VŠB – Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství
Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství Hasičský záchranný sbor Moravskoslezského kraje
Recenzované periodikum
Požární ochrana 2009 Sborník přednášek - III. díl XVIII. ročníku mezinárodní konference
Ostrava, VŠB – TU 9. – 10. září 2009
VŠB – Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství Hasičský záchranný sbor Moravskoslezského kraje
Recenzované periodikum
Požární ochrana 2009 Sborník přednášek XVIII. ročníku mezinárodní konference pod záštitou rektora Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava Prof. Ing. Tomáše Čermáka, CSc. a generálního ředitele HZS ČR genmjr. Ing. Miroslava Štěpána
Ostrava, VŠB – TU 9. – 10. září 2009
Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13 700 30 Ostrava - Výškovice Česká republika Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství se sídlem VŠB – TU Ostrava Lumírova 13 700 30 Ostrava - Výškovice Česká republika Hasičský záchranný sbor Moravskoslezského kraje Výškovická 40 700 30 Ostrava - Zábřeh
Recenzované periodikum POŽÁRNÍ OCHRANA 2009 Sborník přednášek XVIII. ročníku mezinárodní konference
Recenzenti: Doc. Ing. Vilém Adamec, Ph.D. Ing. Petr Bebčák, Ph.D. Doc. Ing. Jaroslav Damec, CSc. Doc. Dr. Ing. Aleš Dudáček Doc. Dr. Ing. Miloš Kvarčák Ing. Vasil Silvestr Pekar Ing. Pavel Vaniš, CSc. Editor: Doc. Dr. Ing. Michail Šenovský Pro SPBI vytiskl: Tiskárna Kleinwächter, Frýdek – Místek www.tiskarnaklein.cz © Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství ISBN: 978-80-7385-067-8
Odborný garant konference Chairman doc. Dr. Ing. Michail Šenovský - VŠB - TU Ostrava
Vědecký výbor konference Scientific Programe Committee doc. Dr. Ing. Aleš Dudáček – děkan FBI, VŠB – TU Ostrava genmjr. Ing. Miroslav Štěpán – generální ředitel HZS ČR st. bryg. prof. dr hab. inż. Zoja Bednarek – rektor SGSP Warszawa brig. gen. prof. Ing. Rudolf Urban, CSc. – rektor Univerzity obrany Prof. Ing. Karol Balog, PhD. – STU Bratislava Prof. Ing. Pavel Poledňák, PhD. – Žilinská univerzita Assoc. Prof. Dr. Ritoldas Šukys - TU Vilnius Prof. Ing. Anton Osvald, CSc. - TU Zvolen Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hausladen – TU München Prof. Dr.-Ing. Gert Beilicke – Ingenieurbüro für Brand- und Explosionsschutz Leipzig Prof. RNDr. Pavel Danihelka, CSc. – VŠB – TU Ostrava Prof. Dr. rer. nat. Tammo Redeker - Institut für Sicherheitstechnik Freiberg Prof. Dr. rer. nat. habil. Reinhard Grabski – Institut der Feuerwehr Heyrothsberge
Organizační výbor konference Organising Conference Committee Doc. Ing. Vilém Adamec, Ph.D. – VŠB - TU Ostrava doc. Ing. Ivana Bartlová, CSc. – VŠB - TU Ostrava Ing. Petr Bebčák, Ph.D. – VŠB - TU Ostrava Ing. Isabela Bradáčová, CSc. – VŠB – TU Ostrava Ing. Lenka Černá – SPBI Ostrava doc. Ing. Jaroslav Damec, CSc. – VŠB - TU Ostrava doc. Dr. Ing. Miloš Kvarčák – VŠB - TU Ostrava doc. Ing. Miroslava Netopilová, CSc. – VŠB - TU Ostrava plk. Ing. Vasil Silvestr Pekar – TÚPO Praha Ing. Pavel Vaniš, CSc. – CSI, a.s. Praha plk. Ing. Vladimír Vlček, Ph.D. – HZS Moravskoslezského kraje
Porovnání výsledků stanovení toxické vydatnosti plynných zplodin hoření polymerních materiálů metodou dle DIN 53436 / ISO 13344 a dle ČSN EN ISO 5659-2 / CEN TS 45545 2 516 Milan Růžička, Otto Dvořák Hodnocení sklonu kapalných a pastovitých látek k samovznícení, porovnání jednokomorového a dvoukomorového Mackey testeru Lucie Salgová, Otto Dvořák
528
Stanovení maximálních výbuchových parametrův podmínkách VŠB-TUO, FBI 536 Jiří Serafín, Jaroslav Damec, Aleš Bebčák Metódy skúšania zatepľovacích systémov a vonkajších obkladov stien Miroslav Smolka
545
The SOLIT Project – Investigation of a High Pressure Fire-Fighting System for Road Tunnels 555 Horst Starke, Reinhard Grabski Výzkum zkratových nátavů na Cu vodičích pro PTE pomocí Ramanovy spektroskopie Ondřej Suchý, Otto Dvořák Možnosti využití expertních systémů při hodnocení rizika Michail Šenovský, Pavel Šenovský
565 572
Využitelnost výpočetních odhadů bodů výbušnosti hořlavých kapalin pro potřebu zkušebního stanovení 577 Libor Ševčík, Otto Dvořák Výpočty ventilačních ploch pro výbuchy plynu v nekompletně zaplněném objemu – porovnání nalezených metod. 586 Jiří Šustek, Tadeáš Podstawka, Břetislav Janovský Minerálna vlna z hľadiska reakcie na oheň Ľudmila Tereňová
596
15 let IZS – hledání modelu spolupráce záchranných složek a veřejné správy. Evžen Tošenovský
605
Environmentálne posúdenie hasiacich pien a ich hasiacich vlastností Ivana Tureková, Karol Balog, Dagmar Samešová
612
Změny ve zkoušení reakce stavebních výrobků na oheň Pavel Vaniš
624
Metody hodnocení hydraulických kapalin z hlediska jejich bezpečného používání 628 Hana Věžníková, Lenka Herecová, Dalibor Míček
Evaluation of the maximum pressure rise due to explosion in closed vessel Marek Woliński
639
Souhrn metodických předpisů pro činnost jednotek požární ochrany Martin Žaitlik
644
Results of the Simulation of the Effects of a Sprinkler Spray on a Flame Thermal Radiation Propagation Through Room Openings...................................................648 Darko Zigar, Zdravković Martina, Desimir Jovanović Abstracts
660
Úvodní slovo editora. Vážené kolegyně, vážení kolegové, po roce opět vydává Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství ve spolupráci s Fakultou bezpečnostního inženýrství VŠB – Technické univerzity Ostrava své odborné periodikum Požární ochrana 2009. Toto periodikum každoročně vzniká při přípravě mezinárodní konference Požární ochrana. Soustředíme zde většinou původní odborné příspěvky, které jsou svou problematikou zaměřeny do oblasti požární prevence, požární represe, bezpečnostního plánování, protivýbuchové ochrany a zkušebnictví a certifikace. Jedenkrát ročně v tomto obsáhlém díle jsou zveřejňovány výsledky vědy a výzkumu ve výše uvedených oblastech a další zajímavosti jak z tuzemska, tak i ze zahraničí. Svým odborným zaměřením je toto periodikum jedinečné a lze říci, že svým rozsahem a hloubkou zveřejněných informací nemá v ČR obdobu. Tak jak je zavedenou tradicí, je sborník řazen abecedně dle autorů. Ve sborníku jsou rovněž zveřejněny jednotlivé anotace příspěvků, a to jak v českém, tak i v anglickém jazyce. Příspěvky zveřejňujeme v tom jazyce, jak byly autory odevzdány. Před zveřejněním jsou příspěvky lektorovány a redakce (v tomto případě vědecký výbor konference) má právo odmítnout uveřejnění kteréhokoli příspěvku. Hlavním mottem letošní konference by měl být Integrovaný záchranný systém. Je to 15 let, co se s ním setkáváme nejenom teoreticky, ale zcela prakticky při každodenní činnosti záchranářů. Oslovili jsme celou řadu odborníků, kteří buď Integrovaný záchranný systém tvořili, anebo byli jeho uživatelé. Zajímavé příspěvky na toto téma naleznete v tomto sborníku. Při sestavování sborníku prací začátkem srpna, jsme měli k dispozici cca 65 příspěvků. Bylo to v době, kdy už uplynul termín podávání příspěvků. Pokud však dostaneme zajímavý příspěvek i začátkem srpna, pak ho do sborníku zařadíme. Vzhledem ke značnému rozsahu tohoto periodika, však musíme dodržet termíny tiskárny, protože v den zahájení konference musí být sborník k dispozici. Vážené kolegyně a kolegové, doufám, že ve sborníku naleznete informace z oblasti, kterou se zabýváte, a budete moci konfrontovat své informace a názory s ostatními účastníky konference, a to jak osobně, nebo prostřednictvím sborníku prací.
V Ostravě 18. srpna 2009 Doc. Dr. Ing. Michail Šenovský editor
An Introductory Word from the Editor. Dear Colleagues, Again after a year the Association of Fire and Safety Engineering in cooperation with the Faculty of Safety Engineering of VŠBTechnical University of Ostrava issues its specialized periodical Fire Protection 2009. This periodical is compiled in the course of preparation of international conference Fire Protection every year. Mostly we include original specialized contributions that deal with the area of fire prevention, fire suppression, safety and security planning, explosion prevention and testing and certification into it. Once a year, research and science results in the above-mentioned areas from home as well as abroad are published in this extensive work. As for orientation, in the Czech Republic this periodical is without parallel from the point of view of extent and depth of published information. As is traditional, contributions are arranged alphabetically by authors. In the Proceedings, abstracts of contributions are published as well, both in Czech and English. Contributions are published in the languages used by authors. Before publishing, contributions are reviewed and the editorial staff (in this case the Scientific Conference Committee) has the right to reject the publishing of any contribution. The main motto of this year’s Conference should be Integrated Emergency System. Already for 15 years we have met it not only theoretically but also wholly practically in the every-day work of rescuers. We have addressed a number of specialists participating either in the formation of Integrated Emergency System or in the using of it. In these Proceedings you can find interesting contributions on this topic. When we prepared the Proceedings at the beginning of August, about 65 contributions were available. That time, the deadline for contribution submission already passed. However, if an interesting contribution is delivered even at the beginning of August, we shall include it into the Proceedings. With reference to the considerable extent of this periodical, we must however keep within the time schedule of the printing house, because on the day of Conference opening, the Proceedings must be available. Dear Colleagues, I hope that you will find information on the area you are concerned with and that you will be able to confront other Conference participants with your information and opinions personally or through the Proceedings.
In Ostrava on the 18th August 2009 Doc. Dr. Ing. Michail Šenovský Editor
Porovnání výsledků stanovení toxické vydatnosti plynných zplodin hoření polymerních materiálů metodou dle DIN 53436 / ISO 13344 a dle ČSN EN ISO 5659-2 / CEN TS 45545 2 Ing. Milan Růžička, Ing. Otto Dvořák, Ph.D. MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav PO, Písková 42, 143 01 Praha 4 - Modřany E-mail:
[email protected] Abstrakt Porovnání výsledků stanovení toxické vydatnosti plynných zplodin hoření na osmi polymerních materiálech (bavlněná textilie, PVC, PA, PUR pevná pěna, SBR, dřevo smrkové, vulkanizovaná pryž a PET fólie ). Byly porovnávány hodnoty celkových frakčních účinných dávek (FED_celk ), stanovených indexů toxicity (CITG ) a množství toxikantů vztažené na 1 g vzorku stanovené dvěma zkušebními metodami (dle DIN 53436 / ISO 13 344 a dle ČSN EN ISO 5659-2 / CEN TS 455452), jejichž principy jsou v článku popsány. Výsledky stanovení oběma metodami jsou srovnatelné. Z principiálních důvodů ovšem do určité míry závisí na použité metodě. Klíčová slova Toxická vydatnost, plynné zplodiny hoření, výpočet toxické vydatnosti, fyzikální požární model, kouřová komora, celková frakční účinná dávka (FED), standardní index toxicity (CIT) Použité zkratky: PZH plynné zplodiny hoření TZH toxicita zplodin hoření FEDcelk Celková frakční účinná dávka LC50,30min letální koncentrace LC50 při třicetiminutové expozici CIT conventional index toxicity (stanovený/dohodnutý ukazatel toxicity) CITG CIT pro kategorie produků uvedené v normě CEN TS 45545-2 CITNLP CIT pro produkty v normě CEN TS 45545-2 neuvedené metoda 1 (ozn. “DIN”) = stanovení TZH dle DIN 53 436 a výpočtem dle ISO 13344 metoda 2 (ozn. “CIT”) =stanovení TZH dle ČSN EN ISO 5659-2 a CEN TS 45545 2 TÚPO Technický ústav požární ochrany Praha
516
Úvod Tepelný rozklad a hoření hořlavých materiálů produkuje plynné toxické zplodiny. Jejich toxická vydatnost je jedním z prvků posuzování požárního nebezpečí materiálů a výrobků. Pro jejich stanovování je ve světě zavedena řada metod [1, 2]. V TÚPO byly zavedeny, v rámci řešení výzk. projektu VD č. 20062010A07, DVÚ č. 4 [3] pro posuzování toxicity zplodin hoření dvě metody vycházející z rozdílných podmínek spalování a vzorkování plynných zplodin hoření (PZH). Metoda 1: Stanovení toxické vydatnosti plynných zplodin hoření v trubicové peci dle DIN 53 436 [4, 5] a výpočtem dle ISO 13344 [6, 10] Mezinárodně uznávaný způsob spalování testovaného materiálu ve fyzikálním požárním modelu (trubicová pec s pohyblivým vyhřívacím blokem, viz. schéma na obr. 1) za nastavitelných zkušebních podmínek simulujících určitou fázi požáru [2]. Metoda 2: Stanovení toxické vydatnosti plynných zplodin hoření v kouřové komoře dle zkušebních předpisů ČSN EN ISO 5659-2 [7] a CEN TS 45545-2 [8]. Spalování testovaného materiálu umístěného v kouřové komoře zadaných rozměrů (objem zk. komory 509 litrů) [7] pod kónický zářič , kde je během zkoušky vystaven působení sálavého toku 25 nebo 50 kW/m2 . Alternativně lze použít přídavný zapalovací plamen plynového hořáku. Postup je používaný zejména pro materiály nebo drobné součástky používané v interiérech železničních dopravních prostředků nebo jejich příslušenství. Kromě toxicity lze u této metody měřit a hodnotit ještě optickou hustotu kouře [8, 9]. 1. Porovnání měřících principů obou metod 1.1. Porovnání přípravy vzorků, podmínek spalování a popisy spalovacích zařízení Metoda 1: Velikost vzorku se určuje podle jeho hustoty, případně podle jeho tloušťky. Vzorky jejichž hustota je 0,4 g/cm3 nebo větší, se připraví ve velikosti 400 mm x 15 mm x 2 mm. Velikost vzorků, jejichž hustota je menší než 0,4 g/cm3, se připraví tak, že tloušťka vzorku se upraví při dodržení max. šířky a výšky vzorku 30 mm tak, aby hmotnost vzorku odpovídala hmotnosti vzorku o hustotě 0,4 g/cm3. Ploché tenké materiály jako folie, textilie, zaschlé nátěry ap. se připravují v několika vrstvách tak, aby byly rovnoměrně rozloženy a jejich hmotnost byla v rozmezí 3,6 - 7,2 g. Počet vrstev je stanovený [10] a závisí na plošné hmotnosti zkoušeného vzorku. Kondicionace vzorku před zkouškou není požadována.
517
Podmínky tepelné degradace vzorků zvolené pro porovnávací měření výsledků publikovaných v tomto článku: Teplota spalování 800 °C, průtok vzduchu nad vzorkem takový, aby byl zajištěn dostatečný přebytek kyslíku v poměru k navážce vzorku. Navážky vzorku byly mezi (5 - 20) g podle měrné hmotnosti zkoušeného materiálu. Uspořádání fyzikálního požárního modelu, viz. obr. č. 1.
1 - trubice z křemenného skla; 2 - lodička se vzorkem; 3 - pohyblivý vyhřívací blok; 4 - směšovací nádoba, 5 - odvod spalin; 6 - vzorkování Obr. 1 Schéma fyzikálního požárního modelu dle DIN 53436 (trubicová pec) Metoda 2: Vzorek čtvercového formátu o velikosti (750 x 750) mm a maximální tloušťce 250 mm je umístěný ve speciálním kovovém držáku. Vzorek je 24 hodin před zkouškou klimatizován v klimatizační komoře při teplotě 25 °C a rel. vlhkosti 50 %. Navážky vzorku byly mezi (4 - 55) g podle tloušťky a měrné hmotnosti zkoušeného materiálu. Úbytky hmotnosti vzorků po zkoušce (odhořelé hmoty) se pohybovaly v intervalu (4 - 30) g. Schéma fyzikálního požárního modelu dle ČSN EN ISO 56592, viz obr. 2. Podmínky tepelné degradace vzorků porovnávacích měření: Hustota toku tepla kónického zářiče: 25 kW/m2 bez zapalovacího plamene.
518
1 - systém měření optické hustoty; 3 - kónický zářič; 5 - odběrová sonda;
2 - odtah spalin; 4 - miska se vzorkem, 6 - přídavný zapalovací plamen
Obr. 2 Schéma zkušebního zařízení metody 2 (Kouřová komora dle ČSN EN ISO 5659-2) 1.2. Způsob vzorkování plynných zplodin hoření Metoda 1: Kontinuální vzorkování po celou dobu postupného odhořívání vzorku (cca 40 min). Z tohoto časového úseku se zvolí 30 minutový úsek hoření (viz obr. 3), z kterého je vypočítávána toxická vydatnost. Plynné produkty hoření jsou ve směšovací nádobě ředěny a míchány sekundárním vzduchem. Jejich přebytek je během zkoušky ze směšovací nádoby samovolně odváděn do odtahového potrubí.
519
Obr. 3 Typický průběh koncentrací hlavních toxických složek během zkoušky a naznačení způsobu sběru dat u metody 1
Obr. 4 Typický průběh koncentrací hlavních toxických složek během zkoušky a naznačení způsobu sběru dat u metody č. 2 Metoda 2: Vzorkovací sondou, jejíž konec je umístěný 30 cm pod horní stěnou komory se měří koncentrace plynných složek (viz. tabulka 1) ve čtvrté a v osmé minutě zkoušky měřeno od vložení vzorku do zkušebního zařízení. Plynné produkty hoření nejsou po dobu zkoušky odtahovány ani žádným způsobem míchány. Průběh koncentrací hlavních toxických složek během zkoušky PET fólie a způsob vzorkování je znázorněn na obr. č. 4.
520
Tab. 1 Přehled měřených plynných složek u metod 1 a 2 a jejich referenčních koncentrací [6, 8]: Metoda 1 (DIN)
Metoda 2 (CIT)
ref. konc. LC50,30 min [ppm, (%)]
ref. koncentrace [mg/m3]
úbytek kyslíku (O2)
5,4 (%)
neměří se
Oxid uhličitý (CO2)
100 000
72 000
Oxid uhelnatý (CO)
5 700
1 380
Kyanovodík (HCN)
150
55
Chlorovodík (HCl)
3 800
75
Bromovodík (HBr)
3 800
99
Fluorovodík (HF)
neměří se
25
Oxid siřičitý (SO2)
1 400
262
170
38
měřená složka (toxikant)
Oxidy dusíku (NO, NO2)
1.3. Výpočet toxické vydatnosti: Metoda 1: Celková toxická vydatnost plynných zplodin hoření byla odhadnuta výpočtem celkové frakční účinné dávky FED podle rovnice (1):
FEDcelk =
21 − cO2 m ⋅ cCO cHCN cHCl c Xi + + + + cCO2 − b 21 − LC50,O2 LC50, HCN LC50, HCl LC50, Xi
(1)
kde koeficienty m a b vyjadřují relaci mezi oxidy uhlíku. Pokud je koncentrace CO2 menší nebo rovna 5 % obj., je m = - 18 a b = 122 000. Když je koncentrace CO2 větší než 5 %, dosazují se hodnoty m = 23 a b = - 38 600. kde c jsou koncentrace příslušných toxikantů vyjádřeny v jednotkách ppm. Koncentrace kyslíku cO2, je vyjádřena v obj. %. LC50 jsou číselné ref. hodnoty letálních koncentrací jednotlivých toxikantů (viz tab. č. 1), které byly statisticky stanovené z nezávislých experimentálních dat, když úmrtnost pokusných krys byla po 30-ti minutové expozici a 14-ti denní post expozici padesátiprocentní. Koncentrace LC50,O2 vyjadřuje úbytek kyslíku ve srovnání s jeho obsahem v atmosféře a rovná se 5,4 [%].
521
Pro výpočet celkové 30-ti min. předpovědi toxické vydatnosti LC50 byl použit vztah (2): Δm (2) LC50,celk ⎡⎣ g / m3 ⎤⎦ = (FEDcelk ⋅Vcelk ) V této rovnici je ∆m vyhořelá hmotnost (úbytek) zkuš. vzorku v gramech, FEDcelk celková frakční účinná dávka vypočítaná jako suma příspěvků jednotlivých toxikantů a Vcelk je celkový objem vzduchu za standardní teploty a tlaku (tj. 20 °C a 101,325 kPa), jenž protekl zkušebním zařízením během experimentu v úseku hoření v m3. Jako výsledek zkoušky se uvádí aritmetický průměr FEDcelk a LC50,30min. vypočítaný z výsledků měření vzorků za podmínek opakovatelnosti. Porovnání hodnot letálních koncentrací LC50,30min naměřených na zařízení TÚPO s hodnotami uváděnými v literatuře [11] je uvedeno v tab. č. 6. Metoda 2: Obecný výpočet stanoveného indexu toxicity (CITG) zahrnuje dvě složky. Tzv. sumační složku, která je matematicky vyjádřena podobně jako u odhadu FEDcelk sumou podílů koncentrací jednotlivých toxikantů a jejich příslušných referenčních koncentrací a koeficientem upravujícím hodnotu indexu pro normou stanovené množství vzorku. Podle použitého koeficientu můžeme vypočítat hodnotu CITG pro kategorie produktů specifikované v normě CEN TS 45545-2, nebo hodnotu CITNLP pro neuvedené produkty, viz rovnice (3) a (4). Výpočetní vztah: 8 8 ci ci 0,51m3 × 0,1m 2 CITG = × = 0, 0805 × ∑ ∑ 150m3 × 0, 004225m 2 i =1 Ci i =1 Ci
(3)
kde ci = koncentrace plynné složky v kouřové komoře [mg/m3].a Ci = referenční koncentrace [mg/m3]. Představuje porovnávací model, kdy zplodiny hoření materiálu o ploše 0,1 m2 jsou rozptýleny do objemu 150 m3. Výpočetní vztah:
CITNLP =
8 8 8 ci ci ci 450 g 1 × = × = ∑ ∑ ∑ 3 150m × N (3) i =1 Ci i =1 Ci i =1 Ci
(4)
kde ci = hmotnost emitované plynné složky [mg/g].a Ci = referenční koncentrace plynné složky [mg/m3]. Modeluje případ, kdy zplodiny hoření ze 450 g vzorku jsou rozptýleny do objemu 150 m3. Hodnota CIT se vypočítá pro každý z obou měřených časů (CITG4min, CITG8min). Horší výsledek (průměrná hodnota z měření tří vzorků) se porovnává s klasifikačními tabulkami normy CEN TS 45545-2 viz. literatura, [8, 9]. 522
2. Porovnání výsledků V laboratoři TÚPO byla změřena toxická vydatnost zplodin hoření osmi polymerních materiálů. Jejich přehled, označení ve výsledkových grafech a přibližné složení je uvedeno v tabulce č. 2. Elementární složení materiálů uvádí tabulka č. 3. Tab. 2 Popis materiálů použitých k porovnání zkušebních metod Označení vzorku
Popis vzorku
Bavlna
potahová látka s obsahem 64% viskózy a 36 % bavlny
PVC
PVC koženka (PVC měkčené ftaláty)
SMRK
smrkové dřevo, deska tloušťky 2 cm (celuloza + lignin)
PUR
pevná polyuretanová pěna, deska tloušťky 5 cm
SBR
obuvnický materiál - podešev tloušťky 0,8 cm, styren butadienový kaučuk (plnivo: kaolín, CaCO3)
Pryž
guma opravářská - podešev tloušťky 0,5 cm (plnidla: saze, do 1% křemičitany, mastidlo: stearin)
PA
polyamidová technická textilie
PET
PET fólie "Tenolan", 100% polyetylentereftalát
Tab. 3 Elementární složení materiálů zkušebních vzorků C [hm. %]
H [hm. %]
N [hm. %]
Cl, Br [hm. %]
S [hm. %]
Bavlna
41,5
6,2
0,2
0,0
0,0
PVC
45,1
5,4
0,5
19,6
0,1
SMRK
47,0
6,3
0,1
0,0
0,0
PUR
60,6
5,8
6,8
0,0
0,0
SBR
60,3
6,6
0,7
0,1
1,4
Pryž
56,2
5,6
0,5
0,1
1,1
PA
61,7
9,5
11,2
0,0
1,1
PET
62,9
4,4
0,1
0,0
0,0
materiál
Výsledky porovnání produkce hlavních složek zplodin hoření vztažených na 1 g vzorku a charakteristických poměrů CO2/CO v PZH jsou shrnuté v tabulkách č 4 a 5 a v grafech na obrázcích č. 5, 6 a 7. Porovnání toxické vydatnosti zplodin hoření (FEDcelk, CITG ve 4. minutě a CITG v osmé minutě) stanovené oběma metodami, je zobrazeno v grafu na obr. č. 8. 523
Tab. 4 Tabulka toxikantů plynných zplodin hoření stanovených metodou 1 (DIN) Toxikant [mg/gram vzorku] Materiál
Hodnocení toxicity
CO
NO NO2 NOX
CO2
SO2
HCN
HCl
FED
LC50,30 min
Bavlna
25,0
0,5
0,0
0,5
653,5
0,0
0,0
0,0
0,2066
198,4
PVC
47,1
1,4
0,0
1,4
1440,7
10,5
0,0
30,2
0,8850
38,9
SMRK
27,0
n
n
n
1522,0
n
n
n
0,3640
78,9
PUR
154,4
n
n
n
1537,0
n
8,4
n
2,6730
9,7
SBR
74,0
n
n
n
1531,1
n
0,2
n
0,6030
32,7
Pryž
30,9
n
n
n
1580,0
n
0,2
n
0,7040
36,3
PA
66,8
2,4
0,0
2,4
957,7
2,5
2,9
0,0
1,1330
28,3
PET
37,3
0,0
0,0
0,0
1816,1
0,0
0,0
0,0
0,7450
58,1
vysvětlivka: n= neměřeno Tab. 5 Tabulka toxikantů plynných zplodin hoření stanovených metodou 2 (CIT) Toxikant [mg/gram vzorku] Materiál
Hodnocení toxicity
CO
NO
NO2 NOX CO2
Bavlna
44,0
0,1
0,0
0,2
1459,2 0,0
PVC
49,4
1,0
0,0
1,0
1178,0
SMRK
0,8
0,1
0,0
0,1
352,7
PUR
138,0 1,4
0,0
1,4
SBR
40,2
2,0
0,0
Pryž
18,0
0,9
PA
20,7
PET
41,5
SO2
HCN HCl
CITG4 CITG8
0,0
0,060
0,071
12,0 0,0
103,4 1,851
1,864
0,0
0,0
0,1
0,050
0,078
1063,3 3,9
74,0
10,0
1,312
1,321
2,0
1388,3 1,6
0,1
0,4
0,327
0,444
0,0
0,9
687,6
0,1
0,4
0,312
0,508
10,1
0,0
10,2
2103,5 0,4
60,2
1,8
1,080
1,072
0,0
0,0
0,0
1523,5 0,0
0,0
0,6
0,035
0,045
5,9
0,8
Tab. 6 Porovnání vypočítaných hodnot letálních koncentrací LC50,30min s tabelovanými hodnotami [11] Zdroj: TÚPO Praha
Zdroj: NIST Gaithersburg [11]
Zdroj: NIST Gaithersburg [11]
Materiál
LC50,30 min [g/m3]
Materiál
LC50,30 min [g/m3]
Materiál
LC50,30 min [g/m3]
Bavlna
198,4
PVC měkčené
(16 - 30)
MF resin
(12,5 - 26)
SMRK
78,9
PVC pryskyřice
(17,4 - 26)
PE
(31 - 35)
PET
58,1
dubové dřevo
(45 - 60)
PTFE
(0,017 - 0,4)
SBR
32,7
jedlové dřevo
(24 - 150)
ABS
(15 - 20,8)
Pryž
36,2
PUR pevná pěna
(11 - 16)
PES
(30 - 53)
PVC
38,9
PUR měkká pěna (40 - 52)
PA koberce
(57 - 108)
PA
28,3
UF pryskyřice
11,2
PAN
(38 - 42)
PUR
9,7
PS pevná pěna
(32,6 - 53,5) vlněné tkaniny (4,4 - 7,1)
524
vysvětlení zkratek v tabulce: UF močovino formaldehydová pryskyřice; PS polystyren; MF - melamino formaldehydová pryskyřice; PE - polyethylen; PTFE - polytetrafluorethylen (Teflon); ABS - polyakrylbutadien-styrenový kopolymer; PAN polyakrylonitril
Obr 5 Graf množství CO2 stanovených oběma metodami (vztaženo na 1 g vz.)
Obr 6 Graf množství CO stanovených oběma metodami (vztaženo na 1 g vz.)
525
Obr 7 porovnání poměru koncentrací CO2/CO stanovených na souborů vzorků oběma metodami
Obr 8 porovnání toxických vydatností zplodin hoření souboru vzorků stanovených oběma metodami 3. Shrnutí rozdílů měřicích metod, závěr Hlavní odlišnosti porovnávaných metod jsou: - měřící aparatura (trubice x komora) - princip sběru dat (kontinuální x bodový) - rozdílné podmínky měření (teplota, množství kyslíku na g vzorku) - měřené složky/toxikanty (úbytek kyslíku, fluorovodík, viz tab. 1) - rozdíly ve výpočtu (odlišné ref. koncentrace toxických složek ZH, koeficienty) - vlastní stanovení koncentrací toxikantů (pro každou metodu byly použité přístroje s jiným měřícím principem) 526
I přes uvedené rozdíly lze vysledovat určité korelace v stanovené toxicitě jednotlivých materiálů. Toxicita ZH stoupá v pořadí vzorků bavlna, smrk, PET, SBR, pryž, PA, PVC a PUR u obou porovnávaných zkušebních metod. Výsledky experimentů potvrdily teoretické předpoklady, že toxická vydatnost plynných zplodin hoření je závislá na použité metodě a podmínkách měření. Obě metody lze použít ke vzájemnému porovnání toxické vydatnosti PZH polymerních materiálů. Fyzikální požární model podle metody 1 umožňuje simulaci podmínek ve fázích požárů (změnami teploty, hustoty toku tepla a obsahu O2). Fyzikální požární model podle metody 2 simuluje požární rizika při odhořívání materálů v uzavřené komoře. 4. Literatura [1] DVOŘÁK, CHARVÁTOVÁ, Předpověď toxické vydatnosti zplodin hoření plastů v závislosti na teplotě a přístupu vzduchu. Sborník přednášek mezinárodní konference Požární ochrana 2001. Ostrava, VŠB-TU, s. 129 - 134. [2] DVOŘÁK, CHARVÁTOVÁ, RŮŽIČKA, Nebezpečí toxicity zplodin hoření materiálů, publikace MV - GŘ HZS (Praha 2007) [3] VD20062010A07 „Zjišťování příčin vzniku požárů a hodnocení nebezpečných účinků požárů“ DVÚ č. 4 „Instrumentální fyz. metody a metody chem. analýz k identifikaci akcelerantů a toxikantů na požářišti“ [4] DIN 53436 teil 1; Erzeugung thermisher Zertzungsprodukte von Werkstoffen unter Luftzufuhr und ihre toxikologische Prüfung [5] DIN 53436 teil 2; Erzeugung thermischer Zersetzungsprodukte von Werkstoffen unter Luftzufuhr und toxikologishe Prüfung ; Verfahren zur thermischen Zersetzung [6] ISO CD 13344; Determination of the lethal toxic potency of fire effluents [7] ISO 5659-2; Plastic - Smoke generation - Determination of optical density by a single-chamber test [8] CEN TS 45545-2; Railway application - Fire protection on railway vehicles - Part 2: Requirements for fire behaviour of materials and components [9] ŠEVČÍK, DVOŘÁK, RŮŽIČKA, Zkušební hodnocení nebezpečí tvorby kouře a toxické vydatnosti plynných zplodin hoření materiálů vozidel, Sborník přednášek mezinárodní konference Požární ochrana 2008. Ostrava, VŠB-TU, s. 565 - 571. [10] Stanovení toxické vydatnosti plynných zplodin tepelného rozkladu a hoření, Metodika TÚPO č. 01-08 [11] J. L. NEVIASER and R. G. GANN, „Evaluation of Toxic Potency Values for Smoke from Products and Materials“; Building and Fire Research Laboratory, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899-8664; Fire Technology, 40, 177–199, 2004
527
Hodnocení sklonu kapalných a pastovitých látek k samovznícení, porovnání jednokomorového a dvoukomorového Mackey testeru Ing. Lucie Salgová, Ing. Otto Dvořák, Ph.D. MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav PO, Písková 42, 143 01 Praha 4 - Modřany E-mail:
[email protected] Abstrakt Článek pojednává o rozdílech při stanovení sklonu kapalných a pastovitých látek k samovznícení na zařízení dle Mackeye a zařízení dle ASTM 3523-92 [1]. (Diferenční Mackey - dvoukomorový). Hodnocení bylo prováděno na vzorku lněné fermeže. Klíčová slova samovznícení, zařízení dle Mackeye (jednokomorový), Diferenční Mackey – dvoukomorový Úvod Živočišné a rostlinné oleje na vzduchu oxidují. Tento proces je urychlován, pokud je oxidace probíhá na velké ploše, což je případ, kdy je olej obsažen ve vláknité textilii, koudeli, nebo v pilinách. Chemicky jsou jedlé a živočišné tuky triglyceridy vyšších mastných kyselin. Sklon k samozahřívání je u glyceridů s mastnými kyselinami, které obsahují jednu, dvě nebo tři nenasycené vazby. Oxidační reakce má tři stupně: - V první jsou spotřebovány přírodní autooxidanty, což se neprojevuje viditelnou fyzikální změnou, - Druhá fáze je charakteristická rychlou oxidací vedoucí k tvorbě hydroperoxidů a konjugovaných dienů, - Ve třetí fázi probíhá řada složitých autokatalytických štěpných a síťovacích reakcí, při kterých jsou hydroperoxidy spotřebovány. Průběh reakcí podrobně popsal Sastry[3]. - Starší zkušební technikou pro stanovení nebezpečí/potenciálu olejnaté kapaliny k samozahřívání/samovznícení je stanovení jódového čísla. Novější technika, zkouška „chemiluminiscence“ postupně stanovení jódového čísla vytlačila. Porovnání s výsledkem zkoušky podle Mackey potvrdilo, že metody jódového čísla a chemiluminiscence jsou v principu objektivní. Princip metody podle Mackeye spočívá v tom, že čistou bavlněnou vatu napojíme zkoumanou látkou a pak zahříváme po určitou dobu v Mackeyově přístroji. 528
Při zkoušce musí být zajištěn přívod vzduchu. Podle naměřené teploty zkoumané látky posuzujeme sklon zkoumané látky k samovznícení. Metody stanovení Sklon k samovznícení u kapalných a pastovitých látek lze stanovovat na zařízení dle Mackeye (jednokomorový) a na zařízení dle ASTM 3523-92 (Diferenční Mackey - dvoukomorový). Mackeyův přístroj jednokomorový se skládá z nádoby s dvojitými stěnami, mezi kterými je nalito cca 2 l vody. Zařízení je zahříváno, až nastane kontinuální reflux. Pokud je potřebná zkušební teplota vyšší než je teplota refluxe vody, lze vodu nahradit jinou vhodnou čistou kapalinou (např. ethylenglykolem). Mackeyův přístroj se uzavírá víkem, ve kterém jsou otvory, jimiž prochází dvě trubice. Jedna pro přivádění vzduchu a druhá pro jeho odvod. Dále je zde otvor jimž prochází termočlánek, viz Obrázek č.1. Uvnitř nádoby ve vzdušné lázni je umístěn košíček, do něhož se vkládá čistá bavlněná vata napuštěná zkoumanou látkou. Do středu vzorku je vložen termočlánek, který snímá teplotu během zkoušky. Zkoumaná látka nemá sklon k samovznícení, jestliže při zkoušení v Mackeyově přístroji teplota napojené bavlněné vaty nepřekročí 100 °C (přípustná tolerance je ± 5°C).
Obrázek č. 1 Zařízení dle Mackeye (jednokomorový) Rozdíl mezi jednokomorovým Mackeyem a zařízením dle ASTM 3523-92 (diferenční Mackeyův test) spočívá v tom, že během zkoušky je snímána nejen teplota vzorku, ale rovněž teplota referenčního vzorku. Referenční vzorek je čistá bavlněná vata. Rovněž se před samotným měřením provádí slepý pokus, při kterém se jako vzorek i jako referenční vzorek použije 20 g čisté bavlněné vaty. Při měření vzorku se vzorek zkoumané látky aplikuje do čisté bavlněné vaty, vloží se do košíčku z nerezové síťky, doprostřed vzorku se umístí termočlánek a tento košíček se vloží do vzdušné lázně uvnitř dvouplášťové nádoby. Do košíčku 529
stejných parametrů se vloží stejné množství čisté bavlněné vaty, doprostřed se umístí termočlánek a košíček se také vloží do vzdušné lázně uvnitř dvouplášťové nádoby, viz Obrázek č. 2.
