VŠB – Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství
Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství Hasičský záchranný sbor Moravskoslezského kraje
Recenzované periodikum
Požární ochrana 2009 Sborník přednášek - II. 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
Role fullerenu C60 při aerosolovém způsobu hašení Karel Klouda, Svatopluk Cafourek
260
Veřejné vodovody v rámci připravenosti na mimořádné situace Šárka Kročová
264
Zkušenosti Hasičského záchranného sboru Moravskoslezského kraje s krizovým řízením 272 Antonín Krömer, Tomáš Hendrych, Libor Folwarczny Dodatečné řešení úniku osob v objektech pro ubytování Petr Kučera, Romana Steinerová
279
Vlastnosti stavebních materiálů v podmínkách požáru Václav Kupilík
287
Ochrana před bleskem a přepětím staveb z pohledu soudního znalce Jiří Kutáč
295
Tepelná nepohoda hasiče při zásahu Miloš Kvarčák
302
Coal Dust Explosions in Mines - Risk Assessment Kazimierz Lebecki
307
Požadavky požární bezpečnosti na zateplování staveb Pavla Lukášová
312
Navrhování stavební konstrukce při zatížení tlakovou vlnou od výbuchu Daniel Makovička, Daniel Makovička
323
Strategické plánování územního rozvoje a ochrany jeho obyvatel Lenka Maléřová, Vilém Adamec
335
Medzinárodná spolupráca TU vo Zvolene a VUT v Brně v rámci APVV pri hasení požiarov v prírodnom prostredí 344 Iveta Marková, Eva Mračková, Ivan Chromek, Anton Osvald, Milada Vávrová, doc. Josef Čáslavský, Helena Zlámalová Gargošová, Helena Doležalová Weissmannová Matematické modelování nešířícího se požáru unikajícího plynu v místnosti Hana Matheislová, Milan Jahoda, Jan Angelis, Petra Bursíková, Otto Dvořák
349
Nové doplnění centrální statistiky událostí v ČR pro potřebu požárně technických expertíz 357 Petr Michut, Vlasta Charvátová, Otto Dvořák Thermal Properties of Concrete Construction During Fire Milosevic Lidija, Milutinovic Sloboda
360
Statická elektrina ako riziko výbuchu leteckého paliva Eva Mračková
372
Modelování vybrané ocelové konstrukce za požáru Miroslav Mynarz, Petr Kučera
385
Novelizovaná norma ČSN EN 13163 v souvislosti s požární klasifikací tepelně izolačních výrobků z pěnového polystyrénu 394 Miroslava Netopilová Štúdium rýchlosti odhorievania etanolu Miroslav Novotný, Ivana Tureková
400
Určenie času evakuácie osôb v budovách Juraj Olbřímek
411
Stav implementácie eurokódov do praxe požiarneho inžinierstva v SR Ladislav Olšar
421
Význam a postavenie Záchranných brigád HaZZ v integrovanom záchrannom systéme SR Michal Orinčák Zkoušky hašení slunečnicového oleje Vasil Silvestr Pekar Technický ústav požární ochrany – zkušebna technických prostředků PO – akreditovaná laboratoř pro zkoušky hasicích prášků Jan Podhradský
427 435
447
Rámcové směrnice pro novou legislativu pro uvádění výrobků na trh Jan Pohludka
452
Základy teplotní analýzy Smoke Plume Jiří Pokorný
457
Analysis of behaviour of polypropylene fibers applied for reinforcing of fiber reinforced concrete in fire temperatures Marzena Półka, Tomasz Drzymała
468
Vybrané aspekty moderního krizového řízení Dana Procházková
477
Náklady spojené s požáry Dana Procházková
491
Safety Characteristics of Ethylene oxide/Inert gas/Air-Mixtures in Sterilization Processes 503 E. Askar, V. Schröder, A. Acikalin, J. Steinbach, Friederike Flemming, Tammo Redeker
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
Role fullerenu C60 při aerosolovém způsobu hašení Ing. Karel Klouda, CSc., M.B.A.,1 Svatopluk Cafourek2 1 Státní úřad pro jadernou bezpečnost, Senovážné náměstí 9, Praha 1 2 BESY CO spol. s r.o., Kvapilova 9, Praha 5 E-mail:
[email protected] Abstrakt Experimenty popsanými v příspěvku byla prokázána zvýšená hasicí aktivita aerosolu generovaného z náplně (slože) obsahující jednotková procenta fullerenu C60. Příspěvek v diskuzi otevírá otázky role fullerenu v tomto radikálovém procesu. Klíčová slova fulleren C60, aerosol, radikálová reakce, pyrotechnická slož Úvod Cílem experimentu bylo prověřit, zda přítomnost fullerenu C60 v pyrotechnické složi generátoru aerosolu ovlivňuje hasicí schopnosti vyvinutého aerosolu. Základním principem hasicích schopností aerosolového systému je reakce radikálů vzniklých ze slože s radikály hoření [1]. Pro experimenty jsme využili nejznámější fulleren, a to s molekulou C60. V porovnání s ostatními molekulami fullerenů má nejdokonalejší kulový tvar a má strukturu homolého ikosaedru. Povrch molekuly se skládá z 20ti šestiúhelníků a 12ti pětiúhelníků (podobnost s fotbalovým míčem z období konce 20. století), viz obr. č. 1.
Obr. č. 1 Strukturní molekuly C60 Reaktivita fullerenu souvisí především s vnitřním pnutím v molekule, které je způsobeno neplanárním uspořádáním hybridních sp2 orbitálů atomu uhlíku. Proto jsou pro něj typické reakce spojené s přeměnou na sp3 konfiguraci, což vede ke snížení vnitřního pnutí v molekule. Zároveň molekula C60 je elektropozitivní, což preferuje nukleofilní či radikálovou adici na násobné vazby [2].
260
Základní vlastností fullerenu C60 je jeho oxidační schopnost, redukuje se na C60 . Efekt adice elektronu do pentagonálního kruhu molekuly fullerenu způsobí vznik cyklopentadienového radikálu s delokalizací π elektronů (aromatický pentagonální kruh), viz schéma č. 1. n-
Schéma č. 1: Předpokládaná reakce molekuly fullerenu C60 s radikály
Právě tato schopnost molekul fullerenu – vázat radikály byla u nás důvodem pro realizaci níže uvedených experimentů. Experimentální část Prostorem, kde byl uvolňován aerosol byl skleněný box o objemu 0,125 m3, krytý kovovým víkem s těsněním, viz obr. č. 2
Obr. č. 2 Prostor experimentu (skleněný box, srovnávací a testovací tablety, zápalnice,kovová miska, lab. váhy apod.)
Obr. č. 3 Testovací tablety s různým obsahem fullerenu C60
Srovnávací tablety byly z palivové slože výrobku FIRE JACK BR-1 o složení: dusičnan draselný, dikyandiamid, kyselina ftalová, formaldehydová pryskyřice (1 ks tablety = 2 g).
261
Testovací tablety, viz obr. č. 3: a) palivová slož s C60 (1%) b) palivová slož s C60 (2%) c) palivová slož s C60 (5%) (1 kus tablety = 4g) Jako hořlavina byl použit n-heptan na vodní hladině. Způsob provádění experimentu byl následující. Srovnávací a potom i testovací tablety byly umístěny na kovovou misku se zápalnicí a byly společně s nádobou, kde na vodní hladině byla vrstva n-heptanu, umístěny do skleněného boxu. Po zapálení n-heptanu a zápalnice se těsně před vývinem aerosolu zakryl box, a to z důvodu zajištění dostatečné koncentrace aerosolu v prostoru. Následně se sledovala intenzita a časový průběh hašení hořícího heptanu. Výsledky Postupným přidávání srovnávacích tablet se zjistilo množství, které je potřeba k ukončení plamenného hoření heptanu, viz obr. č. 4. Zjistili jsme, že se jedná o čtyři tablety, tj.8 gramů slože. Použitím stejného množství testovací náplně (8 g, 2 tablety 5% C60) došlo k bouřlivému vývinu aerosolu a k okamžitému ukončení hoření, viz obr. č. 5. Plamen byl ještě bezproblémově uhašen i při dávce 4 g, tj. 1 tableta 2% C60, což je poloviční dávka než při použití slože bez přídavku fullerenu C60.
Obr. č. 4 Testování šesti srovnávacích tablet, jejich nedostatek
Obr. č. 5 Uhašený plamen aerosolovým hašením
Experimenty byla prokázána zvýšená aktivita vzniklého aerosolu, který byl uvolněn z náplně obsahující jednotková procenta fullerenu C60. V závěru tohoto příspěvku připomeneme experiment, který rovněž potvrdil určité schopnosti C60 jako retardéra hoření, což bylo publikováno na konferenci Nebezpečné látky 2008 [2]. Zde se jednalo o impregnaci sacího papíru roztokem C60 v toluenu s plošnou hustotou 0,28mg C60/cm2. Rychlost šíření plamene byla o cca 8,5-9,6 % pomalejší než u slepého pokusu, tj. bez impregnace. 262
Otázky k diskuzi a k dalšímu výzkumu A. Uvolní se z pyrotechnické slože celá molekula C60? Diferenciální termická analýza prokázala [2] oxidaci fullerenu C60 ve dvou fázích s prvním teplotním maximem při 540° C a druhým při 993° C s celkovým úbytkem hmotnosti výchozího vzorku 56%, a to do měřené teploty 1100° C. B. Dojde-li při uvolnění ke štěpení molekuly fullerenu C60, tak v jakém rozsahu? Zde je možná aplikace i komentáře k bodu A. V literatuře [3] je popsána oxidace fullerenu C60 několika činidly organické či anorganické povahy. Při použití oxidu chromového je atom kyslíku navázán na molekulu fullerenu ve formě oxiranového kruhu C60 O. Obdobný průběh nelze vyloučit ani v našem případě s dusičnanem draselným. C. Dle světelného efektu (obr. č. 6) předpokládáme exotermní průběh reakce s radikály v plynné fázi. D. Vysvětlit koagulát (vizuální podobnost s dehtem, obr. č. 7) kondenzovaný na boxu. Zde předpokládáme vzájemnou polymeraci radikálů z heptanu mezi sebou s molekulami fullerenu či s dikyandiaminem.
Obr. č. 6 Detail uvolněného aerosolu z testovací tablety – svítící lamely
Obr. č. 7 Kondenzovaný koagulát na stěně boxu
Literatura [1] KLOUDA, K.: FIRE JACK aerosolové hasicí zarízení, Požární ochrana 2007, Ostrava, 2007 sborník, str. 213, ISBN 978-80-7385-009-8 [2] KLOUDA, K., BRÁDKA, S., KUBÁTOVÁ, H.: Fulleren C60 – nanomateriál s rizikem?, Nebezpečné látky 2008, Hradec nad Moravicí, sborník str. 84-110, ISBN 978-80-7385-042-5 [3] WEON-BAE, K., KYUNG-NAM, B.: Fyzika tvrdého těla, č. 44, str. 410-412, 2002
263
Veřejné vodovody v rámci připravenosti na mimořádné situace Doc. Ing. Šárka Kročová, Ph.D. VŠB-TU Ostrava , Fakulta bezpečnostního inženýrství, Lumírova 13, Ostrava – Výškovice E-mail:
[email protected] Abstrakt Připravenost různých subjektů infrastruktury státu na potenciální vznik mimořádné situace má zásadní význam na její zvládnutí. Význam přípravy se zvyšuje u organizací, které jsou součástí kritické infrastruktury. Řada z nich, zvlášť dodavatelé energií, vždy významně ovlivňují hloubku dopadu a délku jejího trvání. K významným patří oblast veřejných vodovodů, na které je v ČR navázáno a odkázáno 92,5% obyvatel [6] a reálně celé spektrum veřejné infrastruktury a nouzových služeb státu. Obdobná situace je i v ostatních státech EU, proto je vhodné celou řadu činností a postupů sjednotit. Jejím sjednocením, případně unifikací, lze docílit ekonomických úspor a zvýšit operační efektivitu. Poznatky a zkušenosti ze sousedních států ve vodárenství se již od roku 1993 začínají uplatňovat v řadě vodárenských organizací. Po roce 2001 se nový trend projevuje i v legislativní oblasti, v ustanoveních vodního zákona a zákona o provozování veřejných vodovodů. O některých těchto poznatcích se zmíní i následující příspěvek. Klíčová slova mimořádné situace, nouzové zásobování vodou, hydraulické účinnost, ztráty vody Úvod Po roce 2000 vlivem přijetí řady legislativních norem o krizovém řízení a hospodářských opatřeních pro krizové stavy, došlo i ve vodárenství k novým pohledům na tuto problematiku. V minulosti, před rokem 1989, se sice taktéž připravovaly různé varianty zapojení veřejných vodovodů do civilní obrany, avšak téměř výlučně byly plány koncipovány pro vojenské účely. Civilní část zde hrála okrajovou roli, v postatě jen jako doplněk armádních záměrů. Často plány sestávaly z formálních součtů techniky a kapacit vodovodů do vyšších uskupení. Nedostatečně se přihlíželo k reálným hydraulickým možnostem těchto systémů. Příčin byla celá řada, od formalismu vedoucích pracovníků, jejich nedostatečných odborných znalostech krizového plánování a řízení, až po scházející diagnostickou techniku a výpočetní techniku, která by byla schopna on-line vyhodnocovat skutečné možnosti vodovodní sítě pro různé varianty potřeb strategických odběratelů, především zdravotnických zařízení, potravinářských závodů, nouzových služeb a požárního zabezpečení zastavěného území. Ke skutečnému zlomu dochází s postupem výstavby integrovaného systému 264
a uplatňování zákona č. 239/2000 Sb., o integrovaném záchranném systému v praxi. Pro právnické a podnikající fyzické osoby je zvlášť důležitá druhá část, pojednávající o jejich právech a povinnostech na úseku spolupráce s krajskými úřady při havarijním plánování a činnosti na úseku záchranných a likvidačních prací. I přes tato pozitivní legislativní opatření však u celé řady vodárenských společností je dosud krizovému plánování věnována často jen formální pozornost a technické údaje předávané do krizových plánů o kapacitách vodovodů nebude možno uskutečnit v plném rozsahu. Příčin je celá řada, ale k nejdůležitějším patří hydraulická účinnost vodovodní sítě ve vztahu k předpokládanému výraznému omezení dodávky upravené pitné vody ze zdrojů po dobu mimořádné události. Plánování skutečné kapacity dodávky pitné vody pro nouzové zásobování a požární bezpečnost zastavěného území Neopominutelným faktorem plánování nouzových služeb na úseku dodávek pitné vody pro obyvatele a další strategické subjekty kritické infrastruktury musí být 100% jistota, že technické údaje o dodávkách vody, které jsou zahrnuty v krizových plánech kraje a obce, jsou nezpochybnitelně realizovatelné. Velmi často se v krizových plánech počítá s tabulkovými hodnotami zdroje pro potřeby nouzového zásobování. S těmito hodnotami by se však mohlo počítat jen za předpokladu, že nouzové zásobování vodou (NZV) bude zajišťováno mobilní technikou přímo ze Obr. 1 Schéma procesu rozdílů kapacit, zdroje vody a zdroje. Daná varianta množství použitelné pro NZV by však nevyřešila provozuschopnost zdravotnických zařízení a subjektů, které jsou zcela odkázány na používání pitné vody při výrobě a dále funkci automatických stabilních hasicích zařízení u převážné většiny uživatelů. Plánovači proto musí při úvahách o využití reálného množství vody pro nouzové služby vycházet z rozdílů kapacit zdroje vody, ztrát vody v distribučním systému a množství využitelné vody pro NZV, viz obrázek číslo 1. 265
Ze schématu vyplývá, že pro účely nouzového zásobování lze využít jen určitou část kapacity vodního zdroje. O jaký díl se bude jednat, závisí na technickém stavu distribučních systémů a způsobů dodávky vody. V českých podmínkách ztráty pitné vody jsou v průměru dvojnásobné ve srovnání s řadou původních vyspělých zemí EU, což velmi snižuje operativní možnosti nouzových dodávek pitné vody. Jednou z příčin je stáří sítě, především ve velkých městech. V nejbližších letech nelze ani očekávat, že se situace v rekonstrukcích vodovodních sítí, a tím i snížení průměrného stáří, zlepší. Naopak z důvodu podfinancování tohoto druhu služby a převádění investičních prostředků do čistírenství a odvádění odpadních vod, bude nejméně následujících 10 let stagnovat. Proto u starších vodovodních sítí je nutné vzít v úvahu, že nebudou bez zvláštních opatření vyhovovat potřebám nouzových dodávek pitné vody pro určené strategické objekty specifikované v krizových plánech krajů a obcí. Základní posouzení rizik omezení nebo přerušení dodávek pitné vody odběratelům V České republice na centrálních dodávkách pitné vody závislých 9,525 mil. obyvatel. Z povrchových zdrojů bylo pro účely výroby na pitnou vodu odebráno cca 384 mil.m3 a z podzemních zdrojů 318 mil.m3 surové vody [6]. Upravená povrchová voda je distribuována především do velkých a středních měst. Podzemní zdroje zásobují menší města a obce. U velkých měst jsou často doplňkovým zdrojem a strategickou rezervou určenou pro nouzové dodávky v době mimořádných událostí a současně i potenciálním odběrným místem pro jednotky požární ochrany. V průběhu 2. poloviny 20. století se výrazně začal zvyšovat počet měst a obcí závislých svou technickou vybaveností na povrchových zdrojích. Základem tohoto systému byla výstavba nadmístních vodárenských soustav zásobujících z jednoho zdroje desítky měst a obcí, viz zjednodušené schéma:
Obr. 2 Zdroj vody nadmístního významu 266
Nespornou výhodou oblastních vodovodů jsou jejich vysoké kapacitní možnosti. V podstatě neomezují žádného odběratele v maximálních hodinových odběrech a tím u řady méně prozíravých místních samospráv vytváří pocit relativního bezpečí a snahu ušetřit investice na zdánlivě nadbytečných místních akumulacích vody. Každé bezpečí je však relativní pojem. Platí pouze za určitých podmínek, především v mírových situacích a sníženého nebezpečí teroristických činů. Každý výrobce pitné vody odebírané z přehradní nádrže má však určité variantní možnosti, jak riziko snížit a tím následně zvýšit bezpečnost její dodávky. Tato možnost spočívá v tom, že lze vždy odebírat vodu z několika horizontů, v závislosti na okamžité kvalitě surové vody v nádrži, viz obrázek číslo 3.
Obr. 3 Příklad věžového jímacího objektu s etážovým odběrem vody z vodárenské nádrže [4] U menších vodárenských nádrží při povodňových stavech nemusí ani dané technické opatření zaručit přijatelnou kvalitu vody v úrovni její upravitelnosti. Pak musí následovat dočasné vyřazení výrobně-distribučního cyklu do doby stabilizace kvality surové vody. Při posuzování celkové bezpečnosti pro účely nouzových dodávek pitné vody je vhodné brát v úvahu, že každá úpravna vody je technologicky konstruována pouze na určitý index upravitelnosti surové vody, viz tabulka č. 1:
267
Tab. 1 Průměrné indexy upravitelnosti Iu [5] Kategorie surové vody
Index náročnosti technologické úpravy
A1
0-2
A 2a
2 – 2,5
A 2b
2,5 - 3
A3
>3
Mimo přírodních změn kvality vody hrozí vodám i nebezpečí při vojenských operacích nebo teroristickém útoku. Následky by však byly pro dodávky vody a všechny potenciální odběratele fatální. S touto alternativou, i když zatím méně pravděpodobnou, je nutno v civilní nouzové připravenosti počítat a včas se připravit na zmírnění negativního dopadu. Výrazně nižší je riziko, že bude vyřazen z provozu podzemní zdroj. Z těchto důvodů se považují podzemní zdroje surové vody za strategickou rezervu veřejných vodovodů. Jejich vyřazení lze různými způsoby eliminovat na minimum a u řady z nich není nutno v nouzových podmínkách vodu upravovat na standardy stanovené vyhláškou č. 428/2001 Sb.[5], ale pouze zdravotně preventivně zabezpečit, což není technický problém. Určitou nevýhodou je jejich relativní kapacitní nedostatečnost pro současný životní standard. Podzemní vody mají z těchto důvodů schopnost zásobovat, až na výjimky, pouze jedno spotřebiště, viz obrázek č. 4.
Obr. 4 Zdroj vody místního významu
268
I přes tato omezení mají řádně provozovaná a chráněná prameniště mimořádný význam při posuzování způsobů náhradního a nouzového zásobování regionů. Podzemní vodní zdroje mají různé kapacitní možnosti. U malých zdrojů se uvažuje vydatnost v rozmezí 3 – 10 l.s-1, u středních cca 50 l.s-1, ale je i řada podzemních zdrojů vody výrazně přesahujících 150 – 250 l.s-1. Tyto střední a významné podzemní zdroje musí být nedílnou součástí krizových plánů měst a obcí, zvláště těch, které počítají se zajištěním redukovaných přímých dodávek vybraným odběratelům. Následná rizika snížení hydraulické účinnosti veřejných vodovodů Pro civilní nouzovou připravenost dodávek pitné vody pro obyvatele a především pro subjekty zcela závislé na dodávkách tlakové pitné vody, je nutná znalost, zda při vyřazení centrálních zdrojů pitné vody budou mít zaručenu trvalou dodávku pitné vody. Krizové plány kraje a obcí ve většině případů počítají s tím, že příslušná vodárenská společnost zajistí ve sjednaném rozsahu přislíbené dodávky pitné vody. V praxi se však teorie bude výrazně rozcházet s praktickými možnostmi. Podmínky předpokladů splní je ty vodárenské společnosti, které znají hydraulickou účinnost nejen vodovodní sítě jako celku, ale především jeho klíčových částí zásobujících zdravotnická zařízení, léčebny, potravinářské a jiné subjekty zcela závislé na dodávkách pitné vody. Při krizovém plánování civilní nouzové připravenosti by neměla být opomíjena skutečnost, že NZV spočívající v dodávkách balené vody je pro určitý druh služeb nebo výroby zcela bezvýznamná. Vážnost situace umocňuje i technický stav většiny vnitřních vodovodů průmyslových areálů. Ztráty vody často vysoce převyšují parametry dosahované na veřejných vodovodech a často se pohybují v rozmezí 40-60 % z množství realizované vody. U veřejných vodovodů jsou výsledky ztrát pitné vody v distribučním systému výrazně příznivější, ale zatím pouze pro standardní provozní podmínky. Z obrázku č. 5 je však zřejmé, že i přes jejich trvalé meziroční snižování uniká z vodovodní sítě 4 893 m3 na 1 km/den [6]. V případě snížení kapacity zdroje nebo jeho vyřazení mohou způsobit distribuční problémy.
Obr. 5 Vývoj ztrát vody v České republice na 1 km řadů 269
I přes pozitivní vývoj jsou dané hydraulické ztráty pitné vody v distribučních systémech ve výši 126 mil. m3/rok [6] varující. Reálně přesahují až 100 % optimálních možností vodárenských systémů České republiky. Česká republika svou intelektuální kapacitou je srovnatelná s nejvyspělejšími zeměmi EU 27. Pitná voda v České republice dosahuje dle vyjádření řady odborníků1 parametry světové kvality pitných vod. Česká republika patřila a vždy bude patřit k nejvyspělejším státům světa v distribuované kvalitě pitných vod. Aby se situace zlepšila i v oblasti spolehlivosti dodávky za všech situací, je nutno v příštím desetiletí stabilizovat ztráty vody v distribučních systémech na úrovni cca 8 – 10 % množství vody realizované. Vím, že se jedná o velmi náročný úkol, ale širší situace, včetně postupné změny klimatu v mírném klimatickém pásmu Evropy, jiné úvahy nepřipouští. Tato úroveň je optimální ve vztahu k přesnosti fakturačních měřidel, ale i k současným ekonomickým možnostem České republiky v rámci EU. Není nutno být zbytečně skromný. Československo, nyní Česká republika, vždy byla známa svou technologickou vyspělostí v 19. a 20. století ve vodárenství. Současná monitorovací a diagnostická technika reálně umožňuje dosahovat mimořádných výsledků, viz obrázek č. 6.
Obr. 6 Monitorovací oblast se zanedbatelnými ztrátami vody [7] Plošné dosažení obdobných hodnot sníží nejen provozní náklady vodárenských společností, a sekundárně i nutnost zvyšování cen vodného, ale především zvýší bezpečnost v oblasti náhradního a nouzového zásobování měst a obcí za mimořádných situací. Závěr Příprava na civilní nouzovou připravenost nesmí začínat až v případě přímého ohrožení. Vždy se musí jednat o dlouhodobý proces vycházející z analýz problémů a možností, jak je řešit v daném prostředí. K jejímu vnímání a aplikaci byl zlomovým 1
Jmenovitě například MUDr. Františka Kožíška ze Státního zdravotního ústavu, (SZÜ), Centra hygieny životního prostředí, Odborné skupina (OS) hygieny vody
270
bodem rok 1989, kdy došlo k postupnému zrušení embarga při využívání výpočetní techniky k simulování situací k prognózování alternativních stavů mimořádných událostí. Významným prvkem po roce 1989 byla i možnost aplikovat v českém právu pozitivní prvky již vyzkoušeného mezinárodního práva zemí EU 15. V krizových situacích nemůže platit hranice států, ale pouze hranice lidské sounáležitosti v rámci technických možností teritoriálního území. Příspěvek zpracován VD200620010A06.
v
rámci
projektu
Ministerstva
vnitra
ČR
Literatura [1] KROČOVÁ, Š.: Havárie a řízení vodního hospodářství, VŠB, Ostrava 2006, ISBN: 80-248-1246-0 [2] KROČOVÁ, Š.: Analýza kvality pitné vody ve vodárenských distribučních systémech. Ostrava, 2004. 173 s. Disertační práce, VŠB-TU Ostrava, Fakulta hornicko-geologická. [3] KROČOVÁ, Š.: Zajištění města Ostravy vodou z veřejné vodovodní sítě. Ostrava 2001. 58 s. Diplomová práce, VŠB-TU Ostrava, Fakulta hornicko-geologická. [4] KOHOUTEK, K.: Vodárenství, Státní energetická inspekce, energetický institut, Praha 1978. Skripta pro pomaturitní specializační studium směru vodního hospodářství [5] Vyhláška č. 428/2001 Sb., kterou se provádí zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů (zákon o vodovodech a kanalizacích) [6] Svaz vodního hospodářství v ČR, [online], [citováno:15.7.2009], dostupné z:
[7] KROČOVÁ, Š.: Stanovení rizik a jejich eliminace na veřejných vodovodech a kanalizacích, VŠB-TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Ostrava 2007, 159 s.
271
Zkušenosti Hasičského záchranného sboru Moravskoslezského kraje s krizovým řízením Ing. Antonín Krömer, Ing. Tomáš Hendrych, Ing. Libor Folwarczny, Ph.D. Hasičský záchranný sbor Moravskoslezského kraje, Ostrava E-mail:
[email protected] Abstrakt Příspěvek vypovídá o pojetí problematiky krizového řízení a o účasti na tomto řízení ze strany Hasičského záchranného sboru Moravskoslezského kraje (HZS kraje). Vztahuje se k začlenění HZS kraje mezi orgány krizového řízení, akcentuje povinnosti HZS kraje ve smyslu legislativy, a představuje bilanci jejich plnění za posledních 9 let. Obsah je zúžen do oblastí výstavby krizového řízení a do určité reflexe, kterými toto krizové řízení prošlo a prochází. Organicky proto na části týkající se vývojových etap krizového a havarijního plánování, včetně specifik vyžadování, shromažďování a evidence údajů, optimalizace krizových štábů v MSK a vzdělávací úlohy HZS MSK, navazuje stručné analytické shrnutí aspektů krizového řízení při krizové situaci v MSK - bleskových povodních 2009. Příspěvek uzavírají zobecněné poznatky autorů o podstatných problémech krizového řízení vzhledem k aktivitám HZS kraje, poučení na základě zkušeností a jistá doporučení pro další směry činnosti. 1. Geneze krizového řízení u Hasičského záchranného sboru Moravskoslezského kraje Praxe Hasičského záchranného sboru Moravskoslezského kraje (HZS MSK) v krizovém řízení prošla za uplynulých 9 let určitým vývojem, který se dá rozložit do několika etap. 1. etapa – 2001 - 2002 Na počátku tohoto období vznikly HZS krajů. Začala se formovat odborná pracoviště, která byla zprvu nejednotně strukturovaná. V Moravskoslezském kraji (MSK) bylo významným bonusem silné personální zázemí erudovaných odborníků, kteří byli k HZS MSK delimitováni od armádní civilní ochrany a okresních úřadů. Ve stejné době vznikly samosprávné celky – kraje. Rovněž zde byla v MSK významným kladným aspektem skutečnost, že odborné pracoviště krajského úřadu pro krizové řízení bylo obsazeno odborně zdatným personálem navíc historicky úzce spjatým se systémem požární a civilní ochrany. (Tyto skutečnosti, jak se později ukázalo, měly klíčový význam pro budování systému krizového řízení v MSK).
272
V tomto období dožívaly okresní úřady jako určitý orgán výkonu státní správy v krizovém řízení. Tehdejší „krizové řízení“ u okresních úřadů bylo v podstatě zúženo na povinnost zpracovat „havarijní plán okresu“. HZS MSK tak zdědil po okresních úřadech různě kvalitní, mnohdy ještě nedopracované, havarijní plány okresů. Praktická činnost HZS MSK na úseku krizového řízení byla tedy mj. soustředěna na ujednocení přístupů k obsahu havarijního plánu okresu. U HZS MSK byl vytvořen vzor plánu a všechny dosavadní havarijní plány okresů byly přepracovány. 2. etapa – 2003 - 2004 Počátek tohoto období je spojen se vznikem odboru ochrany obyvatelstva a krizového řízení. Po zániku okresních úřadů byl zaveden institut obce s rozšířenou působností (ORP). Tyto byly určeny k rozpracování vybraných úkolů krizového plánu kraje. U ORP se začaly ustavovat bezpečnostní rady a ORP byly vtaženy do systému krizového plánování. Těžištěm činnosti HZS MSK v tomto období bylo zpracování havarijního plánu kraje (HP), vnějších havarijních plánů (VHP) a následně základní podoby krizového plánu kraje (KP). S tím úzce souvisela agenda kolem určování obcí a obsahu rozpracování KP. 3. etapa – 2005 - 2007 Tato etapa byla jakýmsi obdobím stabilizace. Základní mechanismy krizového řízení v MSK byly nastaveny, nosné plánovací dokumenty zpracovány a tím vznikl prostor pro další rozvíjení aspektů krizové připravenosti. V rámci tříletého období aktualizace KP došlo k významnému rozšíření struktury KP. Začalo se diskutovat o nových typech nebezpečí; jako pandemie chřipky, ptačí chřipka, větrné bouře, zvláštní povodně ad. Na základě takto vynucené poptávky byly zpracovány operační plány. Pro komplexnější řešení ochranných opatření byly nad rámec požadavků legislativy zpracovány plány konkrétních činností HP. 4. etapa – od 2008 - 2009 Současné období u HZS MSK je charakterizováno zesíleným důrazem na „kvalitu“. Dochází k aktualizaci dílčích částí KP, jsou aplikovány nové přístupy k obsahu plánovacích dokumentů, jsou vyvíjeny nové metody v krizovém řízení, je čerpáno z nových poznatků a zkušeností. Dochází ke zvyšování celkové operability KP. 2. Zkušenosti HZS MSK s krizovým řízením („Krizová legislativa“ ve smyslu tohoto příspěvku je zastoupena především zákony 239, 240, 241/2000 Sb. spolu s prováděcími předpisy.)
273
Dlouhodobá činnost HZS MSK v krizovém řízení stojí v podstatě na třech pilířích: - analýza a vyhodnocení bezpečnostních rizik, - plánování a organizování, - realizace a kontrola činností prováděných v souvislosti s řešením krizové situace. HZS MSK není v systému krizového řízení v kraji jediným subjektem. Pro komlexní zabezpečování úkolů krizového řízení je podstatná spoluúčast dalších subjektů. Po celou dobu se osvědčuje tvůrčí spolupráce s Krajským úřadem MSK, obecními úřady ORP a organizacemi a institucemi. Tato vzájemná vstřícná spolupráce je nosným základem systému krizového řízení v kraji. Následující text odráží zkušenosti HZS MSK s krizovým řízením v profilových oblastech. Zde uvedené oblasti představují jen vzorek aktivit HZS MSK. Samozřejmě průřez činností v krizovém řízení je mnohem širší. Krizové plánování v kraji HZS kraje je dána povinnost zabezpečovat zpracování KP kraje. Krizové řízení má natolik multidisciplinární charakter, že výstavba KP kraje vyžaduje aktivní zapojení odborných gestorů, kteří v konečném důsledku mají přímou odpovědnost za obsahovost a aktuálnost příslušných částí KP MSK. HZS MSK je v těchto případech koordinátorem a završujícím subjektem. Osvědčuje se praxe, že klíčové otázky výstavby KP MSK jsou projednávány v rámci zasedání Bezpečnostní rady MSK a tím získávají pečeť schválené koordinace. Krizové plánování je nepřetržitý proces. Nelze přijmout názory, že „krizové plány jsou hotovy a tím je věc ukončena“. Argumentací proti tomuto tvrzení je skutečnost vyjádřena v kapitole 1 při popisu 4. etapy. Je pravdou, že současná krizová legislativa (včetně dalších souvisejících zákonů ve vazbě na prevenci závažných havárií, protipovodňovou ochranu apod.) tím, že zavádí několik kategorií plánovacích dokumentů, plánovací proces poněkud komplikuje. HZS MSK v této skutečnosti nevidí zásadní problém a řeší tuto situaci komplexní strukturovanou výstavbou KP kraje s provázáním jednotlivých částí plánu. Jednoduše řečeno je ctěn princip „co už je řešeno v jednom plánovacím dokumentu, není nutno opakovat v jiném“. KP MSK je zpracován formou internetové prezentace a přes zabezpečený přístup je k dispozici oprávněným uživatelům neustále v aktuální podobě. KP kraje nemůže řešit provádění opatření v celé šíři a v přílišných detailech. Potvrzuje se, že krizová opatření se realizují tam, kde vznikla krizová situace, co nejblíže občanovi, tzn. na úrovni obcí. Proces krizového plánování musí být tedy dovršen na úrovni obcí. Zde mají významnou úlohu obce určené k rozpracování vybraných úkolů KP kraje, kterými jsou všechna ORP v MSK. HZS MSK jim konkretizuje úkoly „co a jak rozpracovat“ a poskytuje jim komplexní metodickou
274
pomoc a odborné vedení. Zpětná vazba je realizována účastí HZS MSK na kontrolách, které u ORP organizuje Krajský úřad MSK. KP kraje se váže k činnostem vybraných právnických a podnikajících fyzických osob podílejících se na řešení krizové situace. Za tímto účelem využívá HZS MSK možnosti vyzvat vybrané firmy ke zpracování plánu krizové připravenosti. Rovněž těmto subjektům poskytuje HZS MSK metodické vedení a zpracovává pro ně potřebné podklady. Vyústěním odborné dohlídky je provádění kontrol. Vyžadování, shromažďování a evidence údajů KP kraje je ze značné části vystavěn na datech – informacích. Ze zkušenosti HZS MSK vyplývá, že tzv. §15 krizového zákona je pro tento účel účinný nástroj. V MSK nebyl zaznamenán jediný vyloženě záporný přístup poskytovatelů dat (právnických a podnikajících fyzických osob) k požadavku poskytnout údaje. Na oprávnění HZS kraje vyžadovat, shromažďovat a evidovat údaje je ve značné míře postaven systém zajišťování nezbytných dodávek. Nástrojem k tomu je informační systém pro plánování civilních zdrojů (IS ARGIS), který provozuje Správa státních hmotných rezerv. V minulosti byla základním problémem ARGISu „ambice evidovat vše“. Přetrvává stav, kdy nejsou dostatečně zhodnocovány skutečné potřeby a požadavky území na zdroje. Projevovala se tendence, že do systému nezbytných dodávek bylo navrhováno „vše co se může hodit a je to uvedeno v číselníku nezbytných dodávek“. HZS MSK jen vyžadoval údaje od těchto již vybraných ekonomických subjektů (ES) a omezeně mohl ovlivňovat jejich skladbu a vyžadovaný sortiment. Do databáze IS ARGIS tak byla zařazena značná část méně významných ES s malým a nevýznamným množstvím dodávaného materiálu nebo služeb. Tím vznikal značný rozsah shromažďovaných dat a jejich aktuálnost byla velmi těžko kontrolovatelná. Cílem HZS MSK vždy bylo zařazovat do IS ARGIS menší množství, ale o to větších a významnějších ES dodávajících věcné zdroje na teritoriu. V poslední době se situace zlepšila. Byla upravena struktura číselníku nezbytných dodávek a především se poněkud změnil náhled odpovědných orgánů potvrzující představu HZS MSK, že pro tyto účely „méně znamená více“. Za ne zcela zdařilý považujeme současný systém sběru informací pro IS ARGIS, kdy návrhy ES pro zařazení do plánu nezbytných dodávek provádí ORP a částečně krajský úřad, ale oslovení ES s vyžádáním údajů a samotné vkládání dat do IS ARGIS a jejich aktualizaci provádí jiný subjekt – tedy HZS kraje. Ovšem tento systém odráží legislativu. Krizové štáby v MSK Ustanovení krizového zákona, že HZS kraje vytváří podmínky pro činnost krizového štábu kraje (KŠ), HZS MSK komplexně naplňuje.
275
Stálé pracoviště KŠ MSK je zřízeno v budově Krajského ředitelství HZS MSK a podle KP MSK je úkolem HZS MSK zabezpečit všechny podmínky pro KŠ MSK. Snad z tohoto faktu vzešly četné iniciativy HZS MSK vztahující se ke zdokonalení a propracování funkčnosti KŠ MSK. Byl propracován proces aktivace KŠ a zpohotovení pracovišť, optimalizována účelovost struktury KŠ, vytvořena dokumentace KŠ, propracován systém přípravy členů KŠ a další. KŠ kraje pracuje s KŠ určených obcí (ORP) jako se svými protějšky. Do roku 2005 existovala u ORP chaotická různorodá struktura a nejasná funkcionalitu KŠ. Tato situace se stala iniciací pro optimalizaci organizačního uspořádání krizových štábů v kraji. HZS MSK vytvořil jednotný systém struktury KŠ a za podpory KÚ MSK se podařilo tento systém postupně zavést u všech ORP. Kromě optimalizace struktury KŠ ORP je druhým a neméně významným faktorem úroveň připravenosti členů KŠ. K tomu zpracoval HZS MSK „Metodiku pro přípravu členů KŠ“. V posledním období se osvědčuje model společných cvičení KŠ kraje a KŠ vybraných ORP. Vzdělávací úloha HZS MSK Zajišťování připravenosti teritoria je neodmyslitelné od rozsáhlého vzdělávání příslušných orgánů a organizací. Podíl HZS MSK ve vzdělávacích a školících činnostech v oblasti krizového řízení je velmi významný. V těchto aktivitách jsou sledovanými cílovými skupinami především starostové obcí, pracovníci krizového řízení ORP a právnických a podnikajících fyzických osob, studenti vysokých škol se zaměřením na krizové řízení ad. Vzdělávání je prováděno formou různých školení, tématických odborných shromáždění, pracovních seminářů, studijních dnů s výkladem apod. Velice často na organizování těchto zaměstnání spolupracuje HZS MSK především s KÚ MSK i s dalšími organizacemi. 3. Bleskové povodně 2009 - krizová situace v MSK První krizový stav platil pro část území MSK již v roce 2007 při orkánu Kyrril (nouzový stav vyhlášený vládou). Ovšem z hlediska nutnosti přijímaných opatření vyšlo rozhodnutí o vyhlášení krizového stavu naprázdno. Ze zkušeností předešlých let byly mnohem horší následky vichřice řešitelné bez vyhlášení krizového stavu. Takže první reálnou prověrkou krizové připravenosti v MSK po roce 2000 byly bleskové povodně s následnými rozsáhlými záplavami na přelomu června a července letošního roku, při kterých byl poprvé skutečně využit institut vyhlášení krizového stavu pro část území MSK. Vlivem extrémních bouřkových srážek došlo dne 24.6.2009 na Novojičínsku k prudkému vzestupu hladin na malých vodních tocích. Bleskové povodně měly devastující účinek především na území správního obvodu obce s rozšířenou působností Nový Jičín. Vzniklé následky narušily základní funkce území. Rychlý nárůst situace si vyžádal okamžité zahájení záchranných a likvidačních prací. Všechny základní složky IZS reagovaly bezprostředně. Situace si vyžádala potřebu koordinace z úrovně obcí, ORP a kraje. 276
Následující text odráží některé poznatky autorů z průběhu záplav z pohledu krizového řízení. Odezva orgánů krizového řízení byla rychlá. První reakcí bylo svolání společné schůze KŠ MSK již v noci z 24.6. na 25.6. a vyhlášení stavu nebezpečí hejtmanem kraje od 3.30 hodin dne 25.6. na období 30 dnů. Následným krokem byla aktivace krizových štábů všech ORP na daném území v ranních hodinách 25.6. KŠ MSK a KŠ ORP Nový Jičín (jehož území bylo zdaleka nejvíc postižené) pokračovaly v činnosti v nepřetržitém režimu práce stálé pracovní skupiny. Po zklidnění situace ve dnech 1.-3.7. přešly tyto štáby na denní režim práce. U ostatních ORP (Kopřivnice, Frenštát p.R., Bílovec, Odry) nebyly následky tak závažné a další činnost krizových štábů se zde omezila na občasné informační společné schůze KŠ. Při koordinaci řešení krizové situace se částečně projevovaly prvky improvizace. Pro práci v KŠ nebyly důsledně využívány připravené organizační podmínky obsažené v krizových plánech, z personálních důvodů se improvizovalo ve struktuře obsazení stálých pracovních skupin a ve využívání předurčených pracovišť. Kladným rysem v práci KŠ bylo využití připraveného systému hlášení včetně aplikace předepsaných vzorů pro podávání hlášení. Dalším souborem činností v oblasti krizového řízení při těchto záplavách byla realizace hospodářských opatření pro krizové stavy. Na základě rozhodnutí hejtmana o vyhlášení krizového stavu byla realizována věcná pomoc vybraných firem podle plánu nezbytných dodávek. V této oblasti se plně využila plánovaná opatření. Také pomoc Armády ČR sehrála významnou úlohu. Likvidačních a obnovovacích prací včetně výstavby provizorních mostních konstrukcí se účastnilo více než 500 příslušníků Armády ČR. Prokázalo se, že reorganizace Armády ČR týkající se záchranných praporů, která proběhla v roce 2008, nenarušila účelovost a kompaktnost nasazení armádních sil a prostředků při krizových situacích nevojenského charakteru. Nový systém vyžadování pomoci AČR situaci nekomplikoval. V popředí potřeb postiženého obyvatelstva i zájmu široké veřejnosti stála humanitární pomoc ve všech podobách. V poskytování humanitární pomoci se angažovalo několik nevládních organizací i krizové štáby. Prokázala se potřeba řešit koordinaci humanitární pomoci a podchytit masovou solidaritu společnosti. HZS MSK se v této oblasti v poslední době silně angažoval a spolu s vybranými humanitárními organizacemi nastartoval určité formy spolupráce. Povodně bohužel předběhly organizační dovršení této spolupráce mezi orgány krizového řízení a humanitárními organizacemi. 4. Závěr Co říci závěrem? Současná krizová legislativa má určitě mnoho nedostatků a rezerv, nicméně ve své podstatě znamená určitě přínos tím, že dává osnovu a obsah krizovému řízení a určuje konkrétní odpovědnosti včetně pravomocí příslušných orgánů. Zavedení 277
krizové legislativy znamenalo významný přelom v dosavadním pojetí zabezpečování krizové připravenosti a vlastního výkonu krizových opatření. Pohled do hloubky krizového řízení přináší nové možnosti k dalšímu rozvíjení krizové legislativy. Lze konstatovat, že krizová legislativa v současné podobě dává dostatečný prostor pro výkon funkcí HZS MSK v krizovém řízení, nesvazuje jeho aktivity a neohraničuje pole jeho působnosti. Zkušenosti HZS MSK umocněné poznatky z povodní ukazují, že v oblasti krizové připravenosti i při vlastním řešení krizových situací je stále prostor pro zlepšování. V kapitole 1 je naznačen vývoj za posledních 9 let. Výzvou pro následující etapu je naučit se aplikovat připravené plány, systémy, principy. Tedy převést to, co je kvalitně zplánováno a připraveno, do praxe. Tuto implementaci si nelze představit bez vypěstování návyků všech zainteresovaných jednotlivců, orgánů, organizací. K tomu lze dojít pouze pozvednutím vážnosti a vnímání oboru krizového řízení a cestou přípravy v různých formách (pravidelná školení, cvičení apod.). Nezastupitelnou úlohu v krizovém řízení mají orgány obcí a krajů, především starostové a hejtmani. Úspěch zvládání krizové situace mnohdy závisí na jejich přístupu, postojích a dovednostech. Bohužel v přístupu mnohých (především představitelů obcí) se projevuje skutečnost, že úkoly krizového řízení jsou odsouvány na jedno z posledních míst v žebříčku výkonu veřejné funkce. S tím souvisí i podceňování kvalitního personálního zázemí u některých ORP, kdy agenda krizového řízení je kumulována s dalšími agendami v osobě jediného pracovníka obecního úřadu. Vzdělávání starostů v krizovém řízení se věnuje velká pozornost, nicméně účast odpovídá pozici krizového řízení v pořadí priorit starostů. Navíc dochází ke značné personální rotaci v souvislosti s komunálními volbami. Tento problém by možná vyřešil systém připravených profesionálních řídících mobilních týmů pro řešení krizových situací, které by dočasně suplovaly úlohu představitelů veřejné správy. Pro takové úvahy však zřejmě není v naší společnosti živná půda.
278
Dodatečné řešení úniku osob v objektech pro ubytování Ing. Petr Kučera, Bc. Romana Steinerová VŠB – TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice E-mail:
[email protected],
[email protected] Abstrakt Článek hodnotí požární zabezpečení v ubytovacích zařízeních postavených před platností norem požární bezpečnosti se zaměřením na zabezpečení únikových cest a prostředkům důležitých pro bezpečnou evakuaci hostů. Cílem práce je návrh opatření provozovatelům těchto zařízení, vedoucí ke zvýšení bezpečnosti hostů s přihlédnutím k jejich finančním možnostem. Klíčová slova ubytovací zařízení, požární bezpečnost, úniková cesta, evakuace Úvod V ubytovacích zařízeních je stejné riziko vzniku požáru jako v jiných budovách. Ale z pohledu požární bezpečnosti je zde charakteristické riziko přítomnosti osob, které dané prostředí neznají a nemusí být schopny se v něm orientovat. Většina požárů vzniká v noci, kdy hosté spí a nevnímají, co se kolem děje. Proto se v takových zařízení uplatňují zvýšené nároky na bezpečnost a podmínky evakuaci. Tento příspěvek nabízí nejprve přehled předpisů a doporučení, podle kterých se stavěly ubytovací objekty před rokem 1977 a předpisů současných. Dále vyhodnocuje nároky kladené na objekty, které se rekonstruují, a stanovuje požadavky na požární zabezpečení únikových cest v ubytovacích objektech postavených před rokem 1977. Vývoj předpisů a doporučení pro ubytovací objekty Přehled právních předpisů v poválečném období do roku 1977 V roce 1950 byla vydána vyhláška Ministerstva stavebního průmyslu č. 709/1950 Ú.l. [11] s účinností od roku 1951. Ta se považuje za základ vývoje norem pro stavebnictví u nás. Ve vyhlášce dochází k oddělení technických požadavků od zákona, které do té doby byly společné. Součástí vyhlášky byly požární předpisy k projektování. Z hlediska požární ochrany byly v padesátých letech vydány tři zákony č. 62/1950 Sb., o ochraně před požáry a jinými živelnými pohromami [4], č. 35/1953 Sb., o statním požárním dozoru a požární ochraně [5] a č. 18/1958 Sb., o požární ochraně [6].
279
Norma ČSN 73 0760 Požární předpisy pro výstavbu průmyslových závodů a sídlišť [15], účinná od prosince 1954, s revizí v roce 1959. Byla vydána Ministerstvem vnitra v Praze 1966 i ve Sborníku požární ochrany II, zavedla jako požární prvek požární zeď. Ta procházela v neměnné poloze celým objektem od základů až po střechu (případě i nad střechu). Hodnocení budov bylo dáno taxativně dle metody kategorizace s přihlédnutím k druhu provozu v objektu. Únikové cesty budov veřejného ubytování s místnostmi, které měly východ do společné chodby a neměly více než 5. NP směly mít jen jedno schodiště, s délkou evakuace max. 10 minut. Jinak musely mít další, třeba jen nouzové schodiště. Dveře na hlavní únikové komunikaci musely být otevíratelné ve směru úniku a nesměly mít prahy. V roce 1967 byly vydány Požární předpisy pro projektování výškových budov [21]. Nejdříve se za výškové budovy považovaly ty, kde vzdálenost od nástupní plochy až ke stropní konstrukci nejvyššího podlaží byla větší než 30 m. Do toho se nezapočítávala podlaží technická, trvale neobývaná osobami, pokud byla umístěna v nejvyšších podlažích budovy. Úpravou tohoto předpisu byla výška pro zatřídění výškových budov snížena na 24 m. Tato budova nesměla být vzdálena více než 5 km od požární stanice veřejného nebo závodního útvaru. Dále zde byl uveden pojem požární sekce jako část podlaží, která byla konstrukčně oddělena požární zdí nebo příčkou zabraňující šíření požáru. Maximální plocha sekce byla 2400 m2 a délka 60 m. Schodiště se zde dělí na typ A, B, C a D s minimální šířkou 1,2 m. Na povrchové úpravy a konstrukce nesmělo být použito hořlavých materiálů. Ve výškových budovách sloužily pro evakuaci osob nejméně 2 výtahy se samouzavíracími, dveřmi v oddělených šachtách s kouřovou klapkou. Od ostatních elektrických rozvodů musela být oddělena zařízení využívaná při evakuaci – výtahy, pohon kouřové klapky a čerpadel požárních hydrantů, napájení rozhlasu a dorozumívání. Právní předpisy v současné době Stavby včetně ubytovacích objektů se provádějí podle zákona č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu, ve znění pozdějších předpisů [9] a zákonem č. 186/2006 Sb., o změně některých zákonů souvisejících s přijetím stavebního zákona a zákona o vyvlastnění [10], specifikující požadavky na požární bezpečnost. Požadavky v oblasti požární bezpečnosti má v působnosti Ministerstvo vnitra. Ty jsou uvedeny v základním zákoně č. 133/1985 Sb. [7], prevence je podrobně řešena v prováděcí vyhlášce Ministerstva Vnitra České Republiky č. 246/2001 Sb. [12]. V minulém roce vstoupila v platnost vyhláška č. 23/2008 Sb. [14], která aktuálně řeší technické podmínky požární ochrany pro navrhování, provádění a užívání stavby. Zásady evropských předpisů jsou vneseny v zákoně č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a navazujících nařízení vlády [8]. Zákon slouží pro návrh staveb, požární bezpečnosti, se zabývá uvedením výrobků na trh a řeší technické překážky obchodu mezi ČR a ostatními státy Evropské unie.
280
České technické normy zůstávají obecně nezávazné a z právních předpisů, s nimiž jsou harmonizovány nebo k nimž jsou určeny, obvykle nevzniká právní povinnost týkající se jejich dodržování. Dodržení požadavků harmonizované (určené) normy je však nabídnutým nejjednodušším řešením, které může být použito. Základním projektovým dokumentem pro řešení ubytovacích zařízení zůstává ČSN 73 0802 [16] a ČSN 73 0833[17]. Objekty, postavené před platností kodexu požárních norem a jejich rekonstrukcí, se využívá požadavků normy pro změny staveb ČSN 73 0834 [18], která je v hodnocení takovýchto staveb mírnější i z hlediska velké finanční náročnosti. Doporučení Rady ES č. 86/666/EHS [3] o požární bezpečnosti ve stávajících hotelech Stanovuje minimální požadavky na určitý standard požární bezpečnosti, který by měl být stejný pro všechny členské státy. Požaduje dostupnost a provozuschopnost hasičského vybavení jako jsou např. přenosné hasicí přístroje. Zmiňuje se o nezávislém zdroji elektrické energie pro nouzové osvětlení a alarm. Personál by měl být školený a trénovaný na situace podobné vyhlášení požárního poplachu, schopný použít hasičského vybavení a vědět, kde a jak se vyhlašuje poplach. Stabilita použitých stavebních konstrukcí by měla vydržet minimálně po dobu trvání evakuace hostů. Provozovatelé by měli zredukovat používaní vysoce hořlavých materiálů, jak v pokojích, tak na únikových cestách. Ve všech prostorech, kde se pohybují hosté, je vyobrazen plán s únikovými cestami – u nás evakuační plán. Únikové cesty musí zajistit rychlou a bezpečnou evakuaci bez překážek, které by zdržovali pohyb. Pro zlepšení orientace je vhodné osadit bezpečnostní návěští viditelné ve dne i v noci. Nedoporučuje se umístění zrcadel, která způsobují mylné vidění. Dveře z pokojů a na chodbách se otevírají po směru úniku. Směrnice doporučuje opatření pro hotely, které byly postaveny mnohem dříve než před rokem 1986. Značná část takových provozů nesplňovala ani minimální zabezpečení. Proto je součástí dokumentu i návrh na periodické inspekce těchto zařízení, ale i požadavek na jednotlivé státy, aby se požadavky staly součástí legislativních předpisů. Česká asociace pojišťoven Problematikou zajištění bezpečnosti ubytovacích zařízení i hotelů se zabývá i Česká asociace pojišťoven. Z tohoto důvodu vydala v roce 1997 doporučující Směrnici pro požární bezpečnost hotelů a ubytovacích zařízení [2]. Rámcově vychází z dokumentu CFPA [1] a jeho předpokladu, že si ho každý stát přepracuje a přizpůsobí svým předpisům. Není závazná a nenahrazuje platnost norem požární ochrany. V úvodu je, ale uvedeno, že platí pro nově kolaudované hotely, a stávající by se měly přizpůsobit. Dělí se na pět částí, ve kterých stanovuje požadavky na organizaci, provedení stavby, požárně technická zařízení a konkrétní požadavky na jednotlivé provozy. Pro své potřeby si zvolila vlastní způsob zatřídění hotelů a ubytovacích zařízení. Směrnice má na závěr uvedené čtyři přílohy s tabulkou vhodnosti použití 281
hasicích přístrojů, typy hlásičů podle druhu provozu, dotazník o požárním zabezpečení hotelu a pokyny pro vedení a zaměstnance, co mají dělat při vypuknutí požáru. V požadavcích Směrnici pro požární bezpečnost hotelů a ubytovacích zařízení [2] týkajících se únikových cest stanovuje směrnice minimální šířku úniku na 1,1 m a šířku dveří v únikové cestě 0,9 m, které se musí otevírat ve směru úniku. Únikové cesty mají být označeny tabulkami viditelnými ve dne i v noci, které by měly být umístěny maximálně 0,2 m od podlahy. Viditelnost značek se má zaručit buď elektrickým osvětlení a lze využít i nouzové osvětlením, nebo fosforeskující úpravu působící po 30 minut. V případě nutnosti otevření požárních dveří v provozní době, například z důvodu větrání objektu je nezbytné, aby byly opatřeny zavíracím systémem, který je uzavře v případě požáru. V mimopracovní době musí být dveře vždy zavřeny. Řešení evakuace v ubytovacích zařízeních Bezpečnou evakuaci osob z ohrožených prostor na volné prostranství musí zajišťovat únikové cesty. V některých případech mohou tvořit přístup požárním jednotkám do objektu. Návrhem, dimenzováním a vybavením únikových cest se v současné době řeší vyhláška č. 23/2008 Sb. [14] a normy ČSN 73 0802 [16] a ČSN 73 0833[17]. Požadavky na únikové cesty v ubytovacích zařízeních OB 3 a OB 4 definuje ČSN 73 0833. Především udává jasné podmínky pro využití nechráněné únikové cesty, její délku, nahodilé požární zatížení a případný počet. Pokud v objektech nestačí nechráněné únikové cesty, navrhují se chráněné únikové cesty. Ty se dimenzují a navrhují dle požadavků uvedených v ČSN 73 0802. Návrh dodatečného řešení únikových cest pro ubytovací objekty Problematika požární bezpečnosti ubytovacích zařízení, která byla postavena bez požadavků nebo s minimálními požadavky na zabezpečení je bezesporu důležitá. Dokazují to statistiky zpracované v ČR, ale i ze zahraniční, kde právě při požárech v těchto objektech dochází ke ztrátám na životech, zraněním hostů i zachraňujících a v neposlední řadě i ztrátám na majetku. Především zajištění únikových cest, po kterých se hosté dostanou do bezpečí a možnosti informování o hrozícím nebezpečí, by měla být prioritním opatřením. Bohužel díky různorodosti a velikosti těchto zařízení se nedá určit jednotný postup, který povede ke zlepšení situace. Naskýtá se tedy myšlenka rozdělit požadavky do tří skupin opatření, a to na minimální, základní a optimální. Z nich by si majitel vybral anebo by mu bylo doporučeno na základě aktuálního stavu a rozsahu objektu s přihlédnutím k jeho finančním možnostem. Minimální požadavky Následující požadavky by měla splňovat všechna ubytovací zařízení, protože vyžadují minimální náročnost na zabezpečení, i dle zákona o požární ochraně 282
[7]. K minimálnímu zajištění únikové cesty dnes již patří značení bezpečnostními tabulkami, které budou odpovídat ČSN ISO 3864 [20]. V tomto prostoru nesmí být žádné překážky omezující průchodnost, například skříně nebo komody. Použití materiálů s vysokým indexem šíření plamene, jako jsou koberce nebo plastové podhledy, by mělo být výrazně omezeno. Pro skladování lůžkovin by měla být vyčleněna samostatná místnost, a při jejich výměně nesmějí lůžkoviny zůstávat na únikových cestách, jak tomu v některých případech bývá. Důležité je dostatečné zabezpečení hasebními látkami a vhodnými přenosnými hasicími přístroji a požární vodou, vnitřní i vnější. Budou provedeny platné revize na přenosné hasicí přístroje a případně na další požárně bezpečnostní zařízení. Zaměstnanci budou pravidelně proškoleni, aby v případě požáru věděli, kde jsou prostředky pro prvotní zásah, a jak informovat hosty o požáru a kudy vede bezpečná cesta z objektu. V současné době je možné pro zaměstnance zajistit výukové CD, které je součástí projektu „SAFEHOTEL“ Federace asociací hasičských důstojníků EU. Řádným členem asociace je i Česká republika. Projekt vychází ze skutečnosti, že nejhorší situace je ve výcviku a odborné přípravě zaměstnanců. Výsledky specializovaných kurzů se jeví jako neefektivní a nedostatečné. Vzhledem k finanční náročnosti těch to kurzů, často není personál proškolen a zejména u sezónních zaměstnanců je to pravidlem. Zaměstnanci hotelů často neznají princip a funkci požárně bezpečnostních zařízení a v případě požáru je nevyužívají. Svým lhostejným chováním ohrožují, třeba i nevědomě, ubytované hosty zatasením únikových cest nebo uzamčením únikových východů Cílem projektu je, aby hotelový personál po jeho absolvování znal koncepci požární bezpečnosti hotelu a organizační zabezpečení. Byl schopen poznat a popsat funkci požárně bezpečnostní zařízení. Naučil se chování při požáru. Uměl správně vyhodnotit jednotlivé mimořádné situace a rozhodnout, co udělat, aby neohrozil svůj život, ale zároveň dokázal pomoci hostům. Toto výukové CD by mělo být nedílnou součástí tematických plánů školení o požární ochraně. Doporučuje se obdobný obsah tematického zaměření pro školení zaměstnanců ubytovacích provozoven, které jsou bez zvýšeného požárního nebezpečí, a není zde povinnost provádět školení o PO. Výše zmíněné nároky by pro majitele neměly činit velké finanční zatížení. Jedná se spíše o jednorázové investice doplněné o organizační úpravy a interiérových úprav. Doporučuje se, aby při renovaci interiérů, které jsou součástí únikových cest, byly přednostně použity nehořlavé materiály, popř. materiály se sníženou hořlavostí. Základní požadavky S předpokladem, že byly splněny minimální požadavky, lze zvýšit úroveň zabezpečení o další požárně bezpečnostní prvky. Zařízení bude rozděleno do požárních úseků a to alespoň tak, že vždy bude oddělena ubytovací část od ostatních provozů 283
a místností s jiným účelem, např. sklad prádla nebo úklid. Samostatný požární úsek budou tvořit únikové cesty, které budou splňovat požadavky na odvětrání. Nároky kladené na provedení únikových cest v tomto stupni opatření vychází z vyhlášky č. 23/2008 Sb. [14] a její přílohy 6, kompletní znění těchto požadavků je uvedeno v Příloze č. 2. Dále se doporučuje vybavit únikovou cestu nouzovým osvětlením. Pokud je kapacita ubytovaných větší než 75 osob, bude zde instalován domácí rozhlas s nuceným odposlechem. V případě, že v objektu není elektrická požární signalizace, bude na každém pokoji, společných prostorech a chodbách vedoucích z objektu, umístěno zařízení autonomní detekce a signalizace, tím se rozumí autonomní hlásič kouře dle ČSN EN 14604 [19].
Obr. 1: Správné umístění zařízení autonomní detekce v pokojích Náklady spojené s rozčleněním objektu do požárních úseků a určitým zabezpečením požárně bezpečnostními zařízeními, budou vždy vycházet z míry bezpečnostního vybavení při jeho výstavbě. Obecně lze předpokládat, že cena se bude pohybovat ve statisících a miliónu korun, s ohledem na velikost zařízení. Optimální zabezpečení objektů Optimální požadavky by se daly označit i jako nadstandardní u objektů postavených a navržených bez požadavků požární ochrany. Na druhou stranu, by měly zajistit maximální bezpečnost a podmínky pro ubytované hosty a zaměstnance. Jejich využití se předpokládá nejvíce ve starší zástavbě domů, které mají složitou dispozici nebo vznikly spojením dvou sousedních objektů. Únikové cesty budou vyhovovat požadavkům ČSN 73 0802 [16] a ČSN 73 0833 [17] bez jakýchkoliv úlev z pohledu ČSN 73 0834 [17]. Pokud se jedná o zařízení kategorie OB 4, bude zde vybudován evakuační výtah, který bude ústit do chráněné únikové cesty. Domácí 284
rozhlas s nuceným odposlechem bude vybaven nahrávkou s informací, o nastalé situaci a především, co mají hosté dělat, případně bude popsána úniková cesta. Nahrávka bude kvalitní, čistá, krátká a jednoznačná. Namluvené informace budou k dispozici i v jiných zahraničních jazycích z důvodu velmi častého výskytu zahraničních hostů v ubytovacích zařízeních. Na každém pokoji bude vyvěšen evakuační plán s označením pokoje, kde je plán umístěn, aby byla jednoznačně určena cesta úniku. Pokud zařízení nabízí ubytování pro osoby s omezenou schopností pohybu, bude odpovídat požadavkům vyhlášky č. 369/2001 Sb. [13]. Jednou ročně proběhne námětové cvičení s vyhlášením poplachu za provozu (nejedná se o cvičný požární poplach). Hostům bude z důvodu zabránění paniky cvičení oznámeno. Vždy bude zpracován a vyhodnocen záznam ze cvičení, dále pak vyhodnocena dostatečnost zabezpečení a v případě nedostatků budou navržena vhodná opatření. Nadstandardní opatření vyžadují tomu odpovídající náklady, které se budou s největší pravděpodobností pohybovat v miliónových položkách. Závěr V článku je zhodnoceno současné řešení únikových cest a celkové požární zabezpečení objektů určených pro ubytování, uvedených do provozu v době, kdy neplatily normy požární bezpečnosti staveb. Cílem práce bylo navrhnout provozovatelům ubytovacích zařízení postupné řešení vedoucí ke zlepšení situace s ohledem na jejich finanční možnosti. Při řešení bezpečnosti v ubytovacích zařízeních by nemělo být opomenuto právo hostů a zaměstnanců na jejich ochranu proti požáru. Velkou pozornost je třeba věnovat připravenosti a informovanosti personálu, kde celková situace výcviku a odborné přípravě je nedostatečná. Stav se nezměnil ani po vydání Doporučení Rady ES č. 86/666/EHS, kde požadovaná opatření nebyla akceptována. V současné době, by se mohla situace zlepšit zapojením provozovatelů do projektu „SAFEHOTEL“, který se přímo zaměřil na řešení tohoto problému. V tomto článku je uveden návrh řešení, jak zabezpečit především únikové cesty spolu s celkovým stavem zařízení z dob, kdy nebyly platné požadavky požárních norem. Pro majitele a provozovatele daných objektu jsou k dispozici tři skupiny požadavků, kde je každá doplněna o řádový odhad cenové náročnosti opatření. Na základě uvedených možností, jak lze postupně zabezpečit únikové cesty a celkový stav starších ubytovacích zařízení, že minimální náprava je možná ve všech případech. Především sami majitelé a provozovatelé by si měli uvědomit nebezpečí bez zajištěné ochrany.
