Požární ochrana 2013

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství a Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství se sídlem VŠB - Technická univerzita Ostrava ve spolupráci s Českou asociací hasičských důstojníků Recenzované periodikum

Požární ochrana 2013

Sborník přednášek XXII. ročníku mezinárodní konference

Ostrava, VŠB - TU 4. - 5. září 2013

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství a Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství se sídlem VŠB - Technická univerzita Ostrava ve spolupráci s Českou asociací hasičských důstojníků Recenzované periodikum

Požární ochrana 2013 Sborník přednášek XXII. ročníku mezinárodní konference pod záštitou rektora Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava prof. Ing. Iva Vondráka, CSc. a generálního ředitele HZS ČR plk. Ing. Drahoslava Ryby

Ostrava, VŠB - TU 4. - 5. září 2013

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13 700 30 Ostrava - Výškovice Česká republika www.fbi.vsb.cz

Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství se sídlem VŠB - TU Ostrava Lumírova 13 700 30 Ostrava - Výškovice Česká republika www.spbi.cz

Česká asociace hasičských důstojníků Výškovická 2995/40 700 30 Ostrava - Zábřeh Česká republika www.cahd.cz

Recenzované periodikum POŽÁRNÍ OCHRANA 2013 Sborník přednášek XXII. ročníku mezinárodní konference

Editor: doc. Dr. Ing. Michail Šenovský

© Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství Nebyla provedena jazyková korektura Za věcnou správnost jednotlivých příspěvků odpovídají autoři ISBN: 978-80-7385-127-9 ISSN: 1803-1803

Odborný garant konference Chairman doc. Dr. Ing. Michail Šenovský - VŠB - TU Ostrava

Vědecký výbor konference Scientific Programe Committee plk. Ing. Drahoslav Ryba - generální ředitel HZS ČR prof. Ing. Pavel Poledňák, Ph.D. - děkan FBI VŠB - TU Ostrava brig. gen. v z. prof. Ing. Rudolf Urban, CSc. - Univerzita obrany st. bryg. prof. dr hab. inż. Zoja Bednarek - SGSP Warszawa prof. Dr. Ing. Aleš Dudáček - VŠB - TU Ostrava prof. Ing. Karol Balog, PhD. - STU Bratislava assoc. prof. Dr. Ritoldas Šukys - TU Vilnius prof. Ing. Anton Osvald, CSc. - Žilinská univerzita 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 doc. MUDr. Cyril Klement, CSc. - Regionálny úrad verejného zdravotníctva v Banskej Bystrici

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 Ing. Jaroslav Dufek - PAVUS, a.s. Praha doc. Dr. Ing. Miloš Kvarčák - VŠB - TU Ostrava doc. Ing. Miroslava Netopilová, CSc. - VŠB - TU Ostrava plk. Ing. Zdeněk Ráž - TÚPO Praha doc. Mgr. Ing. Radomír Ščurek, Ph.D. - VŠB - TU Ostrava doc. Ing. Petr Štroch, Ph.D. - RSBP spol. s r.o. plk. Ing. Vladimír Vlček, Ph.D. - Česká asociace hasičských důstojníků

Tepelná stabilita kompozitních nanovláken polymer - dřevo (green composites) 115 Klouda Karel, Buřičová Hana, Košťálová Eva, Mikeš Petr, Chvojka Jiří Virtuální realita ve službách krizových štábů 119 Kovářík František, Halberštát Ladislav

Simulace testování zvýšení požární odolnosti dílčí části stavební konstrukce Netopilová Miroslava, Vláčil Michal Rádiové prostředky pro řízení zásahu: přenos videa, audia a dat v zastavěných prostředích Odstrčilík Miroslav

Využití thermokamery pro testování průběhu srážek aerosolu z generátoru s radikály hoření Kroča David, Klouda Karel, Weisheitelová Markéta, Brádka Stanislav

Analysis of Influence of Reinforced Concrete Structures Cooling during Fire on the Bond between Steel and Concrete Ogrodnik Paweł, Bednarek Zoja

Vývojové trendy ve využívání zdrojů požární vody na vodovodní síti Kročová Šárka Vliv vlhkosti a mísicího poměru na požárně technické a výbuchové charakteristiky alternativních a směsných paliv Kulich Martin Požáry v komínech, jejich příčiny a důsledky na stavební úpravy komínů Kupilík Václav

122

126

134

141

Vliv velikosti částic na LEL prachu 143 Lepík Petr, Serafín Jiří, Mynarz Miroslav, Drgáčová Jana

147

151

Protipožiarna úprava drevených materiálov Michalovič Roman

158

Passive Measures of Landfill Fire Protection Milosevic Lidija, Mihajlovic Emina, Radosavljevic Jasmina, Djordjevic Amelija

161

Porovnanie vybraných výpočtových metód pre stanovenie požiadaviek na požiarnu odolnosť konštrukcií Mózer Vladimír

191

Statistické údaje jako jeden ze zdrojů požárně inženýrských hodnocení 196 Pokorný Jiří, Nanek Martin, Pliska Martin, Šlachta Zdeněk

Požiarne deliace steny strešného priestoru Leitnerová Soňa, Olbřímek Juraj

Protection of Structural Steelwork with Fire-Resistant Coatings Milosevic Lidija, Mihajlovic Emina, Radosavljevic Jasmina, Djordjevic Amelija

188

129

137

Consideration of Unknown and Stochastic Distributed Parameters in the Models of Fire Safety Engineering Melcher Thomas, Zinke Ronald

186

Analýza údajů o dopravních nehodách s přítomností nebezpečných látek 193 Patáková Hana, Procházka Jan

Faktory ovlivňující pohyb osob při evakuaci Kutilová Kristýna, Kučera Petr, Meinel Radek

Kyanid (kyanovodík) ako toxická látka, všadeprítomný produkt spaľovania v súčasných požiaroch Marková Iveta, Zelený Ján

Jednotka požární ochrany jako součást preventivních opatření Ondruch Jan, Kutilová Kristýna

182

165

Ignition and Smoldering of a Wood Dust Layer on a Hot Surface Półka Marzena, Kukfisz Bożena, Piechocka Ewa, Sobolewski Mirosław, Wnęk Waldemar Kontrolní seznam pro posouzení kritičnosti vybraných míst pozemních komunikací Procházka Jan

199

202

Analýza dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek na pozemních komunikacích 205 Procházková Dana, Strymplová Veronika, Patáková Hana, Procházka Zdenko, Procházka Jan Model pro řízení bezpečnosti dodavatelských řetězců Procházková Dana Zásady ochrany dopravní infrastruktury Procházková Dana

209 214

Fires at Transfer Stations of Municipal Waste 219 Radosavljevic Jasmina, Milosevic Lidija, Zivkovic Lj., Raos M., Zivkovic N., Mihajlovic Emina Termická degradácia celulóznej izolácie Rantuch Peter, Zigo Jaroslav, Chrebet Tomáš

222

Plánování komplexní připravenosti Richter Rostislav

225

Využití metod operační analýzy pro posuzování kritičnosti prvku dopravní infrastruktury 228 Rostek Petr, Pupíková Jana, Markuci Jiří, Adamec Vilém 169

Posúdenie nebezpečenstva výbuchu analýzou FMEA v technológii so sušiarňou BS 6 Mračková Eva

174

Určení iniciačního zdroje v průběhu zjišťování příčiny vzniku požáru Nejtková Miroslava

179

Možnosti vzorkování ovzduší požárních plynů pomocí velkoobjemového vzorkovače PUR s následnou chemickou analýzou na obsah polutantů PAHs, PCBs a PCDD/Fs Růžička Milan, Dvořák Otto Hodnocení potenciálního nebezpečí pro hasiče zasahující v prostředí kontaminovaném radioaktivními látkami Sabol Jozef, Šesták Bedřich, Polívka Lubomír

232

236

POŽÁRNÍ OCHRANA 2013

Tepelná stabilita kompozitních nanovláken polymer - dřevo (green composites) Thermal Stability of Composite Nanofibers Made of Polymer and Wood (Green Composites) doc. Ing. Karel Klouda, CSc., M.B.A., Ph.D.1 Ing. Hana Buřičová2 Ing. Eva Košťálová, Ph.D.3 Ing. Petr Mikeš, Ph.D.3 Ing. Jiří Chvojka3 1 Státní úřad pro jadernou bezpečnost Senovážné náměstí 9, 110 00 Praha 1 2 MV - GŘ HZS ČR, Technický ústav požární ochrany Písková 42, 143 00 Praha 4 - Modřany 3 Technická univerzita v Liberci Studentská 2, 460 01 Liberec [email protected]

Abstrakt Příspěvek popisuje přípravu tzv. “green composites”, kde matricí je polyvinylbutyrát a výztuž obsahuje nano a mikro prach z vybraných exotických dřev. Tento kompozit byl zpracován do formy nanovláken a testována jeho stabilita v závislosti na typu dřeva a hustoty nanovláken. Ke stanovení struktury byla provedena FT IR a SEM analýza. Klíčová slova Kompozit, nanovlákno, garapa, teak. Abstract The contribution describes preparation of the so-called “green composites“ where the matrix is polyvinyl butyrate and the reinforcement consists of nano- and micro-dust from selected exotic woods. The composite was processed into the form of nano fibers and their thermal stability was tested depending on the type of wood and density of nano fibers. FT IR and SEM analyses were performed to determine the structure. Key words Composite, nano fiber, garapa, teak. Úvod Kompozity (kompozitní materiály) jsou obecně heterogenní systémy tvořené minimálně dvěma fázemi s rozdílnými vlastnostmi. Jejich spojením se získá látka (materiál) většinou s novou vlastností - projev synergie. Kompozity se vyrábějí smíšením jednotlivých složek, jedna z nich se nazývá matrice (spojitá fáze), druhá výztuž (nespojitá fáze). Matrice může být např. kovová, polymerní, keramická, skleněná, uhlíková. Výztuž, která zajišťuje mechanické vlastnosti, může být ve formě drobné částice, vlákna (skleněná, uhlíková, kevlarová), vrstvená látka (jíly) apod. Kvalitní rozhraní mezi matricí a výztuží má zásadní vliv na vlastnosti výsledného kompozitu. Nejde jen o plochu vzájemného kontaktu, v níž dochází k soudržnosti vazbami mechanickými (zaklínění), fyzikálními (vliv smáčivost povrchů, Van den Wallsovy vazby) a chemickými (dílčí chem. reakce). Na rozhraní vzniká jiná morfologie než ve vnitřku matrice. Na úrovni mikrostruktury lze hovořit o složkách A-matice, složky B- výztuž a rozhraní A/B. Toto rozhraní má odlišné vlastnosti od vnitřních vlastností kompozitů a způsobuje jev zvaný kompozitní působení. Ostrava 4. - 5. září 2013

Někdy se upravuje vzájemná soudržnost na rozhraní tzv. apretací, nanesení vhodné látky na povrch částic (silany, organ. sloučeniny titanu apod.). Zaměřili jsme se na kompozitní materiály s polymerní matricí, kde částicový (výztuž) kompozit je přírodní látka, snadno biodegradovaná. Tyto kompozity se pyšní názvem „Green Composites“ [1]. Jedná se o celulozoligninové materiály, tj. dřevní prach, dřevní piliny, celulózu, nanocelulózu, vlákna z bambusu, kokosová vlákna, kůže apod. [2]. Jako polymerní matrice jsou většinou použity epoxidy [3], polypropylen (i modifikovaný) [4 - 9] polyethylen (i modifikovaný) [5, 10, 6], polyvinylalkohol [1], polyvinylburarat [2], polykaprolaktan [11, 14], polymethylmetakrylát [12], kopolymer polypropylen etylvinyl acetát [13]. Práce na těchto typech kompozitů jsou mimo jiné podporovány i projektem Amazonian Phoenix project [2], který řeší i ekologické zpracování dřevní hmoty u těžby dřeva. Ve většině citovaných pracích jsou uváděny změny mechanických vlastností připravených kompozitů jako je tvrdost, pevnost v tahu, pevnost v ohybu, modul pružnosti apod., a to ve vztahu k použitému polymeru resp. k jeho modifikaci [4, 3, 10]. Porovnání vlivu různých typů dřevin použitých jako výztuž na mechanické vlastnosti bylo popsáno u dřev vyskytujících se převážně v jižní a jihovýchodní Asii, jako je teak (teka obrovská), sal (shorea robusta) a rubber (malajský dub, kaučukovník) [3]. Poměr složení připravených kompozitů byl 80 % epoxid a 20 % dřevní prach. Prokázala se nejlepší kompatibilita vůči epoxidu u prachu ze dřeva teak. Kompozit s ním měl nejvyšší pevnost v ohybu a v tahu, rovněž tvrdost kompozitu klesala od teaků přes sal a rurbber. Je popsána [12] příprava kompozitu v podobě nanovláken na bázi polymethylmethakrylátu - nanoceluloza pomocí elektrospiningu. Výchozí nanoceluloza byla připravena rozkladem dřeně měkkého dřeva kyselinou sírovou (64 % při 45 °C) s následující úpravou jako je neutralizace, filtrace a čištění [12]. Koncentrační rozsah nanocelulozy v matrici PMMA se pohyboval od 5 - 41 hm%. U takto připravených nanovláken byla zjišťována tepelná stabilita (TGA, DSC), jejich morfologie (SEM) a funkční skupiny (FT IR spektrum) apod. Pro náš experiment připravit kompozit v nanovláknu pomocí elektrospiningu jsme zvolili jako matrici polymer polyvinylbutyrát (PVB) a dřevní prach ze dřev teak a garapa či jejich směsi. U takto připravených kompozitů byla provedena FT IR analýza, zjišťovaná tepelná stabilita (TGA, DSC) a morfologie vláken (pomocí SEM). U sendvičového uspořádání byla navíc testována absorpční schopnost materiálu. Příprava kompozitních nanovláken Exotická dřeva teak (Tescona Graundis) a garapa (Apuleia Leiocarpa) se brousila na pásové brusce, typ Houdek PBH 300B Basset, rychlost brusného pásu 17 m.s-1, brusný pás měl zrnitost 100. Toto broušení původně probíhalo z důvodu měření množství a distribuci nano a mikro aerosolových částic. Pro přípravu kompozitu se použil prach, který sedimentoval na ploše u pásové brusky, viz obr. 1.

115


Termická analýza TGA a DSC připravených nanovláken byla byla prováděna na STA i 1500 Instrument Specialists IncorporatedTHASS, analytické váhy SUMMIT, SI 234-4, průtok vzduchu 20 ml.min-1 rychlost ohřevu 10 °C.min-1, keramický kelímek, průměr 5 mm a výška 8 mm, degradační médium vzduch. Tepelná stabilita a morfologie připravených kompozitních nanovláken U připravených kompozitů a výchozího polymeru jsme provedli testování jejich tepelné stability a to v závislosti na typu dřeva a částečně i na odtahové rychlosti přípravy.

Obr. 1 Sedimentovaný prach po broušení dřeva Garapa Pro zajímavost uvádíme rozdíly mezi těmito dřevy v distribučním rozložení aerosolových částic v oblasti nano rozměrů, které byly identifikovány během broušení, cca 1m od pásu brusky, viz obr. 2, 3.

TGA křivky vzorků č. 1a až č. 5a (viz obr. 6 - 10) lze rozdělit na několik úseků lišících se směrnicí, tj. rychlostí úbytku hmotnosti. Toto rozdělení s odpovídajícím rozmezím teplot a příslušným hmotnostním úbytkem je uvedeno v tab. 1. V tab. 2 jsou uvedeny parametry detekovaných tepelných dějů na DSC křivce. Tepelné zbarvení děje (ΔH) bylo zjištěno jako plocha píku odpovídajícího příslušnému tepelnému ději, tj. jako plocha ohraničená DSC křivkou a spojnicí bodů označujících počátek a konec tepelného děje. Plocha píků je přímo úměrná teplu uvolněnému nebo spotřebovanému při reakci a výška píků (Hf1) je přímo úměrná rychlosti reakce. U vzorků č. 1a až č. 5a se při zahřívání na DSC křivce (viz obr. 6 - 10) projevilo tři až pět tepelných dějů. Při teplotách od 25 °C do cca 100 °C došlo u vzorků č. 1a až č. 4a k endotermnímu ději. Při teplotách 414,8 °C (vzorek č. 2) až 480,8 °C (vzorek č. 4) začalo u všech vzorků docházet k výraznému exotermnímu ději s plochou píku na DSC křivce kolem 1800 kJ.kg-1 u vzorků č. 1a a č. 4a, nad 1000 kJ.kg-1 u vzorků č. 2a a č. 5a, nad 2000 kJ.kg-1 u vzorku č. 3a.

Obr. 2 a 3 Distribuční rozložení aerosolových částic dřev Garapa a Teak Z makroskopického pohledu měl sedimentovaný prach teaku hrubou strukturu, minimální prašnost, kterou způsobila soudržnost a shlukování dřevního prachu. U garapy převažovaly drobnější částice ze střední prašnosti a dobrou sypavostí. Ukázka mikroskopické struktury použitého prachu teaku a garapy je na obr. 4 a 5.

Obr. 6 STA vzorku č. 1a - slepý, odtahová rychlost 30 mm.min-1 (navážka 9,1 mg) Obr. 4 Částečky prachu dřeva teak

Obr. 5 Částečky prachu dřeva garapa

Polymer polyvinylbutarát (PVB) byl od fy Kurakay o molekulové hmotnosti 60 tisíc, jako desetiprocentní roztok v etanolu. Elektrostatickým zvlákňováním technologií Nanospider založenou na principu elektrospiningu byly připraveny nanovlákna z následujících směsí: - Samotný polymer PVB (10 hm%) + etanol; - Polymer PVB (10 hm%) + etanol + 20 hm% prachu z teaku; - Polymer PVB (10 hm%) + etanol + 20 hm% prachu z garapy; - Polymer PVB (10 hm%) + etanol + 20 hm% směsi prachu z garapy a teaku v poměru 2:1. Příprava probíhala i při různých odtahových rychlostech 60, 50, 40, 30 mm.min-1. Podkladová textilie byla spunbond.

116

Obr. 7 STA vzorku č. 2a - garapa, odtahová rychlost 30 mm.min-1 navážka (9,2 mg)

Ostrava 4. - 5. září 2013


Tab. 1 Rozdělení TGA křivky na teplotní intervaly podle TGA křivkyx Vzorek č.

Interval č.

Rozmezí teplot [°C]

Hmot. úbytek [%]

1a

1 2 3 4 5 6 7

25,0 - 41,5 41,5 - 72,2 72,2 - 315,6 315,6 - 347,0 347,0 - 410,5 410,5 - 469,1 469,1 - 538,0

0,6 1,5 8,9 5,0 51,9 24,7 10,6

1 2 3 4 5 6 7

25,0 - 45,9 45,9 - 74,3 74,3 - 283,9 283,9 - 353,5 353,5 - 438,3 438,3 - 476,6 476,6 - 532,9

0,3 1,2 4,9 16,6 55,8 7,3 15,0

1 2 3 4 5

25,0 - 49,1 49,1 - 68,3 68,3 - 293,6 293,6 - 433,8 433,8 - 518,6

0,0 0,9 6,7 70,5 21,6

1 2 3 4 5 6 7

25,0 - 54,1 54,1 - 74,2 74,2 - 267,7 267,7 - 357,5 357,5 - 427,3 427,3 - 475,7 475,7 - 554,3

0,2 1,3 5,2 17,8 49,8 13,3 9,5

5a PVB+ garapa+teak 60 mm.min-1

1 2 3 4 5 6

25,0 - 31,8 31,8 - 71,4 71,4 - 278,0 278,0 - 376,2 376,2 - 414,4 414,4 - 478,7

0,6 1,8 6,6 35,1 30,4 18,2

garapa

1 2 3 4 5 6

25,0 - 49,7 49,7 - 94,6 94,6 - 255,0 255,0 - 341,7 341,7 - 405,7 405,7 - 458,9

0,4 2,5 3,7 53,4 19,2 22,7

PVB

2a

Obr. 8 STA vzorku č. 3a - garapa, odtahová rychlost 40 mm.min-1 (navážka 8,4 mg)

PVB+ garapa 30 mm.min-1

3a PVB+ garapa 40 mm.min-1 4a PVB+ teak 40 mm.min-1

Obr. 9 STA vzorku č. 4a - teak, odtahová rychlost 40 mm.min-1 (navážka 8,4 mg)

Vysvětlivka: X - vymezené průsečíky tečen vedených na příslušném oblouku TGA křivky.

Obr. 10 STA vzorku č. 5a - garapa-teak 2:1, odtahová rychlost 60 mm.min-1 (navážka 8,1 mg)

Obr. 11 TGA a DSC křivka u samotného výchozího prachu dřeva garapa (navážka 8,7 mg)


Celkové tepelné zabarvení při rozkladu má z kompozitů nejvyšší kompozit PVB - garapa, připravený odtahovou rychlostí 40 mm.min-1. Tato hodnota je cca poloviční oproti tepelnému zabarvení u samotného prachu z dřeva garapa. Průběh křivek TGA a DSC prachu z dřeva garapa má rovněž odlišný průběh oproti kompozitům (porovnání obr. 7 - 8 a obr. 11). Rozklad garapy probíhá s dvěmi oddělenými exoefekty se stejnou maximální výškou na křivce DSC.

Obr. 12 Výsledky z elektronové mikroskopie, vláken kompozitu ze směsi PVB (10 hm%) + etanol + 20 hm% TEAK

117


Výrazný první exoefekt začíná už při teplotě 233 °C, což je mnohem nižší teplota, než vykazují kompozity s výztuží garapa. Obdobný průběh rozkladu byl již dříve popsán u prachu z dřeva teak [15] a i v tomto případě platí, že počátek prvního exoefektu je při výrazně nižší teplotě než u kompozitu PVB - teak.

Seznam literatury [1]

Bana, R.; Banthia, A.K.; (2007).: Green Composites: Development of Poly (Vinyl Alcohol) - Wood Dust Composites, Polymer - Plastics, Technology and Engineering, Vol. 46, pp. 821-829.

Morfologickou rozdílnost připravených kompozitů v závislosti na použitých typech dřev ilustrují pořízené snímky z elektronové mikroskopie, obr. 12 a 13.

[2]

Nobre, A.D.; Marinelli, A.L.; Monteiro, M.R.; Ambrósio, J.D.; Branciforti, M.C.&Kobayashi, M. (2009).: The development of Bio-fibre polymer composites: a contribution to the Amazon Rain Forest Sustainability - The Amazon Fenix Project, Proceedings of 10th International Conference on Wood and Biofiber Plastic Composites and Nanotechnology in Wood Composites Symposium Madison, WI, USA.

[3]

Chowdhury, D. (2010).: Study on Mechanical Behavior of Wood Dust Filled Polymer Composites, Mechanical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela, Roll No: 10603001.

Tab. 2 Parametry probíhajících tepelných dějů (DSC) Tepelný děj č.

Rozmezí teplot [°C]

ΔH [kJ.kg-1]

Hf1 [mW]

Σ ΔH [kJ.kg]

1 2 3 4

25,0 - 90,4 348,0 - 419,4 287,4 - 334,7 440,8 - 563,8

-61,0 277,5 33,5 1072,5

2,5 16,6 2,2 24,7

1321,5

2a PVB+ garapa 30 mm.min-1

1 2 3 4

25,0 - 94,8 273,7 - 346,0 348,8 - 428,3 429,1 - 556,6

-98,7 91,0 251,2 1937,1

3,2 4,8 16,6 50,9

2180,6

[4]

Trombetta, E.; Flores-Sahagun, T.H.S.: Satyarayana, K.G. (2010). Effect of Reprocessing of PPMA through reactive extrusion on production of polypropylene-sawdust composites. Revista Materia, Vol.15, pp. 309-318.

3a

1 2 3 4 5

25,0 - 97,9 276,8 - 309,1 309,1 - 347,9 352,6 - 414,8 414,8 - 538,3

-142,2 23,3 54,3 167,6 2442,7

4,8 4,1 5,2 12,3 50,5

2545,7

[5]

Mengeloglu, F.; Karakus, K. (2008).: Thermal Degradation, Mechanical Properties and Morphology of Wheat Straw Flour Filled Recycled Thermoplastic Composites. Sensors, Vol. 8, pp. 500-509.

1 2 3 4

25,0 - 107,0 251,6 - 362,4 362,4 - 425,9 480,8 - 581,7

-197,7 243,7 253,2 975,6

6,3 6,9 19,0 21,6

1274,8

[6]

Hetzer, M.; De Kee, D. (2008).: Wood/polymer/nanoclay composites, environmentally friendly sustainable technology:A review. Chemical Engineering Reserch and Desing, Vol.86, pp. 1083-1093.

5a PVB+ garapa+teak 60 mm.min-1

1 2 3

268,6 - 352,4 373,4 - 416,2 458,8 - 547,6

143,1 87,3 1893,4

10,4 5,9 53,5

2123,8

[7]

Hristov, V.N.; Vasileva, S.T. (2004).: Deformation mechanisms and mechanical properties of modified polypropylene/wood fiber composites. Polymer Composites, Vol.25, pp. 521-526.

[8]

garapa

1 2 3

25,0 - 144,1 233,2 - 388,8 388,8 - 483,7

-389,5 3467,5 2457,6

6,7 78,2 79,5

Kokta, B.V.; Raj, R.G.; Daneault, C. (1989).: Use of wood flours as filler in polypropylene:studies on mechanical properties. Polymer-Plastics Technology and Engineering, Vol. 28, pp. 247-259.

[9]

Oksman, K.; Clemons, C. (1998).: Mechanical properties and morphology of impact modified polypropylene-wood flour composites. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 67, pp. 1503-1513.

Vzorek č. 1a PVB

PVB+ garapa 40 mm.min-1 4a PVB+ teak 40 mm.min-1

5535,6

Vysvětlivka: ΔH = tepelné zbarvení děje podle DSC křivek; (ΔH > 0 … exotermní děj, ΔH < 0 … endotermní děj); Hfl = výška píku tepelného děje na DSC křivce v absolutní hodnotě vztažená k bodu, který odpovídá počátku tepelného děje.

[10] Dikobe, D.G.; Luyt, A.S. (2010).: Comparative study of the morphology and properties of PP/LLDPE/ wood powder and MAPP/LLDPE/wood powder polymer blend composites. eXPRESS Polymer Letters, Vol. 4, pp. 729-741. [11] Saedd, K.; Park, S.Y.; Lee, H.J.; Baek, J.B.; Hun, W.S. (2006), Preparation of electrospun nanofibers of carbon nanotube/ polycaprolactone nanocomposite. Polymer, Vol. 47, pp. 80198025.

Obr. 13 Výsledky z elektronové mikroskopie, vláken kompozitu ze směsi PVB (10 hm%) + etanol + 20 hm% GARAPA Závěr Připravené kompozity patří do tzv. kategorie „green composites“, kdy výztuž je biologicky odbouratelná složka. Výsledky prokázaly vliv druhu dřevní výztuže na tepelnou odolnost a vlastní průběh tepelného rozkladu připravených kompozitů. Z obráceného pohledu kompozit stabilizoval a zvýšil tepelnou odolnost použitého dřevního prachu. Popsaná příprava tvoří zatím minimum výzkumu v této oblasti. U většiny připravených a opublikovaných kompozitů mimo nano oblast byly popsány hlavně změny mechanických vlastností. Oblast nano rozšiřuje možnosti i dalších aplikací, a bude předmětem následných prací. 118

[12] Dong, H.; Strawhecker, K.E.; Snyder, J.F.; Orlicki J.A.; Reiner, R.S; Rudie, A.W. (2012).: Cellulose nanocrystals as reinforcing materiál for electrospun poly(methyl methacrylate) fibers: Formation, properties and nanomechanical characterization. Carbohydrate Polymers, Vol. 87, pp. 2488-2495. [13] Dikobe, D.G.; Luyt, A.S. (2009).: Morphology and Propertis of Polyprophylene/ethylvinyl acetate copolymer/wood powder blend composites. Polymer Letters, Vol. 3, pp. 190-199. [14] Yuan, W.; Yuan, J.; Zhang, F.; Xie, X. (2007).: Syntheses, Characterization, and in Vitro Degradation of Ethyl Cellulose-graft-poly (€-caprolactone)-block-poly (L-lactide) Copolymers by Sequential Ring-Opening Polymerization. Biomacromolecules, Vol. 8, pp. 1101-1108. [15] Klouda, K.; Matheislová, H. (2012).: Tepelná stabilita sedimentovaných prachů z vybraných exotických dřev. In Požární ochrana 2012. Sborník příspěvků z mezinárodní konference, pp. 113-119, ISBN 978-80-7385-115-6. Ostrava 4. - 5. září 2013


Virtuální realita ve službách krizových štábů Virtual Reality in the Service of Crisis Staffs Ing. František Kovářík1 doc. RNDr. Ladislav Halberštát, CSc.

2

MV - GŘ HZS ČR, Institut ochrany obyvatelstva Na Lužci 204, 533 41 Lázně Bohdaneč 2 Univerzita obrany Brno, Fakulta ekonomiky a managementu Kounicova 65, 602 00 Brno františ[email protected]

1

Abstrakt Příspěvek se zabývá využitím simulací virtuálních technologií pro potřeby krizových štábů obcí s rozšířenou působností. Navazuje na projektové řešení, kdy veškeré dění vyvolané mimořádnou událostí, které má za úkol skutečný krizový štáb obce s rozšířenou působností vyřešit, je simulováno pouze virtuálně s využitím počítačových systémů a simulovaných komunikačních prostředků. Klíčová slova Virtuální realita, krizový štáb, simulace. Abstract The discussion paper deals with the use of virtual simulation technology for the needs of crisis staffs. It builds up on a project solution, whereby all events triggered by an emergency within the competence of the crisis staff of a municipality with extended competence are simulated only virtually, using computer systems and simulated communications. Key words Virtual reality, crisis staff, simulation. O možnostech virtuální reality (dále jen VR) pro využití krizovými štáby (dále jen KŠ) jsme se již zmínili na konferenci v roce 2011. V té době jsme víceméně reagovali na technologické možnosti VR a dále jsme se hlouběji zabývali smyslem využitelnosti virtuálních technologií. Od této doby však projektové řešení úkolu poskočilo dopředu a dnes jsme v etapě vlastní aplikace na podmínky KŠ obce s rozšířenou působností (dále jen ORP) v Hustopečích u Brna. Hlavním nositelem bezpečnostního projektu VG20102013004SIMEDU je firma VR Group, a.s. Praha, která se od počátku svého založení v roce 1998 zabývá využitelností VR pro ozbrojené složky a integrovaný záchranný systém (IZS). Využitelnost pro IZS však nebyla v prvních fázích řešení, v té době ještě mimo projektová řešení bezpečnostních projektů v gesci ministerstva vnitra, nalezena. A nebyla nalezena, či spíše ani aktivně hledána společná platforma spolupráce. Tehdejší technologie sdružující nástroje, které KŠ dnes využívá, byly mnohem jednodušší a to zejména proto, že cena technologií byla pro běžné typy KŠ prakticky nedosažitelná. Již před šestnácti lety byla ještě v Institutu civilní ochrany, dnes Institutu ochrany obyvatelstva v Lázních Bohdaneč provedena první studie se společností Virtual Reality Association a.s., ze které řada zaměstnanců přešla pod dnešní VR Group, a.s. Praha včetně jejího současného ředitele. Cílem prvních studií bylo hledat možnosti efektivního uplatnění VR, která do té doby byla využívána především Armádou České republiky prostřednictvím nejrůznějších automobilních, zbraňových nebo leteckých trenažérů. Dá se říci, že tato spolupráce dala první podněty pro zahájení budování informačního systému pro krizové řízení se zaměřením na oblast vzdělávání. V závěru 32 stránkové studie pod názvem Ostrava 4. - 5. září 2013

„Možnosti uplatnění počítačové simulace v CO ČR“ v listopadu 1997 se konstatují k využitelnosti simulací čtyři oblasti. • První oblastí - vytvořit nástroj k „odhalování“ rizik sledováním synergií a dominoefektů v návaznosti na plánování. • Druhou oblastí - vytvoření nástrojů řiditelnosti v době krize. Pro první i druhou oblast však existovala nutná podmínka redukování problémů spojených s řešením tak, aby mohl být vypracován konzistentní popis originálu, ve kterém jsou použity pouze deterministické vztahy. • Třetí oblastí - návrh informačního systému pro krizové řízení, bez významných omezení. Stávající ISKŘ (v té době zatím neexistující) měl být výrazně modernizován tak, aby byl schopen virtuální modelování zvládat. • Cílem čtvrté oblasti bylo využití VR a simulací pro potřeby vzdělávání a to zatím bez konkrétního využití. V této části bylo konstatováno, že je nutné navrhnout postup, jenž povede ke snížení pořizovacích a provozních nákladů. Závěrem této exkurze do historie lze podotknout, že další práce na využitelnost virtuálních technologií ve prospěch orgánů krizového řízení a složek IZS čekaly více než deset let. Současný projekt SIMEDU se soustředí na oblast podpory orgánů krizového řízení za krizových stavů na úrovni ORP za podmínky, že je svolán KŠ. Cílem projektu je „Nahradit procesy týkající se řešení MU a jsou vně krizového štábu.“ Tímto ustanovením byl projekt jasně profilován a touto cestou se nadále ubíral. V rámci projektu byla zpracována řada analýz adaptace stávajících výcvikových modulů provozovaných na simulačním pracovišti Univerzity v Brně, které využívá Armáda české republiky pro výcvik svých jednotek. Bylo nutné transformovat systém principů velení AČR na oblast koordinace složek IZS KŠ ORP. Stupeň KŠ ORP byl zvolen jako výchozí. Aby bylo možné popsat koordinaci složek IZS, bylo nutné zvládnout ještě jeden důležitý moment a tím byl popis práce KŠ ORP, který není vždy týmově (svým složením) jednotný. Původní strategie práce KŠ vytyčená první krizovou legislativou se opírala o systém STANO. Tento systém však nebyl řadou ORP pozitivně přijat jako praktický a proto docházelo k postupnému zmírňování zásad práce krizového štábu až do roviny, kdy je prakticky v kompetenci starostů sestavit takový statut a jednací řád krizového štábu, který jim vyhovuje. Rozpětí organizace krizových štábů se tedy dnes pohybuje od ponechání původních modelů STANO s velkou organizační podporou základních složek IZS a především pak HZS ČR a JSDH až po struktury využívající ve stálých pracovních skupinách jen úředníky příslušných oddělení městského úřadu ve svých původních názvech. Podstatné je, že doposud víceméně oba zmiňované modely, jak dokazují neustále se opakující povodňové stavy, fungují. Řešený projekt je nastaven tak, aby plně respektoval rozmanitost stylu práce KŠ v závislosti na jeho „velikosti“. Pod velikostí je myšleno nejen statutem a krizovým plánem delegované množství orgánů krizového řízení, tvořících jádro KŠ a jeho pracovní skupiny, ale především faktický stav funkce KŠ s ohledem na správní území, počet obyvatelstva a další faktory předurčující možné krizové stavy vycházející z analýzy rizik. Cvičení krizového štábu je metodicky připravováno s ročním předstihem. Je to relativně dlouhé období vyžadující velké množství příprav všech aktérů cvičení. Přípravy provedení a ukončení cvičení má pět základních etap: • Zpracování Kalendářního plánu; 119


• Zpracování Plánu CAX; • Zpracování a upřesnění řídící dokumentace;

Druhý den cvičení

Provedení rozehry jednotlivých scénářů dle plánu řízení

• Provedení cvičení s počítačovou podporou (CAX);

Dílčí vyhodnocení rozehrávaného scénáře

• Ukončení cvičení, rozbory a analýzy.

Možné opakování předešlého scénáře Opětovné dílčí vyhodnocení rozehrávaného scénáře Ukončení cvičení, likvidace uzavření a předání pracovišť

V následující tabulce je uveden zjednodušený harmonogram všech pěti etap.

Kontrola a stažení technických prostředků

Zpracování kalendářního plánu Doba přípravy 12 měsíců

Návrh scénářů, cílů cvičení apod., organizace cvičení Splánování součinnosti 1 Zpracování technických požadavků pro simulaci Zpracování technických požadavků mezi cvičícími a řídícím cvičení 6 - 12 měsíců

4 - 6 měsíců

Obsah činnosti Upřesnění témat, cílů a záměru cvičení

Vydání pokynů ke zpracování dokumentace ke cvičení Zaslání zpracovaných podkladových materiálů ke cvičení na SP

Zpracování a upřesnění řídící dokumentace Doba přípravy

Obsah činnosti Zpracování plánu řízení a plánu rozehry a vyhodnocení cvičení

1 měsíc

Splánování součinnosti 3

14 dnů

Příprava technologií Příprava prostorů a technických prostředků

do 7 dnů

Příprava řídící skupiny, rozhodčí služby apod. Zaslání podkladů pro reálnou logistiku Příprava operátorů

do 3 dnů

Kontrola prostorů a technických prostředků Provedení cvičení s počítačovou podporou

Doba přípravy

Příprava a zpracování rozboru cvičení pro předání Provedení vlastního rozboru cvičení

Příprava operátorů pro provedení CAX

Splánování součinnosti 2

2 měsíce

Vyhodnocení jednotlivých rozeher řídícím cvičení a skupinou rozboru

Zpracování analýzy, návrhů a doporučení pro další přípravu KŠ

Upřesnění organizační struktury

2 - 4 měsíce

Obsah činnosti Provedení vyhodnocení zpracované dokumentace skupinou rozboru a rozhodčími

Stanovení termínů přípravy počítačové techniky a plánovacích konferencí

Stanovení období cvičení a jednotlivých učebních úkolů pro cvičící štáby 2 - 4 měsíce

Po

Testování nových technických řešení

Doba přípravy 4 - 6 měsíců

Doba přípravy

Zpracování statistických údajů, případně údajů měření

Zpracování plánu počítačové podpory

Obsah činnosti Příjezd organizátorů cvičení a rozvinutí technologií na místnostech Provedení shromáždění cvičících s řídícím cvičení s prezentací o … Rozdělení, rozchod a zaujetí pracovišť, příprava a rozvinutí podkladů Kontrola stavu komunikačních a technických prostředků Provedení spojovacího nácviku Provedení rychlého cvičení Vyhodnocení rychlého cvičení

120

Ukončení cvičení, rozbory a analýzy

Žádost o realizaci cvičení Projednání možností využití technologií s počítačovou podporou

První den cvičení

Odevzdání zpracované dokumentace cvičícími

Obsah činnosti

Splánování součinnosti, kterých je během příprav několik, je velice důležité, protože vždy se vyskytne řada specifických problémů. Záleží na tom, jestli účastníci absolvují podobný výcvik poprvé a jakou mají zkušenost s řešením krizových situací ve svých mateřských KŠ. Příprava scénáře plánu rozehry je velice důležitým okamžikem. Tato etapa také nejvíce zabírá času v přípravných pracích. Model lokality musí být převeden do 3D simulované mapy, musí být vytvořeny virtuální modely události, modely prostředí a modely sil a prostředků, jejich chování apod. Virtuální podpora KŠ má tři strany. První stranou jsou cvičící, druhou stranou jsou řídící cvičení a jeho operátoři a poslední stranou je simulátor. Složení týmu cvičících (KŠ) není potřeba podrobně představovat. Dle zákona se vždy jedná o členy bezpečnostní rady ORP a stálou pracovní skupinu. Připravované cvičení je nově organizováno mobilním způsobem v krizovém štábu a na ostatních pracovištích městského úřadu. Cvičení se bude odehrávat ve dvou dnech, přičemž první den je věnován přípravě technologií pro celé cvičení. Řídící cvičení má pracoviště řídícího cvičení a rozehry. Řídící cvičení zabezpečuje koordinaci celého cvičení a je také rozhodčím cvičení. Ve spolupráci se svým týmem ovládá jak tým do rozehry situace a okolí, tak tým role players a další podřízené jednotky. Dále pak syntetické prostředí nazývané Matrix, které má poloautomatické chování, což značí, že obsluha nemusí řešit detaily vykonání úkolů či reakce na události. Práce týmu rozehry situace okolí spočívá na činnosti jeho operátorů, kteří zprostředkovávají interakci se simulátorem zpravidla v návaznosti na pokyny velitelů jednotek. Operátoři v podstatě zabezpečují simulaci vývoje mimořádné události, simulaci okolí KŠ, kde jsou myšleny především ostatní obce s rozšířenou působností a ostatní složky IZS a simulaci nadřízených, kam patří například KŠ kraje, operační středisko Hasičského záchranného sboru a podobně. Dále je vytvořena skupina players hráčů, kteří simulují například obyvatelstvo. Důležitá je simulace podřízených jednotek. Důraz je přitom položen na velitele zásahu a jeho štáb a na vazbu na operační informační středisko Hasičského záchranného sboru, zdravotnické záchranné služby a police. Dále rozpracována potřebná škála ostatních složek IZS. Organizačně jsou štáby velitele zásahu složeny Ostrava 4. - 5. září 2013


klasickým způsobem, tedy náčelník štábu, člen pro spojení, člen pro týl, člen pro síly a prostředky, zástupce pro IZS. V podřízenosti velitele zásahu jsou velitelé sektorů a velitelé úseků. Jak již bylo výše zmíněno, vše stmeluje syntetické prostředí Matrix. Pomocí Matrixu je realizována tzv. konstruktivní simulace, tj. simulace prostředí v 3D a 2D módu dle potřeby, simulace reálných sil a prostředků, simulace činnosti štábu velitele zásahu, modely objektů (entit), modely chování a úkolů, práce s terénní databází, modely vzájemných interakcí a modely počasí. Síly a prostředky a různé další objekty vkládané do mapy jsou uspořádány do přehledné databáze 3D modelů. Je snaha, aby objekty respektovaly vlastnosti příslušných objektů. Například takticko-technická data, rozměry, maxima rychlosti, časové normy, transportní kapacity atd. Entity jsou rozděleny do čtyř základních kategorií. První jsou technika a osoby z oblasti IZS, druhá kategorie jsou civilní osoby a technika (muž, žena, dítě, autobus, nákladní auto, lokomotiva s vagony apod.). U živých entit je simulováno zranění, které může vyústit na smrt nebo naopak v ošetření apod. Třetí kategorií jsou funkční objekty (hasicí přístroje, tlakové láhve, čerpací stanice, hydrant, nosítka apod.). Poslední čtvrtou kategorií jsou objekty dotvářející scénu (mobiliář, stavební prvky, bedny, hromady materiálu, části staveb, plotů apod.). Prostředky, které jsou během cvičení v pohybu, ovládají v částečném poloautomatickém režimu operátoři dle situace a pokynů řídícího cvičení. Simulovány jsou i jevy a události v dynamickém procesu vývoje mimořádné události. Například rozšiřování požáru, různé výbuchy, šíření nebezpečné látky apod. Syntetické prostředí Matrix je tvořeno konstruktivní simulací WASP. Je to nástroj umožňující propojení mapového podkladu s technikou v návaznosti na tabulky dat. Dochází k propojení podrobných informací o vybrané entitě (pozice, rychlost, náklad, pasažéři, pozorované entity, stav průběhu plnění úkolů). Editor úkonu entit a jednotek řeší tvoření posloupností za sebou prováděných úkolů s různým způsobem přechodu naplnění dalšího virtuálního děje. Pro úplnou informaci je potřeba ještě zmínit, že celý simulační systém je doplněn simulovaným komunikačním systémem, který má nahradit vysílačky, telefony a další komunikační prostředky. Veškerá komunikace je zaznamenává pro následné vyhodnocení. Existují také podpůrné nástroje právě pro zaznamenávání všech simulací a prostředky hodnotitele a pozorovatele (jsou to plošné i prostorové mapy, samostatné pohledy do virtuální scény, statistické nástroje apod.). První cvičení krizového štábu obce s rozšířenou působností s využitím mobilních virtuálních prostředků bude realizováno v obci Hustopeče u Brna. Na den 25. září je plánována generálka, která proběhne v Brně na simulačním pracovišti a 14. až 15. října proběhne v Hustopečích u Brna ostré cvičení KŠ. Scénář cvičení zaměřené na mimořádnou událost, která nastala náhle v průmyslové oblasti Šakvice. Došlo k explozi a poničení průmyslových technologií. Lidé mají různě těžká zranění. Vzhledem k situaci musí být organizována evakuace zaměstnanců. Jsou aktivovány síly a prostředky složek IZS. Starosta Hustopečí rozhodl, že bude svolán KŠ. Eliminace mimořádné události se nedaří. Mezitím probíhá evakuace pěti set padesáti osob z průmyslové zóny Šakvice na sportovní stadion do Hustopečí u Brna. Dochází k dalším rozsahem menším událostem se zraněními. O situaci je informován hejtman Jihomoravského kraje. Při evakuaci dochází k různým komplikacím. O řešení mimořádné události se silně zajímají média. Starosta svolává tiskovou konferenci. Probíhá činnost KŠ v pravidelných zasedáních a stálé pracovní skupiny jsou v plném nasazení.


Pro realizaci cvičení byly vytvořeny všechny podmínky simulace včetně entit skutečných územních sil a prostředků. Celé spádové území je simulováno interaktivní dynamickou 3D mapou. KŠ Hustopeče u Brna bude pracovat na běžných podkladech, které má k dispozici pro řešení mimořádných událostí. Organizace mobilní simulace bude rozdělena na tři části v podřízenosti řídícího cvičení. Řídící cvičení bude mít skupinu technické podpory, spojení, simulace a experty ze společnosti VR Group a.s.. Zástupce řídícího cvičení bude řídit skupinu rozboru a analytiky. Zástupce řídícího cvičení z ORP Hustopeče u Brna bude zprostředkovávat vazbu mezi KŠ ORP a řídícím cvičení. Podrobnosti o průběhu cvičení budou zpracovány v samostatné studii po skončení a vyhodnocení cvičení. Bude zpracována certifikovaná metodika činnosti KŠ s využitím mobilních virtuálních technologii. Závěr Toto historicky první cvičení KŠ ORP s využitím simulačních prostředků pokládá základní kámen pro budoucí formy cvičení. Poměrně rychle se vyvíjí nové počítačové technologie a s tím ruku v ruce virtuální technologie. V současnosti dochází k prudkému rozvoji prostorového zobrazování, a to jak na bázi vývoje monitorů, tak na bázi holografie. Tak jak se budou vyvíjet běžné prostředky pro použití v KŠ, tak se budou zdokonalovat simulační prostředky. Budoucnost vzdělávání jako takového patří virtuálním technologiím. Literatura: [1]

Belbin, R.M.: Management Teams Why They Succeed or Fail. Oxford: Butterworth-Heinemann,1993.

[2]

Borodzicz, E.P.: Risky business: Crisis simulations examined in the context of the safety people. PhD Thesis, London: University of London 1997.

[3]

BORODZICZ, E.P.: Using simulations to ‘facilitate’ learning within risk situations. In: SAUDERS, D., SEVERN, J. (Eds.) Simulation and Gaming Research 1999.

[4]

Cannon-Bowers, J.; Tannenbaum, S.; Salas, E.; Volpe, C.: Defining competencies and establishing team training requirements. In: GUZZO, R., SALAS, E. (Eds) Team Effectiveness and Decision-making in Organisations, San Francisco: Jossey Bass,1995.

[5]

Green, W.G.: Exercise Alternativesfor Training Emergency Management Command Center Staffs. La Vergne, TN USA: Universal Publishers/uPUBLISH.com, 2000. 195 str. ISBN 1-58112-748-0.

[6]

Paton, D.: Disaster Business Continuity: promoting staff capability. Disaster Prevention and Management 1999, 8(2), str. 127-133.

[7]

Petranek, C.F.: Written debriefing: The next vital step in learning with simulations. Simulation and Gaming 2000, 31(1), str. 108-118.

[8]

Petranek, C.: Written debriefing: The next step in learning with simulation. Simulation & Gaming. 2000, 35(1), str. 7084.

[9]

Salas, E.; Cannon-Bowers, J.; Blickenderfer, E.: Team performance and training research: emerging principles. Journal of the Washington Academy of Science 1995, 83(2), str. 81-106.

[10] Taber, N.: Emergency response: Elearning for paramedics and firefighters. Simulation Gaming 2008, 39, str. 515. [11] Wasserman, E.: Simulation exercise in disaster preparedness training. In: Disasters 1983, 7 (1) str. 44 - 47.

121


Využití thermokamery pro testování průběhu srážek aerosolu z generátoru s radikály hoření The Use of Thermo Camera for Testing the Process of Aerosol Collisions from Generator with Combustion Radicals Bc. David Kroča VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava - Výškovice doc. Ing et. Ing. Karel Klouda, CSc., Ph.D., MBA Státní úřad jaderné bezpečnosti Senovážné náměstí 9, 110 00 Praha 1

40 kV [2]. Generátor se skládá z plechové, válcové nádoby, v níž je uložena aerosol vytvářející směs s rozbuškou. Obvod víka generátoru je perforován, jímž proudí hasební aerosol. Jako součást je dodávána i konzola k uchycení zařízení v zabezpečovaném prostoru (viz obr. 1).

Ing. Markéta Weisheitelová Státní úřad jaderné, chemické a biologické ochrany, v. v. i. Příbram - Kamenná, 262 31 Milín Ing. Stanislav Brádka, Ph.D. Státní úřad jaderné, chemické a biologické ochrany, v. v. i. Příbram - Kamenná, 262 31 Milín [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] Abstrakt V příspěvku je provedena analýza thermogramů pořízených při hašení pevné a kapalné látky pomocí aerosolu vyvinutého z generátoru. Je rovněž diskutována velikost vzniklého aerosolu, rychlost jeho koagulace a jeho vliv na prostředí, ve kterém došlo k jeho uvolnění. Klíčová slova Thermokamera, aerosolový hasicí generátor AGS - 8/3, nano částice, korozivní vliv. Abstract This item analyses thermograms that were taken during the fire extinguishing of solid and liquid materials by aerosols developed by the generator. It also discuss the size of arisen aerosol, the speed of its koagulation and its impact on the enviroment in which it was released. Key words Thermo camera, aerosol extinguishing generator AGS - 8/3, nanoparticles, rust effect. Úvod Mezi moderní způsoby hašení patří nesporně aerosolová hasiva, jejichž vznik můžeme datovat začátkem 70. let minulého století vyvinuté ruskou agenturou pro výzkum kosmu SOJUZ. Aerosoly likvidují požár na obdobném principu jako hasicí prášky. Efekt jejich použití je však několikanásobně vyšší. V místě vzniku požáru dochází k reakci, která mění tuhou směs na drobné částice o velikosti stovek nanometrů, které likvidují radikály požáru na svém povrchu svým antikatalytickým - inhibičním efektem. Čím drobnější jsou tyto částice, tím je hašení účinnější [1].

Obr. 1 Generátor AGS - 8/3 1 - plášť, 2 - spouštěč, 3 - konzola, 4 - výstupní otvory, 5 - svorková lišta Prováděné experimenty a související měření Celkově byla provedena tři experimentální měření se zaměřením na velikost vznikajících částic z generovaného aerosolu, záznam teplotního průběhu uvolňovaného aerosolu a následný vliv na vzorky kovových materiálů. Experiment č. 1 Experiment (i následující experimenty) probíhal v reálné místnosti areálu Státního ústavu jaderné, chemické a biologické ochrany (SÚJCHBO). Místnost měla objem 46 m3 a do vedlejší měřící místnosti byly ve stěně vytvořeny otvory pro jímání aerosolu, umístění objektivu thermokamery, průchodky na přívod proudu do generátoru. Citlivá technologie měřicího přístroje pro měření nanočástic, neumožnila jeho umístění v experimentální místnosti (předpoklad agresivní aerosol). Proto byl umístěn 1 m od otvoru ve stěně sousedící s experimentální místností (viz obr. 2). Otvor pro jímání aerosolu je na obrázku označen písmenem „A“ a otvor pro objektiv IR kamery je označen jako „B“.

A

Popis hasicího generátoru AGS - 8/3 Jde o stabilní aerosolové hasicí zařízení (AHZ), které na trh dodává firma K.B.K. fire, spol. s r.o., Ostrava. Generátor AGS 8/3 slouží k objemovému hašení požárů pevných látek (dřevo, plasty atd.), kapalných i lehce vznětlivých hořlavin např. ropných produktů, ale také k hašení elektrických zařízení pod napětím do

122

B

Obr. 2 Umístění měřící techniky ve vedlejší místnosti



První experiment nebyl zaměřen na hašení požáru, nýbrž na testování dekontaminačních schopností generovaného aerosolu publikovaných v příspěvku na konferenci Ochrana obyvatelstva DEKONTAM 2013. Jedním z cílů experimentu bylo rovněž měření koncentrace nano aerosolových částic a jejich rozložení v generovaném prostoru (experimentální místnosti). Přehled o celkové koncentraci nanočástic v měřeném rozsahu v závislosti na čase prezentuje následující Graf 1.

Výsledky měření koncentrace nanočástic a změny v jejich průměru při experimentu č. 2 s porovnáním se získanými výsledky z experimentu č. 1 uvádí grafy na níže uvedených obrázcích (Graf 3 Srovnání průběhu celkových koncentrací během obou experimentů a Graf 4 Srovnání geometrického průměru nanočástic během obou experimentů).1

Graf 1 Celková koncentrace nanočástic Na tuto závislost uvedenou v Grafu 1 navazuje Graf 2, který charakterizuje změnu geometrického průměru v čase.

Graf 3 Srovnání průběhu celkových koncentrací během obou experimentů

Graf 2 Vývoj geometrického průměru v čase Bod č. 1 v předcházejícím grafu prezentuje start generátoru, bod č. 2 počátek odvětrávání místností. Pokles koncentrace v čase a zároveň nárůst geometrického průměru velikostní distribuce měřených nanočástic je ovlivněn jejich koagulací. Z tvaru křivky v čase od bodu 2 lze usuzovat, že částice o velikosti cca 200 nm se odvětrávají mnohem pomaleji, než částice o velikosti cca 400 nm. Experimet č. 2 Základní rozdíl experimentů mezi č. 1 a č. 2 byl ve změně ověřování využitelnosti uvolněného aerosolu jako hasiva. V tomto případě bylo použito jako palivo suché dřevo z břízy bělokoré (2,1 kg). Z obr. 3 je patrné i prostorové uspořádání vůči generátoru, které umožňuje snímání infrakamerou z vedlejší měřící místnosti (nalevo). A to jak ohně, tak generátoru.

Graf 4 Srovnání geometrického průměru nanočástic během obou experimentů V případě experimetu č. 2 byl rovněž testován teplotní průběh generace aerosolu. Podrobnější analýze se bude věnovat samostatná kapitola. Experiment č. 3 Experiment číslo tři, byl obsahově zaměřen na zjišťování účinnosti aerosolu při hašení kapaliny hexan (250 ml) a působení dalších sekundárních faktorů při využívání tohoto typu generátoru k hašení požárů v uzavřených místnostech. Za obdobných podmínek byl i v tomto případě thermokamerou zaznamenáván teplotní průběh hašení a generace aerosolu ze zařízení. Podrobnému popisu jednotlivých snímků se věnuje následující kapitola. Analýza thermografických snímků pořízených při kontaktu uvolněného aerosolu s požárem dřeva a uhlovodíku Ke stanovení teploty povrchů snímaných materiálů a netransparentní atmosféry byl použit infračervený zobrazovací systém ThermaCAM P25 upgradovaný na systém P65. Infrakamera s objektivem 24° je vybavena mozaikovým mikrobolometrickým detektorem FPA s rozlišením 320 x 240 pixelů. Měřící systém 1

Obr. 3 Umístění generátoru v experimentální místnosti Ostrava 4. - 5. září 2013

V Grafu 3 je experiment č. 1 značen červeně a experiment č. 2 modře; v Grafu 4 je toto značení opačné. 123


snímá ve spektrální oblasti 7,5 až 13 μm, s přesností 2 % z absolutní hodnoty snímané teploty za ideálních podmínek a přesně definovaných ovlivňujících parametrů. Dynamický rozsah teplot pro měření snímaných povrchů byl 0 - 500 °C [3]. Měřící systém neumožňuje zaznamenávat jednotlivé thermogramy v reálném čase, toto omezení souvisí se zpracováním a ukládáním snímku na paměťové médium. Pro popsané experimenty byl interval ukládání dat 10 vteřin u požáru dřeva, 6 - 7 vteřin u požáru uhlovodíku.

Během experimentu (hašení) rostla teplota v místnosti cca 1,5 - 2 m od ohniště z 28 °C na max. 47 °C (2 min. od počátku hašení) s následujícím poklesem na 40 °C po ukončení experimentu, před odvětráním místnosti. Hoření uhlovodíku (hexan) a jeho následné hašení aerosolem Zapálený hexan před uvolněním aerosolu hořel svítivým plamenem, který měl podle zabarvení z thermosnímků čtyři teplotní pásma, od středu ke kraji 300 - 400 °C, 200 - 250 °C, 150 - 170 °C a 100 - 120 °C.

Hoření dřeva (bříza) a jeho následné hašení aerosolem Před vlastním uvolněním aerosolu jsme hranici dřeva nechali řádně rozhořet. Z prvního thermosnímku obr. 4 a) je patrno, že teplota hořících polen dosahuje hodnoty, kdy probíhá pyrolýza dřeva [4], teplota plamene se pohybuje v rozmezí 250 - 350 °C (viz následující série snímků obr. 4a), b). Obr. 8 a) čas měření 11:20:06 (vlevo); b) 11:20:33 (vpravo)

Obr. 4 a) čas měření 11:13:12 (vlevo); b) 11:13:21 (vpravo) Za cca 40 sec. od uvolnění aerosolu z generátoru klesla teplota plamene o cca 100 °C, žhnoucí polena prozatím se stejnou maximální teplotou cca 500 °C. Pokles teploty polen na cca 200 - 250 °C byl zaznamenán až cca po 1 min. od uvolnění aerosolu (viz obr. 6). V tuto dobu již není z thermosnímků patrné plamenné hoření.

V čase 7 sec. (viz obr. 8 a, b) po uvolnění aerosolu došlo k prudké turbulenci plamene. Minutu po uvolnění aerosolu plamen již nevycházel z hladiny hexanu (viz série thermosnímků uvedených na obr. 9), ale byl v prostoru s kulovým tvarem. Teplota tohoto útvaru se pohybovala od středu ke kraji v tomto rozmezí: 250 - 200 - 160 °C (viz obr. 9 a) čas měření 11:20:59 (vlevo); b) 11:21:06 (vpravo).

Obr. 9 a) čas měření 11:20:59 (vlevo); b) 11:21:06 (vpravo)

Obr. 5 a) čas měření 11:13:50 (vlevo); b) 11:13:59 (vpravo) Teplota uvolňovaného aerosolu během hašení dosahuje hodnoty 100 - 150 °C a je srovnatelná s teplotou spalin nad žhnoucím dřevem (viz výše uvedený obrázek). Ke konci experimentu, cca 90 sec. od uvolnění aerosolu do prostoru, je teplota víka generátoru vyšší, než u uhasínajících polen dřeva a dosahuje hodnoty blížící se ke 200 °C (viz série snímků obr. 6 a obr. 7).

Obr. 6 a) čas měření 11:14:47 (vlevo); b) 11:14:57 (vpravo) Rovněž byl zaznamenán, v závěru uvolňování aerosolu, odkap z trysek generátoru. Tento odkap (pravděpodobně chladící slož) měl teplotu cca 120 - 140 °C (viz thermosnímky s časem 11:15:29 - 11:15:38).

V časovém intervalu do 45 sec. došlo ke snižování teploty tohoto útvaru a jeho postupnému mizení v prostoru s teplotou cca 70 °C. Stejně jako v předcházejícím případě i zde došlo k odkapu z trysek generátoru, s teplotou odkapu vyšší a to cca až 250 °C, teplota víka generátoru byla v maximální hodnotě kolem 300 °C, teplota uvolňovaného aerosolu během hašení dosahovala hodnoty 100 - 120 °C. Maximální teplota 1,5 m od hořící nádoby byla během působení aerosolu při zahájení hašení 27 °C, během hašení 54 °C, po uhašení 48 °C, s následným poklesem na 43 °C před odvětráním (viz následující obrázek).


Korozivní vliv sedimentu aerosolu Korozivní vliv sedimentů z generovaného aerosolu byl testován na kovových vzorcích, které byly přítomny na podlaze v experimentální místnosti, a to jak při experimentu č. 1 (bez požáru), tak experimentu č. 2 (požár dřeva). Kovové destičky měly rozměr 52 x 52 x 2 mm a byly následujícího složení: 1. pozink; 2. titan-zinek; 3. hliník; 4. mosaz; 5. nerez ocel; 6. železo; 7. měď; 8. hliník + měď (eloxovaný).


124

Po skončení experimentu č. 1 byly vzorky kovu ponechány na místě 24 hod. Poté byly jednotlivé destičky omyty destilovanou vodou a vysušeny. U experimentu č. 2 byly na podlahu Ostrava 4. - 5. září 2013


experimentální místnosti položeny dvě sady stejných vzorků. U první sady byl průběh následného zpracování stejný jako u vzorků z experimentu č. 1. Destičky z druhé sady byly po 24 hod. přemístěny do laboratoře a ponechány s kontaminovaným povrchem dalších 24 hod. Poté byly omyty a osušeny. V tomto případě lze hovořit o 48 hod. kontaktu se sedimentem. Z vizuálního porovnání stavů povrchu destiček lze konstatovat, že u vzorku č. 5 (nerez ocel) a vzorku č. 8 (hliník a měď) nebyly patrny stopy koroze - poškození povrchu. U vzorků u kterých byl poškozen povrch korozí je rovněž patrný rozdíl mezi vzorky exp. č. 1 a exp. č. 2, (respektive bez požáru a při něm). Při experimentu č. 2 bylo poškození povrchů intenzivnější. Byl potvrzen časový vliv kontaminace na stupeň poškození povrchu vzorku při experimentu č. 2 (porovnání první a druhé sady vzorků). Nejvíce byly zasaženy působením sedimentu vzorky č. 4 mosaz (viz obr. 11) a vzorky č. 7 měď (viz obr. 12). U všech těchto vzorků byla zasažena a porušena celá plocha vzorků.

Závěr Výsledky základních experimentů naznačují, že tato daná hasební látka má i přes určité korozivní negativní vlastnosti víceúčelové použití v praxi. Má výraznou perspektivu pro další používání zejména ve specifických podmínkách provozně technických zařízení a v různých technologických objektech. Její hlavní efekt lze spatřovat zejména v rychlosti hašení požáru v jeho počátečních fázích. Tato schopnost bude mít za následek podstatné snížení hmotných škod, které pravidelně při rozsáhlých následných požárech vznikají. Autoři příspěvku děkují panu Ing. Petru Bebčákovi, Ph.D. ze společnosti K.B.K. fire s.r.o., za poskytnutou aerosolovou hasicí techniku, díky které bylo možno popsané experimenty realizovat. Literatura [1] Orlíková, K., Štroch, P.: Hasiva klasická a moderní. Edice SPBI SPEKTRUM. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství. 2002. ISBN 80-86111-93-8. [2] Generátor hasicího aerosolu AGS-8/3. [online]. Dostupné z www: [cit. 2013-05-30]. [3] Manuál k použití zobrazovacího system ThermaCAM P25. [4] Zánostný, P., Kurc, L. Vliv podmínek a složení suroviny na pyrolýzu dřevní hmoty. 2011. In Chemické listy 105, ISSN 458466.

Obr. 11 Vliv sedimentu na vzorek mosazi

Obr. 12 Vliv sedimentu na vzorek mědi Přehled o stupni poškození jednotlivých kovů (slitin) je patrný z následující tabulky. Tab. 1 Výsledky působení sedimentu aerosolu na vzorky kovů Vzorek kovu

Stupeň poškození povrchu kovu a) Exp 1 (24 hod.) b/

Exp 2 (24 hod.) b/

Exp 1 (48 hod.) b/

x

xx

xxx

1. pozink 2. titan-zinek

0

x

xx

3. hlíník

0

0

xx

4. mosaz

xx

xxx

xxx

5. nerez ocel

0

0

0

6. železo

x

xx

xxx

xxx

xxx

xxx

0

0

0

7. měď 8. hlíník + měď (eloxovaný)

Pozn.: a) stupeň poškození: 0 - bez poškození, x - stopy koroze, xx - částečně zkorodován, xxx - korozí zasažen celý povrch; b) doba kontaktu vzorků se vzniklým sedimentem.


125


Vývojové trendy ve využívání zdrojů požární vody na vodovodní síti Developmental Trends in the Use of Fire Fighting Water Resources in a Water Supply System doc. Ing. Šárka Kročová, Ph.D. VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava - Výškovice [email protected] Abstrakt Pro zásobování požární vodou musí mít každé zastavěné území dostatek vody z přirozených, umělých nebo víceúčelových zdrojů. Pro daný účel je technicky nejjednodušší a ekonomicky nejlevnější variantou využívat pro požární odběry v městech a obcích vodu z hydrantové sítě nebo výtokových stojanů. S trvalým snižováním množství realizované a fakturované vody u různých typů spotřebitelů v systémech vodovodů pro veřejnou potřebu narůstá i trend provozovatelů těchto zařízení vodovodní síť při rekonstrukcích výrazně redimenzovat na nové provozní podmínky. V malých městech a obcích může redimenzace vodovodních řadů vést k podstatnému snížení hydraulické účinnosti hydrantové sítě a nemožnosti využívat pro požární účely výtokové stojany. Jak snížit uvedená rizika při respektování vývojových trendů ve vodárenství v 21. století naznačuje v základním rozsahu následující článek. Klíčová slova Nadzemní hydrant, výtokový stojan, vodovodní řad, realizovaná voda, redimenzace, hydraulická účinnost. Abstract To ensure the supply of fire fighting water, every built-up area has to have a sufficient amount of water from natural, artificial or multi-purpose resources. For the given purpose, the technically simplest and cheapest variant is the use of water from the hydrant network and fire discharge pillars for fire fighting in towns and municipalities. With steady decreasing the amounts of produced and invoiced water in the case of various types of consumers in public water supply systems, a trend towards the considerable redimensioning of these facilities by their operators during water supply system reconstruction according to new operating conditions is growing. In small towns and municipalities the re-dimensioning of water mains may lead to a substantial reduction in hydraulic efficiency of hydrant networks and to the impossibility of using fire discharge pillars for fire fighting. The following article outlines how to reduce the mentioned risks while respecting the developmental trends in water supply in the 21st century. Key words Pillar hydrant, fire discharge pillar, water mains, produced water, re-dimensioning, hydraulic efficiency. 1. Úvod Rozvoj vodárenství v průběhu minulého století umožnil nejen podstatně zlepšit kvalitu lidského života, snížit šíření epidemií přenášených vodou, umožnit rychlý rozvoj měst, obcí a jejich infrastruktury, ale současně i podstatně zlepšit do té doby nedostatečné zajištění požární bezpečnosti staveb. Vodovodní sítě se staly nedílnou součástí technické infrastruktury s víceúčelovým využitím. V současné době vodovodní sítě zásobují pitnou vodou 126

v České republice 9,8 mil. obyvatel [1] a jsou zdrojem požární vody pro statisíce vnějších odběrních míst vybudovaných na vodovodních sítích k těmto účelům. I když nejsou jediným zdrojem požární vody, jsou v místech s minimálním výskytem povrchových vod zdrojem mimořádně významným. Snižují časové prodlevy spojené s čerpáním a dovážkou vody ze zdrojů přirozeného původu nebo zdrojů umělých. Pokud je výběru odběrního místa jako zdroji požární vody na vodovodní síti věnována dostatečná pozornost a je posuzován v širším spektru rizik a nebezpečí, stává se spolehlivým pomocníkem jednotek požární ochrany při požárním zásahu. Situace se však postupně začíná měnit. Po privatizaci státních podniků zajišťujících dodávky pitné a požární vody pro města a obce na soukromé vodárenské společnosti a současnému poklesu spotřeby pitné vody se stala většina vodárenských systémů naddimenzovanými zařízeními s řadou technicko-provozních rizik a nebezpečí. Těmto rizikům a nebezpečím se přirozeně snaží vodárenské společnosti čelit a snižovat jejich negaci. Možností a způsobů je řada. Jednou z nich je redimenzace vodovodních řadů na nové podmínky, rušení vodojemů, snižování objemu akumulací vod ve vodojemech a v řadě případů i rušení místních, ekonomicky již nevýhodných zdrojů vod. Daný trend za určitých podmínek již může být negativním jevem, snižujícím současné zabezpečení požární vodou zastavěných území a jednotlivých stavebních objektů a jejich souborů. Specialisté zabývající se požární bezpečností ve státní správě a samosprávě by měli být ostražití a v rámci prevence, při stavebním nebo vodoprávním řízení, této problematice věnovat zvýšenou pozornost. 2. Vodovodní síť jako základní zdroj požární vody pro města a obce V současné době vodovodní síť v České republice dosáhla délky 74 141 km [1] a průměrně se ročně prodlužuje o dalších cca 700 km. Vodovodní síť je zdrojem pitné vody pro 93,4 % obyvatel [1] a pro převážnou část veřejné a soukromé infrastruktury státu. Dle ČSN 75 2411 - Zdroje požární vody je vodovod pro veřejnou potřebu současně považován za významný víceúčelový zdroj požární vody zejména v zastavěných územích. Využití vodních zdrojů jako zdrojů požární vody je nutno veřejnoprávně projednat s vlastníkem nebo provozovatelem daného vodního díla. Kapacita vodního zdroje (vodovodní sítě), která může být dána k dispozici jako požární voda bez narušení provozního účelu vodárenského zařízení, musí být trvale zajištěna. Z vodárenského hlediska mají různé systémy rozlišnou spolehlivost a zejména kapacitní možnosti dodávky vody k využití pro zásobování požární vodou. 2.1 Vodárenská soustava Význam vodárenských soustav skupinových a oblastních vodovodů trvale narůstá. Bez jejich funkce by nebylo možné nejméně od poloviny minulého století zajistit rozvoj měst a obcí a současně dostatek požární vody z vodovodní sítě v zastavěných územích. Vodárenskou soustavu, viz obr. 1, tvoří téměř vždy významný povrchový zdroj pitné vody (vodárenská nádrž) a výrobně distribuční vodárenský systém přivádějící pitnou vodu do jednotlivých spotřebišť.


POŽÁRNÍ OCHRANA 2013 Studny

3 1

ÚV

Vodojem

Úpravna vody

2 5

Spotřebiště

5

8 5

7 5

1

6 5

5

8

2 3

ÚV

5

7

4 ČO

5

3

V

7 5

Legenda: 1 vodárenská nádrž 2 prameništČ podzemních vod 3 zastavČné území 4 prĤmyslová zóna 5 akumulace pitných vod 6 centrální akumulace pitných vod 7 pĜivadČþ pitné vody 8 úpravna vod

5 4

Recipient

7

6

5 2

3

3

Obr. 2 Vodárenský systém místního obecního vodovodu

Obr. 1 Vodárenská soustava skupinového nebo oblastního vodovodu Její základní výhodou z hlediska požárních odběrů je téměř kapacitní neomezenost odběru vody se stálým hydrodynamickým tlakem vody. Hydrodynamický tlak vody na přívodních řadech je relativně vysoký a pohybuje se zpravidla v rozmezí 0,6 MPa až 1,1 MPa. Průtoková kapacita v přívodních řadech a na předávacích místech pro jednotlivá spotřebiště je ve stovkách l.s-1. Daného vodárenského systému je možné a vodné využívat i jako významného víceúčelového vodního zdroje pro potřeby hašení zejména lesních a travních porostů, zejména v lokalitách s nižší dostupností pro techniku jednotek požární ochrany k přirozeným vodním zdrojům nebo při jejich úplné absenci.