Obrázek č. 2 Zařízení dle ASTM 3523-92 (diferenční Mackeyův test, dvoukomorový) Snímá se teplota vzorku a teplota referenčního vzorku. Výsledkem měření je průběh teplot ve vzorku a referenčním vzorku. S těmito daty se provede výpočet podle následujících vzorců. SHVn = TS - TR SHVk = SHVn - (BS - BR) = SHV- ΔTB ΔTB = (BS – BR) BR BS SHV SWS TR TS ΔTB TC
rovnovážná teplota v referenčním vzorku při slepém pokusu (blanku) rovnovážná teplota v testovaném vzorku při slepém pokusu (blanku) hodnota spontánního zahřívání je nejvyšší diference teploty naměřená mezi vzorkem a refernčním vzorkem za podmínek zkoušky. sekundární pracovní standard teplota v referenčním vzorku měřená ve stejném čase jako TS maximální teplota v testovaném vzorku během zkoušky (BS - BR) je diference obou rovnovážných teplot při slepém pokusu maximální hodnota nárůstu teploty v důsledku spontánního zahřívání 530
Naměřené kladné hodnoty TC vyjadřují sklon materiálu vzorku k samovznícení (SHV je kladné). Naměřené hodnoty a výsledky zkoušek Stanovení sklonu k samovznícení bylo prováděno na vzorku lněné fermeže. U zařízení dle Mackeye (jednokomorový) se pro zkoušku používá 7 g čisté bavlněné vaty, do které se aplikuje 14 g vzorku. Teploty jsou zaznamenávány po 5 minutových intervalech, viz Tabulka č. 1. Z naměřených hodnot získaných při měření na zařízení dle Mackeye jednokomorový vyplývá, že fermež lněná má sklon k samovznícení. Maximální teplota napojené vaty byla naměřena 110,8 °C. Tato teplota je konečným výsledkem, ze kterého se určuje, zda daná látka má či nemá sklon k samovznícení. Tabulka č. 1 Teploty lněné fermeže při měření v jednokomorovém Mackeyi čas [s]
teplota [°C]
9:15:01
39
11:50:01
109,4
9:20:01
52,7
11:55:01
109,4
9:25:01
64,4
12:00:01
109,5
9:30:01
73,3
12:05:01
109,5
9:35:01
81,5
12:10:01
109,5
9:40:01
91,7
12:15:01
109,8
9:45:01
102,7
12:20:01
110,1
9:50:01
107,7
12:25:01
110,1
9:55:01
109,1
12:30:01
110,4
10:00:01
109,4
12:35:01
110,5
10:05:01
109,2
12:40:01
110,8
10:10:01
108,5
12:45:01
110,5
10:15:01
108,5
12:50:01
110,6
10:20:01
108,5
12:55:01
110,5
10:25:01
108,4
13:00:01
110,6
10:30:01
108,2
13:05:01
110,5
10:35:01
108,3
13:10:01
110,6
10:40:01
108,2
13:15:01
110,6
10:45:01
108,4
13:20:01
110,6
10:50:01
108,5
13:30:01
110,3
10:55:01
108,8
13:35:01
110,5
531
čas [s]
teplota [°C]
11:00:01
108,9
13:40:01
110,5
11:05:01
109
13:45:01
110,6
11:10:01
109,2
13:50:01
110,7
11:15:01
109,4
13:55:01
110,7
11:20:01
109,4
14:00:01
110,6
11:25:01
109,4
14:05:01
110,5
11:30:01
109,4
14:10:01
110,5
11:35:01
109,4
14:15:01
110,5
11:40:01
109,3
14:20:01
110,5
11:45:01
109,4
14:25:01
110,5
U zařízením dle ASTM 3523-92 (diferenční Mackeyův test) se nejprve provede měření slepého vzorku, což znamená, že jako vzorek i referenční vzorek se měří pouze 20 g čisté bavlněné vaty. Z tohoto slepého měření získáme hodnoty BS a BR se kterými pracujeme při konečném vyhodnocení. Pro samotnou zkoušku se používá 20 g čisté bavlněné vaty, do které se aplikuje 10 g vzorku. Jako referenční vzorek se používá 20 g čisté bavlněné vaty. Teploty jsou zaznamenávány po 5 minutových intervalech, viz Tabulka č. 2. Z naměřených hodnot získaných při měření na Diferenčním Mackeyi - dvoukomorový byl rovněž prokázán sklon k samovznícení u fermeže lněné. Maximální teplota napojené vaty byla naměřena 208,3 °C. Tato hodnota není konečným výsledkem měření. Tabulka č. 2 Teploty lněné fermeže (T1) a referenčního vzorku (T2) při měření v diferenčním Mackeyi čas [s]
T1 [°C]
T2 [°C]
čas [s]
T1 [°C]
T2 [°C]
5
27,9
28,2
55
178,4
88,7
10
42,5
48
60
152
90
15
50,6
56,1
65
136,8
91,1
20
56,4
61,2
70
128,2
91,8
25
61,8
66,4
75
123
92,4
30
67,9
71,6
80
120
92,9
35
75,7
76,6
85
117,8
93,2
40
91,6
80,7
90
115,9
93,3
45
175
84,2
95
114
94,8
50
208,3
86,8
100
113,2
99,8
532
čas [s]
T1 [°C]
T2 [°C]
čas [s]
T1 [°C]
T2 [°C]
105
113,5
107,4
190
161,7
141,1
110
117,4
116,2
195
163,3
141
115
126,7
124,9
200
164,2
141,1
120
137,6
132,5
205
165
141,2
125
146,1
139
210
164,9
141
130
150,1
143,9
215
165
141,1
135
150,8
147,5
220
165,1
140,8
140
150
149,9
225
165,6
140,1
145
148,6
151,4
230
165
141,1
150
147,8
151,1
235
165,3
141,2
155
147,5
149,9
240
165,5
141,2
160
147,5
148,5
245
164,8
141,1
165
148,9
146,5
250
165
141,2
170
151,8
144,5
255
165
141,1
175
155,1
143,1
260
165,3
141,2
180
157,9
142
265
165,2
141,2
185
160
141,4
270
165
141,2
BS = 92 °C BR = 92,4 °C ΔTB = (- 0,4) °C TS = 208,3 °C TR = 86,8 °C SHVn = 121,5 °C SHVk = 121,9 °C
533
Graf č. 1 Stanovení sklonu k samovznícení u lněné fermeže – jednokomorový Mackey
Graf č. 2 Stanovení sklonu k samovznícení u lněné fermeže – dvoukomorový Mackey Závěr Sklon k samovznícení u lněné fermeže byl prokázán při obou způsobech měření (jednokomový Mackey, diferenční Mackey – dvoukomorový). Rozdílné naměřené teploty ve vzorku fermeže byly způsobeny rozdílnou tepelnou degradací vzorku během zkoušky, viz obrázek č. 3, 4.
534
Obrázek č. 3 Vzorek fermeže lněné napuštěné do vaty po ukončení zkoušky v jednokomorovém Mackey
Obrázek č. 4 Vzorek fermeže lněné napuštěné do vaty po ukončení zkoušky ve dvoukomorovém Mackey Dvoukomorový přístroj přesněji simuluje podmínky k samozahřívání a měří nárůst teploty. Je plně využitelný pro PTE. Seznam použité literatury [1] ASTM 3526-92 [2] ECKSCHLAGER, K., HORSÁK, I., KOKEJŠ, Z.: Vyhodnocení analytických výsledků a metod, No 25, SNTL/ALFA Praha 1980 [3] SASTRY,G.M. Studies on Derivatives of Hydroxy Unsaturated Oils. Nort Dakota Univer., 1966.
535
Stanovení maximálních výbuchových parametrův podmínkách VŠB-TUO, FBI Ing. Jiří Serafín, Doc. Ing. Jaroslav Damec, CSc., Ing. Aleš Bebčák VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, E-mail:
[email protected],
[email protected] Anotace Maximální výbuchové parametry jsou jedním z důležitých technicko bezpečnostních parametrů při hodnocení vlastností hořlavých látek. Na Fakultě bezpečnostního inženýrství byl v rámci projektu Fondu rozvoje vysokých škol (dále jen „FRVŠ“) č. 427/2007 sestrojen výbuchový autokláv VA-250 na němž lze v laboratorních podmínkách Fakulty bezpečnostního inženýrství stanovovat maximální výbuchové parametry hořlavých plynů, par hořlavých kapalin, hořlavých prachů a jejich kombinací. Klíčová slova výbuchová křivka, maximální výbuchový tlak, maximální výbuchová rychlost, kubický zákon, výbuchový autokláv Úvod Hořlavé látky představuji i v dnešní době stále velké nebezpečí. Je více než jasné, že s rozvojem nových technologií přicházejí nové látky nebo se používají nové kombinace látek. Přes veškerou snahu o minimalizaci možných rizik, které s výskytem hořlavých kapalin souvisejí, je zde lidský faktor, který nelze nikdy dostatečně opomenout natož jej úplně vyloučit. Právě pro případy, kdy přes veškerá úsilí a snahy dojde k úniku hořlavé látky či jinému rizikovému stavu, by měl být po ruce nástroj schopný podat co největší škálu informací o dané látce. Teoretický základ Výbuchová křivka [1] Po iniciaci výbušné směsi se v důsledku exotermické reakce hoření vyvíjí větší množství tepla než je odváděno. V uzavřeném prostoru se nárůst teploty projeví zvýšením tlaku. Časový průběh narůstání tlaku při výbuchu v závislosti na čase znázorňuje obr. č. 1
536
Obr. č. 1 výbuchová křivka kde: ti,výb tr,výb tmax pvýb ∆t
indukční perioda [ms] doba do okamžiku iniciace do inflexního bodu [ms] doba do dosažení výbuchového tlaku [ms] výbuchový tlak [Mpa] čas [ms]
Po iniciaci v bodě A uplyne doba ti,výb než se projeví narůstání tlaku (tzv. doba indukční periody). Je to přípravná doba výbušné směsi k hoření. Od bodu B dochází k narůstání tlaku. V důsledku zvyšování teploty se reakční rychlost zvyšuje až do bodu C, kde je rychlost narůstání výbuchového tlaku nejvyšší. Od bodu C do bodu D se rychlost narůstání výbuchového tlaku zmenšuje v důsledku ubývání reakčních složek, až v bodě D je nulová. Od bodu D tlak klesá vlivem snižování teploty spalin a kondenzace par. Na výbuchové křivce jsou nejdůležitější body: • D je bod maxima křivky, tlak v bodě D se nazývá výbuchový tlak a značí se pvýb • C je inflexní bod křivky, ve kterém je narůstání výbuchového tlaku nejvyšší. • Velikost nárůstu výbuchového tlaku vyjadřuje směrnice tečny v inflexním bodě C:
537
tg α =
Δp ⎛ dp ⎞ ≅⎜ ⎟ Δt ⎝ dt ⎠výb
⎛ dp ⎞ Výraz ⎜ ⎟ vyjadřuje rychlost narůstání výbuchového tlaku při výbuchu směsi ⎝ dt ⎠výb o koncentraci cx v uzavřeném objemu o velikosti V. Tvar výbuchové křivky, a tím také hodnoty pvýb a
⎛ dp ⎞ se výrazně mění ⎜ ⎟ ⎝ dt ⎠výb
s koncentrací výbušné směsi, jak ukazuje obr. č. 2 a obr. č. 3. Největších hodnot výbuchového tlaku a rychlosti nárůstu výbuchového tlaku je dosaženo při optimální koncentraci copt. Tyto hodnoty se nazývají maximální ⎛ dp ⎞ výbuchový tlak a maximální nárůst výbuchového tlaku a značí se pmax a ⎜ ⎟ ⎝ dt ⎠ max Se zvyšováním nebo snižováním koncentrace copt se výbuchový tlak i rychlost narůstání výbuchového tlaku snižují až k dolní mezi výbušnosti LEL a horní mezi výbušnosti UEL.
Obr. č. 2 Výbuchová charakteristika prachu se vzduchem (pmax)
Obr. č. 3 Výbuchová charakteristika prachu se vzduchem (dp/dt)výb. 538
Kubická nádoba [1] Konstrukce výbuchového zařízení pro stanovení teplotních mezí výbušností odpovídá požadavkům na kubickou nádobu. Kubická nádoba má délku l menší nebo rovnu dvěma průměrům d (l ≤ 2.d). Pro kubické nádoby platí Kubický zákon. Ten popisuje závislost, kdy s rostoucím objemem nádoby klesá rychlost narůstání výbuchového tlaku. Kubický zákon má tvar: 1
⎛ dp ⎞ 3 ⎜ ⎟ ⋅ V = konst = K G ⎝ dt ⎠ max
resp. K st
kde: dp ⎛ ⎞ maximální rychlost narůstání výbuchového tlaku v MPa.s-1, ⎜ ⎟ ⎝ dt ⎠ max V objem nádoby v m3 Kg, Kst kubická konstanta pro plyny, resp. pro prachy v MPa.m.s-1 Platnost kubického zákona [1] je u směsí plynů a par hořlavých kapalin se vzduchem od objemu nádoby 5 dm3 a u prachovzduchových směsí od 40 dm3. Kubická konstanta může být technicko-bezpečnostním parametrem, jsou-li splněny tyto podmínky: • optimální koncentrace výbušné směsi, • stejný tvar nádoby, • stejný stupeň turbulence směsi, • stejný druh a stejná energie iniciačního zdroje. Postup a způsob řešení [2] Na základě zpracovaných technických podkladů a dostupných informací o obdobných zařízeních, které jsou již v provozu v České republice nebo ve světě, byl vytvořen návrh přístroje, který byl nazván „Výbuchový autokláv VA-250“. Tento návrh byl následně zadán ke konstrukci odborné firmě, která se zabývá výrobou laboratorních přístrojů a byla vítězem výběrového řízení. Výbuchový prostor, který tvoří ocelové polokoule, byly dodány VŠB – TU Ostrava, dále pak byly firmě dodány další potřebné informace a podklady pro konstrukci zařízení.
539
Stěžejním úkolem bylo k ocelovým polokoulím dobudovat následující části zařízení: • vakuová část - vývěva, ventily, měření vakua • zdvihací hydraulická část - čerpací hydraulická jednotka, soustava ventilů, válců a ovládání • vzduchová část - kompresor ventily + rozviřovače a měření tlaku • plnění plyny - systém ventilů, průtokoměrů a zásobníků • elektronická a řídící část - snímače, ovládací pult, vizualizace, Software Na obr. č. 4 je znázorněno blokové schéma s popisem zařízení pro zjišťování maximálních výbuchových parametrů látek.
Obr. č. 4 Blokové schéma Výbuchového autoklávu VA-250. Popis zařízení: 1. Derivační člen 2. Piezoelektrický tlakový snímač 3. Těleso autoklávu 4. Rozviřovací ventil 5. Rozviřovací tlaková nádoba 6. Napouštěcí ventil tlakového vzduchu 7. Ventil k odběru vzorku atmosféry
8. Třmen 9. Ventil pro odvod spalin 10. Ventil pro úpravu tlaku autoklávu 11. Elektrody 12. Ventil pro úpravu atmosféry 13. Časovací obvod 14. Zapisovač 540
Stručný popis zařízení Jedná se zařízení, jehož součástí jsou výše zmiňované ocelové polokoule, které tvoří výbuchový prostor o objemu 250 l. Základem pro konstrukci VA-250 je ČSN ISO 6184 Systém ochrany proti výbuchu. Určování výbuchových veličin směsí palivo/vzduch. Princip měření Směs palivo-vzduch je zapalována iniciačním zdrojem o známé energii v uzavřené tlakové nádobě při různé koncentraci. Měří se výbuchový tlak a rychlost narůstání výbuchového tlaku (brizance) v závislosti na čase. Cíl měření Hledá se maximální výbuchový tlak a maximální rychlost narůstání výbuchového tlaku a jim odpovídající optimální koncentrace hořlavé látky. Následně se vytvoří graf závislosti na koncentraci a určí se maxima, která se rovnají maximálním výbuchovým parametrům, tak jak je výše popsáno na obr. č. 2 a 3. Koncentraci, při které jsou výbuchové parametry maximální, se říká optimální koncentrace copt.
Obr. č. 5 Výbuchový autokláv VA-250 Ověřovací provoz zařízení V návaznosti na postupné řešení jednotlivých konstrukčních celků výbuchového autoklávu VA-250 byly na únor 2009 naplánovány ověřovací testy funkčnosti jednotlivých částí. Po dohodě s firmou, která VA-250 konstruovala, bylo dohodnuto, že bude při zkouškách použito hořlavé kapaliny a hořlavého plynu. 541
Jako vhodná kapalina byl zvolen technický líh. Pro ověření zda je možné stanovit maximální výbuchové parametry plynů byly jako vhodné plyny zvoleny: Metan, Acetylén, Propan-butan. Výsledky ověřovacích pokusů jsou uvedeny na následujících obr. č. 6-10.
Obr. č. 6 Celkový přehled provedených ověřovacích měření.
Obr. č. 7 Maximální výbuchový tlak technického lihu
542
Obr. č. 8 Maximální výbuchový tlak metanu
Obr. č. 9 Maximální výbuchový tlak propan-butan
Obr. č. 10 Maximální výbuchový tlak acetylén 543
Obr. č. 11 Zbytek po iniciaci acetylénu (cskut = 35% obj.) Literatura [1] DAMEC, J. Protivýbuchová prevence. 1.vyd. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 1998, 188 s. ISBN 80-86111-21-0 [2] Závěrečná zpráva o řešení projektu FRVŠ č. 427/2007, řešitel DAMEC, J., spoluřešitel SERAFÍN, J., Ostrava 2008
544
Metódy skúšania zatepľovacích systémov a vonkajších obkladov stien Ing. Miroslav Smolka Asociácia pasívnej požiarnej ochrany SR E-mail:
[email protected] Anotace Príspevok predstavuje základné princípy skúšania vonkajšich obkladov stien vrátane zatepľovacích systémov a ich vzájomné porovnanie z hľadiska reakcie na oheň, šírenia požiaru, požiarnych scenárov, ktoré reprezentujú, a typických porúch pri realizácii ETICS. Metódy skúšania ETICS „Požiar sa môže šíriť niekoľkými cestami. Najvýznamnejšia z nich je šírenie plameňa po horľavom vonkajšom povrchu, vertikálne alebo horizontálne cez vzduchové medzery medzi obkladmi alebo fasádnymi systémami, alebo cez jadro samotnej izolácie.“ Toto je konštatovanie série medzinárodných noriem ISO 13785 o skúšaní šírenia požiaru vonkajšími obkladmi stien. Ďalej norma rozoberá možné scenáre šírenia požiaru: - šírenie požiaru z vnútra miestnosti cez okno na fasádu; - požiar horľavín umiestnených v exteriéri blízko fasády (napr. odpadky, vegetácia) - požiar susednej budovy.
Obr. 1 Vzorka ETICS rozmeru 2,4 m x 1,2 m x 0,6 m pripravená na skúšku podľa ISO 13785-1 (Ing. Zdeněk Kobza) 545
Požiadavky na vyhotovenie zatepľovacích systémov z hľadiska požiarnej bezpečnosti sa v jednotlivých krajinách Európy líšia a podliehajú neustálemu vývoju. V značnej časti krajín, vrátane štátov strednej Európy, sa požiarna bezpečnosť vonkajších obkladov stien preukazuje podľa národných noriem na vzorkách veľkých rozmerov. Dôvodom je fakt, že európsky systém skúšania a klasifikovania reakcie na oheň výrobkov a materiálov podľa EN 13501-1 slúži na overenie správania sa výrobkov a materiálov pri ich vystavení lokálnemu zdroju tepla, plameňa, či tepelného sálania v počiatočných fázach vzniku požiaru. Najnáročnejšia z týchto metód, skúška osamelo horiacim predmetom (tzv. SBI) reprezentuje tepelné zaťaženie vnútorného obkladu kúta miestnosti plameňom simulujúcim horiaci odpadkový kôš s tepelným výkonom 30 kW. Pritom medzinárodné normy ISO predpisujú zdroj plameňa s výkonom 100 kW až 5,5 MW, ako aj postup skúšky zodpovedajúci uvedeným možným scenárom šírenia požiaru.
Obr. 2 Vzorka ETICS s izolantom z penového polystyrénu rozmeru 2,4 m x 1,2 m x 0,6 m pri skúške podľa ISO 13785-1, 6. minúta. Max. čas trvania skúšky je 30 minút alebo čas, kedy dôjde k horeniu na úrovni hornej hrany vzorky. Horák výkonu 100 kW pôsobí na spodnú hranu vzorky. (Ing. Zdeněk Kobza) O tom, že testy reakcie na oheň podľa EN 13501-1 sú úplne nevhodné na preukázanie správania prevetrávaných zatepľovacích systémov ako celku v prípade požiaru, nie sú žiadne pochybnosti. Skúška SBI by v tomto prípade preukázala reakciu obkladu na oheň, pričom vzduchová medzera by účinne zabránila pôsobeniu horáka na ostatné časti systému (rošt, tepelná izolácia, ochranné fólie...). V praxi však táto vzduchová medzera môže vplyvom komínového efektu predstavovať mimoriadne rýchlu cestu pre šírenie požiaru.
546
Obr. 3 Vzorka ETICS s izolantom z penového polystyrénu rozmeru 1,5 m x 1,0 m x 0,5 m pri skúške podľa EN 13823 (SBI). Pôsobenie horáka s výkonom 30 kW na čelnú plochu fasády počas 15 minút zvyčajne nemá podstatný vplyv na samotný horľavý izolant v ETICS ani na vývoj dymu, a nemôže preukázať skutočnosť odpadávania alebo odkvapkávania horiacich častíc. (Ing. Juraj Akuratný) To, či postačuje používanie skúšok podľa EN 13501-1, ktoré sa vykonávajú na pomerne malých vzorkách, pre preukazovanie požiarnej bezpečnosti kontaktných zatepľovacích systémov v plnom rozsahu, napovedá aj prebiehajúca revízia Návodu na Európske technické osvedčovanie ETAG 004. Zatiaľ posledná verzia z júna 2008 uvádza: „Kým sa dokončí európsky klasifikačný systém, na preukázanie zhody s národnými požiadavkami členských štátov môže byť potrebné dodatočné posúdenie ETICS (napríklad na základe veľkorozmerového testu).“ V týchto intenciách doteraz prebiehal aj vývoj na Slovensku, kedy sa pri formulovaní požiadaviek na požiarnu bezpečnosť kontaktných zatepľovacích systémov použila metodika ISO 13785 1, ktorá zodpovedá možným scenárom šírenia požiaru prostredníctvom týchto systémov. V danom období (2003) bola ako reprezentant zvolená vtedy bežná hrúbka zatepľovacieho systému - 6 cm.
547
Obr. 4 Vzorka ETICS s izolantom z penového polystyrénu rozmeru 2,4 m x 1,2 m x 0,6 m s požiarnym pásom z minerálnej vlny inštalovaným 0,5 m nad spodnou hranou vzorky (vľavo) po skúške podľa ISO 13785-1. (Ing. Zdeněk Kobza) Pri testoch vykonaných v nedávnom období v SR a ČR podľa ISO 13785-1 sa prejavila nedostatočnosť malých skúšok na posúdenie správania ETICS s horľavou tepelnou izoláciou, napríklad v týchto pozorovaných javoch: - odkvapkávanie horiacich častíc pri tepelnom zaťažení ETICS na spodnú hranu systému; - vytavenie izolantu do výšky 1 m až 2,4 m, ak sa nepoužijú primerané opatrenia na zabránenie šírenia požiaru; - vysoká citlivosť správania sa ETICS pri ich zaťažení plameňom na technologické detaily vyhotovenia. Pri požiarnych skúškach ETICS podľa akejkoľvek metodiky by malo byť samozrejmosťou zvoliť takú skúšobnú vzorku – reprezentant systému – ktorá predstavuje najhoršiu možnú variantu z hľadiska tolerancií v zmysle technologického predpisu aplikácie ETICS, napríklad: - maximálna hrúbka lepidla (= vzduchovej medzery) pod izolantom, - minimálne množstvo lepiacej hmoty (určite nie celoplošné lepenie izolačných dosiek), - minimálne množstvo materiálov aplikovaných ako povrchové vrstvy, nehovoriac o základných parametroch konštrukcie akými sú hrúbka tepelnej izolácie, materiály všetkých vrstiev, poloha spojov, a pod. 548
Aplikačné chyby ETICS Je pozoruhodné aká malá pozornosť sa venuje možným účinkom typických aplikačných chýb pri realizácii ETICS napriek tomu, že téma ETICS versus aplikačné chyby sa často rozoberá v odborných médiách a na konferenciách, a odborníkom z oblasti tepelnej ochrany budov je dobre známa. V ďalšom budú načrtnuté niektoré z bežne spomínaných a vyskytujúcich sa aplikačných chýb, ktoré môžu mať potenciálne negatívny dopad na požiarnu bezpečnosť ETICS. a) Príprava podkladu Kvalitne pripravený podklad s požadovanými hodnotami mechanických parametrov aj rovinnosti je základným predpokladom trvanlivosti ETICS a dodržania základnej požiadavky na stavby „bezpečnosť pri používaní“. Pokiaľ napriek nedostatočne pripravenému podkladu fasáda drží, táto chyba nie je viditeľná a k oddeleniu izolantu od steny môže nastať v prípade dodatočného namáhania takéhoto systému počas prípadného požiaru.
Obr. 5 Spadnutá časť ETICS kvôli nedostatočnej príprave podkladu. (Ing.Martin Henčel)
549
b) Vyrovnávanie podkladu V prípade veľkoplošných nerovností steny je príprava rovinného podkladu pre ETICS ťažko riešiteľným problémom. V praxi sa to často „rieši“ podlepovaním, najčastejšie doskami z penového polystyrénu, aj v prípade, že sa ako tepelný izolant má podľa projektu použiť minerálna vlna.
Obr. 6 Toto v projekte určite nebolo. Vrstva penového polystyrénu pod izolantom z minerálnej vlny. (Ing.Martin Henčel)
Obr. 7 Detail podkladu ETICS s tepelnou izoláciou z minerálnej vlny upraveného podlepovaním penovým polystyrénom. (Ing. Zdeněk Kobza) 550
c) Lepenie tepelnej izolácie k podkladu ETAG 004 predpisuje minimálne množstvo lepidla nanášaného na izolačné dosky na úrovni 20% plochy. V našich podmienkach sa spodná hranica lepenej plochy určuje technologickými predpismi zvyčajne na 30% - 40%, pričom je nutné naniesť lepidlo ako súvislú vrstvu po obvode izolačnej dosky a bodovo na plochu dosky.
Obr. 8 Sonda ETICS pri reklamačnom konaní. Kiežby sa takto odhalili všetky prípady nedostatočného lepenia izolačných dosiek. (Ing. Zdeněk Kobza)
Obr. 9 Detail súvislej vzduchovej medzery za izolantom z penového polystyrénu, navyše s podkladom upraveným podlepovaním. (Ing. Zdeněk Kobza)
551
d) Hrúbka krycích vrstiev Keďže nehorľavé krycie vrstvy sú pri akýchkoľvek požiarnych testoch často jedinou ochranou horľavých materiálov pred ich vzplanutím, tavením, alebo uvoľňovaním tepla a dymu, ich kvalita, celistvosť a hrúbka sú mimoriadne dôležité pre dosiahnutie deklarovaných parametrov. Ekonomické tlaky v realite výstavby sú však proti tejto požiadavke a je na zodpovednosti realizátora, aby boli tieto parametre dodržané. V prípade ETICS je podstatnou súčasťou krycej vrstvy výstužná sieťka, ktorej druh, množstvo a technológia aplikácie sú tiež dôležité pre dodržanie vlastností systému a pevnosti krycej vrstvy ako celku.
Obr. 10 Extrémny prípad úspornej aplikácie krycej vrstvy. (Ing. Zdeněk Kobza)
Obr. 11 Výstužná sieťka bez riadneho spojenia s ostatnými vrstvami neslúži ako výstužný, ale naopak ako separačný prvok v celom krycom súvrství. (Ing. Martin Henčel) 552
e) Vyhotovenie ostení otvorov okien a dverí Podľa zásad, ktoré sa všeobecne uznávajú v záujme dodržania požiarnej bezpečnosti ETICS tak ako boli v r. 2003 stanovené na základe modelovej skúšky ETICS s hrúbkou tepelnej izolácie 6 cm, je nutné venovať zvláštnu pozornosť zhotoveniu ostení. Vidieť ETICS v procese realizácie bez aplikácie druhej výstužnej sieťky zapustenej aspoň 100 mm pod tepelný izolant okolo ostenia, však nie je žiadny mimoriadne výnimočný jav.
Obr. 12 Okenný rám z PVC, na ktorý plynule nadväzuje penový polystyrén – potenciálny požiarny most, s ktorým naše skúšobné predpisy nerátajú. (Ing. Zdeněk Kobza)
Obr. 13 Takto by ostenie okenného otvoru počas aplikácie ETICS rozhodne nemalo vyzerať. (Ing. Miroslav Smolka)
553
Záver Asociácia pasívnej požiarnej ochrany SR je aktívnym zástancom: - zavedenia funkčných systémov kontroly na stavbách v kritických fázach realizácie požiarnych konštrukcií, teda častí stavieb s požiadavkami na požiarnu odolnosť a/alebo reakciu na oheň, - identifikácie zodpovednosti za realizovanú časť stavby a vyhlasovanie zhody nielen na samotný výrobok alebo zostavu, ale aj na činnosť aplikácie požiarnej konštrukcie, - technických riešení, ktoré v praxi dlhodobo a spoľahlivo zabezpečia vysoký stupeň pasívnej požiarnej bezpečnosti stavieb v záujme ochrany majetku, zdravia a životov.
554
The SOLIT Project – Investigation of a High Pressure FireFighting System for Road Tunnels Dr. Horst Starke, Prof. Dr. Reinhard Grabski Institute of Fire Department Saxony-Anhalt (IdF), Biederitzer Str. 05, D-39175 Heyrothsberge, Germany E-mail:
[email protected] Abstract The project SOLIT (Safety of Life in Tunnels) was sponsored by the Federal Ministry of Economics and Technology (BMWi) of Germany. The main content was the development and the test of a high pressure water mist system for fire fighting or suppression in tunnels in order to improve the opportunities for self-rescue. The IdF took charge at the design and installation of the measuring system as well as the evaluation of measuring data. The paper presents the fire scenario, the test program and the measuring system. Results of the experiments will be shown on the bases of the measured quantities and graphics. The achievement of the protection objectives will be discussed. 1 Introduction The disastrous effects of fires in tunnels have been sufficiently known for a long time. Fire incidents involving casualties like those in the Fréjus Tunnel in June 2005 or in the Viamala Tunnel in September 2006 have once again shown the effects that fires in a tunnel may cause for persons escaping, rescue forces and not least for the tunnel construction. A comprehensive overview of the most important tunnel fires from 1842 to the present time is given by [Carvel et al. 2005]. In the event of big fires, the chances of a fast and safe rescue from out of the danger area by the persons involved are often rather poor because of the rapid spreading of heat and toxic flue gases. The high temperature of partly more than 1000 °C in the fire zone make it almost impossible for the fire brigade to fight such fires effectively in a close time frame. [Ingason 2005] is concerned with the peculiarities of the dynamics of tunnel fires. Particularly in last decades the big tunnel fires called on the researcher and the industry to do more for tunnel safety. The efforts are various. One of the activities is the project SOLIT (Safety of Life in Tunnels). The subject of this project is the investigation of a high pressure water mist system for road tunnels.
555
2 The SOLIT-Project 2.1
General remarks Based on the positive experiences obtained from tests with water mist systems in other areas, the SOLIT research project, sponsored by the Federal Ministry of Economics and Technology (BMWi) of Germany was initiated (further information under www.solit.info). It was investigated Water Mist Fire Fighting System (WNBBA) of FOGTEC® Fire Protection GmbH & Co KG (FOGTEC) for different fire scenarios. In several real scale fire tests should be proofed, whether the WN-BBA achieve the protection objectives: • Improving the chances of self-rescue for persons involved, • Preventing any further progression of the fire, • Enabling the fire brigade to rescue injured persons, permitting to carry out remaining extinguishing activities, • Protection of the tunnel construction. The Institute of Fire Department Saxony-Anhalt (IdF) took charge of the following tasks: • Selection of a suitable sensor system which allows an estimate whether the mentioned protection objectives can realised by the fire-fighting system, • Design and installation of the measuring system, • Realization of measurements and the data transfer into a data base, • Evaluation of measuring data. Beyond that, the project was accompanied by a scientific advisory council consisting of reputed experts for tunnel safety • Federal Ministry of Economics and Technology (BMWi), • Federal Institute for Road Matters (BAST), • Federal Ministry of Traffic, Construction and Urban Development (BMVBW), • BUNG Ingenieure AG, • Deutsche Bahn AG (German Railways), • Directive for the Equipment and Operation of Road Tunnels (RABT), • Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO), • Norwegian Fire Research Laboratory (SINTEF-NBL), • Study Association for Underground Traffic Systems (STUVA), • TÜV Energie und Umwelt GmbH, • TÜV Süd RAIL, • German Fire Protection Association (vfdb) • FOGTEC as well as • IdF. 556
2.2 Test Tunnel At the SOLIT project more than 50 real scale (1:1) burning tests were carried out in the Spanish test tunnel of TST (Tunnel Safety Testing, S.A., San Pedro des Anes, Asturias, Spain) in spring 2006. This tunnel which was built specially for fire tests has a width of 9.50 m, a height of 5.20 m, and a length of 600 m, thus corresponding to a real two-lane road tunnel. The equipment used in this tunnel allows the realization of fire tests with both longitudinal ventilation and half-transverse ventilation. Figure 1 shows the general view. Three entries to the service tunnel (see fig. 4) are arranged at the street on the left side of the tunnel.
Fig. 1: Test tunnel San Pedro des Anes [TST 06] Figure 2 and 3 show the tunnel portals on the upstream- and the downstream side.
Fig. 2: South-portal (upstreamside)
Fig. 3: North-portal with the entrance with the door to the service tunnel (downstream-side)
Figure 4 shows the cross section of the tunnel. The service tunnel is suitable very much for installation of the setup for measurement. Both tunnels are connected by pairs of two pipes with a diameter of 150 mm in distances of 40 m. These pipes 557
can be used for sensor cables and so on. The service tunnel disposes of the necessary electric and computer network.
Fig. 4: Tunnel cross section from upstream to downstream 2.3 Fire scenarios and test program The fire tests considered flammable liquid fires and fires of solid materials in order to simulate a burning truck. The truck together with its load considered of Europallets covered with a commercial-type tarpaulin.
Fig. 5: The pool fire scenario
Fig. 6: Typical truck fire load in the project SOLIT
Figure 5 shows a typical scenario of a flammable liquid fire. The fire object consisted of 6 tubs with the inside dimensions 1.8 m x 1.2 m x 0.5 m (length x width x height). Three tubs are roofed in order to simulation a covered fire. Every tub was filled with at most 80 l diesel. The energy content of these liquid fires ranged from 8.4 GJ until 12.5 GJ. A foam extinguishing system was installed to guarantee the necessary safety. This emergency extinguishing system was not required at any experiment. 558
The size of the truck dummies that was built from Euro-pallets covered with a tarpaulin were at most 2.5 m x 10 m (width x length) and. The height ranged between 3.3 m and 3.9 m. For estimation the energy contents the calorific value 16 MJkg-1 for wood and 45 MJ·kg-1 for the tarpaulin was used. Based on these assumptions the energy contents varied from 110 GJ to 220 GJ (see fig. 6). To sum it up the matter is the follows: • 65 fire tests were realized. 53 fire tests were used for development and testing of the high pressure water mist fire-fighting system. In 12 further fires the Madrid fire brigade carried out a training program. The training was focused especially on an effective and safe fighting of fires in tunnels furnished with automatic firefighting systems. • Among the 53 fire test were 27 flammable liquid fires and 26 fires of solid materials. • 10,120 Euro-pallets with a weight of approximately 250 t were used. • All in all 8,630 l diesel was needed for the tests. • All in all 2,360 m² tarpaulin was inserted in the truck dummies. • All in all 6.5 km cables were used for the thermocouples. 3 Measuring concept and installation 3.1 Objectives Following topics have to be realized: • Measuring data had to be transferred and stored correctly. • Specified measuring variables had to be adapted for evaluating the project objectives. • Data base had to be suited also for evaluation other (comparable) situations and fire-fighting systems. For this reason physical data of fires were measured, a smoke gas analysis system was realized and the visibility was considered. 3.2 Installation The sensors were installed in different distances from the fire the so-called measuring planes. “U” describes the upstream and “D” the downstream side. The number after “U” and “D” is the distance in meter from the fire (see fig. 7).
559
Fig. 7: Location of the measuring planes 3.3 Physical variables The physical variables were collected by a fieldbus measurement system. This system was created at the IdF and it consists of different boxes. As many as 32 sensors can be plugged to one box by cables. The boxes were connected by Ethernet cable or a network. Every box has an own IP-address. This method has two essential advantages: Fig. 8: The control room • The boxes can be located relatively near the sensors. This permits essential shorter cable lengths. • The computer for storing the data and the operators can be located in a control room away from the tunnel in safety surroundings (see fig. 8). Likewise the operating persons are also working at this location. This reduces the costs for the personal protective equipment. In particular the following physical quantities were measured: • Temperature • Heat radiation • Flow velocity of smoke gas • Water pressure inside the WN-BBA • Volume flow of water.
560
3.4 Smoke gas analysis The smoke gas analysis was realized in the downstream area in the measuring plane D40. It was analysed the gas concentrations of • Oxygen O2, • Carbon monoxide CO, • Carbon dioxide CO2. The gas analysis is necessary in order to consider different questions. First, we had to evaluate the graduation of danger for persons involved in such a critical situation. How harmful is the gas to one’s health? In addition it was needful to estimate the heat release rate (HRR) (see [Starke et al. 07, Janssens et al. 92]). Therefore, three independent measurements were determined for every gas (O2, CO and CO2) in different tunnel heights. The computer for the storage of measured gas concentrations was also located in the control room. 3.5 Visibility For evaluation the visibility videos were recorded both on the upstream and on the downstream side of the fire. 4 Results 4.1 Fire control It may be seen from the model curve of the HRR (see fig. 9) during a burning test with the afore-described truck-simulating fire load, the progression of the fire is considerably slowed down, when compared to an uncontrolled fire, by activating the water mist system. Beyond that, the size of the fire is limited to below 60 MW under these test conditions. However, to achieve such effects, the fireextinguishing system needs to be activated in time and in the Fig. 9: HRR during a truck burning test right tunnel section. Without such activation, more than 100 MW would have to be expected. By limiting the HRR and reducing temperatures to a considerable degree, the amount of smoke is reduced and the spreading of the fire to contiguous objects, e.g. to another truck, is impeded. This was also found during the tests, using a target object located 5 m behind the fire load. 561
4.2 Improvement of self-rescue conditions Even at a small distance from a big fire, survive conditions are achieved due to the cooling effect of the water mist. Figure 10 shows the temperatures over the tunnel cross-section at a distance of 20 m from the fire source in the direction of gas flow, i.e. on the downstream side. Over the whole cross-section of the tunnel, temperatures during the first 10 minutes are below 50° C, what is acceptable for the self-rescue of persons. In case of fires with smaller thermal power, temperatures Fig. 10: Temperatures 20 m remained at a considerably lower downstream level during the whole test period. An adequate visibility is important in the case of escape. By activating a fireextinguishing system, visibility is ensured completely on the upstream side up to close to the fire. The effectiveness of smoke removal is found to be increased as a result of the interaction of water mist system and ventilation. Thus, after activating the fire-extinguishing system, no back-layering was observed. With substantially lower thermal power, it had still been exist. However, visibility on the downstream side is reduced. From the gases measured in the gas flow, the oxygen content in 40 m from the burning object on the downstream side is shown in Figure 11. The values were determined at different heights with three independently operating analysers. The highest reduction of oxygen was found in the ceiling area. In the lower tunnel area, Fig. 11: Curve of oxygen concentrations the oxygen content hardly goes down below 18 % by volume. The fire progression is delayed by the fire-extinguishing system and suppressed after approximately 20 min. It is obvious that the fire can be extinguished after a short time immediately after the fire brigade is in operation.
562
4.3 Possibilities of fire fighters’ operation The test fires were extinguished, like in case of a real fire in a tunnel, by the fire brigade. At this it was shown that such extinguishing procedure of test fires with the activated water mist system was always possible without any difficulty within few minutes. No more than three C- hoses were used during extinguishing operations. The frequently used argument that water vapour could jeopardise people was never confirmed during any of the tests by the members of the fire brigade in situ. As matter of principle fire brigades could extinguish such fires in co-working with the high pressure water mist fire fighting system.