285
Literatura [1] Fire Safety in Hotels, Requirements for Europe. CFPA – Europe, 1994. ISBN 0 902167 80-4 [2] Směrnice pro požární bezpečnost hotelů a ubytovacích zařízení, ČAP, 1997 [3] Doporučení Rady 86/666/EEC, o požární bezpečnosti v existujících hotelech [4] Zákon č. 62/1950 Sb., o ochraně před požáry a jinými živelnými pohromami [5] Zákon č. 35/1953 Sb., o státním požárním dozoru a požární ochraně [6] Zákon č. 18/1958 Sb., o požární ochraně a vydáním jeho prováděcích předpisů vlády [7] Zákon č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů [8] Zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a navazujících nařízení [9] Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu, ve znění pozdějších předpisů [10] Zákon č. 186/2006 Sb., o změně některých zákonů souvisejících s přijetím stavebního zákona a zákona o vyvlastnění [11] Vyhláška č. 709/1950 Ú.l., o podrobnějších předpisech pro pozemní stavby [12] Vyhláška č. 246/2001 Sb., o požární prevenci [13] Vyhláška č. 369/2001 Sb., o obecných technických požadavcích zabezpečujících užívání staveb osobami s omezenou schopností pohybu a orientace [14] Vyhláška č. 23/2008 Sb., o technických podmínkách požární bezpečnosti staveb [15] ČSN 73 0760: Požární předpisy pro výstavbu průmyslových závodů a sídlišť, 1954, revize r. 1959 [16] ČSN 73 0802: Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty. Praha, ÚNMZ, 2009 [17] ČSN 73 0833 (Z1): Požární bezpečnost staveb – Budovy pro bydlení ubytování. Praha, Český normalizační institut, 2000 [18] ČSN 73 0834: Požární bezpečnost staveb – Změny staveb. Praha, Český normalizační institut, 2000 [19] ČSN EN 14 604: Autonomní hlásiče kouře. Praha, Český normalizační institut, 2006 [20] ČSN ISO 3864: Bezpečnostní barvy a bezpečnostní značení. Praha, Český normalizační institut, 2003 [21] Požární předpisy – Ministerstvo vnitra, Hlavní inspekce požární ochrany, 1967
286
Vlastnosti stavebních materiálů v podmínkách požáru Doc. Ing. Václav Kupilík, CSc. Stavební fakulta ČVUT Praha E-mail:
[email protected] Abstrakt Článek se zabývá strukturou, tepelně technickými vlastnostmi a chováním hmot za zvýšených teplot. Z mnoha stavebních hmot je příspěvek zaměřen na nejčastěji používané materiály, a to na ocel, beton, dřevo, cihly a sádrokarton, přičemž jsou zde uvedeny křivky reprezentující jejich tepelně technické vlastnosti. To umožňuje lépe posoudit tyto materiály při návrhu protipožárních opatření, důsledky pro provoz a životnost stavebních konstrukcí. Uvedené návrhy by měly být uplatňovány v rámci požárně bezpečnostního řešení staveb. Klíčová slova struktura materiálů, pórovitost, vlhkost, měrný povrch, referenční stav, tepelně technické vlastnosti, dilatometrická, termografická a kalorimetrická křivka 1. Úvod Používané materiály ve stavebnictví mohou mít různou strukturu – buď homogenní se stejným složením a vlastnostmi ve všech částech svého objemu (v přírodě se vyskytují jen zřídka) nebo heterogenní s nestejnorodostí struktury, kam patří většina stavebních materiálů. U některých materiálů, např. betonu je heterogenita na první pohled zřejmá. Další nestejnorodosti, např. zrnitost a pórovitost, nejsou pouhým okem viditelné. Mikrostruktura materiálů ve velké míře závisí na způsobu, jakým tyto materiály byly vytvořeny. Např. výsledkem ztuhnutí je obvykle polykrystalický materiál, který sestává z náhodně uspořádaných zrn krystalů tvaru mnohoúhelníku. Zpracování kovů za studena může vést k podlouhlé struktuře krystalů požadovaného uspořádání, V případě rychlého zchlazení mohou některé nekovové materiály nabýt sklovité či amorfní struktury. Sklovité materiály mají vodnatou, nezrnitou mikrostrukturu s nízkým krystalickým uspořádáním. Při zahřátí projdou několika fázemi snižování viskozity. Syntetické polymery se skládají z velmi velkých molekul. Řetězce molekul termoplastů se při zahřátí začnou více pohybovat jeden vůči druhému a materiál se změkčí podobně jako je tomu u skla. Příčné vazby mezi molekulárními řetězci termosetů zabraňují uvolnění molekulární struktury a jakékoliv změně do tekutého stavu. Keramické stavební materiály jsou vytvořeny z vlhké plastické hmoty nebo z práškovitých slisovaných směsí vypalováním. Výsledným produktem je pak polykrystalická pevná látka s dobře vyvinutou pórovitou strukturou. Dva důležité stavební materiály beton a sádra se vytvoří smíšením jemně rozemletého prášku, popř. 287
kameniva s vodou a směs tuhne hydratací. Cementová kaše v betonu má komplexní mikrostrukturu, která je prostoupena řadou velmi jemných spletitých pórů. Pevné látky jsou charakterizovány omezeným pohybem základních stavebních částic (atomů, iontů, molekul) kolem rovnovážných poloh. Podle uspořádání těchto poloh v prostoru můžeme pevné látky rozdělit do dvou skupin: na látky krystalické a látky amorfní (beztvaré). Rovnovážné polohy stavebních částic krystalických látek jsou v prostoru rozmístěny pravidelně, v pravidelné prostorové síti či mříži. Takovému tělesu, tedy pevnému tělesu s trojrozměrně periodickým uspořádáním základních stavebních částic (atomů, iontů, molekul), říkáme krystal. Konkrétní způsob rozmístění základních stavebních částic v krystalu se nazývá krystalová struktura. Naproti tomu prostorové rozložení stavebních částic amorfních látek je neperiodické, nepravidelné. Z tohoto hlediska se pevné amorfní látky podobají kapalinám. Mezi amorfní látky patří např. skla. U vláknitých materiálů se používá buď dvou fází (krystalické a amorfní) nebo tří fází (doplnění o fázi vazných řetězců). Každá fáze má svůj objemový podíl, orientaci i mechanické vlastnosti. Většina stavebních materiálů může být považována za izotropní, to znamená, že mají ve všech směrech stejné vlastnosti. Mezi těmito vlastnostmi jsou ty, které mohou být svým složením dobře definované - jsou konstrukčně necitlivé. Další z těchto vlastností závisí na mikrostruktuře pevné látky nebo na jejím předchozím vzniku. Tyto vlastnosti se řadí mezi konstrukčně citlivé. 2. Struktura stavebních materiálů Ve stavebnictví se v převládající míře používají materiály pevné, které sestávají minimálně ze dvou složek: pevné složky kostry a plynné složky (vzduchu) v pórech uvnitř kostry. Kromě toho se ještě může vyskytovat kapalná nebo kapalině podobná složka jako vlhkost. Ta může být absorbovaná z ovzduší do povrchových pórů nebo zadržovaná v pórech kapilární kondenzací. Tato třetí složka je přítomná vždy, když struktura pórů je souvislá. Nesouvislé (přerušované) póry (např. póry některých pěnových plastů) nejsou okamžitě přístupné vlhkosti ze vzduchu. Struktura pórů materiálů je charakterizována dvěma vlastnostmi: a) pórovitostí, což je objemová frakce pórů uvnitř viditelných hranic pevné látky. Lze ji vyjádřit jako poměr pórového prostoru k celkovému objemů materiálu [m3/ m3], b) měrným povrchem, tj. povrchovou plochou pórů na objemovou jednotku materiálu [m2/m2]. U pevného materiálu se souvislou strukturou pórů je pórovitost mírou maximálního množství vody, které se může v materiálu udržet, když je v nasyceném stavu. Měrný povrch a pórovitost pak určuje obsah vlhkosti, kterou může pevný materiál zadržovat v rovnováze s okolními podmínkami. 288
Z hlediska funkce, jakou materiály zaujímají v konstrukci v případě požáru, mohou být materiály zařazeny do těchto skupin: a) skupina N (nosné materiály) - materiály, které jsou navrženy tak, aby byly velmi staticky namáhány obvykle v tahu. Pro projektanty budou zcela jistě důležité mechanické vlastnosti těchto materiálů (zejména vztahující se k únosnosti těchto materiálů v tahu); b) skupina N/I (nosné/izolační materiály) - materiály navržené, aby přenášely zatížení a v případě požáru sloužily i jako izolace materiálů skupiny N. Pro tuto skupinu materiálů jsou důležité pro projektanty jak vlastnosti mechanické (únosnost materiálu zejména v tlaku), tak vlastnosti tepelně izolační; c) skupina I (izolační materiály) - materiály, jejichž úkolem není přenášet zatížení, ale jejich úlohou v případě požáru je zabránit přenosu tepla nosnými prvky a tak izolovat materiály skupiny N. U materiálů skupiny I jsou zajímavé jen jejich tepelně izolační vlastnosti. Během posledních dvaceti let došlo k poměrně výraznému nárůstu počtu stavebních materiálů. Z hlediska omezeného rozsahu tohoto příspěvku bude v další části uvedena jen analýza tepelně technických vlastností (zejména křivek) pro zástupce těchto skupin: 1. ze skupiny N ocel (její základní mechanické a tepelně technické vlastnosti [2], 2. ze skupiny N/I beton, cihla a dřevo - základní mechanické a tepelně technické vlastnosti pro různé typy betonů [2], 3. ze skupiny I sádra. 3. Chování stavebních materiálů za zvýšených teplot Zatímco výpočetní metody pro předpověď (predikci) kolapsu konstrukcí v případě požáru se staly v nedávné době velmi rozšířenými, někdy až sofistikovanými, nebylo tomu tak u výzkumu zaměřeném na poskytování spolehlivých vstupních informací pro tyto výpočty. Navrhovatelé protipožárních opatření v objektech si často uvědomují, že získat údaje o chování stavebních materiálů při teplotách mezi 20 a 700 °C je obtížné a při tom mnoho stavebních materiálů se v tomto teplotním rozsahu stává nestabilními. Při zahřátí totiž procházejí fyzikálněchemickými změnami spojenými jednak s přeměnami v jejich mikrostruktuře, jednak změnami jejich vlastností. I velmi často používaný beton při teplotě kolem cca 500 °C je v chování rozdílný od stejného typu při pokojové teplotě. Je zřejmé, že základní dostupné informace o vlastnostech stavebních materiálů při pokojových teplotách se nechají jen zřídka aplikovat při návrhu protipožárních opatření. Proto výsledky materiálového výzkumu znamenají skutečný krok vpřed v oblasti posuzování stavebních konstrukcí během příštích několika desetiletí.
289
Většina stavebních materiálů je porézních a tak schopných zadržovat určité množství vlhkosti v závislosti na podmínkách okolního prostředí. Přítomnost vlhkosti může mít významný vliv na vlastnosti materiálů za jakékoliv teploty pod 100 °C, a proto je nutné provést některé materiálové testy na vzorcích bez vlhkosti v tzv. referenčním stavu. Referenční stav je běžně interpretován jako takový, který je získán zahříváním testovaného vzorku ve zkušebním tepelném zařízení ( peci, troubě) na teplotu vyšší než 100°C (obvykle na 105°C) do té doby pokud jeho hmotnost nevykazuje žádné změny. 4. Tepelně technické vlastnosti stavebních materiálů K výrazným vlastnostem ovlivňujícím materiály při požáru patří tepelné vlastnosti, které mohou být kromě tepelné vodivosti reprezentovány křivkami, a to: 1. dilatometrickými, 2. termografickými, 3. kalorimetrickými. 4.1. Dilatometrická křivka Dilatometrická křivka vyjadřuje záznam dílčí změny pevné látky v lineárním směru za postupného zvyšování nebo snižování teploty: ∆l / l ⇒ teplota T, kde ∆l = l - l0 jsou změněné, popř. původní rozměry pevné látky [m], přičemž původní rozměry jsou obvykle měřeny při pokojové teplotě +20°C, ∆l představuje lineární zvětšení nebo zmenšení materiálu. Zahřívání pevné látky se obvykle odehrává za předem dohodnuté rychlosti - obvykle 5°C/min. Z důvodu postupu fyzikálněchemických změn a skutečnosti, že některé z nich jsou nevratné, dilatometrické křivky získané zahřátím materiálu málokdy korespondují s těmi, které byly získány během ochlazovacího procesu. Ohřívání materiálu rychleji než 5°C /min obvykle zapříčiní, že se reakce posunou do oblasti vyšších teplot a vyvíjejí se rychleji. Mezi tepelnými vlastnostmi oceli, které jsou středem zájmu při návrhu protipožárních opatření je tepelná roztažnost [2]. Ta je vlastností konstrukčně necitlivou. Dilatometrická křivka znázorněná na obr.1. [1] je použitelná pro všechny běžné druhy ocelí. Za povšimnutí stojí náhlý pokles okolo 700°C, který je spojen s austenitickou transformací oceli. Obr. 1. Dilatometrická křivka oceli 290
Obr. 2. Dilatometrické křivky dvou betonů s normální hmotností a dvou lehkých betonů: 1 - beton normální hmotnosti s křemičitým kamenivem 2 - beton normální hmotnosti s uhličitým kamenivem 3 - lehký beton s kamenivem z expandované břidlice 4 - lehký beton s kamenivem z pemzy
Na obr.2. jsou dilatometrické křivky dvou druhů betonů s normální hmotností (s křemičitým a uhličitanovým kamenivem) a dvou druhů lehkých betonů (s kamenivem z expandované jílovité břidlice a pemzy). Tyto křivky byly získány během studie 16 druhů betonů [3]. Je zřejmé, že typ kameniva má velký vliv na tvar těchto křivek. Dilatometrická křivka cihly o objemové hmotnosti 2180 kg/m3 je na obr.3. Objemová hmotnost dřeva používaná ve stavebnictví se v suchém stavu pohybuje mezi 300 a 490 kg m3. U borového dřeva s objemovou hmotností 400 kg/m3 byla naměřena tepelná vodivost mezi 0,86 a 0,107 W/m.K pro teplotní interval 20 - 40°C s průběhem dilatometrické křivky na obr.4 [3]. Pro srovnání je uvedena dilatometrická křivka sádrokartonové desky o objemové hmotnosti 678 kg/m3na obr.5 [3]. 4.2. Termogravimetrická křivka Termogravimetrická křivka vyjadřuje záznam dílčí hmotnostní změny pevné látky při postupného zvyšování nebo snižování teploty: M / M0 ⇒ teplota T,
Obr. 3. Dilatometrická křivka cihly
kde M a M0 vyjadřují změněné, popř. původní hmotnost pevné látky [kg], přičemž původní hmotnost je obvykle měřena při pokojové teplotě +20°C). V případě, že je křivka vytvořena zahřátím pevné látky, je dohodnutá rychlost ohřevu opět 5°C/min. Termogravimetrické křivky odrážejí reakce materiálu spojené se ztrátou nebo přírůstkem hmotnosti, ale přirozeně nezachycují změny v mikrostruktuře materiálů nebo krystalického uspořádání. Pro M/M0 = 1 se termogravimetrická křivka vztahuje k chemicky inertnímu materiálu. Podobně jako u dilatometrické křivky změna rychlosti ohřevu obvykle způsobí posun reakcí do oblastí vyšších teplot a jejich rychlejší vývoj.
291
Obr.4. Dilatometrická křivka borového dřeva
Obr.5. Dilatometrická křivka sádrokartonové desky
Termogravimetrická křivka cihly o objemové hmotnosti 2180 kg/m3 je na obr.6, pro borové dřevo o objemové hmotnosti v suchém stavu 400 kg/m3 na obr.7 a pro sádrokartonové desky o objemové hmotnosti 678 kg/m3 na obr.8 [3]. Obr.6. Termogravimetrická křivka cihly
Obr.7. Termogravimetrická křivka borového dřeva
Obr.8. Termogravimetrická křivka sádrokartonové desky
4.3. Kalorimetrická křivka Kalorimetrická křivka vyjadřuje vztah mezi teplotou a latentním měrným teplem materiálu při konstantním tlaku cp [J/kg.K]. Latentní měrné teplo je definováno jako
292
, kde h - entalpie [J/kg] a dolní index p značí konstantní tlak. V případě, že zahřívání pevné látky je doprovázeno fyzikálněchemickými změnami, entalpie se stává funkcí stupně změny reagující látky vyúsťující v produkt [ζ] a je bezrozměrná. Pro jakékoliv teplotní rozmezí, kdy dochází ke změně (tj. pro 0 ≤ ζ ≤ 1) platí:
kde ¯cp
měrné teplo směsi činitelů reakce (reaktantů) a (pevných) produktů, ze kterých materiál sestává v daném stupni přeměny.
Materiál je charakterizován ζ a ∆Hp je latentní teplo spojené s přeměnou [J.kg]. Jak ukazuje tento vztah a obr.9 v teplotních intervalech fyzikálněchemické nestability zdánlivé měrné teplo zahrnuje teplo patrné a přínosy skupenského tepla. Přínosy skupenského tepla se projeví vrcholkem na kalorimetrické křivce, a to maximem v případě, že je reakce endotermická a minimem, že je reakce exotermická. Obr.9. Zdánlivé specifické teplo Rychlost ohřevu je zde, podobně jako v předchozím případě 5°C/min. Zdánlivé měrné teplo různých druhů betonu bylo zkoumáno jak teoreticky, tak experimentálně. Obvyklé rozpětí měrného tepla je pro normální a lehčené betony dokumentováno na obr.10, pro cihly o objemové hmotnosti 2180 kg/m3 pak na obr.11 [3]. Rozdíly mezi průběhem zdánlivého měrného tepla borového dřeva o objemové hmotnosti 400 kg/m3 a sádrokartonových desek s objemovou hmotností 680 kg/m3 jsou patrné z obr.12 a 13 [3].
Obr.10. Rozpětí měrného tepla betonů s normální a nižší hmotností 293
Obr.11. Zdánlivé měrné teplo cihel o objemové hmotnosti 2180 kg/m3
Obr.12. Zdánlivé měrné teplo borového dřeva o objemové hmotnosti 400 kg/m3
Obr.13. Zdánlivé měrné teplo sádrokartonových desek o objemové hmotnosti 680 kg/m3
5. Závěr Uvedená analýza stavebních materiálů by měla přispět projektantům a dalším pracovníkům z oblasti prevence požární ochrany k rozšíření jejich znalostí o chování těchto materiálů za zvýšených teplot, které by požární specialisté mohli uplatnit při navrhování protipožárních opatření. Také změny vlastností výše uvedených materiálů mohou více upřesnit vstupní údaje při statickém posuzování požární odolnosti stavebních konstrukcí a tím dosáhnout větší spolehlivosti výpočetních metod. Literatura [1] European Recommendations for the Fire Safety of Steel Structures, European Conventionfor Construction Steelwork, Tech.Comm., 3, Elsevier, New York, 1983 [2] KUPILÍK, V. (2006). Stavební konstrukce z požárního hlediska, Grada Publishing, a.s., Praha, 006, ISBN 80-247-1329-2 [3] SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, Publisher by the National Fire Protection Association One Batterymarch, Park, Quincy, Massachusetts, USA, Copyright 1988 by the Society of Fire Protection Engineers, Boston, ISBN 087765-353-4
294
Ochrana před bleskem a přepětím staveb z pohledu soudního znalce Ing. Jiří Kutáč DEHN + SÖHNE GMBH + CO.KG., organizační složka, Pod Višňovkou 1661/33, 140 00 Praha 4 -Krč E-mail:
[email protected]; www.dehn.cz Abstrakt Analýza škod vzniklých úderem blesku. Objasnění příčin škod v důsledku úderu blesku. Koncepce návrhu ochranných opatření na stavbách. Koncepce návrhu ochranných opatření ve stavbách. Klíčová slova blesk, úder, přepětí, ochrana, hromosvod, přepěťová ochrana SPD „Motto“ „Blesk nezná normy ani výrobce, ale normy a výrobci musí respektovat blesk jako jedinečný přírodní děj“. Analýza škod vzniklých úderem blesku a objasnění příčin škod v důsledku úderu blesku Hromosvod - Na objektu není instalován hromosvod; Důsledek: V kterémkoli místě je možný úder blesku do objektu – vznik požáru. - Chybně navržena jímací soustava – není vytvořen dostatečný ochranný prostor pro chráněné zařízení (dle ČSN EN 62305-3, čl. 5.2) [1]; Důsledek: Možný úder blesku do ochranného prostoru jímací soustavy – poškození zařízení, či vznik požáru. - Není splněna podmínka pro dostatečnou vzdálenost s (dle ČSN EN 62305-3, čl. 6.3) [1]; Důsledek: Možný přeskok blesku na vnitřní instalace – poškození zařízení, či vznik požáru. - Nevhodný výběr materiálů, které nejsou určeny pro instalaci hromosvodu (dle ČSN EN 50164) [2]; Důsledek: Překročení povoleného oteplení součásti nebo nedodržení styčných ploch materiálů – vznik požáru nebo exploze.
295
- Uložení skrytých svodů v hořlavých materiálech; Důsledek: Zahřátí okolního materiálů svodu – vznik požáru nebo exploze. - Nedodržení podmínek montážních návodů výrobců; Důsledek: Systém ochrany neplní správně svou funkci – ohrožení majetku a osob. - Nedostatečná vizuální kontrola při revizní činnosti; Důsledek: Nejsou odstraněny případné projekční a montážní chyby – ohrožení majetku a osob. - Neprovedení měření zemních odporů zemničů; Důsledek: Při nepříznivých povětrnostních podmínkách může vzniknout problém přechodu bleskového proudu do země – ohrožení vnitřní instalace stavby. - Existence několika uzemňovacích soustav v jednom objektu (areálu); Důsledek: Vznik rozdílů potenciálů v rámci jednoho objektu (areálu) – ohrožení elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu (areálu). - Nevhodné uložení zemničů; Důsledek: Vznik krokových napětí v blízkosti stavby – ohrožení osob v blízkosti svodu. Vnitřní ochrana před bleskem - Chybějící přepěťové ochrany SPD; Důsledek: Vznik rozdílů potenciálů v rámci jednoho objektu (areálu) – ohrožení osob a elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu (areálu) (dle ČSN EN 62305-4) [3]. - Nedodržení parametrů přepěťových ochran pro danou třídu LPS; Důsledek: Porucha nebo destrukce SPD – ohrožení osob a elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu (areálu) (dle ČSN EN 62305-4) [3]. - Žádná koordinace mezi jednotlivými stupni přepěťových ochran SPD; Důsledek: Porucha nebo destrukce SPD – ohrožení osob a elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu (areálu) (dle ČSN EN 62305-4) [3]. - Nedodržení podmínek instalace přepěťových ochran dle montážních návodů výrobců; Důsledek: Porucha nebo destrukce SPD – ohrožení osob a elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu (areálu). - Překročení délek přívodních vodičů a uzemňovacích svodů SPD; Důsledek: Překročení ochranné úrovně SPD – ohrožení elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu (areálu) (dle ČSN EN 62305-4) [3].
296
- Křížení nebo souběh přívodních vodičů a uzemňovacích svodů SPD. Důsledek: Překročení ochranné úrovně SPD – ohrožení elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu (areálu). Ochranná opatření v ochraně před bleskem Pro působení blesku mají význam následné hlavní vlastnosti stavby: - stavební materiál (dřevo, cihla, beton, atd.) - funkčnost (rodinný dům, kancelář, divadlo, hotel, škola, atd.) - v něm se nacházejí živé bytosti a předměty (osoby a zvířata, hořlavé nebo nehořlavé materiály, atd.) - vstupující inženýrské sítě - stávající nebo předpokládaná ochranná opatření - míra rozšíření nebezpečí Koncepce návrhu ochranných opatření na stavbách Hromosvod znamená především hromosvodní ochranu staveb. Slouží k zachycení přímých úderů blesku do stavby a jejich svedení a rozptýlení do země. Přístup k řešení návrhu jímací soustavy je dvojí: - jímací soustava je elektricky izolována od všech vodivých předmětů uvnitř stavby; - jímací soustava je elektricky propojena se všemi vodivými předměty uvnitř stavby. Elektricky izolovaný (oddálený) vnější LPS od vodivých předmětů uvnitř stavby Elektrickou izolaci vnějšího LPS od vodivých předmětů uvnitř stavby lze řešit dvěma způsoby: a) umístěním bez kontaktu se stavbou (stožárový, klecový, závěsný hromosvod); b) umístěním přímo na stavbě. V obou případech je nutné dodržovat minimálně dostatečnou vzdálenost s (viz ČSN EN 62305-3 čl. 6.3) [1] mezi jímací soustavou a vodivými předměty stavby připojenými k vnitřní soustavě vyrovnání potenciálu. Při umístění jímací soustavy a svodů na stavbě je možné k vnějšímu LPS vodivě připojit i některé vnější vodivé předměty stavby (například okapy, různá oplechování, kovovou krytinu, atd.). Přitom je nutné dbát, aby vnitřní vodivé předměty stavby byly od vnějšího LPS i k němu připojených vodivých předmětů dále, než je dostatečná vzdálenost s, v tom kterém místě.
297
Elektricky vodivě spojený (neoddálený) vnější LPS s vodivými předměty uvnitř stavby Principem elektricky vodivě spojeného hromosvodu (metodou spojit vše se vším) je rozdělení bleskového proudu po přímém úderu blesku na co největší počet svodů. Rozdělením se zmenší a rozptýlí i účinky vyvolané průchodem bleskového proudu jednotlivým svodem. Elektromagnetické pole okolo jednotlivých svodů bude mnohonásobně menší a účinky elektromagnetických polí okolo blízkých svodů se budou navzájem rušit. Tím se i sníží na minimum výsledné elektromagnetické pole uvnitř budovy. Při blízkém úderu blesku mimo stavbu budou takto elektricky vodivě spojené části LPS a všechny vodivé předměty a konstrukce uvnitř stavby působit jako stínící Faradayova klec proti elektromagnetickému poli vně stavby. Tento typ LPS je zvláště vhodný pro stavby ze železobetonu, stavby s železobetonovým skeletem nebo stavby s ocelovým skeletem. Nevýhodou je nutná technologická kázeň a průběžné ověřování spojitosti vodivých částí stavby během výstavby. Základní postup návrhu vnějšího LPS Po vypočtení přípustného rizika (viz ČSN EN 62305-2) a zařazení ochrany objektu do třídy LPS zvolíme nejprve má-li být hromosvod proveden ve variantě od stavby elektricky izolovaný (oddálený) nebo se stavbou elektricky vodivě spojený. Přitom bereme v úvahu především: - materiál a provedení nosné konstrukce stavby; - materiál a provedení vazby střechy; - materiál krytiny střechy; - technologie situované nad střechou; - účel, využití, vybavení a obsah stavby; - okolí stavby a její případnou návaznost na další stavby. Dále určíme vhodnou metodu nebo kombinaci metod určení ochranného prostoru jímací soustavy. Určujícími podmínkami jsou především: - třída LPS; - členitost a rozloha stavby (podle půdorysu); - výška stavby; - tvar a provedení střechy; - možnosti rozmístění svodů; - technologie a vodivé předměty situované nad střechou, na stěnách stavby, nebo v blízkosti stavby; - přístupové cesty pro lidi a užitková nebo domácí zvířata;
298
- připojené inženýrské sítě; - provedení a umístění zemnicí soustavy; - LPS je pro jednu stavbu nebo komplex staveb. Přitom je nutné brát v potaz výhody a nevýhody jednotlivých metod určení ochranného prostoru. Po provedení návrhu jímací soustavy zkontrolujeme její ochranný prostor graficky, početně nebo kombinací obou metod, nebo použijeme pro kontrolu ochranného prostoru jímací soustavy vhodný software. Následně (jako nezávislou úlohu na ochranném prostoru jímací soustavy) je třeba vypočítat dostatečnou vzdálenost s pro jednotlivé svody, jímací vedení a jímače v kritické vzdálenosti od technologií a vodivých předmětů nad střechou. V závislosti na výsledcích výpočtů dostatečné vzdálenosti je možné ponechat nebo upravit rozmístění, případně hustotu a provedení jímací soustavy a počet svodů. Po případné úpravě je nutná alespoň částečná kontrola ochranného prostoru. Jímací soustava dle ČSN EN 62305-3, odst. 5.2.2 [1] musí být navržena jen na základě těchto metod: - valící se koule; - ochranného úhlu; - mřížové soustavy. Má-li se navrhnout ochrana před bleskem v souladu s českými technickými normami, pak je nutno řídit se při projektování této ochrany souborem norem ČSN EN 62305 Ochrana před bleskem i pro alternativní jímače (ESE). Koncepce návrhu ochranných opatření ve stavbách Vnitřní systém ochrany před bleskem (internal lightning protection system) je část LPS, která se skládá z komplexních systémových ochranných opatření pro vnitřní ochranu před LEMP (elektromagnetický impulz vyvolaný bleskem, lightning electromagnetic impulse). – LPMS. Ochrana před LEMP je založena na koncepci zón ochrany před bleskem (LPZ). Mezi systémová ochranná opatření LPMS patří především: - uzemnění; - pospojování; - magnetické stínění; - návrh vhodných tras vedení; - koordinovaných SPD ochran.
299
Základem vnitřní LPS je důsledné vyrovnání potenciálu v celém objektu. To reálně znamená pospojení všech neživých vodivých částí stavby, na nichž se za normálních okolností nevyskytuje napětí proti potenciálu ochranného vodiče PE navzájem a k systémům ochranného pospojování, pospojování k vyrovnání potenciálu a všem dalším vyskytujícím se systémům se stejným potenciálem rovným potenciálu ochranného vodiče PE. Čím více propojení, strojených nebo náhodných, tím lépe a účinněji bude potenciál vyrovnán i během jakékoli změny potenciálu na ochranném vodiči PE. Připojení vodičů s odlišným pracovním potenciálem, například fázových vodičů sítě nn, pracovních žil sdělovacích a datových kabelů a pod., je nutné k soustavě vyrovnání potenciálu připojit přes svodiče bleskového proudu nebo svodiče přepětí - SPD. SPD dokáží omezit rozdíl potenciálu mezi pracovními vodiči a vodičem PE na přijatelné svodičem kontrolované úrovni svedením vyrovnávacího proudu do uzemnění. SPD jsou a fungují pouze jako nedílná součást systému vyrovnání potenciálu. SPD samy o sobě nepřipojené k systému vyrovnání potenciálu nejsou schopny zajistit přijatelné rozdíly potenciálů mezi pracovními a ochranným vodičem. Důležitým pojmem z hlediska funkce SPD i celé vnitřní LPS je vztažný potenciál. ČSN EN 62305-4 tento pojem přímo nedefinuje, pouze u soustavy pospojování v zapojení do hvězdy uvádí ERP – referenční bod uzemnění. Vztažný potenciál, respektive hodnota vztažného potenciálu, je důležitý zejména při řešení vyrovnání potenciálu především v místech s choulostivým zařízením proti přepětí. Je důležité vždy brát při řešení v úvahu skutečnost, že žádné napětí nebo přepětí neexistuje samo o sobě nezávisle na svém okolí. Jakékoli napětí je pouhý rozdíl dvou různých potenciálů. Proto i přepětí je definovatelným způsobem vztaženo alespoň k jednomu potenciálu, obvykle k nižšímu s hodnotou rovnou potenciálu PE, ke kterému bude vztažena funkčnost vnitřního LPS v tomto konkrétním místě. Dalším důležitým principem v řešení LPS je úbytek napětí na vodiči, kterým protéká proud, a který je přímo úměrný velikosti protékajícího proudu a nepřímo úměrný průřezu vodiče. Tento úbytek napětí na vodičích použitých pro připojení SPD je vždy nutné přičíst k ochranné úrovni samotného SPD. Proto je nutné používat k připojení SPD co nejkratších vodičů s co největším průřezem. To platí zejména pro připojování svodičů bleskového proudu, kde se svodové proudy pohybují v řádu kA. Analogicky tento princip platí i pro připojování SPD chránících velmi choulostivá elektronická zařízení, kde i úbytek napětí v řádu jednotek V může mít pro elektronické obvody fatální následky. I v těchto případech je nutné provést propojení se vztažným potenciálem buď co nejkratším vodičem, nebo vodičem o velkém průřezu.
300
Z hlediska způsobu provedení systému vyrovnání potenciálu v celém objektu nebo jeho části existují dvě principiální řešení: - zřízení sběrnice pospojování, která vytváří vztažný potenciál pro celou budovu nebo její část, - zřízení soustavy po spojení s vyrovnaným potenciálem. Pro vyrovnání potenciálu objektu existují dva základní přístupy: - objekt s elektricky izolovaným vnějším LPS, kde vnitřní vodivé prvky stavby jsou od vnějšího LPS elektricky izolovány - objekt s elektricky neizolovaným vnějším LPS, kde vodivé prvky stavby jsou elektricky vodivě propojeny s vnějším LPS. Literatura: [1] ČSN EN 62305 – 3, 2006-11: Ochrana před bleskem – část 3: Hmotné škody na stavbách a ohrožení života [2] ČSN EN 50164: Součásti ochrany před bleskem (LPC) [3] ČSN EN 62305 – 4, 2006-11: Ochrana před bleskem – část 4: Elektrické a elektronické systémy ve stavbách
301
Tepelná nepohoda hasiče při zásahu Doc. Dr. Ing. Miloš Kvarčák VŠB – TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Lumírova 13, 700 30 Ostrava –Výškovice E-mail:
[email protected] Abstrakt Činnost hasiče při zásahu je charakterizovaná fyzickou námahou, která z hlediska metabolismu produkuje z těla teplo a tím porušuje tepelnou pohodu hasiče. Tepelnou pohodu také narušuje teplo, které se uvolňuje při požáru a působí na hasiče. Před těmito vnějšími podmínkami chrání hasiče zásahový oděv. Druh a provedení oděvu ochraňuje hasiče jen do určité intenzity požáru a po určitou dobu. Pokud jsou překročeny mezní hodnoty, může u organismu hasiče dojít k hypotermii nebo k popálení jeho kůže. Klíčová slova tepelná pohoda, zásahový oděv, metabolismus, hypertermie, popálení Za tepelnou pohodu těla [3] považujeme dosažení takových tepelných poměrů v organismu, kdy člověku není chladno, není teplo a cítí se příjemně. Hasič při zásahu vykonává fyzicky náročnou práci většinou v prostředí, kde je zvýšená teplota nebo na něj působí tepelné záření. Lze tedy konstatovat, že hasič při zásahu nepociťuje tepelnou pohodu, ale naopak je vystaven tepelné nepohodě. Kombinace nebezpečí a dlouhodobější zásah vedou k nadměrné zátěži hasiče, snížení koordinačních pohybových schopností v práci hasiče [5,6]. Hasiči se při likvidaci mimořádných událostí chrání před nebezpečím ochrannými oděvy. Při požárech jde zejména o nebezpečí, která souvisí s uvolňovaným teplem a s kouřem. Při působení tepelného záření od plamenů a horkých povrchů, při kontaktu s plameny, s horkým kouřem, párou, povrchem horkých předmětů nebo při jakékoliv kombinací těchto faktorů hrozí porušení tepelné pohody hasiče, což může vést ke zranění popálením nebo k přehřátí hasiče. Hasiči mohou být také ohroženi při nižší úrovni nebezpečí, když je jejich zásahový oděv poškozen. Míra ohrožení hasiče závisí na formě působení tepla na zásahový oděv, na jeho intenzitě a době působení tepla. Pro výrobu oděvů, které mají chránit hasiče při zásahu, lze použít řadu materiálů. Základem je nehořlavost, přesněji potlačená hořlavost textilních materiálů. Vlastnosti samotného zásahového oděvu jsou ovlivněny výběrem jednotlivých textilií [1,4]. Ty jsou běžně tvořeny třemi vrstvami a to vnějším pláštěm, bariérou proti vlhkosti a tepelnou vložkou. I přesto, že každá vrstva plní několikanásobnou specifickou funkci, očekává se, že oděv bude poskytovat hasiči odpovídající ochranu 302
proti tepelnému záření, plameni, kapalinám, ochranu mechanickou a chemickou. Stejně jako s fyzikálními vlastnostmi většiny materiálů, i zde je potřeba zvolit kompromis. Velice důležitý je vztah mezi tepelnou ochranou a prodyšností. I přesto, že je žádoucí maximalizace obou parametrů, funguje zde nepřímá úměra. Lehčí a mobilnější oděv zároveň snižuje tepelné ochranné faktory takového oděvu. Dalším důležitým rozdílem mezi jednotlivými textiliemi je složení vlákna a jeho forma, která se může měnit při působení tepla, ale také při zašpinění, při otěru nebo praní. Zásahový oděv, jako každý výrobek musí splňovat požadavky definované předpisy a samotné vlastnosti jsou ověřovány zkouškami. Tyto zkoušky však nemohou zcela průkazně a jednoznačně hodnotit pocity a chování člověka – hasiče pohybujícího se v zásahovém oděvu v podmínkách reálného zásahu. Na počátku si je třeba uvědomit, že lidské tělo je nepřetržitým zdrojem tepla. Tato metabolická tepelná produkce může být rozdělena do dvou skupin [3]: - Bazální metabolismus, kdy je teplo produkováno na základě biologických procesů, ke kterým patří spalování potravy. - Svalový metabolismus, jenž vzniká při činnosti člověka, např. při konání práce. V tabulce č.1 jsou uvedeny některé typické hodnoty metabolismu, které mohou být vyjádřeny jako tepelný výkon průměrného člověka, dále jako měrný tepelný výkon na jednotku plochy lidského těla nebo jednotkou vytvořenou pro studium tepelné pohody, to je jeden met (1 met = 58,2 W.m-2). Pro průměrnou velikost povrchu člověka 1,72 m2 to odpovídá přibližně tepelnému výkonu 100 W. Tabulka č.1 – Hodnoty metabolismu [3]. Činnost
Tepelný výkon W
Měrný tepelný Měrný tepelný výkon met výkon W.m-2
Spaní
70
40
0,7
Odpočívání, ležení na posteli
80
46
0,8
Sezení, odpočívání
100
58
1,0
Stání, práce v sedě
120
70
1,2
Velmi lehká práce (učitel, nakupování, vaření)
160
93
1,6
Lehká práce (domácí práce, práce s přístroji)
200
116
2,0
Středně těžká práce (tanec)
300
175
3,0
Těžká práce (tenis)
600
350
6,0
Velmi těžká práce (squash, práce v hutích)
700
410
7,0
303
Teplo produkované organismem se musí odvést do okolí, jinak dojde ke změně tělesné teploty [3]. Teplota uvnitř lidského těla je okolo 37 °C, zatímco teplota kůže se může pohybovat v rozmezí 31 až 34 °C, podle okolního prostředí. Rozdíly vznikají v průběhu denní doby, ale i podle částí lidského těla. Dále závisí na pokrytí těla oblečením a na množství krve, které protéká periferními kapilárami v podkoží. V lidském těle dochází k nepřetržitému procesu přenosu tepla z vnitřních tkání k povrchu kůže, odkud je teplo odváděno sáláním, prouděním, vedením a vypařováním do okolního prostředí. Na teplé prostředí nebo stoupající produkci metabolického tepla, tělo člověka odpoví reakcí, kdy podkožní cévy se rozšiřují a zvyšují zásobování pokožky krví [3]. Je to tedy teplota pokožky, která zvýší odvod tepla z těla. Jestliže zvýšení teploty pokožky nemůže obnovit tepelnou rovnováhu, jsou aktivovány potní žlázy a začne probíhat chlazení odpařováním potu. V krátkém intervalu mohou být vyprodukovány až 4 litry potu za hodinu. Pokud tyto dva mechanismy nemohou obnovit tepelnou rovnováhu těla, následuje reakce zvaná hypertermie, tedy nevyhnutelné přehřívání organismu. Prvními příznaky jsou slabost, bolest hlavy, ztráta chuti, nevolnost, krátký dech, zrychlený tep, lesklé oči, duševní nepokoj, apatie nebo naopak vznětlivost. Při tepelném šoku teplota těla rychle stoupá přes 41 °C, zastaví se pocení, začne kóma a nastává smrt. I když je člověk v této fázi zachráněn, mozek již může mít nevratná poškození. Při požárech charakterizovaných intenzívním hořením, se hasiči mohou pohybovat v prostředí, kde teploty překračují hodnoty několika stovek stupňů nebo na ně působí vysoká hodnota tepelného toku [2]. Při dlouhodobějším pobytu v těchto podmínkách dochází k přenosu tepla z prostoru přes zásahový oděv a teplota na vnitřní straně zásahového oděvu může překračovat o několik desítek stupňů teplotu lidského těla. Hasiči hrozí popálení a v případě intenzivního pocení také opaření. Hodnota teploty a doba působení tepla má vliv na hloubku postižení. Již teplota 43°C, způsobí-li po dobu delší než 60 min ztrátu kůže v celé tloušťce [7]. K faktorům, které ovlivňují tepelnou bilanci organismu hasiče při zásahu, patří zejména intenzita prováděné činnosti, tepelné parametry prostředí požáru, složení zásahového oděvu a vlastnosti použitých materiálů a také osobní faktory hasiče (adaptace na prostředí se zvýšenou teplotou, velikost a hmotnost postavy, podkožní tuk, strava a další) [3]. Jedním z hlavních faktorů ovlivňujících přenos tepla z lidského těla do okolí a přenosu tepla z prostředí na lidské tělo je jeho oblečení, u hasiče zásahový oděv. Přenos tepla přes oděv je komplikovanou záležitostí ovlivněnou mnoha faktory. V podmínkách požáru se teplo sdílí na povrch zásahového oděvu tepelným zářením a současně dochází k přestupu tepla z prostředí na povrch oděvu. Následně se teplo sdílí jednotlivými vrstvami zásahového oděvu. Ty mají různou tloušťku a také rozdílné fyzikální vlastnosti. S rostoucí teplotou mohou jednotlivé textilie měnit tyto vlastnosti. Přenos tepla vedením komplikuje vznik vzduchových mezer mezi vrstvami oděvu. Fyzikální vlastnosti textilií, zejména hodnotu tepelné vodivosti mění voda nasáklá v zásahovém oděvu nebo pot. Nejsložitější přenos tepla je z vnitřního 304
povrchu zásahového oděvu na lidské tělo. Při těsném kontaktu textilie s kůží hasiče dochází k vedení tepla a při vytvoření vzduchové mezery k přestupu tepla. Přenos tepla na lidské tělo komplikuje pocení. Pot na kůži mění charakter prostředí a také přenos tepla. Navíc dochází k odpařování potu při teplotě lidského těla. Tento proces je endotermní, při kterém se teplo odebírá z povrchu těla. S ohledem na složitý popis přenosu tepla, kdy se do jednotlivých matematických rovnic dosazují komplikovaně stanovené fyzikální charakteristiky, které mění svoji velikost s ohledem na prostor a čas, byla pro účely řešení tepelné pohody zavedena jednotka „clo“ [3]. Jedno clo odpovídá izolační schopnosti materiálu s tepelným odporem R = 0,155 K.m2.W-1. Jedno clo je izolační hodnota pro běžný pánský oblek s bavlněným spodním prádlem. Celková hodnota clo pro soubor oblečení je 0,82 násobek součtu jednotlivých částí oblečení. Hodnoty clo pro některé části oblečení jsou uvedeny v tabulce č.2. Tabulka č.2 – Izolačních schopnost oděvů [3]. Muži
Spodní prádlo
Košile
Vesta Kalhoty Svetr Sako Ponožky
Boty
Oblečení
clo
tílko
0,06
tričko
0,09
slipy
0,05
nátělník dlouhý rukáv
0,35
dlouhé spodky
0,35
slabá krátký rukáv
0,14
slabá dlouhý rukáv
0,22
silná krátký rukáv
0,25
silná dlouhý rukáv
0,29
slabá
0,15
silná
0,29
slabé
0,26
silné
0,32
slabý
0,20
silný
0,37
slabé
0,22
silné
0,49
krátké
0,04
vysoké (podkolenky)
0,10
sandály
0,02
polobotky
0,04
kotníkové
0,08
Ženy
Spodní prádlo
Halenky Šaty Sukně Kalhoty Svetr Sako Punčochy
Boty
305
Oblečení
clo
podprsenka kalhotky
0,05
krátké kombiné
0,13
dlouhé kombiné
0,19
nátělník dlouhý rukáv
0,35
dlouhé spodky
0,35
slabá
0,20
silná
0,29
slabé
0,22
silné
0,70
slabá
0,10
silná
0,22
slabé
0,26
silné
0,44
slabý
0,17
silný
0,37
slabé
0,17
silné
0,37
všechny délky
0,01
punčochové kalhoty
0,01
sandály
0,02
polobotky
0,04
kotníkové
0,08
Při zásahové činnosti je u hasičů porušena tepelná pohoda. Je to dáno značnou fyzickou námahou při prováděných pracích a zejména teplotními podmínkami v místě zásahu. Pobyt v těchto podmínkách nesmí vést k překročení hodnot, které povedou k hypertermii nebo k popálení kůže, případně opaření. Toto nebezpečí přetrvává určitou dobu i po opuštění nebezpečného prostoru. To je způsobeno akumulovaným teplem a určitou tepelnou setrvačností zahřátého zásahového oděvu a to za situace, kdy teplota okolního prostředí je již pohodová pro organismus hasiče. Kvalitní zásahový oděv na jedné straně chrání hasiče před nebezpečím, ale na druhé straně ho izoluje od prostředí požáru. Hasič svým tělem (svými smysly) jen omezeně vnímá toto prostředí. Účinný a bezpečný zásah je pak postaven zejména na jeho znalostech a zkušenostech z pohybu v prostorách, kde probíhá požár. Proto roste význam přípravy hasičů na zásah a to příprava v podmínkách skutečného požáru. Stejně důležité je stanovení doporučených hodnot pobytu v prostředí požáru s ohledem na prováděnou činnost a použitý zásahový oděv a také definovat postupy, jak ihned naložit s hasičem, u kterého již došlo k popálení, či vzniku hypertermie. Literatura [1] ANTHONY DI GIOVANNI : FIRE PROTECTIVE CLOTHING, http:// www.bacou-dalloz.ca/pages/Pdf/Technical_Data/FireProtectiveClothingAsComplexAsAnyOhterPPE.pdf. [2] BALOG K., KVARČÁK M., Dynamika požáru, SPBI Spektrum, 1. vyd., Ostrava, 1991, 96 s., ISBN 80-86111-44-X [3] CENTNEROVÁ, P. Tepelná pohoda a nepohoda. Vytápění, větrání, instalace. 2000, č. 5, s. 15-19.. [4] Madrzykowski, D., Kerber, S. Výzkum protipožárních technologií v Národním úřadu pro standardizaci (NIST) http://fire.nist.gov/bfrlpubs/fire08/art025.html. [5] POLAKOVIČ, P. : Pohybová výkonnosti hasičov – dôležitý faktor znižovania stresu v zásahovej činnosti. In : Medzinárodná konferencia FIRECO 2005, Trenčín (elektronický zborník s. 129 – 134). [6] POLAKOVIČ, P. : Vplyv nadmernej telesnej záťaže pri záchranných akciách na fyziologické zmeny a pohybovú výkonnosť hasičov záchranárov. In : Zborník z medzinárodnej konferencie „Požární ochrana 2003“ VŠB TU FBI Ostrava 2003. ISBN : 80-86634-17-5. [7] STEHLÍK, Vladimír. Zásahový oblek a jeho použití. Brno, 2007. 61 s. VŠB TU Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství.
306
Coal Dust Explosions in Mines - Risk Assessment Doc. Dr. Ing. Kazimierz Lebecki Central Mining Institute, Katowice, Poland E-mail:
[email protected] Introduction 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) Table 1 Coal Dust Explosions occurred in last 5 years in the world mining Date
Place , Country
Number of fatalities
21.07.2005
Sunjiawan, China
28
27.11.2005
Dongfeng, China
134
14.01.2006
Anina, Romania
7
19.02.2006
Pasta de Conchos , Mexico
65
03.06.2006
Odakoey, Turkey
17
21.11.2006
Halemba , Poland
23
20.03.2007
Uljanovskaya, Russia
110
This data are only the example, showing that disaster occurs in any country, on any continent. In the past some very characteristic and instructive explosions occurred, deserving to be largely commented. Those are explosions in: • Courrieres , Northern France , March 20, 1906, 1099 fatalities. This event changed highly the former views on the coal dust explosion, showing that presence of the methane in air is not necessary to initiate the coal dust explosion (it was strictly believed opposite), and that it is necessary to strictly investigate the phenomena and create measures against ignition and propagation. It was the beginning of the foundation of mining explosion research centers all over the world. • Stolzenbach Colliery, Federal Republic of Germany, June 1, 1988. 53 fatalities, one survived- explosion, relatively recent explosion, in brown coal mine, considered to be not endangered by explosion because of being abundantly humid. Any protection measures were used, neither stone dusting nor barriers. Ignition of coal dust taken place during shotfiring under the roof, to remove the support. Dust under the roof appeared sufficiently dry to propagate the explosion all over the workings. 307
• Dobrnja, former Yugoslavia , August 27, 1990, 180 fatalities – almost identical cese as Stolzenbach one. • Westray Colliery, Canada, Province Nova Scotia, May 9, 1992, 26 fatalities, nobody survived. It was a new colliery, built between September 1990 – September 1991. Coal was extracted in room- and pillar system in two faces. Coal dust explosion was initiated by primary methane explosion, ignited by frictional sparking induced by drilling in the roof for bolting. 15 worker was killed at this face, 11 in remote face – by explosion propagated in working All three last described mines were closed after explosions. Factors Influencing Coal Dust Explosion Risk These factors have been known since long time but their intensity changes with changes of mining techniques. The list of respective factors is given below: • Properties of dust ( granulation, volatile , ash and humidity content) • Dust amount and distribution in the workings • Dust distribution in the cross section • Presence of ignition sources • Presence of protection means Properties of coal are beyond of our influence, are given by nature. The most important is volatile matter content , defined as gaseous components of coal released “ at high temperature in the absence of air” In Australian and British laboratories this involves heating of coal samples to 900 ±5°C for 7 minutes in a cylindrical crucible in a muffle furnace. American procedures involve heating to 950±25°C in a vertical platinum crucible. Polish standard involves heating to 850 ±5°C. Volatile content is given in the percentage of mass of gas released from the coal sample relatively to its total mass with subtraction of moisture and ash content. Such a volatile content is described as Vdaf (dry ash free) . Volatiles composants are as follows (Cybulski 1973) - Carbon monoxide – 73% - Hydrogen -18% - Methane -4,5% - Others 4.5 % Explosion of dust and other organic compounds is then in reality explosion of gases. The composition of gases released after coal dust explosions is given in table 2. Below Vdaf =10% coal dust is not explosible. Carbon itself react with oxygen very slowly. In different national regulations the unexplosibility threshold is determined between 12 and 14%. It is important for mines, because below this limit any protection measures are needed. But such a case is rather rare, relates only for anthracite. 308
The second factor is coal dust granulation. There are two aspects – first the real coal dust granulation or dust sizing and the second – dependence of dust explosibility and dust explosion course on particle size. Recent investigation by Sapko et all (2006) are presented graphically on figure 1. In this figure BEM – means Bruceton Experimental Mine LLEM- Lake Lynn Experimental Mine. The curves describe dependence of incombustible matter content in dust versus dust granulation , expressed by content of fraction passed by the sieve of 75 microns (200 mesh corresponds to 75microns).It is clearly seen that the finer dust the more incombustibles is needed. The difference between two EM curves is essential for coarse dust, where about 10% more incombustible is needed to prevent explosion propagation. The difference between two mines is in galleries cross sections. In Lake Lynn the galleries cross section is about 20sqm, in Bruceton about 5sqm. Coal grains are not burned after explosion, but are cokefied with visible holes after bursting of gases. The microscopic view of coal grains after explosion is shown on fig 2. Table 2 Composition of atmosphere after coal dust explosion (Nagy , 1983) Gas composants [%]
Dust Concentration [g/m3] CO
CO2
H2
CH4
O2
N2
Ar
100
0.1
3.2
0.0
-
17.0
78.8
0.9
200
0.7
9.1
0.0
-
9.6
79.6
0.9
500
2.8
12.3
1.0
0.1
3.1
79.8
0.9
1000
4.6
11.7
3.0
0.6
1.5
79.5
0.9
2000
4.0
12.2
2.3
1.1
1.5
77.8
0.9
Fig 1 Effect of particle size of coal dust on explosibility (Sapko et all. 2006) 309
Volatile content Influence of humidity content in deposited dust is ambiguous. Water is traditionally recognized as flame extinguishing material. In case of dust explosion its role is double. It prevent the settled dust lifting and absorbs heat during burning of dust cloud. Nevertheless, two of big disasters mentioned above (Stolzenbach and Dobrnja ) resulted from the excessive trust in water, which is very effective but sometimes is dried off. Dust amount is obvious factor influencing the explosion risk. The best explosion preventing method is suppressing of dust generation or remove dust deposits from workings. Possible ignition sources are specified in the European standard EN11272. These sources relate mainly to gases, in mining case to the methane. In case of coal dust explosion in mines two ignition source occur in practice: primary methane explosion, and unproper use of explosives. The mechanism of explosion propagation in mine working is demonstrated on fig. 3 Generally explosion begins at the closed end of the gallery. After some time, depending on the pressure rate of the ignition source, pressure wave front and flame front are formed. There is some distance between both fronts; flame if undisturbed accelerates and can catch pressure wave front forming the detonation wave. The distance between pressure wave and flame front is crucial for action of any protection means. They consists generally on injection of extinguishing agent in form of dust, powder or liquid into the flame. Such an operation requires of some time to be accomplished and effective. In case of detonation such a possibility does not exists Fig.2 Coal dust grains after explosion and in the result, suppression of detonation is practically impossible. How to recognize and assess the risk of explosion? Very simply – by recognizing all risk factor and gather the information onmethane condition, use of explosives and first of all – neutralize deposited dust by stone dusting or use of barrier. The last are very effective in defending the room behind them, and not between the face and barrier itself.
310
Conclusions 1. Coal dust explosion is the worst disaster that can happen in the coal mine. It is clearly demonstrated by the accidents that occurred in the last 5 years. 2. Risk of explosion depends on dust properties and occurrence, existence of ignition sources. Risk assessment methods are pretty good established and correspond to national regulations. 3. Regulations worked out during long practice in different countries are based on research and assure almost absolute safety against dust explosions. If it occurs – it is because of regulations breaking. References 1. M.J.Sapko. K.L. Cashdollar, G.M. Green (2006); Coal Dust Particle Size Survey of U.S. Mines; Proceedings of the 6th International Symposium on Hazard, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions, Halifax, August 27September 1. 2. Nagy J., Verakis H. (1983) Development and Control of Dust Explosions, New York, Basel , Marcel Dekker Inc 3. EN-1127-2; 2007 Explosive atmospheres. Basic concepts and methodology for mining. 4. K. Lebecki (2004) Dust hazards in mining , ed by CMI (in Polish language)
311
Požadavky požární bezpečnosti na zateplování staveb Ing. Pavla Lukášová Ministerstvo vnitra – generální ředitelství HZS ČR, Kloknerova 26, pošt. přihrádka 69, 148 01 Praha 414 E-mail:
[email protected] Abstrakt Příspěvek charakterizuje nové požadavky technických předpisů požární bezpečnosti staveb ČSN 73 0802 a ČSN 73 0810 na kontaktní zateplovací systémy pro dodatečné zateplení staveb a pro novostavby. Je zde prezentován postup středně rozměrových zkoušek na reakce na oheň pro fasády podle ISO 13785-1. V závěru jsou vyhodnoceny již provedené zkoušky reakce na oheň pro fasády a jejich význam v praxi. Klíčová slova zateplovací systém, fasáda, požární bezpečnost, reakce na oheň Úvod Snaha o zdokonalení tepelně izolačních vlastností staveb určených pro bydlení, ale také výrobních či skladovacích objektů, vede ke stále hojnějšímu využívání vnějších tepelně izolačních systémů. Tento fakt může z hlediska rozšíření případného požáru představovat určité riziko, které je však možné minimalizovat. Není však ve schopnostech člověka vždy předvídat průběh požáru, protože závisí na mnoha vzájemně se ovlivňujících okolnostech. Z toho důvodu se využívá zkušebních metod, které jsou schopné podat jistou výpověď o chování materiálů v souvislosti s prostředím, kterému jsou vystavovány. Vnější tepelně izolační systémy obvodových konstrukcí mohou být ohrožovány zejména následujícími variantami požáru: a) působení plamenů a horkých plynů vystupujících okenním otvorem z interiéru, b) hořící materiál v blízkosti objektu (např. zaparkované auto před domem), c) požár sousedního objektu. Na tyto skutečnosti reagují nově zrevidované české technické normy z oblasti požární bezpečnosti. V dubnu vyšla nová ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb – Společná ustanovení a v květnu nová ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty. V oblasti vnějších tepelných izolací obvodových stěn došlo k několika zásadním změnám, které jsou v tomto článku představeny.
312
Konstrukce dodatečných vnějších tepelných izolací Základní norma ČSN 73 0802 se v problematice navrhování dodatečných vnějších tepelných izolací obvodových stěn stávajících objektů s požární výškou h > 12 m odkazuje na specifickou normu ČSN 73 0810. Tato norma nově stanovuje, co lze považovat za změnu stávající stavby. Jedná se především o dříve realizované panelové bytové objekty a ostatní budovy zkolaudované do konce roku 2000. To znamená, že níže uvedené požadavky není možné uplatnit např. u právě dokončených staveb. Na dodatečné zateplení objektů s požární výškou do 12 m nejsou kladeny žádné požadavky. Konstrukce dodatečných vnějších tepelných izolací, tedy tepelná izolace, nosné rošty, povrchová vrstva, upevňovací prvky, příp. další specifikované součásti (dále jen „konstrukce“), jsou posuzovány jako ucelený výrobek. Konstrukce musí splňovat následující požadavky (také viz tabulka 1). • Povrchová vrstva musí vždy vykazovat index šíření plamene is = 0 mm.min-1. Konstrukce s výškovou polohou hp ≤ 22,5 m (Pozn. 1), a) které jsou kontaktně spojeny se zateplovanou stěnou, musí dosáhnout třídy reakce na oheň B, přičemž tepelně izolační materiál musí být minimálně třídy reakce na oheň E; b) které obsahují dutiny umožňující svislé proudění plynů, musí splnit třídu reakce na oheň A1 nebo A2; • Konstrukce s výškovou polohou hp > 22,5 m musí být třídy reakce na oheň A1 nebo A2. • Pokud obvodové konstrukce stávajících objektů splňují požadavky na požární pásy nebo stěny v požárně nebezpečném prostoru a jsou dodatečně zatepleny, považují se za vyhovující i s touto dodatečnou úpravou. Pozn. 1: Dodatečné vnější tepelné izolace mohou být provedeny nejvýše do úrovně stropní konstrukce podlaží, které odpovídá této výšce. Např. hranice 22,5 m je dosaženo v prostoru oken 7.NP, ale konstrukce třídy reakce na oheň B je možné aplikovat až do úrovně stropu tohoto podlaží. Na výšku stropní konstrukce, atiku, římsu apod. se výškově nebere zřetel.
313
Tabulka 1 - Požadavky na konstrukce vnějších tepelně izolačních systémů – dodatečné zateplení Požární výška Výška konstrukce objektu tepelné izolace hp ≤ 12,0 m
-
do 22,5 m hp > 12,0 m
Požadavky na tepelně izolační systém bez požadavků, ale doporučuje se postupovat jako nad 12 m do 22,5 m kontaktní spojení třída reakce na oheň B (izolace alespoň E) povrchová vrstva is = 0 mm.min-1 musí vyhovět ISO 13785-1 (15 minut, šíření plamene do 0,5 m) nekontaktní spojení třída reakce na oheň A1/A2 povrchová vrstva is = 0 mm.min-1
nad 22,5 m
třída reakce na oheň A1/A2 povrchová vrstva is = 0 mm.min-1
V úrovni založení zateplovacího systému, okenních a jiných otvorů musí být konstrukce zajištěny tak, aby při zkouše podle ISO 13785-1 nedošlo do 15 minut k šíření plamene po vnějším povrchu nebo po tepelné izolaci přes úroveň 0,5 m od spodní hrany zkušebního vzorku (dále jen „šíření plamene“). Založení zateplovacího systému vyhovuje, pokud je: • umístěno pod okolním terénem, • použito pásu tepelné izolace třídy reakce na oheň A1 nebo A2 výšky 0,5 m, • zespod užito výrobků třídy A1 nebo A2 (např. kovové lišty tloušťky alespoň 0,8 mm) a při zkoušce podle ISO 13785-1, ale s výkonem 50 kW, nedojde k šíření plamene. Je důležité dbát na kvalitu provedení zateplovacího systému v místě založení, protože v případě vzniku požáru např. v suterénu objektu (kde jsou v bytových objektech nejčastěji sklepní kóje) může být značně tepelně namáháno. Proto je důležité soustředit se nejen na detaily okenních nadpraží, ale také založení zateplovacích systémů. Za vyhovující je považováno řešení okenních otvorů, které má • nejvýše ve vzdálenosti 15 cm nad stávající plochou nadpraží pás tepelné izolace třídy reakce na oheň A1 nebo A2 výšky 0,5 m (Pozn. 2) - tento horizontální pás probíhá nad všemi okny; nebo 314
- nad jednotlivými okny přesahuje hranu ostění o 1,5 m; • kolem ostění a nadpraží takové úpravy, že při zkoušce ISO 13785-1 nedojde k šíření plamene, přičemž musí být tato úprava provedena u všech oken. Tyto požadavky musí být splněny minimálně u oken nad úrovní hp ≥ 12 m. Výjimku tvoří jednotlivá okna chráněných únikových cest, která nemusí splnit výše uvedené požadavky, protože zde nevzniká riziko výtoku horkých plynů z požáru. Pozn. 2: Výška tepelně izolačního pásu třídy reakce na oheň A1 nebo A2 může být nižší než 0,5 m jen v případě, že se zkouškou podle ISO 13785-1 prokáže, že nedojde k šíření plamene. Vnější tepelné izolace novostaveb Stavební objekty se podle konstrukčních částí (druhy DP1, DP2 nebo DP3) použitých v požárně dělicích a nosných konstrukcí zajišťujících stabilitu objektu třídí na objekty s nehořlavými, smíšenými a hořlavými konstrukčními systémy. Konstrukční systém stavby ovlivňuje například maximální dovolené rozměry požárních úseků, nejvyšší možnou výšku nadzemní části objektu a s tím souvisí také určení nejnižšího stupně požární bezpečnosti požárních úseků. V případě provádění vnějších tepelně izolačních systémů obvodových stěn nových objektů (tedy staveb kolaudovaných po roce 2000 nebo novostaveb) musí být tyto úpravy posuzovány jako součást obvodových konstrukcí. Pokud budou splněny všechny níže uvedené požadavky (také viz tabulka 2), mohou být obvodové stěny zatříděny jako konstrukční části druhu DP1. • Objekty s požární výškou hp ≤ 12 m (aniž by výška obvodové stěny přesáhla úroveň stropní konstrukce podlaží odpovídající této výšce) a) povrchová vrstva, tepelná izolace, nosné rošty, upevňovací prvky a případně další součásti tepelně izolačního systému tvoří ucelený výrobek třídy reakce na oheň B, přičemž výrobek tepelně izolační části musí být nejméně třídy reakce na oheň E a musí být kontaktně spojen se zateplovanou stěnou, b) povrchová vrstva musí vykazovat index šíření plamene is = 0 mm.min-1, c) pokud jsou podle normových ustanovení požadovány v obvodových stěnách požární pásy, musí být třída reakce na oheň uceleného výrobku tepelně izolačního systému A1, popř. A2. • Objekty s požární výškou hp > 12 m, ale nejvýše do 30 m, a) mohou být do úrovně 12 m zatepleny podle postupu uvedeného v prvním bodě, pokud některá z kodexu požárních norem takové úpravy nevylučuje, b) musí být nad úrovní 12 m tepelné izolace třídy A1 popř. A2 (Pozn. 3). 315
Pozn. 3: Obvodové stěny nad úrovní 12 m musí být vždy hodnoceny jako DP1 včetně konstrukce vnějšího tepelně izolačního systému. Obvodové stěny, které je nutno hodnotit jako konstrukční části druhu DP1, musí mít nosnou část obvodové stěny z výrobků třídy reakce na oheň A1 (popř. A2). Současně musí být v požárních úsecích, které mají v obvodové stěně otvory (např. okna), kterými je umožněn výtok horkých plynů nebo plamenů z vnitřního požáru, instalováno samočinné stabilní hasicí zařízení. Vnější části obvodových stěn (jednotlivé materiály, povrchové vrstvy, tepelně izolační vrstvy apod.) však mohou být z výrobků třídy reakce na oheň B, pokud: • se stěny nenachází v požárně nebezpečném prostoru jiného objektu, • je požární výška objektu hp ≤ 22,5 m a obvodová stěna nepřesahuje úroveň stropní konstrukce podlaží odpovídající této výšce, • jsou tyto povrchové úpravy uchyceny na nosné části obvodové stěny, • případné provětrávací mezery v povrchových vrstvách nesmí umožnit šíření požáru nebo horkých plynů mimo hranici požárního úseku na obvodové stěně, • je index šíření plamene is = 0 mm.min-1. Zkouškou podle ISO 13785-1 musí být prokázáno, že nedojde do 30 minut k šíření plamene po vnějším povrchu nebo po tepelné izolaci přes úroveň 0,5 m od spodní hrany zkušebního vzorku, pokud je splněna jedna z těchto podmínek: • obvodová stěna přesahuje hranici hp ≤ 22,5 m, • požární úseky s okny v obvodové stěně, kterými je umožněn výtok horkých plynů nebo plamenů z vnitřního požáru, nemají instalováno samočinné stabilní hasicí zařízení, • zateplovací systém je založen nad terénem, • v obvodové stěně jsou okenní a jiné otvory. Za konstrukční části druhu DP1 mohou být považovány také obvodové stěny jednopodlažních objektů, které z vnitřní a z vnější strany jsou tvořeny z výrobků třídy reakce na oheň A1 a jejich stabilita je nezávislá na tepelně izolační výplni i třídy reakce na oheň B, pokud požadovaná požární odolnost konstrukce nepřesahuje 30 minut. Pokud výše uvedené požadavky nejsou splněny, považují se obvodové stěny s vnější tepelnou izolací třídy reakce na oheň C až E za konstrukce druhu DP2, i když ostatní části obvodové stěny jsou třídy reakce na oheň A1 či A2.