PĜivadČþ

Vodojem

Bodový uzávČr v uzlu sítČ

Zásobní Ĝad RozvádČcí Ĝad

Obr. 3 Vzorové schéma větvené vodovodní sítě Základní provozně-bezpečnostní rizika větveného systému místních vodovodů měst a obcí jsou následující:

2.2 Městská vodovodní síť

• nižší dimenze vodovodního řadu, zpravidla DN 80 mm,

Městská vodovodní síť má zpravidla dostatečnou kapacitu pro dodávky vody všem typům vnějších odběrních míst (podzemní hydranty, nadzemní hydranty, výtokové stojany, plnicí místa) jako zdrojů požární vody pro zastavěná území. V současné době je většina městských vodárenských systémů napojena na vodárenské soustavy a nemá kapacitní problémy s dodávkami vody spotřebitelům. Množství realizované vody se pohybuje ve vodovodní síti jako celku v desítkách až stovkách l.s-1 a v jednotlivých tlakových pásmech v desítkách l.s-1. Rovněž kapacita akumulované vody ve vodojemech, kterou lze využít i pro požární účely, je ve stovkách až tisících m3.

• nižší bezpečnost dodávky vody pro odběrní místo, které slouží jako zdroj požární vody,

Při výběru vhodného odběrního místa jako zdroje požární vody na vodovodní síti je však nutné zvažovat jeho provozněbezpečnostní parametry ve vztahu k typu sítě a hydraulické účinnosti této sítě ve standardních podmínkách a podmínkách mimořádných nebo krizových situací. Nevhodně vybrané odběrní místo, jak je uvedeno v další části článku, může i v těchto systémech způsobovat vážné odběrové potíže při různém hydraulickém zatížení v době požárního zásahu. 2.3 Vodovodní síť v obcích Vodárenský systém v obcích nebo malých městech má zpravidla jeden podzemní zdroj vody, jednoduchou a hydraulicky nenáročnou vodovodní síť, viz obr. 2. Vodovodní síť je vytvářena zpravidla z kombinovaného a větevného systému. Větevný systém, viz obr. 3, bývá z hlediska zajištění hydraulických parametrů vnějšího odběrního místa jako zdroje požární vody na vodovodní síti, vážným rizikem.


• menší hydraulická účinnost odběrního místa, • vyšší pravděpodobnost vzniku inkrustací v potrubí a následné snižování průtokových množství vody v trubním systému. Uvedené a další faktory často snižují provozní bezpečnost odběrních míst. V menších obcích s větveným rozvodným systémem, jeho nízkou hydraulickou účinností a malou nestálou kapacitou vodního zdroje, je obtížné v některých případech dodržet podmínky, které stanovuje ČSN 73 0873 Požární bezpečnost staveb - Zásobování požární vodou. I přes uvedená provozně - bezpečnostní rizika lze vždy prostřednictvím matematického modelování nebo monitorovaní hydraulických veličin nalézt několik vhodných úseků vodovodní sítě pro vybudování odběrního místa jako kapacitně dostatečného zdroje požární vody. 2.4 Vnitřní vodovody v průmyslových a obchodních zónách Vnitřní vodovody v průmyslových a obchodních zónách jsou reálně integrální součástí vodárenských systémů pro veřejnou potřebu. Jejich integrita, i když ne z právního a majetkového hlediska, spočívá v absolutní technicko-provozní závislosti na vodovodní síti. Na tuto reálnou propojenost a závislost velmi často provozovatelé vodárenských systémů pro veřejnou potřebu zapomínají, zejména při dimenzování vodovodních přípojek a měřících zařízení (vodoměrů) osazených na přípojkách. Pokud jsou na vnitřních rozvodných systémech vybudována odběrní místa sloužící jako zdroje požární vody, musí tato odběrní místa mít stejnou kapacitní výkonnost, jako odběrní místa na vodovodní síti pro veřejnou potřebu. U areálů s rozsáhlými vnitřními vodovody a současně se zvýšeným nebo vysokým požárním nebezpečím, je vhodné nebo často i nutné u napojení vodovodní přípojky na vodovodní síť osadit, viz obr. 4, další ovládací armatury. 127

vodovodní síť


Uvedené tři základní faktory a řada sekundárních dalších, zásadně změnila původní vývojové trendy spotřeby vody a pohled na dimenzování vodovodních sítí. Velká část současných vodovodních řadů a akumulací pitných vod ve městech, a obcích je nyní naddimenzována. V jejím důsledku ztrácí distribuovaná pitná voda často čerstvost, mění svou kvalitu a snižuje se prvek zdravotního zabezpečení vody proti sekundárnímu mikrobiologickému znečištění. Zdánlivě tyto uvedené faktory nemají s požárním zabezpečením zastavěných území mnoho společného. Opak je však pravdou. Vodárenské společnosti na vzniklou situaci musí a budou reagovat. Jejich předpokládaná reakce bude následující:

Legenda: A - hlavní uzávěr B - sekční uzávěr C - T-kus D - E-kus E - F-kus

E C

D

B vodovodní přípojka

A

nemovitost

- nový výpočet vodovodní sítě pomocí matematického modelování, B

- na základě nových poznatků kalibrace výpočtu, návrh redimenzace velké části vodovodních řadů,

D

- při následné rekonstrukci vodovodní sítě podstatné snížení DN potrubí,

vodovodní řad směr toku vody

Obr. 4 Vodovodní přípojka pro areály s vyššími provozněbezpečnostními prvky Uvedený způsob napojení průmyslového areálu na vodárenskou okruhovou síť podstatně zvyšuje pravděpodobnost zajištění dodávek vody pro odběrní místa jako zdroje požární vody i při haváriích na vodovodních řadech přivádějící vodu k areálům. 3. Vývojové trendy ve vodárenství v 21. století V závěru 20. století došlo v České republice k zásadní restrukturalizaci průmyslu a zrušení velké části spotřebitelského spektra pitné vody. Téměř současně s touto událostí se začala rychle zvyšovat cena vodného, viz obr. 5, a v jeho důsledku podstatně snižovat spotřeba pitné vody.

- v důsledku snížení DN potrubí může v řadě případů dojít ke snížení současné hydraulické účinnosti odběrního místa určeného jako zdroj požární vody. Vyšší riziko snížení kapacitní účinnosti lze očekávat u výtokových stojanů, které dle ČSN 73 0873 Požární zabezpečení staveb - Zásobování požární vodou, musí zajišťovat minimálně průtok při požárním odběru v množství 35 l.s-1, - přiměřeně se redimenzace vodovodních řadů projeví i na hydraulických parametrech odběrních míst jako zdrojů požární vody na vnitřních vodovodech průmyslových a obchodních areálů, - snižování počtu vodojemů ve vodovodních systémech a objemu akumulované vody v různých, především velkokapacitních vodojemech. S touto naznačenou alternativou musí v následujících letech státní správa a samospráva měst a obcí počítat a být na ni připravena. Měla by být připravena na vodoprávní projednávání požadavků vodárenských společností na rekonstrukce vodovodních sítí a mít připraveny odborně podložené argumenty s požadavky na zachování základního množství odběrních míst jako zdrojů požární vody na vodovodní síti a současně i jejich minimálních hydraulických parametrů. 4. Závěr

Obr. 5Vývoj ceny vodného jako faktoru snižování spotřeby pitné vody Třetím závažným činitelem ovlivňující množství realizované vody v distribučních systémech vodovodů pro veřejnou potřebu v České republice bylo snižování ztrát pitné vody, viz obr. 6.

Nové podmínky a nutnost provádění nejen operativních zásahů ve výrobně-distribučních systémech vodovodů pro veřejnou potřebu, ale i prosazování nových dlouhodobých trendů rozvoje, nesmí ohrozit ani snížit současné využívání vodovodů jako víceúčelových zdrojů požární vody. Prostřednictvím řídící a monitorovací techniky ve vodárenském prostředí lze snadno skloubit jak potřeby vodárenských společností, tak potřeby vedoucí k zajištění požárního zabezpečení staveb z vodovodní sítě. Technika, odborná způsobilost a znalost řešení i v nových složitých podmínkách provozování vodovodů pro veřejnou potřebu umožňuje zcela zachovat tento významný zdroj požární vody v zastavěných územích i v celém průběhu tohoto století. Literatura: [1] Vodovody a kanalizace 2011 [online]. Ministerstvo zemědělství [cit. 2012-10-07]. Dostupné z WWW: .

Obr. 6 Vývoj snižování ztrát vody v distribučních sítích pitných vod v ČR 128



Vliv vlhkosti a mísicího poměru na požárně technické a výbuchové charakteristiky alternativních a směsných paliv The Influence of Moisture and Mixing Ratio on the Fire-Technical Characteristics of Alternative and Bended Fuels Ing. Martin Kulich VVUÚ a.s., Pikartská 1337/7, 716 07 Ostrava-Radvanice [email protected] Abstrakt Úvodní část příspěvku je věnována představení vzorků paliv a palivových směsí, které byly podrobeny rozborům požárně technických a výbuchových charakteristik (dále jen PTCH) a stručnému rozboru a komentáři k jednotlivým veličinám, na které byly palivové vzorky testovány, zejména z pohledu jejich praktického významu ve vztahu k zajištění provozní bezpečnosti. Další část příspěvku je věnována přímému srovnání dosažených výsledků a vyvození z toho plynoucích závěrů. Závěr příspěvku se věnuje stručné rekapitulaci hlavních kroků, které by měli provozovatelé zdrojů dodržet při zavádění nových paliv a palivových směsí. Klíčové slova Alternativní palivo, směsné palivo, požárně technická charakteristika, riziko, výbuch. Abstract The introductory part of the article deals with an introduction of samples of fuels and fuel blends that were subject to analyses within fire-technical and explosion characteristics, so as to a brief analysis and comment on the individual quantities for which the fuel samples were tested, particularly from the viewpoint of their practical importance in relation to ensuring operational safety. The next part deals with a direct comparison of the achieved results and a deduction of conclusions resulting from those. The last part of the article deals with a brief recapitulation of the main steps to be kept by the source owners while implementing new fuels and fuel blends. Key words Alternative fuel, blended fuel, fire-technical characteristics, risk, explosion. Úvod Sestavení a prezentování příspěvku na uvedené téma má přímou návaznost na výsledky dlouhodobé spolupráce mezi VVUÚ, a.s. (konkrétně divize Analýza rizik a Akreditované zkušební laboratoře č. 1025) a skupiny ČEZ v oblasti výzkumu a vývoje souvisejících s riziky požáru a výbuchu spojených s alternativními a směsnými palivy, které jsou vhodné pro nasazení v klasických tepelných elektrárnách skupiny ČEZ. Jednou z podmínek rozvoje inovací ve Skupině ČEZ je systematická podpora aplikovaného výzkumu a vývoje v energetice. Pro dosažení dobrých výsledků je nutná spolupráce s vysokými školami, výzkumnými ústavy i podnikatelskými subjekty. Řešení výzkumného projektu s názvem „požárně-bezpečnostní aspekty využívání alternativních paliv“, jehož realizace je financována z prostředků skupiny ČEZ, a.s., bylo z pohledu vybraných vzorků paliv rozděleno na dvě základní části, a to konkrétně část „biomasa - BM“ a část „Tuhá Alternativní Paliva Ostrava 4. - 5. září 2013

TAP“. Samotné řešení projektu pak bylo rozděleno do pěti ucelených etap, které na sebe bezprostředně navazují, a to následovně: Etapa I Definování vstupních požadavků na výběr vhodných alternativních paliv (BM/TAP) a jejich směsí se základním palivem (hnědé nebo černé uhlí). Etapa II Identifikace vhodných druhů a směsí BM pro spalovací procesy dle navržených výběrových kritérií a provedení samotných rozborů PTCH u BM. Etapa III Identifikace vhodných druhů a směsí TAP pro spalovací procesy dle navržených výběrových kritérií a provedení samotných rozborů PTCH u TAP. Etapa IV Vyhodnocení laboratorních rozborů provedených v II. a III. etapě a jejich přímé vzájemné srovnání. Etapa V Aplikace získaných výsledků v bezpečnostním managementu vybraných klasických elektráren ČEZ. Specifikace vzorků paliv a palivových směsí v rámci řešení projektu. Při samotném výběru paliv pro účely řešení projektu bylo uvažováno s mnoha výběrovými kritérii a požadavky, se kterými byly vzorky konfrontovány (provozně-technologické, ekologické, ekonomické, legislativní, atd.). Na základě identifikace výše uvedených faktorů pak každý vzorek prošel výběrovým procesem, byly vybrány konkrétní vzorky a pro ně specifické provozní stavy, pro které byly tyto vzorky testovány na jednotlivé parametry PTCH. Biomasa Testy vzorků BM byly zaměřeny zejména na objasnění chování “čistých“ vzorků pří různých úrovních vlhkosti, ve kterých se tyto vzorky mohou v provozu reálně vyskytovat. Níže je uvedena stručná specifikace vzorků, které byly vybrány k rozborům na základě zmíněného výběrového procesu, včetně specifikace zkušebních podmínek, za kterých byly rozbory PTCH provedeny: Označení vzorku pro účely testování: BM1 Specifikace vzorků: Dřevní štěpky (klest, kořeny, vláknina) Definovaná % vlhkost vzorku pro rozbory PTCH: 20, 30, 40 [% hm.] Stav: Prašná frakce Označení vzorku pro účely testování: BM2 Specifikace vzorků: Peletky z cíleně pěstovaných rostlin Definovaná % vlhkost vzorku pro rozbory PTCH: 10, 15 [% hm.] Stav: Prašná frakce

129


na potřeby a možnosti reálného provozu) pří různých úrovních přimísení TAP s klasickým uhlím. Níže je uvedena stručná specifikace vzorků, které byly vybrány k rozborům na základě zmíněného výběrového procesu, včetně specifikace zkušebních podmínek, za kterých byly rozbory PTCH provedeny: Označení vzorku pro účely testování: TAP1 Definované % přimísení: 10, 15 [% hm.] Obr. 1 BM1

Obr. 2 BM2

Příměs: Hnědé uhlí Stav: Prašná frakce

Označení vzorku pro účely testování: BM3 Specifikace vzorků: Peletky ze slunečnic (slupky, zrno) Definovaná % vlhkost vzorku pro rozbory PTCH: 10, 15 [% hm.] Stav: Prašná frakce Označení vzorku pro účely testování: BM4 Specifikace vzorků: Peletky ze stéblin Definovaná % vlhkost vzorku pro rozbory PTCH: 10, 15 [% hm.] Stav: Prašná frakce

Obr. 7 Vzorek TAP1 před smícháním s hnědým uhlím

Obr. 8 Vzorek TAP1 původní stav

Označení vzorku pro účely testování: TAP2 Definované % přimísení: 10, 15 [% hm.] Příměs: Hnědé uhlí Stav: Směsná frakce (0-10 mm)

Obr. 3 BM3

Obr. 4 BM4

Označení vzorku pro účely testování: BM5 Specifikace vzorků: Brikety Definovaná % vlhkost vzorku pro rozbory PTCH: 10, 15 [% hm.] Stav: Prašná frakce


Označení vzorku pro účely testování: TAP3

Označení vzorku pro účely testování: BM6 Specifikace vzorků: Palmové slupky (15 hm. %) + černé uhlí (85 hm. %)

Definované % přimísení: 10, 15 [% hm.] Příměs: Hnědé uhlí Stav: Směsná frakce (0 - 10 mm)

Stav: Černé uhlí - prašná frakce, PKS - drť

Obr. 5 BM5


Obr. 6 BM6



Tuhé alternativní palivo Testy vzorků TAP byly na rozdíl od testů vzorků BM zaměřeny na objasnění chování „směsných“ vzorků TAP s vybraným typem klasického paliva - tedy hnědého anebo černého uhlí (v návaznosti 130



Označení vzorku pro účely testování: TAP4 Definované % přimísení: 10 [% hm.] Příměs: Hnědé uhlí Stav: Prašná frakce



Specifikace rozsahu provedených rozborů PTCH Obr. 13 Vzorek TAP4 před smícháním s hnědým uhlím


Označení vzorku pro účely testování: TAP5 Definované % přimísení: 10,15 / 5,10 [% hm.] Příměs: Hnědé uhlí1 / Hnědé uhlí2

Specifikace provedených rozborů PTCH v rámci řešení projektu, společně s uvedením normativního předpisu popisujícím zkušební postup a popis významu vybraných zkoušek z pohledu praktického řešení protivýbuchové prevence průmyslových provozů, je uvedena v tab. 1. Tab. 1 Rozbory PTCH / normativní základ / komentář

Teplota vzplanutí/ vznícení usazeného prachu (ČSN EN 50281-2-1)

Teplota vzplanutí usazeného prachu je nejnižší teplota prostředí, při které dojde působením vnějšího zápalného zdroje k zapálení plynných produktů tepelného rozkladu. Teplota vznícení usazeného prachu je nejnižší teplota prostředí, při které dojde bez přítomnosti vnějšího zápalného zdroje k samovolnému zapálení plynných produktů tepelného rozkladu.

Teplota vznícení rozvířeného prachu (ČSN EN 50281-2-1)

Je to nejnižší teplota prostředí, při které dojde ke vznícení plynných produktů tepelného rozkladu bez přítomnosti vnějšího zdroje zapálení. Tato hodnota je důležitá pro stanovení nebezpečí vznícení prachovzduchové směsi od horkých povrchů zařízení.

Spodní mez výbušnosti (ČSN EN 14034-3+A1)

Jedná se o nejnižší koncentraci hořlavého prachu se vzduchem, při které je tato směs již výbušná. Hodnota spodní meze výbušnosti se u práškových materiálů udává v [g.m3].

Maximální výbuchový tlak (ČSN EN 14034-1+A1 ČSN EN 14034-2+A1)

Maximální tlak vznikající v uzavřené nádobě při výbuchu výbušné atmosféry za stanovených podmínek zkoušky - při optimální koncentraci směsi. Jedná se o maximální tlak, který je daná látka při výbuchu v uzavřené nádobě schopna vyvinout. Hodnota tohoto parametru je důležitá pro správný návrh konstrukční protivýbuchové ochrany zařízení (odlehčovacích membrán, klapek a ventilů).

Stav: Prašná frakce



Označení vzorku pro účely testování: TAP6 Definované % přimísení: 5 [% hm.] Příměs: Černé uhlí Stav: Směsná frakce (0-10 mm)

Maximální rychlost nárůstu tlaku (brizance) (ČSN EN 14034-1+A1 ČSN EN 14034-2+A1)

Obr. 17 Vzorek TAP6 před smícháním s černým uhlím


Konstanta KSt (ČSN EN 14034-1+A1 ČSN EN 14034-2+A1)

Tzv. kubická konstanta. Vyjadřuje brizanci prachovzduchové směsi nezávisle na objemu, ve kterém byla stanovena. Podle kubické konstanty se prachy zařazují do tříd výbušnosti St1 až St3, přičemž třída výbušnosti St3 je nejvíce nebezpečná.

Limitní obsah kyslíku (ČSN EN 140344+A1)

Limitní obsah kyslíku je experimentálně zjištěná koncentrace kyslíku, která nedovolí vznik výbuchu ve směsi paliva, vzduchu a inertního plynu. Využívá se v oblasti ochrany zařízení pomocí inertizace.

Označení vzorku pro účely testování: TAP7 Definované % přimísení: 10 [% hm.] Příměs: Hnědé uhlí Stav: Směsná frakce (0-10 mm)


Maximální hodnota nárůstu tlaku za jednotku času při výbuchu všech výbušných atmosfér v rozsahu výbušnosti hořlavé látky v uzavřené nádobě za stanovených zkušebních podmínek.

131


Stanovení náchylnosti k samovznícení (ČSN EN 15188)

Teplota samovznícení je definována jako nejnižší teplota, při které v látce začínají bez vnějšího přívodu tepla exotermické procesy, které vedou k samovznícení. Teplo potřebné k zapálení látky vzniká z látky samotné jako důsledek chemických, fyzikálních nebo biologických pochodů. Pod pojmem samovznícení je třeba rozumět nejen vlastní zapálení látky, ale souhrnný samovolně probíhající proces od prvního vzrůstu teploty (= teplota samovznícení) až k dosažení teploty vznícení.

Minimální iniciační energie (ČSN IEC 1241-2-3)

Minimální iniciační energie je nejmenší možná energie iniciačního zdroje nutná k iniciaci látky v optimální koncentraci.

Rychlost šíření požáru po vrstvě usazeného prachu

Rychlost šíření hoření je veličina vyjadřující čas potřebný k přenesení hoření po vrstvě prachu proti proudu kyslíku na předem definované vzdálenosti.

Přímé srovnání dosažených výsledků Součástí příspěvku je kompletní seznam testů, které byly v rámci řešení projektu provedeny, pro každý testovaný vzorek a jeho modifikaci. Vzhledem k obsáhlosti a náročnosti prezentace dosažených výsledků je níže jako příklad uvedeno srovnání vybraných parametrů, a to konkrétně v podobě rozboru a vzájemného srovnání v parametrech: • Teplota vznícení rozvířeného prachu pro část vzorků BM - graf 1; • Indukční perioda pro část vzorků BM - graf 2; • Rychlost šíření požáru po vrstvě usazeného prachu pro část vzorků BM - graf 3.

Graf 1 Teplota vznícení rozvířeného prachu pro část vzorků BM

Vliv vlhkosti a mísicího poměru na PTCH alternativních a směsných paliv Před samotným vyvozením obecných závěrů z provedených rozborů PTCH v rámci řešení projektu je nutné poukázat na některé důležité skutečnosti. Z důvodu dodržení požadavků zkušebních postupů (tím i mj. zajištění reprodukovatelnosti jednotlivých zkoušek) je často potřeba testované vzorky před samotným započetím rozborů upravit do stavu, který si vyžadují jednotlivé zkušební postupy a metodiky. Jedním z nezbytných kroků procesu přípravy vzorků na samotné rozbory PTCH je mnohdy modifikace jejich frakce (mletí), sušení, atd. tak, aby u testovaných vzorků byly zjištěny maximální hodnoty jednotlivých PTCH, tedy maximální hodnoty výbuchového děje daného vzorku. Znalost těchto „maximálních“ hodnot je důležitá zejména při návrhu a realizaci konstrukční protivýbuchové ochrany. Reálná rizika, spojená s chováním paliv v samotných procesech jejich skladování, dopravy, přípravy a samotného spalování, jsou pak odvislá nejen od jejich vlhkosti, event. směsného poměru, ale jsou rovněž závislá na granulometrii, ve které se nacházejí v jednotlivých částech technologie. Vliv vlhkosti na požárně technické a výbuchové parametry vzorků BM Z uvedených výsledků provedených testů se jednoznačně potvrzuje předpoklad, že se zvyšující se vlhkostí testovaného vzorku u částí BM dochází k poklesu náchylnosti vzorků ke vznícení a iniciaci obecně (zvyšující se hodnota teploty vznícení jak usazeného, tak rozvířeného prachu). Dále vyplývá, že vyšší % obsah vody vede k potřebě vyšší koncentrace prachů pro tvorbu výbušné atmosféry (tedy vyšší dolní mez výbušnosti) a výrazným způsobem snižuje „razanci“ projevu výbuchového děje (o čemž vypovídají hodnoty jako pmax, brizance, KSt). Nejen z chování vzorku BM1 pak lze odvodit předpoklad, že při obsahu vody >40 % již paliva tohoto charakteru nebudou vykazovat výbušné vlastnosti - v návaznosti na proměnlivou vlhkost vzorku při jeho výskytu v reálných podmínkách průmyslových provozů je pak tento závěr potřeba chápat jako závěr informativního charakteru. Dalším důležitým poznatkem je, že všechny testované vzorky ve všech zkušebních režimech (tedy rozdílných hodnotách vlhkosti) vykazují náchylnost k samovznícení, což je zásadní zejména z pohledu jejich dlouhodobějšího skladování ve větších hromadách. Vliv mísícího poměru na požárně technické a výbuchové parametry vzorků TAP Z realizovaných rozborů lze vyvodit obecné závěry, že “čisté“ vzorky TAP nepředstavují z pohledu jejich požárně technických a výbuchových charakteristik vyšší rizika, než stávající palivová základna v podobě klasického uhlí - tyto závěry lze vyvodit díky klesajícím hodnotám výbuchových parametrů (zejména hodnoty pmax, maximální rychlosti nárůstu tlaku a hodnoty indukční periody KSt) se stoupajícím % přimísení vzorků TAP ve vzorku s klasickým uhelným palivem.

Graf 2 Indukční perioda pro část vzorků BM

Zpřesnění uvedených obecných závěrů vyvozených z provedených rozborů, je samozřejmě limitováno ekonomickou náročností řešení projektu a tedy počtem provedených testů u jednotlivých vzorků a vztahuje se výlučně na testovaný soubor paliv. Závěr

Graf 3 Rychlost šíření požáru po vrstvě usazeného prachu pro část vzorků BM 132

Spalování alternativních paliv, či jejich spoluspalování v technologiích, které byly původně konstruovány pro spalování klasického uhlí, dnes není, zejména u energetických zdrojů s většími výkony, nic neobvyklého. Alternativní paliva mají své specifické vlastnosti, v důsledku kterých mohou být příčinou bezpečnostních rizik v jednotlivých fázích skladování, dopravy, úpravy a samotného spalování. Ostrava 4. - 5. září 2013


Před samotným spalováním/spoluspalováním modifikované palivové základny je vždy potřeba důkladně analyzovat a vyhodnotit rizika, a to nejen z pohledu protivýbuchové prevence. V oblasti protivýbuchové prevence je nosným předpisem NV č. 406/2004 Sb. [8], které v § 4, pís. d), ukládá provozovatelům požadavek na zpracování a vedení písemné Dokumentace o Ochraně Před Výbuchem. Toto nařízení lze chápat jako předpis, prostřednictvím kterého se v ČR implementují požadavky směrnice Evropského parlamentu a Rady č. 92/99/EC [9] (často známého pod označením ATEX 137). Jedním z pilířů analýzy rizik jakékoli technologie je důsledná znalost vlastností materiálů - v podobě požárně technických a výbuchových charakteristik, které se v technologii vyskytují (v tomto případě paliva, či palivové směsi). Požadavek na znalost požárně technických a výbuchových charakteristik zpracovaných a skladovaných materiálů je rovněž definován Vyhláškou Ministerstva vnitra č. 246/2001 Sb. [11]. Závěrem korektní analýzy rizik musí vždy být jasné a jednoznačné stanovisko o tom, zda lze technologii považovat za bezpečnou pro její provoz s novou palivovou základnou, a/nebo jaké technické či organizační opatření je nutné přijmout k tomu, aby tomu tak bylo. Kvalitní a komplexní analýza rizik a aplikace technických a organizačních opatření, které jsou v ní definovány, v minulosti mnohokrát prokazatelně mimo ochrany bezpečnosti a zdraví zaměstnanců při práci uchránila mnohamiliónové hodnoty v podobě ceny samotných zařízení a prostojů. Literatura: [1]

ČSN EN 50 281-2-1 Elektrická zařízení pro prostory s hořlavým prachem - Část 2-1: Metody zkoušek - Metody pro stanovení minimálních teplot vznícení prachu.

[2]

ČSN EN 14034-1+A1 Stanovení výbuchových charakteristik rozvířeného prachu - Část 1: Stanovení maximálního výbuchového tlaku pmax rozvířeného prachu.

[3]

ČSN EN 14034-2+A1 Stanovení výbuchových charakteristik rozvířeného prachu - Část 2: Stanovení maximální rychlosti nárůstu výbuchového tlaku (dp/dt)max rozvířeného prachu.

[4]

ČSN EN 14034-3+A1 Stanovení výbuchových charakteristik rozvířeného prachu - Část 3: Stanovení dolní meze výbušnosti LEL rozvířeného prachu.

[5]

ČSN EN 14034-4+A1 Stanovení výbuchových charakteristik rozvířeného prachu - Část 4: Stanovení mezní koncentrace kyslíku LOC rozvířeného prachu.

[6]

ČSN EN 15188 Stanovení chování nahromaděného prachu z hlediska samovolného vznícení.

[7]

ČSN IEC 1241-2-3 Elektrická zařízení pro prostory s hořlavým prachem - Část 2: Metody zkoušek - Oddíl 3: Metoda stanovení minimální iniciační energie vznícení rozvířeného prachu.

[8]

Nařízení vlády č. 406/2004 Sb. o bližších požadavcích na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v prostředí s nebezpečím výbuchu v platném znění.

[9]

DIRECTIVE 1999/92/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 16. December 1999 on minimum requirements for improving the safety and health protection of workers potentially at risk from explosive atmospheres.

[10] Nariadenie vlády č. 393/2006 Z.z. Slovenskej republiky o minimálnych požiadavkách na zaistenie bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci vo výbušnom prostredí. [11] Vyhláška Ministerstva vnitra č. 246/2001 Sb. o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci).

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Koncepce řešení protivýbuchové prevence v podmínkách průmyslových provozů BezpeþnostnČ technologický klastr, o. s.

KONCEPCE ěEŠENÍ PROTIVÝBUCHOVÉ PREVENCE V PODMÍNKÁCH PRģMYSLOVÝCH PROVOZģ Kolektiv autorĤ

Kolektiv autorů Zabývá se rozborem podmínek vzniku výbuchu a výčtem základních používaných pojmů a definic, které se vztahují k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci. Popisuje požárně technické a výbuchové charakteristiky látek a jejich význam při řešení protivýbuchové prevence průmyslových provozů. Definuje základní právní a normativní předpisy pro tuto oblast a jejich návaznost na předpisy Evropského parlamentu a Rady. Podává základní informace o problematice analýzy rizik, včetně uvedení praktických příkladů analýz vybraných strojních, elektrických a neelektrických zařízení. Je zde rovněž proveden rozbor problematiky elektrických a neelektrických zařízení a ochranných systémů určených pro provoz v prostředí s nebezpečím výbuchu z pohledu jejich certifikace. ISBN 978-80-7385-120-0. Rok vydání 2012.

cena 260 Kč

Knihu lze objednat na www.spbi.cz nebo na tel.: 597 322 970


133


Požáry v komínech, jejich příčiny a důsledky na stavební úpravy komínů Fire of Chimneys, their Causes and Consequences on Building Adaptation doc. Ing. Václav Kupilík, CSc. ČVUT v Praze, Fakulta stavební Thákurova 7/2077, 66 29 Praha 6 - Dejvice [email protected] Abstrakt

při požáru je vystaven účinkům dráždivých až toxických látek, jejichž výsledným efektem je mnohem větší celková toxicita těchto škodlivých (někdy i jedovatých) látek než pouhý součet vlivů těchto jednotlivých látek na lidský organismus. Kromě CO2 se při jejich hoření uvolňuje mnoho dalších toxických látek vlivem tepelného rozkladu makromolekul. Patří mezi ně např. CO, HCl, NH3, HCN, chlorované uhlovodíky atd.

Článek se zabývá jednak produkty hoření kouře a jejich vlivem na lidský organismus, dále možností vznícení sazí u spotřebičů na pevná paliva, což má za následek popraskání omítek v komíně, popř. jejich destrukci. Renovačním systémem pro klasické zděné komíny je vymazávání průduchů speciální směsí obsahující skelná vlákna, která po smíchání s vodou za použití speciální mechanizace se shora vlévá do komínového průduchu. V závěru jsou specifikovány případy, kdy se provádí revize komínů. Klíčová slova Kouř, toxické látky, destrukce komínů, vymazávání průduchů, revize komínů. Abstract Paper deals with on the one hand products of smoke-burning and with their influence on human organism, on the other hand with possibility of soot- ignition at appliance on solid fuel. As a result is the crack of plastering in chimney possibly even their destruction. Claying of holes by special mixture containing glass fibres is renovation system for classic masonry chimneys. This mixture after mixing with water with application special mechanization pours into chimney hole. In conclusion the cases are specified when checks of chimney is carry out. Key words Smoke, toxic products, destruction of chimneys, claying of holes, check of chimney. Kouř jako nebezpečný faktor s obsahem škodlivin Účinek kouře vyvinutého ohněm závisí na jeho množství a vlastnostech. Nejdůležitější fyzikální vlastností kouře je rozložení a velikost jeho částeček. Vyzařování kouře z plamene reprezentuje rovnováhu mezi narůstajícími rozkladnými procesy v palivu provázenými plamenem a vyhořelým palivem s kyslíkem. Nelze předpokládat kouřovou emisi jako chemickou funkci paliva a podmínek spalování, neboť je známo, že aromatické polymery (např. polystyrén) produkují více kouře než uhlovodíky s jednoduchými vazbami uhlíku (např. polypropylén). Kouř vyvíjející se z plamenného hoření zahrnuje velký obsah elementárního (grafitového) uhlíku. Pyrolýza se vyskytuje na povrchu paliva vlivem zvýšené teploty zářivého toku tepla na jeho povrchu. Teplota pyrolýzy cca 600 - 900 °C je o mnoho menší než teplota plynné fáze plamene v rozmezí 1200 - 1700 °C. Kouř zahrnuje ve své struktuře saze, a to v závislosti na jejich průměru vzhledem k celkové velikosti shluku, jak to dokládá např. obr. 1. Ohrožení lidského zdraví vlivem zplodin hoření V průběhu požáru dochází v jeho místě ke sníženému obsahu kyslíku, zvýšené teplotě prostředí, k tvorbě kouře a vývinu toxických látek z unikajících plynů a par. Každý hasič zasahující 134

Obr. 1 Elektronický snímek částeček sazí o průměru jednotlivých kuliček cca 0,03 μm s celkovou velikostí shluku cca 6 μm Tyto produkty působí buď dusivě nebo naleptávají dýchací cesty, popřípadě nechráněnou pokožku. Jejich účinek se projevuje nejen v centru požáru, ale i ve větších vzdálenostech, kde jsou již částečně zředěny vzduchem. Účinek nejrozšířenějších toxických produktů oxidů uhlíku na lidský organismus závisí na jejich koncentraci, ztrátě kyslíku a času expozice (tab. 1 a 2). Vzhledem ke skutečnosti, že oxid uhelnatý blokuje hemoglobin v krvi, je nutno dokonce sledovat vliv rozdílných koncentrací karboxyhemoglobinu na lidský organismus, jak to dokládá tab. 3. Tab. 2 Citlivost lidského organismu na oxid uhelnatý [1] Množství [ppm]

Doba [min]

Ppm za dobu [min]

Účinek

200

120 - 180

24,000 - 36,000

mírné bolení hlavy

800

45

36,000

mírné bolení hlavy

3,200

10 - 15

32,000 - 48,000

3,200

30

96,000

6,900

1-2

6,900 - 13,800

12,800

1 (2 - 3 dechy)

1,280

12,800

1-3

12,800 - 38,400

závrať možná smrt závrať bezvědomí smrt



Tab. 3 Účinek vyčerpání kyslíku na lidský organismus [1] Procento O2

Čas

Účinek

21 - 17

neurčitý

zhoršené dýchání; ztráta koordinace; potíže v myšlení

17 - 14

2 hodiny

zrychlení tepu; závratě

14 - 11

30 minut

mdloba; zvracení; ochrnutí

9

5 minut

ztráta vědomí

6

1 - 2 minuty

smrt

Tab. 4 Důsledky nasycení karboxyhemoglobinem (COHb) [1] Nasycení COHb [%]

Příznaky v lidském organismu

0 - 10

žádné

10 - 20

napětí na čele, roztažení kožních cév

20 - 30

bolení hlavy a pulsující skráně

30 - 40

silné bolení hlavy, únava, zvracení, oslabené vidění, nauzea, dávení a zhroucení

40 - 50

stejné jako v předchozím případě + zhoršení dýchání a pulsu, dušení z nedostatku vzduchu a úplné zhroucení

50 - 60

stejné jako předtím + hluboké bezvědomí, křeče

60 - 70

hluboké bezvědomí, křeče, slabé dýchání a puls, možná smrt

70 - 80

zpomalení až zastavení dýchání, smrt během několika hodin

80 - 90

smrt do jedné hodiny

90 - 100

smrt během několika minut

Požáry v komínech Požáry v komínech mohou být velmi nebezpečné. Příčinou mohou být nejčastěji saze, které sice nelze snadno zapálit, avšak při vznícení hoří velmi intenzivně a dosahují až 1000 °C. Při tom voda může zvětšit svůj objem až 1700 krát s přeměnou na páru. Obdobný průběh hoření mají i dehtové usazeniny vznikající při nedostatečném spalování. Vývinem vysokých teplot může dojít kromě oteplení komína i ke vznícení hořlavých materiálů umístěných v jeho blízkosti. Někdy vysoký žár může způsobit roztržení komína a v důsledku toho k přenosu požáru z komínového tělesa do podstřešního prostoru. Nebezpečí požáru uvnitř komínů je především u spotřebičů na tuhá paliva. Při nesprávném provozu, zejména vlivem špatného stavu komína nebo kouřovodu, špatné kvality tuhých paliv atd., se na vnitřní straně komínové vložky může velmi rychle utvořit povlak sazí se strukturou téměř čistého uhlíku. Intenzita usazování, výška usazených sazí a nebezpečí vznícení sazí závisí na způsobu a druhu topení v kamnech na tuhá paliva.

negativní důsledky inertního materiálu (písek, zemina, kamenivo apod. Nejčastěji však hašení hořících sazí v komínu se provádí suchým pískem (obr. 2). V případě, kdy by měl být požár uhašen bez ochranných prostředků, mohlo by dojít k těžkému zranění. Pokud budou při požáru otevřena komínová dvířka, hrozí sesutí hořících sazí do okolního prostoru. Při práci na střeše zase hrozí riziko úrazu popálení od vyletujících jisker. Vymazávání komínů Vymazávání komínů patří k preventivní ochraně komínových průduchů k zajištění jejich těsnosti a odolnosti proti spalinám vznikajícím při hoření tuhých paliv v připojených spotřebičích. Jedná se o speciální renovaci a opravu starých cihelných jednovrstvých komínů. Principem této metody je vtlačení speciální hmoty Scancoat do spár vnitřních stěn komínového průduchu. To zajistí zacelení spár a zpevnění celého komínového průduchu. Směs Scancoat obsahuje skelná vlákna a další speciální příměsi, které vyhovují požárním a bezpečnostním předpisům, které spalinové cesty musí splňovat. Oproti klasickým metodám sanace cihlových komínů je vymazávání velmi šetrné. Nedochází k otřesům a jiným pohybům, které se vyskytují např. u frézování komína. Proces vymazávání je čistý (v podstatě bez prachu) a spolehlivý. Technologie vymazávání komínů sestává z následujících procesů: 1) Prohlídka komínového průduchu inspekční kamerou (obr. 3a). 2) Čištění komínového průduchu spojené s odstraněním dehtu, usazenin a vydrolené malty ze spár pomocí speciální ohebné hřídele opatřené řetězovou hlavou, která je poháněna vysoce výkonnou vrtačkou (obr. 3b). 3) Příprava na vymazávání komína: spuštění speciální tlakové ucpávky připevněné na ocelové lano pomocí stojanu s navijákem umístěným na komínové hlavě na dno komínového průduchu. K ucpávce je napojena tlaková hadice vedoucí přes regulátor tlaku ke kompresoru. (obr. 3c). 4) Nanášení směsi Scancoat: po natlakování prázdné ucpávky kompresorem se začne postupně seshora vhazovat do průduchu speciální směs Scancoat za současného vytahování ucpávky směrem nahoru. Speciální směs tak zůstává stále na vrchní části tlakové ucpávky, jejíž tlak se vyrovnává a tak, aby byla stále zajištěna třecí síla (obr. 3d). 5) Dokončení nanášecího procesu: z důvodu spolehlivého utěsnění a zajištění hladkého povrchu se celý postup opaku dvakrát. K vytvrzení směsi dojde během 48 hodin (obr. 3e).

Obr. 2 Zplodiny s kouřem vystupující z komína při jeho hašení pískem [2] Pokud dojde k požáru sazí, nikdy se nesmí hasit vodou. Voda vlitá do rozpáleného komínového tělesa totiž vytvoří páru, která se v komínovém průduchu rozpíná a jelikož nemá v omezeném prostoru kudy uniknout, může nastat popraskání zdiva, popřípadě výbuch. Při hoření sazí v komínu je nutné při zásahu zvážit Ostrava 4. - 5. září 2013

Obr. 3 Fáze: a)prohlídky, b) čištění, c) přípravy, d )nanášení, e) dokončení [5] 135


Revize komínů

Literatura

Na základě nařízení vlády [4] si může čištění spalinové cesty provádět majitel domu sám, a to minimálně třikrát ročně v případě komína, do kterého jsou zapojeny spotřebiče na tuhá nebo kapalná paliva s výkonem do 50 kW. V případě plynných paliv budou provozovatelé povinni čistit nebo kontrolovat spalinové cesty pouze jednou ročně bez ohledu na výkon připojeného spotřebiče. Kontrolu komínů pak vždy musí provádět odborně způsobilá osoba a to jedenkrát ročně. Stejně tak revizi komína musí provádět odborně způsobila osoba, která je navíc revizním technikem či specialistou bezpečnosti práce. Revize se provádí v těchto případech:

[1]

Custer, R.L.P.; Brian, I.M.: Introduction to Performance Based Fire Safety. Society of Fire Protection Engineers and National Fire Protection Association, USA, 1997.

[2]

Kratochvíl, V.; Navarová, Š.; Kratochvíl, M.: Požárně bezpečnostní zařízení ve stavbách. Edice SPBI SPEKTRUM XVII, Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního iženýrství, 2011, 1. vyd. 689 str. ISBN 978-80-7385-103-3.

[3]

Kupilík, V.: Konstrukce pozemních staveb - Požární bezpečnost staveb. Učební texty ČVUT, Vydavatelství ČVUT, Praha, 2009, ISBN 978-80-01-04291-5.

[4]

Nařízení vlády č. 91/2010 Sb., o podmínkách požární bezpečnosti při provozu komínů, kouřovodů a spotřebičů paliv.

[5]

VYMAZÁVÁNÍ KOMÍNŮ. In. Vymazávání - komínů.cz. [online] © Kominictví Radotín 2012 [cit.28.3.2013] Dostupný z: http://www.vymazavani-kominu.cz/.

a) před uvedením spalinové cesty (komína) do provozu nebo po každé stavební úpravě komína, b) při změně druhu paliva připojeného spotřebiče paliv, c) před výměnou nebo novou instalací spotřebiče paliv, d) po komínovém požáru, e) při vzniku trhlin v komínu, jakož i při vzniku podezření na výskyt trhlin v komínu. Závěr Pokud nastane požár v komíně, je vždycky vhodné volat hasiče a požár sazí nepodceňovat. Neudržovaný komín není nebezpečný jen z požárního hlediska, ale špatný odvod zplodin hoření také může způsobit otravu toxickými látkami, zejména oxidem uhelnatým.

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Reakce stavebních výrobků na oheň EDICE SPBI SPEKTRUM

72.

SDRUŽENÍ POŽÁRNÍHO A BEZPEýNOSTNÍHO INŽENÝRSTVÍ

MIROSLAVA NETOPILOVÁ DANICA KAýÍKOVÁ ANTON OSVALD

REAKCE STAVEBNÍCH VÝROBKģ NA OHEĕ

Miroslava Netopilová, Danica Kačíková, Anton Osvald Publikace reaguje na mezinárodní harmonizaci soustavy technických specifikací stavebních výrobků v oblasti reakce na oheň a evropský systém jejich klasifikace v rámci požární bezpečnosti. Jejím cílem je poskytnout dílčí informace o vývoji zkušebních testů požárně technických charakteristik stavebních materiálů a zejména podat přehled současných zkušebních metod pro stanovení reakce stavebních výrobků na oheň. Jelikož třída reakce na oheň je v úzké souvislosti s charakteristikami materiálů, obsahuje publikace i informace o závislosti fyzikálních a mechanických vlastností stavebně konstrukčních materiálů na tepelném namáhání a možnostech, které poskytují dílčí pasivní požárně ochranné systémy stavebních konstrukcí. ISBN 978-80-7385-093-7. Rok vydání 2010.

cena 150 Kč


136



Faktory ovlivňující pohyb osob při evakuaci Factors Influencing the Movement of People during Evacuation Ing. Kristýna Kutilová Ing. Petr Kučera, Ph.D. Ing. Radek Meinel VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava - Výškovice [email protected], [email protected] Abstrakt Evakuace je ovlivněna několika faktory, které mají pozitivní či negativní vliv na pohyb evakuovaných osob. Na návrh evakuačních cest má důležitý vliv chování osob, které je během evakuace závislé na mnoha faktorech (např. panice, davovém chování) a okolnostech dané situace. Ty jsou mimo jiné ovlivněny průběhem a rozvojem mimořádné události. Cílem příspěvku je popsat pohyb osob po rovině a porovnat rychlosti pohybu skupiny osob zjištěných experimentem, výpočtem pomocí vztahů uvedených v technických předpisech a evakuačním modelem Pathfinder. Klíčová slova Evakuace osob, model Pathfinder, pohyb, požár, rychlost. Abstract Evacuation is influencing by several factors that have a positive or negative effects on the movement of the people during evacuation. Behaviour of people has an important influence to the design of evacuation routes. It is depending on many factors (e.g. panic, herd behaviour) and a circumstances of the situation during evacuation. The circumstances are among other influencing the course and development of emergency. The aim of this paper is describing to the movement of people on the plane and compare speed of the group identified by experiment, calculated using the formulas specified in technical regulation and evacuation model Pathfinder. Key words Evacuation of people, model Pathfinder, movement, fire, speed. Úvod Při vzniku mimořádné události v objektu je třeba zajistit, aby osoby v něm měly možnost bezpečně a včas opustit ohrožený prostor. Míra ohrožení osob vyplývá mimo jiné z druhu provozované činnosti, počtu osob a dispozicí objektu. To vše pak působí na osoby, které se v objektu pohybují. Pokud dojde ke vzniku mimořádné události, tak se výrazně projeví její doprovodné jevy ovlivňující evakuaci osob. Evakuaci osob z vnitřních prostor objektů ovlivňuje mnoho faktorů. Mezi hlavní faktory patří zejména působení požáru, chování osob, pohyb osob a stavební dispozice a charakter daného objektu. Tyto faktory mezi sebou působí a vzájemně se ovlivňují. Požár, který vznikne v objektu, ovlivňuje chování osob. To má zase vliv na průběh pohybu osob při evakuaci, který je mimo jiné ovlivňován dispoziční řešení a umístěním únikových cest a východů. Působení těchto faktorů na evakuaci osob bude podrobněji objasněno v tomto článku. Při návrhu požární bezpečnosti staveb se stanovuje doba evakuace osob. Postupuje se podle různých výpočetních metod, které jsou uvedeny zejména v národních technických normách dané země. Dále se používají inženýrské postupy, které uplatňují podrobnější hodnocení odlišné od normových postupů. S těmito postupy se lze zejména setkat u neobvyklých případů. Postupně Ostrava 4. - 5. září 2013

se také začíná využívat modelování evakuace osob v různých modelovacích evakuačních programech. Objekty je potřeba navrhovat účelně a efektivně, aby splňovaly požadavky pro bezpečnou evakuaci osob, ale nebyly zbytečně předimenzované a zároveň byla zajištěna dostatečná bezpečnost. Z toho důvodu je pro projektování důležitá znalost faktorů, které ovlivňují evakuaci osob, zejména pak jaký vliv mají na jejich pohyb. 1. Vliv požáru na evakuaci osob Při užívání objektů může kdykoliv dojít ke vzniku požáru. Ten nejčastěji vzniká úmyslným jednáním, nedbalostí či technickou závadou některého z používaných zařízení. Požár, který se objeví v objektu, komplikuje evakuaci osob zejména zplodinami hoření, které během něj vznikají a šíří se postupně objektem. Kouř, který se vytváří, zhoršuje viditelnost v prostoru. Jeho toxické vlastnosti způsobují otravu osob, které se v něm bez ochrany dýchacích cest pohybují. Během požáru se spotřebovává vzdušný kyslík z prostoru hoření. Není-li mozek dostatečně okysličen, člověk ztrácí motorické schopnosti, prodlužuje se doba rozhodování, zhoršuje se orientace v prostoru a logické uvažování [3]. Při požáru je také uvolňováno velké množství tepla, které se sdílí do svého okolí. Působení vysokých teplot na stavební konstrukce objektů má vliv zejména na jejich stabilitu. Namáhané objekty nebo jejich části se deformují a značnou měrou komplikují či znemožňují průběh evakuace [5]. 2. Specifické chování osob při evakuaci z objektu Chování osob významným způsobem ovlivňuje evakuaci osob z vnitřku objektu. To v průběhu evakuace závisí na různých podmínkách v daném prostoru (např. osvětlení, velikost a členitost) a okolnostech dané situace. Daná situace je ovlivněna zejména projevy požáru, zda osoby zpozorují kouř či plamen. Na evakuaci osob má velký vliv, jestli se evakuované osoby chovají jako samostatně rozhodující jednotlivci nebo jako společně myslící dav. Prchající dav je tvořen skupinou osob se společným cílem, a však každý jedinec je nezávislí, jedná pouze sám za sebe a své blízké. Problémem je v té chvíli panika, kdy zmatek ve spojení s obrovským strachem a úzkostí dává základ hromadné hysterii. Při evakuaci tyto osoby unikají různou rychlostí, naráží do sebe a snaží se prodrat k východu dřív než ostatní. Tímto chováním může dojít k pádům osob na zem, které mohou být následně ušlapány [4]. Pokud osoba vejde do neznámého objektu určitým vchodem, je s ním již seznámena a s největší pravděpodobností ho použije i při cestě zpět. Toto chování se projevilo při cvičné evakuaci realizované v rámci projektu SP2013/177 Posouzení experimentálních a simulačních možností řešení objektové evakuace při mimořádných událostech. Při tomto cvičení se osoby znalé prostředí měly evakuovat z ohroženého prostoru na bezpečné místo. Jeden východ ústil přímo do chráněné únikové cesty, která je měla dovést na volné prostranství. Přesto následně tyto osoby tuto chráněnou únikovou cestu opustily ve směru, kterým byly zvyklé tuto místnost opouštět. Z toho vyplývá, že znalost prostředí osobami, neznamená vědět, jakou cestou se osoby při evakuaci vydají. 3. Evakuace osob v závislosti na stavebním řešení objektu Dispoziční řešení objektu ve spojení s krizových chování osob často zapříčiní při evakuaci více poranění než samotný požár. Pokud je stavba z hlediska požární ochrany nevhodně navržena stává se negativním faktorem při evakuaci osob. Nevhodným návrhem ve vztahu k evakuaci osob jsou myšlena zejména nevhodná navržení 137


únikových cest a další pasivní (např. stabilita objektu, rozdělení na požární úseky) či aktivní (např. stabilní hasicí zařízení, detektory kouře) prvky protipožární bezpečnosti objektu.

Tab. 1 Vybrané hustoty osob D a k nim přiřazené rychlosti pohybu osob po rovině [m.min-1] Rychlost pohybu osob [m.min-1]

Vhodná opatření a stavební řešení objektu vytváří mimo jiné příznivé podmínky pro bezpečnou evakuaci osob. Tyto podmínky pak splňují základní předpoklad pro minimalizaci ztrát na lidském zdraví, životech a majetku, včetně potlačení nebo omezení vzniku panikové situace při mimořádné události.

Varianta

Hustota osob D

v (1)

v (2)

v (Pathfinder)

1

1,0

63,0

61,7

70,6

2

1,5

52,5

50,5

61,2

3

2,0

42,0

39,3

48,4

Přesto, že může být stavba vhodně navržena, může docházet ke zhoršování podmínek evakuace osob. Často je to způsobeno tím, že jsou do prostorů unikových cest umisťovány překážky, které v návrhu požárního zabezpečení stavby nebyly. Tomu by se mělo předcházet zabránit pravidelnými kontrolami v objektech u právnických a podnikajících fyzických osob, zejména na veřejných místech, kde se nachází velký počet osob.

4

2,5

31,5

28,1

40,0

5

3,0

21,0

17,0

36,8

6

3,5

10,5

5,8

27,0

4. Evakuace osob v závislosti na jejich pohybu po rovině Při posuzování pohybu osob je rozdíl, když se unikající osoby pohybují samostatně nebo v proudu osob. Velikost proudu osob a jeho hustota jsou ovlivněny počtem a rozměrem unikajících osob. Každá osoba zaujímá vlastní půdorysnou plochu, která se mění v závislosti na fyzických proporcích jedince, jeho staří, oblečení a jeho zavazadlech. Hustota osob se mění v závislosti na počtu osob, které se nacházejí na určité ploše. Pokud je na malém půdorysné ploše velké množství osob, začnou se hromadit a zpomalovat [2, 3].

Princip měření rychlosti pohybu jednotlivých osob po rovině v programu Pathfinder spočívá v měření času, kdy daný počet osob opustil definovanou plochu. Pro srovnání s výpočtovými vztahy má definovaná plocha 10 m2 s rozměry 1 m x 10 m. Na konci každé plochy (ve směru pohledu osob) je umístěn východ, kterým osoby procházejí, a s každým jedním projitím je počet osob o jednu menší. Celkem bylo simulováno šest variant (obr. 1), které se lišily pouze v počtu osob tak, aby byla pro srovnání rychlostí dodržena různá hustota osob D (počet osob na jednotku plochy).

Je důležité rovněž vědět, jak rychle jsou schopny se evakuované osoby pohybovat. Pokud má osoba kolem sebe dostatek místa pro pohyb, pak se pohybuje svým vlastním tempem. V případě, že se osoby nahromadí, začínají se pohybovat jako jeden celek tzv. proud osob (jeho velikost závisí na počtu osob a jejich rozměrech), rychlost evakuovaných osob je v této chvíli přibližně stejná. Pokud se počet osob na jednotce plochy bude zvyšovat, pohyb se začne zpomalovat a může dojít až k jeho zastavení. Řešení pohybu osob po rovině je významné z důvodu, že při evakuaci se osoby většinou nejprve pohybují po rovných chodbách, které je následně vedou do chráněných únikových cest nebo na volné prostranství. Jak dlouho se pohybují po rovině, je dáno dispozičním uspořádáním objektu a provozovanou činností.

v  84  1  0,25  D 

(1)

v  k  0,266  k  D

(2)

kde: D hustota osob [(počet osob).m-2]; v

rychlost pohybu osob [m.min-1];

k

konstanta [m.min-1] (pro chodby, rampy, vodorovné komunikace k = 84,0 m.min-1).

Vypočítané rychlosti jednotlivých osob po rovině z normových postupů (1) a (2) byly porovnány s rychlostmi získaných z modelovacího programu Pathfinder, který využívá rovnice z norem NFPA (resp. [6]), lze navíc upřesnit podmínky situace, při které se osoby evakuují. Tyto rychlosti v závislosti na hustotě osob byly mezi sebou porovnány, viz tab. 1.

Obr. 1 Zobrazení simulovaných ploch s různou hustotou osob v programu Pathfinder Z grafického znázornění jednotlivých rychlostí vyplývá, že variantní řešení rychlostí z rovnic je přibližně stejné při stejné hustotě osob. Když však tyto hodnoty porovnáme s programem Pathfinder, tak jsou hodnoty se zvyšující hustotou osob výrazně rozdílné. Rozdíly rychlostí, při jednotlivých variantách, se pohybují okolo 10 m∙min-1. ČSN 73 0831 [2] a normy NFPA [6] představují státy garantovanou míru bezpečnosti a zabírají širší okruh možných podmínek a scénářů. Proto se od sebe jejich výsledky v porovnání s programem Pathfinder v uvedených případech dosti liší. 4 Hustota ossob D [poþet osob·m-2]

Pro určení rychlosti pohybu jednotlivých osob po rovině existuje mnoho výpočetních vztahů. Pro porovnání těchto rychlostí byly vybrány následující výpočetní vztahy z české normy ČSN 73 0831 (1) [2] a z norem NFPA - National Fire Protection Association (2) [6].

3,5 3 2,5

v (2)

2

v (1)

1,5 ,

v (PathFinder)

1 0,5 0 0

10

20

30 40 50 Rychlost pohybu osob [m·min-1]

60

70

80

Obr. 2 Závislost rychlost pohybu osob po rovině na hustotě osob Z grafického znázornění průběhu rychlostí vyplývá, že čím je vyšší hustota osob, tím se rychlost osob snižuje. Zvyšuje-li se počet osob na sledované ploše, pak se pohyb jednotlivce mění v pohyb 138



proudu. Osoby se nepohybují již samostatně dle svého rozhodnutí, ale pohybují se jako skupina osob s přibližně stejnou rychlostí. V tomto případě již musíme použít jiné postupy pro výpočet rychlosti osob. Pro určení rychlosti pohybu proudu osob po rovině byl vybrán výpočetní vztah (3) podle Predtečenského a Milinského [7].

v  112  D p 4  380  D p 2  434  D p 2  217  D p  57

(3)

kde:

0,25

v = 25

rychlost pohybu proudu osob po rovině [m.min ]. -1

Rychlost pohybu proudu osob dle výpočtového vzorce byla porovnána s hodnotami získanými praktickým experimentem, zaměřeného na simulaci pohybu proudu osob o různé hustotě proudu. Experiment byl proveden s 15 osobami ve věku 13 až 15 let. Plocha na osobu pro potřeby experimentu byla stanovena na hodnotu 0,06 m2·osoba-1. Osoby byly požádány o co nejrychlejší pohyb, jako by se jednalo o skutečnou evakuaci v době požáru. Při experimentu se měřil čas pohybu proudu osob na ploše o rozměrech 12 m x 1,65 m, za který překonal proud těchto osob vzdálenost 12 m, ze kterého byla následně stanovena průměrná rychlost daného proudu. Rychlost byla zjišťována pro proud osob o hustotách Dp = 0,24 (15 osob na ploše 3,75 m2), Dp = 0,18 (15 osob na ploše 5 m2), Dp = 0,12 (15 osob na ploše 7,5 m2) a Dp = 0,06 (15 osob na ploše 15 m2). Daných hustot bylo dosaženo rozdílnou délkou provazu, který osoby ohraničoval. Tím se udržovala odpovídající plocha pohybu pro danou hustotu Dp.

Hustota proudu osob Dp [poþet osob·m-2]

0,23

Dp hustota proudu osob [-]; v

která se pokusu zúčastnila. Kdyby se jednalo o skupinu osob jiné věkové kategorie hodnoty byly jiné, pravděpodobně nižší. Osoby se také měly pohybovat, co nejrychleji. Z narůstajícím počtem pokusů osoby věděli, co je čeká, a tak mohlo být jejich pohyb zrychlován oproti běžnému. Při reálné krizové situaci by sehrálo velkou roli mnoho vlivů a to nejek věk unikajících osob, ale dispozice oblejtu, vliv požáru a v neposlední řadě i chování osob. v = 67,9

0,21 0,19

v = 29,9

0,17

v =83,7 v (3)

0,15

v (experiment)

0,13

v = 36,6 36 6

0,11

v = 96

0,09 0,07

v = 45,5

0,05 20

40

60

v = 171,4 80 100 120 140 Rychlost pohybu osob [m·min-1]

160

180

Obr. 4 Závislost rychlosti pohybu proudu osob po rovině na hustotě proudu osob Ke srovnání rychlostí proudu osob naměřených a vypočítaných hodnot s programem Pathfinder nedošlo, neboť tento evakuační model pracuje pouze s individuálním pohybem osob a umožňuje tak získávat údaje o pozici každého unikajícího jednotlivce po celou dobu simulace. Dává tak celkový přehled o hustotě osob na sledované ploše stavebního objektu. Na obr. 1 jsou zobrazeny plochy s různou hustotou osob v programu Pathfinder. Na variantě šest je vidět, že osoby jsou již blízko sebe, a šlo by je považovat proud osob. Z toho lze usuzovat, že pohyb jednotlivých osob a proudu osob se v určité chvíli prolínají. Rychlost osob by mohla být v dané chvíli určena oběma způsoby. Při srovnání obou metod určení pohybu osob lze říci, že zvyšuje-li se počet osob na dané ploše, tak se pohyb zpomaluje. K tomu dochází zejména u východů, kde se daný profil zužuje a osoby musí čekat, než projdou ostatní tímto profilem. Jednotlivé rychlosti nelze srovnávat, protože hustoty, při kterých se měřili, se liší v hodnotě i ve způsobu jejich výpočtu. Závěr

Obr. 3 Simulace pohybu proud osob po rovině o hustotě Dp = 0,24 Měření rychlosti proudu osob probíhalo po rovině (obr. 3). Každé měření pro danou hustotu proběhlo třikrát. Ze získaných hodnot měření se provedl aritmetický průměr, který byl dále zaokrouhlen na jedno desetinné číslo. Ze změřeného času a známé délky trasy, na které pokus proběhl, byla vypočtena průměrná rychlost pohybu proudu osob vexp. Hodnoty byly poté srovnány s vypočtenými hodnotami dle rovnice pro určení rychlosti proudu osob v (3), viz tab. 2. Tab. 2 Rychlosti pohybu proudů osob po rovině při různých hustotách proudu osob Hustota proudu osob Dp

v (3) [m∙min-1]

vexp [m∙min-1]

0,24

25,0

67,9

0,18

29,9

83,7

0,12

36,6

96,0

0,06

45,5

171,4

Následně byly tyto hodnoty graficky zpracovány (obr. 4). Ze srovnání experimentálně změřených hodnot a výpočtových hodnot vyplývá, že se jednotlivé rychlosti výrazně liší. Experimentálně zjištěná rychlost je trojnásobná oproti vypočtené hodnotě. Se snižující se hustotou proudu se rozdíl hodnot ještě více zvyšuje. Tyto rozdlíly mohou být způsobeny věkovým složením skupiny, Ostrava 4. - 5. září 2013

Všechny uvedené faktory významně ovlivňují pohyb osob při evakuaci. Aby bylo možné posoudit postupy při navrhování staveb včetně jejich požární bezpečnosti, zda odpovídají reálným podmínkám, je potřeba provádět reálné experimenty tak, aby o tom osoby, které se evakuují, nevěděly. Jinak dochází k nežádoucímu zkreslování získaných výsledků. Věkové složení evakuovaných osob má významný vliv na pohyb osob. Je-li ve skupině více mladých osob, pak je rychlost pohybu vyšší. Bude-li tomu naopak, pak bude pohyb skupiny pomalejší. Rychlost evakuovaných osob mám vliv na celkovou dobu evakuace. Pokud by tato doba byla příliš dlouhá, pak by to mohlo dojít k zasažení osob postupným rozšiřováním mimořádné události po objektu. Potřeba provádět další experimenty/zkoušky je žádoucí. Pomocí získávání další dat a jejich porovnáním nejen s výpočtovými metodami, ale s modelovými situacemi v evakuačních programech, může docházet k validaci a verifikace současných postupů. Dále mohou být navrženy nové výpočetní a grafické postupy, které budou reagovat na měnící se lidskou společnost. Poděkování Autoři děkují celému řešitelskému týmu projektu Studentské grantové soutěže SP2013/177 Posouzení experimentálních a simulačních možností řešení objektové evakuace při mimořádných situacích. Dále děkují ředitelce Základní školy Porubské 831 Mgr. Mileně Walderové za umožnění provedení pokusu ve škole, dále učiteli tělovýchovy Mgr. Radimu Konvičkovi za pomoc při 139


přípravě a provádění pokusu a dětem základní školy za ochotu spolupracovat. Použitá literatura [1] ČSN 73 0802. Požární bezpečnost staveb - Nevýrobní objekty. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Květen 2009. 122 s.

[4] Jak se z lidí stává dav. Britské Listy [online]. 15. 1. 2013 [cit. 2013-02-06]. Dostupné z: http://www.blisty.cz/art/66946.html. [5] Kučera, P.; Česelská, T.; Matečková, P.: Požární odolnost stavebních konstrukcí. Edice SPBI SPEKTRUM 71. 1. vydání. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2010. 176 s. ISBN 978-80-7385-094-4.

[2] ČSN 73 0831. Požární bezpečnost staveb - Shromažďovací prostory. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Červen 2011. 36 s.

[6] Nelson, E.H.; Mowrer, F.W.: SFPE handbook of fire protection engineering. 3rd edition. Bethesda, Md.: Society of Fire Protection Engineers, 2002, 1 v. (various pagings). ISBN 08776-5451-4.

[3] Folwarczny, L.; Pokorný, J.: Evakuace osob. Edice SPBI SPEKTRUM 47. 1. vydání. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2006. 125 s. ISBN 80-866-3492-2.

[7] Predtečenskij, V.M.; Milinskij, A.I.: Evakuace osob z budov - Výpočetní metody pro projektování. Československý svaz požární ochrany, sv. 30, Praha, 1972.

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Strategie dodávek pitné vody EDICE SPBI SPEKTRUM

63.


ŠÁRKA KROýOVÁ

STRATEGIE DODÁVEK PITNÉ VODY

Šárka Kročová Zajištění dostatečného množství pitné vody o požadovaném hydrodynamickém tlaku ve standardních podmínkách nebo krizových situacích pro územní celky je základním požadavkem na veřejné vodovody. Distribuční systémy místního a nadmístního významu musí současně splňovat strategii dodávky pitné vody v čase a požadované kvalitě. Současně musí respektovat nové poznatky, požadavky a reálné možnosti v oblasti havarijního plánování a řešení krizových situací, včetně zajištění nouzových dodávek vody v době jejího přechodného nedostatku pro obyvatelstvo, strategické subjekty a složky Integrovaného záchranného systému. Postupy k jejich dosažení jsou obsahem publikace. ISBN 978-80-7385-072-2. Rok vydání 2009.

cena 160 Kč


140



Požiarne deliace steny strešného priestoru The Walls with Fire Separating Function under the Roof Space Ing. Soňa Leitnerová doc. Ing. Juraj Olbřímek, PhD. Slovenská Technická Univerzita v Bratislave, Stavebná fakulta Radlinského 11, 813 68 Bratislava, Slovensko [email protected], [email protected] Abstrakt Príspevok sa sústreďuje na interpretáciu požiadaviek platných noriem zaoberajúcich sa protipožiarnou ochranou stavieb. Konkrétne sa zameriava na požiadavky normy STN 92 02012 a jeho článkom 5.2, ktorý upresňuje požiadavky na požiarne steny. Príspevok porovnáva jednotlivé požiadavky najmä na steny v strešnom alebo povalovom priestore aj s historicky platnou normou STN 73 0802 a vyhláškou č. 94/2004 Z. z. a zhodnocuje ich vplyv na bezpečnosť protipožiarneho riešenia stavby.

(pV 30 kg.m-2, výška 800 mm, dĺžka 15 000 mm). Požiarne nebezpečný priestor v takomto prípade siaha do vzdialenosti cca 1 800 mm. Vyvstáva preto otázka či je táto požiadavka postačujúca. Priložená ilustrácia, k článku spomenutej normy, tiež nie je jasne stanovujúca orientáciu pristavaných objektov. V prípade, ak bude pristavaný objekt orientovaný k jestvujúcemu objektu rímsou môže dôjsť k prenosu požiaru cez protipožiarne nezabezpečenú rímsu. Z uvedeného vyplýva, že bez ochrany povrchu strechy vodnými prúdmi hasičskou jednotkou nie je zabezpečené zabránenie prenosu požiaru. Článok 5.2.7 normy obsahuje hneď viac neurčitostí.

Abstract

Prvá z nich sa vzťahuje na určenie požiarnych funkcií (kritérií) deliacej steny. V článku je požiadavka na požiarnu odolnosť deliacej steny predpísaná s odolnosťou najmenej EW 30 D1. Článok normy asi predpokladá vnútornú deliacu konštrukciu (štítovú stenu vnútornú). Táto požiadavka je v rozpore s článkom 5.2.2 kde je uvedené, že všetky vnútorné konštrukcie požiarneho úseku s požiarne deliacou funkciou musia spĺňať minimálne kritérium (R) EI. Kritérium W nezabezpečuje zabránenie prenosu požiaru na odvrátenú stranu požiarne deliacej konštrukcie, kde sa môžu v strešnom priestore nachádzať nechránené horľavé prvky (krov) poprípade horľavá tepelná izolácie požiarneho stropu.

The paper focus on interpretation of the requirements for fire protection of buildings. The article explains requirements on fire wall, mainly to fire wall in roof spaces, compares requirements of national standard STN 92 0201-2 with historical standard STN 73 0802 and with ministerial regulation number 94/2004. The paper evaluates their influence on fire security of building.

Druhá vyplýva z tej istej požiadavky. V prípade ak je na štítovej stene kotvená vrcholová väznica alebo iný konštrukčný prvok zabezpečujúci stabilitu strechy má už táto aj nosnú funkciu. V článku sa však žiadna poznámka týmto variantom nezaoberá a zachovanie nosnej funkcie štítovej steny minimálne v čase požiarnej odolnosti nie je viazaná predpisom.

Key words

Tretia je v obmedzení maximálnej plochy strešného priestoru s požiarnou výškou budovy do 22,5 m a to na 2 000 m2 a nad 22,5 m 1 000 m2. Keďže v článku normy nie je jasne stanovený účel strešného priestoru, dá sa táto požiadavka aplikovať aj na obytný strešný priestor, kde je však pri horľavom konštrukčnom systéme maximálna plocha požiarneho úseku stanovená podľa 4.1.1. STN 92 0201-1.

Kľúčové slová Strešný priestor, konštrukčný prvok, požiarne deliaca stena, vnútorná stena, vonkajšia stena, normy, vyhláška.

Roof space, element of building construction, fire separating wall, internal wall, external wall, fire standards, act. Úvod Neurčitosť predpisových požiadaviek stanovených v technických normách o požiarnej bezpečnosti stavieb môže viesť k ich zlej interpretácií a následne nepostačujúcemu zabezpečeniu protipožiarnej ochrany. Článok 5.2 STN 92 0201-2, ktorý sa zaoberá požiarnymi stenami bude predmetom rozboru tohto príspevku. Príspevok sa sústreďuje na požiadavky požiarnych stien strešného priestoru, ktorých interpretácia nemusí byť jasná, sú nepostačujúce alebo metúce. V príspevku budú uvedené jednoduché príklady. Požiadavky normy a ich analýza Článok 5.2.3 STN 92 0201-2 predpisuje okrem iného presah požiarne deliacej steny nad konštrukciu strechy, ktorá je zhotovená z konštrukčných prvkov druhu D2 alebo D3 o 450 mm nad vonkajší povrch strešného plášťa (v kolmom smere). Táto požiadavka je funkčná a platí pre radovú zástavbu, v ktorej sú strešné roviny rovnaké výškovým aj tvarovým riešením. V prípade, ak sa jedná o radovú zástavbu, kde strešné roviny nekorešpondujú (prístavby a nadstavby objektu k objektu) už v článku nie je zakotvené, že presah takejto štítovej steny potom musí byť realizovaný nad povrch vyššej z nich. Ďalej je v tomto článku stanovená výnimka v prípade, že je medzi jednotlivými strešnými rovinami výškový rozdiel minimálne 1 200 mm, sa môže od tohto presahu upustiť. Ak však predpokladáme výšku plameňa 2 000 mm v prípade požiaru nižšej z nich, potom rozdiel medzi výškou plameňa a požiarnou bariérou (štítovou stenou) je 800 mm. Ako príklad požiarne nebezpečného priestoru bol vypočítaný odstup od sálania plameňa Ostrava 4. - 5. září 2013

Horľavý konštrukčný celok podľa 2.6.4 a) STN 92 0201-2 kde je maximálna plocha požiarneho úseku stanovená podľa vzťahu: Smax 

1250  2020  lna 1/2

0, 45  (n pn )

(1)

Horľavý konštrukčný celok podľa 2.6.4 b) STN 92 0201-2 kde je maximálna plocha požiarneho úseku stanovená podľa vzťahu: Smax 

1250  2020  lna 1/2

0,55  (n pn )

,(2)

V prípade, ak uvažujeme so súčiniteľom horľavosti 0,9 v strešnom priestore a počtom nadzemných podlaží 3, budú maximálne plochy vymedzené podľa vyššie uvedených limitujúcich opatrení nasledovné: podľa 5.2.7. STN 92 0201-2

2 000 m2

podľa 4.1.1. STN 92 0201-1 podľa 2.6.4 a) STN 92 0201-2

1 877 m2

podľa 2.6.4 b) STN 92 0201-2

1 536 m2

Na základe tohto jednoduchého príkladu je zrejmé, že pri obytnom strešnom priestore nie je postačujúce deliť strešný priestor radových domov (objektov) podľa 5.2.7 STN 92 0201-2. V takom prípade nie je voľba tejto limitnej plochy v rámci bezpečnosti. Ďalej všetky tieto medzné plochy požiarnych úsekov je nutné 141


zmenšiť podľa 4.1.3 STN 92 0201-1 a to o 30 % ak je v dispozícií záchranným zložkám iba jedna vnútorná zásahová cesta alebo ak je objekt prístupný iba z jednej strany. V tomto prípade hraničné plochy strešného priestoru podľa 5.2.7 STN 92 0201-2 v žiadnom prípade nespĺňajú požiadavky normy STN 92 0201-1. Keďže nie je jasne zadefinované, ktorý článok normy je nutné použiť v prípade obytného alebo neobytného strešného priestoru je voľba kritérií výhradne na pleciach projektanta - špecialistu. Štvrtá neurčitosť spočíva v možnosti strešného priestoru z konštrukčných prvkov D2 (D3), ktorú daný článok normy ponúka aj v stavbe s požiarnou výškou nad 22,5 m. Táto možnosť je však obmedzená podľa článku 2.6 a 3 normy STN 92 0201-2. Článok 2.6.7 spomenutej normy vymedzuje konštrukčné prvky, ktoré neovplyvňujú voľbu konštrukčného celku. Konkrétne pod písmenom b) tohto článku je uvedené, že v stavbe z nehorľavým alebo zmiešaným konštrukčným celkom nezohľadňuje charakter horľavosti celku prvok v poslednom požiarnom nadzemnom podlaží v stavbe s viac ako dvomi nadzemnými podlažiami avšak s požiarnou výškou najviac 22,5 m. V prípade, ak v stavbe s požiarnou výškou viac ako 22,5 m bol nad posledným požiarnym stropom použitý konštrukčný prvok druhu D2 (D3), zmení tento prvok typ konštrukčného celku na zmiešaný (D2) alebo horľavý (D3). Pri horľavom konštrukčnom celku je ale výška stavby jasne obmedzená na 9 m a (4 m) podľa výpočtového požiarneho zaťaženia.