Fig. 12: Mine fire brigade just before the fire fighting operations
Fig. 13: Training of the Madrid fire brigade
At this point be noted generally, that tactics of fire fighting operations in coworking with the high pressure water mist system have to be a part of the safety concept for the considered tunnel. Among others are to consider: • How is the geometry of the tunnel? Did the tunnel have one or two tubes? For instance, this is important in order to estimate the time of coming to the fire. • Where are placed the water hydrants? On this base the fire brigade is able to plan the necessary technique (hoses, pumps, equipment of emergency vehicles) and the personal resources. Another result is the estimation of the period in order to prepare the fire fighters’ operations. • Is the normal breathing protection sufficient or are regenerative breathing apparatus necessary? 4.4 Protection of the tunnel construction Since the spreading of a fire can be limited by activating a fire-extinguishing system, damages to the construction can be also limited to a comparatively small section in the tunnel. This is proved by the fact that in none of the tests, the fire progressed up to the target 5 m away. Only the tarpaulin covering the target showed traces of fire. By operating the water mist system, temperatures in the immediate 563
vicinity of the fire are reduced so that a substantially lower impact on the structure of the tunnel construction can be expected. Since the fire brigade is given the opportunity to fight a fire very fast and effective, the duration of an anyway reduced temperature impact on construction components is further shortened. 5 Summary The SOLIT project investigated a high pressure water mist fire-fighting system in an extensive test program. The project regarded flammable liquid fires and fires of solid materials. The project has shown that the positive experiences collected with conventional fire-fighting systems in Japan and Australia are transferable also to the water mist technology. Using a water amount that is substantially smaller in comparison with conventional systems like sprinkler, it is possible to fight a fire effectively, thus contributing to an improvement of evacuation conditions, simplifying the operation of the fire brigade and reducing damages to the tunnel construction. The investigations during these real big-fire tests in the test tunnel of TST have proved that the specified protection objective is generally achieved with the fire-fighting system used. Bibliography [1] CARVEL, Richard; MARLAIR, Guy: A history of fire incidents in tunnels. In: Beard, Alan; Carvel, Richard (Editors): Handbook of Tunnel and Fire Safety, Thomas Telford Ltd., London, 3-41 [2] INGASON, Haukur: Fire dynamics in tunnels. In: Beard, Alan; Carvel, Richard (Editors): Handbook of Tunnel and Fire Safety, Thomas Telford Ltd., London, 2005, 231-266 [3] JANSSENS, Marc; PARKER, Wiliam J.: Oxygen Consumption Calorimetry. In: Babrauskas, V.; Grayson, S. J (Editors); Heat Release in Fires, Elsevier Applied Science, London and New York , 1992, 31-59 [4] STARKE, Horst; GRABSKI, Reinhard: Realbrandversuche in einem spanischen Versuchstunnel. Tagungsband der 56. Jahresfachtagung der vfdb, Leipzig, 20. - 23. Mai, 2007, S. 217 - 238 [5] http://www.tunneltest.com, 17.10.2006
564
Výzkum zkratových nátavů na Cu vodičích pro PTE pomocí Ramanovy spektroskopie Ing. Ondřej Suchý, Ing. Otto Dvořák, Ph.D. MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav PO, Písková 42, 143 01 Praha 4 - Modřany E-mail:
[email protected] Abstrakt Článek stručně informuje:
o Ramanově spektroskopii o přístrojích použitými pro měření o studiu Cu výbrusů a o naměřených výsledkách
Klíčová slova Ramanova spektroskopie, Cu vodiče, příčinné a obětní kuličky, Cu2O Úvod Je analytická spektroskopická metoda využívající metody Ramanova jevu. Pro získání Ramanského spektra se používá laser. Laser může interagovat se vzorkem v zásadě dvojím způsobem – pružným (elastickým) rozptylem a nepružným rozptylem. U elastického rozptylu dochází k tomu, že elektron vybuzený laserem do excitovaného stavu se do svého základního stavu vrátí vyzářením fotonu o stejné vlnové délce, jakou měl původní foton. Tento rozptyl též nazýváme Rayleighův rozptyl – z analytického hlediska nemá pro nás význam. U neelastického rozptylu dochází k tomu, že elektron se vrací do nižší/vyšší hladiny, protože vlnová délka vyzářeného fotonu se liší od vlnové délky původního fotonu. V případě, že se elektron vrátí do vyšší kvantové hladiny, než z které byl předchozí elektron vyražen, tak dojde k vyzáření fotonu s nižší vlnovou délkou – jedná se o tzv. Stokesovy fotony. Pokud se elektron vrací do nižší kvantové hladiny, pak dochází k vyzáření fotonu s větší vlnovou délkou – jedná se o tzv Anti-Stokesovy fotony. To nám poskytuje potřebná Ramanská spektra. Ramanova spektroskopie spolu s infračervenou spektroskopií (FTIR) tvoří dvě podobné spektroskopické metody, které mohou být do značné míry doplňkové. Ramanova spektroskopie využívá změny polarizovatelnosti molekuly, FTIR změny dipólového momentu, což znamená, že silně polární skupiny mají v IR intenzivní pásy a nepolární skupiny mají intenzivní pásy v Ramanských spektrech. Mezi výhody Ramanovy spektroskopie patří: • Rychlá příprava vzorků – některé vzorky lze přímo vložit do vzorkovacího prostoru, některé je nutné nejdřív nasypat do různých držáků, kyvet, NMR trubiček. Poté je nutné vzorky zafixovat (upevnit ve stabilní poloze) a následně už rovnou měřit 565
• Rychlé měření vzorků – je závislé na počtu scanů, ale spektrum lze řádově změřit již za několik sekund (nízký počet scanů ) • Efektivní měření vodných roztoků Mezi nevýhody Ramanovy spektroskopie patří: • Fluorescence – ozářené vzorky poskytují spektrum, ve kterém se vlivem fluorescence vyskytují pásy nepříslušející analyzované látce. Řeší se snížením výkonu laseru nebo přímo změnou laseru • Možnost tepelné degradace měřeného vzorku – může dojít ke změnám ve struktuře, k přeměně jednotlivých sloučenin na jiné, či k úplnému rozložení analyzovaných sloučenin. Řeší se snížením výkonu laseru, či opět změnou laseru na laser o nižším výkonu Aplikace Ramanovy spektroskopie: • Analýzy organických sloučenin a polymerů • Analýzy anorganických vzorků • Možnost studia biologických systém • Umožňuje i kvantitativní analýzy • Možnost studia vodných roztoků • Lze měřit pevné, práškové, kapalné, ale i plynné vzorky Přístroje použité k chemickým analýzám Disperzní Ramanův spektrometr (viz obr. 1) Jedná se o přístroj vybavený dvěma vysokojasovými lasery. První „zelený“ laser má vlnovou délku 532 nm, druhý laser „červený“ má vlnovou 633 nm. Je vybaven termoelektricky chlazeným detektorem. Přístroj je vybaven mřížkami pro vysoké, i nízké rozlišení pro oba dva budící lasery. Měření je možné provádět jak v makro vzorkovacím prostoru se 180o stupňovou „back-scattering“ geometrií, tak je možné měřit pod mikroskopem vybaveným skleněnými objektivy, které umožňují 10x, 20x a 50x násobné zvětšení vzorku. Spektrometr je plně automatizován – počítačem řízená poloha vzorku, automatické přepínání laserů, automatická kalibrace, justáž dráhy viditelného světla mikroskopu, primární optické dráhy budícího laseru a optické dráhy ramanského signálu. Softwarové vybavení zahrnuje Ramanské databáze spekter organických sloučenin, polymerů a forenzních sloučenin, shlukovou analýzu dat, tvorbu automatizovaných makro-postupů a základní, či multikomponentovou, kvantitativní analýzu. Pro rychlejší a efektivnější měření je umožněn i spektrální náhled, automatické odstranění fluorescence a kosmického záření. Přístroj umožňuje jak bodové měření vzorku, tak lineární, či plošné měření vzorku. Plošné měření vzorku, nazývané mapování, se provádí výběrem měřené oblasti a nastavení buď délky jednoho kroku (jak ve směru osy x, tak y) nebo nastavením počtu měřených bodů. Lineární profilování je možné měřit jak na povrchu, tak ve směru osy z – tedy do hloubky – tzv. hloubkové profilování. Princip hloubkového profilování je podobný 566
mapování – buď si nastavím počet kroků, nebo délku jednoho kroku. Hloubkové profilování pak umožňuje poznat jednotlivé povrchové vrstvy. Dále pak je možné měřit vzorky pomocí mozaiky, která umožňuje skládat spektra u rozměrnějších vzorků. Vyhledávání naměřených spekter lze pak kombinovat se stávajícím FTIR spektrometrem Avatarem.
Obr. č. 1 Disperzní Ramanův spektrometr Almega FT Ramanův spektrometr (viz obr. 2) Spektrometr je vybaven laserem o vlnové délce 1064 nm. Má vzduchem chlazený detektor InGaAs. Vzorky lze měřit ve vzorkovacím prostoru se 180° stupňovou „back-scattering“ geometrií s počítačem řízenou polohou vzorku. Přístroj je vybaven pozlacenou optikou, sadou pozlacených držáků vzorků a dalším příslušenstvím umožňujícím fixaci měřeného vzorku. Softwarové vybavení zahrnuje Ramanské databáze spekter organických sloučenin, polymerů a forenzních sloučenin, shlukovou analýzu dat, tvorbu automatizovaných makro-postupů a základní, či multikomponentovou, kvantitativní analýzu. I zde je umožněn spektrální náhled. Přístroj má možnost doplnění komponent na kombinovaný FTIR/FT Ramanův spektrometr. Vyhledávání naměřených spekter lze pak kombinovat se stávajícím FTIR spektrometrem Avatarem.
Obr. č. 2 FT - Ramanův spektrometr 567
Studium výbrusů Cu vodičů Při vyšetřování příčin vzniku požárů jsou požárně technickou expertízou často hodnoceny hypotézy, zda zjištěné zkratové nátavy jsou tzv. příčinné (causing) vzniklé primárním zkratem nebo tzv. obětní (victim) vzniklé sekundárním zkratem. Díky elektrickému zkratu nebo teplem požáru je měděný vodič ohřát a roztaven a dochází tak k absorpci kyslíku z okolní atmosféry do taveniny. Rozpustnost kyslíku v kapalné mědi je poměrně vysoká a dochází k tvorbě eutektika Cu-Cu2O, Cu2O se vyskytuje ve formě jak amorfní, či oxidu ve formě filmu, tak krystalické. Tyto jednotlivé krystalografické uspořádání se dají pomocí Ramanovy spektroskopie rozlišit (viz tabulka 1). Tabulka 1 Vibrační pásy v Ramanově spektroskopii pro Cu2O. Hodnoty vlnočtů jsou uvedeny v cm-1. písmena u vlnočtů popisují pás: s – strong, m – medium, w – teak [1] Práškový
Tenký film
Anodický film
297w
154s
145s
411m
218s
214s
492m
635s
644s
633s
Dále je v literatuře [2] uvedeno, že 100 % „příčinných“ kuliček obsahovalo jako vměstek amorfní uhlík. Amorfní uhlík má široký pás v oblasti (1350 – 1360) cm-1, zatímco grafitický uhlík má ostrý pás při 1580 cm-1. Studium nátavů jak z hlediska tvorby eutektika, tak z hlediska tvorby grafitického/amorfního uhlíku je předmětem řešení DVÚ č. 6 [3] v Technickém ústavu PO mmj. zkoumání pomocí Ramanovy spektroskopie [4], [5]. Studium výbrusů Cu vodičů - výsledky Naměřené výsledky 1. Cu výbrusy V první fázi začaly být zkoumány vzorky připravené začátkem března 2007 v Technickém ústavu PO. Za účelem vytvoření těchto vzorků pomocí regulačního transformátoru a svářecího transformátoru byly provedeny elektrické zkratové zkoušky za asistence Ing. Opata [6]. Při vlastním měření byla pod mikroskopem vybrána plocha Cu vodiče (obr.3), u kterého se předpokládalo, že bude obsahovat eutektikum Cu-Cu2O. Tato plocha pak byla změřena technikou lineárního mapování.
568
Obr. č. 3 Vybraná plocha Cu vodiče 2/24 pod mikroskopem Měřeno bylo zeleným laserem (532nm), 100% laser, mřížka s vysokým rozlišením, počet scanů 16. Nerovnost povrchu pod mikroskopem zabránila zaostření celé plochy. Na obrázku 4 je pak spektrum jednoho z měřených bodů. Z obrázku je patrná přítomnost
Obr. č. 4 Spektrum jednoho bodu Cu nátavu 2/24 Cu2O (výrazné pásy při 154, 218 a 644 cm-1). Software Omnic spektrometru Almegy pak umožňuje udělat chemické profilování měřeného povrchu. To znamená, že např. pro zvolený vlnočet 218 cm-1 lze barevně znázornit Ramanské intenzity v závislosti na poloze kurzoru ve vybrané měřené oblasti. 3-D profil (viz obr. 4) pak zobrazuje v osách x a y polohu v měřené oblasti, osa z je pak Ramanská intenzita. Kromě 3-D profilu, existuje i 2-D profil, který má podobně jako 3-D barevné rozlišení, kde červená odpovídá nejintenzivnějším pásům, modrá pak pásům s nejnižší Ramanovou intenzitou. Zajímavé je pak přímé porovnání tohoto 2-D obrázku s reálným
569
Obr. č. 5 3-D profil snímkem vybrané oblasti (viz obr. 5). Tato technika umožňuje přesně porovnávat Ramanské intenzity v závislosti na poloze.
Obr. č. 6 2-D profil překrývající se se snímkem z mikroskopu Na obrázku č. 7 pak lze spatřit pohled na vzorek pod ramanským mikroskopem. Zaměřen byl povrch slaněného Cu vodiče vzorku 17, kde se předpokládal výskyt oxidu mědného rezavě červené barvy.
Obr. č. 7 Pohled na Cu vodič 17/24Ramanským mikroskopem 570
Na spektru (obr. 8) pak lze vidět pásy odpovídající tenkému filmu Cu2O (pásy kolem 154,218 a 644 cm-1), tak i anodického filmu (pásy 145 a 214 cm-1).
Obr. č. 8 Spektrum Cu vodiče 17/24 Závěr Studiem Cu-výbrusů pomocí Ramanovy spektroskopie byla jednoznačně prokázána přítomnost oxidu měďného u Cu vodičů obsahující eutektikum Cu-Cu2O. Další výzkum na Cu-nátavech se pak bude ubírat studiem zbylých nátavů a případných dalších sloučenin tvořících se na povrchu vodičů. Literatura [1] Gediminas NIAURA: Surface-enhanced Raman spectroskopic observation of two kinds of absorbed OH- ions at copper electrode, 2000 [2] Vytenis BABRAUSKAS, Ph. D. : Fires due to Electric Arcing: Can ’Cause’ Beads Be Distinguished from ’Victim’ Beads by Physical or Chemical Testing?, Fire and Materials 2003 (2003) 189-201 [3] BURSÍKOVÁ P., POLEDNA J., DVOŘÁK O.: Laboratorní metody/zařízení pro zkoumání vlivu prostředí (teploty a obsahu kyslíku) na markanty elektrických zkratů a přechodových odporů u Cu vodičů, TÚPO Praha, 2005 [4] Sborník přednášek z konference PO 2005; Ostrava: VŠB-TÚO, 2005 [5] Sborník přednášek z konference PO 2007; Ostrava: VŠB-TÚO, 2007 [6] BURSÍKOVÁ P., ANGELIS J., DVOŘÁK O.: Laboratorní metody/zařízení pro zkoumání vlivu prostředí (teploty a obsahu kyslíku) na markanty elektrických zkratů a přechodových odporů u Cu vodičů, TÚPO Praha, 2007-8
571
Možnosti využití expertních systémů při hodnocení rizika Doc. Dr. Ing. Michail Šenovský, Ing. Pavel Šenovský, Ph.D. VŠB- TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra požární ochrany a ochrany obyvatelstva, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, E-mail:
[email protected],
[email protected] Abstrakt Příspěvek se zabývá problematikou možnosti využití expertních (znalostních) systémů v oblasti analýzy, či posuzování rizika. Jako výchozí podklady jsou zde uvažovány Kontrolní seznamy zaměřené do oblasti posuzování zranitelnosti systémů. Klíčová slova kontrolní seznam, expertní, znalostní, systém Úvod Hodnocení rizika je problémem, kterým je nutné se poměrně často zabývat. Tuto činnost provádíme buďto záměrně, jako součást vykonávané profese anebo ze zájmu, či dychtivosti po naučení se něčeho nového – zde patří studenti (alespoň v to doufáme). Hodnocení rizika může také probíhat bezděčně. Například pokud řídíme auto, pak celou dobu jízdy vnímáme měnící se dopravní situaci v území, kterým projíždíme. Automaticky vnímáme i rizika, například chodce stojícího u krajnice a také je v reálném čase hodnotíme. Vycházíme především ze své zkušenosti a znalostí a samozřejmě také z dovednosti v řízení automobilu. Hledáme odpověď na otázku: Je to bezpečné, neskočí mi pod auto, pokud ano, dokážu včas zastavit? Hledání odpovědí je v tomto případě hodnocení rizika. Ve svém příspěvku se nechceme zabývat jednotlivými metodami a popisovat jejich klady a zápory, ale chceme zde ukázat možnosti použití expertních systémů, jako netradičního nástroje pro hodnocení rizika. Co tedy expertní systémy jsou? Expertní systémy Wikipedie definuje expertní systém následovně [1]: „Expertní systém je počítačový program, který má za úkol poskytovat expertní rady, rozhodnutí nebo doporučit řešení v konkrétní situaci.“ Expertní systém má tedy základní úkol nahradit experta pro řešení vymezeného úkolu. Doporučení expertního systému je založeno na zpracování předem připravených faktů pomocí pravidel na základě informací, které pro danou situaci do expertního systému zadal jeho uživatel. Schematicky můžeme strukturu expertního systému znázornit následovně (viz. obr. 1). 572
Obr. 1: Struktura expertního systému Fakta mají statický charakter – jedná se o deklarace obecných znalostí a vlastností předmětů, které přináleží do domény řešeného problému. Struktura některých faktů může být předem daná, např. na základě formulářů, záznamů v databázích apod. Takové struktury pro použití v rámci expertního systému definujeme pomocí šablon. Pravidla pak upravují způsob, jakým budou fakta a vstupy uživatele zpracovány. Pravidla, fakta a šablony souhrnně nazýváme bází znalostí. Jak využijeme znalostní systémy pro hodnocení rizika? Odpověď na tuto otázku není jednoduchá. Nejdříve se podívejme na oblast informací. Jako příklad nám může posloužit metodika hodnocení zranitelnosti [2], kterou jsme se v posledním období zabývali. Při tvorbě čehokoli musíme mít na paměti budoucího uživatele a odpovědět si na otázku, jak se s předloženým postupem, či metodikou vyrovná. Asi by nám moc nepomohlo, kdybychom vymysleli sebelepší metodu, ale její použití by bylo tak složité, že bez speciální odborné přípravy by to málokdo zvládnul. Proto jsme se přiklonili ke „kontrolním seznamům“ které jsou konstruovány tak, že na ně odpovídáme ANO – NE. Zdánlivě to je jednoduchá volba, ale hledání otázek, na které lze takto jednoduše odpovědět, už tak jednoduché není. Další oblastí, se kterou se musíme v systému kontrolních seznamů vypořádat, je oblast vyhodnocení odpovědí. 573
Všimněte si prosím, že jsme se zmínili pouze o dvou variantách odpovědí. V praxi se ale často stane, že na danou otázku odpovíme „nevím“. Je to vnesení určité nejistoty do celkem jednoduchého systému odpovědí „ano – ne“. Pokud musíme zůstat pouze u těchto dvou základních odpovědí, pak nám nezbude, než otázku, u které můžeme předpokládat odpověď „nevím“, z kontrolního seznamu vypustit. Jak bylo uvedeno výše, expertní systémy pracují s informacemi a především se znalostmi. Výhodou těchto systémů je ta skutečnost, že se nemusí jednat o statický systém, ale s bází znalostí lze dále pracovat a dle potřeb ji rozšiřovat nebo upravovat. Podkladem pro naplnění báze znalostí pro hodnocení rizika objektu mohou být například kontrolní seznamy. Kontrolní seznam (formulář) bude odpovídat šabloně expertního systému a informace v něm obsažené budou mít formu faktů. Kontrolní seznam může vypadat například takto. Tab. 1: Příklad kontrolního seznamu pro posouzení rizika objektu Objektové stavby 2.1
Objektové stavby Vodojemy, přerušovací komory
2.1.1
Obecná nebezpečí
2.1.1.1 Mají vodojemy dostatečnou akumulaci pro zajištění náhradních nebo nouzových dodávek vody při výpadku zdrojů delším než 5 dnů? 2.1.1.2 Lze v případě nedostatečné akumulace doplňovat pitnou vodu do VDJ pro účely NZV mobilními prostředky? 2.1.1.3 Je přiváděna voda do VDJ gravitačním způsobem? 2.1.1.4 Jsou objekty dostatečně chráněny před hrozbami, především jejich elektronické systémy? 2.1.1.5 Mají objekty dostatečné prvky pasivní ochrany před vniknutím živočichů do prostoru volné hladiny vody a úmyslnou kontaminací? 2.1.1.6 Jsou objekty chráněny před účinky radiace? 2.1.1.7 Jsou stavby podléhající korozi dostatečně chráněny katodickou ochranou? 2.1.1.8 Lze provozovat distribuční systémy i při krátkodobém vyřazení VDJ? 2.1.1.9 Jsou vodojemy a přerušovací komory odolné proti zemětřesení a působení jiných přírodních vlivů?
574
Ano Ne Poznámka
Uvedenou část kontrolního seznamu prosím chápejte jako určitý vzor. Samotné vyplnění takového formuláře ještě nedává odpověď na to, jak například bezpečný posuzovaný systém je. U kontrolních seznamů používáme hodnotící tabulku, která může vypadat například takto. Tab. 2: Hodnotící tabulka kontrolního seznamu Hodnocení kontrolního seznamu – kladné odpovědi Méně než 64%
65 – 74%
75 – 84%
85 – 94%
95 – 100%
5
4
3
2
1
Vyhodnocení provedeme tak, že vypočteme procentní podíl kladných odpovědí kontrolního seznamu a přidělíme bodové hodnocení dle tab. 2. Po převodu odpovědí dostáváme bodové hodnocení 1 – 5, a to nám asi už něco může signalizovat. U výše uvedeného příkladu, kde na ukázku máme jen 9 otázek, to vypadá velmi jednoduše. Představme si ale, že takový kontrolní seznam může mít stovky, i tisíce otázek. Vyhodnotit pak takové množství otázek již není úplně jednoduché. Znalostní systém nám může zjednodušit vyhodnocování, sám osobě ale nepřináší nic víc, než běžná „hloupá“ počítačová aplikace. Výhody expertního systému se naplno projeví v případě, že od expertního systému budeme požadovat nějaké další informace. Pokud třeba budeme uvažovat kontrolní seznam se stovkami otázek. Je jisté, že vyplnění tohoto seznamu bude stát nemalé finanční prostředky organizací, které mají posuzovaný objekt ve vlastnictví – zejména ve smyslu experta, který bude tento seznam vyplňovat, popřípadě času dalších lidí při dohledávání informací nutných k vyplnění. Expertní systém by mohl celou situaci zjednodušit v tom, že by na základě určitých informací, jako je stáří technologie, velikost, umístnění apod. usoudil na podobnost s jiným dříve posuzovaným objektem, a provedl rovnou vyhodnocení. Takovéto vyhodnocení se muže přitom automaticky přepočítávat na základě nových postupně doplňovaných informací do báze znalostí. Automatické přepočítávání by tak zajistilo aktuálnost na straně jedné a také rychlost, na straně druhé. Dalším rozšířením by mohlo být vyhodnocování efektivnosti „ochranných investic“ do posuzovaného objektu. Vyhodnocení by mohlo probíhat na základě doporučené praxe v oboru pro daný typ objektů. Vyhodnocování by opět mohlo probíhat buď automatizovaně, nebo „na vyžádání“ pro konkrétní posuzovaný objekt. Podobných rozšíření bychom mohli jednoduše najít velké množství. Přesto se v současnosti k tomuto účelu expertní systémy příliš nepoužívají, zejména vzhledem k relativní složitosti konstrukce znalostní báze a její údržby. Jsme přesvědčeni, že je to chyba. 575
Závěrem Expertní systémy mohou být efektivním nástrojem pro podporu hodnocení rizika v případech, že toto hodnocení se provádí na základě velkého množství údajů nebo, že jsou vyžadovány související, „odvozené“ informace, které riziková analýza sama o sobě neřeší. Základní překážkou bránící nasazování expertních systémů pro tento účel je nutnost přísné formalizace znalostní báze a také její ne úplně triviální údržba. V zásadě lze použít prázdné expertní systémy s nenaplněnými bázemi znalostí, které jsou pouze vybaveny inferenčním mechanismem. V tomto případě lze tyto systémy využít jako učící se systémy a pro určitý typ analýz systém naplnit a připravit k použití. Tak, jak je uvedeno výše, je to sice náročná práce, ale výsledek může být uspokojivý a použitelný nejen v podnikatelském prostředí, ale i ve veřejné správě. Tento článek vznikl v rámci grantu Ministerstva vnitra VD20062010A06 Výzkum nových principů a metod v rámci opatření ochrany obyvatelstva. Literatura [1] Expertní systém [online]. Dostupné z WWW
[cit. 2009-08-01] [2] ADAMEC, V.; KROČOVÁ, Š.; ŠENOVSKÝ, M.; ŠENOVSKÝ, P.: Metodika analýzy zranitelnosti - Systémů zabezpečujících dodávku pitné vody. VŠB-TU Ostrava: Ostrava 2009, 30 str. ISBN: 978-80-7385-066-1 [3] ŠENOVSKÝ M.; ŠENOVSKÝ V.: Hodnocení odolnosti systému při Ochraně kritické infrastruktury. In: Požární ochrana 2008. SPBI: Ostrava 2008, pp. 552556, ISBN: 978-80-7385-040-1, ISSN: 1803-1803 [4] ŠENOVSKÝ, M.; ŠENOVSKÝ, P.: Rozhodování při ochraně kritické infrastruktury. In.: SPEKTRUM, SPBI: Ostrava 2008, vol. 8, 2/2008, pp. 11-13, ISSN 1211-6920 [5] ŠENOVSKÝ, M., ŠENOVSKÝ, P.: Rizika kritické infrastruktury v průmyslových zónách. In: Spektrum. SPBI: Ostrava 2007, 2/2007, str. 2-5 přílohy, ISSN: 12116920
576
Využitelnost výpočetních odhadů bodů výbušnosti hořlavých kapalin pro potřebu zkušebního stanovení Ing. Libor Ševčík, Ing. Otto Dvořák, Ph.D. MV - GŘ HZS ČR, Technický ústav požární ochrany, Písková 42, 143 01 Praha 4 E-mail: [email protected] Abstrakt Příspěvek porovnává výsledky predikce bodů výbušnosti hořlavých kapalin výpočtem a zkušebním stanovením podle pr EN 15794. Pro případy, kdy je hořlavá kapalina složena z několika složek je uveden způsob určení jejich aktivních koeficientů. Je doloženo, že výpočetní odhad může významně pomoci zkrátit dobu, která je potřebná k vlastnímu stanovení. Klíčová slova dolní bod výbušnosti (LEP), horní bod výbušnosti (UEP), zařízení podle pr EN 15794, výpočetní odhad LEP a UEP Úvod Tento příspěvek navazuje na článek ˝Možnosti zkušebního stanovení a výpočetního odhadu bodů výbušnosti hořlavých kapalin˝[1]. Nově se doplňují: - postupy využitelné pro výpočet aktivitních koeficientů složek směsi hořlavých kapalin, které jsou potřebné pro výpočetní odhad bodů výbušnosti, co nejpřesnější odhad šetří čas potřebný ze stanovení DBV a HBV, - popis zkušebního zařízení TÚPO, - příklad porovnání hodnot v laboratoři stanovených bodů vzplanutí, DBV a HBV s výpočetními odhady čisté kapaliny a směsi. Norma pr EN 15794 slouží ke stanovení bodu výbušnosti hořlavých kapalin ve vzduchu, hořlavé kapaliny jsou za atmosférického tlaku zkoušeny ve zkušebním zařízení dle výše uvedené normy a teplotách (od - 50 do + 300) °C . Hořlavou kapalinou nebo směsmi hořlavých kapalin se naplní zkušební válcová nádoba do poloviny svého objemu. Hořlavé kapaliny se míchají magnetickým míchadlem při příslušné teplotě až do dosažení tepelné rovnováhy mezi kapalnou a parní fází. Po jejím dosažení se provede iniciace vysokonapěťovým zdrojem zapálení. Výsledkem je buď ˝výbuch nenastane˝ nebo ˝výbuch nastane˝. V případě výbuchu dojde k prudkému nárůstu teploty v parní fázi, odtržení plamene od jiskřiště a jeho rozšíření k víku zkušební nádoby. Při stanovení dolního bodu výbušnosti (LEP) je první experimentální teplota 5 °C (hořlavé kapaliny s bodem vzplanutí do 100 °C) nebo 10 °C (hořlavé kapaliny s bodem vzplanutí nad 100 °C) pod bodem vzplanutí hořlavé kapaliny. V případě směsí je to 15 °C pod bodem vzplanutí. 577
V případě stanovení horního bodu výbušnosti (UEP) je první experimentální teplota 50 °C nad bodem vzplanutí hořlavé kapaliny nebo 75 °C nad bodem vzplanutí v případě směsí hořlavých kapalin. Po negativní reakci se zvyšuje, resp. snižuje první experimentální teplota o 5 °C. Měření se provádí dále se stejným vzorkem. Při dosažení výbuchu se musí zkušební vzorek vyměnit a poté se pokračuje v upřesnění stanovených bodů výbušnosti po 1 °C nebo 2 °C krocích. Stanovené body výbušnosti (LEP nebo UEP) se poté přepočtou na atmosférický tlak podle vztahů (1) a (2):
kde LEP0 UEP0 LEP UEP p pref a
LEP = LEP0 + a (pref − p )
(1)
UEP = UEP0 + a (pref − p )
(2)
je stanovený dolní bod výbušnosti, je stanovený horní bod výbušnosti, je korigovaný dolní bod výbušnosti, je korigovaný horní bod výbušnosti, je barometrický tlak v kPa, je 101,3 kPa, je 0,25 °C/kPa. Tyto vztahy platí pro barometrický tlak v rozsahu od 98 kPa do 104,7 kPa.
Výpočetní odhady aktivitních koeficientů Aktivitní koeficienty γ lze stanovit z experimentálních dat, nebo odhadnout vhodnou metodou odhadu. Určení aktivitních koeficientů z experimentálních dat V literatuře lze nalézt experimentální data rovnováhy kapalina-pára za konstantního tlaku 101,325 kPa [2] a směšovací entalpie při 25 °C [3]. K výpočtu aktivitních koeficientů při jiných teplotách a určitých složeních směsi lze aplikovat NRTL rovnice [4] se vstupními parametry [2] při teplotě odpovídající hodnotě VLE. Takto vypočtené aktivitní koeficienty lze přepočíst na požadovanou teplotu podle rovnice (3): H iE (3) ⎛ ∂ ln γ i ⎞ ⎜ ⎟ =− 2 RT ⎝ ∂T ⎠ p kde HEi
jsou parciální molární dodatkové entalpie složek vyhodnocené z koncentrační závislosti při 25 °C [2] pro směs 1-oktanol + metanol (příklad) 578
2 3 4 H E = xi (1 − x1 ) ⎡1290, 7 + 749,84 (2 x1 − 1) + 59,149 (2 x1 − 1) + 136,85 (2 x1 − 1) + 722,16 (2 x1 − 1) ⎤ ⎣ ⎦
(4)
pomocí rovnic (5) a (6)
⎛ ∂H E ⎞ H = H + (1 − x1 )⋅ ⎜ ⎟ ⎝ ∂x1 ⎠T
(5)
⎛ ∂H E ⎞ H = H − x1 ⋅ ⎜ ⎟ ⎝ ∂x1 ⎠T
(6)
E 1
E
E 2
E
Určení aktivitních koeficientů upravenou metodou UNICAF [5] Pokud u směsi hořlavých kapalin nejdou nalézt experimentální data, doporučuje se aplikovat pro odhad aktivitních koeficientů upravenou příspěvkovou metodu UNICAF [5] s publikovanými daty [6-12], viz. tabulka 1. Tato metoda dává pro rovnováhy kapalina-pára přijatelné výsledky. Podle autorů této metody [5] má platnost (od 20 do 125) °C, s průměrnou chybou cca 14 % v porovnání s experimentálními daty. Nedoporučuje se užívat tuto metodu pro směsi s karboxylovou kyselinou (vznik asociátů v parní fázi). V tabulce 1 jsou příklady odhadu aktivitních koeficientů upravenou metodou UNICAF [5] s pomocí experimentálních dat rovnováha kapalinapára [2], [13]. Tabulka 1 Aktivitní koeficienty složek vybraných směsí hořlavých kapalin látka i
xi
oktanol C8H18O
γi
látka j
xj
γj
0,9 1,004 m-xylen 1,004 C8H10
0,1
1,818
25
1,692
50
0,5 1,151
0,5
1,357
25
1,350
28
1,106
25
1,108
23
1,149 0,2 1,745
0,8
1,751 oktanol C8H18O
0,6 1,050 metanol 1,046 CH4O
Vysvětlivka: xi, xj, xk γi, γj, γk
0,1
1,563 1,548
látka k
butylpropionát C7H14O2
xk
troztoku (°C)
0,3 1,541
25
1,508
31
jsou molární zlomky složek i, j, k v roztoku jsou aktivitní koeficienty složek i, j, k v roztoku
579
γk
Výpočetní odhad bodů výbušnosti Odhadnuté γi se dosazují do rovnice (7) pro odhady EPsměsi: k
∑γ i =1
kde CAi, Bi EPi k xi γi
i
⋅ xi ⋅10
Bi (EPmix − EPi ) (EPmix + C Ai )(EPi + C Ai )
=1
(7)
jsou konstanty Antoineovy rovnice pro i-tou složku v kapalné fázi, jsou body výbušnosti i-té složky (°C), je počet složek směsi, je molární zlomek i-té složky v kapalné fázi, je aktivitní koeficient i-té složky
Je zřejmé, že výpočet si lze usnadnit pomocí Excelové tabulky 1. Výpočetní odhad bodů výbušnosti lze učinit též pro čisté hořlavé kapaliny. Výpočet bodů výbušnosti lze provést podle následujícího vztahu (8):
EP = kde EP A, B, CA P0 φlim
B
A − log (ϕlim ⋅ P0 ⋅ 0, 01)
− CA
(8)
je bod výbušnosti (°C), jsou konstanty Antoineovy rovnice, je atmosférický tlak (kPa), je mez výbušnosti (dolní nebo horní) (obj. %)
Dobrým zdrojem konstant Antoineovy rovnice je publikace [14]. Výpočetní odhad bodů výbušnosti byl proveden podle rovnice (8), dosazením konstant A, B, CA a objemovými mezemi výbušnosti pro m- xylen, který se vyskytuje ve směsi izomerů v množství (60 až 70) %. Dosazené hodnoty jsou následující: A = 6,14083; B = 1467,244; CA = 215,708; dolní mez výbušnosti 1,1 % obj., horní mez výbušnosti 6,4 % obj.. Na základě těchto dosazených hodnot byly vypočteny hodnoty LEP a UEP takto: LEP = 25,1 °C, UEP = 59,6 °C.
580
Zkušební zařízení a jeho verifikace Zkušební zařízení se skládá z: - ohřívací, resp. chladící komory - testovací nádoby válcovitého tvaru o rozměrech (Ø 10 cm; výška 30 cm), - vysokonapěťového iniciačního zdroje, - magnetického míchadla. Zkušební zařízení a vlastní zkušební nádoba jsou vidět na obrázcích 1 a 2. Verifikace zařízení se provádí pomocí čistých hořlavých kapalin uvedených v tabulce 2, u kterých je uvedeno rozmezí dolních bodů výbušnosti. K verifikaci je dostačující naplnit zkušební nádobu na 10 % jejího objemu. Nové zkušební zařízení se ověřuje 4 standardy, existující zkušební zařízení nejméně dvěma čistými hořlavými kapalinami. Tabulka 2 Data pro verifikaci zařízení Kapalina
aceton
m-xylen
n-oktanol
n-hexadekan
LEP (°C)
(-23,0 ± 2,0)
(23,0 ± 2,0)
(77,5 ± 2,0)
(122,0 ± 2,0)
Obr. 1 Zkušební zařízení podle pr EN 15794
Obr. 2 Testovací nádoba
581
Naměřené hodnoty a výsledky zkoušek Vlastní měření probíhalo v testovací nádobě válcovitého tvaru, která byla naplněna do poloviny svého objemu hořlavou kapalinou, v našem případě xylenem (jedná se o směs izomerů). Nejprve byla stanovena LEP a posléze UEP xylenu. Kromě toho byl stanoven bod vzplanutí xylenu rychlou rovnovážnou metodou podle ČSN EN 456. Naměřené hodnoty při stanovení LEP a UEP jsou zaznamenány v tabulkách 3 a 4. Tabulka 3 Naměřené hodnoty při stanovení LEP Měření
Teplota kapaliny (°C)
Výbuch A/N
1
11
N
2
14
N
3
15
N
4
18
N
5
21
A
6
19
N
Tabulka 4 Naměřené hodnoty při stanovení UEP Měření
Teplota kapaliny (°C)
Výbuch A/N
1
73
N
2
68
N
3
63
N
4
59
A
5
61
N
Stanovené výsledky (bod vzplanutí, LEP a UEP) jsou zaznamenány v tabulce 5. Všechny uvedené hodnoty v tabulce 5 jsou korigovány na atmosférický tlak 101,3 kPa. Porovnání negativního a pozitivního pokusu při stanovení LEP a UEP je patrné z následujících obrázků 3 až 6. Tabulka 5 Stanovené hodnoty BV, LEP a UEP xylenu Kapalina xylen
BV (°C)
LEP (°C)
UEP (°C)
25
22
60
582
Vysvětlivka: BV je bod vzplanutí LEP je dolní bod výbušnosti UEP je horní bod výbušnosti
Obr. 3 Záznam negativního pokusu při stanovení LEP xylenu (T1 je teplota kapaliny, T2 je teplota parní fáze kapaliny)
Obr. 4 Záznam pozitivního pokusu při stanovení LEP xylenu (T1 je teplota kapaliny, T2 je teplota parní fáze kapaliny)
583
Obr. 5 Záznam negativního pokusu při stanovení UEP xylenu (T1 je teplota kapaliny, T2 je teplota parní fáze kapaliny)
Obr. 6 Záznam pozitivního pokusu při stanovení UEP xylenu (T1 je teplota kapaliny, T2 je teplota parní fáze kapaliny) Příklady porovnání naměřených a výpočtem odhadnutých hodnot EP Z porovnání vypočtených a naměřených hodnot lze usoudit, že výsledky jsou velmi blízké. V případě LEP je rozdíl mezi naměřenou a vypočtenou hodnotou 3,1 °C, v případě UEP je tento rozdíl 0,4 °C. Lze tedy konstatovat, že výpočetní odhad bodů výbušnosti pro čisté látky je vhodný pro případy nedostatku vzorku či časové tísně.
584
Závěr Popsaná zkušební metoda umožňuje stanovit dolní a horní bod výbušnosti (LEP, resp. UEP) hořlavých kapalin a jejich směsí. Relativně je náročná na čas a na množství vzorku pro stanovení. Časovou náročnost zkoušky může významně snížit výpočetní odhad bodů výbušnosti, pokud není k dispozici údaj bodu vzplanutí testovaného výrobku. Literatura [1] Požární ochrana 2007. Sborník přednášek. Ostrava:VŠB-TUO, 2007. [2] ARCE A., BLANCO A., SOK A., Tojo j., Chem. Eng. Data 1996, 40, 10111014. [3] CHRISTENSEN C., at al: Heats of Mixing Data Collection, Chemistry Data Series, Vol. III, Part 1, DECHEMA, Franfurkt am Main, 1984. [4] RENON H., PRAUSNITZ J.M., Aiche J.,1968, 14, 135-144. [5] GMEHLING J., Li J., SCHILLER M., Ind. Eng. Chem. Res., 1993, 32, 178193. [6] GMEHLING J., LOHMANN J., JAKOB A., Ind. Eng. Chem. Res., 1998, 37, 4876- 4882. [7] GMEHLING J., WITTIG R., LOHMANN J., Ind. Eng. Chem. Res., 2002, 41, 1678- 1688. [8] WITTIG R., at al., Ind. Eng. Chem. Res., 2001, 40, 5831-5838. [9] LOHMANN J., JOH R., GHMEHLING J., Ind. Eng. Chem. Res., 2001, 40, 957-964. [10] LOHMANN J., GHMEHLING J., J. Chem. Eng., Jan. 2001, 34, 43-54. [11] WITTIG R., LOHMANN J., Aiche J.,2003, 49, 2530-2537. [12] GHMEHLING J., ONKEN U.,Vapour Liquid Equilibrium Data Collection, Vol. I, Part 2, Suppl. 4, DECHEMA, Franfurkt am Main, 1990. [13] MAREK J., STANDART G., Coll. Czech Chem. Commun. 1954, 19, 10741084. [14] MAREK J., Coll. Chem. Commun. 1955, 20, 1440-1502.
585
Výpočty ventilačních ploch pro výbuchy plynu v nekompletně zaplněném objemu – porovnání nalezených metod. Ing. Jiří Šustek1; doc., Ing. Tadeáš Podstawka, Ph.D2, Ing. Břetislav Janovský Dr.1; . 1 Univerzita Pardubice 2 IHAS s.r.o. E-mail: [email protected] Abstrakt Příspěvek se zabývá porovnáním několika výpočetních vztahů, pro návrh ventilační plochy pro odlehčení výbuchu směsí methanu v nekompletně zaplněném objemu. Porovnání je založeno na rozsáhlé literární rešerši experimentálních dat a na zhruba dvou stovkách simulací výbuchu plynu pomocí programu AutoReaGas. Vztahy byly porovnávány zejména pro použití pro nekompletně zaplněné objemy nádob, jelikož touto problematikou se mnoho autorů nezabývá, a přesto před výbuchem málokdy dochází ke kompletnímu zaplnění objemu výbušnou plynnou směsí. Výsledkem je jednoduché porovnání vhodnosti vztahů pro methan ve válcové geometrii pro kompletní i nekompletní zaplnění objemu směsí. Klíčová slova ventilování, deflagrace, výbuch, plyny, ventilační plocha Úvod Vztahy pro výpočet ventilovaných výbuchů se zabývalo a zabývá mnoho různých autorů. Většina z nich vychází z koncepce konzervativní bezpečnosti a uvažuje plně zaplněné objemy nádob, budov apod. Vzhledem k rozšiřující se plynofikaci domácností a neklesajícímu množství výbuchu plynu, byla provedena studie zaměřena na odolnost stavebních konstrukcí proti tlakovému zatížení. Součásti této studie bylo naměření několika desítek hodnot přetlaku pro ventilovaný výbuch při nekompletním zaplnění prostoru. Tyto experimenty se staly inspirací k nalezení vztahu zabývajícího se ventilovanými výbuchy při nekompletním zaplnění prostoru. Zejména proto, že díky velkému množství účinných iniciačních zdrojů v běžné domácnosti dojde k výbuchu zpravidla mnohem dříve, než se zaplní celý objem místnosti výbušnou směsí. Návrh ventilačních ploch pro tyto případy podle konzervativní bezpečnosti, by byl velice nákladný, nepraktický nebo dokonce nereálný. A pro takovéto případy by byl vhodný vztah řešící ventilování výbuchu plynné směsi při nekompletním zaplnění objemu. Jakož i pro případné vyšetřování havárií.