316
Tabulka 2 - Požadavky na konstrukce vnějších tepelně izolačních systémů – zateplení novostaveb (zachování hodnocení obvodové konstrukce DP1) Požární výška Výška konstrukce objektu tepelné izolace hp ≤ 12,0 m
12,0 m < hp ≤ 30,0 m
Požadavky na tepelně izolační systém
po úroveň stropu
kontaktní spojení třída reakce na oheň B (izolace alespoň E) povrchová vrstva is = 0 mm.min-1 požární pásy – A1/A2
do 12,0 m
kontaktní spojení třída reakce na oheň B (izolace alespoň E) povrchová vrstva is = 0 mm.min-1 požární pásy – A1/A2
objekt požární výšky do 22,5 m
izolace třídy reakce na oheň alespoň B nesmí být v požárně nebezpečném prostoru povrchová vrstva is = 0 mm.min-1 založení pod terénem musí vyhovět ISO 13785-1 (30 minut) nebo tepelná izolace A1/A2
hp > 30,0 m
nad 22,5
musí vyhovět ISO 13785-1 (30 minut) nebo tepelná izolace A1/A2
v celé výšce konstrukce
musí vyhovět ISO 13785-1 (30 minut) nebo tepelná izolace A1/A2
Zkoušky reakce na oheň podle ISO 13785-1 Jak již bylo řečeno v úvodu, nejpravděpodobnějšími variantami požáru, který ohrožuje obvodové konstrukce je působení plamene a horkých plynů vystupujících okenním otvorem z interiéru nebo hořící materiál v blízkosti objektu (např. zaparkované auto před domem). Požár se může tepelně izolačním systémem šířit několika způsoby, např. hořlavým vnějším povrchem, provětrávacími dutinami systému nebo tepelnou izolací samotnou. Pro tyto varianty byla navržena zkušební metoda definovaná v ISO 13785 – Zkoušky reakce na oheň pro fasády. Mezinárodní norma ISO 13785 stanovuje dvě metody zkoušek. V části jedna, kterou se budeme dále zabývat, jsou vyhodnocovány detaily systému a vzájemné vztahy mezi materiály na působení simulovaného požáru. Druhá část popisuje velkorozměrovou zkoušku, která by měla být využita k získání reálnějších výsledků vyhodnocení všech aspektů fasádních systému. V České republice se pro prokazování reakce na oheň využívá pouze první část. Zkušební metoda podle ISO 13785-1 Zkoušky reakce fasád na oheň – Část 1: Středně rozměrová zkouška je určena pro stanovení reakce na oheň výrobků a konstrukcí zateplovacích systémů vystavených simulovanému požáru s plameny působícími přímo na fasádu. Zkouška 317
specifikovaná v ISO 13785-1 znázorňuje jeden ze scénářů rozšíření požáru tepelně izolačním systémem a to požár uvnitř objektu, při kterém vycházejí plameny a horké plyny oknem a zasahují na fasádu. Zkouška se u nás však používá také pro hodnocení založení zateplovacího systému. Podstata zkoušky Vzorek tepelně izolačního systému je při zkoušce reakce na oheň přímo vystaven zkušebním plamenům zasahujícím na jeho povrch. Vzorek tvoří dvě na sebe kolmé stěny. Tento typ konstrukce je v praxi běžný a představuje nejnepříznivější situaci. Šíření plamene po povrchu a mechanické chování vzorku jsou posuzovány nepřímými pomocnými metodami uvnitř vzorku nebo přímo pozorováním čelní stěny vzorku. Zkušební zařízení sestává z nosného rámu vzorku a ze zdroje hoření. Schéma zkušební sestavy je znázorněno na obrázku 6. Nosný rám vzorku tvoří tři na sebe navzájem kolmé stěny, které jsou 2,4 m široké. Mezi těmito krycími stěnami se nachází ještě jedna kolmá stěna z nehořlavého materiálu, která nese vzorek a je 0,6 m široká. Všechny stěny jsou vysoké 2,8 m a musí být dotaženy k vodorovné podložce. Nesmí zde tedy vznikat otvory umožňující proudění vzduchu. Zkušební vzorek je mezi nimi umístěn centrálně v šířce 1,2 m na zadní stěně a na 0,6 m široké boční stěně. Hořák, který simuluje požár, je umístěn na podlaze podélně po celé délce zadní části vzorku. Jeho rozměry jsou 1,2 m x 0,1 m x 0,15 m a jako krycí vrstvy je použito porézního, netečného materiálu (např. písek). Zadní stěna hořáku musí lícovat se zadní stěnou držáku vzorku. Do hořáku bude dodáván jako zápalný plyn 95 % propan. Tepelný výkon hořáku je stanoven na (100 ± 5) kW v průběhu zkoušky. Podle ČSN 730810 však v některých případech (viz výše) postačuje tepelný výkon 50 kW.
Obrázek 1 - Schéma zkušební sestavy 318
1 – umístění radiometru, 2 – zadní stěna, 3 – stínící zástěny, 4 – zadní stěna zkušebního vzorku, 5 – boční stěna zkušebního vzorku, 6 – zapalovací hořák Zkušební sestava Z hlediska konstrukce i materiálů musí zkušební vzorek reprezentovat systém, používaný v praxi. Všechny konstrukční detaily styků, upevnění atd. musí být provedeny a umístěny na zkušebním vzorku stejně, jako je v praxi obvyklé. Vzorek musí být sestaven osobami, které mají odpovídající kvalifikaci k provádění takových konstrukcí v praxi. Zkušební vzorek sestává z odpovídajících plášťových nebo fasádních panelů, spolu s přídavnými lištami a izolací, tak, aby pokrývaly dvě plochy: široké 1,2 m a 0,6 m a obě vysoké 2,4 m. Vzorek je vybaven pěti povrchovými termoelektrickými články uprostřed každé stěny, vždy ve vzdálenosti 0,5 m, 1,0 m, 1,5 m, 2,0 m a 2,4 m od dolního okraje zkušebního vzorku (viz obrázek 2). Pro měření tepelného toku se používá radiometr – plochý terčík o průměru nejvýš 10 mm, s trvanlivou matnou černou úpravou. Terčík je umístěn ve vodou chlazeném tělese. Radiometr je umístěn v úrovni horního okraje zkušebního vzorku a ve stejné svislé rovině. Veškeré údaje jsou zaznamenávány ústřednou v intervalu maximálně 10 s. Pro měření času jsou použity hodiny s přesností na 1 s.
Obrázek 2 - Poloha termoelektrických článků na zkušebním vzorku
319
Zkušební postup Před začátkem zkoušky musí být hořák ve styku s nosným rámem vzorku a povrchová plocha hořáku musí být čistá, aby byla zaručena rovnoměrnost plamene. Vodorovná rychlost větru v blízkosti zkušebního zařízení nesmí překročit 0,5 m.s-1. Zkušební vzorek se před zkouškou vyfotografuje nebo zaznamená na video. Při samotné zkoušce se zkušební vzorek osadí do rámu podle pokynů výrobce. Na vzorek se nakreslí viditelné příčné značkovací čáry v intervalu 0,5 m od spodní hrany vzorku, které slouží jako pomůcka pro vizuální sledování šíření plamene po povrchu během zkoušky. Hořák se umístí do správné polohy a připraví se záznamová a měřící zařízení. Dojde k zapálení hořáku a během 10 s musí být seřízen na požadovaný výkon (100 kW nebo 50 kW). Průběh zkoušky se zaznamenává fotograficky nebo na video. Na všech fotografiích musí být patrné hodiny udávající čas na nejbližší sekundu. Během zkoušky se zaznamenávají skutečnosti, které byly zpozorovány, včetně času, kdy k nim došlo. Jedná se zejména o vznícení zkušebního vzorku, rozšíření plamene po povrchu zkušebního vzorku do výšky 0,5 m, proniknutí plamene z dutiny za vnějším povrchem zkušebního vzorku. Dále se zaznamenává jakékoliv neobvyklé chování. Zkouška je ukončena, jakmile horní okraj zkušebního vzorku po celé šířce hoří plamenem, nebo po uplynutí zkušebního času (30 min nebo v některých případech dle ČSN 73 0810 pouze 15 min). Následně je vzorek uhašen. Vyhodnocení výsledků Vyhodnocení výsledků není jednoznačně stanoveno. Chování zkušebního vzorku se posuzuje na podkladě vizuálního pozorování a zaznamenaných dat. ČSN 73 0810 však vymezuje pouze kritérium šíření plamene po vnějším povrchu, nebo po tepelné izolaci v požadované době (30 minut nebo 15 minut) přes úroveň 0,5 m. Pro vyloučení chvilkových kolísání hodnot je nutné zprůměrovat celkové údaje o tepelném toku a teplotě v době 1 minuty. ISO 13785-1 sice nepředepisuje přesné umístění termoelektrických článků umístěných uvnitř vzorku, avšak uvádí, že jejich umístění podává zásadní informace o šíření ohně v jednotlivých vrstvách vzorku a v dutinách. Zejména pro tepelně izolační systémy, které využívají jako izolačního materiálu EPS (expandovaný polystyren) je určení, zda přes úroveň 0,5 m došlo k šíření plamene, značně problematické. Pokud vzorek zachová svou celistvost a nedojde k vniknutí plamenů přímo dovnitř vzorku a ani nejsou pozorovány plameny, které vyšlehávají ven, je nutné měřit teplotu ve výšce 0,5 m také uvnitř vzorku. Pěnový polystyren se totiž již při 70 – 75 °C začíná smršťovat, měknout a při zvyšující se teplotě také tavit. V České republice se na fasády smí používat pouze samozhášivý typ – obsahující retardéry hoření. Jeho vlastnosti jsou takové, že po jeho vystavení zdroji zapálení dochází okamžitě k jeho smrštění. Pokud dojde ke vznícení od tepelného zdroje, dojde k samovolnému uhašení, jakmile zdroj plamene přestane působit. Jediným českým výrobcem základní suroviny pro výrobu fasádních polystyrenů KOPLEN 320
je SYNTHOS Kralupy a.s. Tento produkt je samozhášivý, obsahuje bromované retardéry hoření a dle ČSN EN 13501-1 splňuje třídu reakce na oheň E. Výrobce v bezpečnostním listu výrobku deklaruje teplotu vzplanutí retardovaného EPS 395 – 430 °C a teplotu vznícení 465 – 490 °C. Vyhodnocení zkoušek reakce na oheň fasádních zateplovacích systémů tedy přináší mnoho otazníků. Základní nejasností je především skutečnost, že v ČSN 73 0810 není stanoveno jak posoudit úspěšnost či neúspěšnost zkoušky, protože ISO 13785-1 popisuje jen samotnou zkušební metodu nikoliv její vyhodnocení. Také šíření plamene ve výškové úrovni 0,5 m je posuzováno jen tzv. „od oka“. Plameny se neustále míhají a prošlehávají do různých výšek, a i když hoří organické materiály pod hranicí 0,5 m, plameny se charakteristicky šplhají po stěně vzhůru. Není tedy možné objektivně stanovit, zda se jedná či nejedná o „šíření plamene po povrchu“. Problematické je rovněž zjistit, zda došlo k šíření plamene uvnitř vzorku, pokud nedojde ke zjevnému prohoření na povrch. Po ukončení zkoušky je vzorek ochlazen hasicím přístrojem a je převezen na jiné stanoviště, kde následně dojde k jeho otevření (rozřezání). Pokud se jedná o fasádní systém s izolantem EPS, vzniká zde již zmiňovaný problém, jak vyhodnotit zda došlo k šíření požáru či nikoliv, když tento materiál se začíná tavit při teplotách okolo 100 °C. Měření vnitřní teploty v úrovni 0,5 m a současně ve všech vrstvách vzorku (např. přímo nad případnou izolací z minerální vlny) je zřejmě jedinou objektivní možností, jak vyhodnotit, zda bylo umožněno vnitřní šíření ohně. Závěr Normy požární bezpečnosti staveb předepisují konkrétní požadavky, avšak současně umožňují odlišné řešení, pokud jsou zkouškou podle ISO 137851 prokázána definovaná kritéria. Je velmi pravděpodobné, že dodavatelé společně s výrobci zateplovacích systémů využijí právě druhou variantu, jelikož z doposud uskutečněných zkoušek ve zkušebně Pavus a.s. ve Veselí nad Lužnicí vyplynulo, že norma předepisuje poněkud předimenzovaná řešení. Například v Rakousku používají pro zateplování pouze 0,2 m široký pás minerální vlny a obdobné konstrukce zateplovacích systémů fungují také v Německu nebo Švýcarsku již mnoho let. Předmětem již uskutečněných zkoušek byly dvě nejvíce problémová místa u zateplovacích systémů a to založení zateplovacího systému a okenní nadpraží. Při řešení detailů založení zateplovacích systémů, které jsou nad terénem, je známým problémem odstřikující voda. Minerální vlna je značně nasákavým materiálem a proto je nutné pro tuto oblast využít nenasákavých materiálů a současně vyhovět požadavkům požární bezpečnosti. Zkoušky provedené „sdružením výrobců EPS“ dokazují, že pás minerální vlny dokáže zabránit přenosu plamene i při menších šířkách než je 0,5 m. Při takových zkouškách je však zásadní měřit teplotu pomocí termočlánků také uvnitř vzorku. Teplotu uvnitř vzorku ovlivňuje nejen teplený výkon hořáku, ale také šířka vrstvy EPS pod pásem minerální vlny. Pokud dojde k porušení spodní části vzorku, tak vytékající polystyren ovlivňuje výšku plamenů hořáku a přispívá ke zvýšení teploty ve větších vzdálenostech od hořáku. 321
Také se ukazuje, že použití hliníkových zakončovacích lišt na spodní hraně vzorku je nevýhodné nejen z hlediska vytváření tepelných mostů, ale také přispívá svými deformacemi při tepelném namáhání plamenem hořáku k narušení omítky a tím k přístupu plamenů k EPS. Těmito prasklinami je také umožněno odkapávání hořících kapek EPS. Literatura [1] ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb – nevýrobní objekty, ÚNMZ Praha, 2009, 122 stran [2] ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb – Společná ustanovení, ÚNMZ Praha, 2009, 44 stran [3] ISO 13785-1 Zkoušky reakce na oheň pro fasády, Část 1: Středně rozměrová zkouška, Ženeva 2002, 10 stran [4] LUKÁŠOVÁ, P.: Dodatečné zateplování budov, 112, 7/2009, s. 10-11, ISSN: 1213-7057 [5] DUFEK, J., LUKÁŠOVÁ, P.: Úsporám zelená, požáru červená…, Tepelná ochrana budov, 3/2009, s. 23-28
322
Navrhování stavební konstrukce při zatížení tlakovou vlnou od výbuchu Doc. Ing. Daniel Makovička, DrSc.,1 Ing. Daniel Makovička2 1 ČVUT v Praze, Kloknerův ústav, 166 08 Praha 6, Šolínova 7, 2 Statika a dynamika konstrukcí, 284 00 Kutná Hora, Šultysova 170/8, E-mail:
[email protected],
[email protected] Abstrakt Základní požadavky na navrhování stavebních konstrukcí, ohrožených výbuchem. Projevy výbuchu a jeho účinky. Principy hodnocení bezpečnosti a spolehlivosti konstrukcí na účinky výbuchového zatížení podle Evropských norem. Stanovení bezpečných odstupových vzdáleností. Příklad analýzy odezvy konstrukce. Stanovení charakteristik výbuchového zatížení od výbuchu pevné nálože. Zjednodušený výpočet časového průběhu zatěžující tlakové vlny a porovnání její intenzity podle různých autorů. Zjednodušené posouzení konstrukce. Aplikace na příkladu. Klíčová slova stavební konstrukce, účinky výbuchu, výpočet, posuzování Úvod Při výbuchu nálože v otevřeném prostoru je tlakové působení rázové vlny na překážku (zatížení stavební konstrukce) závislé na situování objektu vzhledem k ohnisku výbuchu, na parametrech zatíženého objektu, parametrech rázové vlny apod. Výbuch v otevřeném prostoru lze zjednodušeně použít i pro výbuch uvnitř konstrukcí. Celý jev působení rázové vlny na konstrukci je pak pro účely výpočtu zpravidla zjednodušován řadou předpokladů, které umožňují použití empirických vzorců. Takže i výpočty konstrukcí na účinky rázové vlny jsou těmito nepřesnostmi vstupních veličin celého jevu významně zatíženy. Parametry výbuchu podle různých autorů Struktura empirických vzorců podle různých autorů je velmi podobná, liší se zpravidla pouze velikostí součinitelů. S ohledem na variabilitu těchto součinitelů se nejistota vzorců pohybuje obvykle v rozmezí ±20%. Spolehlivost jednotlivých vzorců se zlepšuje s rostoucí vzdáleností takové vlny od ohniska výbuchu. Při stanovení přetlaku na čele vzdušné rázové vlny, která se od výbuchu šíří do okolí, se vychází z redukované vzdálenosti [1, 3, 7, 10]:
323
R= kde ¯ R R CW
R 3 C w
(1)
je redukovaná odstupová vzdálenost od epicentra výbuchu [m/kg1/3], je vzdálenost od epicentra výbuchu [m], je ekvivalentní hmotnost nálože [kg TNT]. Celkovou ekvivalentní hmotnost CW určíme ze vztahu Cw = CN · kTNT-p · kE · kG
kde Cw CN kTNT-p kE kG
(2)
je hmotnost ekvivalentní nálože [kg TNT], je hmotnost použité nálože (reálné) trhaviny [kg], je tlakový tritolový ekvivalent, je koeficient těsnění nálože, je koeficient geometrie šíření rázové vlny v prostoru. Koeficient těsnění určíme ze vztahu kE = 0,2 + 0,8 / (1 + kB)
kde kB
(3)
je hmotnost obalu [kg] / hmotnost trhaviny [kg] a vyjadřuje balistický poměr. Pro koeficient geometrie šíření kG platí, že: - pro detonaci ve volném vzdušném prostoru je kG = 1; - pro detonaci na povrchu (terénu) je kG = 2. Výbuchová vlna od ohniska výbuchu se šíří v kulových vlnoplochách. Při pozemním výbuchu je energie výbuchu přibližně dvojnásobná, protože při úplném odrazu od povrchu terénu se tlaková vlna šíří v polokulových vlnoplochách (viz např. [2]). Na základě zahraničních pramenů a našich zkušeností, vycházející z testování účinků výbuchu na okenní konstrukce a zděné stěny byly shromážděny empirické vzorce, vhodné pro použití jak pro pozemní, tak nadzemní výbuch ve volném (vzdušném) prostředí. Vzorce byly publikovány v [4, 5, 6] a jejich původní autory je v současnosti již problematické vysledovat.
324
A. Ruské prameny [3] Ruské prameny zahrnují i americké výsledky. Pro pozemní výbuch ve výšce maximálně 20 m nad terénem mají empirické vzorce podobu:
0,1 0, 43 1, 4 + 2 + 3 R R R
[MPa]
(4)
τ + = 1, 7 ⋅10−3 ⋅ 6 Cw ⋅ R
[s]
(5)
τ − = 0, 016 ⋅ 3 Cw
[s]
(6)
[MPa]
(7)
p+ =
p− = kde ¯R R CW p+ τ+ pτ-
0, 03 R
je redukovaná odstupová vzdálenost od epicentra výbuchu [m/kg1/3], je vzdálenost epicentra výbuchu od překážky [m], je ekvivalentní hmotnost nálože [kg TNT], je přetlak na čele vlny [MPa], je doba trvání přetlakové fáze [s], je podtlak podtlakové fáze vlny [MPa], je doba trvání podtlakové fáze [s].
Pro nadzemní výbuch ve volném prostoru platí vzorce obdobné jako výše s upravenými koeficienty (dosazují se veličiny ve stejných rozměrech):
p+ =
0, 084 0, 27 0, 7 + 2 + 3 R R R
τ + = 1,5 ⋅10−3 ⋅ 6 Cw ⋅ R p− =
0, 03 R
τ − = 0, 016 ⋅ 3 Cw
[MPa]
(8)
[s]
(9)
[MPa]
(10)
[s]
(11)
kde označení veličin a jejich rozměry jsou stejné jako v předchozím případě. Jiní autoři uvádějí obdobné vzorce:
325
B. Sadovskij, M. A. [2]: Vzorce jsou odvozeny pro výbuch ve vzduchu, pro pozemní výbuch se za hmotnost nálože Cw dosazuje dvojnásobek skutečné hmotnosti:
p+ =
p+ = kde p+ ¯ R
1, 07 − 0,1 R3
[MPa]
0, 076 0, 255 0, 650 + + R R2 R3
pro R ¯≤1
(12)
pro 1< R ¯ ≤ 15
(13)
je přetlak na čele vzdušné rázové vlny [MPa], je redukovaná odstupová vzdálenost od epicentra výbuchu [m/kg1/3].
C. Henrych, J. [1]: Pro pozemní výbuch se za hmotnost nálože Cw dosazuje dvojnásobek skutečné hmotnosti:
p+ =
1, 40717 0,55397 0, 03572 0, 000625 [MPa] (14) + + + R R2 R3 R4 pro 0,05< R ¯ ≤ 0,3 p+ =
0, 61938 0, 03262 0, 2134 + + R R2 R3
(15) [MPa] pro 0,3< R ¯≤1
0, 0662 0, 405 0,3288 + + R R2 R3
[MPa] (16) pro 1< R ¯ ≤ 10
p+ =
D. Makovička, D. [4, 5, 7]: Pro pozemní výbuch se za hmotnost nálože Cw dosazuje dvojnásobek skutečné hmotnosti. Níže uvedené empirické vzorce byly ověřovány experimenty při použití malých náloží (Semtexu) v blízkosti zatěžované konstrukce [4, 5]. Podkladem pro jejich ověřování byly empirické vzorce předchozích autorů; jejich výsledná podoba pak odpovídá účinkům rázové vlny od malé pevné nálože ve venkovním prostředí při pozemním výbuchu. Maximální přetlak a podtlak v čele vzdušné rázové vlny a délka jejich trvání jsou: 1, 07 [MPa] (17) p+ = 3 − 0,1 R pro R ¯≤1
p+ =
0, 0932 0,383 1, 275 + + R R2 R3 326
[MPa] (18) pro 1<¯ R ≤ 15
p− =
0, 035 R
[MPa]
(19)
τ + = 1, 6 ⋅10−3 ⋅ 6 Cw ⋅ R
[s]
(20)
τ − = 1, 6 ⋅10−2 ⋅ 3 Cw
[s]
(21)
kde označení veličin a jejich rozměry jsou stejné jako v předchozích případech. Příklad výpočtu parametrů tlakové vlny programem [7] je uveden na obr.1. Výpočet porušení stěn budov nebo místností Pro posuzování zdiva stěn a pilířů v budovách lze použít odhad zatížení pload+ a délku jeho působení tload+ vypočtených pro možnou vzdálenost R uložení nálože od posuzované části konstrukce.Pro stanovení nebezpečí porušení byl použit program [8] pro ekvivalentní statický výpočet stěny zatížené rovnoměrně spojitě zatížením pload+ s délkou jeho působení tload+. V rámci tohoto programu lze volit charakter okrajových podmínek (podepření stěnodesky). Z hlediska nejistoty ve zjednodušení působení tlakové vlny od výbuchu, je i toto zjednodušení přijatelné a opodstatněné z hlediska inženýrského odhadu účinků výbuchu. Program [8] pro zjednodušený výpočet vychází z metodiky ekvivalentního statického výpočtu. Nejprve je tedy nutné stanovit naladění stavební konstrukce nebo její části. Pro zatížení tlakovou vlnou, která vytváří zjednodušeně spojité rovnoměrné zatížení konstrukce, je zpravidla dominantním vlastním tvarem 1. vlastní tvar s kmitnou ve střední části stěnodeskové konstrukce (mísovitý průhyb) nebo nosníkové konstrukce. Použité vzorce pro výpočet vlastní frekvence stěnodeskové konstrukce jsou následující [2]:
λ2 ω= 2 lx
kde
1 Eh3 D= je desková tuhost, 12 (1 − v 2 )
E ν h μ
je modul pružnosti, je Poissonovo číslo, je tloušťka desky, je hmota jednotkové plochy desky.
D μ
(22)
Dynamický součinitel δ je zpravidla odvozen pro ekvivalentní statický výpočet pro soustavu s jedním stupněm volnosti je funkcí vlastní periody dominantního 327
kmitání konstrukce T a doby působení tlakové vlny t+ nebo t- podle toho zda uvažujeme přetlakovou nebo podtlakovou fázi. Mezi vlastní periodou T a vlastní kruhovou frekvencí ω platí známý vztah
T=
2π ω
(23)
Pro pružně plastickou soustavu je dynamický součinitel δ funkcí poměru doby působení rázové vlny t+ nebo t- na vlastní periodě kmitání konstrukce T(i) = T a na přetvárnosti (duktilitě) konstrukce:
km = kde ym yel
ym yel
(24)
je celkový pružný + plastický průhyb (posunutí) konstrukce, je pružná část průhybu (posunutí).
Obvykle lze součinitel duktility km pro rázové jevy (velmi rychlé) při ohybovém namáhání konstrukce uvažovat v rozmezí pro zdivo od 3 do 5, pro železobeton, ocel a dřevo od 5 do 10. Pro zatížení rázovou vlnou je velikost dynamického součinitele s uvažováním duktilního chování konstrukce v mezích δ = 1 ~ 2. Jeho velikost odvodil N. M. Newmark (viz [2]) pro zjednodušenou soustavu s jedním stupněm 1 1− (25) 2 ⋅ km 1 T(i ) ⋅ 2 ⋅ km − 1 = + T(i ) δ π ⋅τ + 1 + 0, 7 ⋅ τ+ volnosti ve tvaru: Kombinace statického a dynamického zatížení Jestliže dojde k překročení meze únosnosti Rtfd, objeví se v materiálu konstrukce trhlina. Takže pro bezpečnou konstrukci musí platit nejnepříznivější podmínka, a to na základě porovnání napěťového stavu: min (σg ± σexpl) ≥ –Rtfd nebo po úpravě σexpl – σg ≤ Rtfd kde σexpl σg
(26)
je napětí od účinků tlakové vlny výbuchu, je normálové napětí v daném místě (spáře) od vlastní tíhy nadloží nebo podmínka přípustného mezního pootočení ψ. Jeho hodnota na mezi porušení je přibližně v rozmezí 2,3°až 5,7° pro zdivo [5], minimálně 6,5° pro železobeton a minimálně 10,5° pro ocel:
328
ψ = 2 arctg (2 y / l ) kde y l
(27)
je maximální dosažený průhyb desky (ve středu rozpětí), je rozpětí konstrukce v kratším směru.
Při navrhování konstrukcí podle teorie mezních stavů bývá vhodnější zejména pro železobetonové konstrukce uvažovat místo meze únosnosti Rtfd moment na mezi únosnosti, případně i v kombinaci s normálovou silou. V případě programu [8] pro zjednodušený výpočet únosnosti konstrukce je výstupem programu průhyb a maximální moment od účinků výbuchu.
329
Obr.1 Příklad výpočtu parametrů tlakové vlny programem [7]
330
Obr.2 Příklad výpočtu a posouzení zděné stěny programem [8] Zatížení výbuchem podle ČSN EN 1991-1-7 Norma [9] byla zavedena do soustavy českých technických norem od ledna 2008. V soustavě eurokódů je zatížení výbuchem považováno za mimořádné zatížení a toto zatížení se uvažuje v mimořádných návrhových situacích. Pro mimořádné situace se dílčí součinitele zatížení γf uvažují zpravidla rovny jedné. Výbuchy se musí uvažovat při navrhování všech částí pozemních a inženýrských staveb, ve kterých se používá plyn, nebo se plyn reguluje, nebo kde se skladují výbušné látky, jako jsou výbušné plyny nebo kapaliny tvořící výbušné páry, nebo kde se plyn skladuje nebo přepravuje (např. chemická zařízení, kontejnery, zásobníky, stavby pro odpadní vody, obytné budovy s instalacemi plynu, energovody, tunely pozemních a drážních komunikací). Účinky způsobené výbušninami norma nestanoví. Tab.1 Kategorizace budov podle ČSN EN 1991-1-7 [9]
331
U budov s instalovaným zemním plynem musí být konstrukce navržena tak, aby odolala účinkům vnitřního výbuchu plynu. Norma předepisuje vztahy pro nominální hodnotu ekvivalentního statického tlaku. Použije se větší z hodnot: pd = 3 + pstat
nebo
pd = 3 + pstat / 2 + 0,04 / (Av / V)² kde pstat Av V
(28) (29)
je rovnoměrně rozdělený statický tlak, při kterém se poruší výfukové prvky v kN/m2, plocha výfukových prvků v m2, objem pravoúhlého prostoru v m3.
Výrazy (28) a (29) platí pro prostory s celkovým objemem do 1 000 m3. Pokud se na výfukové ploše podílejí stavební prvky s různými hodnotami pstat, má se použít největší hodnota pstat. Není potřebné uvažovat hodnotu tlaku pd větší než 50 kN/m2.
332
Poměr plochy výfukových částí a celkového objemu má splnit nerovnost: 0,05 ≤ Av / V ≤ 0,15
(30)
Konstrukce zařazené podle tab.1 do třídy CC1 se nemusí posuzovat. Pro konstrukce v třídě CC2 A CC3 je nutné provést ekvivalentní statický výpočet a konečně pro konstrukce v třídě CC3 je nutné ještě provést i dynamický výpočet. Odstupové vzdálenosti Vzorec (31) je používán zejména pro zjednodušené posuzování nebezpečí účinků výbuchu v jaderné energetice [10] a také v armádě. Většina vzorců tohoto typu vychází ze vzorce (1) a upravuje jeho konstantu na pravé straně.
Rip = 18 ⋅ W 1/3
(31)
Tato konstanta 18 je vhodná pro stanovení přijatelné odstupové vzdálenosti mezi potenciálním zdrojem výbuchu a zatíženou konstrukcí. Přímka podle vzorce (31) vymezuje bezpečnou oblast, to znamená ve vzdálenostech pod touto přímkou může dojít k rozbití oken a drobným škodám, při které nejsou nutná žádná další opatření z hlediska konstrukce. Podle [10] se jedná o výbuchy, které v příslušné vzdálenosti generují rázovou vlnu s přetlakem na čele 7 kPa, jež lze pro konstrukci (zpravidla dobře ztuženou a v dobrém technickém stavu) považovat ještě za bezpečnou: Závěr Cílem příspěvku je porovnání zjednodušených empirických vzorců pro stanovení účinků výbuchu na konstrukce a současně i zjednodušení dynamické odezvy stěnodeskové konstrukce pružnoplastickým ekvivalentním statickým výpočtem. Vzhledem k nejistotám ve stanovení všech parametrů výbuchového zatížení je předložena zjednodušená metodika, která dostatečně výstižně umožňuje tyto parametry stanovit a na ně posoudit vlastní stavební konstrukci. Nejistotu ve stanovení parametrů výbuchového zatížení lze porovnat podle empirických vzorců, několika autorů, jež jsou v příspěvku uvedeny. Analýza stavební konstrukce, ohrožené výbuchem je založena na ekvivalentním statickém výpočtu, vycházející ze soustavy s jedním stupněm volnosti a stanovením dynamického součinitele pro pružnoplastickou soustavu. Na základě maximálních momentů a průhybů konstrukce je posuzováno ohrožení konstrukce výbuchem. Výsledky takto zjednodušené problematiky lze porovnat pomocí výpočetních programů [7, 8] i s metodikou uvažování výbuchového zatížení podle eurokódu [9]. Použité programy [7, 8], vypracované autory příspěvku a dostupné na webových stránkách ČVUT jsou jistě cenné pro rychlý a dostatečně inženýrsky oprávněný odhad porušení konstrukce zatížené výbuchem.
333
Poděkování Práce na této problematice vznikla za podpory projektem GAČR: 103/08/0859 „Odezva konstrukci při statických a dynamických zatíženích působených přírodní a lidskou činností“. Autoři si dovoluji touto cestou vyslovit grantové agentuře za její podporu svůj dík. Literatura [1] HENRYCH, J.: Dynamika výbuchu a jeho užití, Academia, Praha 1973. [2] KOLOUŠEK,V. a kol: Stavebné konštrukcie namáhané dynamickými účinkami. SVTL, Bratislava 1967. [3] KORENEV, B. G. a kol.: Dinamicheskij rascot sooruzhenij na specialnyje vozdejstvija. Spravochnik, Strojizdat, Moskva 1981. [4] MAKOVIČKA, D.: Shock Wave Load of Window Glass Plate Structure and Hypothesis of Its Failure. In: Structures Under Shock and Impact ‘98. Computational Mechanics Publications, WIT Press, p. 43-52, Southampton 1998.. [5] MAKOVIČKA, D., MAKOVIČKA, D.: Vliv opakovaných extrémních zatížení na ohybovou únosnost zdiva, Stavební obzor, 2006, č.2, s. 37-43. [6] MAKOVIČKA, D., JANOVSKÝ, B.: Příručka protivýbuchové ochrany staveb, Česká technika – nakladatelství ČVUT v Praze, 2008. [7] MAKOVIČKA, D., MAKOVIČKA, D.: Zjednodušený výpočet tlakové vlny, http://pvoch.cvut.cz/vypocet_vlny/, Praha 2009. [8] MAKOVIČKA, D., MAKOVIČKA, D.: Zjednodušený výpočet odezvy stěnodeskové konstrukce, http://pvoch.cvut.cz/odezva_desky/, Praha 2009. [9] ČSN EN 1991-1-7 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-7: Obecná zatížení - Mimořádná zatížení. ČNI, Praha 2007. [10] U. S. Nuclear Regulatory Commision: Evaluation of explosions postulated to occur on transportation Routes near nuclear power plant sites. USNRC regulatory Guide 1.91, 1978.
334
Strategické plánování územního rozvoje a ochrany jeho obyvatel Ing. Lenka Maléřová, doc. Ing. Vilém Adamec, Ph.D. VŠB-Technická univerzita Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava - Výškovice E-mail:
[email protected],
[email protected], Abstrakt Při tvorbě strategií územního rozvoje nutno věnovat pozornost iopatřením k ochraně rozvíjeného území před dopady mimořádných událostí. To v praxi znamená plánování opatření k zabránění vzniku mimořádných událostínebo alespoň ke zmírnění jejich dopadů. A to s cílem zachování udržitelnéhorozvoje území. Příspěvek vychází z obecných zákonitostí udržitelného rozvoje a jehobezpečnosti a na konkrétním příkladě, obci Bolatice, problematiku dálepřibližuje. Klíčová slova strategický plán rozvoje, plánování rozvoje obce, ochrana obyvatel 1 Úvod S cílem zvyšování kvality řízení obce a s vědomím nezbytnosti koordinovaného a systémového řešení otázek dlouhodobého rozvoje, přistupují obce k rozhodnutí zpracovávat strategický plán rozvoje. Jedná se o komplexní dokument v oblasti dlouhodobého rozvoje a fungování obce v návaznosti na rozvoj přilehlého regionu. Samotný projekt je postaven na předpokladu vytvoření lepších podmínek pro kvalitní řízení obce, přispění k vyšší konkurenceschopnosti obce při řešení potřebných rozvojových projektů, dosažení územního, ekonomického i sociálního rozvoje a zlepšení ochrany a kvality života občanů obce. Strategický plán v obecném pohledu má umožnit obcím: - naplňovat vizi obce a postupně realizovat její dlouhodobé cíle, - lépe koordinovat aktivity a zájmy různých subjektů působících v obcí, - lépe prosazovat a chránit veřejný zájem, - rozhodovat transparentně a v širším koncepčním rámci, - kvalifikovaně formulovat následné koncepční dokumenty, - stanovit priority investičního programu. V rámci přípravy strategií rozvoje území by se mělo přihlížet i k tomu, jaká je nutno přijmout opatření k ochraně rozvíjeného území před dopady mimořádných událostí. A to minimálně v časovém horizontu, pro který je strategie vytvářena. To znamená realizovat opatření v oblasti: 335
- prostorové ochrany území (organizační opatření v územním plánování, stavebnětechnická opatření, biologická ochranná opatření, plošné rozmístění záchranářské infrastruktury), - ochrany infrastruktury (průmyslové areály, stavby, zařízení, plochy), - ochrany osob (obyvatelstvo, zaměstnanci, migrující osoby). To vše s přihlédnutím k vazbám, které mezi jednotlivými subjekty, resp. objekty územního systému existují, resp. procesům, které zde probíhají a z hlediska strategie územního rozvoje probíhat budou. Nutno poznamenat, že celá řada dosud zpracovaných strategických dokumentů rozvoje obcí tuto potřebu nerespektuje – viz např. [7, 8]. 2 Strategický plán rozvoje obce Bolatice Strategický plán rozvoje obce Bolatice schválilo tamní zastupitelstvo v roce 2007 [6]. Jedná se o programový dokumentem, který formuluje cíle rozvoje obce a cesty k jejich dosažení až do roku 2022. Základem plánu rozvoje je strategická vize, která představuje všeobecnou shodu a souhrnný strategický pohled na další rozvoj obce s určením základního rámce a globálního cíle jejího rozvoje na zvolené období. K naplnění strategické vize v podmínkách obce Bolatice je formulován globální cíl následovně1: „Vytvořit z obce Bolatice aktivní, dynamickou, prosperující, trvale se rozvíjející obec, s čistotou, pořádkem a estetickým vzhledem všech svých částí ve spolupráci s občany, pro které budou vyváženě rozvíjeny a dlouhodobě stabilizovány všechny hlavní složky představující kvalitu života v obci – kvalitní management obce, vysoká úroveň služeb pro obyvatelstvo, dostatečně dimenzovaná infrastruktura, pestrá nabídka trávení volného času a kvalitní životní prostředí.“ Pro sestavení bezpečnostních opatření strategického rozvoje obce je nutno se zabývat jednotlivými problémovými okruhy, které byly vytýčeny na základě analytických prací při přípravě plánu rozvoje [5]. Pro samotný strategický plán rozvoje jsou formulovány tři problémové okruhy: - fungování obce a ekonomika, - infrastruktura a životní prostředí, - lidský potenciál a obyvatelstvo. Jednotlivé problémové okruhy tak představují strategický rámec na jehož základě jsou formulovány jednotlivé rozvojové priority (viz obr. č. 1).
1
Str. 12 Strategického plánu rozvoje obce Bolatice [6]
336
Obrázek č. 1 - Cíle a priority strategického plánu [5] Na jednotlivé rozvojové priority pak strategický plán reaguje stanovením příslušných opatření k jejich naplnění. 3 Bezpečnostní aspekty strategického plánu rozvoje Plán rozvoje je sestavován na principech udržitelného rozvoje2. Územní rozvoj bude udržitelným, bude-li zároveň bezpečným. To v praxi znamená plánování opatření k zabránění vzniku mimořádných událostí nebo alespoň ke zmírnění jejich dopadů. Součástí strategického plánu rozvoje by tedy měla být i strategie ochrany rozvíjeného území a jeho obyvatel (bezpečnostní koncepce). V plánu rozvoje obce Bolatice je sestavení bezpečnostní koncepce stanoveno jako samostatné opatření „F.1.6 Dopracování koncepce ochrany a bezpečnosti v obci“ v rámci problémového okruhu Fungování obce a ekonomika.3 Takto stanovený úkol je v současné době v řešení. Jsou zpracovávány bezpečnostní analýzy. 2
3
Udržitelný rozvoj spočívá ve vyváženém přístupu k životnímu prostředí, hospodářskému rozvoji a soudržnosti společenství obyvatel daného území. Str. 16 Strategického plánu rozvoje obce Bolatice [6]
337
Analytické práce jsou vedeny několika směry. K těm prioritním patří analýza výskytu mimořádných událostí na území obce a dále pak bezpečnostní analýza priorit a opatření strategického plánu. 3.1 Výskyt mimořádných událostí na území obce Analýza výskytu mimořádných událostí na území obce je spojena s řadou problémů. Obecně je tím klíčovým nedostatek vhodných dat. V podmínkách obce Bolatice bylo využito historických údajů dostupných z těchto dostupných zdrojů: - Kronika obce Bolatice [3], - Brožura ke 100. výročí založení hasičského sboru v obci [4], - Sociálně – ekonomická analýza obce Bolatice [5] a - statistická data ze Statistiky sledování událostí [2]. Sledování výskytu mimořádných událostí bylo omezeno na posledních 100 let vývoje obce. Toto období bylo pak dále ještě rozděleno na několik částí, a to s ohledem na dostupnost relevantních dat. Nastalé mimořádné události byly sledovány jak v základních kategoriích naturogenní (živelní pohromy), antropogenní (lidské a technické selhání), sociogenní (kriminální činnost,..), tak podrobně v rámci jednotlivých základních kategorií. Hlubší analýze pak byla podrobena zejména data, která byla získána z již zmíněné Statistiky sledování událostí [2]. V následujícím jsou uvedeny některé získané poznatky. Výskyt mimořádných událostí na území obce podle druhu v jednotlivých letech uvádí tabulka č. 1. Tabulka č. 1 Výskyt mimořádných událostí v Bolaticích 1997-2008 Rok
Přírodní živly
Požár
Dopravní nehoda
Technická Událostí pomoc za rok
1997
3
6
3
0
12
1998
4
2
2
2
10
1999
0
0
1
1
2
2000
0
1
2
0
3
2001
2
0
2
0
4
2002
0
6
3
4
13
2003
2
6
4
1
13
2004
6
2
4
1
13
2005
3
2
2
1
8
2006
1
6
3
3
13
2007
10
2
5
2
19
2008
13
4
5
4
26
37
36
19
136
Událostí za období 44
338
Ve sledovaném období je na území obce evidováno 136 mimořádných událostí, které si vyžádaly zásah záchranných složek. To představuje v průměru výskyt cca 12 události za rok, tj. cca 1 události za měsíc.
Obrázek č. 2 – Výskyt mimořádných událostí podle druhu Ve sledovaném souboru jsou z 32,35 % zastoupeny mimořádné události vyvolané přírodními živly. Požáry tvoří 27,21 %, dopravní nehody 26,47 % a mimořádné události vyvolané technickými haváriemi 13,97 % z celkového počtu evidovaných událostí. U analyzovaných mimořádných událostí je evidováno 5 úmrtí osob a 43 zranění osob. Záchranné složky zachránily 12 osob. Tabulka č. 2: Výše škod vzniklých při požárech Rok
Počet požárů se škodou v tis. Kč 0 až 5
5 až 10
10 až 50 50 až 100 nad 100
Škoda za rok celkem v tis. Kč
1997
5
0
1
0
0
23,0
1998
2
0
0
0
0
0,0
1999
0
0
0
0
0
0,0
2000
1
0
0
0
0
1,0
2001
0
0
0
0
0
0,0
2002
1
2
2
0
1
268,0
2003
4
0
2
0
0
41,5
2004
2
0
0
0
0
6,0
2005
1
0
0
0
1
250,0
2006
3
2
0
1
0
118,0
2007
2
0
0
0
0
2,0
2008
3
0
1
0
0
52,0
Požárů celkem
24
4
6
1
2
339
Škody způsobené požáry dosáhly celkové výše 760 tis. Kč (v průměru 20 tis. Kč/požár). Záchranné složky uchránily hodnoty za více jak 7,5 mil. Kč (v průměru více jak 200 tis. Kč/požár)4. V období let 1997 – 2008 bylo evidováno 24 požárů se škodou do 5 tis. Kč. Nejvyšší škody se vyskytly v roce 2002, a to ve výši 268 tis. Kč. Nutno poznamenat, že součástí analytických prací je i problematika výskytu mimořádných událostí ze sociálních příčin – viz např. tabulka č. 3. Tabulka č. 3: Mimořádné události v oblasti vnitřní bezpečnosti a veřejného pořádku [5] Rok Druh události
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Trestné činy
31
25
26
13
27
12
18
Přestupky
25
10
13
29
21
18
21
Řidiči pod vlivem alkoholu
2
4
3
6
2
3
4
Předmětná analýza však není dosud ukončena pro nedostatek relevantních dat. S využitím regresní analýzy byl proveden odhad výskytu mimořádných událostí pro časové období strategického plánu – viz obr. 3.
Obrázek č. 3 – Trend výskytu mimořádných událostí na území obce Pro sledované období lze očekávat zvýšení výskytu mimořádných událostí z průměrných 12 za rok na dvoj až trojnásobek. Očekávat lze zřejmě nárůst počtu mimořádných událostí vyvolaných přírodními živly. 3.2 Bezpečnostní analýza priorit a opatření strategického plánu Bezpečnostní analýza priorit a opatření strategického plánu má za cíl nalézt navrhované priority a opatření, které mohou v budoucnosti významně ovlivnit bezpečnost na území obce. 4
Výše škod není korigována vývojem inflace.
340
Analýza je založena na metodě expertního odhadu. K jednotlivým položkám seznamu priorit/opatření, např. ve formě tabulky, jsou přiřazena hodnocení toho, jak tato mohou ovlivnit úroveň bezpečnosti v obci a to jak pozitivním, tak i negativním směrem. Nutno upozornit, že některé priority/opatření mohou ovlivňovat bezpečnost jak po stránce pozitivní, tak i negativní. K ocenění úrovně ovlivnění se využije bodového hodnocení - viz tabulka č. 4. Tabulka č. 4 : Hodnocení vlivu priorit/opatření na bezpečnost Bodové hodnocení
Slovní hodnocení
5
Stupeň ovlivnění značný
3
Stupeň ovlivnění střední
1
Stupeň ovlivnění malý
0
Stupeň ovlivnění nelze stanovit
Pro negativní ovlivnění úrovně bezpečnosti (zhoršení bezpečnostní situace) se použije záporné bodové hodnocení. V tabulce č. 5 je pak uveden výběr některých priorit/opatření zkoumaného strategického plánu a odhad úrovně ovlivnění bezpečnosti v obci. Tabulka č. 5: Příklad priorit/opatření ovlivňujících bezpečnost obce Vliv na bezpečnost obce Aktivity / projekty Kód
Popis
Zlepší bezpečnost 5
F.1.3.1
Přetvoření centra obce na oblast zeleně, obchodů a služeb
F.1.6.1
Výstavba dvou poldrů a oprava dalších dvou poldrů
x
F.1.6.2
Dokončení rekonstrukce místního rozhlasu
x
F.1.6.4
Dobudování kamerového systému v obci
x
F.2.1.1
Dokončení infrastruktury v průmyslové zóně
F.2.2.1
Nové prostory pro drobné podnikání a služby v obci
F.3.2.1
Přístavba knihovny – vybudování studovny a informačního centra
3
1
Zhorší bezpečnost 0
x
-1
-3
x
x x x
341
-5
F.3.2.2
Výstavba nové smuteční síně
x
I.1.1.1
Zavedení nových spojů mezí obcí Bolatice a osadou Borová
x
I.2.2.2
Rekonstrukce vodovodní sítě
x
I.3.2.1
Vzdělávání občanů v oblasti životního prostředí
x
L.2.1.1
Agenturní služby sociální péče pro seniory a zdravotně postižené
L.3.1.2
Modernizace kulturního domu
x
x
Je na expertním posouzení, jaká konkrétní opatření budou doporučena pro případy, kdy realizací strategických priorit/opatření dojde ke zhoršení bezpečnostní situace v obci. 4 Závěr Příspěvek poukazuje na některé aspekty tvorby strategie ochrany území a jeho obyvatelstva, která by měla být důležitou součástí strategického plánu rozvoje území. V rámci tvorbu podkladů jsou zmíněny zejména potřeby analytických prací, analýzy rizik (charakteristika úrovně bezpečnosti) a bezpečnostní analýzy priorit a opatření strategického plánu. Cílem tohoto sdělení není poskytnout vyčerpávající informace k problematice bezpečnostního zajištění strategického plánování rozvoje obcí. Je spíše podnětem do diskuse k předmětné problematice. Prezentovaná problematika je řešena v rámci interní grantové soutěže 030/2101/BI0309041 [1]. Literatura [1] MALÉŘOVÁ, L., Analýza rizik a zranitelnosti územních celků – Bolatice, Interní grantová soutěž, VŠB-TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Ostrava, 2009 [2] MV – generální ředitelství Hasičského záchranného sboru ČR, Statistika výskytu mimořádných událostí na území obce Bolatice v letech 1997-2008, Praha, 2009 [3] Kronika obce Bolatice, fotokopie dostupná na Obecním úřadě v Bolaticích [4] Sbor dobrovolných hasičů v Bolaticích, Sbor dobrovolných hasičů v Bolaticích 342
[5]
[6] [7] [8]
1905 – 2005, Střípky z historie ochrany před požáry v obci Bolatice, Bolatice, červen 2004, 60 stran Sociálně-ekonomická analýza obce Bolatice, dostupné: http://bolatice.cz/ bolatice/download/strategie_bolatice/socialne_ekonomicka_analyza_bolatice. pdf Strategický plán rozvoje obce Bolatice, dostupné: http://bolatice.cz/bolatice/ download/strategie_bolatice/strategicky_plan_rozvoje_obce_bolatice.pdf Strategický plán obce Děhylov, dostupné:http://www.dehylov.cz/Dokumenty/ NavrhStrategickyPlanObce_01.pdf Strategický plán obce Bohuslavice u Hlučína, dostupné: http://www. bohuslaviceuhlucina.cz/web/index.php?page=texty&id=10
343
Medzinárodná spolupráca TU vo Zvolene a VUT v Brně v rámci APVV pri hasení požiarov v prírodnom prostredí Doc. RNDr. Iveta Marková, PhD.1, Ing. Eva Mračková, PhD.1, Ing. Mgr. Ivan Chromek, PhD.,1 Prof. Ing. Anton Osvald, CSc,1 prof. RNDr. Milada Vávrová, CSc.2, doc. Ing. Josef Čáslavský, CSc.2, MVDr. Helena Zlámalová Gargošová, Ph.D.2, Mgr. Helena Doležalová Weissmannová, Ph.D.2 1 Technická univerzita vo Zvolene, Drevárska fakulta, Katedra protipožiarnej ochrany, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, Slovenská republika 2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta chemická, Ústav chemie a technologie ochrany životního prostředí, Purkyňova 464/118, 612 00 Brno, Česká republika E-mail:
[email protected] Abstrakt Článok sa zaoberá úzkym prepojením teórie s praxou. Charakterizuje medzinárodnú spoluprácu dvoch univerzít TU vo Zvolene a VÚT v Brně s Hasičským a záchranným zborom MV SR v zastúpení OR HaZZ vo Zvolene. Opisuje použitie hasiacich látok a ich vplyvu na životné prostredie pri požiari po hasiacom zásahu. Vzájomná spolupráca subjektov je v oblasti hasenia a a jeho vplyv na životné prostredie, ktorú realizuje Katedra protipožiarnej ochrany DF TU vo Zvolene s Ústavom chemie a technologie ochrany životního prostředí Chemické fakulty VUT v Brně. Kľúčové slová hasenie požiarov, prírodné prostredie, spolupráca univerzít Úvod Problém ekologického vplyvu po hasiacom zásahu vzišiel z diskusie o vplyve hasiacej látky na životné prostredie počas jej aplikácie a samozrejme po jej následnom preniknutí do pôdy. Aktuálnosť problému narastá po živelných pohromách v lesoch SR a náraste požiarov na kalamitných plochách. Najmä po roku 2005 z prostredia HaZZ, ale aj z katedry, začali prenikať myšlienky o nízkej účinnosti čistej vody, ako základnej hasiacej látke pri hasení lesných požiarov. Najväčšie lesné požiare v Grécku, Španielsku a Kalifornii, ako aj na Slovensku, napríklad na Starých Horách v roku 2007 sa stali v posledných rokoch potvrdením týchto úvah. Len pri tomto požiari na Starých Horách bolo leteckou technikou pri 917 náletoch dopravených viac ako 1,5 mil. litrov vody. Ako zvýšiť jej účinnosť bez dopadu na životné prostredie? Prírodné prostredie ako súbor všetkých podmienok, ktoré umožňuje živým organizmom na určitom mieste žiť, vyvíjať sa a rozmnožovať sa, je práve požiarom relatívne ľahko poškodzovaná. Je snahou všetkých záchranárskych zložiek vzniknutý 344
požiar v prírodnom prostredí čo najrýchlejšie uhasiť. Výber hasiacich látok pre hasenie požiarov v prírodnom prostredí je práve akceptáciou ochrany životného prostredia, veľmi obmedzený. Naďalej ostáva aktuálna voda, ale pre jej zefektívnenie sa pridávajú rôzne chemické prísady, ktoré po hasení môžu ostať v prírodnom prostredí a mať naň negatívny dopad pokiaľ sa samovoľne nerozložia. Možnosti riešenia hasenia požiarov v prírodnom prostredí s prihliadnutím na ekologické podmienky Uvedená problematika sa stala nosnou časťou návrhu projektu pre Agentúru pre vývoj a výskum (APVV), ktorý bol potvrdený zmluvou o poskytnutí prostriedkov č. SK-CZ-0109-07 s názvom „Zdolávanie požiarov v prírodnom prostredí vhodnou hasiacou technikou z hľadiska akceptácie ekológie životného prostredia“. Rok 2008 stal štartom vzájomnej spolupráce vo vedeckej oblasti hasenia požiarov v prírodnom prostredí. V prvom roku riešenia boli splnené nasledujúce ciele: 1. Model požiaru v prírodnom prostredí - výber horľavého materiálu, uskutočnenie vybraných modelov - požiar triedy A a triedy B. 2. Monitoring stavu po zásahu - vybranými experimentálnymi postupmi. 3. Vypracovanie metód odberu vzoriek z miesta požiaru a realizácia odberu vzoriek pre experimentálne účely odobraných vzoriek. 4. Konzervácia vzoriek z miesta požiaru a ich preprava - zrealizované do 24 hodín od odberu vzorky z miesta požiaru. Dominantnou úlohou slovenského riešiteľského kolektívu bola príprava jednotlivých modelov požiaru triedy A a B z množstva existujúcich modelov boli zvolené dve skupiny: • Normovaný typ požiaru triedy A a B • Nenormovaný typ požiaru triedy A a B Pre účely objektívneho výstupu boli zvolené 2 normované modely požiarov podľa STN EN 2. Jednalo sa o drevenú klietku – požiar triedy A a horľavú kvapalinu „zmes oleja a paliva (benzín)“ – požiar triedy B. Pre praktické uplatnenie získaných výsledkov boli zvolené pevné horľavé materiály, ktoré sa v praxi bežne uplatňujú, a to: - kusy opotrebovanej pneumatiky - penový polystyrén PS. Uvedené modely požiarov by sa mali uskutočniť na trávnatej ploche, kde sa následne po hasení predpokladá únik vzniknutých produktov požiaru do okolitého prostredia, čiže aj do pôdy. Zároveň predpokladáme, že dôjde k úniku aj príslušnej hasiacej látky – peny, pripravenej z 3 % vodného roztoku penidla Sthamex.
345
Sthamex AFFF F-15, 3 % Je to penotvorný hasiaci prostriedok s povrchovo aktívnymi zložkami. Na povrchu horľavej látky vytvára vodný film, ktorý ochladzuje povrch horľaviny, chráni penu pred jej rozrušením a zabraňuje spätnému zapáleniu. Sthamex sa rýchlo rozprestiera po povrchu horľavej látky, má veľmi dobré zmáčacie účinky a pomerne krátku dobu hasenia. Vo forme ťažkej alebo strednej peny sa používa v chemickom a petrochemickom priemysle, v leteckej a lodnej doprave a pri výrobe umelých hmôt. Hasí požiare nepolárnych uhľovodíkov a riedidiel ako aj požiare triedy A (umelé hmoty, recyklovateľné odpady a lisované balíky) Na základe uvedených skutočností sa hľadal výskumný priestor s trávnatým porastom, kde by bolo možné realizovať experimenty v rámci dlhšieho časového režimu s vhodnou opakovateľnosťou vybraných experimentov a zároveň by bolo možné odobratie príslušného množstva zeminy pre účely analýzy pôdy po požiari a následnom uhasení. Vďaka riaditeľovi OR HaZZ vo Zvolene bola zriadená výskumná plocha v priestore OR HaZZ, na ktorej boli 30. októbra 2008 vykonané experimenty modelov požiaru triedy A a B (obr. 1). Hasenie experimentálnych požiarov vykonali príslušníci OR HaZZ. Odobratie vzoriek z požiaroviska bolo vykonané v intervaloch, a to ihneď po zahasení požiaru a s mesačným odstupom.
Obr.1.: Príprava pracovnej plochy pre experimenty (areál OR HaZZ vo Zvolene). Získané experimentálne výsledky v podobe sledovania priebehu horenia, následného hasenia ťažkou penou Sthamex a odberom vzoriek pre účely ekotoxických analýz pre členov českého riešiteľského kolektívu budú prezentované v ďalších vedeckých a odborných príspevkoch. Uvedený výskumný projekt ponúkol možnosť riešenia záverečných prác študentov obidvoch univerzít a to 1 bakalárskej a 1 diplomovej práce na pôde KPO a 1 bakalárskej práce na pôde Ústavu chemie a technologie ochrany životního prostředí Chemické fakulty VUT v Brně. 346
V súčasnostnej dobe pokračuje spolupráca pri riešení cieľov spoločného projektu, zadaním ďalších záverečných prác a vypísaním dizertačnej práce v rámci hasenia penou a sledovania charakteru životného prostredia po uhasení prírodného požiaru s využitím gelov. Na nasledujúcich obrázkoch je dokumentačný prierez vykonaných praktických činností riešiteľského kolektívu za pomoci členov OR HaZZ vo Zvolene.
Obr. 2 Zapálenie horľaviny – trieda požiaru B Obr. 3 model požiaru triedy A
Obr. 4 a 5 Hasenie požiaroviska ťažkou penou (z 3% vodného roztoku STAMEX prostredníctvom príslušníka HaZZ
Obr. 6 a 7 Príprava na odber vzoriek a odbery po experimente triedy požiaru A
347
Záver Ďalší rozvoj spolupráce je v pravidelnom stretávaní sa riešiteľských kolektívov, kde sa chceme touto cestou poďakovať našim partnerom za spoluprácu, podporu a záujem, a naďalej je riešiť aktuálne problémy s vedeckým napredovaním v oblasti ochrany pred požiarom aj z iného pohľadu, a to v súčasnosti veľmi aktuálneho – z pohľadu životného prostredia.
348
Matematické modelování nešířícího se požáru unikajícího plynu v místnosti Ing. Hana Matheislová1, doc. Dr. Ing. Milan Jahoda1, Mgr. Jan Angelis2, Ing. Petra Bursíková2, Ing. Otto Dvořák, Ph.D.2 1 Vysoká škola chemicko-technologická, Technická 5,Praha 6 - Dejvice, 166 28 2 MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav PO, Písková 42, Praha 4 - Modřany, 143 01 E-mail:
[email protected] Abstrakt Matematické modelování požárů a jevů souvisejících s požáry patří mezi rychle se rozvíjející oblasti počítačové dynamiky tekutin (CFD). Příspěvek je zaměřený na porovnání získaných výsledků ze dvou specializovaných řešičů FDS (Fire Dynamics Simulator) a SmartFire s hodnotami fyzikálního modelu. Je porovnáváno rozložení teplot a koncentrací sledovaných plynných složek (CO, CO2, O2) v případě nešířícího se požáru v místnosti. Fyzikální model byl reprezentován dvěma hořáky spalující propan-butan. Byl především zjišťován vliv hustoty výpočetní sítě a modelu hoření na vypočtené hodnoty. Dále je porovnána potřebná doba řešení problémů u obou řešičů. Klíčová slova modelování požárů, Smartfire, FDS, PyroSim Úvod Matematické modelování požárů je v současné době dynamicky se rozvíjející oblast, která nachází využití při projektování a hodnocení požární bezpečnosti staveb. Aplikace pro potřebu zjišťování příčin vzniku požárů a požárně technických expertíz je ve světě a ČR stále ve stádiu výzkumu a vývoje, dosud není rutinně využíváno v praxi.. Matematické modely požárů se dělí na zónové modely a modely typu pole. Zónové modely využívají rozdělení uzavřené místnosti při požáru na horkou horní vrstvu, která je zahřívaná vzestupným proudem spalin, a dolní studenou vrstvu vzduchu, kdy se řeší rovnice pro výměnu energie, hmoty a další korelační rovnice mezi těmito dvěma vrstvami. Pro každou vrstvu se takto ovšem získá pouze jedna hodnota teploty, koncentrace a dalších veličin, slouží proto spíše pro orientační nebo předběžné výpočty. Naopak modely typu pole, které využívají počítačovou dynamiku tekutin, uvažují rozdělení prostoru na velký počet kontrolních objemů, přičemž se počítá výměna energie, hmoty a hybnosti mezi nimi a získají se tak informace o rozdělení teploty, koncentrací a dalších veličin v prostoru. Tento příspěvek je zaměřen na aplikaci modelu typu pole s využitím počítačové dynamiky tekutin (Computational Fluid Dynamics, CFD) [1,2,3]. 349
Počítačové řešiče lze rozdělit na obecné, kam patří především ANSYSFluent [3], a řešiče specializované na požární výpočty. Obecné řešiče mají pokročilé metody pro různé režimy proudění tekutin, obtékání těles atp., k čemuž navíc umí řešit také úlohy s výměnou tepla a chemickou reakcí. Tyto programy sice umožňují zadávat oblé a velmi složité geometrie, ale na druhou stranu jsou náročnější na použití a vyžadují velké zkušenosti uživatele. Praxe ukazuje, že z hlediska možného využití matematického modelování požárů uvedeného výše je výhodnější používat programy specializované na požární výpočty, které umožňují interaktivní zadávání geometrie místnosti, okrajových a počátečních podmínek i použitých modelů. Mezi nejrozšířenější programy patří SmartFire [2] a FDS (Fire Dynamics Simulator) [1]. SmartFire je komerční program, který byl vyvinut na Greenwichské univerzitě v Anglii. FDS byl vyvinut americkou organizací NIST a je volně dostupný. Protože se ale spouští z příkazového řádku a zadání úlohy včetně geometrie se musí zadat ve formě zdrojového kódu, byla k němu firmou Thunderland Engineering vyvinuta komerční grafická nadstavba PyroSim, která poskytuje grafické interaktivní prostředí podobně jako v případě programu SmartFire. Tento příspěvek je zaměřen na porovnání těchto dvou řešičů v případě jednoduchého požárního scénáře hoření propan-butanu v uzavřené místnosti s otevřenými dveřmi. Popis experimentu Experiment byl pro potřebu matematického modelování proveden Technickým ústavem požární ochrany v areálu bývalého modřanského cukrovaru v místnosti o rozměrech 3 x 3,3 x 2,6 m. Požár plynu byl simulován dvěma propan-butanovými hořáky umístěnými v rohu místnosti bývalé ubytovny, viz. Obr. 1, kde jsou hořáky označeny čísly 1 a 2. V místnosti byly umístěny termočlánky podle požadavků normy ISO 9705 (3 ks na stropě – T5 – T7, 7 ks v rohu místnosti – T2 – T4 a T9 – T12, čtyři nad zdrojem požáru – T20 – T23, a dva ve středu dveří – K24 a K33, viz Obr. 1 a 2). Koncentrace hlavních toxikantů ve spalinách byla měřena přenosným analyzátorem TESTO 350XL. Vzorkovací sonda k odběru spalin k chemické analýze na obsah hlavních toxikantů byla umístěna ve dveřích ve výšce 1920 mm. Při požárních zkouškách byly měřeny koncentrace CO, CO2, SO2, NO, NO2 a úbytek O2 v čase. Celkový čas hoření propan-butanu byl 17 min, tj. 1020 s. Hořákem č. 1 za dobu trvání zkoušky vyhořelo 2,205 kg a hořákem č. 2 0,945 kg propan-butanu. Výhřevnost směsi propanu a butanu byla stanovena ve výši 45 MJ/kg [4].
350
Obr. 1 Geometrie místnosti (rozměry v mm)
Obr. 2 Umístění termočlánků v rohu u dveří a na stropě místnosti (rozměry v mm) Výpočty Nejprve byla v obou programech zadána geometrie místnosti tak, jak je uvedeno v popisu experimentu s tím, že stěny místnosti a strop byly uvažovány jako inertní objekty. Protože oba programy umožňují používat pouze pravoúhlou geometrii, byl kruhový průřez hořáků uvažován jako čtvercový.
351
Pro výpočet byly v obou programech postupně použity dva přístupy k modelování hoření, kdy zdroj hoření byl chápán jako: 1. objemový zdroj tepla 2. zdroj tepla definovaný pomocí chemické reakce Hoření jako objemový zdroj tepla V případě objemového zdroje tepla byl zadán tzv. výkon požáru Q, který se uvádí v kW a jeho časově průměrnou hodnotu lze vypočítat z výhřevnosti materiálu (H) v kJ/kg, hmotnosti vyhořelého paliva (m) v kg a doby hoření (t) v s: (1) Pro hodnoty uvedené v experimentální části vyjde pro hořák č. 1 výkon hoření 97 kW a 42 kW pro hořák č. 2. V programu SmartFire je dále nutné pro definici zdroje hoření ještě vypočítat výšku plamenů h v m, k čemuž byla použita Heskestadova korelace [5]: (2) kde Qc je konvektivní příspěvek k výkonu požáru v kW, jehož hodnota bývá 0,65 Q, a D je průměr požáru v m - zde průměr hořáků. Průměry hořáků byly uvažovány 200 mm (hořák č. 1) a 160 mm (hořák č. 2), protože při menších průměrech by v programu SmartFire mohlo docházet k numerickým nestabilitám. Pro hořák č. 1 vyšla výška plamenů 1,03 m a 0,72 m pro hořák č. 2. V programu SmartFire byla pro oba hořáky nastavena příslušná konstantní hodnota výkonu požáru během celé doby simulace. V programu FDS byla také nastavena konstantní hodnota výkonu požáru s tím rozdílem, že na tuto hodnotu stoupne výkon požáru v první sekundě výpočtu, což odpovídá defaultnímu nastavení. Hoření definované pomocí chemické reakce Protože program SmartFire umožňuje hoření pouze jednoho druhu paliva, byla chemická reakce definována jako spalování propanu kyslíkem: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O Tepelné vlastnosti použitého paliva byly ve SmartFiru zadány pomocí hodnoty výhřevnosti propan-butanu a efektivity spalování. Efektivita spalování byla v tomto případě nastavena na hodnotu 1 i přesto, že ve skutečnosti je její hodnota menší (cca 0,8 [2]), protože přesná hodnota není známa. Dále bylo třeba zadat hodnotu rychlosti odhořívání paliva, jejíž průměrná hodnota v kg/s byla pro oba hořáky získána z hmotnosti vyhořelého propan-butanu a celkové doby hoření.
352
V programu FDS je možné zadat více druhů paliv a určit jejich procentuelní zastoupení. V tomto případě byl pro palivo nastaven hmotnostní zlomek propanu 0,4 a butanu 0,6, což odpovídá standardnímu složení propan-butanových tlakových lahví. Tepelné vlastnosti byly zadány pomocí výhřevností propanu a butanu. Z výpočetního hlediska spočívá největší rozdíl mezi oběma programy v používaném modelu turbulence. SmartFire používá statistické modely turbulence (konkrétně standardní k-ε model) a FDS metodu velkých vírů (Large Eddy Simulation, LES). Statistické metody turbulence jsou založené na časovém středování rychlosti, kdy rychlost proudění je rozložena na střední a fluktuační složku, přičemž po dosazení do pohybových rovnic je třeba modelovat člen obsahující fluktuační složky, který se nazývá Reynoldsovo turbulentní napětí. Při použití standardního k-ε modelu je pro určení Reynoldsova turbulentního napětí použito dvou přídavných rovnic pro kinetickou energii turbulence k a rychlost její disipace ε. V případě metody velkých vírů jsou turbulentní víry filtrovány podle velikosti, přičemž víry větší než velikost buňky sítě jsou řešeny přímo z pohybových rovnic a pro víry menší se pro určení Reynoldsova turbulentního napětí používají podsíťové modely, např. Smagorinského model. Další rozdíl mezi oběma programy představují použité modely radiace. V případě SmartFiru byl použit model „Six Flux“ a v případě FDS tzv. „DO model“ (Discrete ordinates [3,4,5]. Výpočetní síť byla v programu SmartFire vygenerována automaticky s 28 644 buňkami. V programu FDS + PyroSim byla nejprve vygenerována základní síť o velikosti buněk 100 mm a v oblasti hořáků ještě podsíť s velikostí buněk 10 mm, aby byla přesně postihnuta oblast hoření. Celkový počet buněk sítě byl 92 032. Ukázalo se, že při zmenšování buněk základní sítě již nedocházelo ke změnám v dosažených výsledcích. Modelové výsledky a diskuze Pro srovnání experimentálních teplot a teplot vypočítaných programem Smartfire a FDS v závislosti na čase byly vybrány termočlánky T4 a T12. Srovnání je vidět na grafech Obr. 3 pro hoření definované jako objemový zdroj tepla a na Obr. 4 pro hoření definované pomocí chemické reakce. V případě definice pomocí chemické reakce jsou také uvedeny grafy srovnání koncentrací CO, CO2 a O2 v závislosti na čase v místě vzorkování spalin pro analýzu (Obr. 5). Při hodnocení shody a odlišnosti od experimentálních dat je třeba brát v úvahu několik skutečností: Za prvé velmi zjednodušený přístup v zadávání konstantního výkonu požáru resp. rychlosti odhořívání paliva po celou dobu experimentu, přičemž v průběhu experimentu výkon požáru nejprve pozvolna rostl až na jistou hodnotu, která se ovšem dále měnila zejména v důsledku zamrzání přívodních hadic z lahví s propan-butanem. Tento vývoj výkonu požáru a rychlosti odhořívání paliva při použití matematického modelování požárů v praxi není dopředu znám, proto byl pro porovnávání obou programů zvolen tento zjednodušený přístup.