Záver

Piatym bodom analýzy článku normy je požiadavka na mechanickú odolnosť (M) štítovej steny iba medzi stavbami. Tu vyvstáva otázka, či schopnosť odolať mechanickému namáhaniu (napr. pád konštrukcie krovu vplyvom požiaru) nie je tiež žiadaná aj v prípade vnútornej deliacej steny radovej výstavby.

Používaním nových materiálov (horľavé izolácie, povrchy obklady, zariadenia obytného priestoru a pod.) vnáša do strešného priestoru požiarne zaťaženie, ktoré sa historicky pod strechou neobjavovalo a ktoré zvyšuje riziko vzniku a rozvoja požiaru. Protipožiarne riešenie objektu bez ohľadu na charakter jeho využitia by mal zodpovedať potrebám ochrany ľudských životov, majetku a zvierat. Strešný priestor ako slabé miesto budovy z hľadiska požiarnej ochrany by mali normatívne predpisy riešiť podrobnejšie a jasnejšie aj z titulu ochrany okolitých objektov a stavieb. Geometria strešného priestoru by mala byť volená tak, aby bolo možné hasiť tento priestor jedným alebo maximálne dvomi prúdmi. Povrchy aj nevyužívaného strešného priestoru by nemali šíriť alebo prispievať k rozvoju požiaru. Prístup do tohto priestoru by mal byť jasne zreteľný a možný z každej strany. Delenie na požiarne úseky strešného priestoru musí byť limitované aj schopnosťou hasičskej jednotky tieto priestory chrániť.

Porovnanie s históriou

Použitá literatúra

Historicky sa tieto strešné priestory delili podľa tab. 11 STN 73 0802. Maximálny plocha strešného priestoru závisela od súčiniteľa horľavosti a. Pri súčiniteli a = 0,9 boli uvedené hraničné rozmery strešného priestoru 50 m dĺžky a 30 m šírky pri horľavom konštrukčnom systéme budovy a s počtom nadzemných podlaží viac ako jeden. To predstavuje plochu 1 500 m2. So vzrastajúcim súčiniteľom horľavosti sa plochy znižovali. V súčasnej legislatíve nie je ani zmienka o zohľadnení horľavosti použitých materiálov. Ak by sme šli ďalej do minulosti v roku 1978 dr. Vladimír Reichel (Reichel, 1978) uvádza hraničnú plochu na 1 200 m2. Táto požiadavka historicky obsiahla omnoho väčšie spektrum užívania strešného priestoru.

[1]

Vyhláška č. 94/2004 Z. z., ktorou sa ustanovujú technické požiadavky na protipožiarnu bezpečnosť pri výstavbe a pri užívaní stavieb v znení neskorších predpisov.

[2]

STN 92 0201 - 1 Požiarna bezpečnosť stavieb. Spoločné ustanovenia. Časť 1: Požiarne riziko, veľkosť požiarneho úseku.

[3]

STN 92 0201 - 2:2007 Požiarna bezpečnosť stavieb. Spoločné ustanovenia. Časť 2: Stavebné konštrukcie.

[4]

STN 73 0802 Požiarna bezpečnosť stavieb. Spoločné ustanovenia.

[5]

STN 73 0833 Požiarna bezpečnosť stavieb. Budovy na bývanie a ubytovanie.

[6]

Reichel, V. 1975: Požární predpisy pro stavebné objekty v praxi. Zabraňujeme škodám svazek 2. Česká štátní poišťovna. 1975. Nakladatelství technické univerzity v Prahe.

[7]

Reichel, V. 1978: Navrhováni požárni bezpečnosti staveb díl I.. Zabraňujeme škodám svazek 11. Česká štátní poišťovna. 1978. Nakladatelství technické univerzity v Prahe.

[8]

Reichel, V. 1979: Navrhováni požárni bezpečnosti staveb díl I. Zabraňujeme škodám svazek 12. Česká štátní poišťovna. 1978. Nakladatelství technické univerzity v Prahe.

Vnášanie nových materiálov do konštrukcií v strešnom priestore bez obmedzenia ich triedy reakcie na oheň a nejasnosť predpisov zvyšuje požiarne zaťaženie týchto priestorov a možnosť nekontrolovateľného prieniku a šírenia požiaru v strešnom alebo povalovom priestore. Tento priestor pritom predstavuje slabé miesto každej budovy, bez ohľadu na horľavosť konštrukčného celku danej stavby.

142



Vliv velikosti částic na LEL prachu Effect of Particle Size on the LEL of Dust Ing. Petr Lepík Ing. Jiří Serafín Ing. Miroslav Mynarz Ing. Jana Drgáčová, Ph.D. VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava - Výškovice [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected] Abstrakt Článek se zabývá vlivem velikosti zrn prachových materiálů na dolní mez výbušnosti. Jsou zde uvedeny požadavky na zkušební vzorky, postup přípravy, jednotlivá měření a vyhodnocení naměřených dat.

Průmyslové operace, při kterých vznikají prašné směsi, jsou pražení, sušení, krystalizace, prosévání, třídění, mletí, drcení, doprava výtahy, transportéry, pásy, spádem, potrubím, dále odsávání, shromažďování a čištění prachu, balení, pytlování [6]. S rostoucí velikostí částic, tj. s klesající velikostí měrného povrchu, se maximální výbuchové parametry snižují. Při střední velkosti částic větší než 0,4 mm nelze již většinu prachů standardní energií iniciovat. Tento fakt podporuje znázornění závislosti maximálního výbuchového tlaku a kubické konstanty na velikosti částice na obr. 1. Stačí však přídavek 5 až 10 hmot. % jemných podílů prachu o střední velkosti zrna cca 0,04 mm a směs je opět výbušná. Přitom si je nutno uvědomit, že při manipulaci s prachem vznikají otěrem z větších částic částice menší [3].

Klíčová slova Dolní mez výbušnosti; prach; velikost částic; výbuchová komora. Abstract The article deals with the influence of grain size of dust materials on the lower explosive limit. There are list of requirement of preparation procedure of the test samples, the measurement and evaluation of the measured data. Key words Dust; explosion chamber; lower explosion limit; particle size. Úvod S rostoucím objemem výroby a vývojem nových technologií je potřeba držet krok i ve výzkumu a vývoji zabezpečení těchto procesů. Provozy různých odvětví průmyslu, v nichž dochází k výskytu hořlavých prachů při výrobě, zpracování, skladování a transportu vyžadují zabezpečení především z hlediska protivýbuchové prevence. Výskyt hořlavých prachů v technologiích s sebou nese rizika, na které je potřeba se zaměřit. Jedním z těchto rizik je tvorba výbušné koncentrace. Dolní mez výbušnosti může být ovlivněna mnoha faktory, mezi které patří i velikost prachových částic. S klesající velikostí prachových částic se zvětšuje měrný povrch a snižuje dolní mez výbušnosti. Cílem tohoto článku je prozkoumat vliv velikosti prachových částic na dolní mez výbušnosti. Dolní mez výbušnosti byla stanovena experimentálně na výbuchové komoře VK - 100. Pro experimentální měření byly vybrány celkem 4 vzorky prachu a to černého uhlí, dřevěného uhlí, pšeničné hladké mouky a krmných kvasnic. Vliv měrného povrchu na výbuchové parametry Prach jsou částice pevné látky menší než 0,5 mm. U vláknin může být délkový rozměr vlákna větší. Některé atypické materiály se mohou chovat jako prachy i při větších rozměrech částic, např. peří. Zahrnuje rozmělněné pevné látky označované jako pudr, mouka, prášek, úlomky vláken atp. Prach může být výrobkem (mouka), polotovarem (léčiva před tabletováním) nebo odpadem (brusný prach). Prach se vyskytuje ve dvou stavech: usazený prach (aerogel) a rozvířený prach (aerosol). Přitom může snadno přejít z jednoho stavu do druhého. Usazený prach lze rozvířit (např. vibracemi, otřesy, proudem vzduchu) a naopak rozvířený prach sedimentací přechází do usazeného stavu [3]. Ostrava 4. - 5. září 2013

Obr. 1 Závislost maximálního výbuchového tlaku pmax a kubické konstanty Kmax na velikosti částic [2] Stupeň rozmělnění pevné látky má podstatný vliv na požární nebezpečí látky. Snižuje teplotu vznícení, a tak se může stát, že látka v kompaktním stavu, za normálních podmínek nehořlavá, ve formě prachu velice dobře hoří a vybuchuje. Vliv velikosti částic, s tím související jejich měrný povrch jak je znázorněno na obr. 2, hraje významnou roli i proto, že převod tepla z reakční zóny na hořlavinu i následné povrchové reakce s oxidačním prostředkem jsou závislé na velikosti povrchu částeček. Lze říci, že ve formě prachu hoří téměř všechny látky s výjimkou čistě anorganických, jako je dolomit, vápenec a další oxidy a soli kovů. [1]

Obr. 2 Znázornění měrného povrchu [4]

Výběr a příprava vzorků Pro experimentální měření vlivu velikosti prachových částic na dolní mez výbušnosti byly vybrány čtyři vzorky hořlavých prachů a to černého uhlí, dřevěného uhlí, pšeničné hladké mouky a krmných kvasnic. Vzorky byly vysušeny a namlety. Jednotlivé frakce potřebné k experimentálnímu měření byly získány pomocí setí pře síta o známé velikosti ok. Bylo připraveno celkem 5 frakcí s velikosti prachových částic < 40 μm, 40 - 63 μm, 63 - 75 μm, 75 - 90 μm a 90 - 106 μm pro vzorky černého uhlí, dřevěného uhlí a krmných kvasnic a pro vzorek pšeničné hladké mouky byly připraveny frakce 4 a to 40 - 63 μm, 63 - 75 μm, 75 - 90 μm a 90 106 μm Zařízení pro sítovou analýzu je znázorněno na obr. 3.

143


Pšeničná hladká mouka Jedná se o pšeničnou hladkou mouku prodávanou pod názvem Předměřická mouka pšeničná světlá. V tab. 3 jsou uvedeny výsledky stanovení sypné hustoty v závislosti na velikosti prachových částic. Tab. 3 Sypné hustoty prachu pšeničné hladké mouky v závislosti na velikosti částic [5] Velikost částic [μm] 40 - 63

Obr. 3 Sítová analýza prachového vzorku

63 - 75

Černé uhlí Vzorek černého uhlí byl získán od společnosti Coal Mill a.s. Jedná se o černouhelný prach z dolu Lazy, který je produktem uvedené společnosti jako energetický zdroj pro kotlová a procesní spalovací zařízení. V tab. 1 jsou uvedeny výsledky stanovení sypné hustoty v závislosti na velikosti prachových částic. Tab. 1 Sypné hustoty prachu černého uhlí v závislosti na velikosti částic [5] Velikost částic [μm] 40 - 63

63 - 75

75 - 90

Měření č.

Sypná hustota [kg.m-3]

1

585,6

2

581,0

3

569,6

1

633,2

2

651,5

3

619,3

1

661,3

2 3

657,4

ø sypná hustota [kg.m-3] 579

75 - 90

767 63 - 75

Dřevěné uhlí

Velikost částic [μm] 40-63

63-75

75-90

Měření č.


1

420,5

2

434,6

3

441,8

1

489,1

2

465,2

3

466,6

1

553,8

2

521,2

3

540,2

420,5

2

434,6

3

441,8

1

489,1

2

465,2

3

466,6

1

553,8

2

521,2

3

540,2

432

474

538

Tab. 4 Sypné hustoty prachu krmných kvasnic v závislosti na velikosti částic [5]

40 - 63

Tab. 2 Sypné hustoty prachu dřevěného uhlí v závislosti na velikosti částic [5]

1

ø sypná hustota [kg.m-3]

Krmné kvasnice jsou používány většinou pro výrobu krmných směsí pro hospodářská a domácí zvířata. Jedná se o vzorek kvasnic Vitex výrobce Biocel Paskov. V tab. 4 jsou uvedeny výsledky stanovení sypné hustoty v závislosti na velikosti prachových částic.

635

Vzorek dřevěného uhlí byl připraven mletím běžně dostupného dřevěného uhlí určeného ke grilování. V tab. 2 jsou uvedeny výsledky stanovení sypné hustoty v závislosti na velikosti prachových částic.


Krmné kvasnice

Velikost částic [μm]

982,5

Měření č.

75 - 90

Měření č.


1

496,2

2

489,0

3

500,3

1

531,6

2

557,7

3

551,0

1

583,3

2

600,2

3

588,5


547

591

Zkušební zařízení Měření dolní meze výbušnosti bylo prováděno na zkušebním zařízení VK - 100 zobrazené na obr. 4.


474

538

Obr. 4 Výbuchová komora VK - 100 144



Výbuchová komora VK - 100 má objem 100 l a je určená pro měření dolních mezí výbušnosti hořlavých plynů, par hořlavých kapalin, prachů a jejich kombinací. Schéma výbuchové komory je uvedeno na obr. 5.

Dřevěné uhlí Výsledky měření dolní meze výbušnosti dřevěného v závislosti na velikosti částic jsou uvedeny v tab. 6 a na obr. 7. Tab. 6 LEL prachu dřevěného uhlí v závislosti na velikosti částic [5] Velikost částic [μm]

<40

40-63

63-75

75-90

90-106

LEL [g.m-3]

56

61

83

98

126

130 120 LEL [g.m-3] L

110 100 90 80 70 60 50

0

<40

40Ͳ 63

63Ͳ 75

75Ͳ 90

90Ͳ 106

Velikost þástic [μm]

Obr. 7 LEL prachu dřevěného uhlí v závislosti na velikosti částic

Obr. 5 schéma výbuchové komory VK - 100 Postup měření

Pšeničná hladká mouka

Měření bylo prováděno s chemickým iniciátorem o energii 4,5 kJ. Rozviřovací tlak byl nastaven na 7 barů, doba rozvíření byla 160 ms a doba zpoždění iniciace 60 ms. Navážka testovaného vzorku byla navážena na laboratorních vahách a vzorek se rovnoměrně rozdělil do 4 rozviřovacích misek. Do středu zkušební komory se mezi elektrody umístil chemický iniciátor a komora se zakryla papírovou membránou. Po té se na ovládacím panelu nastavil požadovaný rozviřovací tlak, doba rozvíření a doba zpoždění iniciace. Po těchto krocích bylo možné provést samotné měření a na základě výsledku zkoušky zda došlo k výbuchu či nikoliv se pokračovalo s novou navážkou vzorku tak dlouho, dokud nebylo nalezeno rozhraní mezi koncentracemi, kdy k výbuchu došlo a kdy ne. Pro každou koncentraci byly provedeny vždy tři měření. Pokud alespoň jednou ze tří pokusů došlo k výbuchu, pokus byl vyhodnocen jako výbušná koncentrace prachu. Výsledkem bylo stanovení dolní meze výbušnosti, jako aritmetického průměru hodnot koncentrací kdy k výbuchu došlo a kdy ne.

Výsledky měření dolní meze výbušnosti prachu pšeničné hladké mouky v závislosti na velikosti částic jsou uvedeny v tab. 7 a na obr. 8.

Naměřené hodnoty

Tab. 7 LEL prachu pšeničné hladké mouky v závislosti na velikosti částic [5] Velikost částic [μm]

40-63

63-75

75-90

90-106

71

98

153

233

LEL [g.m ]

LEL [g.m-3] L

-3

240 220 200 180 160 140 120 100 80 60

0

75Ͳ 90

90Ͳ 106


Černé uhlí Výsledky měření dolní meze výbušnosti černouhelného prachu v závislosti na velikosti částic jsou uvedeny v tab. 5 a na obr. 6. Tab. 5 LEL černouhelného prachu v závislosti na velikosti částic [5] Velikost částic [μm]

<40

40-63

63-75

75-90

90-106

LEL [g.m-3]

38

43

43

56

73

Obr. 8 LEL prachu pšeničné hladké mouky v závislosti na velikosti částic Krmné kvasnice Výsledky měření dolní meze výbušnosti prachu krmných kvasnic v závislosti na velikosti částic jsou uvedeny v tab. 8 a na obr. 9. Tab. 8 LEL prachu pšeničné hladké mouky v závislosti na velikosti částic [5]

75 70 LEL [g.m-3]

63Ͳ 75

40Ͳ 63

65

Velikost částic [μm]

<40

40-63

63-75

75-90

90-106

60

LEL [g.m ]

68

83

96

108

136

-3

55 50 45 40 35

0

<40

40Ͳ 63

63Ͳ 75

75Ͳ 90

90Ͳ 106


Obr. 6 LEL černouhelného prachu v závislosti na velikosti částic


145


140

230

130

LEL [g.m-3]

LEL [g.m-3] L

120 110 100 90 80

0

<40

40Ͳ 63

63Ͳ 75

75Ͳ 90

30

90Ͳ 106

0


Obr. 9 LEL prachu krmných kvasnic v závislosti na velikosti částic

Závěr Cílem tohoto článku bylo ověření vlivu velikosti prachových částic na dolní mez výbušnosti. Součástí přípravy vzorků pro experimentální měření bylo stanovení sypné hustoty těchto vzorků v závislosti na velikosti prachových částic. Na obr. 10 je zobrazena závislost sypné hustoty na velikosti prachových částic jednotlivých vzorků.

<40

ýerné uhlí

40Ͳ 63

63Ͳ 75

75Ͳ 90

Velikost þástic [μm] DĜevČné uhlí Krmné kvasnice

90Ͳ 106

Pšeniþná hladká m

Obr. 11 Vliv velikosti prachových částic na dolní mez výbušnosti Jak je z grafu patrné, dolní mez výbušnosti klesá s klesající velikosti prachových částic. Největší pokles dolní meze výbušnosti je u pšeničné hladké mouky. U vzorků černého uhlí, dřevěného uhlí a krmných kvasnic je pokles dolní meze výbušnosti srovnatelný. Použitá literatura [1] Burian, S.: Výbušnost hořlavých prachů. [online]. [cit. 201307-15]. Dostupné z: http://www.tlakinfo.cz/t.py?t=2&i=1585. [2] Cesana, Ch.; Sivek, R.: KSEP - Handbuch. Birsfelden, Schweiz: Kühner, 56 p.

800 Sypná hustota [kg.m-3]

130 80

70 60

180

750 700

[3] Damec, J.: Protivýbuchová prevence. Edice SPBI SPEKTRUM 8. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, Dotisk 1. vydání. 2005. 1ŘŘ s. ISBN 80-86111-21-0.

650 600 550 500 450 400

40Ͳ 75

63Ͳ 75

75Ͳ 90

Velikost þástic [μm] ýerné uhlí

DĜevČné uhlí

Pšeniþná hladká mouka

Krmné kvasnic

Obr. 10 Závislost sypné hustoty na velikosti prachových částic Jak je z grafu patrné s rostoucí velikosti prachových částic roste i hodnota sypné hustoty.

[4] Eckhoff, R.K.: DUST EXPLOSIONS in the Process Industries. 3rd edition. [s.l.]: Gulf Professional Publishing, 2003. 719 p. ISBN -13: 978-0-7506-7602-1, ISBN-10: 0-7506-7602-7. [5] Hamrozi, D.: Vliv zrnitosti na dolní mez výbušnosti prachu v rozvířeném stavu. Ostrava 2013. 76 s. Diplomová práce. VŠB TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství. [6] Kalousek, J.: Základy fyzikální chemie hoření, výbuchu a hašení. Edice SPBI SPEKTRUM 4. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2. vydání. 1999. 203 s. ISBN 80-86111-34-2.

Výsledky experimentálního měření vlivu velikosti prachových částic na dolní mez výbušnosti jsou uvedeny na obr. 11.

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM EDICE SPBI SPEKTRUM

4.

Základy fyzikální chemie hoření, výbuchu a hašení Jaroslav Kalousek

Hoření, výbušné přeměny, hašení jsou děje, podmíněné přenosně chemickými reakcemi. Tepelný efekt, složení produktů, rychlosti fyzikálních a chemických procesů, podmínky jejich podpory nebo potlačení, vypařování JAROSLAV KALOUSEK kapalin, vznik plynných, kapalných a prašných soustav, jejich meze, inertizace, přechod hoření v detonaci a jiné jsou témata, kterými se tato publikace zabývá. Předpokladem studia jsou znalosti anorganické a organické ZÁKLADY FYZIKÁLNÍ CHEMIE HOěENÍ, VÝBUCHU A HAŠENÍ chemie, fyziky a matematiky, odpovídající středoškolskému vzdělání. Příklady, řešitelné metodami středoškolské matematiky, jsou významnou částí publikace. SDRUŽENÍ POŽÁRNÍHO A BEZPEýNOSTNÍHO INŽENÝRSTVÍ

ISBN 80-86111-34-2. Rok vydání 1999.

cena 160 Kč


2. vydání

146



Kyanid (kyanovodík) ako toxická látka, všadeprítomný produkt spaľovania v súčasných požiaroch Cyanide a Toxic Agent a Ubiquitous Product of Combustion in Modern Fires doc. Ing. Iveta Marková, CSc. prof. Ing. Ján Zelený, CSc. Univerzita Mateja Bela v Banskej Bystrici, Fakulta prírodných vied Tajovského 40, 974 01 Banská Bystrica, Slovenská republika [email protected], [email protected]

Tab. 1 Najvyššie prípustné hodnoty vystavenia plynom, parám, aerosólom s prevažne toxickým účinkom v pracovnom ovzduší (NPEL) (Príloha č. 1 nariadenia vlády (NV) SR č. 355/2006 Z.z. o ochrane zamestnancov pre rizikami súvisiacimi s expozíciou chemickým faktorom pri práci v znení neskorších predpisov v poslednej novele 471/2011 Z.z)

Abstract Smoke is underestimated in practice as a source of toxic and cause poisoning. As part of any real fire and as a product of incomplete combustion contains a mixture of combustion products, which in terms of the composition contain toxic substances. Acute toxicity reported CO and HCN. This paper describes the reasons of HCN as a combustion product, evidence of its presence in the products of combustion and mechanism of action of HCN on the human body.

Pozn. [mg.m-3]

priemerný

CAS

[ppm]

Kyanid, produkty horenia, požiar, toxická látka.

Chemická látka

[mg.m-3]

Kľúčové slová

Po. číslo

[ppm]

Dym je v praxi podceňovaný ako zdroj toxických látok a príčiny otravy. Ako súčasť každého reálneho požiaru a ako produkt nedokonalého horenia obsahuje zmes produktov horenia, ktoré z hľadiska zloženia obsahujú toxické látky. Akútnu toxicitu vykazujú CO a HCN. Príspevok popisuje dôvody vzniku HCN ako produktu horenia, dokazovanie jeho výskytu v produktoch horenia a mechanizmus pôsobenia HCN na ľudský organizmus.

krátkodobý

NPEL

Abstrakt

149.

Kyanidy (ako CN) (inhalovateľná frakcia)

-

-

5

-

-

K

150.

Kyanovodík (kyselina kyanovodíková)

74-90-8

1,9

2,1

3,8

4,2

K

K - faktor môže byť ľahko absorbovaný kožou V rámci hodnotenia HCN ako chemickej látky podľa REACH, ADR/RID a identifikačného systému Diamant má nasledujúce označenie (obr. 1). KYANOVODÍK CAS: 74-90-8 Horľavá kvapalina s nízkym bodom varu

Key words Cyanide, products of fire, fire, toxic agent. Úvod Bežné literárne zdroje o kyanide začínajú klauzulou: Kyanid je jednou z najjedovatejších a najrýchlejšie pôsobiacich chemických látok vôbec. Smrť nastáva do niekoľkých sekúnd od požitia 100 miligramovej dávky a do niekoľkých hodín pri požití 300 mg ústne podanej dávky. K expozícii zvyčajne dochádza pri vdychovaní dymu, pretože kyanid je najbežnejší produkt horenia mnohých organických materiálov vrátane plastov...(http://hbot. g7oz.org/sk/?page_id=191). Je nutné konštatovať, že uvedené tvrdenia sa zakladajú na pravde. Kyanovodík (ďalej len HCN) ako plynná látka, sa tvorí pri samotnom fajčení a dochádza k inhalácií človekom, avšak historicky bol zatienený podielom tvoriaceho sa oxidu uhoľnatého. V súčasnosti sa venuje kyanidu zvýšená pozornosť, keďže americké štatistiky dokazujú, že kyanovodík významne prispieva k až k 10.000 úmrtí očne v dôsledku inhalácie fajčením a zároveň poukazujú na skutočnosť, že otrava kyanidom je v väčšinou spojená s prítomnosťou dymu (Cyanide and Modern Fires, 2005). Do popredia sa dostáva otázka: do akej miery a ako často sa v rámci tvorby produktov v súčasných požiaroch vyskytuje kyanid (ďalej CN) a čo je zdrojom jeho tvorby. Samotná slovenská legislatíva akceptuje dve bežne existujúce formy (tab. 1).


Obr. 1 Symboly nebezpečnosti a označenie HCN (11. Príručka nebezpečných látok pre príslušníkov HaZZ. Bratislava 2009.)

Produkt horenia - dym Produkty predstavujú pestrú zmes látok vznikajúcich pri horení a v dôsledku nedokonalého horenia vzniká spolu s produktmi horenia špecifická zmes dym. Dym, s pozitívneho hľadiska, pre účely vykurovania, znamená teplo, pohodlie a pokrok, avšak je nutné akceptovať aj negatívne hľadisko spojené s jeho zložením (toxicita produktov), a vtedy dym znamená hrozbu a nebezpečenstvo. Z fyzikálno-chemického hľadiska dym predstavuje disperzný systém pevných čiastočiek (10-2 až 10-4 mm) rozptýlených vo vzduchu. Čiže v prípade procesu horenia látok môže dôjsť k vzniku produktov, či už vo forme pevných, kvapalných a plynných látok. Podľa Schnepp (2005) je dym (najmä v uzavretom priestore obytných stavieb) pestrá zmes častíc, super ohriaty vzduch a toxické chemické zlúčeniny. Oravec (2011) prezentuje vznik najrozličnejších produktov (plynné, kvapalné, tuhé) pri požiari, ktoré roztriedil do skupín asfyxanty, iritanty a toxikanty. Najpočetnejšiu skupinu predstavujú plynné produkty. Rozlišujeme vznikajúce spaliny a splodiny. spaliny sú produkty, 147


ktoré vznikajú ako následok procesu horenia. Je nutné poznamenať, že v prípade reálneho požiaru sú teploty vyššie ako 500 °C, takže vzniknuté spaliny sú aj také látky, ktoré za normálnej teploty sú buď kvapalné alebo tuhé (H2O, CO2). Zloženie spalín a ich množstvo závisí na chemickom zložení a skladbe horľaviny a druhu oxidačného prostriedku. Zaujímavé sú len tie zlúčeniny, ktoré vznikajú oxidáciou kyslíka, teda oxidy. Ako je nám už známe organické aj anorganické horľaviny sa skladajú hlavne s uhlíka, vodíka, kyslíka, síry, fosforu a dusíka, preto v spalinách nachádzame ich oxidy = päťprimárnych produktov spaľovania, ako dôsledok primárnej chemickej reakcie horenia realizujúcej sa v prebytku kyslíka (CO, CO2, H2O, SO2 a oxidy fosforu): Takmer všetky oxidy, ktoré pri horení vzniknú sú produktom exotermických reakcii (ΔH je záporné). Oxidy, ktoré ku svojmu vzniku potrebujú teplo, nachádzame ako produkty horenia v nepatrnom množstve, pretože sa pri ochladzovaní veľmi ľahko rozkladajú na východiskové látky za súčasného uvoľnenia energie (tepla). Oxidy dusíka, ktoré sú endotermické oxidy, pri procesoch horenia takmer nenachádzame. Produkty pyrolýzy predstavujú pestrú paletu rôznych medziproduktov, ktoré zhoršujú podmienky hasiaceho zásahu svojou toxicitou, horľavosťou a častou explozívnosťou. Patria k nim nasýtené a nenasýtené uhľovodíky, zlúčeniny s kyanidovou skupinou (-CN) v molekule, zlúčeniny uhlíka so sírou, amíny, oxidy dusíka a ďalšie. Dôležité je venovať zvláštnu pozornosť tým splodinám horenia, ktoré spôsobujú škody na zariadeniach, na rastlinstve, živočíšstve, ale najmä na ľudskom zdraví, čiže toxickým. Príčiny vzniku HCN ako produktu horenia V rámci komerčného a rezidenčného využitia v spoločenskotechnickej praxi dominujú syntetické materiály (plasty, silonky, a polyméry, ako je polystyrén a polyuretánová pena). Autori LeeChiong (1999) a Alarie (2002) dopĺňajú uvedenú skupinu látok ako polyméry, papier, bavlna, vlna, a hodváb. Uvedené materiály významne ovplyvňujú spaľovanie a nárast požiaru a zloženie dymu. Väčšina syntetických látok sú látky spojené s rôznymi atómami vodíka, dusíka, chlóru a síry. Syntetický materiál sa vznieti pri relatívne nízkych teplotách a spôsobí rýchlo sa rozvíjajúci požiar a tvorbu toxického dymu. Rýchly rozvoj požiaru a vysoko toxický charakter dymu vytvorí nebezpečnú situáciu s množstvom sekundárnych dopadov na zdravie ľudí a environment. Učebnicovým príkladom je požiar matracu v malej spálni, ktorý ilustruje vyššie uvedené body. Typický matrac je tvorený najmä z polyuretánovej peny, ktorý sa skladá z mnohých chemikálií vrátane polyoly (organické molekuly alkoholu a väčšina polyuretán zlúčeniny), toluén diizokyanát (bežne známy ako TDI), metylénchlorid a amoniak. Ak je polyuretánová pena vystavená teplu, východiskové látky sa rozkladajú a zaniknuté pôvodné väzby sa navzájom prepájajú a vytvárajú veľa nových zlúčenín. Niektoré zlúčeniny sú dráždivé, ako chlorovodík a amoniak (spôsobujú podráždenie očí alebo dýchacích ciest). Ďalšie, ako sú CO a HCN sú toxické pri vdýchnutí. (Walsh, W. D., 2005). Odborníci v požiarnom inžinierstve vedia, že HCN je jedným z najrýchlejšie pôsobiacich a smrtiacich jedov. Práve americké štatistiky uvádzajú, že najčastejšou príčinou akútnej otravu kyanidom je dym z požiaru. cieľom príspevku je prezentovať súčasnú situáciu vo výskume výskytu HCN ako produktu požiaru a poukázať na jeho toxické účinky v prípade inhalácie. Aj Oravec (2011) poukazuje na to, že akútne toxické účinky produktov požiaru majú len 2 produkty, a to oxid uhoľnatý CO a kyanovodík HCN a podrobne popisuje hodnoty koncentrácii CO a HCN a prejav ich účinkov na ľudský organizmus.

148

Dokazovanie HCN ako produktu požiaru V dôsledku úmrtia 400 ľudí v nočnom klube, v dôsledku ich otravy, vo West Warwick na Rhode Island v noci vo february 2003, sa americký úrad National Institute of Standards and Technology (NIST) rozhodol zrealizovať experimenty, kde by sa simulovala vzniknutá situácia v nočnom klube a sledoval sa podiel a zloženie vytvoreného dymu v dvoch základných variantoch: klub bez požiarno-technického vybavenia a s inštalovaným sprinklerovým zariadením. Experimenty boli vykonané v skúšobniach o rozmeroch a s materiálmi podobnými ako v uvedenom nočnom klube. Počas simulácie požiaru sa merali teploty miestnosti ako aj koncentrácia rôznych spalín v oboch variantoch požiaru. Z dôvodu neopakovateľnosti uvedených modelových testov autori vyvodili orientačné závery, kde konštatujú, že výsledky simulácií v nechránenom (bez sprinklera) priestore nočného klubu sa uvedený priestor môže stať smrtiaci. Počas niekoľkých sekúnd od zapálenia požiaru, narastajú koncentrácie toxických produktov spaľovania uhlíka (CO2 a CO) a zároveň stúpala koncentrácia HCN, ričom hladina kyslíka klesla. Došlo k vytvoreniu podmienok nezlučiteľných s udržaním života klientov. (Walsh, W.D., 2005). V správe sa konštatuje, že počas 90 sekúnd po vzplanutí v skúšobnom uzatvorenom priestore dochádza k tvorbe smrteľnej koncentrácie vytvorených produktov. (Walsh, W.D., 2005). Zatiaľ čo teplota a obsah kyslíka v simulácií požiaru, so sprinklerovým zariadením, boli udržiavané na takmer rovnakej úrovni, ako na vonkajších úrovniach, a od podlahy ku približne 1,4 m dochádzalo k tvorbe neutrálnej roviny a vytvoreniu priestoru pre poskytovateľov zdravotnej starostlivosti, o čom svedčí kazuistika zverejnená v New England Journal of Medicine v roku 2004. (Walsh, W. D., 2005). Výsledky experimentov NIST sú v súlade s možnosťou, že zvýšená hladina HCN je jednou z príčin indispozície a smrti v požiari v nočnom klube na Rhode Island. Kyanovodík je vysoko toxická látka a spalina, ktorá vzniká pri spaľovaní materiálov obsahujúcich dusík. To znamená, že pri spaľovaní takmer akéhokoľvek materiálu nájdeného alebo používaného pri stavbách, možno rátať s prítomnosťou HCN ako produktu požiaru uvedenej stavby. Zároveň je nutné rátať s materiálmi dennej spotreby v stavbe. Sedacie súpravy, stereo skrine, závesy, prikrývky a koberce, všetky produkujú HCN a ďalšie bežné vedľajšie produkty spaľovania. Okrem toho, požiare motorových vozidiel, požiare garáži a odpadových kontajnerov sú schopné generovať HCN a iné toxické látky. Ďalším zaujímavým výskumom bol výskum Švédskeho národného testovacieho a výskumného ústavu (SNTRI), ktorý vykonal priekopnícke prace ohľadom identifikácie toxických látok v plameni cigarety (čiže v procese fajčenia) a naznačujú relatívne uznávané nebezpečenstvo oxidu uhoľnatého (SP Swedish, 2000), ale zároveň začínajú celú radu testov ohľadom prítomnosti HCN ako produktu požiaru. V skutočnosti, kyanid ako produkt horenia nebol nájdený, pretože nebol hľadaný, ale to neznamená, že v požiari ako produkt nebol. Údaje zo štúdií vykonaných podľa SNTRI sú v súlade s NIST pričom hovoria o tom, že HCN je hlavný produkt spaľovania vznikajúci pri spaľovaní materiálov bežne vyskytujú v domácich štruktúrach (Walsh, W. D., 2005). V jednej sérii experimentov, SNTRI hodnotí emisie HCN a CO v rámci oboch variant požiaru: bezplameňového (t.j. pyrolýzy) a plameňového (tj, spaľovania). Počas experimentu - spaľovaní vlny, nylonu, syntetického kaučuku, melamínu a polyuretánovej peny výsledky ukazujú, že zo všetkých uvedených látok vzniká vysoké množstvo HCN pri spaľovaní, najmä v podmienkach pyrolýzy. preukazuje sa nedostatok kyslíka a uvoľňuje sa CO. (Walsh, W. D., 2005).



Berúc na vedomie, že HCN je asi 35 krát viac toxickejší ako CO počas akútnej expozície, autori zdôraznili venovať zvýšenú pozornosť toxickému produktu HCN (Murphy, 2010). Schnepp (2005) poukazuje na to, že HCN a CO sa môžu podnecovať navzájom. V rámci švédskeho výskumu sa Heimo Tuovinena et al. (2004) venoval chemickej kinetike modelov pre výpočet vzniku kyanovodíka (HCN). Chemická kinetika modelu bola začlenená do Reynolds- Navier-Stoke (RANS). Pre účely výskumu bol použitý CFD program, ktorý bol použitý pre simuláciu dvoch laboratórnych skúšok spaľovania nylonu. Išlo o spaľovanie zmesi metylamínu a etylénu s použitím stacionárneho laminárneho plameňa. Výpočty ukazujú, že recyklácia spalín k plameňu zvyšuje tvorbu HCN a CO. Podobne, zníženie ventilácie, zvyšuje tvorbu týchto produktov. V rámci prezentácie modelov vytvorených programom CFD Heimo Tuovinena et al. (2003) prezentuje návrh rozloženia teploty v uzavretej miestnosti s otvorom v obvode skúšobnej miestnosti v rámci požiarneho scenára room-test (obr.2), následne uvedené modely autori konfrontovali realizáciou experimentálneho výskumu, kde získali porovnateľné hodnoty (Heimo Tuovinena et al. 2004). Na základe vykonaných pokusov, SNTRI identifikovali faktory, ktoré ovplyvňujú množstvo kyanidu vzniknutého ako produkt v požiari, a to (Heimo Tuovinena et al. 2004): 1. koncentrácia kyslíka vo vzduchu v blízkosti plameňa je nižší (a postupne klesá) ako v prípade čerstvého vzduchu; 2. vzduch v požiari je súčasťou zmesi vzduch + palivo + produkty spaľovania, a produkty spaľovania znižujú účinnosť spaľovania a výsledkom je nedokonalé spaľovanie, a 3. nárast požiaru zvyšuje obsah produktov spaľovania (spalín) vo vzduchu. Pomocou týchto modelov boli identifikované dve podmienky, ktoré zvyšujú pravdepodobnosť HCN v požiari (Heimo Tuovinena et al. 2004): 1. recyklácia spalín v uzavretom priestore podnecuje nárast HCN; 2. zníženie ventilácie (prívodu vzduchu) v požiari podnieti zvýšenie tvorby HCN 6-krát až 10-krát vzhľadom k ventilačným podmienkam. Je nutné poznamenať, že uvedené podmienky platia aj pre tvorbu CO. Štúdie Baud et al. (1991) Alarie (2002) a Calafat (2002) ukazujú prítomnosť HCN v letálnych koncentrácia v krvi obetí požiarov. Dokonca sa polemizuje o miere toxickej účinnosti medzi HCN a CO (Walsh, W. D., 2005). Kyanovodík a ďalšie toxické látky v subletálnych koncentrácia zrejme pôsobia ako unikajúce inhibítory v moderných požiarov. Význam slova „unikajúce inhibítory” je možné vysvetliť nasledujúcim spôsobom: Expozícia nízkou koncentráciou HCN v požiari môže spôsobiť bezvedomie, ktoré zabráni samovoľnému uniku z požiaru. S otravou HCN súvisia ďalšie indispozície, obeť môže byť aj naďalej vystavená expozícii HCN a dochádza k inhalácii zvýšeného množstva CO ainých škodlivých plynov. CO otrava môže nakoniec byť priamou príčinou smrti. Avšak, CO otrava by sa nemusela zrealizovať bez vyvolaného zneschopnenia HCOom. HCN (unikajúci inhibítor) je pravdepodobne príčinou úmrtia v tomto príklade. Uvedené tvrdenie je podporené Schnepp (2005) výsledkami experimentov modelovania požiaru na zvieracích výskumoch.


a) HCN concentration in ppm

c) CO2 concentration in mole fractions

b) CO concentration in ppm

d) Gas temperature

Obr. 2 Kalkulácia tepelného toku, kalkulácia koncentrácie HCN, CO a CO2 v ppm podľa Heimo Tuovinena, Per Blomqvista (2003) Mechanizmus otravy kyanidom (HCN) Princípom otravy HCN je deaktivačný mechanizmus buniek, ktoré viažu kyslík (Koschel, 2002., Klaassen, 2001). Kyslík je substrát pre aeróbny metabolizmus, ktorý vytvára adenozín trifosfát (ATP), hlavný zdroj bunkovej energie. Neschopnosť kyanidom otrávených buniek absorbovať kyslíka spôsobuje prechod od aeróbného metabolizmu na anaeróbny metabolizmus. Uvedená zmena iniciuje oveľa menej účinný proces tvorby energie a bunka napadnutá HCN vytvára vedľajšie toxické produkty, ako sú kyselina mliečna. Hromadenie toxických vedľajšie produkty z anaeróbnej metabolizmu spôsobuje bunkovú smrť (Augustine, 2005). Srdce a mozog sú orgány, ktoré nutne potrebujú nepretržitú dodávku kyslíka, čiže sú najrýchlejšie ovplyvnené otravou HCN, preto príznaky akútnej otravy HCN sa odrážajú nešpecifickými účinkami kyslíka na srdce a mozog (Augustine, 2005). Expozícia nízkymi koncentráciámi HCN spočiatku môže spôsobiť respiračnú aktiváciu pretože sa snaží kompenzovať nedostatok kyslík. Táto aktivácia prerastá do respiračnej a srdcovej depresie. Čoskoro neurologické prejavy, ktoré odrážajú počiatočné účinky deprivácie mozgu kyslíkom zahŕňajú bolesť hlavy, úzkosť, a strata úsudku. Neskoršie prejavy expozície HCN v menšej patrí srdcová arytmia, stupor, bezvedomie a záchvaty, ktoré vrcholia v respiračnej depresii a smrť. Doba medzi expozíciou a stratu pracovnej schopnosti alebo smrťou sa líši v závislosti na koncentrácii expozície, ale čase expozície (Augustine, 2005). Výstižne vysvetľuje mechanizmus toxických účinkov na ľudský organizmus Oravec (2011), kde prezentuje schopnosť HCN na rozdiel od CO sa neviazať sa s hemoglobínom, ale reaguje s iónmi cytochromovej oxidázy v mitochondriách buniek (čiže tvorba ATP). Výsledkom je inhibícia využitia kyslíka v bunkách (histotoxická hypoxia). Rozdiely začínajú v kvantifikácii vplyvu účinkov HCN. Oravec (2011) uvádza všeobecnú hodnotu koncentrácie HCN 1 mg.l-1 krvi považuje za toxikologicky významnú. Množstvá viac ako 3 mg.l-1 sú väčšinou smrteľné. Analýza kyanidov v krvi sa musí interpretovať ohľadom na skutočnosť, že tieto ióny sú prítomné v krvi a sú súčasťou metabolizmu organizmu. Pri požiaroch, kde došlo k smrteľným následkom pôsobením produktov horenia, významné koncentrácie kyanidov boli vždy doprevádzané vysokým 149


nasýtením krvi karboxyhemoglobínom COHb. (Oravec, 2011). Príčina smrti z tohto hľadiska je nejednoznačná a úloha kyanidov v krvi v týchto súvislostiach, nedostatočne preskúmaná aj keď ďalší autori poukazujú na vzájomnú podmienenosť účinkov CO a HCN.

[4]

Balog, K.; Tureková, I. 2005.: Priemyselná toxikológia. Bratislava: STU v Bratislave, 2005. 160 s. E-skriptá. ISBN 80-227-2337-1 (https://sweb.mtf.stuba.sk).

[5]

Baud, F.; Barriot, P.; Toffis, V. et al. 1991.: Elevated blood cyanide concentrations in victims of smoke inhalation. N Engl J Med. 1991; 325:1761-1766.

[6]

Calafat, A.M; Stanfill, S.B.: Rapid quantitation of cyanide in whole blood by automated headspace gas chromatography. J Chromatogr B Analyt Technol. Biomed Life Sci. 2002; 772:131-137.

[7]

Heimo Tuovinena, Per Blomqvista. 2003. Formation of hydrogen cyanide in room fires. SP Report 2003:10. Borås, Sweden, 2003. ISSN 0284-5172.

[8]

Heimo Tuovinena, Per Blomqvista, Fikret Saricb. 2004. Modelling of hydrogen cyanide formation in room fires. In Fire Safety Journal. Volume 39, Issue 8, November 2004, Pages 737-755.

[9]

Hertzberg, T.; Blomqvist, P.; Dalene, M. et al.: Particles and isocyanates from fires. Brandforsk project 324-021. SP Swedish National Testing and Research Institute. SP Report 2003:05. Borås, Sweden, 2003.

Izokyanidy vznikajúce pri spaľovaní Ďalšie zistenia z SNTRI naznačujú významný vplyv izokyanátov a mali by sa akceptovať ako existujúce riziko súvisiace s nebezpečenstvom požiaru. Izokyanid sa pripravuje z kyanidu a uhľovodíkov, pričom sa izokyanáty bežne vyskytujú v plastoch a lepidlách. Izokyanáty sú generované pri tepelnom rozklade z uretánmi, čiže je súčasťou materiálov obsahujúcich dusíkaté zlúčeniny. V rámci výskumu Hertzberg et al. (2003) bola hodnotená tvorba toxických roduktov (najmä izokyanátov) prostredníctvom malorozmerových spaľovacích experimentov (small-scale experiments) zahrňujúcich 18 materiálových štandardov používaných v stavebníctve a veľkorozmerové experimenty (large-scale experiments) zahŕňajúce 2 domáce výrobky (tj pohovka a matraca). Boli zaznamenané produkty spaľovania: CO, SO2, HF, Cl2 a HCN. V malo-rozmerových experimentoch boli izokyanáty zistené v koncentrácii, ktorá je potenciálne nebezpečná. Z výsledkov vyplýva, že zvýšené hladiny koncentrácie izokyanátov v požiari, môže spôsobiť život ohrozujúce podmienky, aj keď HCN a CO zostávajú na bezpečných úrovniach. Rozsiahle experimenty sa líšil od malých experimentov spaľovania generovaním vysokých koncentrácii toxických produkty, ako sú HCN, CO ako aj izokyanáty Ako príklad Hertzberg et al. (2003) vo veľkorozmerovom teste = zapálená pohovka v uzavretom priestore, izokyanát dosiahol približne 17 % koncentrácie, ktorá toxická (IDLH) a CO dosiahol 30 % hodnoty IDLH počas skúšobnej doby.

[10] Klaassen, C.D. 2001.: Nonmetallic environmental toxicants. Air pollutants, solvents and vapors, pesticides. 10th edition. Hardman JG, Limbird LE, eds. New York: McGraw-Hill; 2001: 1902 pp. [11] Koschel, M.J. 2002.: Where there’s smoke, there may be cyanide. Am J Nurs. 2002; 102:39-42. [12] Lee-Chiong, TL. 1999.: Smoke inhalation injury. Postgrad Med.1999;105:55-62. [13] Murphy, M.E., 2010.: Hydroge cyanide is strukture fires. FIREMEDICALLY SPEAKING. ISSUE 1, 2010, p. 19-20.

Hertzberg et al. (2003), na základe získaných výsledkov, dospeli k záveru, že izokyanáty by mali byť zahrnuté do odhadovanie toxický účinok plynných zmesí.

[14] Oravec, M., 2011.: Manažérstvo priemyselných havárií. Košice: TUKE v Košiciach, 2011. 68 s. E-skriptá. ISBN 80227-2337-1 (https://sweb.mtf.stuba.sk).

Záver

[15] Ostrovský, I.; Kubinec, P. 2008.: Environmentálna chémia. Matrice. Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského v Bratislave. Bratislava: 2008. [elektronický zdroj]. ISBN 978-80- 223-2599-8.

Na základe podmienok požiaru, HCN vzniká ako medziprodukt spalín a / alebo konečný produkt. Izokyanáty tiež vznikajú pri spaľovaní a mali by byť brané do úvahy ako potencionálne nebezpečenstvo týkajúce sa požiaru a dymu. Odborníci v protipožiarnej ochrane upozorňujú na prítomnosť HCN spolu s CO a je potrebné uvedenú skutočnosť akceptovať a v prípade vystaveniu obete inhalácii dymy bolo by potrebné urobiť testy na otravu HCN. Vytvorené množstvo HCN sa môže líšiť od jednotlivých druhov požiaru (pyrolýza, spaľovanie) a v danom požiari v závislosti od faktorov, ako sú zloženie horiaceho materiálu, rýchlosť horenia, absolútna teplota a koncentrácia okolitého kyslíka podporujúceho horenie a prítomnosť alebo absencia vetrania (prúdu vzduchu). Zoznam literatúry [1]

Alarie, Y. 2002.: Toxicity of fire smoke. Crit Rev Toxicol. 2002; 32:259-289.

[2]

Augustine, J.J. 2005. Smoke and Fire: RECOGNIZING CYANIDE AS A TOXIC AGENT. Cyanide and Modern Fires: Scientific and Practical Fundamentals for Fire Professionals. ©2005 EMD Pharmaceuticals, Inc. 50 s. [online]. [cit. 201306-08]. Dostupné na internete: http://www.pbfeducation.org/ files/THAB-Cyanide_and_Modern_Fires_EMD.pdf.

[3]

150

[16] Príručka nebezpečných látok pre príslušníkov HaZZ. Bratislava 2009. [17] SP Swedish National Testing and Research Institute. Formation of hydrogen cyanide in fires. SP Report 2000:27. Borås, Sweden, 2000. [18] Schnepp, R. 2005.: Where There’s Fire, There’s Smoke! In Cyanide and Modern Fires: Scientific and Practical Fundamentals for Fire Professionals. © 2005 EMD Pharmaceuticals, Inc. 50 s. [online]. [cit. 2013-06-08]. Dostupné na internete: http://www.pbfeducation.org/files/ THAB-Cyanide_and_Modern_Fires_EMD.pdf. [19] Walsh, W.D. 2005.: Cyanide a ubiquitous products o combustion in modern fires. In Cyanide and Modern Fires: Scientific and Practical Fundamentals for Fire Professionals. ©2005 EMD Pharmaceuticals, Inc. 50 s. [online]. [cit. 201306-08]. Dostupné na internete: http://www.pbfeducation.org/ files/THAB-Cyanide_and_Modern_Fires_EMD.pdf. [20] http://www.sjf.tuke.sk/kbakp/Documents/Manazerstvo_ priemyselnych_havarii.pdf.

Bartlová, I.; Balog, K. 2007.: Analýza nebezpečí a prevence průmyslových havárií I, Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2007, 172 str. ISBN 978-807385-005-0.



Consideration of Unknown and Stochastic Distributed Parameters in the Models of Fire Safety Engineering Ing. Thomas Melcher, M.Sc.

dependent heat release rates as well as temperature and velocity distributions. These circumstances results in a lack of knowledge and are defined as epistemic uncertainties which are often partially and sometimes purely unknown. So a precise distribution function can not be applied and epistemic uncertainties can not be captured by strong scientific data quantification. Hence, in section 3 we describe a methodology to justify the application of plausible distribution functions on epistemic uncertainties.

Dr. rer. nat. Ronald Zinke Otto-von-Guericke-University Magdeburg, Institute of Apparatus and Environmental Engineering Universitätsplatz 2, D-39106 Magdeburg, Deutschland [email protected], [email protected] Abstract By using a two-zonal fire model with a time dependent heat release rate, the influence of unknown parameters and stochastic distributed properties on the calculation of the smoke layer height in industrial facilities is discussed. The parameters are subdivided into aleatoric and epistemic properties whereupon both aleatoric and epistemic uncertainties are represented by stochastic distribution functions due to statistic data analysis and plausible assumptions. The upper and lower layer temperature, the coefficient of fire spread and the time of fire evolution are treated as stochastic distributed variables. In the first part the influence of these parameters on the calculation are investigated by using sensitivity analysis. The results can be used to discuss the sensitivity of the model with respect to the input variables. In the second part the smoke layer height in an industrial facility is calculated. The unknown and stochastic distributed input variables are considered in the calculation by using Monte Carlo Simulation. The results can be used to make probability and reliability statements for the expected smoke layer height. The procedure improves the reliability and the quality of the calculation as well as the model. Key words Two-zonal fire model, aleatoric, epistemic, uncertainty, Monte Carlo Simulation, sensitivity analysis. Introduction and Motivation In the field of Structural Design and Fire Safety Engineering many models and engineering based calculations are used to achieve individual solutions and cost-optimized results according to the given problem. Both CFD models and zonal models are used frequently, whereupon the number of CFD calculations is increasing rapidly. Although zonal models are validated in a narrow range of application (for simple geometric structures e.g. warehouses, industrial facilities) they are often used because of their simple and easy structure and so they are still state of the art [1]. A commonality between these models is the collaborative existence of uncertainties which can be subdivided according to their different impact on the calculation, see fig. 1. Uncertainties and errors can have an influence on the model, the modelling process and the input data, whereby a correlation and error propagation through these main parts are also possible. Data uncertainty can be subdivided into aleatoric and epistemic whereas the first item itself can be divided into systematic and stochastic parameters [2]. The probability distributions of ambient temperature, modelling of weather phenomena and the occurrence of velocity fluctuations in turbulent flows are all examples for aleatoric uncertainties. They underlay real stochastic effects but can be quantified by performing a sufficient amount of experiments and using appropriate models. On the other hand there are several effects which can not be considered in a strong mathematically proved probability distribution. For example a room or house can burn down in a multitude of different ways because of several possible formations of fire loads resulting in different time Ostrava 4. - 5. září 2013

U N C E R T A I N T I E S

systematic influences aleatoric probability stochastic behaviour

partially/ purely unknown

Data

Modelling

Model

epistemic probability

(out of the scope of the article)

Fig. 1 Overview of uncertainties and the impact on the model, modelling process and data The challenge is to answer the central question how uncertain and stochastic distributed input data effects the results of the calculation. The consideration of uncertain and distributed data provides the following advantages [3]: (i) The lack of knowledge in the input data is included in the calculation and reflects itself in the results, (ii) input variables with a predominant impact on the results can be identified and quantified easily, (iii) hence, the plausibility and reliability of both the results and the model can be improved, (iv) so statements can be given to refine the model quality. In process industries and plant design models with stochastic initial and boundary conditions are commonly known and used whereas in the field of Fire Safety Engineering deterministic models with fixed initial conditions are frequently applied. Although there are often unknown and uncertain input data e.g. the heat release rate, the time of fire evolution, the burning area, ventilation conditions etc. which can not be considered in the calculation due to the simple and insufficient model structure. An example for a deterministic model with stochastic initial conditions in the process industries was presented by [4] and [5]. The flight of missiles from explosions and the resulting consequences were analysed by treating the input variables as unknown and uncertain parameters and calculating the trajectory of missiles by using Monte Carlo Simulation. Further examples for stochastic calculations of the flight of missiles were provided by [6 - 9]. Unfortunately in Fire Safety Engineering few scientific research has been done and only a couple of models are known in conjunction with data uncertainty. In [10] as well as in [11] models to calculate the activation time of sprinkler bulbs were presented. The heat release rate, activation temperature, response time index and the physical properties of the sprinkler bulb were unknown and uncertain variables, respectively. Data uncertainty was considered in the calculation by Monte Carlo Simulation. In [12] a combined deterministic-probabilistic model to determine and evaluate the ignition behaviour of forest fires was proposed. This article addresses the aleatoric and epistemic data uncertainties by choosing an illustrative example of a two-zonal fire model. The focus lays predominantly on the evaluation of epistemic data uncertainty. In the following section a deterministic two-zonal model is described to calculate the smoke layer height in industrial 151


companies and large spaces. Subsequently, the model is upgraded through the consideration of stochastic initial conditions in terms of aleatoric and epistemic uncertainties. Unknown input data is adequately represented by different types of probability distribution functions that are combined in a Monte Carlo Simulation. Thus, the number and extension of natural roof vents can be optimized whereby investment costs can be reduced. This procedure is particularly useful in the proceedings of the building permission procedure of industrial used structures. Uncertainties with respect to the model itself and the modelling process are out of the scope of this article, although they can have a strong influence on these parts. Description of the Physical and the Mathematical Models Two-zonal Model for Smoke Management in industrial used Facilities As a consequence of a fire in a building, hot combustion gases are rising due to the difference in density between ambient air and combustion products and accumulate under the roof or ceiling. They form an upper, hot gas layer above a lower, cold layer. The interface between the two layers is either related to the upper layer or can be neglected [13]. Ambient air is primarily mixed in the upper layer during the vertical flow of combustion gases between the place of the design fire and the upper layer. To ensure the occupational personal to leave the building safely, the lower layer must consist both at least a high of 2 m and be stable. This can be realised by installing natural vents in the building's roof. By using appropriate mass and pressure balances the outgoing mass flow rate through the vents can be calculated and depends primarily on the differential of layer temperatures, the area ratio of inlet and outlet vents and the flow coefficients. The corresponding relationships can be summarized in a two-zonal model for smoke transport, the equivalent equation for the mass flow rate is given through eq. (1). This model is particularly chosen throughout its simple and cost-efficient structure, which makes it easy to perform parameter studies. The model has been validated for industrial structures and so for our application it provides results as good as CFD-codes but saving a lot of computer resources and time [14]. A more detailed description of the model can be found in [15]. ‫ܯ‬ሶ௢௨௧ ‫݌‬௩௘௡௧ ܶ௨௣

ο‫݌‬௨௣

݄௨௣

‫ܯ‬ሶ௉௟

‫ܯ‬ሶ஼ீ

݄௟௢௪ ο‫݌‬௟௢௪

‫ܯ‬ሶ௜௡

Fig. 2 Mass flow rates, differentials in pressure and definition of upper and lower layer height in a two-zonal model 1

Tlow Tup

T M out  Aout Cout low 2 ghup low Tup  A C 2 T out out low  1    AinCin  Tup

(1)

The subscripts in and out as well as low and up refer to the properties of the lower layer and the upper layer, respectively (see fig. 2). The layer temperatures Tin and Tout are to be used in K, the 152

Eq. (1) can be solved for hup under the condition of known layer temperatures and building geometry: 2

hup

2  M out

Tup

1

Tlow 2 g  Aout Cout low 2

 Aout Cout    Tlow  Tup  AinCin  Tup  Tlow

(2)

The density of the ambient air is given by the ideal gas law, with the specific gas constant of air Rair = 287 J/kg K, the ambient (lower layer) pressure plow = 101300 Pa and the ambient (lower layer) temperature in K as an aleatoric uncertainty described:

low 

plow RairTlow

(3)

Assuming quasi-steady state conditions the mass flow rate through the vents is equal to the plume mass flow rate of the design fire, M· out = M· Pl. Therefore M· out is replaced by the plume point source model of Heskestad [16], see eq. (4). The convective part of the · · heat release rate is calculated by QC = 0,7 Q. The axial elevation above the fire plume is z, calculated in m. M Pl  0.071Q C1/3 z 5/3  0.001846Q C

(4)

Finally the design fire scenario is quantified. The assumption of a point source in an unconfined area and a constant coefficient of fire spread leads to a circular fire surface. Thus, the heat release · rate and the time of fire evolution are connected according Q  t2.

Q   firet 2

(5)

Combining the eqs. (2 - 5) leads to a system of algebraic equations which can be solved for the unknown upper layer height. Mathematical Models Sensitivity Analysis Assuming x and y are two independent and random variables and z is the dependent function of x and y, then the mean of z which is also random is calculated through substituting x and y by μx and μy. Thus, the mean of z is according μz = f(μx, μy) [17]. The mean of the upper layer height is calculated according eq. (2) and the given functional relationship:



hup  f Tlow , t ,  fire , Tup

݄

ܶ௟௢௪ ‫ܯ‬ሶ௘௡௧௥

vent areas Ain and Aout in m2, the density ρlow in kg.m-3, the gravity acceleration in m.s-2, the upper layer height hup in m and the flow coefficients Cin and Cout are dimensionless and both assumed with 0,7. Hence, the outgoing mass flow rate M· out is calculated in kg.s-1.



(6)

Furthermore it is worth noting how uncertain and unknown parameters influence the quality of the results. As we have no given probability distribution for epistemic variables (see section 3), we can neither use standard deviations nor Gauß error propagation. To calculate the error of the upper layer height we use the linear error propagation, see eq. (7). Therefore we take the partial derivation of eq. (2) to Tlow, t, αfire and Tup and multiply the terms element-wise by the maximum error of the corresponding uncertainty Δi. So this equation is in accordance with the total differential and provides an upper limit for the maximum expected error of the upper layer height.  hup , max 

hup Tlow

Tlow 

hup t

t 

hup  fire

 fire 

hup Tup

Tup (7)

Subsequently the mean variation is calculated by eq. (8), wherein ν is the variation, μ the mean, σ the standard deviation of a known probability distribution and Δ is the expected error for an epistemic uncertainty in the data set. A small value of ν represents a high data quality and prediction accuracy. Ostrava 4. - 5. září 2013




    

(8)

Finally the mean influence of the uncertainties on the calculation of hup is investigated through applying sensitivity analysis. The fractile impact of a single random property i on hup is denoted with  i  hup and calculated according eq. (9). Throughout this procedure the model sensitivity with regard to the most influencing uncertainty can be revealed so concluding statements and priorities can be given for the investigation of the most important uncertainty. hup

 i  hup 

i

i (9)

 hup

This procedure is an easy method to estimate the plausibility and reliability of the calculated results. Hence, the application of eq. (7) and eq. (9) are limited for simple algebraic models wherein the functions are continuous and differentiable. The methodology only provides a number for the expected maximum error of the dependent variable whereby no statements of the probability distribution can be given. As we can neither prove nor disprove a potential dependency of the input variables we assume all uncertainties as independent. In general one has the take into account possible dependencies of variables. Nevertheless in our case we believe in a first order of approximation that we can neglect potential correlations. To check this assumption we use other models to calculate the upper layer height in this building. If the results are nearly similar we then can conclude that our assumption was justified for the given model and building geometry.

assumed with Cin = Cout = 0,7. The modelled upper layer height will also be compared with the results of deterministic simulations and calculations by CFAST, FDS and DIN 18232-2 [18]1 to check the assumption of independent variables. Eq. (2) represents the expression to calculate the upper layer height. Therein the first and second parameters are considered as aleatoric uncertainties and the third and fourth are epistemic ones: (i) Ambient temperature

(iii) Coefficient of fire spread (iv)

The eqs. (2 - 5) and uncertainties (tab. 1) form the basement for first the Monte Carlo Simulation. The number of loops is chosen with N = 1,000,000. In section 4 we calculate different scenarios whereby a methodology is presented to justify the application of different probability functions beside uniform distribution for epistemic uncertainties. The calculated data through the Monte Carlo Simulations is subsequently fitted on possible distribution functions. The best fit is represented by the lowest mean deviations D that is defined through eq. (10). Herein N is the number of the chosen data set, xi is an individual sample of the data set and x represents a random number of the fitted distribution function. D

1 N

N

  x  xi 

2

i 1

(10)

Evaluation of aleatoric and epistemic Parameters The described deterministic zonal model in section 2 will now be upgraded to a model with stochastic initial conditions due to the consideration of unknown and distributed input data. The calculation of the upper layer height will be demonstrated exemplary by using an industrial facility. The building has a 2500 m2 base area and the height is 10 m. The geometric vent areas are Ain = 36 m2 and Aout = 24 m2 and the corresponding flow coefficients are both Ostrava 4. - 5. září 2013

Upper layer temperature

Tab. 1 Aleatoric and epistemic uncertainties and their corresponding location and shape parameters as well as probability distribution functions in the first Monte Carlo Simulation Uncertainty ܶ௟௢௪ ‫ݐ‬

ܶ௨௣

A considerable improvement with respect to the reliability of the results can be achieved if the probability distribution of the uncertainty is considered beside the single standard error through performing Monte Carlo Simulation. Thereby pseudo-random variables which underlay a specific distribution function are generated through an algorithm and every single result represents a possible combination of all uncertainties. The convergence rate depends on the amount of conducted random numbers and loops and is proportional to 1/√N [17]. The calculated matrix represents the resulting smoke layer height and their probability of occurrence.

Time of fire evolution

We set up at least three Monte Carlo Simulations to investigate how the different treatment of epistemic uncertainties can have an impact on the results. Aleatoric variables are not changed in the simulations. In the first calculation we compare the results of the Monte Carlo Simulation with other calculation methods. The corresponding input data including the mean and the expected error of each parameter are summarized in tab. 1. Aleatoric uncertainties are represented by their corresponding distribution function. Epistemic parameters and variables for which no further information are available are first expressed through uniform distribution function, respectively. A derivation and a discussion of these uncertainties is included in the following subsections.

ߙ௙௜௥௘

Monte Carlo Simulation

(ii)

ࣆ ʹͺ͸ǡͻʹͶ‫ܭ‬ ͸ǡͶͻͻ‫ݏ‬ ͲǡͲʹͶͻͳ ܹ݇Ȁ‫;ݏ‬ ͹ͷʹǡʹͷ‫ܭ‬

࣌ and ઢ ͸ǡͺͻ͹ ‫ܭ‬ ͲǡͶͲͲ ‫ݏ‬ ͲǡͲʹͳͻͺ ܹ݇Ȁ‫;ݏ‬ ͶͷͲ ‫ܭ‬

ࣇ ͲǡͲʹͶ ͲǡͲ͸ʹ

Distribution gumbel log-normal

Parameter ࣡ሺʹͺ͸ǡͻʹͶǢ ͸ǡͺͻ͹ሻ ࣦࣨሺ͸ǡͶͻͻǢ ͲǡͶͲͲሻ

Ͳǡͺͺʹ

uniform

࣯ሺͲǡͲͲʹͻ͵ͳǢ ͲǡͲͶ͸ͺͻሻ

Ͳǡͷͻͺ

uniform

࣯ሺ͵ͲʹǡʹͷǢ ͳʹͲʹǡʹͷሻ

In a second simulation we investigate how the range of the uniform distribution influences the results especially the error of the upper layer height. Hence, possible events that are seldom and unlikely to occur are situated on the upper and the lower limit of the distribution. So we exclude these events through cutting 10 % of the upper and the lower limit of epistemic uncertainties. Given that uniform distribution represents a total lack of knowledge without having any information about the parameter the error of the upper layer height would exceed unrealistic high numbers. So finally we use different plausible distribution functions beside uniform distribution for epistemic uncertainties and compare the results with the two previous Monte Carlo Simulations. To compare the results with CFAST, FDS, DIN 18232-2 as well as a simple deterministic calculation, the mean of each parameter according tab. 1 is used to set up the corresponding calculation. Uncertainties in the first Monte Carlo Simulation Ambient Temperature In the fields of energy management the ambient temperature is needed to calculate and model the energy balance of buildings and is therefore treated as a random variable with stochastic behaviour. The ambient temperature varies in diurnal and seasonal courses and depends further on the geographical position of observation. In a two-zonal model the ambient temperature effects the buoyant force of the combustion gases and so has an impact on the location of the upper layer height. Thus, in our calculation the ambient temperature will be considered as an aleatoric uncertainty with a specific probability distribution function. For the City of Magdeburg the daily mean ambient temperatures in between the years 2002 - 2012 are evaluated. The data are fitted by using a gumbel distribution function (type I extreme 1

German guideline for smoke control in large industrial used spaces and atria. 153


value distribution), the corresponding histogram and the fitted data are plotted in fig. 3. The location and shape parameters are μ = 286,924 K and σ = 6,897 K, respectively. The gumbel distribution is particularly used for modelling weather phenomena, in business and insurance financing as well as in Fire Safety Science [19]. In [1] the distribution of fire load was evaluated as a gumbel distributed random variable.

&GPUKV[

KLVWRJUDP

#ODKGPV 6GORGTCVWTG =-?

(a)

JHQHUDOL]HGH[WUHPHYDOXHFGI (; 67'; N

%WOWNCVKXG RTQDCDKNKV[

ORJQRUPDOFGI (; 67';

*XPEHOFGI (; 67';

Time of Fire Evolution Due to the consideration of a time dependent design fire, the heat release rate and the plume mass flow are both a function of time. The time of fire evolution is defined as the period of time in between the appearance of fire and the effective commencement of fire extinguishing and is a function of several and partially unknown parameters like infrastructure of the industrial company, existence of automatic fire extinguishing systems as well as the location and capability of the situated fire brigade. Quantitative numbers for the time of fire evolution can be extracted from statistics and annual reports of fire brigades. Nevertheless, only a few of these statistical reports are known. Hence, the time of fire evolution has to be treated as an aleatoric random variable for which a value can only be estimated. Through further investigations and data analysis the stochastic behaviour in terms of the deviation can be reduced which leads to an improvement in predicting accuracy and excludes extreme rare events.

*XPEHOSGI (; . 67'; .

functions are applicable. Nevertheless the location of the upper layer height is influenced very less by the upper layer temperature as it will be proved in tab. 2 in section 4.

Considering the given problem, it is assumed that there are no any automatic fire extinguishing systems. Self-extinguishing of the fire will be excluded as well as fire fighting through employed personal. The time of fire evolution depends only on the arrival time of the responsible fire brigade which is in Germany regulated by law with about 12 minutes on maximum. For the deviation no statements can be given so the value is arbitrarily estimated with 5 minutes. Finally a suited probability distribution function has to be found. In [21] the fire risk in nuclear power plants was investigated by using event tree analysis. The single phases of fire evolution were modelled by the log-normal distribution function. The mean were assumed with μ = 3 min - 15 min and the deviation with σ = 1 min - 3 min. For our calculation we assume μ = 720 s and σ = 300 s. The location and shape parameter of a normal distributed variable are related with a log-normal distributed variable through the transformation:

HPSLULFDOFGI

 L  ln  

#ODKGPV 6GORGTCVWTG =-?

(b) Fig. 3 (a) Histogram of ambient temperatures of the City of Magdeburg in between the years 2002 - 2012 and fitted gumbel distribution function with location and shape parameters μ = 286,924 K and σ = 6,897 K, (b) empirical cumulative probability function as well as fitted gumbel distribution, log-normal distribution and generalized extreme value distribution as best representatives for this data set Furthermore we fitted the generalized extreme value distribution function (as described in [20]) and the log-normal distribution function successfully. These functions represent our data set even more appropriate then the gumbel distribution function that is proved through calculating the mean deviance of the fitted functions and the data set according eq. (10). The mean deviations are D = 0,0385 K for gumbel distribution, D = 0,0137 K for log-normal distribution and D = 0,0077 K for generalized extreme value distribution. However the chosen data in between 2002 - 2012 only represents a very small amount of possible data sets and the gumbel distribution function has been physically proven to be the best representative for ambient temperature modelling so we decided to chose the gumbel distribution in our model. Finally it can be stated that beside type I extreme value distribution other probability 154

 L2 2

(11)

and  2   1 2    

 L  ln 

(12)

Consequentially the new parameters are μL = 6,499 s and σL = 0,400 s for a log-normal distributed random variable. Coefficient of Fire Spread The heat release rate is the most important variable to quantify the power of the design fire. Assuming the fire to start in the centre of the industry with uniformly distributed fire load leads to an unconfined fire spread with a constant velocity. So the area of the design fire will have a circular shape. This is represented by eq. (13): Q  q v 2t 2   firet 2 (13) The total heat release rate is characterized by both the surface related heat release rate q· and the velocity of fire spread v. Both parameters are strongly a function of the predominant heat and mass transfer in the industrial facility and change with respect to time and space. Though a consolidated dependency of both parameters can not be excluded, a generic coefficient of fire spread αfire is used instead that incorporates q· as well as v.