586
Byla provedena rozsáhlá literární rešerše zaměřená na hledání vhodných vztahů. Z nalezených vztahů byly vybrány takové, které buď řešily i nekompletní zaplnění objemu výbušnou směsí, nebo ty, u kterých byl předpoklad, že by se daly jednoduše upravit i pro nekompletní zaplnění, bez toho aby vzrostla složitost výpočtu. Využití tohoto vztahu bylo předpokládáno pro návrh ventilačních ploch během projektové fáze staveb a tedy zejména lidmi bez velkých znalostí ventilovaných výbuchů či fluidní dynamiky. Současný stav Cubbage a Simmonds (Cubbage 1955, Simmonds 1960) V padesátých a šedesátých letech 20. století bylo provedeno mnoho experimentů s různými druhy plynů a par v nádobách simulujících průmyslové sušárny (krychle, kvádr). Na základě jejich výsledků byly navrženy velice univerzální vztahy, použitelné v širokém rozmezí podmínek. Cubbage a Simmonds publikovali mimo jiné i vztah pro přetlak druhého píku. Uvádí, že ve velkých nádobách a pro hodnotu K (koeficient ventilační plochy) větší než 2,5, to znamená pro malé ventilační plochy, přetlak druhého píku roste pomaleji, ale že výsledný vztah v oblasti praktického použití poskytuje dostatečně přesné výsledky. Označení p1 a p2 vychází z předpokladu, že během ventilovaného výbuchu plynu dochází ke vzniku pouze dvou významných tlakových píků. Vztah je nepoužitelný pro kompletní uzavření (nulové ventilační plochy). Pro určení ventilační plochy je nutné použít oba dva vztahy a použít největší vypočtenou hodnotu ventilační plochy. V jednotkách SI by vztahy vypadaly takto: ⎡ S p1 = pi + ⎢6894, 757 ⋅ 01 ⎢ V03 ⎣⎢
⎤ ⎛ 1, 465 ⋅ Ax ,v ⎞⎥ ⋅⎜ ⋅ w + 0, 4 ⎟ Av ⎝ ⎠ ⎥⎥ ⎦
p2 = pi + 6894, 76 ⋅ kde Ax,v
Ax ,v Av
(1) (2)
plocha stěny s ventilem [m2], Av ventilační plocha [m2], p1 absolutní tlak prvního píku v nádobě [Pa], p2 absolutní tlak druhého píku v nádobě [Pa], pi absolutní tlak v nádobě v době iniciace [Pa], S0 rychlost hoření [m/s], V0 objem nádoby ve [m3], w hmotnost ventilačního panelu vztažená na plochu [kg/m2].
Rasbash (Rasbash 1969) Koncem šedesátých let publikoval Rasbash (Rasbash 1969) vztahy založené na základě provedených testů se 4 %- ní směsí propanu. Tyto vztahy jsou výsledkem studie zabývající se ventilováním výbuchů v domácnostech. Poskytují dobré výsledky v širokém rozmezí podmínek a výbušných směsí. 587
-
Pro platnost těchto vztahů musí být splněno několik podmínek poměr délky a průměru menší než 3, ventilační poměr K v intervalu od 1 do 5, hmotnost ventilačního panelu vztažená na plochu menší než 24 kg/m2 (5 lb/ft2), přetlak na vyražení Pv menší než 7 kPa (přibližně 1 psi). Upravený tvar vztahu pro SI jednotky:
pmax = pi + 1,5 ⋅ ( pv − p0 ) + 3500 ⋅ kde Av
Ax ,v Av
(3)
ventilační plocha [m2], Ax,min plocha nejmenší stěny nádoby [m2], pi tlak počáteční [Pa], pmax maximální absolutní tlak v nádobě [Pa], pv tlak na vyražení ventilu [Pa].
Rasbash (Rasbash 1976) V roce 1976 publikoval Rasbash a kolektiv (Rasbash 1976) další práci zabývající se návrhem ventilačních zařízení pro budovy, ve kterých se používají zkapalněné plyny. Předpokládali, že pro přetlaky do 0,5 bar (50 kPa) je výsledný přetlak v nádobě ovlivněn třemi cestami: - tlakem nutným na vyražení ventilu (Pv), - zpětným tlakem díky setrvačnosti ventilu (PI), - zpětným tlakem díky omezenému průtoku přes ventil. Publikovaný vztah: S (4) Pmax = 1,5 ⋅ Pv + f ⋅ u ⋅ (PI + 2,5 ⋅ K ) 0, 45
PI = (0, 203 ⋅ K ⋅ w + 1,17 )⋅ V0−1/3 K=
Ax ,min Av
(5) (6)
Tento vztah podle autora platí při splnění podmínky, že poměr největšího a nejmenšího rozměru nádoby je menší než 3. Pro příspěvek odporu ventilu k výslednému generovanému tlaku použili autoři podobnou formu vztahu jako Cubbage a Simmonds ovšem s poněkud upravenými konstantami.
588
V základních jednotkách SI by vztah vypadal takto:
pmax = 1,5 ⋅ ( pv − pi ) + 1000 ⋅ χ ⋅
A ⎞ S0 ⎛ ⋅ ⎜ pI + 2,5 ⋅ x ,min ⎟ 0, 45 ⎝ Av ⎠
(7)
Člen zohledňující odpor ventilačního panelu:
A ⎛ ⎞ pI = ⎜ 0, 203 ⋅ x ,min ⋅ w + 1,17 ⎟ ⋅ V0−1/3 Av ⎝ ⎠ kde χ Av Ax,min pI pmax pv S0 V0
(8)
turbulentní faktor nabývající hodnot od 1,5 do 5 pro velké počáteční turbulence nebo velké zahrazení, plocha ventilu [m2], plocha nejmenší stěny nádoby [m2], příspěvek setrvačnosti ventilačního panelu k celkovému tlaku, pi absolutní tlak počáteční [Pa], maximální absolutní tlak v nádobě [Pa], absolutní tlak na vyražení ventilu [Pa], laminární rychlost hoření [m/s], objem nádoby [m3], w hmotnost ventilačního panelu vztažená na plochu [kg/m2],
Šustek – Janovský (Šustek 2006) Další porovnávané vztahy vycházejí ze vztahu navrženého na Univerzitě Pardubice Ústavu Energetických materiálů. Nejprve byla posouzena vhodnost vztahu odvozeného pro experimentální data naměřená pro štolu ve Štramberku. Tento vztah byl publikován v diplomové práci (Šustek 2006). ⎡ CD ⋅ A0 L K E ⋅SCH 4 ⎤ ⋅ ⋅ ⎥ AR l S0 ⋅ Ki ⎦
⎛ Tf ⎞ l − ⎢⎣ Δp = pi ⋅ ⎜ − 1⎟ ⋅ ⋅ e ⎝ Ti ⎠ L
(9)
Vztah číslo 9 publikovaný v diplomové práci (Šustek 2006) byl odvozen pouze pro úzký soubor experimentálních dat a tomu odpovídá i jeho tvar. Pro použití tohoto vztahu na širší soubor dat byly nutné jisté základní úpravy. Nejprve byl poměr délky oblaku k délce místnosti l/L nahrazen poměrem objemu oblaku k objemu místnosti nebo nádoby Vcl./V. Pro experimentální data, pro která byl vztah číslo 9 odvozen, to bylo ekvivalentní. Také byl poměr absolutní teploty zplodin k teplotě iniciační Tf/Ti nahrazen expanzním faktorem E, jehož výhodou je kromě toho, že je často publikován také to, že v sobě zahrnuje i změnu počtu molů při reakci, což původní vztah zanedbával. Už v původním vztahu bylo uvažováno o použití na různé směsi plynu, proto se v exponentu objevuje poměr SCH4/S0. Upravený vztah tedy vypadá takto:
589
pmax kde Av Ax,v CD E KE Ki Vcl V pmax pi S0 SCH4
⎡ C ⋅ A V K ⋅S ⎤ ⎡ ⎧ − ⎢ D v ⋅ ⋅ E CH 4 ⎥ ⎫ ⎤ V ⎪ ⋅ A V S K ⎢ x , v cl 0 i cl ⎣ ⎦⎥ ⎪ ⎥ = pi ⋅ ⎢1 + ⎨(E − 1)⋅ ⋅ e ⎬⎥ ⎢ ⎪ V ⎪⎭⎦ ⎣ ⎩
(10)
plocha ventilu [m2], plocha stěny s ventilem [m2], výtokový koeficient, (0,81), expansní koeficient, empirická konstanta (5,118), koeficient iniciace (1 na stěně protilehlé ventilu, 0,75 ve středu oblaku), objem oblaku plynu [m3], objem nádoby [m3], maximální absolutní tlak v nádobě [Pa], absolutní tlak v nádobě v době iniciace [Pa], laminární rychlost hoření směsi v nádobě [m/s], laminární rychlost hoření směsi methan vzduch [0,45 m/s].
Na základě předběžných výsledků pro mnohem rozsáhlejší experimentální i simulovaná data bylo nutné zvýšit vliv zaplnění objemu výbušnou směsí. Tento vliv by upravil chování vztahů pro simulovaná data. Výsledkem této snahy o zvětšení vlivu zaplnění na celkový přetlak byl vztah: ⎡ C ⋅ A K ⋅S 2⋅V ⎤ ⎫ ⎤ ⎡ ⎧ − ⎢ D v ⋅ E CH 4 + ⎥ V ⎪ ⎪ ⋅ A S K V pmax = pi ⋅ ⎢1 + ⎨(E − 1)⋅ cl ⋅ e ⎣⎢ x ,v 0 i cl ⎦⎥ ⎬⎥ (11) ⎢ ⎪ ⎥ V ⎪⎭⎦ ⎣ ⎩ Další snahou bylo zahrnout do vztahu i váhu ventilačního panelu, která bezesporu ovlivňuje celkový přetlak v nádobě také. A také zahrnout tlak na otevření ventilu. Výsledkem je vztah:
pmax
⎡ C ⋅ A K ⋅S 2⋅V 0,05⋅ Av ⋅w 0,2⋅ pv ⎤ ⎫ ⎤ ⎡ ⎧ − ⎢ D v ⋅ E CH 4 + − − ⎥ V ⎪ ⋅ A S K V V pi ⎥⎦ ⎪ ⎥ ⎢ = pi ⋅ ⎢1 + ⎨(E − 1)⋅ cl ⋅ e ⎣ x ,v 0 i cl ⎬⎥ ⎢ ⎪ V ⎪⎭⎦ ⎣ ⎩
(12)
Nedostatkem vztahu číslo 12 je jeho tvar, kde není exponent bezrozměrný a pro správnost by musela mít konstanta 0,05 jednotku [m3/kg]. Snaha o odstranění tohoto nedostatku vedla ke vztahu, kde exponent je znovu bezrozměrný. pmax
2/3 ⎡⎛ ⎤ ⎡ ⎧ C ⋅ A ⎞ K ⋅S 2⋅V 0,05⋅ g ⋅ Av2/3 ⋅w 0,5⋅ pv ⎥ ⎫ ⎤ − ⎢⎜ D v ⎟ ⋅ E CH 4 + − − 2/3 ⎜ ⎟ ⎢ ⎥ S0 ⋅ K i Vcl pi V ⋅ pv ⎢ ⎪ ⎥ V ⎝ Ax ,v ⎠ ⎦⎪ = pi ⋅ ⎢1 + ⎨(E − 1)⋅ cl ⋅ e ⎣ ⎬⎥ V ⎪⎥ ⎢ ⎪ ⎭⎦ ⎣ ⎩
590
(13)
Vztahy 12 a 13 mají sice bezrozměrný exponent, ale nelze zaručit, že hodnota exponentu bude záporná a tudíž bude faktor poskytovat výsledky v rozmezí 0 - 1. Toto byl hlavní předpoklad vedoucí k použití takovéhoto tvaru faktoru. Způsob porovnání Nejprve byl hledán vhodný způsob jak porovnat mezi sebou publikované vztahy. Z výsledků uvedených v publikacích (Sustek 2007a, b, 2008) se jako nejlepší řešení jeví porovnávání hodnot poměru přetlaku vypočteného k přetlaku experimentálnímu. Pro porovnávání byly vybrány jen ty jednodušší metody, které poskytovaly hodnoty přetlaku přímo. Z výsledků je také patrné, že žádný vztah neposkytuje pro všechny experimentální data dostatečně přesné předpovědi. Výsledky poskytované pro jednotlivé vztahy byly hodnoceny i z hlediska toho, zda poskytují hodnoty nadhodnocené nebo podhodnocené. Nadhodnocené výsledky poskytují vztahy, které jsou na bezpečné straně. To znamená, že pokud bude přetlak v nádobě vypočten podle nich, měla by vyjít hodnota vyšší, než skutečně v nádobě během ventilovaného výbuchu bude dosažena. Avšak to má za následek, že je nádoba buď nadbytečně odolná a tudíž nákladná, nebo tlak na otevření ventilu je příliš nízký a ventil zafunguje i při nehavarijní situaci a může vést k zbytečné odstávce zařízení. Na druhou stranu hodnoty podhodnocené mohou vést k podcenění nebezpečí, k nedostatečnému návrhu ventilační plochy a při havarijní situaci může dojít k jejich roztržení a rozletu střepin a úlomků. Proto byly podhodnocené hodnoty považovány za významnější. Pro kombinace methan ve válcové nádobě bylo vybráno pro srovnání několik nejlepších vztahů na základě porovnání průměrné hodnoty, minimální hodnoty, maximální hodnoty a rozpětí, ve kterém poskytuje výsledky. Byl zvolen konzervativní přístup, kdy byly lépe hodnoceny vztahy mírně nadhodnocující výsledky než výsledky ve stejném rozmezí, ale podhodnocené. Vztahy jsou hodnoceny na základě poměru vypočteného přetlaku k přetlaku experimentálnímu. Pro vyšší objektivitu hodnocení byl navržen způsob založený na bodování výsledků podle jeho hodnoty. Bodovány byly průměr, minimální hodnota a maximální hodnota. Kategorií bylo deset a bodové hodnocení od nuly do pěti podle následující tabulky. Maximální možný bodový zisk byl 15. Tabulka 1 Bodovací tabulka pro hodnocení vztahů. Hodnota poměru
<0,1 0,1- 0,3- 0,5- 1,0- 2,5- 5,0- 10 - 200,3 0,5 1,0 2,5 5,0 10 20 50
>50
Body
1
0
2
3
4
5
591
4
3
2
1
Při shodnosti bodů byla nejdříve porovnávána hodnota průměru, poté hodnota minima a nakonec hodnota maxima. Při velkém rozdílu mezi bodovými hodnotami průměru a maxima (např. 5-1-3) byl lépe hodnocen vztah s vyrovnanější bilancí (např. 4-3-2). Experimentální data Pro porovnání byla čerpána data zejména z prací Hochst (1998), Zalosh (1979), Janovský (2006), Podstawka (2001) a jak již bylo zmíněno velká část dat pro nekompletní zaplnění je výsledkem simulací v AutoReaGas, která v současné době ještě nejsou publikována. Výsledky Methan - válec Pro válcovou nádobu bylo nalezeno mnoho různých experimentů v objemech v rozmezí 0,95 m3 až 49,0 m3. Z těchto dat byly vybrány pouze série pro objemy větší než 10 m3.
Graf 1 Methan ve válcové nádobě objem nad 10 m3. Pro objemy nad 10 m3 poskytují nejlepší výsledky vztah číslo 3 podle Rasbashe a upravený vztah číslo 13 podle Janovského a Šustka. Následují vztahy číslo 2 podle Cubbage a Simmondse a upravené vztahy číslo 11 a 12 podle Janovského a Šustka. Tabulka 2 Výsledky pro methan ve válcových nádobách. Pořadí
Objem nad 10 m3
1
3, 13 (12b)
2
2, 11, 12 (11b)
592
Methan - válec nekompletní zaplnění Data pro nekompletní zaplnění byla brána jako zvláštní skupina, aby neovlivnila výsledky vztahů, které je neberou v potaz. Jde o sérii experimentů publikovanou Janovským (Janovsky, 2006) a výsledky rozsáhlé série 200 simulací pro nekompletní zaplnění. Objem nádoby byl 58 m3 a zaplnění prostoru směsi se měnilo od 10 do 100%. Proto bylo očekáváno, že pro nekompletní zaplnění budou výsledky poskytované ostatními vztahy výsledky nadhodnocovat až desetinásobně, což se pro většinu vztahů potvrdilo.
Graf 2 Methan ve válcové nádobě nekompletní zaplnění. Pro tato data poskytuje nejlepší výsledky vztah číslo 3 a 7 oba podle Rasbashe. dále upravené vztahy 11, 12 a 13 podle Janovského a Šustka. Pro experimentální data (rozmezí 1 - 27) poskytují vztahy často několikasetnásobné nadhodnocení. Nadhodnocení bylo očekáváno, ale v řádech desítek nikoli stovek. Původní vztah číslo 9 určený pro nekompletní zaplnění odvozený na základě experimentů publikovaných Janovským pro simulovaná data poskytoval mnohdy o několik řádů podhodnocené výsledky, což je nejspíše úzkým rozsahem experimentálních dat, pro která byl odvozen, a proto není ani uveden. Ovšem upravené vztahy 11, 12 a 13 poskytovaly výsledky celkem dobré. Tabulka 3 Výsledky pro methan v nekompletně zaplněné válcové nádobě. Pořadí 1
3, 7 (9b)
2
12 (9b)
3
11, 13 (9b)
593
Závěr Porovnáním jednoduchých výpočtových vztahů pro návrh ventilační plochy pro odlehčení ventilovaného výbuchu methanu, se jako nejvhodnější pro kombinaci methanu a válcové nádoby zdá být vztah 3 podle Rasbashe. Výsledky pro nekompletní zaplnění potvrzují, že omezený soubor experimentálních dat nestačí pro dobré porovnání. Soubor experimentálních dat by bylo třeba rozšířit pro prozkoumání všech vlivů, které ovlivňují výsledný přetlak v nádobě. Toho bylo částečně dosaženo pomocí simulací v CFD kódu AutoReaGas. Tyto simulace poskytly výsledky pro měnící se objem oblaku, velikost ventilačního panelu, odolnost ventilačního panelu a pozici iniciace. I přes rozsáhlý soubor simulací, stále existuje mnoho faktorů ovlivňujících výsledný přetlak, které by měly být prozkoumány pro správný výběr nebo návrh výpočtového vztahu, řešícího návrh ventilační plochy při nekompletně zaplněném objemu nádoby. Ze současně dostupných dat opět poskytuje nejlepší výsledky vztah 3 podle Rasbashe. Literatura [1] CUBBAGE, P. A. - SIMMONDS, W. A.: Trans. I. Gas. Eng. 105, 470 (1955) [2] HOCHST, S., LEUCKEL, W.; On the effect of venting large vessels with mass inert panels, Journal of Loss Prevention in process industries, 11 (1998), str. 89-97 [3] JANOVSKY, B., SELESOVSKY, P., HORKEL, J., VEJS, L.: Vented confined explosions in Stramberk experimental mine and AutoReaGas simulation. J. Loss Prevention in the Process Industries, Vol. 19, pp. 280 – 287, (2006). [4] PODSTAWKA, T.et al.: „Modelování účinků tlakových polí při výbuších plynů v uzavřených objektech na stavební konstrukce – I. etapa“; Sborník Mezinárodní konference Požární ochrana 2001, str. 333, 2001 [5] RASBASH, D. J. - DRYSDALE, D. D. - KEMP, D.: Symposium on Process Industry Hazards, I. Chem. E. Symposium Series No.47, (1976), str. 145. [6] RASBASH, D. J.: The Structural Engineer 47, 404 (1969), J. Inst. Heating Vent. Eng. 37, 142 (1969), Fire Research Station, Boreham Wood, Fire Research Note No.759, 1969. [7] SIMMONDS, W. A. - CUBBAGE, P. A.: First Symposium on Chemical Process Hazards, I. Chem. E., (1960), str. 69 [8] SUSTEK, J., JANOVSKY, B. and VEJS, L.: Could be the simple methods of overpressure calculation during vented gas explosion universally used for various conditions?, NTREM 2008, April, (2008), Pardubice, str. 351-364, ISBN: 978-80-7395-066-8 [9] SUSTEK, J., JANOVSKY, B. a VEJS, L.: Porovnání vhodných metod predikce maximálních přetlaků a výpočtů ventilačních ploch různými metodami při výbuchu plynů. Sborník mezinárodní konference „Požární ochrana 2007“, Ostrava (2007) str. 619-630 594
[10] SUSTEK, J., JANOVSKY, B. and VEJS, L.: Comparison of simple semiempirical methods of overpressure calculation during vented gas explosion COM-MAT-TECH 2007, Trnava; Slovakia (2007) str. 349-357 [11] SUSTEK J., ”Výpočet maximálního přetlaku při ventilovaném výbuchu plynu ve 3D geometrii.” , Diplomová práce, Pardubice, KTTV (2006) [12] ZALOSH, R. G.: Gas explosion tests in room-size vented enclosures, Loss Prevention 13, 98 (1979)
595
Minerálna vlna z hľadiska reakcie na oheň Ing. Ľudmila Tereňová, PhD. Katedra protipožiarnej ochrany DF TU vo Zvolene, T. G. Masaryka 24 960 53 Zvolen, E-mail: [email protected] Abstrakt Príspevok sa zaoberá skúšaním reakcie na oheň materiálov na báze minerálnej vlny a poukazuje na rozdielnosť výsledkov zistených hodnotiacich kritérií pri skúške spalného tepla a skúške nehorľavosti pre konkrétne druhy stavebných výrobkov z minerálnej vlny a skúma ich závislosť od objemovej hmotnosti. Kľúčové slová minerálna vlna, objemová hmotnosť, reakcia na oheň, spalné teplo, nehorľavosť Úvod V súčasnosti je na trhu široké spektrum tepelnoizolačných materiálov a výrobkov. Ich vhodným výberom môžeme prispieť ku zlepšeniu tepelnoizolačných vlastností stavebných konštrukcií a tým k zníženiu tepelných strát budovy. Použitím vhodného tepelnoizolačného materiálu môžeme prispieť nielen k lepším tepelnoizolačným parametrom konštrukcie, ale aj k zvýšeniu požiarnej odolnosti konštrukcie a tým i k celkovej protipožiarnej bezpečnosti budovy. Vhodným tepelnoizolačným materiálom sa v tomto prípade rozumie materiál s dobrými vlastnosťami z hľadiska reakcie na oheň, k akým nepochybne patrí minerálna vlna. Materiály sa z hľadiska reakcie na oheň zaraďujú do siedmych tried A1 až F, v zmysle STN EN 13 501-1 [5] a to na základe touto normou stanovených skúšobných metód. Skúška nehorľavosti a spalného tepla sa využíva pre výrobky, ktoré neprispievajú alebo významne neprispievajú k rozvoju požiaru, to znamená pre zaradenie do tried A1 a A2. V príspevku sú vyhodnotené výsledky zo skúšky stanovenia spalného tepla a skúšky nehorľavosti stavebných výrobkov na báze minerálnej vlny a hlavne je skúmaná závislosť výsledkov skúšok od zloženia, konkrétne od objemovej hmotnosti testovaných výrobkov. Experimentálna časť Skúšky stanovenia spalného tepla a nehorľavosti boli uskutočnené v akreditovanej skúšobni na posudzovanie výrobkov, ktorá je súčasťou Požiarnotechnického a expertízneho ústavu Ministerstva vnútra Slovenskej republiky v Bratislave. Testované boli tri druhy výrobkov na báze minerálnej vlny – NOBASIL MPN, NOBASIL SPE a NOBASIL FKL od firmy Knaufinsulation v Novej Bani. 596
Charakteristika testovaných výrobkov Pri výrobe minerálnej vlny je spojivom neutrálny vodný roztok fenolformaldehydového rezolu. Na dosiahnutie hydrofobity výsledného výrobku sa v spojive navyše disperguje silikónový olej s prísadou silanu. Hoci výrobky sú upravené tak, aby boli nenasiakavé (resp. ťažko nasiakavé), prepúšťajú vodné pary. Faktor difúzneho odporu sa pohybuje v jednotkách (typická hodnota je μ≅2). Obsah organických látok (vytvrdeného spojiva) vo finálnom výrobku závisí od požadovanej tuhosti výrobkov a pohybuje sa od 3 do 8 % hmotnosti. Od obsahu organických látok závisí aj horľavosť a nasiakavosť [3]. Tuhosť vyrábaných izolačných dosiek možno zvýšiť pomocou lamelovania. Na konci výrobnej linky sa dosky rozrežú na asi 100 mm široké pásy (lamely), ktoré sa otočia o 90° a nalepia na spoločnú podložku. Tým sa stlačiteľnosť výrobkov v porovnaní s pôvodným stavom zníži asi o 30 %. Izolačné dosky sa môžu upravovať kašírovaním, t.j. nalepením fólie, sklenenej tkaniny alebo tenkého hliníkového plechu [3]. Doska NOBASIL MPN sa vyrába z čadičových vlákien, ktoré sú spájané živicou. Je v celom priereze hydrofobizovaná. Je určená na tepelnú, zvukovú a protipožiarnu izoláciu stavebných konštrukcií a priemyselných zariadení, v ktorých izolácia nie je namáhaná tlakom, napr. izolácia šikmých striech, stropov a iných konštrukcií bez statického zaťaženia. Nie je určená do prostredia s otrasmi a chvením. Je možné použiť ju ako izoláciu do roštových podláh. Doska NOBASIL MPN je hygienicky vyhovujúca na zabudovanie v interiéri. Je vhodná pre vodorovné a šikmé konštrukcie. Vyrába sa v hrúbkach 40, 50, 60, 80, 100, 120, 140, 150, 160, 180 a 200 mm v balíkoch s PE fóliou. Šírka dosky je 600, dĺžka dosky 1000 mm. Súčiniteľ tepelnej vodivosti je 0,039 W.m-1.K-1. Doska NOBASIL SPE sa vyrába z minerálnej vlny spájanej umelou živicou. Je v celom priereze hydrofobizovaná. Je určená na tepelnú, zvukovú a protipožiarnu izoláciu plochých jednoplášťových nepochôdznych striech so spádovaným podkladom a mechanickým kotvením do únosných stropných konštrukcií, ako aj na trapézové plechy. Dosky od hrúbky 60 mm je možné použiť aj do pochôdznych a staticky namáhaných plochých striech. Na vytvorenie spádovej vrstvy strechy je možné vyrobiť spádované dosky NOBASIL SPE ako atypické výrobky, vyrába sa v hrúbkach 40, 50, 60, 80, 100, 120, 140 a 160 mm v balíkoch s PE fóliou. Šírka dosky je 600 alebo 1000, dĺžka dosky 1000 mm. Súčiniteľ tepelnej vodivosti je 0,038 W. m -1.K-1. Fasádna lamela NOBASIL FKL sa vyrába z dosky NOBASIL, ktorá sa píli na lamelu s kolmo orientovaným vláknom. Vyznačuje sa zvýšenou hydrofobizáciou. Je určená na tepelnú, zvukovú a protipožiarnu izoláciu fasád z exteriérovej strany s vonkajšou povrchovou úpravou – omietkou. Je hygienicky vyhovujúca, vhodná pre kontaktné zateplenie obvodových stien. Vyrába v hrúbkach 40-200 mm v balíkoch s PE fóliou. Šírka lamely je 200, dĺžka lamely 1000 mm [8].
597
Princíp skúšky spalného tepla Skúška spalného tepla sa vykonáva podľa STN EN ISO 1716: 2003 Skúšky reakcie stavebných výrobkov na oheň. Stanovenie spalného tepla [7]. Pomocou tejto skúšky sa zisťuje najväčšia možná hodnota celkovho uvoľneného tepla výrobkom pri jeho úplnom zhorení bez ohľadu na jeho konečné používanie. Keďže sa skúšali výrobky z kamennej vlny, v našom prípade sa jednalo o skúšanie a stanovenie spalného tepla homogénneho výrobku. Skúšky stanovenia spalného tepla sa vykonávajú na kalorimetri IKA C5000 (obr. 1), ktorý pozostáva z plášťa, veka plášťa, kalorimetrickej nádoby, kalorimetrickej bomby, miešadla, teplomeru a zapaľovacieho vodiča. Namerané hodnoty sú následne prepočítané podľa požiadaviek normy pre homogénne alebo nehomogénne výrobky. Princíp skúšky stanovenia spalného tepla spočíva v spálení 0,5 g rozomletej vzorky spolu s 0,5 g kyseliny benzoovej, ktorá sa používa na dokonalejšie spálenie vzorky vzhľadom na to, že sa často skúšajú materiály, ktoré by za normálnych okolností neboli ani čiastočne spálené. Kalorimeter IKA C5000 je prepojený s váhami a navážené množstvo vzorky si ukladá do pamäte pre neskoršie automatické prepočty. Z dôvodu, že celý priebeh spaľovania vzorky v kalorimetrickej bombe v pretlaku 3 MPa kyslíka je vykonávaný automaticky a prístroj je každé dva mesiace kalibrovaný s veľkou presnosťou, znižuje sa riziko nepresností a chýb pri výpočtoch, ktoré sa vyskytujú pri zastaranejších prístrojoch. Priebeh spaľovania vzorky možno sledovať počas merania na displeji zariadenia, ktorý zobrazuje graf závislosti vzostupu teploty v stupňoch Kelvinu od času spaľovania [2].
Obr. 1 Kalorimeter IKA C5000 – Kalorimetrická bomba pripravená na začatie merania [1] Po ukončení merania sa zobrazí na displeji spolu s grafom aj hodnota spalného tepla v Jouloch na gram (obr. 2). Uvedená hodnota sa následne prepočíta tak, že sa odráta hodnota spalného tepla kyseliny benzoovej použitej na spálenie vzorky a hodnota spalného tepla zapaľovacej bavlnky deklarovaná výrobcom ako 50 J na jedno vlákno. Pre jednotlivú skúšobnú vzorku materiálu sa hodnotia tri skúšobné vzorky. Pokiaľ rozptyl jednotlivých hodnôt vyhovuje kritériám uvedeným v tab. 1, je skúška platná a spalné teplo je priemernou hodnotou z týchto troch jednotlivých hodnôt. 598
V prípade, ak namerané výsledky zodpovedajú hodnotám na zatriedenie do triedy reakcie na oheň A1, dodatočne sa vykoná aj skúška podľa STN EN ISO 1182:2003 [6], ktorá potvrdí alebo vyvráti oprávnenosť zaradenia materiálu do triedy reakcie na oheň A1.
Obr. 2 Graf a hodnota spalného tepla po ukončení merania [1] Tab. 1 Kritériá na platnosť výsledkov skúšky spalného tepla [5]
platí pre nevýznamné prvky (v zmysle STN EN ISO 1716: 2003 sa v našom prípade jedná o významné prvky) (a)
Princíp skúšky nehorľavosti Skúška nehorľavosti sa vykonáva na skúšobnom zariadení (obr. 3), ktoré pozostáva z pece, ktorej hlavnou časťou je žiaruvzdorná rúra ovinutá ohrievacou cievkou a je uzavretá v izolačnom oplášťovaní. Na spodku pece je namontovaný kužeľovitý stabilizátor prúdenia vzduchu a na vrchu clona proti prúdiacemu vzduchu. Pec je inštalovaná na stojane a je vybavená držiakom vzorky a zariadením na zasúvanie držiaka vzorky do rúry pece. Pred začatím skúšky nehorľavosti je potrebné pripraviť skúšobné vzorky. Skúšobné vzorky musia byť valcovité, každá musí mať priemer 45 mm a výšku 50 mm. Skúša sa päť vzoriek, pričom hmotnosť každej vzorky sa pred skúškou musí určiť s presnosťou 0,01 g. Na obr. 3 je znázornená skúšobná vzorka pripravená na začatie skúšky nehorľavosti.
599
Obr. 3 Skúšobná vzorka pripravená na začatie skúšky nehorľavosti [1] Okrem prípravy vzoriek je pred skúškou potrebné stabilizovať pec, v ktorej sa skúška nehorľavosti vykonáva. Príkon pece sa nastaví tak, aby sa priemerná hodnota pece indikovaná termočlánkom v peci stabilizovala najmenej počas 10 minút na hodnote 750 °C ± 5 °C. Drift nesmie byť väčší ako 2 °C počas 10 minút a maximálna odchýlka od priemernej teploty nesmie byť väčšia ako 10 °C počas 10 minút. Teplota sa kontinuálne zaznamenáva. Princíp skúšky spočíva v tom, že vzorka materiálu sa 30 alebo 60 minút zahrieva v peci pri teplote 750 °C, pričom sa registrujú teploty na povrchu a vo vnútri vzorky. Zaznamenáva sa čas horenia vzorky. Po ukončení skúšky sa určuje hmotnostný úbytok každej vzorky, rozdiel maximálnej teploty pece a ustálenej teploty pece, rozdiel maximálnej teploty na povrchu vzorky a ustálenej teploty pece, čas trvania horenia vzorky [6]. Obr. 4 znázorňuje skúšobnú vzorku po vykonaní skúšky.
Obr. 4 Skúšobná vzorka po ukončení skúšky nehorľavosti [1] Výsledky a diskusia Zaradenie do tried reakcie na oheň Výsledné hodnoty spalného tepla skúšobných vzoriek Nobasilu MPN, SPE a FKL sú znázornené na obr. 5. Vzorky FKL a SPE zaznamenali vyššie spalné teplo.
600
Obr. 5 Výsledné hodnoty spalného tepla Výsledné hodnoty úbytku hmotnosti skúšobných vzoriek Nobasilu MPN, SPE a FKL sú znázornené na obr. 6. Výsledné hodnoty zvýšenia teploty skúšobných vzoriek Nobasilu MPN, SPE a FKL sú znázornené na obr. 7. Vyššie úbytky hmotnosti a rastu teploty logicky zaznamenali vzorky FKL a SPE vďaka vyššiemu podielu organických látok (vytvrdeného spojiva), ktoré zvyšujú horľavosť materiálu.
Obr. 6 Výsledné hodnoty úbytku hmotnosti
Obr. 7 Výsledné hodnoty zvýšenia teploty
601
Na základe výsledkov skúšky stanovenia spalného tepla a skúšky nehorľavosti môžeme výrobky NOBASIL MPN, SPE a FKL zaradiť do triedy reakcie na oheň A1, pretože spĺňajú podmienky, uvedené v tab. 2. Tab. 2 Podmienky pre zaradenie skúšaných výrobkov do triedy reakcie na oheň A1 [5]
Závislosť výsledkov spalného tepla a nehorľavosti od objemovej hmotnosti Hodnoty objemovej hmotnosti skúšobných vzoriek Nobasilu MPN, SPE a FKL sú uvedené v tab. 3. Tab. 3 Hodnoty objemovej hmotnosti skúšobných vzoriek
Závislosť výsledkov skúšky stanovenia spalného tepla a skúšky nehorľavosti (t.j. úbytku hmotnosti a zvýšenia teploty) od objemovej hmotnosti boli skúmané na základe podnetu z firmy Knaufinsulation, ktorá nám poskytla informácie, že medzi uvedenými hodnotami je závislosť, t. j. čím väčšia je objemová hmotnosť, tým vyššie sú hodnoty spalného tepla, a podobne aj hodnoty úbytku hmotnosti a zvýšenia teploty pri skúške nehorľavosti. Firma Knaufinsulation nám poskytla aj hodnoty objemovej hmotnosti skúšobných vzoriek NOBASILU MPN, SPE a FKL. Z obr. 8 až 10 je však zrejmé, že táto závislosť sa celkovo nepotvrdila, pretože sa preukázala len závislosť hodnôt zvýšenia teploty od objemovej hmotnosti pri skúške nehorľavosti, čo pre dané tvrdenie nie je postačujúce.
