również zastosowanie w przypadku budynków poddawanych przebudowie albo remontowi, w ramach których koszt wykonywanych prac związanych z przegrodami zewnętrznymi lub systemami technicznymi budynku wynosi więcej niż 25% wartości budynku, nie wliczając wartości gruntu, na którym usytuowane są budynek i parking, oraz gdy koszty instalacji punktów ładowania i infrastruktury kanałowej nie przekraczają 7% całkowitego kosztu przebudowy albo remontu, jeżeli stanowiska postojowe znajdują się wewnątrz budynku, a przebudowa albo remont obejmuje parking lub infrastrukturę elektryczną budynku, lub przylegają do budynku, a przebudowa albo remont obejmuje parking lub infrastrukturę elektryczną parkingu.

Kwestię instalowania punktów ładowania samochodów elektrycznych w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych istniejących uregulowano w art. 12b i 12c rozpatrywanej ustawy. W tym przypadku w budynkach, w których liczba samodzielnych lokali mieszkalnych jest większa niż trzy, punkt ładowania instaluje się i eksploatuje po uzyskaniu zgody zarządu wspólnoty lub spółdzielni albo osoby sprawującej zarząd nad daną nieruchomością, wydawanej na wniosek osoby posiadającej tytuł prawny do lokalu w tym budynku i stanowisko postojowe do wyłącznego użytku.

 Z punktu widzenia ochrony przeciwpożarowej istotna jest procedura zlecania przez wspólnotę lub spółdzielnię mieszkaniową sporządzenia ekspertyzy dopuszczalności instalacji punktów ładowania.

Wymóg ten nie odnosi się do budynków, w których została zaprojektowana i wykonana instalacja elektryczna przeznaczona do zasilania punktów ładowania. W takim przypadku przy instalacji punktu ładowania uwzględnia się przyjęte rozwiązania dotyczące instalacji elektrycznej, w szczególności jej parametry techniczne oraz zastosowane środki zabezpieczeń (art. 12b ust. 4 i 6).

Jeśli chodzi o wymagania stawiane samej ekspertyzie, to w świetle wspomnianego już wcześniej art. 12c:

1. Przedmiotem ekspertyzy jest ocena instalacji elektrycznej w obrębie budynku objętego wnioskiem, o którym mowa w art. 12b ust. 1, oraz ocena stanowisk postojowych znajdujących się wewnątrz tego budynku lub do niego przylegających pod względem dopuszczalności przyłączenia do tej instalacji punktu ładowania objętego tym wnioskiem oraz zasad bezpieczeństwa związanych z jego używaniem.
2. W przypadku gdy wnioski, o których mowa w art. 12b ust. 1, złożyło kilku wnioskodawców, można sporządzić jedną ekspertyzę dotyczącą wszystkich lub wybranych punktów ładowania objętych tymi wnioskami.
3. Ekspertyzę sporządza osoba z uprawnieniami budowlanymi w specjalności instalacyjnej w zakresie sieci, instalacji i urządzeń elektrycznych i elektroenergetycznych do projektowania bez ograniczeń.
4. Jeżeli jest to niezbędne do sporządzenia ekspertyzy, osobie, która ją sporządza, udostępnia się wyniki okresowego badania instalacji elektrycznej, o którym mowa w art. 62 ust. 1 pkt 2 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (DzU z 2021 r. poz. 2351 ze zm.), oraz dokumenty, w tym opracowania, o których mowa w art. 63 tej ustawy.
5. Ekspertyza określa w szczególności:

• moc przyłączeniową budynku, która może zostać wykorzystana na potrzeby funkcjonowania punktu ładowania;
• punkty w instalacji elektrycznej, w których przyłączenie punktu ładowania jest dopuszczalne, oraz parametry tego punktu, w tym maksymalną moc punktu ładowania, który może zostać przyłączony do instalacji elektrycznej;
• rozwiązania budowlane oraz techniczno-instalacyjne, które powinny zostać przyjęte przy instalacji punktu ładowania, w tym wymagania dotyczące wyrobów zastosowanych do instalacji tego punktu;
• warunki niezbędne do bezpiecznej eksploatacji punktu ładowania;
• wymagania w zakresie bezpieczeństwa pożarowego, jakie powinny być spełnione w związku z zainstalowaniem punktu ładowania.
  6. Koszty sporządzenia ekspertyzy ponosi wnioskodawca.