This coefficient is regulated by the US-guideline NFPA 92B [22] and can adopt values in between 0,002931 kW.s-2 (slow fire spread) up to 0,1876 kW.s-2 (ultra fast fire spread). In [23] the coefficient was investigated and tabulated for various commodities, whereupon αfire could partially exceed values up to 1,1722 kW.s-2. For our calculation αfire is used in the range between 0,002931 kW.s-2 and 0,04689 kW.s-2 that corresponds to slow, medium and fast fire spread. For numbers > 0,04689 kW.s-2 the design fire would exceed unrealistic high heat release rates which can not be controlled neither by automatic sprinkler systems nor fire brigade. As the fire growth rate is an epistemic uncertainty we first apply uniform distribution function. Upper Layer Temperature The upper layer temperature is a variable of state that characterizes the thermal behaviour of the smoke layer and can be evaluated by using appropriate energy balances. A rising layer temperature improves the buoyant forces of the combustion gas which leads to both a more stable smoke layer and an increasing coefficient of performance of the natural vents. Thereby the upper layer temperature is a function of the design fire dynamics, the corresponding flow conditions in the building as well as the object's geometry and the material properties of the construction elements. The layer temperatures can be estimated easily by using models in which the energy conservation equation is considered. Thus, in our zone model there are no energy balances taken into account so reasonable assumptions have to be made. Typically the upper layer temperature is above the ambient temperature; the maximum temperature rise is experimentally given by the Heskestad plume model with ΔT = 900 K. Through analysing the ambient temperature the maximum lower layer temperature is Tlow = 302,25 K which is equal to the lower limit of the upper layer temperature. Hence, the upper layer temperature can adopt all natural numbers in between the range Tup = 302,25 K - 1202,25 K. Since no further information for Tup are available the distribution of the upper layer temperature is purely unknown which leads to an epistemic uncertainty. In the first calculation these circumstances are considered through using uniform distribution function. Uncertainties in the second Monte Carlo Simulation In the second Monte Carlo Simulation we change the range of the uniform distributions to investigate the stability and the variance of the results. As we consider the upper layer temperature and the coefficient of fire spread, we already have a wide range of uniformly distributed random variables. So we decided not to extend the distribution furthermore, but to cut the upper and lower boundary of the uniform distribution about 10 % of the epistemic uncertainties to get a narrower range. So the new range for αfire is U (0,007327; 0,04249) (μ = 0,02491 kW.s-2, Δ = 0,01758 kW.s-2) and the new range for Tup is U (392,25; 1112,25) (μ = 752,25 K, Δ = 360 K), respectively. The procedure is justified by the following assumption: By analysing the distribution of fire load, possible ignition sources and estimating the velocity of fire spread in the specific industrial building, the coefficient of fire spread can be classified more detailed. Hence, for α_fire only a couple of numbers are available for industrial usage that are not sufficient for statical data analysis, we simply cut the upper and lower boundary from the original distribution. Considering the range of the upper layer temperature numbers around both 1202,25 K and 302,25 K are extremely rare and unrealistic for a mean layer temperature. So we also cut 10 % of the upper and lower boundary. Uncertainties in the third Monte Carlo Simulation In the last scenario we apply different probability functions for the epistemic uncertainties beside uniform distribution. As the uniform distribution provides the same probability for all possible Ostrava 4. - 5. září 2013

random events none of the events are preferred or penalized. Hence, extremely rare events that are represented by the upper and lower boundary of the distribution are allocated by the same probability like other more probable events. These circumstances lead to a result with an unrealistic high error. Hence, data for αfire for industrial buildings are rarely known we have to use a theoretical model. Assuming a couple of industries with a coefficient of fire spread in between 0,002931 kW.s-2 (slow) and 0,04689 kW.s-2 (fast) are investigated. Assuming further all facilities are chosen randomly and are not correlated among each other, then from physical experiments it is known that the data set can be quantified by the arithmetic mean and a standard deviation. The shape of the distribution is in its simplest from normal distributed. This methodology considers the circumstances that data is frequently situated around μ and decreases continuously to both ends. So extremely rare events (ultra fast and ultra slow fire spread) are connected with a low probability and the mean is stated as the most probable case. As we can not prove that procedure by statistical data analysis but theoretical description we call the probability function for epistemic uncertainties plausiblized probability density function (P-PDF). Since the uniform distribution represents a total lack of knowledge we are now able to use a more suitable probability function. So the coefficient of fire spread is now normal distributed with μ = 0,02491 kW.s-2, the variance is arbitrarily chosen with ν = 0,1 representing a high quality of statistic data so σ = 0,002491 kW.s-2. For generated random number αfire < 0 we set αfire = 0 and for αfire > 0,04689 kW.s-2 we set αfire = 0,04689 kW.s-2. A similar procedure is applied to Tup. Normally the mean upper layer temperature exceeds values around a couple of hundred °C whereby the ceiling jet temperature can be significantly higher. During the vertical flow of the combustion gas a huge amount of ambient air is mixed into the flow. So the hot gas layer consists almost predominately of entrained ambient air. The german guideline for mechanical smoke control (DIN 18232-5 [24]) states a maximum hot gas temperature of approximately 573.25 K. So we can reasonably assume for Tup μ = 573,25 K and σ = 100 K. We apply log-normal distribution function to consider the fact that very high temperatures are possible to occur but are extremely rare events. Furthermore this probability function only calculates positive numbers, excludes unrealistic values like Tup < 0 K, and is almost shaped like the normal-distribution. Reasonably for random numbers Tup < 302,25 K we set Tup = 302,25 K. Results and Discussion The results of the sensitivity analysis of the three test cases are depicted in tab. 2. The most influencing variables are the time of fire evolution and the coefficient of fire spread. It is worth noting that at first αfire has a bigger impact on Δhupthen t although only a linear relationship exists between αfire and hup beside the squared dependency of hup on t. Due to the model structure hup is very less influenced by the layer temperatures although the range for Tup is considerably wide. The application of different distribution functions for ambient temperature would lead to similar results. In the first scenario the results of the deterministic calculation, the simulations by CFAST and FDS and the Monte Carlo Simulation are investigated. The results are given in tab. 3. If we compare the three different models of CFAST, FDS and the deterministic calculation the results lay in between the range of 3,60 m 4,22 m. Thus, approximately the same layer heights were calculated by different types of models so it can be stated that our two-zonal model from section 2.1 is consistent with respect to the model quality and captures the dominant phenomena. So the assumption of uncorrelated variables for this zone model in section 2.2.1 was reasonable to assume. The design procedure according DIN 182322 leads to an upper layer height of 5 m. One reason might be that the DIN 18232-2 uses plume models of Thomas & Hinkley as well as Zukoski instead of the Heskestad plume model. 155


ܶ௟௢௪ ‫ݐ‬ ߙ௙௜௥௘ ܶ௨௣

scenario 1 ࣒࢏՜ࢎ࢛࢖ ͲǡͲʹ͵ͺ ͲǡͶ͵ͷͳ ͲǡͶ͸Ͳ͹ ͲǤͲͺͲ͵

scenario 2 ࣒࢏՜ࢎ࢛࢖ ͲǡͲʹ͸͹ ͲǡͶͺͺͲ ͲǡͶͳ͵͵ ͲǡͲ͹ʹͲ

scenario 3 ࣒࢏՜ࢎ࢛࢖ ͲǡͲͷͷ͵ Ͳǡͺͳ͵Ͷ ͲǡͲͻ͹͸ ͲǡͲ͵͵ͺ

Furthermore we consider the reliability of hup. Eq. (7) for linear error propagation leads to a standard error of 7,65 m (see tab. 3). So in every calculation the expected layer height is over- and underestimated almost twice of the expected layer height. The linear error propagation can be used to check the quality of the calculated results with a simple algebraic equation. It calculates the maximum expected error and excludes mutual compensation of different uncertainties so extremely rare events are treated equally beside situations that are more likely to occur. This leads to an error in a dimension that is not manageable for practical calculations. Comparing these results with the calculations of the first Monte Carlo Simulation we have a mean with μ = 3,59 m, Δ = 2,37 m and the variance (ν = 0,66) is almost one third of the deterministic calculation2. The Monte Carlo Simulation calculates possible results and connects them with probabilities which can be summarized in a probability density function. Beside the mean and the expected error of the upper layer height, we are now able to provide statements for a possible distribution of hup. So the Monte Carlo Simulation considers data uncertainty and data distribution much better then conventional deterministic models which improves the quality of the model and the results. Hence, in engineering design procedures this methodology is worth to be applied.

&GPUKV[

Uncertainty

not represent the correct shape of the data (although D = 0,0019 m) so we did not include this distribution in fig. 4.

WRRGT NC[GT JGKIJV =O?

(a)

JHQHUDOL]HGH[WUHPHYDXOHFGI (; 67'; N

%WOWNCVKXG RTQDCDKNKV[

Tab. 2 Results of sensitivity analysis compared with different scenarios: fractile impact of single uncertain variables on the calculation of the error Δh up

HPSHULFDOFGI ORJQRUPDOFGI (; 67';

Tab. 3 Calculated results for the arithmetic mean and the error of hup by using CFAST, FDS, DIN 18232-2, deterministic calculation and Monte Carlo Simulations Model CFAST FDS DIN 18232-2 deterministic Monte Carlo 1 Monte Carlo 2 Monte Carlo 3

ഥ࢛࢖ ࢎ ͵ǡ͸ ݉ ͵ǡͻͶ ݉ ͷǡͲ ݉ Ͷǡʹʹͳͷ ݉ ͵ǡͷͻʹʹ ݉ ͵ǡ͵͸Ͳʹ ݉ ͵ǡͺͷ͹Ͷ ݉

ઢࢎ࢛࢖ െ െ െ ͹ǡ͸ͷͲͺ ݉ ʹǡ͵͸͹ͻ ݉ ʹǡʹͷͺͷ ݉ ʹǡͳ͹͸͹ ݉

ࣇ െ െ െ ͳǡͺͳʹ͵ Ͳǡ͸ͷͻʹ Ͳǡ͸͹ʹͳ Ͳǡͷ͸Ͷ͵

The graphical results of the first Monte Carlo Simulation are presented in fig. 4. We fitted the log-normal distribution, gumbel distribution and the generalized extreme value distribution on this data set. The calculated mean deviations according eq. (10) are D = 0,0019 m for gumbel distribution, D = 0,0017 m for lognormal distribution and D = 0,0011 m for generalized extreme value distribution. As it can be seen from the three chosen functions the generalized extreme value distribution is the best representative for our data set, followed by the log-normal and the gumbel distribution. Though the upper layer height depends on the squared time of fire evolution and is only linear dependent on the ambient temperature, the distribution function of t has a bigger impact on the result's distribution then Tlow. So the data fit of hup is more appropriate for log-normal then gumbel-distribution. Hence, as the generalized extreme value distribution is a relative of the gumbel distribution we also applied this distribution on the data set. So the generalized extreme value distribution as a three parametric function is the best representative for this data set. As log-normal distribution is only a two parametric function it can not represent the data best. It should be added that the gumbel distribution does 2

WRRGT NC[GT JGKIJV =O?

(b) Fig. 4 Results of the first Monte Carlo Simulation (a) histogram of upper layer height, (b) empirical cumulative density function of upper layer height as well as fitted log-normal distribution and generalized extreme value distribution In conjunction with personal and building safety more reliable and quantitative proved statements can be given for the expected layer height compared with conventional methods. In following simulations one could investigate how the results depend on the extension of the vents. Subsequently the number and area of the vents could be customized so investment costs could be reduced (which is not the scope of the article). In a second Monte Carlo Simulation we investigated how the range of the distribution impacts the results. As we only cut 10 % of the upper and the lower boundaries the influence on the mean and the standard error of hup is quite moderate. The reason for this situation is still the application of uniform distribution function. It is interesting to note that the expected layer height is decreasing around 0,23 m but the relation between the mean and the error is even increasing ν2 - ν1 = 0,6721 - 0,6592 > 0. This means if one changes the range of uniform distribution it reasonably has an impact on the mean of the calculated function but it does not influence the quality of the results. In our case the error of hup even raised a little. In our model it can be stated that the application of uniform distribution functions on epistemic uncertainties, although using a narrower range is not useful to reduce the mean variation of the calculation results. Nevertheless this conclusion refers to

Calculated data for hup > 10 m is excluded in the end of the simulation.

156



our zone model but can be different in other models and must be checked in every single case at first. In the last Monte Carlo Simulation we substituted the uniform distribution with a plausiblized normal distribution for αfire and a plausiblized log-normal distribution for Tup due to reasonable and more realistic assumptions. In this case the expected mean of the upper layer height is with 3,86 m even larger compared with the other Monte Carlo Simulations, on the other hand the variance decreased. So it can be concluded throughout the replacement of unrealistic uniform distribution by plausible distribution functions the calculation of the mean layer height is shifted in a more safer, conservative direction. Simultaneously the variance is reduced which means that more data is situated in a narrower range around h̅ up. That circumstance is a sign for a good modelling quality and reliability. We can conclude and recommend, if one is faced with epistemic data uncertainties it is always good to think about possible distribution functions that incorporate much more information beside the uniform distribution which should be avoided to be applied. As a consequence from that behaviour we can assume that the avoidance and substitution of uniform distribution through plausiblized distribution functions leads to conservative, safe and more reliable results. Considering the model sensitivity in tab. 2 one can see that the error of hup now almost depends exclusively on t which is an aleatoric uncertainty, the dependency on the epistemic variables is reduced on 13 %. By using this methodology we showed successfully that we were able to reduce the impact of epistemic uncertainties on the model but on the other hand could improve the reliability of the results. Finally it is important to note that these results are model sensitive. The stated conclusions refer the our chosen model which can behave different beside others. So possibly epistemic uncertainties in other models can be treated similar but it has to be checked through using different test cases at first. References

[7]

Mébarki, A.; Nguyen, Q.B. ; Mercier, F.: Structural fragments and explosions in industrial facilities. Part II: Projectile trajectory and probability of impact. In: Journal of Loss Prevention in the Process Industries 22 (2009), S. 417-425.

[8]

Sun, D.; Jiang, J.; Zhang, M.; Wang, Z.; Huang, G.; Qiao, J.: Parametric approach of the domino effect for structural fragments. In: Journal of Loss Prevention in the Process Industries 25 (2012), S. 114-126.

[9]

Baum, M.R.: Rocket missiles generated by failure of a high pressure liquid storage vessel. In: Journal of Loss Prevention in the Process Industries 11 (1998), S. 11-24.

[10] Joglar, F.; Mowrer, F.; Modarres, M.: A Probabilistic Model for Fire Detection with Applications. In: Fire Technology 41 (2005), S. 151-172. [11] Yuen, W.W.; Chow, W.K.: A Monte Carlo Approach for the Layout Design of Thermal Fire Detection System. In: Fire Technology 41 (2005), S. 93-104. [12] Grishin, A.M.; Filkov, A.I.: A deterministic-probabilistic system for predicting forest fire hazard. In: Fire Safety Journal 46 (2011), S. 56-62. [13] Capote, J.A.; Alvear, D.; Abreu, O.V.; Lázaro, M.; Espina, P.: Scale Tests of Smoke Filling in Large Atria. In: Fire Technology 45 (2009), S. 201-220. [14] Schneider, U.: Ingenieurmethoden im Baulichen Brandschutz. 5th edition. Expert Verlag, Renningen, 2007. [15] Mowrer, Frederick W.: Driving Forces for Smoke Movement and Management. In: Fire Technology 45 (2009), S. 147-162. [16] Quintiere, J.G.: Fundamentals of Fire Phenomena. 1st edition. John Wiley and Sons, Chichester, 2006. [17] Taylor, J.R.: An Introduction to Error Analysis-The Study of Uncertainties in physical Measurements. 2nd edition. University Science Books, 1997.

[1]

Hosser, D. (Hrsg.).: Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes. 2nd edition. vfdb-Leitfaden, Altenberge, 2009.

[18] DIN 18232-2: Rauch- und Wärmeabzugsanlagen-Teil 2: Natürliche Rauchabzugsanlagen (NRA); Bemessung, Anforderungen und Einbau. Berlin, 2007.

[2]

Hofer, E.; Röwekamp, M.; Türschmann, M.: Fortschrittliche Methoden für eine Brand-PSA-GRS 190 Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit. 2003.-Forschungsbericht.

[19] Nadarajah, S.: Reliability for Extreme Value Distributions. In: Mathematical and Computer Modelling 37 (2003), S. 915922.

[3]

Knetsch, T.: Unsicherheiten in Ingenieurberechnungen, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Diss., 2004.

[4]

Hauptmanns, U.: A procedure for analyzing the flight of missiles from explosions of cylindrical vessels. In: Journal of Loss Prevention in the Process Industries 14 (2001), S. 395402.

[20] Kotz, S.; Nadarajah, S.: Extreme Value Distributions Theory with Applications. 1st edition. Imperial College Press, London, 2000.

[5]

[6]

Hauptmanns, U.: A Monte-Carlo based procedure for treating the flight of missiles from tank explosions. In: Probabilistic Engineering Mechanics 16 (2001), S. 307-312. Mébarki, A.; Mercier, F.; Nguyen, Q.B.; Ami Saada, R.: Structural fragments and explosions in industrial facilities. Part I: Probabilistic description of the source terms. In: Journal of Loss Prevention in the Process Industries 22 (2009), S. 408-416.


[21] Brening, H.; Holtschmidt, H.; Liemersdorf, H.; Sutterlin, L.: Optimierung von Brandschutzmaßnahmen und Quilitätskontrollen in Kernkraftwerken-GRS 62 Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit. 1985.-Forschungsbericht. [22] NFPA 92B: Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Areas. Quincy, Massachusetts, 2000. [23] Karlsson, B.; Quintiere, J.G.: Enclosure Fire Dynamics. 1st edition. CRC Press, London, 1999. [24] DIN 18232-5: Rauch- und Wärmeabzugsanlagen-Teil 5: Maschinelle Rauchabzugsanlagen (MRA); Anforderungen, Bemessung. Berlin, 2003.

157


Protipožiarna úprava drevených materiálov Fire Proof Modification of Wooden Materials Ing. Roman Michalovič Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta špeciálneho inžinierstva Ul. 1. mája 32, 010 08 Žilina, Slovenská republika [email protected]

prostredníctvom kyslíkového atómu [1]. Celulóza je obalená najmä lignínom a hemicelulózami. O horľavosti dreva z chemického hľadiska rozhoduje obsah lignínu, ktorého priemerný obsah v dreve je asi 25 %. Lignínová zložka pôsobí ako lepidlo, ktoré drží spolu celulózové vlákna. Lignín obsahuje aromatické polyméry.

Abstrakt

1.2 Požiarno-technické charakteristiky

Drevo ako jeden zo základných stavebných materiálov má vo svojej variabilite mnohé spoločné vlastnosti. Článok sa zaoberá protipožiarnymi možnosťami spomalenia alebo zamedzenia horenia drevených hmôt prítomných v konštrukciách alebo interiéroch stavebných objektov. Bežná úprava drevených povrchov horľavými látkami je z požiarneho hľadiska nevýhodná. Možnosti fyzickej a chemickej retardácie horenia spočívajú v povrchovej úprave materiálu vhodným typov farieb a lakov alebo v prípade vzniku požiaru aplikáciu účinných retardantov horenia.

Požiarno-chemické charakteristiky sú dané fyzikálnochemickými vlastnosťami a požiarno-technickými vlastnosťami skúmaných látok. Kvantitatívne vyjadrenie týchto charakteristík je definované fyzikálnymi veličinami a ich (väčšinou) experimentálne získanými hodnotami. Tieto charakteristiky sa menia v priebehu jednotlivých fáz požiaru, tak ako sa mení rýchlosť šírenia plameňa, množstvo emitovaného tepla, dymu, plynných produktov horenia, hmotnostný úbytok, doba a rýchlosť horenia apod.

Kľúčové slová

1.3 Fyzická retardácia horenia

Wood - the one of fundamental constructing materials has some common properties in its variety. The paper deals with fire retardation or elimination of ignition of wooden material present in building constructions or interiors. Standard surface design deals with synthetic or natural surface paints or in case of fire defence there might be fire retardants applied. The physical and chemical possibilities of fire retardation are in suitable types of colours and paints or in case of fire by application of fire retardants.

V praxi prebehlo niekoľko výskumov, ktoré sa zaoberali možnosťou retardácie horenia. Možnosti retardácie horenia všeobecne spočívajú vo fyzickej úprave povrchu dreva alebo v aplikácii chemických prípravkov na povrch resp. namáčaní drevenej hmoty v roztokoch s požadovanými vlastnosťami. Fyzická úprava dreveného povrchu spočíva vo vyhladení povrchu. Hladký povrch zamedzuje viazaniu vzdušných molekúl kyslíka v póroch, tým sa rapídne znižuje možnosť vznietenia materiálu, pokým drevo bez povrchovej úpravy vzplanie oveľa rýchlejšie [11]. Okrem brúsenia drevených povrchov ako sú napr. parkety, sa zvyčajne vykonáva aj chemická úprava, t. j. nanášanie lakov a lazúr, ktoré zanechávajú povrch dokonale hladký.

Key words

2. Aplikácia chemických látok

Drevo, horľavosť, povrchová úprava, retardanty horenia. Abstract

Wood, inflammability, surface finish, fire retardants. Úvod Drevo je široko využívaný materiál a skúmanie jeho vlastností je dôležité z hľadiska protipožiarnej prevencie ako aj z hľadiska protipožiarneho zásahu. V súčasnosti aplikované laky a nátery obsahujú horľavé látky, ktoré zhoršujú protipožiarnu odolnosť. Moderné nátery na báze vody sú preto z hľadiska požiarnej odolnosti výhodnejšie. Pri protipožiarnom zásahu sa využívajú retardanty horenia. Cieľom príspevku je poukázať na možnosti znižovania horľavosti drevených predmetov pomocou fyzikálnej a chemickej úpravy dreva ako aj pomocou dostupných retardantov a ich výsledný efekt meraný hmotnostným úbytkom a rýchlosťou horenia v porovnaní s neošetrenou vzorkou. 1. Charakteristika drevených materiálov 1.1 Vlastnosti dreva Drevo je tradičným stavebným materiálom, ktorý je nenahraditeľný pri stavbe objektov, a zariaďovaní interiérov. Používa sa buď na vlastnú konštrukciu (trámy, hranoly, vzpery, podlahy) alebo ako pomocný stavebný materiál (zábradlia, debnenie, lávky apod.) Rôznorodosť drevenej hmoty sa prejavuje v chemických a fyzikálnych vlastnostiach dreva. Základné zložky dreva sú: celulóza, hemicelulóza, lignín a voda. Najvýznamnejšou zložkou drevín je celulóza, ktorá má viac ako 45 %-né zastúpenie v každom type dreviny. Celulóza tvorí kostru bunkových stien. Z hľadiska chemickej štruktúry makromolekuly celulózy pozostávajú z anhydro-D-glukopyranózových stavebných jednotiek viazaných navzájom 1-4-β-glukozidickými väzbami. Ide o spojenie C1 uhlíka predchádzajúcej jednotky s C4 uhlíkom nasledujúcej 158

2.1 Lakované povrchy Nevýhodou nanášaných lakov a lazúr na báze acetónu je ich horľavosť, čím sa znižuje význam celej povrchovej úpravy z hľadiska protipožiarnej prevencie. Lazúrové nátery (obr. 1) obsahujú benzín (ropný), hydrogenačne odsírený, ťažký, xylén a butanón-oxím (obsahuje < 0,1 % benzénu) [2]. Nevýhodou takýchto náterov z požiarneho hľadiska je, že sa riedia riedidlami na báze benzínu. Bežne odporúčané riedidlo S6006 do syntetických a olejových náterových hmôt obsahuje zmes alifatických uhľovodíkov s malým obsahom aromatických uhľovodíkov. Je to horľavá kvapalina II. triedy nebezpečnosti [3]. Tzn. že nesie riziko vznietenia pri samotnom nanášaní náteru, najmä pri nedostatočnom vetraní. Pomerne nízka teplota vzplanutia 196 °C je jedným z rizikových faktorov, ktorý namiesto retardácie horenia, proces vzplanutia a horenia urýchľuje. Navyše sa neodporúča hasenie vodou ale penovými, práškovými alebo CO2 prístrojmi. Moderné profesionálne nátery sú riediteľné vodou a teda z požiarneho hľadiska je ich použitie výhodnejšie. Vodou riediteľné nátery, ktorých typickým zástupcom sú švédske laky Nova (obr. 2) na vodnej báze alebo na báze s nízkym obsahom rozpúšťadiel (menej ako 4 %) [4]. Použitie týchto náterov je z hľadiska protipožiarneho výhodnejšie, pretože pri samotnej aplikácii sa neuvoľňujú škodlivé horľavé výpary. Ošetrené povrchy vodou riediteľnými farbami alebo lakmi znižujú riziko vznietenia podláh na rozdiel od bežných acetónových riedidiel.



nepresahujúci hodnotu 0,5 %. Tzn. že tento prípravok má v porovnaní s obyčajnou vodou zanedbateľný efekt a teda je z protipožiarneho hľadiska nepoužiteľný. Z porovnania vyplýva, že najnižší percentuálny úbytok hmotnosti bol zaznamenaný pri vzorkách a aplikáciou prípravku FIRESORB®, ktorý činil len 26,10 % (obr. 6) [5].

Obr. 1 Príklad riedidlom rozpustného lazúrového náteru [2]

Obr. 3 Úbytok hmotnosti vzorky pilín bez úpravy [5] Obr. 2 Vodou riediteľný lak na drevené povrchy [4] Používanie acetónových lakov je naďalej veľmi rozšírené najmä vďaka výhodným cenám týchto farieb a lakov. Horením bežných lakov vznikajú zdraviu škodlivé emisie, ktoré môžu spôsobiť vážne ohrozenie života [10]. Pritom treba akceptovať skutočnosť, že povrchová úprava lakovaním sleduje najmä estetické hľadisko a konzerváciu dreva, čím sa predlžuje jeho životnosť.

Obr. 4 Úbytok hmotnosti vzorky pilín s vodou [5]

2.2 Testovanie chemických retardantov Retardačné prípravky boli intenzívne testované od 80-tych rokov na pôde Drevárskej fakulty Technickej univerzity vo Zvolene. Podľa prác, ktoré sa touto problematikou zaoberali [6, 7, 8] použitím retardačného ochranného náteru možno významne predĺžiť požiarnu odolnosť drevených stavebných konštrukcií stanovenú podľa STN 73 0862. Aplikácia náteru má relatívne dlhú životnosť, viac ako 10 rokov, pokiaľ nedôjde k jeho mechanickému poškodeniu. Avšak, účinok retardačného náteru sa prejavuje len v prvej etape horenia. Zatiaľ neexistuje retardant horenia dreva, ktorý by významne zvýšil požiarnu odolnosť v tretej fáze požiaru [5]. Protipožiarna odolnosť sa dá umelo zvýšiť aplikáciou retardačných gélov t.j. látok, ktoré po kontakte s vodou vytvárajú odolný gél. Gél na rozdiel od peny neobsahuje vzduchové bublinky, znižuje rýchlosť odparovania vody. Chromek a kol. skúmali možnosti gélových prípravkov nanášaných na drevené vzorky resp. prípravkov, ktoré po aplikácii s vodou vytvárajú gél. FIRESORB® je roztok tekutého polyméru absorbuje niekoľkonásobné množstvo vody vzhľadom na svoju vlastnú hmotnosť a vytvára adhezívny teplo-odolný gél. AgroHydroGel® sa využíva, podobne ako FIRESORB®, ako absorbent vody v pôde. Okrem toho sa vyznačuje aj jej vysokou akumulačnou schopnosťou. Je ekologický, sypký, vo forme prášku alebo granúl. Je tvorený polymérnou molekulou, so schopnosťou nasiaknuť 300 - 500 krát väčšie množstvo v porovnaní so svojou hmotnosťou [5]. Na horiacom materiáli FIRESORB® gél vytvára vysoký chladiaci efekt vďaka vysokej hustote a látkovo-redukovanej rýchlosti odparovania. Tento efekt je rozhodujúci pri hasení vysokoenergických požiarov s veľmi vysokými teplotami. Pri takýchto požiaroch sa samotná voda odparuje okamžite. FIRESORB® gél, naopak preruší prívod kyslíka k horiacemu materiálu. Toto tvorí intenzívne chladenie a udusí plamene v dôsledku čoho sa teplota okolo horiaceho materiálu okamžite zníži [9]. Z experimentov vyplýva, že pri suchej vzorke došlo počas experimentu, vplyvom tepelnej degradácie, k priemernému úbytku hmotnosti 86,54 % (obr. 3). Pri aplikácii vody úbytok hmotnosti predstavuje priemerne 44,78 % (obr. 4). Rozdiel v koncentrácii pri roztoku prípravku AgroHydroGel® (obr. 5) je zanedbateľný, Ostrava 4. - 5. září 2013

Obr. 5 Úbytok hmotnosti vzorky pilín s roztokom vody s prípravkom AgroHydroGel® (5 g) [5]

Obr. 6 Úbytok hmotnosti vzorky pilín s roztokom vody s prípravkom FIRESORB® (1,5%) [5] Z uskutočneného experimentu vyplýva praktické využitie prípravku FIRESORB®, ktorý sa dá použiť jednak na ochranu ohňom ohrozeného materiálu, týmže až 4x spomaľuje rýchlosť horenia a takisto sa používa priamo pri hasení v 1 - 2 %-nej koncentrácii. Výrobca na základe vlastných experimentov udáva, že 20 l prípravku pokryje 500 - 1000 m2 plochy. Záver Na ochranu dreva a drevených plôch možno nazerať z fyzického a z chemického hľadiska. Fyzická úprava povrchu znižuje drsnosť a tým zabraňuje usadzovaniu vzduchových bublín v pórovitej štruktúre dreva. Čím je povrch dreva hladší, tým je pravdepodobnosť 159


vznietenia nižšia a znižuje sa rýchlosť horenia v počiatočnej fáze požiaru. Drevené povrchy sa zvyčajne ošetrujú farbami a lakmi v niekoľkých vrstvách. Bežne používané farby a laky sú riedené riedidlom, ktoré je samo o sebe horľavé vďaka benzínovej báze. Moderné laky a nátery sú vyrobené na báze vody a teda sú neporovnateľne bezpečnejšie z požiarneho hľadiska. V príspevku boli porovnané acetónové a vodou riediteľné prípravky, ktoré sú z protipožiarneho hľadiska oveľa výhodnejšie. Širšiemu využitiu moderných vodou riediteľných prípravkov bráni ich pomerne vysoká cena. Ďalším stupňom protipožiarnej ochrany je aplikácia ochranných prípravkov, ktoré sa aplikujú bezprostredne pri vzniku požiaru. Prípravok sa po nariedení vodou vytvára ochrannú gélovú vrstvu, ktorá výrazne zvyšuje tepelnú odolnosť takto ošetreného povrchu. Hasičom dobre známy prípravok FIRESORB® sa osvedčil ako veľmi účinný prostriedok urýchľujúci hasenie ako aj rozširovanie požiaru, keďže jeho účinnosť v porovnaní s vodou je štvornásobná. Literatúra [1]

Harangozó, J.; Tureková, I.; Rusko, M.: Vplyv retardantov na horenie lignocelulózových materiálov. In Nehnuteľnosti a Bývanie. ISSN 1336-944X 02/2011.

[2]

Slovlux B, Karta bezpečnostných údajov. http://www.slovlak. sk/wp-content/uploads/2011/05/Slovlux-B-KBU1.pdf.

[3]

Technický list. S 6006 Riedidlo do syntetických a olejových náterových hmôt nanášaných natieraním. Novochema 2013.

[4]

Bona http://www.bona.com/cz/profesionalove/produkty/ Laky-tmely-povrchova-uprava/Laky/Bona-Novia/.

[5]

Chromek, I.; Benedik, V.; Šmigura, M.; Hlaváč, P.: Ochrana materiálov na báze dreva pred ohňom gélovými prípravkami. In Acta facultatis xylologiae. Zvolen, 52(2): 81-90, 2010 Technická univerzita vo Zvolene, ISSN 1336-3824.

[6]

Doležal, J.; Horský, D.; Osvald, A.: Plamor - penotvorný náter proti ohňu. 1982, Drevo, 37(2).

[7]

Osvald, A. 2003.: Účinky požiaru na nosné drevené konštrukcie. In Acta facultatis xylologiae. Zvolen, 2003, ISBN 80-228-1422-9, ISSN1336-3824.

[8]

Kačíková, D.; Netopilová, M.; Osvald, A.: Drevo a jeho termická degradácia. Edice SPBI SPEKTRUM 45. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2006. 80 s. ISBN 80-86634-78-7.

[9]

Florian. FIRESORB likvidácia lesných požiarov. http://www. florian.sk/user-dataflorian.sk/gallery/hasici/Hasiace%20 prostriedky/Firesorb.pdf.

[10] Valíček, J.; Müllerová, J.; KUBĚNA, V.; Koštial, P.; Harničárová, M.; Mikulík, M.: Emission distribution and regulation of local heat source. In Diffusion in Solids and Liquids VII: 7th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids: 27-29 June, 2011 Algarve - Portugal. Trans Tech Publications Switzerland, 2012, 330-334. ISSN 1012-0386. [11] Kriššák, P.; Müllerová, J.: Úvod do termomechaniky. Vysokoškolské učebné skriptá, vydala Žilinská univerzita v Žiline 2006.


80.

Chemicko-analytické metody v bezpečnostním inženýrství a požární ochraně Lenka Herecová

Cílem této publikace je seznámit čtenáře se základními pojmy, postupy a metodami chemické analýzy, které souvisejí s požární ochranou a bezpečnostním inženýrstvím. Jsou zde popsány základní postupy klasických i instrumentálních metod chemické analýzy, které lze použít pro identifikaci neznámých chemických látek. CHEMICKO-ANALYTICKÉ Čtenář této publikace může získat základní přehled v dané oblasti od odběru vzorku přes jeho analýzu až METODY V BEZPEýNOSTNÍM po interpretaci získaných dat. Pozornost je zaměřena nejen na metody, které se používají v chemických INŽENÝRSTVÍ A POŽÁRNÍ laboratořích, ale také na přenosné analyzátory a detektory sloužící pro rychlou identifikaci neznámých OCHRANċ látek v terénu. SDRUŽENÍ POŽÁRNÍHO A BEZPEýNOSTNÍHO INŽENÝRSTVÍ

LENKA HERECOVÁ

ISBN 978-80-7385-119-4. Rok vydání 2012.

cena 150 Kč


160



Passive Measures of Landfill Fire Protection mr Lidija Milosevic, MSc, assistant

Landfill gas generation

dr Emina Mihajlovic, PhD, associate professor

Composition and speed of generation of landfill gas in municipal waste landfills depend primarily on the type and layers of compacted waste, as well as on the level of microbiological activity within the landfill body. Gas generation occurs in four different stages [5].

dr Jasmina Radosavljevic, PhD, full professor dr Amelija Djordjevic, PhD, assistant professor University of Nis, Faculty of occupational safety in Nis Čarnojevića 10 A, Niš 18000, Republic of Serbia [email protected], [email protected] [email protected] [email protected] Abstract Gas ventilation wells are used for venting landfill gas, which contains methane. They are also used for constant control of landfill gas emission, particularly of explosive methane emission, which could indicate a threat of surface fire or underground landfill fire, as well as a threat to the environment and to human life and health. The composition of gases to be emitted through the ventilation system depends on the type, humidity, and the microbial activity level of waste being disposed of and on the landfill age. Key words Landfill, landfill gas, methane, well, gas ventilation well, emission, fire. Introduction Generation of landfill gas in a landfill with ca. 50 % of methane can be detrimental to the environment due to the following: • It involves major air pollutants such as dust solids, generated gases, and unpleasant odours;

During the first, or aerobic, stage, decomposable solids react quickly with the oxygen present in the landfill body and form carbon dioxide and water. This is followed by generation of heat and the development of microorganisms. After oxygen has been depleted, anaerobic decomposition ensues and continues through the second and third stage. During the second, or acid, stage of decomposition, the present large organic molecules are decomposed into simple substances hydrogen, ammonia, and organic acids - and the CO2 content ranges from 50 to 90 %. The third stage is dominated by methanogenic microorganisms, which use CO2, hydrogen, and organic acids as a substrate and produce methane along with other products. During the second and third stage, the landfill body essentially contains no oxygen, which means there is no actual hazard of explosions. The fourth stage begins when the rates of landfill generation are relatively constant. CO2 and methane are present in a ca. 1:1 ration and together they comprise around 95 % of the total gas amount. This stage contains fire hazards. The typical composition of landfill gas from a municipal waste landfill is given in tab. 1 [1]. Tab. 1 Landfill gas composition Component

[%]

• Methane is a constituent of landfill gas that most likely represents the biggest hazard of explosions. Its explosive limit ranges from 5 % to 15 %;

Methane

47,40

Carbon dioxide

47,00

Nitrogen

3,50

• During its soil diffusion, methane can gradually destroy vegetation;

Oxygen

0,80

• If there are any enclosed structures present in the vicinity of the landfill, landfill gas can accumulate inside them;

Paraffin hydrocarbons

0,10

Aromatic hydrocarbons

0,20

Hydrogen

0,10

• Landfill gas can cause suffocation of humans in enclosed space.

Hydrogen sulfide

0,01

Conditions affecting the generation of landfill gas

Carbon monoxide

0,10

The rate and volume of landfill gas generated at any location depend on:

Trace components

0,50

• Humidity content - Presence of humidity in a landfill increases generation of gas because it encourages bacterial decomposition. Humidity can also initiate gas-generating chemical reactions. • Temperature - Landfill temperature increase affects the increase of bacterial activity, which results in increased landfill gas generation. Higher temperature can also increase the rate of evaporation and chemical reactions.

-3

• Presence of oxygen in the landfill - Methane will generate only if a landfill is oxygen-free.

10

3

• Waste age - The biggest generation of landfill gas occurs five to seven years after waste disposal. Waste that old usually generates more landfill gas through bacterial decomposition, evaporation, and chemical reactions than older waste (older than 10 years).

Fig. 1 shows that the largest amount of gas is generated within the first 15 years of landfill usage, with the maximum amount generated during the second and third year. After this period, gas generation suddenly declines and after 20 years of landfill usage it becomes constant. Gas generation can last even longer (50 years) if the waste contains large amounts of organic matter [1]. Waste per year [m gas.m ]

• Waste composition - The larger the amount of organic waste in a landfill, the more landfill gas will be generated during waste decomposition.

5

10 15 gas generation

20

30 40 Waste deggasing [yaer]

Fig. 1 Landfill gas generation over time Ostrava 4. - 5. září 2013

161


Landfill gas movement The mechanics of landfill gas movement through a landfill is highly complex. Landfill gas generated underneath the landfill surface tends to leave the landfill body along the path of least resistance. Landfill gases lighter than air, such as methane, have a natural tendency to move upwards, usually through the landfill surface. As the mass of densely compacted waste grows upwards, the upward movement of landfill gas becomes more difficult, so the horizontal gas flow becomes more intensive. Methane and other landfill gases migrate horizontally towards other landfill areas or even beyond the landfill boundaries following the path of least resistance. Gases tend to expand and fill empty space, so they move, or “migrate”, through the inside of a landfill. Landfill gas migration is affected by the following: • Diffusion (concentration) - Diffusion denotes a natural tendency of gases to achieve uniform concentration in any space. Gases move through a landfill from the area with higher gas concentration towards the area with lower gas concentration. Since gas concentration is normally higher in the landfill than around it, landfill gases spread from the landfill to the surrounding areas with lower gas concentration. • Pressure gradient - Accumulation of gases in a landfill forms high-pressure areas, in which gas movement is restricted by compacted waste or landfill cover soil, and low-pressure areas, in which gas movement is unhindered. Pressure variations throughout the landfill cause gases to move from high- to lowpressure areas. Such movement is known as convection. The larger the amount of generated landfill gas, the more the pressure rises, usually causing the underground pressure inside the landfill to exceed atmospheric pressure. • Permeability - Dry, sandy, and gravelly soils are highly permeable (spaces with many interconnected pores), whereas wet clay is less permeable (fewer interconnected pores). Likewise, wet and frozen soil significantly impacts gas movement through the landfill body. Gases normally move through high-permeability areas of a landfill (areas with sand or gravel) rather than through low-permeability areas (areas with clay or sludge). Landfill cap is often made of low-permeability soil, such as clay. • Density - The second biggest product of waste degassing - CO2 impedes gas extraction due to its density. CO2 is 1,5 times denser than air and 2,8 times denser than methane; it also tends to move downwards through the landfill body. Passive fire protection systems Passive systems are based on the natural pressure difference and diffusion of gas from the landfill body into the atmosphere. The simplest way of passive protection is to provide landfill venting trenches, which are slanted and filled with gravel throughout the landfill. The gravel layer thickness ranges from 300 to 500 mm. The distance between the venting trenches, which are placed along the landfill width, ranges from 20 to 60 m [1] (fig. 2). top cover

deposited waste

The second passive way of gas extraction is by means of perimeter venting trenches or pipes. These vents prevent further spreading of gas outside the landfill. An alternative solution is the placement of an impermeable barrier around the entire landfill, which prevents gas from spreading outside the landfill but does not solve the issue of how and where the gas will be extracted. If the landfill body is permeable, vertical extraction screens for controlled ventilation are placed along its flanks. They are filled with gravel and placed 2 to 5 m away from the landfill edges (fig. 3). top cover

deposited waste

perimeter drainage ditches

direction of gas movement

daily cover

gravel-filled venting screens

Fig. 3 Gas venting screens Venting structures such as gas wells have proven to be the most efficient. Gas wells for landfill gas (primarily methane) extraction are arranged along the perimeter or inside the landfill in such a way as to follow the outlines of the landfill and to be adjusted for the manner of waste disposal in some of its segments. The base of the wells is made of tamped concrete and is placed on a previously prepared foundation of the disposal zone, whereas 1-meter pipes are installed gradually as the landfill fills up. Gas wells that are placed into the existing deposited layer of waste do not have a base, but are put inside the dumping-site boreholes 600 - 650 mm wide and 2 m deep, inside which a screen jacket is the first to be cemented, followed by a perforated degassing pipe. A degassing pipe is a perforated PVC pipe 200 mm in outside diameter through which gas is extracted into the ambient. Pipe length depends on the height of waste and inert material layer. A pipe contains fitting connections at one end (connector muff, or a slip joint for telescopic fitting). The screen jacket envelops the perforated pipe and is 600 mm in diameter. It is made of reinforced iron and welded wire mesh and its length depends on the height of the waste and inert material layer. The space between the screen jacket and the perforated pipe is filled with gravel with larger granulation (over 32 mm) for a larger contact surface of the gas and the degassing pipe and for easier gas extraction into the atmosphere. The hole is lined with the screen jacket before the waste is deposited inside so that the gas well can be set in place more easily. The screen jacket also serves to protect the gas well from potential damage by construction machines. The wellhead vent pipe is placed at the top of the gas well with a plastic 90° elbow fitting so that gas could be released into the atmosphere without any precipitation entering the well.

gravel-filled trenches

daily cover

Fig. 2 Gravel-filled venting trenches for gas extraction 162

Well diameters usually range from 0,6 to 1 m. Wells with bigger diameter have a larger contact surface of gravel and waste and require lower overpressure for gas extraction. The common well depth is 50 to 90 % of the waste depth, except in the case of groundwater occurrence, when well depth goes only as far the water depth. The inside of the well is filled to full height either with gravel or crushed stone. The protruding height of the well should be at least 1 - 3 m above the top cover layer. The distance between individual wells ranges from 20 to 40 m, and their number Ostrava 4. - 5. září 2013


is determined according to estimated gas generation. Gas flares are often installed at the top of gas wells or mounted on specially positioned perforated vertical polyethylene 50 - 75 mm pipes. Gas flare height above the top cover layer ranges from 3 to 6 metres [1].

is required. During a landfill fire, oxygen levels beneath the surface range from 15 to 21 %. As fire suppression progresses, the oxygen level proportionally decreases and usually drops below 1 % after the fire has been fully extinguished.

vent pipe

gravel pack

screen jacket

layers of waste and inert materials 2,1 m in depth

perforated PVC pipe

gas well base drainage gravel

clay layer

soil (landfill bottom)

Fig. 4 Gas well cross-section after disposal of waste and inert materials 2,1 metres in depth

Monitoring of methane concentration Due to its low density, methane normally moves upwards through the landfill body but can also move horizontally, depending on the waste structure and compaction degree. When moving horizontally, methane can spread for over 30 m through the landfill body. Methane generated in a landfill destroys vegetation by replacing oxygen in the roots. Landfill surface contains enough oxygen to trigger an explosion, but the methane is usually dispersed in the ambient air without reaching its lower explosive limit of 5 %. For a fire or explosion to occur, methane has to migrate from the landfill and to reach concentrations within the explosive limit range. Tab. 3 shows the results of measured methane emissions in the landfill owned by the Public Utility Company “Komrad” in Vranje, which was performed by means of the “MRU VARIO plus” gas analyser [3]. Tab. 3 Methane concentrations at landfill gas wells Measuring point number

Measured value [%]

Explosive range [%]

It is recommended that a protective vegetation belt be placed around the landfill complex as an additional barrier for odour propagation and a buffer zone between the landfill and nearby buildings in the event of a fire.

Gas well 1

0,525

5 - 16

Gas well 2

0,325

5 - 16

Gas well 13

0,525

5 - 16

Gas well 14

6,125

5 - 16

Monitoring of landfill gas composition

Gas well 15

0,968

5 - 16

Control of landfill gas outflow is necessary primarily to prevent the effects on human health, environmental impact, crop and property damage, and landfill fires. Monitoring of landfill gas composition provides a useful insight into the state of underground fires and into the efficiency of fire protection measures. The parameters that need to be monitored at various times include methane, oxygen, CO, and hydrogen sulfide.

Gas well 16

1,295

5 - 16

Gas well 17

11,750

5 - 16

Gas well 18

5,620

5 - 16

Gas well 19

11,140

5 - 16

Gas well 20

5,882

5 - 16

Gas well 21

2,086

5 - 16

Gas control (analysis) has to be performed by the authorized institution once every three months during waste disposal in the landfill. Gas composition checks are performed even after a landfill has been closed, for at least ten years. Specialized licensed institutions perform these checks, first by sampling gases from the gas wells with special sampling probes placed inside degassing pipes at a proper depth, and then by analysing the collected samples with appropriate gas analysers.

Gas well 22

5,881

5 - 16

Gas well 24

13,081

5 - 16

Carbon monoxide is the best indicator for the presence of underground fire. Tab. 2 shows the empirical scale that helps assess conditions for the occurrence of a landfill fire [4].

Since most landfills are located near administrative or residential buildings, methane concentrations need to be monitored regularly. Methane enters buildings through cracks, construction joints, basement inspection openings, and all other weak points of basement walls and floors. Methane also accumulates near the ceiling. If the methane source cannot be controlled constantly, continuous building ventilation is recommended. Table 4 shows the results of measured methane emissions at different distances between the landfill and the buildings of the PUC “Komrad” in Vranje [2].

Tab. 2 Empirical scale for the assessment of conditions for fire occurrence

Tab. 4 Methane concentrations measured at different distances of buildings from the landfill

Monitoring of CO concentration

Concentration CO [ppm]

Possibility of fire

Distance of a building from the landfill [m]

Measured value [%]

Explosive range [%]

Possible fire in the vicinity

30

0,390

5 - 16

100 - 500

Possible smouldering

150

0,037

5 - 16

500 - 1000

Likely fire or exothermic reaction

500

0,026

5 - 16

Fire

650

0,018

5 - 16

800

0,000

5 - 16

0 - 25 25 - 100

> 1000

No signs of fire

Monitoring of oxygen concentration Presence of oxygen in concentrations exceeding 1 % is an indicator that the current barriers are inefficient at preventing air from penetrating the landfill and that an additional soil cover layer Ostrava 4. - 5. září 2013

Conclusion Adequate design of a passive fire protection system for landfills is important for a number of reasons. One of them is drainage of gases 163


that accumulate in the landfill body. Early fire detection is possible through monitoring of methane concentration and underground fire detection is possible through monitoring of CO concentrations and through assessment of risk and environmental and health impact. Gas emissions should be monitored once a month during landfill usage, for ten years after landfill closure, and then every two years until the end of landfill’s life.

[2]

JKP Komrad Vranje, Izveštaj sa rezultatima merenja imisije zagađujućih materija i konsentracije metana za period jul/ avgust/septembar 2006 godine.

[3]

JKP Komrad Vranje, Izveštaj sa rezultatima izvršenih merenja imisije zagađujućih materija 2008 godine.

[4]

Radosavljević, J.; Djordjević, A.: Deponije i deponovanje komunalnog otpada, Univerzitet u Nišu, Fakutet zaštite na radu u Nišu, 2012.

[5]

Www.mebig.marmara.edu.tr/Enve330/Chapter11.pdf.

Reference [1]

Glavni projekat sanacije, zatvaranja i rekultivacije deponije „Bubanj” u Nišu, IV projekat za prihvazanje i odvođenje deponijskog gasa 1218/1.G.00.MP, Beograd, 2005.

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Větrání objektů EDICE SPBI SPEKTRUM

12.


MICHAIL ŠENOVSKÝ PAVEL PROKOP PETR BEBýÁK

VċTRÁNÍ OBJEKTģ

Michail Šenovský, Pavel Prokop, Petr Bebčák Autoři se snažili obsáhnout problematiku větrání budov v co největší šíři, a to předurčilo i její členění. V prvé části nazvané „Teorie větrání“ jsou popsány základy tohoto složitého procesu od vlastností plynů, přes složení a vlastnosti ovzduší, zplodiny hoření a jejich fyzikálně chemické vlastnosti, definice základních pojmů atmosférického vzduchu, aerodynamiku ovzduší, až po základy větrání a to jak přirozeného, tak i nuceného. Druhá část je věnována požární bezpečnosti budov z pohledu jejich větrání. V úvodních definicích požáru a jeho jednotlivých fází se autoři zabývají zařízením pro odvod tepla a kouře a jejich vlivem na požární bezpečnost objektů. Je zde popsán i způsob návrhů zařízení pro odvod tepla a kouře i s praktickými náčrty jednotlivých zařízení. Třetí část je zaměřena na požární represi, resp. na větrání při zásahu jednotek požární ochrany. Výměna plynu je popisována na příkladech jednotlivých schematicky znázorněných objektů. V další části jsou popsány obecné principy větrání vztažené k požáru v objektu a to jak přirozené tak i podtlakové a přetlakové větrání.

ISBN 978-80-7385-008-1. Rok vydání 2007

cena 170 Kč

2. vydání

EDICE SPBI SPEKTRUM

75.


JIěÍ POKORNÝ STANISLAV TOMAN

POŽÁRNÍ VċTRÁNÍ VċTRÁNÍ CHRÁNċNÝCH ÚNIKOVÝCH A ZÁSAHOVÝCH CEST

Požární větrání - Větrání chráněných únikových a zásahových cest Jiří Pokorný, Stanislav Toman Publikace Požární větrání - větrání chráněných únikových a zásahových cest popisuje úvodem členění únikových cest, typy chráněných únikových cest a požadavky na jejich provedení. Následně jsou popsány základní charakteristiky jednotlivých způsobů větrání chráněných únikových cest, na které navazuje popis návrhových principů větrání. V publikaci jsou rozvedeny národní i evropské zásady větrání chráněných únikových cest, přičemž je upozorněno na určité návrhové odchylky. Značná pozornost byla věnována výpočtovým návrhům větrání chráněných únikových a zásahových cest. ISBN 978-80-7385-104-0. Rok vydání 2011.

cena 130 Kč

Knihy lze objednat na www.spbi.cz nebo na tel.: 597 322 970

164



Protection of Structural Steelwork with Fire-Resistant Coatings mr Lidija Milosevic, MSc

Δt

the time interval [sec],

dr Emina Mihajlovic, PhD

ρa

the unit mass of steel [kg.m-3].

dr Jasmina Radosavljevic, PhD

The correction factor for the shadow effect may be determined from: ( A / V )box k sh  m ( Am / V )

dr Amelija Djordjevic, PhD University of Nis, Faculty of occupational safety in Nis Čarnojevića 10 A, Niš 18000, Republic of Serbia [email protected], [email protected] [email protected] [email protected]

where [Am/V]box box value of the section factor [m-1]. Critical temperatures for various types of steel, shown in tab. 1, can be used for approximate calculations [4].

Abstract Fire-resistant coatings are a type of structural steelwork protection in both newly-built and restored constructions. These coatings contain materials that react chemically at higher temperatures and release gases that cause the coating to expand, thus forming the insulating layer. This paper presents experimental testing of coatings represented by a temperature-time curve and explores their advantages over other fire protection agents. The experiments show that coatings will not allow structural steelwork to reach the critical temperature established by the Eurocodes.

Tab. 1 Critical temperatures for various types of steel Steel

Standard/Reference

Critical temperature

Structural steel

ASTM

538 °C

Reinforcing steel

ASTM

593 °C

Pre-stressing steel

ASTM

426 °C

Light-gauge steel

Eurocode 3

350 °C

Critical temperature calculation for protected steel members

Key words Structural steelwork, fire-resistant coatings, critical temperature, temperature-time curve. Introduction Unprotected structural steelwork that is directly exposed to flames and high temperature loses its load bearing capacity after 15 ÷ 30 minutes, depending on fire duration, fire load, steel member load, static system, and other conditions. When steel reaches critical temperature, it changes its physical and mechanical properties, whereby unprotected steel loses its load bearing capacity. When steel temperature increases, the structure of the crystal lattice changes and crystals change their position, shape, and size. This leads to pre-crystallization of the lattice, i.e. α-iron (body-centred cubic lattice) turns to γ-iron (face-centred cubic lattice), whereby mixed crystals are formed, causing the weakening of crystal bonds. Subsequently, tensile strength, fracture toughness, and other mechanical properties of steel are reduced, which results in lower fire resistance.

Provided there is uniform temperature distribution in the crosssection, temperature increase Δθa,t of protected steel members during the time interval Δt is obtained with the following expression according to Eurocode 3 [1]:  a ,t 

 p Ap / V  g ,t   a,t  d p ca  a (1   / 3)

t  (e /10  1) g ,t

for



cp p ca  a

d p Ap / V

where Ap/V the section factor for protected steel members [m-1], Ap

the appropriate area of fire protection material per unit length of the member [m2],

V

the volume of the member per unit length [m3],

ca

the temperature dependent specific heat of steel [J.kgK-1],

In order to avoid critical temperature, structural steelwork has to be protected.

cp

the temperature independent specific heat of fire protection material [J.kgK-1],

Critical temperature calculation for unprotected steel members

dp

the thickness of the fire protection material [m],

Critical temperature is the temperature at which the failure of steel members is expected provided that the temperature is uniformly distributed. If it is, the temperature increase Δθa,t in unprotected steel members during the time interval Δt is obtained with the following equation according to Eurocode 3 [1]: t

 a ,t  0,9k sh

Am / V h net , d ca  a

where ksh

correction factor for shadow effect,

Δt

the time interval [sec],

θa,t

the steel temperature at time t [°C],

θg,t

the ambient gas temperature at time t [°C],

Δθg,t the increase of the ambient gas temperature during the time interval Δt [K], λp

the thermal conductivity of the fire protection system [W.mK-1],

ρa

the unit mass of steel [kg.m-3],

ρp

the unit mass of the fire protection material [kg.m-3].

Am/V the section factor for unprotected steel members [m-1],

Methods of fire protection for structural steelwork

Am

the surface area of the member per unit length [m2],

V

the volume of the member per unit length [m3],

ca

the specific heat of steel [J.kgK-1],

All methods of fire protection for structural steelwork are based on the use of fireproof materials that need to have the following properties:

hnet,d the design value of the net heat flux per unit area [W.m-2],


165


• To be poor heat conductors; • To be strong enough to endure impact from water jets or moving objects; • To contain no elements that react violently with steel in their chemical composition; • To be resistant to degradation and disintegration, primarily referring to structural cracks through which flames could reach the steel members; • To be as light as possible so as not to compromise structural stability with their own weight. There are numerous ways and materials for structural steelwork fire protection. Protection can be provided by means of the following: • Isolation - prevention of high temperature effects on the steel by use of materials with low thermal conductivity;

Fig. 1 Foam formation mechanism Fire protection system for steel coatings Maximum coating efficiency is provided by a system that contains [5]: • Anticorrosive primer,

• Chemical decomposition - addition of materials that decompose at certain temperatures, releasing non-flammable gases that suppress fire and keep the area oxygen-free;

• Intumescent coating, and

• Heat loss - or addition of a layer of a material thick enough to absorb large amounts of heat before it has been transferred to steel;

Primers

• Heat reduction - addition of materials that lose their mass and heat during fire uniformly and faster than the heat is transferred to steel; • Crystal decomposition - addition of materials such as hydrates or polyhydrates (plaster, magnesium, or aluminium hydroxide), which lose water of crystallization, first causing the formation of molecular water and then of vapour, which helps reduce temperature; • Expansion - addition of materials that absorb heat up to a certain temperature and then expand, creating an isolating layer or a burnt protective layer; • Combination of two or more methods. Protective coatings for structural steelwork Out of the total consumption of intumescent coatings, about 80 % is used for steel protection, while the other 20 % is used to protect concrete, electric cables, PVC piping, ventilation ducts, etc. Nowadays, intumescent coatings are ideal for fire protection because, in addition to their main purpose - protection, they offer many other benefits, such as ease of use, reduced structural load, excellent protection against corrosion, recognisability of metal structures, and visual appeal. These coatings also have to meet the following criteria: adhesiveness to the structure base or to the primer, easy application, compatibility with top coating, regular expansiveness, and stability of formed foam. Foam formation mechanism Intumescent, or expanding, coatings are a combination of different materials, which act together during a fire and form carbon foam due to increased temperature. Such foam can reach a density ten to 100 times higher than earlier protective coatings and thus isolate the structure with its low thermal conductivity. Coating components react at relatively low temperatures (150 180 °C), usually under the influence of flames, whereby they release gases that cause expansion (swelling) at ca. 250 °C. The newly-formed spongy mass is a good isolator, which protects the material it coats for a certain period of time. Fig. 1 shows the foam formation mechanism.

166

• Top coating.

Choosing the right primer that is compatible with the intumescent coating could be decisive for the proper functioning of the protection system. The primer has to meet the requirement of high anticorrosive protection and to be a solid base for the intumescent coating. The primer, which has to be safe and reliable, is applied on the sandblasted and prepared base of the steel member by a roller, a brush, an air compressor gun, or the airless spraying technique. Intumescent coatings Intumescent coatings are applied to the previously applied primer. The necessary thickness of intumescent coatings depends on the required fire resistance and on the thermal capacity of the member, which is expressed by the section factor. Intumescent coatings have to meet the requirement of regular expansion. The expanding layer has to swell homogeneously without forming bubbles, without separating from the base, and without releasing toxic gases. The newly-formed foam layer has to be stable against flames and convection currents in the air. Top coatings In addition to the aesthetic effect, top coatings also provide protection of the intumescent coating, primarily against the elements of weather. In the first stage of a fire, the top coating is the first to completely burn or fall off the intumescent coating, thus allowing the intumescent coating to promptly respond and expand. Choosing the right top coating is important because there are many top coatings that can destabilize the intumescent coating in the initial fire stage or tear off the foam later during a fire and thus enable a rapid increase of steel temperature. Experimental testing of the fire resistance of steel I-beams protected with intumescent coating We tested steel I-beam samples for fire resistance. We applied intumescent coating to each sandblasted sample and then placed the samples in the test fire oven, where they were exposed to fire on all four sides. Fire oven testing with standard fire progression (fig. 2) was performed on small samples without loading, in compliance with the general terms of SRPS ISO 834 standard (1994) and the specific terms of SRPS U.J1.042 (2000) and SRPS U.J1.043 (2000) standards. The criterion for assessing the behaviour of the sample during standard fire progression in the test fire oven is the member’s critical temperature point, when plastic deformation begins and protective coating integrity becomes compromised [3].



1200

250

Experimental curve

2 Temperature [°C]

Temperature [°C]

200

800 600 400

4

150

100

200 0

1 3

ISO 834 curve

1000

50

0

10

20

30

40

50 60 Time [min]

70

80

90

100

110

0

120

Fig. 2 Temperature increase over time in the test fire oven We used the following measuring and regulation equipment: a standard test fire oven, a Keithley digital nanovoltmeter, Cu-CuNi thermocouples, NiCr-Ni thermocouples, a differential manometer, and a DT-1 digital manometer. Composit T-TGI™ protective coating Composit T-TGI™ is a silicon-based viscous adhesive dispersion that expands in a 1:8 ratio. We tested four one-metre steel I-beam samples protected with the adequately thick layer of Composit T-TGI™. The beams were placed into the movable wall of the fire oven. The test results are given in tab. 2, whereas tab. 3 shows the tested fire resistance values [3].

Test results

00 min

Initial air temperature during testing is ta = 30 ºC, and the mean temperature of the steel sample is ts = 20 ºC

10

20

30

40

50 60 Time [min]

70

80

90

100

110

Firestop Steel™ protective coating Firestop Steel™ is an aqueous dispersion of polyvinyl acetate, polyphosphates, inorganic fillers, dispersants, and stability additives. We tested seven samples of 1,2-metre steel I-beams and applied the Firestop Steel™ intumescent coating to each sandblasted sample. Steel sample mean temperature was ts = 15,8 ºC. Tab. 4 shows the tested fire resistance results for the steel I-beam samples protected with the coating [2]. Tab. 4 Fire resistance values for the members protected with Firestop Steel™ coating Tested sample

Profile mark

Profile factor A/V [m-1]

Coating thickness [mm]

Fire resistance [min]

Sample 1

IP 80

401

0,740

0

Sample 2

IP 140

274

0,440

0

IP 240

183

0,750

15

23 min

Slight crackling, vaporization around the member edges

Sample 3

120 min

Member temperatures underneath the protective coating are significantly below critical temperature and average out to: Sample 1 → ts1 = 230 ºC Sample 2 → ts2 = 180 ºC Sample 3 → ts3 = 220 ºC Sample 4 → ts4 = 150 ºC During the entire testing time no intense odours were observed

Sample 4

IP 140

274

1,250

15

Sample 5

IP 240

183

1,250

30

Sample 6

IP 340

133

1,250

60

Sample 7

IP 240

183

1,750

60

When the fire oven was opened, the protective coating on the side of the fire was expanded and its integrity was preserved. No coating had fallen off the samples nor was the colour of the coating changed

Tab. 3 Fire resistance values for the members protected with Composit T-TGI™ coating Tested sample

Profile mark

Coating thickness [mm]

Fire resistance [min]

Sample 1

I-NP 200

6

120

Sample 2

I-NP 360

6

120

Sample 3

I-NP 200

8

120

Sample 4

I-NP 360

8

120

Temperature change during a 120-minute fire for all four tested steel I-beam samples is shown in fig. 3.


2 1

450

4

3

5 6 7

400 350 Temperature [°C]

125 min

120

Fig. 3 Temperature change of members protected with Composit T-TGI™ coating over time

Tab. 2 Test results for steel beam lines protected with Composit T-TGI™ coating Test time

0

300 250 200 150 100 50 0

0

10

20

30 Time [min]

40

50

60

Fig. 4 Temperature change of members protected with Firestop Steel™ coating over time Conclusion Fire protection of structural steel members with coatings is highly efficient and frequently used. A proper choice of protective coating will prevent the critical temperature of structural steel from being reached during a fire. Structural steel members with 167


the section factor over 300 m-1 (large perimeter, small connecting area) have low fire resistance, which is why they need a high level of protection to meet testing requirements. Structural steel members with the section factor below 300 m-1 (small perimeter, large connecting area) have high fire resistance, which is why they need a lower level of protection, i.e. less thick layers of protective coating applied to the steel.

[3]

Izveštaj o ispitivanju otpornosti prema požaru zaštićenih čeličnih I-profila - Ispitivanje na malim neopterećenim uzorcima zaštićenim premazom Compozit T-TGI, Laboratorija za građevinsku fiziku, Beograd, 1998.

[4]

Kodur, V.K.R.; Harmathy T.Z.: Properties of Building Materials, Draft Paper, personal correspodence, April 2002.

[5]

Michael, G.: Goode, Fire Protection of Structural Steel in High-Rise Buildings, National Institute of Standards and Technology, Building and Fire Research Laboratory, Maryland, 2004.

Reference [1]

Eurocode 3: Design steel structure, Part 1.2: General rules, Structural fire design, European Committe for Standardisation, Brussels, 2002.

[2]

Izveštaj o ispitivanju - Otpornosti prema požaru linijskih čeličnih I-profila zaštićenih ekspandujućim premazom Firestop Steel, Institut za ispitivanje materijala, Beograd, 2007.


81.


VILÉM ADAMEC a kolektiv

OCHRANA PěED POVODNċMI A OCHRANA OBYVATELSTVA

Ochrana před povodněmi a ochrana obyvatelstva Vilém Adamec a kolektiv Publikace prezentuje problematiku ochrany před povodněmi. Mimo základní principy ochrany je zde věnována zvláštní pozornost některým speciálním aspektům. Jednotlivé prezentované problémy pak tvoří relativně samostatné uzavřené kapitoly. Text uvádí podrobnější informace k činnosti předpovědní a hlásné služby a roli správců povodí při ochraně před povodněmi. Zvláštní pozornost je věnována ochraně zdrojů vody před následky povodně. Je zde pojednáno rovněž o ochranných opatřeních technického charakteru, zejména výstavbě protipovodňových hrází. Jsou zde prezentovány některé aspekty z hlediska ochrany postiženého obyvatelstva, a to i ve vazbě na záchranářství, řízení různých aktivit při povodni povodňovou komisí, resp. krizovým štábem. ISBN 978-80-7385-118-7. Rok vydání 2012.

cena 180 Kč


168



Porovnanie vybraných výpočtových metód pre stanovenie požiadaviek na požiarnu odolnosť konštrukcií Comparison of Selected Calculation Methods for Determination of Fire Resistance Requirements Ing. Vladimír Mózer, PhD.

1. Požiarna odolnosť a jej štandardizované stanovovanie

Žilinská univerzita, Fakulta špeciálneho inžinierstva Ul. 1. mája 32, 010 26 Žilina, Slovenská republika [email protected]

Požiarna odolnosť je schopnosť stavebnej konštrukcie, alebo prvku odolávať účinkom požiaru po stanovenú dobu, pri zachovaní si stanovených kritérií, ktorými sú najčastejšie nosnosť, celistvosť a izolácia.

Abstrakt Článok sa zaoberá metódami stanovenia požiadaviek na požiarnu odolnosť s použitím postupov uvedených v našich normách - výpočtové požiarne zaťaženie, ekvivalentný čas trvania požiaru. Je hodnotený vplyv veľkosti požiarneho zaťaženia, odvetrania a tepelno-technických vlastností konštrukcií a výsledky sú porovnané s metódou normalizovaného požiarneho zaťaženia.

Na to, aby bolo možné vôbec takéto testovanie vykonávať, sú stanovené referenčné priebehy teplotného namáhania, tzv. časovoteplotné krivky. Najčastejšie sa pri stanovovaní požiarnej odolnosti využíva normová časovo-teplotná krivka, ktorej priebeh je možné vyjadriť napríklad podľa [1, 2] ako:

T  345log10  8t  1  202 kde

Kľúčové slová

T

priemerná teplota v peci [°C],

Požiarna odolnosť, intenzita požiaru, výpočet, parameter odvetrania, normová teplotná krivka, tepelno-technické vlastnosti.

t

čas [min].

Abstract The paper deals with the methods for the determination of fire resistance requirements which are implemented in our standards calculated fire load and equivalent fire duration time. The effect of fire load, ventilation and construction thermal properties is evaluated and the results are compared with the normalized heat load method. Key words Fire resistance, fire severity, calculation, ventilation factor, time-temperature curve, thermal properties. Úvod Problematika stanovenia adekvátnych požiadaviek na požiarnu odolnosť stavebných konštrukcií, je jednou z najdôležitejších úloh pri navrhovaní požiarnej bezpečnosti stavieb. Na jednej strane sú požiadavky na bezpečnosť - zamedzenie rozširovaniu požiaru a štrukturálnemu kolapsu - a na strane druhej ekonomická náročnosť týchto opatrení. Samozrejme z hľadiska bezpečnosti by bolo ideálne stavby nadimenzovať na potenciálne najhorší možný scenár a pridať ešte faktor bezpečnosti zohľadňujúci možné zmeny v užívaní, požiarnom zaťažení atď. Avšak takéto riešenie by bolo vo väčšine prípadov ekonomicky neprijateľné z dôvodu vysokých nákladov spojených s vybudovaním takto nadimenzovaných požiarnodeliacich a nosných prvkov. Preto je nevyhnutné, aby požiadavky na požiarnu odolnosť relevantných konštrukcií boli nadimenzované čo najpresnejšie, berúc pritom ohľad na ich dôležitosť či už zo statického alebo požiarno-bezpečnostného hľadiska. Aj keď sa na prvý pohľad môže zdať táto úloha jasne zadefinovaná, naplnenie jej cieľov je veľmi náročné a to hlavne kvôli veľkému množstvu faktorov, ktoré intenzitu požiaru ovplyvňujú. Tieto faktory zahŕňajú druh a geometriu paliva, geometriu priestoru a jeho odvetranie, tepelno-technické vlastnosti ohraničujúcich konštrukcií a mnohé z nich nie sú konštantné, ale sa v priebehu doby trvania požiaru menia.

(1)

Z hore uvedeného je teda zrejmé, že pri skúšaní podľa tejto, ale aj iných (napr. uhľovodíková, exteriérové namáhanie, a pod.) normových teplotne-časových kriviek, sa podmienky - teplota v peci, menia len v závislosti na čase, a to zodpovedajúc priebehu tej ktorej krivky. Výhoda tohto systému samozrejme spočíva v tom, že sme schopní stanovovať požiarnu odolnosť referenčne a zároveň porovnávať jednotlivé testované konštrukčné prvky medzi sebou. Nevýhodou však je, že priebeh a intenzita tepelného zaťaženia pri reálnych požiaroch nie sú totožné s normovou teplotne-časovou krivkou. Tým teda vzniká potreba metódy, pomocou ktorej by bolo možné čo najpresnejšie previesť intenzitu, resp. priebeh požiaru v hodnotenom objekte na intenzitu, resp. priebeh požiaru podľa normovej teplotne-časovej krivky, aby bolo možné konštrukcie nadimenzovať na posudzovaný požiar. 2. Faktory ovplyvňujúce priebeh a intenzitu požiaru Skôr než budú priblížené metódy prevodu kľúčových parametrov reálneho požiaru na tie podľa normovej teplotnečasovej krivky, je vhodné ozrejmiť aspoň najhlavnejšie faktory, ktoré ovplyvňujú priebeh a intenzitu reálnych požiarov. V prvom rade je nutné zadefinovať typ požiaru, ktorý determinuje akým spôsobom ho jednotlivé faktory budú ovplyvňovať. Tu sú možné dve alternatívy: a) požiar riadený odvetraním (ventiláciou), b) požiar riadený povrchom paliva. 2.1. Odvetranie priestoru Historicky, napr. [3, 4], ale aj v nedávnej minulosti, napr. [5, 6], bol výskum primárne zameraný na prvú kategóriu požiarov, t.j. požiare riadené odvetraním. To je spôsobené hlavne tým, že táto kategória reprezentuje väčšinu bežných konfigurácií stavebný objekt - požiarne zaťaženie. Je charakteristická tým, že v stavebnom objekte sa vo vzťahu k ventilačným podmienkam nachádza prebytok paliva. To znamená, že množstvo uvoľneného tepla vo vnútri posudzovaného priestoru (miestnosť, požiarny úsek, atď). je závislé od prístupu vzduchu. To je zároveň dôvodom, prečo je tento článok zameraný práve na túto kategóriu požiarov. Preto sú logicky primárnym faktorom, ktorý ovplyvňujú priebeh a intenzitu požiaru riadeného odvetraním, podmienky


169


odvetrania; konkrétne veľkosti, počet a umiestnenie ventilačných otvorov. Z tohto dôvodu je potom možné tvrdiť, že rýchlosť odhorievania je primárne funkciou ventilačných podmienok, vo vzťahu ku geometrii priestoru tiež označovaných aj ako parameter odvetrania Fo [m1/2], ktorý je možné vyjadriť ako [7, 8]:

Fo 

1  j S . h i 1 oi oi 2

(2)

Sk

Soi plocha i-tého ventilačného otvoru [m2],

Miestnosť

hoi výška i-tého ventilačného otvoru [m],

Dĺžka l

Sk celková plocha konštrukcií hodnoteného priestoru [m2].