602
Obr. 8 Závislosť spalného tepla od objemovej hmotnosti
Obr. 9 Závislosť úbytku hmotnosti od objemovej hmotnosti
Obr. 10 Závislosť zvýšenia teploty od objemovej hmotnosti Záver Na základe výsledkov skúšky stanovenia spalného tepla a skúšky nehorľavosti môžeme výrobky NOBASIL MPN, SPE a FKL zaradiť do triedy reakcie na oheň A1, čím sa vlastne potvrdzuje ich zaradenie do A1 bez skúšania podľa prílohy č. 2, Vyhl. 603
MV RR č. 119/2006 Z.z. [4]. Skúšky musia byť vykonané pre potreby výrobcov a stavebných firiem za účelom vydania protokolu o klasifikácii. Na základe získaných výsledkov skúšok sme ďalej skúmali, či hodnoty spalného tepla, úbytku na hmotnosti a zvýšenia teploty závisia od objemovej hmotnosti testovaného výrobku z minerálnej vlny. Táto závislosť sa však nepotvrdila, pretože z troch skúšaných veličín sa preukázala len závislosť zvýšenia teploty od hodnôt objemovej hmotnosti. Vzorka SPE teda zaznamenala najvyšší rast teploty, vzhľadom na najvyššiu hodnotu objemovej hmotnosti 170 kg.m-3. Získané výsledky vedú k záveru, že nie je minerálna vlna ako minerálna vlna a správnu voľbu konkrétneho výrobku na báze minerálnej vlny do konštrukcie, ktorá v stavbe plní určitú funkciu, je potrebné dôkladne zvážiť. Pretože aj keď trieda reakcie na oheň minerálnej vlny je rovnaká, je rozdiel, či má v konštrukcii plniť hlavne tepelnoizolačnú alebo protipožiarnu funkciu, alebo obidve tieto funkcie súčasne a tiež je rozdiel, či bude zabudovaná v staticky namáhanej alebo nenamáhanej konštrukcii, o čom svedčia rozdielne výsledky nameraných hodnotiacich kritérií pre reakciu na oheň troch výrobkov z minerálnej vlny, ktoré sa odlišujú objemovou hmotnosťou a zároveň účelom použitia v konštrukcii. Použitá literatúra [1] DROZDÍKOVÁ, J.: Posúdenie tepelnoizolačného materiálu z hľadiska reakcie na oheň. Diplomová práca. Zvolen : TU vo Zvolene, 2008. 70 s. [2] ORÉMUSOVÁ, E.: Spalné teplo a klasifikácia tried reakcie na oheň pre stavebné materiály. ARPOS č. 16-17 2004. Asociácia rozvoja požiarnej ochrany Slovenska. Bratislava : 2004. s. 10-13. ISSN 1335-5910 [3] SVOBODA, Ľ.: Stavebné materiály. Bratislava : Jaga, 2005. 471 s. ISBN 808076-014-4 [4] Vyhláška MVRR SR č. 119/2006 Z.z., ktorou sa mení a dopĺňa vyhláška MVRR SR č. 158/2004 Z.z., ktorou sa ustanovujú skupiny stavebných výrobkov s určenými systémami preukazovania zhody a podrobnosti o používaní značiek zhody [5] STN EN 13501-1: 2007: Klasifikácia požiarnych charakteristík stavebných výrobkov a prvkov stavieb. Časť 1: Klasifikácia využívajúca údaje zo skúšok reakcie na oheň [6] STN EN ISO 1182: 2003: Skúšky reakcie stavebných výrobkov na oheň. Skúška nehorľavosti [7] STN EN ISO 1716: 2003: Skúšky reakcie stavebných výrobkov na oheň. Stanovenie spalného tepla [8] http://www.knaufinsulation.sk zo dňa 14.3.2008 Poďakovanie Príspevok vznikol za podpory grantovej úlohy VEGA 1/0436/09 604
15 let IZS – hledání modelu spolupráce záchranných složek a veřejné správy. Ing. Evžen Tošenovský Evropský parlament, Brusel Rok 1989 přinesl ohromné změny v celé naší společnosti, které se dotkly mnoha oblastí života a pochopitelně silně ovlivnily vývoj i civilních bezpečnostních systémů. Stejně tak jako si již málokdo vzpomene na způsob života před rokem 89 se sháněním čehokoliv, tak i v záchranných systémech se staly samozřejmostí skutečnosti, které pro nás byly tehdy spíše věcí představ a nápadů – jak by to mohlo vypadat. Mnohé z nich se ukázaly jako reálné a staly se skutečně po mnoha letech normální součástí práce záchranných složek, jiné se ukázaly buď jako scestné a nebo se je nepodařilo z různých důvodů prosadit. Ve svém příspěvku si dovolím trochu zavzpomínat na vývoj, jakým prošel IZS za posledních více než 15 let. Co se z našich tehdejších představ naplnilo a co naopak život zcela posunul jiným směrem. Pokusím se popsat, proč se některé projekty nepodařilo prosadit, i když byly argumentačně podloženy, ale přesto byly potlačeny. V závěru se pokusím o zhodnocení současného stavu, zda se potvrdily naše představy ze začátku 90 let s tím jak skutečně je důležitá úzká spolupráce vysoce profesionálních záchranných složek s veřejnou správou. Vím, že je to určitá troufalost, ale dovolím si tento pohled jako člověk, který měl tu obrovskou příležitost zažít celé toto období v různých pozicích. Pro mne osobně bylo právě budování IZS příležitostí velkého tříbení názorů na fungování veřejné správy, kde IZS zaujímá významnější pozici, než si mnozí politici připouštějí. Troufám si i tvrdit, že bohužel zdaleka není plně pochopena důležitost funkční provázanosti IZS a veřejné správy. Mé první faktické aktivní zapojení do příprav tehdejší tvorby IZS začalo zhruba v roce 1992, kdy jsem byl primátorem města Ostravy jmenován hlavním koordinátorem výstavby Centra tísňového volání v Ostravě. V té době probíhalo výběrové řízení na dodavatele systému a vznikal celý koncept fungování společného operačního střediska v Ostravě. Následně jsem se stal v roce 1993 primátorem města Ostravy, a s tím jsem převzal i plnou zodpovědnost za celou přípravu systému. Jako primátor města jsem v roce 1997 při povodních měl možnost ostrého testu vytvořeného systému. Tato zkouška systému byla pro mne o to složitější, protože jsem si uvědomoval i větší míru zodpovědnosti jako jeden z tvůrců systému. Několikrát jsme si s kolegy při dramatických chvílích říkali, že nás popraví nadvakrát, pokud to nezvládneme. poprvé za případná chybná rozhodnutí a podruhé za chyby systému, který jsme vytvořili. Naštěstí k výraznějším chybám nedošlo a systém vydržel. My jsme si také ověřili, co jsme neodhadli a co je třeba změnit, protože cvičení v „míru“ to nemohlo odhalit. Tyto zkušenosti popíší následně, protože byly skutečně zásadní pro další vývoj IZS. V roce 2000 jsem se stal hejtmanem kraje a měl jsem možnost se podílet na legislativních úpravách krizového řízení, kde se hlavně odrážely 605
zkušenosti z „Českých“ povodní z roku 2002. Tento stručný přehled uvádím jen pro dokreslení toho, jak jsem měl sám možnost ovlivňovat, či účastnit se vzniku a vývoje IZS v České republice. Proto si v této práci dovolím i určitá hodnocení z pohledu časového vývoje a naplňování představ při budování IZS. Stejně tak si dovolím i na základě argumentů hodnotit některé směry či rozhodnutí, která dle mého názoru nebyla správná. Možná že již jen málokdo si vzpomene, jak byl na začátku devadesátých let nastaven civilní bezpečnostní systém. V té době byl nazýván „Civilní obranou“, i když měl základ v armádě a nositelem bylo Ministerstvo obrany. Jeho charakteristikou byla hlavně příprava na případnou třetí světovou válku, kde se počítalo s ochranou před důsledky atomového útoku. Samozřejmě celý systém byl velmi silným ideologickým nástrojem propagandy. Je zbytečné zde připomínat jak se mnohé věci staly národní „klauniádou“. Na jedné straně je faktem, že ne vše bylo scestné a mnohé technické prvky byly na vysoké úrovni. Na druhé straně se však projevilo, že právě obrovská ideologizace a totální hlouposti se staly velkým problémem při budování nového civilního bezpečnostního systému. Odpor běžných lidí na začátku devadesátých let a zároveň velká rezistence vysokých důstojníků armády v civilní obraně, znamenaly velké komplikace při prosazování IZS jako nového modelu civilní bezpečnosti. Troufám si tvrdit, že faktický zlom v myšlení lidí nastal teprve až po „Moravských“ povodních v roce 1997. Ještě v roce 1993, když jsem se stal primátorem, celou civilní obranu řídila armáda a většina materiálů ve veřejné správě v této oblasti měla ryze vojenský charakter a byla samozřejmě přísně tajná. Tehdejší zasedání bezpečnostní rady města se ještě tehdy neslo v duchu přípravy na válku a pouhého překreslení řešení následků při havárii nebezpečných provozů v běžném životě. Nikdy nezapomenu na schůzku u tehdejšího předsedy vlády pana Václava Klause, kdy jsme s kolegy hasiči přesvědčovali o nutnosti převést civilní obranu z ministerstva obrany pod ministerstvo vnitra. Sám ministr vnitra, i když plně chápal nezbytnost tohoto kroku, děsil se složitosti a šílených dopadů z tohoto rozhodnutí. Byl si velmi dobře vědom právě myšlenkového stereotypu důstojníků na obraně a švejkovského přístupu hluboce zakořeněného v lidech. Nechuť přenést mnohé zásadní činnosti pod řízení hasičů byla obrovská. Následné roky jen potvrdily naše obavy. Bohužel měly i dopad na některé kompromisy, které přežívají dodnes. To je například neustálé skryté soupeření o velení v celém systému, a s tím spojenou nechuť pochopit samu podstatu myšlenkového modelu IZS, kdy velení je dynamickou veličinou danou krizovou situací. Právě na počátku devadesátých let docházelo k formování nové filosofie civilního bezpečnostního systému. Měli jsme i skvělou možnost využít nejlepších zahraničních zkušeností. Díky tomu, že míra systémové integrace základních záchranných složek, tedy hlavně z hlediska jejich operačního řízení, je v Evropě různá, mohli jsme porovnávat klady a zápory. Stejně tak zkušenost ze Spojených států amerických, z úplně odlišného zvyklostního i sociologického prostředí. Doba let 91 až 97 kdy vznikaly základy IZS byla charakteristická velikým nadšením jednotlivců, kteří tvořili nové filosofické schéma. Na začátku devadesátých let tak vznikl model 606
IZS, jehož základ pochopitelně tvořily tři základní složky, tedy policie, hasiči a záchranná zdravotnická služba. K tomuto jádru se potom připojovaly další speciální služby. Při jednom z prvních jednání v Ostravě se tak sešlo asi 14 představitelů různých záchranářských organizací. Vysoká profesionalita a nadšení jednotlivých ředitelů, či velitelů byla ve spojení s nadšením pro novou myšlenku úžasná, a tak vznikl v Ostravě první podepsaný dokument těmito organizacemi o společném postupu, jak vytvořit provázaný systém. Vím, že v jiných krajích to bylo velmi různé a založeno na odlišných představách, a také v každém kraji byla motorem tvorby IZS jiná organizace. Někde to byla spíše silná pozice městské policie, někde hasiči a někde i filosofie postavená na modelu civilní obrany, což se ještě v budoucnu zvýraznilo vznikem krajů a představami hejtmanů. Proto vzniklo i několik modelů operačního řízení IZS. Bohužel ministerstvo vnitra v devadesátých letech, a následně i po vzniku krajů, neprosadilo jednoznačný model operačního řízení IZS, i když celý systém naštěstí ve svých základech funguje více méně jednotně. Při vzniku IZS se zároveň začal řešit právě i systém operačního řízení IZS. Tak jako byla shoda na samotných základech a nezbytnosti IZS jako takového, tak způsob operačního řízení byl a doposud je v jednotlivých krajích řešen různě. Hned na začátku vznikly zhruba dva modely. Dovolím si pro určité zjednodušení uvést dva představitele různých koncepcí. Jako představitele jednoho směru „pražský model“ postavený na struktuře dvou operačních středisek, a to střediska řešícího každodenní rutinní řízení zásahů složek IZS a vedle toho krizové centrum vstupující do hry při řešení velkých krizových situací. Představitelem druhého směru v určitém maximalistickém pojetí je „ostravský model“ jednoho operačního centra, které se při rozvoji krizové situaci pouze rozšiřuje kapacitně, ale neustále je stejným řídícím místem. Navíc u ostravského modelu dochází k maximalistické snaze o centralizaci dispečerských činností všech základních složek IZS. Mezi těmito dvěmi modely existuje v krajích více variací operačních středisek. Tyto rozdíly jsou dány různými vlivy právě vztahů představitelů veřejné správy a velitelů jednotlivých složek. Bohužel rozdílnost systémů řízení tak více vychází z osobních vazeb než nějakého myšlenkového či ideového základu. Tento fakt na jedné straně přináší často velmi dobré možnosti technického rozvoje jednotlivých systémů s nezbytnou finanční podporou samosprávy, na druhé straně jsou to právě velmi rozdílné řídicí systémy. Z krátkodobého pohledu se mnohým může zdát, že je to velmi dobrý směr, protože veřejná správa je tak díky dobrým osobním vztahům ochotna dofinancovat chybějící techniku. Na druhé straně jsem přesvědčen o tom, že se jedná o chybný a rizikový princip. Při zásadnějších změnách osob ve vedení samosprávy hrozí, že může docházet i příliš často ke změnám dlouhodobých koncepčních projektů. Dochází tak i ke změně „přízně“ k jednotlivým složkám IZS, které určitým způsobem dlouhodobě soupeří jednak o „přízeň“, či výsadnější postavení v rámci IZS. Toto se děje samozřejmě skrytě, i když o tom všichni vrcholoví představitelé složek IZS ví. Zde se pak platí veliká daň za neschopnost ministerstva vnitra devadesátých let 607
určit hlavní směr operačního řízení. Neustálý souboj o vlastní autonomii operačního řízení jednotlivých složek je nejen duševně vyčerpávající, ale finančně náročný. Při současném lobbyistickém tlaku dodavatelských firem mám obavu, že řešení pro ministerstvo bude do budoucna čím dál tím těžší. Znám sice názory, že přece nám IZS funguje a záchranáři si právem vysloužili díky profesionálním schopnostem a přístupu k několika posledním katastrofám zasloužené absolutorium. Na druhé straně míra celostátní nekoncepčnosti operačního řízení je do budoucna příliš veliká a může být hlavně neuvěřitelně nákladná. Stejně tak mnozí účastnici záchranných akcí vědí, že každá akce přináší vždy nové situace a čím více opakovatelných činností je rutinních, hlavně v operačním řízení, tím lépe. Rozsahem akce v krizovém řízení narůstá náročnost na operační řízení pro její zvládnutí. Rozdílnost krajských systémů se zvýrazňuje v případě nutnosti koordinace mezi kraji, pokud krize překračuje území kraje a může být vážnou komplikací pro řešení krizové situace. Operační řízení je při těchto situacích boje s časem zásadní a sami záchranáři vědí, kolik věcí ještě není samozřejmostí. Tím nijak nesnižuji obrovskou profesionalitu a schopnosti jednotlivců, právě naopak. Při zpětném pohledu člověka, který byl ať dobrovolně či méně dobrovolně účasten vytváření IZS a vazeb na okolí, jsem neustále utvrzován ve významu neustálého zvyšování právě procesu integrace jednotlivých organizací do celého systému. Když vznikal první koncept postavený na třech základních složkách tedy, hasičích, zdravotnické službě a policii byli jsme si vědomi, že je nutné připojovat další organizace. Proto jsme k tomuto jádru do dalších vrstev skládali organizace jako HBZS (báňská záchranná služba), horská služba, a podobně. Ale byly zahrnuty i organizace jako správci povodí, plynaři, energetika, a podobně. Tak jak povodně v roce 1997 prolomily negativní nastavení lidí a jejich psychologické bariery k civilní obraně, tak i v mnoha případech donutily k lepší spolupráci i okolní organizace. V roce 1997 bylo skoro nemožné získávat on-line informace z povodí, dnes je to samozřejmostí. Povodně v roce 1997 byly i integračním průlomem mezi jednotlivými složkami, které také do té doby některé prvky krizového řízení nechtěly přijmout. Stejně tak prosazení automatického zjištění čísla volajícího na linku tísňového volání v polovině 90. let vypadalo jako svatokrádežnictví proti demokracii. Dnes je zjištění čísla volajícího samozřejmostí a dokonce jedním z důležitých faktorů při různém typu záchranných akcí, kdy je třeba přesné lokalizace volajícího. Tyto zkušenosti uvádím jako obrovský nárůst významu IZS, který již zdaleka překročil „pouhé“ fungování při nehodách a haváriích, ale stává se skutečnou součástí veřejného života. Do IZS se tak začaly dostávat i činnosti, které v počátcích byly brány jako určitá možnost přídavných okrajových činností. Tak jak se na jedné straně komplikuje a zrychluje lidské společenství tak i na IZS přecházejí nebo lépe se do něj integrují další činnosti. IZS se stává samotnou součástí veřejné správy a dá se očekávat, že tento trend se bude jen prohlubovat. IZS ve větší míře začíná být úzce navázán na veškeré negativní projevy v životním prostředí počínaje přírodními katastrofami, přes technologické havárie a konče pomocí při náhlých projevech změn životního prostředí z různých důvodů. Proto do okruhu spolupracujících organizací vstupují české lesy, dopravní systémy, vědecká pracoviště vysokých škol, apod. 608
Rostoucí rozsah nezbytné angažovaností IZS vyvolává čím dál větší požadavky na mohutné zázemí informačních systémů. Propojenost a dostupnost dat ohromného rozsahu bude jen narůstat a bude ve větší míře prostupovat celou veřejnou správou. Když jsme na začátku devadesátých let tvořili koncept ostravského centra tísňového volání, řešili jsme dvojí problém. Jednak jaké máme omezení systémové, tedy možnosti technického rázu v přístupu k datům a za druhé, v jakém operačním prostoru se můžeme pohybovat, aniž by došlo k větší averzi k bezpečnostnímu systému. Tehdy skutečně bylo možné stavět operační středisko pouze v rozsahu města tak, abychom záměr vůbec uměli prosadit nejen z důvodů finančních, ale i případného odporu jiných měst. Zde bychom jednoznačně narazili na nechuť zasahování do výsostného území řízení jiného města. V té době omezení čistě technické nebylo až tak zásadní, i když problémy rádiového spojení a dostupnosti do nezbytných databází byly značné. Teritoriální vymezení, pro které bylo operační středisko určeno, bylo nezbytnou deklarací. Všichni, kteří se na tvorbě podíleli, si stejně uvědomovali, že systém pokrývá větší území. To jsme tiše zamlčovali a v různých krizových situacích využívali. Právě povodně v roce 1997 jasně ukázaly schopnost operativně zvládnut větší území. Musíme si uvědomit, že tento systém také vznikal v době ještě silné averze k bývalé civilní obraně. Teprve vznik krajů a předcházející velké krizové situace zvládané IZS, umožnily prosazení řízení IZS na rozumné rozloze velikosti krajů. Ukázalo se, že operační rozsah řízení velikosti města je malý, zvyšuje náročnost koordinace složek, zvyšuje náklady na materiální zabezpečení, a že i rozvoj informačních technologií takovýto rozsah umožňuje. Pokud se jedná o zkušenosti posledních 15-ti let IZS z pohledu srovnání funkčnosti IZS v kooperaci s veřejnou správou, tak právě dvě velké povodně v těchto letech sehrály významnou roli ve vývoji IZS jako součásti veřejné správy. Nehovořím o povodních letošního roku, protože ty jsou ještě příliš živé, abych si troufal hodnotit jejich dopad, a to i důvodů jejich specifičnosti. Pokud bych měl srovnat dopady povodní z roku 1997 a 2002, tak pro samotné IZS byly povodně 1997 průlomové, tak jak jsem již uvedl z důvodů obecně psychologických, ale po nich došlo k velké podpoře materiální a celkovému posílení povědomí o významu bezpečnostních systému. Troufám si říci, že se i prolomily bariery individualismu jednotlivých složek. Povodně 2002 byly trochu jiné, protože do hry více vstoupila média. Celodenní televizní přenosy trvající týden silně zpolitizovaly i do budoucna další vývoj v IZS. Troufám si říci, že se opět vrátilo ve větší míře soupeření mezi složkami, což se projevilo v komplikacích hledání jednotného modelu krajského operačního řízení. Z pohledu ostravského operačního střediska povodně roku 1997 ukázaly oprávněnost modelu nejen v tom, že na jednom sále slouží všechny hlavní složky IZS, ale i existenci jediného střediska, které z „normálního“ provozu plynule přechází do krizového řízení velké akce. Zkušenost těchto povodní ukázala i nedostatky, a to v podcenění technické podpory vrcholového řízení. Tam, kde operační řízení na nižším stupni mělo dostatečně mohutnou informační a komunikační podporu, celý systém byl schopen velmi dobře fungovat. Podceněna byla komunikace a hlavně informační podpora nejužšího řízení celé akce. Proto po 609
této zkušenosti došlo k velikým úpravám systému. Stejně tak se to zásadně odrazilo v přípravě projektu krajského centra, které se buduje. Povodně v roce 2002 hlavně napomohly v prosazení mnoha legislativních změn, a to v oblasti krizového řízení, odpovědnosti a pravomoci na jednotlivých stupních. Znamenaly hlavně myšlenkový posun na politické úrovni, kde je v době zdolávání krizových situací nezbytně nutné mít patřičné rozhodovací pravomoci na stupních starosta, hejtman a ministr. Všechny tyto veliké krizové situace vyvolaly nezbytnost přenosu rozhodovacích pravomocí a hlavně jejich rozumné posílení v jednoznačné hierarchii a časové posloupnosti. Bohužel díky dlouhodobě trvající křehké politické pozici vlád posledních let nedošlo k jednoznačnějšímu definování základní filosofie způsobu operačního řízení IZS. Troufám si tvrdit, že se spíš stávala součásti politických jednorázových aktivit bez dlouhodobě prosazované koncepce. Mnohé úspěšné záchranné akce ukázaly vysoce profesionální schopnosti jednotlivých složek, ale diskuse o celkovém konceptu IZS se omezují pouze na tématická cvičení a jejich vyhodnocení. Vznikem krajů se nám také nepodařilo vytvořit jasný koncept vztahů IZS a veřejné správy. Zůstává nám ne zcela jasný koncept fungování IZS jako pomocného systému řízeného ministerstvem vnitra, které na nějakém spíše zvyklostním modelu je kraj od kraje různě dotováno z rozpočtů krajů a na základě zákona o krizovém řízení umožňuje přípravu a zdolávání krizových situací. Je zajímavé, že bez toho aniž by si to politické reprezentace příliš uvědomovaly, tak informační systémy IZS prorostly do skoro všech oblastí veřejné správy. IZS v on-line režimu umí čerpat informace z mnoha veřejných datových registrů. Nezbytností se stal přístup do registru obyvatel, zásadní informace čerpá z digitalizovaných mapových podkladů daných území včetně síťových operátorů a mnoha jiných. Do budoucna bude velmi důležité, aby představitelé veřejné správy byli schopni nalézt rozumnou míru integrace celého bezpečnostního systému do struktury IZS. Bude velmi důležité nalézt určit základní parametry pro fungování IZS jako součásti veřejné správy a ne jako určitého souběžně řízeného systému řízeného ministerstvem vnitra a zároveň pomocného pro veřejnou správu. Tento stav, podle mého názoru, odráží neukončenou diskusi o koexistenci státní správy a samosprávy. Ohromný růst možností informačních technologií bude vytvářet možnosti další integrace IZS s veřejnou správou. Nezbytnost matematických modelů pro rozhodování při zdolávání různých situací se bude muset stát součástí běžného rozhodovacího procesu. Ze znalostí stavu již rozpracovaných systémů matematického modelování se jen zvýší nutnost větší integrace informačních systémů veřejné správy a systémů IZS. Z letošních zvláštních lokálních povodní vyplyne určitě právě posun k větší potřebě takovýchto matematických modelů umožňujících lepší predikci krizových situací. Posun snad přinesou letošní povodně i k většímu tlaku na analýzu rizik. To bohužel předcházející povodně asi z důvodů velkoplošného dopadu příliš nevyvolaly. Právě objektivní hodnocení rizik v daném území je velkou slabinou pro plánování bezpečnostních systémů pro toto území. Každopádně právě sofistikované matematické modelování situací a analýzy rizik jsou zásadními systémovými nástroji, které jsou důležité pro další rozvoj celého IZS a samozřejmě prolínají do veřejné správy. 610
Pokud bych měl tedy v závěru zhodnotit posledních více než 15 let budování IZS a spolupráce s veřejnou správou, tak je to asi z mé pozice dost složité. Těchto mnoho let jsem prožil příliš blízko celé problematiky a mohu být právem označen za podjatého. A tak se i cítím. Pokud se ale díváme zpět, tak od doby ohromných předsudků lidí z civilní obrany je to každopádně obrovská změna. Důležité je, že IZS je pro normální lidi synonymem systému, kterému asi moc do hloubky nerozumí, ale mají vysokou míru důvěry v to, že při problému jim hasiči, lékaři nebo policie pomohou. Tento psychologický aspekt je velmi důležitý pro samu existenci a funkčnost systému. Podařilo se velmi zásadně modernizovat na mnoha místech technickou úroveň jednotlivých složek. Z pohledu porovnání modelů operačního řízení a úzké vazby na veřejnou správu budu velmi subjektivní a troufám si tvrdit, že model jediného spojeného operačního centra se ukazuje jako správný směr. Argumentů za poslední roky je skutečně mnoho a jsem o tom hluboce přesvědčen. Zásadní je pro mne argument, že vůbec není rozhodující kdo je důležitější, zda hasiči, lékaři nebo policie, ale zda v nejkratším čase je situace řešena. Bohužel samotná integrace IZS není díky mnoha důvodům tak daleko jak by měla být. Stejně tak politická reprezentace se ještě plně nevyrovnala se skutečně rozumnou integrací celého systému do veřejné správy. Za vážný problém do nejbližší budoucnosti vidím realizace krajských operačních středisek jako stěžejních řídících stanovišť. V této oblasti zcela chybí koncepční řešení do budoucna a systém lobbyistického řešení bude znamenat obrovské náklady a komplikace v řízení. Další ohromný rozvoj informačních technologií a zároveň tlak na bezpečnostní systémy bude vyvolávat větší potřebnost faktického průniku IZS s veřejnou správou a řešení rozhodovacích mechanismů, rozhodovacích pravomocí, a z toho vyplývající zodpovědností.
611
Environmentálne posúdenie hasiacich pien a ich hasiacich vlastností Doc. Ing. Ivana Tureková, PhD., prof. Ing. Karol Balog, PhD. Materiálovotechnologická fakulta STU v Trnave, Ústav bezpečnostného a environmentálneho inžinierstva E-mail: [email protected] Doc. Ing. Dagmar Samešová, PhD. TU vo Zvolene, Fakulta ekológie a environmentalistiky Abstrakt Hasiace peny sú všeobecne používané k haseniu požiarov horľavých kvapalín, pričom sa využíva ich účinok izolačný, dusivý a chladiaci. Cieľom príspevku je posúdiť a porovnať penidlá, v súčasnosti používané v hasičských útvaroch nielen z hľadiska vysokého hasiaceho účinku (schopnosť rýchleho prerušenia horenia na veľkej ploche pri malej spotrebe), ale aj z hľadiska vplyvu na životné prostredie v celej etape ich životnosti. Kľúčové slová penidlá, hasiace látky, požiar Úvod Hasiace látky sú rôzne látky a materiály, s použitím ktorých je možné dosiahnuť zastavenie (spomalenie) procesu horenia. Základné požiadavky na hasiace látky sú: - vysoký hasiaci účinok (schopnosť rýchleho prerušenia horenia na veľkej ploche pri malej spotrebe), - nesmú byť škodlivé pre ľudský (živý) organizmus, a to aj pri ich použití a skladovaní, - iné kritéria ako dostupnosť, dostupná cena a iné. Významné postavenie medzi hasiacimi látkami zaujímajú hasiace peny. Charakteristika hasiacich pien Hasiaca pena je hasiaca látka pozostávajúca z množstva bublín vytvorených z kvapaliny mechanicky alebo chemicky. Chemická pena je tvorená reakciou alkalického roztoku s kyslým roztokom za prítomnosti stabilizátora peny a mechanická pena vzniká zavádzaním vzduchu a/alebo inertného plynu do penotvorného roztoku [1]. Peny patria medzi disperzné dvojfázové systémy, ktoré sa skladajú z disperzného prostredia (kvapalina), v ktorom sa nachádza dispergovaná fáza – trojrozmerné lamely stálej štruktúry obsahujúce uzatvorený plyn. Hrúbka lamiel sa 612
pohybuje v rozmedzí 0,001–0,01 mm [2]. Hasiace účinky pien spočívajú v nasledovných fyzikálnych princípoch (obrázok 1): - izolačný – oddeľuje horľavú látku od plameňa, - dusivý – zamedzuje prístup vzdušného kyslíka k horľavej látke, zabraňuje vyparovaniu pár horľavých kvapalín, - chladiaci – znižuje teplotu horiacej látky, a tým spomaľuje rýchlosť horenia, čo je priamo úmerné obsahu vody v pene [3].
Obrázok 1 Schéma mechanizmu hasenia penou [3] Hasiace peny sú všeobecne používané na obmedzenie šírenia a hasenia požiarov triedy B a k zabráneniu opätovnému vznieteniu. Tieto peny môžu byť použité na ochranu proti vznieteniu horľavých kvapalín a v určitých podmienkach na hasenie požiarov triedy A. Peny môžu byť používané v kombinácii s inými hasiacimi látkami, hlavne plynnými hasiacimi látkami a práškami [4]. Prvé penové hasiace prístroje pracovali na princípe chemických pien. V súčasnosti vývoj ide cestou vzduchomechanickej peny, prípadne peny, ktorá vzniká až v styku vybranej penotvornej skupiny látok s požiarom [3]. Vzduchomechanická pena sa pripravuje k okamihu zásahu mechanickým zmiešaním roztoku pozostávajúceho z vody a penotvorného roztoku s atmosférickým vzduchom v penotvornej prúdnici. Penotvorný roztok vzniká v zmiešavadle injektorovým prisávaním penidla do vody. Koncentrácia penidla vo vode sa zvyčajne pohybuje od 1 % do 6 %. Plynnou zložkou v penách okrem vzduchu môžu byť aj oxid uhličitý, dusík alebo iný inertný plyn [2]. Fyzikálne vlastnosti penidiel Penidlo je kvapalina, ktorá sa zmiešava s vodou v predpísanej koncentrácii, pričom vzniká penotvorný roztok. Pena je disperzný systém, v ktorom je dispergovanou látkou plyn (vzduch) a disperzným prostredím kvapalina (heterogénna zmes plynu a kvapaliny). Je to nestabilný systém, ktorý podlieha rýchlym zmenám. Pena je zhluk vzduchových bublín vytvorených z penotvorného roztoku. Rýchlosť tejto premeny je dôležitá na posudzovanie stability peny [1]. 613
Stabilitu, vlastnosti, ako aj účinnosť pien a penidiel určujú ich fyzikálnochemické vlastnosti. Medzi sledované fyzikálno-chemické vlastnosti penidiel a pien patrí: - číslo napenenia – je pomer získaného objemu peny k objemu kvapaliny, na základe ktorého bola táto pena vyrobená. Číslo napenenia udáva, koľkokrát je objem peny väčší než objem penotvorného roztoku. Na základe tohto čísla rozdeľujeme peny do troch skupín (ťažká, stredná a ľahká pena), - viskozita – je vyjadrením tekutosti kvapaliny, je závislá od teploty (so vzrastajúcou teplotou klesá), - mrazuvzdornosť penidiel – teplota, pri ktorej je látka kvapalná a nezačína vylučovať tuhé časti, - obsah sedimentu – je podiel tuhých častí v koncentrátoch penidiel vyjadrený v % obj., - stabilita peny – je ovplyvnená vylučovaním vody z peny, definuje sa polčasom, resp. štvrťčasom rozpadu, čo je čas potrebný na vylúčenie polovice, resp. štvrtiny vody obsiahnutej v pene [1], - polčas rozpadu peny – čas, za ktorý sa uvoľní z peny 50 % penotvorného roztoku, udáva sa v minútach; rýchlosť tejto premeny je dôležitým faktorom určujúcim kvalitu a stabilitu peny, - pH – reakcia kvapalín, t.j. kyslosť, zásaditosť alebo neutralita vyjadrená ako záporný dekadický logaritmus aktivity vodíkových iónov, - súčiniteľ rozprestretia penotvorného roztoku – hodnota, ktorá uvádza schopnosť jednej kvapaliny samovoľne sa rozprestrieť na povrchu inej kvapaliny, nie je však ukazovateľom jeho kvality; udáva sa v nM.m-1 [3]. Stálosť pien závisí od štruktúry povrchových filmov z tzv. penotvorných látok, ako sú elektrolyty, mydlá, saponíny, proteíny a pod. V procese hasenia požiaru sa peny neustále rozrušujú vplyvom tepelného žiarenia plameňa, vnútorných síl samotnej peny a horúcim povrchom horiacej kvapaliny. Je dokázané, že rýchlosť rozpadu peny účinkom tepla plameňa je omnoho menšia, ako na samotnom povrchu zahriatej vyparujúcej sa kvapaliny. V tomto procese majú peny izolačný a chladiaci účinok. Tieto účinky závisia od druhu a kvality používaných penidiel. Na kvalitu vplýva viac faktorov, z ktorých z praktického hľadiska sú dôležité podmienky a doba skladovania peny [6]. Penu ako hasiacu látku pripravujeme v okamihu zásahu. Vlastnosti peny a jej kvality ovplyvňujú vlastnosti a čistota použitých chemikálií, t.j. vody, penotvorných prísad a plynnej zložky (najčastejšie vzduch). Zásadný vplyv na kvalitu peny má aj použité penotvorné zariadenie. Podľa charakteru a použitia koncentrácie penotvorných prísad je možné v okamžiku zásahu pripraviť penu so špeciálny zameraním na príslušný požiar. Penotvorné prísady, s ohľadom na ich zloženie a z toho vyplývajúcich vlastností, delíme do nasledujúcich skupín [5]: 614
- proteínové penidlá (P): kvapaliny vyrobené z hydrolyzovaných proteínov, - fluóroproteínové penidlá (FP): proteínové penidlá s prísadami fluorovaných povrchovo aktívnych látok, - syntetické penidlá (S): zmesi povrchovo aktívnych uhľovodíkov, ktoré môžu obsahovať fluórované povrchovo aktívne činidlá s doplňujúcimi stabilizátormi, - penidlá odolné proti alkoholu (AR): môžu byť vhodné pre aplikáciu na uhľovodíkové palivá a okrem toho sú odolné proti rozkladu pri aplikácii na povrch kvapalných palív miešateľných s vodou. Niektoré penidlá odolné alkoholu môžu na povrchu alkoholu vytvoriť polymérnu vrstvu, - penidlá tvoriace vodný film (AFFF): všeobecne sú tvorené zo zmesi uhľovodíkov a fluórovaných povrchovo aktívnych činidiel a majú schopnosť tvoriť na povrchu niektorých uhľovodíkových palív vodný film, - fluóroproteínové penidlá tvoriace vodný film (FFFP): fluoroproteínové penidlá, ktoré majú schopnosť tvoriť na povrchu uhľovodíkových palív vodný film [4]. Sumárne sú výsledky hasiacich schopností penidiel uvádzané v tabuľke 1. Tabuľka 1 Obvyklé hasiace schopnosti rôznych druhov penidiel [4] Druh penidla
Trieda hasiacej schopnosti
Úroveň odolnosti proti spätnému horeniu
Filmotvorné
AFFF (nie AR)
I
C
+
AFFF (AR)
I
B
+
FFFP (nie AR)
I
B
+
FFFP (AR)
I
A
+
FP (nie AR)
II
A
-
FP (AR)
II
A
-
P (nie AR)
III
B
-
P (AR)
III
B
-
S (nie AR)
III
C
-
S (AR)
III
C
-
Skladovanie penidiel Jedným zo základných faktorov vplývajúcich na vlastnosti penidiel a pien je ich skladovateľnosť. Ak sa penidlá skladujú v pôvodnom balení, podľa pokynov výrobcu, sú použiteľné aj niekoľko rokov bez zmien ich pôvodných vlastností. Ak je však zmes penidlá a vody (penotvorný roztok) pripravená na napenenie a nachádzajúca sa v potrubnom systéme alebo v automobilových cisternách, treba ju meniť každý rok. 615
Syntetické penidlá sa musia skladovať v obaloch z ušľachtilej ocele, prípadne z umelej hmoty. Proteínové penidlá sa skladujú v oceľových a kovových nádobách, Na ich skladovanie nie sú vhodné pozinkované, pocínované alebo hliníkové nádoby, pretože penidlá sa správajú agresívne a napádajú tieto materiály. Armatúry, čerpadlá a nádoby na skladovanie penidiel musia byť vyrobené z jedného druhu kovu. Ak by dochádzalo k styku rôznych druhov kovov, penidlá by vyvolali elektrochemickú koróziu. Penidlá nie sú veľmi citlivé na teplotné zmeny. Optimálne teploty sú v intervale +5 až +25 °C. Negatívne vplyvy na vlastnosti penidiel neboli pozorované ani v teplotnom intervale 15 až +40 °C. Penidlá možno po opätovnom rozmrazení použiť, pretože nedôjde k zmenám ich základných fyzikálnych a chemických vlastností a nezníži sa ich hasiaca účinnosť [3]. Dopady penidiel na životné prostredie Vznikajúce produkty horenia a zvyšky po horení sú oveľa škodlivejšie ako použitý hasiaci prostriedok. Rýchlo uhasený požiar často vyváži negatívne dopady použitých hasiacich látok, nakoľko sa obmedzí tvorba toxických produktov a zvyškov po horení. Pri hasení požiarov napr. vodou, ktorá je považovaná za neškodlivú pre životné prostredie, odtekajúca voda kontaminovaná rozkladnými produktmi horenia látok môže významne zaťažiť životné prostredie na dlhú dobu. Pri aplikácii hasiacich pien a najmä environmentálne akceptovateľných, je možno požiare uhasiť skôr a menej zaťažiť životné prostredie splodinami horenia ako v prípade vody. Environmentálne akceptovateľné hasiace peny by mali mať aspoň takú hasiacu schopnosť ako peny pripravené z tradičných proteínových alebo AFFF penidiel a s minimálnymi dopadmi na životné prostredie (voda, pôda). Je známe, že tradičné prímesi v penidlách (tezidy, etylénglykol, butyldiglykol, propylénglykol, alkylpolyglykozid, nonylalkohol) môžu spôsobiť problémy z hľadiska toxicity samotných látok, resp. ich rozkladných produktov. Najväčšie toxické nebezpečenstvo pri aplikácii hasiacich pien hrozí pre ryby a vodné mikroorganizmy. V porovnaní s chemickými látkami a prípravkami sa uvádza nízka toxicita penidiel. Problémy vznikajú sekundárnou toxicitou, nakoľko rozkladné produkty majú dlhú biologickú odbúrateľnosť v životnom prostredí. Biologická odbúrateľnosť penidiel je ich schopnosť biologickou alebo chemickou cestou odbúravať pôvodné látky na rozkladné produkty prijateľné životným prostredím, napr. asimiláciou (voda a oxid uhličitý). Biologické odbúravanie spôsobujú mikroorganizmy a huby. Stupeň biologickej odbúrateľnosti penidiel sa často udáva ako pomer biochemickej spotreby kyslíka (BSK) a chemickej spotreby kyslíka (ChSK). Biochemická spotreba kyslíka je množstvo rozpusteného kyslíka spotrebovaného mikroorganizmami za určitý čas, napr. 5 dní (BSK5) pri biochemických procesoch pri rozklade organických látok vo vode pri aeróbnych podmienkach. Toto množstvo kyslíka je úmerné množstvu prítomných rozložiteľných organických látok, a preto možno z hodnoty BSK odhadnúť stupeň znečistenia vody hasiacou penou. 616
Biochemická spotreba kyslíka sa stanovuje v pôvodnom alebo vhodne zriedenom roztoku penidla. Chemická spotreba kyslíka vyjadruje množstvo kyslíka potrebného na oxidáciu organických látok vo vode použitím silných oxidačných činidiel za určitý čas (najčastejšie sú to dve hodiny). Je mierou celkového obsahu organických látok vo vode a tým aj ukazovateľom organického znečistenia vody. Biologická odbúrateľnosť penidla sa vyjadruje ako podiel BSK5 a ChSK vyjadrený v percentách% biologickej odbúrateľnosti
(1)
Ideálna pena by mala mať úplnú odbúrateľnosť a nemala by významne spotrebovať rozpustený kyslík vo vode. Environmentálne neškodlivé peny (tzv. zelené peny, angl. „green foams“) by mali hasiť požiare tak účinne ako tradične používané, ale musíme poznať ich odbúrateľnosť, inak nemajú význam. Sú niekoľkonásobne drahšie ako klasické peny, ale na druhej strane môžu nahradiť svojou hasiacou schopnosťou fluoroproteínové a AFFF peny (dobré zhášanie plameňov u AFFF a zabránenie spätnému rozhoreniu u fluoroproteínových pien). Národná rada SR v zákone č. 405/2008 Z. z. ktorým sa dopĺňa zákon č. 163/2001 Z. z. o chemických látkach a prípravkoch nariadila povinné elektronické nahlásenie pre HZZ, BZS do 1.decembra 2008 zásoby hasiacich pien obsahujúcich perfluóroktánsulfonáty [7]. Experimentálna časť Cieľom experimentu bolo posúdenie hasiacich vlastností penidiel v laboratórnych podmienkach a následne experimentálne overiť ich vplyv na životné prostredie. Preto boli urobené merania: - sledovanie čísla napenenia a času napenenia, - stanovenie polčasu rozpadu, - stanovenie viskozity, - stanovenie biochemickej a chemickej spotreby kyslíka, - ekotoxikologické testy na vyšších rastlinách. K experimentom bolo použité nasledovné penidlá (tabuľka č. 2).
617
Tabuľka č. 2 Použité penidlá a ich charakteristiky Názov penidla
Výrobca
Sthamex AFFF 1 %
Výrobca: Fabrik chemischer Präparate von Dr. Richard Sthamer GmbH & Co.KG, Hamburg, Nemecko.
Fabrik chemischer Präparate von Dr. Sthamex Richard Sthamer AFFF F-15 GmbH & Co.KG, Hamburg, Pyronil
Moussol APS F-15
Chemtura Corporation, USA
Výrobca: Fabrik chemischer Präparate von Dr. Richard Sthamer GmbH & Co.KG, Hamburg, Nemecko
Použitie pre triedy požiarov
AaB
AaB
AaB
Odporúčaná koncentrácia
Poznámky
1%
špeciálne určený proti požiarom uhľovodíkov, umelých hmôt a produktov minerálnych olejov
3 %.
špeciálne určený proti požiarom ropných produktov a plastov
3%
syntetické viacúčelové penidlo, aj ľahká pena
3%a
hasenie požiarov kvapalín nepolárnych uhľovodíkov
6%
hasenie kvapalín polárnych uhľovodíkov
AaB
Ich výber vychádzal zo zisteného prieskumu dostupnosti v HZZ. Z každého penidla bolo pripravených 5 rôznych koncentrácií (1 %, 3 %, 6 %, 9 % a 12 %) . I. Posúdenie penidiel z hľadiska hasiacich a fyzikálnych vlastností Číslo napenenia Pre stanovenie čísla napenenia (E) sa postupovalo podľa normy STN EN 1568-3: 2002 Technické podmienky penidiel pre ťažké peny na povrchové použitie na kvapaliny nemiešateľné s vodou. Zisťovala sa hodnotu čísla napenenia vybraných penidiel rôznych koncentrácií a čas tvorby peny (tabuľka č.3).
618
Tabuľka č. 3 Číslo napenenia a čas napenenia testovaných penidiel p.č. koncentrácia Číslo napenenia E penidla [%] Sthamex Sthamex Pyronil Moussol AFFF AFFF APS 1% F-15 F-15 1.
12
4,886
4,909
4,901
4,822
2.
9
4,894
4,891
4,908
4,854
3.
6
4,890
4,827
4,878
4,887
4.
3
4,906
4,826
4,839
4,837
5.
1
4,827
4,883
4,820
4,807
p.č. koncentrácia Čas napenenia [s] penidla [%] Sthamex Sthamex Pyronil AFFF AFFF 1% F-15
Moussol APS F-15
1.
12
6,61
16,58
17,71
19,23
2.
9
11,69
19,20
20,34
23,38
3.
6
13,35
19,25
25,63
26,20
4.
3
14,70
25,28
30,55
30,24
5.
1
27,35
35,04
34,44
57,81
Číslo napenenia sa pohybovalo okolo hodnoty 4,9 ± 0,1 u všetkých penidiel, čo umožňuje objektívne porovnať čas napenenia. Najrýchlejšie sa napenili penidlá Sthamex AFFF 1%, Sthamex AFFF F-15, potom Pyronil a najdlhší čas napenenia mal Moussol APS F-15, u ktorého sa čas napenenia pri 1 % koncentrácie výrazne predĺžil. Polčas rozpadu K testovaniu polčasu rozpadu podľa odporúčania výrobcov v kartách bezpečnostných údajov boli použité 3 %-né roztoky a bol sledovaný čas, za ktorý sa uvoľnilo z peny 50 % penotvorného roztoku. Výsledky nameraných hodnôt pre jednotlivé penidlá sú v tabuľke č. 4.
619
Tabuľka 4 Polčasy rozpadu testovaných penidiel (3 %-né roztoky ) p.č.
Názov penidla
Polčas rozpadu [s]
1.
Sthamex AFFF 1 %
62
2.
Sthamex AFFF F-15
166
3.
Pyronil
187
4.
Moussol APS F-15
187
Najpriaznivejšie výsledky boli dosiahnuté s použitím penidiel Pyronil a Moussol APS F-15, kde polčas rozpadu bol 187 sekúnd. Meranie viskozity penidiel Viskozita bola stanovená podľa normy DIN 53015:2001 Viscometry – Measurement of viscosity using the Hoeppler falling-ball viscometer na viskozi,etri Höpller KF 3.2, ktorý je určený hlavne na meranie dynamickej viskozity newtonských kvapalín. Bol meraný čas pádu guľôčky medzi dvomi ryskami a výpočet viskozity bol vypočítaný zo vzťahu: (2) kde η t ρ1 ρ2 K
dynamická viskozita v mPa.s, pádový čas guľky v s, hustota guľky v g.cm-3, hustota kvapaliny pri temperačnej teplote g.cm-3, konštanta mPa.cm3.g-1. Výsledky sú v tabuľke č.5.