W powyższych uwarunkowaniach formalnych i faktycznych, w sytuacji, kiedy obowiązujące przepisy z obszaru ochrony przeciwpożarowej nie odnoszą się wprost do kwestii zabezpieczenia ppoż. rozpatrywanych punktów ładowania, głównym punktem odniesienia, zarówno w procesie projektowania nowych budynków, jak i opracowywania ekspertyz w przypadku budynków istniejących, pozostają zasady wiedzy technicznej, o których wspomina się między innymi w art. 5 ust. 1 ustawy Prawo budowlane.

Zasady wiedzy technicznej

Skąd w ogóle potrzeba pochylenia się nad problemem pożarów pojazdów elektrycznych?

Czynnikiem, który o tym decyduje, jest potencjalnie specyficzny przebieg pożarów samochodów elektrycznych. Dzieje się tak za sprawą akumulatorów zasilających silniki napędowe.

Nie bez znaczenia pozostaje też fakt, że dotychczas zdobyte doświadczenia nie dostarczyły jeszcze pełnej wiedzy o rzeczywistym potencjale zagrożenia mogącego wystąpić w razie wypadku lub innej sytuacji awaryjnej z udziałem samochodu z napędem elektrycznym lub hybrydowym plug-in.

Niemniej jednak z dotychczas przeprowadzonych badań, w tym testów pożarowych (lista publikacji dostępna u autora), wiadomo, że systemy magazynowania energii w pojazdach elektrycznych i hybrydowych plug-in, oparte na technologii litowo-jonowej, w pożarze zachowują się inaczej niż konwencjonalne silniki samochodowe. Opierając się na tej podstawie i sięgając do analiz zdarzeń z udziałem różnego rodzaju pojazdów elektrycznych, można wskazać główne cechy rozpatrywanych pożarów. Są to w szczególności:

• groźba gwałtownego przebiegu procesu spalania (reakcja łańcuchowa) w przypadku poważnego uszkodzenia akumulatora i powstania zjawiska tzw. ucieczki termicznej (ang. thermal runaway), związanej ze wzrostem temperatury w ogniwach oraz wydzielaniem dużych ilości gazów palnych,
• możliwość kontynuowania procesu spalania bez dostępu do tlenu atmosferycznego (emisja tlenu z katody w wyniku wzrostu temperatury),
• towarzyszące powyższemu ryzyko szybkiego rozprzestrzeniania się pożaru na sąsiednie pojazdy,
• trudność w skutecznym dotarciu z prądami gaśniczymi do źródła ognia,
• groźba nawrotu procesu spalania w akumulatorze w perspektywie wielu godzin (a nawet kilku dni) i wynikająca stąd potrzeba długotrwałego chłodzenia akumulatora, który uległ zapaleniu,
• ryzyko porażenia prądem stałym o dużej mocy,
• wydzielanie silnie toksycznych związków chemicznych.

Powstanie takiego pożaru w garażu zamkniętym, często zlokalizowanym na kondygnacji podziemnej, stwarza również realne ryzyko niemożności podjęcia skutecznych działań ratowniczo-gaśniczych, co grozi powstaniem szkody całkowitej, w postaci spalenia wielu pojazdów znajdujących się w garażu, a nawet uszkodzeniem konstrukcji nośnej budynku.

Za kluczowe czynniki kontroli ryzyka należy zatem uznać wczesną detekcję pożaru, pozwalającą podjąć działania gaśnicze w jego początkowej fazie, przed wystąpieniem wspomnianego wcześniej zjawiska ucieczki termicznej, oraz zastosowanie rozwiązań ograniczających możliwość swobodnego rozprzestrzeniania się pożaru, zwłaszcza do momentu przybycia na miejsce zdarzenia ekip ratowniczych.