Z ohľadom na geometriu priestoru a parameter odvetrania Fo bol odvodený [8] vzťah pre stanovenie rýchlosti odhorievania R palív celulózového charakteru [kg.m-5/2.hod-1]:



 So  ho1/2

γ

Šírka š

4m

Výška h 2,5m

Tab. 1 Veľkosti otvorov pre jednotlivé scenáre hodnotiace vplyv odvetrania Alternatíva

Výška [m]

1

1.7

2

1.7

3

1.7

4

1.7

(3)

kde parameter rýchlosti odhorievania [kg.m .hod ], -5/2

5m

Otvor (4 alternatívy)

2.2. Rýchlosť odhorievania a množstvo uvoľneného tepla

175( log Fo / 4)

3.1. Porovnávacie požiarne scenáre Ako porovnávací bol zvolený jednoduchý požiarny scenár v miestnosti s jedným ventilačným otvorom. Parametre boli zvolené nasledovne:

kde

R

Pred samotnými výpočtami je ešte nutné zdôrazniť, že výsledky budú hodnotené len na základe priamych výstupov týchto metód. Nebude sa teda uvažovať s použitím stupňov požiarnej bezpečnosti [11, 12, 15], ktoré majú ekonomicko-bezpečnostný charakter [8, 16] a v podstate len zvyšujú, respektíve znižujú východiskovú požiarnu odolnosť vychádzajúcu z ad 1. a 2.

-1

Šírka [m]

Plocha [m2]

Fo [m1/2]

0.2

0.34

0.005

0.75

1.275

0.020

1.5

2.55

0.040

2.9

4.93

0.080

Použité materiály ohraničujúcich konštrukcií (4 alternatívy)

podľa [4, 7] je γ konštanta 330 kg.m-5/2.hod-1 / 5,5 kg.m-5/2.min-1. Rýchlosť odhorievania samozrejme primárne determinuje celkové množstvo tepla, ktoré sa môže uvoľniť. Z viacerých dôvodov, nedokonalosť spaľovania, obsah vody v palive, unikanie nezhoreného paliva mimo priestor a iné, však nie je možné . uvažovať, že množstvo uvoľneného tepla Q je jednoduchým súčinom rýchlosti odhorievania R a normovej výhrevnosti paliva H (viď napr. [9]). Z tohto dôvodu je potrebné hodnotu výhrevnosti paliva znížiť o uvedené vplyvy na tzv. započítateľnú výhrevnosť. Vzhľadom na rozsah a komplexnosť problematiky sa nie je možné jednotlivými vplyvmi detailne zaoberať. 2.3. Tepelno-technické vlastnosti ohraničujúcich konštrukcií Popri odvetraní a celkovom množstve uvoľneného tepla sú veľmi dôležitým faktorom pre stanovenie priebehu a intenzity požiaru aj tepelno-technické vlastnosti ohraničujúcich konštrukcií. Tie určujú koľko tepla a ako rýchlo bude do konštrukcií prestupovať a prechádzať nimi. Základnými tepelno-technickými charakterizujú materiály konštrukcií sú:

vlastnosťami,

ktoré

- tepelná vodivosť λ [J.m-1.s-1.K-1],

Alternatíva

ρ [kg.m-3]

c [J.g-1.K-1]

λ [J.m-1.s-1.K-1]

a [m2.s-1]

√(λ ρ c) [J.m-2.s-1/2.K-1]

1 (železobetón)

2400

840

1.57

6.45.10-07

1779.1

2 (plná tehla)

1800

920

0.86

5.31.10-07

1193.4

3 (pórobetón)

500

920

0.26

-07

5.65.10

345.8

4 (min. izolácia)

275

880

0.081

6.22.10-07

140.0

Požiarne zaťaženie Bolo uvažované z požiarnym zaťažením 20, 40, 60 a 80 kg.m-2. Pre metódy výpočtového požiarneho zaťaženia a ekvivalentného času trvania požiaru bolo všetko požiarne zaťaženie náhodné pn; ps = 0. Požiarne zaťaženie bolo ďalej charakterizované súčiniteľom horľavých látok a = 1, respektíve súčiniteľom výhrevnosti k1 = 0.9. Takto zvolené súčinitele reprezentujú štandardné hodnoty pre palivá celulózového typu [10]. 3.2. Výpočet metódou výpočtového požiarneho zaťaženia pv

- tepelná kapacita c [J.kg-1.K-1], - hustota ρ [kg.m-3]. Spolu s týmito jednotlivými základnými vlastnosťami sú dôležité aj dve odvodené tepelno-technické vlastnosti - teplotná vodivosť a [m.s-1], a tepelná zotrvačnosť čo je kompozitná charakteristika vyjadrená ako λ ρ c. 3. Hodnotenie metód stanovovania požiadaviek na požiarnu odolnosť V rámci hodnotenia boli porovnané nasledovné metódy stanovovania požiadaviek na požiarnu odolnosť stavebných konštrukcií: 1. metóda výpočtového požiarneho zaťaženia pv [kg.m ] [10, 11], -2

2. metóda ekvivalentného času trvania požiaru  e [min] [10, 12], 3. metóda normalizovaného tepelného zaťaženia H [s1/2.K] [13, 14].

170

Tab. 2 Alternatívy hodnotiace vplyv ohraničujúcich materiálov podľa [18]

Metóda požiarneho zaťaženia bola zavedená ČSN 73 0802 [11] a s menšími zmenami je stále využívaná pre nevýrobné objekty v rámci STN 92 0201-1 [10]. Základným vzťahom pre stanovenie výpočtového požiarneho zaťaženia pv je [10]:

pv  p . a .b

(4)

kde p priemerné požiarne zaťaženie [kg.m-2] ( p  pn , pretože ps = 0), a

súčiniteľ horľavých látok [-] (a = 1 pre všetky prípady),

b

súčiniteľ odvetrania [-].

Pri tejto metóde je zrejmé, že charakter hodnoteného priestoru je vyjadrený prostredníctvom súčiniteľa odvetrania b, ktorý zohľadňuje primárne jeho geometriu a ventilačné podmienky. Je ho možné vyjadriť podľa [17] ako:



b

S .k 1  j i 1Soi .hoi 2

(5)

kde S

plocha požiarneho úseku [m2],

k

súčiniteľ geometrie otvorov [m1/2].

Súčiniteľ k je možné ďalej vyjadriť podľa [17] ako (spresnenie metódy v [10]): pre Fo ≤ 0,03 m1/2 k

1 .(12,7.Fo0,84 ) 5,5

Túto metódu navrhol Harmathy (viď napr. [13] a ďalšie) ako možnosť charakterizovať intenzitu požiaru pomocou jedného univerzálneho parametra. Tento parameter umožňuje priamo porovnať tepelné namáhanie konštrukcií pri skutočných požiaroch a v testovacích peciach. Normalizované tepelné zaťaženie H je vyjadrené ako celkové množstvo tepla pohltené konštrukciou vzhľadom na jej tepelnú zotrvačnosť (tepelnú absorpciu) a je matematicky vyjadrené ako [14]:

H

(6) q (7)

Norma [10] uvádza, že pv   e platí pre a = 0,86, toto vychádza z vyjadrenia súčiniteľa k prostredníctvom rovnice (6), ktorá platí pre Fo ≤ 0,03 m1/2, čo ale nepokrýva všetky navrhované alternatívy odvetrania. Pre umožnenie priameho porovnania výsledkov s ostatnými metódami bude však uvažované pv   e aj pre a = 1, napriek mierne vyšším výsledkom oproti hore uvedenému; rovnaký postup je využitý aj autorom normy v [8] (kapitola 5.2).

Jedná sa o metódu, ktorá je spresnením metódy výpočtového požiarneho zaťaženia. Spresnenie spočíva v zohľadňovaní premenlivej rýchlosti odhorievania, podmienok odvetrania ako aj tepelno-technických vlastností ohraničujúcich konštrukcií. Pri stanovaní ekvivalentného času trvania požiaru sa vychádza z pravdepodobného času trvania požiaru vyjadreného ako [10]:

0,8. p .k1 vv

(8)

kde S

plocha požiarneho úseku [m2],

k1 súčiniteľ výhrevnosti [-], vv rýchlosť odhorievania paliva [kg.m-2.min-1] (požiar riadený odvetraním). Na zohľadnenie tepelno-technických vlastností konštrukcií, prípadne zloženia paliva, sa využíva prepočtový parameter odvetrania, ktorý je pre požiare riadené odvetraním vyjadrený ako [10]: (9) F1  k4 . K .Fo kde k4 súčiniteľ vplyvu tepelno-technických vlastností konštrukcií zohľadňujúci pomer hodnôt a hodnotenej a referenčnej konštrukcie [-], K súčiniteľ ekvivalentného množstva dreva [-] [9]. Na základe hore uvedených vstupov je možné stanoviť pravdepodobné tepelné namáhanie konštrukcie v posudzovanom prípade a následne ho potom previesť na tepelné namáhanie reprezentatívnej konštrukcie podľa normovej teplotnej krivky. S pomocou výpočtového postupu uvedeného v [19] je možné previesť stanovené takto tepelné namáhanie (teplotu v konštrukcii) na ekvivalentný čas trvania požiaru. Táto hodnota bude predstavovať zároveň pre potreby tejto práce aj stanovenú hodnotu požiarnej odolnosti.


. 0 q dt

(10)

tepelný tok vstupujúci do konštrukcie [W.m-2],

λρc tepelná zotrvačnosť konštrukcie. Pre reálne požiare (požiarne zaťaženie celulózového typu) bolo z výsledkov veľkorozmerových testov stanovené normalizované tepelné zaťaženie H´ ako [14] (upravené s ohľadom na zaužívané značky, pozn. autora):

H ´ 106 kde



  0,79 h3 / 

3.3 Výpočet metódou ekvivalentného času trvania požiaru τe

 

1

. .c

kde

pre Fo ≥ 0,03 m1/2 1 k . (2,25  0,3 . Fo0,8  0,002 . Fo1  log Fo ) 5,5

3.3. Výpočet metódou normalizovaného tepelného zaťaženia H

(11)

použije sa menšia z hodnôt

(12)

parameter odvetrania [kg.s-1]

(13)

1

   a . So g . ho h

Sc

11,0 1,6.S . p . .c  935  .S . p

svetlá výška hodnoteného priestoru [m],

ρa hustota vzduchu [kg.m-3], g

gravitačné zrýchlenie [m.s-1].

Ďalej bolo zistené, že normalizované tepelné zaťaženie v testovacích peciach je funkciou času trvania testovacieho namáhania τ´´. Pre testovacie pece je možné túto závislosť odvodiť a konkrétne pre pec v National Research Council Canada bola stanovená ako [14]:

 ´´ 0,11  0,16 .104. H ´´0,13 .109  H ´´

2

(14)

Ak je požiadavka na stanovenie požiarnej odolnosti pre konkrétny prípad reálneho požiaru v stavebnom objekte, platí, že H´ = H´´ a τ´´ je potom minimálna doba, počas ktorej si hodnotený prvok musí vykazovať požiarnu odolnosť. 3.4. Výsledky stanovenia požiadaviek na požiarnu odolnosť Nasledujúce hodnoty reprezentujú výsledky získané pomocou jednotlivých spomínaných metód stanovenia požiadaviek na požiarnu odolnosť. Keďže sa stanovoval aj vplyv požiarneho zaťaženia, odvetrania a tepelno-technických vlastností konštrukcií bol určený aj základný scenár. Ten je reprezentovaný pn = 60 kg.m-2, Fo = 0,04 m1/2 (najbližšie normovej teplotnej krivke) a a = 5.31.10-07 m2.s-1 (pálená plná tehla). Jednotlivé parametre sa menili vždy po jednom. Pre stručnosť budú používané v ďalšom texte nasledovné skratky: - metóda výpočtového požiarneho zaťaženia - metóda pv, - metóda ekvivalentného času trvania požiaru - metóda  e , - metóda normalizovaného tepelného zaťaženia - metóda H. Výsledky stanovení požiadaviek na požiarnu odolnosť sú zrejmé obr. 1 až 4. Pre potreby vytvorenia vzájomne porovnateľných závislostí boli použité veličiny - Fo, a (súčiniteľ teplotnej vodivosti) a √λρc, aj napriek tomu, že nie sú priamymi vstupmi všetkých výpočtových metód. Ich elementárne zložky (Fo - Soi hoi Sk; a - λρc) 171


sú však v rôznych kombináciách priamymi vstupmi vo všetkých výpočtoch. Pre potreby tejto práce je zároveň uvažované, že doba trvania plne rozvinutého požiaru stanovená jednotlivými metódami je rovná minimálnej požiarnej odolnosti konštrukcii, čo reflektujú aj obrázky nižšie (viď Kapitolu 3). Doba trvania plne rozvinutého požiaru [min]

140 120 100 80 60 40 20 0 0

20

40

60

80

Požiarne zaĢaženie p [kg.m-2]

Ĳe

pv

H

Doba trvania plne rozvinutého požiaru [min]

Obr. 1. Požadovaná požiarna odolnosť v závislosti na požiarnom zaťažení 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

Ĳe

pv

H

Obr. 2. Požadovaná požiarna odolnosť v závislosti na odvetraní

Zároveň sa prostredníctvom metódy H ukazuje, že súčiniteľ teplotnej vodivosti a nemusí najvhodnejšie reprezentovať tepelnotechnické vlastnosti posudzovaných konštrukcií (viď obr. 3). Vo svojej podstate vyjadruje súčiniteľ a pomer tepelnej vodivosti λ k objemovej tepelnej kapacite (ρ.c). Ako je zrejmé z tab. 2, železobetón a minerálna vlna majú hodnotu súčiniteľa a prakticky rovnakú, a pritom sa z hľadiska prenosu tepla jedná o materiály diametrálne odlišné; vodič tepla respektíve izolant. Tento fakt by sa mal zákonite premietnuť aj do teploty Tg v posudzovanom priestore.

Výrazné rozdiely je však možné pozorovať medzi výsledkami metód pv a τe a metódy H a to vo všetkých posudzovaných prípadoch. Rozdiely v stanovenej požiarnej odolnosti stúpajú spoločne s hodnotou normalizovaného zaťaženia. Naopak čím nižšia hodnota H, viď rovnicu (10), tým bližšie sú si hodnoty požiarnej odolnosti stanovenej prostredníctvom jednotlivých metód. Pre jednotlivé scenáre je to možné odôvodniť nasledovne:   0 q dt (klesá)

. .c (konšt.)

250 Doba trvania plne rozvinutého požiaru [min]

Výsledky získané metódami pv a τe majú pre hodnotené prípady podobný trend (z výnimkou nízkych hodnôt Fo). Rozdiely sú spôsobené hlavne fixnou rýchlosťou odhorievania a fixnými tepelno-technickými parametrami v rámci metódy pv. Zároveň sa prejavuje aj rozdielny spôsob prevodu priebehu a intenzity požiaru na podmienky normovej teplotne-časovú krivky za účelom stanovenia požiadaviek na požiarnu odolnosť; metóda pv rovnosťou plôch pod krivkami Tg · τ a Tn × τ, metóda τe rovnosťou teplôt Tk konštrukcie v referenčnom bode. Pre detailnejšiu diskusiu viď [8, 19, 20].

Naproti tomu využitie tepelnej zotrvačnosti ako kumulatívneho produktu λρc, prípadne jeho odmocniny, vyjadruje priamo množstvo tepla, ktoré je schopná konštrukcia z posudzovaného tepla odobrať; absorbovať a odviesť. Rozdiel medzi izolačnými materiálmi a materiálmi tepelne-vodivými je v prípade metódy H zreteľný.

Parameter odvetrania Fo [m1/2]

ak klesá p, klesá aj τ = pokles H

200



 0q  dt (klesá)

150

. .c (konšt.) 100

ak stúpa Fo, klesá množstvo tepla, ktoré prejde do konštrukcí q = pokles H

50



0 5,0E-07

 0q dt (konšt.) 5,5E-07

6,0E-07

6,5E-07

7,0E-07

SúþiniteĐ teplotnej vodivosti a [m2.m-1]

Ĳe

pv

250 200 150 100 50 0 0

500

1 000

1 500

2 000

Tepelná zotrvaþnosĢ ¥(Ȝȡc)

pv

Ĳe

. .c (stúpa)

ak stúpa λρc pri konštantnom q = pokles H

H

Obr. 3. Požadovaná požiarna odolnosť v závislosti na súčiniteli teplotnej vodivosti Doba trvania plne rozvinutého požiaru [min]

Obr. 1 ilustruje logickú závislosť požiarnej odolnosti na množstve požiarneho zaťaženia v priestore. So stúpajúcim množstvom paliva sa samozrejme predlžuje doba trvania hodnotenej fázy požiaru (plne rozvinutý požiar) a tým pádom aj pôsobenie tepelného namáhania.

Metóda H bola overovaná na sérii 23 veľkorozmerových testoch, ktorých boli merané teploty vo vnútri namáhaných stavebných konštrukcií [21]. Neskôr bola porovnávaná s ostatnými akceptovanými metódami stanovovania ekvivalentného tepelného namáhania resp. požiadaviek na požiarnu odolnosť [22]. Pri tomto porovnaní normalizované tepelné zaťaženie vykazovalo dobrú koreláciu s ekvivalentným časom trvania požiaru τe, pre širokú škálu veľkorozmerových testov v štandardných a izolovaných priestoroch. Z uvedených dôvodov je potrebné vykonať hlbšiu analýzu jednotlivých parametrov a ich vplyvu na výsledné hodnoty ekvivalentného času trvania požiaru resp. požadovanej požiarnej odolnosti.

H

Obr. 4. Požadovaná požiarna odolnosť v závislosti na tepelnej zotrvačnosti 172



Záver

[7]

Článok mal za cieľ porovnať metódy stanovenia požiadaviek na požiarnu odolnosť zakotvených v našich normách s metódou normalizovaného tepelného zaťaženia.

Drysdale, D.: An introduction to fire dynamics. 2 vyd. Chichester: Wiley, 1999. ISBN 9780471972914.

[8]

Reichel, V. Stanovení požadavků na stavební konstrukce z hlediska požární bezpečnosti. Berlín: Svaz požární ochrany ČSSR, 1981.

[9]

STN 73 0824. Požární bezpečnost staveb - Výhřevnost hořlavých látek. B.m.: FÚNM. 1992.

Ukázalo sa, že hodnoty získané s použitím metódy normalizovaného tepelného zaťaženia prevyšujú hodnoty vypočítané metódami výpočtového požiarneho zaťaženia a ekvivalentného času trvania požiaru, v niektorých prípadoch dosť výrazne. Ako hlavné faktory spôsobujúce tieto rozdiely sa predpokladá spôsob výpočtu pôsobenia tepla na konštrukcie a zohľadňovanie ich tepelno-technických vlastností. Je vhodné podotknúť, že metóda normalizovaného tepelného zaťaženia vychádza zo skutočných meraní teplôt vo vnútri konštrukcie. Naproti tomu metódy výpočtového požiarneho zaťaženia a ekvivalentného času požiaru sú založené na výpočte tejto teploty. Z týchto dôvodov je potrebná hlbšia analýza uvedených parametrov, aby sa faktory spôsobujúce rozdiely dali kvantifikovať a aby bolo možné presnejšie určiť mieru presnosti jednotlivých metód. Samozrejme, z hľadiska bezpečnosti nie je vhodné konštrukcie poddimenzovať a z ekonomického hľadiska naopak predimenzovať, preto je nevyhnutné venovať tejto oblasti ďalšiu pozornosť. Literatúra

[11] ČSN 73 0802. Požární bezpečnost staveb - Společná ustanovení. Praha: FÚNM, 1975. [12] ČSN 73 0804. Požární bezpečnost staveb - Výrobní objekty. Praha: FÚNM, 1991. [13] Harmathy, T.Z.: The possibility of characterizing the severity of fires by a single parameter. In Fire and Materials. 1980, roč. 4, č. 2, s. 71-76. ISSN 1099-1018. [14] Harmathy, T.Z.; Mehaffey, J.R.: The normalized heat load concept and its use. In Fire Safety Journal. 1987, roč. 12, č. 1, s. 75-81. ISSN 0379-7112. [15] STN 92 0201-2. Požiarna bezpečnosť stavieb - Spoločné ustanovenia Časť 2: Stavebné konštrukcie. Bratislava: SÚTN, 2007. [16] Mózer, V.: K problematike stupňov požiarnej bezpečnosti stavebných objektov. In Ochrana osôb a majetku 2013: Zvolen Technická univerzita, 2013.

[1]

STN EN 1363-1. Skúšanie požiarnej odolnosti Základné požiadavky. B.m.: SÚTN. 2001.

[2]

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. 2009.

[17] Reichel, V.: Navrhování požární bezpečnosti staveb I. [ZŠ 11]. Praha: Česká státní pojišťovna, 1978.

[3]

Ingberg, S.H.: Tests of the severity of building fires. In NFPA Quarterly. 1928, roč. 22, č. 1, s. 43-61.

[19] Reichel, V.: Navrhování požární bezpečnosti výrobných objektů I. [ZŠ 17]. Praha: Česká státní pojišťovna, 1987.

[4]

Kawagoe, K.: Fire behaviour in rooms. Report no. 27. Japan: Building Research Institute. 1958.

[20] Reichel, V.: Požární predpisy pro stavební objekty v praxi [ZŠ2]. Praha: Česká státní pojišťovna, 1975.

[5]

Tobek, J.: Šíření požáru vně požárního úseku. Závěrečná zpráva dílčího úkolu P 12-114-201/02, Praha: VÚPS. 1980.

[21] Harmathy, T.Z.: On the equivalent fire exposure. In Fire and Materials. 1987, roč. 11, č. 2, s. 95-104. ISSN 1099-1018.

[6]

Harmathy, T.Z.: Postflashover fires - an overview of the research at the national research council of Canada (NRCC), 1970-1985. In Fire Technology. 1986, roč. 22, č. 3, s. 210233. ISSN 0015-2684.

[22] Law, M.: A Review of Formulae for T-Equivalent. In Fire Safety Science: Proceedings of the 7th International Symposium. Washington: IAFSS, 1997, s. 985- 996.


Časť 1:

[10] STN 92 0201-1. Požiarna bezpečnosť stavieb - Spoločné ustanovenia Časť 1: Požiarne riziko, veľkosť požiarneho úseku. Z1+Z2 Bratislava: SÚTN, 2000.

[18] STN 73 0542. Tepelnotechnické vlastnosti materiálov a konštrukcií - Z1. B.m.: SÚTN. 1997.

173


Posúdenie nebezpečenstva výbuchu analýzou FMEA v technológii so sušiarňou BS 6 Assessment of the Risk of Explosion with FMEA Analysis in Technology with Drum Dryer BS 6 Ing. Eva Mračková, PhD.

• vznik neželanej udalosti,

Technická Univerzita vo Zvolene, Drevárska fakulta T. G. Masaryka 2117/24, 960 53 Zvolen, Slovenská republika [email protected]

• kauzálny proces - dopad neželanej udalosti.

Abstrakt Článok predstavuje niektoré typy analýz, ktoré sú vhodné a používajú sa na posúdenie nebezpečenstva vzniku požiaru a výbuchu v technológiách. Konkrétne, technológia so sušiarňou BS 6 je posúdená analýzou spôsobu a dôsledku porúch (FMEA). Je systematická, proaktívna metóda pre určenie hodnotenia procesu, kde a ako môže zlyhať a posúdiť relatívny vplyv rôznych porúch s cieľom určiť tie časti procesu, ktoré najviac potrebujú zmeny. Výsledkom článku je posúdenie nebezpečenstva výbuchu v sušiarni BS-6 pri spracovaní drevnej hmoty a navrhnutie opatrení. Kľúčové slová Nebezpečenstvo, výbuch, rotačná bubnová sušiareň, analýza FMEA. Abstract The article presents some types of analysis that are appropriate and are used to assess the risk of fire and explosion in technology. Specifically, the technology of drying-BS 6 is assessed by analyzing Failure Modes and Effects Analysis (FMEA). It is a systematic, proactive method for evaluating a process to identify where and how it might fail, and to assess the relative impact of different failures in order to identify the parts of the process that are most in need of change. The result of the article is the assessment of the risk of explosion in the oven BS-6 in the processing of wood and propose measures. Key words Risk, explosion, rotary drum dryer, analysis Failure Modes and Effects Analysis (FMEA). Úvod Posudzovanie rizika sa vždy vykonáva pre každú situáciu v technologických procesoch priemyslu. Na posudzovanie existuje množstvo analýz. Jednou z nich je postup pri spracúvaní analýzy nebezpečenstva vzniku požiaru a výbuchu zahŕňa posúdenie celého radu faktorov, ktoré sú uvedené v Prílohe č. 1, vyhlášky MV SR 611/2006 Z.z. o hasičských jednotkách, kde sa odporúča vypracovať analýzu pomocou noriem napríklad STN EN 60812:2006-10 Metódy analýzy spoľahlivosti systému. Postup analýzy spôsobu a dôsledku porúch (FMEA) a STN EN 61025:2007-12 Analýza stromu poruchových stavov (Fault tree analysis, FTA). Pri analýzach je potrebné si uvedomiť, že každá nehoda je príhoda, ktorá má vlastný dej. Pod pojmom nehoda v tomto prípade chápeme neželanú neplánovanú udalosť vyplývajúcu z reťazca udalostí, výsledkom ktorej je ujma na zdraví a majetku a poškodenie až ohrozenie životného prostredia (Šimák, 2005). Každá nehoda je príhoda a ako taká musí mať svojich aktérov, začiatok a priebeh. V reťazcoch logicky nasledujúcich neželaných a nekontrolovaných udalostí, končiacich neželaným negatívnym dopadom je možné vyčleniť tri dôležité etapy: 174

• expozičný proces - priebeh neželanej udalosti,

Vznik neželanej udalosti Táto etapa predstavuje spolupôsobenie troch aspektov. Rizikové faktory, expozičný proces a kauzálny proces - dopad neželanej udalosti. Rizikové faktory môžu byť merateľné (definované v určitých technických jednotkách) a nemerateľné (napr. úroveň zaškolenia obsluhy, stupeň dodržiavania predpísaných postupov a pod.). Expozičný proces je etapa nekontrolovaných, logicky po sebe nasledujúcich udalostí, ktoré sa udejú od časového okamžiku vzniku neželanej udalosti, až po časový okamžik, v ktorom účinky tejto udalosti zasiahnu objekt, ktorý im „stojí v ceste“. Ak expozičný proces predstavuje časovú etapu od vzniku neželanej udalosti, až po okamžik, v ktorom účinky tejto udalosti zasiahnu istý objekt, potom kauzálny proces predstavuje etapu pôsobenia týchto účinkov na daný objekt. V teórii rizík sa uvedené objekty delia na tri základné skupiny. Prvú skupinu predstavuje človek, alebo istým spôsobom definovaná skupina ľudí. Druhú skupinu predstavuje istým spôsobom definovaný systém, ale bez prítomnosti človeka; napr. výrobný systém, obytná zóna, kovové konštrukcie, sochy, a pod. Tretia skupina je reprezentovaná ekologickým systémom. Negatívne dopady - druh, rozsah a výšku škody alebo poškodenia potom môžeme definovať voči človeku, ako poškodenie zdravia, až usmrtenie, voči systému, ako poškodenie časti, resp. stratu časti systému, až po jeho totálne zničenie a voči prostrediu, ako poškodenie prvkov a funkcií ekosystémov. Metódy posudzovania rizika systému STN EN ISO 14121-1:2008-04 Bezpečnosť strojov. Všeobecné zásady konštruovania strojov. Posudzovanie a znižovanie rizika (ISO 12100: 2010). Táto medzinárodná norma definuje základnú terminológiu, princípy a metodiku na dosiahnutie bezpečnosti navrhovaných strojov. Na dosiahnutie týchto cieľov špecifikuje pre konštruktérov princípy posudzovania a znižovania rizika. Tieto princípy sú založené na poznatkoch a skúsenostiach pri navrhovaní, používaní, na skúsenostiach z nehôd, úrazov a rizík súvisiacich so strojmi. Táto norma opisuje postupy na identifikovanie nebezpečenstiev a odhadovanie a hodnotenie rizík počas príslušných fáz životného cyklu stroja a na eliminovanie nebezpečenstiev alebo na zaistenie dostatočného zníženia rizika. Analýza možnosti porúch a ich následkov Indukčné metódy („ex ante“) umožňujú predvídať možnú poruchu zariadení v prevádzkovom súbore, pričom analýza rizika poukazuje na okolnosti, ktoré by mohli poruchy zapríčiniť; pomáhajú vyhodnotiť počet a následky porúch a prijať vhodné preventívne opatrenia. Dedukčné metódy („ex post“) analyzujú výsledné nehody a hľadajú udalosti a súvislosti, ktoré ich zapríčinili. Analýza vplyvov porúch a ich následkov FMEA (Failure Modes and Effects Analysis) Analýza vplyvov porúch a ich následkov (FMEA) hodnotí možné poruchy zariadenia a ich vplyvy na technologický proces, ku Ostrava 4. - 5. září 2013


ktorým môže dôjsť na rôznych úrovniach - v systéme, subsystéme alebo v jeho komponentoch. FMEA je jedným z prvých systematických postupov pre analýzu porúch, využíva sa od 50-tych rokov. Jej princípom je skúmanie každého komponentu systému a zodpovedanie nasledujúcich otázok: - ako sa môže komponent poškodiť, - čo sa môže stať, keď sa komponent poškodí. Je pomôckou v celkovej analýze rizika, jej výsledky sú spracované tabuľkovo. Používajú sa rôzne formy záznamu. Záverečným krokom pri tejto analýze je štúdium kritickosti porúch, pričom sa vyberajú tie prípady porúch, ktoré sú najzávažnejšie. Kategórie kritickosti uvádza nasledujúca tabuľka. Zaradenie pravdepodobností, resp. početnosti jednotlivých porúch do skupín, vytvára kategórie pravdepodobnosti (tab. 1):

definovanie a k popisu funkcií systému. Najnižšia úroveň systému je ovplyvnená predchádzajúcou skúsenosťou. Menej podrobná analýza môže byť ospravedlniteľná u systému, ktorého návrh sa už osvedčil a sú dobré skúsenosti s jeho bezporuchovosťou, udržovateľnosťou a bezpečnosťou. Naopak podrobnejšia analýza, a teda nižšia úroveň systému, je vhodná pre novonavrhovaný systém alebo systém z neznámou históriou spoľahlivosti. - Cenným vodítkom pri určovaní nižších úrovní systému môže byť špecifikovaná alebo zamýšľaná úroveň údržby a opráv. Najprv by mala byť identifikovaná najnižšia úroveň systému, na ktorej sa bude robievať údržba systému (identifikácia „najnižšieho nahraditeľného prvku“). Potom sa robí analýza na úrovni bezprostredne vyššej ako je najnižšia úroveň systému, na ktorej sa vykonáva údržba. U kritických prvkoch sa vykonáva analýza smerom „dolu“ k najnižšiemu vymeniteľnému prvku. - K aplikácii FMEA je vhodné používať pracovné formuláre zostavené špecificky pre sledovaný systém a odpovedajúce stanovenému cieľom. Formuláre sú obvykle usporiadané do stĺpcov. Informácie zaznamenané do stĺpcov sú obvykle tieto:

- veľmi nízka, - nízka, - stredná, - vysoká.

• názov analyzovaného prvku systému,

Tab. 1 Zaradenie pravdepodobnosti porúch Kategória

Následky

Vysoká

strata systému (zariadenia), niekoľkonásobné zranenie, smrť

Stredná

zranenie, poškodenie zariadenia, nebezpečný stav vyžadujúci okamžitú nápravu

Nízka

žiadny dôležitý systém nie je poškodený, žiadne poškodenie funkcie zariadenia, žiadne zranenie osôb

Veľmi nízka

žiadny dôležitý systém nie je poškodený, žiadne zranenie osôb, nie je potrebná okamžitá náprava

Pri kvantifikovaní poruchy je potrebné určiť jej dôsledok. Analýza dôsledku poruchy pomáha pri rozhodovaní o následných opatreniach, ako aj o ich významnosti. Každý uvažovaný dôsledok sa klasifikuje podľa závažnosti vzhľadom k celkovej funkčnosti systému a zohľadňuje zvolené kritériá. Musí byť definovaný zoznam porúch a to pre každý prvok zariadenia. Členenie do jednotlivých kategórií je možné podľa dôsledku nasledovne: • akýkoľvek jav, ktorý by mohol potenciálne spôsobiť zlyhanie hlavných funkcií systému, ktoré by malo za následok významné poškodenie systému alebo jeho okolia, alebo by spôsobilo smrť alebo ťažké zranenie človeka - kategória IV; • akýkoľvek jav, ktorý by mohol potenciálne spôsobiť zlyhanie hlavných funkcií systému, ktoré by malo za následok významné poškodenie systému alebo jeho okolia, ale ktorý zanedbateľne ohrozuje ľudské životy, resp. zdravie ľudí - kategória III; • akýkoľvek jav, ktorý zhoršuje činnosť systému, ale nespôsobuje vážne poškodenie systému alebo neohrozuje ľudské životy kategória II; • akýkoľvek jav, ktorý by mohol zhoršiť činnosť systému, pričom poškodenie systému alebo jeho okolia bolo zanedbateľné a ľudské životy by neboli ohrozené - kategória I. Postupové kroky pri analýze FMEA (v niektorých literatúrach označovaná ako FMECA) sú určené v norme (STN EN 60812:200610). Základné princípy výberu úrovne systému pre analýzu závisia na požadovaných výsledkoch a na dostupnosti informácií. K tomu sú užitočné nasledujúce pravidlá: - Najvyššia úroveň systému sa vyberie na základe koncepcie návrhu a špecifických požiadaviek na výstupy. - Najnižšia úroveň systému, pre ktorú je analýza efektívna, je tá úroveň, pre ktorú je ešte dostupná informácia potrebná pre Ostrava 4. - 5. září 2013

• funkcie vykonávame prvkom systému, • identifikačné číslo prvku systému, • spôsob porúch (zoznam všeobecných spôsobov porúch je súčasťou normy), • príčiny porúch (stanoví sa príčina každého spôsobu poruchy pre odhad pravdepodobnosti jeho výskytu -návod je ponúknutý v norme), • dôsledky porúch (pri hodnotení je nutné brať do úvahy údržbu, obsluhu a ciele systému), • metódy zistenia porúch (pri zhodných príznakoch spôsobov porúch), • kvalitatívne posúdenie významnosti porúch a alternatívne opatrenia (zaznamenávanie relatívnej významovosti porúch), • poznámky (pre objasnenie ostatných stĺpcov).

Spracúvanie analýzy nebezpečenstva vzniku požiaru v zmysle vyhlášky MV SR č. 611/2006 Z.z. o hasičských jednotkách Analýzu nebezpečenstva vzniku požiaru spracúva právnická osoba alebo fyzická osoba-podnikateľ na základe rozhodnutia krajského riaditeľstva Hasičského a záchranného zboru. Postup pri spracúvaní analýzy a jej obsah sú uvedené v prílohe č. 1. Pri spracúvaní analýzy nebezpečenstva vzniku požiaru sa posudzuje jeden požiarny úsek, objekt alebo priestor, v ktorom právnická osoba alebo fyzická osoba-podnikateľ vykonáva činnosti spojené s predmetom podnikania alebo s jej súhlasom právnická osoba, fyzická osoba-podnikateľ alebo fyzická osoba vykonáva činnosti, ktoré spĺňajú podmienky uvedené v druhom bode, alebo súbor objektov, ktoré sú navzájom spojené technologickým zariadením, a objekty prepravy. V zmysle vyhlášky MV SR č. 611/2006 Z.z., Príloha č. 1, bod 6 Pri spracúvaní analýzy v jednotlivých požiarnych úsekoch, objektoch alebo v priestoroch sa posudzuje: a) horľavá látka, pričom sa zohľadňuje: 1. jej projektované množstvo alebo skutočné množstvo v skladoch, technických zariadeniach a v technologických zariadeniach (ďalej len „technológia“), 2. fyzikálne vlastnosti, 3. chemické vlastnosti, 4. požiarne charakteristiky,

175


b) technológia, pričom sa zohľadňuje: 1. dokumentácia technológie, napríklad stanovisko vyhotovené špecialistom požiarnej ochrany, použitie postupu analýzy podľa „Metódy analýzy spoľahlivosti systému. Postup analýzy spôsobu a dôsledku porúch a dôsledkov porúch“, použitie analýzy stromu poruchových stavov, 2. reprezentatívne poruchové stavy technológie, napríklad poruchový stav spôsobený koróziou, nesprávnym používaním alebo nedostatočnou údržbou a z toho vyplývajúce nebezpečné miesta, z ktorých môže spracúvaná, používaná alebo vznikajúca látka prejsť z pracovného priestoru technológie do iného priestoru technológie, kde je jej prítomnosť nežiaduca, alebo do priestoru mimo technológie, 3. aplikovanie plánovanej údržby a diagnostickej údržby technológie - Spoľahlivosť, akosť a kvalita služieb,

6. Spaľovacia komora; 7. Drvič; 8. Lis; 9. Podávací ventilátor; 10. Silo na drevnú múčku; 11. Odlučovať spalín; 12. Elektrorozvodňa; 13. Sekundárny zásobník na drevnú múčku; 14. Miešač; 15. Granulátor; 16. Chladič. Požiarnotechnická charakteristika používaných materiálov Tab. 2 Požiarnotechnické charakteristiky smrekových pilín 1.

Teplota vzplanutia

350 - 360 [˚C]

2.

Teplota vznietenia

390 - 400 [˚C]

3.

Kyslíkové číslo

25 [% obj.]

4.

Výhrevnosť

13,1 [MJ.kg-1]

5.

Hmotnostná rýchlosť odhorievania

0,056 [kg.m-2]

6.

Dolná medza výbušnosti

60 [g.m-3]

7.

Maximálny výbuchový tlak

0,96 [MPa.m.s-1]

4. spôsob začatia činnosti a ukončovania činnosti technológie, 5. použitie inertizácie prostredia, v ktorom sú v technológii horľavé látky; použitie flegmatizácie procesov.

Tab. 3 Požiarnotechnické charakteristiky ťažkého vykurovacieho oleja

Technológia - princíp činnosti

1.

Teplota vzplanutia

68 [˚C]

Technologické zariadenie BS-6 bolo navrhnuté na sušenie obilnín, strukovín, zemiakov a iných poľnohospodárskych plodín. Po menších úpravách, je zariadenie možné použiť, aj na sušenie vaječných škrupín a iných druhotných produktov z poľnohospodárskej výroby. Zariadenie je schopné hmotu nie len vysušiť, ale aj zomlieť na požadovanú veľkosť. Využitie tejto technológie je aj na sušenie odpadu z drevovýroby. V projekte sa počíta zo spracovaním štiepky a pilín, pričom vzniknutá hmota má byť ďalej využitá.

2.

Teplota vznietenia

200 [˚C]

3.

Kyslíkové číslo

- [% obj.]

4.

Výhrevnosť

39,9 [MJ.kg-1]

5.

Hmotnostná rýchlosť odhorievania

0,05 [kg.m-2]

6.

Dolná medza výbušnosti

6,5 [% obj.]

7.

Maximálny výbuchový tlak

- [MPa.m.s-1]

Posúdenie nebezpečenstva výbuchu

Piliny alebo štiepka do 20 mm sa sklápa do pracovného priestoru šnekového prihrňovača SP-1000, ktorý ju automaticky prihŕňa na dávkovací dopravník. Množstvo hmoty podávanej do sušiaceho bubna je regulovaná v závislosti na výstupnej teplote sušiacich plynov tak, že je menená rýchlosť dávkovacieho dopravníka a výška vrstvy pilín alebo štiepky. Sušenie prebieha v trojplášťovom bubne, ktorý sa otáča na štyroch kladkách. Po prechode bubnom sa usušená hmota odčlení od spalín v hlavnom zásobníku a je zošrotovaná kladivovým šrotovníkom na múčku, ktorú možno využiť priamo alebo je môžeme ju granulovať. Pre vychladenie granuly je zaradený v linke chladič s odlučovačom a vibračným triedičom. Časť spalín z hlavného cyklu je recirkulovaná späť do spaľovacej komory, ostatná časť odchádza cez odlučovaciu komoru a komín späť do ovzdušia. Pohyb sušiaceho média v priebehu sušenia zaisťuje hlavný ventilátor. Potrebnú tepelnú energiu dodáva plynový prípadne olejový horák, ktorého výkon sa dá regulovať v širokom rozmere. Celý proces je plne automatický a prebieha pod dozorom strojníka.

Obr. 2 Určenie miest so zvýšenou pravdepodobnosťou vzniku výbuchu V tejto technológii sme za najnebezpečnejšie vybrali: Palivové hospodárstvo - veľké množstvo paliva, horľavá kvapalina 3. triedy. Spaľovacia komora - prísun paliva a vytváranie výbušnej koncentrácie, vysoká teplota. Sušiaci bubon - zohriaty a dobre prevzdušnený materiál, vysoká teplota. Silo na drevnú múčku - veľké množstvo vháňaného vysušeného materiálu. Analýza spoľahlivosti systému (FMEA) pre palivové hospodárstvo Vrcholová udalosť: Ohrozenie zdravia pracovníkov a poškodenie zariadenia výbuchom. Popis sledovanej udalosti: Sušenie smrekových pilín.

Obr. 1 Technológia sušenia drevných štiepok Popis zariadenia: 1. Podávací šnek štiepky; 2. Podávací šnek pilín 3. Zásobník paliva; 4. Sušiaci bubon; 5. Rotačné klapky; 176

Neuvažované udalosti: Fajčenie a manipulácia s otvoreným ohňom, alebo úmyselné zapálenie. Hranice systému: Palivové hospodárstvo. Ostrava 4. - 5. září 2013


Nebezpeč.

ID

Príčina

Dôsledok

Opatrenie

Pravdepod.

Úroveň kri.

Únik oleja

1.1

porušenie obalu

výbuch / požiar

pravidelná údržba

Veľmi nízka

III

1.2

pošk. ventil

výbuch / požiar


Nízka

II

1.3

preplnenie zásob.

výbuch / požiar

meracie zariadenie

Stredná

I

1.4

priepus. armatúry

výbuch / požiar


Nízka

II

2.1

prehriatie

výbuch

chladenie

Stredná

IV

2.2

iskrenie

výbuch


Vysoká

IV

Pošk. čerpadla

Analýza spoľahlivosti systému (FMEA) pre spaľovaciu komoru Vrcholová udalosť: Ohrozenie zdravia pracovníkov a poškodenie zariadenia výbuchom.

Popis sledovanej udalosti: Sušenie smrekových pilín. Neuvažované udalosti: Fajčenie a manipulácia s otvoreným ohňom, alebo úmyselné zapálenie. Hranice systému: Silo na drevnú múčku. Tab. 7 Spoľahlivosť systému pre silo na drevnú múčku Nebezpeč.

ID

Príčina

Dôsledok

Opatrenie

Pravdepod.

Úroveň kri.

Únik prachu

9.1

porušenie obalu

výbuch


Veľmi nízka

III

Iskri

10.1

pošk. ventilátoru

výbuch


Vysoká

II

10.2

pošk. šneku

výbuch


Vysoká

III

11.1

ložiská

požiar


Nízka

I

11.2

zanes. odl. spalín

výbuch


Stredná

IV

Prehrievanie

Popis sledovanej udalosti: Sušenie smrekových pilín. Neuvažované udalosti: Fajčenie a manipulácia s otvoreným ohňom, alebo úmyselné zapálenie.

Vyhodnotenie

Hranice systému: Spaľovacia komora. Tab. 5 Spoľahlivosť systému pre spaľovaciu komoru Nebezpeč.

ID

Príčina

Dôsledok

Opatrenie

Pravdepod.

Úroveň kri.

Únik zmesi

3.1

porušenie obalu

výbuch / požiar


Veľmi nízka

IV

3.2

priepus. armatúry

výbuch / požiar


Nízka

II

4.1

nesprávne mieš.

výbuch

meracie zariadenie

Nízka

IV

4.2

zanesenie horáku

výbuch


Nízka

III

4.3

nízka kvali. oleja

výbuch

kontrolné zariadenie

Veľmi nízka

III

4.4

nefunkčné zap.

výbuch


Veľmi nízka

III

5.1

prísun veľkého množstva zmesi

výbuch

meracie zariadenie

Stredná

IV

Nesprávne spaľovanie zmesi

Prehriatie komory

Obr. 3 Vyhodnotenie systémov Obr. 4 Rotačná bubnová sušiareň Vyhodnotením zo sieťového grafu vyplýva, že v nedovolenej zóne sa nachádzajú časti technológie, ktoré patria pod palivové hospodárstvo, spaľovaciu komoru , sušiaci bubon a silo na drevnú múčku, preto musíme doplniť opatrenia na zamedzenie a zníženie pravdepodbnosti vzniku požiaru alebo výbuchu a tým znížime aj úroveň kritickosti. Tab. 8 Zoznam najrizikovejších častí technológie so zvýšenými opatreniami

Analýza spoľahlivosti systému (FMEA) pre sušiaci bubon Vrcholová udalosť: Ohrozenie zdravia pracovníkov a poškodenie zariadenia výbuchom. Popis sledovanej udalosti: Sušenie smrekových pilín. Neuvažované udalosti: Fajčenie a manipulácia s otvoreným ohňom, alebo úmyselné zapálenie. Hranice systému: Sušiaci bubon.

Časť technoĺógie

Funkcia zariadenia

Čerpadlo

Palivové hospodárstvo

Dodávka PHM

5.1

Dávkovač

Spaľovacia komora

10.2

Ventilátor

11.2

Odlučovač spalín

ID

Zariadenie

2.1 2.2

Tab. 6 Spoľahlivosť systému pre sušiaci bubon Nebezpeč.

ID

Príčina

Dôsledok

Opatrenie

Pravdepod.

Úroveň kri.

Únik prachu

6.1

porušenie obalu

výbuch


Veľmi nízka

III

Prehriatie bubna

7.1

vysoká teplota plynov

výbuch / požiar

meracie zariadenie

Nízka

IV

Iskri v bubne

8.1

cudzie teleso

výbuch

záchytné sito

Nízka

IV

Pravde pod.

Úroveň kri.

Inštalácia Zariadenia kategórie 1.

Nízka

IV

Príprava PHM

Viacnásobná tepelná poistka

Nízka

IV

Silo na drevnú múčku

Doprava drevnej. Múčky

Inštalácia zariadenia kategórie1.

Nízka

III

Silo na drevnú múčku

Oddeľovanie spalín

Zariadenie na odľahčenie výbuchu. (klapky / ventily)

Stredná

II

Opatrenia

Analýza spoľahlivosti systému (FMEA) pre silo na drevnú múčku: Vrcholová udalosť: Ohrozenie zdravia pracovníkov a poškodenie zariadenia výbuchom. Ostrava 4. - 5. září 2013

177


Analýzou FMEA sme v článku vykonali len identifikáciu niekoľko hlavných nebezpečenstiev v prevádzke.najviac ohrozených častí technológie a identifikovali sme rizikové zariadenia ktoré sa v zmysle použitej metódy nachádzali v neprípustnej zóne grafu, pozri tab. 8. Jednalo sa o palivové hospodárstvo, spaľovaciu komoru, sušiaci bubon a silo na drevnú múčku. Návrhom vhodných opatrení sa podarilo toto nebezpečenstvo znížiť na akceptovateľnú hranicu lebo sme navrhli zvýšené opatrenia proti výbuchu, ktorých výsledok je zakreslený v sieťovom diagrame (obr. 5) . Literatúra [1]

Šimák, L. a kol.: Terminologický slovník krízového riadenia. Fakulta špecialneho inžinierstva Žilinskej univerzity, 2005, ISBN 80-88829-75-5.

[2]

STN EN ISO 14121-1:2008-04 Bezpečnosť strojov. Všeobecné zásady konštruovania strojov. Posudzovanie a znižovanie rizika (ISO 12100: 2010).

[3]

Vyhláška MV SR 611/2006 Z.z. o hasičských jednotkách.

[4]

STN EN 60812:2006-10 Metódy analýzy spoľahlivosti systému. Postup analýzy spôsobu a dôsledku porúch (FMEA).

[5]

STN EN 61025:2007-12 Analýza stromu poruchových stavov (FTA).

Obr. 5 Vyhodnotenie systémov so zvýšenými opatreniami v systémoch Záver Výsledkom analýzy je v zmysle vyhlášky MV SR 611/2006 Z.z. jednak posúdenie nebezpečenstva vzniku požiarov v objektoch alebo v priestoroch právnickej osoby a fyzickej osoby-podnikateľa a určenie minimálneho početného stavu hasičskej jednotky potrebného na účinné zdolanie predpokladaného požiaru ako aj požiadavky na jej materiálno-technické vybavenie. Analýza FMEA je len jedna zo zložiek k dosiahnutiu celkovej analýzy prevádzky.

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Analýza nebezpečí a prevence průmyslových havárií I.

7.

EDICE SPBI SPEKTRUM

Ivana Bartlová, Karol Balog

Pro posouzení nebezpečí a hodnocení souvisejících rizik technologických procesů je potřebné znát především vlastnosti a technicko bezpečnostní parametry látek, které nebezpečí mohou způsobit, umět je aplikovat pro provozní podmínky a věnovat pozornost poruchám zařízení, odchylkám od technologického procesu i chybám ANALÝZA NEBEZPEýÍ A obsluhy. V této publikaci je proto proveden rozbor známých průmyslových havárií a jejich příčin, vysvětlen PREVENCE PRģMYSLOVÝCH postup při analýze rizika včetně důvodů provedení se zaměřením na metody identifikace a hodnocení nebezpečí. HAVÁRIÍ I. Pozornost je věnována i aplikaci směrnice EU 96/82/EEC tzv. SEVESO II direktivy do zákona o prevenci a likvidaci průmyslových havárií. Je doplněna zásadami ochrany proti požáru a výbuchu plynů a par hořlavých kapalin a charakterizováním nebezpečí a prevence vybraných fyzikálních i chemických procesů. SDRUŽENÍ POŽÁRNÍHO A BEZPEýNOSTNÍHO INŽENÝRSTVÍ

IVANA BARTLOVÁ KAROL BALOG

ISBN 978-80-7385-005-0. Rok vydání 2007.

cena 160 Kč

2. vydání

EDICE SPBI SPEKTRUM

33.


IVANA BARTLOVÁ MILOŠ PEŠÁK

ANALÝZA NEBEZPEýÍ A PREVENCE PRģMYSLOVÝCH HAVÁRIÍ II Analýza rizik, a pĜipravenost na prĤmyslové havárie

Analýza nebezpečí a prevence průmyslových havárií II - Analýza rizik, a připravenost na průmyslové havárie Ivana Bartlová, Miloš Pešák Publikace navazuje na Analýzu nebezpečí a prevenci průmyslových havárií I. Jsou uvedeny mimořádné události antropogenní (havárie) i přírodní, jejich příčiny, výskyty i projevy, dále dostupné informace o průmyslových haváriích s přítomností nebezpečných látek v ČR za poslední období. Je vysvětlena podstata zákona č. 353/1999 Sb., o prevenci závažných havárií, jako aplikace směrnice Rady 96/92/EC tzv. SEVESO II direktivy, z pohledu významu zajištění prevence a připravenosti na závažné havárie i další vývoj v této oblasti v EU i v ČR. V publikaci jsou popsány metody používané pro odhad a hodnocení následků průmyslových havárií, v závěru publikace jsou vybrané metody využity ve zpracovaných případových studiích.

ISBN 80-86634-30-2. Rok vydání 2003.

cena 140 Kč


178



Určení iniciačního zdroje v průběhu zjišťování příčiny vzniku požáru Determine the Source of Ignition during Fire Investigation

Klíčová slova Požár, výbuch, příčina vzniku požáru, iniciační zdroj. Abstract The paper deals with the issue of determining the ignition source during a fire or explosion investigation. To determine the cause of the fire it is necessary to define a point of origin/an area of origin, combustible material that began to burn first, and a source of ignition. The paper provides an overview of ignition sources by CSN EN 1127-1 ed. 2. The final section provides a procedure for determining the ignition source in relation to the cause of fire. Key words Fire, explosion, causes of fire, source of ignition. Úvod Hasičský záchranný sbor kraje vykonává státní požární dozor podle § 26 odst. 2 písm. b) a § 31 zákona č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů [1]. Zjišťování příčin vzniku požárů je jednou z forem státního požárního dozoru, která se vykonává jak u právnických osob, podnikajících fyzických osob, u ministerstev a jiných státních orgánů, u obcí, tak u fyzických osob. Podrobnosti ke zjišťování příčin vzniku požárů stanoví § 50 vyhlášky č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci) [2]. Požárem se považuje každé nežádoucí hoření, při kterém došlo k usmrcení nebo zranění osob nebo zvířat, ke škodám na materiálních hodnotách nebo životním prostředí a nežádoucí hoření, při kterém byly osoby, zvířata, materiální hodnoty nebo životní prostředí bezprostředně ohroženy [2]. Za požár ve smyslu uvedené definice se také považují výbuchy směsi hořlavých plynů nebo par hořlavých kapalin či prachů s plynným oxidantem. Za požár se nepovažuje fyzikální výbuch, výbuch výbušin, pokud nedojde k následnému hoření po výbuchu [3]. Postup pro zjištění příčiny vzniku požáru, resp. výbuchu Aby došlo k požáru, musí být splněny tři základní podmínky, a to přítomná hořlavá látka, iniciační zdroj a oxidační prostředek (tzv. hořlavý trojúhelník - obr. 1). Tyto tři podmínky musí být ve vzájemné kombinaci, tzn. energie iniciačního zdroje musí být dostatečná natolik, aby byla schopna zapálit hořlavou látku v daném prostředí. V případě výbuchu, se tzv. hořlavý trojúhelník přeměňuje na výbušný pentagon, kde se objevuje i vliv daného prostředí (tvar nádoby) a disperze částic. Tento výbušný pentagon se vztahuje na hořlavé prachy (obr. 2). Ostrava 4. - 5. září 2013

stic ze čá Dispe r

Ox ida ční Hořlavá látka

oby nád ar Tv

Příspěvek se zabývá problematikou určení iniciačního zdroje v průběhu zjišťování příčiny vzniku požáru či výbuchu. Pro určení příčiny vzniku požáru je nutné určit místo vzniku požáru, určit hořlavou látku, která začala jako první hořet, a určit iniciační zdroj. V příspěvku je uveden přehled iniciačních zdrojů dle ČSN EN 1127-1 ed. 2. V závěrečné části je uveden postup určení iniciačního zdroje ve vztahu k příčině vzniku požáru.

oje zdr

Abstrakt

dek Inici ačn stře o r í zd íp n roj č a e d i Ox

ční cia Ini

VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava - Výškovice MV - GŘ HZS ČR, Institut ochrany obyvatelstva Na Lužci 204, 533 41 Lázně Bohdandeč [email protected]

pro stře dek

Ing. Miroslava Nejtková

Hořlavá látka

Obr. 1 Hořlavý trojúhelník

Obr. 2 Výbušný pentagon

Pro správné určení příčiny vzniku požáru, resp. výbuchu je nutné shromáždit veškeré potřebné údaje k dané mimořádné události. Shromážděné informace je nutné zhodnotit a vypracovat reálné verze příčin vzniku požáru (hypotézy). Ve fázi ověřování verze příčiny vzniku požáru musí vyšetřovatel požárů vycházet ze zjištěných údajů a informací. Nesmí zaměňovat zjištěné informace s předpoklady či spekulacemi. Taktéž nesmí přizpůsobovat zjištěné skutečnosti navrženým verzím. Zhodnocení hypotézy probíhá ve srovnání předpokládaného průběhu požáru, resp. výbuchu se zjištěnými skutečnostmi na požářišti. Zhodnocení je nutné vypracovat pro všechny navržené verze. Při procesu ověřování verzí musí docházet k postupnému vylučování jednotlivých verzí na základě zjištěných důkazů než na jejich neexistenci. Jestliže verze nevyhoví, může být vyloučena a ověřuje se další verze. Může nastat i situace, že žádná navržená verze nebude zcela odpovídat možnému scénáři požáru, tedy je to doba, kdy je nutné opět sesbírat data, případně je doplnit a provést nové zhodnocení a navržení nových reálných verzí požáru. V případě, že existuje další verze, která vysvětluje průběh a poškození požárem stejně dobře jako předchozí, je nutné provést podrobnější zhodnocení. Tento postup se opakuje až do přezkoušení všech dostupných verzí. V ideálním případě zůstane pouze jediná verze, která odpovídá všem skutečnostem, a je zároveň jedinou možnou příčinou vzniku požáru. Obecný postup, který uvádí NFPA 921 [4] je znázorněn na obr. 3.

Definovat problém Shromáždění údajů Analýza údajů (Induktivní hodnocení) Vypracování hypotézy Otevření hypotézy (deduktivní zhodnocení) Volba konečné hypotézy Obr. 3 Vědecký postup při stanovení příčiny vzniku požáru dle NFPA 921[4] Iniciační zdroje K určení možného iniciačního zdroje je vhodné využít ČSN EN 1127-1 ed. 2 (38 9622) výbušná prostředí - Prevence a ochrana proti výbuchu - Část 1: Základní koncepce a metodika [5]. Předmětná norma je vhodná nejen pro identifikaci iniciačních zdrojů, ale i k identifikaci nebezpečí výbuchu. V druhé části normy jsou 179


uvedeny požadavky pro navrhování a konstrukci zařízení, ochranných systémů a součástí pro vyloučení účinných zdrojů vznícení. Při zpracování analýzy rizika a jeho zhodnocení se pracuje s pravděpodobností a závažností vzniku mimořádní události. Následně probíhá proces zhodnocení a vyhodnocení rizika. Po tomto procesu se přijímají opatření ke snížení rizika. Oproti tomu při vyšetřování příčiny vzniku požáru či výbuchu, již není důležité, s jakou pravděpodobností mimořádná událost nastane, ale zjistit proč nastala. Ve skutečnosti může nastat i událost, která byla vyhodnocena jako vysoce nepravděpodobná. Z tohoto důvodu je nutné vždy vyhodnotit iniciační zdroje, které se vyskytují nejen trvale, často, ale i zřídka či velmi zřídka. Je nutné vypořádat se s možnými iniciačními zdroji, které se vyskytují nejen v běžném provozu, ale i v případě selhání daného zařízení či provedení nestandardní operace. Přehled možných iniciačních zdrojů je uveden v tab. 1.

1

Iniciační zdroj Horké povrchy

- horké částice (odlétnuté jiskry z krbů, komínů, ohnišť, dlouhodobé tepelné namáhání, horké kovy, mechanické jiskry, vojenská munice), - kouření, - samovznícení, - další zdroje zapálení (blesk, osvětlení, nabíjecí baterie, činnost zvířat). Zhodnocení navržené verze - určení iniciačního zdroje Prvním krokem by mělo být zhodnocení výskytu možných iniciačních zdrojů. Nejrychlejší zhodnocení výskytu iniciačních zdrojů je možné provést pomocí odpovědí typu ANO/NE. Druhým krokem by mělo být zhodnocení možných iniciačních zdrojů a výskytu hořlavých látek. Vyšetřovatel požárů by si měl pro určení iniciační zdroje položit základní otázky: 1) Je iniciační zdroj schopen zapálit hořlavou látku?

Tab. 1 Možné zdroje vznícení [5] Pol.

- zařízení (plynová, elektrická, olejová zařízení zejména určená k topení, ohřevu a vaření, kamna),

Nejčastější forma výskytu Plochy topných těles - radiátory, sušárny, topné spirály, ale i třecí plochy (spojky, brzdy, ložiska)

2) Byl tento iniciační zdroj dostatečně blízko hořlavé látky, aby jej byl schopen zapálit? 3) Existuje nějaký důkaz iniciace? 4) Existuje způsob rozšíření z první hořící látky na ostatní látky [6]?

2

Plameny a horké plyny (včetně horkých částic)

Svařování, řezání, ale i vzniklé jiskry

3

Mechanicky vznikající jiskry

Tření dvou těles o sebe - kamenů, kovových hmot, broušení, nárazy zkorodovaných a lehkých kovů a jejich slitin

4

Elektrická zařízení

Elektrické jiskry a horké povrchy vzniklé při zapínání a vypínání elektrických obvodů, při uvolněných spojích, zařízení na velmi nízké napětí

5

Rozptylové elektrické proudy, katodová ochrana proti korozi

Zpětné proudy v zařízeních pro výrobu energie, výsledek magnetické indukce, následek zkratu při poruchách el. zařízení

6

Statická elektřina

Vznik trsových výbojů u nabitých částí vyrobených z nevodivých materiálů

7

Úder blesku

Atmosférický výboj

8

Radiofrekvenční elektromagnetické vlny od 104 Hz do 3 x 1011 Hz

Rozhlasové vysílače, průmyslové nebo lékařské vysokofrekvenční generátory určené např. k ohřevu, kalení, svařování, řezání

9

Elektromagnetické vlny od 3 x 1011 Hz do 3 x 1015 Hz

Laserová zařízení, zdroje světla

10

Ionizující záření

Zejména u radioaktivních látek, Roentgenových trubic, vznik při chemické reakci, radiolýza vody

11

Ultrazvuk

Ultrazvuková zařízení

Pro určení vzniku požáru je nutná znalost požárně technických charakteristik, příp. požárně bezpečnostních parametrů. V případě výbuchu se jedná zejména o dolní mez výbušnosti dané látky, resp. směsi, teplotní meze výbušnosti a mezní koncentrace kyslíku. Pro určení šíření je nutná i znalost chování výbušné atmosféry, a to např. maximální výbuchový tlak, maximální rychlost nárůstu výbuchového tlaku.

12

Adiabatická komprese a rázové vlny

V potrubí kompresorů, v potrubích, přírubách, uzavřených ventilech při náhlém uvolnění vysokotlakých plynů

V případě iniciačního zdroje se jedná o minimální zápalnou energii, minimální teplotu vznícení výbušné atmosféry, či minimální tepotu vznícení vrstvy prachu a dobu působení iniciačního zdroje.

13

Exotermická reakce včetně samovznícení prachů

Samovznícení pyroforických látek se vzduchem, alkalických kovů s vodou, samovznícení hořlavých prachů, krmných směsí, organických biologických materiálů, organických peroxidů, polymerační reakce

Jiné rozdělení iniciačních můžeme najít v literatuře [6], kde iniciační zdroje jsou rozděleny do těchto skupin: - primární iniciační zdroje (sirky, zapalovače, hořáky, svíčky), - sekundární iniciační zdroje (horké povrchy, tření, záření, chemická reakce),

180

Pro toto zhodnocení se jeví vhodné vytvoření matice iniciačních zdrojů a hořlavých látek (paliva). V případě, že vyneseme do sloupců palivo a do řádků iniciační zdroje a zároveň odpovíme na předešlé čtyři otázky, vznikne nám přehled zdrojů, které můžeme vyloučit, které iniciační zdroje jsou možné a pro které musíme doplnit vstupní data. Při ověřování navržené verze se zhodnocuje možný scénář šíření požáru pro konkrétní iniciační zdroj, hořlavou látku, oxidovadlo. Zhodnocují se předpokládané následky pro daný scénář požáru se zjištěnými skutečnosti na místě události. Jedná se zejména o zanalyzování a zhodnocení zdroje vznícení a následného vznícení dalších hořlavých látek. Dále se zhodnocují vzniklé ohniskové příznaky, vektorizace tepla a plamene ve vztahu k prostoru, směry šíření požáru, kde požár probíhal, rozmístění jednotlivých předmětů v daném prostoru, vnější podmínky (teplo, tlak, vlhkost apod.), vliv přítomnosti a proudění vzduchu. V případě výbuchu dále zhodnocujeme následky výbuchu - zranění osob, poškození budov a zařízení, vliv plamenného hoření a horkých plynů, tepelného záření, následky tlakové a seismické vlny, vliv odletů fragmentů apod.

Závěr Při zjišťování příčiny vzniku požáru a výbuchu je nutné provést důkladný sběr vstupních dat a provést jejich zhodnocení. Je nezbytné samostatně zhodnotit nejen výskyt hořlavé látky, iniciačního zdroje, ale provést zhodnocení i v jejich vzájemné souvislosti. Jen tak je možné dojít ke správným výstupům. Místo po požáru či výbuchu je zpravidla velmi poškozeno, často se na místě události již iniciační zdroj nenachází, přesto je možné se pomocí stanovených postupů dopracovat až k první látce, která hořela, a jejímu iniciačnímu zdroji. Úkolem vyšetřovatelů požárů je taktéž zhodnocení chybějícího iniciačního zdroje na místě události.



Literatura

[4]

NFPA 921: Guide for fire and explosion investigation, 2011.

[1]

Zákon č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů.

[5]

[2]

Vyhláška č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci).

ČSN EN 1127-1 ed. 2 (38 9622) Výbušná prostředí - Prevence a ochrana proti výbuchu - Část 1: Základní koncepce a metodika: 2012.

[6]

Dehann, J.D.; Icove, D.J.: Kirk´s Fire inestigation, Brady, 7th editon, Brady, 2012, 7th edition, ISBN 978-0-13-508263-8.

[3]

Pokyn generálního ředitele Hasičského záchranného sboru České republiky č. 3 ze dne 14. ledna 2011, kterým se stanoví postup Hasičského záchranného sboru České republiky při zjišťování příčin vzniku požárů.

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Zjišťování příčin vzniku požárů od elektrických iniciátorů EDICE SPBI SPEKTRUM

64.


IVO ŠROM

ZJIŠġOVÁNÍ PěÍýIN VZNIKU POŽÁRģ OD ELEKTRICKÝCH INICIÁTORģ

Ivo Šrom Publikace napomáhá řešit problematiku vzniku požárů od elektrických iniciátorů a vybraných elektrických zařízení. Charakterizuje jednotlivé elektrické iniciátory a z hlediska statistiky porovnává podíly na vzniku požárů mezi jednotlivými druhy elektrických iniciátorů. Publikace je doplněna popisem nejčastějších závad na vybraných elektrických zařízeních, které se podílejí na vzniku požárů. V části publikace je rovněž popsán obecný postup k zajišťování vzorků z požářiště, určených k požárně technické expertize, kdy v příloze jsou zařazeny příklady protokolů provedených v rámci požárně technické expertizy. Zvláštní kapitola je věnována statické elektřině. Závěrečnou část textu publikace tvoří požární bezpečnost elektrických zařízení z pohledu právních předpisů v rámci o požární ochrany. ISBN 978-80-7385-073-9. Rok vydání 2009.

EDICE SPBI SPEKTRUM

78.


VASIL SILVESTR PEKAR a kolektiv

ZJIŠġOVÁNÍ PěÍýIN POŽÁRģ V RÁMCI STÁTNÍHO POŽÁRNÍHO DOZORU

cena 130 Kč

Zjišťování příčin požárů v rámci státního požárního dozoru Vasil Silvestr Pekar a kolektiv pracovníků TÚPO Tato publikace se zabývá problematikou zjišťování příčin požárů a prováděním požárně technických experti v rámci výkonu státního požárního dozoru příslušníky Hasičského záchranného sboru ČR. Z hlediska současné praxe popisuje některé důležité aspekty systému organizace dané činnosti a úkoly vyšetřovatelů, kteří se jí zabývají. Na základě praktických zkušeností jsou pak rozebírány otázky ohledání místa požáru, zajištěním stop, odběru vzorků a využití expertních pracovišť, které mají k této problematice přímý vztah. Podstatnou část publikace tvoří příklady využití nových metod a zařízení pro ZPP a požárně technické expertizy. Bohatou obrazovou dokumentací jsou doplněny vybrané příklady požárů, které byly realizovány oddělením zjišťování příčin požárů Technického ústavu požární ochrany. ISBN 978-80-7385-107-1. Rok vydání 2011.

cena 150 Kč



181


Simulace testování zvýšení požární odolnosti dílčí části stavební konstrukce Simulation of Testing Increase the Fire Resistance of Subpart of Building Construction doc. Ing. Miroslava Netopilová, CSc. Ing. Michal Vláčil VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava - Výškovice [email protected] Abstrakt Ochlazování povrchu stavebních konstrukcí proudící vodou je jednou z možností zvyšování jejich požární odolnosti. Opomíjená je však možnost případného využití systémů vnitřního chlazení. Tento článek uvádí dílčí výsledky laboratorních testů, simulujících režim testování požární odolnosti stavebního prvku, u kterého je aplikováno vnitřní chlazení. Klíčová slova Zvýšení požární odolnosti, vnitřní chlazení stavební konstrukce, chladicí kapalina, tepelná zátěž. Key words Increase in fire resistance, internal cooling of a building construction, cooling liquid, thermal load. Abstract Flowing-water cooling of the surface of building constructions is one of possibilities of increasing their fire resistance. However, a neglected possibility is the use of internal cooling systems. This article states partial results of laboratory tests simulating the mode of testing the fire resistance of a building element in the case of which internal cooling is applied. Úvod

Určené vlastnosti musí být splněny při běžné údržbě a působení běžně předvídatelných vlivů po dobu předpokládané existence stavby. Soubor požadavků vyjadřuje zájem o ochranu života a zdraví osob, životního prostředí a potřeb souvisejících v návaznosti na požadovanou kvalitu stavby. [1] Návazně na tyto dokumenty jsou v České republice všechny základní požadavky na stavby a stavební výrobky, vyjadřující obecný zájem, zapracovány do dokumentů českého právního řádu. V souvislosti s požární ochranou je nezbytnou podmínkou pro posouzení stavebních konstrukcí ověření jejich odolnosti za mimořádných situací, ke kterým se řadí i požární situace. Pro řešení požární bezpečnosti staveb jsou proto nepostradatelné hodnoty požární odolnosti stavebních konstrukcí. Posouzení požární odolnosti výpočtem pomocí Eurokódů nebo pomocí tabulkových hodnot není vždy zcela vhodné. Pro získání přesnějších údajů je možné zjištění požární odolnosti zkušebním testem v autorizované zkušebně. Zkoušky se provádí na zkušebních tělesech konstrukčních rozměrů pod tepelným a mechanickým zatížením určeným pro tuto mimořádnou návrhovou situaci. Simulace režimu testu zvýšení požární odolnosti sestav izolačních dvojskel v laboratorních podmínkách Zkušebnictvím a požadavky, kladenými na požárně bezpečné skelné výrobky se zabývá řada norem. Např. klasifikaci požární odolnosti průhledných nebo průsvitných výrobků ze skla pro použití v zasklených konstrukcích a prvcích speciálně určených pro zajištění požární odolnosti, vymezuje ČSN EN 357 [6]. Metodiku zkoušení, v návaznosti na požární odolnost a bezpečnost prosklené konstrukce v případě požáru, zahrnuje i ČSN EN 15998 [7]. Nároky kladené na prosklené konstrukce, které souvisí s požární bezpečností staveb, zahrnuje soubor norem řady ČSN 73 08xx.