Tabuľka č. 5 Výsledky merania viskozity penidiel p.č.
Názov penidla
t [s]
ρ1 [g.cm-3]
ρ2 [g.cm-3]
K [mPa. cm3.g-1]
η [mPa.s]
1.
Sthamex AFFF 1%
124
2,224
1,07
0,07293
10,436
2.
Sthamex AFFF F-15
70
2,224
1,04
0,07293
6,044
3.
Pyronil
76
2,224
1,545
0,07293
3,466
4.
Moussol APS F-15
69
8,142
1,170
0,1225
58,931
620
Najnižšia viskozita bola nameraná u penidiel Pyronil a Sthamex AFFF F-15, najvyššiu malo penidlo Sthamex AFFF 1 %. II. Vplyv penidiel na životné prostredie Stanovenie biochemickej spotreby kyslíka Podstatou skúšky je úprava a zriedenie vzorky vody určenej na analýzu rôznymi množstvami riediacej vody s vysokým množstvom rozpusteného kyslíka a s očkovacími aeróbnymi mikroorganizmami, s potláčaním nitrifikácie. Inkubácia sa uskutočnila pri teplote 20 °C v definovanom čase 5 dní, v tme, v úplne naplnenej uzavretej banke. Stanovovala sa koncentrácia rozpusteného kyslíka pred inkubáciou a po nej podľa normy STN EN 1899-1 Kvalita vody – Stanovenie biochemickej spotreby kyslíka po n dňoch (BSKn): Časť 1: Zrieďovacia a očkovacia metóda s prídavkom alyltiomočoviny. Ako očkovacia voda bola použitá očkovaná riediaca voda a rozpustený kyslík bol stanovený elektrochemicky (tabuľka č. 6). Stanovenie chemickej spotreby kyslíka Podstata skúšky spočíva v tom, že oxidovateľné látky v skúšobnom objeme vzorky sa oxidujú pomocou známeho množstva dichrómanu draselného v prítomnosti síranu ortutnatého a strieborného katalyzátora v prostredí koncentrovanej kyseliny sírovej v definovanom časovom intervale. Hodnota ChSK sa vypočíta na základe množstva zredukovaného dichrómanu. Ukazovateľ CHSK udáva celkový obsah organických látok vo vode – organické znečistenie vody (tabuľka č. 6). Tabuľka 6 Výsledky hodnôt BSK5 a ChSK testovaných penidiel (3 %-né roztoky ) p.č.
Názov penidla
BSK5 [mg.l-1]
ChSK [mg.l-1]
BSK5/ChSK [%]
1.
Sthamex AFFF 1 %
76,23
22 790
0,33
2.
Sthamex AFFF F-15
73,68
21 370
0,34
3.
Pyronil
79,20
33 530
0,23
4.
Moussol APS F-15
83,46
17 470
0,47
Z výsledkov biologickej odbúrateľnosti penidiel možno usúdiť, že všetky penidlá majú nízku schopnosť sa biologicky rozkladať z dôvodu veľmi malého podielu rozložiteľných látok.
621
Akútna toxicita Akútna toxicita je schopnosť alebo vlastnosť penidla spôsobiť vážne biologické poškodenie alebo smrť organizmu za pomerne krátku dobu expozície (24-96 hodín). Bola stanovená IC50 ako inhibičná koncentrácia skúšanej látky, ktorá spôsobí 50 % inhibíciu rastu koreňa rastliny Sinapis alba (čistá odroda horčice bielej, klíčivosť semien > 90 %, veľkosť semien 1,5 mm – 2,5 mm) za 72 hodín. Základným sledovaným parametrom pre hodnotenie testu je priemerná dĺžka koreňov. Hodnota stanovená v testovanom roztoku sa porovnávala s kontrolou a vypočítalo sa percento inhibície (skrátenie) či stimulácia (predĺženie koreňa). Výsledky sú uvedené v tabuľke č. 7. Tabuľka 7 Výsledky ekotoxikologického testu na semenách vyšších rastlín p.č.
Názov penidla
IC0,5* %
1.
Sthamex AFFF 1 %
96,2
2.
Sthamex AFFF F-15
87,6
3.
Pyronil
98,0
4.
Moussol APS F-15
66,2
IC1 %
IC2 %
IC3 %
IC5 %
87,9
89,6
98,3
88,3 76,7
*ekotoxikologický test na semenách vyšších rastlín Sinapis alba, dolný index vyjadruje koncentráciu vzorky v obj. %. prázdne okienka = nevyklíčilo ani jedno semiačko. Na základe ekotoxikologického trestu vyplýva, že vyššie koncentrácie sú značne toxické pre testovaný druh rastliny. Záver V súčasnosti poznáme množstvo druhov hasiacich pien, ktoré majú rôzne fyzikálne a hasiace vlastnosti. Novšie typy vytláčajú do úzadia zastarané typy penidiel, ktoré majú horšie hasiace vlastnosti a nemožno ich použiť na širšie spektrum druhov požiarov. Každá hasiaca pena, ako ukázalo aj naše testovanie, má svoje klady a zápory. Preto je nutné poznať ich fyzikálne vlastnosti, či už ide o stabilitu peny pri nízkych i vysokých teplotách, ktorá je definovaná polčasom rozpadu; číslom napenenia, ktoré určuje či sa jedná o ťažkú, strednú alebo ľahkú penu a aj o viskozitu, teda odpor kvapaliny voči vnútornému treniu a ďalších vlastností, aby boli vhodne vybraté a použité v praxi na zdolávanie požiarov. Moderné hasiace peny možno považovať za veľmi kvalitné z hľadiska fyzikálnych vlastností, avšak v posledných rokoch aj v súvislosti s novou legislatívou REACH sa veľká pozornosť upriamuje na ich ekotoxické vlastnosti. Ak sú hasiace peny použité na hasenie veľkých požiarov, je veľmi pravdepodobné, že ich produkty, napríklad rozpadnutá voda z vytvorenej peny, sa dostávajú do pôdy, vodných tokov 622
a môžu ovplyvniť aj čistenie odpadových vôd. Všetky typy pien majú rozdielne ekologické parametre, a to z dôvodu ich zložiek, ktoré určujú mieru biologickej odbúrateľnosti. Aj ekotoxikologické testovanie na Sinapis alba dokázalo, že už nízka koncentrácia penidla sa vyznačuje značnou toxicitou. Literatúra [1] BALOG, K. Hasiace látky a jejich technológie. Ostrava : Edice SPBI Spektrum, 2004. ISBN 80-86634-49-3 [2] CONEVA, I. Pena - hasiaca látka. In Fire Engineering Proceedings 1st International Conference. Zvolen : Technická univerzita, 2002. ISBN 8089051-05-7 [3] MIKUŠOVÁ, K. Fyzikálne vlastnosti penidiel. In Spravodajca: Protipožiarna ochrana a záchranná služba, 2008, roč.39, č.3, s. 24 - 29. [4] STN-EN 1568: 2002, Hasiace látky. Penidlá. Časť 1-4: Technické podmienky penidiel pre stredné, ľahké a ťažké peny na povrchové použitie na kvapaliny miešateľné a nemiešateľné s vodou. [5] ORLÍKOVÁ, K. Hasiva klasická a moderní. Ostrava : Edice SPBI Spektrum, 2002. ISBN 80-86111-93-8 [6] JIRKOVSKÁ, V. Posúdenie kvality penidiel. In Zborník prác požiarnotechnickej stanice, 1988, s. 54–56 [7] Zákon č. 405/2008 Z.z., ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 163/2001 Z. z. o chemických látkach a chemických prípravkoch v znení neskorších predpisov a o zmene a doplnení niektorých zákonov Tento príspevok vznikol v rámci riešenia grantovej úlohy VEGA č. 1/0488/08 s názvom Environmentálne dopady hasiacich pien pri hasení požiarov v prírode.
623
Změny ve zkoušení reakce stavebních výrobků na oheň Ing. Pavel Vaniš, CSc. CSI, a.s., požárně technická laboratoř, Pražská 16, 102 21 Praha 10 E-mail: [email protected] V letech 2008 až 2010 probíhá rozsáhlá revize návrhových norem požární bezpečnosti staveb. Nově jsou formulovány i požadavky na požární charakteristiky zateplovacích systémů, jejich úroveň i způsob zkoušení. Mění se způsob určování druhu konstrukčních částí a definice nehořlavých hmot. Obsahem přednášky budou změny zkušebních norem reakce na oheň vyvolané zmíněnou revizí i poslední vývoj v této oblasti evropského zkušebníctví. Konstrukce dodatečných vnějších tepelných izolací u stávajících objektů s požární výškou nad 12 m se budou nadále navrhovat podle dosavadních zásad uvedených v článku 3.1.3 ČSN 73 0810:2005. K původním požadavkům na třídu reakce na oheň izolantu a celého systému podle ČSN EN 13501-1 a nulový index šíření plamene podle ČSN 73 0863 je však ještě doplněn požadavek na kvalitu provedení nadpraží a založení zateplovacího systému. Konstrukce dodatečných tepelných izolací musí být v úrovni založení zateplovacího systému a nadpraží okenních a jiných otvorů (dále jen oken) zajištěny tak, aby při zkoušce podle ISO 13785-1 nedošlo k šíření plamene po vnějším povrchu nebo po tepelné izolaci obvodové stěny, a to přes úroveň 0,5 m od spodní hrany zkušebního vzorku do 15. minuty zkoušky. Za vyhovující bez zkoušky jsou považovány zateplovací systémy založené pod terénem. Při založení zateplovacího systému nad terénem musí být ze spodního povrchu užity výrobky třídy reakce na oheň A1 nebo A2 tloušťky alespoň 0,8 mm a při zkoušce podle ISO 13785-1 nesmí dojít k výše uvedenému rozšíření hoření při výkonu hořáku 50 kW. Za vyhovující bez zkoušky se též považují taková nadpraží oken, u nichž bude ve vzdálenosti do 0,15 m nad stávající plochou nadpraží užita tepelná izolace pouze z výrobků třídy reakce na oheň A1 nebo A2 v pásu výšky 0,5 m a tento horizontální pás bude probíhat nad všemi okny obvodové stěny nebo minimálně do vzdálenosti 1,5 m od hrany ostění okna. Výška pásu z nehořlavých hmot může být i menší, ale pak musí být zkouškou podle ISO 13785-1 prokázáno, že do 15. minuty zkoušky nedojde k rozšíření plamene nad 0,5 m při použití hořáku s výkonem 100 kW. Pro potvrzení zatřídění obvodové stěny do druhu konstrukční části DP1 musí být zkouškou podle ISO 13785-1 prokázáno, že v době do 30 minut nedojde k šíření plamene po vnějším povrchu nebo po tepelné izolaci obvodové stěny přes úroveň 0,5 m od spodní hrany zkušebního vzorku. Na zkušební těleso musí při zkoušce působit plynový hořák s originálním výkonem 100 kW.
624
Středně rozměrová zkouška pro zkoušení reakce fasád na oheň platná jako ISO norma od roku 2002 bude bezprostředně po vydání revidované ČSN 73 0810 rozšířena o národní přílohu doplňující normu ISO 13785-1 zkušebním režimem s výkonem hořáku 50 kW a převzata do soustavy ČSN. Příloha bude dále obsahovat podrobnější určení přípravy zkušebních těles a jasnou specifikaci způsobu měření rozšíření plamene do vzdálenosi 0,5 m. Bude využita zejména pro zkoušení požárně citlivých detailů dodatečného zateplení fasád v místech jejich spodního vodorovného zakončení jako jsou zakládací lišty nebo nadpraží. Uspořádání zkušebního tělesa i způsob zapalování je velmi blízký již osvědčené zkušební normě ČSN EN 13823 (dále jen SBI). Zkušební těleso také tvoří vnitřní roh fasády, ale na rozdíl od zkoušky SBI působí na těleso plameny hořáku ne čelně ale zespod po celé šířce dlouhého křídla. Tento způsob zapalování umožňuje ověřit kvalitu napojení omítkového systému zateplení na původní zateplovanou fasádu i odolnost případně použité zakládací lišty. Zkušební těleso (viz obr. 1) tvoří dvě křídla; dlouhé šířky 1200 mm a krátké šířky 600 mm spojená v pravém úhlu tak, aby vytvářela nad plamenem hořáku vnitřní roh. Zkušební těleso je vysoké 2400 mm. Na celou spodní hranu dlouhého křídla působí plameny pískového hořáku obdélníkového půdorysu o rozměrech 1200 mm x 100 mm.
Legenda 1. umístění radiometru 2. zadní stěna 3. průvanová clona 4. zadní stěna zkušebního vzorku 5. boční stěna zkušebního vzorku 6. zapalovací hořák
Obr. 1 – Zkušební zařízení se zkušebním vzorkem
625
Zkoušku je třeba provádět ve zkušební hale a ještě v normou předepsaném koutu stínícím proti proudění okolního vzduchu. Jen tak je možné zajistit rovnoměrnost a stabilitu plamenů hořáku a docilovat opakovatelné výsledky zkoušky. V druhé části přednášky se pokusím stručně zrekapitulovat stav zkušebních horem reakce na oheň stavebních výrobků v České republice. Z původních českých norem byly v posledních letech zrušeny: - ČSN 73 0861 pro stanovení nehořlavosti (nahrazena prakticky totožnou normou ČSN EN ISO 1182) - ČSN 73 0862 pro stanovení stupně hořlavosti stavebních hmot (nahrazena evropskými normami stanovení reakce na oheň) - ČSN 73 0864 pro stanovení požární výhřevnosti (zrušena bez náhrady) Zachovány zůstaly: - ČSN 73 0863 pro stanovení indexu šíření plamene (mimo podlahových krytin) - ČSN 73 0865 pro stanovení odkapávání a odpadávání hořících či nehořících částí konstrukcí (tuto charakteristiku nelze nahradit doplňkovou klasifikaci d0, d1, d2 týkající se tvorby plamenně hořících kapek/částic podle ČSN EN 13501-1). Po letech příprav byl počátkem roku 2002 vydán soubor evropských norem pro zkoušení a klasifikaci stavebních výrobků podle jejich reakce na oheň.. Normy byly povinně do šesti měsíců převzaty členskými státy CENu, mezi něž patří i Česká republika. Klasifikační norma ČSN EN 13501-1 vychází při určování tříd reakce na oheň z výsledků pěti zkušebních norem: ČSN EN ISO 1182, ČSN EN ISO 1716, ČSN EN ISO 9239-1, ČSN EN 13823 a ČSN EN ISO 11925-2. Jako konfliktní pak byla k 31.12 2003 zrušena původní česká zkušební a klasifikační norma ČSN 73 0862 Stanovení stupně hořlavosti stavebních hmot. Výsledky dosažené zkouškami podle této normy platily do 31.12.2007. Je na místě podotknout, že tak výrazně proevropsky se při zavádění evropských norem nezachoval žádný ze starých států Evropské unie. Normy pro stanovení reakce na oheň do svých národních soustav státy jako Německo, Francie, Velká Británie sice převzaly, ale platnost výsledků dosažených podle původních národních norem stanovily na 10 či 12 let. Své původní zkušební normy ale nezrušily s poukazem na skutečnost, že jsou využívány i v jiných odvětvích než je stavebnictví. Tak se stalo, že jsou v zahraničí dodnes při uplatnění českých výrobků vyžadovány klasifikace podle starých národních norem těchto států a zkoušky např. podle DIN 4102-1 jsou v naší laboratoři stále hojně objednávány. V závěru bych ještě rád upozornil na jednu skutečnost. Při přebírání evropských norem se leckterý patriot utěšoval tím, že evropské zkoušky jsou natolik „hloupé“, že budou v krátké době zrušeny včetně celého zkoušení reakce na oheň. Realita je však jiná. Zkušební normy dospěly po pěti letech užívání do fáze revize a v průběhu posledních dvou let byly společným úsilím mezinárodních normalizačních organizací ISO a CEN pouze zpřesněny v některých nejednoznačných ustanoveních a v letošním roce i schváleny do dalšího užívání. 626
Literatura [1] ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb – Společná ustanovení [2] ČSN 73 0863 Stanovení indexu šíření plamene stavebních hmot [3] ČSN EN 13501-1 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukce staveb – Část 1: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň [4] ČSN EN 13823 Zkoušení reakce stavebních výrobků na oheň – Stavební výrobky kromě podlahových krytin vystavené tepelnému účinku jednotlivého hořícího předmětu [5] ISO 13785-1 Reaction-to-fire tests for façades - Part 1: Intermediate-scale tests (Zkoušení reakce fasád na oheň – Část 1: Zkouška středního rozměru)
627
Metody hodnocení hydraulických kapalin z hlediska jejich bezpečného používání Ing. Hana Věžníková, Ing. Lenka Herecová, Ph.D., Ing. Dalibor Míček, Ph.D. VŠB – TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Lumírova 13, 700 30 Ostrava-Výškovice E-mail: [email protected] Abstrakt Vlastnosti hydraulických kapalin, které jsou používány ve strojních zařízeních, musí vyhovovat požadavkům na jejich bezpečné používání. Kapaliny se sníženou hořlavostí jsou preferovány zejména tam, kde mohou v případě zapálení a hoření vyvolat závažné ohrožení zdraví a životů, jako například v dolech nebo v tunelech, v důsledku následného požáru nebo i výbuchu. Výčet dalších charakteristik, které musí kapaliny plnit, je uveden v technických normách a v tzv. VII. Lucemburské zprávě, na kterou se řada výrobců odvolává. Způsob ověřování odolnosti hydraulických kapalin proti zapálení a přehled používaných experimentálních metod je předmětem této práce. Pozornost je také zaměřena na vlastnosti hydraulických kapalin s ohledem na ochranu životního prostředí. Klíčová slova hydraulické oleje, snížená hořlavost, ochrana životného prostředí Úvod Hydraulické kapaliny se používají pro přenos energie a pro řízení mnoha typů hydraulických strojních zařízení. Kapaliny musí být funkční v širokém teplotním rozmezí a plnit další funkce: - mazání pohyblivých vnitřních částí (kluzné plochy pístů, šoupátek aj.) - ochrana proti korozi - přenos signálů - odvod nečistot, otěru, vody a vzduchu - odvod tepla (chlazení) zejména z míst s velkým vývinem tepla. Další požadavky, kterým musí kapaliny vyhovět, souvisí s ochranou životního prostředí, a také s bezpečností práce s ohledem na vznik a šíření požáru nebo nebezpečí výbuchu. S ohledem na tyto četné a mnohdy rozdílné požadavky jsou v současné době hydraulické kapaliny koncipovány jako složité směsi látek a aditiv, které plní funkci stabilizační, fungicidní, emulgační a podobně.
628
Podle technické směrnice [1], která byla vydána Ministerstvem životního prostředí ČR, se v České republice spotřebuje přibližně 10 až 15 tisíc tun hydraulických kapalin za rok a z toho podíl hydraulických kapalin na minerální bázi tvoří více než 99 %. S ohledem na jejich vlastnosti a účinky na životní prostředí je jejich náhrada kapalinami přijatelnějšími pro životní prostředí velmi potřebná. Proto vznikají nové typy hydraulických kapalin na bázi syntetické nebo na bázi rostlinných olejů, které by měly nahradit minerální oleje. Účinky těchto kapalin na životní prostředí jsou méně negativní než v případě minerálních hydraulických kapalin. Nejsou toxické, lépe se biologicky rozkládají, a také produkty jejich tepelného rozkladu jsou k životnímu prostředí šetrnější. Hořlavost hydraulických kapalin je velkým nebezpečím především v důlních provozech, a proto je v nich vyžadováno používání nehořlavých kapalin nebo alespoň kapalin se sníženou hořlavostí. Tyto změny v požadavcích se také promítají do technických předpisů, které určují jak stanovované parametry, tak jejich limitní hodnoty, a také do metod, které se používají pro experimentální vyhodnocení. Informace o předpisech, které se týkají hydraulických kapalin, zejména s ohledem na riziko požáru a ohrožení životního prostředí, jsou obsahem tohoto článku. Klasifikace hydraulických kapalin Hydraulické kapaliny jsou vytvořeny na bázi ropných olejů, dále jsou používány emulze typu olej – voda, syntetické kapaliny nebo směsi vody a glykolu. V prostředí, kde by jejich únik mohl být příčinou požáru, jako např. důlní provozy, se používají jejich vodní emulze s vysokým obsahem vody. S ohledem na způsob použití se tyto kapaliny dále liší také podle kinematické viskozity, operační teploty, bodu tuhnutí, bodu varu, teploty vzplanutí, teploty vznícení a dalších parametrů. Klasifikace hydraulických kapalin je uvedena v normě ČSN EN ISO 6743-4 [7]. Proti staršímu znění z roku 1998 uvádí nově také kategorie kapalin přijatelných pro životní prostředí. Podrobná klasifikace je uvedena v tabulce č. 1, kde je uveden symbol hydraulické kapaliny, složení a vlastnosti, typické použití a upřesnění ve formě poznámky. Symbol pro hydraulické kapaliny se skládá ze dvou a více velkých písmen. První z nich je písmeno H, které označuje hydraulickou kapalinu používanou v hydraulických systémech. Hydraulické kapaliny určené pro hydrostatické hydraulické systémy, kde je požadováno použití kapalin přijatelných pro životní prostředí, jsou označovány podle svého složení takto: - HETG: triglyceridy - HEPG: polyglykoly - HEES: syntetické estery 629
- HEPR: polyalfaolefíny a příbuzné uhlovodíkové výrobky Hydraulické kapaliny určené pro hydraulické systémy hydrostatické, kde je požadováno použití nehořlavých kapalin, jsou označovány podle svého složení takto: - HFAE: emulze „olej ve vodě“ s hmotnostním zlomkem vody větším než 80% - HFAS: vodné roztoky chemických látek s hmotnostním zlomkem vody větším než 80% - HFB: emulze „voda v oleji“ - HFC: roztoky polymerů ve vodě s hmotnostním zlomkem vody větším než 35% - HFDR:syntetické kapaliny neobsahující vodu a obsahující estery kyseliny fosforečné - HFDU: syntetické kapaliny jiného složení neobsahující vodu V normě ČSN EN ISO 6743-4 [7] je uvedena klasifikace, ale hodnoty funkčních a bezpečnostních parametrů jednotlivých typů hydraulických kapalin v ní uvedeny nejsou. Tyto údaje jsou obsahem normy ISO 11158 [13] a ČSN EN ISO 12922 [8]. Specifikaci minimálních požadavků na minerální oleje jako hydraulické kapaliny, určené pro hydraulické hydrostatické aplikace uvádí norma ISO 11158 [13]. Je určena pro dodavatele a koncové uživatele a týká se pouze některých kategorií hydraulických kapalin, a to HH, HL, HM, HV a HG. Norma uvádí především specifikaci funkčních vlastností. Požadavky s ohledem na bezpečné používání hydraulických kapalin, jako například hořlavost, nejsou normou ISO 11158 [13] řešeny. Funkční vlastnosti i bezpečnostní požadavky řeší norma ČSN EN ISO 12922 [8]. Norma byla v ČR vydána v roce 2002 a přejímá k přímému užívání mezinárodní normu ISO12922: 1999 v anglickém jazyce. Specifikuje pouze požadavky na nehořlavé nebo těžko zápalné kapaliny, tzn. na kapaliny typu HFxx (klasifikace podle ČSN EN ISO 6743-4 [7]) určené pro hydrostatické a hydrodynamické hydraulické systémy ve všeobecných průmyslových aplikacích. Norma nepostihuje všechny bezpečnostní problémy spojené s užíváním těchto kapalin a je na jejich uživateli, aby stanovili příslušná bezpečností a zdravotní opatření. Kromě hodnocených parametrů a jejich limitních hodnot uvádí norma také experimentální postupy, kterými mají být požadované parametry hodnoceny. U hydraulických kapalin typu HFAE a HFAS nejsou uvedeny žádné požadavky na jejich odolnost proti zapálení s ohledem na jejich složení, ve kterém je více než 80 % -ní obsah vody. U ostatních typů kapalin se sníženou hořlavostí (HFB, HFC a HFD) je požadováno provedení 3 typů testů, které hodnotí hořlavost:
630
1. charakteristika zapálení rozprášených ohnivzdorných kapalin (spray ignition characteristic); podle ISO 15029-1 [10], nebo čl. 3.1.3 VII. Lucemburské zprávy [4], nebo NT FIRE 031 2. doba trvání knotového plamene (wick flame persistence); podle ISO 14935 [11], 3. test vznícení v potrubí (manifold ignition test); podle CETOP RP 65 H Porovnáním vhodnosti použití těchto testů pro hodnocení hydraulických kapalin se zabýval Khan [12]. Jako nejvhodnější pro hydraulické kapaliny, které jsou ve většině případů tvořeny multikomponentní směsí látek, byl označen test první. Dokáže odlišit mezi hořlavými a méně hořlavými kapalinami a dobře simuluje situaci, kdy dojde pod tlakem k úniku kapaliny netěsností nebo vadným těsněním. Přesto patří i test doby trvání knotového plamene k uznávaným základním zkouškám hodnotícím odolnost hydraulických kapalin proti zapálení. Poskytuje potřebné informace související s bezpečnou dopravou a skladováním. Je jednou z metod používanou VII. Lucemburskou zprávou [4] k regulaci používání hydraulických kapalin se sníženou hořlavostí v dolech. Simuluje situaci, kdy je posuzovaná kapalina nasáklá do adsorbentu nebo do hořlavého materiálu a může tak šířit požár. Třetí test hodnotí odolnost kapaliny proti zapálení na horkém povrchu. Při testu je hodnocená kapalina nalita na trubku zahřátou na 704 °C. Pak je pozorováno, zda kapalina vzplane nebo hoří na povrchu a zda hoří po odkapání z povrchu trubky. Aby kapalina mohla být označena za hydraulickou kapalinu se sníženou hořlavostí (fire-restistant hydraulic fluids), podle požadavků ČSN EN ISO 12922 [8], musí být všemi třemi testy hodnocena jako vyhovující. Kromě toho musí plnit řadu dalších požadavků, které se nevztahují k bezpečnosti, jako například obsah vody, pěnivost, hodnota pH, stabilita emulse, korozivita, kompatibilita s těsněním, hustota, viskozita apod. Tyto parametry se přímo netýkají bezpečnosti, proto se jimi tento článek nezabývá. Poněkud překvapivý je fakt, že v této normě není jako jeden z požadavků uvedena hodnota teploty vzplanutí. Přitom tato hodnota udává základní informaci o tom, zda je hydraulická kapalina snadno nebo těžce zapalitelná. Postup hodnocení bezpečnosti hydraulických kapalin Kromě funkčních vlastností, musí hydraulické kapaliny plnit řadu požadavků, které souvisí s bezpečností provozu, zdraví pracovníků a s ochranou životního prostředí. Zejména přísné požadavky platí pro používání hydraulických kapalin v uzavřených prostorách, jako jsou důlní pracoviště nebo tunely. Požadavky na hydraulické kapaliny lze shrnout takto: - nesmí být hořlavé nebo musí být alespoň těžko zápalné, přičemž zplodiny termického rozkladu nebo hoření nesmí být toxické, - nesmí být toxické, žíravé nebo jinak ohrožovat zdraví pracovníků a 631
- musí být šetrné k životnímu prostředí. Tyto obecně vyjmenované požadavky je nutné specifikovat přiřazením konkrétních vlastností a parametrů, které jsou měřitelné, a lze jim přiřadit určitou hodnotu, kterou je možno kontrolovat. Protože k největším rizikům hydraulických kapalin patří hořlavost, vztahuje se k této jejich vlastnosti více dokumentů, v nichž jsou více či méně konkrétně specifikovány požadavky na jejich nehořlavost nebo sníženou hořlavost. Riziko požáru hydraulických kapalin vyplývá přímo z jejich používání v průmyslových provozech, kde mohou přijít do styku se zdrojem zapálení. Při používání v podzemí přispívá riziko požáru těchto kapalin ke zvýšení základního rizika práce v podzemí, kterou je ztížený přístup a možnost úniku způsobené nedostatkem prostoru. Příčiny vzniku požáru je možno shrnout takto: - vznícení hořlavých par, které vznikají nad hydraulickou kapalinou, - vznícení hydraulické kapaliny, která uniká z hydraulického sytému ve formě rozprášených kapiček (aerosol – sprej), - vznícení hydraulické kapaliny uniklé z hydraulického systému nebo vyteklé při transportu a nasáklé do izolačního materiálu na strojním zařízení nebo do hořlavého uhelného prachu, které umožňuje pozdější šíření plamene v případě vznícení, - vznícení proudu nebo louže kapaliny, - vznícení hydraulické kapaliny, která ztratila svou odolnost proti ohni, například při odpaření vody nebo v důsledku rozpadu emulze a separace vodní a olejové části. Ve všech těchto případech následuje v důsledku vznícení vznik kouře, tepla a plamenů. Pokud se k tomu připojí případný vznik toxických zplodin hoření, je riziko velmi vážné. Technické požadavky, které jsou stanoveny pro hydraulické kapaliny a mají zaručit jejich bezpečné používání, vychází z legislativních požadavků na bezpečnost výrobků. Obecně platnou zásadou je, že výrobky, které přicházejí na trh, musí být bezpečné. Tato zásada je stanovena v zákoně č. 22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky [16] a vyplývá také ze znění zákona č. 102/2001 Sb. o obecné bezpečnosti výrobků [17]. Podle tohoto zákona je bezpečný výrobek definován v §3 odst. 1 takto: „Bezpečným výrobkem je výrobek, který za běžných nebo rozumně předvídatelných podmínek užití nepředstavuje po dobu stanovenou výrobcem nebo po dobu obvyklé použitelnosti nebezpečí, nebo jehož užití představuje pro spotřebitele vzhledem k bezpečnosti a ochraně zdraví pouze minimální nebezpečí při užívání výrobku,…“ 632
Zákon o obecné bezpečnosti výrobků č. 102/2001 Sb., se pro posouzení bezpečnosti výrobku nebo pro omezení rizik, která jsou s užíváním výrobku spojená, použije tehdy, jestliže požadavky na bezpečnost nebo omezení rizik nestanoví příslušná ustanovení zvláštního právního předpisu, který přejímá požadavky stanovené právem Evropských společenství. Pro hydraulické kapaliny by bylo možno použít požadavky zákona č. 22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky [16] a také požadavky zákona č. 356/2003 Sb., o chemických látkách a chemických přípravcích [6]. Posouzení bezpečnosti výrobku podle zákona č. 22/1997 Sb. je povinné, jestliže vláda svým nařízením stanovila, že se jedná o výrobek, který představuje zvýšenou míru ohrožení oprávněného zájmu, a proto u něj musí být posouzena shoda jeho vlastností s požadavky technických předpisů. Nařízení vlády, která jsou k těmto stanoveným výsledkům vydávána, se řídí sektorovým přístupem, to znamená, že jsou vždy zaměřena k určité skupině výrobků, jako například strojní zařízení, tlakové nádoby, hračky apod. Na hydraulické kapaliny nebylo vydáno žádné nařízení vlády, ve kterém by tento výrobek byl jmenovitě uveden. Obecně se k hořlavým kapalinám vztahovalo nařízení vlády č. 173/1997 Sb., kterým se stanoví vybrané výrobky k posuzování shody, ve znění nařízení vlády č. 174/1998 Sb. a nařízení vlády č. 78/1999 Sb. Dalšími novelami nařízení vlády č. 173/1997 Sb., tj. nařízení vlády č. 323/2000 Sb. a zejména nařízením vlády č. 329/2002 Sb. byly hořlavé kapaliny i minerální oleje z příloh vypuštěny. Z toho vyplývá, že se zákon č. 22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky [16] ve znění pozdějších zákonů na hydraulické kapaliny nevztahuje, protože nejsou stanoveným výrobkem. Vztahuje se na ně zákon č. 356/2003 Sb. o chemických látkách a chemických přípravcích [16] a v případě, že tento zákon nepostihne veškerá rizika, která jsou spojena s používáním tohoto výrobku, vztahuje se na ně i zákon č. 102/2001 Sb. [17]. Z těchto dvou zákonů například vyplývá, že pro každou hydraulickou kapalinu musí být zpracován bezpečnostní list podle Přílohy II Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1907/2006 a návod k používání v českém jazyce. Zákon č. 22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky [16] ve znění pozdějších zákonů, se nevztahuje na hydraulické kapaliny přímo, v tom smyslu, že hydraulické kapaliny nejsou stanoveným výrobkem. Přesto řada technických předpisů a norem, které jsou určeny pro hodnocení stanovených výrobků podle požadavků tohoto zákona, odkazuje nebo uvádí požadavky na hydraulické kapaliny v souvislosti s jinými stanovenými výrobky. Jedná se především o strojní zařízení, která spadají pod Nařízení vlády č. 24/2003 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na strojní zařízení (98/37/ES). Toto nařízení vlády bude ke dni 29. 12. 2009 nahrazeno Nařízením vlády č. 176/2008 Sb. o technických požadavcích na strojní zařízení (2006/42/ES). 633
Jako příklad některých takových předpisů, je možno uvést požadavky na hydraulické kapaliny, které vycházejí ze strojní směrnice. Např. je možno uvést normu ČSN EN 1804-2 (harmonizovaná 10/2007 s normou EN 1804-2:2001) [19] a ČSN 1804-3 (harmonizovaná 12/2007 s normou EN1804-3:2006) [18]. Obě normy uvádí bezpečnostní požadavky na mechanizované hydraulické výztuže a je v nich uveden požadavek, aby v hydraulických systémech byla používána nehořlavá a netoxická hydraulická kapalina, která odpovídá požadavkům VII. Lucemburské zprávy [4]. V tomto případě jsou požadavky uvedené v VII. Lucemburské zprávě závazné pro prokázání shody výrobku se stanovenými specifikacemi. VII. Lucemburská zpráva VII. Lucemburská zpráva [4] je v současné době platný dokument, který se zabývá posouzením vlastností hydraulických kapalin používaných v dolech. První z tzv. Lucemburských zpráv byla vydána v roce 1960. V současné době je platná poslední verze této zprávy, která byla zpracována v průběhu roku 1994 a vydána v roce 2002. VII. Lucemburská zpráva se zabývá bezpečným používáním hydraulických kapalin v prostředí hlubinných dolů. Bezprostředním impulsem k vydání takového dokumentu specifikujícího parametry, které musí hydraulická kapalina splňovat, jestliže má být používána na pracovištích podzemních uhelných dolů, byla velká katastrofa, k níž došlo v 50. tých letech v belgickém dole. Dne 8. 8. 1956 došlo v dole Bois du Cazier, Marcinelle, Belgie, k požáru. Příčinou byla závada na těžní kleci. Vagón s uhlím byl natlačen omylem do klece, kde byl jiný, prázdný vagón. Klec začala náhle stoupat s oběma vagony přesahujícími klec z obou stran. Tyto vagony při pohybu směrem nahoru přetrhaly elektrické kabely a olejové potrubí hydraulického systému a přívod vzduchu. Olej, uhelný prach nasycený olejem a výdřeva začaly hořet a kouř a plynné zplodiny se rychle rozšířily po celém dole. V důsledku žáru praskla lana klece a přístup záchranných týmů byl velmi obtížný. Požár si vyžádal 267 obětí, pouze třinácti horníkům se podařilo zachránit [9]. VII. Lucemburská zpráva je tedy poslední platnou směrnicí, která reflektuje změny v oblasti bezpečnosti při používání hydraulických kapalin. Rozdíl mezi VI . a VII. vydáním této publikace především odráží snahu o ochranu životního prostředí. Snaha o zlepšení podmínek pro ochranu zdraví a zvýšení bezpečnosti, které se projevily také ve změně předpisů a technických podmínek, se také odrazila ve znění tohoto dokumentu. Kapaliny, které obsahovaly složky, které nejsou schopné biodegradace, byly označeny jako škodlivé pro životní prostředí a jejich používání je nadále nepřijatelné. Proto musely být pozměněny i požadavky uvedené v VII. Lucemburské zprávě, a také některé metodiky. Jak vyplývá z předchozího textu, v VII. Lucemburské zprávě [4] jsou uvedeny požadavky a metodiky zkoušek pro hydraulické kapaliny používané v důlním prostředí, tj. týká se kapalin se sníženou hořlavostí typu HFxx podle ČSN EN 67434. 634
VII. Lucemburská zpráva aplikuje a konkretizuje nařízení Směrnice Rady ES 92/104/ES [5], která se týká zlepšení bezpečnosti a ochrany zdraví zaměstnanců v povrchovém a hlubinném těžebním průmyslu a v ní jsou požadavky na hydraulické kapaliny formulovány v obecné rovině. K povinnostem zaměstnavatele, viz článek 4 Směrnice 92/104/ES [5], mimo jiné patří přijetí opatření pro předcházení, odhalování a zdolávání vzniku a šíření požárů a výbuchů a také předcházení vzniku výbušné koncentrace nebo výskytu zdraví škodlivých látek v ovzduší. K hydraulickým kapalinám se přímo vztahuje čl.11.3, přílohy C Směrnice Rady ES 92/104/ES [5], která obsahuje minimální požadavky, které se vztahují na hlubinný těžební průmysl. V České republice jsou požadavky na hydraulické kapaliny používané v dolech uvedeny v báňských předpisech, zejména ve vyhlášce č. 22/1989 Sb. [15], např. v §185, odst. 2. VII. Lucemburská zpráva dělí stanovené požadavky na základní a doporučené, přičemž hydraulická kapalina musí splnit všechny základní požadavky, pokud má být tato kapalina označena jako bezpečná. Z hlediska odolnosti kapalin proti zapálení jsou používány tyto zkoušky: 1. zapálení rozprášených kapalin (spray ignition test) – výběr ze dvou testů: test „Community of Six“ nebo test „United Kingdom“, 2. metoda uvolňování tepla stabilizovaným plamenem, 3. šíření plamene – výběr ze dvou testů: test na směsi kapalina/uhelný prach nebo doba trvání knotového plamene. Provedení těchto zkoušek patří mezi základní požadavky u všech typů kapalin. Další uvedené zkoušky se týkají ochrany zdraví, technologických parametrů a jsou zařazeny mezi základní anebo doporučené. Mezi doporučené technologické zkoušky je kromě jiného zařazeno stanovení bodu vzplanutí v uzavřeném kelímku. K základním zkouškám, které se týkají ochrany zdraví, jsou zařazeny zkoušky hodnotící toxicitu zplodin termálního rozkladu kapalin. Zkoušky, kterými jsou hodnoceny hydraulické kapaliny z hlediska životního prostředí, jsou zařazeny pouze jako doporučené a je na rozhodnutí kompetentních úřadů, zda kapaliny musí být hodnoceny tímto způsobem v závislosti na příslušné legislativě. Například v České republice je uzákoněna povinnost používat biologicky odbouratelné oleje a hydraulické kapaliny v lesních porostech – viz §32 odst. 8 zákona č. 289/1995 Sb. v platném znění [20]. Některé z uvedených zkoušek mohou být převzaty z hodnocení, které bylo u hydraulické kapaliny provedeno v rámci jejího hodnocení jako chemického přípravku, podle zákona č. 356/2003 Sb. o chemických látkách a chemických přípravcích [6]. K hodnoceným parametrům patří fyzikálně-chemické vlastnosti, akutní toxicita (ryby, dafnie, bakterie), určení biodegradability, bioakumulace, 635
persistence a třída nebezpečí pro vody hodnocená podle klasifikačního systému používaného v Německu (WGK). Závěr Hydraulické kapaliny jsou používány v řadě aplikací. Požadavky na jejich vlastnosti, které by zaručovaly jejich bezpečné používání, jsou uvedeny v mnoha technických předpisech a normách. Posouzení rizika při jejich používání a stanovení zásad pro bezpečnou manipulaci, skladování a transport, jsou poměrně komplikované. Kromě vlastností kapaliny je nutno zohlednit hodnocení podmínek, ve kterých jsou kapaliny používány. Kromě bezpečnostních parametrů, které vyjadřují pravděpodobnost vzniku a šíření požárů, je dalším okruhem vlastností, které je nutno řešit, vliv hydraulických kapalin na životní prostředí. V důsledku úniků nebo poruch zařízení je možná kontaminace půdy nebo vod hydraulickými kapalinami. Výběr takových kapalin, které co nejméně ovlivňují životní prostředí, je důležitým úkolem posledních let. Parametry pro hodnocení hydraulických kapalin z hlediska snížené hořlavosti jsou stanoveny např. VII. Lucemburskou zprávou, které je začleněna do právního systému ČR v některých aplikacích odkazem v harmonizovaných normách. Nevýhodou VII. Lucemburské zprávy je to, že uvádí pouze tři zkušební laboratoře, kde je v současné době možno požadované zkoušky provádět. S ohledem na velká množství používaných hydraulických kapalin je tento stav nepříznivý. Dále je třeba poznamenat, že od jejího vytvoření v roce 1994 došlo ke změnám požadavků na vlastnosti hydraulických kapalin, které tato zpráva nereflektuje. Na rozdíl od hořlavosti, nejsou požadavky na vlastnosti, které by měly přispět k ochraně životního prostředí, tak jednoznačně definovány, snad s výjimkou důlních provozů a lesních porostů. Prosazení těchto požadavků používání hydraulických kapalin do každého prostředí, kde jsou hydraulické kapaliny používány, by mělo být snahou každého výrobce. K úniku hydraulických kapalin může docházet i při běžných poruchách strojů, ve kterých jsou tyto kapaliny používány, ale také při nehodách nebo požárech, jak dokumentují následující případy. Při požáru zemědělského stroje, řezačky na slámu, došlo k prohoření hadic hydrauliky a k následnému úniku nezjištěného množství hydraulického oleje do půdy. Větší část oleje vyhořela, část zůstala v nádrži. Na likvidaci úniku hydraulického oleje do půdy použili hasiči 30 kg sorbentu. Celkem bylo v nádrži 185 l, hasičům se však nepodařilo zjistit množství vyhořelého oleje ani množství, které se vsáklo do půdy [2]. V důsledku poruchy na hydraulickém lisu vyteklo přibližně 400 litrů hydraulického oleje. Olej mimo jiné unikl i do několika rybníků a hasiči se jej snažili zachytit pomocí pěti norných stěn, které olej zachytily [3].