W projekcie wspomnianych na wstępie „Wytycznych” jako niezbędny element ochrony przeciwpożarowej każdego punktu ładowania wskazuje się zatem urządzenia służące samoczynnemu wykryciu pożaru i powiadomieniu straży pożarnej o jego powstaniu. Pewnym novum jest, że oprócz „klasycznych” systemów sygnalizacji pożarowej zaproponowano uwzględnienie również innych urządzeń służących do detekcji pożaru, mających stosowne dokumenty potwierdzające legalność ich wprowadzenia do obrotu oraz przydatność do zamierzonego zastosowania (certyfikaty, dopuszczenia, opinie techniczne opinie/rekomendacje przydatności itp.), takich jak:

• systemy wizyjnego wykrywania pożaru,
• bezprzewodowe systemy alarmowe (systemy wykorzystujące technologię bezprzewodową do połączenia różnych elementów systemu, takich jak czujki, panele obsługi i inne urządzenia alarmowe),
• systemy detekcji oparte na technologii Internetu rzeczy (IoT - Internet of things), tj. systemy wykorzystujące technologie IoT do pośredniego lub bezpośredniego gromadzenia, przetwarzania lub wymieniania danych za pośrednictwem inteligentnej instalacji elektrycznej lub sieci komputerowej,
• systemy detekcji wykorzystujące sztuczną inteligencję (AI - Artificial Intelligence), tj. wielofunkcyjną strukturę AI, która została zaprojektowana w celu zapewnienia wysokiej dokładności wykrywania pożarów i szybkiego podejmowania decyzji przez połączenie różnych technologii AI, co umożliwia dokładnie analizowanie różnych typów danych, integrowanie analizowanych danych zgodnie z wymaganiami systemu oraz elastyczne dostosowywanie się do zmian w czasie i przestrzeni,
• urządzenia do monitorowania pól temperatury w obrębie miejsc postojowych, wykorzystywane do wskazania miejsca, w obrębie którego doszło do wystąpienia zagrożenia pożarowego, na potrzeby uruchomienia instalacji zraszaczowej zabezpieczającej dane miejsca.

Powyższe podejście jest ukierunkowane zarówno na optymalizację kosztów detekcji, jak i otwarcie na wdrażanie wyrobów innowacyjnych.

Jeśli chodzi o drugi ze wspomnianych powyżej kluczowych elementów służących redukcji ryzyka niekontrolowanego rozprzestrzeniania się pożaru zainicjowanego w pojeździe elektrycznym, jako rozwiązanie najbardziej pożądane wskazano możliwość niezwłocznego podania środków gaśniczych. W związku z powyższym w rozpatrywanej propozycji „Wytycznych” na obecnym etapie zaawansowania prac szczególne miejsce zajmują również stałe urządzenia gaśnicze (SUG).

Kwestią, która wzbudzała najwięcej dyskusji w gronie autorów opracowania, było zawarcie w nim rekomendacji dotyczącej zapewnienia ochrony każdego punktu ładowania wraz z miejscem postojowym - co najmniej ochrony miejscowej samoczynnym urządzeniem gaśniczym z zapasem środka gaśniczego pozwalającego na kontrolę pożaru przez co najmniej 30 min.

Ostatecznie zgodzono się, że argumenty oparte na wynikach analizy i oceny ryzyka, choć brak dziś formalnych wymagań w tym zakresie, są na tyle przekonujące, iż warto ją zawrzeć w „Wytycznych”.

Jednocześnie oceniono, że zbliżony do powyższego efekt kontroli rozprzestrzeniania się pożaru w początkowej fazie jego rozwoju, tj. do czasu przybycia na miejsce ekip ratowniczych, można osiągnąć za pomocą lokalnych oddzieleń przeciwpożarowych. W związku z tym zespół autorów zamierza wskazać je jako rozwiązanie alternatywne w stosunku do rozpatrywanych urządzeń gaśniczych.

Zasadność zastosowania jednego z omawianych zabezpieczeń zapobiegających niekontrolowanemu rozprzestrzenianiu się pożaru zarekomendowano w szczególności w przypadku:

• ryzyka utraty nośności przez elementy budowlane istotne dla zachowania stateczności głównej konstrukcji nośnej budynku,
• lokalizacji punktów ładowania w trudno dostępnych częściach garażu, np. w garażu wielokondygnacyjnym na kondygnacjach innych niż kondygnacja „dostępowa” (z zapewnionym bezpośrednim wjazdem z zewnątrz), zarówno na kondygnacjach podziemnych, jak i naziemnych,
• skupienia dużej liczby punktów ładowania w jednym miejscu,
• wydłużonego czasu dojazdu jednostek straży pożarnej,
• utrudnionego dojazdu oraz dostępu ekip ratowniczych do obiektu,
• niewyposażenia obiektu w samoczynne urządzenia służące detekcji pożaru oraz przekazaniu alarmu do właściwych osób.