353
Z hlediska porovnání obou programů pro vypočtené teploty je pro tento požární scénář možné konstatovat, že výpočty provedené v programu SmartFire se dají použít pro odhad nejvyšší možné dosažené teploty v daném místě, zatímco výsledky získané z programu FDS lépe vystihují konečnou teplotu v daném místě, tj. po 17 minutách experimentu. V případě programu SmartFire lze výrazně vyšší hodnoty dosažených teplot vysvětlit také nižší efektivitou spalování v průběhu experimentu, která byla v simulaci nastavena na hodnotu 1 (tedy předpokládalo se ideální spalování) a která u reálného požáru je nižší v závislosti na typu použitého paliva, přístupu vzduchu a dalších podmínkách při požáru. Efektivita spalování byla při tomto srovnávacím výpočtu uvažována 1, protože její přesná hodnota během experimentu není známa, viz. Obr. 3 a 4. Porovnání obou programů z hlediska doby potřebné k výpočtu je obtížné především proto, že oba výpočty probíhaly na různých počítačích. Přesto bylo zjevné, že program FDS potřeboval k výpočtu výrazně kratší dobu než SmartFire. Důvodem je především adaptivní volba časového kroku při výpočtu, takže dohromady je počítáno výrazně méně časových kroků než v případě programu SmartFire, kdy časový krok nastavuje uživatel pevně pro celou dobu simulace. Doba výpočtu je však také silně závislá na použitém modelu radiace, turbulence a především modelu hoření. Při definici hoření pomocí chemické reakce výpočet trvá delší dobu. Na druhou stranu hlavní výhodou definice hoření pomocí chemické reakce je získání informací o rozložení koncentrací kyslíku a spalin. Z grafů srovnání vypočteného a naměřeného obsahu CO, CO2 a O2 (Obr. 5) je vidět, že bylo dosaženo dobré shody především v případě oxidu uhelnatého, který bývá při požárech častou příčinou úmrtí intoxikací.
Obr. 3 Srovnání naměřených a vypočtených teplot při zadání hoření jako objemového zdroje tepla
354
Obr. 4 Srovnání naměřených a vypočtených teplot při zadání hoření pomocí chemické reakce
Obr. 5 Srovnání naměřeného a vypočteného obsahu CO, CO2 a O2 ve spalinách Závěr V rámci této práce byly porovnány výsledky ze dvou specializovaných simulačních programů pro výpočty proudění stlačitelných tekutin a hoření materiálů: SmartFire a FDS. Při porovnání predikovaných teplot program SmartFire vypočetl vyšší hodnoty než program FDS, který byl v dobré shodě s experimentálně zjištěnými. 355
Největším problémem je volba vhodné hodnoty efektivity spalování v programu SmartFire, která značně ovlivňuje výslednou vypočtenou teplotu. Oba programy předpovídají vyšší koncentrace sledovaných složek oproti experimentálně zjištěným, přičemž program SmartFire hodnoty více nadhodnocuje než program FDS. Pro další srovnání a verifikaci praktických aplikací dvou zmíněných simulačních programů je třeba provést výpočty požárů s jinými hořlavými materiály, např. hořlavými kapalinami a pevnými látkami. Poděkování Tato práce byla finančně podporována granty: Grantová agentura ČR č. 104/08/H055; MV-GŘ HZS ČR, Technickým ústavem PO v rámci řešení jeho dílčího výzkumného úkolu č. 2 z výzkumného projektu Programu bezpečnostního výzkumu č. VD20062010A07 a Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy ČR projektem č. MSM 6046137306. Literatura: [1] McGRATTAN K., HOSTIKKA S., FLOYD J., Fire Dynamics Simulator (Version 5) Technical Reference Guide, NIST Special Publication 1018-5, Baltimore: 2008 [2] EWER J., JIA F., GRANDISON A., GALEA E., PATEL M., Smartfire V4.1 Technical Reference Manual, Copyright 2007, London: 2007 [3] Fluent 6.3 User‘s Guide, Copyright 2006 by Fluent Inc., Lebanon: 2006 [4] DVOŘÁK O., BURSÍKOVÁ P., ANGELIS J., Dílčí výzkumná zpráva o výsledcích výzkumného projektu TÚPO č. VD20062010A07, DVÚ č. 2 o výsledcích řešení v r. 2008 - Výzkum moderních metod pro zjišťování příčin vzniku požárů a hodnocení nebezpečných účinků požáru na osoby, majetek a životní prostředí, Praha: Technický ústav požární ochrany, 2009. [5] KARLSSON B., QUINTIERE J. G., Enclosure Fire Dynamics, CRC Press
356
Nové doplnění centrální statistiky událostí v ČR pro potřebu požárně technických expertíz Ing. Petr Michut, Ing. Vlasta Charvátová, Ing. Otto Dvořák, Ph.D. Technický ústav PO, Písková 42, 143 01 Praha 4 E-mail:
[email protected] Abstrakt Příspěvek specifikuje postup technického a softwarového způsobu řešení s cílem doplnění databáze centrální statistiky událostí v ČR o data z požárně technických expertíz požárů v ČR. Klíčová slova Požárně technické expertízy, znalecké posudky, odborná vyjádření, databáze požárů v ČR Úvod Databáze centrální statistiky událostí na GŘ HZS ČR dosud neobsahuje informace s výsledky požárně technických expertíz (dále jen PTE) u požárů šetřených v rámci TÚPO. Přitom se jedná o relevantní údaje, které mohou významně napomoci zajišťovatelům příčin požárů (zařízení, objektů) u aktuálních případů a potvrdit tak či vyvrátit hypotézy jejich vzniku. Problém je řešen v rámci dílčího výzkumného úkolu TÚPO č. 13 „Nový systém využívání poznatků DB ZPP a celostátně vedené statistiky požárů pro potřeby státního požárního dozoru v ČR“ výzkumného projektu TÚPO [1]. 1.Technické a softwarové řešení problému Technické a SW řešení lze popsat stručně takto: 1.1 Získání informací o události Na základě požadavku oprávněné osoby (HZS ČR, PČR, soud, právnická nebo fyzická osoba) o zpracování znaleckého posudku/odborného vyjádření (dále jen ZP) odešle oprávněný pracovník TÚPO e-mail s požadavkem na zaslání podrobností k události na ten kraj, ve kterém událost vznikla. 1.2 Odeslání informací o události z HZS kraje na TÚPO Kraj provede z programu SSU/ZOZ export dané události pro TÚPO a odešle vyexportovaný soubor elektronickou poštou na adresu oprávněného pracovníka TÚPO.
357
1.3 Předběžný příjem záznamu události do centrální databáze a zpracování TÚPO provede import zaslaného souboru s událostí dle bodu b) do databáze GŘ HZS ČR pomocí programu SSU/ZOZ, zpracuje znalecký posudek, uloží jej do souborů a následně znovu pomocí programu SSU/ZOZ připojí k události v centrální DB. Tento přístup umožní ukládat nejrůznější typy souborů, např. fotografie. 1.4 Následná aktualizace informací z krajské databáze Pokud bude TÚPO v průběhu zpracování ZP potřebovat přesnější informace o průběhu události, pak bude možné znovu událost vyexportovat na kraji, odeslat ji mailem na TÚPO a při jejím opětovném importu se data zaktualizují (vše v programu SSU/ZOZ ). TÚPO bude moci k dané události v programu SSU/ZOZ jen připojovat další soubory (znalecké posudky ve formátu PDF a ostatní potřebné soubory) jinak budou data o události, které přijdou z kraje, jen ke čtení. 1.5 Doručení uzavřeného ZP zpět do krajské databáze Po připojení uzavřeného ZP k události, odpovědný pracovník TÚPO událost vyexportuje pomocí programu SSU/ZOZ do souboru, takto vyexportovaný soubor odešle elektronickou poštou na kraj, kde importem přijatého souboru do krajské DB pomocí programu SSU/ZOZ uloží přijaté informace. Tímto krokem bude ZP přístupný všem oprávněným osobám daného HZS kraje, ve kterém událost vznikla. 1.6 Popis úprav programu SSU/ZOZ a) nová funkce pro export jednotlivých událostí z prostředí krajského HZS ČR pro TÚPO, b) nová funkce pro import nové (resp. aktualizace již existující) události z prostředí TÚPO, c) rozšíření datových struktur i samotné aplikace SSU/ZOZ o možnost připojování souborů k události, d) rozšíření přístupových práv k připojovaným souborům, e) rozšíření přístupových práv k události pro uživatele z řad oprávněných osob TÚPO. 1.7 Seznam programů nasazených v TÚPO a) klient instance databáze Oracle 10g na GŘ HZS ČR nesoucí centrální statistiku událostí b) Microsoft Framework 1.1 c) program SSU/ZOZ (licence poskytne GŘ HZS) d) standardní poštovní klient
358
1.8 Obecné poznámky k řešení a) Na rozdíl od krajských databází nebude konkrétní technika, která zasahovala u dané události, svázaná s událostí - technika je u záznamu události na úrovni centra vedena pouze typově. b) Přidávat události do centrální databáze GŘ HZS ČR půjdou jen importem jednotlivých zaslaných událostí z krajů, přičemž řešení bude kontrolovat, zda se jedná skutečně o data vyexportovaná z příslušné krajské databáze daného HZS. 2. Nově doplňovaná data Součástí řešení bude doplnění chybějících údajů z PTE realizovaných TÚPO v uplynulém období. Údaje budou obsahovat: - specifikaci události (evidenční číslo požáru, název objektu, adresa, datum vzniku), - znalecký posudek nebo odborné vyjádření vypracované TÚPO k dané události včetně: a/Protokolů ze zkoušek, b/ fotodokumentace c/ plánků (schémat) Závěr Technický ústav PO řeší výše uvedený problém ve spolupráci s RCS s.r.o. Kladno a MV-GŘ HZS ČR. Předpokládaný termín řešení: 31.12.2009 Literatura [1] Výzkumný projekt TÚPO č. VD20062010A07„Zjišťování příčin vzniku požárů a hodnocení nebezpečných účinků požárů na osoby, majetek a životní prostředí“
359
Thermal Properties of Concrete Construction During Fire Milosevic Lidija, dipl.ing., dr Milutinovic Sloboda, red.prof. 1 Faculty of Occupational Safety in Nis, Carnojevica 10a, 18000 Nis, Serbia, University of Nis 2 Faculty of Occupational Safety in Nis, Carnojevica 10a, 18000 Nis, Serbia, University of Nis E-mail:
[email protected],
[email protected] Abstract 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 Introduction Behaviour of regular concrete at high temperature is the result of the behaviour of its constituent components – aggregate and cement. The most commonly used concrete aggregate is gravel, which contains silicon minerals which change their allotropic state and already at 570°C there is a change in volume and cracking. On the concrete element this change is manifested as spalling. Higher concrete resistance at high temperature depends on the quantity of cement, i.e. concrete resistance increases with cement quantity. As a poor thermal conductor, concrete loses its mechanical and physical properties only at high temperature. During concrete heating, there is a change in the physical-mechanical properties of cement stone and aggregate causing their adhesion to weaken. The phenomenon of reinforcement slip occurs due to reduced adhesive forces between concrete and reinforcement caused by different linear thermal expansion coefficients (CLTE) of concrete and steel at high temperature [5]. 1. Behaviour of Concrete at High Temperature Behaviour of regular concrete at high temperature is the result of the behaviour of its constituent components – aggregate and cement. The most commonly used concrete aggregate is gravel, which contains silicon minerals which change their allotropic state and already at 570°C there is a change in volume and cracking. On the concrete element this change is manifested as spalling. Higher concrete resistance at 360
high temperature depends on the quantity of cement, i.e. concrete resistance increases with cement quantity. As a poor thermal conductor, concrete loses its mechanical and physical properties only at high temperature. During concrete heating, there is a change in the physical-mechanical properties of cement stone and aggregate causing their adhesion to weaken. The phenomenon of reinforcement slip occurs due to reduced adhesive forces between concrete and reinforcement caused by different linear thermal expansion coefficients (CLTE) of concrete and steel at high temperature [5]. When temperature rises to ca.100°C, cement mortar gains volume but further heating, up to 491°C reduces its volume, even below the original value. If the heating of concrete continues, the volume re-increases, which is directly connected to dehydration. At 500°C, the dehydration is low, thus causing the volume of concrete to re-increase. Concrete contains three types of water: • Chemically bound water • Gel water and • Capillary water. Between 60–90ºC water penetrates deeper into cement stone pores and micropores and surface energy of crystals decreases, which, in turn, reduces concrete hardness. With further heating between 100–250ºC, gel and capillary water disappears and there is thickening and increased crystallization of cement stone. In this temperature range, concrete hardness only appears to increase. Above 350°C, chemically bound water disappears, which causes disintegration of crystallohydrate spatial grid, change of volume, and decrease in hardness. These changes intensify at ca.500°C, which is considered a critical temperature for abrupt decrease of concrete hardness [5]. Due to weaker adhesive forces between cement stone and aggregate, caused by different CLTE values, micro-cracks are formed between 300–400ºC. At 500°, the cracks become visible to the naked eye and above 500°C, cracks abruptly expand until they reach 1mm in width [5]. It has been established through various testing that disintegration o concrete elements largely depends on the moisture content of the construction. This is seen in the example of concrete constructions with increased water-cement ratio (0.6 to 0.7). All non-bound water is usually concentrated in cement mortar pores and bond weakening occurs in the concrete itself. Cement mortar moisture is 10–15 times higher than aggregate moisture. Tests have shown that the optimal quantity of moisture is around 3% and that in most cases there is occurrence of cracks, whereas disintegration of concrete elements is significantly less frequent. Disintegration of concrete constructions also occurs due to pressure by water vapour, which forms during fire suppression.
361
Figure 1. Formation of micro-cracks and cracks in concrete due to reduced adhesive force between cement stone and aggregate at high temperature and under load: a) before the load b) 65% from critical load c) 85% from critical load d) disintegrating load 2. Concrete Density Density (ρ) of a material is defined as its mass per unit volume (kg/m3). When heated, concrete loses mass due to evaporation of free and bound water. Concrete properties, which are temperature dependent, need to be considered in case of fire; therefore, the manner of exposure in standard fire conditions is applied. Standard fire conditions range from 20ºC to 1200ºC so the change in density with temperature may be used in thermal calculations as follows [3]: 20ºC ≤ θc ≤ 115ºC ρ(θc) =ρ(20ºC) (2.1) 115ºC ≤ θc ≤ 200ºC 200ºC ≤ θc ≤ 400ºC 400ºC ≤ θc ≤ 1200ºC
θ − 115 ⎞ ⎛ ρ (θ c ) = ρ (20°C )⎜1 − 0, 02 c (2.2) ⎟ 85 ⎠ ⎝ θ − 200 ⎞ ⎛ ρ (θ c ) = ρ (20°C )⎜ 0,98 − 0, 03 c ⎟ (2.3) 200 ⎠ ⎝ θ − 400 ⎞ ⎛ ρ (θ c ) = ρ (20°C )⎜ 0,95 − 0, 07 c ⎟ 800 ⎠ (2.4) ⎝
where ρ(θc) concrete density at given concrete temperature (kg/m3), ρ(20ºC) concrete density in normal conditions (kg/m3), at 20ºC, θc concrete temperature (ºC). For limestone-filled concrete with the volume of 2250 kg/m3, at fire temperature of 500ºC, when cracks become visible to the naked eye, concrete density is calculated as follows: 362
3.
500 − 400 ⎞ ⎛ 3 3 ρ (500°C ) = 2250 ⎜ 0,95 − 0, 07 ⎟ = 2117,8125 kg / m kg/m 800 ⎠ ⎝
Specific Heat Capacity of Concrete Specific heat (c) is the measure of heat energy required to increase or decrease the temperature per mass unit for 1ºC (J/kgºC) [1]. Specific heat capacity cp increases linearly with temperature in all concrete types. Figure 2 shows specific heat values depending on the type of concrete, which reveals that the type of aggregate significantly affects these values [9]. Specific heat capacity of regular dry concrete (silicon and limestone aggregates) may be calculated depending on fire temperature as follows [3]: 20ºC ≤ θc ≤ 100ºC
c p (θ c ) = 900
(3.1)
100ºC ≤ θc ≤ 200ºC
c p (θ c ) = 900 + (θ c − 100 )
(3.2)
200ºC ≤ θc ≤ 400ºC
c p (θ c ) = 1000 +
θ c − 200 2
(3.3)
400ºC ≤ θc ≤ 1200ºC
c p (θ c ) = 1100
(3.4)
where cp(θc) specific heat capacity of concrete at given concrete temperature (J/kgºC), θc concrete temperature (ºC). Values of equations (3.1)–(3.4) are shown in figure 2.
Figure 2. Dependence of specific heat capacity of concrete on temperature [9]
363
If moisture content is considered on the level of mass and heat balance, the function of specific heat capacity of concrete can be expanded with a peak placed between 100°C and 200°C so that the value cp,peak is added to the value of equation (2.6). Values of cp,peak depending on concrete moisture are given in table 1. Table 1. Values of cp,peak Moisture (%)
cp,peak (J/kgK)
0
900
1.5
1470
2.0
1875
3.0
2020
4.0
2750
10.0
5600
If an approximation is required, specific heat capacity may be adopted independently of concrete temperature as follows: • For concrete with quartz and limestone aggregates cp= 1000 J/kgK cp= 840 J/kgK • For concrete with lightweight aggregates Calculation of the specific heat capacity of concrete using Jakovlev’s method is done through linear fire temperature dependency as follows [4]: cp = C+Dt where C and D t
(3.5)
constants given in table2, concrete temperature (K).
Table 2. Values of specific heat capacity of concrete at high temperature [4] Material
Specific weight in dry conditions (kg/m3)
cp (J/kgK)
Regular granite-filled concrete
2300
481+0.84t
Regular limestone-filled concrete
2250
481+0.84t
Silicon concrete
1850
841+0.071t
Foam concrete
1433
598+0.63t
364
Calculation of the specific heat capacity of limestone-filled concrete at fire temperature of 500ºC is similar if we use the method [3]: J/kgºC Or Jakovlev‘s method: J/kgK. 4. Thermal Conductivity of Concrete Thermal conductivity is the ability of a material to conduct stationary heat flux (flow) due to temperature difference in two limited surfaces [7]. In real conditions, heat transfer is a complex and spontaneous phenomenon based on the second law of thermodynamics. Heat flow is unidirectional, from lower to higher potential, i.e. from a body with higher toward a body with lower temperature [1]. Thermal conductivity coefficient (λ) is the heat quantity passing through material 1mm in thickness vertically on its surface of 1m2 in one second when temperature difference in stationary state between surfaces is 1º (W/mK) [1]. The higher the thermal conductivity, the bigger the capacity of the body to transfer heat. Thermal conductivity coefficient of concrete λc decreases with the increase in temperature as a rule. Due to dehydration of cement stone crystallohydrates, a new structure with lower density is formed, affecting the very crystal structure of concrete. In some concrete types (lightweight concrete) the thermal conductivity coefficient increases along with the temperature. In concretes with lower specific weight porosity is higher and, consequently, so is the portion of radiation heat transfer. Type of aggregate significantly affects thermal conductivity of concrete. Lightweight concrete has slightly lower thermal conductivity than regular concrete. Concrete with limestone aggregate has 15–20% lower thermal conductivity than concrete with silicon aggregate [10]. Equations for boundary values, between which thermal conductivity coefficient values λc (W/mK) of regular concrete with quartz aggregate are found, may be formulated as follows [3]:
⎛θ ⎞ ⎛θ ⎞ λc = 2, 0 − 0, 2451⎜ c ⎟ + 0, 0107 ⎜ c ⎟ ⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠ ⎛θ ⎞ ⎛θ ⎞ λc = 1,36 − 0,136 ⎜ c ⎟ + 0, 0057 ⎜ c ⎟ ⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠ where λc θc
2
2
thermal conductivity coefficient of concrete (W/mK), concrete temperature (K).
365
(4.1)
(4.2)
Thermal conductivity coefficient for lightweight concrete during fire is calculated with the following equations [3]: 20ºC ≤ θc ≤ 800ºC
⎛ θ ⎞ λc = 1, 0 − ⎜ c ⎟ ⎝ 1600 ⎠
(4.3)
θc > 800ºC
λc = 0,5
(4.4)
where λc thermal conductivity coefficient of concrete (W/mºC), θc concrete temperature (ºC). Figure 3 shows thermal conductivity coefficient values for lightweight concrete and regular concrete with quartz aggregate as well as the values of equations (4.1) i (4.2) [8]
Figure 3. Temperature-dependent change of thermal conductivity coefficient of concrete [8] 366
If only an approximation of the thermal conductivity coefficient of concrete is required, the following may be adopted: • for concrete with quartz aggregates λc = 1,60 W/mK, • for concrete with limestone aggregates λc = 1,30 W/mK, λc = 0,80 W/mK • for concrete with lightweight aggregates With lightweight concrete the porosity is high and ranges between 60–80% with volumes ranging from 300 – 1200 kg/m3. Table 3 shows the dependency of thermal conductivity coefficient of gas concrete on volume. Table 3. Dependency of thermal conductivity coefficient of gas concrete on volume [6] γ (kg/m3) 300 400 500 800 1000 1200 λ (W/mK)
0.10
0.11
0.12 0.20
0.25
0.35
Calculation of thermal conductivity coefficient of concrete using Jakovlev‘s method is done through linear temperature dependency [4]: λ c = A+Bt where AiB t
(4.5)
constants given in table 4, concrete temperature (K)
Table 4. Values of thermal conductivity coefficient of concrete at high temperature [4] Material
Specific weight in dry conditions (kg/m3)
λc (W/mK)
Regular granite-filled concrete
2300
1,3-0,00035t
Regular limestone-filled concrete
2250
1,29-0,0055t
Silicon concrete
1850
0,87+0.000116t
Foam concrete
1433
0,48+0,000116t
Calculation of the thermal conductivity coefficient of limestone-filled concrete at fire temperature of 500ºC is similar if we use the method [3]: 2
⎛ 500 ⎞ ⎛ 500 ⎞ λc = 1,36 − 0,136 ⎜ ⎟ + 0, 0057 ⎜ ⎟ = 0,8225 W / kg °C ⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠
367
W/kgºC
and according to Jakovlev, the value of thermal conductivity coefficient of limestone-filled concrete is
λc = 1, 29 − 0, 00055 ⋅ (500 + 273) = 0,86485 W / kg K
W/kgK.
5. Thermal Diffusivity of Concrete Thermal diffusivity is the heating (or cooling) velocity for material a (m2/s) and depends on the thermal conductivity coefficient, density, and specific heat capacity of the material [1]. Using values λc = 0,86485 W/mK, cc = 1130,32 J/kgK, and ρc = 2250 kg/m3, we will calculate thermal diffusivity ac for concrete with limestone aggregate at fire temperature of 500°C, which will be designated by:
ac = where ac ρ λc cp
λc ρ cc
(5.1)
thermal effusivity of concrete (m2/s), concrete density (kg/m3), thermal conductivity coefficient of concrete (W/mK), specific heat capacity of concrete (J/kgK) which results in ac = λc/ρcc = 0,86485/(2250 × 1130,32) = 3,4×10–7 m2/s.
If only an approximation is required, it may be assumed that thermal effusivity does not depend on concrete temperature. Thus: • For concrete with quartz aggregates ac = 0,69×10–6 m2/s. ac = 0,56×10–6 m2/s. • For concrete with limestone aggregates It can be observed in table 5 and in figure 4 that the values of thermal diffusivity of regular concrete fall within a broader range than the values of thermal conductivity of lightweight concrete. Table 5. Values of thermal diffusivity of regular and lightweight concrete [1] Material Regular concrete Lightweight concrete (Gas concrete)
γc (kg/m3) cc (J/kgK) λc (W/mK) ac (m2/s) x 10–7 2400
960
2.04
8,.5
2000
960
1.16
6.04
800
1050
0.35
4.17
600
1050
0.27
4.29
368
Figure 4. Change of thermal diffusivity of concrete with temperature [8] 6. Thermal Elongation of Concrete Thermal elongation of a body is the relation between its elongation at elevated temperature and its length in normal conditions, before being heated (Δlc/lc) [1]. Bodies change their dimensions as the temperature increases. With the increase in temperature there is internal tension of concrete, caused by the difference in thermal deformation coefficients for concrete constituents. When exposed to heat, concrete expands. Temperature expansion of concrete depends on temperature deformation of aggregates. Linear expansion coefficient of concrete increases due to dehydration up to 350°C; however, above 550°C, structural changes in concrete occur [5]. Calculation of thermal elongation is observed in elements with one dimension substantially longer than the other two, e.g. a rod. Thermal elongation of concrete depending on concrete type and ire temperature is formulated by the following equations [3]: For concrete with quartz aggregates: 20ºC ≤ θc ≤ 700ºC 700ºC ≤ θc ≤ 1200ºC
(Δl / l )c = (−1,8 ×10−4 )+ (9 ×10−6θc )+ (2,3 ×10−11θc3 ) (Δl / l )c = 14 ×10−3
(6.1) (6.2)
For concrete with limestone aggregates: 20ºC ≤ θc ≤ 805ºC 805ºC ≤ θc ≤ 1200ºC
(Δl / l )c = (−1, 2 ×10−4 )+ (6 ×10−6θc )+ (1, 4 ×10−11θc3 ) (Δl / l )c = 12 ×10−3 369
(6.3) (6.4)
For concrete with lightweight aggregates: 20ºC ≤ θc ≤ 1200ºC where lc Δlc θc
(Δl / l )c = 8 ×10−3 (θc − 20 )
(6.5)
concrete length in normal conditions (room temperature) (m), elongation of concrete at high temperature (m), concrete temperature (ºC).
If an approximation is required, the thermal elongation coefficient may be adopted depending on concrete temperature: (Δl / l )c = 18 ×10−3θc • For concrete with quartz aggregates • For concrete with limestone aggregates (Δl / l )c = 12 ×10−3θc • For concrete with lightweight aggregates (Δl / l )c = 8 ×10−3θc Thermal elongation of concrete with limestone aggregate at fire temperature of 500°C is calculated as follows:
(Δl / l )c = (−1,8 ×10−4 )+ (9 ×10−6 × 500 )+ (2,3 ×10−11 × 5003 )= 0, 007195 Conclusion According to the aforementioned data it follows that thermal changes in the properties of concrete occur during fire. In concrete constructions exposed to high temperatures, the concrete loses its weight due to evaporation of free and bound water. Specific heat capacity increases linearly with temperature in all concrete types through evaporation of free and bound water. Specific heat values depend on the type of concrete, which reveals that the type of aggregate significantly affects these values. Thermal conductivity coefficient of concrete decreases with the increase in temperature as a rule. Due to dehydration of cement stone crystallohydrates, a new structure with lower density is formed, affecting the very crystal structure of concrete. In some concrete types (lightweight concrete) the thermal conductivity coefficient increases with the temperature. The value of thermal diffusivity of concrete drops with the increase in temperature and it is higher in regular than in lightweight concrete. When exposed to heat, concrete expands. Temperature expansion of concrete depends on temperature deformation of aggregates. Linear expansion coefficient of concrete increases due to dehydration up to 350°C; however, above 550°C, structural changes in concrete occur.
370
Reference [1] ĐORĐEVIĆ, S. Građevinski materijali II – Postojanost materijala, Univerzitete u Nišu, Građevinski fakultet, 1995 [2] Evrokodovi za konsrukcije Evrokod 2: EN 1992–1–1:2004 Proračun betonskih konstrukcija Opšta pravila i pravila zgrada [3] Evrokodovi za konsrukcije Evrokod 2: EN 1992–1–2:2004 Proračun betonskih konstrukcija Opšta pravila–Proračun konstrukcija za dejstvo požara [4] ЈАКОВЛЕВ А.И., Расчест огнестоикости строитељних конструкциј, Стоиздат, Москва,1988 [5] MILUTINOVIĆ.S, MANČIĆ. R., Zaštita zgrada od požara, Izdavačka jedinica univerziteta u Nišu, Niš, 1997 [6] MITIĆ, D. JANKOVIĆ, S.: Tehnički materijali, Fakultet zaštite na radu u Nišu, Niš, 2000 [7] MURAVLJOV, M.: Građevinski materijali, Građevinski fakultet, Beograd, 1989 [8] SCHNEIDER, U. (1986 a) Properties of Materials at High Temperatures – Concrete (Second Edition), RILEM Report, Gesamthochschule Kassel, Germany [9] SCHNEIDER, U. (1986 b) Modelling of concrete behaviour at high temperature, in Design of Structure against Fire , Elsevier Applied Science, London, pp.53– 70 [10] ŠILJAK, N. (1994) Otpornost građevinskih materijala i armirano–betonskih konstrukcija na požar, Zbornik radova, Četvrto Jugoslovensko savetovanje zaštite od požara, 95–104, Viša tehnička škola, Novi Sad
371
Statická elektrina ako riziko výbuchu leteckého paliva Ing. Eva Mračková, PhD. Technická univerzita vo Zvolene, Drevárska fakulta, Katedra protipožiarnej ochrany, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, Slovenská republika E-mail:
[email protected] Abstrakt Článok sa zaoberá leteckým palivom a rizikami výbuchu tohto paliva pôsobením statickej elektriny ako iniciačného zdroja a spôsobmi ochrany proti tomuto neželanému javu. V článku sa uvádzajú možnosti vzniku iniciačného zdroja - statickej elektriny pri prevádzke lietadiel a pri vykonávaní ich údržby. Kľúčové slová letecké palivo, riziko, výbuch, statická elektrina, ochrana pred výbuchom Úvod Lietadlá sú spoľahlivými dopravnými prostriedkami a cestovanie lietadlom je uvádzané ako bezpečnejšie než cestovanie cestnými dopravnými prostriedkami. Konštruktéri za roky prepracovali konštrukcie lietadiel s bezpečnostnými systémami na dokonalejšie a bezpečnejšie. Jedno, ale súčasné lietadlá a stroje zo začiatkov lietania, majú spoločné. Poháňajú ich motory a tie potrebujú pre svoj chod palivo, ktoré bolo, je a určite zostane horľavou látkou. Súčasné lietadlá tohto paliva, ale nesú oveľa viac, ako ich predchodcovia zo začiatkov. Práve toto palivo vďaka, ktorému lietadlá môžu lietať, je aj najväčšou hrozbou pri vzniku nečakanej udalosti, ktorej následnom je výbuch. Takéto havárie mávajú tragické následky so stratami na životoch a majetku. Letecká nehoda spôsobená pravdepodobne vplyvom statickej elektriny Dňa 17.6.1996 Boeing 747 TWA 800 krátko po štarte explodovala centrálna palivová nádrž, vyšetrovatelia stále nevedia identifikovať príčinu nešťastia. Pri nehode prišlo o život 212 cestujúcich a 18 členov posádky. Medzi najpravdepodobnejšie príčiny výbuchu, ku ktorým sa prikláňajú experti z oblasti ropného priemyslu patrí, že došlo k výboju statickej elektriny vzniknutej a nahromadenej pri rýchlom prúdení paliva palivovým potrubím a cez zanesené palivové filtre.
372
Obr. 1 Boeing 747 pred výbuchom [1]
Obr. 2 Boeing 747 po výbuchu [1]
Okolnosti pred výbuchom 25 ročné lietadlo stálo na Kennedyho letisku a bola na ňom vykonávaná údržba a tiež bolo dotankované, ale dotankované boli len krídlové nádrže a centrálna nádrž, ktorá je umiestnená v trupe lietadla zostala takmer prázdna. Počas údržby, čo boli asi dve hodiny, bola zapnutá palubná klimatizácia, ktorej tepelné výmenníky sú umiestnené pod centrálnou palivovou nádržou. Palivové potrubie slúžiace na prečerpávanie paliva medzi krídlovými nádržami vedie cez centrálnu palivovú nádrž. Počas letu by bolo teplo z tepelných výmenníkov účinne odvádzané do okolia, no počas státia je toto teplo absorvované súčasťami lietadla a hlavne centrálnou palivovou nádržou i palivom, ktoré sa v nej nachádza. Palivo v nádrži sa ohrievalo od tepelných výmenníkov klimatizácie, vznikali výpary paliva, ktoré vypĺňali prázdny priestor nad palivom a vznikala výbušná atmosféra. Štúdie ropného priemyslu dokázali, že je možné nahromadiť elektrický potenciál 1000V do niekoľkých minút čerpaním paliva pri rýchlosti cez 1 m.s- 1. Takže, ak bolo palivo čerpané medzi krídlovými nádržami z dôvodu vyváženia lietadla, mohlo dôjsť k nahromadeniu elektrostatického náboja a iskra vzniknutá pri výboji iniciovala výbušnú atmosféru vzniknutú v centrálnej palivovej nádrži [1]. Teoretické poznatky z horenia, výbuchu a iniciátorov Horenie kvapalín Kvapaliny pri požiaroch začnú horieť vo väčšine prípadov ako dôsledok vznietenia účinkom tepelných zdrojov (plameňa, rozžeravených telies, elektrických iskier, statickej elektriny atď.). Vznietenie kvapalín je možné len za prítomnosti zmesí pár so vzduchom určitého zloženia nad jej povrchom. Zloženie týchto zmesí závisí od druhu kvapaliny a jej teploty. Ak je kvapalina zahriata nad bod vzplanutia, zdroj vznietenia, približovaný k povrchu kvapaliny, pôsobí na horľavú zmes pár so vzduchom a vznecuje ju. Od zdroja vznietenia sa plameň rýchlo šíri do zmesi nad povrchom kvapaliny a začína sa proces horenia na jej voľnom povrchu. 373
Ak je teplota kvapaliny nižšia ako jej bod vzplanutia, potom horenie pri krátkodobom priblížení zdroja vznietenia ku kvapaline nevzniká, lebo nad povrchom sa nenachádza horľavá zmes pár so vzduchom. Ku vznieteniu spomínanej zmesi je potrebné dlhodobé účinkovanie zdroja vznietenia. Pri priblížení takého zdroja vznietenia k povrchu kvapaliny sa zahrieva jej tenká vrstva, vyparuje sa a vytvára sa zmes pár so vzduchom, ktorá sa potom vznecuje. Plameň sa z miesta vzniku horenia šíri po celom povrchu kvapaliny [4]. Splnenie látkových predpokladov výbuchu a stanovenie nebezpečenstva výbuchu Výbušnú zmes tvorí zmes plynov – alebo zmes plynu s parami kvapalín alebo hmlou alebo prachmi, v ktorých sa po iniciácii samostatne šíri reakcia horenia. Výbušné prostredie obsahuje výbušné zmesi plynov, pár, hmiel alebo prachov so vzduchom vrátane obvyklých prímesí (napr. vlhkosť) za atmosférických podmienok. K výbuchu môže dôjsť pri manipulácii s horľavými látkami, resp. s oxidovateľnými látkami, ak sú jemne rozptýlené a ich koncentrácia v zmesi s oxidačným prostriedkom leží v medziach výbušnosti. Ak prekročí koncentrácia dostatočne dispergovanej látky v zmesi s oxidačným prostriedkom dolnú medzu výbušnosti cmin , výbuch je možný. Základné poznatky o iniciačných zdrojoch Iniciačné zdroje dodávajú potrebnú energiu pre prípravu horľavej látky a aktiváciu výbušného alebo horľavého systému. Pre hodnotenie iniciačných zdrojov sa používajú tieto technicko-bezpečnostné parametre • teplota vznietenia horľavého plynu alebo pár horľavých kvapalín tvzniet [ºC] • minimálna teplota vznietenia oblaku rozvíreného prachu tτmin [ºC] • minimálna teplota vznietenia usadenej vrstvy prachu tumin [ºC] • indukčná perióda τi [s] alebo [ms] • minimálna iniciačná energia MIE [J] Iniciačným zdrojom daného horľavého systému sa môže stať predmet alebo látka, ktoré majú určitú teplotu a sú schopné po určitý čas odovzdávať potrebné množstvo energie príslušného druhu. (Transport energie musí byť potrebnej intenzity) [5]. Statická elektrina Elektrostatický alebo presnejšie elektrický náboj vzniká porušením rovnováhy medzi kladnými a zápornými časticami (iontami). Toto porušenie rovnováhy spôsobuje trenie dvoch materiálov, z ktorých aspoň jeden je izolant, (odvaľovaním týchto materiálov po sebe, rozstrekom a miešaním kvapalín ) „nasadnutím“ iontov vzniknutých iným spôsobom na určitý objekt a tiež indukciou náboja od iných 374
nabitých telies. Elektrostatický náboj vytvára okolo seba silové alebo elektrické pole. Je možné pozorovať silové účinky poľa (priťahovanie alebo odpudzovanie predmetov) a účinky elektrostatického poľa (ovplyvňovanie citlivých elektronických súčastí v rôznych elektronických zariadeniach, elektrické výboje známe ako „kopanie“ pri priblížení tela človeka k nabitým častiam) [5]. Letecké motory, palivá a požiarno-technické charakteristiky paliva typu JET-A1 Charakteristika leteckých motorov Letecký motor tvorí základ pohonnej jednotky lietadla, ktorý je určený k vyvodeniu ťahovej sily. Letecká pohonná jednotka je tvorená motorom (jedným alebo viacerými) so systémom regulácie dodávky paliva, vstupom vzduchu, zariadením pre reverzáciu ťahu motora, vrtuľou, alebo inými zariadeniami, ktoré môžu byť súčasťou konštrukcie lietadla. V súčasnej dobe sa prevládajúcim typom leteckých motorov stali letecké tryskové motory, zaradené do kategórie lopatkových. Základné časti a princíp práce leteckých lopatkových motorov Za základ konštrukcie lopatkového motora je možné považovať jeho turbokompresorovú časť, ktorá sa skladá z kompresora, spaľovacej komory a plynovej turbíny. Kompresor zabezpečuje požadovaný hmotnostný prietok vzduchu turbokompresorovou časťou motora a jeho stlačenie na požadovanú hodnotu. Proces prívodu tepla sa u lopatkových motorov uskutočňuje v spaľovacej komore. Prúd spalín o určitej teplote a tlaku, vystupujúci zo spaľovacej komory, expanduje na plynovej turbíne a časť jeho energie sa premení na mechanickú prácu na hriadeli turbíny, ktorá slúži na pohon kompresora a cez prevodové ústrojenstvo motora na pohon agregátov umiestnených na motore. Prúd spalín ďalej pokračuje k výstupnej tryske, kde sa jeho energia mení na kinetickú energiu vystupujúceho prúdu spalín [2]. Základné vlastnosti leteckých benzínov a petroleja Požiadavky kladené na benzíny a petroleje pre letecké motory sú podmieňované takticko-technickými údajmi a podmienkami prevádzky týchto motorov [2]. -
Ide hlavne o: značné rozmedzie výkonov v ťahu nevyhnutnosť správnej akceleračnej schopnosti dokonalé spaľovanie palivovej zmesi spoľahlivosť spustenia motora vo veľkom rozmedzí teplôt okolitého vzduchu zabezpečenie bezporuchovej činnosti motorov 375
Antidetonačné vlastnosti benzínov Antidetonačná schopnosť paliva, inak tiež odolnosť proti klepaniu, je schopnosť paliva znášať tlakové a tepelné zaťaženie pri prevádzke motora bez náhleho vzrastu rýchlosti horenia, prejavujúceho sa klepaním (detonáciami). Jednotkou odolnosti proti klepaniu je oktánové číslo, ktoré odpovedá objemovým percentám izooktanu v takej zmesi s n-heptanom, ktorá sa správa pri spaľovaní v skúšobnom motore rovnako ako skúmaný vzorok paliva. K zisťovaniu oktánového čísla leteckých benzínov sa používajú metódy: 1. Letecká metóda s chudobnou zmesou – meria sa teplota v teplotnej zátke spaľovacieho motora. 2. Pretlaková metóda s bohatou zmesou – klepanie sa vyvoláva pre rôzne zmiešavacie pomery paliva ku vzduchu, meria sa tzv. indikovaný stredný tlak, ktorý sa zanáša do diagramu v závislosti na zmiešavacom pomere. Benzín je potom charakterizovaný dvoma číslami 95/130. Prvé číslo znamená oktánové číslo chudobnej zmesi, stanovené leteckou metódou a druhé číslo znamená výkonnostné číslo bohatej zmesi, stanovené pretlakovou metódou [2]. Letecký petrolej Používa sa ako pohonná látka do prúdových lietadiel. Letecký petrolej je zmes kvapalných uhľovodíkov, ktoré vrú prevažne do teploty 300°C. Je to číra, bezfarebná, niekedy až žltkastá kvapalina charakteristického zápachu. Obsahuje prísady na zlepšenie prevádzkových vlastností paliva. Môže mať dráždivé účinky pre ľudský organizmus a môže vyvolať zmeny na pokožke. Pri normálnej teplote sa neodparuje, ale pri vyšších teplotách majú vzniknuté pary narkotické účinky. Odmasťuje pokožku [3]. Letecké turbínové palivo typu JET-A1 Letecké turbínové palivo typu JET-A1 je určené ako palivo a ako pracovná kvapalina palivového regulačného systému leteckej techniky s prúdovými alebo turbovrtuľovými motormi, lietajúcimi podzvukovou a nadzvukovou rýchlosťou. Je určený tiež ako alternatívne palivo pre vznetové motory. Je to zmes hydrogenačne rafinovaných kvapalných uhľovodíkov ropného pôvodu vriacich v rozpätí 160 až 280°C. K jeho výrobe môžu byť použité buď petrolejové uhľovodíkové frakcie získané priamou destiláciou ropy, alebo uhľovodíkové frakcie sekundárne upravené hydrogenáciou. Pri konečnej úprave produktu musia byť použité odsúhlasené stanovené typy prísad v predpísanom množstve [6]. * Elektrická vodivosť v letnom období (16.03. – 31.10.) je analyzovaná pri 10 °C, v zimnom období (01.11. – 15.03.) pri 0 °C.
376
- Platí pre letecký petrolej s obsahom prísady HITEC 580. - SWD (scar waer diameter) – parameter na vyjadrenie veľkosti priemeru stopy oderu v mm. Skúška na mazivosť sa vykonáva po pridaní aditívu. Táto podmienka sa uplatní len pre palivo obsahujúce viac ako 95% hydrogenačne spracovaného materiálu pri tlaku vyššom ako 7 000 kPa. Kontrola limitu sa aplikuje len v mieste výroby [6]. Pri úprave vlastností leteckého petroleja musia byť výlučne použité prísady • antioxidant (AO ) povolené typy : 2,6 di-terc.butyl-4metylfenol • deaktivátor kovu (MDA) V prípade potreby môže palivo obsahovať deaktivátor kovu. povolené typy: N,N´-disalicyliden-1,2-diaminopropan • prísada proti zamŕzaniu vody, ktorá musí spĺňať určité fyzikálno-chemické ukazovatele etylcelosolvu [6]. Požiarno-technické charakteristiky paliva typu JET-A1 Bod vzplanutia: 38 [°C] Bod horenia : 80 [°C] Bod vznietenia :215[°C] Dolná medza výbušnosti:0,6 [%] objemu Horná medza výbušnosti: 8,0 [%] objemu K výbuchu horľavej kvapaliny dochádza ak je nahromadený dostatok pár z tejto kvapaliny, ktorý sa pohybuje medzi hornou a dolnou medzou výbušnosti [5]. Bod vzplanutia leteckého paliva typu Jet-A1 je 38°C. No je možné, že dochádza k zapáleniu a horeniu tohto paliva v leteckom motore a k výbuchom tohto paliva pri haváriách aj pri mínusových teplotách [6]. V leteckom motore sa na zapálenie zmesi paliva a vzduchu používajú zapaľovače. Palivo z dýzy zapaľovača je rozprašované a so vzduchom od kompresora vytvára zmes paliva a vzduchu. Iskra zo zapaľovacej sviečky má dostatočnú energiu a iniciuje túto zmes a tá horí. Horiaca zmes postupuje do spaľovacej komory a tam zapaľuje zmes paliva (z prevádzkových palivových dýz) a vzduchu. Táto zmes plynulo horí za stálej dodávky paliva až do vypnutia motora [7].
377
K haváriám lietadiel dochádza hlavne tým, že sa poškodia palivové nádrže a lietadlo má doprednú rýchlosť, dochádza k roztriešteniu paliva na malé čiastočky a vzniká zmes paliva a vzduchu. V takomto prípade stačí malá energia iniciačného zdroja a vzniká výbuch. Pri otvorenom tankovaní paliva taktiež dochádza tým, že palivo padá na dno prázdnej palivovej nádrže dochádza k jeho roztriešteniu, k vzniku hmly a následne k zmesi paliva a vzduchu. Pri lete lietadla postupným odčerpávaním paliva z jednotlivých nádrží sa vytvára nad hladinou paliva priestor v ktorom vzniká výbušná atmosféra z výparov paliva, palivovej hmly a vzduchu. Vyhláška Ministerstva vnútra SR č. 96/2004 Z. z. klasifikuje letecké turbínové palivo Jet A-1 ako horľavú kvapalinu II. Triedy nebezpečnosti [8]. Preventívne a konštrukčné spôsoby protivýbuchovej ochrany v leteckej preprave Ochrana pred vznikom iniciačného zdroja statickej elektriny antistatickými prísadami Schopnosť paliva rozptýliť elektrický náboj, ktorý vzniká pri čerpaní a filtrovaní paliva, závisí na mernej elektrickej vodivosti. Merná elektrická vodivosť závisí od obsahu voľných iónov v palive. Pri dostatočne vysokej mernej elektrickej vodivosti sa elektrické náboje rýchlo rozptyľujú, čím sa zabráni ich nahromadeniu a následne nebezpečenstvu vzniku zvýšeného elektrického napätia v palive. Ku zvýšeniu vodivosti leteckého paliva typu JetA-1 sa používajú antistatické prísady zložené zo sulfónovej kyseliny a soli bária. V našich podmienkach je používaná prísada pod názvom Stadis 450. Stanovenie mernej elektrickej vodivosti a spôsoby merania tejto vodivosti upravuje norma: STN 6297. Elektrická vodivosť leteckého paliva typu JetA1 sa pohybuje v rozpätí 50-450 pS/m1.Pri tejto hodnote elektrickej vodivosti je zabezpečený rozptyl elektrického náboja v celom objeme paliva [9]. Opatrenia ku zníženiu tvorby nábojov v kvapaline 1. Dodržiavanie čo najväčšej čistoty kvapaliny, obzvlášť odstránenie vody, gumy, asfaltu a nečistôt koloidného charakteru 2. Uvedenie kvapaliny do vodivého stavu primiešaním vodivých prísad 3. Odstránenie turbulencií a vystrekovania kvapaliny pri plnení, doprave a vyprázdňovaní [10] Ochrana pred vznikom iniciačného zdroja statickej elektriny konštrukčnými riešeniami Kvôli zamedzeniu výboja statickej elektriny medzi jednotlivými súčasťami konštrukcie lietadla musia byť tieto konštrukčné časti vodivo pospájané v jeden celok. 378
Takýmto spôsobom sa zabezpečí rovnosť potenciálov ako aj účinný odvod nahromadeného elektrostatického náboja z každej konštrukčnej časti pri uzemnení. Ku vodivému spojeniu jednotlivých častí konštrukcie a súčiastok slúžia premosťovacie lanká a pásky. Jednotlivé konštrukčné riešenia uvádzajú nasledovné obrázky.
Obr. 3 Premostenie motora a draku
Obr. 4 Premostenie podvesnej palivovej nádrže a draku
Obr. 5 Premosťovacia páska Obr. 6 Uzemňovacie lanko na Obr. 7 Uzemňovacie palivovej hadice hlavnom lanko podvozku
Ochrana pred vznikom iniciačného zdroja statickej elektriny vybíjaním statickej elektriny Na vybíjanie statickej elektriny vzniknutej a naakumulovanej počas letu sa môžu použiť uzemňovacie lanká (obr.6, 7) a vybíjače statickej elektriny umiestnené na koncoch krídel (obr. 8).
379
Obr. 8 Vybíjače statickej elektriny Ochrana pred vznikom výbušnej atmosféry vylúčením oxidačného prostriedku Tento spôsob sa využíva na prevenciu a zabránenie výbuchu v nádržiach, kde sa za bežných prevádzkových podmienok nad voľným povrchom kvapaliny tvorí zmes pár paliva a vzduchu. Ak je táto zmes vystavená iniciačnému zdroju s dostatočnou energiou potrebnou na iniciáciu tohto horľavého súboru ako napr. iskry, plameň pri priestrele (ak sa jedná o bojové lietadlo) dôjde k výbuchu a v dôsledku toho, že lietadlové nádrže nie sú dimenzované na zachytenie výbuchového tlaku, tak i k následnému poškodeniu tejto nádrže a úniku zbytkového paliva a k jeho horeniu. Spôsob spočíva v inertizácii priestoru nad voľným povrchom inertnými plynmi ako napr.: N , CO a ich zmesi. Hlavnou výhodou je odstránenie oxidačného prostriedku, a tým aj výbušnej atmosféry. K nevýhodám patrí nutnosť dopĺňania týchto plynov, negatívny vplyv na životné prostredie a navýšenie hmotnosti lietadla. Ochrana pred vznikom výbušnej atmosféry vylúčením priestoru Tieto metódy je možné použiť pri horľavých kvapalinách. Ak nebude nad hladinou voľný priestor, nemá sa kde vytvárať výbušná koncentrácia pár. Nádrže z pogumovanej tkaniny Nádrž je úplne naplnená kvapalinou. Stena nádrže sa „skladá“ v závislosti na množstve horľavej kvapaliny v nádrži, t.j. stupeň naplnenia, ako „harmonika“. Použitie peny Musia byť splnené podmienky, že horľavá kvapalina nesmie s ochrannou vrstvou reagovať, nesmie ju rozpúšťať a musí mať väčšiu hustotu ako ochranná vrstva.
380
Obr. 9 Pena v palivovej nádrži Metodika pri dopĺňaní paliva z autocisterny Pri plnení paliva do palivových nádrží lietadla dochádza k zvýšenému riziku výbuchu paliva. Sú otvorené palivové nádrže a z voľného povrchu kvapaliny sa uvoľňujú výpary, vzniká palivová hmla, poprípade môže dôjsť k nehode a rozliatiu alebo vytečeniu paliva na voľnú plochu na zem alebo na drak lietadla. Špecifickým problémom dopĺňania z automobilových cisterien je nebezpečenstvo vzniku požiaru výbojom statickej elektriny. Tá vzniká v automobilovej cisterne predovšetkým pri čerpaní paliva, ale tiež pohybom paliva v nádrži počas jazdy a na náhone čerpadla klinovými remeňmi. Statickou elektrinou je tiež nabité lietadlo po pristáti alebo aj pri chode prúdového motora na zemi, ale za predpokladu správnej funkcie vybíjačov statickej elektriny rýchlo náboj stráca [10]. Aby sme zabránili iniciácii paliva za akýchkoľvek podmienok, či už dopĺňanie prebehne bez nečakaných udalostí, alebo by došlo k úniku paliva, je treba dodržiavať bezpečnostné zásady. Požiarna bezpečnosť Ochrana pred požiarmi na úseku LPL je jednou zo základných preventívnych opatrení na ochranu ľudského zdravia ,života a ochrany majetku organizácie. Možné zdroje únikov horľavých kvapalín a vytvorenie výbušnej atmosféry [10]: • prírubové spoje a upchávky • odvzdušňovanie skladovacích nádrží • hrdlá meracích a odkalovacích otvorov • vypúšťanie kalov • čistenie filtrov, odlučovačov
381
Zásady prevencie • dodržiavanie prijatých preventívnych opatrení, • v priestore prečerpávania a plnenia LPL zákaz fajčenia manipulácie s otvoreným ohňom, • pri manipulácii s LPL nevyhnutne dodržiavať: • bezpečnostné okruhy • zásady ochrany pred statickou a atmosférickou elektrinou • používanie len antistatických osobných ochranných prostriedkov a náradia do výbušného prostredia • denné kontroly autocisterien ako aj skladu LPL vykonávať v súlade s prijatými protipožiarnymi opatreniami • počas manipulácie s leteckým palivom a pri pohybe v zónach nebezpečenstva výbuchu je zákaz používania mobilných telefónov Bezpečnosť a ochrana práce pri možnosti tvorby statickej a atmosférickej elektriny • pracovník LPL pri dodávke leteckého paliva do skladu vodivo prepojí a uzemní zásobovaciu cisternu a nechá ju v kľude min.20 minút (relaxačná doba) • pracovník LPL pri plnení lietadla po príjazde plniacej cisterny k lietadlu je povinný ponechať cisternu v kľude na nevyhnutnú relaxačnú dobu min. 10 min.(Obr.11) • plniace pištole a rýchlospojky musí fyzickým kontaktom pracovník priviesť do styku s povrchom lietadla pred otvorením viek nádrží(Obr.10)
Obr. 10Vodivé spojenie tankovacej pištole a draku
382
Obr. 11 Uzemnenie tankovacej cisterny
Plnenie za mimoriadnych podmienok Plnenie s cestujúcimi na palube sa vykonáva na pokyn dispečera za podmienok: • plnenie LPL s cestujúcimi na palube je možné len za prítomnosti TPZH • pristavené schody k lietadlu k otvoreným nástupným dverám v prednej a zadnej časti lietadla • kontrola voľnosti zóny odchodu cisterny Plnenie za mimoriadnych poveternostných podmienok • plnenie počas lokálnej búrky s výskytom vybíjania atmosférickej elektriny je zakázané • plnenie počas lokálnej búrky s nadmernými vodnými zrážkami je zakázané • plnenie po zvýšenej zrážkovej činnosti je možné až po odkalení cisterny [10] Záver Zistilo sa, že dochádza k vzniku náboja statickej elektriny na lietadle a na jeho častiach prakticky za každých podmienok a v každom stave, či už pri lete alebo vykonávaní údržby. Taktiež bolo zistené, že dochádza k výboju tejto nahromadenej energie. Tento výboj predstavuje veľké riziko vo výbušnej atmosfére nachádzajúcej sa v palivových nádržiach lietadla, pretože by pôsobil ako iniciačný zdroj s dostatočnou energiou. Jediný spôsob ako predísť neželaným vplyvom vzniknutých pri jej výboji je prijať preventívne spôsoby ochrany, ktoré zamedzia výboju, a tým aj iniciácie výbušnej atmosféry alebo zabránia vzniku výbušnej atmosféry. Letecký priemysel a lietadlá je odvetvie, kde sa bezpečnosť a prevencia pred vznikom neželaných javov, ktoré majú tragické následky ako je výbuch leteckého paliva vplyvom statickej elektriny a ochrana pred týmto javom, radí na prvé miesto. Jednotlivé preventívne riešenia vo forme antistatických prísad pridávaných do paliva za účelom rozptýlenia elektrostatického náboja. Inštalovanie vybíjačov a uzemňovacích lán, ktoré odvádzajú vzniknutú statickú elektrinu, či už vo vzduchu alebo pri kontakte lietadla so zemou. Vodivé spojenia jednotlivých častí draku, ktoré nám zabezpečujú rovnosť potenciálov a účinný odvod tejto energie zo všetkých častí lietadla. Všetky tieto opatrenia nám zabezpečia dostatočnú ochranu pred výbojom elektrostatickej elektriny a tým vzniku iniciačného zdroja. Palivové nádrže zabezpečíme inertizáciou inertnými plynmi alebo obmedzením vzniku voľného priestoru nad palivom, t.j. zamedzíme vzniku výbušnej atmosféry pár alebo hmly paliva a vzduchu. Konštrukčné opatrenia sú dostatočné alebo zatiaľ nebolo zistené ich slabé miesto. O tomto svedčí aj fakt, že počas autorovej praxe pri práci na leteckej technike, pri dodržiavaní všetkých zásad, sa nestretol s výbojom statickej elektriny na lietadle. 383
Rezervy sú v ľudskom faktore a dodržiavaní zásad pri manipulácii s leteckým palivom. Tieto opatrenia sa personálom, zodpovedným za zaobchádzanie s leteckým palivom môžu zjednodušovať alebo nedodržiavať. Dôvody môžu byť rôzne: nedbanlivosť, nevedomosť, prehliadnutie atď.. Je potrebné dbať na dodržiavanie jednotlivých zásad kontrolami obsluhujúceho personálu, školeniami o zásadách práce a manipulácii s leteckým palivom. Školenia s rozborom mimoriadnych situácií súvisiacich s výbuchmi leteckého paliva by dodali vážnosť a aj primeraný postoj tohto personálu k možným situáciám, ktoré by vznikli pri ich prípadnom nedbanlivom alebo neodbornom prístupe. Žiadne mechanické opatrenie nie je dosť účinné, ak zlyhá ľudský faktor alebo ak sa nedodržia podmienky protipožiarnej bezpečnosti a bezpečnosti pri práci. Literatúra [1] Letecké nehody [online]. [cit.2009-03-16] Dostupné na internete: http:// translate.google.sk/translate?hl=sk&sl=en&u=http://www.stanford.edu/dept/ news/report/news/july30/twa800.html&ei=LX2SaDwIsSNsAaspanoDg&sa=X &oi=translate&resnum=3[&ct=result&prev=/search%3Fq%3Dexplosion%2B of%2Baviation%2Bfuel%2Bfrom%2Bstatic%2Belectricity%26hl%3Dsk%26s a%3DG [2] ŠEVELKO, P.S. a kol.: Příručka leteckého technika .Praha 1989 424s. ISBN 28-088-8905/167 [3] Letecké palivo [online]. [cit.2009-05-10] Dostupné na internete: http://www. mosr.sk/data/files/803.pdf?PHPSESSID=63594e4a [4] MARKOVÁ, I.: Vybrané kapitoly z procesov horenia. Zvolen, 2005. 103s. ISBN 80-228-1527-6 [5] DAMEC, J.: Protivýbuchová prevencia. Ostrava, 1998. 188s. ISBN 80-8611121-0 [6] Letecké palivo [online]. [cit.2009-05-10] Dostupné na internete: http://www. mosr.sk/data/files/803.pdf?PHPSESSID=63594e4a [7] HOCKO, M.: Konštrukcia leteckých motorov. Košice 185s. [8] Vyhláška č.96/2004 Z. z., z 12. februára 2004, Ministerstva vnútra Slovenskej republiky, ktorou sa ustanovujú zásady protipožiarnej bezpečnosti pri manipulácii a skladovaní horľavých kvapalín, ťažkých vykurovacích olejov a rastlinných a živočíšnych tukov a olejov [9] STN ISO 6297: Ropné výrobky, letecké palivá a palivové destiláty s antistatickou prísadou, stanovenie mernej elektrickej vodivosti. Slovenský ústav technickej normalizácie, 1996 [10] Bezpečnostné opatrenia pri práci s LPL [online]. [cit.2009-05-06] Dostupné na internete: http://web.tuke.sk/lf-kmlp/Ucitelia/Socha%20Lubos/OZLD/T_ Letec_PHM.pdf
384
Modelování vybrané ocelové konstrukce za požáru Ing. Miroslav Mynarz, Ing. Petr Kučera VŠB – TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Lumírova 13, Ostrava – Výškovice E-mail:
[email protected],
[email protected] Abstrakt Pro přesnější určení požární odolnosti stavebních konstrukcí je příhodné se zabývat velikostí požáru a analýzou nestacionárního teplotního pole posuzované konstrukce. Proto cílem tohoto příspěvku je prostřednictvím programového systému a matematického modelování provést analýzu teplotně-mechanického namáhání vybrané stavební konstrukce a provést porovnání se zjednodušeným výpočtem podle Eurokódů. Klíčová slova požár, teplotní analýza, ocelové konstrukce, matematické modelování, MKP Úvod S rozvojem automobilové dopravy vyvstává v posledních několika letech řada problémů. Jedním z nich je nedostatek volných parkovacích míst, případně garážových státní pro automobily. Navíc díky neustále rostoucím cenám nemovitostí v exponovaných lokalitách městských aglomerací je snaha umisťovat parkovací plochy do podzemních či nadzemích částí objektů nebo zřizovat vícepodlažní budovy sloužící pouze pro účely garážování velkého počtu vozidel. Nabízí se tak možnost výstavby otevřených patrových garáží s nosnou ocelovou konstrukcí a ocelobetonovou podlahou, které přináší mnoho konstrukčních a ekonomických výhod, ale i problémů s nízkou požární odolností oceli. Se zohledněním specifických podmínek provětrávaných prostorů lze však snížit teplotu hořícího prostoru a následně teplotu v konstrukci, a tak navrhovat tyto konstrukce bez požadavku na protipožární ochranu. V rámci řešení problematiky byl vybrán vhodný objekt vícepodlažních garáží s ocelovou nosnou konstrukcí a bylo navrženo několik způsobů rozvoje požárů podle ČSN EN 1991-1-2 [1]. Růst teploty uvnitř ocelové konstrukce byl pak modelován pomocí MKP modelů. Objekty vícepodlažních automobilových garáží s ocelovou nosnou konstrukcí Objekty pro parkování se umísťují v místech velkého soustředění dopravy – např. u nádraží, letišť, nákupních center, divadel, biografů, sportovních stadiónů, kancelářských a správních budov a velkých obytných komplexů. Otevřené garáže 385
musí mít do volného prostoru vedené neuzavíratelné otvory o velikosti 1/3 celkové plochy obvodových stěn rozložené tak, aby i s ochranou proti povětrnostním vlivům zajišťovaly stálé příčné odvětrání. Hromadná garáž je objekt, popř. oddělený prostor, který slouží k odstavování (odstavná garáž) nebo parkování (parkovací garáž) vozidel a má více než 3 stání. Stání jsou řazena buď u vnitřní komunikace, nebo ve více řadách za sebou na celé ploše podlaží. Hromadná garáž má zpravidla jeden vjezd. Požárně bezpečnostní řešení hromadných garáží řeší přílohy I ČSN 73 0804 [2]. Návrh tepelného zatížení Základní pravidla stanovení tepelného zatížení na ocelovou konstrukci namáhaných požárem lze popsat jak podle ČSN EN 1991-1-2 [1], tak prostřednictvím výpočetních modelů požáru. Zjednodušené modely rozvoje požáru (např. parametrické teplotní křivky) jsou vyhovující pro běžnou praxi, mají ale omezení zejména ve velikosti požárních úseků, ve velikosti požárního zatížení a rozložení tepelné energie. Zdokonalené modely uvažují přesnější rozdělení tepla a tepoty v požárním úseku. Pro stanovení tepelné odezvy stavebních konstrukcí se tak mohou využít více typů požárů jak požár v uzavřeném prostoru po celkovém vzplanutí (ve fázi plně rozvinutého požáru), tak lokální požáry v uzavřeném prostoru. Nejjednodušším modelem požáru jsou nominální teplotní křivky, které popisují závislost teploty plynů v požárním úseku na čase. Výpočty prováděné s jejich pomocí jsou snadné, ale výsledky jsou mírně konzervativní. Nominální teplotní křivky na grafu 1 vyjadřují závislosti teploty v požárním úseku pouze na době požáru.
Graf 1: Nominální teplotní křivky 386
Dokonalejším vyjádřením tepelného zatížení jsou parametrické teplotní křivky, které vyjadřují také závislost teploty na čase, ale zohledňují vlastnosti stěn požárního úseku, vliv otvorů ve stěnách a typ provozu v požárním úseku. Na rozdíl od nominálních teplotních křivek popisují tyto křivky i fázi chladnutí, kdy teplota plynů po vyhoření paliva nebo při malém přísunu kyslíku klesá. Uvedené modely popisují situace, kdy je požárem zachvácen celý požární úsek, tj. požár je ve fázi plně rozvinutého požáru. Dalším typem tepelného zatížení je model tzv. lokálního požáru, kdy v požárním úseku hoří jen na určitém místě. Tento model nejlépe odpovídá případu, kdy hoří automobil v hromadných garážích. Průběh požáru osobního automobilu závisí zejména na typu a kategorii osobního automobilu (tab. 1), možností šíření požáru přenosem tepla zářením a vlivem klimatických podmínek, zejména větrných, v okolí hromadné garáže. Tab. 1: Množství uvolněného tepla při požáru automobilů dle kategorií [3]
Kategorie
Hmotnost hořlavých materiálů (kg)
Množství uvolněného tepla (MJ)
1 Ford Fiesta, Opel Corsa, Renault Twingo, VW Polo,…
200
6000
2 Ford Escort, Opel Astra, Renault Mégane, VW Golf,…
250
7500
3 Ford Mondeo, Opel Vectra, Renault Laguna, VW Passat,…
320
9500
4 Ford Scorpio, Opel Omega, Renault Safrane,…
400
12000
5 Ford Galaxy, Opel Frontera, Renault Escape, VW Sharan,…
400
12000
Mohou nastat dva základní případy lokálních požárů podle ČSN EN 1991-1-2 [1] – plamen nezasahuje strop nebo plamen zasahuje strop. Vypočtené délky plamene Lf (m) lokálního požáru závisí na rychlosti uvolňování tepla Q (MW) a na průměru ohně D (m). Tento požáru model lze použít, jestliže je průměr ohně D ≤ 10 m a rychlost uvolňování tepla Q = 50 MW. Stanovení teploty nechráněného ocelového profilu IPE 500 za požáru Aby byla možnost posoudit vhodnost výpočtu, byl zvolen stropní nosník profilu IPE 500 (obr. 1 a 2), u kterého byl posouzen nárůst teploty za požáru. Pro tepelné namáhání ocelového prvku byly zvoleny následující požární scénáře: nominální normová teplotní křivka [1], výpočet teploty plynů zohledňuje parametr odvětrání F0 [4] a lokální požár hořícího automobilu. Parametrický průběh požáru nebyl posuzován, a to zejména pro jeho omezení ve velikosti požárního úseku, který je 500 m2, námi posuzovaný požární úsek má 2170 m2. 387
Obr. 1: Půdorys typického podlaží otevřené vícepodlažní garáže Výpočet byl zjednodušen uvažováním jednorozměrného vedení tepla a využitím vysoké tepelné vodivosti oceli. Řešen byl v časových přírůstcích Δt = 5 s dle požadavku [1] za předpokladu, že se přírůstek tepla za dobu Δt rovnoměrně rozložil do ocelového průřezu a zvýšil teplotu prvku o Δθa. Ve výpočtu byla použita křivka rychlosti uvolňování tepla při požáru automobilu nové generace, která je zobrazena v grafu 2.