636
Škody, které takto vznikají, nejsou ve většině případů velké, nicméně vážou prostředky a síly, které by mohly být využity jiným, účelnějším způsobem. Určité upřesnění předpisů s ohledem na bezpečnost a ochranu zdraví a životního prostředí by usnadnilo používání hydraulických kapalin bezpečným způsobem a zabránilo by těmto škodám. Literatura [1] Česká republika, Ministerstvo životního prostředí. Technická Směrnice č. 152009, ze dne 30.12.2008, kterou se stanovují požadavky a environmentální kritéria pro propůjčení ochranné známky. Hydraulické kapaliny. Dostupné z: http://www.cenia.cz/web/www/web-pub2.nsf/$pid/MZPMSFHMV9DV/ $FILE/ 152009.pdf [2] Hacsiková Vladimíra. Po požáru stroje vytekl olej do půdy. HZS Olomouckého kraje, Katastrofy.com. Sdělení ze dne 31.08.2005 - aktualizováno 03.11.2005 22:04:57.. Dostupné z: http://www.katastrofy.com/scripts/index.php?id_ nad=443 [3] Vrbová Denisa. Hydraulický olej unikl do záchytných rybníků. HZS kraje Vysočina, Katastrofy.com. Sdělení ze dne 07.06.2006. Dostupné z: http://www. katastrofy.com/scripts/index.php?id_nad=3919 [4] European Commission, Safety and Health Commission for the Mining and Other Extractive Industries. Requirements and tests applicable to fire-resistant hydraulic fliuds used for power transmission and control (hydrostatic and hydrokinetic). Seventh edition. Document No 4746/10/91 EN. Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 2002. 396 p. ISBN 92-894-4396-0 [5] Směrnice Rady 92/104/ES ze dne 3. prosince 1992 o minimálních požadavcích na zlepšení bezpečnosti a ochrany zdraví zaměstnanců v povrchovém a hlubinném těžebním průmyslu (dvanáctá samostatná směrnice ve smyslu čl.16 odst.1 směrnice 89/391/EHS). Úřední věstník Evropské unie, CS, 05/sv.2, str.134-149 [6] Zákon č. 356/2003 Sb. ze dne 29. 10. 2003, o chemických látkách a chemických přípravcích a o změně některých zákonů, ve znění zákona 186/2004 Sb., 125/2005 Sb., 345/2005 Sb., 345/2005 Sb., 345/2005 Sb., 222/2006 Sb., a 371/2008 Sb. In Sbírka zákonů, 2003, částka 120, s. 5810 - 5837 [7] ČSN EN ISO 6743-4 (65 6600). Maziva, průmyslové oleje a příbuzné výrobky (třída L) - Klasifikace - Část 4: Skupina H (Hydraulické systémy). Český normalizační institut, Praha: 2003.12 s. [8] ČSN EN ISO 12922(65 6600). Maziva, průmyslové oleje a příbuzné výrobky (třída L) - Skupina H (Hydraulické systémy) - Specifikace pro kategorie HFAE, HFAS, HFB, HFC, HFDR a HFDU. Český normalizační institut, Praha: 2002. 20 s. 637
[9] Bois du Cazier, Marcinelle, Belgie, staženo dne 11. 8. 2009, dostupné z http:// bbs.keyhole.com/ubb/ubbthreads.php?ubb=showflat&Number=1139377 [10] ČSN EN ISO 15029-1 (65 6021). Ropa a ropné výrobky - Stanovení charakteristik zapálení rozprášených ohnivzdorných kapalin - Část 1: Doba plamenného hoření - Metoda trysky vytvářející dutý kužel. Český normalizační institut, Praha: 2000. 20 s. [11] ČSN EN ISO 14935 (65 6020). Ropa a ropné výrobky - Stanovení doby trvání knotového plamene kapalin s omezenou hořlavostí. Český normalizační institut, Praha: 1998. 21 s. [12] KHAN, Mohammed M. Spray flammability of hydraulic fluids. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA:1996, no1284, pp. 133-147 , ASTM special technical publication ISSN 0066-0558 [13] ISO 11158:1997. Lubricants, industrial oils and related products (class L) Family H (hydraulic systems) -- Specifications for categories HH, HL, HM, HR, HV and HG. ISO, Geneva: 1997. 12 p [14] HEALTH AND SAFETY EXECUTIVE. HSE Approved specifications for fire resistance and hygiene of hydraulic fliuds for use in machinery and equipment in mines, Reference HSE (M) File L11.6/3. October 1999. Dostupné z www.hse. gov.uk/mining/frfluid.pdf [15] Česká republika. Vyhláška Českého báňského úřadu č. 22/1989 Sb. ze dne 29. prosince 1988, o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a bezpečnosti provozu při hornické činnosti a při činnosti prováděné hornickým způsobem v podzemí. In Sbírka zákonů, 1989, ča. 5, s. 146-230 [16] Česká republika. Zákon č. 22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. In Sbírka zákonů, 1997, ča. 6, s. 128136 [17] Česká republika. Zákon č. 102/2001 Sb. o obecné bezpečnosti výrobků a o změně některých zákonů (zákon o obecné bezpečnosti výrobků). In Sbírka zákonů, 2001, ča. 41, s. 2833-2838 [18] ČSN EN 1804-3(44 4421). Důlní stroje - Bezpečnostní požadavky na hydraulické mechanizované výztuže - Část 3: Hydraulické ovládací systémy. Český normalizační institut, Praha: 2007. 36 s. [19] ČSN EN 1804-2:2007 (44 4421). Důlní stroje - Bezpečnostní požadavky na hydraulické mechanizované výztuže - Část 2: Stojky a válce. Český normalizační institut, Praha: 2007. 32 s. [20] Česká republika. Zákon č. 289/1995 Sb. o lesích a o změně a doplnění některých zákonů (lesní zákon). In Sbírka zákonů, 1995, ča. 076 , s. 3946-3967
638
Evaluation of the Maximum Pressure Rise Due to Explosion in Closed Vessel Dr. Ing. Marek Woliński The Main School of Fire Service, Słowackiego 52/54, 01-629 Warszawa, Poland E-mail: [email protected] Abstract According to Polish regulations, assessment of the explosion hazard requires (among others) determination in building the room, where the hazard exists. There is a set of equations enabling to calculate the rise of pressure in the room due to explosion – which is the hazard indicator. The calculations need specific input data, one of them is maximum pressure rise due to explosion in closed vessel. This particular data could be obtained in laboratory tests or from professional literature sources, however in case of lack of such a data one can perform evaluation. The paper presents method of calculations which make it possible to perform evaluation of the maximum pressure rise due to explosion in closed vessel for hydrocarbon fuels (flammable gases or vapours). Key words maximum pressure rise, explosion hazard Regulations1 which are in force in Poland, require execution of explosion hazard assessment in objects and premises where technological processes are carried out with use of materials which can create explosive mixtures, or such materials are stored. First step of the explosion hazard assessment is indication of rooms in object, which are threatened by the explosion, i.e. rooms in which release of flammable substance leads to creation of such amounts of its mixture with air, that explosion of the mixture would result in pressure rise greater than 5 kPa. Annexe for the decree1 gives set of formulas enabling to calculate of this pressure rise in actual conditions. Calculations in the case of explosion with contribution of homogeneous flammable gases or vapours, of molecules built with carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen and halogen atoms are carried out with use of relationship as follows: m ⋅ ΔPmax ⋅ W ΔP = max (1) V ⋅ Cst ⋅ ρ
1
Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 21 kwietnia 2006 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów. Dz. U. Nr 80 z 2006 r., poz. 563 (in Polish).
639
where mmax ΔPmax W
V
Cst
maximum mass of combustible substances, creating explosive mixture, which can be released in the room under consideration, kg, maximum pressure rise due to explosion of stoichiometric gas – air or vapour air mixture in closed vessel, Pa, explosion reaction course coefficient, taking into account that room is not air – tight, explosion reaction is not adiabatic, and fact that only part of released in the room flammable gases or vapours participates in the explosion. W=0,17 for flammable gases and W=0,10 for flammable vapours, volume of air space in the room; it is the difference between cubature of room and volume of systems, equipment and closed packages etc. which occure in the room, m3, volumetric stoichiometric concentration of flammable gases or vapours:
Cst = β
1 1 + 4,84 ⋅ β
(2)
stoichiometric coefficient of oxygen in explosion reaction:
nH − nCl nO (3) − 4 2 respectively: amounts of carbon, hydrogen, halogen and oxygen atoms in molecule of gas or vapour, density of flammable gases or vapours in temperature of room at normal working conditions, kg/m3. β = nc +
nC, nH, nCl, nO ρ
As it can be seen in the above, for taking the decision if the room is classified (or not) as threatened by the explosion, knowledge of ΔPmax value is essential. Experience shows, that value of maximum pressure rise due to explosion of stoichiometric gas – air or vapour air mixture in closed vessel is not easy to find in accessible sources (from wide range of printed documents or handbooks to resources of internet). Of course, the best solution is to order determination of this parameter value in accredited laboratory, according to the standard2. However, before receiving result, one can try perform evaluation of this parameter on the basis of molecular composition of the flammable substance creating mixture with air, using thermodynamic relationships (e.g.3) applied in the combustion theory.
2
3
PN-EN 13673-1:2005 Oznaczanie maksymalnego ciśnienia wybuchu i maksymalnej szybkości narastania ciśnienia wybuchu gazów i par – Część 1: Oznaczanie maksymalnego ciśnienia wybuchu (in Polish). Staniszewski B.: Termodynamika. PWN, Warszawa 1978 (in Polish).
640
To achieve the goal, one should calculate, one after the other, values of the following parameters: • Theoretical oxygen demand for combustion (calculated upon notation of the combustion reaction):
8 Ot = ⋅ C + 8 ⋅ H 2 + S , kg O 2 /kg of fuel 3
(4)
where C, H2, S mass fractions of pure carbon, hydrogen and sulphur in the burning substance, respectively, • Theoretical air demand for combustion:
Lt = where 0.23
Ot , kg of air/kg of fuel 0, 23
(5)
mass fraction of oxygen in air,
• Combustion temperature (calculated upon energy balance of the combustion process):
tsp = where Wu cp to L λ= r Lt Lr
a) b) c) d)
Wu + t , °C (1 + λ ⋅ Lt )⋅ c p 0
(6)
lower heating value of burning substance, kJ/kg mean specific heat of combustion products, kJ/kg*K initial temperature of air supplied for combustion process, °C excess air number, amount of air really supplied for combustion process.
In the conducted evaluation one can assume the following: heat of combustion Qsp instead of lower heating value Wu (however, Wu
pV = mRT
641
(7)
where p V m R T
gas pressure, volume of gas, mass of gas, specific gas constant, gas temperature, treating explosion in closed vessel as isochoric process one has:
p1 T1 = p2 T2
(8)
where p1, T1
initial pressure and temperature, respectively, p2, T2 final pressure and temperature, respectively (for conducted evaluation: in the moment when the maximum explosion pressure pmax is achieved) or, in other words
p2 = pmax =
p1 ⋅ T2 T1
(9)
where p1=101325 Pa (normal atmospheric pressure), T1=293 K (20°C), T2=tsp+273 K. And finally:
⎛T ⎞ Δpmax = pmax − p1 = p1 ⋅ ⎜ 2 − 1⎟ ⎝ T1 ⎠
(10)
or
⎛ tsp + 273 ⎞ Δpmax = 101,325 ⋅ ⎜ − 1⎟ , kPa 293 ⎝ ⎠
(10a)
Presented way of maximum explosion pressure evaluation can be applied for gas – air and vapour – air mixtures of hydrocarbon fuels (isochoric process of perfect gas is approximate description of pressure rise of gaseous combustion products and air taking part in the combustion process when the mixture is heated to the combustion temperature). One should realize, that assuming in the above calculation scheme value of heat of combustion Qsp, instead of lower heating value Wu, leads to obtaining 642
overestimated values of ΔPmax, what finally results in overestimating of calculated ΔP value. However, underestimation of ΔP, and making light of explosion hazard in the room, would have worse consequences for the building users safety. References [1] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 21 kwietnia 2006 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów. Dz. U. Nr 80 z 2006 r., poz. 563 (in Polish). [2] PN-EN 13673-1:2005 Oznaczanie maksymalnego ciśnienia wybuchu i maksymalnej szybkości narastania ciśnienia wybuchu gazów i par – Część 1: Oznaczanie maksymalnego ciśnienia wybuchu (in Polish). [3] Staniszewski B.: Termodynamika. PWN, Warszawa 1978 (in Polish).
643
Souhrn metodických předpisů pro činnost jednotek požární ochrany Ing. Martin Žaitlik Hasičský záchranný sbor Olomouckého kraje Schweitzerova 91, 772 11 Olomouc E-mail: [email protected] Abstrakt Vznik nový zákonů s sebou přinesl i vznik nových prováděcích předpisů. V současnosti je 297 platných „základních“ metodických předpisů, upravujících činnost jednotek požární ochrany. Pravidelně je vytvářeno CD s jejich aktuálním a přehledným vydáním. Klíčová slova metodika, předpis, souhrn, hasiči, jednotka Vznik integrovaného záchranného systému si vynutil nejenom nutné legislativní změny na úrovni zákonů a vyhlášek, ale také v oblasti „ostatních metodických předpisů“. Zákon č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů a v návaznosti na prováděcí vyhlášky jasně stanovuje mimo jiné také základní úkoly jednotek požární ochrany. Podle uvedeného zákona jednotka požární ochrany mimo jiné také provádí zásah podle příslušné dokumentace požární ochrany nebo při soustředění a nasazování sil a prostředků. Další předpisy stanovují zásady velení a činnosti velitelů, příslušníků, zaměstnanců podniku a členů dobrovolných jednotek požární ochrany při zásahu. Ministerstvo vnitra na úseku požární ochrany mimo jiné také řídí odbornou přípravu a usměrňuje po odborné stránce výkon služby v jednotkách požární ochrany. Nejenom v rámci úkolů vyplývajících ze zákona byla u Ministerstva vnitra – generálního ředitelství Hasičského záchranného sboru České republiky v roce 1994 vytvořena Komise pro výkon služby. Hlavním úkolem této komise bylo provedení aktualizace metodických předpisů pro činnosti jednotek požární ochrany v souvislosti s vydanou legislativou a současným poznáním. Zpočátku bylo prácí uvedené komise provedení revize cvičebního a bojového řádu. Tímto byly zrušeny již zastaralé postupy z oblasti výcviku, taktiky a strategického řízení a vytvořena chybějící metodika, reagující na současný vývoj ve společnosti. Stará dokumentace, vydávaná formou příruček v knižním vydání, byla nahrazena formou jednotlivých metodických listů a samostatných publikací. Tato metodika je logicky chronologicky řazena, přičemž umožňuje určitou „pružnost“ v její aktualizaci a tudíž i v reakci na nutné změny, které přináší současný rychlý vývoj společnosti. 644
Současně platnou „základní“ metodickou podporu pro činnost jednotek požární ochrany jak v oblasti operačního řízení, tak i v oblasti organizačního řízení, lze rozdělit do těchto základních skupin: • Cvičební řád jednotek požární ochrany • Bojový řád jednotek požární ochrany – taktické postupy • Řády odborných služeb • Normy znalostí hasičů • Konspekty odborné přípravy jednotek PO • Metodika pro jednotky sborů dobrovolných hasičů • Metodika pro činnost na místě zásahu – ostatní • Pomůcka pro velitele jednotky požární ochrany Cvičební řád jednotek požární ochrany aktuálně obsahuje: • 57 metodických listů z oblasti technického výcviku, • 15 metodických listů z oblasti pořadového výcviku, • 6 metodických listů z oblasti práce ve výškách a nad volnou hloubkou. Bojový řád jednotek požární ochrany – taktické postupy aktuálně obsahuje: • 14 metodických listů z oblasti obecných zásad, • 23 metodických listů z oblasti nebezpečí, • 12 metodických listů z oblasti řízení, • 45 metodických listů z oblasti požárního zásahu, • 13 metodických listů z oblasti součinnost, • 4 metodických listů z oblasti dopravních nehod, • 16 metodických listů z oblasti nebezpečných látek, • 5 metodických listů z oblasti technických zásahů. Oblast „základních“ řádů odborných služeb obsahuje: • Řád analogové sítě HZS ČR a součinnosti v IZS, • Řád strojní služby, • Řád technické služby, • Řád chemické služby. Normy znalostí hasičů jsou zastoupeny „úplným“ souborem s normami pro funkce: • Hasič, • Velitel družstva, • Strojník, • Hasič technik chemické služby.
645
Konspekty odborné přípravy jednotek požární ochrany představují: • 11 konspektů požární taktiky - základy požární taktiky, • 6 konspektů požární taktiky – záchranné práce, • 3 konspekty požární taktiky – hasební prostředky, • 4 konspekty z obecné požární ochrany, • 1 konspekt požární taktiky – věcné prostředky, • 4 konspekty z oblasti dopravních nehod. Metodika pro jednotky sborů dobrovolných hasičů obsahuje: • 4 základní předpisy pro zajištění akceschopnosti dobrovolných jednotek požární ochrany. Ostatní metodika pro činnost na místě zásahu obsahuje: • 2 typových postupů složek IZS, • 11 katalogů typových činností, • 3 doporučené postupy, • 11 pokynů generálního ředitelství Hasičského záchranného sboru České republiky. Pomůcka velitele jednotky požární ochrany obsahuje: • 3 karty z oblasti dopravních nehod, • 4 karty z oblasti nebezpečných látek, • 7 kontrolních listů typových činností, • 3 karty signálů, • 2 karty cizojazyčných slovníků. K termínu květen 2009 se jedná o celkem 297 platných „základních“ metodických předpisů pro činnost jednotek požární ochrany. Česká asociace hasičských důstojníků o.s. ve spolupráci s Ministerstvem vnitra - generálním ředitelstvím HZS ČR a s Hasičským záchranným sborem Olomouckého kraje opět vytvořila v rámci odborné přípravy „Souhrn metodických předpisů pro činnost jednotek požární ochrany“. Jedná se o CD-ROM s aktualizací: Květen 2009, 6. vydání. Toto CD obsahuje všechny výše uvedené metodické předpisy, přičemž jejichž aktualizace nebo nové zařazení je vyznačeno pro přehlednost blikající ikonou. Všechny dokumenty jsou převedeny do formátu PDF, který zaručuje nemožnost snadného vepisování textu do souborů a jejich snadný tisk v jakékoliv velikosti či formátu.
646
Zpracování a distribuce CD-ROMu je zajišťována prostřednictvím České asociace hasičských důstojníků o.s.. Ministerstvo vnitra České republiky podpořuje tento projekt grantem, z něhož je zajišťováno bezplatné předání tohoto souhrnu předpisů pro potřeby Hasičského záchranného sboru České republiky v počtu 2 ks na krajská ředitelství a po 1 ks na každou stanici u Hasičských záchranných sborů krajů. Ostatní zájemci si mohou tentosouhrn předpisů pro činnost jednotek PO objednat prostřednictvím emailu: [email protected].
647
Results of the Simulation of the Effects of a Sprinkler Spray on a Flame Thermal Radiation Propagation Through Room Openings Darko Zigar, Zdravković Martina, Desimir Jovanović University of Niš, Faculty of Occupational Safety, Čarnijevica 10a, Nis, Serbia E-mail: [email protected] Abstract Unsolved problem of fire transfer through room openings, especially effects of a sprinkler spray on a flame thermal radiation, imposes the need for its solution. To all this we can add data from practice pointing to the fact that fires in the buildings, in most cases, develop and spread through inner and outer openings. For this reason, fire models and software tools develop and get improved, namely, those that will lead to the results concerning propagation of thermal radiation through room openings in real time. Its solution, though, comprises making of an adequate mathematical model of the flame thermal propagation by radiation, computing the droplet trajectories and tracking the water as it drips onto the burning surface as well as the choice and application of numerical techniques for solving the given problem in addition to the choice of an optimal software for calculation and a graphic display of the calculation results. The paper gives the results of the simulation of a sprinkler spray on a flame thermal radiation propagation by using the program FDS. KeyWords thermal Radiation, Fire Model, Software, Simulation, Sprinkler 1. Introduction The use of CFD models has allowed the description of fires in complex geometries and the incorporation of a wide variety of physical phenomena. Virtually all this work is based on the conceptual framework provided by the Reynolds-averaged form of the Navier-Stokes equations (RANS), in particular the k-ε turbulence model pioneered by Patankar and Spalding [12]. However, these models have a fundamental limitation for fire applications - the averaging procedure at the root of the model equations. The application of Large Eddy Simulation (LES) techniques to fire aims at extracting greater temporal and spatial fidelity from simulations of fire is performed with more certainty. The phrase LES refers to the description of turbulent mixing of the gaseous fuel and combustion products with the local atmosphere surrounding the fire. The simplified equations, developed by Rehm and Baum [1, 2, 15], have been widely adopted by the larger combustion research community, where they are referred to as the „low Mach number“ combustion equations. The low Mach number equations are solved numerically by dividing the physical space where fire is to be 648
simulated into a large number of rectangular cells. Within each cell the gas velocity, temperature, etc., are assumed to be uniform; changing only with time. The accuracy with which the fire dynamics can be simulated depends on the number of cells that can be incorporated into the simulation. This number is ultimately limited by the computing power available. 2. Fire dynamics simulator Fire Dynamics Simulator – FDS, includes further submodels: hydrodynamic model, combustion model and radiation model [11]. In hydrodynamic model FDS solves numerically a form of the Navier-Stokes equations appropriate for low-speed, heat-driven flow with an emphasis on smoke and heat transport from fires. The core algorithm is an explicit predictor-corrector scheme, of second order accuracy in space and time. Turbulence is treated by means of the Smagorinsky form of Large Eddy Simulation (LES). It is possible to perform a Direct Numerical Simulation (DNS) if the underlying numerical grid is fine enough. LES is the default mode of operation. For most applications, FDS uses a mixture fraction combustion model. The mixture fraction is a conserved scalar quantity that is defined as the fraction of gas at a given point in the flow field that originated as fuel. The model assumes that combustion is mixing-controlled, and that the reaction of fuel and oxygen is infinitely fast. The mass fractions of all of the major reactants and products can be derived from the mixture fraction by means of „state relations,“ empirical expressions arrived at by a combination of simplified analysis and measurement. Radiating model analyzes radiation transport equation for a non-scattering gray gas. The radiation equation is solved by using a technique similar to a finite volume method for convective transport, thus the name given to it is the Finite Volume Method (FVM). For calculation absorption coefficients κ, as a function of mixture fraction and temperature applied narrow-band model RadCal [6] is combined with FDS. Water droplets can absorb thermal radiation [14]; this is important for the cases involving mist sprinklers. All the solid surfaces are assigned thermal boundary conditions plus information about the burning behavior of the material. Usually, the material properties are stored in a database and accessed by name. Heat and mass transfer to and from solid surfaces is usually handled with empirical correlations, although it is possible to compute directly the heat and mass transfer when performing a Direct Numerical Simulation (DNS). Simulating the effects of a sprinkler spray involves a number of elements beyond just activation: computing the droplet trajectories and tracking the water as it drips onto the burning surface. Sprinkler Activation. The temperature of the sensing element of a given sprinkler is estimated from the differential equation put forth by Heskestad and Bill [10], with the addition of a term to account for the cooling of the link by water droplets in the gas stream from previously activated sprinklers
649
u dTl C C = Tg − Tl )− (Tl − Tm ) − 2 β u ( dt RTI RTI RTI Here Tl is the link temperature, Tg is the gas temperature in the neighborhood of the link, Tm is the temperature of the sprinkler mount (assumed ambient), and b is the volume fraction of (liquid) water in the gas stream. The sensitivity of the detector is characterized by the value of RTI. The amount of heat conducted away from the link by the mount is indicated by the “C-Factor”, C. The constant C2 has been empirically determined by DiMarzo and co-workers [16, 17, 5] to be 6 × 106 K/(m/s)1/2 , and its value is relatively constant for different types of sprinklers. Sprinkler Droplet Size Distribution. Once activation is predicted, a sampled set of spherical water droplets is tracked from the sprinkler to either the floor or the burning commodity. In order to compute the droplet trajectories, the initial size and velocity of each droplet must be prescribed. This is done in terms of random distributions. The initial droplet size distribution of the sprinkler spray is expressed in terms of its Cumulative Volume Fraction (CVF), a function that relates the fraction of the water volume (mass) transported by droplets less than a given diameter. CVF for an industrial sprinkler may be represented by a combination of log-normal and Rosin-Rammler distributions [3] ⎡ln (d ′ / d m )⎤⎦ ⎧ −⎣ d 1 1 2 ⎪ d d′ e 2σ ∫ ⎪ 2π 0 σ d ′ F (d ) = ⎨ γ ⎛ d ⎞ ⎪ −0.693⎜ ⎟ ⎝ dm ⎠ ⎪ 1− e ⎩ 2
(d ≤ d m ) (d m < d )
where dm is the median droplet diameter (i.e. half the mass is carried by droplets with diameters of dm or less), and γ and σ are empirical constants equal to about 2.4 and 0.6, respectively. The median drop diameter is a function of the sprinkler orifice diameter, operating pressure, and geometry. Correlation for the median droplet diameter could be writing as [20]: 1 dm = We 3 D
where D is the orifice diameter of the sprinkler. The Weber number, the ratio of inertial forces to surface tension forces, is given by
ρ wU 2 D We = σw
650
where ρw is the density of water, U is the water discharge velocity, and σw is the water surface tension (72.8 × 10−3 N/m at 20 °C). The discharge velocity can be computed from the mass flow rate, a function of the sprinkler’s operating pressure and K-Factor. In the numerical algorithm, the size of the sprinkler droplets are chosen to mimic the Rosin-Rammler/log-normal distribution. A Probability Density Function (PDF) for the droplet diameter is defined
f (d ) =
F ′ (d ) d3
∫
∞
0
F ′ (d ′ ) d d′ d ′3
Droplet diameters are randomly selected by equating the Cumulative Number Fraction of the droplet distribution with a uniformly distributed random variable U d
U (d ) = ∫ f (d ′ )d d ′ 0
The procedure for selecting droplet sizes is as follows: Suppose water is leaving · Suppose also that the time interval for droplet the sprinkler at a mass flow rate of m. insertion into the numerical simulation is δt, and the number of droplets inserted each time interval is N. Choose N uniformly distributed random numbers between 0 and 1, call them Ui, obtain N droplet diameters di based on the given droplet size distribution, and then compute a weighting constant C from the mass balance
4 ⎛d ⎞ m δ t = C ∑ πρ w ⎜ i ⎟ ⎝2⎠ i =1 3 N
.
3
Sprinkler Droplet Trajectory in Air. The trajectory of an individual droplet is governed by the equation
24 / R e Re < 1 ⎧ ⎪ CD = ⎨24 (1 + 0.15Re0.687 )/ Re 1 < Re < 1000 ⎪ 0.44 1000 < Re ⎩ where CD is the drag coefficient, rd is the droplet radius, ud is the velocity of the droplet, u is the velocity of the gas, ρ is the density of the gas, md is the mass of the droplet. The drag coefficient is a function of the local Reynolds number
Re =
ρ u d − u 2rd μ
where μ is the dynamic viscosity of air. 651
Sprinkler Droplet Transport on a Surface. When a water droplet hits a solid horizontal surface, it is assigned a random horizontal direction and moves at a fixed velocity until it reaches the edge, at which point it drops straight down at the same fixed velocity. This “dripping” velocity has been measured to be on the order of 0.5 m/s [8, 9]. Penetration of water into porous materials is handled very crudely by assigning a fraction of the water droplets that strike a solid horizontal surface to go straight through the solid at a slow velocity. Neither the fraction nor the velocity has been validated. Mass and Energy Transfer from Droplets. A correlation for the mass loss rate of a droplet that involves these parameters is given here [4] The subscripts d and g refer to the droplet and gas, respectively, md is the
d md = −2π rd Shρ D (Yd − Yg ) dt droplet mass, D is the diffusion coefficient for water vapor into air, Y is the water vapor mass fraction, and Sh is the droplet Sherwood number, given by a correlation involving the Reynolds and Schmidt numbers The vapor mass fraction of the gas, Yg, is obtained from the overall set of mass
Sh = 2 + 0.6Re1/2Sc1/3
conservation equations and the vapor mass fraction of the droplet is obtained from the Clausius-Clapeyron equation
⎡ h M ⎛ 1 1 ⎞⎤ Xd X d = exp ⎢ v w ⎜ − ⎟ ⎥ ; Yd = X d (1 − M a / M w ) + M a / M w ⎣ R ⎝ Tb Td ⎠ ⎦ where Xd is the droplet water vapor volume fraction, hv is the heat of vaporization, Mw is the molecular weight of water, Ma is the molecular weight of air, R is the gas constant, Tb is the boiling temperature of water and Td is the droplet temperature. The droplet heats up due to the convective heat transfer across the surface of the droplet minus the energy required to evaporate water
md c p , w
d Td d md = Ad hd (Tg − Td )− hv dt dt
Here cp,w is the specific heat of water, Ad= 4 r2d is the surface area of the droplet, hd is the heat transfer coefficient, given by 652
hd =
Nuk 2rd
; Nu = 2 + 0.6Re1/2 Pr1/3
Nu is the Nusselt number, k is the thermal conductivity of air, and the Prandtl number, Pr, is about 0.7 for air. The Sherwood number, Sh, is analogous to the Nusselt number, with the Schmidt number about 0.6 compared to the 0.7 for the Prandtl number. Interaction of Droplets and Radiation. Water droplets attenuate thermal radiation through a combination of scattering and absorption [18]. The radiationdroplet interaction must therefore be solved for both the accurate prediction of the radiation field and for the droplet energy balance. If the gas phase absorption and emission radiative transport equation becomes s ⋅∇I λ (x,s ) = − ⎡⎣κ d (x,λ ) + σ d (x,λ )⎤⎦ I (x,s ) + κ d (x,λ ) I b ,d (x,λ ) +
σ d (x,λ ) Φ (s,s′ ) I λ (x,s′ )d Ω′ 4π ∫4π
where kd is the droplet absorption coefficient, σd is the droplet scattering coefficient and Ib,d is the emission term of the droplets. Φ(s,s´) is a scattering phase function that gives the scattered intensity from direction s´ to s. After the band integrations, the spray RTE for band n becomes s ⋅∇I n (x,s ) = − ⎡⎣κ d ,n (x,λ ) + σ d ,n (x,λ )⎤⎦ I n (x,s ) + κ d ,n (x,λ ) I b ,d ,n (x,λ ) +
σ d (x,λ ) U n (x ) 4π
The absorption and scattering cross sections and the scattering phase function _ are calculated using the MieV code developed by Wiscombe [19]. Both κd and σd are averaged over the possible droplet radii and wavelength before the actual simulation. A single constant temperature is used in the wavelength averaging. This “radiation temperature” Trad should be selected to represent a typical radiating flame temperature. A value 1173 K is used by default. The averaged quantities, being now functions of the droplet mean diameter only, are saved in one-dimensional arrays. 3. Model input data Input parameters required by FDS contain information about the numerical grid, ambient environment, building geometry, source ignition location, heat release rate of source ignition, thermal properties of a wall, ceiling, floor and furniture, opening size, etc. Test room used in all the calculations consists of two levels with same base dimension 5.2 x 4.6 x 2.4 m. Opening on under level has dimension a = 1.6 m (width) and b = 1.2 m (height). Window under border is at 0.9 m from a floor. Space around the test room is represented as outer space without a wind. Total assumed space (test room and space ahead of opening) is split by a numerical grid 653
in 214656 calculated cells, where every cell cube dimensions are 0.1x0.1x0.1 m. Room ceiling, walls, and walls considered as simulation necessaries are all coated with gypseous panels. Inside room geared by fire are placed two couches, two chairs and children chairs, all made from upholster pillow. There are also wooden stuff (table and pine-cupboard) and vinyl-carpet. Data about used materials and furniture dimensions are given in Tables 1 and 2. Table 1 Thermal properties of used materials Material
Thickness (m)
Density (kg/m3)
Conductvity (W/mK)
Temp. Ignition (°C)
Heat Evapor. (kJ/kg)
Burn Rate (kg/m2s)
Gypseous panel
0.013
1440
0.48
400
-
-
Carpet
0.006
750
0.16
290
2000
0.05
Pine
0.028
450
-
360
500
-
Upholster (cotton)
-
40
-
280
1500
0.03
Table 2 Furniture dimension and form-materials Object
Material
Dimension (m)
Board
Pine
1.5 x 1.2 x 0.2 (thick.)
Couch (2 pieces)
Upholster pillows
2.8 x 0.8 x 1.2
Chair (2 pieces)
Upholster pillows
0.8 x 1.0 x 1.2
Children chair
Upholster pillows
0.8 x 0.6 x 0.8
Cupboard
Pine
1.3 x 0.6 x 1.9
Carpet
Vinyl
5.2 x 4.6 x 2.4
For fire initialization is used ignition source on one of couches, size 0.6 x 0.6 m, heat release rate of 360 kW. K-5 sprinkler model, which main characteristics are: activation temperature 74°C and RTI = 110 index, are set up in the middle of test room and in all simulations. 4. Simulation results The results refer to the fire development, temperature and radiant intensity in the vertical surface, for: 1. Scenario (a), which doesn’t include sprinkler activation, and 2. Scenario (b), which includes sprinkler activation. 654
Fire development scenario (a)
scenario (b)
32 sec.
32 sec.
378 sec.
378 sec.
900 sec
900.sec
Fig. 1 Review of fire development schedule for: scenario(a), without sprinkler activation, and scenario (b) with sprinkler activation
655
Temperature schedule for axis aperture scenario (a) scenario (b)
900 sec
32 sec.
32 sec.
378 sec.
378 sec.
900.sec
Fig. 2 Temperature schedule at axes opening: scenario(a), without sprinkler activation, and scenario (b), with sprinkler activation
656
Radiant intensity scenario (a)
scenario (b)
32 sec.
32 sec.
378 sec.
378 sec.
900 sec
900.sec
Fig. 3 Radiant intensity at axes opening: scenario(a), without sprinkler activation, and scenario (b), with sprinkler ctivation
657
Conclusion We can see that sprinkler spray has extremely strong influence on reducing fire heat radiant intensity and temperature in the room as well as out of it. The fire heat radiant intensity is dropped from 250 kW/m2 (scenario (a) without sprinkler activation) to 100 kW/m2 (scenario (b) with sprinkler activation). Temperature without sprinkler activation was 770 °C and with sprinklers activation 620 °C. The temperature was measured in the room’s upper (heat) zone. In sprinkler activation scenario, during whole simulation, the flashovers didn’t appear, while in scenario without sprinkler activation the flashover appeared 158 seconds from fire initialization. In sprinkler activation scenario the fire is localized at initiation place, with occasional, short and small fire appearance through room’s hatch. When the sprinklers are activated, the fire intensity is smaller and the risk of its spreading inside and out of object is smaller. References [1] Baum, H.R., Ezekoye, O.A., McGrattan, K.B. and Rehm, R.G., 1994, Mathematical Modeling and Computer Simulation of Fire Phenomenon, Theoretical and Computational Fluid Dynamics, 6:125-139. [2] Baum, H.R., McGrattan, K.B. and Rehm, R.G., 1997, Three Dimensional Simulations of Fire Plume Dynamics, In Fire Safety Science - Proceedings of the Fifth International Symposium, pages 511-522. International Association for Fire Safety Science. [3] Chan, T.S., 1994, Measurements of Water Density and Droplet Size Distributions of Selected ESFR Sprinklers. Journal of Fire Protection Engineering, 6(2):79– 87. [4] Cheremisinoff, N., 1986, Encyclopedia of Fluid Mechanics, Volume 3: GasLiquid Flows. Gulf Publishing Company, Houston, Texas. [5] Gavelli, F., Ruffino, P., Anderson, G., and di Marzo, M., 1999, Effect of Minute Water Droplets on a Simulated Sprinkler Link Thermal Response. NIST GCR 99-776, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland. [6] Grosshandler, W., 1993, RadCal: A Narrow Band Model for Radiation Calculations in a Combustion Environment, NIST Technical Note TN 1402, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland. [7] Forney, G.P. and Mc Grattan, K.B., 2004, User‘s Guide for Smokeview Version 4, NIST Special Publication1017, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland. [8] Hamins, A. and McGrattan, K.B., 1999, Reduced-Scale Experiments to Characterize the Suppression of Rack Storage Commodity Fires. NISTIR 6439, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland. [9] Hamins, A. and McGrattan, K.B., 2002, Reduced-Scale Experiments on the Water Suppression of a Rack-Storage Commodity Fire for Calibration of a CFD 658
[10]
[11] [12] [13] [14] [15] [16]
[17]
[18] [19] [20]
Fire Model. In Fire Safety Science – Proceedings of the Seventh International Symposium, pages 457–468. International Association for Fire Safety Science. Heskestad, G. and Bill, R.G., 1988, Quantification of Thermal Responsiveness of Automatic Sprinklers Including Conduction Effects. Fire Safety Journal, 14:113–125. McGrattan, K., 2005, Fire Dynamics Simulator-Technical Reference Guide, NIST Special Publication 1018, U.S. Department of Commerce. Patankar, S.V.,1980, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Hemisphere Publishing, New York. Quintiere, J., 1984, A Perspective on Compartment Fire Growth, Combustion Science and Technology, 39:11-54. Ravigururajan, T. and Beltran, M., 1989, A Model for Attenuation of Fire Radiation ThroughWater Droplets, Fire Safety Journal, 15:171-181. Rehm, R.G. and Baum, H.R., 1978, The Equations of Motion for Thermally Driven, Buoyant Flows, Journal of Research of the NBS, 83:297-308. Ruffino, P. and DiMarzo, M., 2003, Temperature and Volumetric Fraction Measurements in a Hot Gas Laden with Water Droplets. Journal of Heat Transfer, 125(2):356–364. Ruffino, P. and. DiMarzo, M., 2002, The Effect of Evaporative Cooling on the Activation Time of Fire Sprinklers. In Fire Safety Science – Proceedings of the Seventh International Symposium, pages 481–492. International Association for Fire Safety Science. Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland. Tuntomo, A., Tien, C. and Park, S., 1992, Optical Constants of Liquid Hydrocarbon Fuels. Combustion Science and Technology, 84:133–140. Wiscombe, W.J., 1980, Improved Mie Scattering Algorithms. Applied Optics, 19(9):1505–1509. Yu, H.Z., 1986, Investigation of Spray Patterns of Selected Sprinklers with the FMRC Drop Size Measuring System. In Fire Safety Science – Proceedings of the First International Symposium, pages 1165–1176. International Association For Fire Safety Science.