Ponadto w „Wytycznych” zaproponowano poddanie analizie i ocenie następujących kwestii, mających znaczenie dla sprawnego przebiegu akcji gaśniczej:

• dedykowanego wyłącznika prądu w przypadku braku w budynku przeciwpożarowego wyłącznika prądu,
• oznakowania miejsc postojowych dla samochodów elektrycznych, stacji i punktów ładowania,
• zapewnienia źródeł wody do wewnętrznego i zewnętrznego gaszenia pożaru,
• wentylacji pożarowej tam, gdzie jest ona wymagana,
• wyposażenia w gaśnice i tym podobne urządzenia gaśnicze,
• zawarcia w instrukcji bezpieczeństwa pożarowego treści odnoszących się do zagadnień związanych z ładowaniem i przechowywaniem pojazdów z napędem elektrycznym oraz zapewnienia ich dostępności dla ekip ratowniczych.

Zasadne wydaje się nadmienić, że w gestii autorów, czy to dokumentacji projektowej, czy przywołanej już wcześniej ekspertyzy, pozostawiono interpretację powyższych rekomendacji w odniesieniu do występujących w danym obiekcie uwarunkowań miejscowych.

Podsumowanie

Powyższe treści w syntetyczny sposób przybliżają aktualny stan wiedzy o zagrożeniu pożarowym stwarzanym przez samochody elektryczne. Jednocześnie intencją autora było przedstawienie argumentów, w obliczu których z pełną odpowiedzialnością będzie można odrzucić wspomniane na wstępie skrajnie odmienne opinie o jego poziomie i specyfice. Jak bowiem pokazują dotychczasowe doświadczenia, pożar samochodu elektrycznego, zwłaszcza zainicjowany w jego akumulatorze, w określonych uwarunkowaniach, z jednej strony może cechować się dużą dynamiką oraz długotrwałością, a z drugiej strony nie są to zjawiska, którym nie da się zaradzić.

Projektując rozwiązania w zakresie zabezpieczenia przeciwpożarowego obiektów budowlanych, w których przewiduje się montaż punktów ładowania samochodów elektrycznych, niezależnie od tego, czy projekt dotyczy obiektu nowego, czy istniejącego, powinno się przeprowadzić pogłębioną analizę i ocenę zagrożenia (ryzyka) pożarowego, jakie temu towarzyszy, a następnie przedsięwziąć adekwatne do jego poziomu środki bezpieczeństwa, odpowiadające występującym w danym obiekcie uwarunkowaniom miejscowym.

Wśród kluczowych zabezpieczeń służących kontroli omawianego ryzyka należy wskazać wczesną detekcję pożaru, pozwalającą podjąć działania gaśnicze w jego początkowej fazie, przed wystąpieniem zjawiska ucieczki termicznej oraz zastosowanie rozwiązań ograniczających możliwość swobodnego rozprzestrzeniania się pożaru do momentu przybycia na miejsce zdarzenia ekip ratowniczych, tj. bądź stałych urządzeń gaśniczych, bądź miejscowych elementów oddzielenia przeciwpożarowego.

Zakłada się, że użytecznym kompendium wiedzy w powyższym zakresie będą opracowywane w CNBOP - PIB we współpracy z Komendą Główną PSP oraz PSPA „Wytyczne w zakresie ochrony przeciwpożarowej garaży w obiektach budowlanych przeznaczonych do przechowywania oraz ładowania samochodów elektrycznych i hybrydowych plug-in”. Autor wyraża przekonanie, że ich publikacja nastąpi niebawem.

st. bryg. dr inż. Paweł Janik jest dyrektorem Centrum Naukowo-Badawczego Ochrony Przeciwpożarowej
im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowego Instytutu Badawczego