Obr. 2: Řez konstrukcí otevřené vícepodlažní garáže
Graf 2: Rychlost uvolňování tepla při požáru automobilu v závislosti na čase [3] Formulace matematického modelu K výpočtům byla využívána programová aplikace založená na metodě konečných prvků. Bylo připraveno několik variant MKP modelu profilu IPE 500 s různou sítí a typem konečných prvků. Nejvhodnější a výpočtově nejstabilnější alternativa trojrozměrného modelu pro teplotní analýzu byla sestavena z dvacetiuzlových prvků SOLID 90. Tato alternativa byla vybrána pro další práce a bude dále popisována. Model se skládá z 37 504 konečných prvků se 76 723 uzly. V druhé fázi výpočtu byl konečně-prvkový model podporující teplotní analýzu konstrukce transformován na model strukturální, umožňující napěťo-deformační analýzu konstrukce. Byla provedena transformace tepelných prvků na prvky strukturální. Z důvodu jednodušší transformace byl rovněž zvolen dvacetiuzlový prvek, a to SOLID 186. 388
Okrajové podmínky a zatížení modelu Délka 3D konečně-prvkového modelu válcovaného profilu IPE 500 byla zvolena 10 m. Nosník byl exponován teplotou (požárem) ze tří stran (obr. 3), a to v úseku délky 1 m uprostřed nosníku. Pro první fázi prací byla zvolena taková konfigurace okrajových podmínek, aby model odpovídal kloubovému uložení nosníku. Na obr. 3 je rovněž zobrazeno zatížení teplotou, které bylo aplikováno do uzlů modelu.
Obr. 3: Okrajové podmínky a způsob zatížení modelu Zatížení bylo ve všech modelech zavedeno jako teplotní pro jeden zatěžovací stav. Ve 3D analýze byla úloha řešena jako nestacionární (transientní). Hodnota tepelného zatížení nosníku byla uvažována 865 °C a ve výpočtu byla aplikována v 800 zatěžovacích krocích. Okrajovými podmínkami u teplotní analýzy jsou počáteční teplota a tepelné vlastnosti materiálu a povrchu. Počáteční teplota (teplota okolí) byla stanovena na 20 °C. Materiálové vlastnosti, které jsou ovlivněny změnou teploty v ocelové konstrukci, jsou hustota, měrné teplo a tepelná vodivost. Hustota byla ve výpočtu uvažována konstantní hodnotou 7 850 kg m-3. Závislost měrného tepla na teplotě je zobrazena v tab. 2 a změna tepelné vodivosti vlivem teploty je popsána v tab. 3. Obě závislosti jsou stanoveny podle ČSN EN 1993-1-2 [5]. Tab. 2: Závislost měrného tepla oceli na teplotě Čas [min : s]
0
0:30
1:00
5:00
Teplota [°C]
20
261
349
576
Měrné teplo [J kg-1 K-1]
439,8
10:00 15:00 678
739
20:00
25:00
781
815
443,0 450,4 529,3 621,9 759,7 1003,7
389
30:00 35:00 842
865
3169,5 851,5 707,7
Tab. 3: Závislost tepelné vodivosti oceli na teplotě Čas [min : s]
0
0:30
1:00
5:00
10:00
15:00
20:00
25:00
30:00
35:00
Teplota [°C]
20
261
349
576
678
739
781
815
842
865
Tepelná vodivost [W m-1 K-1]
53,3
45,3
42,4
34,8
31,4
29,4
28,0
27,3
27,3
27,3
U strukturální analýzy umožňující získat napěťo-deformační odezvu konstrukce bylo uvažováno pouze s geometrickými okrajovými podmínkami. S nárůstem teploty dochází i ke změně mechanických vlastností oceli uvedené v ČSN EN 1993-1-2 [5]. V tab. 4 je zobrazena závislost modulu pružnosti na teplotě, se kterou bylo uvažováno ve výpočtech. Nelineární výpočet modelů konstrukce je založen na přírůstkovém řešení teplotních (deformačních, silových) účinků. Tab. 4: Závislost modulu pružnosti oceli na teplotě Čas [min : s]
0
0:30
1:00
5:00
10:00
15:00
20:00
25:00
Teplota [°C]
20
261
349
576
678
739
781
815
842
865
Modul pružnosti [Pa] x 1010
21,0
19,95
15,75
10,08
5,46
3,99
2,94
2,1
1,89
1,47
30:00 35:00
Výsledky počítačové simulace V této části příspěvku jsou prezentovány výsledky, které byly dosaženy na sestavených konečně-prvkových modelech. Při vyhodnocování výsledků jednotlivých simulací byly zohledněny nejdůležitější vypočtené parametry. V grafu 3 je zobrazen rozvoj teploty v čase ve zvoleném uzlu v dolní části průřezu nosníku (3D model). Při srovnání se zjednodušenými výpočty dle Eurokodů (graf 3) lze konstatovat, že shoda v časech od 15 minut je velmi dobrá. Věrohodné hodnoty teplot v časech pod 10 minut se užitím MKP modelu nepodařilo získat.
390
Graf 3: Rozvoj teploty ve vybraném vnitřním uzlu 3D modelu Výsledkem teplotní analýzy je rozložení teplot na modelu nosníku. Hodnoty získané tepelnou analýzou (např. teploty v uzlech) se dále použijí jako vstupní data pro analýzu strukturální. Výsledkem této analýzy pak mohou být např. průhyby nosníku nebo hlavní napětí.
Obr. 4: Rozložení teplot nosníku IPE 500
391
Obr. 5: Průhyb na nosníku IPE 500 Na obr. 4 a 5 jsou zobrazeno rozložení teploty na nosníku a průhyb nosníku. Srovnáním obou modelů vychází, že průhyb nosníku ve středu rozpětí s vlivem teploty je o řád vyšší než průhyb pouze od vlastní tíhy. Vyhodnocení výpočtů ocelového nosníku IPE 500 Pří výpočtu rozvoje teplot nechráněného ocelového profilu IPE 500, který vycházel z modelu lokálního požáru, byly hodnoty teploty plynů (pokud plameny nesahaly na strop) nebo čistého tepelného toku (pokud plameny sahaly na strop) ve srovnání s ostatními posuzovanými modely podstatně nižší. I když tento model přímo nezohledňoval faktor odvětrání, ale vycházel z hodnot rychlosti tepelného toku Q (MW), které byly stanoveny experimentálně, nejvíce se přiblížil reálnému chování ocelového nosníku otevřené parkovací garáže. Teplota nosníku v 15. minutě stanovená dle tohoto modelu měla 292 °C. Výpočtem teploty plynů přímým zohledněním faktoru odvětrání byla stanovena teplota ocelového nosníku jen o pár stupňů nižší, než byla teplota oceli stanovena normovou nominální teplotní křivkou. Výsledkem toho byla teplota ocelového nosníku v patnácté minutě 593,5 °C oproti teplotě nosníků vycházející z nominální normové teplotní křivky, která byla 599,8 °C. Rozvoj teploty nechráněného ocelového nosníku IPE 500 podle jednotlivých výpočtových metod v závislosti na čase je zobrazen v grafu 4. Kritická teplota θa,cr ocelového prvku je dle [5] stanovena v závislosti na stupni využití μ0. Při stupni využití μ0 = 0,80 je θa,cr = 496 °C a nosník vyhoví požadavku na požární odolnost 15 minut, ale ve 30. minutě je již teplota ocelového nosníku 742°C a ani při stupni využití μ0 = 0,22, kdy je θa,cr = 711 °C, tento prvek nevyhoví.
392
Graf 4: Rozvoj teploty nechráněného ocelového nosníku IPE 500 v čase Závěr V rámci řešení problematiky byl vybrán vhodný objekt vícepodlažních garáží s ocelovou nosnou konstrukcí a dle ČSN EN 1991-1-2 [1] byly navrženy tři modely tepelného zatížení. Výpočet nárůstu teploty zvoleného prvku konstrukce byl proveden na stropním nosníku profilu IPE 500 dle následujících požárních scénářů: nominální normová teplotní křivka, teplotní křivka zohledňující parametr odvětrání a lokální požár hořícího automobilu. V další fázi řešení byly vytvořeny konečněprvkové 3D modely stropního nosníku a po odladění těchto modelů byla provedena teplotní a strukturální analýza konstrukce. Takto získané výsledky byly porovnány s údaji získanými zjednodušenými výpočty dle norem a požární zkouškou a vyhodnoceny. Příspěvek byl napsán jako dílčí část projektu interního doktorského grantu (IGS 2008) „Modelování vybrané ocelové konstrukce za požáru metodou MKP“. Autoři děkují absolventce Fakulty bezpečnostního inženýrství VŠB – TU Ostrava Ing. Petře Skotnicové za přípravu některých podkladů pro tento článek. Literatura [1] ČSN EN 1991-1-2: Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-2: Obecná zatížení - Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru. ČNI, Praha, 2004. [2] ČSN 73 0804: Požární bezpečnost staveb – Výrobní objekty. Praha: ČNI, 2002. [3] ZHAO, B., KRUPPA, J. Structural Behaviour of an open car park under real fire scenarios. Christchurch: Second International Workshop Structures in Fire, 2002, pp. 337-350. [4] REICHEL, V. Požární bezpečnost staveb I. Praha, skripta VŠB, 1989. [5] ČSN EN 1993-1-2: Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1-2: Obecná pravidla - Navrhování konstrukcí na účinky požáru. ČNI, Praha, 2006. 393
Novelizovaná norma ČSN EN 13163 v souvislosti s požární klasifikací tepelně izolačních výrobků z pěnového polystyrénu Doc. Ing. Miroslava Netopilová, CSc. Fakulta bezpečnostního inženýrství, VŠB – TU Ostrava, Lumírova 13, 700 30 Ostrava E-mail:
[email protected] Anotace Článek přináší informace o vývoji norem, vztahujících se k některým vlastnostem pěnového polystyrenu, který je v České republice nejpoužívanějším tepelně izolačním materiálem. Orientuje se především na ty, které zahrnují i požárně technické charakteristiky. Klíčová slova tepelně izolační výrobky, pěnový polystyren, požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb, reakce na oheň, hoření postupujícím žhnutím Úvod Izolace jsou jednou z neodmyslitelných součástí staveb. Jejich vhodným výběrem i aplikací můžeme podstatným způsobem ovlivnit úroveň kvality celého stavebního objektu. Je známo mnoho typů izolací jak z hlediska funkce a použití, tak podle rozlišení materiálů a jejich struktury. K nejvýznamnějším izolacím staveb patří bezesporu izolace tepelné. Původně se jako tepelné izolace využívaly dostupné přírodní materiály. Teprve na začátku druhé poloviny minulého století se začaly ve větší míře objevovat materiály z plastů, které spolu s materiály na bázi vláken dnes patří mezi nejpoužívanější. Prostřednictvím vhodné izolace lze výrazně omezit tepelné ztráty, a tím dosáhnout 40 až 50% úspory energie, což při neustále se zvyšujících cenách energií je více než žádoucím efektem. Odborně provedená tepelná izolace, při použití optimálního a kvalitního materiálu, skýtá významný přínos nejen k energetickým úsporám, ale má pozitivní dopad i na životnost stavby, životní prostředí a na komfort užívání daného objektu. Kvalitní tepelná izolace totiž potlačuje vznik rizikových faktorů, které časem mohou způsobovat poruchy konstrukce nebo bujení zdravotně závadné biologické koroze, atp. Aby uplatnění izolací přinášelo náležitý efekt, musí splňovat určité parametry nejen aplikační technologie, ale i materiálového řešení.
394
Vývoj norem pro požadované vlastnosti, značení a uplatnění pěnového polystyrenu Nejčastěji používaným izolačním materiálem používaným pro tepelnou ochranu budov je v České republice pěnový polystyren (EPS), jehož výroba v posledních letech stoupá úměrně s rostoucí poptávkou (viz obr. 1). K masivnímu používání ho předurčují jeho mnohé pozitivní vlastnosti. V souladu s ČSN EN 13163 [3] jsou prioritní vlastnosti polystyrenu uváděny na tzv. příbalovém štítku každého balení. Na rozdíl od dříve platné ČSN 64 3510 [5] orientuje se ČSN EN 13163 na deklaraci a specifikaci desek z expandovaného polystyrenu, avšak nezabývá se konkrétním vymezením vlastností, značením jednotlivých typů polystyrenu a použitím ve stavebních konstrukcích. Například objemovou hmotnost nezahrnuje jako jednu z jeho podstatných vlastností. Množství [t]
Rok Obr. 1 Množství vyrobeného polystyrenu v ČR v jednotlivých letech [1] V návaznosti na tuto skutečnost definovalo Sdružení EPS ČR jedenáct základních typů vyráběných polystyrenů, které jsou uplatňovány ve stavebnictví, včetně uvedení jejich limitních vlastností a způsobu označování (viz norma sdružení č. 002/03). Jednoznačně je zde u všech typů stanovena i minimální třída reakce na oheň E, viz ČSN EN 13501-1[4] (dříve stupeň hořlavosti C1). Jelikož se jednalo o normu určenou pro poměrně úzký okruh odborníků - členů Sdružení EPS, byly v r. 2008 s obdobným zaměřením vydány normy národní: • ČSN 72 7221-1 [6], která uvádí typy stavebních konstrukcí a kategorie použití tepelně izolačních výrobků (dle ČSN EN 13162), jejich označování ve stavbě, užitné vlastnosti a rovněž i požadavky na požárně technické vlastnosti či 395
charakteristiky (např. třída reakce na oheň, index šíření plamene, odkapávání nebo odpadávání hořících hmot). Tato norma poskytuje možnost jednotným způsobem určit typ stavební konstrukce, pro kterou je vodné izolaci použít; • ČSN 72 7221-2 [7], která nahrazuje národní přílohu ČSN EN 13163:2002/ Z1:2008. Mimo jiné stanovuje požadované hodnoty vlastností tepelně izolačních výrobků z EPS (viz ČSN EN 13163) a jejich úrovní. Rovněž stanovuje typy polystyrenu včetně rozlišení barevným kódem, což eliminuje riziko záměny různých druhů těchto výrobků. ČSN EN 13163 Pro určení požadavků na průmyslově zhotovené výrobky z pěnového polystyrenu, používané pro tepelnou izolaci budov (mimo výrobky s deklarovaným tepelným odporem nižším než 0,25 m2•K/W nebo s deklarovaným součinitelem tepelné vodivosti vyšším než 0,060 W/(m•K) při 10 °C), je v současnosti platná ČSN EN 13163:2002. Obsahuje postupy zkoušení, hodnocení shody, označování a popisuje charakteristiky EPS výrobků. Nestanovuje však požadovanou úroveň dané vlastnosti, které musí výrobek dosáhnout, aby se prokázala jeho vhodnost pro konkrétní použití. Netýká se rovněž funkčních vlastností systémů, jejichž jsou výrobky EPS součástí. Proti předchozí ČSN 64 3510:1986 stanoví požadavky a postupy na zkoušení: - rozměrové stability při určené teplotě a vlhkosti vzduchu, - deformace při určených podmínkách teploty a relativní vlhkosti vzduchu, - dotvarování tlakem, - dlouhodobé navlhavosti při difuzi, - odolnosti proti střídavému zmrazování a rozmrazování, - dynamické tuhosti a stlačitelnosti. ČSN EN 13163 uvádí úrovně a třídy vlastností spolu s novým způsobem kódového značení. Stanoví minimální četnosti zkoušení a umožňuje při znalosti příslušných korelačních vztahů aplikaci nepřímých metod zkoušení. Zavádí nové typové označení výrobků podle hodnot napětí v tlaku při 10% stlačení, pevnosti v tahu, pevnosti v ohybu, rozměrové stability, nasákavosti atd. Četnost stanovení třídy reakce na oheň u výrobků z pěnového polystyrenu V ČSN EN 13163 je pro určení třídy reakce na oheň u výrobků z EPS uvedena ČSN EN 13501-1 spolu s konkrétními zkušebními metodami. V návaznosti na jednotlivé třídy reakce na oheň a dané normy pro jejich zkoušení, stanovuje i minimální četnost provádění těchto zkoušek (viz tab. 1).
396
Tab. 1 Minimální četnost zkoušek pro stanovení třídy reakce na oheň [3] Třída reakce na oheň
Minimální četnost zkoušenía Přímé zkoušení b, c
Nepřímé zkoušení d, e Složkyf, g Výrobek
A1
A2
Podstatné (EPS)
Nepodstatné (povlaky)
Zkušební metoda
Četnost
Zkušební Četnost metoda
Zkušební metoda
Četnost
EN ISO 1182 a EN ISO 1716 (a EN 13823)
1 za 2 roky a nepřímé zkoušení
-
ztráta žíháním
1 za 4 h buď ztráta žíháním nebo spalné teplo
EN ISO 1182 nebo EN ISO 1716 (a EN 13823)
1 za 2 roky a nepřímé zkoušeni
-
1 za měsíc nebo 1 za 2 roky a nepřímé zkoušení 1 za denh
-
B.C,D EN 13823 a EN ISO 11925-2
-
-
Zkušební metoda
Četnost 1 za 4 h 1 za 4 h
objemová 1 za 1 h hmotnost hmotnost plošné jednotky
1 za 1 h
ztráta žíháním
1 za 4 h 1 za 4 h
1 za 4 h buď ztráta žíháním nebo spalné teplo
objemová 1 za 1 h hmotnost hmotnost plošné jednotky
1 za 1 h
-
-
-
EN ISO 11925-2
1 za den h
objemová 1 za 2 h hmotnost hmotnost plošné a tloušťka jednotky
1 za den
-
-
-
-
-
-
-
-
E
EN ISO 11925-2
1 za den h
-
-
-
-
-
-
F
-
-
-
-
-
-
-
-
a. Minimální četnosti měření pro vyhodnocení výsledků jsou minimem pro každou výrobní linku pří stálých podmínkách. K četnosti zkoušek uvedených výše je třeba přidat opakování příslušných zkoušek výrobku, když se uskuteční změny nebo modifikace, které mohou ovlivnit shodu výrobku. b. Přímé zkoušení může být provedeno buď třetí stranou, nebo výrobcem. c. Přímé zkoušení může být také provedeno zkouškou v rohu místnosti („Room – corner test“) podle ISO 9705: 1993 Požární zkouška - Zkouška zařízení ve skutečném rozměru (Fire test - Full scale room test for service products). d. Nepřímé zkoušení lze provádět pouze tehdy, jedná-Ii se o výrobek spadající do systému 1 prokazování shody reakce na oheň, nebo v připadě, že notifikovaná osoba ověřila souvztažnost k přímému zkoušení. e. Nepřímé zkoušení se provádí buď na výrobku, nebo na jeho součástech. f. Definice uvedená v Rozhodnutí komise 2000/147/ES o klasifikaci reakce stavebních výrobků na oheň (Euroclasses Decision, 2000/147/EC): Podstatná složka: Materiál, který vytváří významnou část nestejnorodého výrobku. 397
Vrstva o plošné hmotnosti ≥ 1,0 kg/m2 nebo o tloušťce ≥ 1,0 mm se pokládá za podstatnou součást. Nepodstatná složka: Materiál, který nevytváří významnou část nestejnorodého výrobku. Vrstva o plošné hmotnosti < 1,0 kg/m2 a tloušťce < 1,0 mm se pokládá za nepodstatnou součást. g. V případě, že složka je certifikována, zkouší se jednou při dodání složky. h. V případě, že surovina je certifikována, je četnost zkoušek jednou za týden. Spolu s dalšími údaji stanovuje norma ČSN EN 13163 i nutnost udání třídy reakce na oheň buďto na štítku nebo přímo na výrobku či na obalu výrobku. Závěr - novelizovaná ČSN EN 13163 V roce 2009 se předpokládá nové vydání ČSN EN 13163, které v oblasti požární bezpečnosti obsáhne rozšíření o následující doplňky: • v části Požadavky pro všechny aplikace bude norma rozšířena o článek Charakteristiky životnosti, kde je zahrnuta i „Stálost reakce na oheň při stárnutí/ degradaci“. Předpokládá se zde, že třída reakce na oheň výrobků z EPS zůstává původní a nemění se s časem; • v souladu s evropským standardem EN 13 163:2008 bude i v ČSN EN 13163 v části Požadavky pro specifické použití doplněn článek 4.3.16 Hoření postupujícím žhnutím. Hoření postupujícím žhnutím je nově zavedená charakteristika, pro jejíž stanovení je nyní v CEN/CT 127 vyvíjená zkušební metodika. Dosud ale není k dispozici ani její návrh, přestože by měla být součástí nejen EN 13163, ale i širšího okruhu platných norem, realizovaného CEN/TC 88 Tepelně izolační materiály a výrobky. Jedná se zejména o soubor platných norem EN 13162 až EN 13171. Ve všech těchto evropských normách je uvedeno, že budou příslušně doplňovány, jakmile bude metoda dostupná. Je však zcela pravděpodobné, že v době vydání novelizované ČSN EN 13163 zkušební metoda známá nebude. Výrobky z EPS jsou v podstatě organickým materiálem, jehož typickým projevem tepelné degradace či hoření není žhnutí. Nelze proto předpokládat, že ověřování hoření postupujícím žhnutím bude pro doplnění souboru požárně technických charakteristik a pro požární klasifikaci tepelně izolačních výrobků z pěnového polystyrénu metodou relevantní. Pro vydání novelizované ČSN EN 13163 nebude tudíž existence této zkušební metody nezbytná. Seznam použité literatury: [1] VÖRÖS, F.: Plasty a tepelné izolace budov. Odborný časopis Tepelná ochrana budov 1/2009, ČKAIT, 2009, ISSN 1213-0907; [2] ČSN EN 13162:2002 Tepelně izolační výrobky pro stavebnictví - Průmyslově vyráběné výrobky z minerální vlny (MW) – Specifikace;
398
[3] ČSN EN 13163:2002 Tepelně izolační výrobky pro stavebnictví - Průmyslově vyráběné výrobky z pěnového polystyrenu (EPS) – Specifikace; [4] ČSN EN 13501-1 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb - Část 1: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň; [5] ČSN 64 3510:1986 Plasty. Desky z pěnového polystyrenu (již neplatná); [6] ČSN 72 7221-1:2008 Tepelně izolační výrobky pro použití ve stavebnictví – část 1: Typy konstrukcí a kategorie použití; [7] ČSN 72 7221-2:2008 Tepelně izolační výrobky pro použití ve stavebnictví – část 2: Průmyslově vyráběné výrobky z pěnového polystyrenu (EPS).
399
Štúdium rýchlosti odhorievania etanolu Ing. Miroslav Novotný, Doc. Ing. Ivana Tureková, PhD. Ústav bezpečnostného a environmentálneho inžinierstva, Materiálovotechnologická fakulta Slovenská technická univerzita E-mail:
[email protected],
[email protected] Abstrakt Medzi požiarno-technické parametre zaraďujeme aj rýchlosť odhorievania horľavých látok. Je dôležitou veličinou aj pri modelovaní požiarov. Horenie horľavých kvapalín, charakterizované rýchlosťou odhorievania, je zložitý proces, ovplyvňovaný množstvom faktorov. Sú to geometria nádoby, fyzikálne a chemické vlastnosti kvapaliny, odvetranie, povaha hraničiacich materiálov a ďalšie. Štúdium rýchlosti odhorievania etanolu a jej závislosť od rozmerov nádoby a výšky hladiny kvapaliny je predmetom predkladaného príspevku. Kľúčové slová horľavá kvapalina, rýchlosť odhorievania, rozmery nádoby Úvod Jeden z najzákladnejších a najdôležitejších údajov, ktoré charakterizujú horenie horľavých kvapalín, je rýchlosť odhorievania. Tento parameter sa využíva pri hodnotení horenia horľavých kvapalín. V odbornej literatúre sú veľakrát uvedené rôzne rýchlosti odhorievania tej istej látky. Pod tieto rozdiely sa podpisuje nejednotná metodika stanovenia tohto parametra. V tabuľke č. 1 sú uvedené rozdielne hodnoty rýchlosti odhorievania metanolu a etanolu rôznych autorov. Vzhľadom k významnosti tohto parametra je dôležité určiť jednotnú metodiku jeho stanovenia. Tabuľka č.1 Rýchlosti odhorievania etanolu a metanolu podľa rôznych autorov [1,2,3]
ETANOL METANOL
Hmotnostná rýchlosť odhorievania [kg.m-2.sec-1]
Autor
0,015
[1]
0,020
[2]
0,016
[3]
0,017
[1]
400
Rýchlosť odhorievania kvapalín je definovaná ako množstvo kvapaliny odhorenej za jednotku času. Určujú sa dve základné rýchlosti odhorievania (horenia) - lineárna a hmotnostná. Hmotnostná rýchlosť odhorievania je definovaná ako hmotnosť kvapaliny [g, kg] odhorenej za jednotku času [min, h] z jednotky povrchu [cm2, m2] [4]. Lineárna rýchlosť odhorievania je definovaná ako výška vrstvy [mm, cm], ktorá odhorí za jednotku času [min, h] [4]. Rýchlosť odhorievania je závislá aj od množstva tepla, ktoré príjme kvapalina za časovú jednotku [5]. Prevažná časť tepla plameňa je uvoľnená do okolia a zvyšok je pohltený horiacou kvapalinou. Prenos tepla z pásma horenia na povrch kvapaliny je prostredníctvom žiarenia a prúdenia. Prenos tepla pomocou prúdenia je pri veľkých priemeroch minimálny vzhľadom na prúdenie vzniknutých splodín horenia, ktoré prúdia zvislo hore. Pri priblížení zdroja plameňa sa začne v danom mieste priblíženia vplyvom teploty od zdroja rýchlejšie odparovanie a vzniká horľavá zmes [4]. Zo vzniknutého plameňa sa za vhodných podmienok následne vytvorí dostatočné teplo na udržanie plameňa a pokračovanie procesu horenia. Ak sa zvýši tepelné žiarenie na hladinu kvapaliny, zväčší sa aj množstvo dodávaných pár a dochádza k zmene plameňa na turbulentný. Je všeobecne známe, že čím väčší je dodaný objem paliva, tým je väčšia rýchlosť uvoľňovania tepla a aj vyššia výška plameňa [6]. Experimenty v prvotných dobách výskumu dokázali, že existujú dva základné režimy horenia: 1. mechanizmus žiarenia pre veľké priemery, 2. mechanizmus prúdenia pre malé priemery [7,8]. Priemery vytvorenej horľavej kvapaliny (priemery kaluže ďalej označené písmenom D) sa môžu rozdeliť podľa vzniknutého druhu plameňa do troch skupín [9]: 1. D < 3 cm, v tomto prípade je plameň laminárny, hodnota klesá s rastúcou hodnotou D, 2. D > 100 cm, vzniká turbulentné horenie, spaľovacia rýchlosť je nezávislá od D, 3. 3 cm < D < 100 cm, je možné stretnúť sa s oboma druhmi plameňa, tento stav je charakterizovaný ako premenný [10]. Rýchlosť odhorievania Rýchlosť odhorievania je zložitý proces, ktorý je ovplyvnený množstvom faktorov, ktoré do výraznej miery ovplyvňujú túto rýchlosť (obrázok č.1).
401
Obr. 1 Vplyv faktorov na rýchlosť odhorievania Rýchlosť odhorievania je jedna z hodnôt, ktorú potrebujeme pre výpočet ďalších potrebných údajov pri horení horľavých kvapalín (obrázok č. 2). Výpočtom možno získať hodnoty, ktoré majú praktické využitie pri hodnotení horenia horľavých kvapalín.
Obr. 2 Následnosť krokov pri výpočte hodnotiacich parametrov horenia kvapaliny [1] Rýchlosť odhorievania sa používa aj pri výpočtoch a simuláciách horenia a požiaroch horľavých kvapalín. Pre výpočet požiaru horľavej kvapaliny je potrebné poznať nasledovné informácie [1]: - typ paliva, - priemer kaluže, - množstvo rozliatej látky. 402
Výpočet rýchlosti odhorievania Na výpočet hmotnostnej rýchlosti odhorievania sú známe viaceré korelácie. Tieto korelácie závisia a navzájom sa odlišujú v množstve vstupných informácii v závislosti od druhu horľavej kvapaliny a od veľkosti priemerov vytvorenej kaluže (obrázok č. 3).
Obr. 3 Rýchlosť difúzneho horenia dvoch horľavých kvapalín [11] V našom prípade sme použili korelácie autorov [1]: (1)
kde V D ν
objem kvapaliny [galón, m3], priemer kaluže [m], lineárna rýchlosť odhorievania [m.s-1].
403
Vynásobením rýchlosti horenia hustotou získame hmotnostnú rýchlosť odhorievania: (2) kde ρpq v
hustota kvapaliny [kg.m-3], lineárna rýchlosť odhorievania [m.s-1].
Z pohľadu protipožiarnej ochrany je dôležitý ukazovateľ zníženie hladiny kvapaliny počas požiaru (od jeho vzniku až po jeho zahasenie), vypočítaný podľa vzťahu [3]: (3) kde h v ρ
pokles hladiny [cm], hmotnostná rýchlosť odhorievania [kg . m-2.h-1] hustota kvapaliny [g. cm-3].
Tieto hodnoty platia pre prípad bezvetria a pri minimálnom prehrievaní kvapaliny [3]. Experimentálna časť Určenie závislosť rýchlosti odhorievania od času V experimente bola použitá oceľová nádoba s vnútorným priemerom 53 mm, hrúbka stien bola 3 mm a výška nádoby 30 mm. Na analytických váhach bol sledovaný čas odhoretia 1 gramu denaturovaného liehu (98 % etanolu) z rôznych hmotností náplne 10, 20, 30, 40 a 50 gramov. Základné požiarno-technické, fyzikálne a chemické vlastnosti použitého denaturovaného liehu sú uvedené v tabuľke č. 2. Experiment prebiehal v laboratórnych podmienkach, t.j. prúdenie vzduchu bolo zanedbateľné, teplota prostredia bola 26 ˚C. Pary boli zapaľované liehovým kahanom vo výške 3 – 4 cm nad hladinou. Rýchlosť odhorievania bola ovplyvnená prestupom tepla a výškou hladiny kvapaliny, čo bol hlavný sledovaný parameter.
404
Tabuľka č. 2 Základné požiarno-technické, fyzikálne a chemické vlastnosti denaturovaného liehu Vzhľad pri 20°C
kvapalina bez farby
Zápach (vôňa)
charakteristický alkoholový
Teplota varu a destilačné rozpätie
78,3 °C
Teplota vzplanutia
14 °C
Horľavosť
veľmi horľavý
Výbušné vlastnosti
horná medza výbušnosti (% obj): 20,5 dolná medza výbušnosti:(% obj.): 3,9
Relatívna hustota (pri 20 °C)
cca. 0,789 g/cm3
Rozpustnosť
- vo vode neobmedzená - v iných rozpúšťadlách: neuvádza sa
Rozdeľovací koeficient n-oktanol/voda 0,31 Viskozita pár (pri 100 °C)
109.10 -7 Pa.s
Relatívna hustota pár (vzduch=1):
1,6
Bod tuhnutia
- 114,1°C
Bod vznietenia
415 °C
Bod horenia
29 °C
Na obrázku č. 4 a) - e) je zobrazená závislosť času od iniciácie horľavých pár na povrchu kvapaliny a od hmotnostnej, lineárnej rýchlosti odhorievania pre náplne 50, 40, 30, 20, 10 g. Náplň 50 g je naplnená až po okraj nádoby.
a)
b)
405
c)
d)
e) Obr. 4 Závislosť času od iniciovania vzhľadom na hmotnostnú a lineárnu rýchlosť odhorievania a množstva HK: a) 50 g; b) 40 g; c) 30 g; d) 20 g; e) 10 g Porovnanie hmotnostných rýchlostí odhorievania rôzne naplnených nádob (náplne 10, 20, 30, 40 a 50 g) v závislosti na čase od iniciácie (obrázok č. 5). Tieto body boli aproximované prostredníctvom programu Excel polynomickým radom 5.
Obr. 5 Závislosť času iniciácie od hmotnostnej rýchlosti odhorievania rôznych náplní 406
Na obrázku č. 5 sú po aproximácii dve maximá rýchlosti odhorievania, ktorých vzájomná výška sa mení v závislosti od množstva horľavej kvapaliny. Pri náplniach 20, 30, 40, 50 g druhé maximum vykazuje takmer rovnaké hodnoty. Pri 10 g je maximum sledovanej závislosti dominantné, čo súvisí s dĺžkou času od iniciácie a prestupom tepla. Hlavný rozdiel medzi iniciáciou horľavej kvapaliny pri naplnení nad polovicu a pod polovicu nádoby je schematicky znázornený na obrázku č. 6. Výška, tvar plameňa závisí hlavne od rýchlosti tvoriacich sa pár a prístupu kyslíka do procesu horenia. V prvom prípade je nádoba naplnená po okraj a dochádza k iniciácii jej náplne, plameň má dokonalý prístup ku kyslíku, naopak, ak nádoba je naplnená do polovice, plameň má obmedzený príjem kyslíka, ale teplo prestupuje a ohrieva horľavú kvapalinu aj cez steny nádoby. Postupne v čase T2 vidíme, že plameň oboch nádob sa dostane skoro na tú istú úroveň, čo je spôsobené zníženou rýchlosťou tvorby pár a vytlačením plameňa na povrch nádoby.
Obr. 6 Schematické znázornenie výšky plameňa nad hladinou horľavej kvapaliny v rôznych časoch od iniciovania pár kvapaliny V tabuľke č. 3 sú uvedené priemerné rýchlosti odhorievania pri rôznych hmotnostiach náplne denaturovaného liehu v oceľovej nádobe s vnútorným priemerom 53 mm. Tabuľka č. 3 Priemerné hmotnostné rýchlosti odhorievania rôznych náplní horľavej kvapaliny Hmotnosť náplne horľavej kvapaliny [g]
Hmotnostná rýchlosť odhorievania [kg.m-1.s -2]
10
0,00941
20
0,00941
30
0,00911
40
0,00889
50
0,00941 407
Pri jednotlivých pokusoch bolo zistené, že hmotnostná rýchlosť má rovnakú hodnotu, ale pri náplni horľavej kvapaliny s hmotnosťami 30 a 40 g boli rýchlosti nižšie. Daná skutočnosť je pravdepodobne spôsobená práve prestupom tepla cez steny nádoby a absorbovaním tohto tepla kvapalinou. Obrázok č. 7 môžeme rozdeliť na tri časti. Prvá časť súvisí s rozhorievaním kvapaliny, plameň je nestabilný, jeho výška je minimálna, súvisí to s prestupom energie - energiu odovzdáva nádobe, kvapaline a okoliu. Táto časť je ovplyvnená chemickým zložením kvapaliny, teplotou prostredia a kvapaliny a nádoby. Druhá časť grafu súvisí zo zvyšovaním teploty a rýchlosti pár, pokles je spôsobený zvírením plameňa nad povrchom kvapaliny, zmení sa podiel prestupu tepla cez steny nádoby a žiarením. Tretia časť je pomerne stabilná kvapalina, dosiahla maximálnu teplotu, pri ktorej sa tvorí konštantné množstvo pár a konštantná je aj ich rýchlosť prúdenia.
Obr. 7 Graf náplne etanolu s hmotnosťou 30 g rozdelený do zón
Obr. 8 Správanie sa plameňa v rôznych časových sekvanciách (náplň 30 g) 408
Na obrázku č. 8 je znázornený priebeh a tvar plameňa od času. Obrázok a) v čase t = 10 s od iniciácie patrí do zóny I. Pomaly prechádza do tvaru b) a c), ktoré sa striedajú, takýto nepokojný plameň je taktiež aj v zóne II. Kde sa stabilizuje plameň a nadobúda tvar d), ktorý sa nachádza vo väčšine zóny III. Obrázky e) a f) patria procesu ukončovania horenia. Záver Rýchlosť odhorievania je výraznou mierou ovplyvňovaná množstvom vonkajších, ale aj vnútorných faktorov. Tieto faktory len poukazujú na zložitosť problematiky horenia kvapalín. Absencia jednotnej metodiky stanovenia rýchlosti odhorievania len poukazuje na medzery, ktoré výraznou mierou ovplyvňujú výpočty a hodnotenia správania sa horľavých kvapalín. Význam horľavých kvapalín narastá úmerne s ich čoraz väčším využívaním v bežnom živote a priemysle. Práve preto je potrebné venovať sa danej problematike a bližšiemu skúmaniu procesu horenia horľavých kvapalín a rôznych parametrov, ktoré majú vplyv na ich horenie s cieľom predvídať ich správanie a pripravenosť na zdolávanie havarijných stavov pri požiaroch. Tento príspevok bol podporovaný Ministerstvom školstva a Grantovou agentúrou VEGA v projekte číslo 1/0488/08: Enviromentálne dopady hasiacich pien pri hasení požiarov v prírode. Literatúra [1] Babrauskas, 2002, © SFPE. Naeem Iqbal, Mark Henry Salley, Fire Dynamics Tools (FDTs):Quantitative Fire Hazard Analysis Methods for the U.S. Nuclear Regulatory Commission Fire Protection Inspection Program, U.S. Nuclear Regulatory Commission, Washongton D.C.2004 [2] KVARČÁK Miloš, Základy požárny ochrany, SPBI Ostrava 2005 [3] RENHARDT, H., KIRCHHOLF, E. Hořlavé kapaliny. 1976 [4] DĚMIDOV P. G, Hoření a vlastnosti hořlavých látek, ČSSPO Praha, 1966 [5] DĚMIDOV P. G., SAUŠEV V., Gorenie a svojstva gorjučich věščestv, Moskva VIPTŠ MVD CCCP, 1975 [6] Anthony HAMINS, Takashi KASHIWAGI, Robert R. BURCH , CHARACTERISTICS OF POOL FIRE BURNING, American Society for Testing and Materials (ASTM), Philadelphia USA, 1996. [7] HOTTEL, H. C., Review – Certain Laws Governing Diffusive Burning of Liquids, by Blinov, V. I., Khudiakov, G. N., Fire Research Abstracts and Review, 1 (1958), pp. 41-44 [8] NAKAKUKI, A., Heat Transfer Mechanisms in Liquid Pool Fires, Fire Safety Journal, 23 (1994), 4, pp. 339-363
409
[9] KOSEKI, J. A., GRITZO, L. A., KENT, L. A., WIX, S. D., Actively Cooled Calorimeter Measure-ments and Environment Characterization in a Large Pool Fire, Fire and Materials, 20 (1996), 2, pp. 69-78, [10] J.-Y. Chen, Pool Fire and Fire Storms, dostupné na : http://www.me.berkeley. edu/ME140/F07/lab-F07/Lab7.pdf (10.12.2008) [11] M. G. ZABETAKIS and D. S. BURGESS, RESEARCH ON THE HAZARDS ASSOCIATED WITH THE PRODUCTION AND HANDLING OF LIQUID HYDROGEN, report of investigations 5707, UNITED STATES DEPARTMENT OF THE INTERIOR Fred A. Seaton, Secretary
410
Určenie času evakuácie osôb v budovách Ing. Juraj Olbřímek, PhD. Stavebná fakulta STU Bratislava, Radlinského 11, 813 68 Bratislava E-mail:
[email protected] Abstrakt Autor článku posudzuje súčasný stav a trendy výpočtu času evakuácie osôb v Slovenskej republike. Analyzuje vstupné údaje pre výpočet času evakuácie. Kľúčové slová požiarna ochrana, evakuácia osôb, rýchlosť evakuácie Úvod Bezpečná evakuácia osôb pri požiari a havárii je jednou zo základných požiadaviek požiarnej bezpečnosti stavieb. Od roku 2000 sa v Slovenskej republike počíta predpokladaný čas evakuácie po únikových cestách, vo všetkých rozhodujúcich stavbách. Výnimku tvoria niektoré obnovy stavieb, kde sa povoľuje iný postup a výnimočne sa nepočíta čas evakuácie a je obmedzený maximálny počet evakuovaných osôb, maximálna dĺžka a minimálna šírka únikovej cesty. Dovolený čas evakuácie osôb Súčasné poznatky podľa ISO/TR 13387-8 [1] v zahraničí venujú veľkú pozornosť analýze času dostupného pre evakuáciu ASET – Available Safe Egress Time. Na základe analýzy jednotlivých časových úsekov je tento čas možné popísať ako súčet časov podľa obrázku 1. Čas pred zahájením pohybu závisí nielen od návrhu únikových ciest, fyzických a mentálnych schopností osôb, ale aj od správania sa osôb, sociálnych väzieb osôb a psychológie osôb pri požiari. Tento dostupný čas pre evakuáciu osôb musí byť kratší ako potrebný bezpečný únikový čas osôb RSET - Required Safe Egress Time. Závislosti medzi týmito analyzovanými časmi je možné znázorniť ako je na obrázku 1 [2]. V Slovenskej republike naproti tomu musí byť predpokladaný čas evakuácie osôb menší, najviac rovný dovolenému času evakuácie osôb únikovou cestou: (min)
411
[1]
A teda je obdobné kritérium pre porovnávanie času evakuácie osôb, avšak predpisové kritérium. Dovolený čas evakuácie osôb tud závisí len na jednom kritériu, a to: • súčiniteli horľavých látok a, podľa počtu únikových ciest 1 alebo viac pre nevýrobné stavby alebo • na pravdepodobnosti vzniku a rozšírenia požiaru p1 a počte únikových ciest 1 alebo viac pre výrobné stavby. Súčiniteľ horľavých látok a sa mení v intervale od 0,7 do 1,3 a pravdepodobnosť vzniku a rozšírenia požiaru p1 v intervale od 0,55 do 2,70. Žiadne iné ostatné parametre nemajú vplyv na dovolený čas evakuácie osôb únikovou cestou v Slovenskej republike. V zahraničných modeloch sa pre rozvoj požiaru používa ako najjednoduchší model - lokálny požiar ako je u nás zavedený v STN EN 1991-1-2, ktorý rozoznáva 4 etapy kvadratického rozvoja požiaru alebo dvoj zónové modely.
Obrázok 1 – Zjednodušená schéma postupových časov vyskytujúcich sa pri porovnaní času evakuácie osôb s dostupným bezpečným evakuačným časom osôb Predpokladaný čas evakuácie osôb V zahraničí sa neuvažuje v nových simuláciách evakuácie osôb len z časom pohybu po únikovej ceste ako predpokladaným časom evakuácie, ale zavádza sa pred evakuačný čas ako čas, ktorý odďaľuje vlastnú evakuáciu osôb po únikovej ceste a vyžaduje zvláštnu analýzu. Ide o čas spozorovania a čas zareagovania osôb. Čas 412
detekcie a čas poplachu sú známe časy vyplývajúce z kvantity a kvality technického vybavenia budov ako sú elektrická požiarna signalizácia, požiarna húkačka, evakuačný rozhlas a inteligentný riadiaci systém havarijných stavov, CCTV a pod. Hranica vydržateľnosti predstavuje ohraničenie, keď dochádza k nevratnému poškodeniu zdravia alebo smrti evakuovaných osôb a jeho určenie sa môže nastaviť bezpečne na hodnoty, keď nedochádza k poškodeniu zdravia škodlivinami ako sú teplo (povrchové teploty, sálanie a vedenie tepla do okolia lokálneho požiaru), plameň a dym (dráždivé a toxické plyny, pary a nepriehľadný dym). V bežných prípadoch sa môžu používať i najvyššie nárazové limity v pracovnom prostredí pre určený čas. Predpokladaný čas evakuácie osôb v Slovenskej republike je určený len ako čas pohybu osôb po únikovej ceste zjednodušeným modelom. Jeden z prvých jednoduchých vzťahov odvodil Togawa z Japonska [3] a na základe tohto vzťahu vznikla súčasná rovnica podľa STN 92 0201-3 [4]. Predpokladaný čas evakuácie osôb tu sa určuje podľa rovnice: [min] Kde tu lu vu E s Ku u
(2)
predpokladaný čas evakuácie osôb v minútach (min); dĺžka únikovej cesty v metroch (m); rýchlosť pohybu osôb v metroch za minútu (m.min-1); počet evakuovaných osôb bez rozmeru; súčiniteľ podmienok evakuácie osôb bez rozmeru; jednotková kapacita únikového pruhu v počte osôb za minútu (min-1); započítateľný počet únikových pruhov bez rozmeru.
Posúdenie jednotlivých projektových parametrov Odvodená jednoduchá rovnica má dva členy prvý vypočítava čas na prekonanie 0,75 násobku vzdialenosti k východu a druhý člen určuje dobu potrebnú na prechod všetkých osôb východom. Najpresnejšie zodpovedá model pohybu osôb komunikáciou s určenou šírkou s homogénnou hustotou osôb vstupujúcich do únikovej cesty – obrázok 2.
413
Obrázok 2 – Antropologické údaje osôb pre východové otvory podľa NFPA 101 Počet osôb Počet osôb je určený normou STN 73 0818. Norma platí vyše 30 rokov a niektoré hodnoty by vyžadovali podrobnejšiu analýzu a zmeny. Norma je už niekoľko rokov v príprave na zmenu. Plocha pripadajúca na jednu osobu Pôdorysná plocha osoby je údaj, ktorý je možné zistiť štatisticky s určitým percentilom – obrázok 2. Vo svojej hasičskej praxi som sa stretol s evakuáciou osôb, ktorí sa nemohli evakuovať cez otvory o šírke jeden a pol únikového pruhu cca 800 mm. Evakuácia invalidov a pacientov vyžaduje vo všeobecnosti nielen väčšiu šírku únikovej cesty, ale aj ďalšie opatrenia. Osoba na invalidnom vozíku pri nesprávnej evakuácii v panike na úzkych únikových cestách môže pohyb osôb na únikovej ceste zastaviť a vyriešenie evakuácie osôb s obmedzenou schopnosťou pohybu vyžaduje vždy počítať s týmito osobami už v návrhu evakuácie. Percento osôb s obmedzenou schopnosťou pohybu vo verejnej budove môže prekročiť i 10 %.
414
Ak sa neuvažuje s tvarovými zmenami alebo so stlačovaním môžeme plochu osoby vyjadriť nasledovne: • Plochu pripadajúcu na jednu osobu je možné pôdorysne zjednodušene stanoviť ako kružnicu s priemerom 520 mm, alebo elipsu s hlavnou polo osou 520 mm a vedľajšou polo osou 260 mm alebo ešte presnejšie. Ak plochu osoby zjednodušene vyjadríme ako obdĺžnik potom je táto plocha Fosoby = 0,1352 m2 a pri započítaní bezpečnostného súčiniteľa o = 1,5 potom je Fosoby = 0,200 m2. Aby sme predišli panikovej situácii sa volí plocha obsadená osobou Fosoby = 0,250 m2. Pri tejto ploche môže sa predpokladať, že nedochádza k priamemu kontaktu osôb, vyvolaniu tlakov medzi sebou navzájom a k deformácii tiel osôb. Pri odvodení rovnice (2) sa vychádzalo z rovnomerného homogénneho pohybu osôb, najmenej v klasickom zástupe, dvojstupe alebo viacstupe, kde osoby sú zhustené vedľa seba na šírku únikovej cesty, ale správnejšie vo vystriedanom dvojstupe, trojstupe alebo viacstupe, ktorý je charakteristický pre schody alebo priestory s obojstranným zábradlím a osoby sa pohybujú voľnejšie na tej istej ploche – obrázok 3. Na základe týchto zjednodušení je zadefinovaná základná šírka únikovej cesty jedným únikovým pruhom rovným 550 mm a jej zväčšovanie pol násobkom únikovej cesty. Avšak podľa nových STN EN je základná šírka únikových východov stanovená šírkou 850 mm z dôvodu, že pri bezpečnom úniku potrebujú pohybujúce sa osoby okolo seba voľný priestor a tiež, že sa zvýšil percentil osôb, ktoré musia bezpečne prejsť únikovou cestou aj o osoby s fyzickým a duševným postihnutím. Dĺžka únikovej cesty Dĺžka únikovej cesty je v národnom modeli určená určením najvzdialenejšieho začiatku únikovej cesty a konca únikovej cesty. Samostatne sa však posudzujú: • Nechránená úniková cesta, • čiastočne chránená úniková cesta a • chránená úniková cesta jednotlivých typov – pozri obrázok 4. Všetky vetvené únikové cesty sa pri jednoduchom posudzovaní menia na túto základnú líniovú modelovú schému – obrázok 4. Norma však umožňuje posudzovať únikovú cestu po jednotlivých častiach ako vetvenú, so súčasnou alebo postupnou evakuáciou, avšak pre potrebu ďalších opatrení a podrobnosť posudzovania sa uvedené v praxi používa výnimočne. Uvedené má za následok, že doba potrebná na prechod osôb otvorom cez nechránenú únikovú cestu, čiastočne chránenú únikovú cestu a chránenú únikovú cestu sa pri jednoduchej schéme v priamej nadväznosti počíta tri krát. Uvedený nedostatok čiastočne odstraňuje možnosť podrobnejšieho výpočtu pomocou vetvených schém smerujúcich k východu.
415
Obrázok 3 – Zjednodušená schéma pohybu osôb v zástupe Začiatok únikovej cesty v najvzdialenejšom mieste je iba v prípade, ak nie je z dôvodu výnimky určený začiatok východovými dverami z miestnosti alebo súboru miestností o stanovenom počte osôb do 40 osôb, ploche miestností do 100 m2 a vnútornej únikovej vzdialenosti do 15 metrov. Úniková cesta vo všeobecnosti je tiež uvažovaná na strane bezpečnosti ako 0,75 násobok celkovej dĺžky pri homogénnom rozložení unikajúcich osôb okolo únikovej cesty. Uvedené však vyhovuje len pri rovnomernom rozmiestnení osôb v posudzovanom priestore a čiastočne chránená úniková cesta a chránená úniková cesta sa počítajú celkovou dĺžkou. Z uvedeného vyplýva, že sa neuvažuje vždy z maximálnou dĺžkou únikovej cesty, ani optimálnou dĺžkou a len niekedy so skutočnou dĺžkou únikovej cesty.
Obrázok 4 – Líniová a vetvená schéma nadväzných únikových ciest: Nechránená úniková cesta, čiastočne chránená úniková cesta a chránená úniková cesta 416
Rýchlosť a kapacita únikovej cesty Určenie rýchlosti a kapacity únikovej cesty vychádza z váženej priemernej rýchlosti pohybu osôb a hraničnej bezpečnej hustoty osôb na únikovej ceste pozri obrázok 5. Neuvažuje sa v tomto jednoduchom modeli so zmenami rýchlosti, ani hustoty počas evakuácie osôb. Neuvažuje sa, že nastane zhusťovanie osôb na únikovej ceste a teda zníženie kapacity z dôvodu prekročenia hustoty. Uvedený nedostatok sa prejavuje hlavne vo fáze zhusťovania – pozri obrázok 5. Rozoznávajú sa rôzne stredné rýchlosti v závislosti na pohybe po rovine, po schodoch dole a po schodoch hore a odporúča sa zmena rýchlosti so zhromažďovacích priestorov pri tomto pohybe, väčšinou po celej dĺžke líniovej schémy. Maximálne návrhové rýchlosti a počet osôb prechádzajúcich únikovou cestou šírky 1 meter za sekundu zistené rôznymi autormi sú opublikované napríklad [5] – tabuľka 1. Pre klasický pohyb 5 kilometrov za hodinu je 83,3 metrov za minútu a 1,38 metrov za sekundu. Priemerná rýchlosť pohybu evakuovaných osôb je 30 metrov za minútu a teda 0,5 metra za sekundu podľa STN 92 0201-3. Hustota 40 osôb jedným únikovým pruhom za minútu je cca 72 osôb šírkou únikovej cesty 1 meter za minútu a 1,21 osôb šírkou 1 meter za sekundu. Priemerná voľná rýchlosť podľa literatúry v Európskych štúdiách je 1,41 m/s, 1,35 m/s v USA a 1,44 m/s v Austrálii [6].
a b c
Závislosť dopravného prúdu na hustote Závislosť rýchlosti na hustote Závislosť rýchlosti na prúde
Obrázok 5 – Vzťahy medzi základnými pohybovými prúdovými charakteristikami pre model dopravného prúdu závislosti rýchlosti, hustoty a prúdu 417
Kde v vvolna vstr D Dmax Dstr K Kmax
rýchlosť pohybu osôb v metroch za minútu; maximálna rýchlosť pohybu osoby neovplyvňovaná okolím a navzájom v metroch za minútu; rýchlosť pohybu osôb pri najväčšej kapacite prúdu v metroch za minútu; hustota osôb, vyjadrená ako počet osôb na meter štvorcový; maximálna hustota osôb, vyjadrená ako počet osôb na meter štvorcový; hustota osôb pri najväčšej kapacite prúdu, vyjadrená ako počet osôb na meter štvorcový; prúd osôb - kapacita únikovej cesty v osobách na meter šírky únikovej cesty za minútu; maximálna kapacita únikovej cesty v osobách na meter šírky únikovej cesty za minútu.
Tabuľka 1 – Maximálna návrhová kapacita prúdu a hraničná kapacita únikovej cesty
Zdroj
Priemerná voľná rýchlosť [m.s-1]
Maximálna návrhová kapacita K -1 -1
Najvyššia prúdová kapacita Kmax
[osobách m .s ] [osobách.m-1.s-1]
UK predpis Vzorový dokument B
1,33
Hankin, Wright
1,6
1,48
1,92
Fruin
1,4
1,37
4,37
Daly
1,43
Ando et al
1,7 – 1,8
Predtečenskij a Milinskij
1,83
SFPE Hanbook
1,3
Polus et al STN 92 0201-3
1,25 – 1,58 0,5
1,58
1,21
Priemerná rýchlosť unikajúcich osôb v prúde unikajúcich osôb je v SR 0,5 m s - 1. Z uvedeného vyplýva, že používané rýchlosti v zahraničí sú väčšie ako je rýchlosť a prúdová kapacita v SR. 418
Podmienky evakuácie Z hľadiska podmienok evakuácie sa koeficientom mení len čas vyjadrujúci dobu potrebnú na prechod všetkých osôb. Rozlišujú sa dva základné parametre a to schopnosť pohybu osôb a podmienky evakuácie ako sú súčasná a postupná. Rozlišuje sa aj schopnosť pohybu osôb. Správnejšie by však bolo porovnať uvedený vypočítaný údaj aj so zmenenou s časom vypočítaným so zmenenou priemernou rýchlosťou pohybu. Pri výpočte sa zvýhodňuje koeficientom postupná evakuácia osôb na hodnoty menšie ako 1, čo má za následok, že vypočítaný čas nie je reálnym. Čas prechodu osôb neschopných samostatného pohybu sa na nechránenej únikovej ceste spomaľuje 4 x, avšak reálny čas je ešte pomalší a makroskopická analýza jednoznačne vyžaduje, aby tieto osoby boli evakuované ako je to požadované pri organizovanej evakuácii až, keď sú osoby schopné samostatného pohybu evakuované na bezpečné miesto z dôvodu reálnych šírok únikových ciest. Počty osôb s obmedzenou schopnosťou pohybu, okrem zdravotníckych zariadení sa určujú len odhadom podľa návrhu projektanta. Rovnica (2) nevyhovuje pre priestory, kde dochádza k zmene rýchlosti a hustoty osôb v pohybovom prúde. Z uvedeného dôvodu norma umožňuje použiť aj iný makroskopický model (Predtečenskij Milinskij) pre výškové budovy, ako aj hľadiská zhromažďovacích priestorov. Záver Z uvedenej analýzy modelu evakuácie osôb vyplýva, že je potrebné ďalej spresňovať nielen dovolený čas evakuácie, jeho jednotlivé fázy, ale aj predpokladaný čas evakuácie a vstupné údaje do modelu. Do zjednodušeného modelu sa môžu zaviesť ďalšie fázy, ktoré zreálnia počítané časy na základe súčasných poznatkov. Modely závislosti rýchlosti pohybu osôb na hustote významne prispievajú k zvýšeniu bezpečnosti evakuácie osôb a ich zavádzanie nás na Slovensku čaká. Analýzy, modelovanie a simulovanie času evakuácie je potrebné robiť aj počas životnosti stavby, hlavne z dôvodu ich využívania inak ako boli projektované, ako aj na základe vykonaných evakuácií osôb v budove. Literatúra [1] ISO/TR 13387-8 Fire safety engineering – Part 8: Life safety – Occupant behaviour, location and condition. ISO 1999 Ženeva, Švajčiarsko, 1999, 40 strán [2] PD 7974-6 The application od fire safety engineering principles to fire safety design of buildings. Part 6: Human factors: Life safety strategies – Occupant evacuation, behaviour and condition. BSI Londýn, 2004, 54 strán ISBN 0 580 43812 0 419
[3] KUČERA, P. - KAISER, R. – PAVLÍK, T. – POKORNÝ, J: Metodický postup pri odlišnom spôsobe splnenia technických podmienok požiarnej ochrany. SPBI 56 Ostrava, 2008, ISBN 978-80-7385-044-9 [4] STN 92 0201-3 Požiarna bezpečnosť stavieb. Spoločné ustanovenia. Časť 3: Únikové cesty a evakuácia osôb. SÚTN Bratislava, 2000, 56 strán [5] NFPA 101 Life safety code. [online]. NFPA Quincy, Massachusetts, 2000, USA, 387 s. [cit. 21.08.2008]. Dostupné na Internete:
[6] VASSALOS G. C. - VASSALOS, D.: Maritime and Coastguard Agency Research Project 490 Phase 1 The Effects Of Ship Motion On The Evacuation Process Task 3.1a Critical Review of Data Available as input to Evacuation Simulation Tools. Ship Stability Reaserch Centre, Universities of Glasgow and Strathclyde, 2004, 127 strán. [7] DAAMEN, W. - HOOGENDOORN, S. P.: Free speed distributions – Based on empirical data in diferent traffic conditions. In.: Pedestrian and Evacuation Dynamics 2005, Springer – Verlag Berlin 2007, strany 13 – 25, ISBN 978 3 540 47062 5
420
Stav implementácie eurokódov do praxe požiarneho inžinierstva v SR Doc. Ing. Ladislav Olšar, PhD. Fakulta špeciálneho inžinierstva Žilinskej univerzity v Žiline, ul. 1. mája 32, 010 26 Žilina, E-mail: [email protected] Abstrakt Článok je príspevkom do diskusie o mieste eurokódov v praxi požiarneho inžinierstva a potrebnosti ich zavádzania. Uvádza názory autora na miesto eurokódov v procese požiarnobezpečnostného riešenia stavby, postavenie a úlohy špecialistu požiarnej ochrany pri ich uvádzaní do praxe a zaujíma stanovisko aj k otázke, či sú eurokódy potrebné alebo nie. Kľúčové slová: eurokódy, požiarna bezpečnosť stavieb, špecialista požiarnej ochrany Úvod V Slovenskej republike dochádza v súčasnom období k postupnému zavádzaniu eurokódov do praxe požiarneho inžinierstva a aj do výučby na vysokých školách, ktoré sa zaoberajú problematikou ochrany pred požiarmi. Ako vyplýva z poznatkov vykonávania ďalšej prípravy špecialistov požiarnej ochrany a z diskusií prebiehajúcich medzi nimi, sprevádza tento proces celý rad nejasností a dohadov. Tento článok je príspevkom do diskusie o potrebnosti zavádzania eurokódov do praxe a o ich mieste v procese požiarnobezpečnostného riešenia stavby Miesto eurokódov v procese požiarnobezpečnostného riešenia stavby Keď sa v uplynulých rokoch začalo hovoriť o zavedení eurokódov do praxe požiarneho inžinierstva, vyskytovali sa medzi špecialistami požiarnej ochrany, ale aj inými odborníkmi, rôzne názory, ktoré vychádzali z neznalosti eurokódov a ich využitia pri riešení požiarnej bezpečnosti stavieb. Objavili sa názory, že keď v roku 2010 máme prejsť na eurokódy, budú zrušené všetky národné právne predpisy a technické normy dotýkajúce sa požiarnej bezpečnosti stavieb, že sa zmení celá „filozofia“ riešenia požiarnej bezpečnosti stavieb, celý návrh požiarnobezpečnostného riešenia sa bude robiť podľa eurokódov apod. V súčasnom období vychádza požiarnobezpečnostné riešenie stavieb z platných právnych predpisov a technických noriem. Zákon č. 50/1976 Zb. v znení neskorších predpisov [12] uvádza v § 43 d) základné požiadavky na stavby. Tieto základné požiadavky sú v súlade so Smernicou pre stavebné výrobky 89/106/EEC
421
[1]. Jednou z požiadaviek je požiarna bezpečnosť stavieb, ktorá ďalej stanoví, že stavba musí byť navrhnutá a zhotovená tak, aby v prípade požiaru: - bola počas určeného času zachovaná odolnosť konštrukcie; - bol vo vnútri stavby obmedzený vznik a šírenie ohňa a dymu; - bolo obmedzené šírenie požiaru na susedné stavby; - mohli užívatelia opustiť stavbu alebo byť zachránení iným spôsobom; - sa uvažovalo s bezpečnosťou záchranných jednotiek. Splnenie týchto požiadaviek je zabezpečené v Slovenskej republike právnymi predpismi a technickými normami, predovšetkým vyhláškou MV SR č. 94/2004 Z.z. [10] v znení neskorších predpisov a na túto vyhlášku nadväzujúcimi technickými normami radu STN 92 0201- 1 až 4 Požiarna bezpečnosť stavieb [9]. V súlade s právnymi predpismi [10] a [11] obsahuje požiarnobezpečnostné riešenie stavieb, okrem iného, určenie požiarneho zaťaženia a požiarneho rizika, delenie stavieb na požiarne úseky, stanovenie medzných veľkostí požiarnych úsekov, stanovenie stupňov protipožiarnej bezpečnosti, určenie požiadaviek na požiarnu odolnosť a druh nosných a požiarnodeliacich konštrukcií, stanovenie medzných dĺžok, kapacít a typov únikových ciest, zaistenie podmienok na vykonanie požiarneho zásahu, inštaláciu požiarnotechnických zariadení a splnenie ďalších špecifických požiadaviek pre jednotlivé druhy stavieb (zhromažďovacie priestory, stavby pre bývanie a ubytovanie, zdravotnícke stavby apod.). Požiadavky na požiarnu odolnosť konštrukcií a druh konštrukčného prvku sa určujú pre nevýrobné stavby, výrobné stavby a stavby poľnohospodárskej výroby na základe určenia požiarneho zaťaženia, následne požiarneho rizika a stanovenia stupňa protipožiarnej bezpečnosti požiarneho úseku. V závislosti od zaradenia požiarneho úseku do stupňa protipožiarnej bezpečnosti sú stanovené požiadavky na požiarnu odolnosť konštrukcií nosných a zabezpečujúcich stabilitu a požiarnodeliacich a na druh konštrukčného prvku. Podrobný postup je stanovený v [9]. Požiarna odolnosť stavebných konštrukcií musí byť v dokumentácii potrebnej k vydaniu stavebného povolenia deklarovaná vyhlásením o zhode s technickými špecifikáciami (napríklad u prefabrikovaných prvkov) alebo iným spôsobom (napríklad výpočtom a správnym technologickým postupom u železobetónových monolitických konštrukcií). A práve tu, pri deklarovaní požiarnej odolnosti výpočtom sa uplatňujú eurokódy. Požiarnobezpečnostné riešenie stavby nie je obsahom eurokódov a zostáva úlohou národných požiarnych predpisov. Požiarna odolnosť konštrukcií, ktorá je požadovaná požiarnobezpečnostným riešením stavby, sa určuje buď: - na základe počiatočnej skúšky vzorky typu a klasifikuje sa v súlade s STN EN 13501-2 [7], alebo - výpočtom podľa technickej normy.