659
Abstracts Prediction of Temperature Field for a Large-Scale Fire Test Simulating a Car Fire of 10 MW Heat Power in the Komořany Road Tunnel Mgr. Jan Angelis, Ing. Otto Dvořák, Ph.D., Ing. Hana Matheislová, doc. Dr. Ing. Milan Jahoda, Ing. Petra Bursíková A Blind Prediction of a newly constructed tunnel in Komořany is described in the article. The Blind Prediction is a prediction made by mathematical modelling without knowing experimental data from the real fire test. Temperature and concentrations of CO, CO2, O2 have been computed. There are two types of scenarios which have been modelled: with and without forced ventilation. The scenario similar to the real fire test in road tunnel Valík has also been modelled. Keywords Mathematical modelling, fire, tunnel, Smartfire Risks of Thermal Effects and Combustion of Pesticides and Fertilizers Doc. Ing. Ivana Bartlová, CSc., Ing. Štěpán Buchta Storehouses of technical fertilizers and pesticides (agrochemicals) occur in the framework of the whole of the Czech Republic. In case of fire in these buildings, just gaseous toxic products of thermal degradation and combustion of the given chemical preparations represent a considerable intoxication risk not only to intervening fire brigades, but also to the population in the surroundings. For the obtaining of necessary information, analyses (detection by means of GASTEC tubes, SOUL – determination of endangering properties of dangerous substances, analysis of gas products of thermal degradation and combustion) that examined products of thermal degradation and behaviour of test samples of agrochemicals were made. Comparison of Inert Gases Effects on Explosion Points Ing. Aleš Bebčák, Doc. Ing. Jaroslav Damec, CSc., Ing. Ivo Konderla, Ing. Jiří Serafín The article focus on the issue of explosion points and the influance of inert gases on them. It describes basic principles of determing explosion points and this knowledge is applied on measurement. The article is mainly focused on determing explosive range between lower and upper explosion point of selected combustible liquid and its dependance on the amount of oxygen in the mixture. Lowering of the amount of oxygen in the mixture is done by adding various inert gases. Their influence on the time behaviour of explosion chart is then analised and compared. Key words Inertization, explosive range , explosion points 660
Influence of High Temperature and Type of Polypropylene Fibres on Compressive Strength of Reinforced Concrete st. bryg. prof. dr hab. inz. Zoja Bednarek, Mgr. inz. Tomasz Drzymała This paper presents results of strength tests for fibre-reinforced concrete samples subjected to high temperatures typical for fire environment. The main goal of the research was to perform an analysis of fire temperature influence on strength parameters changes in concrete reinforced with polypropylene fibres. Three types of polypropylene fibres currently used and available in Europe were tested. Fibres were added to cylindrically shaped samples of C30/37 and C60/75 concrete in different ratios (0.6 kg/m3; 0.9 kg/m3; 1.2 kg/m3). Samples were subjected to a standard fire, which models temperature growth during a real fire. Firing temperatures stayed within range of 20 to 1000°C. After the heating the samples were examined on a strength-testing machine. After analysis of obtained results, research conclusions were formulated. Keywords Fire, Concrete, Compressive strength, Polypropylene fibre, Spalling resistance, Temperature Civilian Fire Injuries and Fatalities in Residential Buildings Ing. Petr Bitala Large number of civilian fire injuries and fatalities occur each year as a result of fires in residential buildings. The analysis of statistical data involving civilian fire death and injury rates evaluates consequences and documents the increasing need of interest about the fires in these types of buildings. Knowledge of local specific conditions as well as lesson-learned from errors caused may contribute significantly when aiming at searching for the novel approaches in order to improve the fire safety of residential buildings. Keywords residential buildings, fire, fire safety, cause of fatality Estimating Burning Characteristics of Liquid Pool Fire Ing. Petra Bursíková, Ing. Otto Dvořák, PhD The article describes the burning characteristics of liquid pool fire: - the mass loss rate, - the heat release rate, - the burning duration of fire, - the flame height, - the flame temperature, - the equivalent diameter of pool fire, - and the radiant heat flux from fire. There are the potential methods of computing estimation with the examples.
661
Extinguishing Gas Materials and Their Exploitation in Extinguishing Systems Ing. Iveta Coneva, PhD. Extinguishing gas materials provide good resources to low fire risk and danger in closed and limited area to protect persons in danger and material values. Using of inert gases and gas mixtures with terminative physical or chemical extinguish mechanism in extinguishing systems finds application in protection of technology, objects and areas. Key words inert gas, chemical gas, extinguishing system, Inergen, Argonite, carbon dioxide, FM 200, Novec TM 1230 LINE® FIRE DETECTION SYSTEMS - Introduction of Line Type Heat Detection Systems with Application Examples Luigi Cristiano Automatic fire detection systems have become standard equipment in road tunnels in many European countries. Requirements for the automatic fire detectors have already been quite hard, but some of them are able to fulfill even additional and higher specifications to insure a higher grade of detection. This paper gives an overview about two different systems, the second one have been tested and installed in very harsh environments successfully. Fire Extinguishing in the Case of Oil and Gas Eruptions plk. Ing. Ján Cvečka The content of the article is the analysis of causes of oil and gas well accidents and their division and also the analysis of field tested fire extinguishing methods and procedures in the case of gas and oil eruptions, including the latest knowledge with using modern firefighting equipment. Rescue of Persons on Frozen Water Surfaces – Personal Protective Equipment for Fire Brigades Ing. Hynek Černý, Bc. Jaroslava Černá, Ing. Ladislav Jánošík The article focuses on the problem of people broken through ice. It concerns with using protective clothing and basic technical instruments for fire brigades’ work in the water. It compares applicability different types of protective clothing for working in the water in relation with the protection of rescuer against cold. It presents fundamental procedures used in people rescue on ice-covered water areas with an accent on the rescuers safety. 662
Experience of Volunteer Engagement in the Town of Třinec Prof. RNDr. Danihelka Pavel, CSc., doc. Ing. Marek Smetana, Ph.D., Mgr. Ladislav Chromec Thanks to involvement to European projects MIRIAD and VADEME, obliging town leaderships and admirable ardor of Třinec municipality staff, they was finished unique system of voluntaries linking during the solving of extraordinary situations. Two years after offer the Třinec municipalities offer their experience to other interested persons. Aircraft Firefighting and Rescue Experiences Dipl.ing. Martin Djovčoš The paper deals with the experiences gained from the firefighting and rescue operation executed on Boeing 737-800 aircraft at the Belgrade Airport “Nikola Tesla”. It strives to describe the incident that occurred at the aircraft, as well as the executed rescue operation from the aircraft with 182 adults, 1 child and 6 crew members onboard. The paper further describes the reason for emergency landing and presents the applied firefighting and rescue tactics. Road Tunnel Drainage – Fire Barrier in Sewers Ing. Jana Drgáčová, Ing. Petr Bebčák, Ph.D. Contribution bring information about drainage system in transeuropean tunnel motorway and sewerage firewall, who are integral part drainage system in tunnel communication and their testing. Statistical Significance Tests of Laboratory Test Results Ing. Otto Dvořák, Ph.D. Contribution specifies: - application of t-test and F-test to verify the validity of the zero hypothesis - Statistical evaluation process of outliners in measured data from a series of measurements under repeatability conditions, - -Application Cochranova and Dean_Dixonova test to detect outliners of tests´s results with a simple level of the test / the considered parameter - a possible verification procedure on the homogeneity of test samples for the interlaboratory comparison test (ICT) - an application of z and zeta scores´s graphs to demonstrate graphic comparison of the results of individual IT participants Key words Significance tests, null hypothesis, t-test, F-test, outliners, Dean-Dixon test, Cochran test, z-score and zeta-score graphs, interlaboratory proficiency testing 663
Possibilities of Determining the Toxic Potency of Fire Effluents and of the Practical Uses of Their Results Ing. Otto Dvořák, Ph.D. Author of contribution in the brief notes: - results of international and European standardization in the field of toxicity of fire effluents, - the possibilities of laboratory determination of toxic potency of fire effluents, - the results of the practical usefulness of the determination of toxic potency in the construction, marine, air and rail traffic and in the military. Key words Toxic potency, fire effluents, physical fire models, test determinations, ISO/ TC92/SC3, CEN/CENELEC/TC 256 IEC/TC 89, practical applications Investigation of Smoke Density and Visibility in Unventilated Compartment During Full-Scale Fire Tests with Polyurethane Foam and Pine Wood ml. bryg. dr inz.Jerzy Gałaj Ph.D., Msc. Grzegorz Bajko The results of the tests of a full-scale fire in a single closed unventilated compartment are presented in this paper. The main objective was to analyze the influence of different properties of flammable materials on smoke density and visibility in the selected measuring points of the compartment during fire occurrence. A flammable materials like polyurethane foam and pine wood often used as components of contemporary furniture were tested. A fire source was located in the corner of the room. The conclusions based on the performed experiments especially considering evacuation conditions were formulated. A completely different character of the changes in smoke density during fire with polyurethane foam and pine wood was observed. The time of reaching maximum value of smoke density was over four times shorter in the case of polyurethane foam fire. Keywords fire, full-scale fire, test of fire, internal fire, evacuation conditions, source of fire, smoke density, visibility Fire Protection in Shopping Center Dr. Zuzana Giertlová Shopping centers with a sales area of more than 800 m² are acording to german regulations buildings of extraordinary use. Fire protection rules for shopping center with a sales area of more than 2.000 m² are specified in a Regulation for shopping center. In the paper basic principles of planning are described. Key words shopping center, fire protection, smoke extraction system, fire area, escape route 664
The Comparison of Type OB-305 and Type PMP-4 Instruments Used for the Flare Point Determination According to the Standard ČSN EN ISO 2719 Ing. Lenka Herecová, Ph.D., Ing. Hana Věžníková, Ing. Jiřina Vontorová, Ph.D., Ing. Jiří Pavlovský, Ph.D., Václav Šimek This paper concerns the comparison of two instruments (types OB-305 and PMP-4) used for the Pensky – Martens closed cup flash point test. For this purpose, two liquids were used, namely diesel oil and ethylene glycol. The measured values have been evaluated with respect to repeatability of the experiment and to the congruity of data obtained by both the instruments. Statistical software QC Expert 2.5, Adstat, and statistical extension of MS Excel have been used for the data evaluation. Keywords flash point test, statistical data evaluation, ČSN EN ISO 2719 standard Conception of Fire Appliance into the City Urban Area nprap. Ing. Tomáš Horvát The report briefly informs about some aspects of the ride and the arrival of fire brigades (hereinafter referred to as PO) to the places of intervention in the urban area. It shows the development of transport in big Czech cities and its negative impact on the PO. It analyzes the velocity model ranges fire appliances in designated cities. This represents a possible solution, and operation of special urban fire vehicle, which its optimized parameters allow an easier ride and better maneuverability in dense traffic and transit through bottleneck sections, which could shorten the length of time range response fire appliances to transport critically affected areas. Key words Fire-fighting vehicles, pumping fire appliance, transport to the scene (place of intervention), local urban area, density of traffic, fire appliance weight class, optimalization of vehicle technical parameters. A Pilotless Monitoring Helicopter in the Service of Police of the Czech Republic plk. Ing. Martin Hrinko, Ph.D Practical Experience with the Introduction of Safety Packages for the Sampling of FIre Place Vlasta Charvátová, Otto Dvořák A new method of sampling in the fire place which includes the use of safety packages to ensure indispuability of collected samples was developed at the Fire Technical Institute. Safety packages have been provided throughout the Fire and Rescue Service of the Czech Republic and became part of equipment used in cars of fire investigators. 665
Key words Ssampling, fire place, safety packages Initiation Stage Characterization of Cellulose Nonflaming Combustion by Rapid Detection of Decomposition Products Ing. Tomáš Chrebet, Prof. Ing. Karol Balog, PhD. The contribution deals with observation of released flamable gasses (CO, H2, CH) during thermal decomposition of cellulose and cellulose impregnated by 10% solution of KHCO3 during constant heating rate in thermal heated furnace. According to amount of released gases we were looking for critical temperature, when smoldering process starts. Fighting Fires in Natural Environment with Appropriate Extinguishing Agent that is Acceptable From the Ecological Point of View. Part 1.: Class A Fire Model Ing. Mgr. Ivan Chromek, PhD., Doc. RNDr. Iveta Marková, PhD., Prof. Ing. Anton Osvald, CSc., Ing. Eva Mračková, PhD., Ing. Viktor Moravec The article introduces the evaluation of extinguishing substance and possibility of extinguishing substance (foam and foam agents) effect increasing in case of chosen fire. As well as paper offer of evaluation chosen extinguishing substance from ecological parameters. Based on the experiment, there is showed the possibility of the fire spreading stop, using additives in the water. Key words Water, Sthamex (foam/surfactant agent), extinguishment, ecological parameters The Village (City) Fire Brigades and the Integrated Rescue System (IRS) Ing. Mgr. Ivan Chromek, PhD. Comparising two aspects on existence of the Integrated Rescue System (IRS) in the Slovak Republic, the legislative and the real, it comes to some disproportions. To positive or to negative, that is a question. This article presents the only one aspect, oriented to relatively difficult defined term „the other rescue services“, where belong also the Village (City) Fire Brigades. Key words Village (City) Fire Brigades, Integrated Rescue System (IRS), legislative
666
Full Rescue System Doc. Ing. Josef Janošec, CSc. Analysis of the conditions that led to the historical predecessor of the Integrated Rescue System of The Czech Republic, which were „Full rescue system“. Background of activities, which led to its creation and derivation of the reasons which influenced that was between 1991 and 1993, nor in the coming years realized. Keywords Crisis management, integrated rescue system, defense, protection, threats The Testing Procedure of Bioradar in Defined Conditions Ing. Ladislav Jánošík, Bc. Radek Hon The article is concerned with testing procedure of bioradar LifeLocator and with examination of its functional parameters in defined conditions setting close to real application in practice. The article resumes both benefits and handicaps of bioradar, principles of its practical using and evaluation of acquired information. The Testing Procedure of Functional Underclothes Ing. Ladislav Jánošík, Bc. Michal Vejda The article deals with testing of the underwear under exposure suit. The paper also contains technical conditions, which the T-shirts from the given public notice must fulfill. There is the description of chosen T-shirt models, the description of exercise test, the particular measuring results and their comparison in the paper. Key words underwear under exposure suit, functional underwear, humidity regulation, thermoregulation Studies on Ignitability of Different Wood Materials Used in Construction Depending on Method of Ignition Waldemar Jaskółowski, Ph.D; Piotr Borysiuk, Ph.D. Studies on ignitability have been conducted for specimens of three groups of materials: domestic woods, particle boards, wood panels (13 materials total). Ignitability of materials has been studied in the cone calorimeter in horizontal position and in the special test set (small-scale technique) to study ignitability in vertical position. Specimens have been ignited by external heat flux with the addition of the flame (piloted ignition) and without the flame (ignition). The article compares research results. Key words ignitability, wood, particle board, floor panel
667
Experience from the Performance of the Integrated Rescue System of the Slovak Republic pplk. Mgr. Mgr. Róbert Károlyi Autor describes legislation of the Integrated Rescue System of the Slovak Republic, start, progress, trends in planning documents. Further describes problems but also achievements connected with building of the Integrated Rescue System of the Slovak Republic. Text has got graphics appendices. Key words Slovak Republic, Integrated Rescue System, legislation, administrative system, trends The Role of Fullerene C60 in the Aerosol Method of Fire Suppression Ing. Karel Klouda, CSc., M.B.A., Svatopluk Cafourek Experiments described in the report demonstrated increased extinguishing activity of the aerosol generated from composition containing percentage units of fullerene C60. Contribution opens the issue concerning the role of fullerenes in the radicals’ process. Keywords fullerene C60, aerosol, radicals’ reactions, pyrotechnics Possible Risk of Carbon Nanoparticles’ Presence in the Solid Products of Combustion Ing. Karel Klouda, CSc., M.B.A. The contribution describes the general and the unique properties of nanoparticles. The development of instrumental analysis in recent years made it possible to identify the carbon nanoparticles (e.g. fullerenes) in the soot resulting from burning of wood and many other organic substances. There are described as well the specific properties of fullerene C60 and discussed views on its biological and toxic properties. Keywords nanotechnology, nanoparticles, soot, fullerenes, toxicity Public Water Supply in the Framework of Readiness for Extraordinary Situations Doc. Ing. Šárka Kročová, Ph.D. The readiness of various subjects of state infrastructure for emergency situations is of decisive importance to coping with them. The significance of preparation increases in the organizations that are components of critical infrastructure. A number 668
of them, mainly energy suppliers, affect always significantly the depth of effects and effect duration. To significant areas, the area of public water supply belongs; in the Czech Republic, 92.5% of inhabitants [6] and in reality, the whole spectrum of public infrastructure and emergency services of the state are connected to it. Similar situations are also there in the other states of EU; that is why it is suitable to unify a number of activities and procedures. By the unification, economical savings can be achieved and operating efficiency can be increased. Knowledge as well as experience from adjacent states concerning the water supply has already been utilised in a number of water supply organizations since the year 1993. Since the year 2001 this new trend has been manifested itself in the legislative area, in provisions of water act and act on public water supply system operation. Some pieces of this knowledge are also mentioned in the contribution. Experiences of Fire Rescue Brigade of Moravia-Silesian Region with Crisis Management Ing. Antonín Krömer, Ing. Tomáš Hendrych, Ing. Libor Folwarczny, Ph.D. The article deals with the crisis management and with the participation of the Fire Rescue Brigade (FRB) of Moravia-Silesian Region (MSR). It relates to the integration of FRB among the regional authorities of crisis management, emphasizes the observation of legislative rules and shows their fulfillment within the past 9 years. The content is narrowed on the formation of crisis management and reflexes the steps of the formation it had gone and is still going through. The parts dealing with development steps of the crisis and emergency planning, including the specifics of requiring, gathering and data evidence, optimization of the crises units in Moravian-Silesian region and the educational role of the FRB MSR, is followed by a brief analytical summary of the aspects of crisis management during the crisis situation in MSR – fast-coming floods in 2009. The article closes with the general facts from authors about the significant problems of crisis management regarding the activities of FRB, lessons learned from the experiences and certain recommendation for the next courses of activities. Additional Solution of Evacuation in the Building for Lodging Ing. Petr Kučera, Bc. Romana Steinerová In this article there is rated fire safety in the accommodation facilities built before technical fire safety standard in forced. The bulk of the work is focused on evacuation routes security and means of safe evacuation of people. The aim of this paper is to draft to the owners of accommodation facilities an effective and financially manageable precaution to raise their guests´ safety up.
669
Keywords Accommodation, facilities, fire safety, evacuation route, evacuation Properties of Building Materials in Fire Conditions Doc. Ing.Václav Kupilík, CSc. Paper deals with structure, thermal and technical properties and the behaviour of materials during raised temperatures. Paper is focused on the most often used materials, that is to say on steel, concrete, wood, bricks and gypsum cardboard, whose curves represented their thermal and technical properties are mentioned here. Given data enable better to assess these materials in design of their measures, the consequences for operation and lifetime of buildings structures. These designs would be applied in the frame of fire safety solutions of constructions. Protection Against Lightning and Surge Structures from View of Authorized Expert Ing. Jiří Kutáč Damage management of lightning flash. Damage reason explanation of lightning flash. Desing conception of protection measure to structures. Desing conception of protection measure within structures. Keyword Lightning, flash, surge, protection, external lightning protection system, surge protective device SPD Coal Dust Explosions in Mines - Risk Assessment Kazimierz Lebecki In spite of more than 100 years of common international efforts, elaboration of method of its avoiding and suppression coal dust explosions still destroy the mines and kill people. Table below gives the international statistics of the biggest events (E.Fuchs, CEN WG5, private communication) Standards of Fire Protection for Heat Cladding Systems Ing. Pavla Lukášová This text describes the new standards of technical regulations of fire protection of buildings ČSN 73 0802 and ČSN 73 0810 for dry joint heat cladding systems and facades for additional heat cladding of existing buildings and for new buildings. There is a described operating procedure of reaction to fire tests for facades – itermediate scale test by ISO 13785-1. In the end, there is the evaluation of reaction to fire tests, which have been concluded and their importance in practice. Keywords heat cladding system, facade, fire protection, reaction to fire 670
Design of Building Structure Loaded by Explosion Shock Wave Doc. Ing. Daniel Makovička, DrSc., Ing. Daniel Makovička The main requirements for building structure design threaten with a explosion. Explosion effects and their characteristics. Evaluation of safety and reliability principles of structure loaded by explosion effect by European Standard. Determination of safety distance. Example of structure response analysis. Explosion load characteristics of concentrated charge. Simplified determination of time histories of loading shock wave and their comparisons according to the some authors. Structure assessment. Example of application. Key words building structure, explosion effects, analysis, assessment Strategic Planning of Area Development and Protection for Population Ing. Lenka Maléřová, doc. Ing. Vilém Adamec, Ph.D. At production strategy development is necessary pay attention cautions to protection evolve area before impact extraordinary event. It in practice means planning procuration to prevention rise extraordinary event or at lest to modulation thein impact. With the aim of preservation defensible area development. The article flowing from common regularity defensible development and his exapmle, village Bolatice, furter nears problems. Key words strategic development plan, planning village development, protection for population International Cooperation of Technical University in Zvolen and Brno University of Technology in Brno within The Frame of Slovak Research and Development Agency by Fire Fighting in Natural Environment Doc. RNDr. Iveta Marková, PhD., Ing. Eva Mračková, PhD., Ing. Mgr. Ivan Chromek, PhD., Prof. Ing. Anton Osvald, CSc, prof. RNDr. Milada Vávrová, CSc., doc. Ing. Josef Čáslavský, CSc., MVDr. Helena Zlámalová Gargošová, Ph.D., Mgr. Helena Doležalová Weissmannová, Ph.D. This paper is aimed on close interconnection between theory and practical application. It characterizes cooperation of two universities Technical University in Zvolen and Brno University of Technology in Brno with the Fire and Rescue brigade of Ministry of Interior of Slovak Republic in representation of Fire and Rescue brigade County headquarters in Zvolen. It describes the use of fire fighting agents and their effect on environment after the fire fighting has taken place. The cooperation is in the area of fire fighting and its effect on environment, which is realized by the Department of Fire Protection, Faculty of wood science and technologies of Technical 671
University in Zvolen and Institute of Chemistry and Technology of Environmental Protection, Faculty of Chemistry of Brno University of Technology. Key words fire fighting, environment, cooperation of universities Mathematical Modeling of Non-spreading Enclosure Fire of Fading Gas Ing. Hana Matheislová, doc. Dr. Ing. Milan Jahoda, Mgr. Jan Angelis, Ing. Petra Bursíková, Ing. Otto Dvořák, Ph.D. Mathematical modeling of fires and phenomena connected with fires belongs to fast developing part of Computational Fluid Modeling (CFD). This study is focused on comparing simulation results from two specialized solvers – FDS (Fire Dynamics Simulator) and SmartFire with experimental values. A distribution of temperature and concentration of monitored gases (CO, CO2, O2) is compared in case of nonspreading enclosure fire. The physical model was represented by two propane-butane burners. The influence of the computational grid and combustion model on the obtained results was mainly studied. Key words Fire modeling, SmartFire, FDS, PyroSim New Supplementation of Central Statistics of Events in the Czech Republic for the Need of Fire Technical Expert Examinations Ing. Petr Michut, Ing. Vlasta Charvátová, Ing. Otto Dvořák, Ph.D. The contribution specifies the technical procedure and method of software solutions to complement the central database of statistics of events in the Czech Republic on the data from the fire technical expertise of fires in the Czech Republic. Keywords Fire technical expertise, expert opinions, expert report (expert observations), the database of fires in the Czech Republic Thermal Properties of Concrete Construction During Fire Milosevic Lidija, dipl.ing. The paper describes the behaviour of concrete constructions during fire, as well as their thermal properties, such as density of concrete, specific heat capacity, thermal conductivity, thermal diffusivity, and thermal elongation of concrete in view of Eurocode 2. Keywords concrete constructions, concrete density, specific heat capacity of concrete, thermal conductivity of concrete, thermal diffusivity of concrete, thermal elongation of concrete 672
Static Electricity as a Risk Explosion of Jet Fuel Ing. Eva Mračková, PhD. Paper deals with a jet fuel and its risk explosions by a static electricity as an initiatory source. Ways of explosion protection against the non-desired explosion are investigated. In the paper the possibilities of an initiatory source are given, namely static electricity in plane service and maintenances. Key words jet fuel, risk, explosion, static electricity, explosion protection Simulation of Specific Steel Structure under Fire Exposure Ing. Miroslav Mynarz, Ing. Petr Kučera The aim of this contribution is to make analysis of thermal and mechanical response of specific structures through the software system and numerical modelling and to compare it with simplify computation according to Eurocodes. Keywords fire, thermal analysis, steel constructions, numerical modelling, FEM Amended Standard ČSN EN 13163 in Connection with Fire Classification of Thermal Insulation Products from Expanded Polystyrene Doc. Ing. Miroslava Netopilová, CSc. The article brings information on the development of standards concerning some properties of expanded polystyrene that is an insulating material used in the Czech Republic most widely. It concentrates above all on those standards that also include fire technical characteristics. Keywords Thermal insulation products, Expanded polystyrene, Fire classification of construction products and building elements, reaction to fire test, continuous glowing combustion. Study of Ethyl Alcohol Burning Rate Ing. Miroslav Novotný, Doc. Ing. Ivana Tureková, PhD. We range burning rate of combustible between important fire - technical parameters. There is important value for modelling of fires. Single burning of inflammable liquid, describe by burning rate is complex process, which is influenced by factors number. These are, bowls geometry, physical and chemical properties of liquid, air exhaustion, character of border materials and next. Study of ethyl alcohol burning rate speed and its dependence from bowls dimension and highs of liquidsurface is subject of construed report. 673
Keywords flammable liquid, burning rate speed, bowls dimensions Determination of Evacuation Time Occupancy in Buildings Ing. Juraj Olbřímek, PhD. The Author article reviews actual stage, tendency calculation of time evacuation occupation in Slovak republic. He analyse input data for calculation of time evacuation occupation. Keywords Fire protection, Evacuation Occupancy, National act State of Eurocode Implementation into Fire Engineering Practice in the Slovak Republic Doc. Ing. Ladislav Olšar, PhD. The paper contributes to the discussion about situation of eurocodes in the fire engineering practice and necessity of their application. It presents views of author concerning the eurocodes in the process of ensuring fire security of buildings, position and function of fire engineering specialist during their implementation into practice and also his attitude to necessity of eurocodes. Key words eurocodes, fire security of buildings, fire engineering specialist Meaning and position of Fire Rescue Brigades in Integrated Rescue System in SR Ing. Michal Orinčák, PhD. This paper deals with meaning and position of Fire Rescue Brigades in Integrated Rescue System in Slovak Republic. Prelusion of this paper characterizes responsibilities and activity Fire Rescue Brigades. The next part solves problem of utilization Fire Rescue Brigades in Integrated Rescue System not only on territory of Slovak republic, but also in foreign. Key words Fire Rescue Brigade, Integrated Rescue System, rescue works. Tests of Extinguishing of Sunflower-Seed Oil Ing. Vasil Silvestr Pekar The paper informs briefly about the results of tests of sunflower oil extinguishing according to the CSN EN 3-7 + A1: 2008, Annex. L in the test hall of the Fire Technical Institute. There were verified a test apparatus and: - Effects of test conditions (heating time, the size of the volume of oil, the air flow 674
rate) on the test results , - The extinguishing efficiency of fire extinguishung agents,the Neufrol M, the Fettex, the Fire ade AFFF (3% and 6% solution) by measuring the extinction period, the consumption of fire extinguishing agent and the height of a flame during extinguishing, - Extinguishing of a burning sunflower oil by the powder extinguisher and CO2 extinguisher ( 6 kg) Key words Extinguishing test, class F fire, ČSN EN 3-7 +A1:2008, Annex L,extinguishing agents: Neufrol M, Fettex, Fire Ade AFFF, verification of a test apparatus , extinguishing efficiency, verification of test conditions Technical Institute of Fire Protection – Testing Laboratory for Firefighting Equipment – Accredited Laboratory for Extinguishing Powder Testing Ing. Jan Podhradský Testing of extinguishing powders, extinguishing agents, technical conditions for powders (but powders for fire class D) The Basis of Temperature Analysis of Smoke Plume Ing. Jiří Pokorný, Ph.D. The developing fire is accompanied by the column of smoke gases, which are usually called Smoke Plume. Temperature is one of its characteristics. The Smoke Plume is usually defined by the average temperature, axial temperature and by the temperature in the radial distance from the axis. The special case is the determination of axial smoke of the Smoke Plume, which takes into account the effect of the hot layer of accumulated gasses. The article describes some methods that can be used in determination of the temperature characteristics of the Smoke Plume, presents the results acquired from their applications and, on the first place, the knowledge from their comparison. Finally, there are recommended the suitable calculation methods for determination of the Smoke Plume temperature. Key words Smoke Plume, temperature, fire, calculation methods Analysis of Behaviour of Polypropylene Fibers Applied for Reinforcing of Fiber Reinforced Concrete in Fire Temperatures Marzena Półka, Tomasz Drzymała The article presents the analysis of selected properties of three types of PP fibers used as additions to concretes. During experimental investigation the temperature 675
of ignition, heat of combustion was determined and thermogravimetric analysis conducted for PP fibers. On the basis of conducted thermogravimetric analyses the minimum starting and ending temperature of thermal decomposition and pyrolysis, temperature of 50 per cent mass loss and temperatures of maximum velocity of mass loss of fibers were determined. Keywords Fire, Polypropylene fiber, Spalling resistance, Temperature Selected Aspects of Advanced Crisis Management Doc. RNDr. Dana Procházková, DrSc. The paper deals with the position of a crisis management in the complex organisational unit management system. For the crisis management it summarizes targets, basic principles, research tasks, particularities of decision-making, specific tools, crisis planning specialities, principles of preparedness for critical situation solutions and the system of management of response to critical situations. Keywords Crisis Management (CM). Safety Management System (SMS). The CM Role in the SMS. Expenses Connected with Fires Doc. RNDr. Dana Procházková, DrSc. The paper deals with the costs that must be expended by the human society for fire safety ensuring. It analyses the questionnaire on fire statistics determined for relevant survey on expenses connected with fires under the UN auspice that has been widely processed since 2005. It identifies the CR needs in the given domain and it proposes adjustments supporting the qualified assessment of expenses connected with fires. Key Words Fires. Integral / Complex Safety. Questionnaire on Fire Statistics. Fire Impacts. Fire Costs. Safety Characteristics of Ethylene oxide/Inert gas/Air-Mixtures in Sterilization Processes Enis Askar, Volkmar Schroeder, Aydan Acikalin, Jörg Steinbach, Friederike Flemming, Tammo Redeker Part I: Explosion limits of Ethylene oxide/Inert gas/Air-Mixtures Ethylene oxide belongs – like acetylene – to the disintegration capable (chemical unstable) substances. This is the reason that for ethylene/air-mixtures the 676
upper explo-sion limit (decomposition reaction) is 100 vol.-%. For the assessment of explosion hazards by industrial sterilization processes with ethylene oxide (EO), the flammability regions of 3-component-systems EO/ nitrogen/air, EO/carbon dioxide/air and EO/water vapour/air were determined. The tests were performed at tempera-tures of 20 °C and 100 °C and at pressures of 40 kPa and 100 kPa in accordance with the stan-dard test method EN 1839-B. The observed flammability regions are similar in shape and typical for mixtures with ethylene oxide. According to the molecular heat capacities the regions get larger with nitrogen and smaller with carbon dioxide. They become larger with increasing pressure and increasing temperature. Using experimental data, a semi-empirical model was created that allows the calculation of explosion limits of process gases in sterilization processes. Such process gases can consist of EO, nitrogen, carbon dioxide, water vapour and air. The model bases on the assumption that the adiabatic flame temperatures along the boundary curves of a flammability region have a certain temperature profile that is nearly independent of the type of the inert gas. The adiabatic flame temperatures were calculated by using the “Gaseq” Code. Using a temperature profile calculated from only one experimental system EO/ inert gas/air it is possible to predict the explosion limits of systems with other inert gases or of process gases containing several inert gases. Part II: Maximum Experimental Safe Gap and Deflagration- and Detonation Characteristics of Ethylene oxide/Air-Mixtures For the constructive design of flame arresters the flame proof safe gaps of ethylene oxide/air-mixtures were measured according to IEC 79-1A at atmospheric pressure and 40 °C in de-pendence on the volume content of ethylene oxide. The experimental results show definitely that there is besides the M.E.S.G (oxidation reaction) a second minimum (decomposition reac-tion) at a higher ethylene oxide concentration. However, this minimum is above the M.E.S.G. value. In connection with the tests of deflagration flame arresters and detonation flame arresters on their safety against flame transmission the flame propagation velocities and the maximum pressures for ethylene oxide/air-mixtures were determined with the concentration range of the ethylene oxide from 5 to 90 vol.-%. Pipes with an inner diameter of Di = 80 mm and a ratio pipe length/pipe diameter L/D from 185 to 275 were used for the deflagration and detonation tests.
677
Comparison of Results of Determinating the Toxic Potency of Gaseous Combustion Products of Polymeric Materials According to DIN 53436 / ISO 13344 And ČSN EN ISO 5659-2 / CEN TS 45545- 2 Methods Ing. Milan Růžička, Ing. Otto Dvořák, Ph.D. Comparison results of determination of fire effluent toxic potency on eight polymeric materials (cotton textile, PVC, PA, PUR solid foam, SBR, spruce wood, vulcanized rubber and PET sheets ). There were compared values of the Total Fractional Effective Doses (FEDtot), the Conventional Indexes of Toxicity (CITG) and the amount of toxicants related per 1 gram of sample determinated by two test methods (according to DIN 53436 / ISO 13 344 and according to ČSN EN ISO 56592 / CEN TS 45545- 2), whose principles are described in the article. Determination results by both methods are comparable. From fundamental reasons they depend indeed to the certain measure upon used method. Determination of Liquid and Pasty Substances´ Affinity to their Selfignition, Confrontation of the Bichamber and Single Chamber Mackey ´s Tester. Ing. Lucie Salgová, Ing. Otto Dvořák, Ph.D. The contribution treats about differences between the Mackey´s tester and the tester according to ASTM 3523-92 [1] (differential bichamber Mackey). This evaluation was conducted on a sample of the boiled linseed oil. Keywords self-ignition, Mackey tester (single - chamber), Differential Mackey tester (bichamber) Assesment Maximum Explosive Parameters Inside of Term VŠB- TUO, FBI Ing. Jiří Serafín, Doc. Ing. Jaroslav Damec, CSc., Ing. Aleš Bebčák Maximum explosion parameter are one in important safety parameter at rate property inflammable substance. At faculty safety engineering was within frame project FRVŠ č. 427/2007 construct explosion sterilizer VA-250 on who possible in laboratory conditions of faculty safety engineering provide maximum explosion parameter fuel gas, par inflammable liquid, inflammable dust and their through combination. Keywords Explosive curve, maximum explosive pressure, maximum explosive speed, cubic law, explosive autoclave
678
The SOLIT Project – Investigation of a High Pressure Fire-Fighting System for Road Tunnels Dr. Starke Horst, Prof. Dr. Grabski Reinhard The project SOLIT (Safety of Life in Tunnels) was sponsored by the Federal Ministry of Economics and Technology (BMWi) of Germany. The main content was the development and the test of a high pressure water mist system for fire fighting or suppression in tunnels in order to improve the opportunities for self-rescue. The IdF took charge at the design and installation of the measuring system as well as the evaluation of measuring data. The paper presents the fire scenario, the test program and the measuring system. Results of the experiments will be shown on the bases of the measured quantities and graphics. The achievement of the protection objectives will be discussed. The Investigation of the Short Circuit Fire-melted Artifacts of the Electric Cu Wiring by Raman Spectroscopy Ing. Ondřej Suchý, Ing. Otto Dvořák, Ph.D. The paper briefly informed: about Raman spectroscopy about used instruments for measurement about study of Cu cross section and about results Keywords Raman spectroscopy, electric Cu wiring, cause and victim beads, Cu2O Possibilities of Expert System Utilization in Risk Assessment Doc. Dr. Ing. Michail Šenovský, Ing. Pavel Šenovský, Ph.D. The contribution deals with the problems of possibilities of expert (knowledge) system utilization in the area of risk analysis or assessment. As basic data, checklists orientated towards the area of system vulnerability assessment are taken. Usability of Computation Estimates of Explosion Points of Flammable Liquids for a Need of the Test Determination Ing. Libor Ševčík, Ing. Otto Dvořák, Ph.D. The contribution compares the results of prediction of explosion points of flammable/combustible liquids by calculating and the test determination under pr EN 15794. For cases where a flammable liquid consists of several components, it is shown how to determine their active coefficients. There is evidence that a computational estimation may significantly help reduce the time that is necessary for the own determination. 679
Keywords Lower explosion point (LEP), upper explosion point (UEP), the tester according to pr EN 15794, computational estimation of the LEP and the UEP Calculations of Ventilation Areas for Gas Explosions in Incompletely Filled Volume – Comparison of Methods Found Ing. Jiří Šustek; doc. Ing. Břetislav Janovský Dr.; Ing. Tadeáš Podstawka, Ph.D. Paper concerns on comparison of few computational methods intended for design of venting area during vented gas explosion. Comparison is based on large background research and about 200 simulations with CFD code AutoReaGas. Relations are compared with focus on gas deflagrations in not completely filled vessels. Only few authors mention about that; however in real situations rarely fully filled vessels are ignited. Comparison of suitable simple relations for methane – air mixture in cylindrical vessels for full or not completely filled vessels is outcome of the work. Keywords venting, deflagration, explosion, gases, vent area Mineral Wool from the Point of View of Response to Fire Ing. Ľudmila Tereňová, PhD. This report deals with the testing of the reaction to fire of the materials on the base of the stone wool and points to the differences in the results of the established criterions of evaluation during the testing of the combustion heat and the testing of the non-combustibility for concrete sorts of building products from the stone wool and examines their dependence from the bulk density. Keywords stone wool, bulk density, reaction to fire, heat of combustion, noncombustibility Environmental Examination of Extinguishing Foams and their Properties of Extinction Doc. Ing. Ivana Tureková, PhD., prof. Ing. Karol Balog, PhD., doc. Ing. Dagmar Samešová, PhD. Extinguishing foams are common used by extinguishing fire of flammable liquids, whereby their insulating, choky and refrigerating effect are exploited. The purpose of lecture is to consider and compare foams, that are at present used in fire departments, not only on the part of high extinguishing effect (capability of faster aborted burning on the large surface by little usage) but even to aspect of bearing on the environment in whole stage of their life cycle. 680
Keywords foams, fire extinguisher, fire Methods of Evaluation of Hydraulic Fluids with Respect to their Safe Use Ing. Hana Věžníková, Ing. Lenka Herecová, Ph.D., Ing. Dalibor Míček, Ph.D. The properties of hydraulic liquids used for machinery equipment have to meet the safe use requirements. The fire resistant fluids are primarily preferred when, in case of their ignition and/or combustion, there is a grave hazard to human life and health as a consequence of ensuing fire or even explosion, for example in underground mines or tunnels. The inventory of other characteristics the fluids have to meet is stated in technical standards and in the so-called 7th Luxembourg Report that is often referred to by plenty of manufacturers. This paper deals with methods of hydraulic fluids resistance to flame testing, and provides a review of applied experimental tests. The attention is paid to properties of hydraulic fluids concerning environmental protection. Keywords hydraulic fluids, fire resistant liquids, environmental protection. Evaluation of The Maximum Pressure Rise Due to Explosion in Closed Vessel Dr. Ing. Marek Woliński According to Polish regulations, assessment of the explosion hazard requires (among others) determination in building the room, where the hazard exists. There is a set of equations enabling to calculate the rise of pressure in the room due to explosion – which is the hazard indicator. The calculations need specific input data, one of them is maximum pressure rise due to explosion in closed vessel. This particular data could be obtained in laboratory tests or from professional literature sources, however in case of lack of such a data one can perform evaluation. The paper presents method of calculations which make it possible to perform evaluation of the maximum pressure rise due to explosion in closed vessel for hydrocarbon fuels (flammable gases or vapours). Keywords maximum pressure rise, explosion hazard Summary Methodical Prescriptions for Aktivity of Fire Brigade Ing. Martin Žaitlik Birth new laws brought birth new implementary prescriptions. In present-days is approved 297 basic methodicals prescriptions. This prescriptions edit aktivity of fire brigade. CD with their actual and well-arranged 681
publications is creating regularly. Keywords methodics, prescript, summary, fire brigade, group Results of the Simulation of the Effects of a Sprinkler Spray on a Flame Thermal Radiation Propagation Through Room Openings Darko Zigar, Zdravković Martina, Desimir Jovanović Unsolved problem of fire transfer through room openings, especially effects of a sprinkler spray on a flame thermal radiation, imposes the need for its solution. To all this we can add data from practice pointing to the fact that fires in the buildings, in most cases, develop and spread through inner and outer openings. For this reason, fire models and software tools develop and get improved, namely, those that will lead to the results concerning propagation of thermal radiation through room openings in real time. Its solution, though, comprises making of an adequate mathematical model of the flame thermal propagation by radiation, computing the droplet trajectories and tracking the water as it drips onto the burning surface as well as the choice and application of numerical techniques for solving the given problem in addition to the choice of an optimal software for calculation and a graphic display of the calculation results. The paper gives the results of the simulation of a sprinkler spray on a flame thermal radiation propagation by using the program FDS. KeyWords thermal Radiation, Fire Model, Software, Simulation, Sprinkler
682
Požární ochrana 2009 Recenzované periodikum Sborník přednášek XVII. ročníku mezinárodní konference Kolektiv autorů Za věcnou správnost jednotlivých příspěvků odpovídají autoři Nebyla provedena jazyková korektura Editor: Doc. Dr. Ing. Michail Šenovský Vydalo Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství v Ostravě 2009, jako svou publikaci Vytiskla Tiskárna Kleinwächter, Frýdek - Místek 1.vydání ISBN: 978-80-7385-067-8