Řešení požární bezpečnosti bylo jedním ze základních požadavků již dříve platné Směrnice Rady 89/106/EHS o sbližování právních a správních předpisů členských států týkajících se stavebních výrobků. Jednalo se o evropský právní dokument pro oblast výstavby, který byl r. 2011 nahrazen nyní platným nařízením Evropského parlamentu a Rady EU č. 305/2011, o stavebních výrobcích. Oba dokumenty shodně stanovují základní požadavky na stavby jako celek i na jeho části po dobu jejich ekonomicky přiměřené životnosti. Jedná se o požadavky na:

V laboratořích Fakulty bezpečnostního inženýrství (dále jen FBI) byl navržen režim pouze informativního testu (ve zmenšeném měřítku) pro možnost sledování zvýšení požární odolnosti skleněného konstrukčního prvku. Zkušební soubor tvořilo pět totožných zkušebních vzorků - běžně používaných okenních výplní, tj. izolačních dvojskel, obchodního názvu STOPRAY VISION s měkkým třívrstvým povlakem stříbra. Pro zvýšení požární odolnosti testovaných sestav izolačních dvojskel bylo navrženo a realizováno vnitřní chlazení kapalinou. Rozměrové parametry zkušebních vzorků:

• mechanickou odolnost a stabilitu,

- délka 350 mm,

• požární bezpečnost,

- výška 250 mm,

• hygienu, ochranu zdraví a životního prostředí,

- celková tloušťka 20 mm,

• bezpečnost a přístupnost při užívání,

- tloušťka jednotlivých tabulí skla 6 mm a 4 mm,

• ochranu proti hluku,

- tloušťka mezivrstvy 10 mm.

• úsporu energie a ochranu tepla, • udržitelné využívání přírodních zdrojů. Je stanoveno, že z hlediska požární bezpečnosti musí být stavba navržena a provedena takovým způsobem, aby v případě požáru: • byla po určenou dobu zachována nosnost konstrukce, • byl uvnitř stavby omezen vznik a šíření ohně a kouře, • bylo omezeno šíření požáru na sousední stavby,

Vzorky sestavy dvojskel uzavíral originální, hermeticky těsnící distanční rámeček. Mezivrstvu mezi skly, původně vyplněnou argonem, vyplnila v průběhu testu proudící voda. Sestava dvojskla byla upevněná pomocí závěsů na maketu sádrokartonové stěnové konstrukce tak, aby překrývala otvor vytvořený v maketě stěny. Tento otvor (š. 250 mm, v. 200 mm), umožňoval přímé působení tepelné zátěže na zkušební vzorek (viz obr. 1).

• obyvatelé mohli stavbu opustit, nebo aby mohli být jinými prostředky zachráněni, • byla brána v úvahu bezpečnost záchranných jednotek. 182



Návrh zvýšení požární odolnosti sestav izolačních dvojskel Obecně známou charakteristikou tabulového skla je jeho dobrá pevnost v tlaku. Problematickým je však přenos tahových napětí. Závisí na mnoha faktorech, které mohou být důsledkem případně rozdílných výsledných hodnot pevnosti. Různé odchylky pevnosti v tahu nejsou způsobeny výlučně vlastnostmi skelného materiálu, ale závisí i na externích vlivech, jako jsou např. statické zatížení, tepelné zatížení, způsob podepření a uložení skla, eventuální nestejná tloušťka skla a nepravidelnost v úpravě hran [2]. Na pevnostní vlastnosti skla úzce navazují bezpečnostní předpoklady.

Obr. 1 Zavěšení zkušebního vzorku na maketu stěny (foto autor) K tepelně izolovanému zadnímu povrchu sádrokartonové stěny byl do vytvořeného otvoru situován radiační tepelný zdroj, kterým byl sálavý panel OMEGALUX (obr. 2), působící tepelným tokem 110 kW.

Obr. 2 Umístění radiačního tepelného zdroje OMEGALUX (foto autor) Pomocí laboratorního regulátoru MIKROTHERM 825 byly vzorky plynule tepelně namáhány. Přesto, že záměrem bylo docílit vývoj teplot, odpovídajících nominální teplotní křivce požáru, viz ČSN EN 13501-2+A1 [8], byl skutečný průběh teplot od normových hodnot částečně odlišný (od 30. minuty vyvíjel zdroj konstantní teplotu 951 °C). Teploty byly měřeny pomocí termoelektrických článků umístěných na: - tepelně exponované straně zkušebního vzorku ve vzdálenosti 7 mm od povrchu skla,

Požární bezpečnost prosklených konstrukcí, jejich odolnost vůči tepelné zátěži, je aktuální již řadu let. Současné zkušenosti a poznatky vycházejí z přibližně třicetileté historie cíleného výzkumu a vývoje, tzn. od doby, kdy byla vyvíjená čirá protipožární skla. Výroba protipožárních skel je nyní založena na různých technologiích a specifických výrobních procesech zaměřených tak, aby produkované výrobky vyhověly požadavkům širokého spektra aplikací těchto zasklení. Většinou jsou používána již dobře známá zasklení, představující speciální sendvičové skladby skelných tabulí proložených vrstvami pěnotvorného přípravku. Bohužel, úměrně s rostoucími nároky, roste řada negativ, kterými se požární zasklení mohou vyznačovat. Jsou to zejména hmotnost, křehkost, výrobní a konstrukční náročnost, možnost porušení, značné navýšení ceny atd. Tato skutečnost otevírá prostor pro nová alternativní řešení požárně odolných prosklených konstrukcí. Pro provedení laboratorních testů požární odolnosti skleněných stavebních prvků však v laboratořích FBI nebyla použita speciální protipožární sendvičová skla, ale běžná skladba tepelně odolných stavebních izolačních zasklení, jejichž účelem je zejména snížení prostupu tepla. Obvykle jsou reprezentována minimálně dvěma tabulemi skla, oddělenými mezivrstvou vyplněnou vzduchem nebo plynem, jako je argon, krypton, xenon nebo jejich směsí. Za účelem dosažení vysoké tepelné izolačnosti se často uplatňují skla povrchově opatřená povlakem z materiálu s odpovídající emisivitou. Celou sestavu hermeticky uzavírá speciální distanční rámeček, obsahující vhodný vysoušecí přípravek. Finální těsné uzavření mezivrstvy izolačních skel zajišťuje tmelení na polyuretanové, polysulfidové nebo silikonové bázi. Tím je v mezivrstvě mezi tabulemi skel zajištěn suchý stav daného plynného prostředí a konstantní tlak. Konstrukce nebo otvory, zasklené těmito skly, vykazují tudíž dobrou tepelnou izolaci. U prosklených konstrukcí běžně vyžadujeme splnění několika paralelních požadavků, nikoliv jen optických, akustických a tepelně izolačních. Jedním z nich je např. i odolnost vůči projevům požáru. Za požární situace je jedním z možných řešení tohoto požadavku jejich průběžné ochlazování. Při ochlazování stavebních konstrukcí je akceptován princip odnímání tepla vhodným médiem, přičemž množství tepla odebíraného musí být rovno nebo větší než teplo konstrukcí přijímané. Konstrukcí přijaté celkové množství tepla, lze zjistit z rovnice energetické rovnováhy dané vztahem viz rovnice 1: Qc  Qsal  Qodv  Qkonst  Qohr celkové množství tepla [J.s-1],

- tepelně neexponované straně zkušebního vzorku v kontaktu se sklem,

Qc

- výtoku chladícího media ze zařízení,

Qodv množství tepla odvedeného zplodinami hoření [J.s-1],

- výstupu ze sálavého panelu. Tepelný tok byl snímán senzorem HUKSEFLUX 50 na tepelně neexponované straně ve vzdálenosti 1 m od skleněného povrchu vzorku tak, jak to při normovém postupu stanovení požární odolnosti vyžaduje sledování kritéria mezního stavu hustoty tepelného toku z povrchu konstrukce. Digitální záznam tepelného toku a teplot realizovala sonda ALMENO 2890 - 9 AHLBORN.


(1)

kde Qsal množství tepla vysálaného vně hořícího objektu [J.s-1], Qkonst množství tepla, které přestoupí do ohraničujících konstrukcí [J.s-1], Qohr množství tepla potřebného na ohřev prostoru a hořlavého materiálu [J.s-1]. Na základě současných poznatků je zřejmé, že nejpříznivější variantou ochlazování stavebních konstrukcí ze skla je ochlazování proudící vodou.

183


Zvyšování požární odolnosti prosklených konstrukcí pomocí ochlazování vodou je již dnes známé, viz např. [3]. Jedná se o systém ochlazování vnějšího povrchu skleněných ploch skrápěním. Na rozdíl od tohoto řešení bylo cílem prováděného výzkumu ověření vnitřního chlazení proudící vodou v prostoru mezivrstvy izolačních dvojskel. Navržené konstrukční řešení pro laboratorní sledování požární odolnosti tepelně odolného zasklení se vztahovalo na běžný druh izolačních dvojskel, která, po poměrně jednoduché úpravě, umožní vnitřní ochlazování proudící vodou, a tím i modifikaci jejich stávajících vlastností.

Vzorek č. 3 - dvojsklo bylo povrchově částečně narušeno jemným vrypem, v důsledku čehož, před započetím působení tepelné zátěže tlak proudícího chladícího media zapříčinil prasknutí narušeného skla - neplatný test. Vzorek č. 4 - dvojsklo bylo tepelně exponováno ze strany skla tloušťky 4 mm. Pro provedení zkušebního testu je zvolen následující režim zkoušky: - vzdálenost radiačního zdroje od povrchu skla 60 mm, - průtoková rychlost chladícího media 2,6 l.min-1. V čase 10 min a 42 s, kdy dosáhla teplota exponovaného povrchu skla 460 °C, nastala náhlá destrukce zkušebního vzorku a plocha skla byla pokryta prasklinami. Teplota na povrchu neexponovaného skla byla 34 °C. Vzorek č. 5 - dvojsklo bylo tepelně exponováno ze strany tlustší tabule skla, tzn. skla tloušťky 6 mm: - vzdálenost radiačního zdroje od povrchu skla 60 mm, - průtoková rychlost chladícího media 2,6 l.min-1.

Obr. 3 Zajištění přítoku a odtoku vody do mezivrstvy dvojskla (foto autor)

Působením tepelné zátěže na stranu zkušebního vzorku s větší tloušťkou skla, tj. 6 mm, bylo ve skle vyvoláno napětí, jehož důsledek se projevil prasknutím skla již v sedmé minutě od zahájení testu, tzn. dříve než v případech, kdy se tepelně zatěžovala skelná tabule menší tloušťky (4 mm). V závislosti na tloušťce skla lze podle [4] napětí, které vyvolá zahřívání nebo ochlazování, stanovit viz rovnice 2. 1 E  d  v  3 a 1     2 

  Pro přívod a odvod chladící vody byly v distančních rámečcích dvojskel navrženy dva úhlopříčně umístěné otvory o průměru 6 mm. Spodní otvor pro přítok vody a horní otvor odtokový (obr. 3). Dodatečnou realizací těchto otvorů v laboratoři FBI byla zrušena původní plynná atmosféra v prostoru mezi skly.

2

(2)

kde σ

napětí [Pa],

μ

Poissonova konstanta,

α

součinitel lineární teplotní roztažnosti [K-1],

Výsledky testování navržených zkušebních vzorků

E

Youngův modul pružnosti v tahu [Pa],

Zkoušce bylo podrobeno 5 izolačních dvojskel, tzn. pět rozměrově shodných zkušebních vzorků s totožnou materiálovou a konstrukční skladbou, avšak při dílčích změnách režimu zkoušky. Grafické znázornění průběhu zatěžovacích parametrů během testování jednotlivých zkušebních vzorků a snímané hodnoty teplot a tepelného toku viz [5].

a

teplotní vodivost [m2.s-1],

v

rychlost změny teploty [K.s-1],

d

tloušťka skla [m].

Vzorek č. 1 - izolační dvojsklo bylo tepelně exponováno ze strany skla tloušťky 4 mm. Pro provedení zkušebního testu je zvolen následující režim:

Tloušťka skla tudíž ovlivní velikost napětí, vznikajícího při změně teploty. Brzká destrukce zkušebního vzorku č. 5 prakticky dokumentovala tvrzení, že v porovnání se skly menší tloušťky vykazují fixované silnější skelné tabule nižší odolnost vůči napětím, souvisejícím s prostupem tepla.

- vzdálenost radiačního zdroje od povrchu skla 220 mm,

Závěr

- průtoková rychlost chladícího media 2,6 l.min-1.

Sklo je pro své jedinečné optické, akustické, tepelně izolační, pevnostní a další parametry schopno splňovat náročné a rozmanité požadavky současného stavebnictví. Lze proto o sklu právem hovořit jako o multifunkčním materiálu, jehož vlastnosti, charakteristiky a využitelnost mohou být různorodé v závislosti na jeho technologii výroby a kompozici. V současnosti vnímáme stavební sklo nikoliv jen jako běžný materiál pro výplně otvorů, ale jako architektonicky působivý stavební prvek, který je schopen splňovat i bezpečnostní požadavky. K těm v neposlední řadě náleží stále se vyvíjející nároky z oblasti požární bezpečnosti. Jejich akceptování je nutno prokázat standardními postupy, jako jsou např. zkoušky požární odolnosti stavebních konstrukcí, a to za přesně stanovených podmínek, aplikovaných v akreditovaných laboratořích. Na základě výsledků dříve provedených velkorozměrových experimentů bylo konstatováno, že při použití vody k ochlazování skleněné konstrukce vnějším skrápěním je možno dosáhnout požární odolnost až EI 120 [3].

Zkouška byla záměrně ukončena v 55. minutě, kdy teplota na výstupu ze sálavého panelu dlouhodobě konstantně dosahovala 951 °C, tzn. maximální možnou hodnotu vykazovanou daným zdrojem. Na povrchu tepelně neexponovaného skla byla dosažena maximální teplota 26 °C. Po celou dobu zkoušky nebyla na sestavě dvojskla pozorována žádná porušení či změny. Vzorek č. 2 - dvojsklo bylo tepelně exponováno ze strany skla tloušťky 4 mm. Pro provedení zkušebního testu je zvolen následující režim zkoušky: - snížená vzdálenost radiačního zdroje od povrchu skla na 60 mm, - průtoková rychlost chladícího media 2,6 l.min-1. U vzorku č. 2 došlo v 17. minutě zkoušky k prasknutí skla na tepelně exponované straně. V momentu prasknutí dosahovala teplota na výstupu ze sálavého panelu 910 °C.

184



V rámci našeho výzkumu, uskutečněného v laboratořích Fakulty bezpečnostního inženýrství VŠB - TUO normové zkušební podmínky testování požární odolnosti nebylo možno věrně simulovat. Nelze proto výsledky zde provedených zkoušek považovat za průkazné. Tento výzkum poskytuje jen dílčí informativní, statisticky nezpracovatelné výsledky, dosažené na omezeném množství zkušebních vzorků. Přesto, že se jedná o výsledky pozitivní, prokazující dobrou izolační schopnost proudící chladicí kapaliny při jednoduchém konstrukčním provedení, je třeba zdůraznit, že prezentovaný návrh vnitřního chlazení izolačních dvojskel zahrnuje i mnohé neřešené problémy a nejasnosti. Těmi jsou např. účinek rychlosti a průtočného množství chladícího media na ovlivnění fyzikálně technických parametrů zasklení, předpokládaná nutnost omezení velikosti plochy zasklení, statické řešení, tloušťka skel, tloušťka mezivrstvy, tzn. vnitřní vzdálenost skel, způsob jejich uložení a podepření, výběr optimálního druhu použitých skel atp. Přesto, že požární odolnost testované sestavy izolačních dvojskel nebylo možno adekvátně prokázat, výsledky provedených testů dokumentují, že systém vnitřního chlazení, v případě požáru iniciovatelný např. pomocí EPS, může být za jistých podmínek vhodný pro zvýšení odolnosti vůči tepelné zátěži nejen u specifických ocelových konstrukcí, kde je tento způsob známý, ale teoreticky i u sestavy dvojskel omezených rozměrů. Na rozdíl od plošného zkrápění se jedná o způsob chlazení, jehož předností je zajištění nejen přívodu, ale i odvodu chladicí kapaliny. Značnou předností testovaného systému je skutečnost, že množství chladící vody může být rovnoměrné, jednoduše regulovatelné a zejména opakovaně využitelné. Dalším významným pozitivem je skutečnost, že při realizaci systému vnitřního ochlazování nedojde ke smáčení a zničení zařízení či vybavení interiérů a rovněž je eliminováno promáčení a znehodnocování stavebních konstrukcí. Zejména v důsledku této skutečnosti je u navrhovaného řešení možný markantní ekonomický přínos. Je však potřebné zdůraznit, že zatím se jedná pouze o řešení nezohledňující problémy praktické realizace, tudíž o řešení pouze teoretické.

Literatura [1]

Nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) č. 305/2011 ze dne 9. března 2011, kterým se stanoví harmonizované podmínky pro uvádění stavebních výrobků na trh a kterým se zrušuje směrnice Rady 89/106/EHS.

[2]

Sázovský, M.: Multifunkční zasklení 5 - Pevnost skla a jeho statický návrh. In: Materiály pro stavbu. 14. ročník, č. 5/2008, s. 32-35. ISSN 1213-0311.

[3]

Sázovský, M.; Bebčák, M.: Požadavky na požárně odolné pochůzné plochy ze skla. In: Stavebnictví. V. ročník, č. 03/2011, ISSN 1802-2030.

[4]

Kupilík, V.: Sklo z požárního hlediska In: Konstrukce, roč. 6, č. 3/2007, s. 16-20. ISBN 978-80-01-03975-5.

[5]

Netopilová, M.; Vláčil, M.: Výzkum v oblasti požární odolnosti multifunkčních prosklených konstrukcí stavebních objektů. SPEKTRUM, ročník 12, č. 2/2012, SPBI Ostrava, 2012, s. 12 - 15, ISSN 1211-6920.

[6]

ČSN EN 357:2005 (701022) Sklo ve stavebnictví - Požárně odolné zasklené prvky s průhlednými nebo průsvitnými skleněnými prvky - Klasifikace požární odolnosti.

[7]

ČSN EN 15998:2011 (701023) Sklo ve stavebnictví Bezpečnost v případě požáru, požární odolnost - Metodika zkoušení skla pro účely klasifikace.

[8]

ČSN EN 13501-2:2010 +A1 (730860) Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb - Část 2: Klasifikace podle výsledků zkoušek požární odolnosti kromě vzduchotechnických zařízení.

Příspěvek byl vypracován za podpory projektu MV FIRESAFE, VG20122014074.

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Tlakové láhve z hlediska požární bezpečnosti EDICE SPBI SPEKTRUM

67.


VÁCLAV KRATOCHVÍL MICHAL KRATOCHVÍL ŠÁRKA NAVAROVÁ JIěÍ CHMEL

TLAKOVÉ LÁHVE Z HLEDISKA POŽÁRNÍ BEZPEýNOSTI

Václav Kratochvíl, Michal Kratochvíl, Šárka Navarová, Jiří Chmel Publikace je určena nejen studentům středních a vysokých škol v oboru požární ochrana nebo profesionálním či dobrovolným hasičům, ale všem lidem, kteří ke své práci potřebují získat dostatečné množství informací v rozsáhlé problematice týkající se oblasti tlakových láhví. Je tedy vhodným zdrojem informací i pro zpracovatele požárně bezpečnostních řešení, projektanty, osoby odborně způsobilé, risk managery, preventisty požární ochrany, členy preventivních požárních hlídek, skladníky, řidiče, svářeče, stavbyvedoucí a mnohé další profese. Tlakové láhve jsou pomocníkem a při dodržování stanovených pravidel pro zacházení s nimi jsou bezpečné. Cílem autorů je zdůraznit nutnost dodržování zásad pro plnění láhví, jejich dopravu, skladování, ukládání, manipulaci, označování, manipulaci a odběr plynu. Současně jsou uvedeny možné důsledky, které mohou nastat při nedodržení stanovených pravidel, protože téměř všechny mimořádné události spojené s tlakovými láhvemi mají vazbu na selhání lidského faktoru. ISBN 978-80-7385-070-8. Rok vydání 2009.

cena 210 Kč



185


Rádiové prostředky pro řízení zásahu: přenos videa, audia a dat v zastavěných prostředích Radio Equipment for Firefighter Intervence Management: Video, Audio, Data Transmission in Urban Areas Ing. Miroslav Odstrčilík

c) bezdrátový výstup videa na pracovišti velitele zásahu,

Advanced Radio Telemetry spol. s r.o. Francouzská 82, 602 00 Brno [email protected]

d) nezávislou konektivitu k Internetu přes IP družici s geostacionární dráhou, e) přístup pro neomezeně vzdálené a autorizované sledování videa na Internetu.

Abstrakt Bezporuchový a kvalitní přenos videa v zastavěných prostorech a současně za pohybu kamery je požadovaná funkcionalita a současně technicky náročný úkol. Představená technika poskytuje takové řešení. Z prostor bezprostředního zásahu (místnosti, budovy, ulice, podzemní prostory a tunely) přenáší kvalitní video bez poruch, vytváří mobilní rádiový buňkový systém, umožňuje výstup obrazu pro velitele zásahu a současně umožňuje pomocí digitálního satelitu přenos videa přes Internet do operačního střediska. Klíčová slova Požární zásah; video; přenos videa; rádiový přenos; rádiové kamery; PTZ; satelitní přenos; Internet. Abstract Reliable and high quality video transmission using with mooving camera in urban area is in the same time the required functionality and technically hard task. The presented technology provides such solution. The system transmits high quality video without faults from the on-site area (room, building, street, basement, underground or tunel), creates portable radio cellular network, enables video output to the incident on-site commander and also distribute these via a satellite up-link to the Fire Service Headquarters. Key words Firefighting; video; video transmission; radio transmission; radio cameras; PTZ; satelite transmission; Internet. Stav využití techniky dlouhodobě a současně rychle spěje ke stále intenzivnějšímu používání elektroniky ve všech profesích a ve všech činnostech. Možnost přímého, nezpožděného zprostředkování vzdálené reality prostřednictvím přenosu obrazu a zvuku není věc nová. Nové je propojení různých technologických celků pro zajištění tohoto úkolu. Nová je technická úroveň těchto prostředků, jejichž možnosti se nebývale blízko přiblížily technickým možnostem a kvalitě přímého televizního vysílání. A nová je relativně nízká finanční náročnost technického řešení oproti technickému vybavení televizních štábů. Použitá technika umožní (na pozemní infrastruktuře nezávislý) přístup k Internetu pro pracoviště velitele, přenos obrazu, zvuku a dat z prostor, kde k zásahu dochází na velitelské pracoviště a do dispečinku PO resp. IS. Praktické a taktické využití těchto jedinečných možností je záležitostí strategického plánování PO a není tedy předmětem tohoto příspěvku. Navrhované technické řešení v místě zásahu vytvoří: a) mobilní rádiové vysílače s kamerami umístěnými na oděvu zasahujících požárníků, b) rádiovou MESH síť (s pohyblivými PTZ kamerami), speciálně vyvinutou pro přenos videa v náročných podmínkách, 186

Obr. 1 Situační schéma nasazení systému (Fire service headquartters - Požární velitelství; Sattelite link satelitní spojení; Command and Conference vehicle - velitelský vůz; Post mounter Stryker Camera - namontovaná kamera Strycker; 2 - 5 km NLOS - 2 - 5 km na nepřímou viditelnost; Tripod mounted Strycker Camera - kamera Strycker namontovaná na stativu) Rádiový videový systém pro požárníky poskytuje nezbytný situační přehled pro velící osobu, čímž snižuje požadavky velitele na slovní popis situace od bezprostředně zasahujících požárníků. To může výrazně zvýšit efektivitu zásahu a bezpečnost práce. Nejnovější COFDM úzkopásmová rádiová technologie pro digitální přenos na nepřímou viditelnost je vhodným řešením. Obvykle jsou v systému použity čtyři rychle namontovatelné přenosné PTZ (Pan, Tilt, Zoom) kamery s vlastním zdrojem napájení, které mohou být připevněny na standardní pouliční vybavení, výnosné stožáry nebo mohou být namontovány na výsuvné požární plošině. Funkce kamery jsou ovládány z velícího vozu pomocí digitálního rádiového telemetrického systému. Ve velícím voze je na jedné obrazovce k dispozici video ze všech čtyř kamer, které se dále pomocí satelitního spoje distribuuje do Požárnického střediska (Fire Service Headquarters), případně do dalších destinací. Systém může pracovat jak s těmito rychle namontovatelnými PTZ kamerami s dálkovým ovládáním, tak s kamerami, které mají někteří z požárníků umístěné na těle. Vlastnosti systému: • zvyšuje bezpečnost práce, • poskytuje podrobnější rozbor situace po zásahu, • má dosah 2 - 5 km (záleží na prostředí a umístění antén), • je kompatibilní s barevnými kamerami, kamerami pro sníženou viditelnost „low-light” a s termálními kamerami, • je mechanicky odolné a voděodolné konstrukce, • pracuje v „Ultra Narrow Band”, který umožňuje použití v nelicencovaném frekvenčním pásmu.



Při některých požárech je řešení nehody o to komplikovanější, že se požár nachází v podzemí, v suterénu, ve sklepě nebo v tunelu. Takové situace činí zásahy ještě nebezpečnějšími a ještě více zvyšují potřebu velitele zásahu sledovat živé zobrazení z nebezpečných zón z termálních kamer. Velitelé zásahu potřebují přijímat čisté, stabilní video a audio z vysílače, který má požárník až tři patra pod zemí, jež zprostředkuje reálnou situaci bez zpoždění a bez zdržování slovním popisem. Každý vysílač přenáší jeden video kanál, dva zvukové kanály a jeden datový kanál, který lze použít pro GPS polohu a pro monitorování zdravotních funkcí zasahujícího požárníka. Systém používá nejnovější COFDM úzkopásmové rádiové technologie. Implementace COFDM standardu pro rádiové vysílání signálů poskytuje vysokou odolnost vůči rušení a proti odrazům rádiových signálů od překážek. Pro přenos videa je použito velice úzké kanálové rozteče rádiových kanálů (až 1,25 MHz oproti běžným 8 MHz). Čím je rádiový kanál užší, tím větší je dosah vysílače a tím větší je i průchodnost signálů z míst pod zemí směrem k pozemních přijímačům. Systém umí pracovat s kombinací rychle namontovatelných PTZ kamer, termálních kamer a kamer a rádiových vysílačů nošených na těle. Všechny signály z kamer se zobrazují a zaznamenávají současně na řadě obrazovek a záznamníků ve velitelském voze, kde jsou k dispozici veliteli zásahu a mohou být přenášeny přes satelit dále do Požární velitelské základny. Satelitní spojení přes IP geostacionární družici poskytuje rovněž velmi kvalitní a spolehlivé internetové připojení velitelského vozu.

Video bylo úspěšně přenášeno od vstupu do tunelu River Severn ve Walesu (http://en.wikipedia.org/wiki/Severn_Tunnel) do protějšího vyústění tunelu na anglické straně na nepřímou viditelnost o vzdálenosti 7 km, skrz tunel s mnoha zatáčkami a mnoha stoupáními a klesáními uvnitř tunelu. Při typickém použití je vysílač videa umístěn uvnitř tunelu, u nehody a bude vysílat signály do velícího vozidla umístěného vně tunelu.

Obr. 2 Situační schéma systému (Local Command - Veliteství zásahu; 500 m NLOS - 500 m na nepřímou viditelnost; Wireless repeater - Bezdrátový opakovač; Thermal Imager Transmitter - Termovizní kamera s vysílačem)

Použitá literatura: [1] Firemní literatura Cobham Surveillance.

Toto řešení testovala organizace Avon Fire and Rescue (http:// www.avonfire.gov.uk/avon/safety-advice) v nejdelším britském podzemním železničním tunelu.


76.


LUDċK LUKÁŠ A KOLEKTIV

INFORMAýNÍ PODPORA INTEGROVANÉHO ZÁCHRANNÉHO SYSTÉMU

Informační podpora integrovaného záchranného systému Luděk Lukáš a kolektiv Monografie se zabývá problematikou informační podpory činnosti integrovaného záchranného systému. V úvodních kapitolách knihy je analyzováno určení, působnost a struktura IZS. Významnou část publikace představuje diskuse teorie a praxe informační podpory a informačního managementu. Důraz je přitom kladen především na procesní a systémový přístup využití ICT pro podporu velení, řízení a rozhodování. V další části analyzována architektura informačního systému IZS. Tato architektura zahrnuje jednotlivé informační systémy základních složek IZS. ISBN 978-80-7385-105-7. Rok vydání 2011.

cena 180 Kč



187


Analysis of Influence of Reinforced Concrete Structures Cooling during Fire on the Bond between Steel and Concrete st. kpt. dr inż. Paweł Ogrodnik st. bryg. w st. spocz. prof. dr hab. inż. Zoja Bednarek Division of Applied Mechanics, The Main School of Fire Service Warsaw 01-629, Słowackiego Str. 52/54, Poland [email protected] Abstract This paper presents results of bond studies between B500SP and BSt500S steel and C30/37 concrete after the fire, considering different structure cooling conditions: natural gradual and rapid shock cooling with water during firefighting actions. For all studied cases a significant decrease of bond strength due to high fire temperatures impact and increased reduction due to rapid shock cooling during firefighting actions have been found. The subject of the study is closely related to safety of reinforced structures use after the fire. The research has been carried out as part of project: „Innovative measures and effective methods of improving the safety and the durability of buildings and transport infrastructure in the sustainable development strategy“ POIG.01.01.02-10-106/09-01.

Tab. 1 The standard requirements of steel used for manufacturing the samples [8] Steel Type

BSt500S

B500SP

fyk [MPa]

500

500

fyd [MPa]

420

420

In the ribbed bars bond damage scenario is more complex than in case of the smooth rods. Micro-cracks occur in the layer closest to the bar and concrete, crushing in the front side of the ribs. It reflects the main bonding differences between smooth rods, where main factor is detachment of concrete from the rod. However, it can be assumed that the bonding in all cases is caused by the same mechanisms, but of different values.

Specimens Specimens were prepared with the use of normal concrete of C30/37 class on the Portland cement. For the specimens two different types of ribbed reinforcing steel B500SP and BSt500S

Ratio ftk/fyk [-]

1,15 ≤ ftk/fyk ≤ 1,35

2 x 106 cycles

2 x 106 cycles

Weldability

Weldable

Weldable

Bond tests at different conditions of structure cooling A core part of the test stand for the bond studies was a medium temperature chamber furnace PK 1100/5. The furnace was equipped with temperature controller, using PC and dedicated software, enabling setting of any temperature distributions (fig. 1). M10

3

2 1

10

3

0

Materials and methodology

> 1,08

Cyclic loads

10

The bond between reinforcement and concrete in fire conditions has a significant impact on the safety of reinforced structures. Therefore when using reinforced structures after the fire, evaluation of the impact of conditions occurring during the fire on the bond strength is necessary. According to the authors too rapid cooling of the structures with cold water during extinguishing actions can have an adverse effect on bond of the steel to concrete. The objective of this study was to analyze the impact of shock cooling on the bond strength.

575 8%

25

Bonding phenomena is related to several factors, such as: chemical materials bonding, adhesion occurring at the contact layers, friction which is proportional to pressure exerted to the reinforcement by the concrete, as well as mechanical gearing increasing with increasing roughness of a steel bar [3, 4].

550 5%

720

A main factor determining binding of steel and concrete in reinforced and prestressed structures is a bond strength between concrete and steel. Problems related to working conditions between concrete and steel have been studied and analyzed previously in different research centers. Authors of the presented study have focused on the studies of bond strength reduction under fire conditions [1 - 3].

ftk [MPa] εuk [%]

150

fire

10

reduction,

Introduction

188

The samples were prepared in a cylindrical form with diameter of 100 mm and height of 150 mm. Thermocouples were placed in the central part of the sample at the contact layer of steel rod and concrete, and at the outer surface of the sample (fig. 1). A thin channels to introduce thermocouples were made in the specimens during concreting. A total height of sample together with the reinforcing rod was 720 mm. After concreting, samples were placed in the casts for 48 hours and afterwards they were moved to climatic chamber for 28 days. After such period, the specimens were placed in the laboratory to be stored at about 20 °C for three months.

Parameter

Key words Bond test, reinforced concrete, bond temperatures, shock cooling, firefighting action.

were used. The above steels differ with the shape of the ribbing. According to Eurocode 2 reinforcing steel of BSt500S type can be qualified as „B” class, while B500SP type steel to „C” class. Comparison of standard requirements for the applied steels is given in tab. 1.

Fig. 1. A) The section of specimen for tests, B) The view of the PK 1100/5 furnace where: 1 - internal thermocouple, 2 - internal thermocouple, 3 - channel for the thermocouple After placing specimens in the furnace, thermocouples were installed on the outer specimen surface, as well as at the contact Ostrava 4. - 5. září 2013


surface between concrete and steel, in the previously prepared channel. During the tests temperature was measured in the furnace environment around the samples. For the studies a temperature distribution in the concrete slab at the depth of 15 mm from the heated surface during a standard fire was assumed. The adopted temperature distribution is given in fig. 2a.

Tab. 2 Comparing the bond tests results of steel B500SP to C30/37 concrete after shock (S) and natural (N) cooling Temp. [°C]

N

Bond Strength (S) [kN]

Bond reduction (S) [%]

Bond strength (N) [kN]

Bond reduction (N) [%]

For the prepared specimens a heating process was initiated, where after reaching the assumed temperature of 400 °C to 800 °C, with spacing of 50 °C for the adopted distribution curve, was kept constant for 30 minutes. At this time a temperature compensation occurred on the sample surface and at the contact surface of steel and concrete (fig. 2b). After removing from the furnace, part of the samples was shock - cooled in the container with the cold water. A remaining part was cooled naturally in the furnace for 24 hours to reach the room temperature. Bond studies were performed on the strength testing machine using pull-out bond test method. A maximum force necessary to move rod in the concrete was determined during the tests.

20

7

31,98

0,00

31,98

0,00

400

7

31,40

1,81

31,88

0,31

450

7

30,80

3,69

31,66

1,00

500

7

27,76

13,20

30,82

3,63

550

7

20,24

36,71

25,58

20,01

600

7

13,42

58,04

17,82

44,28

650

7

11,46

64,17

13,66

57,29

700

7

6,98

78,17

9,00

71,86

750

7

5,18

83,80

7,06

77,92

800

7

2,92

90,87

5,34

83,30

1000 900

800 [°C]

800

750 [°C]

TEMPERATURE [°C]

700

Tab. 3 Comparing the bond tests results of steel BSt500S to C30/37 concrete after shock (S) and natural (N) cooling

700 [°C] 650 [°C] 600 [°C] 550 [°C]

600 500

500 [°C] 450 [°C] 400 [°C]

400

Temp. [°C]

N

Bond Strength (S) [kN]

Bond reduction (S) [%]

Bond Strength (N) [kN]

Bond reduction (N) [%]

20

7

31,04

0,00

31,04

0,00

400

7

30,16

2,84

30,30

2,38

450

7

30,12

2,96

30,34

2,26

500

7

26,56

14,43

29,72

4,25

550

7

19,14

37,50

22,22

28,41

600

7

11,46

63,08

15,32

50,64

650

7

10,30

66,62

11,82

61,92

700

7

5,60

81,96

6,46

79,19

750

7

3,72

88,02

5,14

83,44

800

7

2,16

93,04

3,80

87,76

300 200 100 0 0

10

20

400°C 550°C 700°C Standard Temperature-Time curve

30

40

450°C 600°C 750°C

50

60

500°C 650°C 800°C

TIME [min]

Fig. 2a The temperature distribution assumed for tests with heating time marked 650 600 550

TEMPERATURE [ oC]

500 450

Fig. 3 and 4 shows graphical presentation of the studies conducted on the cooled samples. Average values and differences between two types of sample cooling are presented. A percentage reduction in bond strength was calculated with regards to the studied bond strength at normal temperature (20 °C).

400 350 300 250 200 150 100

110,00

50

100,00100,00 0 0

10

20

30

Furnace temperature as measured by control thermocouple

40

50

60

70

80

99,69

98,19

99,00

100,00

90

96,31

96,37

TIME [min]

86,80

90,00

Temperature on concrete surface

Fig. 2b The temperature distribution example obtained during the test Results During the tests 280 samples in total were used - 70 per each group. Before starting basic tests reinforcing steel bond to the concrete at normal temperature of 20 °C was estimated [1]. According to the testing schedule the samples were heated at temperatures range from 400 °C to 800 °C - 7 samples in each temperature range. Tab. 2 presents comparison of bond test results between B500SP steel and C30/37 concrete after shock and natural cooling. In tab. 3 a comparison of the bond test results between BSt500S steel and C30/37 concrete after shock and natural cooling is given.


79,99

BOND FORCE REDUCTION [%]

Temperature inside sample on the steel-concrete contact

80,00

NATURAL COOLING

70,00

63,29

SHOCK COOLING 60,00

55,72

50,00 41,96

42,71

40,00

35,83 28,14

30,00 21,83

22,08 16,20

20,00

16,70 9,13

10,00

0,00 20

400

450

500

550

600

650

700

750

800

TEMPERATURE [°C]

Fig. 3 The comparing chart of steel bond B500SP to C30/37 concrete after natural (N) and shock (S) cooling

189


References

110 100

100

97,62 97,16

100

97,74 97,04

95,75

BOND FORCE REDUCTION [%]

[1]

Bednarek, Z.; Ogrodnik, P.: Badanie spadku przyczepności stali do betonu w warunkach termicznych pożarów. Budownictwo i Architektura, Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Budowlanej i Sanitarnej, 2008, vol. 2, s. 5-18.

[2]

Bednarek, Z.; Ogrodnik, P.; Kamocka-Bronisz, R.: Badanie wpływu szokowego chłodzenia na przyczepność stali żebrowanej do betonu C30/37. Zeszyty Naukowe SGSP 2011, Nr 42, s. 63-74.

[3]

Bednarek, Z.; Ogrodnik, P.; Pieniak, D.: Laboratory method of evaluation of influence high temperatures on maintenance parameters of the reinforced concrete systems compounds. Maintenance and Reliability 2010, No 3, pp. 67-78.

[4]

Bednarek, Z.; Ogrodnik, P.: Badanie spadku przyczepności stali do betonu w warunkach termicznych pożarów. Budownictwo i Architektura, Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Budowlanej i Sanitarnej, 2008, vol. 2, s. 5-18.

[5]

Chih-Hung, C.; Cho-Liang, T.: Time - temperature analysis of bond strength of a raber after fire exposure, Cement and Concrete Research 2003, No 33, pp. 1651-1654.

[6]

Fellinger, J.H.H.; Jołop, A.; Uijl, D.: Bond of pretensioned strands in fire exposed concrete. Bond in concrete - from research to standards. Budapest 2002.

[7]

Gromysz, K.: Naprężenia przyczepności a długość zakotwienia prętów zbrojonych, Inżynieria i Budownictwo 2004, Nr 12, s. 643-649.

[8]

Morley, P.D.; Royles R.: Response of the bond in reinforcing at normal and high temperature. Magazine of Concrete Research 1983, No 123, pp. 67-74.

[8]

Pędziwiatr, J.; Mnich, M.: Przyczepność stali do betonu badania doświadczalne a zastosowanie, XLVI Konferencja Naukowa Komitetu Inżynierii Lądowej PAN i Komitetu Nauki PZiTB. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Krynica 2000.

[9]

Norma PN-H-93220:2006 - Stal B500SP o podwyższonej ciągliwości do zbrojenia betonu. Pręty i walcówka żebrowana.

85,57

90

80 71,59

NATURAL COOLING 70 62,50

SHOCK COOLING

60 49,36

50 36,92

40

38,08 33,18

30 20,81 18,04

20

16,56 11,98

12,24 6,96

10

0 20

400

450

500

550

600

650

700

750

800

TEMPERATURE [°C]

Fig. 4 The comparing chart of steel bond BSt500S to C30/37 concrete after natural (N) and shock (S) cooling Conclusion • Analysis of the results shows a visible increased decrease of bond strength caused by shock cooling of the concrete specimens for both studied types of reinfirorcing steel, • For the samples heated to 450 °C, differences in bond strength reduction occuring in case of shock and natural cooling during studies of the cooled samples, are relatively small. Thus it can be concluded that up to 450 °C the type of applied cooling has an insignificant impact on the bond between steel and concrete, • After heating of samples to approx. 500 °C and above, significant differences in bond reduction occur in case of shock structure cooling, comparing to natural cooling, up to approx. 12,5 % (BSt500S steel) and up to approx. 16,5 % (B500SP steel), • Analysis of the study results confirms adverse effect of rapid (shock) structure cooling with water, which is commonly used during extinguising actions, sometimes without any grounds and need. Natural cooling of reinforced structures is more favorable from the reinforced structures bond point of view.

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Dynamika požáru EDICE SPBI SPEKTRUM

22.


KAROL BALOG MILOŠ KVARýÁK

DYNAMIKA POŽÁRU

Karol Balog, Miloš Kvarčák Předkládaná publikace napomáhá řešit složitou problematiku dynamiky požáru. charakterizuje požár a zpřesňuje používanou terminologii. Zabývá se jeho vznikem, rozvojem a plným rozvinutím, také přerušením hoření a dalšími jevy, které provázejí požáry na otevřeném prostranství i v uzavřených prostorech. Ukazuje způsob využití výsledků požárních testů při hodnocení požárního nebezpečí a předkládá postupy při kvantifikaci některých parametrů požáru. Publikace je doplněna požárně technickými charakteristikami hořlavých látek a dalšími nezbytnými údaji pro provedení výpočtů.

ISBN 80-86111-44-X. Rok vydání 1999.

cena 130 Kč


190



Jednotka požární ochrany jako součást preventivních opatření The Fire Unit as Part of Prevention Measures Ing. Jan Ondruch Ing. Kristýna Kutilová VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava - Výškovice [email protected], [email protected] Abstrakt Jednotky požární ochrany zasahují u mimořádných situace, kdy je jejich funkce zaměřena především na represivní činnost. Jsou ovšem mimořádné situace, kdy jednotky svým zásahem plní preventivní opatření. Jedná se hlavně o předcházení vzniku další mimořádné situace (např. odstraněním nebezpečných stavů). Můžeme hovořit o tom, že jednotka požární ochrany je aktivním preventivním opatřením. Klíčová slova Havárie, jednotka, látka, podnik, událost. Abstract Fire units intervene in emergency situations, where their function is primarily focused on repressive activities. However, there are emergency situations, where fire units perform prevention measures during intervention. It is mainly about preventing another emergency situation (eg. removal of hazardous conditions). We can talk about, that fire unit is an active preventive measures.

v areálu podniku nachází, aby v případě mimořádné události mohly odpovídajícím způsobem zasáhnout. Měly by být schopné počínat si tak, aby zabránily dalšímu šíření mimořádné události nebo snížily její následky. Pro srovnání zásahů jednotek v podnicích na vybraném území byly vybrány tři kraje České republiky. Vybranými kraji jsou Moravskoslezský (dále jen „MSK“), Ústecký a Pardubický kraj. Na území MSK se nachází 11 jednotek HZS podniku, 13 jednotek SDH podniku. Srovnatelný počet jednotek HZS podniku je i v Ústeckém kraji, je jich 13. Jednotky dobrovolné jsou však pouze 2. V Pardubickém kraji je počet obou typů jednotek srovnatelný. Jednotek HZS podniku je 6 a jednotek SDH podnik je 5 [2 - 4]. Na Obr. 1 jsou uvedeny počty zásahů, u kterých zasahovaly jednotky PO podniku vybraných krajů v posledních třech letech 2010 - 2012. Do počtu zásahů jsou vzaty v úvahu vybrané typy mimořádných událostí (požár, únik nebezpečné látky, technická havárie a radiační havárie). Z uvedeného vyplývá, že počet zásahů jednotek HZS podniku se snižuje v Ústeckém a Pardubickém kraji. Naopak v MSK došlo v roce 2012 k mírnému nárůstu oproti roku 2011. Počet zásahů jednotek SDH podniku je v MSK nejvyšší, ale to je způsobeno i tím, že se v tomto kraji nachází více těchto jednotek než v dalších srovnávaných krajích. Data byla vzata ze statistických ročenek jednotlivých HZS krajů.

Key words Accident, unit, substance, company, incident. Úvod V průmyslových podnicích se lze setkat s různými látkami a materiály. Zejména v chemickém průmyslu se vyskytují nebezpečné látky, které jsou nebezpečné pro člověka, zvířata a životní prostředí. Oblast průmyslové prevence je zaměřena zejména na to, aby nedocházelo k úniku nebezpečných látek mimo skladovací zřízení, přepravní nádoby, potrubní vedení a také k požárům a dalším mimořádným událostem v daném podniku (tj. firma, společnost, závod, ve které je zřízena aspoň jedna jednotky PO). Mimořádné události zejména s nebezpečnými látkami mohou způsobit smrt osob a zvířat a také nenávratně kontaminovat životní prostředí. Snahou je snižovat rizika, která mohou způsobit tyto mimořádné události. V rámci preventivních opatření vyvstává otázka: „Je úloha jednotek požární ochrany v rámci podniku, jen represivní nebo ji lze považovat za aktivní prvek preventivních opatření?“ V rámci zajištění požární ochrany (dále jen „PO“) v podnicích se zaměříme na jednotky PO podniku, resp. jednotky hasičského záchranného sboru (dále jen „HZS“) podniku a jednotky sboru dobrovolných hasičů (dále jen „SDH“) podniku, s vazbou na jejich preventivní funkci při provozování činností daného podniku. Jednotky požární ochrany v podnicích Každá podniková jednotka plní své úkoly stanovené zákonem č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů a vyhláškou č. 247/2001Sb., o organizaci a činnosti jednotek požární ochrany, ve znění pozdějších předpisů. Dále je její činnost zaměřena na specifické úkoly, které vyplývají z oblasti působení daného podniku, který je jejím zřizovatelem. Každý provoz má svá specifická nebezpečí, na která se musí jednotky při svém výcviku připravit. Musí velmi dobře znát technologie, které se Ostrava 4. - 5. září 2013

Obr. 1 Počet zásahů jednotek PO podniku ve vybraných krajích v letech 2010 - 2012 [2 - 4] Typy mimořádných událostí v podnicích ve vybraných krajích Mimořádné události, které mohou vznikat během výrobního procesu v podnicích, jsou velmi různorodé. Lze je však rozdělit do několika hlavních kategorií, dle toho jak se projeví navenek. V prostředí ČR jsou to požár, únik nebezpečné látky, technická havárie a radiační havárie. Požár Požárem se rozumí každé nežádoucí hoření, při kterém došlo k usmrcení nebo zranění osob nebo zvířat, ke škodám na materiálních hodnotách nebo životním prostředí a nežádoucí hoření, při kterém byly osoby, zvířata, materiální hodnoty nebo životní prostředí bezprostředně ohroženy [1]. Únik nebezpečné látky Zásah u události spojený s nežádoucím uvolněním nebezpečných chemických látek včetně ropných produktů (během výroby, dopravy nebo manipulace) a ostatních látek. Technická havárie Zásah u události vedoucí k odstranění nebezpečí nebo nebezpečných stavů. Podkategoriemi jsou: - technická havárie - odstranění nebezpečí nebo nebezpečných stavů velkého rozsahu či značných následků na zdraví osob, zvířat či majetku (např. destrukce objektu); 191


- technická pomoc - odstranění nebezpečí nebo nebezpečných stavů menšího rozsahu mimo technologický provoz závodů (mimo dopravních nehod); - technologická pomoc - odstranění nebezpečí nebo nebezpečných stavů v technologickém provozu závodů;

Tab. 2 Statistika mimořádných událostí zahrnutých v databázi ARIA [6] Typ události

Počet událostí v ARIA

Zastoupení [%]

Únik nebezpečné látky

14 648

45,3

- ostatní pomoc - nelze klasifikovat předchozími druhy technické havárie.

Požár

14 578

45,1

Exploze

1891

5,9

Radiační havárie

Pád materiálu nebo rozlet fragmentů

828

2,6

Zásah u události spojený s nepřípustným uvolněním radioaktivních látek nebo ionizujícího záření [2]. Počty těchto typů mimořádných událostí ve vybraných krajích jsou uvedeny v Tab. 1.

Znečištění ovzduší

264

0,8

Emise záření nebo únik radioaktivní látky

92

0,3

32301

100

Celkem

Tab. 1 Počty mimořádných události v podnicích ve vybraných krajích v letech 2011 - 2012 [2 - 4] Typ události

Počet událostí

Zastoupení [%]

Technická havárie

3007

67,0

Požár

1106

24,7

Únik nebezpečné látky

373

8,3

0

0

4486

100

Radiační havárie Celkem

Při pohledu počet jednotlivých typů událostí jednotek PO podniku v daných krajích v posledních dvou let (2011 - 2012), kdy bylo možné získat odpovídající data, vyplývá, že nejčastěji jednotky zasahují při technické havárii. Kdybychom však posuzovali vliv na obyvatelstvo a životní prostředí, tak největší vliv mají požár a unik nebezpečné látky. Z požáru dle druhu provoz se do ovzduší uvolňují produkty hoření, které mohou vlivem nepříznivých povětrnostních podmínek ohrozit obyvatele na velké vzdálenosti. Obdobné to je i při úniku nebezpečných látek. U obojího lze předpokládat, že může dojít ke kontaminaci půdy, podzemních a povrchových vod. Podíváme-li se však na mimořádné události z jiného pohledu, tak lze technické havárie považovat za preventivní opatření. Jak z definice technické havárie vyplývá, tak se jedná o odstranění nebezpečných stavů. Pokud bychom takové stavy, které mají napojení mimo jiné na nakládání s nebezpečnými látkami, neodstranili, mohlo by časem dojít k úniku nebezpečné látky či požáru na dané technologii. Proto lze říci, že zásahy jednotek PO podniku při mimořádných událostech označené jako technická havárie jsou preventivní opatřením před vznikem požáru a únikem nebezpečné látky. Pokud bychom chtěli informace o mimořádných událostech zobecnit, je potřeba vycházet z dalších informačních zdrojů, které se zabývají mimořádnými událostmi v zahraničí. Pro srovnání byla vybrána databáze ARIA (Analysis, Research and Information on Accidents database). Tato databáze je ve správě Ministerstva ekologie, udržitelný rozvoj a energii Francie. Nalezneme v ní údaje o událostech, které mají nebo by mohli mít vliv zdraví, zemědělství, přírodu a životní prostředí. Tyto události jsou sledovány v průmyslových a zemědělských provozech. Databáze ARIA obsahuje více než 40 000 mimořádných událostí, z toho se 37 000 událostí ve Francii. Ostatní události jsou do této databáze zahrnuty z důvodu závažnosti jejich následků nebo z nich lze vyvodit zpětnou vazbu [5]. Žádná databáze ani statistika nemůže být zcela vyčerpávající. Při jejich srovnání je možné vybrat shodné prvky, které mají určitou vypovídající hodnotu. Srovnáme-li typy událostí v tab. 1 a tab. 2, pak zjistíme, že se opakují požár a únik nebezpečné látky. Z toho lze tedy vyvodit, že to jsou nejčastější typy mimořádných událostí, se kterými se v průmyslu můžeme setkat. V ČR ve vybraných krajích se nejčastěji z těchto dvou typů setkáváme s požárem. V rámci světového měřítka je o něco více úniků nebezpečných látek než požárů. Oproti tomu v ČR ve vybraných krajích výrazně převažují požáry nad únikem nebezpečných látek. 192

Závěr Hlavním cílem průmyslové prevence je odstranění rizik nebo jejich snížení na přijatelnou mez. Jednotky PO podniku mají v oblasti prevence velký význam a to proto, že mohou zabránit vzniku závažných mimořádných událostí v daném podniku. Zásahy těchto jednotek u technických havárií mají preventivní charakter v návaznosti na další mimořádné události z hlediska toho, že při nich odstraňujeme nebezpečné stavy. Ty by při jejich neodstranění mohly vést ke vzniku mnohem závažnější mimořádné události (tj. požár, únik nebezpečné látky). Při represivní činnosti při zásazích jsou jednotky důležité pro zamezení dalšímu šíření či omezení účinků na lidi, zvířata, majetek a životní prostředí. Mohou uchránit další technologie a tím nezvyšovat ekonomické ztráty. Důležité je zasáhnout včas, protože v počáteční fázi je zásah nejúčinnější. Požár může být rychle uhašen a jeho šíření se lépe omezuje. Obdobně tomu je i při úniku nebezpečných látek. Čím déle látka uniká, tím více se jí uvolní a může vznikat výbušná koncentrace a může být v případě nepříznivých podmínek rozšířena na velké vzdálenosti a ohrozit obyvatele žijící a pohybující se v okolí a též životní prostředí v okolí místa úniku. Vazba na projekt Tento příspěvek vznikl za podpory grantu SGS č. SP2013/195 „Výběr struktury dat vypovídající o potřebě zabezpečení území Moravskoslezského kraje jednotkami požární ochrany“. Literatura [1] Česko. Ministerstvo vnitra. Vyhláška č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci), ve znění pozdějších předpisů. In Sbírka zákonů České republiky. Dostupné z WWW: http://portal.gov.cz/app/zakony. [2] Generální ředitelství Hasičského záchranného sboru ČR. Hasičský záchranný sbor Moravskoslezského kraje. [online]. 2010. [cit. 12. 7. 2013]. Dostupné z: http://www.hzscr.cz/hzsmoravskoslezskeho-kraje.aspx. [3] Generální ředitelství Hasičského záchranného sboru ČR. Hasičský záchranný sbor Pardubického kraje. [online]. 2010. [cit. 12. 7. 2013]. Dostupné z: http://www.hzscr.cz/hzspardubickeho-kraje.aspx. [4] Generální ředitelství Hasičského záchranného sboru ČR. Hasičský záchranný sbor Ústeckého kraje. [online]. 2010. [cit. 12. 7. 2013]. Dostupné z: http://www.hzscr.cz/hzsusteckeho-kraje.aspx. [5] Information sur les accidents technologiques. ARIA. [online]. [cit. 14. 3. 2013]. Dostupné z: . [6] SHŘEHOT, Petr. [et al.]. Prevence nehod a havárií. 2. díl: Mimořádné události a prevence nežádoucích následků. 1. vydání. Praha: Výzkumný ústav bezpečnosti práce a T-SOFT, 2009. 595 s. ISBN 978-80-86973-73-9. Ostrava 4. - 5. září 2013


Analýza údajů o dopravních nehodách s přítomností nebezpečných látek Analysis of Data on Traffic Incidents with Presence of Hazardous Substances Bc. Hana Patáková Mgr. Jan Procházka, Ph.D. ČVUT v Praze, Fakulta dopravní Konviktská 20, 110 00 Praha 1 [email protected] Abstrakt Bezpečnost v integrálním smyslu představuje souhrn opatření a činností pro zajištění bezpečí a udržitelného rozvoje všech základních veřejných chráněných zájmů v území a v celém našem státě. Jedním z neuspokojivě řešených problémů je přeprava nebezpečných látek v České republice. Při přepravě nebezpečných látek dochází k dopravním nehodám s přítomností nebezpečných látek, které jsou doprovázeny explozemi, požáry, únikem nebezpečných látek do okolí či ke kombinaci dvou až tří uvedených jevů, což má dopady na chráněné zájmy v místě dopravní nehody a případně v důsledku vnitřních vazeb závažně poškozuje životní prostředí v širším okolí místa dopravní nehody. Předložený článek uvádí základní fakta o předmětných nehodách a první výsledky detailního šetření dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek metodami rizikového inženýrství. Klíčová slova Nebezpečné látky, pozemní komunikace, dopravní nehody, What-If analýza. Abstract A safety in an integral sense represents a summary of measures and activities for ensuring the security and sustainable development of all basic public interests protected in the territory and in the whole our state. One of the unsatisfactory solved problems it is a transport of hazardous substances in the Czech Republic. At transporting hazardous substances there are arisen transport accidents involving the hazardous substances which are accompanied by explosions, fires, leaks of hazardous substances into the environment or a combination of the two to three of phenomena which has an impact on the protected interests in a traffic accident site and possibly as a consequence of internal linkages they seriously damage the environment surrounding the accident site. The article presents the basic facts about the accidents and the first results of a detailed investigation of accidents involving the hazardous substances obtained by methods of risk engineering. Key words Hazardous substances, Ground roads, Traffic incidents/ accidents, What-If Analysis. Úvod Bezpečnost v integrálním smyslu je komplexním nástrojem, kterým člověk zajišťuje úroveň bezpečí a udržitelný rozvoj všech základních veřejných chráněných zájmů v území a v celém našem státě. Jedním z neuspokojivě řešených problémů je přeprava nebezpečných látek v České republice. Při přepravě nebezpečných látek dochází k dopravním nehodám s přítomností nebezpečných látek, při kterých dochází k explozi, požáru, úniku nebezpečných látek do okolí či ke kombinaci dvou až tří uvedených jevů, což má dopady na chráněné zájmy v místě dopravní nehody a případně Ostrava 4. - 5. září 2013

v důsledku vnitřních vazeb závažně poškozuje životní prostředí v širším okolí místa dopravní nehody, což dále ovlivňuje kvalitu života lidí. V práci se zabýváme přepravou nebezpečných látek po naší nejfrekventovanější komunikaci - dálnici D1. Článek uvádí základní fakta o nejzávažnějších nehodách s přítomností nebezpečné látky na dálnici D1 a představuje první výsledky detailního šetření dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek analýzou What-If (analýza toho, co se stane když). Vybrané dopravní nehody na D1 Bezpečnost silničního provozu je jedním z významných problémů dnešní společnosti. Vysoká intenzita dopravy na pozemních komunikacích v současné době klade velké nároky na řidiče motorových vozidel. S přibývajícím počtem vozidel na silnicích dochází k nárůstu počtu dopravních nehod, při nichž dochází k vážným zraněním nebo dokonce ke ztrátě lidských životů a v neposlední řadě ke hmotným škodám, které dosahují miliony korun. Silniční doprava je nejméně bezpečnou dopravou a je nutné stále hledat řešení, které by zredukovalo na nehodovost a selhávání lidského faktoru na přijatelnou míru. K vytvoření představy o problémech spojených s reálnými dopady dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek jsou popsány tři případy. Požár cisterny na dálnici D1 Jedna z nejzávažnějších dopravních nehod vozidla přepravujícího nebezpečné látky se stala 2. 9. 2004 na 121,5 km dálnice D1. Nákladní automobil s cisternou převážející přibližně 33 000 l technického benzínu se dostal do kolize s kamiónem, který jel před ním. Poté dostal smyk, převrátil se do stráně a chemická látka se vznítila a unikla do kanalizace. Došlo k výbuchu a následnému požáru cisterny. Řidič cisterny na místě zahynul [1]. Při příjezdu jednotek HZS kraje Vysočina na místo nehody byla již cisterna plně zasažena požárem. Došlo k úniku chemické látky příkopem a kanalizací u dálnice D1 a dále se látka spádově kanalizací dostala do obce Kozlov. Došlo k několika sériovým výbuchům v kanálových otvorech a intenzivnímu hoření u výstupu kanalizace. Celá oblast kolem kanalizace byla na pokyn velitele HZS uzavřena a hlídána Policií ČR [2]. Vzhledem k vysoké hořlavosti a těkavosti chemické látky byli ve spolupráci se starostou obce Kozlov občané upozorněni na případná nebezpečí a byli vyzváni k dodržování bezpečnostních zásad. Při likvidaci mimořádné události byla uzavřena dálnice D1 v obou směrech. Podobné případy dopravních nehod s přítomností nebezpečné látky jsou vždy spojeny se složitým odstraňováním následků [1]. Hromadná dopravní nehoda na dálnici D1 Rok 2008 se zapsal do historie hromadnou dopravní nehodou na dálnici D1 nedaleko Humpolce na 100 km. Ve sněhové bouři dne 15. 3. 2008 havarovalo celkem 231 automobilů, přibližně 30 lidí bylo zraněno, z nichž 6 osob těžce. K nehodě došlo vlivem náhlého prudkého sněžení a nepřiměřené rychlosti vozidel. K řetězení nehod, zablokování a následnému uzavření dálnice došlo mezi 90 a 140 km. Hlavní ohniska nehod byla dvě. Na 100. kilometru v obou směrech a na 126. kilometru ve směru na Brno. Protože dálnice byla v obou směrech neprůjezdná, na 20 000 lidí zůstalo v mrazivém počasí uvězněno v přibližně 30 kilometrové koloně. Prvotní příčinou byly skutečnost, že řidič, který situaci odstartoval, nepřizpůsobil jízdu okamžitým podmínkám, konkrétně špatné 193


viditelnosti způsobené sněhovou clonou (bílá tma), při které během 10 minut napadla třiceticentimetrová nesjízdná vrstva sněhu. Uvedená událost se svým rozsahem řadí k největší hromadné nehodě v rámci ČR, i když nedošlo k žádnému smrtelnému zranění ani k havárii s nebezpečnou látkou. Řešení události bylo celokrajské s využitím prostředků HZS Středočeského kraje a skladu pohotovostních zásob HZS ČR [3]. Náraz kamionu převážející tlakové lahve do svodidel Dne 7. 10. 2012 došlo k hromadné havárii na dálnici D1. Kamión převážející banány se převrátil na 43. kilometru ve směru na Brno poblíž obce Všechlapy na Benešovsku. Při nehodě byli zraněni dva lidé. Do kolize se zapletlo deset nákladních, osm osobních aut a jeden autobus. Dálnice musela být uzavřena v obou směrech. Nehoda vznikla tak, že z přívěsu za osobním autem vypadla železná trubka, která prorazila nádrž kamionu, z něhož začala unikat nafta. Na mokrém a kluzkém povrchu vozovky se pak další auta srazila. Z převráceného kamionu vyteklo přibližně 50 litrů nafty. Hasiči nádrž provizorně utěsnili a vyteklou naftu zasypali sorbentem. Překontrolovali říčku Blanice, jestli vyteklá pohonná hmota neunikla i do ní. Lehce byl poškozený kamion, který převážel 300 lahví stlačeného vodíku. V případě poškození tlakových lahví se stlačeným vodíkem by bývalo došlo k výbuchu a celá nehoda by měla katastrofální následky [4].

Obr. 1 Přehled nehodovosti s přítomností nebezpečných látek na dálnici D1 za období 2007 - 2010

Data a metody použité k výzkumu Na základě dat od Policie ČR [5] byl vytvořen katalog dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek pro D1 pro léta 2007 - 2010. Na jeho základě bylo statistickými metodami sledováno četnostní rozdělení dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek v příslušném období a byl vybrán dálniční uzel Nupaky, který byl podroben detailnímu studiu dopadů dopravní nehody s přítomností nebezpečných látek. Dopady dopravní nehody s přítomností nebezpečných látek byly simulovány pomocí metody What-If [6]. Analýza toho, co se stane, když je postup hledání možných dopadů vybraných pohrom nebo provozních situací. Technika „Co se stane když…“ je přístup spontánní diskuze a hledání nápadů, ve které skupina zkušených lidí dobře obeznámených s procesem klade otázky nebo vyslovuje úvahy o možných nežádoucích událostech. Není to vnitřně strukturovaná technika jako některé jiné (např. HAZOP a FMEA). Na místo toho po analytikovi požaduje, aby přizpůsobil základní koncept určitému účelu. Metoda What-If analýza existuje ve dvojí podobě reaktivní a preventivní. Reaktivní se realizuje v případě zjištění kritických podmínek v systému. Preventivní What-If analýza se zabývá kritickými podmínkami, které odhalila periodická predikce a navrhuje akce v různých časech. Je si třeba uvědomit, že pro aplikaci metod What-If pro potřeby řízení rizik nestačí vytvořit jen seznam odpovědí na otázky, ale je třeba analyzovat i citlivost na změny parametrů [6]. Výsledky šetření Statistickým zpracováním dat v předmětném katalogu byl vytvořen přehled nehodovosti s přítomností nebezpečných látek na dálnici D1 za období 2007 - 2010, obr. 1. Uzel Nupaky, pro který byla provedena simulace dopadů dopravní nehody s přítomností nebezpečné látky je znázorněn na obrázku 2 [7]. Obr. 2 ukazuje, že jde o křižovatku, která se nachází na 10. kilometru dálnice D1 a na 76. kilometru Pražského okruhu, který se nachází ve Středočeském kraji na území obce Nupaky. Po pravé straně ve směru na Brno se nachází budovy skladů, které zásobují hlavní město Prahu a čerpací stanice pohonných hmot. V okolí celého uzlu se nachází doprovodná a izolovaná zeleň. Celý úsek obklopují obce Modletice, Dobřejovice a Kuří. Předmětný obrázek také ukazuje místa konkrétních dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek. 194

Obr. 2 Přehled dopravních nehod na dálničním uzlu Nupaky; červená - místa dopravních nehod s následkem smrti, modrá místa dopravních nehod se zraněním, zelená - místa dopravních nehod bez následků [7] Tab. 1 obsahuje výsledky metody What-If analýzy na křižovatce dálnice D1 a Pražského okruhu na území obce Nupaky. V tabulce rozlišujeme dva případy, a to dopady obyčejné dopravní nehody, které značíme DN; a další dopady, které způsobí dopravní nehoda s přítomností nebezpečné látky, které označujeme NL. Pro simulaci dopravní nehody s přítomností nebezpečné látky jsme vybrali kyselinu dusičnou HNO3. HNO3 je žíravina, která způsobuje člověku těžká poleptání. Páry silně leptají a dráždí oči, dýchací cesty a kůži. Při úniku se v ovzduší látka postupně rozkládá a vytváří se dým hnědo-červené barvy. Proniknutí do půdy a vod vede ke kontaminaci dusičnany. Únik předmětné látky ohrožuje okolí především toxickými nitrorzními plyny. Dle bezpečnostní klasifikace je látka označována C (žíravý), dále pak se k ní vztahují R-věta 35 a S- věty 23-26-36-45. Z nich vyplývá: R-věta 35 - látka způsobuje těžké poleptání. S - věty: S23 - látku nevdechujte plyny/ dýmy/páry/aerosoly (příslušný výraz specifikuje výrobce); S26 při zasažení očí okamžitě důkladně vypláchněte vodou a vyhledejte lékařskou pomoc; S36 - používejte vhodný ochranný oděv; a S45 - v případě nehody, nebo necítíte-li se dobře, okamžitě vyhledejte lékařskou pomoc (je-li možno, ukažte toto označení) [8]. Z obr. 1 vyplývá, že nejvíce dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek na D1 je v letních měsících (duben až říjen), což koresponduje s výsledky výzkumu v celé České republice [9]. Dále je vidět, že nejvyšším počtem dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek se vyznačuje kraj Vysočina.



Tab. 1 Výsledky What-If analýzy na křižovatce dálnice D1 a Pražského okruhu na území obce Nupaky, DN - dopady běžné dopravní nehody, LN - další dopady dopravní nehody s přítomností nebezpečné látky (kyselina dusičná HNO3); dopady jsou uvedeny v časech 0,3 a 12 hodin a 3 dny, přičemž čas 0 označuje čas vzniku dopravní nehody; symbol *** označuje, že nedošlo k dalšímu novému dopadu Chráněný zájem

Dopady

Možné dopady na životy a zdraví lidí

DN: 0 h - riziko úmrtí či zranění účastníků dopravní nehody, 3 h***, 12 h***, 3 dny ***. NL: 0 h - riziko těžkého poleptání (páry silně leptají a dráždí oči, dýchací cesty, kůži) pro osoby v dosahu unikajících par, 3 h - přetrvává riziko poleptání při kontaktu s párami, 12 h***, 3 dny ***.

Možné dopady na bezpečí lidí

DN: 0 h - postupně nabíhající stres řidičů v koloně, 3 h - narůstající stres řidičů, stres z řešení problému zásobování z odříznutých skladů, narušení klidu obcí na objízdných trasách, 12 h***, 3 dny - nepříjemnosti omezení dopravy vlivem poškození komunikace. NL: 0 h - obava z hnědo-červeného dýmu, možná panika, 3 h - stres při evakuaci blízkých obcí (Nupaky, Modletice, Kuří, Dobřejovice), 12 h - stres z dlouhodobého narušení zásobování, přetrvávající narušení klidu obcí na objízdných trasách, 3 dny***.

Možné dopady na majetek

DN: 0 h - poškození dopravní komunikace vlivem nehody (povrch vozovky, pilíře mostů), poškození benzinové pumpy vlivem nárazu motorového vozidla (důsledky vlivem narušení bezpečnosti čerpací stanice pohonných hmot), 3 h - ztráta zisku benzinové stanice, ztráta zisku v důsledku výpadku zásobování, 12 h***, 3 dny ***. NL: 0 h - poškození dopravní komunikace vlivem leptání kyseliny, 3 h - škody na majetku v důsledku domino efektu, když dojde k výbuchu a požáru nádrží na čerpací stanici pohonných hmot; následně pak ztráta zisku obchodů v evakuovaných oblastech, 12 h - přetrvávající ztráta zisků benzinové pumpy, prohlubující se ztráty zisku v důsledku výpadku zásobování, 3 dny ***.

Možné dopady na životní prostředí

DN: 0 h - riziko kontaminace vody a půdy a uniklými pohonnými hmotami, 3 h - riziko uhynutí fauny a flóry v kontaminovaných vodách a půdách, zhoršení ovzduší v obcích na objízdných trasách, 12 h***, 3 dny - oslabení ekosystému vlivem kontaminace. NL: 0 h - riziko kontaminace vod a půdy dusičnany, riziko kontaminace ovzduší dýmy a výpary (hnědo-červené dýmy), 3 h - riziko uhynutí fauny a flóry v kontaminovaných vodách a půdách, zhoršení ovzduší vlivem kyseliny dusičné, 12 h - poškození ovzduší na objízdných trasách, 3 dny - oslabení ekosystému vlivem dusičnanů. Dlouhodobá kontaminace podzemních vod, včetně studní v okolních obcích#.

Možné dopady na infrastruktury a technologie

DN: 0 h - výpadek postiženého úseku dálnice D1 a Pražského okruhu, 3 h - nefunkčnost postiženého úseku dálnice D1 a Pražského okruhu, přetížení objízdných tras, 12 h***, 3 dny - poškození postiženého úseku vlivem dopravní nehody, poškození objízdných tras vlivem přetížení. NL: 0 h - výpadek postiženého úseku dálnice D1 a Pražského okruhu, 3 h - nefunkčnost postiženého úseku dálnice D1 a Pražského okruhu, přetížení objízdných tras, 12 h - nefunkčnost postiženého úseku dálnice D1 a Pražského okruhu, přetížení objízdných tras, 3 dny - poškození postiženého úseku vlivem dopravní nehody a uniklé kyseliny, poškození objízdných tras vlivem přetížení. Dlouhodobá ztráta pitné vody ze studní v okolních obcích kvůli nadměrné kontaminaci studní#.

Selhání nouzových DN: 0 h - snížení dostupnosti složek IZS, 3 h - snížení dostupnosti složek IZS, 12 h ***, 3 dny ***. služeb (policie, NL: 0 h - snížení dostupnosti složek IZS, 3 h - snížení dostupnosti složek IZS, 12 h - snížení dostupnosti složek IZS, 3 dny ***. hasiči, zdravotníci) Selhání zásobování

DN: 0 h ***, 3 h - narušení zásobování Prahy z odříznutých skladů, 12 h***, 3 dny ***. NL: 0 h ***, 3 h, 12 h - narušení zásobování Prahy z odříznutých skladů, 3 dny ***.