422
V súčasnom období sa na určenie požiarnej odolnosti konštrukcií využíva predovšetkým STN 73 0821 [8], ale požívajú sa aj eurokódy. K tejto možnosti je potrebné povedať, že v súčasnosti je prechodné obdobie, ktoré umožňuje použiť obidva spôsoby, ale nie je prípustné ich kombinovať. Inak povedané, pokiaľ je statický návrh stavebnej konštrukcie vykonaný podľa jestvujúcich platných statických noriem STN pre navrhovanie konštrukcií, je možné určiť požiarnu odolnosť konštrukcie podľa STN 73 0821 [8]. Je potrebné si uvedomiť, že hodnoty požiarnej odolnosti uvedené v STN 73 0821 [8] boli overované skúšobnými metódami, ktoré sú od roku 2003 neplatné a od 31.12.2007 sa nemôžu využívať ani výsledky skúšok vykonaných do roku 2003. V súčasnosti sú skúšobné metódy stanovené v príslušných skúšobných STN EN. Metódy výpočtu požiarnej odolnosti sú uvedené v eurokódoch a úzko súvisia s metódami návrhu konštrukcie za normálnych teplôt podľa konštrukčných eurokódov. Pokiaľ je konštrukcia navrhnutá podľa konštrukčných eurokódov, musí byť požiarna odolnosť konštrukcie doložená výpočtom (pokiaľ sa deklaruje výpočtom) podľa príslušného eurokódu (napr. Eurokódu 2 [3], Eurokódu 3 [4], Eurokódu 5 [5] a Eurokódu 6 [6], zaťaženie konštrukcií namáhaných požiarom sa stanovuje podľa Eurokódu 1 [2] atď.) a nemôžu sa použiť hodnoty uvedené v norme STN 73 0821 [8]. Je predpoklad, že prechodné obdobie skončí v marci 2010 a po tomto termíne bude možné navrhovať konštrukcie iba podľa konštrukčných eurokódov a výpočtom deklarovať požiarnu odolnosť tiež podľa príslušného eurokódu. Hodnoty uvedené v STN 73 0821 [8] bude možné využiť iba pre zmeny stavieb, ktoré boli v minulosti navrhnuté z hľadiska požiarnej bezpečnosti podľa STN radu 73... Táto otázka je tiež diskutovaná a nie je predmetom tohto článku. Špecialista požiarnej ochrany a eurokódy Často diskutovanou otázkou je, ako sa zmení úloha a postavenie špecialistu požiarnej ochrany pri riešení požiarnej bezpečnosti stavieb po zavedení eurokódov do praxe. Ako už bolo uvedené, vlastné požiarnobezpečnostné riešenie stavby sa v princípe nezmení a úloha špecialistu požiarnej ochrany pri určovaní požiarneho rizika, riešení únikových ciest a evakuácie, určovania potreby zásobovania stavby vodou pri požiari, určovania odstupových vzdialeností, zásahových ciest a riešení ďalších otázok, ktoré sú náplňou požiarnobezpečnostného riešenia stavby, je nezmenená, dôležitá a dá sa povedať nezastupiteľná. A to z toho důvodu, že pri riešení týchto otázok je potrebné mať široké znalosti z oblasti ochrany pred požiarmi, ktoré súvisia s požiarnou bezpečnosťou stavby. Názory, ktoré sa občas v poslednom čase pri diskusiách objavili, že celé riešenie požiarnej bezpečnosti stavieb by mal urobiť projektant stavby, ktorý ju navrhne podľa eurokódov a je schopný riešiť aj zaťaženie stavby požiarom podľa príslušného eurokódu, sú nereálne, pretože, ako už bolo uvedené, na riešenie požiarnej bezpečnosti v stavbe, sú potrebné široké znalosti, ktoré špecialista požiarnej ochrany 423
má. Okrem toho špecialista požiarnej ochrany je oprávnenou osobou a musí mať pre svoju činnosť vydané osvedčenie o odbornej spôsobilosti. Názor, že projektant po absolvovaní základného kurzu môže získať toto osvedčenie a potom bude môcť riešiť celú problematiku požiarnej bezpečnosti stavieb, je tiež nesprávny alebo minimálne diskutabilný, pretože špecialista požiarnej ochrany musí mať neustály prehľad o zmenách v právnych predpisoch a technických normách týkajúcich sa požiarnej bezpečnosti stavieb a získavať praktické skúseností neustálym riešením týchto otázok. Je otázne, či by mohol kvalitne riešiť úlohy špecialistu požiarnej ochrany projektant, ktorého hlavnou náplňou práce je projektovanie stavieb a požiarnu bezpečnosť by riešil iba niekedy a okrajovo. Druhou diskutovanou otázkou je, či bude môcť špecialista požiarnej ochrany realizovať výpočty požiarnej odolnosti stavebných konštrukcií podľa eurokódov. Sú názory, že áno, pretože existujú tabuľkové hodnoty a jednoduché výpočtové metódy a sú k dispozícii softvérové programy na ich riešenie. Ja sa domnievam, že ani tento názor nie je celkom správny, pretože ani statický návrh stavebnej konštrukcie nemôže urobiť ktorýkoľvek stavbár, ale projektant, ktorý na to má oprávnenie. Navrhovanie stavebných konštrukcií na účinky požiaru veľmi úzko súvisí s navrhovaním konštrukcií na zaťaženie za normálnych teplôt. Časti eurokódov 1-2, ktoré obsahujú navrhovanie konštrukcií na účinky požiaru sa odvolávajú na metódy a postupy uvedené v častiach 1-1, ktoré obsahujú všeobecné pravidlá navrhovania konštrukcií. Takže podľa mňa, by bolo výhodné, aby navrhovanie konštrukcií na účinky požiaru robil projektant, ktorý robí statický návrh konštrukcie a pritom spolupracoval so špecialistom požiarnej ochrany. Aká by mala byť potom úloha špecialistu požiarnej ochrany? Projektovú dokumentáciu stavby pre vydanie stavebného povolenia spracováva projektant, ktorý je podľa stavebného zákona [12] povinný prizvať na vypracovanie projektu stavby ďalších oprávnených projektantov, ak nie je oprávnený niektorú časť vypracovať sám. V prípade riešenia požiarnej bezpečnosti stavby je to špecialista požiarnej ochrany. Projektant stavby by mal spolupracovať so špecialistom požiarnej ochrany už od začiatku spracovania projektovej dokumentácie a postupne do projektu zapracovávať požiadavky na požiarnobezpečnostné riešenie. To je najvhodnejší spôsob spolupráce projektanta so špecialistom požiarnej ochrany. V tom prípade môže špecialista požiarnej ochrany poskytovať priebežne projektantovi požiadavky na požiarnu odolnosť konštrukcií a iné, a projektant bude vedieť, ktoré konštrukcie musí navrhovať na účinky požiaru a aká požiarna odolnosť je požadovaná, prípadne aké iné požiadavky sú kladené na stavebné konštrukcie. Tento spôsob spolupráce je samozrejme náročnejší na čas, komunikáciu medzi projektantom a špecialistom požiarnej ochrany a riadiacu prácu pri spracovaní všetkých dokumentov potrebných na vydanie stavebného povolenia. Možno, že celý rad špecialistov požiarnej ochrany bude považovať tieto myšlienkové pochody za sci-fi.
424
Najmenej vhodný postup projektanta je taký, že vypracuje projekt stavby, ktorý potom odovzdá špecialistovi požiarnej ochrany, aby do neho dopracoval požiarnobezpečnostné riešenie. Požiarnobezpečnostné riešenie stavby v takom prípade spravidla vyžaduje zmeny niektorých stavebných konštrukcií vzhľadom na nesplnenie požiadaviek na ich požiarnu odolnosť, mnohokrát aj zmeny dispozičného riešenia vzhľadom na riešenie evakuácie zo stavby v prípade požiaru a na požiadavky na únikové cesty, dodatočné rozvody elektrických inštalácii pre požiarnobezpečnostné zariadenia a celý rad ďalších požiadaviek, ktoré musí projektant doriešiť a zapracovať do projektu. Tieto požiadavky môžu znamenať aj zvýšenie nákladov na stavbu. Špecialista je niekedy presvedčovaný, aby upustil od svojich požiadaviek, dochádza k napätiu medzi projektantom, stavebníkom a špecialistom požiarnej ochrany. Zabezpečením priebežnej spolupráce projektanta so špecialistom požiarnej ochrany a pribežné konzultácie riešenia projektu so stavebníkom môžu predísť mnohým problémom pri spracovaní projektovej dokumentácie pre stavebné konanie. Zavádzať eurokódy do praxe požiarneho inžinierstva alebo nie? Aj takáto otázka sa ešte dnes občas objaví. Na túto otázku je podľa môjho názoru jednoznačná odpoveď. Eurokódy je potrebné do praxe zaviesť a zavedené budú, tento proces je dnes už nezvratný a nedá sa zastaviť alebo obísť. Sú zavádzané v jednotlivých štátoch Európskej únie a ponechávajú dostatočný priestor na riešenie požiarnej bezpečnosti stavieb podľa národných požiarnych predpisov. Takže je zbytočné riešiť otázku - eurokódy áno alebo nie, ale je potrebné riešiť otázku ako najlepšie ich implementovať do praxe požiarneho inžinierstva. V súčasnosti v Slovenskej republike prebiehajú kurzy na zoznámenie sa s eurokódmi pre členov Slovenskej komory stavebných inžinierov, ale aj iných záujemcov. Bolo by vhodné, aby tieto kurzy absolvovali aj špecialisti požiarnej ochrany a mali tak predstavu o navrhovaní konštrukcií podľa eurokódov, či už budú tieto návrhy v praxi realizovať alebo nie. To už je samozrejme osobná vec každého špecialistu požiarnej ochrany, ktorý sa zaoberá riešením požiarnej bezpečnosti stavieb. Záver Ako bolo uvedené v úvode, článok je príspevkom do diskusie o mieste eurokódov v praxi požiarneho inžinierstva a potrebnosti ich zavádzania. Na mnohé myšlienky, v ňom uvedené, môžu mať čitatelia odlišné názory. Cieľom článku bolo oboznámiť účastníkov konferencie a širokú verejnosť s otázkami, ktoré sú diskutované, a na ktoré sú často rôznorodé aj protichodné názory. Ku niektorým z nich som v článku zaujal vlastné stanoviská, s ktorými mnohí súhlasiť nemusia a možno postupne aj prax ukáže, že neboli správne a situácia sa vyvinie celkom inak. Pokiaľ článok aspoň trochu prispel k tejto diskusii a ujasňovaní si názorov a postojov, potom svoj cieľ splnil.
425
Zoznam literatúry: [1] Interpretačné dokumenty k Smernici Rady 89/106/EHS so zapracovanými zmenami podľa Smernice Rady 93/68/EHS o stavebných výrobkoch. Ministerstvo výstavby a regionálneho rozvoja SR, Ministerstvo životného prostredia SR. Bratislava. 2000. [2] STN EN 1991-1-2 Eurokód 1. Zaťaženia konštrukcií. Časť 1-2: Všeobecné zaťaženia. Zaťaženia konštrukcií namáhaných požiarom. SÚTN, Bratislava, 2007. [3] STN EN 1992-1-2 Eurokód 2. Navrhovanie betónových konštrukcií. Časť 12: Všeobecné pravidlá. Navrhovanie konštrukcií na účinky požiaru. SÚTN, Bratislava, 2007. [4] STN EN 1993-1-2 Eurokód 3. Navrhovanie oceľových konštrukcií. Časť 12: Všeobecné pravidlá. Navrhovanie konštrukcií na účinky požiaru. SÚTN, Bratislava, 2007. [5] STN EN 1995-1-2 Eurokód 5. Navrhovanie drevených konštrukcií. Časť 12: Všeobecné pravidlá. Navrhovanie konštrukcií na účinky požiaru. SÚTN, Bratislava, 2008. [6] STN EN 1996-1-2 Eurokód 6. Navrhovanie murovaných konštrukcií. Časť 1-2: Všeobecné pravidlá. Navrhovanie konštrukcií na účinky požiaru. SÚTN, Bratislava, 2007. [7] STN EN 13501-2 Klasifikácia požiarnych charakteristík stavebných výrobkov a prvkov stavieb. Časť 2: Klasifikácia využívajúca údaje zo skúšok požiarnej odolnosti (okrem ventilačných zariadení). SÚTN, Bratislava, 2008. [8] STN 73 0821 Požiarna bezpečnosť stavieb. Požiarna odolnosť stavebných konštrukcií. [9] STN 92 0201-1 až 4 Požiarna bezpečnosť stavieb. Spoločné ustanovenia. Časť 1 až 4. SUTN, Bratislava., 2000 (časti 1, 3 a 4), 2007 (časť 2). [10] Vyhláška Ministerstva vnútra Slovenskej republiky č. 94/2004 Z.z., ktorou sa ustanovujú technické požiadavky na protipožiarnu bezpečnosť pri výstavbe a pri užívaní stavieb. [11] Vyhláška Ministerstva vnútra Slovenskej republiky č. 591/2005 Z.z., ktorou sa mení a dopĺňa vyhláška Ministerstva vnútra Slovenskej republiky č. 121/2002 Z.z., o požiarnej prevencii. [12] Zákon č. 50/1976 Zb. o územnom plánovaní a stavebnom poriadku (stavebný zákon) v znení neskorších predpisov.
426
Význam a postavenie Záchranných brigád HaZZ v integrovanom záchrannom systéme SR Ing. Michal Orinčák, PhD. Žilinská Univerzita, Fakulta Špeciálneho Inžinierstva, Katedra požiarneho inžinierstva, Ul. 1.mája, Žilina 01026 E-mail: [email protected] Abstrakt Príspevok sa zaoberá významom a súčasným postavením Záchranných brigád HaZZ v integrovanom záchrannom systéme Slovenskej republiky. Úvodná časť príspevku charakterizuje úlohy a činnosť Záchranných brigád HaZZ. Nasledujúca časť rieši problematiku využitia Záchranných brigád HaZZ v rámci integrovaného záchranného systému nielen na území Slovenskej republiky, ale aj v zahraničí. Kľúčové slová Záchranná brigáda HaZZ, integrovaný záchranný systém, záchranné práce. Úvod Tak ako aj v iných krajinách, aj územie Slovenskej republiky je každoročne postihované rozličnými druhmi mimoriadnych udalostí menšieho či väčšieho rozsahu. Ide predovšetkým o živelné pohromy a havárie, ktoré často krát svojimi účinkami zasiahnu väčšie územie ako sa predpokladalo. Pri vzniku mimoriadnej udalosti väčšieho rozsahu je potrebné nasadiť väčší počet síl a prostriedkov, ktoré budú v danej oblasti zasahovať dlhšiu dobu. Na tento druh zásahu sú predurčené predovšetkým Záchranné brigády HaZZ, ktoré disponujú väčším počtom síl a prostriedkov ako hasičské jednotky OR HaZZ. Prijatím zákona č. 321/2002 Z.z. o Ozbrojených silách SR, ktorý bol výsledkom schválenia Bezpečnostnej stratégie SR, Vojenskej stratégie SR a Obrannej stratégie SR pristúpila SR k jednotnému riadeniu ozbrojených síl Ministerstva obrany SR. Implementáciou tohto zákona do praxe sa prakticky znemožnilo vyčleňovanie vojenských jednotiek do iných rezortov ako je Ministerstvo obrany SR. Týmto došlo k zrušeniu vojsk MV SR, v rámci ktorých pôsobili aj záchranné brigády CO ako vojenské záchranné útvary. Z pôvodných troch záchranných brigád civilnej ochrany (zb CO Malacky, Žilina, Humenné) transformáciou vznikli tri nové Záchranné brigády HaZZ (ZB HaZZ Malacky, Žilina, Humenné). Táto transformácia bola vykonaná na základe prijatého zákona č.438 2002 Z z., ktorým sa zmenil a doplnil pôvodný zákon č.315/2001 Z.z. o Hasičskom a záchrannom zbore v znení neskorších predpisov. Na základe týchto zmien je v súčasnosti Záchranná brigáda HaZZ charakterizovaná ako zariadenie prezídia HaZZ, ktoré je určené na zabezpečenie úloh Ministerstva vnútra SR v oblasti vykonávania záchranných prác pri vzniku mimoriadnej udalosti. 427
Úlohy a činnosť Záchranných brigád HaZZ Pre správne pochopenie významu Záchranných brigád HaZZ v súčasnom integrovanom záchrannom systéme Slovenskej republiky je potrebné najskôr stručne objasniť ich genézu vzniku a vývoja. V súčasnosti na území SR pôsobia tri Záchranné brigády HaZZ so sídlom v Malackách, Žiline a Humennom. História Záchrannej brigády HaZZ v Malackách začala v roku 1952 vznikom 6. práporu Civilnej obrany so sídlom v Bratislave – Rači ako prvým útvarom Civilnej obrany na území terajšej Slovenskej republiky. História Záchrannej brigády HaZZ v Žiline začína v roku 1976 redislokáciou 5. pluku Civilnej obrany z posádky Frýdek Místek do posádky Žilina. V roku 1991 bol 5. pluk Civilnej obrany reorganizovaný na 3. vojenský záchranný pluk CO. História Záchrannej brigády HaZZ v Humennom je úzko spätá s 103. tankovým plukom, ktorý vznikol v roku 1918 a zanikol v roku 1991. Po jeho zániku vznikol nový vojenský záchranný pluk CO so sídlom v Humennom. V roku 1993 prešli vojenské záchranné pluky CO z Armády Slovenskej republiky do podriadenosti Ministerstva vnútra SR. V roku 1995 došlo k reorganizácii na 71. vojenský záchranný pluk CO Malacky, 72. vojenský záchranný pluk CO Žilina a 73. vojenský záchranný pluk CO Humenné. V roku 1999 boli následne reorganizované na 71. záchrannú brigádu CO Malacky, 72. záchrannú brigádu CO Žilina a 73. záchrannú brigádu CO Humenné. 1. januára 2003 bola vykonaná posledná transformácia všetkých troch záchranných brigád CO na Záchranné brigády HaZZ Malacky, Žilina a Humenné. Pôvodné pluky civilnej obrany dislokované na území Slovenska boli určené hlavne k pohotovému zásahu v priestoroch napadnutia protivníkom a k zabezpečeniu vykonávania záchranných a prvotných likvidačných prác. Tejto skutočnosti zodpovedalo aj personálne a materiálno-technické vybavenie plukov civilnej obrany. V prípade likvidácie živelných pohrôm a havárií spolupracovali s vtedajšími jednotkami civilnej obrany podľa stanovených predpisov. Postupnými reorganizáciami pôvodných plukov civilnej obrany sa taktiež upravovali aj ich úlohy a činnosti, ktoré vykonávali. Neskorším preradením vojenských záchranných plukov CO z Armády Slovenskej republiky do podriadenosti Ministerstva vnútra SR došlo aj ku zmenne v ich postavení a úlohách, ktoré plnili. Stali sa základnou a účelne organizovanou vojenskou jednotkou Sekcie CO MV SR, predurčenou v mierových podmienkach na komplexné vykonávanie záchranných, lokalizačných a likvidačných prác v prípade vzniku mimoriadnych udalostí. Postupne dochádza k presmerovaniu zamerania úloh a činností na mierové obdobie s dôrazom na záchranné práce vykonávané pri mimoriadnych udalostiach. Vznikom Záchranných brigád HaZZ a ich začlenením pod HaZZ došlo k výrazným zmenám v ich celkovom postavení, pôsobnosti a úlohách. Podľa Vestníka vlády SR čiastka 1. z 26. marca 2003 a Smernice Ministerstva vnútra SR číslo PHZ-55/KP-2003 z 20. marca 2003 o nasadzovaní Záchranných 428
brigád Hasičského a záchranného zboru článok 2 je predurčenie ZB HaZZ a ich regionálna pôsobnosť nasledovná1: a) ZB HaZZ Malacky (západ) pre : Bratislavský, Trnavský a Nitriansky kraj a ich okresy a okresy Myjava a Nové Mesto nad Váhom z Trenčianskeho kraja, b) ZB HaZZ Žilina (stred) pre kraj: Žilinský, Banskobystrický a Trenčiansky kraj a ich okresy, okrem okresov Myjava, Nové Mesto nad Váhom, c) ZB HaZZ Humenné (východ) pre:Košický a Prešovský kraj a ich okresy. Hlavné úlohy ZB HaZZ vyplývajú zo zákona č. 315 / 2001 Z. z. v znení zákona č. 438 / 2002 Z. z. § 3 písmeno c, d, i, j, k. ZB HaZZ v rámci záchranných prác plní tieto úlohy: a) plní úlohy súvisiace so zdolávaním požiarov, s poskytovaním pomoci a s vykonávaním záchranných prác pri haváriách, živelných pohromách a podieľa sa na poskytovaní pomoci pri iných mimoriadnych udalostiach, b) poskytuje pomoc v prípadoch ohrozenia života a zdravia osôb a majetku právnických osôb a fyzických osôb, ako aj životného prostredia, c) podieľa sa na poskytovaní predlekárskej pomoci a lekárskej pomoci a na odsune zranených a chorých, d) vykonáva v rámci záchranných prác núdzové odstraňovanie stavieb a ľadových bariér a podieľa sa na likvidácii ohnísk nákaz zvierat, e) podieľa sa na zabezpečovaní núdzového zásobovania a núdzového ubytovania obyvateľstva a na poskytovaní humanitárnej pomoci. Taktiež sa v rozsahu vymedzenom osobitnými predpismi podieľa aj na plnení úloh civilnej ochrany, pri príprave na obranu štátu a úloh spojených s mobilizačnými prípravami a tiež poskytuje medzinárodnú pomoc podľa obdržaného nariadenia od Prezídia HaZZ. Postavenie Záchranných brigád HaZZ v integrovanom záchrannom systéme Zákon č. 129/2002 Z.z. o IZS v znení neskorších predpisov charakterizuje IZS ako koordinovaný postup jeho zložiek (základné záchranné zložky, ostatné záchranné zložky, útvary Policajného zboru) pri zabezpečovaní ich pripravenosti a pri vykonávaní činností a opatrení súvisiacich s poskytovaním pomoci v tiesni [5]. Z tejto skutočnosti vyplýva fakt, že nie je možné IZS chápať ako inštitúciu, ktorá fyzicky zastrešuje záchranné zložky. Záchranné zložky, ktoré vytvárajú IZS sa okrem tohto zákona riadia aj svojimi vnútornými predpismi, čo je potrebné zohľadniť pri ich nasadení v rámci zásahu. 1
Uvedená regionálna pôsobnosť však nevylučuje ich pôsobenie v rámci celej SR.
429
Tu je namieste zdôrazniť, že tiesňou sa rozumie stav, pri ktorom je bezprostredne ohrozený život, zdravie, majetok alebo životné prostredie a postihnutý je odkázaný na poskytnutie pomoci [5]. Žiaľ často krát sa stáva, že sú vyžadované záchranné zložky IZS aj v takých prípadoch, ktoré nie sú tiesňovým stavom a je ich možné zvládnuť aj civilnými silami a prostriedkami daného územia. Ako už bolo spomenuté medzi základné záchranné zložky IZS patria aj Záchranné brigády HaZZ, ktoré ako zariadenia prezídia HaZZ vykonávajú záchranné práce pri vzniku mimoriadnej udalosti [6]. Sú predurčené vykonávať záchranné práce v dlhšom časovom horizonte a vo väčšom rozsahu, často v špecifických a sťažených podmienkach (úniky nebezpečných látok, ťažko prístupný terén, dopravné nehody nákladných vozidiel a pod.). Zásahovú činnosť v rámci Záchrannej brigády HaZZ zabezpečuje oddelenie zmenovej služby, tvorené operačným dôstojníkom a zmenou 1,2,3, čím je zabezpečená nepretržitá služba. Každá zmena je tvorená dvoma čatami (hasičská a záchranná čata a špeciálna čata) a tie zahŕňajú štyri družstvá (dve hasičské záchranné družstvá, špeciálne družstvo a chemicko environmentálne družstvo). Sily a prostriedky Záchranných brigád HaZZ sa vyžadujú podľa stanovených pravidiel, ktoré majú určité špecifiká. Pri vzniku mimoriadnej udalosti (živelné pohromy, havárie a pod.) napríklad na území okresu môže prednosta obvodného úradu v sídle kraja po vyhlásení mimoriadnej situácie prostredníctvom príslušného krajského alebo okresného riaditeľstva HaZZ požiadať o vyslanie síl a prostriedkov záchrannej brigády na vykonávanie záchranných prác. Možný spôsob vyžadovania síl a prostriedkov Záchranných brigád HaZZ pri vzniku mimoriadnej udalosti je uvedený na nasledujúcom obr.1.
Obr. 1 Schéma vyžadovania síl a prostriedkov Záchranných brigád HaZZ [zdroj: Orinčák, 2009] 430
Štatistický prehľad zásahovej činnosti Záchranných brigád HaZZ za obdobie 2003 až 2007 je uvedený v nasledujúcej tabuľke 1. Tabuľka 1 Prehľad zásahovej činnosti Záchranných brigád HaZZ [spracoval: Orinčák, 2009] rok 2003
rok 2004
rok 2005
ZB HaZZ
MA
ZA
HE
MA ZA
HE
MA
ZA
HE
Požiare
16
4
21
21
2
6
33
13
11
Technické výjazdy
15
24
31
44
66
86
39
58
47
Plané poplachy
0
0
0
1
0
0
0
0
0
Spolu
31
28
52
66
68
92
72
71
58
rok 2006
rok 2007
ZB HaZZ
MA ZA
HE
MA ZA
HE
Požiare
43
17
1
55
21
26
Technické výjazdy
57
33
41
45
45
28
Plané poplachy
0
0
0
1
0
0
Spolu
100
50
42
101
66
54
Legenda: MA – Malacky, ZA – Žilina, HE - Humenné
Obr. 2 Graf celkovej zásahovej činnosti ZB HaZZ [spracoval: Orinčák, 2009] Legenda:
Záchranná brigáda HaZZ v Malackách Záchranná brigáda HaZZ v Žiline Záchranná brigáda HaZZ v Humennom
431
Ako vyplýva z uvedených štatistických údajov, dochádza postupne z roka na rok k nárastu celkovej zásahovej činnosti Záchranných brigád. Postupne dochádza k nárastu okrem technických výjazdov (zahrňujú aj výjazdy k ťažkým dopravným nehodám) aj k nárastu výjazdov k požiarom. Pri porovnaní štatistiky celkových zásahov hasičských jednotiek OR HaZZ a záchranných brigád HaZZ je zrejmé, že vyššie počty zásahov celkovo vykazujú samotné hasičské jednotky OR HaZZ. Tu je potrebné ale pripomenúť fakt, že Záchranné brigády HaZZ nie sú vyžadované ku každému výjazdu HaZZ. Ak však sú vyžiadané k zásahu, tak ide predovšetkým o zásahy väčšieho rozsahu s dlhším pôsobením, prípadne s nasadením techniky, ktorou hasičské jednotky nedisponujú. Využitie Záchranných brigád HaZZ pre pomoc v zahraničí Pre poskytnutie pomoci pri mimoriadnych udalostiach v zahraničí sa v súlade s nariadením MV SR č.22/2006 „o zriadení záchranného tímu pri poskytovaní pomoci v zahraničí pri MU“ vytvorilo desať záchranných modulov, ktoré sú po personálnej a materiálno-technickej stránke zabezpečované jednotlivými ministerstvami. Prezídium HaZZ, ktorému sú priamo podriadené aj Záchranné brigády HAZZ zriaďuje pre poskytovanie pomoci v zahraničí nasledovné druhy modulov [4]: a) záchranársky modul, b) ubytovací modul, c) potápačský modul, d) modul povodňovej záchrannej služby, e) v spolupráci s úradom pre ochranu ústavných činiteľov a diplomatických misií Ministerstva vnútra Slovenskej republiky modul leteckého hasenia. Z týchto modul je v súčasnosti najviac využívaný záchranársky modul, ktorý má za sebou viacero úspešných záchranných akcií v zahraničí (napr. zemetrasenie v Turecku, Iráne a pod.) Záchranársky modul je zložený z príslušníkov HaZZ zaradených u Záchranných brigád HaZZ v Malackách, Žiline a Humennom a OR HaZZ v Piešťanoch v celkovom počte 42 osôb. Čas spohotovenia modulu je do 12 hodín. Maximálny čas nasadenia záchranárskeho modulu je 10 kalendárnych dní [7].
a) b) c) d)
V prípade zásahu záchranársky modul vykonáva nasledovné činnosti [4]: vykonáva prieskum v priestore zásahu a na predpokladanom mieste plnenia úloh, vykonáva záchranné práce, vyslobodzuje osoby, poskytuje predlekársku pomoc postihnutým osobám, plní špeciálne činnosti vo vzduchu súvisiace so záchranou ľudských životov a prepravou postihnutých osôb v súčinnosti s leteckou záchrannou službou. 432
Pohotovostná návratná kapacita pre dlhodobé ubytovanie 400 osôb v stanoch v prípade mimoriadnej udalosti (tzv. ubytovací modul) je zložený z príslušníkov HaZZ zaradených u Záchrannej brigády HaZZ v Malackách a z jej zamestnancov v celkovom počte 60 osôb. Čas spohotovenia je do 48 hodín. Maximálny čas nasadenia modulu je 14 kalendárnych dní [7]. Potápačský modul je zložený z príslušníkov HaZZ zaradených u Záchrannej brigády HaZZ v Humennom v celkovom počte 24 osôb. Čas spohotovenia je do 12 hodín. Maximálny čas nasadenia je 10 kalendárnych dní [7]. Modul povodňovej záchrannej služby je zložený z príslušníkov HaZZ zaradených u Záchrannej brigády HaZZ v Humennom a na Hasičskom a záchrannom útvare hlavného mesta Slovenskej republiky Bratislavy v celkovom počte 159 osôb. Čas spohotovenia je do 12 hodín. Maximálny čas nasadenia je 14 kalendárnych dní [7]. O vyslaní jednotlivých modulov do zahraničia rozhoduje ministerstvo zahraničných vecí Slovenskej republiky a vláda Slovenskej republiky. Po ich súhlasnom stanovisku ministerstvo vnútra rozhoduje o personálnom, materiálnotechnickom a finančnom zabezpečení vysielaného modulu. Žiadosť o vyslanie modulu sa predkladá prostredníctvom celoštátneho riadiaceho a koordinačného centra pre poskytovanie a prijímanie medzinárodnej humanitárnej pomoci v zahraničí [4]. Záver Pri hodnotení činnosti Záchranných brigád HaZZ je potrebné si uvedomiť, akými transformáciami v minulosti prešli. V podstate sa musela celková činnosť Záchranných brigád HaZZ postupne preorientovať z vojenských a obranných úloh, ktoré v minulosti plnili na úlohy a činnosti spadajúce pod HaZZ. Tomu to sa samozrejme musela prispôsobiť ich organizačná štruktúra a materiálno-technické zabezpečenie. Takéto organizované záchranné útvary patriace či už pod ministerstvo vnútra alebo ministerstvo obrany (podriadenosť určitému ministerstvu záleží od konkrétneho štátu) sú potrebné najmä pri mimoriadnych udalostiach, ktoré môžeme charakterizovať týmito znakmi: a) svojim rozsahom zasiahnu väčšie územie (napr. okres, kraj), b) je nárazovo postihnutí väčší počet obyvateľov (zvierat alebo majetok), c) vyššia intenzita negatívnych účinkov (i prípade menšieho územia môže byť situácia vážna a zásah sťažený), d) kumulácia jednotlivých negatívnych účinkov, e) dlhší časový priebeh (rádovo týždne prípadne mesiace) atď.
433
Sama intenzita výskytu mimoriadnych udalostí a to najmä živelných pohrôm sa na území Slovenska zvyšuje a to aj v oblastiach, ktoré v minulosti neboli ich výskytom významné. Využiť Záchranné brigády HaZZ je taktiež možné v prípadoch, kedy je potrebné v krátkom časovom úseku nasadiť väčší počet záchranárov, prípadne nasadiť takú techniku, ktorou nedisponujú ostatné záchranné zložky IZS. V súčasnosti Záchranné brigády HaZZ patria medzi základné záchranné zložky IZS, kde spolu s hasičskými jednotkami OR HaZZ tvoria organizovaný celok schopný vykonávať zásahy podľa aktuálnej situácie a potreby. Zoznam literatúry [1] http://www.minv.sk/?historia-zbm, 6.7.2009. [2] http://www.minv.sk/?uvod, 6.7.2009. [3] http://www.minv.sk/?vznik_vyvoj, 6.7.2009. [4] Vestník Ministerstva vnútra SR č. 22/2006: Nariadenie MV SR o zriadení záchranného tímu pri poskytovaní pomoci v zahraničí pri MU. [5] Zákon č. 129/2002 Z.z. o IZS v znení neskorších predpisov. [6] Zákon č. 315/2001 o Hasičskom a záchrannom zbore v znení neskorších predpisov. [7] Zbierka pokynov Prezídia HaZZ č. 17/2006: Pokyn prezidenta o zložení, odbornej príprave, vyrozumení a materiálno-technickom vybavení člena modulu vytvoreného Hasičským a záchranným zborom pri poskytovaní pomoci v zahraničí pri mimoriadnej udalosti.
434
Zkoušky hašení slunečnicového oleje Ing. Vasil Silvestr Pekar MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav PO, Písková 42, 143 01 Praha 4 E-mail: [email protected] Abstrakt Příspěvek stručně informuje o výsledcích zkoušek hašení slunečnicového oleje podle ČSN EN 3-7 +A1:2008, příl. L ve zkušební hale Technického ústavu PO. Bylo verifikováno zkušební zařízení a ověřovány: - Vlivy zkušebních podmínek (doby zahřívání, velikosti objemu oleje, rychlosti proudění vzduchu) na výsledky zkoušek,, - Účinnost hasiv Neufrol M, Fettex, Fire Ade AFFF (3 % a 6 % roztok) měřením doby uhašení, spotřeby hasiva a výšky plamenů při hašení, - Hašení hořícího slunečnicového oleje hasebním práškem z RHP a CO2 z 6 kg sněhového RHP. Klíčová slova Zkouška hašení, třída požáru F, ČSN EN 3-7 +A1:2008, příl. L, hasiva: Neufrol M, Fettex, Fire Ade AFFF, verifikace zařízení, hasební účinnosti hasiv, ověřování zkušebních podmínek Současný stav řešené problematiky Výsledek působení existujících hasiv na proces hoření závisí na fyzikálních a chemických vlastnostech hořících látek/materiálů, na podmínkách hoření, intenzitách dodávky hasiv do ohniska hoření a na dalších ovlivňujících faktorech [4], [5], [6]. Výběr určitého hasiva pro hasební zásah na určitý požár vychází ze snahy dosáhnout maximálního hasicího účinku podle druhu hořících objektů při minimálních nákladech. Výběr hasiva do určité míry ovlivňuje též tzv. třída požáru. ČSN EN 2 [2] a mezinárodní norma ISO 3941: 2007 [3] stanovují třídy požárů podle druhu hořlavé látky a neurčují zvláštní třídu požáru zahrnující elektrické nebezpečí: - třída A: Požáry tuhých látek, zejména organického původu, jejichž hoření je obvykle provázeno žhnutím. - třída B: Požáry kapalin nebo látek přecházejících do kapalného skupenství. - třída C: Požáry plynů. - třída D: Požáry kovů. - třída F: Požáry kuchyňských médií (rostlinné nebo živočišné oleje a tuky) v kuchyňských zařízeních ISO 3941
435
Vybrané hasivo k zásahu na požár předurčuje též způsob a techniku hašení. Způsobem hašení se rozumí souhrn metod působení na ohnisko požáru a dodávky hasiva do ohniska hoření. Obecně se rozlišují tzv. povrchové a objemové metody hašení [5]. Povrchově jsou hašeny prakticky všechny třídy požárů, kdy se hasivo (voda jako plný nebo tříštivý proud, hasicí pěna nebo prášek) dodává na povrch ohniska požáru ať již přímo nebo nepřímo (pod povrch hořící kapaliny). Objemové hašení se užívá výhradně na požáry v relativně dobře hermeticky uzavřených prostorách. Pomocí hasiva (inertní plyny, hasicí prášky, vodní mlha, halony, atd.) se v každé části tohoto uzavřeného prostoru musí vytvořit potřebná hasicí koncentrace v objemových procentech. Požární techniku, kterou se realizuje způsob hašení, lze obecně členit na stabilní a polostabilní hasicí zařízení, mobilní techniku a přenosné hasicí přístroje. Výzkumem hasiv a hašení se dosáhlo pokroku v poznání mechanizmu hašení (chladícího, dusivého/flegmatizačního a inhibičního účinku), což ovlivnilo vývoj nejenom vysoce účinných hasiv, ale též požární techniky, věcných prostředků požární ochrany a samotné taktiky hašení a metod hodnocení hasicí účinnosti. Použití nevhodných hasiv a prostředků pro hašení kromě neefektivnosti však představuje i bezpečnostní rizika pro zasahující personál, která se mohou vyskytovat nejen při požárech hořlavých kovů, hořlavých prachů, polárních kapalin, ale také při požárech jedlých tuků a olejů. Vliv technologických podmínek používaných látek, materiálů a výrobků patřících do třídy požárů F Opakované zahřívání olejové náplně na vysoké teploty vede k postupné tepelné degradaci tuku. Výsledkem je snížení jeho bodu vzplanutí, bodu hoření a teploty vznícení. Komerční kuchyňská zařízení určená pro tepelnou úpravu pomocí stolních olejů a tuků jsou tepelně velmi výkonná a umožňují vyhřát často relativně velký objem oleje na potřebné vysoké teploty po dlouhou dobu. Důsledkem současného působení těchto dvou faktorů je zvýšení rizika zapalitelnosti a tudíž požárního rizika. Od února 2008 platí v České republice ČSN EN 37+A 1 [1] stanovující požadavky na hasební schopnost pro zkušební objekty pro třídy požárů A a B u přenosných hasicích přístrojů .Tato nová norma stanoví kromě požadavků na hasební schopnost také piktogram pro její označení. Počty požárů kuchyňských zařízení ve světě i v ČR mají stále narůstající trend a jsou provázeny vysokými riziky a škodami. V České republice vzniklo v období od roku 1994 do 2008 celkem 345 požárů od grilů, opékačů a fritéz s celkovou přímou škodou ve výši 29 mil. Kč. Princip hašení jedlých tuků a olejů Tuky a oleje jsou chemicky estery glycerolu s vyššími monokarbonovými kyselinami, např. palmitovou, stearovou a olejovou [7]. 436
CH2OCO(CH2)14CH3 | CHOCO(CH2)16CH3 | CH2OCO(CH2)7=CH(CH2)7CH3
palmitová kyselina stearová kyselina olejová kyselina
Kyselina olejová je příkladem monoenové kyseliny. Přítomny mohou být karboxyl. kyseliny i dienové, např. linolová nebo trienové, např. linolenová či tetraenové, např. arašidová. Hlavním polyhydroxyalkoholem estericky vázaným na tyto kyseliny je glycerin. Jiným alkoholem může být cholesterol (u živočišného tuku). K zabránění kontaktu horkého oleje se vzdušným kyslíkem po uhašení plamene se do hasiva přidává louh (sodný nebo draselný), který reaguje s karboxylovými kyselinami podle následující (schematické) chemické rovnice:
kde R je např. stearová kyselina . Jedná se o tzv. saponifikaci, tj. hydrolýzu esteru alkalickým hydroxidem obvykle za vzniku glycerinu a příslušné soli mastné kyseliny (mýdla). Vzniklé mýdlo vytvoří silnou krustu, bránící přístupu kyslíku k oleji. Hasební zkoušky požární třídy F Za účelem objektivního posouzení hasicích účinků hasiv pro třídu požárů F nabízených na našem trhu byla v TÚPO provedena série zkoušek zaměřená především na ověření: - vlivu velikosti objemu oleje ve zkušebním objektu na výsledek zkoušky, - vlivu doby zahřívání zkušebního zařízení (nádoby) do samovolného vznícení na výsledek zkoušky, - vlivu doby volného hoření oleje (od vznícení) na výsledek zkoušky, vlivu způsobu aplikace hasiva a proudění vzduchu (při nuceném větrání) na velikost plamene, - způsobů měření: a) teploty oleje, b) hustoty toku tepla od plamene, c) výšky plamene při zkoušce, d) koncentrace hlavních toxikantů ve spalinách, opakovatelnosti zkušebního postupu, - správnosti kritérií hasící schopnosti přenosných hasicích přístrojů pro třídu F podle nově vydané ČSN EN 3-7, A1:2008, - specifikace opatření bezpečnosti práce a ochrany zdraví.
437
V současné době jsou pro hašení jedlých tuků a olejů u nás nabízena následující hasiva: 1. vodní roztok Neufrol M – Meterin od firmy FLN Neuruppin, Německo 2. vodní roztok Fettex od firmy Sthamer, Německo 3. pěnidlo Fire Ade AFFF od firmy Fire Service Plus Inc., USA Cílem zkoušek bylo také mimo výše uvedené, prakticky ověřit hašení třídy požáru F podle normy ČSN EN 3-7 +A1:2008 příloha L přenosnými hasicími přístroji a verifikaci zkušebního zařízení vyrobeného pro tyto zkoušky podle uvedené normy. Zkoušky byly provedeny ve velké zkušební hale Technického ústavu požární ochrany v Praze Modřanech ve dnech 27. 5. 2009 až 2. 7. 2009. Vzhledem k finanční náročnosti zkoušek byly verifikovány zkušební postupy podle uvedené normy pouze pro zkušební objekty 5 F a 25 F. Problémem při výrobě zkušebního zařízení byl ten fakt, že uvedená norma neřeší konkrétně některé parametry zkušebního zařízení jako je např. výkon, velikost a počet plynových hořáků, a tím nestanoví také rozměry ochranného krytu zadržujícího plameny v případě ohřevu plynem, který má zabránit předčasnému zapálení. Z těchto důvodů muselo být zkušební zařízení v průběhu zkoušek upravováno. Konečné provedení zkušebního zařízení je zobrazeno na obr. č. 1.
Obr. č. 1: Zkušební zařízení při zahřívání slunečnicového oleje
438
Vzhledem k zajištění co nejvyšší objektivity a opakovatelnosti zkoušek byl zvolen pro aplikaci hasiva jednotný typ hasicího přístroje T9 PMDS s obsahem 9 l hasiva produkce FLN Neuruppin se standardní mlhovou tryskou. Některé aplikaci byly ověřovány bez mlhové trysky a v jednom případě i s malým 2 litrovým přenosným hasicím přístrojem T2 PMDS FLN Neuruppin. Mimo rámec normy ČSN EN 3-7 + A1: 2008 bylo pro názornost demonstrováno hašení hasicím přístrojem CO2 typ S-6 Kodreta s náplní 6 kg CO2 a práškovým hasicím přístrojem 6 PKT 06.08 výrobce Kovoslužba Praha s obsahem 6 kg prášku ABC Pulvex Standard. Citovaná norma použití hasicích přístrojů CO2 a práškových hasicích přístrojů pro hašení požárů třídy F výslovně zakazuje s tím, že jejich použití se považuje za nevhodné a nebezpečné, což se v průběhu experimentu rovněž prokázalo. Jako hořlavý olej bylo celkem v průběhu zkoušek použito celkem 450 l slunečnicového nefiltrovaného oleje od firmy Oleofin, a.s. Praha, s rozsahem teploty vznícení od (345 do 378) °C a pro 2 zkoušky 50 litrů přepáleného fritovacího oleje. Pro snížení vlivu obsluhy na proces hašení byla většina zkoušek hašení prováděna z přenosného hasicího přístroje, který byl stabilně fixován tak, aby vzdálenost proudnice od středu hladiny oleje činila 1000 mm a osa trysky proudnice s horizontální rovinou svírala cca 45 stupňů. Vzhledem k tomu, že norma stanoví, že hašení se provádí pouze z jednoho směru nebo z boční strany zkušební vany, bylo ověřováno hašení jak z kratší strany (po šířce vany), tak z delší strany (po délce) vany. Dále bylo ověřováno použití sprinklerové hlavice s použitím přenosného hasicího přístroje S9 PMDS – Tandem, který byl výše uvedeným způsobem upevněn. K zajištění bezpečnosti při hašení byly použity zásahové obleky, ochranné přilby s ochranným štítem, zásahové rukavice. Jištění hasícího příslušníka prováděl stejně vybavený další příslušník se záložním HP. Ostatní požadavky na zkušební zařízení a zkušební postup byly realizovány dle ČSN EN 3-7 + A1: 2008. Vybrané charakteristiky olejů a hasiv použitých při zkouškách jsou uvedeny v příloze č. 1 tabulka č. 1. Vyhodnocení zkoušek Zkoušky byly prováděny za různých podmínek tak, aby bylo možno posoudit jejich vliv na průběh hašení a hasicí účinnost. Celkově bylo provedeno 21 zkoušek jejichž výsledek je shrnut v příloze č. 2 tabulka č. 2. Vliv délky zahřívání na dobu hašení Srovnáním zkoušek č. 1 s dobou ohřevu 29 min a č. 2 s dobou ohřevu 79 min lze usuzovat, že s prodlužováním doby ohřevu dochází ke zvýšení teploty konstrukce zkušebního objektu a tím k vyšší pravděpodobnosti opětného vzplanutí již uhašené olejové lázně, ve které vlivem varu oleje po uhašení dochází k destrukci krycí krusty vzniklé působením hasební látky. Tento fakt ovlivňuje především dobu hašení a je ovlivněn rychlostí odvodu tepla z lázně pod teplotu vznícení. Z výsledků zkoušek zároveň vyplývá, že eliminovat opětná vzplanutí lze zvýšenou spotřebou hasiva, 439
čímž se na hladině oleje vytvoří silnější a pevnější krusta a zkrátí také celková doba hašení.
Obr. č. 2: Pohled na vytvořenou zmýdelnatělou krustu po ukončení hašení Způsob zahřívání ČSN EN 3-7 +A1 blíže nespecifikuje, stanoví pouze, že olej ve zkušební nádobě se zahřívá vhodným zahřívacím zařízením, které může být plynové nebo elektrické. Podmínkou pouze je, že vznícení musí nastat nejdéle do 3,5 hod od spuštění zahřívacího zařízení. Tento požadavek se v průběhu zkoušek ukázal jako určitý problém. U zkoušky č. 3 se nepodařilo ve stanoveném limitu dosáhnout teploty vznícení, po 279 minutách ohřevu činila teplota oleje pouze 285°C. U zkoušky č. 13 byl stanovený limit překročen o 3 minuty. Tato skutečnost se pak odrazila i v tom, že v průběhu zkoušek byl způsob ohřevu několikrát měněn a bylo upravováno i zkušební zařízení, zejména pokud jde o rozměry, blíže normou neurčené, u ochranného krytu zadržujícího plameny v případě ohřevu plynem, které mají bránit předčasnému zapálení teplem uvolňovaných plynů a par z olejové lázně. U prvních zkoušek byly k ohřevu použity 2 propanbutanové hořáky na svařování asfaltové lepenky. Po úpravách ochranného krytu se rozšířením jeho lemu podařilo snížit zároveň i tepelné ztráty při ohřevu a počet hořáků byl snížen pouze na jeden. Rychlost ohřevu ovlivňuje rovněž teplota vzduchu, atmosférický tlak, relativní vlhkost a další faktory, které při více jak měsíc trvajícím průběhu zkoušek byly proměnlivé, neměly však rozhodující vliv na jejich výsledky a byly v rozmezí hodnot stanovených normou. Vliv velikosti objemu oleje ve zkušební nádobě na výsledky zkoušek Doba ohřevu do vznícení závisí nejen na intenzitě ohřevu, ale také na množství zahřívaného oleje. Velikost zkušebního objektu a množství oleje rozhodnou měrou ovlivňuje celkovou dobu hašení a spotřebu hasiva. ČSN EN 3-7 +A1 jsou stanoveny objemy jedlého oleje pro zkušební objekt 5 F na 5 litrů, 25 F na 25 litrů, 40 F na 40 litrů a 75 F na 75 litrů. V rámci prováděných 440
zkoušek byl z bezpečnostních důvodů snížen objem oleje u zkušebního objektu 25 F na 10 litrů při zkouškách č. 9, 10, 18a, 18b vzhledem k tomu, že se jednalo o aplikaci hasebních látek, které tato norma nepřipouští. V průběhu zkoušek se toto snížení ukázalo jako oprávněné. Vliv rychlosti proudění vzduchu ve zkušební hale na výsledek zkoušky Zvýšená rychlost proudění vzduchu se v podstatě promítá pozitivně v procesu hašení jedlých tuků a olejů, neboť příznivě ovlivňuje odvod tepla a ochlazování jak samotného oleje po uhašení, tak i ochlazování zkušebního zařízení, které simuluje fritézu na smažení. Zvýšená rychlost proudění vzduchu byla simulována při zkoušce č. 17 pomocí přenosného ventilátoru umístěného ve vzdálenosti 2,3 m před zkušební nádobu ve výšce 0,65 m. Proudění vzduchu vyvolané přenosným ventilátorem ve vzdálenosti 1 m před zkušební nádobou a ve výšce 2 m od podlahy dosahovalo rychlosti 2 ± 0,1 m/s. Ochlazovací účinek proudění vzduchu se projevil jak na době hašení, která činila 1 sec., tak i na spotřebě hasiva Neutrol M, která ve srovnání s běžnými podmínkami byla velmi nízká a činila 1,14 kg. Na zkušební prostor jsou ČSN EN 3-7 + A1 kladeny pouze minimální požadavky, kterými jsou vnitřní výška budovy, která musí činit min. 8m a plocha kolem zkušební nádoby musí mít minimální vzdálenost 3 m od stěny zkušebny. Zkušebna TÚPO má vnitřní výšku 9,5 m a plochu 10,5 x 12 m, čímž plně splňuje podmínky této normy. Rychlost proudění vzduchu při zkouškách byla měřena anemometrem ve 2 vzdálenostech. Ve vzdálenosti 1 m od zkušební nádoby ve výšce 2 m nad podlahou se pohybovala v rozsahu 0,24~0,49 m/s a ve vzdálenosti 2 m od zkušebního zařízení o výšce 2 m nad podlahou v rozsahu 0,07~0,12 m/s. V blízkosti zkušebního zařízení se projevoval komínový efekt v důsledku tahu zahřátých zplodin ústících do digestoře. Vliv způsobu aplikace hasiva na výsledek zkoušky Při zkouškách hašení slunečnicového oleje v TÚPO byly dále posuzovány vlivy aplikace hasiva s tím, že byl eliminován vliv konstrukce trysky a s ní spojena disperze vodní mlhy, neboť šlo především o posouzení vhodnosti a účinnosti hasiv. Použití kompaktního proudu při zkouškách č. 7, 11, 12 a 14 se ukázalo jako naprosto nevhodné a nebezpečné, i když při nich bylo dosaženo uhašení zkušebních objektů. Rozvíření hladiny, do vysokých teplot zahřátého oleje, vlivem kinetické energie podávané hasební látky vedlo k prudkému vývinu hořlavých plynů a par, které se pak vznítily téměř explozivně. Cílem bylo ověřit rovněž vlivy aplikace hasiva, které nejsou v ČSN EN 3-7 +A1 přesně komentovány. Norma stanoví pro způsob hašení požáru, že zkoušející vyprazdňuje celý obsah hasicího přístroje bez přerušení z minimální vzdálenosti, jak je určeno výrobcem na štítku. Výrobci však tuto vzdálenost dosud nestanovili nebo uvádějí minimální vzdálenost pro hašení elektrických zařízení pod napětím, která činí 1 metr. Vzhledem k tomu, že vyprázdnění celého přístroje necharakterizuje účinnost 441
hasiva, bylo při zkouškách zvoleno přerušované hašení, aby bylo možno stanovit jeho celkové množství pro uhašení daného zkušebního objektu. Norma dále stanoví, že hašení se provádí pouze z jednoho směru nebo z boční strany zkušební vany. U zkušebního objektu, který má kruhovou formu je jasné, že směr hašení nemůže mít vliv na průběh hašení. Další zkušební objekty mají obdélníkový tvar s poměrem stran 2:1 u zkušebních objektů 25 F a 75 F a s poměrem stran 4:3 u zkušebního objektu 40 F. Provedení zkoušek hašení z různých stran, viz.zkoušky č. 4, 5 a 13 však ukázaly, že směr hašení nehraje podstatnou roli. Malé rozdíly ve spotřebě hasiva při těchto zkouškách byly dány spíše vlivem obsluhy při spouštění přístrojů než vlivem stran. Při dalších zkouškách bylo snahou posoudit vliv obsluhy přístroje při pohybu s proudnicí v porovnání s pevně upevněnou proudnicí ve stojanu, viz. zkoušky č. 4, 5 a 15. I u těchto zkoušek byl rozdíl nepodstatný a závislý především na krátké době aplikace. Poslední zkouškou v této sérii bylo ověření možnosti aplikace malého lokálního samočinného hasicího zařízení. Při této zkoušce byl použit sériově vyráběný stálotlaký pěnový hasicí přístroj S9 PMDS – Tandem, produkce FLN Neuruppin, u které byla původní pěnotvorná náplň AFFF zaměněna za Neutrol M. Tento přenosný hasicí přístroj je opatřen nástavcem se sprinklerovou hlavicí a je schopen plošného hašení na ploše 9 m2. Při tomto pokusu se ukázalo, že tento způsob hašení je v zásadě možný a hlavně bezpečný. Samočinné zařízení by však muselo být upraveno tak, aby rozstřik hasiva byl zúžen pouze na chráněnou plochu. Zkušební objekt byl sice během 2 vteřin uhašen, ale po dalších 19 sekundách došlo k opětnému vzplanutí. Přístroj s náplní 9 l hasiva však byl v tu dobu již zcela vyprázdněn na plochu 9 m2 a opětné vzplanutí muselo být uhašeno záložním přístrojem. Zhodnocení vhodnosti jednotlivých druhů hasiv Provedené zkoušky ukázaly, že k hašení třídy požáru F lze bezpečně použít pouze hasiva schválená pro hašení jedlých tuků a olejů za následujících podmínek: - Pouze ve formě jemné vodní mlhy. Hasivo musí b ýt podáváno tak, aby nedošlo při jeho aplikaci k rozčeření hladiny oleje. - Použití kompaktního proudu se jeví jako nebezpečné. - Toto hasivo má být aplikováno v koncentraci stanovené výrobcem. Při plnění hasicích přístrojů musí být přísně dodržen postup daný výrobcem. Jejich ředění nebo míšení je nebezpečné. - Hasivo je vhodné aplikovat s určitým přebytkem, neboť vlivem varu olejové lázně a vysoké teploty může dojít k narušení vytvořené tenké izolující vrstvy na hladině oleje a jeho opětnému vznícení. V rámci provedených zkoušek vyhovělo požadavkům ČSN EN 3-7 + A1 pouze hasivo Neufrol M – Meterin dodávané FLN Neuruppin s nejnižší průměrnou spotřebou 2,5 kg pro zkušební objekt 25 F (viz. zkoušky č. 4 a 5), a Fetex od firmy 442
Sthamer, SRN s průměrnou spotřebou 2,78 kg na tentýž objekt (viz. zkoušky č. 6 a 8). Dalším hasivem, které bylo deklarováno v dostupných prospektech pro hašení třídy požáru F, bylo hasivo Fire Ade AFFF, které při aplikaci ve formě vodní mlhy prokázalo hasební schopnost, ale nevyhovělo požadavkům ČSN EN 3-7 + A1 na výšku plamenů, které vysoko přesahovaly stanovený limit 2 m v důsledku nadměrného vývinu hořlavých plynů a par olejové lázně při hašení. Pěnotvorné hasební látky typu AFFF dříve označované jako vyhovující pro hašení jedlých tuků a olejů nelze z bezpečnostního hlediska doporučit. Zkoušky rovněž prokázaly nevhodnost a nebezpečnost použití hasicích přístrojů CO2 a práškových hasicích přístrojů, které se dle ČSN EN 3-7 + A1 nesmějí používat k hašení požárů třídy F. O velkém hazardu a nebezpečí hašení vodou hořlavých látek této třídy se není nutno, doufám, zmiňovat a jsou všem zřejmé. Ve statisíců požárů se však občas bohužel stále objevují.
Obr. č. Reakce hasiva Fire Ade AFFF 3% po kontaktu s hořícím olejem Literatura Kromě norem a technických předpisů citovaných v textu výše byly v této práci použity následující literární prameny: [1] ČSN EN 3-7 + A1 Přenosné hasicí přístroje- Část 7:Vlastnosti, požadavky na hasicí schopnosti. 2008. [2] ČSN EN 2 Třídy požárů. 1994. [3] ISO 3941 Třídy požárů. 1997. [4] KALOUSEK, J. Základy fyzikální chemie hoření, výbuchu a hašení. Ostrava: Edice SPBI Spektrum, 1996 [5] BARATOV, A.N. Spravočnik. Požaro-vzryvobezopasnosť veščestv i materialov i sredstva tušenija. Moskva: Chimija,1990. [6] Fire – Fighting Today. Frankfurt am Main: Hoechst,1989. [7] D. J. HAMAN. Chemie lipidů. Praha: Nakladatelství ČAV, 1964. 443
Příloha č. 1 – stran 1/1 Tab.č. 1 Vybrané charakteristiky olejů a hasiv ze zkoušek hašení třídy požárů F Předmět Zkoušky (obal)
ρ24°C
pH
Bod vzplanutí (°C)
Bod hoření (°C)
Teplota vznícení (°C)
(g/cm ) 3
SlO (200 l sud)
0,9188
6,57
331±1
366±8
393±3
SlO (1 l orig. bal.)
0,9187
6,55
339±5
364±3
389±3
SlO (50 l sud)
0,9155
6,67
337±3
366±5
392±3
FrO (3 l orig. bal.)
0,9163
6,63
334±7
360±3
386±3
PřeO (5 l,/2.7.)
0,9157
6,68
329±3
360±5
388±4
PřeO (5 l/25.6.)
0,9153
6,72
333±3
360±5
387±3
Neufrol M
1,1814
7,86
-
-
-
Fettex
1,2701
8,12
-
-
-
FireAde AFF 3 %
1,0011
6,03
-
-
-
FireAde AFF 6 %
1,0038
6,13
-
-
-
FireAde AFF konc
1,0791
7,31
-
-
-
Vysvětlivka SlO Slunečnicový olej (výrobce Oleofin, a.s.,Praha) FrO Fritovací olej (výrobce Oleofin, a.s., Praha) PřeO Přepálený olej (závodní kuchyně v Kongresové, Praha) Komentář: • K přepáleným olejům (neznámého původu a počtu fritování): - Jejich hustota je v průměru o 0,002 g/cm3 nižší a pH o 0,1 vyšší než u dosud nepoužitých olejů (slunečnicového a fritovacího), - Jejich bod vzplanutí a bod hoření jsou v průměru o 4 °C nižší a teplota vznícení o 3 °C nižší než u dosud nepoužitých olejů (slunečnicového a fritovacího). • K hasivům FireAde AFF: - -Koncentrát má vyšší hustotu a pH (je zásaditější) než 6 % a 3 % roztoky (ve stejném pořadí)
444
445
Zkušební objekt dle ČSN-EN
5F
5F
25 F
25 F
25 F
25 F
25 F
25 F
25 F
25 F
25 F
25 F
Číslo zkoušky
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
25
25
10
10
25
25
25
25
25
25
5
5
Množství oleje, 1
169
193
65
65
164
117
174
127
127
279
76
29
Doba ohřevu do vznícení, min
369
368
366
378
369
375
365
364
367
285
354
360,5
Teplota vznícení, °C
Fire Ade AFFF 3%
Fire Ade AFFF 6%
Fire Ade AFFF 3 %
Fire Ade AFFF 6 %
Fetex
Neutrol M 8l+1l H2O
Fetex
Neutrol M
Neutrol M
-
Neutrol M
Neutrol M
HASIVO
8
2
Celková doba do uhašení, sec
18
21
17
17
17
42
15
14
21
nebylo dosaženo teploty vznícení
Tabulka č. 2 - Vyhodnocení zkoušek hasiv pro třídu požáru F
2
-
1
-
1
2
1
1
2
1
-
Počet opětných vzplanutí
6,3
6,92
2,34
5,3
2,6
6,81
2,96
1,78
3,22
0,84
1,76
Spotřeba hasiva, kg
> 5 EXPLOZE
> 5 EXPLOZE
3-4
3-4
> 2 0,5 s
>> 2 EXPLOZE
> 2 0,5 s
> 2 0,5 s
> 2 0,5 s
í
< 2
< 2
Výška plamenů, m
T9 PMDS bez trysky
T9 PMDS bez mlhové trysky
T9 PMDS
T9 PMDS
T9 PMDS
T9 PMDS vypadla mlhová tryska
T9 PMDS
T9 PMDS
T9 PMDS
T2 PMDS
T9 PMDS
Způsob hašení
zkouška byla přerušena
Poznámka
NE
NE
NE
NE
ANO
NE
ANO
ANO
ANO
ANO
ANO
Vyhovuje ANO/NE
Příloha č. 2
446
25 F
25 F
25 F
19
20
21
25
25
25
10
10
25
25
25
25
25
Množství oleje, l
144
114
113
*
71
140
134
157
144
213
Doba ohřevu do vznícení, min
367
362
360
*
378
368
366
368
363
369
Teplota vznícení, °C
Neutrol M
Neutrol M
Fire Ade AFFF 6%
ABC Pulvex Standard
CO2
Neutrol M
Neutrol M
Neutrol M
Neutrol M
Neutrol M
HASIVO
1
1
7
4
neuhašeno 85
1
neuhašeno
24
5
40
Celková doba do uhašení, sec
-
-
-
-
4
-
1
1
-
2
Počet opětných vzplanutí
1,76
2,02
8,2
3,1
6 kg CO2
1,14
9,68
2,94
7,22
2,6
Spotřeba hasiva, kg
< 2
< 2
3-4
< 2
< 2
< 2
< 2
< 2
>> 2
< 2
Výška plamenů, m
T9 PMDS
T9 PMDS
T9 PMDS
HP 6PKT0608 ABC prášek
CO2 HP S 6 Kodreta
T9 PMDS
S9 PMDS Tandem (sprikler)
T9 PMDS ručně
T9 PMDS bez trysky ručně
T9 PMDS
Způsob hašení
tlakem hasiva rozstřik oleje
zvýšené proudění vzduchu 2 m/s
opětné vzplanutí po 195 sec
ANO
ANO
NE
NE
NE
ANO
NE
ANO
ANO
hašení z kratší strany hašení z delší strany
ANO
Vyhovuje ANO/NE
hašení z kratší strany
Poznámka
Poznámka: U zkoušek č. 1 – 19 byl použit slunečnicový nefiltrovaný olej od firmy Oleofin, a.s. Praha., u zkoušky č. 20 byl použit tentýž olej po opětném ohřevu, u zkoušky č. 21 byla použita směs připálených fritovacích olejů s přidáním 5 l slunečnicového oleje, * - zkouška navazovala na zkoušku s náplní oleje č. 18a
25 F
18b
25 F
16
25 F
25 F
15
18a
25 F
14
25 F
25 F
13
17
Zkušební objekt dle ČSNEN
Číslo zkoušky
Technický ústav požární ochrany – zkušebna technických prostředků PO – akreditovaná laboratoř pro zkoušky hasicích prášků Ing. Jan Podhradský Technický ústav požární ochrany, Písková 42, 143 01 Praha 4 E-mail: [email protected], [email protected] Abstrakt Zkoušení hasicích prášků, hasiva, technické podmínky pro prášky (kromě prášků pro třídu požáru D). Klíčová slova hasiva, hasicí prášek, zkoušky hasicí schopnosti, sypná hustota, sítová analýza, odolnost proti spékání a hrudkování, odpudivost vůči vodě Úvod Technický ústav požární ochrany v Praze – oddělení Zkušebna technických prostředků PO je akreditovaným pracovištěm pro zkoušky hasicích prášků (kromě prášků pro třídu požárů D) už od začátku svého vzniku Hasicí prášek Je definován jako hasivo, složené z jemně rozmělněných pevných chemických látek (menších než 0,2 mm), obsahující jednu, nebo několik hlavních složek v kombinaci s aditivy, sloužícími ke zlepšení jeho vlastností. První zařízení, které použilo prášek a umožnilo ho vrhnout do ohniska požáru, vzniklo v roce 1912. od té doby vývoj prášků pokračuje až do dnešní doby, kdy byla připravena celá řada různých receptur a složení. V podstatě jsou prášky svým chemickým složením anorganické soli- nejčastěji mono i dihydrogenfosforečnany, sírany, hydrogenuhličitany, chloridy- s kationem draselným, sodným nebo amonným. Pro speciální účely jsou použity další sloučeniny-jako např. borax – tetraboritan sodný, Kryolit- hexafluorohlinitan sodný pod. Další součastí prášků jsou organické sloučeniny jako silikony, syntetické pryskyřice, stearáty, tvrdá smola apod., které zlepšují účinnost a vlastnosti prášku. Princip hasicí účinnosti prášků je založen na tzv.. antikatalytickém efektů, inhibici radikálů hořící látky a také na stěnovém efektu. Prášky nemají ochlazující účinek.
447
Na účinnost prášku má vliv velikost a tvar jednotlivých jeho částic. Prášky jsou označovány podle toho, na jaký druh požáru jsou určeny-např. prášek ABC je určen na druhy požárů A (hořící pevné organické látky), B (hořící kapaliny), C (hořící plyny) Vlastnosti, požadavky a zkoušení prášků (kromě prášků D) Technické podmínky pro prášky (vyjma prášků pro třídu požárů D) popisuje norma ČSN EN 615 + změna A1 : Požární ochrana – Hasiva – Technické podmínky pro prášky (kromě prášků pro třídu požáru D) Zde jsou stanoveny požadavky, které musí hasicí prášek splňovat a jsou zde popsány metody zkoušení, podle kterých se tyto požadavky zjišťují. U hasicího prášku se sledují následující vlastnosti, hodnotí tyto parametry a provádí tyto zkoušky: • • • • • • • •
sypná hustota sítová analýza chemické složení zkouška hasicí schopnosti zbytkové množství po vyprázdnění odolnost proti spékání a hrudkování odpudivost vůči vodě obsah vlhkosti
Zkoušení těchto vlastností hasicích prášků se v Technickém ústavu požární ochrany prakticky provádí a jsou akreditovanými metodami. Sypná hustota Je to stanovení specifické měrné hmotnosti volně loženého prášku. Není normou striktně určena, ale musí být v toleranci ± 0,07 g. cm-3 od charakteristické hodnoty, to znamená od hodnoty, kterou uvádí výrobce. Stanovení sypné hustoty se provádí vložením přesně zváženého množství prášku do kalibrovaného odměrného válce. Potom se válec několikrát převrátí a nakonec se ponechá přesně definovanou dobu sedimentovat. Odečte se objem a z podílu hmotnosti a objemu se vypočítá sypná hustota. Sítová analýza Sítování neboli sítová analýza slouží k analýze velikosti částic prášku. Provádí se na třech sítech, o velikosti ok 0,125 mm, 0,063 mm a 0,040 mm. Jiné velikosti částic nejsou v technických požadavcích normy sledovány.
448
Součet nadsítného podílu na sítě 0,040 mm a na sítě 0,063 mm se nesmí lišit od charakteristických hodnot o více než 8 % z celkové hmotnosti vzorku a souhrnné procento na sítě 0,125 mm nesmí být rozdílné od charakteristické hodnoty ne více než 5 %. hmotnostních. Sítování je možno provádět dvěma metodami Metoda 1:- na prosévacím přístroji klasického typu, který pohybuje sadou sít ve vodorovné rovině po elipsovité dráze a s úderem do sady zespodu nahoru každou devátou otáčku. Frekvence ani amplituda elipsovitého pohybu není předepsána, ani není definována síla úderu zespoda. Jak bylo zjištěno průzkumem, takovýto prosévací přístroj v současnosti neexistuje, ani ho nikdo nevyrábí. Zbývá proto metoda 2: - Fluidní prosévací přístroj – který vhání vzduch pod síto pomocí vzduchové štěrbiny na otočném rameni a zespodu je zpětně pod víkem vzduch odsáván, takže částice jsou vlastně skrz síto proudem vzduchu profukovány. Tato metoda je přesnější, avšak ani zde není definován tlak, resp. podtlak vzduchu, frekvence otáček ramene apod.. V současnosti tento přístroj má patentován a vyrábí ho jediná firma na světě. Chemické složení Chemické složení prášku není stanoveno, vychází z receptury výrobce. Všechny deklarované složky musí být obsaženy podle údajů charakteristických hodnot s předepsanou tolerancí. Charakteristické hodnoty chemického složení musí být vyjádřeny procentuálně z celkového složení, charakteristické hodnoty obsahovat všechny přítomné složky prášku, které jsou zastoupeny 10 nebo více procenty. Chemické složení je možno stanovit pomocí kvalitativně rentgenografické analýzy a kvantitativně např. elektrochemickými metodami, titrací apod.. Zkoušky hasicí schopnosti Pro tuto zkoušku se použije předepsaný přenosný hasicí přístroj doporučený výrobcem prášku, o jmenovité náplni 6kg, eventuelně 9 kg. Vlastní zkouška se provádí podle ČSN EN 3 – 7 Prášky pro třídu požáru A musí: a) pro přenosný hasicí přístroj o jmenovité hmotnosti náplně 6 kg – uhasit zkušební požární objekt 21 A b) pro přenosný hasicí přístroj o jmenovité hmotnosti náplně 9 kg – uhasit zkušební požární objekt 27A
449
Prášky pro třídu požáru B musí: a) pro přenosný hasicí přístroj o jmenovité hmotnosti náplně 6 kg – uhasit zkušební požární objekt 113 B b) pro přenosný hasicí přístroj o jmenovité hmotnosti náplně 9 kg – uhasit zkušební požární objekt 144 B Prášky pro třídu požáru C musí vyhovovat požadavkům protřídí požáru B Zbytkové množství po vyprázdnění Zbytkové množství musí vyhovovat požadavkům ČSN EN 3 – 7, tedy nesmí být větší než 10 % jmenovitého množství náplně. Před vlastní zkouškou musí být hasicí přístroj podroben procesu zhutňování podle ČSN EN 3 – 7,tuhou ocelovou vodorovnou desku. Odolnost proti spékání a hrudkování Prášek nasypaný na Petriho misku a uhlazený s okrajem, se vloží 24 hod do exsikátoru s nasyceným roztokem chloridu sodného. Roztok poskytuje relativní vlhkost přibližně 75 %. Potom se vyjme a vloží na 24 hod do sušárny s teplotou (48±3) ° C. Po uzavření Petriho misky a hodinové temperaci na (20 ±5) °C se prášek z misky vysype na list papíru a potom sesype na síto o průměru ok 0,425 mm. Sítem se zatřese aby se rozpadly hrudky. Pomocí stěrky se seberou zbylé hrudky a pustí se z výšky 200 mm na tvrdý povrch, prášek se sebere a znovu přenese na síto, střese se 20 s a zkontroluje se, zda nejsou patrné ještě nějaké hrudky. Po této operaci nesmí žádné hrudky zůstat. Odpudivost vůči vodě Prášek se vloží do Petriho misky, uhladí se povrch s okrajem. Na tři různá místa se kápne kapka destilované vody a Petriho miska s práškem se vloží na 60 min do exsikátoru s nasyceným roztokem chloridu sodného. Po vyjmutí z exsikátoru nesmí dojít k absorpci kapky vody. Obsah vlhkosti Vlhkost hasicího prášku se stanovuje výpočtem z rozdílu hmotností přesně naváženého množství před a po vysušení. Sušení se provádí 48 hodin v exsikátoru nad koncentrovanou kyselinou sírovou. Vlhkost nesmí být větší než 0,25 hmotnostního procenta. Závěr Technický ústav požární ochrany je tyto výše uvedené zkoušky schopen prakticky provádět. Je akreditován i na tyto zkušební metody zkoušení hasicích pášků, tyto metody jsou uvedeny v Příručce kvality Technického ústavu požární ochrany, AZL č.1011.2, v příloze č. 1. a v Osvědčení o akreditaci 450
Seznam literatury: [1] ČSN EN 615 + změna A 1 Požární ochrana – Hasiva – Technické podmínky pro prášky (kromě prášků pro třídu požárů D), ČNI , 2002 [2] ČSN EN 3 – 7+ A1:2008 Přenosné hasicí přístroje. Praha, ČNI, 2008 [3] ČSN EN 2 Třídy požárů, Praha, ČNI, 1994 [4] ADAMEC V et al. :Taktika zdolávání požárů, nehod a havárií. Praha, Ř HZS ČR, 1995 [5] BRUMOVSKÁ I. : Speciální chemie pro požární ochranu. Praha, Ř HZS ČR, 1992 [6] ORLÍKOVÁ K.: Hasební látky. Ostrava, SPBI, 1995 [7] ORLÍKOVÁ K.: Chemie hasebních látek. Ostrava, VŠB, 1986
451
Rámcové směrnice pro novou legislativu pro uvádění výrobků na trh Ing. Jan Pohludka Fyzikálně technický zkušební ústav, Pikartská 7, 716 07 Ostrava – Radvanice, E-mail: [email protected] Abstrakt Tento příspěvek má za úkol podrobněji popsat novou připravovanou legislativu v oblasti uvádění výrobků na trh v evropské Unii a informovat o nových pravidlech a postupech při prokazování shody a dozoru nad trhem. Klíčová slova bezpečnost, uvádění výrobků na trh, dozor nad trhem, certifikace Úvod Jedním ze základních výhod evropské Unie je volný pohyb zboží a odstranění překážek v obchodu mezi členskými zeměmi a zároveň zajištění požadované ochrany spotřebitelů – tj. zajištění vysoké úrovně bezpečnosti výrobků. V EU byla proto v minulosti vypracována Globální koncepce a Koncepce nového přístupu k této problematice a na základě těchto základních dokumentů byly postupně zpracovávány směrnice pro jednotlivé oblasti výrobků, které by mohly být nebezpečné pro uživatele (spotřebitele). Evropská komise po delším období provedla vyhodnocení funkčnosti celého systému a ze závěru vyplynula potřeba výrazných úprav. 1 Analýzy trhu Zkušenosti a průzkumy dozoru nad trhem ukázaly, že směrnice nového přístupu nefungují ve všech členských zemích stejně. Ve většině zemí není dostatečné personální obsazení pro zajištění účinného dozoru nad trhem a ani odbornost inspektorů není dostatečná. Z tohoto důvodu je nebezpečí narušení volné soutěže – nepoctivé firmy mohou uvádět na trh výrobky, které nesplňují požadovanou úroveň bezpečnosti – jsou proto levnější. Komise provedla analýzy především v těchto oblastech: - dozor nad trhem / Akreditace - notifikované orgány - role a význam CE značky - obecné definice & povinnosti a došla k následujícím závěrům: 452
Přístup k dozoru nad trhem není vůbec koordinován, a proto existuje v různých členských zemích nerovnocenný přístup. Vzhledem ke špatným zkušenostem spotřebitelů se značkou CE je obecně v EU nedostatek důvěry k značce shody – obecně je znám výklad, že značka CE neznamená bezpečný výrobek ale China Export – to je výrobek exportovaný z Číny. Evropská komise zjistila nedostatky v jednotném zavádění a vynucování dodržování požadavků směrnic a evropští výrobci nemají výhody z původního záměru plného přístupu na vnitřní trh EU. Notifikace a akreditace nejsou spolu provázány, akreditace se ve většině zemí provádí podle norem, nikoliv podle směrnic a je na různé úrovni. V notifikaci zkušeben je situace ještě horší, jde o národní záležitost a zkušenosti ukázaly, že některé země nevyžadují akreditaci a notifikují jako způsobilé všechny subjekty, které o to požádají. Tak například pro ATEX směrnici je v současné době notifikováno přes 60 zkušeben (na celý rozsah směrnice), z toho však opravdu umí provádět nějaké zkoušky okolo 20 zkušeben a v celém rozsahu je schopno poskytovat služby asi 5 zkušeben. Dozor nad trhem je neúčinný z důvodu malé vzájemné informovanosti, kvality inspektorů a jejich počtu a finančních prostředků uvolňovaných na tuto činnost v jednotlivých státech. Nedostatečné financování nedovoluje inspektorům zadávat zkoušky, pokud mají podezření na nebezpečný výrobek a bez jasných důkazů o nebezpečnosti výrobku není možná nařídit stáhnutí takovéhoto výrobku z trhu. Proto se evropská Komise rozhodla posílit cely systém pomocí revize hlavních prvků a vydala: - nařízení evropského Parlamentu a Rady (ES) č. 765/2008 ze dne 9. července 2008, kterým se stanoví požadavky na akreditaci a dozor nad trhem týkající se uvádění výrobků na trh – platné okamžitě od okamžiku vydání a - rozhodnutí evropského Parlamentu a Rady č. 768/2008/ES ze dne 9. července 2008 o společném rámci pro uvádění výrobků na trh – stanoví pravidla pro revizi směrnic nového přístupu 2 Nařízení evropského Parlamentu a Rady (ES) č. 765/2008 Toto nařízení stanoví základní podmínky pro: - akreditace - dozor nad trhem • vnitřním • dováženého zboží - společné prvky CE značky - financování pro vzájemné porovnávání
453
Základem pro akreditace je EA, která by měla sjednotit a provádět dozor nad akreditacemi v jednotlivých členských státech podle směrnic EU. Předpokladem je, že v každé zemi bude pouze jeden akreditační orgán, který však musí působit jako orgán veřejné správy na neziskovém principu. Nařízení obsahuje i ustanovení o zákazu konkurence na území jiných států (pokud nepožádá sám stát o pomoc v určité oblasti). Akreditační orgány se budou muset podrobovat vzájemnému hodnocení své činnosti (peer assessment) a výsledky se budou posuzovat v rámci EA. V oblasti dozoru nad trhem budou muset členské státy vybudovat účinný dozor nad trhem ve všech oblastech, které jsou pokryty směrnicemi nového přístupu a od roku 20010 informovat Komisi o počtech a výsledcích provedených kontrol v jednotlivých oblastech. Nařízení uvádí i postup při nalezení nebezpečných výrobků, který budou muset dodržovat všechny orgány dozoru nad trhem. Navíc bude vybudován systém rychlého předávání informací o nebezpečných výrobcích, který bude financovat evropská Komise. Kromě toho, komise bude připravovat školení a odborné vzdělávání inspektorů pro dozor nad trhem v jednotlivých oblastech výrobků. Členské státy budou odpovědni za zajištění účasti odpovídajících inspektorů. Celní orgány budou mít nově pravomoc pozastavit propuštění daného výrobku do volného oběhu na trh Společenství, pokud při kontrole zjistí, že: a) výrobek vykazuje vlastnosti, které udávají důvod domnívat se, že výrobek, pokud je náležitě instalován, udržován a používán, představuje vážné riziko pro zdraví, bezpečnost, životní prostředí nebo jiný obecný zájem; b) k výrobku není přiložena písemná nebo elektronická dokumentace požadovaná příslušnými harmonizačními právními předpisy Společenství nebo výrobek není označen v souladu s těmito předpisy; c) na výrobek bylo nesprávným nebo zavádějícím způsobem připojeno označení CE. V rámci značky CE směrnice zpřísňuje požadavky na připojení této značky a zakazuje její použití nebo zneužití pod hrozbou finančních sankcí. 3 Rozhodnutí evropského Parlamentu a Rady č. 768/2008/ES Základním účelem tohoto rozhodnutí je přesné vymezení modulů pro prokazování shody a jejich možných variant tak, aby při zpracování jednotlivých směrnic pro danou oblast výrobků již nebylo možné provádět jakékoliv úpravy v modulech. Jednotlivé moduly zůstávají bez podstatných změn, v modulu A (posouzení shody samotným výrobcem) je možno u některých důležitých zkoušek vyžadovat provedení zkoušky u akreditované zkušebny.
454
U modulu B – ES přezkoušení typu je možné ve směrnici zvolit známé ověření dokumentace a přezkoušení výrobku notifikovanou zkušebnou, směrnice může omezit zkoušení pouze na části výrobku nebo úplně vynechat – lze ve směrnici požadovat pouze ověření dokumentace. Modul C – shoda s typem umožňuje ve směrnici použít tyto varianty: - Shoda s typem založená na interním řízení výroby - Shoda s typem založená na interním řízení výroby a kontrolním zkoušení výrobku (modul C1) - Shoda s typem založená na interním řízení výroby a kontrolním zkoušení výrobku v náhodně zvolených intervalech (modul C2) Modul D - zabezpečení kvality výroby umožňuje ve směrnici použít tyto varianty: - Shoda s typem založená na zabezpečení kvality výroby - Zabezpečení kvality výroby (modul D1) Modul E - zabezpečení kvality výroků umožňuje ve směrnici použít tyto varianty: - Shoda s typem na základě zabezpečení jakosti výrobku - Zabezpečení jakosti výstupní kontroly a zkoušky konečného výrobku (modul E1) Modul F – shoda s typem výroby umožňuje ve směrnici použít tyto varianty: - Shoda s typem na základě ověřování výrobku - Shoda na základě ověřování výrobku (modul F1) Modul G – shoda na základě ověřování každého jednotlivého výrobku zůstává beze změny a modul H - shoda na základě ověřování každého jednotlivého výrobku umožňuje ve směrnici použít tyto varianty: - Shoda založená na komplexním zabezpečení jakosti - Shoda založená na komplexním zabezpečení jakosti a přezkoušení konstrukce (modul H1) Jinak rozhodnutí přímo uvádí, co jednotlivé směrnice mohou k modulům doplnit. Jedná se především o stanovení doby platnosti certifikátu, stanovení intervalů pro dozor notifikovaných orgánů u výrobce (posouzení výroby), povinné informace v ES certifikátu o přezkoušení typu apod. V příloze jsou uvedeny základní požadavky výrobců, dovozců a distributorů výrobků, základní požadavky na notifikované orgány a orgány, které zajišťují notifikaci v jednotlivých státech, postupy při zjištění nedostatků v normách a nalezení nebezpečných výrobků na trhu a oznamovací povinnosti Komisi. V příloze je rovněž uveden obsah prohlášení o shodě. Začátek platnosti tohoto rozhodnutí je od 1.1. 2010. 455
V současné době se již pracuje na systému revize jednotlivých směrnic. Všechny směrnice by měly být přepracovány během následujících tří až čtyř let. Zatím probíhají analýzy, zda je jednotlivé směrnice nutno zcela přepracovat, nebo Závěr V příspěvku jsou uvedeny pouze základní údaje o připravovaných změnách a nových pravidlech při uvádění výrobků na evropský trh. Podrobnosti pro jednotlivé oblasti výrobků budou známy až po revizi a zpracování nových návrhů všech směrnic, lze však předpokládat, že změny nebudou podstatné a moduly v jednotlivých směrnicích doznají pouze velmi málo změn. Seznam literatury [1] REGULATION (EC) No 765/2008 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 9 July 2008 setting out the requirements for accreditation and market surveillance relating to the marketing of products, and repealing Regulation (EEC) No 339/93 [2] DECISION No 768/2008/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 9 July 2008 on a common framework for the marketing of products, and repealing Decision 93/465/EEC
456
Základy teplotní analýzy Smoke Plume Ing. Jiří Pokorný, Ph.D. Hasičský záchranný sbor Moravskoslezského kraje, Výškovická 40, 700 30 Ostrava - Zábřeh E-mail: [email protected] Anotace Rozvíjející se požár je doprovázen vznikem a rozvojem sloupce kouřových plynů, který je zpravidla označován jako Smoke Plume. Jednou ze základních charakteristik Smoke Plume je teplota. Smoke Plume je zpravidla charakterizován průměrnou teplotou, osovou teplotou a teplotou v radiální vzdálenosti od osy. Zvláštním případem je stanovení osové teploty Smoke Plume se zohledněním působení horké vrstvy kumulovaných plynů. Příspěvek se zabývá popisem některých metod využitelných pro stanovení teplotních charakteristik Smoke Plume, prezentuje výsledky získané jejich aplikací a především poznatky z jejich srovnání. Závěrem jsou doporučeny vhodné výpočetní postupy pro stanovení teplot Smoke Plume. Klíčová slova Smoke Plume, teplota, požár, výpočetní postupy Úvod Smoke Plume je charakteristickým jevem požáru a to zejména ve fázi jeho rozvoje. Ilustrativní příklady Smoke Plume jsou znázorněny na obr. 1.
Obr. 1 Ilustrativní příklady Smoke Plume Jednou z charakteristik Smoke Plume je teplota. Teplotní analýza kouře může být z hlediska použitých metod a míry podrobností značně variabilní. Výpočetní metody je možné členit dle obr. 2.
457
Obr. 2 Teplotní analýza kouře Schematický popis teplotních charakteristik je patrný z obr. 3.
Obr. 3 Smoke Plume s popisem teplotních charakteristik
458
• • • • •
Teplotní analýza kouře je prováděná zejména z následujících důvodů: návrh zařízení pro odvod kouře a tepla, posouzení účinků teploty na evakuované osoby, posouzení účinků teploty na stavební konstrukce, posouzení účinků teploty na uložené materiály, posouzení účinků teploty na záchranné jednotky.
V malých prostorách lze v některých případech pro posouzení teplotních účinků kouře pracovat s úvahou homogenní vrstvy horkých plynů pod stropní konstrukcí. Řešení principiálně odpovídá výpočetní metodice zónových modelů požáru. V rozsáhlých prostorách je však rozdíl mezi průměrnou teplotou horké vrstvy plynů, případně mezi průměrnou teplotou Smoke Plume, a osovou nebo radiální teplotou Smoke Plume značný a posouzení účinků teplot s využitím předchozího postupu je zavádějící. V těchto prostorách je nutné analyzovat osovou, případně radiální, teplotu Smoke Plume. Výpočetní postup se blíží zásadám postupů modelů typu pole. Při podrobnější analýze teplot Smoke Plume je nutné také zohlednit existenci formující se horké vrstvy plynů pod stropní konstrukcí. V dalších částech příspěvku bude předpokládáno, že čtenář je seznámen s obvyklým popisem dynamiky rozvíjejícího se požáru členěním na tzv. charakteristické druhy požáru (pomalý, střední, rychlý a velmi rychlý), základním rozdělením Smoke Plume na zóny (zónu plamene, přechodovou zónu a zónu kouře) a významem virtuálního počátku Smoke Plume. Průměrná teplota kontrolního svazku Smoke Plume Průměrnou teplotu kontrolního svazku, která bývá označována také jako průměrná teplota kumulované vrstvy plynů (pro zjednodušení bude využito v dalších částech příspěvku), lze vyjádřit rovnicemi (1) Tv=To + ∆Tv (2) Průměrná teplota kumulované vrstvy plynů je využitelná zejména při navrhování zařízení pro odvod kouře a tepla, při posuzování účinků teploty na evakuované osoby a záchranné jednotky, případně uložené materiály. Osová a radiální teplota Smoke Plume Jednou z nejvýznamnějších teplot charakterizujících rozvíjející se Smoke Plume je osová teplota. Odvození rovnic pro stanovení osové teploty provázela řada teoretických a experimentálních prací [1]. Pro stanovení poměru ∆Tosa/To byla odvozena rovnice 459
(3)
Experimentálně byla pro stanovení osové teploty Smoke Plume odvozena rovnice [1], [2] (4)
Za přijatelnou hodnotu koeficientu přisávání vzduchu α v rovnici (3) lze považovat hodnotu 0,0964 a hodnotu 9,1 v rovnici (4). Za předpokladu normálních podmínek okolí1 lze rovnici (4) upravit na tvar (5) V blízkosti zóny plamene a přechodové zóny mohou teploty Smoke Plume stanovené rovnicemi (4) a (5) vykazovat nerealisticky nízké hodnoty. Řešením je stanovit výšku plamene a popisované rovnice neaplikovat v jeho blízkosti, alternativně přijmout dosažené výsledky s patřičnou opatrností. Podrobněji bude popisovaný problém diskutován v navazujících částech příspěvku. Profil změny teploty Smoke Plume lze charakterizovat Gaussianovými tvary [1] (6) Pro rovnici (6) není doloženo dostatečně věrohodné zdůvodnění. Avšak především z důvodu nedostatku jiných metod řešení, je pro stanovení změny teplotního profilu využívána a výsledky jsou považovány za relevantní. Teplotní profily Smoke Plume jsou znázorněny na obr. 4. Teploty byly stanoveny pro výšky nad povrchem hořlavých materiálů 3, 6, 9 a 12 m, střední rozvoj požáru definovaný dynamickou konstantou jeho rozvoje 300 s.MW-1/2, dobu trvání požáru 900 s, konvektivní poměr uvolňovaného tepelného toku 80% Q, hustotu tepelného toku 250 kW.m-2 a normální podmínky okolí. Teploty průřezů byly stanoveny s využitím rovnic (4) a (6).
1
Za normální podmínky okolí je považována teplota okolí To = 293,15 K, hustota okolního vzduchu ρo = 1,2 kg.m-3 a měrná tepelná kapacita vzduchu cp = 1,005 kJ.(kg.K)-1.
460
Obr. 4 Teplotní profil Smoke Plume pro střední rozvoj požáru Srovnání nárůstu průměrné teploty kouřové vrstvy plynů (2), osové teploty Smoke Plume stanovené rovnicí (4) a teploty Smoke Plume stanovené v radiální vzdálenosti 0,5 m od osy dle rovnice (6) je patrné z obr. 5 až 8.
Obr. 5 Srovnání teplot pro pomalý rozvoj požáru
461
Obr. 6 Srovnání teplot pro střední rozvoj požáru
Obr. 7 Srovnání teplot pro rychlý rozvoj požáru
Obr. 8 Srovnání teplot pro velmi rychlý rozvoj požáru Osové teploty Smoke Plume byly stanoveny pro pomalý, střední, rychlý a velmi rychlý rozvoj požáru definované charakteristickými dynamickými konstantami jejich rozvoje, dobu trvání požáru 300, 600 a 900 s, výšky nad povrchem hořlavých 462
materiálů 3, 6, 9 a 12 m, konvektivní poměr uvolňovaného tepelného toku 80%Q, hustotu tepelného toku 250 kW.m-2 a normální podmínky okolí. Hmotnostní množství kouře bylo stanoveno metodami dle lit. [3]. Koeficient přisávání vzduchu Ce činil 0,337 (maloprostorové místnosti s okny převážně na jedné straně).
1. 2. 3.
4.
Vyhodnocením výsledků (viz obr. 5 až 8) lze dospět k následujícím závěrům: Nárůst osové teploty ΔTosa a teploty v radiální vzdálenosti od osy Smoke Plume ΔTosa,r není lineární. Teplotní nárůst kumulované vrstvy plynů ΔTv má lineární charakter. Při pomalém, středním a rychlém rozvoji požáru je potvrzen předpoklad teplotní posloupnosti ΔTv <ΔTosa,r <ΔTosa. Při velmi rychlém rozvoji požáru však tato posloupnost nebyla zachována. Teplotní nárůst kumulované vrstvy plynů ΔTv je po určité době vyšší než teplotní nárůst osy Smoke Plume i teploty radiální Smoke Plume, přičemž jde zjevně o nesprávný výsledek. Důvodem zjištěných anomálií je zřejmě skutečnost, že rovnice (4) pro nárůst osové teploty ΔTosa a rovnice (6) pro stanovení teploty v radiální vzdálenosti od osy Smoke Plume ΔTosa,r jsou využitelné pouze pro konečnou část Smoke Plume (zóna kouře).
Při dynamicky se rozvíjejících požárech dosahujících v krátké době vyšších tepelných výkonů a nízkých výškách nad povrchem hořlavých materiálů z, se již můžeme nacházet v přechodové zóně nebo zóně plamene Smoke Plume a využitelnost těchto rovnic je diskutabilní. Osová teplota Smoke Plume s využitím metod diferenciace Teplotu Smoke Plume lze stanovit rovněž metodami, které využívají principu diferenciace a jsou využitelné k detailnější analýze Smoke Plume nebo jeho parciálních částí. Metod diferenciace lze využít k analýze Smoke Plume v horizontálním i vertikálním směru [4]. Pro analýzu teplot Smoke Plume v horizontálním směru lze využít následujících rovnic, které zohledňují pokles teploty v radiálním směru (Heskestad-Delichatsiosův model). (7)
(8) Pro nulovou radiální vzdálenost lze rovnici (7) zjednodušit na tvar (9)
463
Pro analýzu teplot Smoke Plume ve vertikálním směru lze využít rovnic (10) a (11), které stanoví teplotu diferencovaně v závislosti na uvolňovaném tepelném toku [4]. Uvedeným postupem lze vyloučit někdy nerealisticky nízké teploty osy Smoke Plume stanovené předchozími vztahy, zejména pak rovnicí (4). pro 0,08Q2/5≤ z ≤ 0,2Q2/5 (10)
pro 0,2Q2/5 ≤ z
(11)
Výrazem 0,08Q^(2⁄5) je ohraničená oblast Smoke Plume, která se nachází v zóně plamene. Pod uvedeným limitem lze pro stanovení teploty využít obvyklých postupů pro stanovení teploty plamene. Srovnání osových teplot Smoke Plume stanovených s využitím rovnic (4), (7), (10) a (11) je znázorněno na obr. 9. Teploty byly stanoveny pro tepelný tok 1000 až 5000 kW, výšku nad povrchem hořlavých materiálů 3, 6, 9 a 12 m, konvektivní poměr uvolňovaného tepelného toku 80%Q, hustotu tepelného toku 250 kW.m-2 a normální podmínky okolí.
Obr. 9 Stanovení teplot Smoke Plume metodami bez/s diferenciací Z obr. 9 je patrné, že mezi teplotami stanovenými s využitím různých rovnic dochází ke značným diferencím. Největší rozdíly lze pozorovat při nejnižších výškách nad povrchem hořlavých materiálů z. Rovněž se vzrůstající hodnotou uvolňovaného tepelného toku se odchylka zvyšuje. Pravděpodobným důvodem je skutečnost, že teploty jsou vyšetřovány v oblasti blízké přechodové zóně nebo zóně plamene Smoke Plume. 464
Teploty stanovené rovnicemi (7), (10) a (11) mohou vytvářet prvotní dojem nepřiměřeně vysokých hodnot nárůstu teploty osy Smoke Plume. Při analýze výšky zóny plamene je však zřejmé, že při nízkých hodnotách z jsou teploty vyšetřovány v přechodové oblasti Smoke Plume a stanovené výsledky mohou být reálné. Opačně teploty stanovené rovnicí (4) jsou při nízkých hodnotách výšky nad povrchem hořlavých materiálů z nerealisticky optimistické. Se vzrůstající výškou Smoke Plume jsou diference mezi jednotlivými metodami podstatně menší. V zóně kouře Smoke Plume jsou odchylky mezi jednotlivými rovnicemi již přijatelné a všechny ze srovnávaných rovnic jsou využitelné. Další možnou příčinou způsobených odchylek je odlišnost podmínek, na základě kterých byly odvozeny a způsobu jejich matematického vyjádření. Rovnice metod diferenciace využívají jako vstupní údaj celkový tepelný tok, přičemž je obvykle jako vstupní údaj využívána pouze jeho konvektivní část, a současně nevyužívají korekci s ohledem na virtuální počátek Smoke Plume. Popisovaný metodám stanovení osové teploty Smoke Plume metodami diferenciace jsou do určité míry podobné metody pro stanovení teploty Ceiling Jet Temperature (teploty stropního proudu). Metody pro stanovení teploty stropního proudu jsou zpravidla využívány pro analýzu reakce detektorů požáru a mají konzervativní charakter. Teploty stanovené metodami Ceiling Jet Temperature dosahují převážně významně vyšších hodnot než metodami pro stanovení teplot Smoke Plume a pro vyšetřování charakteristik Smoke Plume mohou být do určité míry zavádějící. Osová a radiální teplota Smoke Plume jsou využívány zejména při posuzování účinků teploty na stavební konstrukce, případně uložené materiály. Osová teplota Smoke Plume se zohledněním horké vrstvy plynů Rovnice (3) a navazující prezentují metody stanovení nárůstu teploty Smoke Plume ΔTsp v závislosti na uvolněném tepelném toku Q, případně jeho konvektivní části Qk, výšce nad povrchem paliva z, virtuálním počátku Smoke Plume z0 a podmínkách okolí. S rozvíjejícím se požárem však dochází k postupnému vytváření vrstvy horkých plynů pod stropní konstrukcí. Při prostupu Smoke Plume horkou vrstvou plynů dochází k ovlivnění jeho celkové i osové teploty z důvodu změny okolních podmínek. Do tvarujícího se Smoke Plume dochází k přisávání plynů, které mají vyšší teplotu, než je teplota okolí a tím je pokles teploty s narůstající vzdáleností nad povrchem hořlavých materiálů pozvolnější. Matematicky lze teplotní závislost osy Smoke Plume při zohlednění existence horní horké vrstvy stanovit s využitím následující rovnice. Podstata výpočtu je založená na stanovení vzdálenosti virtuálního počátku Smoke Plume k rozhraní vrstev zI,2, vzdálenosti mezi povrchem hořlavých materiálů k rozhraní vrstev zI,1 a korigovaným tepelným tokem Q2. Pomocnými hodnotami výpočtu jsou bezrozměrné hodnoty intenzit požáru Q*I,1 a Q*I,2.
465
Teplotní nárůst Smoke Plume z důvodu působení horké vrstvy plynů lze vyjádřit rovnicí [5] (12)
Další popis metody zohledňující existenci kumulované vrstvy kouře, případně srovnání s dříve prezentovanými rovnicemi, přesahuje možnosti příspěvku. Závěr V příspěvku bylo popsáno systematické členění metod vhodných pro teplotní analýzu Smoke Plume a byly prezentovány některé z metod pro stanovení průměrné teploty kumulované vrstvy kouře, osové a radiální teploty Smoke Plume. V textu jsou rozvedeny některé z výsledků dosažené srovnáním popsaných metod a závěry, které z nich vyplývají. V komentářích k získaným výsledkům jsou uvedena doporučení na využití, případně omezení, popisovaných metod. Seznam symbolů cP měrná tepelná kapacita plynů (kJ.kg-1.K-1) dh hloubka vrstvy kouře (m) g gravitační zrychlení (m.s-2) m hmotnostní tok plynů (kg.s-1) r radiální vzdálenost od osy Smoke Plume (m) z výška nad povrchem hořlavých materiálů (m) z0 virtuální počátek Smoke Plume (m) A plocha požáru (m2) D průměr požáru (m) H2 výška od virtuálního počátku Smoke Plume ke stropu (m) P obvod požáru (m) Q tepelný tok (kW) Qk tepelný tok sdílený konvekcí (kW) Qr tepelný tok sdílený radiací (kW) Q2 korigovaný tepelný tok (kW) Q* bezrozměrná hodnota intenzity požáru (-) To teplota okolí (K) Tosa osová teplota Smoke Plume (K) 466
Tosa,hvp Tosa,r Tsp Tu Tv ∆Tosa ∆Tosa,r ∆Tsp ∆Tv α χr ρo σ∆Tosa
teplota osy Smoke Plume při působení horké vrstvy plynů (K) teplota Smoke Plume v radiální vzdálenosti od osy (K) teplota Smoke Plume (K) teplota horké vrstvy plynů (K) průměrná teplota kumulované vrstvy plynů (K) teplotní nárůst osy Smoke Plume (K) teplotní nárůst Smoke Plume v radiální vzdálenosti od osy (K) teplotní nárůst Smoke Plume (K) teplotní nárůst kumulované vrstvy plynů (K) koeficient přisávání vzduchu do Smoke Plume (-) radiační frakce (-) Ludolfovo číslo (-) hustota okolního vzduchu (kg.m-3) radiální vzdálenost Smoke Plume od osy k bodu, kde ∆T=e-1 ∆Tosa (m)
Literatura [1] HESKESTEAD, G. Fire Plume, Flame height and Air Entrainment. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Third Edition, Section 2, Chapter 1. Quincy: National Fire Protection Association, 2002, s. 1-17, ISBN 087765-4514. [2] ISO/DIS 16 734 Fire safety engineering - Requirements governing algebraic formulars - Fire Plumes. Geneva: International Organization for Standardization ISO/TC 92/SC 4, 2005, 17 s. [3] ČSN P CEN/TR 12 101-5 Zařízení pro usměrňování pohybu kouře a tepla – Část 5: Směrnice k funkčním doporučením a výpočetním metodám pro větrací systémy odvodu kouře a tepla (Smoke and heat control systems - Part 5: Guidelines on functional recommendations and calculation methods for Smoke and heat exhaust ventilation systems). Praha: ÚNMZ, 2008, 106 s. [4] HOSSER, D. Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes, Technischer Bericht TB 04/01. Braunschweig: Technisch-Wissenschaftlicher Beirat (TWB) der Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes e.V. (vfdb), 2006, 343 s. [5] DAVIS, D.W. - NOTARIANNI, A.K. - TAPPER, Z.P. An Algorithm for calculating The Plume Centerline Temperature in the Presence a Hot Upper Layer. Gaithersburg: National Institute of Standard and Technology, National Aeronautics and Space Administration, Reprinted from Journal of Fire Protection Engieneering, 2000, Vol. 10, No. 3, s. 23-31.
467
Analysis of behaviour of polypropylene fibers applied for reinforcing of fiber reinforced concrete in fire temperatures ml. bryg. dr Marzena Półka, Mgr. inz Tomasz Drzymała The Main School of Fire Service, ul. Słowackiego 52/54. 01-629 Warsaw, Poland, E-mail: [email protected], [email protected] Abstract The article presents the analysis of selected properties of three types of PP fibers used as additions to concretes. During experimental investigation the temperature 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 Introduction Starting From the end of the 20th Century a very intense increase of production and consumption of plastics has taken place. Since 1980s the production of polyolefines - and particular of the polypropylene which has become an indispensable component of everyday life [21] - has increased significantly. The use of polypropylene in form of fibers is also recommended as technological solution which enables to increase the resistance of the structure made of high performance concrete (HPC) to high temperatures during fire thanks to the limitation of the phenomenon of spalling [6, 7, 24, 25]. The use of concrete with the addition of polypropylene fibers mostly in the amount of 0,1 to 0,2 per cent of the volume of concrete i.e. of fibreconcrete [10, 13, 16] is one of the methods that arouse intense scientific and practical interest. Tests conducted on larger fragments of tunnel walls confirm that the addition of polypropylene fibers to the concrete limits the phenomenon of spalling. As a result of tests it has been discovered that the addition of polypropylene fibers may positively affect the behaviour of concrete structures in high temperatures and limit spalling. This conclusion is also confirmed by the report on tests conducted by the Channel Tunnel Rail Link (CTRL) and by the results of the UPTUN project [8, 14]. The addition of polypropylene fibers may reduce strength properties of concrete in normal and high temperatures [1, 2, 3, 4, 22, 23].
468
What is the real behaviour of polypropylene fibers used as the addition to concrete in high fire temperatures? The study presents the analysis of thermal stability and combustion parameters of polypropylene fibers used as the addition to concrete in fire temperatures and in different atmospheres of thermal decomposition [15]. Stages of combustion of polypropylene Polypropylene (PP) is a thermoplastic which means that under increased temperatures it softens and melts, upon exceeding the thermal decomposition point it is subject to destruction accompanied by creation of a small amount of monomer. Products of thermal decomposition consist mainly of a high amount of low-molecular organic compounds, mostly hydrocarbons [5, 9, 11, 12]. Three basic stages during combustion of polypropylene may be distinguished [20]: • Heating of polypropylene. As a result of an external energetic stimulus (heat radiation, flame) upon exceeding the melting point polypropylene softens, melts and thermally deforms. • Thermal decomposition or pyrolysis of polypropylene. Upon reaching the thermal decomposition point in the atmosphere of air or inert gas (e.g. nitrogen) the change of chemical composition of polypropylene takes place. These processes include different chemical reactions often connected with each other. During thermal decomposition the gaseous combustible and incombustible products and liquids (compounds with high molecular weight) and solid molecules (carbonized residues) are liberated. Combustible products when mixed with oxygen create a combustible mix near to polypropylene surface. • Ignition or spontaneous ignition (combustion). When the mix has reached the concentration within the range between DGW and GGW a spot stimulus is sufficient to cause a flame to be visible on the PP surface. After exceeding of PP spontaneous ignition point no pilot stimulus is essential for the flame to emerge. Characteristics of materials Three types of polypropylene fibers applied as addition to concrete marked for the test purposes „F”, „D” and „I” were used for tests. They differed from each other mainly in length and thickness of individual fibers. Two of them „F” and „D” are multifilament fibers which means they are formed by interweaving of some individual threads and one fiber is a monofilament fiber „I” which means this is formed of one thread. The characteristics of fibers as per manufacturers’ data are shown in the table 1.
469
Table 1. Characteristics of polypropylene fibers used for tests (as per manufacturers’ data) [22, 23] Name of fibers
Property
„F”
„D”
„I”
colour
beige
white transparent
transparent
characteristics
multifilament
multifilament
monofilament
length, [mm]
19
20
12
diameter, [μm]
35-40
16
18
density, [kg/dm3]
0,91
0,91
0,91
tensile strength, [MPa]
ca. 400
ca. 400
data not available
modulus of elasticity, ca. 4900 [MPa]
3500-3900
data not available
softening point, [°C]
ca. 150
max. 145
ca. 165 (ignition point 400)
dtex*)
ca. 10
3,4
data not available
*) dtex – weight of 10000 m fiber expressed in grams Characteristics of testing methods For experimental investigation of combustion properties 3 testing methods were used. Investigation referring to determination of the ignition point of gaseous phase obtained from polypropylene fibers was conducted according to the standard PN-69/ C-89022 ”Plastics: Determination of temperature of ignition”[17]. Determination was conducted by heating the block to the temperature lower by 10°C than the anticipated combustion point, then the prepared test tubes containing tested fiber were put inside the block. If gases had not ignited the temperature was increased by 10°C. As the combustion point the lowest temperature was recognized in which the escaping gases managed to be ignited for the period of at least 5 seconds. As the result of test the arithmetic average of three determinations different from each other by no more than 10°C was treated. Determination of the heat of combustion was conducted according to the standard PN EN ISO 1716:2002 „Reaction to fire tests for building products Determination of the heat of combustion” [18]. Measuring the heat of combustion in the calorimeter bomb consisted in complete combustion of the sample in the atmosphere of oxygen under pressure whereas the ignition is obtained by red-hot electric heating coil and measuring the increase of water temperature in the calorimetric vessel. Prior to starting the investigation the water equivalent of the calorimeter was determined i.e. the amount of heat necessary for the system to be heated up by one grade. For
470
the calorimeter in the laboratory of the Unit of Combustion and Theory of Fires the equivalent amounts to E=0,013 [MJ/K]. Thermogravimetric test was conducted according to the standard PN-EN ISO 11358:2004 „Plastics. Thermogravimetry (TG) of polymers. General principles” [19]. Test consists in the analysis of the loss of weight of sample in the function of temperature or time when the sample investigated was subject to the controlled scheme of temperature changing. Thermogravimetric analyses (TG) of polypropylene fibers under investigation were conducted using the thermogravimetric analyzer TA Instruments Q500. Each fiber was tested in two gases surrounding the sample namely in air and nitrogen where: • test in the „air” atmosphere 70 ml/min nitrogen (gaseous carrier) + 30 ml/min oxygen, • test in the „nitrogen” atmosphere 100 ml/min nitrogen. Results of tests Results of determining the combustion point of investigated polypropylene fibers according to the standard PN-69/C-89022 are shown in the table 2. Table 2. Results of determining of the combustion point Type of material
Temperature determined
„F”
„D”
„I”
T1 [°C]
405
402
374
T2 [°C]
396
398
381
T3 [°C]
399
400
379
Arithmetic average of combustion point (T1+T2+T3)/3 [°C]
400
400
378
Determination of the heat of combustion according to the PN-EN ISO 1716:2002 for materials investigated is shown in the table 3. Table 3. Values of the heat of combustion for materials investigated Heat of combustion C [kJ/g]
Type of material „F”
„D”
„I”
52,05
49,66
49,23
471
Thermogravimetric analysis (Fig 1 – 2) gave the biggest amount of data concerning the thermal decomposition (pyrolysis) of fibers investigated. Tests in the atmosphere of nitrogen made it possible to analyse the process of losing of weight by PP fibers which may take place for polypropylene fibers arranged deeper in the concrete vulnerable to the effect of high temperatures during fire. Table 4. TG analysis – air Parameters of TG analysis for fibers tested in air
„F”
„D”
„I”
Decomposition start temperature [°C]
279
271
268
5 per cent mass loss temperature [°C]
260
245
241
50 per cent mass loss temperature [°C]
318
296
304
Decomposition finish temperature [°C]
355
322
338
Temperature of maximum velocity of mass loss [°C]
332
304
315
Mass of residues not subject to decomposition [%]
0,84
0,62
0,61
Fig. 1. Comparison of shapes of TG curves for fibers tested in air Table 5. TG analysis – nitrogen Parameters of TG analysis for fibers tested in nitrogen „F”
„D”
„I”
Decomposition start temperature [°C]
385
399
415
5 per cent mass loss temperature [°C]
369
337
369
50 per cent mass loss temperature [°C]
405
425
438
Decomposition finish temperature [°C]
425
450
461
Temperature of maximum velocity of mass loss [°C]
409
438
448
Mass of residues not subject to decomposition [%]
1,95
1,84
1,71
472
Fig. 2. Comparison of shapes of TG curves for fibers tested in nitrogen Taking into account the thermogravimetric analysis one may notice substantial differences of pyrolysis and thermal decomposition for materials investigated. Starting of thermal decomposition is noticeable earlier in the atmosphere of air than in that of nitrogen (pyrolysis) regardless of the type of PP fiber. Differences in the starting temperature of thermal decomposition for individual fibers and starting temperature of pyrolysis thereof amount to approximately 100 – 150°C. This means that it is more difficult for tested fibers in the non-oxidizable atmosphere to generate pyrolysis products and as a consequence also combustible gaseous phase. However taking into account the shape of TG and DTG curves for investigated materials in the atmosphere of air and nitrogen one may notice that they are similar to each other. The type of atmosphere in which fibers were decomposited did not influence the number of stages of decomposition. Thermal decomposition and pyrolysis of materials investigated takes place in one stage with one main peak on DTG curves. Comparing temperatures at which the velocity of mass loss is maximum for materials investigated in air and nitrogen one may state that they are also by approximately 100°C lower in air than in nitrogen in comparison with respective above mentioned values in the atmosphere of nitrogen. This means that dynamics of decomposition in the atmosphere of nitrogen occurs later than in that of air for materials investigated. In the atmosphere of air in the testing conditions analysed i.e. with the velocity of heating of samples 10oC/min the „I” fiber was subject to decomposition most quickly, then „D” fiber and finally „F” fiber. Differences of temperature values of starting of decomposition of individual fibers are minor. Similar relationship in above mentioned conditions may be noticed for the temperature in which 5 per cent material composition occurred. The earliest decomposition of combustible mass to 50 per cent was reached in the atmosphere of air by the „D” fiber, later by „I” fiber and finally by „F” fiber. One may notice that the „F” fiber in the atmosphere of air was the most resistant to decomposition comparing to other materials. This conclusion is also reflected by the biggest amount of solid residues after the thermal decomposition. In the atmosphere of nitrogen the „F” fiber was subject to pyrolysis most quickly (taking 473
into account the starting temperatures of decomposition determined using onset technique). However during pyrolysis this was „D” fiber that lost 5 per cent of its mass as the first. Comparing to other materials the „I” fiber was the most stable in these testing conditions. This statement is also confirmed by temperature values for 50 per cent mass lost of finish of decomposition where the I” fibre at this stage has higher temperature in comparison with remaining materials investigated. The highest amount of residues after combustion in air is left by the „F” fiber. This means that its composition contains mineral matter which is not subject to decomposition at 800oC. Thermogravimetric investigation of polypropylene fibers „F”, „D”, „I” in oxidizing conditions established that the lowest temperature of the 50 per cent mass loss in the atmosphere of air should be reached in the following sequence: fiber „D”> „I” > „F”, and in the atmosphere of nitrogen : fiber„F” > „D” > „I Conclusions from conducted tests The following conclusions were formulated on the basis of the results obtained: 1. It may be noticed that all fibers have similar ignition point. The „I” fiber had the lowest ignition point amounting to 378°C. The two remaining fibers had the ignition point of 400°C. Most probably it was caused by the type of fiber because the „I” fiber was the only monofilament fiber. 2. Values of the heat of combustion are similar for the „I” and „D” fiber. They amount to 49,23 kJ/g and 49,66 kJ/g respectively. Some more heat was liberated from the „F” fiber – namely 52,05 kJ/g. On the basis of the obtained values of the heat of combustion it may be stated that the highest fire load density was measured for the „F” fiber. 3. The obtained values of the heat of combustion and the temperature of ignition for polypropylene fibers are close to those mentioned in the literature. Obtained results differ slightly from the above mentioned data. Differences of these values may result from different measuring techniques and from the fact that fiber investigated may contain up to 5 per cent of additions which influence the values obtained. 4. Tests proved that length, width and type of PP fibers investigated relatively slightly influenced the tested parameters of combustibility. This is reflected by the results of measuring of the temperature of ignition and heat of combustion the values of which were close to each other. 5. Thermogravimetric analysis made it possible to precisely compare the fibers investigated the chemical composition of which was nearly identical and obtained results showed differences of values of parameters of TG and DTG curves amounting to several per cent. Results obtained in the TG and DTG analysis were significantly influenced by the composition of atmosphere in which the decomposition of samples was progressing. The values of decomposition start 474
temperature and time of generating of combustible gaseous phase are definitely lower in the atmosphere of air comparing to the values of the above mentioned parameters in the atmosphere of nitrogen. 6. TG and DTG tests conducted in nitrogen let us suppose that these fibers encapsulated in concrete in conditions of higher temperature and without access to a sufficient amount of oxygen shall be subject to pyrolysis in the similar way. Taking into account temperatures of maximum velocity of mass loss it may be stated that in these conditions the mass of „F” fiber shall be lost most quickly, then „D” fiber and finally „I” fiber. References [1] BEDNAREK Z., DRZYMAŁA T.: „Fire temperature influence on strength parameter in fiber – reinforced concrete”, Academic Journal of Main School of Fire Service, vol. 36, Warsaw 2008 (in polish). [2] BEDNAREK Z., DRZYMAŁA T.: „Investigation of the compressive strength of fibre – reinforced concrete in fire conditions”, Int. Scientific Conference „Fire Safety of Building”, Warsaw 18 – 19 november 2008 (in polish). [3] BEDNAREK Z., KRZYWOBŁODZKA – LAURÓW R., DRZYMAŁA T.: „Effect of high temperature on the structure, phase composition and strength of concrete”, Academic Journal of Main School of Fire Service, vol. 37, Warsaw 2009 (in polish). [4] DRZYMAŁA T.: „Influence of fire temperatures on basic strength parameters for fibre-reinforcement concrete”, Library of Main School of Fire Service, Warsaw 2006 (in polish). [5] DRYSDALE D.: „An introduction to Fire Dynamics”, John Wiley and Sons, New York 1985. [6] GAWIN D., PASAVENTO F., MAJORANA C. E., SCHEREFLER B. A.: „Modelling of degradation process of concrete structures at high temperature with application to tunnel fires”, 21th Conference „Damage of Building”, Szczecin-Międzyzdroje 20 – 23 may 2003 (in polish). [7] GAWIN D., WITEK A., PESAVENTO F., SCHREFLER B.A.: „Efficacy of various methods used for protection of concrete structures against thermal spalling in fire conditions”, 5th Int. Scientific Conference „Fire Safety of Building, Warsaw-Miedzeszyn, 14 – 16 november 2005 (in polish). [8] GAWIN D., WITEK A., PASAVENTO F.: „Protection of concrete tunnel shell from damage in fire - UPTUN project outcome”, published in: Engineering and Building 11/2006 (in polish). [9] GIJSMAN P., HENNEKENS J., Vincent J.: „The mechanism of the low – temperature oxidation of polypropylene”, 1993, nr 42. [10] HERTZ K.: „Limits of Spalling of Fire Exposed Concrete”, Fire Safety Journal, vol. 38, 2003 pp. 103 – 116. 475
[11] HIRSCHLER M. M.: „Chemical Aspects of Thermal Decomposition of Polymeric Materials”, GBH International, Mill Valley, Kalifornia 2000. [12] JANOWSKA G., PRZYGOCKI W., ŁOCHOWICZ A.: „Combustibility of polymers and polymer materials”, Warsaw 2007 (in polish). [13] KHOURY G. A.: „Design of concrete for better performance in fire”, IMechE 1992, C438/042, pp. 121 – 127. [14] KITCHEN A.: „Fibres for passive fire protection in tunnels”, Tunneling & Trenchless Construction, 2004. [15] KUBIAK A.: „Analysis of combustibility of selected polypropylene fibers”, Thesis in Engineering, Supervisor: M. Półka, Library of Main School of Fire Service, Warsaw 2009 (in polish). [16] NISHIDA A., YAMAZAKI N., INOUE H., SCHNEIDER U., DIEDERICHS U.: „Study on the properties of high strength concrete with short polypropylene fibre for spalling resistance”, Concrete Under Severe Conditions Environment and Loading, vol. 2, 1995. [17] Polish standard PN-69/C-89022 ”Plastics: Determination of temperature of ignition” (in polish). [18] Polish–UE standard PN-EN ISO 1716: 2002 „Reaction to fire tests for building products – Determination of the heat of combustion”(in polish). [19] Polish–UE standard PN-EN ISO 11358: 2004 „Plastics. Thermogravimetry (TG) of polymers. General principles” (in polish). [20] PÓŁKA M.: „Plastics in fire”, Fire Review, vol. 11/2003, p. 12 – 13 (in polish). [21] Joint publication “Chemistry of polymers. Basis synthetic polymers and their application, edit. Florjańczyk Z., Peczka S., Warsaw 1997 (in polish). [22] Scientific research and test: „Influence of fire temperatures on selected strength parameters for fibre-reinforced concrete”, S/E-422/8/2007, Stage 1, scientific leader: Z. Bednarek, Library of Main School of Fire Service, Warsaw 2008 (in polish). [23] Scientific research and test: „Tests for influence of fire temperatures on compressive strength for fiber-reinforced concrete”, BW/E-422/8/2008, scientific leader: T. Drzymała, Library of Main School of Fire Service, Warsaw 2008 (in polish). [24] SCHREFLER B. A., KHOURY G., GAWIN D., MAJORANA C. E.: „Thermohydromechanical modelling of high performance concrete at high temperatures”, Eng. Comp., vol. 19, nr 7, 787-819, 2002. [25] SCHREFLER, B. A., BRUNELLO P., GAWIN D., MAJORANA C.E., PESAVENTO F.: „Concrete at high temperature with application to tunnel fire”, Computational Mechanics 29 (2002) 43–51, Springer-Verlag 2002.
476
Vybrané aspekty moderního krizového řízení Doc. RNDr. Dana Procházková, DrSc. Univerzita Jana Amose Komenského, Praha, E-mail: [email protected] Abstrakt Článek se zabývá postavením krizového řízení v komplexním systému řízení organizační jednotky. Pro krizové řízení shrnuje cíle, základní principy, úkoly výzkumu, specifika rozhodování, specifické nástroje, zvláštnosti krizového plánování, zásady připravenosti na řešení kritických situací a systém řízení odezvy na kritické situace. Úvod do problematiky Lidé všude na světě si přejí bezpečný životní prostor s dostatečným potenciálem rozvoje, tj. cílem lidí je bezpečná komunita, bezpečné území, bezpečný stát atd. Bezpečnost je soubor opatření a činností, kterým se zajišťuje bezpečí a udržitelný rozvoj lidského systému [1]. Jelikož lidský systém je otevřený systém, který je dynamický, je zajištění bezpečí a udržitelného rozvoje daného území také proces dynamický. To znamená, že opatření a činnosti v různých kombinacích aplikujeme v území a čase tak, aby byly naplněny žádoucí cíle. Proces aplikace opatření a činností je mechanismem řízení, který nazýváme systém řízení bezpečnosti. Jeho koncept vychází z přijaté bezpečnostní politiky. Jejími nástroji jsou: - koncepce, které vytyčují cíle bezpečnostní politiky, - strategie, které určují základní způsoby, kterými bude cílů dosaženo, - plány, které podrobně popisují a zahrnují činnosti v určitém časovém harmonogramu, - nástroje a instituce, tj. zdroje, síly a prostředky, kterými se dosahuje splnění cílů bezpečnostní politiky. Z pohledu strategického řízení je dále nutné: - permanentně monitorovat situaci v lidském systému z hlediska výskytu pohrom, nouzových a krizových situací jimi vyvolaných, - vytvořit nástroje na řízení nouzových situací (příslušné vzdělání občanů, vycvičené a připravené výkonné zásahové složky, právní předpisy, scénáře pohrom, scénáře odezvy na pohromy, scénáře řízení) a kritických situací (navíc k nástrojům pro nouzové situace – specifické právní předpisy na uvolnění rezerv státu, zvýšení podpory zasahujících výkonných složek a omezení práv a svobod občanů, speciální rezervy všeho druhu, scénáře krizových situací, scénáře odezvy na krizové situace a scénáře řízení pro zvládnutí krizových situací za přijatelných nákladů a ztrát a pro stabilizaci situace a nastartování dalšího rozvoje), 477
- vytvořit nástroje na odvrácení vleklých krizí, na předcházení nouzovým a zvláště kritickým situacím, - vytvořit nástroje na zajištění obnovy a na zajištění nastartování dalšího rozvoje, tj. mít kvalifikované krizové řízení v pojetí širším než jen odezva na kritické situace. Systém zahrnující možná opatření, možné činnosti a mechanismy (způsoby) jejich aplikace označujeme jako systém řízení bezpečnosti (SMS – Safety Management System). V tomto pojetí na základě současného poznání nástroj řízení bezpečnosti je systémový, pro-aktivní a strategický nástroj, kterým se dosahuje cílů ve sledované oblasti [2]. Systémový musí být proto, že systém, ve kterém je aplikován je systém. Proaktivní musí být proto, že je založen na vyjednávání s riziky ve prospěch stanovených cílů s tím, že dle současných znalostí a zkušeností je prevence škodlivých jevů daleko účinnější než aplikace ochranných opatření, když ke škodlivému jevu dojde [2]. Krizové řízení je důležitou součástí řízení bezpečnosti, protože se soustřeďuje na kritické situace, jejichž nezvládnutí znamená vážné narušení životních podmínek až rozpad nebo dokonce zánik lidského systému v postiženém místě. Na základě výše uvedených skutečností řízení bezpečnosti je mechanismus, kterým se aplikují opatření a činnosti pro podporu bezpečí a udržitelného rozvoje lidského systému v území a čase. Mechanismů pochopitelně může být více a jejich nároky na zdroje, síly a prostředky i účinnost nemusí být stejné. Snahou je vybrat optimální mechanismus, kterým dosáhneme cíle s přiměřenými zdroji, silami a prostředky v oblasti technické, finanční, personální, organizační i znalostní. V současném světě dle právních předpisů za správu a rozvoj území odpovídá veřejná správa, která má právní nástroje pro zapojení privátního sektoru a ostatních zúčastněných [2, 3]. Postavení krizového řízení v systému řízení organizační jednotky Krizové řízení jako takové se neprovádí jen v rámci státu, ale v rámci každé sofistikované organizační jednotky, kterou je kraj, obec, organizace, komunita či samotný lidský jedinec. Lapidárně řečeno, je to forma řízení, která se používá tehdy, když jde o holou existenci. Proto má jasně definovaný cíl, kterým je přežití lidí a vytvoření podmínek, které umožní obnovu a nastartování rozvoje. To znamená, že krizové řízení se zaměřuje na zajištění základních funkcí státu, což určuje jeho priority i používané nástroje. Ve výše uvedených souvislostech si je třeba uvědomit, že v právním státě každá organizační jednotka musí kromě cílů, ke kterým byla zřízena, respektovat cíle státu, morální a etická pravidla lidské společnosti v místě, ve kterém působí. To znamená, že vlastním chráněným zájmům organizační jednotky jsou předřazeny chráněné zájmy státu reprezentující veřejný zájem. Správné řízení věcí ve prospěch veřejného zájmu i vlastních zájmů organizační jednotky má na základě současného poznání formu projektového a procesního řízení organizace, které je upravené provázaným souborem opatření a činností a ve kterém hlavní roli hraje vyjednávání s riziky [1,2]. 478
Správné řízení věcí má tři úrovně, a to: - cílené řízení bezpečnosti, ve kterém jde o bezpečí a udržitelný rozvoj organizační jednotky chápané jako systém, tj. jde o zajištění bezpečí a udržitelného rozvoje chráněných zájmů sledované organizační jednotky. Hlavní zacílení řízení je lidské činnosti a lidmi aplikovaná opatření provádět tak, aby změny ve sledované organizační jednotce vyvolané výskytem škodlivých jevů (označených dále slovem pohromy) se zdrojem uvnitř i vně organizační jednotky nevedly k nepřijatelnému narušení až zániku organizační jednotky, tj. aby lidmi aplikované činnosti a opatření vedly k zabránění výskytu možných pohrom a nebo alespoň ke zmírnění jejich škodlivých dopadů na organizační jednotku, - nouzové řízení, které se používá v případech, ve kterých se vyskytly závažné problémy a je třeba provést činnosti a opatření, aby ztráty, škody a újmy na chráněných zájmech organizační jednotky byly přijatelné s tím, že se používají standardní zdroje, síly a prostředky organizační jednotky, - krizové řízení, které se používá v případech, ve kterých se v organizační jednotce vyskytly kritické problémy a je třeba provést činnosti a opatření, aby ztráty, škody a újmy na chráněných zájmech organizační jednotky uvnitř i vně byly přijatelné s tím, že se používají standardní i nadstandardní zdroje, síly a prostředky organizační jednotky i spolupráce s veřejnou správou a dalšími organizačními jednotkami, které jsou v místě nebo jsou profesně příbuzné [2]. Hlavní pozornost je věnována životům a zdraví lidí a životnímu prostředí a zajištění přežití organizační jednotky. Cíle krizového řízení Základním cílem krizového řízení je zajistit, aby: - každá nouzová situace byla optimálně zvládnuta a aby došlo k rychlé obnově (někdy se používá – k rychlé stabilizaci a k postupné obnově organizační jednotky), - žádná nouzová situace nepřerostla v kritickou situaci, - žádná kritická situace netrvala dlouho (nebyla vleklá) a aby se co nejdříve nastartovala obnova. Z analýzy prací [4-9] vyplývá, že cíle krizového řízení na úrovni státu jsou: - garance důležitých veřejných služeb (tj. koordinace a řízení správy státu, či zajištění kritické infrastruktury) a nepřerušení funkcí infrastruktury při kritických situacích, - ochrana lidské populace, sociálně ekonomického života, národního dědictví a kulturních památek, - koordinace správy společnosti tak, aby při kritické situaci byly přijatelné ztráty na životech a majetku pomocí programů na zmírnění, připravenost, výcvik, zásah a na odezvu pro případ výskytu každé relevantní pohromy,
479
- zajištění zdrojů pro přežití lidí a nezbytných dodávek pro bezpečnostní výkonné složky, - splnění mezinárodních závazků, - zajištění provádění výcviku v oblasti prevence vzniku kritických situací, připravenosti a zásahu pro případ vzniku kritické situace, - zajištění efektivní odezvy na kritické situace a minimalizace jejich dopadů na populaci, infrastrukturu a životní prostředí, - podpora veřejnosti při odezvě na kritické situace, - garance obnovy po každé kritické situaci, - řízení kritických situací tak, aby se předešlo konfliktům, - zajištění připravenosti pro různé stupně kritických situací vyvolaných vnějšími příčinami. Úkoly pro každou organizační jednotku vznikají rozpracováním výše uvedených cílů na podmínky organizační jednotky, protože v řízení bezpečnosti, ke kterému patří krizové řízení, mají úkoly všichni zúčastnění [2-9]. Základní principy krizového řízení Krizové řízení se používá v souvislosti s kritickými situacemi, které vznikají ve výrobní i nevýrobní sféře a které způsobují konfliktní situace, navozují napětí a obavy. Kritické situace vznikají buď náhle nebo pozvolně. Kritickou situací, která nastává pozvolně lze odvrátit. Proto vyspělé společnosti zavádějí pro jejich identifikaci monitoring vybraných příznaků a na jeho základě určují hodnoty specifických indikátorů, jejichž limitní hodnoty signalizují blížící se kritické situace. Základní principy krizového řízení dle materiálů EU [4] jsou: - podporovat a stimulovat úsilí na národní, regionální a místní úrovni s ohledem na prevenci katastrof (tj. kritických situací s velkým množstvím obětí a postižených lidí), připravenost osob odpovědných za civilní ochranu a na rychlou odezvu v případě katastrofy, - přispívat k informovanosti veřejnosti za účelem zvyšování úrovně vlastní ochrany občanů Evropy, - zřídit systém sloužící k účinné a rychlé spolupráci mezi národními správami pro civilní ochranu v případě, že je potřeba vzájemná pomoc, - zvýšit součinnost akcí podniknutých na mezinárodní úrovni v oblasti civilní ochrany, - do plnění úkolů krizového řízení zapojit všechny organizační jednotky i obyvatele.
480
V rámci NATO se v krizovém řízení používá strategický koncept aliance, dle kterého se provádí prevence konfliktu pomocí řízené odezvy a připravenosti na zásah pro všechny úrovně krizí. Jako krize jsou chápané národní nebo mezinárodní situace, při kterých jsou ohroženy prioritní hodnoty, zájmy nebo cíle a které se dělí na ekonomické, politické, vojenské, v životním prostředí, sociální aj.; většinou se jedná o smíšený typ krize [5]. Do krizového řízení náleží dle odborné literatury, jejíž seznam je v práci [6], především činnosti: - monitoring situace ve sledovaném systému (tj. situace v organizační jednotce z pohledu komplexní bezpečnosti), - podpora pro detekci kritické situace (metodologie hodnocení dat z monitoringu), - zajištění připravenosti na zvládnutí kritické situace, tj. alternativní scénáře založené na národních zvyklostech a na sestavení prováděcích plánů (kvalifikované plány jsou bojem proti sporům, konfrontacím a konfliktům), - zvládnutí kritické situace a nastartování obnovy, tj. realizace způsobů stabilizace situace, které jsou založené na národních zvyklostech (v každé fázi či uzlovém bodě je třeba provádět hodnocení rizik a hodnocení jejich možných dopadů, aby se zajistila prevence ztrát při odezvě a obnově [9]), - provedení obnovy a nastartování dalších účinných preventivních opatření na zodolnění organizační jednotky. Velmi důležitá je koordinace činností všech organizačních jednotek, což je hlavním úkole veřejné správy [9]. Na základě prací [3-6] a zkušeností z praxe pro krizové řízení platí následující zásady: - řídící i ostatní pracovníci veřejné správy i každé jiné organizační jednotky si musí být vědomi, že kritické situace mohou zasáhnout část oblasti, která spadá do jejich odpovědnosti, a proto musí být vyškoleni, jak se mají chovat a co mají dělat, - pro očekávané kritické situace (způsobené přírodními pohromami, selháním technologií, selháním infrastruktur, válkou) je třeba zpracovat plán na zvládnutí vzniklých kritických situací v každé organizační jednotce, - vznik kritických situací nelze vyloučit, a proto každé řízení s nimi musí počítat. Z tohoto důvodu jako u každého jiného těžkého úkolu řízení, se opatření odezvy přinejmenším plánují v tom smyslu, že se jisté postupy řízení předem připravují. Tyto postupy se pak realizují, když se kritická situace objeví. Krizové řízení je integrální část odpovědnosti každého řídícího pracovníka. Každé ministerstvo, odvětví či jiná část organizační struktury má vlastní roli v krizovém řízení, - řídící pracovníci organizační jednotky v případě kritické situace v okolí si musí uvědomit, že nejde o to, zda libovolná organizační jednotka bude zatažena kritickou situací, ale o to jak brzo a jak silně, - řídící pracovníci organizační jednotky musí vědět, že každá kritická situace eskaluje, když i po krátkou dobu dojde ke zmatku nebo ke ztrátě řízení organizační jednotky, 481
- při zvládání kritických situací se odezva zaměřuje jen na priority a musí počítat s tím, že: • nemá dostatek informací, které jsou nejvíce potřebné, • se vyskytují jevy přesahující odpovědnost organizačních jednotek, • dochází ke ztrátě kontroly, ohrožení důležitých zájmů, intenzivnímu sledování z vnějšku, panice, narušení pravidelných rozhodovacích procesů, posunu zájmu řídících pracovníků ke krátkodobému plánování, rozhodování a činnostem, - účinnost krizového řízení závisí ve velkém měřítku na efektivní komunikaci, jak uvnitř organizační jednotky, tak s vnějšími zájmovými skupinami. Počáteční přístup často určuje, zda kritická situace trvá týdny nebo roky, - během kritické situace je třeba provést úkoly pro zachování klidu jako jsou shromaždování faktů, vyhnutí se konfliktům, zajištění hodnocení od správných odborníků na zvládnutí, zvážení právních následků, ochrana profesního image, ochrana důležitých zájmů apod., - všeobecná doporučení pro komunikaci s veřejností zacílit na získání podpory veřejnosti a vyhnutí se zmatkům, zajištění provedení potřebných činností, poskytnutí správných instrukcí ve správném čase postiženým osobám o tom, co mají dělat, - kritická situace může být skutečně řízena jen tehdy, když organizační jednotka je připravena na nejhorší, - krizové řízení je jeden prvek celkového řízení, který zahrnuje řízení před krizí (pre-crisis management), tj. řízení během normálního stavu, řízení během krize (management during crisis) a řízení po krizi (return-to-normal management). Úkoly výzkumu zaměřené na podporu krizového řízení Krizové řízení bude úspěšné jen tedy, když bude kvalifikované. Aby bylo kvalifikované, tak musí používat srozumitelný jazyk a nástroje spočívající na současné úrovni poznání a na získaných zkušenostech. Pojmy a jejich význam jsou nejen problémem České republiky, ale problémem v mnoha zemích, ač je všem jasné, že bez jasně definovaných pojmů a bez vymezení jejich jasného smyslu je vždy domluva těžká. Na konferenci TIEMS (The International Emergency Management Society) v červnu 2008 v Praze [10] profesor Wybo z Francie se mimo jiné zabýval rozdílem mezi nouzovou situací a krizí. Uvedl, že zcela v souladu s experty v oblasti řízení techniky a s vládami vyspělých zemí, je krize nouzovou situací, při které se ztratí kontrola nad situací. To znamená, že vyspělé země řeší obvykle jen nouzové situace velkého rozsahu, protože mají vybudovány systémy ke zvládnutí nouzových situací, které běžně používají standardní zdroje, síly a prostředky a v kritických situacích mohou použít připravené nadstandardní zdroje, síly a prostředky. Vydělil tři úrovně řízení z hlediska cílů a úkolů, a to normální, nouzovou a kritickou úroveň, což je v souladu s praxí v České republice [3]. 482
Podklady pro krizové řízení zajišťované odbornou sférou tvoří účelový sběr dat (monitoring), interpretace a hodnocení dat, analýza a syntéza dat zacílená na stanovení účinných postupů ochrany před dopady pohrom a před kritickými situacemi, i na specifikaci postupů řízení a rozhodování. Do této kategorie bezesporu patří metodiky hodnocení, kterými se určuje soubor relevantních pohrom, metodiky na hodnocení ohrožení od pohrom a metodiky hodnocení rizik, která z uvedených ohrožení plynou, metodiky na sestavení scénářů pohrom, scénářů odezvy na pohromy a scénářů řízení, a také systémy pro podporu rozhodování. Návrhy na zvládnutí kritických situací se musí připravovat ve variantách s ohledem na existující nejistoty a neurčitosti a na různé počáteční a okrajové podmínky. Do systému nouzového i krizového řízení musí být zapojeny pojišťovny a je nutné využívat údaje ze specializovaných databází EU a dalších mezinárodních organizací a pro území republiky budovat zkušenostní databáze, které kromě základních údajů zohlední také místní specifika [2]. Cílem všech teoretických analýz i hodnocení cvičení na zvládnutí kritických situací je odhalit kritická místa, která mohou průběh kritické situace dále zkomplikovat a přijmout příslušná opatření, aby se snížila tato zranitelnost. Na základě teoretických analýz se stále více v krizovém řízení prosazuje pojetí řízení, které se používá při konstrukci hybridních systémů (kombinace aktivních a pasivních elementů v jednom systému). Strategické scénáře jsou používány k identifikaci a vyhnutí se krizím a scénáře odezvy podobné těm, které se používají při hazardních hrách, jsou používány pro scénáře zásahů [9,11]. Specifické rysy rozhodování při krizovém řízení V případě kritické situace není možné použít běžný scénář rozhodování a schvalování, ale musí se použít účinný zkrácený scénář rozhodování. Proto je třeba mít speciální legislativu i podpůrné centrum, jehož role spočívá v tom, že v rozhodnutí nebudou zásadní odborné chyby. Aby scénáře řízení odezvy na kritickou situaci byly účinné, musí být zajištěno, aby byly zpracovány podle jednotné metodiky. Tyto metodiky vydává pověřené ministerstvo. Základní scénáře jsou scénáře pro krizové řízení za různých podmínek a scénáře pro získávání praktických drilů. Jeden scénář krizového řízení popisuje průběh příštích jevů (scénář rozvoje dopadů pohromy nebo jen zkráceně scénář pohromy) a druhý popisuje průběh zásahu. Při tvorbě scénářů se využívají poznatky z teorie her [11]. Hlavním cílem při rozhodování o opatřeních při zvládání kritické situace je dospět k optimálnímu rozhodnutí. Toto rozhodnutí závisí na kvalitě a množství dat a na znalostech a zkušenostech z předmětné oblasti. Proto se pro podporu používají týmy expertů a na základě panelové diskuse nebo jiného způsobu získání kvalifikovaných názorů (např. delfská metoda, agregace názorů provedená vhodnými algoritmy) se formují rozhodnutí v konkrétních případech.