# …V obci Modletice, která sousedí se sledovanou křižovatkou, se nachází 3 vrty podzemních vod a 6 km od výše uvedené komunikace se nachází Velkopopovický pivovar s vlastním vrtem podzemních vod. Simulace dopadů dopravní nehody s přítomností nebezpečných látek, uvedená v tab. 1, ukazuje velmi významné škody na chráněných zájmech. Kromě ztrát na lidských životech a zdraví je třeba počítat s velkými ekonomickými ztrátami a s poškozením životního prostředí, které může být i dlouhodobé, když přítomná nebezpečná látka je agresivní a dostane se do podzemní vody.

Dostupné z WWW: . [2]

Bílek, L.: Dálnice zažila ohnivé peklo, 112. III (2004), 12, 6-9.

[3]

Hanuška, L. et al.: Hromadná dopravní nehoda na dálnici D1, 112 VII (2008), 6, 16-19.

[4]

Bit. 2012: Dálnice D1 se zastavila. Kamion s tlakovými lahvemi narazil do svodidel. Ihned.cz - zprávy [citováno 5.5.2013]. Dostupné z www: .

[5]

Zdroj dat Policie ČR.

[6]

Procházková, D.: Metody, nástroje a techniky pro rizikové inženýrství. ČVUT, Praha, 2011. ISBN 978-80-01-04842-9.

[7]

Http://portal.dopravniinfo.cz/.

[8]

BEZPEČNOSTNÍ LIST dle nařízení (ES) č. 1907/2006 a nařízení (ES) č. 453/2010 Kyselina dusičná 65 %, Číslo ES: 231-714-2, 2010, 1-8.

[9]

Procházková, D. et al.: Dopravní nehody na pozemních komunikacích s přítomností nebezpečných látek, ISBN 97880-7231-928-2, 2013, 433p.

Závěr Výsledky ukazují, že nejvíce dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek se vyskytuje na části D1, která prochází krajem Vysočina. Simulace dopravní nehody s přítomností nebezpečné látky (kyselina dusičná HNO3) na uzlu Nupaky ukazuje velké ztráty a škody na veřejných chráněných zájmech, když dojede k znečištění podzemních vod a k domino efektu, který vyvolá výbuch a požár pohonných hmot v nádržích benzinové stanice. Proto je třeba, aby legislativa pro přepravu nebezpečných látek byla kvalitní a byla šitá na podmínky České republiky. Je třeba souhlasit se závěry práce [10], že používaná ADR je obecná a že používá pojmy, které nejsou kompatibilní s pojmy v české legislativě o chemických látkách. Poděkování Autoři děkují ČVUT v Praze za grant SGS13/158/OHK2/2T/16, v jehož rámci je práce zpracována. Literatura [1]

Štursová, D.: Na D1 se převrátila cisterna a vzplanula. In Požáry.cz - Ohnisko žhavých zpráv [citováno 30.4.2013]. 2004.


[10] Procházková, D. et al. Nebezpečné chemické látky a chemické přípravky a průmyslové nehody. Praha: PA ČR, 2008, 420p., ISBN 978-80-7251-275-1.

195


Statistické údaje jako jeden ze zdrojů požárně inženýrských hodnocení Statistical Data as a One of the Sources of Fire Engineering Assessment Ing. Jiří Pokorný, Ph.D., MPA Ing. Martin Nanek Ing. Martin Pliska Ing. Zdeněk Šlachta Česka asociace hasičských důstojníků, Hasičský záchranný sbor Moravskoslezského kraje Výškovická 40, 700 30 Ostrava - Zábřeh [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] Abstrakt Statistické údaje jsou obecně využitelné v řadě disciplín. Příspěvek prezentuje charakter a tím také možnosti využití národních a zahraničních statistik požárnosti pro oblast požárně inženýrských hodnocení. V oblasti národních statistických údajů je prezentována forma jejich sledování, možnosti třídění a rozsah údajů využitelný pro uvedenou zájmovou oblast. Z pohledu zahraničních statistických údajů jsou prezentovány nejvýznamnější databázové zdroje a jejich obsah. Současně jsou komentovány možnosti jejich využití. Klíčová slova Požár, statistika, požární inženýrství.

roku 2006 do současnosti jsou údaje o mimořádných událostech1 sledovány s využitím software Krajské statistické sledování událostí (dále jen „SSU“) pod databázi Oracle. Celý systém je průběžně rozšiřován a modernizován i s ohledem na vyhodnocování potřeb požární prevence. Statistické sledování událostí je součástí výkonu státního požárního dozoru, který je upraven zákonem č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů, v návaznosti na § 51 vyhlášky č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci). Statistika událostí je součástí dokumentace výkonu státního požárního dozoru. Údaje o mimořádných událostech se analyzují za účelem stanovení preventivních opatření, usměrnění výkonu státního požárního dozoru, zaměření preventivně výchovné činnosti, zpracování koncepčních materiálů rozvoje požární ochrany atp. SSU obsahuje záznamy o mimořádných událostech tříděných podle jejich charakteru do následujících kategorií: • požár, • dopravní nehoda, • únik nebezpečné chemické látky, • technická havárie, • radiační havárie a nehoda,

Abstract

• ostatní mimořádné události,

Statistical data are generally usable in a number of disciplines. This paper presents character and possibility of using national and international statistics of the fire in the area of the Fire Engineering Assessment. In the part of national statistical data is presented the form of monitoring, sorting options and range of data usable for that area of interest. From the perspective of international statistics are presented the most significant database resources and their contents. At the same time are commented the possibility of their use.

• planý poplach [1].

Key words Fire, statistics, Fire Engineering. Úvod Údaje související s požáry jsou v řadě zemí dlouhodobě sledovány a hodnoceny. V souvislosti s řešením projektu „Specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství“ (VG 20122014074) v rámci Programu bezpečnostního výzkumu České republiky v letech 2010 - 2015 (dále také jen „projekt“) byly analyzovány národní a zahraniční statistické údaje z hlediska jejich možného využití v rámci kvalitativní analýzy.

Z pohledu projektu je využitelná kategorie požár. Záznamy o požárech mají dvě úrovně. První úrovní je takzvaný „požár se základní evidencí“2 (tvoří přibližně 50 % z celkového počtu), druhou úrovní jsou požáry ostatní, kde jsou činěny úkony vyšetřovateli požáru. [2] Pro potřeby projektu je využitelná pouze druhá úroveň požárů, u kterých je stanovována jejich příčina a následky. V rámci projektu byla provedena detailní analýza struktury shromažďovaných dat, na jejímž základě bylo vytipováno 47 údajů umožňujících filtrování jevů souvisejících s události požár, které mohou být využity pro požárně inženýrské aplikace [3]. Vzájemné souvislosti jsou znázorněny na obr. 1. Pro prvotní analýzu a prověření navržených vazeb bylo rozhodnuto o využití údajů databáze SSU v rozsahu pro Moravskoslezský kraj (dále jen „krajská databáze“). K tomuto 1

Národní statistický zdroj Statistické sledování událostí má u Hasičského záchranného sboru ČR (dále také jen „HZS ČR“) dlouholetou historii. Od 2

196

Za mimořádné události (dále jen „události“) se dle čl. 3 odst. 1 Pokynu č. 10/2006 generálního ředitele Hasičského záchranného sboru ČR a náměstka ministra vnitra ze dne 13.03.2006, kterým se stanoví pravidla statistického sledování událostí a dokumentace o vedení zásahů považují veškeré požáry, další události jako jsou dopravní nehody, živelní pohromy, havárie např. úniky nebezpečných (např. chemických) látek, technické havárie, radiační havárie a ostatní mimořádné události a plané poplachy spojené se zásahy jednotek PO a složek integrovaného záchranného systému (dále jen „IZS“) včetně prověřovacích cvičení. Požár se základní evidencí je požár přírodních porostů (i v prostoru lesních pozemků), odpadů, demolic a vraků vozidel, vznícení potravin při vaření a vznícení sazí v komíně, pokud nevznikne škoda na majetku a nedojde k rozšíření požáru, k usmrcení či zranění osob nebo jejich přímému ohrožení. Ostrava 4. - 5. září 2013


kroku bylo mimo jiné přistoupeno i z důvodu, že software SSU (a to jak zadávací, tak i vyhodnocovací modul) neumožňuje nestandardní statistické výstupy k realizaci potřeb projektu. Hořící látky Plocha požáru

Únik látek

Činnost

Negat. jevy PBZ

Typ události Časy N sledky

Základní údaje

Samouhašení Zásah občanů Evakuace Uhašeno SHZ

Událost

Jevy na vznik

Rozšíření PBZ Iniciátor Příčina požáru

Objekt

Jednotky

Zranění

Ostatní

Druh Prostor Podlaží PÚ Škody Vzdálenost Časy Zranění, úmrtí, evakuace

Obr. 1 Analýza dat vedených v SSU k typu události požár [3] Při prvotní analýze byly vytipovány údaje, které mají být z evidovaných statistických dat získány. Uvedené údaje budou analyzovány ve vazbách na další položky např. typ objektu, prostor vzniku. Jedná se o následující údaje: • doba volného rozvoj požáru, • doba lokalizace, • doba likvidace, • přímá škoda, • konstrukční systém, • podlažnost a výšková poloha, • funkce požárního úseku, nedostatky v provedení požárních úseků, • zranění a úmrtí osob, • zásah občanů, • funkce elektrické požární signalizace, samočinného stabilního hasicího zařízení a zařízení pro odvod kouře a tepla, • vznik požárů podle denní doby [3]. Po ověření jednotlivých vazeb a výstupů na datech krajské databáze budou stejné postupy aplikovány na datech celorepublikových. Ukázka vzájemné vazby mezi počtem událostí a dobou volného rozvoje je znázorněna na obr. 2 (byly využity údaje z databáze SSU Hasičského záchranného sboru Moravskoslezského kraje). Součet z CountOfECUD

100

Počet událostí

CTIF (International association of fire and rescue services) Organizace, jejíž název lze volně přeložit jako Mezinárodní technický výbor pro prevenci a hašení požárů, je celosvětovou oborovou organizací. Zaměřuje se na výměnu informací a zkušeností v oblasti požární ochrany, pomoci a záchrany při katastrofách. V současné době je v rámci CTIF sdruženo 39 členských států a bezpočet dalších přidružených členů. CTIF ročně vydává bulletin Fire statistics, ve kterém lze nalézt statistické údaje z přibližně 32 zemí a 41 měst ve světě. Bulletin je velmi obsáhlý (obsahuje cca 64 stran textu), kde dvě třetiny obsahu tvoří statistické tabulky a grafy. Vzhledem k množství a složitosti takto získávaných dat obsahuje aktuální bulletin 2 roky staré statistické údaje. Bulletin vychází současně ve třech jazycích (anglicky, rusky a německy). Pod odkazem http://www. ctif.org/-Statistics- lze nahlédnout do starších statistik, přičemž v současnosti jsou volně dostupné bulletiny z let 2005 a 2006. Mezi nejvýznamnější sledované statistické oblasti patří vývoj požárnosti od roku 1939, přehled požárů a souvisejících událostí ve vybraných zemích (např. počet požárů, přijatá volání, úmrtí, zranění a jejich přepočty na počet obyvatel). Podobné údaje jsou dostupné také pro vybraná světová města [4].

Federace asociací hasičských důstojníků Evropské Unie se zabývá problematikou spojenou s mimořádnými událostmi a jejich řešením, požární bezpečností, krizovým řízením, hašením, záchranou a dalšími souvisejícími činnostmi. Organizace působí jako informační a koordinační instituce pro asociace na národní úrovni. V rámci vnější činnosti spolupracuje s jinými mezinárodními organizacemi a subjekty v bezpečnostní oblasti [5]. THE GENEVA ASSOCIATION (International Association for the Study of Insurance Economics) Tato asociace, jejíž název lze volně přeložit jako Mezinárodní asociace zabývající se studiem pojišťovacích ekonomik, je sdružením v oblasti strategicky důležitého pojištění a v oblasti řízení rizik. Členy této asociace je 90 výkonných ředitelů nejvýznamnějších pojišťoven světa. Asociace zveřejňuje každý rok bulletin s názvem World Fire Statistics Bulletin. Dokument není natolik obsáhlý jako bulletin CTIF, prezentované údaje jsou však obdobně jako u bulletinu CTIF zpožděny (v daném případě 3 roky). Bulletin je vydáván v angličtině.

80

60

40

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 67 68 70 71 72 74 75 76 78 79 80 82 87 88 93 95 103 106 122 132 134 149 165 171

20

0

V rámci projektu byla provedena také rešerše zahraničních statistických zdrojů souvisejících s požáry. Výchozími zdroji pro vyhledávání statistických informací se staly zdroje organizací, které se zabývají oblastí požární bezpečnosti, zejm. International association of fire and rescue services (CTIF), Federation of the European Union Fire Officer Associations (FEU) a International Association for the Study of Insurance Economics.

FEU (Federation of the European Union Fire Officer Associations)

• převážně hořící látky,

120

Zahraniční statistické zdroje

Doba vr

Obr. 2 Znázornění doby volného rozvoje požáru u požárů na území města Ostravy za období 2006 - 2011 [3] V zásadě jednoduchá záležitost spočívající ve stanovení rozdílů doby mezi „vznikem požáru“ a „zahájením zásahu“, poukázala na problém s hodnocením mimořádných událostí, extrémů a jistou chybovostí vložených dat. Tyto skutečnosti budou dále řešeny v rámci dalších prací na projektu.


V bulletinu jsou dostupné základní statistické údaje pro přibližně 15 států. Pro vybrané státy jsou k dispozici statistická data týkající se zejména přímých a nepřímých škod při požárech, počtu úmrtí a jejich srovnání na 100 tis. obyvatel. Bulletiny od roku 1997 až po současnost jsou dostupné na webových stránkách Federation of the European Union Fire Officer Associations http://www.f-e-u.org/statistics.php [6]. Výběr států pro vyhledání statistických zdrojů Před vyhledáním dalších statistických zdrojů byly vytipovány státy, u nichž bylo možné předpokládat, že vedou statistiky o požárech alespoň rámcově srovnatelné s Českou republikou. Základ vytipovaných států tvoří státy Evropské unie a dále vybrané světové mocnosti, kterými jsou USA a Rusko (viz tab. 1). 197


Tab. 1 Přehled vytipovaných států pro vyhledávání statistických údajů [3] Austrálie

Irsko

Německo

Řecko

Bulharsko

Itálie

Nizozemsko

Slovensko

Česká republika

Island

Nový Zéland

Slovinsko

Dánsko

Kanada

Polsko

Španělsko

Estonsko

Kypr

Portugalsko

Švédsko

Finsko

Litva

Rakousko

USA

Francie

Lotyšsko

Rumunsko

Velká Británie

Chorvatsko

Lucembursko

Rusko

Významné listinné/elektronické zdroje Jedním z vhodných informačních zdrojů z hlediska vyhledávání zahraničních statistických dat je kniha autorů Brushlinsky N.N., Sokolov S.V., Wagner P., Humanity and Fires. Autoři v knize především sledují (početně hodnotí), tři rizikové faktory spojené s požáry. Jde o riziko ohrožení osob požárem za definovaný interval, riziko smrti při požáru a riziko smrti při požáru za definovaný interval. Pro výpočty využívají statistické zdroje značného počtu zemí. Každému z vybraných států je věnována samostatná kapitola, ve které jsou uvedeny základní charakteristiky dané země, statistické údaje a výpočty [7]. Vlastní statistické údaje nejsou pro účely projektu použitelné, kniha ovšem uvádí odkazy na zahraniční statistické ročenky nebo poskytuje vodítko, kde statistické údaje vyhledat.

Prezentované výsledky souvisí s rešeršními pracemi na národní a zahraničních statistikách, které se zabývají údaji v souvislosti s požáry. Statistické sledované údaje na národní úrovni jsou poměrně detailní a umožňují vyhodnocovat a kombinovat širokou škálu dat, které jsou pro oblast požárního inženýrství využitelné. Zahraniční statistické zdroje jsou problematičtější jak z hlediska jejich vlastního nalezení, jazykových limitů, různých forem zpracování, tak z hlediska jejich omezeného rozsahu, který je zpravidla podstatně užší než sledované údaje na národní úrovni. Poděkování Tento příspěvek vznikl za podpory projektu Ministerstva vnitra ČR č. VG 20122014074 „Specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství“. Literatura [1]

Software Krajské statistické sledování událostí, ver. 5.0.216.3. Kladno: RCS Kladno s.r.o., 2013.

[2]

Sbírka interních aktů řízení Pokyn č. 3/2011 generálního ředitele Hasičského záchranného sboru ČR ze dne 14. 1. 2011, kterým se stanoví postup Hasičského záchranného sboru ČR při zjišťování příčin vzniku požárů. Praha: GŘ HZS ČR, 2011.

[3]

Kolektiv autorů. Projekt Specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství. Kód projektu VG20122014074. Roční zpráva k projektu za rok 2012. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, FBI a ČAHD, 2012, 151 s.

[4]

CTIF. In International association of fire and rescue service. [online]. 2013 [cit. 2013-06-16]. Dostupné z WWW: < http:// www.ctif.org/>.

[5]

FEU. In Federation of the European Union Fire Officer Associations. [online]. 2013 [cit. 2013-06-16]. Dostupné z WWW: .

Výsledky rešerše zahraničních statistických zdrojů Snahou bylo vyhledat statistické údaje vytipovaných zemí, které by byly použitelné pro řešený projekt. Rešerši statistických zdrojů významně komplikovala skutečnost, že ne všechny státy zpracovávají, případně publikují, dostatečně detailní statistické údaje, a ne vždy byly zdroje vhodně připraveny na zahraničního návštěvníka (např. verze pouze v jazyce dané země). Tab. 2 Přehled některých nalezených zahraničních zdrojů [3] Země

Odkaz

Austrálie

http://www.pc.gov.au/gsp/rogs

Česká republika

http://www.hzscr.cz/clanek/statisticke-rocenky-hasicskeho-zachranneho-sboru-cr.aspx

Estonsko

Finsko Francie

Irsko

Itálie Kanada Litva Lotyšsko

Jazyk Anglicky Česky

Generální ředitelství HZS ČR

http://www.hzscr.cz/hasicien/article/statistical-yearbooks.aspx

Anglicky

Generální ředitelství HZS ČR

http://www.lepk.ee/net/index.php?option=com_ content&task=view&id=530&Itemid=134

Estonsky

Záchranáři Estonsko západ

http://www.rescue.ee/977

Estonsky

Záchranáři Estonsko východ

http://www.pelastustoimi.fi/tilastot/ http://www.pelastustoimi.fi/en/statistics/ http://www.interieur.gouv.fr/sections/a_votre_service/statistiques/securite_civile

Finsky

Záchranná služba Finsko

Anglicky

Záchranná služba Finsko

Francouzsky

stránky francouzského Ministerstva vnitra

http://www.environ.ie/en/Publications/StatisticsandRegularPublications/ FireandEmergencyServices/

Anglicky

Úřad pro společnost a místní samosprávu (Environment, Community and Local Government)

http://fireinvestigation.ie/irish-fire-statistics

Anglicky

Asociace irských požárních vyšetřovatelů (Fire Investigators Association of Ireland)

http://www.vigilfuoco.it/aspx/page.aspx?IdPage=450

Italsky

Hasičský sbor, veřejná záchranná služba a civilní obrana (Dipartimento dei Vigili del Fuoco, del Soccorso Pubblico e della Difesa Civile) Rada kanadských maršálů a požárních komisařů (Council of canadian marshals and fire commissioners)

http://www.ccfmfc.ca/stats.html http://www.vpgt.lt/index.php?575045151

Anglicky

Hasičský a záchranného sbor Litva

http://www.vugd.gov.lv/lat/aktualitates/statistika

Lotyšsky

Hasičský záchranný sbor Lotyšska

Přehled některých nalezených zahraničních zdrojů je uveden v tab. 2.

[6]

THE GENEVA ASSOCIATION. In International Association for the Study of Insurance Economics. [online]. 2013 [cit. 201306-16]. Dostupné z WWW: .

[7]

Brushlinsky, N.N.; Sokolov, S.V.; Wagner, P.: Humanity and fires. Warszawa: Fundacja Edukacja i Technika Ratownictwa, 2010. ISBN 978-838-8777-295.

Závěr V příspěvku byly prezentovány dílčí výsledky projektu, který je řešen v rámci Programu bezpečnostního výzkumu České republiky v letech 2010 - 2015 a je zaměřen na oblast požárního inženýrství. 198

Poznámka Vládní statistiky



Ignition and Smoldering of a Wood Dust Layer on a Hot Surface Dr. Marzena Półka MSc. Eng. Bożena Kukfisz Ewa Piechocka Mirosław Sobolewski Dr Eng. Waldemar Wnęk The Main School of Fire Service Slowackiego Street 52/54, 01-629 Warszawa, Poland [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] Abstract This paper presents an analysis of dust explosion hazards in the process industries. It includes selected testing method of dust explosibility and presentation two of them according to experimental standards used by Department of Combustion and Fire Theory in The Main School of Fire Service in Warsaw. In the article are presented values of maximum acceptable surface temperature (MAST) of machines operating in the presence of dust cloud and chosen dust layer with thickness of 5 and 12,5 mm. The comparative analysis, points to the conclusion that the value of the minimum ignition temperature of the layer (MITL) and the minimum ignition temperature of dust cloud (MTCD) depends on the granularity of the substance. Increasing the thickness of the dust layer reduces minimum ignition temperature of dust layer. Increasing the thickness of dust at the same time extends the flameless combustion and delays the ignition.

of dust clouds. Tests have been performed for selected dusts of Oriented Strand Board (OSB), Medium Density Fiberboards (MDF), lamination Medium Density Board (laminated MDF) and High Density Fiberboards (HDF). Hence in explosion preventing the knowledge of combustible properties of dust is crucial, as it determines the potential fire and explosion hazard as a consequence of it coming into contact with a heated surface. They include values of the minimum ignition of dust in the form of a cloud and accumulated in a layer, determined on the basis of the standard PN-EN 50281-2-1:2002: - the minimal ignition temperature of a cloud dust (MTCD) is the lowest temperature of a hot interior wall in a furnace, in which the ignition of the dust cloud takes places in air contained inside the furnace, - the minimal ignition temperature of a dust layer (MITL) is the lowest temperature of a hot surface, in which ignition takes place of a dust layer settled on its surface of a determined thickness. To determine minimum ignition temperatures of dust layers and clouds a research method was applied, in conformity to the standard EN 50281-2-1:2002 (method A, B). The method A (picture 1), has been applied to determine the minimum temperature at which the layer of dust (of specified thickness) located on a heated furnace plate undergo thermal decomposition and/or ignite. This method refers especially to industrial equipment with hot surfaces where dust create layers of different thickness which pose danger having contact with air. According to the procedure EN 50281-2-1:2002 (method A), the ignition of dust in the layer could be recognized when:

Introduction

a) glowing or flame combustion was observed or,

In Poland and European country legal regulations impose on the employer an obligation of verifying whether dusts that occur in an enterprise pose an explosion hazard. If the possibility of such a hazard is ascertained, the employer has to undertake measures related to the evaluation of the explosion risk and apply all means to limit the risk to an admissible level. The occurrence of dusts entails the accumulation of dust. Fires and dust explosions are one of the biggest threats in many industries where dust layers and/or clouds forms during technology processes, which are capable of ignition. Flammable dust can pose fire hazard after sedimentation on the heated surface from which it absorbs heat. Of particular importance is the prevention of accumulation of those layers on surfaces of machines and installations that become heated up, because the combustible dusts that settle on them limit the exchange between the devices and air, which as a consequence may cause their ignition. Consequently it is necessary to make sure that the temperature of particular machines does not come up to a level at which the settled dust could pose a fire and explosion hazard. The most hazardous dusts with respect to fire and explosion hazards include first of all dust obtained from wood industry for example furniture industry. Legally binding regulations on State Fire Service regarding safe usage of electrical devices state that the surface temperature of power electronics devices installed in conditions where flammable dust is present should not exceed the value of 2/3 of ignition temperature of dust clouds - air mixture, and must be at least 75 K lower than the value of ignition temperature of sedimented dust (layer of 5 mm). Thanks to experimental tests, the dependence between flammability and values of ignition temperatures of heated surface can be determined and one can prevent and/or minimize the results of fires or explosions of dust.

b) measured temperature of dust have reached 450 °C or,

Research method The paper presents an analysis of the minimum ignition temperature of dust layer and the minimum ignition temperatures Ostrava 4. - 5. září 2013

c) measured temperature of dust exceeded by 250 K the temperature of the furnace plate. In reference to point b) and c) the ignition of dust hasn’t appeared if it could be indicated that oxidize reaction doesn’t change into glowing or flame combustion process.

Fig. 1 Test stand for determination of dust layer minimum ignition temperature (method A) To define minimum ignition temperature of a dust cloud, method B, in which a furnace with fixed temperature and testing equipment connected to it, was applied. This is a vertical pipe furnace, generally known in literature as the Godbert-Greenwald furnace. The silica tube placed inside the furnace is set up in a vertical position, and its lower end is open to the atmosphere. This

199


pipe is heated to the desired temperature with the use of a device that controls furnace temperature. Below the pipe is a stainless steel mirror which allows visual monitoring of the furnace interior. Pursuant to the standard the dust should be sieved and the fraction should be 75 μm. If we want to present a hazard caused by dust within a given work environment, the dust sample should have a grading that is representative for the given technology. However, it should not contain grains larger than 1000 μm. In the tests we have conducted the sieve mesh size was 200 μm. Pursuant to EN 50281-2-1:2002 (method B) it is assumed that the dust cloud ignition would be taking place once the flame appears on furnace outlet. A delay of ignition is admissible in this case. A spark shower or single sparks flowing out of the furnace - do not cause ignition of the dust cloud. The minimum ignition temperature (MIT) is the lowest furnace temperature at which dust ignition is obtained, decreased by 20 K, if the procedure is followed. If no ignition takes place at furnace temperature of 1000 °C, this fact should be recorded in the protocol.

Tab. 2 Admissible temperatures for devices operating at the presence of a 5 mm thick dust layer

Type of tested dust material

Minimum Ignition Temperatures of a Dust Layer 5 mm [°C]

Admissible temperature for machines [°C]

Minimum Ignition Temperatures of a Dust Layer 5 mm [°C]


grain size [μm]

200

200

500

500

Dust of OSB

300

225

360

285

Dust of MDF

290

215

330

255

Dust of laminated MDF

280

205

330

255

Dust of HDF

280

205

310

235

Tab. 3 Admissible temperatures for devices operating at the presence of a 12,5 mm thick dust layer


Minimum Ignition Temperatures of a Dust Layer 12,5 mm [°C]


Minimum Ignition Temperatures of a Dust Layer 12,5 mm [°C]


grain size [μm]

200

200

500

500

Dust of OSB

330

200

310

140

Dust of MDF

320

200

290

140


320

200

300

140

Dust of HDF

310

140

280

140

Tab. 4 Admissible temperatures for devices operating at the presence in a dust cloud Fig. 2 Test stand for determination of dust cloud minimum ignition temperature (method B) Results Tab. 1 presents sample results of the MITL and MTCD values in the function of the layer thickness of selected dusty products, tab. 2 presents MAST values for devices operating in the presence of those all dusts for 200 μm and 500 μm granularity in 5 mm layer. Tab. 3 presents admissible temperatures for devices operating at the presence of a 12,5 mm thick dust layer. Tab. 4 presents admissible temperatures for devices operating at the presence of a dust cloud.


Minimum Ignition Temperatures of a Dust Cloud [°C]


Minimum Ignition Temperatures of a Dust Cloud [°C]


grain size [μm]

200

200

500

500

Dust of OSB

455

303

480

320

Dust of MDF

455

303

480

320


430

287

465

310

Dust of HDF

420

280

455

303

Conclusion

Analysis of minimum ignition temperatures of dust layer and minimum ignition temperatures of dust cloud the tested dusts indicates that the biggest fire/explosive threat occurs with the dust of high density fibreboard. This is due to low bulk density and high heat of combustion. high density Minimum Minimum Minimum fibreboard are used as one of the materials ignition ignition ignition for the production of furniture. It was found temperature temperature temperature of a 12.5 that minimum ignition temperature of 5 mm of a 5 mm of a cloud mm layer dust layer was in the range of 280 - 300 °C layer [°C] [°C] [°C] in air for 200 μm grain size and in the range of 310 - 360 °C in air for 500 μm grain size. 500 500 500 Minimum ignition temperature of 12,5 mm 360 310 480 dust layer was in the range of 231 - 330 °C in air for 200 μm grain size and in the range 330 290 480 of 280 - 310 °C in air for 500 μm grain size. Minimum ignition temperature of dust cloud 330 300 465 was in the range of 420 - 455 °C in air for 200 μm grain size and in the range of 455 310 280 455 - 480 °C in air for 500 μm grain size. The lower admissible temperatures for devices operating at the presence - 140 °C are recognize for high density fibreboard for 200 μm grain

Tab. 1 Listing of collective values of the minimum ignition temperatures of a dust layer and the minimum ignition temperature of a dust cloud for the executed tests for 200 μm granularity

Type of tested dust

grain size [μm]

Minimum ignition temperature of a 5 mm layer [°C]

Minimum ignition temperature of a 12.5 mm layer [°C]

Minimum ignition temperature of a cloud [°C]

200

200

200

Dust of OSB

300

330

455

Dust of MDF

290

320

455


280

320

430

Dust of HDF

280

310

420

200



size and all dusts for 12,5 mm dust layer. Experience and practice suggest that values of MTCD tend to be much higher than MITL for the given dust type and MITL for 12,5 mm is higher than MITL in 5 mm layer. It is connected with accumulation and grain size too.

[3] Eckhoff, R.K.: Dust Explosions in the Process Industries. Butterworth-Heinemann, Oxford 2002.

The paper was carried out under research project no. O ROB 0005 01/2011/01: Technologies of explosion protection for storage places of bulk materials, financed by the National Centre for Research and Development.

[5] Drysdale, D.: An introduction to Fire Dynamics, John Wiley and Sons, New York 1985.

Literature [1] PN-EN 50281-1-2:2002, Electrical apparatus for use in the presence of combustion dust. [2] PN-EN 50281-2-1:2002, Electrical apparatus for use in the presence of combustion dust. Part 2-1: The test methods Methods for determining the minimum ignition temperatures of dust.

[4] Babrauskas, V.: Ignition Handbook: Principles and application to fire safety engineering fire investigation, risk management and forensic science, 2001.

[6] Gang, L.; Chunmiao, Y.; Baozhi, C.: Explosion risk evaluation during production of coating powder, J. Hazard. Mater., 2007, 149, 515-517. [7] Di Benedetto, A.; Russo, P.; Amyotte, P.; Marchand, N.: Modelling the effect of particle size on dust explosions, Chem. Eng. Sci., 2010, 65, 2, 772-779. [8] Eckhoff, R.K.: „Dust Explosions in the Process Industries”, Butterworth-Heinemann, Oxford 2001. [9] Lebecki, K.: „Zagrożenie pyłowe w górnictwie”, Główny Instytut Górnictwa, Katowice 2004.

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Samovznietenie EDICE SPBI SPEKTRUM

21.


KAROL BALOG

SAMOVZNIETENIE Samozahrievanie*Vznietenie*Vzplanutie

Karol Balog Predložená publikácia oboznamuje odbornú verejnosť s problematikou horľavosti materiálov z hľadiska iniciačnej fázy procesu horenia. Pozornosť je venovaná zápalnosti tuhých a kvapalných materiálov od rôznych iniciačných zdrojov, pričom nosnú časť tvorí proces samozahrievania, samovznietenia a vznietenia materiálov. Publikácia sprístupňuje problematiku tepelného, chemického a biologického samovznietenia a uvádza základné požiarnotechnické charakteristiky vybratých látok so sklonom k samozahrievaniu a samovznieteniu.

ISBN 80-86111-43-1. Rok vydání 1999.

cena 150 Kč

Hasicí pěny EDICE SPBI SPEKTRUM

66.


ANDRZEJ MIZERSKI MIROSàAW SOBOLEWSKI BERNARD KRÓL

HASICÍ PċNY

Andrzej Mizerski, Mirosław Sobolewski, Bernard Król Publikace podává komplexní informaci o v současné době dostupných pěnidlech, jejich vlastnostech a metodách jejich zkoušení. Zabývá se návrhem použití pěn a jejich kvantifikací. Publikace se zabývá výpočty intenzity dodávky hasicích pěn, uvádí i doporučení firem vyrábějících pěnidla. Další část publikace je věnována zařízením pro podávání pěn. Publikace je určena příslušníkům HZS, technikům a inženýrům požární ochrany, ale také specialistům požární ochrany zejména v průmyslových závodech a v neposlední řadě studentům oboru požární ochrana. S ohledem na dobu zpracování publikace plně nekoresponduje s předpisy a normami, které nabyly platnost v posledních dvou letech. ISBN 978-80-7385-075-3. Rok vydání 2009.

cena 170 Kč



201


Kontrolní seznam pro posouzení kritičnosti vybraných míst pozemních komunikací Checklist for the Assessment of the Selected Sites of Ground Roads Criticality Mgr. Jan Procházka, Ph.D. ČVUT v Praze, Fakulta dopravní Konviktská 20, 110 00 Praha 1 [email protected] Abstrakt Pozemní komunikace jsou liniové stavby dopravní infrastruktury, která je základní součástí kritické infrastruktury území. Jsou důležité pro zajištění obslužnosti území za podmínek normálních, abnormálních a kritických. Z hlediska zajištění bezpečnosti území i přepravovaných osob a rozmanitých komodit je třeba rozpoznat kritická místa, tj. místa s většími riziky a v nich provést opatření anebo upravit činnosti přepravy tak, aby se snížila jejich kritičnost. Na základě technik rizikového inženýrství je sestaven kontrolní seznam pro posuzování úrovně rizika vybraných míst. Článek uvádí postup jeho sestavení, vhodnou hodnotovou stupnici a návrhy na vypořádání rizik, která nejsou přijatelná.

na základní technické faktory spojené s pozemní komunikací. Při hodnocení kritičnosti je třeba mít k dispozici záznamy o šetření dopravních nehod, ve kterých lze najít odpovědi na otázky uvedené v příloze 1. Pro zajištění vyššího bezpečí je dále třeba vyhodnotit výsledky analýzy a poté navrhnout a provést úpravy na pozemní komunikaci zacílené na snížení kritičnosti určených míst. Bezpečnostní inženýrství nabízí několik metod, které lze použít pro dosažení výše uvedeného cíle. Jednou z použitelných a dobře srozumitelných metod je kontrolní seznam. Pomocí kontrolního seznamu [2, 3] lze posouzením konkrétních charakteristik vybraných míst určit jejich kritičnost. Na základě hodnot míry kritičnosti lze rozdělit místa s přijatelnou kritičností, podmíněně přijatelnou kritičností a s nepřijatelnou kritičností [3 - 6]. Podle zásad řízení rizik a rizikového inženýrství [7 - 9] je pak třeba provést zásadní opatření v místech s nepřijatelnou kritičností a připravit opatření a činnosti pro případ výskytu závažných dopravních nehod.

Klíčová slova Kontrolní seznam, pozemní komunikace, kritická infrastruktura, kritická místa. Abstract Roads are the liner constructions of transport infrastructure, which is a fundamental part of the critical infrastructure of the territory. Roads are important for ensuring the territory service under conditions normal, abnormal and critical. The recognition of the critical places, i.e. places with greater risks, is necessary in terms of ensuring the territory safety, as well as the safety of a variety of commodities and passengers, and make the measures or to modify the activity of transport in the critical places so as to reduce their criticality. A checklist is compiled for assessing the level of risk of the selected locations based on the techniques of risk engineering. The article discusses the procedure for its Assembly, an appropriate value scale and suggestions on copy with risks which are not acceptable. Key words Checklist, Road Infrastructure, Critical Infrastructure, Critical Places.

Obr. 1 Soubor vlivů na pravděpodobnost vzniku dopravní nehody [10] Pozemní komunikace jako kritická infrastruktura Od 1. ledna 2011 zavádí novela zákona č. 240/200 Sb. a nařízení vlády č. 432/2010 Sb. pojem kritické infrastruktury. Příloha o odvětvových kritériích uvedeného nařízení vlády zahrnuje mezi prvky kritické infrastruktury pozemní komunikace, které jsou zařazeny do kategorie dálnice a silnice I. třídy bez objízdných tras, zákon o pozemních komunikacích č. 13/1997 Sb. Průřezová kritéria pak stanovují hranice na 250 mrtvých, 2 500 hospitalizovaných, nebo 125 000 lidí bez přístupu k nezbytným službám. Průřezovým kritériem je také hospodářská ztráta ve výši 0,5 % HDP.

Úvod Cílem současné společnosti je především zajistit bezpečí a rozvoj lidí [1]. V každodenním životě lidé používají pozemní komunikace k přesunu z místa na místo a pro zajištění přemístění komodit nutných k fungování společnosti. Bezpečí lidí na pozemních komunikacích je často sníženo v důsledku nejrůznějších jevů jako je: hustota dopravy, stav vozovky, okolí vozovky, povětrnostní podmínky, špatný stav vozidla, nebezpeční řidiči, obr. 1. Zmíněné jevy zvyšují zranitelnost aktiv lidského systému. Pro identifikaci a posouzení míst na pozemních komunikacích, spojených se zvýšeným nebezpečím musí být provedena důkladná analýza každého systému, tj. každé jednotlivé pozemní komunikace. V předložené publikaci považujeme za kritická místa pozemních komunikací místa, ve kterých dochází k častým dopravním nehodám. Dopravní nehody jsou výsledkem mnoha faktorů, základní z nich jsou uvedeny na obr. 1. V předložené práci se soustřeďujeme jen 202

Obr. 2 Silniční síť ČR [11] Ostrava 4. - 5. září 2013


Výše uvedená kritéria odpovídají kritické infrastruktuře z hlediska státu, z pohledu menších správních celků pak můžou být důležité i další části pozemních komunikací. V dalším odstavci popíšeme sestavení kontrolního seznamu pro posouzení prvků pozemních komunikací, vybraných na základě potřeb státu, potřeb menších samosprávních celků nebo na základě ochrany zdraví a života lidí a majetku. Obr. 2 ukazuje silniční síť ČR. Sestavení kontrolního seznamu

kategorie odlišné limity pro posuzování kritičnosti. Sestavený kontrolní seznam obsahuje dvě části; první souvisí s parametry silnice (rekognoskace terénu, ve kterém se silnice nachází; parametry vozovky jako takové; parametry provozu na silnici; a převládající meteorologické podmínky); a druhá s výsledky šetření dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek. Kontrolní seznam pro posouzení kritičnosti pozemních komunikací

Kontrolní seznam se váže na stanovené cíle a bývá často velmi subjektivní, když se nepoužijí reprezentativní data o procesu, který je předmětem hodnocení. Proto je nezbytné, dříve než se vyplní jakákoliv tabulka, zvolit odpovídající postup vytváření kontrolního seznamu. Podrobný popis tvorby kontrolních seznamů i s příklady je uveden v pracích [2, 3]. Z nich vyplývá postup, tj. procesní model pro tvorbu kontrolního seznamu:

a) Obecná část

Krok 1 - Zaměření kontrolního seznamu, specifikace chráněného zájmu či souboru chráněných zájmů objektu [1, 12], kterého se kontrolní seznam týká, specifikace zamýšleného využití, specifikace a zdůvodnění kritérií nutných při vytváření kontrolního seznamu (srozumitelnost, úplnost, délka a použitelnost.

a) Rovina;

Krok 2 - Stanovení problémových okruhů kontrolního seznamu, studie literatury, která se vztahuje se k tematickému zaměření kontrolního seznamu, diskuse s odborníky, sestavení modelů posuzovaného objektu (mapa, procesní model), seznam kritérií pro otázky. Krok 3 - Klasifikace a uspořádání problémových okruhů do kategorií, sestavení problémových okruhů podle určených kritérií a kritických míst, rozdělení problémových okruhů do kategorií podle oblasti, kterou se otázky zabývají, uspořádání otázek v rámci kategorií a určení pořadí kategorií, rozdělení váhy důležitosti mezi kategorie a následně mezi problémové okruhy v rámci kategorií, návrh kritérií hodnocení používaných v kontrolním seznamu. Krok 4 - Testování srozumitelnosti a vhodnosti formulace otázek, revize a úprava kontrolního seznamu.

1. Četnost výskytu dopravní nehody v daném místě: a) Menší než 1 za měsíc; b) 1 až 10 za měsíc; c) Více než 10 za měsíc. 2. Vertikální profil prostředí, ve kterém je pozemní komunikace: b) Sklon vozovky menší než - dálnice 5 %, silnice I - III tř. 10 %; c) Sklon vozovky větší než - dálnice 5 %, silnice I - III tř. 10 %. 3. Horizontální profil prostředí, ve kterém je silnice: a) Rovná vozovka; b) Zatáčka o poloměru menší než - dálnice 200 m, silnice I - III tř. 50 m; c) Zatáčka o poloměru větší než - dálnice 200 m, silnice I - III tř. 50 m. 4. Šířka vozovky: a) Komunikace s dvěma a více pruhy pro každý směr; b) 2 jízdní pruhy, jeden pro každý směr; c) Menší než 5 m (místní silnice). 5. Kvalita povrchu vozovky: a) Nepoškozený povrch; b) Zvlněný, nebo malé výmoly;

Krok 5 - Souhrnné hodnocení.

c) Velké výmoly.

Kontrolní seznam pro stanovení vysoce kritických míst na silnici

6. Vlastnosti komunikace, které ovlivňují složitost:

Kritická místa na silnici jsou místa, kde dochází k častým dopravním nehodám. Jejich kritičnost ovlivňují faktory, jako jsou velká koncentrace vozidel, přeprava nebezpečných látek nebo nadměrného nákladu, nekvalitní povrch, překážky v rozhledu, proměnné meteorologické podmínky, špatná místní pravidla pro provoz na silnici, řidiči s patologickým chováním nebo špatnými návyky. Významný ukazatel kritičnosti je výskyt dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek, jejichž procesní model [13] je na obr. 3.

Je v hodnoceném místě tunel? Je v hodnoceném místě most? Je v hodnoceném místě křižovatka? Je v hodnoceném místě nepřehledné značení (1 nebo 2 body). 7. Hustota provozu: a) Menší než - dálnice 10000 vozidel za den, silnice I - II tř. 100 vozidel za den; b) V rozsahu - dálnice 10000 - 30000 vozidel za den, silnice I - II tř. 100 - 300 vozidel za den; c) Větší než - dálnice 30000 vozidel za den, silnice I - II tř. 300 vozidel za den. 8. Obvyklé meteorologické komplikace v dané lokalitě: Častý déšť; Častý sníh; Častá mlha (1 nebo 2 body); Častý silný vítr. b) Zvláštní část - nebezpečné látky

Obr. 3 Procesní model dopravní nehody s přítomností nebezpečné látky

9. Probíhá po silnici přeprava nebezpečných látek: a) Ne; b) Občas;

Jelikož dle stavebního zákona (zákon č. 183/2006 Sb.) a souvisejících předpisů jsou nároky na stavbu silnic, silnic I. třídy a silnic pro motorová vozidla a dálnice odlišné, jsou pro uvedené Ostrava 4. - 5. září 2013

c) Pravidelně.

203


10. Jde o nebezpečné látky toxické, výbušné či hořlavé: a) Nebezpečné látky jsou spojeny s jednou nebezpečnou vlastností; b) Nebezpečné látky jsou spojeny s dvěma nebezpečnými vlastnostmi; c) Nebezpečné látky jsou spojeny se všemi nebezpečnými vlastnostmi. 11. Následky nehod s přítomností nebezpečných látek: Vážné zranění; Smrtelný úraz (2 body); Škody na majetku, nebo životním prostředí nad 100 000; Škody na majetku, nebo životním prostředí nad 500 000 (2 body). 12. Vyšetřování minulých dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek odhalilo: a) Jen běžné příčiny nehod; b) Jiné jevy, které přispěly k dopravní nehodě; c) Opakující se kombinace jiných jevů, které přispěly k dopravní nehodě. Hodnocení kontrolního seznamu Pro zjištění kritičnosti je dle diskuse expertů na dopravní problematiku [14] nejvhodnější hodnocení založené na použití dále popsané bodové stupnice: v případě otázek s odpovědí a), b), anebo c):

stejným typem provozu je v horských oblastech kritičnost vyšší než v rovinných oblastech. Výsledky hodnocení pro konkrétní místa jsou postupně shromažďovány a jsou ověřovány pomocí místních šetření. Příloha Seznam dále uvedených otázek, kterými lze objektivně určit příčiny dopravních nehod byl sestaven na základě výsledků v odborné literatuře a požadavků vybraných standardů, např. [10, 14]: Jaká je to dopravní nehoda a proč musela být vyšetřována? Kdo musel dopravní nehodu šetřit? Musela být doprava šetřena týmem expertů? Proč byla hledána kořenová příčina dopravní nehody? Jaký byl postup šetření dopravní nehody? Co bylo příčinou dopravní nehody? Jak byla sbírána fakta o dopravní nehodě? Co muselo být známo pro provedení analýzy dopravní nehody a pro přijetí závěrů? Proč byla přijata specifická doporučení ve věci opatření? Co musí být uděláno v případě, že byla odhalena lidská chyba? Jaká opatření je třeba přijmout v rámci zvýšení bezpečnosti? Poděkování

- platí-li odpověď a), tak 0 bodů,

Autor děkuje ČVUT v Praze za grant SGS13/158/OHK2/2T/16, v jehož rámci je práce zpracována.

- platí-li odpověď b), tak 1 bod,

Literatura

- odpověď c), tak 2 body.

[1]

V případě otázek bez nabídnutých možností a), b), anebo c) se za každou možnost, která odpovídá posuzovanému místu, přiřadí 1 bod, respektive 2 body, kde je to uvedeno.

Procházková, D.: Strategické řízení bezpečnosti území a organizace, 483p, ČVUT, Praha 2011. ISBN 978-80-01-04844-3.

[2]

Procházková, D.; Šesták, B.: Kontrolní seznamy a jejich aplikace v praxi, Policejní akademie ČR, Praha 2006.

[3]

Procházková, D.: Metody, nástroje a techniky pro rizikové inženýrství, 369p, ČVUT, Praha 2011. ISBN 978-80-0104842-9.

[4]

Villagran, J.C.: Vulnerability: A Conceptual and Methodological Review, SOURCE No. 2/2006, Bonn 2006.

[5]

Procházková, D.: Analýza a řízení rizik, 405p, ČVUT, Praha, 2011. ISBN 978-80-01-04841-2.

[6]

CSA: Risk Management: Guideline for Decision-Makers - A National Standard of Canada. Canadian Standards Association, CAN/CSA-Q850-97, 1997 (reaffirmed 2002).

[7]

CISP: Workshop on Critical Infrastructure Protection and Civil Emergency Planning-Dependable Structures, Cybersecurity, Commnon Standard, Centre for International Security Policy, Zurich 2005.

[8]

Procházková, D.: Bezpečnost kritické infrastruktury, 318p, ČVUT, Praha 2012. ISBN 978-80-01-05103-0.

[9]

Rinaldi, S.M.: Modeling and Simulating Critical Infrastructures and Their Interdependencies, the 37th Hawaii International Conference on System Sciences, Sandia National Laboratories, Sandia 2004.

Celkové hodnocení dostaneme součtem dílčích hodnocení (může nabýt 0 - 32 bodů). Jeho posouzení provedeme pomocí hodnotové stupnice, která odpovídá konceptu, který se používá v normách ČSN. Konkrétní stupnice upravená pro sledovaný případ je uvedená v tab. 1. V souladu s praxí se používá pětistupňová stupnice pro označení kritičnosti. Tab. 1 Hodnotová stupnice pro celkové vyhodnocení kontrolního seznamu pro činnosti odezvy a v případě hodnocení ano/ne s tím, že „ANO“ znamená, že položka, na níž směřuje otázka, není zdrojem škody, ztráty nebo újmy Míra kritičnosti

Kategorie kritičnosti míst

Více než 95 %, 30,4

Katastrofálně velká

5

70 - 95 %, 22,4 - 30,4

Velmi velká

4

45 - 70 %, 14,4 - 22,4

Velká

3

25 - 45%, 8 - 14,4

Střední

2

5 - 25%, 1,6 - 8

Malá

1

Méně než 5 %, 1,6

Zanedbatelná

0

Počet bodů

Hodnocení předpokládá platnost superposice jednotlivých vlivů. V případě nelinearit posuzovaného systému, lze hodnocení míry kritičnosti zpřísnit. Závěr Výsledkem práce je kontrolní seznam, pomocí něhož lze stanovit kritičnost míst na silnicích na základě vybraných parametrů technických, meteorologických a provozních podmínek; limity u technických parametrů jsou ze zřejmých důvodů odlišné pro dálnice a ostatní silnice. Dosud provedená šetření kritičnosti potvrdila skutečnost a ukázala, že u silnic stejné kategorie se 204

[10] Canadian Centre for Occupational Health and Safety: www. ccohs.ca. [11] Http://portal.dopravniinfo.cz/. [12] Procházková, D.: Bezpečnost lidského systému, Edice SPBI SPEKTRUM X, Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 1. vyd. 2007. 139 str., ISBN 978-80-86634-97-5. [13] Procházková, D.: Bezpečnostní plánování, Vysoká škola evropských a regionálních studií, České Budějovice 2009. [14] World Road Association (PIARC): http://piarc.transportation. org. Ostrava 4. - 5. září 2013


Analýza dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek na pozemních komunikacích Analysis of Traffic Incidents with Presence of Hazardous Substances on Over Ground Roads doc. RNDr. Dana Procházková, DrSc. Bc. Veronika Strymplová Bc. Hana Patáková Ing. Zdenko Procházka, CSc. Mgr. Jan Procházka, Ph.D. ČVUT v Praze, Fakulta dopravní Konviktská 20, 110 00 Praha 1 [email protected] Abstrakt Nakládání s nebezpečnými látkami vyžaduje znalosti z fyziky, chemie, techniky a technologie, systémového inženýrství a z legislativy. Přeprava nebezpečných látek je specifickým případem sledovaného procesu a vyžaduje značnou pozornost kvůli ochraně veřejných aktiv, protože zdroj rizika je mobilní. Pozemní komunikace jsou liniové stavby dopravní infrastruktury, která je základní součástí kritické infrastruktury území. Jsou důležité pro zajištění obslužnosti území za podmínek normálních, abnormálních a kritických. Předložený článek sleduje přepravu na silnicích a železnicích v zahraničí i v České republice a pozornost věnuje dopravním nehodám s přítomností nebezpečných látek. Na základě zpracování dat o předmětných dopravních nehodách článek shrnuje fakta a první výsledky systematického šetření metodami rizikového inženýrství. Klíčová slova Silnice, železnice, nebezpečné látky, přeprava, dopravní nehody, procesní model, roční statistiky. Abstract Handling with hazardous substances requires knowledge from physics, chemistry, technique and technology, system engineering and from legislative. The hazardous substances´ transfer is a special case of followed process and it needs considerable attention from ground of public assets´ protection. Over ground roads are linear structures of traffic infrastructure that is a basic part of critical infrastructure of territory. They are important for ensuring the serviceability of territory at normal, abnormal and critical conditions. The present paper deals with transport on roads and on railroads abroad and in the Czech Republic and its attention is concentrated to traffic accidents with presence of hazardous substances. On the data on given traffic accidents processing the paper summarizes the facts and the first results from systematic investigation by risk engineering methods. Key words Roads, railroads, hazardous substances, transportation, traffic accidents, process model, annual figures. Úvod Dopravní nehody s přítomností nebezpečných látek ohrožují lidi, a proto jsou předmětem řízení bezpečnosti území. Základní funkcí státu je zajistit rozvoj lidské společnosti, což není možné bez zajištění bezpečného prostoru, ve kterém žijeme. Proto současným nejvyšším cílem významných mezinárodních organizací (např. OSN, OECD, EU, NATO, UNECE), vlád, veřejné správy (správní úřady, regionální a místní úřady) je vytvořit bezpečný prostor pro Ostrava 4. - 5. září 2013

21. století. Základem bezpečné komunity je kritická infrastruktura chápaná jako soubor infrastruktur zajišťujících kvalitní život lidí. Do ní patří dopravní infrastruktura, jejíž hlavní částí jsou pozemní komunikace, které tvoří liniové stavby a které jsou důležité pro zajištění obslužnosti území za podmínek normálních, abnormálních a kritických. Předmětem sdělení jsou výsledky hodnocení analýzy dopravních nehod spojených s přítomností nebezpečných látek. Nebezpečné látky a pozemní komunikace Nebezpečné látky jsou chemické látky a chemické prostředky, které provází člověka v každodenním životě. Různými procesy se z nich vyrábějí konečné výrobky, které jsou součástí výživy člověka anebo mu usnadňují život v mnoha oblastech, např. léky, hygienické prostředky, umělá hnojiva, plasty, umělá vlákna apod. Na samém počátku je těžba surovin a jejich následné opracování. Následuje doprava na místo zpracování, skladování, výroba různých meziproduktů a zase v případě potřeby přeprava a skladování. Nakonec se různými procesy vyrábějí konečné výrobky. V daném procesu se chemické látky chovají pouze takovým způsobem, který odpovídá jejich přirozenosti. Chemické látky mají stejné vlastnosti jak v kilogramových, tak v mega kilogramových množstvích. Závažnost dopadů chemických látek na okolní prostředí se odvíjí přímo úměrně od jejich množství. Je proto pouze na lidech, aby zajistili bezpečné vytváření a využívání všech chemických látek a zároveň na nejnižší možnou míru snížili jejich nepřijatelné dopady, a to jednak prostřednictvím vysoce specializované technické disciplíny, jakou je bezpečnostní inženýrství a jednak také tím, že se pozvedne vědomostní úroveň společnosti jako celku. To znamená, že se v lidské společnosti prosadí určitá kultura bezpečnosti [1]. Přeprava nebezpečných látek v České republice probíhá z velké části po pozemních komunikacích. Pozemní komunikace jsou liniové stavby dopravní infrastruktury, která je základní součástí kritické infrastruktury území. Jsou důležité pro zajištění obslužnosti území za podmínek normálních, abnormálních a kritických. V současnosti jsou přepravovány rozmanité škodlivé a jedovaté chemické látky využívané jako suroviny v průmyslu. Množství těchto chemických látek při přepravě se pohybují od kilogramů po desítky tun. Jelikož možnost úniku zmíněných škodlivých chemických látek při přepravě je nejvíc nebezpečná (schází specializované záchytné zařízení, na místě obvykle nezasahují hned specializovaní pracovníci, vycvičení a vybavení přímo pro likvidaci podobných úniků) a také je relativně nejsnadnější (možnost proražení nádrže při dopravní nehodě, úniky při přečerpávání, přehřátí, přeplnění nádob atd.), je nutno mít sledovanou oblast upravenu zákony, které stanovují nakládání, přepravu i technické požadavky na přepravní zařízení. V České republice je slabou stránkou skladování a přeprava nebezpečných látek [1]. Přeprava na pozemních komunikacích je dle [2] upravena řadou předpisů, avšak je skutečností, že dosud žádný český právní předpis neupravuje přepravu chemických látek do dostatečných podrobností. Proto se používá řada mezinárodních předpisů, které však nejsou kompatibilní ani s další českou legislativou, ani vzájemně [1]. Silniční a železniční dopravou je dovoleno přepravovat pouze nebezpečné věci vymezené mezinárodními smlouvami, kterými je Česká republika vázána, a která byla vyhlášena ve Sbírce zákonů. U železniční přepravy dle Úmluvy o mezinárodní železniční přepravě (COTIF z francouzského Convention relative 205


Poznatky o dopravních nehodách s přítomností nebezpečných látek Velké dopravní nehody s přítomností chemických látek nastávají při přepravě chemických látek po silnici i železnici. Výše uvedené skutečnosti o existující právní úpravě také mimo jiné znamenají, že objasňování příčin dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek je značně složitější než např. v případě běžných silničních dopravních nehod [3]. Často bezpečnostní listy, které patří do povinné dokumentace vozidel přepravujících chemické látky, nejsou úplné anebo zcela chybí; někdy jsou jen v jazyce přepravce [4].

řidiče. V odborné literatuře lze dnes najít spoustu modelů, např. v práci [13] lze nalézt jednoduchý model příčin dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek, obr. 3. Protože při přepravě se chemické látky chovají pouze takovým způsobem, který odpovídá jejich přirozenosti [1], je třeba každou dopravní nehodu s přítomností nebezpečné látky z pohledu zajištění bezpečnosti sledovat dle procesního modelu, který je na obr. 4. HAZAMAT accidents 350 300

293 274

250

Instance

aux transports internationaux ferroviaires), přijaté v Bernu dne 9. května 1980, se používají Řád pro mezinárodní železniční přepravu nebezpečného zboží (RID z francouzského Règlement concernant le transport international ferroviaire de marchandises) a Jednotné právní předpisy pro smlouvu o mezinárodní železniční přepravě zboží (CIM z francouzského Convention internationale concernant le transport des marchandises par chemin de fer), které upravuje mezinárodní vyhláška UIC z francouzského Union Internationale des Chemins de fer (471-1 VE) a u silniční přepravy o mezinárodní dohodu ADR (Evropská dohoda o mezinárodní silniční přepravě nebezpečných věcí z francouzského Accord europeén reletif au transport international des marchandises dangereuses par route) [1, 2].

200

193

150

116

122

82

100 51

56

1993

1991

49

71

50 0 1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

Years

Obr. 2 Roční počet dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek v Maďarsku [7]

Při řízení bezpečnosti si v daných souvislostech je nutno uvědomit, že průmysl a ekonomiky zemí závisí na nebezpečných látkách, které jsou přepravovány od dodavatelů k uživatelům i do úložišť odpadů. Dle světové silniční asociace PIARC [5], která je v činnosti od r. 1909 a dnes sdružuje přes 140 zemí, přeprava nebezpečných látek tvoří v zemích EU 5 - 8 % celkového objemu přepravy. PIARC eviduje dopravní nehody na pozemních komunikacích s přítomností nebezpečných látek od 30. let minulého století a od 70. let se pozoruje jejich strmý nárůst, obr. 1. Při nehodách na pozemních komunikacích jsou ohroženi lidé, majetek a životní prostředí, kteří jsou v okolí komunikací. Např. podrobné šetření v Maďarsku [7], obr. 2, ukazuje velmi strmý nárůst na přelomu tisíciletí. Strmý nárůst dopravních nehod s přítomností nebezpečné látky v posledním období je pozorován jak na silnicích, tak na železnicích v mnoha zemích [8 - 11]. (43,14 %) 833

800

Obr. 3 Příčiny dopravních nehod [13]

700

(25,43 %) 549

600 500 400

(12,69 %) 245

(11,55 %) 223

300

>

20

00

0 -2

00

0 19

91

-1

99

0 81 19

19

71

-1

98

0 97 -1 61

51

-1

96

0 95 -1 41 19

19

31

-1

94

0

0

(2,49 %) 48

(1,04 %) 20

0

(0,62 %) 12

(0,06%) 1

100

19

200

19

Number of accidents

900

Decades

Obr. 1 Počet dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek [6] Na základě údajů v odborné literatuře k dopravním nehodám s přítomností nebezpečných látek dochází při přepravě na silnicích, železnicích, řekách, mořích i oceánech a ve vzduchu. Na základě šetření inspekcí k nim dochází i tehdy, když řidiči dodržují předpisy. Na základě šetření v USA a UK z r. 1985 [12] příčiny dopravních nehod na silnicích jsou rozděleny následujícím způsobem: 57 % lidský faktor řidiče; 27 % kombinace faktoru silnice a faktoru řidiče; 6 % kombinace faktoru vozidla a faktoru řidiče; 3 % faktor silnice; 3 % kombinace faktorů silnice, řidiče a vozidla; 2 % faktor vozidla; a 1 % kombinace faktoru silnice a vozidla. Ke vzniku nehody přispívají design vozidla, rychlost provozu, design vozovky, prostředí kolem vozovky, dovednost a defekty v chování 206

Data a metody použité při výzkumu Ministerstvo dopravy ČR od r. 2001 uvádí statistiky dopravních nehod na webových stránkách [15]. Nesleduje však speciálně dopravní nehody s přítomností nebezpečných látek, proto prvním krokem výzkumu zaměřeného na předmětné dopravní nehody je sestavení databáze dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek. První výsledky založené na klasických statistických metodách jsou získány pro: - silnice na základě údajů o dopravních nehodách s přítomností nebezpečných látek získaných od Policie ČR [16]. Databáze dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek je průběžně doplňována o další data, protože kritickou analýzou dalších zdrojů (zprávy o dopravních nehodách zpracované Hasičským záchranným sborem, údaje z obecních úřadů či informace z médií) bylo zjištěno, že použitá databáze není homogenní, - železnice na základě údajů získaných z dopravního informačního systému [17]. I tato databáze dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek je průběžně doplňována o další data získaná přímo od přepravců.



Dopravní nehoda cisterny

Nebezpeþná látka NE Nebezpeþí není

Výbuch

Nebezpeþná látka ANO

Požár

Únik

Výbuch, Požár Únik

Výbuch, Požár

Výbuch, Únik

Požár, Únik

Záchranné a likvidaþní práce Zabezpeþovací práce NE Kontaminace životního prostĜedí NE

Zabezpeþovací práce ANO Kontaminace životního prostĜedí ANO

OBNOVA území

Obr. 4 Procesní model sestavený pro potřeby plánování činností spojených s dopravní nehodou s přítomností nebezpečných látek [14] Prvotní analýzy dopravních nehod i výsledné syntézy byly provedeny s použitím běžných metod matematické statistiky. Statistika dopravních nehod na silnicích Zjištěné dopravní nehody s přítomností nebezpečných látek na českých silnicích ukazují, že se přepravují nejrůznější chemické látky: pohonné hmoty, vysoce hořlavé látky, kyselina dusičná, kyselina sírová, kyselina mléčná, kyselina fosforečná, dusičnany, fosforečnany zinku, manganu a niklu, hydroxid draselný, styrén, kapalný chlór, plynný argon, formaldehyd, asfalt, vápno, práškové PVC aj. [18]. Celkem jsou desítky dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek ročně, když započítáme provozní kapaliny (oleje, nafta, benzín), tak tisíce. Vyčíslené škody na majetku spojené se znehodnocením nebezpečné látky chápané jako zboží s nimi spojené dosahují stovky miliónů. Další náklady souvisí s odezvou (často je nutno nebezpečnou látku přečerpat, což vyžaduje speciální zařízení a technologie), úklidem, obnovou komunikace a s přerušením dodavatelských řetězců a zastavením osobní dopravy. Předmětné dopravní nehody jsou doprovázeny lehčími či těžšími zraněními osob i úmrtími, škodami na komunikacích a majetku v okolí silnic i škodami na životním prostředí. Na základě zdroje [8] byly sestaveny dvě četnostní závislosti pro dopravní nehody s přítomností nebezpečných látek na silnicích, obr. 5 a 6.

i pozdější kraj Zlínský a Vysočina), Severočeský (zahrnuje i pozdější kraj Ústecký a Liberecký) a Severomoravský (zahrnuje i pozdější kraj Olomoucký a Moravskoslezský). Danému rozložení odpovídá i umístění závodů vyrábějících, či zpracovávajících chemické látky, které s výjimkou Pardubic a Sokolova leží ve Středočeském kraji, včetně Prahy (Spolana Neratovice, Synthos Kralupy nad Vltavou, Kaučuk Kralupy nad Vltavou, Česká rafinérská Kralupy nad Vltavou, Paramo Kolín, Lučební závody Draslovka v Kolíně, Zentiva Praha, Dermacol Praha, Chemie mycích a čisticích prostředků v Rakovníku), Severočeském kraji (Lovochema Lovosice, Spolchemie Ústí nad Labem, Setuza Ústí nad Labem, Chemopharma Ústí nad Labem, Česká rafinérská Litvínov, Plastimat Liberec), Jihomoravském kraji (Fosfa Břeclav, Gumotex Břeclav, Barum Otrokovice, Fatra Napajedla, Technoplast Chropyně, Gumárny Zubří) a Severomoravském kraji (Deza Valašské Meziříčí, Precheza Přerov, BorsdoChem MCHZ Ostrava, Galena Opava, Advanced Plastics Vrbno pod Pradědem). První údaj je potěšující. Druhý údaj může být částečně i v souladu se zjištěním z počátku 90. let [4], kdy jako hlavní zdroj dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek byla odhalena doprava z Malé Asie a Balkánu směrem na Rotterdam, tj. na největší evropský přístav, ve kterém se překládají nebezpečné látky na zaoceánské lodi. Uvedený údaj je svým způsobem varující, protože již vyhodnocení dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek v citované zprávě, provedené na přelomu let 1992 a 1993 navrhovalo nutnost opatření, především zpracování a přijetí dobré legislativy pro předmětnou oblast, aby se ochránily životy a zdraví lidí i životní prostředí v ČR.

Obr. 6 Četnostní rozložení dopravních nehod s přítomností nebezpečné látky pro léta 2007 - 2010 rozlišené dle měsíců Z údajů na obr. 6 je zřejmý sezónní trend ve výskytu dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek, tj. nejnižší je v zimních měsících leden a únor, pozvolna narůstá v březnu, nejvyšších hodnot dosahuje v květnu až v červenci, ale též v říjnu, s poklesem v listopadu a v prosinci. Statistika dopravních nehod na železnicích

Obr. 5 Četnostní rozložení dopravních nehod s přítomností nebezpečné látky na silnici pro léta 2007 - 2010 rozlišené dle krajů Z obr. 5 vyplývá: klesající trend celkového počtu dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek na území ČR v letech 2007 - 2010; a počet dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek závisí na rozmístění hlavních dopravních tepen - nejvíce dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek připadá v daných letech na Středočeský kraj, Jihomoravský (zahrnuje Ostrava 4. - 5. září 2013

Zjištěné dopravní nehody s přítomností nebezpečných látek na českých železnicích ukazují, že se přepravují nejrůznější chemické látky: hořlavé tuhé látky, samozápalné látky, žíravé látky, jedovaté látky a jiné nebezpečné látky a předměty. Četnostní rozložení dopravních nehod na železnici s přítomností nebezpečné látky pro léta 1996 - 2010 je na obr. 7. Pozorujeme, že nejvíce nehod na železnici s přítomností nebezpečných látek bylo v roce 1997; jejich počet přesáhl hodnotu 700. V období 1998 - 2004 roční počet dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek rostl. V letech 2006 - 2010 nastal pokles ročního počtu dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek a v letech 2009 a 2010 se dostal pod hodnotu 100, což však může být důsledek poklesu průmyslové výroby, se kterou je přeprava nebezpečných látek přirozeně spojena; druhým důvodem může být i přesun přepravy z železnice na silnici.

207


lze dobře identifikovat případy, kdy nebezpečnou látkou byly pohonné hmoty. Pro stanovení rizik i dopadů dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek na chráněná veřejná aktiva [14] je třeba znát přítomnou chemickou látku, její množství a vlastnosti. Totéž je nutné pro stanovení opatření a činností zaměřených na ochranu veřejných aktiv. Po získání kvalifikovaného datového souboru budou: určena kritická místa, tj. místa s častým výskytem dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek; stanoveny příčiny jejich kritičnosti; a typické scénáře dopadů v závislosti na typu přítomné chemické látky. Poděkování Autoři děkují ČVUT v Praze za grant SGS13/158/OHK2/2T/16, v jehož rámci je práce zpracována. Obr. 7 Četnostní rozložení dopravních nehod s přítomností nebezpečné látky pro léta 1996 - 2010 Obr. 8 ukazuje četnostní rozložení dopravních nehod s přítomností nebezpečné látky pro léta 1996 - 2010 rozlišené dle měsíců a dle kategorií látek (hořlavé, tuhé hořlavé a samozápalné, jedovaté, žíravé, jiné). Z citovaného obrázku je zřejmé, že nejvíce dopravních nehod bylo s přítomnosti hořlavých látek, které dle shromážděné dokumentace tvořily převážně pohonné hmoty. Na druhém místě se umístily dopravní nehody s přítomností žíravých látek, což je velmi nebezpečné, protože předmětné látky při úniku do životního prostředí představují velké nebezpečí pro povrchovou i podzemní vodu a kanalizační systém. Významné procento zaujímají dopravní nehody s přítomností jedovatých látek, což je nebezpečné jak pro lidi, tak zvířata a celé životní prostředí. Další šetření se zaměří speciálně na jedovaté látky a na výbušné látky a provede simulace možných scénářů dopadů předmětných dopravních nehod v místech, s velkým množstvím aktiv lidského systému s cílem identifikovat místa, ve kterých je nutno provést ochranná opatření v zájmu bezpečí a dalšího rozvoje lidí.

Literatura [1]

Procházková, D. et al.: Nebezpečné chemické látky a chemické přípravky a průmyslové nehody. Praha: PA ČR, 2008, 420p., ISBN 978-80-7251-275-1.

[2]

Sbírka zákonů České republiky.

[3]

Brázda, J.: Fenomén silniční dopravní nehody. Praha: POLICE HISTORY, 2008, 116p. ISBN 978-80-86477-44-2.

[4]

Procházková, D.: Závěry šetření přepravy nebezpečných látek na hlavních silnicích v ČR a dopravních nehod s přítomností nebezpečných látek v letech 1991 - 1992. Zpráva pro Ministerstvo státní kontroly České republiky, Praha: MSK ČR, 1993, 126p.

[5]

Www.piarc.org.

[6]

Http://piarc.transportation.org.

[7]

Komjáthy, L.; Grósz, Z.: Road Transportation of Hazardous Materials. AARMS, 4 (2005), No 1, 31-36.

[8]

Davies, P.A.; Lees, F.P.: The Assessment of Major Hazards: The RoadTransport Environment for Conveyance of Hazardous Materials in Great Britain. J. Haz. Mat., 32 (1992), 41-79.

[9]

Evans, A.W.: A Statistical Analysis of Fatal Collisions and Derailments of Passenger Trains on British Railways: 1967 1996. Proc. Inst. Mech. Eng., 211 Part F (1997).

[10] Fett, H.J.; Lange, P.: Frequency of Railway Accidents in the German Federal Railways. Proc. Inst. Mech. Eng., 200 (1992).

Obr. 8 Četnostní rozložení dopravních nehod s přítomností nebezpečné látky pro léta 1996 - 2010 rozlišené dle měsíců a dle kategorií látek (hořlavé, tuhé hořlavé a samozápalné, jedovaté, žíravé, jiné) Závěr Zahájený systematický výzkum pokračuje v několika směrech. Prvním rozpracovaným směrem je tvorba a homogenizace databáze pro delší časový úsek; zde je třeba propojovat rozdílné datové zdroje, které byly sestaveny pro různé cíle, různá období a různými subjekty; rozdílnost působí problémy při identifikaci jednotlivých jevů. Druhým rozpracovaným směrem jsou probíhající specifická šetření zaměřená na zjištění typu nebezpečné látky, která doprovázela jednotlivé dopravní nehody. Je skutečností, že v dostupných datových zdrojích nejsou systematicky uváděny ani UN kódy, ani Kemlerovy kódy [1], dle nichž lze každou látku identifikovat; v některých dostupných datových zdrojích

208

[11] Yang, J.; Li, F.; Zhou, J.; Zhang, L.; Huang, L.; Bi, J.: A Survey on Hazardous Materials Accidents during Road Transport in China from 2000 to 2008. State Key Laboratory of Pollution Control & Resources Reuse, School of the Environment, Nanjing University, Nanjing 210093, China. [12] Lum, H.; Reagan, J.A.: Interactive Highway Safety Design Design Model: accident Predictive Module. Public Roads Magazine. http://www.fhwa.dot. gov/publications/ publicroads/95winter/p95wi14.cfm. [13] Canadian Centre for Occupational Health and Safety. www. ccohs.ca. [14] Procházková, D.: Strategické řízení bezpečnosti území a organizace. Praha: ČVUT, 2011, 483p. ISBN 978-80-0104844-3. [15] Www.mdcr.cz. [16] PČR: Databáze dopravních nehod. Rukopis. [17] Ministerstvo dopravy ČR: Dopravní informační systém. http://cep.mdcr.cz. [18] Www.google.cz.