483
Na základě analýz znalostí a zkušeností se formují strategické scénáře odezvy na předpokládané kritické situace. Na jejich základě se vytváří scénáře odezvy na jednotlivé kritické situace a podle nich se vytváří scénáře výcviku zásadních momentů z hlediska řízení (tzv. uzlových bodů na stromu událostí) [4-11]. Kvůli vyšší kvalitě krizového řízení, která spočívá v tom, že ke zvládnutí kritických situací se provádí při optimálním využití zdrojů, sil a prostředků, je snaha neprovozovat krizové řízení jen jako operativní řízení, ale zavést do něho prvky strategického řízení. Při hodnocení scénářů kritických situací je důležité nejen ocenění nejistot (k tomu slouží statistické metody), ale i ocenění neurčitostí (k tomu slouží znalostní a zkušenostní databáze). Z těchto důvodů se zpravidla vytváří několik variant každého scénáře a na základě expertního hodnocení (které je v souladu s příslušnými právními předpisy) se pro další potřeby (tj. pro tvorbu dalších scénářů) určuje jeden optimální scénář [2,6]. Pro podporu optimálního rozhodování je rovněž důležité vyhledat tři dále popsané scénáře, které lze zpracovat např. metodikou případových studií [12]. Jedná se o scénář pro: - extrémní nebo úchylné případy (důvodem je, že zpravidla z hlediska bezpečí a rozvoje je třeba se těmto případům vyhnout, tj. přijmout vhodná opatření, aby se nemohly vyskytnout), - kritické případy (důvodem je, že zpravidla z hlediska bezpečí a rozvoje jsou tyto případy strategicky důležité, protože vytváří rozhraní, na kterém jsou riziko selhání a ztráty spojené s realizací rizika vysoké, a při jeho překročení výskyt katastrofy je vysoce pravděpodobný a neodvratitelný, tj. jde o nepřijatelné riziko), - paradigmatické (vzorové) případy (důvodem je z hlediska bezpečí a rozvoje navrhnout vhodnou realizaci možných řešení pro obvyklé případy v praxi). Uvedené tři scénáře umožňují rozhodujícímu subjektu dle konkrétního průběhu kritické situace a disponibilních prostředků vybrat scénář, který nevede k nežádoucím důsledkům. Pří řízení odezvy na kritickou situaci si každý řídící pracovník musí uvědomit, že existuje velký rozdíl mezi prosazováním politiky a krizovým řízením. Prosazování politiky je založeno na tom, že je třeba v každé situaci vědět, jaká je nejlepší politika v dané situaci. Proto se skládá ze tří fází: studium a výzkum; politikaření (vysvětlování a prosazování cílů); realizace cílů, tj. čas nepředstavuje rozhodující faktor. Krizové řízení se liší od prosazování politiky tím, že se musí počítat s tím, že během krize není čas a že ke zvládnutí krize se musí realizovat i opatření nepopulární. Rozhodování se provádí na základě neúplných informací a pod tlakem okolností, což znásobuje neurčitosti, které existují při stanovení scénáře krize. To znamená, že výběr optimálního scénáře odezvy není jednoduchý. Navíc dalším nepřítelem je vznik paniky a chaosu. Proto je nutno mít v záloze scénář založený na dlouhodobém hodnocení situací, který se v první fázi aplikuje a podle konkrétní situace se zpřesňuje [4-10].
484
Pro krizové řízení je nutné, aby si každý, kdo rozhoduje v určitém postavení uvědomil, že: - kritická situace může vzniknout, - je nutno se učit, aby se rozpoznaly příznaky blížící se kritické situace, - je nutno se připravovat na zvládnutí kritické situace. Základním pravidlem při rozhodování je, že při odezvě na kritickou situaci se postupuje podle základního (obecného) scénáře odezvy, aby nedošlo k časovému prodlení. Zároveň začne pracovat monitorovací skupina, která má za úkol získat co nejdříve přesná data, zajistit jejich interpretaci a predikci vývoje situace. Na základě těchto údajů se zásah začne provádět podle specifického scénáře odezvy (který odpovídá místním podmínkách a současné situaci), který je předem připraven (v rámci fáze prevence a připravenosti). Varování se provádí sirénami nebo jinými vhodnými prostředky. Specifické nástroje pro podporu krizového řízení Vazby v systému krizového řízení jsou určeny jednak administrativním členěním státu na organizační složky a organizační jednotky a jednak zákony o krizovém řízení [4-9]. Cílem koordinace (tj. vytvoření systému vnitřních vazeb) v krizovém řízení je: - stanovit zásady pro využití základních nástrojů a pro provádění jednotlivých úkolů krizového řízení v návaznosti na nouzové a krizové plánování, které tvoří základ úspěšného krizového řízení, - pro každý typ pohromy stanovit vedoucí resort (v organizační jednotce úsek), který provede specifikaci a koordinaci konkrétních úkolů a resorty (úseky) poskytující zásadní podporu při zvládání úkolů, - vytvořit podmínky pro implementaci základních nástrojů a zajistit jejich finanční krytí, - zajistit kontrolu plnění úkolů a nápravu případných chyb a omylů, Při odezvě na kritickou situaci jde o realizaci takového scénáře řízení organizační jednotky, který zajistí účinnou podporu bezpečnostních výkonných složek provádějících zásah a nastolí v organizační jednotce takový režim, aby bylo možno kritickou situaci v optimální době a za použití přijatelných zdrojů a ztrát zvládnout. Specifické nástroje pro podporu krizového řízení jsou: - vytvoření krizového štábu, mechanismu jeho svolávání, informování a systému práce, - analýza potenciálních ohrožení organizační jednotky chápané jako otevřený systém, který je ohrožován škodlivými jevy zevnitř i zvenku, - vytvoření plánu pro zvládnutí kritické situace, který bude zahrnovat informace o dostupných zdrojích, silách a prostředcích pro zvládnutí kritické situace 485
-
v organizační jednotce, plánu poplachu, postupu při poplachu a provedení identifikace zvláštních nebezpečí, výměna informací s dalšími orgány pro zvládnutí kritických situací, které mohou poskytnout výpomoc, výcvik a školení vedoucích pracovníků, školení a výcvik bezpečnostních složek, institucí a obyvatelstva, provozování cvičení.
Specifika krizového plánování Protože pro přežití lidí a zajištění včasné a účinné odezvy na nouzové situace všeho druhu jsou třeba funkční vybrané objekty, infrastruktury a zařízení a jsou nutné dodávky určitých komodit, řeší se jednak otázky odolnosti ve smyslu resilience (tj. houževnatost čili vydržet kritický dopad po jistou dobu) a jednak otázky kontinuity důležitých činností. Plány kontinuity jsou v řadě zemí vnímány spíše jako podpora pro sociální proces v území než pro ekonomický proces. Oceňuje se jejich přínos pro přežití lidí, pro zabránění panice a chaosu. Z hlediska momentálního zisku nejsou pro vlastníka objektů, infrastruktur či zařízení přínosné, pomohou však jeho dobrému jménu, což je vklad do budoucna. Odborníci také ukazují, že řešit provozní kontinuity tím, že se provoz zajistí na alternativním místě, není vždy řešení situace z hlediska území, protože výrobky jsou potřeba v postiženém území a není vždy jednoduché zajistit jejich převoz do postiženého území [10]. Krizové plánování navazuje na nouzové plánování a používá se pro pohromy, které mohou vyvolat kritickou situaci svým rozsahem nebo intenzitou působení na lidi. Jeho cílem není ani udržitelný rozvoj, ani dosažení dlouhodobého bezpečného území. Pro formu a rozsah krizových plánů platí totéž, co u nouzových plánů, tj. není unifikace. Ze systémového a logického pohledu krizové plány představují základní strategické dokumenty pro krizové řízení. Jsou nástrojem třetí úrovně řízení [3]. Krizové plány navazují na nouzové plány a zohledňují pouze kritické pohromy. Od nouzových plánů se liší tím, že ke zvládnutí situace používají standardní i nadstandardní zdroje, síly a prostředky. V krizových plánech je zakotven způsob, kterým stát, resorty, právnické a fyzické osoby i občané společně zajišťují naplnění cílů krizového řízení v případě výskytu kritických pohrom, tj. při výskytu kritických situací. Především kodifikují, jak se provádí připravenost a odezva, aby ztráty a náklady byly pro organizační jednotku i společnost přijatelné. To znamená, že ukládají povinnost, jak se provádí: zmírnění dopadů pohrom na životy a zdraví lidí, majetek, životní prostředí a lidskou společnost a jak se provádí zvládnutí dopadů pohrom s přiměřenými ztrátami a přiměřenými zdroji. V některých zemích jsou už dnes zohledněny aspekty kritické infrastruktury. Obsah i rozsah krizových plánů jsou určeny příslušnými právními předpisy zemí. Krizový plán se zpracovává pro území, organizaci, objekt, stát, uskupení států apod. Nejznámější jsou krizový plán území, krizový plán úřadu státní
486
správy, krizový plán organizace či podniku, který provozuje kritickou technologii nebo kritickou infrastrukturu. Pro zvládnutí neočekávaných situací, které nejsou předvídatelné jsou v mnoha zemích zpracovávány plány pro nepředvídané situace (tzv. contingency plan) [2,4]. Představují obecný scénář postupu pro zahájení odezvy při výskytu nepředvídané nouzové situace a spojení na výkonné složky, které zahájí odezvu. Obsahují odpovědnosti a spojení na veřejnou správu a výkonné složky, které budou přizvány k participaci na odezvě po vyhodnocení počáteční fáze odezvy. Dále obsahují systém spolupráce všech orgánů, složek a občanů při odezvě, který je předmětem procvičování. Pro zvládnutí každé kritické situace a přežití lidí je nutné zajistit plnění funkcí vybraných objektů a systémů (např. systému kritické infrastruktury i jejich podsystémů), a proto se v mnoha zemích zpracovávají plány kontinuity (continuity plans), které vedou ke zvýšení bezpečnosti objektů a systémů a zajistí, že objekt či systém „přežijí“ kritickou situaci a splní své funkce na určité úrovni, tj. budou v provozu za normálních, abnormálních i kritických podmínek. V poslední době se zpracovávají plány pro jednotlivé subsystémy kritické infrastruktury (např. systém zásobování elektřinou, kybernetický systém) či pro celý systém. Uvedené plány vychází z pojetí komplexní bezpečnosti a věnuje se v nich pozornost vazbám a spřažením, která by mohla za kritických situací zesílit a svou dominancí ovlivnit postupy odezvy [2]. Na národní úrovni jsou stanoveny zásady plánování, obsah plánů, vymezení pojmů, principy ochrany a způsoby zajištění ochrany chráněných národních zájmů, metodiky pro identifikaci závislostí mezi různými sektory kritické infrastruktury, principy řízení rizika a principy řízení bezpečnosti, principy na zajištění informování atd. V mnoha zemích je situace taková, že jednotlivé regiony mají priority a podle tohoto se volí konkrétní nástroje při plánování. Mají řešen i případ, když dojde ke střetu zájmů. Pro tento případ se pak svolává speciální výbor, který rozhodne jak dále postupovat. Role politiků spočívá pouze v tom, že stanovují pravidla pro snadnou koordinaci úkolů [4-7]. Zásady připravenosti na řešení kritických situací Pro zvládnutí a překonání kritických situací je třeba: - identifikovat a charakterizovat možné kritické situace v organizační jednotce a v jejím okolí, - udělat plán na řízení kritických situací, tj. krizový plán ve formě scénáře řízení odezvy na určitou kritickou situaci, - být připraven na nejhorší (monitorovat, hodnotit, prověřovat opatření krizového plánu, zajišťovat vzdělání a výcvik zúčastněných), - rozvíjet systém odezvy, aktualizovat a prověřovat systém předávání informací, - udělat seznam kontaktů řídících pracovníků i důležitých složek odezvy, 487
- mít připravena opatření, kterými se zabrání panice (informace prověřovat, zaměřit se na klíčovou skupinu lidí, nedělat unáhlená a ultimativní rozhodnutí), - mít připravena opatření, kterými se zabrání stupňování kritické situace, - vždy hodnotit situaci z více než jednoho pohledu, - vždy podpořit a informovat potenciální pomocníky, - během kritické situace se zabývat pouze touto situací, tj. nedělat nic jiného, - postupně přejít ze scénáře řízení kritické situace na normální způsob řízení, - poučit se z chyb před a během kritické situace. Připravenost a odezva na nouzové situace spočívá v organizačních jednotkách [4-8] na dále uvedených 4 principech: - každý řídící pracovník odpovídá také za nouzovou připravenost a zvládnutí odezvy úseku, který řídí. V případě, že zásah přesahuje jeho možnosti, je kodifikován rozšiřující se systém odezvy, - přístup při všech ohroženích spočívá na optimalizaci zdrojů pro plánování a odezvu, vytváří se obecně použitelné scénáře zásahů a možné modifikace v závislosti na možných momentálních situacích, - systém plánů odezvy je založen na systému bloků, které lze dle potřeby spojovat do bloků větších, - nouzová připravenost a opatření jsou centrálně řízené. Nouzovou připravenost upravuje vždy zvláštní zákon, který obvykle kodifikuje: - odpovědnosti ministra, který odpovídá za plánování. Jde především o zlepšení civilní připravenosti, vývoj koncepcí a programů, zajištění připravenosti na regionální a lokální úrovni, poskytování vzdělání a výcviku, vylepšení uvědomění obyvatelstva, analýzu a hodnocení rizik a vedení výzkumu v oblasti připravenosti, koordinace a inspekce nouzových plánů vládních institucí, rozvoj opatření, která zajistí kontinuitu práce vlády, monitorování a informování o civilních nouzových situacích, tvorbu realizačních plánů, - odpovědnosti regionální a místní veřejné správy v záležitostech podpory práce bezpečnostních složek, ochrany obyvatelstva a pro zajištění provozu kritické infrastruktury v území, - úkoly právnických a fyzických osob i obyvatel. Systém řízení odezvy na kritické situace Organizační struktura pro řízení kritických situací je na úrovni státu buď ministerstvo vnitra nebo orgány mu obdobné [6]. Často se jedná o ministerstva s příslušnými kompetencemi v oblasti, která odstartovala kritickou situaci. Na národní úrovni se stanovuje všeobecný postup pro plnění úkolů krizového řízení. Úkolem pověřeného útvaru není provádět konkrétní práce, ale vést je a koordinovat 488
je. Návrhy úkolů pro resorty předává koordinující útvar vládě, která je přiděluje jednotlivým resortům. V době, kdy se nic neděje se veřejná správa, organizace i další zúčastnění soustřeďují na prevenci, přípravu zmírňujících opatření a na vytváření systému pro správné předávání informací v případě kritické situace. Pro zvládnutí kritické situace jsou vytvořeny speciální orgány (krizové štáby), které mají k dispozici nadstandardní zdroje, síly a prostředky, které jsou v případě potřeby určeny bezpečnostním složkám ke zvládnutí kritické situace a k ochraně obyvatelstva. Pro řízení odezvy na kritické situace jsou připravené plány na zvládnutí kritických situací dle očekávaných variantních scénářů pohrom i katastrof. Výhodou jsou místně specifické scénáře, které zohledňují slabé a silné stránky organizační jednotky, tj. její zranitelnosti a odolnosti. Filosofie odezvy vychází z požadavku, že z ekonomických důvodů musí být k zásahu použity jen ty výkonné bezpečnostní složky, prostředky a pomůcky, které jsou adekvátní. Tj. zásah začne provádět jedna složka a jakmile velitel zásahu vyhodnotí, že zvládnutí nouzové situace (tj. dopadů pohromy) je nad jeho síly, dá pokyn do operačního střediska, které zajistí posily, které jsou v záloze atd., tj. organizačně je připraven systém odezvy, který se rozšiřuje dle konkrétních požadavků [4-9]. Při odezvě je důležitá prevence ztrát [9]. Speciální pozornost musí být věnována předávání informací a jejich správnému usměrnění. Závěr Specifickým nástrojem krizového řízení v ČR je právní nástroj „vyhlášení krizové situace“, který umožňuje využít nadstandardních zdrojů, sil a prostředků a omezit svobody a práva lidí na stanovenou dobu a ve stanovené oblasti. V České republice je třeba provázat úrovně řízení tak, aby systém řízení byl komplexní a aby se v rámci nouzového nebo krizového řízení neopakovaly činnosti, které patří do běžného řízení organizační jednotky apod. Jen touto filozofií lze docílit optimálního využití disponibilních zdrojů, sil a prostředků. Tento princip je třeba také zavést do vzdělání. Literatura [1] PROCHÁZKOVÁ D.: Bezpečnost a krizové řízení. ISBN 80-86477-35-5. POLICE HISTORY, Praha 2006, 255p. [2] PROCHÁZKOVÁ D.: Strategie řízení bezpečnosti a udržitelného rozvoje území. ISBN 978-80-7251-243-0, PA ČR, Praha 2007, 203p. [3] PROCHÁZKOVÁ D.: Řízení bezpečnosti – základní údaje. ISBN 978-80-7251260-7, PA ČR, Praha 2007, 303p. [4] EU: Vade-mecum of Civil Protection in the European Union. European Commission, Brussels 1999, 133p. [5] NATO: CEP Handbook 2001. Civil Emergency Planning in the NATO/EAPC Countries. ISBN 91-7097-086-6. Svenska Tryckcentralen AB, Avesta 2001. 489
[6] PROCHÁZKOVÁ D., ŘÍHA J.: Krizové řízení. ISBN 80-86640-30-2, MV-GŘ HZS ČR, Praha 2004, 225p. [7] BRENNAN D., PROCHÁZKOVÁ D.: Training of Czech Officials, Fire-fighters and Technical Support Agencies - PODKLADY K PŘEDNÁŠKÁM. MV ČR, Praha 2003, 212p. [8] Government: Disaster Control and Crisis Management in the Netherlands. Haague 2000, 56p. [9] GUSTIN J. F.: Disaster Recover y Planning: a Guide for Facility Managers. The Fairmont Press, Inc., ISBN 0-88173-323-7(FP), 0-13-009289-4 (PH). Lilburn 2002, 304p. [10] PROCHÁZKOVÁ D.: Konference TIEMS, 112, v tisku. [11] PEMA: Hazard Mitigation Planning - An On-Line Introduction. Part III: Hazard Vulnerability Analysis (HVA). Pennsylvania Emergency Management Agency, 29.05.2002. Web: http://sites.state.pa.us/PA_Exec/PEMA/programs/mitigation. [12] PROCHÁZKOVÁ D.: Případová studie a metodika pro její sestavení. ISSN: 1213-7057, 112, 7 (2008) No 7, 16p.
490
Náklady spojené s požáry Doc. RNDr. Dana Procházková, DrSc. Univerzita Jana Amose Komenského, Praha, E-mail: [email protected] Abstrakt Článek se zabývá náklady, které musí lidská společnost vynaložit na bezpečnost s ohledem na požáry. Analyzuje dotazník zpracovávaný organizovaně od r. 2005 pro získání správného přehledu o nákladech spojených s požáry v rámci OSN. Identifikuje potřeby ČR v předmětné oblasti a navrhuje úpravy podporující kvalifikované hodnocení nákladů spojených s požáry. Úvod do problematiky Požáry patří mezi pohromy, které poškozují člověka od počátku jeho existence. Vyskytují se jak samostatně, tak jako doprovodné jevy při zemětřeseních, sopečných erupcích, technologických nehodách, dopravních haváriích, výbuších atd. Proto se s nimi zabývá i koncept integrální či komplexní bezpečnosti, který je v současné době aplikován na území Evropské unie a ve kterém jde o bezpečí a udržitelný rozvoj lidí, lidské společnosti a území, na kterém lidská společnost žije, a to včetně jeho životního prostředí, infrastruktur a technologií podporujících bezpečí a rozvoj lidí. Na základě uvedeného konceptu [1] se musí aplikovat systémově opatření, která zabraňují vzniku požáru, zmírňují dopady požáru, umožňují požáry zvládnout s přiměřenými zdroji, silami a prostředky a zajišťují obnovu spojenou se zvyšováním odolnosti proti požárům. Účinná opatření vyžadují zdroje, a to veřejné i soukromé a zapojení všech lidí. Např. z hlediska financí přitom jde také o veřejné finance a o jejich správné vynakládání, a proto je třeba, aby alespoň v případech, ve kterých stát platí ztráty, škody a újmy spojené s požáry i zásahy vůči požárům, se stát nedostal do pozice, že by platil přemrštěné ceny [2]. Toho se dosáhne pouze tím, že bude k dispozici správný systém řízení bezpečnosti s ohledem na požáry, který vyžaduje kvalitní monitoring, metodiku na určování výše dopadů požárů na osoby, majetek a životní prostředí a metodiku na kalkulaci nákladů spojených s odezvou na požáry. Dotazník pro sestavování ročních požárních statistik Ekonomická komise Spojených národů pro Evropu byla založena v r. 1947 s cílem podpořit ekonomickou spolupráci členských států. Dnes je to jedna z 5 regionálních komisí OSN a má 56 členských států. Jedním z členských států je i Česká republika. Jmenovaná komise zpracovává a publikuje řadu statistik v angličtině a ruštině, které vytváří na základě spolupráce s národními statistickými úřady a dalšími národními orgány členských států [3].
491
S cílem řídit požáry tak, aby škody způsobené požáry byly přiměřené, se v gesci Ekonomické komise Spojených národů pro Evropu sestavuje databáze požárů, protože to je první krok k vyhodnocování dat a ke stanovení účinných nástrojů řízení zacílených na uvedený cíl. Její součástí je Výbor pro lidská sídla a rozvoj území, který vede statistiky ze zájmové oblasti, tj. i statistiky o požárech. Zaměřuje se na bezpečnost ve spojení s požáry, a proto vede statistiku všech nákladů spojených s požáry. K jejímu vytváření byly členské země oficiálně vyzvány, např. MV – GŘ HZS vyplnilo za léta 2005 a 2006 dotazník na základě metodiky uvedené v článku [4]. Tabulka 1 obsahuje dotazník v češtině s tím, že překlad respektuje odborné pojmy z oblasti bezpečnosti, pojišťovnictví a finančnictví, což není vlastní všem překladům, které jsou na českých webech. Tabulka. Dotazník OSN pro zjišťování nákladů spojených s požáry. DOTAZNÍK 1. PŘÍMÉ ZTRÁTY ZPŮSOBENÉ POŽÁRY 1.1 PŘÍMÉ ZTRÁTY ZPŮSOBENÉ POŽÁRY - uveřejněné údaje (např. nároky na plnění z pojištění proti požáru) 111 Přímé ztráty způsobené požáry..........2005 112 Přímé ztráty způsobené požáry..........2006 Publikační zdroj 1.2
ÚPRAVY
Jaké změny v dotazníku (pokud vůbec nějaké) je nutno učinit, aby se zahrnuly všechny přímé ztráty způsobené požáry, pokud jde o: 121 nepojištěný majetek (např.státní majetek, nepojištěný soukromý majetek)
přičíst... ..….x %
122 nedostatečně pojištěný majetek - podpojištění,
přičíst..
123 příplatky a srážky……………………………
přičíst……...x %
124 existují-li uveřejněné údaje za nároky proplacené (ale nevzniklé),
přičíst……...x %
125 požáry na lodích, v letadlech a autech
přičíst……...x %
126 lesní požáry
přičíst……...x %
127 požáry u těch, kdo nejsou členy sdružení podávajících zprávu
přičíst……...x %
128 požáry do údajů nezahrnuté, protože jsou pojištěny multinacionálně
přičíst……...x %
129 jakékoli další připočtené částky - za předcházení škodám, odklízení trosek apod.
přičíst……...x %
492
.x %
130 nepřímé ztráty způsobené požáry a zahrnuté, např. škody způsobené přerušením provozu do údajů o pojistných nárocích,
odečíst...……x%
131 nároky zahrnuté v údajích a nezpůsobené požáry, např. odečíst...……x% nároky následkem přírodních pohrom 132 Nároky z nadměrného pojištění, např. pojistky na novou hodnotu, bez srážky za opotřebení,
odečíst...……x%
NÁVOD PRO POSTUP: Pro země Evropské unie je změna navržená požárními odborníky, kteří jsou poradci pro Studii OSN, v rozmezí: 121 nepojištěné ztráty (např.vládní majetek či nepojištěný soukromý majetek)
přičíst....….1 % až 15 %
122 nedostatečně pojištěný majetek
přičíst....….2 % až 50 %
123 příplatky a srážky,
přičíst……….0 až 12 %
124 existují-li uveřejněné údaje za nároky proplacené (ale přičíst....….4 % až nevzniklé), 6% 125 požáry na lodích, v letadlech a autech,
přičíst....….1 % až 20 %
126 lesní požáry
přičíst....….0 % až 10 %
127 požáry u těch, kdo nejsou členy sdružení podávajících přičíst....….0,5 % zprávu, až 31 % 128 požáry do údajů nezahrnuté, protože jsou pojištěny multinacionálně
přičíst....….1 % až 4%
129 jakékoli další připočtené částky,
přičíst....….1,5 až 12,5 %
130 nepřímé škody způsobené požáry a zahrnuté do údajů o pojistných nárocích,
odečíst..........1 % až 14,5 %
131 nároky zahrnuté v údajích a nezpůsobené požáry, např. odečíst..........0 nároky následkem bouří, 14,5 % 132 Nároky z nadměrného pojištění, např. pojistky na novou hodnotu, bez srážky za opotřebení,
až
odečíst..........až 1 %
Poznámka: Ztráty způsobené požáry zahrnují ztráty způsobené výbuchy po požárech, ale vylučují ztráty způsobené výbuchy, jestliže požár nevznikl, např. některé teroristické akce. 493
%
2. NEPŘÍMÉ ZTRÁTY ZPŮSOBENÉ POŽÁRY POZNÁMKA: Pokud jde o definici nepřímých ztrát způsobených požáry, viz stranu 9 „Evropských nákladů způsobených požáry“, cit. dílo. 2.1 NEPŘÍMÉ ZTRÁTY ZPŮSOBENÉ POŽÁRY - uveřejněné údaje 211 Nepřímé ztráty způsobené požáry........………2005... 212 Nepřímé ztráty způsobené požáry........……….2006... 213 Nárokované náhrady u požárů průmyslových objektů..... ….2005....... % 214 Nárokované náhrady u požárů průmyslových objektů............2006........ % Zdrojová publikace…...... 2.2
ÚPRAVY
Úpravy, které je třeba provést, aby byly pokryty všechny nepřímé ztráty způsobené požáry: Úprava uveřejněných údajů s ohledem nepřímé ztráty způsobené požáry: 221 Nepojištěné ztráty (veřejný sektor)..
přičíst..............%
222 Nepojištěné ztráty (soukromý sektor)...
přičíst..............%
223 Nedostatečně pojištěné ztráty
přičíst..............%
224 Samopojišťovací fondy a přebytky.......
přičíst..............%
225 Rozšíření nedostatečně pojištěných ztrát......
přičíst..............%
Úprava údajů u nárokovaných údajů u požárů průmyslových objektů 226 Odhadovaný vztah mezi nepřímými ztrátami při požárech a nárokovanými náhradami u požárů průmyslových objektů...................................................% NÁVOD PRO POSTUP: A.
Poměr nepřímé ztráty způsobené požáry ke ztrátě přímé (po odečtení 50 % za rozdíl mezi skutečnými nepřímými ztrátami a nepřímými ztrátami postihujícími hospodářství) se pohybuje mezi 1 až 38 %.
B.
Pokud jde o země Evropské unie, úpravy navržené požárními odborníky, kteří jsou poradci pro Studii OSN, se pohybují v tomto rozmezí:
221 Nepojištěné ztráty (veřejný sektor)...
přičíst
222 Nepojištěné ztráty (soukromý sektor)…
přičíst až 15 %
223 Nedostatečně pojištěné ztráty...
přičíst
až 10 %
224 Samopojišťovací fondy a přebytky...
přičíst
až 20 %
225 Rozšíření nedostatečně pojištěných ztrát
přičíst 10 % až 20 %
226 Nepřímé ztráty jako poměrná část průmyslových objektů 494
až 10 %
náhrad u požárů ..20 % až 50 %
3.
ZTRÁTY NA LIDECH
Poznámka: Pokud jde o vysvětlení, viz strany 10 až 13 „Evropských nákladů způsobených požáry“, cit. dílo 3.1. OBĚTÍ A ZRANĚNÍ PŘI POŽÁRECH – publikované údaje 311 Úmrtí způsobená požáry (hlášení hasičských sborů)...
2005
312 Úmrtí způsobená požáry (Světová zdrav.organizace)...
2005
313 Úmrtí způsobená požáry (hlášení hasičských sborů)…
2006
314 Úmrtí způsobená požáry (Světová zdrav. organizace)...
2006
315 Zranění způsobená požáry (hlášení hasičských sborů)
2005
316 Zranění způsobená požáry (hlášení hasičských sborů)
2006
Publikační zdroj, pokud jde o údaje od hasičských sborů....... 3.2
ÚPRAVY
Úpravy, které se provádí s cílem zahrnout všechny lidské ztráty jsou: 321 úmrtí, o nichž hasičské sbory či nemocnice nevědí,
přičíst až 5%
322 zranění, o nichž hasičské sbory či nemocnice nevědí,
přičíst až 100%
NÁVOD PRO POSTUP: Pokud jde o země Evropské unie, úprava navržená požárními odborníky, kteří jsou poradci pro Studii OSN, se pohybuje v tomto rozmezí: 321 úmrtí, o nichž hasičské sbory či nemocnice nevědí,
přičíst až 25 %
322 zranění, o nichž hasičské sbory či nemocnice nevědí,
přičíst až 200 %
4.
HASIČSKÉ SBORY
Poznámka: Pokud jde o příklady nákladů národních hasičských sborů, viz strany 14 a 15 „Evropských nákladů způsobených požáry“, cit. dílo 4.1
HASIČSKÉ SBORY - zveřejněné údaje
411 Veřejné hasičské sbory
2005
412 Veřejné hasičské sbory
2006
413 Soukromé hasičské sbory
2005
414 Soukromé hasičské sbory
2006
Zdrojová publikace ………………… 4.2
ÚPRAVY
Aby se zahrnuly všechny náklady hasičských sborů, je třeba provést následující úpravy: 421 za jinou než hasičskou práci vykonávanou veřejnými hasičskými sbory 495
odečíst....... ... %
422 za jinou než hasičskou práci vykonavanou soukromými hasičskými sbory
odečíst.......... %
423 za soukromé hasičské sbory (nejsou-li uvedeny výše)
přičíst............ %
424 za požární policii,
přičíst...……. %
NÁVOD PRO POSTUP: Pro účely tohoto průzkumu se předpokládá, že prvotním úkolem hasičských sborů je ochrana veřejnosti před požáry. Je proto důležité, aby číslo zadávané do řádky 421 udávající činnost jinou než hasičskou práci bylo odhadnuto pokud možno na základě mezních nákladů, tj. mělo by zahrnovat pouze ty dodatkové náklady, které přímo odpovídají příslušným činnostem, které jsou jiné než hasičské práce. Tyto náklady by mohly například zahrnovat náklady na využití specializovaného personálu a provedení specializovaného výcviku, každý plat za práci přesčas spojenou výhradně s prováděním nehasičské práce a výdaje na nákup a údržbu dalších (pomocných) a/nebo specializovaných areálů a vybavení. Pokud jde o země Evropské unie, úpravy navržené požárními odborníky, kteří jsou poradci pro Studii OSN, se pohybují v tomto rozmezí: 421 za jiné než hasičské práce vykonávané veřejnými hasičskými sbory,
odečíst......5 % až 71 %
423 za soukromé hasičské sbory (nejsou-li uvedeny výše)
přičíst.....1 % až 7,5 %
5.
POJIŠTĚNÍ PROTI POŽÁRU
Poučení Pro účely tohoto průzkumu mají administrativní náklady zahrnovat veškeré výdaje spojené se sjednáním pojištění pro případ požáru včetně „obchodních (tržních) poplatků a odměn“, s výjimkou „transakčních poplatků a poplatků za správu účtů“. Poznámka: Pokud jde o příklady národních nákladů na pojištění proti požáru, viz strany 15 a 16 „Evropských nákladů způsobených požáry“, cit. dílo. 5.1
POJIŠTĚNÍ PROTI POŽÁRU - uveřejněné údaje
511 Pojistné za pojištění proti požáru...
2005
512 Pojistné za pojištění proti požáru...
2006
Zdrojová publikace....... 5.2
ÚPRAVY
Existují nějaké uveřejněné údaje o nákladech ze správy pojištění proti požáru? 521 Náklady na správu pojištění proti požáru... 496
2005
522 Náklady na správu pojištění proti požáru...
2006
Jestliže neexistují žádné údaje o nákladech na správu, laskavě odhadněte: 523 Náklady na správu jako procento z požárního pojistného (nákladový koeficient).
...%…
NÁVOD PRO POSTUP: Pro země Evropské unie se úpravy navržené požárními odborníky, kteří jsou poradci pro Studii OSN, se pohybují v tomto rozmezí: 523 Náklady na správu:
6.
20 % až 41,9 % z pojistného na pojištění proti požáru.
OCHRANA BUDOV
Poznámka: Pokud jde o vysvětlení, viz strany 16 až 18 „Evropských nákladů způsobených požáry“, cit. dílo. 6.1. OCHRANA BUDOV - uveřejněné údaje Jestliže existují nějaké uveřejněné údaje o celkových národních ročních nákladech na budovy a jiné stavby? 611 Stavba budov
2005
612 Stavba budov
2006
Publikovaný zdroj................. 6.2
ÚPRAVY
Byly provedeny někdy nějaké národní výpočty nákladů na ochranu budov před požárem? Pokud ano, laskavě shrňte: 621.............................. Jaké údaje o celkových národních nákladech na ochranu budov před požárem by se dle vašeho odhadu měly brát v úvahu? 622.......................................................3% celkové ceny budovy. NÁVOD PRO POSTUP: Úpravy navržené evropskými požárními odborníky, kteří jsou poradci pro Studii OSN, se pohybují v tomto rozmezí: 622 Náklady na ochranu budov před požárem:
497
2,5 % až 5 % celkové ceny budov a staveb.
7.
POŽÁRNÍ VÝZKUM, ŠKOLENÍ A PROPAGACE
7.1
ORGÁNY VÝZKUMU POŽÁRŮ A OCHRANY PŘED NIMI
Laskavě uveďte seznam nejdůležitějších orgánů pro výzkum požárů a ochranu před nimi a stručně popište jejich úlohu. 711.... 712… 713... 714... 715............................................................ ............................................................ 716............................................................ ............................................................ Přibližné roční náklady na požární výzkum, školení a propagaci (bez nákladů na hasičské sbory) 717.......................................2000.… 718.......................................2000 ADRESA PRO ODESLÁNÍ DOTAZNÍKU Komu:
A.G.C. PAISH, World Fire Statistics Centre 32 Westmoreland Road, GB - London SW13 9RY. tel : +44 20 - 8748 1899 or fax: +44 20 - 8255 7903 e-mail: [email protected]
Od:............................................................................... Adresa: ................................................................... ..................................................................................... Telefon:.............................
Fax:..................................
E-mail adresa:.............................................................. Organizace:.............................................................. Země:........................................................................... Podpis:............................... Datum:....................... Z údajů v tabulce 1 a v publikacích, na něž se dotazník odkazuje, vyplývá: 1. Na doporučení OSN se začaly sbírat údaje o požárech, a to jednak o výši škod, které požáry způsobily a jednak o nákladech na zásahy a na podpůrné činnosti (např. výcvik, výzkum a pojišťovnictví), které zajišťují, že požáry jsou zvládnuty za přijatelných nákladů, tj. zdrojů, sil a prostředků. 2. Ekonomická komise OSN navrhla strukturovaný dotazník, ke kterému pro země Evropské unie existuje doporučení pro vyplňování, které bylo sestavené 498
3. 4. 5.
6. 7. 8. 9.
hasičskými odborníky EU ustanovenými pro spolupráci s OSN v předmětné záležitosti. Data sbírá Světové statistické centrum v Londýně. V dotazníku se požadují data: o ztrátách při požárech – lidi a majetek, o nákladech na zdolání požárů, na zajištění požární připravenosti (výzkum, výcvik, vývoj), o nákladech na pojištění proti požáru. Uvádí se jak přímé škody, tak nepřímé škody, a to pojištěné i nepojištěné. Dělají se opravy na podpojištění. V dotazníku se uvádí jak celkové nepřímé škody, tak škody, které neobsahují ztráty na ekonomickém trhu v případě, že se jedná o požáry průmyslových objektů. Počet lidských obětí je vyčíslován jak přímo hasiči u požáru, tak i následně z lékařských statistik. Náklady hasičských sborů oddělují náklady veřejných a privátních sborů a u nich se odlišují hasičská práce a ostatní práce, které se zdoláním požárů souvisí. Sleduje se pojištění proti požáru i náklady na prevenci proti požáru. Zatím se nesledují škody a ujmy na životním prostředí.
Údaje v dotazníku jsou komplexní, a proto je musí udělat jedna instituce, aby byly provázané. Na základě analýzy praktik v Evropské unii [3,5] je legislativou určená kontaktní instituce, která odpovídá za dotazník – údaje o: - škodách dostane od pojišťoven v průhledném formátu s tím, že dělá úpravy na nepojištěné ztráty ve veřejném i soukromém sektoru, - údaje o nákladech na ochranu budov (včetně té protipožární) v průhledném formátu dostane od určených statistických institucí, - údaje o nákladech na zásahy proti požárům rozlišujících hasičskou a nehasičskou práci dostane od zasahujících hasičských sborů. V České republice údaje zasílá MV – GŘ HZS [6]. Nemá však legislativou zaručeno, že k danému účelu pojišťovny podnikající na českém území mu musí poskytovat údaje v určitém režimu a uspořádání. Analýza platných českých právních předpisů [7], tj. analýza zákona č. 238/ 2000 Sb.; zákona č. 133/1985 Sb.;;zákona č. 239/2000 Sb.; vyhlášky č. 246/2001 Sb.; vyhlášky č. 247/2001 Sb.; a Pokynu generálního ředitele Hasičského záchranného sboru ČR a náměstka ministra vnitra ze dne 31.3.2003, kterým se stanoví jednotný postup Hasičského záchranného sboru při zjišťování příčin požárů, ukazuje, že sice spis o požáru, který vyplňuje velitel zásahu v souvislosti s požáry obsahuje položky jako:
499
předběžná způsobená škoda, zachráněné hodnoty, počet usmrcených lidí, počet zraněných lidí, ale zcela chybí návod, jak určit způsobenou škodu a výši zachráněných hodnot. Podle [6] např. údaje o škodách způsobených požáry zjišťují hasiči buď na místě od majitelů poškozeného majetku nebo od Policie ČR, která šetří příčiny požáru. Uvedená skutečnost znamená, že v České republice nejsou platné (ve smyslu kodifikované) metodiky na určování výše dopadů požárů na osoby, majetek a životní prostředí a metodiky na kalkulaci nákladů spojených s odezvou na požáry. Ekonomická komise Spojených národů pro Evropu publikuje ročně statistiky spojené s požáry [3]. Spolupracuje s Mezinárodní asociací pro studium pojišťovnictví, která je součástí Ženevské asociace pro rizika a pojišťovnictví a která vydává pravidelně zpravodaje „Études et Dossiers“. K 25. výročí Světového hasičského statistického centra vydala v r. 2007 speciální číslo No 333. V něm pan Stevens [8] prezentuje návrh Velké Británie, který navrhuje pořizování statistik o požárech s cílem najít východiska pro zvýšení bezpečnosti obyvatel EU. Soustřeďuje se jak na pasivní protipožární opatření, tak na aktivní opatření, která snižují počet obětí i počet zraněných při požárech. Ve Velké Británii dle posledně citované práce za statistiku spojenou s požáry odpovídá Ministerstvo vnitra od r. 1966, kterému předávají data Asociace hasičů a Britská kriminální služba. Na základě analýzy vytvořených statistických řad jsou sledovány trendy a provádí se systémová a zacílená protiopatření, aby ztráty a škody způsobené požáry se v jednotlivých územích v čase snižovaly. Sledují se rovněž trendy výdajů na zásahy a trendy výše zachráněných hodnot, přičemž posledně jmenované jsou brané jako míra účinnosti hasičské práce. Např. dlouhodobá regulace prostor pro kouření významně snížila škody způsobené požáry (v letech 1975 – 1988 o 30%). Instalace hlásičů kouře snížila podle údajů z r. 1993 škody způsobené požáry o 70%. Na základě zkušeností z Velké Británie pan Stevens [8] Evropské Komisi navrhuje, aby se vytvořil mechanismus pro jednotný sběr a publikaci dat spojených s požáry, který je založený na jednotné bázi. Evropský úřad EUROSTAT by měl odpovídat za sběr, monitoring a publikací kvalifikovaných údajů jednou ročně. K zavedení systému je třeba právní dokument, který mimo jiné sjednotí požadavky jednotlivých direktiv (odpady, skládky, REACH, balení aj.), které zavádějí různé metodiky na hodnocení dopadů pohrom včetně požárů. Předmětný článek rovněž navrhuje shromažďovat i data o dopadech na životní prostředí a zpřesnění údajů o dopadech požárů na člověka. Jelikož dopady požárů na člověka jsou spojené s cestami dermální, ingesční a inhalační, je nejprve nutné upravit, jak se mají tyto dopady měřit a jak se mají vyhodnocovat a interpretovat. -
500
Analýza světové odborné literatury shromažďované Ženevskou asociací pro pojištění a rizika [3] ukazuje, že nikde na světě nemáme dosud žádný ucelený přehled o škodách a ujmách, které působí požáry na životním prostředí. Kvůli této sílící poptávce je třeba vytvořit metodický aparát, aby údaje měly jistou vypovídací hodnotu a byly souměřitelné. Závěr Analýza údajů ze světa ukázala, že jsou sice celosvětově OSN koordinovány údaje o požárech, ale jen na nízké úrovni srovnatelnosti. Pro jednotlivé země jsou totiž jen k dispozici tabulky, které obsahují čísla, pro jejichž vytvoření není přesně stanovená metoda, tj. ani metoda pro stanovení výše škod, které jsou způsobené požáry, ani metoda pro kalkulaci ceny zásahů proti požárům, nejsou taxativně upraveny. V České republice údaje, které jsou publikovány v tisku, a to včetně odborného časopisu 112, jsou údaje odhadnuté majiteli majetku nebo údaje od Policie ČR a je uváděn počet obětí, který byl identifikován při zásahu hasičů. Škody na životním prostředí zjišťovány obvykle nejsou; pouze v ojedinělých případech je stanovují orgány státní správy nebo samosprávy – např. veřejnoprávní úřad při znečištění podzemních a povrchových vod velkého rozsahu. Analýza platných právních předpisů odhalila, že v České republice nejsou ani platné metodiky na určování velikosti dopadů požárů na osoby, majetek a životní prostředí, ani platné metodiky na kalkulaci nákladů spojených s odezvou na požáry, které by mohly použít hasiči bez velkých nároků na další odbornost. Ministerstvo vnitra nevydalo směrnici na oceňování škod v souvislosti s požáry, tj. pro oblast požárů nemá veřejná správa České republiky k dispozici žádnou metodiku na určování velikosti dopadů požárů na osoby, majetek a životní prostředí. Pojišťovny v České republice mají vlastní předpisy, které nejsou obecně platné. Ve sledovaných souvislostech je důležité to, že pojišťovny nemají legislativou uloženo předávat údaje v dohodnutém režimu veřejné správě, tj. hasičům. Závažnost uvedeného nedostatku přímo ukazují řádové rozdíly v odhadech výše škod na majetku při požáru Průmyslového paláce v Praze na výstavišti mezi odhady veřejné správy a odhady pojišťovny – škodu přesahující 2 miliardy udává Pražský magistrát a škodu 800 miliónů udává pojišťovna (viz data na webu ČR). Pro vyčíslení škod způsobených jakoukoliv pohromou lze obecně použít zákon č. 151/1997 Sb., o oceňování majetku a o změně některých zákonů (zákon o oceňování majetku) a jeho prováděcí vyhlášku č. 279/1997 Sb. popř. další (např. vyhlášku č. 3/2008 Sb.). Jeho aplikace je však pro znalce, který se vyzná v různých cenách a v možnostech jejich použití, ale ne pro hasiče, jejichž těžiště práce je jinde. Proto je třeba postupovat tak, jako v jiných vyspělých zemích (viz zřizovací listiny Munich Re, Swiss Re a dalších národních organizací).
501
Do české praxe je třeba zavést povinnost pro pojišťovny, která spočívá v předávání údajů spojených s požáry v průhledném formátu a v dohodnutém režimu, aby hasiči mohli zpracovat a průběžně aplikovat systémy na podporu rozhodování při zásazích spojených se záchranou majetku; u záchrany lidí jde o základní chráněný zájem a proto při záchraně lidského života se musí jednat bez ohledu na náklady. Obdobně jako ve světě tato povinnost musí platit nejen pro požáry, ale i pro všechny další pohromy a stát ji může uložit, protože stát zřizuje pojišťovny. Po vzoru vyspělých zemí by měl stát pojišťovnám také uložit povinnost, aby podporovaly výzkum ve prospěch bezpečnosti, tj. i požární bezpečnosti. Literatura [1] Procházková D.: Bezpečnost lidského systému. SPBI, Ostrava 2007, 139p. ISBN 978-80-86634-97-5. [2] Procházková D.: Nástroje pro zajištění bezpečné organizace. The Science for Population Protection. ISSN 1803-568X. 1 (2009), No 1, 53-82. [3] www.genevaassociation.org [4] Wilmot T.: European Fire Costs – The Wasteful Statistical Gap. Geneva Papers on Risk Isurance. No. 3, 1979. [5] www.wfsc.org [6] MV – GŘ HZS: Statistika požárů (ústní sdělení). [7] Sbírka zákonů ČR. [8] Stevens G. C.: Residential Fire Risk Incidence and Reduction: UK and International Experience. Études et Dossiers, 2007, No 333. Práce je zpracována v rámci projektu „VD20062010A07: Výzkum moderních metod pro zjišťování příčin požárů a hodnocení nebezpečných účinků požáru naosoby, majetek a životní prostředí“
502
Safety Characteristics of Ethylene oxide/Inert gas/AirMixtures in Sterilization Processes Part I: Explosion limits of Ethylene oxide/Inert gas/Air-Mixtures Dipl.-Ing. E. Askar, Dr. V. Schröder Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Abt. Chemische Sicherheitstechnik, Unter den Eichen 87, D 12205 Berlin. Dr. A. Acikalin, Prof. Dr. J. Steinbach Technische Universität Berlin, Fachgebiet Anlagen- und Sicherheitstechnik, Straße des 17. Juni 135, D 10623 Berlin. Part II: Maximum Experimental Safe Gap, Deflagration- and Detonation Characteristics of Ethylene oxide/Air-Mixtures Dipl.-Chem. Friederike Flemming, Prof. Dr. Tammo Redeker IBExU-Institut für Sicherheitstechnik GmbH, An-Instut der Technischen Universität Bergakademie Freiberg, Fuchsmühlenweg 7, D 09599 Freiberg. E-mail: [email protected] Abstract 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 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. 503
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. Part I I-1. Introduction Ethylene oxide (EO) is among the top 3 % of high volume chemicals. EO is both, a flamm-able and a chemically unstable gas that can be explosive without any amount of oxygen or air. During sterilization procedures the used EO can easily form explosive mixtures. In the past, EO already caused a number of explosions in sterilization industries. One example is the explosion accident happened in Ontario, California, 2004 [1]. Subsequently, producers and users of steri-lization plants in Germany required exact knowledge about the flammability limits and explo-siveness of process gases created by sterilization processes. During such sterilization cycles gas mixtures are being created that consist of EO, nitrogen (N2), carbon dioxide (CO2), water vapor (H2O) and air. For safety reasons it is recommended to run the process in such a way that the mixtures do not become explosive. Therefore certain limiting concentrations of EO and air must not be exceeded. The accurate knowledge of the flammability limits under process conditions is a prerequisite for those protection measures. Both, the upper and lower flammability limit (UFL and LFL, respectively) are understood as the mole fractions (concentration) of EO in the gas mixture at which flame propagation does not occurs any longer. They are the last non-ignition points. This European definition is some-what different to the one in the United States where 504
according to ASTM E 681 the mean value between ignition and non-ignition point is taken. Nevertheless, because of the small step sizes the difference is not very important in practice. The range between the LFL and UFL is the so-called flammability range. If inert gases are present in a 3-component system the term flamma-bility region or explosion region is being used. Inside this region the process gas is explosive and can be ignited by ignition sources. Flammability regions of 3-component systems are given in [2, 3]. However, most of the studies were performed at atmospheric conditions. For higher temperatures and non atmospher-ic pressures only a few data is available. The flammability region of EO mixtures is strongly influenced by the type of the inert gas, the temperature and the pressure. In sterilization processes mixtures with more than one inert gas can be created at different temperatures and pressures. Hence, the flammability limits had to be measured for all these conditions. As the matter of fact, this is not feasible due to the high experimental effort. Therefore, the goal of this study was the systematic experimental determination of basic da-ta on sterilization processes and the development of a reliable calculation method by means of this data. I-2. Experimental The flammability limits were investigated systematically for the systems EO/ N2/air, EO/H2O/air and EO/CO2/air at temperatures of 20 °C and 100 °C and pressures of 40 kPa and 100 kPa. The experimental set-up is schematically shown in Fig. 1.
Fig. 1: Experimental set-up according to the standard DIN EN 1839, bomb method. The ignition tests have been performed following the bomb method of DIN EN 1839 [4]. The ignition vessel used was a heatable spherical steel autoclave with an inner volume of about 14 dm3. The ignition source was located in the center of the autoclave. It was a 0.12 mm fusing NiCr-wire (exploding wire) soldered across two electrodes at a distance of 5 mm. The ignition energy was controlled by an electronic 505
switching unit that allows the adjustment of the ignition energy between 1 J and 50 J. According to DIN EN 1839 the energy was set between 10 J and 20 J for all tests. Filling and explosion pressures were measured by piezoresistive pressure gauges (from Keller, type PAA-10, sensitivity 10-4 of full scale, precision 0.5%). They were calibrated prior to the experiments. After ignition the pressure-time courses were recorded and stored in a com-puter. The temperatures of the autoclave and the gas phase were measured using 0.5 mm NiCr-Ni thermocouples. The gas mixtures were prepared according to a manometric method on the basis of the par-tial pressures. Subsequently, the test mixtures were ignited in the ignition vessel. The overpres-sure caused by the reaction was measured in order to characterize the explosibility of the test mixture. As criterion for a successful ignition served the pressure rising factor F (ratio of ex-plosion pressure pex and initial pressure p0) with F = pex/p0 > 1.05. In case of the lower initial pressure of 40 kPa the criterion was increased to F > 1.10 because of a possible influence of the ignition source on the explosion pressure. The flammability limits were determined by variation of the EO concentration in the mix-ture. The step size was 0.2 mol% near the LFL and 0.5 mol% near the UFL. I-3. Test results and discussion The experimentally determined flammability regions (explosion regions) for the investigated systems EO/N2/air, EO/H2O/air and EO/CO2/air at different pressures and temperatures are shown in the following Fig. 2 – 4.
Fig. 2: Experimentally determined flammability regions for the system EO/N2/air at different temperatures and pressures. At lower EO fractions, i.e. in the fuel poor range, the run of the boundary lines that enclose the flammability regions is similar to those of other common flammable gases. Here, the oxida-tion reaction of EO with air dominates the decomposition of EO. At about 10 mol% EO a re-versal point can be observed. Approaching the fuel 506
rich range, the decomposition reaction of EO becomes more influential and causes the typical expansion of the flammability region. With increasing pressures and temperatures a further expansion of the explosion region is observed. The influence is still rather low in the range of LFL. However, in the range of UFL the influence of initial pressure and temperature on the decomposition is particularly strong. Also different inert gases have an effect on the size of the flammability region. The region decreases with an increasing molar heat capacity of the inert gases in the following order: N2, H2O, CO2. This corresponds to the theory of Burgess and Wheeler [5]. They assumed that a minimum flame temperature that is largely independent of the type of inert gas shall be reached. In case of inert gases with higher molar heat capacities more energy is needed to heat up the system. Therefore more amounts of the flammable gas have to be burnt resulting in a smaller flammability region.
Fig. 3: Experimentally determined flammability regions for the system EO/CO2/air at different temperatures and pressures.
Fig. 4: Experimentally determined flammability regions for the system EO/H2O/air at different pressures. 507
I-4. Calculation of flammability limits The complete numerical computation of flammability limits is a complex and ambitious task. For many substances not feasible as the complete kinetics of the combustion process and all transport and radiation phenomena had to be taken into account. Practically, it is much easier to apply semi-empirical methods. Such a model was developed in the 1990s at the University Paderborn, Germany, for the calculation of flammability regions of flammable gas/inert gas/air mixtures [6]. The applied model was based on the assumption of Burgess and Wheeler of “constant minimum flame temperatures”. At first the adiabatic equili-brium flame temperatures are calculated for the experimentally determined LFL and UFL. At this stage no inert gases are considered. In the following steps different amounts of inert gases are included and the flammability regions are computed. For this purpose the flame temperature is regarded to be constant. Using the code “Gaseq” [7], the intention of the present study was to prove that the as-sumption of Burgess and Wheeler can be used to predict correct flammability regions for EO mixtures, too. “Gaseq” has a Windows graphical user interface and is easy to run. It allows the computa-tion of equilibrium concentrations and adiabatic temperatures for gas reactions at constant vo-lume or pressure. All calculations were performed for EO and its reaction products by means of NASA thermodynamic data sets [8]. The reaction kinetics was not considered. The solution of the system of equations is based on the minimization of Gibb’s energy G according to equation (1): (1)
On the product side the following species were considered: C, CH4, CO, CO2, C2H4, C2H6, C3H8, C2H4O, CH3, CH2O, H, OH, H2O, O, O2, CH3CHO, C2H2, C3H6, C4H8, C4H8CIS, C4H8TRANS, N2, HCN, CN, NH3, NO, HCO, NH2, NH, N, CH, CH2. The formation of carbon black was not taken into account because only small amounts of carbon black were observed during the experiments. In addition it was necessary to modify the calculation procedure. Especially in those cases where the “inert gases” water and carbon dioxide take part at the equilibrium reactions ex-tremely high amounts of H2 and CO were calculated. This led to calculated equilibrium tem-peratures that were much lower compared to the case with nitrogen. Furthermore gas analysis resulted in much lower fractions of H2 and CO. Therefore the program was modified in such a way that the inert gas fractions were kept constant on the product side. Only the combustion products of EO took part in the equilibrium reactions. Based on this assumption the calculated temperatures at the flammability limits were similar for all types of inert gases following the theory.
508
Furthermore it was observed that the calculated temperatures along the boundary line of a flammability region are not constant for the whole curve but varied between 1300 K and 1600 K (see Tab. 1). However, the general shape of the temperature profiles found was similar for all three types of inert gases. Tab. 1: Calculated adiabatic flame temperatures (equilibrium temperatures) for EO/N2/air mixtures at 20 °C and 100 kPa (see also Fig. 2) Flammability limits EO in mol%
N2 in mol%
Flame temperatures in K
3.0
0.0
1369
3.0
20.0
1371
3.0
40.0
1376
3.2
55.0
1437
3.6
59.0
1389
5.2
55.0
1355
10.0
45.0
1485
20.0
50.0
1381
30.0
46.5
1409
50.0
36.0
1478
81.0
19.0
1539
For a better modeling the mean temperature profiles of the three investigated inert gases were taken in order to calculate the flammability regions. Now, by providing arbitrary but spe-cific flame temperatures and using the “Gaseq” code, it was possible to calculate the corres-ponding EO concentrations (flammability limits) for different amounts of inert gases. It shall be emphasized that this can be done for a gas mixture containing a single inert gas but also for process gases containing more than one inert gas and for different initial temperatures and pres-sures. In Fig.5, an experimental explosion region is compared with a calculated one. The differ-ences are very small. A first application of the new calculation method was the verification of the explosiveness of a specific process gas consisting of EO, N2, CO2, H2O and air in steriliza-tion chambers at 100 kPa and 60 °C. Our client also required to know the maximum allowable EO concentration in such a gas mixture. The ignition tests showed that the process gas was not explosive. The flammability limit was found to be 43 mol% EO. Applying the new calculation method the flammability limit was determined to be 42.5 mol%. The calculation method worked very well.
509
Fig. 5: Comparison between simulation and experiment for the system EO/CO2/air at 20 °C and 100 kPa Part II: II-1. Maximum Experimental Safe Gap For the design of flame arresters and for the electrical Type of Protection “Flameproof enclo-sure”, the knowledge of the Maximum Experimental Safe Gap (M.E.S.G.) is important. The M.E.S.G. is determined according to the standard IEC 79-1A [9] and is indicated in mm. The testing apparatus for the determination of the M.E.S.G. has been developed in the Physi-kalisch-Technische Bundesanstalt (Germany). The dependences of the measuring of the „flameproof gap“ is described in detail in [10]. For chemically stable hydrocarbons the flame-proof gaps show a „hyperbolic“ course of the graph in part by volume of the combustible gas component. The minimum of the graph lies in the proximity of the stoichiometric mixture and represents the M.E.S.G. The ascending course of the flameproof gap graph with falling concentration ends theoretically at the lower explosion limit (L.E.L.) and the ascending course of the graph with increasing concentration ends at the upper explosion limit (U.E.L.). Ethylene oxide (EO) belongs – like acetylene – to the decomposition capable (chemically un-stable) substances. This is the reason that for ethylene oxide/airmixtures the upper explosion limit (decomposition reaction) is 100 vol.-%. For EO, the M.E.S.G. is measured and published with 0.59 mm at atmospheric pressure and a mixture temperature of 40 °C [3, 11]. Because EO is a chemically unstable substance, it has to be presumed whether there is a second minimum of the flameproof gap graph in the concentration range of the decomposition next to the M.E.S.G. It was examined at which value this minimum lies. If this second minimum lies at higher values than the M.E.S.G. of EO, no safety technical problems might result for flame arresters which were tested for EO on the base of the M.E.S.G. regarding the safety of flameproof transmission in the decomposition capable concentration range. In 510
the reversed case, restrictions should be made to for such flame arresters for the concentration range of the EO to be used. The determinations of the flameproof gap of EO have been carried out according to IEC 79-1A for a volume fraction of 6 to 80 % EO in the EO/air mixture at atmospheric pressure and a mix-ture temperature of 40 °C. The mixture concentrations were prepared following the method of mass flow rate via mass flow controller. The measuring result is represented in Fig. 6.
Fig. 6: Flameproof safe gap of ethylene oxide / air mixtures test temperature: 40 °C / atmospheric pressure ♦ just no flame transmission The M.E.S.G. with 0.59 mm could be confirmed. The course of the graph shows a second minimum for EO with 1.4 mm at approx. 35 vol.-%. This second minimum gives the safest gap against flame transmission for the phase of disintegration reaction of the EO. At the predefined physical properties of the mixture, this value lies substantially higher than the M.E.S.G.. II-2. Deflagration- and Detonation Characteristics of Ethylene oxide/ Air-Mixtures Therefore, it had to be expected that flame arresters for EO which have been tested for defla-gration- and detonation flame transmission with the concentration of EO at the M.E.S.G. are also safe against flame transmission for concentrations in the disintegration range of EO. All tests exclusively were carried out with EO gas mixtures. At presence of condensed phase of EO the disintegration reaction proceeds differently than in the pure gaseous phase. 511
Experimental control tests were performed on deflagration and detonation flame arresters with inside pipe diameters of 80 mm and with EO concentrations of 9 (M.E.S.G.), 70 and 90 vol.-%. Pipe lengths (L) of 14.8 to 21.2 m were used for the explosion tests, so that an L/D-ratio of approx. 185 to 256 resulted. The ignitions of the EO/air mixtures were carried out with chemical igniters with ignition ener-gies listed in Tab. 7. The higher the EO-concentration is the higher must be the necessary igni-tion energy for the initiation of the (chemical or combustion) reaction. Tab. 2: Ignition energy used in dependence on the ethylene oxide concentration ethylene oxide concentration vol.-%
ignition energy J
ignition yes / no
8.5
< 10
yes
9.0
< 10
yes
70.0
160
yes
90.0
160
yes
100.0
5000
no
The flame front velocities were measured for the deflagration (see Fig. 7) and for the detona-tion course (see Fig. 8). For the deflagration tests, the highest flame front velocities are arisen at the concentration of the M.E.S.G. with approx. 350 to 450 m/s. The disintegration reactions at high EO concentra-tions (70 to 90 vol.-%) run very sluggishly. In this case, the flame front velocities only arise approx. 10 to 50 m/s .
Fig. 7: Flame front velocities for deflagration tests with ethylene oxide / air mixtures 512
For tests with 9, 70 and 90 vol.-% of EO, the flame front velocities of the detonation course in dependence on the L/D-ratio are represented in Fig. 8. For EO concentrations of 9 and 70 vol.-% result almost constant flame front velocities of approx. 1560 to 1900 m/s. The flame front velocities for 70 vol.-% are insignificantly lower than for 9 vol.-%. The explosion tests with 90 vol.-% EO lead to substantially lower flame front velocities (< 200 m/s; sluggish disintegration reaction of EO).
Fig. 8: Flame front velocities of detonation tests in dependence on the L/D-ratio with 9 vol.-%, 70 vol.-% and 90 vol.-% ethylene oxide in mixture with air For the detonation course, the maximum detonation impulse pressures (pmax) and the mean detonation pressures (pmd, calculate according to ISO/FDIS 16852:2007(E) [12]) are shown in the diagram Fig. 9. At the concentration of the M.E.S.G., maximum detonation impulse pres-sures pmax between 110 to 130 bar result. The mean detonation pressure pmd is calculated with approx. 20 bar. At the transition from the oxidation reaction to the decomposition reaction at approx. 25 to 27 vol.-% EO, the detonation impulse pressure must pass a minimum, depending on the EO-concentration (compare with Fig. 6). At 70 vol.-% EO, the maximum detonation impulse pressures pmax lie between 110 and 175 bar and the mean detonation pressure pmd is calculated with approx. 22 bar. It can not be de-cided, whether between 34 to 38 vol.-% EO higher maximum detonation impulse pressures will be reached than at 70 vol.-% EO. For this, unfortunately, measurements are not available. At 90 vol.-% EO, significant detonation pressures are no longer ascertainable.
513
Fig. 9: Detonation pressures in dependence on the ethylene oxide concentration II-3. Conclusion for tests of flame arresters for ethylene oxide / air mixtures Based on the above mentioned experimental tests, deflagration- and detonation flame arresters for EO/air-mixtures could be classified as flameproof against transmission of oxidation- and disintegration reactions for the whole EOconcentration range if they are tested successful with an EO concentration of the M.E.S.G. . Warning information: All tests exclusively refer to EO gas mixtures. At presence of condensed phase of EO the disintegration reaction proceeds differently than in the pure gaseous phase. III. REFERENCES Part I [1] U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board, Investigation Report No. 2004-11-I-CA, Sterigenics, 2006 [2] MOLNARNE, M., SCHENDLER, T., SCHRÖDER, V., Sicherheitstechnische Kenngrößen Band 2: Explosionsberei-che von Gasgemischen, Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven 2003 [3] DECHEMA, BAM und PTB, CHEMSAFE® - Database for evaluated Safety Characteristics, Update 2007, STN Karlsruhe [4] DIN EN 1839: Bestimmung der Explosionsgrenzen von Gasen und Dämpfen, Beuth-Verlag, Berlin 2004 [5] BURGESS, M. J., WHEELER, R. V., J. Chem. Soc., 1911, 99, S. 2013-2030
514
[6] THIEL-BÖHM, A., Explosionsgrenzen methanhaltiger Brenngasgemische - experimentelle Bestimmung und Simulation; Dissertation, Universität-GH Paderborn, VDI Verlag, Fortschrittberichte, VDI Reihe 3, Nr. 258, Düsseldorf 1991. [7] MORLEY, C. “GasEq – A Chemical Equilibrium Program for Windows”, online auf http://www.gaseq.co.uk/, Stand: 2007 [8] GORDON, S., MCBRIDE, B. J., NASA Reference Publication 1311, 1994 Part II [9] IEC Publ. 79-1A (1982): Electrical Apparatus for Explosive Gas Atmospheres. Part 1, App. D: Method of the test for ascertainment of maximum experimental safe gap. Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale, Genève [10] Tammo Redeker: Classification of flammable gases and vapours by the flameproof safe gap and the in-cendifity of electrical sparks. PhysikalischTechnische Bundesanstalt-Braunschweig, PTB-report W-18, ISSN 0341-6739, July 1981 [11] K. NABERT / G. SCHÖN / T. REDEKER: Sicherheitstechnische Kenngrößen brennbarer Gase und Dämpfe, 3. Aufl., Deutscher Eichverlag – 2004, ISBN 38064-9946-2 [12] ISO/FDIS 16852:2007(E) Flame arresters – Performance requirements, test methods and limits.
515