Model pro řízení bezpečnosti dodavatelských řetězců Model for Supply Chains´ Safety Management doc. RNDr. Dana Procházková, DrSc. ČVUT v Praze, Fakulta dopravní Konviktská 20, 110 00 Praha 1 [email protected] Abstrakt Bezpečná komunita je v současné době globalizace velmi závislá na úrovni bezpečnosti dodavatelských řetězců zajišťujících obslužnost území základními komoditami nutnými pro život lidí. Řada událostí v posledních letech spojených s dodavatelskými řetězci ukázala jejich velkou důležitost v době, kdy princip JUST in TIME v procesním řízení firem je běžný. Např. nedávné přerušení dodávek ropy do střední a západní Evropy z důvodů neshod mezi Ukrajinou a Ruskou Federací odhalilo vysokou zranitelnost postižených států na dané komoditě a vedlo k otevření nového problému, který musí EU řešit v rámci svého bezpečí a rozvoje. Dodavatelské řetězce představují vícestupňové provázané systémy, u kterých mezi jednotlivými stupni v obou směrech proudí materiálové, finanční, informační a rozhodovací toky. Proto patří mezi velké systémy systémů. Článek prezentuje model pro řízení bezpečnosti dodavatelských řetězců založený na uvedené skutečnosti. Klíčová slova Dodavatelský řetězec; obslužnost území; bezpečí; bezpečnost; model pro řízení bezpečnosti. Abstract The safe community is now at time of globalisation very dependent on a safety level of supply chains ensuring the territory serviceability by basic commodities necessary for humans´ live. Series of events from recent years connected with supply chains show their high importance in the period when the JUST IN TIME principle in firms´ process management is a normal practice. E.g. the recent oil supply interruption to Central and Western Europe as a consequence of discrepancies between the Ukraine and the Russian Federation revealed the high vulnerability of afflicted countries on the given commodity and it let to opening the new problem that the EU is forced to solve for its security and development. The supply chains represent multistage interdependent systems, at which among individual levels the material, finance, information and decision flows circulate in both directions. Therefore, they belong among big complex systems, the type of which is a systems system. The paper presents the model for supply chains´ safety management based on this reality. Key words Supply chain; provision of territory services; security; safety; model for safety management. Úvod Pro zajištění bezpečí a rozvoje lidí je nutný bezpečný lidský systém [1 - 3]. Zajistit bezpečný lidský systém není jednoduché, protože lidský systém je systém systémů [4], tj. systém řady vzájemně propojených systémů. V důsledku propojení vznikají vzájemné závislosti, které jsou typu fyzického, kybernetického, územního a organizačního [4 - 6]. Zmíněné vzájemné závislosti jsou zdrojem dalších zranitelností lidského systémů, které zvyšují integrální riziko předmětného systému tím, že rostou průřezová rizika systému systémů [4 - 6]. V důsledku rostoucí globalizace tak nabývají na síle nové zdroje pohrom, tj. selhání kritické Ostrava 4. - 5. září 2013

infrastruktury a selhání dodavatelských řetězců. Předložený článek se zabývá problematikou dodavatelských řetězců v nejširším pojetí, tj. nejen z hlediska dodavatelského řetězce, tj. z hlediska jeho struktury a kooperace jednotlivých částí, ale i z hlediska jejich dopadů a přínosů pro okolí, tj. pro veřejná aktiva i stát. Tím se odlišuje od běžných prací z předmětné oblasti a je skutečností, že jeho pojetí zahrnuje ochranu obyvatelstva. Z důvodů naplnění cílů lidí, které lze realizovat jen tehdy, když lidské komunity jsou v bezpečném okolí, je předmětem předložené práce bezpečnost dodavatelských řetězců, která zajišťuje bezpečné dodavatelské řetězce, které neohrožují své okolí, tj. ostatní systémy, s nimiž jsou vzájemně provázané nebo je ovlivňují. Výsledkem studia je pomocí metodiky zpracované v rámci projektu FOCUS [7 - 9] vytvoření modelu řízení bezpečnosti dodavatelských řetězců. Dodavatelský řetězec Dodavatelské řetězce se skládají z dodavatelů, výrobců, distributorů, prodejců a zákazníků. Představují vícestupňové systémy, u kterých mezi jednotlivými stupni v obou směrech proudí materiálové, finanční, informační a rozhodovací toky. Materiálové toky zahrnují toky surovin, meziproduktů a hotových produktů směrem od dodavatele k zákazníkům. Opačně orientované jsou toky produktů určených k opravě, recyklaci nebo likvidaci. Finanční toky zahrnují různé druhy plateb, úvěry, toky vyplývající z vlastnických vztahů atd. Informační toky propojují systém informacemi o objednávkách, dodávkách, plánech apod. Rozhodovací toky jsou posloupnosti rozhodnutí účastníků ovlivňujících celkovou výkonnost řetězce. Finální dodavatel a všichni jeho poddodavatelé, kteří se podílí na kompletaci a plnění dodávky podle smlouvy mezi finálním dodavatelem a objednatelem dodávky, musí spolupracovat. Dodavatelský řetězec může obsahovat více kooperačních stupňů a vztahuje se vždy k plnění jedné dodávky. Vzájemné vztahy mezi jednotlivými kooperačními stupni jsou založeny na smluvním základě [10]. Z metodického pohledu je každý dodavatelský řetězec systém systémů [4, 5]. V inženýrských disciplínách zaměřených na riziko v současné době používáme dvě disciplíny [5], které u dodavatelských řetězců dělíme na soubor disciplín, jejichž cílem je zajistit: - bezpečí dodavatelského řetězce, tj. bezpečí systému bez ohledu na okolí (řízení bezpečí - systémová bezpečnost = security management), - bezpečnost dodavatelského řetězce, tj. bezpečí a rozvoj jak dodavatelského řetězce, tak jeho okolí. Řada odborných prací se věnuje zajištění cíle prvního, který se rozvíjí v inženýrských disciplínách od počátku 80. let [5]. Cíl druhý je náročnější na chápání a na metody inženýrských disciplín. Rozvíjí se sice od poloviny 80. let, ale z důvodu velkých nároků na: data (data o systému, data o okolí systému, data o vazbách a tocích mezi systémem a okolím); pochopení problémů a jejich souvislostí v případě otevřeného systému systémů; metody strukturování, analýzy a řešení problémů, se zatím uplatňuje jen v jaderných technologiích a v kosmonautice [5], a to přesto, že řeší propojení cílů lidí v oblastech sociální, environmentální a technologické [3]. Bezpečný dodavatelský řetězec Bezpečný dodavatelský řetězec chápeme v souladu s výše uvedenými přístupy k chápání bezpečí a bezpečnosti (viz výše zmíněné dva koncepty [4, 5]). Na základě prvního konceptu, označovaného jako systémová bezpečnost, jde o zajištění bezpečí dodavatelského řetězce bez ohledu na okolí; dle druhého konceptu, označovaného jako forenzní bezpečnost, jde o zajištění jak bezpečí 209


dodavatelského řetězce, tak bezpečí okolí dodavatelského řetězce. V druhém případě u dodavatelského řetězce vypořádáváme též riziko spojené s použitím zboží jako zbraně [10]. Na základě analýzy odborné literatury spojené s opatřeními a činnostmi zaměřenými na dodavatelské řetězce je především v praxi použit koncept jednodušší, ve kterém jde o bezpečí dodavatelského řetězce a nejsou sledovány dopady řetězce na okolí. Např. podle [11] platí, že řízení bezpečí dodavatelského řetězce zahrnuje všechny procesy, technologie a zdroje, které jsou systematicky využívané v boji proti kriminalitě zaměřené na dodavatelské řetězce. Primárním cílem každého opatření buď prevence a detekce kriminality nebo zotavení ze způsobených škod v nejkratším možném čase. V citované publikaci se doslovně uvádí „Řízení bezpečí dodavatelského řetězce pokrývá všechny procesy, technologie a zdroje a využívá je systematickým způsobem v boji proti kriminalitě. Základním cílem každého opatření řízení je buď prevence a detekce kriminality nebo zotavení po kriminálním útoku v nejkratším možném čase. Jednotlivá opatření řízení bezpečí dodavatelského řetězce spadají do jedné z dále uvedených pěti kategorií: cargo; obslužnost; lidské zdroje; informační technologie; a systémy řízení. Typická kriminalita spojená s dodavatelskými řetězci zahrnuje: krádeže; pašování; padělání a falšování; sabotáže; vydírání s cílem získat finance; terorismus zaměření na zničení; a libovolný typ podvodu a korupce. Předmětná definice ukazuje, že jde především o boj proti kriminalitě. Platné právní předpisy určují rozhraní mezi legálními a nelegálními činnostmi a kriminalizují nežádoucí činnosti, kterými jsou: krádeže; pašování; padělání a sabotáže. Posilují legitimitu privátních a veřejných dodavatelských řetězců, a tím chrání jejich aktiva, zaměstnance a reputaci před množstvím ilegálních činností spojených s dodavatelskými řetězci. To znamená, že řízení bezpečí používá procesy, technologie a zdroje zacílené na boj s kriminalitou. Prevence, taktika a strategie boje proti kriminalitě musí být v souladu se zákony, konvencemi a úmluvami mezi státy. Používané pojmy a jejich vymezení Na základě prací [3 - 5, 9, 10] lze uvést základní definice: 1. Dodavatelský řetězec je vícestupňový systém, u kterého mezi jednotlivými stupni v obou směrech proudí materiálové, finanční, informační a rozhodovací toky, které jsou složené z dodavatelů, výrobců, distributorů, prodejců a zákazníků. Materiálové toky zahrnují toky surovin, meziproduktů a hotových produktů směrem od dodavatele k zákazníkům. Opačně orientované jsou toky produktů určených k opravě, recyklaci nebo likvidaci. Finanční toky zahrnují různé druhy plateb, úvěry, toky vyplývající z vlastnických vztahů atd. Informační toky propojují systém informacemi o objednávkách, dodávkách, plánech apod. Rozhodovací toky jsou posloupnosti rozhodnutí účastníků ovlivňujících celkovou výkonnost řetězce. Finální dodavatel a všichni jeho poddodavatelé, kteří se podílí na kompletaci a plnění dodávky podle smlouvy mezi finálním dodavatelem a objednatelem dodávky. Dodavatelský řetězec může obsahovat více kooperačních stupňů a vztahuje se vždy k plnění jedné dodávky. Vzájemné vztahy mezi jednotlivými kooperačními stupni jsou založeny na smluvním základě. Dodavatelský řetězec zahrnuje veškeré dopravní a s dopravou související činnosti a postupy, výrobním provozem počínaje a místem určení nákladu konče. 2. Pohromy pro dodavatelské řetězce jsou jevy, které působí škody a ztráty dodavatelskému řetězci. Patří mezi ně jevy zahrnuté do kategorie „All Hazard Approach“ [12] i jevy specifické pro dodavatelský řetězec,tj. jevy, které jsou spojené s lidmi a jejich chováním a které poškozují jak prosperitu aktérů dodavatelského řetězce, tak plnění úkolů, ke kterým byly dodavatelské řetězce zřízeny (nedostatečná koordinace činností, selhání outsourcovaných neboli externě zajištěných činností, úmyslné útoky apod.). 210

3. Zranitelnost dodavatelského řetězce je náchylnost dodavatelského řetězce (jeho chráněných aktiv) ke vzniku škody. 4. Odolnost dodavatelského řetězce je schopnost dodavatelského řetězce zvládnout dopady konkrétní pohromy. 5. Riziko dodavatelského řetězce je pravděpodobná velikost škod odpovídající velikosti projektové pohromy rozpočtená na zvolenou jednotku času a na základní skupiny účastníků dodavatelského řetězce. 6. Bezpečí dodavatelského řetězce je stav, při kterém vznik újmy na chráněných aktivech dodavatelského řetězce má přijatelnou pravděpodobnost (tj. je téměř jisté, že újma nevznikne). 7. Bezpečnost dodavatelského řetězce je soubor opatření a činností k zajištění bezpečí a udržitelného rozvoje dodavatelského řetězce. 8. Řízení bezpečnosti dodavatelského řetězce je plánování, organizace, alokace zdrojů, lidí a úkolů s cílem dosáhnout požadované úrovně bezpečnosti. 9. Inženýrství bezpečnosti dodavatelského řetězce je soubor inženýrských opatření a činností, kterými se zajistí bezpečnost v daných konkrétních podmínkách. Vymezení dodavatelských řetězců, které jsou předmětem sledování Na základě analýz spojených s bezpečností kritické infrastruktury a historických zkušeností, provedených na základě údajů v odborné literatuře, které jsou v pracích [1, 5, 9] a v publikacích, které jsou v uvedených pracích citovány, je třeba s ohledem na bezpečnost lidského systému sledovat dodavatelské řetězce, které zajišťují: suroviny, materiály a výrobky, které slouží k výrobě energie; elektrickou energii v požadovaném množství a kvalitě; dodávky nafty v požadovaném množství a kvalitě; dodávky zemního plynu v požadovaném množství a kvalitě; dodávky pitné vody v požadovaném množství a kvalitě; dodávky léků v požadovaném množství a kvalitě; dodávky potravin v požadovaném množství a kvalitě; dodávky surovin pro strategický průmysl v požadovaném množství a kvalitě; dodávky ochranných prostředků; dodávky surovin pro základní průmysl pro výrobu předmětů denní potřeby v požadovaném množství a kvalitě; dodávky informací důležitých pro řízení bezpečnosti lidského systému; a odstranění odpadů tak, aby nedošlo ke škodám a ztrátám v lidském systému. Rizika dodavatelského řetězce Bezpečnost a riziko nejsou komplementární veličiny, i když spolu jistým způsobem souvisí. V případě každého systému obě veličiny závisí na procesech, dějích a jevech, které probíhají v daném systému a v jeho okolí. V pokrokovém pojetí soustředění na bezpečnost má vyšší cíle než soustředění na riziko, protože jde jak o zajištění: bezpečí systému, rozvoje systému, existence systému i jeho okolí, a o ko-existenci systémů [4]. V práci [10] byla identifikovány dále uvedené jevy, které představují vysoká rizika pro dodavatelské řetězce: - tradiční pohromy, které poškozují majetek - požáry, přírodní pohromy, výpadky elektrizační soustavy a výpadky zařízení, - sociální pohromy jako krádeže, násilí a terorizmus, - poruchy v řízení lidské společnosti, jakými jsou politická nestabilita, výkyvy v kurzu měn, výpadky dodávek energií a surovin v důsledku politických problémů v zemi dodavatele, - podvodná jednání a důsledky chyb v centrálním plánování v ekonomické oblasti, - výpadky počítačových a telekomunikačních sítí, - požadavky velmi náročných zákazníků (precizní a rychlé dodávky) s ohledem na krátkou životnost některých výrobků,



- požadavky na zajištění komplexní shody u výrobků dle právních předpisů jednotlivých zemí,

dodavatelského řetězce; a korekční opatření a činnosti pro případ závažných odchylek v provozu dodavatelského řetězce,

- výpadky v komunikaci mezi odpovědnými činiteli v základních sektorech dodavatelského řetězce,

- proces 4, který zajišťuje soulad mezi hlavními činnostmi spojenými s komoditami dodavatelského řetězce, tj.: předmět dodávky (jeho výroba, přeprava a distribuce); sledování odchylek v procesu řízení komodity; a řídící smyčky. Jde o zajištění stability procesů, minimalizaci časových skluzů, zajištění kvality a dalších kritických aspektů spojených s provozem,

- možnost použití některého zboží jako zbraně. Metoda tvorby modelu pro řízení bezpečnosti dodavatelského řetězce Z pohledu současného poznání je třeba lapidárně konstatovat, že základem pro řízení bezpečnosti dodavatelských řetězců je především analýza a ocenění rizik spojených se vzájemnými propojeními v sektorech dodavatelských řetězců i v celém dodavatelském řetězci; tj. při identifikaci rizik je třeba použít i průřezová kritéria [4]. Posuzování kritičnosti jednotlivých systémů (sektorů) dodavatelských řetězců i celého dodavatelského řetězce není triviální záležitostí, protože v různých situacích sektory i celek mají různou roli aktivní, reaktivní, kritickou nebo tlumící (ne však aditivní). Např. existence více variant dodání elektřiny do určitého místa snižuje kritičnost energetické infrastruktury, ale zvyšuje náklady apod. Účelem modelu pro řízení bezpečnosti dodavatelského řetězce je zobrazit základní kroky, kterými lze zajistit bezpečí dodavatelského řetězce a jeho okolí a jejich rozvoj. Metoda sestavení modelu vychází ze systémového pojetí dodavatelských řetězců; považuje je za systémy systémů [4], což znamená, že jejich komplexní chování, funkčnost a vývoj závisí jak na množství a vlastnostech dílčích systémů, tak na rozmanitostech jejich propojení, tj. jejich vztahů a toků mezi nimi a také napříč nich. Vztahy a toky jdoucí napříč dílčích systémů jsou původci vnitřních závislostí (tzv. interdependences). Předmětný model je sestaven metodou analogie k existujícím modelům řízení bezpečnosti [3 - 5]. Model pro řízení bezpečnosti dodavatelských řetězců Podle dat a údajů z prací [3 - 5, 9 - 11, 13 - 16] a podle metody popsané v pracích [5, 7] je za předpokladu, že každý dodavatelský řetězec je otevřený systém, tj. zdrojem rizik jsou vnitřní a vnější pohromy i lidský faktor [3 - 5, 12], vytvořen model pro řízení bezpečnosti, který má deset procesů, tj.: - proces 1, který zajišťuje řízení rizik, jejichž zdroje leží uvnitř i vně dodavatelského řetězce a do nichž patří i lidský faktor; tj. sleduje dodavatelský řetězec i parametry prostředí, ve kterém probíhá činnost dodavatelského řetězce. Skládá se z: vyhodnocení očekávané velikosti pohrom; určení pravděpodobnosti výskytu závažných pohrom; posouzení zranitelností dodavatelského řetězce při závažných pohromách; vymezení dopadů závažných pohrom na dodavatelský řetězec. Vytváří základnu pro zajištění bezpečného dodavatelského řetězce, - proces 2, který zajišťuje projektování a plánování opatření a činností na zajištění bezpečí dodavatelského řetězce s uvážením všech významných pohrom [3, 12], tj.: návrh dodavatelského řetězce (struktura řetězce, původ řetězce, přepravní cesty, umístění skladů); zajištění opatření a činností pro zajištění bezpečí dodavatelského řetězce; plán obnovy dodavatelské řetězce po pohromě; plán výcviku personálu provozujícího dodavatelský řetězec; monitoring činnosti dodavatelského řetězce; a korekční opatření a činnosti pro případ závažných odchylek v provozu dodavatelského řetězce, - proces 3, který zajišťuje projektování a plánování opatření a činností na zajištění bezpečného okolí dodavatelského řetězce, tj. bezpečí okolí dodavatelského řetězce okolí, s uvážením všech pohrom [3, 12], tj.: návrh dodavatelského řetězce tak, aby neohrožoval okolí, tj. veřejná aktiva lidského systému; zajištění opatření a činností pro zajištění bezpečí okolí dodavatelského řetězce; plán obnovy okolí dodavatelské řetězce po pohromě způsobeného dodavatelským řetězcem; plán výcviku personálu provozujícího dodavatelský řetězec; monitoring činnosti Ostrava 4. - 5. září 2013

- proces 5, který zajišťuje bezpečná aktiva dodavatelského řetězce, tj. otázky spojené se: zařízeními či službami; vozidly; přepravou; výrobky; a datovými systémy. Jde o zamezení činnosti insiderů, - proces 6, který zajišťuje bezpečné lidské zdroje, tj. otázky spojené s: přijetím zaměstnance; pochopením rysů chování zaměstnance důležitých pro provoz dodavatelského řetězce; výcvikem zaměstnance; sebeovládáním zaměstnance; implementací postupů, které zajistí dobré chování zaměstnance; se stimulací zaměstnance, - proces 7, který zajišťuje dobré obchodní partnery, tj. otázky spojené se: screeningem možných partnerů; certifikací možných partnerů; vytvořením způsobů jednání s partnery s ohledem na jejich chování; monitoringu chování partnerů; a auditů partnerů, - proces 8, který vytváří schopnost překonat dopady extrémních pohrom, které postihnou dodavatelský řetězec, tj. otázky spojené s: kontinuitou podnikání; výcvikem specifické odezvy; šetřením příčin extrémních dopadů; shromážděním důkazů; kompenzacemi za škody; a s vypořádáním se soudy, - proces 9, který zajišťuje narušení kriminálních a nezákonných dodavatelských řetězců, tj. otázky spojené s: vytvořením zázemí pro zrušení (opatření zdrojů, stanovení prostředků, logistika, doprava prostředků, rozmístění prostředků); a s podporou vlád a spotřebitelů, - proces 10, který zajišťuje integrální bezpečnost dodavatelského řetězce, tj. koordinaci všech pilířů, tj. procesů nasměrovaných k zajištění bezpečnosti dodavatelského řetězce (PSM - process safety management). Model pro řízení bezpečnosti dodavatelského řetězce je zobrazen na obr. 1. Základnu tvoří koncept, ve kterém jsou určeny procesy, jež jsou důležité pro bezpečnost celého řetězce. Z obr. 1 je zřejmá zásadní role konceptu, na jehož základě se určí důležité vnitřní a vnější procesy a jevy (pozn.: jev je úkaz, který je výsledkem procesu [4]), za kterým následuje monitoring a posouzení dopadů procesů na dodavatelský řetězec a určení optimálních opatření pro zajištění bezpečnosti dodavatelského řetězce (požadavek na stanovení optimálního řešení pro všechny procesy je zásadní - viz zásady pro řízení bezpečnosti [3, 4] a častá konfliktnost nejvhodnějších opatření pro některé procesy [17]). Jelikož implementace opatření a činnosti vyžadují zdroje, síly a prostředky i čas na realizaci, je třeba dle [3]: - zpracovat program na zvyšování bezpečnosti dodavatelského řetězce, - určit míry pro posuzování úrovně bezpečnosti ve smyslu účinnosti opatření a činností na zajištění bezpečí dodavatelského řetězce a jeho okolí (indikátory), - program naplnit provázanými projekty ve sledovaných oblastech, které obsahují procesy realizující jednotlivá opatření a činnosti. Systém řízení bezpečnosti (tzv. SMS - Safety Management System) organizace, tj. i entity představující dodavatelský řetězec, zahrnuje organizační strukturu, odpovědnosti, praktiky, předpisy, postupy a zdroje pro určování a uplatňování prevence pohrom, které jsou výsledky procesů uvnitř i vně dodavatelského řetězce, či alespoň zmírnění jejich nepřijatelných dopadů. Zpravidla se týká řady otázek, kromě jiného i organizace, pracovníků, identifikace a hodnocení ohrožení a z nich plynoucích rizik, řízení chodu

211


organizace, řízení změn v organizaci, nouzového a krizového plánování, monitorování bezpečnosti, auditů a přezkoumávání. Bezpečí DŘ a jeho okolí Průběžné hodnocení a vypořádávání integrálního rizika a závažných dílčích rizik, a koordinace procesů organizačních, provozních, kontrolních, dokumentačních a komunikačních Rozdělení úkolů zúčastněným Program na zvyšování bezpečnosti

Systém řízení bezpečnosti dodavatelského řetězce se opírá o koncepci prevence pohrom či alespoň jejich závažných dopadů, která zahrnuje povinnost zavést a udržovat systém řízení [3], ve kterém jsou zohledněny dále uvedené problémy: - role a odpovědnosti osob podílejících se na řízení závažných ohrožení na všech organizačních úrovních a na zajištění výcviku, - plány pro systematické identifikování závažných ohrožení od pohrom a z nich plynoucích rizik, která jsou spojena s normálními, abnormálními a kritickými podmínkami, a pro hodnocení jejich pravděpodobnosti a krutosti (velikosti),

Posouzení dopadů procesů a jevů a stanovení optimálních opatření a činností zaměřených na bezpečí DŘ a jeho okolí Monitoring vnitřních a vnějších procesů a jevů 1

2

3

...............

i

...............

nepřinese žádoucí stav, tak se realizuje zpětná vazba 2; poté zpětná vazba 3, a když ani po ní není žádoucí výsledek, tak zpětná vazba 4. V případě výskytu extrémních jevů s katastrofickými dopady se přikračuje okamžitě k realizaci zpětné vazby 4.

- plány a postupy pro zajištění bezpečnosti všech komponent a funkcí, a to včetně údržby objektů, zařízení,

10

Obr. 1 Model řízení bezpečnosti dodavatelského řetězce. DŘ = dodavatelský řetězec; černý blok - specifikace zásadních procesů DŘ; tečkovaná čára -zpětná vazba 1, čerchovaná čára - zpětná vazba 2, čárkovaná čára - zpětná vazba 3, plná čára zpětná vazba 4 Na základě údajů v práci [3] je postup pro vytváření programu na zvyšování bezpečnosti dodavatelského řetězce dále uvedené kroky: 1. Stanovení úkolů (dílčích cílů) a strategických cílů dodavatelského řetězce s ohledem na bezpečnost zacílenou na bezpečí řetězce a jeho okolí. 2. Pro každý úsek, tj. proces, který vytváří dodavatelský řetězec, určit vhodné cílové a průběžné indikátory pro posuzování úrovně bezpečnosti.

- plány na implementaci změn v území, objektech i zařízeních, - plány na identifikaci předvídatelných nouzových situací systematickou analýzou, včetně přípravy, testů a posuzování nouzových plánů pro odezvu na takové nouzové situace, - plány pro probíhající hodnocení souladu s cíli vyjasněnými v koncepci bezpečnosti a SMS a mechanismy pro vyšetřování a provádění korekčních činností v případě selhání s cílem dosáhnout stanovené cíle, - plány na periodické systematické hodnocení koncepce bezpečnosti, účinnosti a vhodnosti SMS a kritéria pro posuzování úrovně bezpečnosti vrcholovým týmem pracovníků. Závěr

4. Sladit standardy, metody dobré praxe a místní postupy.

Model pro řízení bezpečnosti dodavatelských řetězců sestavený na základě současného poznání je procesní model, ve kterém jsou zobrazeny jak jednotlivé elementy procesu řízení bezpečnosti, tak zpětné vazby, kterými lze korigovat případy, kdy nejsou splněny požadavky na bezpečnost.

5. Upravit seznam cílových indikátorů dle podmínek v předmětném dodavatelském řetězci.

Literatura

3. Vytvořit slovník pro potřeby řízení integrální bezpečnosti.

podmínek

[1]

UN: Human development report. New York 1994, www. un.org.

7. Stanovit způsob vyhodnocení cílových indikátorů (tj. hodnotový systém) dle podmínek v předmětném dodavatelském řetězci.

[2]

EU: Safe Community. PASR projects, Brussels 2004.

[3]

Procházková, D.: Strategické řízení bezpečnosti území a organizace. ČVUT, Praha 2011, 483p. ISBN 978-80-0104844-3.

[4]

Procházková, D.: Analýza a řízení rizik. ČVUT, Praha 2011, 405p. ISBN 978-80-01-04841-2.

[5]

Procházková, D.: Bezpečnost kritické infrastruktury. ČVUT, Praha 2012, 318p. ISBN 978-80-01-05103-0.

[6]

Procházková, D.: Critical Infrastructure Safety Management. In Reliability, Risk and Safety. Theory and Applications. ISBN 978-0-415-55509-8, CRC Press/Balkema, Leiden 2009, 1875-1882, CD ROM, ISBN 978-0-203-85975-9.

[7]

Procházková, D.: Identification and Management of Risks of System of Systems. IPSAM & ESRA, Helsinki 2012, 65426551. ISBN 978-1-62276-436-5.

[8]

Procházková, D.: Identification and Management of Risks of System of Systems. International Journal of Computer an Information Technology, ISSN 2279-0764, 2 (2013), No 2, 232-239. http://ijcit.com/current.php.

[9]

Procházková, D.: Základy řízení bezpečnosti kritické infrastruktury. ČVUT, Praha 2013, 228p. ISBN 978-80-0105245-7.

6. Upravit seznam průběžných indikátorů v předmětném dodavatelském řetězci.

dle

8. Stanovit způsob vyhodnocení průběžných indikátorů (tj. hodnotový systém) dle podmínek v předmětném dodavatelském řetězci. 9. Stanovit způsob/stupnici pro měření souboru indikátorů (tj. systém hodnot) a mezní limity dle podmínek v předmětném dodavatelském řetězci. V praxi to znamená, že se pro každý úsek ve vybrané působnosti určí cílové a průběžné indikátory, které mají formu limitů a kontrolních seznamů [3]. K nim jsou v praxi přiřazená kritéria na vyhodnocení a stupnice pomocí nichž se určuje, ve kterých případech je cíle dosaženo a ve kterých ne. Pro vytvoření efektivního systému řízení bezpečnosti (SMS) musíme vzít v úvahu základní zásadu, která tkví v tom, že všichni zúčastnění hrají jisté role při realizaci bezpečnosti a musí je plnit, proto model řízení bezpečnosti obsahuje etapu „přidělení úkolů zúčastněným“. Protože svět se dynamicky mění je třeba průběžně sledovat úroveň bezpečnosti, tj. velikost integrálního rizika, které v sobě obsahuje i průřezová rizika spojená s vnitřními propojeními mezi dílčími systémy, a závažná dílčí rizika dodavatelského řetězce. V případě, že nejsou dodrženy limity a podmínky, je třeba provést změny, jak naznačují zpětné vazby na obrázku. Protože změny vyžadují zdroje, síly a prostředky, tak na základě zajištění hospodárnosti se nejprve realizuje zpětná vazba 1, a teprve, když

212

[10] Procházková, D.; Říha, J.: Vybrané bezpečnostní problémy dodavatelských řetězců. In Požární ochrana 2012. Sborník příspěvků z mezinárodní konference. Ostrava: Sdružení Ostrava 4. - 5. září 2013


požárního a bezpečnostního inženýrství, 2012, 266-269. ISBN 978-80-7385-115-6. [11] Hintsa, J.: Post-2001 Supply Chain Security - Impacts on the Private Sector. Lausanne: HEC University of Lausanne, 2011. http://www.techforesight.ca/Publications/CanadianStrategic SecurityChallenges2015.pdf. [12] FEMA: Guide for All-Hazard Emergency Operations Planning. State and Local Guide (SLG) 101. FEMA, Washinton 1996. [13] ISO: Risk Management Principles and Guidelines. http:// www.iso.org/iso/cataloguedetail?csnumber=43170, November 2011.

[14] ISO 28000: New Suite of ISO Supply Chain Management Standards to Reduce Risks of Terrorism, Piracy and Fraud. http://www.iso.org/iso/pressrelease.htm?refid=Ref1086, 2012. [15] LOGSEC: Development of a Strategic Roadmap Towards a Large Scale Demonstration Project in European Logistics and Supply Chain Security. Project ID: 241676, 2011. [16] TAPA: http://www.tapaemea.com/. [17] Procházková, D.: Metodika pro odhad nákladů na obnovu majetku v územích postižených živelní nebo jinou pohromou. SPBI SPEKTRUM XI Ostrava 2007, ISBN 978-80-8663498-2, 251p.

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Bezpečnost lidského systému EDICE SPBI SPEKTRUM

X.


DANA PROCHÁZKOVÁ

BEZPEýNOST LIDSKÉHO SYSTÉMU

Dana Procházková Bezpečnost v komplexním pojetí je dnes chápána jako soubor opatření pro zachování, ochranu a rozvoj chráněných zájmů, který vytváří základnu pro bezpečí a veškerý rozvoj lidského systému. Cílem předložené knihy je shrnout dosavadní poznání v předmětné oblasti a popsat základní nástroje pro zajištění bezpečí a udržitelného rozvoje lidského systému. Kniha poskytuje teoretickou základnu a východiska také pro krizové řízení, které je chápáno jako integrální součást řízení bezpečnosti lidského systému. Práce se soustřeďuje na popis, utřídění a charakteristiky metod rizikové analýzy, protože jimi se vytváří datová základna pro veškeré úvahy o bezpečí a o udržitelném rozvoji lidského systému. Pro sjednocení pracovních postupů jsou používány obecné/nadřazené definice pojmů..

ISBN 978-80-86634-97-5. Rok vydání 2007.

EDICE SPBI SPEKTRUM

XI.

cena 130 Kč

Metoda pro odhad nákladů na obnovu majetku v územích postižených živelní nebo jinou pohromou Dana Procházková


DANA PROCHÁZKOVÁ

METODIKA PRO ODHAD NÁKLADģ NA OBNOVU MAJETKU V ÚZEMÍCH POSTIŽENÝCH ŽIVELNÍ NEBO JINOU POHROMOU

Základním nástrojem pro vytvoření bezpečného lidského systému je budování integrální bezpečnosti, tj. bezpečnosti, která dbá na všechny důležité aspekty tohoto systému a která zajišťuje bezpečí a udržitelný rozvoj tohoto systému. Předložená publikace obsahuje charakteristiky živelních a jiných pohrom, které se mohou vyskytnout v České republice. Dále obsahuje soubor opatření pro prevenci, zmírnění a odstranění dopadů živelních či jiných pohrom. Pro vytváření přijatelné bezpečnosti navrhuje implementaci programu preventivní ochrany proti dopadům, které vzniknou nebo mohou vzniknout při možných nouzových a krizových situacích. Metodika pro odhad nákladů na obnovu majetku v územích postižených živelní nebo jinou pohromou se skládá z dvanácti provázaných metodik, které tvoří systémový nástroj a jejich aplikace zajišťuje odpovědi na základní otázky, na které veřejná správa potřebuje při rozhodování znát odpovědi. Metodiky jsou postavené na současném světovém odborném poznání a na zkušenostech vyspělých zemí a jsou vytvořené pro podmínky České republiky.

ISBN 978-80-86634-98-2. Rok vydání 2007.

cena 190 Kč

Knihy lze objednat na www.spbi.cz nebo na tel.: 597 322 970 Ostrava 4. - 5. září 2013

213


Zásady ochrany dopravní infrastruktury Principles of Transport Infrastructure Protection doc. RNDr. Dana Procházková, DrSc. ČVUT v Praze, Fakulta dopravní Konviktská 20, 110 00 Praha 1 [email protected] Abstrakt Dopravní infrastruktura je základní infrastrukturou, která tvoří kritickou infrastrukturu v území. Pro zajištění bezpečného území s dostatečným potenciálem udržitelného rozvoje je třeba dbát o udržitelnou dopravní infrastrukturu. Zranitelnost dopravní infrastruktury je míra selhání dopravní infrastruktury (tj. dopravní infrastruktura přestane fungovat nebo bude fungovat nesprávně) v území a čase. Předmětnou míru lze měřit např. normovaným souhrnným (integrálním) rizikem od všech očekávaných pohrom v daném území nebo pravděpodobností výpadků infrastruktury, ke kterým dojde v důsledku očekávaných pohrom, do nichž se zahrnují i vnitřní problémy infrastruktury samotné. Článek uvádí zásady ochrany dopravní infrastruktury získané specifickým šetřením významných položek dopravní infrastruktury chápané jako sociálně-technologický systém. Klíčová slova Ochrana; dopravní infrastruktura; bezpečnost; řízení bezpečnosti.

obslužnost

území;

Abstract The transport infrastructure is a basic infrastructure creating the critical infrastructure in the territory. For ensuring the safe territory with a sufficient potential of sustainable development it is necessary to take care of sustainable transport infrastructure. The transport infrastructure vulnerability is a measure of transport infrastructure failure (i.e. the transport infrastructure terminates function or operates incorrectly) in a territory and time. Such measure it is possible to evaluate by normed total (integral) risk from all expected disasters in a given territory or by occurrence probability of infrastructure cut-offs that might arise as a consequence of expected disasters to which they are included internal problems of infrastructure alone. The paper gives principles of protection of transport infrastructure obtained by special investigation of relevant items of transport infrastructure understand as socio-technological system. Key words Protection; transport infrastructure; territory serviceability; safety; safety management. Úvod Technologie jsou výsledkem lidského intelektu a jejich aplikace v praxi umožňuje lidem rozvoj a přežití nástrah přírody. Využití v praxi je spojeno s jejich rozšířením v území, což se mnohdy děje pomocí infrastruktur. Předmětem práce je přínos technologií, tj. nejsou řešeny otázky zneužití technologií. Infrastruktury byly, jsou a budou veřejným aktivem, protože zajišťují dennodenní potřeby občanů, tj. energii, vodu, jídlo, informace apod. a závisí na nich přežití lidí při kritických situacích. Na základě současného poznání představují složité otevřené systémy v dynamicky proměnném světě, který je ovlivňován jak procesy, které probíhají nezávisle na člověku, tak procesy, které člověk vytváří vědomě či nevědomě svou činností a chováním.

214

U procesů, které se odehrávají nezávisle na vůli a chování člověka, má člověk pouze možnost zmírňovat nepřijatelné dopady na sebe a aktiva, na kterých je závislá jeho existence a kvalita života. Šanci má však jen tehdy, když předmětné procesy důkladně pozná a najde opatření a činnosti, kterými zmírní dopady procesů, které poškozují jeho nebo aktiva, na nichž je závislý. U procesů, které člověk vyvolává svým chováním a činnostmi, má člověk šance vyšší, protože může cíleným chováním a cílenými činnostmi vytvářet jen procesy, které zlepší kvalitu jeho života a zároveň významně nenaruší prostředí, na němž je existenčně závislý, tj. má možnost snižovat nebezpečnost objektů, infrastruktur i procesů. Šanci však má opět jen tehdy, když bude mít znalosti a když znalosti a zkušenosti správně a cíleně využije [1, 2]. Předložená práce je věnována základům řízení bezpečnosti dopravní infrastruktury, která v sobě zahrnuje ochranu dopravní infrastruktury. Zásady jsou odvozeny na základě současného poznání a zkušeností, přičemž veřejný zájem je formulován následovně „cílem řízení bezpečnosti předmětné infrastruktury je, aby občané státu žili v bezpečí a měli prostor pro udržitelný rozvoj, a to za podmínek normálních, abnormálních i kritických“. Zahrnutí abnormálních a kritických podmínek je velmi důležité, protože do základních funkcí státu patří zajištění ochrany obyvatelstva, která je životně důležitá zvláště při kritických situacích. Pro zvládnutí daného úkolu si vyspělé státy cíleně vytvořily třístupňové řízení, jehož stupně mají stejný cíl, avšak s ohledem na podmínky, za kterých jsou aplikovány, využívají různé nástroje, zdroje, síly a prostředky. Třetí stupeň (krizové řízení) má jasný legislativní rámec, technické, materiální a personální zajištění pro dopravní infrastrukturu, protože je určen pro zvládnutí kritických až katastrofických podmínek [1]. Dopravní infrastruktura Bezpečná dopravní infrastruktura je infrastruktura, která zajišťuje požadovanou dopravní obslužnost, tj. je provozně spolehlivá, funkční a neohrožuje sebe, ani okolí, tj. chráněná veřejná aktiva. Představuje systém systémů, který vznikl propojením několika systémů, tj. systém komunikací, systém dopravních prostředků, systém materiálně technické podpory dopravy, systém dopravních pravidel, který je vložen do systému životního prostředí, sociálního systému a systému ostatních infrastruktur. Systém, který vznikl propojením, je dynamický systém, jehož chování je ovlivněno pohromami všeho druhu. Propojení mají povahu fyzickou, kybernetickou, logickou a územní. Proto existují různé typy jejich poruch a selhání, a to: kaskádní a eskalující; a porucha ze stejné příčiny (např. poruchy od jisté živelní pohromy), a provozní stavy: normální, abnormální a kritický. Míra těsnosti jejich vztahů a propojení je: volná; těsná; a složitá. Jejich charakteristiky jsou: časové, územně prostorové, organizační, vlastnické a institucionální. Důsledkem propojení vznikají vzájemné závislosti, které znamenají specifické zranitelnosti a v jejich důsledku porucha či selhání jednoho dílčího systému způsobí poruchu či selhání dílčího systému druhého, což přispívá ke kritičnosti systému systémů v území. Proto na úrovni systému systémů mají zvláštní význam emergentní vlastnosti, mezi které patří bezpečnost, spolehlivost, upotřebitelnost, použitelnost, reprodukce, růst a rozvoj, využívání energie, evoluční adaptace. Od složitého systému se dopravní infrastruktura liší tím, že se skládá z velkého počtu prvků s nelineárními interakcemi a kauzálními smyčkami, ale na rozdíl od něho má části, které mohou fungovat samostatně; tj. dopravní infrastruktura je systém systémů (SoS) [1].



Pro zajištění bezpečnosti zahrnující funkčnost, provozní spolehlivost a stabilitu dopravní infrastruktury se musí znát prahová hodnota - kritičnost, která určuje stav, při kterém systém systémů zaměřený na plnění určitých cílů nezajišťuje očekávané funkce v požadovaném čase, místě a v požadované kvalitě. Pro odhalení slabin systému systémů zaměřeného na plnění určitých cílů se používají metody multikriteriální analýzy: matice kritičnosti (porovnává zranitelnost a důležitost); měkké metody (Soft System Methodology), Strategic Choice Approach, scénáře; či kauzální metody (Causal Loops Analysis) nebo analýza závislostí [3]. Řízení bezpečnosti dopravní infrastruktury Cílem řízení bezpečnosti dopravní infrastruktury ve veřejném zájmu v každém území je zajistit obslužnost území, tj. určitou kvalitu a hierarchii veřejných služeb. Obslužnost území je ovlivněna přímo i nepřímo různými skutečnostmi. Obecně jde o přírodní podmínky, pragmatický historický vývoj osídlení území i o nové aktivity politiky koheze EU. Zranitelnost infrastruktury je míra selhání infrastruktury (tj. infrastruktura přestane fungovat nebo bude fungovat nesprávně) v území a čase. Předmětnou míru lze měřit např. normovaným souhrnným (integrálním) rizikem od všech očekávaných pohrom v daném území nebo pravděpodobností výpadků infrastruktury, ke kterým dojde v důsledku očekávaných pohrom, do nichž se zahrnují i vnitřní problémy infrastruktury samotné. V uvedených souvislostech jsou významné dva faktory, a to důležitost a zranitelnost infrastruktury, z jejichž skórování zjistíme kritičnost infrastruktury [1] (pozn.: čím větší kritičnost infrastruktury, tím náročnější a sofistikovanější opatření a činnosti potřebujeme pro zajištění její bezpečnosti). Důležitost infrastruktury v území lze např. ocenit souhrnným oceněním dopadů selhání infrastruktury, tj. ztrát, škod a újmy na chráněných aktivech, a to veřejných, a v případě soukromých entit i privátních, při zohlednění doby trvání vzniklé nouzové situace, která zahrnuje jak dobu nutnou pro obnovu funkčnosti infrastruktury, kdy vznikají přímé škody i dobu, kdy se vyrovnávají nepřímé škody způsobené kauzálním řetězcem dopadů, vyvolaných selháním infrastruktury v území. Uvedené skutečnosti znamenají, že při všech akcích spojených s dopravní infrastrukturou, tj. i při obnově, musí být zvažována relevantní rizika a při jejich vypořádání veřejný zájem, kterým je bezpečí a rozvoj lidí v daném území. Z hlediska řízení dopravní infrastruktury je třeba u každého kritického prvku infrastruktury znát, zda může být jeho činnost přerušena nebo ne, a když ano, tak na jak dlouho - minuty, hodiny, dny atd. [1]. Ohrožení dopravní infrastruktury Při zvážení přístupu „All Hazard Approach“ [4] a údajů v práci [2, 5] dopravní infrastrukturu ohrožují pohromy, tj, jevy, které jsou výsledky procesů probíhajících: - vně i uvnitř planety Země (živelní pohromy, nemoci rostlin, zvířat, eroze krajiny, rozšiřování pouští (desertifikace), ztekucení podloží, rozšiřování oceánů atd.),

kontaminace ovzduší, vody, půdy i horninového prostředí; rozšiřování pouští v důsledku nepromyšlené regulace vodních toků; pokles diverzity živočišných a rostlinných druhů; neřízená populační exploze lidí; migrace velkých skupin lidí; postupné vyčerpávání neobnovitelných zdrojů; eroze půdy a horninových masívů; a uniformita krajiny, - vytvořených vnitřních závislostí v lidském systému, které jsou: přirozené (např.: napjatost a pohyb desek, koloběhy vody v životním prostředí, koloběhy látek v životním prostředí, koloběhy látek v potravním řetězci člověka, planetární procesy, interakce solárních a galaktických procesů) nebo lidmi vytvořené (např.: řízení lidské společnosti - organizační havárie, toky surovin a výrobků, toky energií, toky peněz, toky informací, migrace lidí). Mezi živelní pohromy patří laviny, horké vlhké letní dny, sucho, protržení hrází, zátopy, tsunami, zemětřesení, sopečné erupce, sesuvy svahů, řícení skal, lesní požáry, vichřice, tornáda, nadměrné dešťové nebo sněhové srážky a výrony plynů ze zemského nitra. Definice pohrom a jejich obecné a specifické vlastnosti jsou shrnuty v pracích [2]. Výčet ukazuje, že pohromy dle procesu, jehož jsou produktem, mají velmi různou fyzikální, chemickou, ekonomickou, biologickou, sociální či kybernetickou aj. povahu/podstatu. Právě tento fakt je rozhodující z hlediska bezpečnosti, protože preventivní opatření musí být zaměřena na povahu pohromy, aby byla účinná. Metoda stanovení prioritních rizik a model ochrany dopravní infrastruktury Pro stanovení rizik dopravní infrastruktury se nejlépe hodí metoda skórování míry zranitelnosti a míry obslužnosti [3]. Přitom je třeba zvažovat položky: doba trvání obnovy infrastruktury; dopad selhání infrastruktury na životy a bezpečí lidí; způsobené újmy a ztráty na veřejných aktivech; dopady na životní prostředí; a vyvolaný nepříznivý zájem [1]. Při zajištění bezpečnosti kritické infrastruktury v území se musí zvažovat mnoho faktorů a mezi základní patří náklady na provoz a údržbu po dobu životnosti, náklady na preventivní údržbu a na nápravná opatření při odezvě a obnově. Pro každou z položek se musí stanovit kritéria pro posouzení fyzických podmínek (respektující vlastnosti kritické infrastruktury i požadavky na fyzickou infrastrukturu), kapacity a poptávky po službách a pro posouzení funkčnosti. Na základě stanovených kritérií se stav položky kvalitativně hodnotí verbální stupnicí obsahující stupně 1 až 5 [6]. Vhodné je použít pětistupňovou stupnici, např.: - stupeň 0: ztráty na infrastruktuře nemají dopad na bezpečí a rozvoj území a jeho veřejných aktiv. - stupeň 1: ztráty na infrastruktuře mají malý dopad na bezpečí a rozvoj území a jeho veřejných aktiv. - stupeň 2: ztráty na infrastruktuře mají střední dopad na bezpečí a rozvoj území a jeho veřejných aktiv. - stupeň 3: ztráty na infrastruktuře mají významný dopad na bezpečí a rozvoj území a jeho veřejných aktiv.

- v lidském těle, v chování lidí a v lidské společnosti, tj. neúmyslné (nemoci, lidské chyby); a úmyslné (např.: neoprávněné přivlastňování majetku, usmrcení lidského jedince, šikana, náboženská a jiná nesnášenlivost, kriminální činy, teroristické útoky, lokální a další ozbrojené konflikty),

- stupeň 4: ztráty na infrastruktuře mají závažný dopad na bezpečí a rozvoj území a jeho veřejných aktiv.

- v infrastrukturách a technologiích instalovaných lidmi (nehody, havárie, selhání infrastruktur, selhání technologií, ztráty obslužnosti apod.),

Při hodnocení rizik dopravní infrastruktury se používají otázky:

- v důsledku interakce planety Země a životního prostředí na činnosti lidí, např.: indukovaná zemětřesení, která člověk vyvolává jistými činnosti, např. stavbou velkých přehrad, těžbou nerostů, přemísťováním hmot po zemském povrchu a v jeho blízkosti apod.; narušení ozónové vrstvy, ke kterému člověk přispívá emisemi freonů; skleníkový efekt, ke kterému člověk přispívá vysokými exhalacemi oxidu uhličitého (CO2); možná i rychlé variace klimatu pozorované v současné době; Ostrava 4. - 5. září 2013

- stupeň 5: ztráty na infrastruktuře mají podstatný dopad na bezpečí a rozvoj území a jeho veřejných aktiv. 1. Jak infrastruktura reaguje na určité typy pohrom? 2. Jak je infrastruktura masivní, odolná a pružná? 3. Jak se chování infrastruktury může zlepšit? 4. Jaké jsou vhodné mechanizmy kontroly? 5. Jaká pravidla se mohou využít pro samoregulaci nebo pro přípustné odchylky? 6. Které části infrastruktury jsou kritické? 215


Odpovědi na uvedené otázky se hledají v dále specifikovaných krocích: 1. Krok 1 - Modelování problémové situace. Správný popis problémové situace podmiňuje úspěšnost řešení. Je důležité znát souvislosti, vztahy a interakce mezi částmi, které se mají analyzovat a hodnotit. Popis kritické infrastruktury má čtyři hierarchické úrovně, které mají dále uvedené funkce: i. Úroveň 1 představuje „Systém systémů“, což je celé hospodářství, nebo mezinárodní společenství (jako EU) nebo soustava veřejné správy. Cílovou funkcí této úrovně je funkční schopnost složitého systému kritické infrastruktury. ii. Úroveň 2 představuje jednotlivé kritické infrastruktury, s nimiž jsou spojeny různé zájmové skupiny (držitelé zájmů - stakeholders). Cílovou funkcí je minimalizace rizika nefunkčnosti jednotlivých kritických infrastruktur. iii.Úroveň 3 je systémovou úrovní. Každá jednotlivá kritická infrastruktura se znázorňuje pomocí systémů. Cílovou funkcí je hodnota pro akcionáře (shareholders). iv.Úroveň 4 je úrovní technických složek a prvků kritické infrastruktury. Cílovou funkcí je technická funkcionalita. Současně se určují složky infrastruktury, mezi něž patří aktivní činitel (například provozovatel/operátor/obsluha), řiditelné faktory (například počítač, sítě, přepínače apod.), kritéria nebo ukazatel naplňování cílů (integrita, bezpečnost, spolehlivost apod.). A mezi těmito složkami jsou tyto vztahy: i. Aktivní činitel řídí a kontroluje řiditelné faktory. ii. Řiditelné faktory ovlivňují chování aktivního činitele. iii.Řiditelné faktory určují ukazatele. iv. Ukazatelé regulují řiditelné faktory. Dopravní infrastruktura však není izolována (vzájemná závislost), proto se specifikují neřiditelné faktory ovlivňující systémy dopravní infrastrukturu a působící na aktivního činitele a řiditelné faktory. Jedná se například o mezinárodní standardy. Na ukazatele však mají také vliv vnější a vnitřní faktory, které určují hodnotu cílové funkce, jež dovoluje aktivnímu činiteli měnit řiditelné faktory, pakliže hodnota cílové funkce leží mimo normální hodnoty. 2. Krok 2 - Analýza příčinnosti. Analyzují se dále uvedené vrstvy dopravní infrastruktury: fyzická vrstva, vrstva regulace a řízení, vrstva organizace a managementu a vrstva strategického řízení správce dopravní infrastruktury. Analyzuje se také vzájemné působení prvků, a prvky se dělí na aktivní (řídící), pasivní (řízené), kritické a vyrovnávací prvky takto: i. Aktivní prvky silně působí na jiné, samy však nejsou ovlivňovány. ii. Pasivní prvky působí slabě na jiné prvky, kdežto samy jsou silně ovlivňovány. iii. Kritické prvky působí na jiné a reagují velmi intenzivně. iv. Prvky, které neovlivňují jiné a ani nereagují s jinými, jsou prvky vyrovnávací. 3. Krok 3 - Návrh scénářů. Scénář se navrhuje následujícím postupem: i. Stanovení časového rámce. ii. Identifikace faktorů ovlivňujících chování dopravní infrastruktury. iii.Volba relevantní oblasti dopravní infrastruktury pro scénář. iv. Návrh základního/výchozího scénáře. v. Návrh alternativních scénářů. vi. Interpretace scénářů.

216

4. Krok 4 - Analýza dopadů. Cílem analýzy dopadů je zvýšení funkční schopnosti dopravní infrastruktury, přičemž se vychází z faktu, že funkční schopnost sice závisí na systémové udržitelnosti a technické provozuschopnosti, avšak zmíněné ukazatelé nejsou přímo řiditelné. 5. Krok 5 - Plánování opatření. 6. Krok 6 - Realizace robustního a adaptabilního řešení. Pro řízení bezpečnosti entity, tj. pro řízení rizik zacílené na bezpečí a rozvoj entity však potřebujeme hodnoty, které mají zcela určitý význam. Protože velikost integrálního rizika spojeného se systémem závisí na celé řadě aspektů (dopady na jednotlivé komponenty, vazby a toky), je třeba mít sestavené hodnotové stupnice, aby se zajistila objektivita hodnocení. To znamená, že výsledky musí být správné (tj. opakovatelné, srovnatelné, ověřitelné a nezávislé na zpracovateli) a validované, tj. mít vypovídací schopnost k cíli řešeného úkolu. Proto pro měření rizika se používají standardní stupnice; uvedeme tři základní stupnice. Vycházíme ze skutečnosti, že splnění požadavků, které zajišťují bezpečnost entity, oceníme buď jednoduchou stupnicí „ano, ne“ nebo klasifikační stupnicí (0 = ne až 5 = výborné splnění) a výsledek měříme procenty (u použití stupnice ano, ne je 100 % rovno případu, že ve všech případech je odpověď, v druhém případě, když ve všech případech je odpověď 5): FEMA - výsledek: 0 - 10 % znamená riziko velmi velké; 11 - 40 % znamená riziko velké; 41 - 60 % znamená riziko střední; 61 - 90 % znamená riziko malé; 91 - 100 % znamená riziko velmi malé, ČSN - výsledek: méně než 5 % znamená riziko katastrofálně vysoké; 5 - 25 % znamená riziko velmi vysoké; 25 - 45 % znamená riziko vysoké; 45 - 70 % znamená riziko střední; 70 - 95 % znamená riziko velmi malé; nad 95 % znamená riziko zanedbatelné, OECD a Světová banka - výsledek: 0 - 4 % znamená riziko téměř jisté; 5 - 10 % znamená riziko vysoce pravděpodobné; 11 - 25 % znamená riziko pravděpodobné; 26 - 74 % znamená riziko je málo pravděpodobné; 75 - 95 % znamená riziko velmi nepravděpodobné; nad 95 % znamená riziko zanedbatelné. Z hlediska úrovně poznání je třeba uvést, že výběr hodnotové stupnice je buď dán konceptem nebo požadavkem na aplikaci jisté normy nebo standardu, které hodnotovou stupnici stanoví. Nejčastěji používané koncepty jsou: ALARP, ALARA a výsledky založené na CBA (Cost-Benefit Analysis) či SCBA (Social Cost-benefit Analysis) [6]. V posledně citované práci jsou další postupy pro ocenění rizika s cílem určit kvalifikovaná opatření a činnosti vedoucí ke snížení zranitelnosti a zvýšení pružné odolnosti dopravní infrastruktury. Rozdělení úkolů spojených s bezpečností dopravní infrastruktury mezi zúčastněné Zajištění bezpečnosti dopravní infrastruktury vyžaduje systematický přístup. Je nutné, aby iniciativy související s uvedeným problémem byly v souladu se začleněním ČR do mezinárodních společenství a aktivit. Proto je vhodné aplikovat následující model: stanovit co a proč je nutné chránit; stanovit minimální úroveň ochrany; posoudit současnou úroveň ochrany; v případě zjištění, že ochrana je nedostatečná navrhnout opatření; zajistit prostředky pro další ochranu a aplikovat opatření pro ochranu; periodicky kontrolovat stav; udržovat ochranu na odpovídající úrovni; a revidovat opatření v závislosti na vývoji. Protože rozdělení kompetencí a odpovědností je zásadní a důležité v každé složitější činnosti lidské společnosti, je si třeba uvědomit, že za dopravní infrastrukturu neodpovídají jen vlastníci a provozovatelé příslušné infrastruktury, ale i veřejná správa a občané. Úkoly vlastníků a provozovatelů dopravních infrastruktur Bezpečnost dopravní infrastruktury z hlediska provozovatele má tři cíle z hlediska veřejného zájmu. Prvním cílem je zajistit provozní spolehlivost (dependability), protože tím zabezpečuje služby dopravní infrastruktury. Druhým cílem je zajistit systémovou Ostrava 4. - 5. září 2013


bezpečnost, tj. ochránit dopravní infrastrukturu před pohromami všeho druhu (vnitřními i vnějšími, a to včetně lidského faktoru). Třetím cílem je zajistit, aby dopravní infrastruktura neohrožovala okolí, tj. ostatní veřejné zájmy. Kvůli složitosti lidského systému i dnešní dopravní infrastruktury k zajištění zmíněných cílů potřebuje provozovatel náročné a sofistikované nástroje, Markovské řetězce, Petriho sítě, DSS pro zajištění stability složitých systémů apod. [3, 5, 6], kterými se provádí simulace chování infrastruktur. Uvedené nástroje vyžadují data i kvalifikované pracovníky, kteří umí kvalifikovaně pracovat s nástroji a daty. Proto z důvodu propojenosti veřejná správa musí pro provozovatele zajišťovat předmětnou vzdělanost, datové soubory o pohromách všeho druhu a výzkum. Kromě znalostní podpory, kterou by měli vlastníci infrastruktur dostávat od veřejné správy, je třeba, aby též přispívali k rozvoji znalostní základny, k tvorbě datových souborů a ke kvalitě výuky na vysokých školách a univerzitách (např. poskytovaly data, aby se studenti mohli naučit řešit praktické problémy). Na základě znalostí a zkušeností z praxe autorka vidí hlavní slabiny v: nedostatečné spolupráci mezi vlastníky dopravních infrastruktur; mezi vlastníky dopravních infrastruktur a veřejnou správou; a v neexistenci koordinace činnosti dopravních infrastruktur náležících do kritické infrastruktury. Každá položka infrastruktur i kritické infrastruktury se skládá z několika odlišných položek, které jsou podstatné pro její funkčnost. Jsou to: kritické liniové stavby, kritické objekty, kritické stroje a zařízení, kritické materiály a kritický personál. Z pohledu základních funkcí státu je třeba určit prvky a vazby, které jsou nutné pro zajištění přežití lidí. Zjištěné položky je pak nutno speciálně ochránit, což vyžaduje finance, materiální zdroje a vzdělaný personál. Protože zdroje jsou všude omezené, ochraňují se jen prioritní položky. Metody výběru priorit jsou obvykle velmi nákladné. V praxi se osvědčila metoda multikriteriálního hodnocení [3, 5, 6] založená na posuzování zranitelnosti jednotlivých prvků systému. Při výběru optimální varianty se dává přednost variantám, které znamenají velkou zranitelnost u jednotlivců a malou zranitelnost u společnosti. Při hodnocení složitých systémů je třeba oklasifikovat poměrně složitý systém vazeb, ve kterém působení jednotlivých faktorů na výsledný efekt nelze kvantifikovat. Celkové hodnocení je proto relativní a může být ovlivněno subjektivním přístupem jednotlivých hodnotitelů. Je proto výhodné, jestliže hodnocení provede několik na sobě nezávislých expertů. Výsledky hodnocení platí pouze pro hodnocený systém a nelze porovnávat výsledky hodnocení různých systémů posuzovaných zvlášť [3, 5, 6]. Položky, které pro zajištění bezpečnosti příslušné dopravní infrastruktury musí zajistit vlastník či provozovatel infrastruktury dle zásad strategického řízení jsou uvedeny v práci [6]. Úkoly veřejné správy na úseku dopravní infrastruktury Selhání životně důležitých infrastruktur naruší obslužnost území a tím i život obyvatel postiženého území, proto předmětné selhání není jen problémem provozovatele infrastruktury, ale i veřejné správy, která plní úkoly státu v oblasti ochrany životů a zdraví lidí. Kromě základní ochrany životů a zdraví lidí je zde skutečnost, že v dnešní společnosti, která je závislá na dobré funkci řady technologií a infrastruktur, je často při odezvě na nouzové situace většího rozsahu nutno provést nejprve činnosti podporující provoz infrastruktur a technologií (např. dodávka elektrického proudu, vody, zajištění dopravní dostupnosti, zvládnutí paniky a chaosu apod.) k zajištění zázemí pro provádění klasických záchranných a likvidačních prací v potřebném rozsahu. Proto veřejná správa musí dbát o kvalitní provoz životně důležitých infrastruktur. Bezpečnost dopravní infrastruktury z hlediska veřejné správy má tři hlavní cíle z hlediska veřejného zájmu. Hlavní cíl je zaměřen na ochranu obyvatel v území, které spravuje, protože dlouhodobější nefunkčnost dopravní infrastruktury dopadá na každodenní život obyvatel, a proto infrastruktury i kritickou infrastrukturu posuzuje z hlediska obslužnosti (serviceability) při poskytování život Ostrava 4. - 5. září 2013

podporujících služeb obyvatelstvu. Druhým cílem je donutit provozovatele dopravních infrastruktur k tomu, aby udělaly taková opatření a činnosti, které zajistí, že dopravní infrastruktury nebudou ohrožovat své okolí, tj. ostatní chráněné veřejné zájmy. Třetím cílem je zajistit kvalifikovaný výzkum možných pohrom s cílem zajistit takové řízení pohrom, které bude znalostně, organizačně, personálně, finančně i materiálně připravené na zvládnutí kritických až extrémních situací tak, aby potenciál přežití lidí, stabilizace situace i dalšího rozvoje byl vysoký. V uvedeném kontextu řízení integrální bezpečnosti, jehož částí je i zajištění bezpečnosti infrastruktur i kritické infrastruktury, znamená především budovat odolné území, vynucovat bezpečné a odolné dopravní infrastruktury, a vytvářet znalostní potenciál a materiálně technickou základnu pro zajištění schopnosti komunity přežít kritické situace. K zajištění výše zmíněných cílů nepotřebuje veřejná správa tak sofistikované nástroje, jako musí používat provozovatel infrastruktur, stačí ji nástroje manažerské, kterými kontroluje a vynucuje: dodržení požadavků legislativy na umísťování, projektování, výstavbu a provozování infrastruktur; kvalitní propojení a vzájemnou spolupráci infrastruktur náležících do kritické infrastruktury za podmínek normálních, abnormálních a kritických; a úroveň organizačního, znalostního, materiálního, technického a finančního potenciálu potřebného pro zvyšování odolnosti (resilience) infrastruktur a kritické infrastruktury a pro zvládnutí kritických situací, a to i těch málo očekávaných. Z pohledu nástrojů rizikového inženýrství ji stačí kontrolní seznamy, které jsou správně sestavené a používají hodnotovou stupnici zohledňující místní specifika [3, 5]. Z pohledu přežití kritických situací je třeba, aby veřejná správa vytvářela mechanismy, podpořené legislativou, kterými se systematicky prověřuje schopnost vlastníků infrastruktur zvládnout kritické situace (dle české legislativy jde o krizovou připravenost). Na základě znalostí a zkušeností z praxe autorka vidí hlavní slabinu v neexistenci koordinace činnosti dopravních infrastruktur náležících do kritické infrastruktury z hlediska ochrany obyvatelstva. Předmětný úkol pochopitelně náleží veřejné správě, která si však v České republice problém a úkol nepřipouští, protože dosud není trestána za neplnění úkolů ve veřejném zájmu. Jelikož veřejná správa nemá potenciál zvládnout nouzové a krizové situace vlastními silami, jsou legislativou zřízeny bezpečnostní složky. Jejich cílem je zabránit pohromám, kterým lze zabránit a zvládnout dopady pohrom, kterým zabránit nelze s dostupnými prostředky, zdroji a silami. Bezpečnostní složky jsou charakterizovány např. v práci [2], jejich činnosti jsou pak vymezeny příslušnými právními předpisy. Bezpečnostní složky České republiky jsou zřízení ústavním zákonem č. 110/1998 Sb., o bezpečnosti České republiky. Patří do nich ozbrojené síly, ozbrojené bezpečnostní sbory, záchranné sbory a havarijní služby a státní orgány, orgány územních samosprávných celků a právnické a fyzické osoby. Rozsah povinností a další podrobnosti stanovují zákony. Úkoly občanů na úseku dopravní infrastruktury Chování lidí za nouzových situací je ovlivněno jejich vnímáním rizik, povahou rizika, způsobem komunikace o riziku v území a způsobem řízením rizika v daných konkrétních podmínkách. Vnímání rizika závisí na tom, jak člověk vyhodnotí ohrožení, kterému může být vystaven. Způsob vnímání rizika řídí rozhodování o přijatelnosti rizika a je zdrojem, který určuje chování člověka před, při a po pohromě. Posouzení rizika lidmi je výsledkem komplexního procesu zvážení jak rysů ohrožení, tak osobní filosofie. Postoj k riziku je dán tím, jak člověk vyhodnotí dopad rizika na život, tj. co považuje za příznivé a co za nepříznivé. Základními rysy postoje k riziku jsou náchylnost k riziku a averze k riziku, tj. opatrnost. Je skutečností, že vysoká náchylnost k riziku může indukovat ohrožení, na druhé straně však činnosti řízení rizik vyžadují určitou náchylnost k riziku, protože lidstvo nemá dostatek financí a dalších zdrojů na eliminaci všech rizik. Postoj k riziku není ani stabilní ani stejný s ohledem na všechny typy ohrožení; 217


tj. některá ohrožení či pohromy jsou vnímány jako horší apod. Uvedená fakta je nutno zvažovat i v případě zajištění spolupráce občanů při velkém výpadku životně důležité infrastruktury. Při přežití za extrémních situací má na jedné straně roli stát a na straně druhé i každý občan. Realizace opatření a činností spadajících do obou rolí musí být koordinované a provázané. Zajištění bezpečnosti dopravní infrastruktury ze strany občanů má z hlediska veřejného zájmu tři cíle. Prvním cílem je vlastní prací pomoci provozovatelům dopravních infrastruktur obnovit bezpečný provoz v nejkratší možné době. Druhým cílem je usměrněním vlastního chování pomoci veřejné správě zorganizovat přežití tíživé situace postižené komunity. Třetím cílem je vytvářet si vlastní schopnost, která umožní jemu i jeho blízkým a sousedům přežít tíživou situaci. V uvedeném kontextu řízení integrální bezpečnosti, jehož částí je i zajištění bezpečnosti dopravních infrastruktur i kritické infrastruktury, znamená především budovat u lidí sociální cítění, odpovědnost, vzájemnost a schopnost přežití. Předmětná fakta ukazují, že výchova lidí správným směrem je vysoce důležitá (je třeba poznamenat, že současné hodnoty lidské společnosti, které oceňují snadné získání peněz a bohatství bez ohledu na veřejný zájem, etiku a lidskou sounáležitost nejsou správným směrem). Filozofie ochrany obyvatelstva proto musí mít požadavek, že každý občan má povinnost postarat se o sebe a svou rodinu, zabezpečit svůj majetek, mít k dispozici základní potraviny a vodu alespoň na 24 hodin. V případech výskytu extrémních pohrom je třeba, aby každý občan v zájmu přežití připustil ztrátu pohodlí, omezení jídla a pití, psychickou a újmu. Zde již hovoříme o přežití. Občan musí být též připraven spolupracovat se záchranným systémem. Na základě občanských opatření používaných v Japonsku, USA, UK, Rusku a Číně pro případ živelních pohrom [7] je metodou analogie sestaven soubor občanských opatření pro případ selhání infrastruktur:

- být vždy zaměřeno na podstatné aspekty, tj. zajišťovat udržitelný a prozíravý rozvoj životně důležitých částí dopravních infrastruktur, což znamená zajištění rovnováhy mezi ekonomikou, životním prostředím a sociální oblastí, a také se soustředit na snižování zranitelnosti a zvyšování odolnosti, - věnovat pozornost tomu, co je nejzranitelnější. Systém odezvy na selhání životně důležitých částí dopravních infrastruktur se musí zaměřit na potřeby a priority. Základní prioritou je ochrana lidí a ochrana kritických zdrojů a systémů, na nichž závisí existence komunity, - podporovat kulturu prevence, - zabránit organizačním haváriím způsobeným špatnou kulturou bezpečnosti, především na úrovni vrcholového managementu (podle ESRIA „odborná komise EU pro řešení problémů kritické infrastruktury“ jde i o nesprávná rozhodnutí managementu, která vedou k nedostatečné údržbě, nedostatečné kvalitě oprav apod.), - mít programy pro prevenci a zajištění připravenosti na zvládnutí selhání životně důležitých částí dopravních infrastruktur, které musí být součástí programu rozvoje území, - respektovat právo občanů na spravedlivou pomoc (asistenční službu) při selhání životně důležitých částí dopravních infrastruktur. Pomoc se musí poskytovat spravedlivě a konzistentně bez ohledu na ekonomické a sociální okolnosti a územní lokalizaci, - zajistit, že občané budou znát nouzové plány a plány odezvy na selhání životně důležitých částí dopravních infrastruktur, a budou vědět, co obsahují, jaká je jejich role a odpovědnost, jak mohou napomoci v prevenci selhání životně důležitých částí dopravních infrastruktur, jak by měli reagovat, a proč, při vzniku selhání životně důležité infrastruktury apod.,

- řídit se pokyny hasičů, policie a orgánů státní správy,

- zajistit odezvu na selhání životně důležitých částí dopravních infrastruktur, která je transparentní i pro občany a je přizpůsobena místním podmínkám,

- věnovat pozornost přesným informacím (zapnout televizi, rádio),

- zajistit legitimitu, udržitelnost, přijatelnost a systémovost odezvy.

- nepodléhat panice a uklidňovat spoluobčany,

Bezpečnost životně důležitých infrastruktur i kritické infrastruktury je věcí státního i privátního sektoru. Dokud se nepodaří najít účinné mechanismy řízení, je nutno používat nástroj spolupráce.

- poskytnout pomoc zraněným a handicapovaným spoluobčanům, - zkontrolovat stav objektu, rozvodů vody, elektřiny a plynu (při kontrole stavu rozvodu plynu nepoužívat otevřeného ohně - nebezpečí požáru). V případě nalezení poruchy uzavřít příslušný hlavní uzávěr, při poruše plynového potrubí otevřít okna, opustit objekt a nahlásit poruchu příslušnému orgánu státní správy, hasičů a do objektu se nevracet, dokud odpovědný orgán neoznačí objekt za bezpečný. V technologických objektech věnovat zvláštní péči místům, ve kterých hrozí nebezpečí výronu nebo vzniku nebezpečných škodlivin, toxických, biologických (bakteriologických), radioaktivních, výbušných a jiných látek ohrožujících životy lidí a životní prostředí,

Literatura [1]

Procházková, D.: Bezpečnost kritické infrastruktury. ČVUT, Praha 2012, 318p. ISBN 978-80-01-05103-0.

[2]

Procházková, D.: Strategické řízení bezpečnosti území a organizace. ČVUT, Praha 2011, 483p. ISBN 978-80-0104844-3.

[3]

- ponechat volné telefonní linky pro zajištění spojení zdravotníků, požárníků, záchranářů apod.,

Procházková, D.: Metody, nástroje a techniky pro rizikové inženýrství. ČVUT, Praha 2011, 369p. ISBN 978-80-0104842-9.

[4]

- v případě nařízené evakuace či přemístění do jiného objektu vzít s sebou pitnou vodu, potraviny, léky, baterku, přenosný rozhlasový přijímač, důležité dokumenty a vhodný oděv,

FEMA: Guide for All-Hazard Emergency Operations Planning. State and Local Guide (SLG) 101. FEMA, Washinton 1996.

[5]

- případná zranění pečlivě ošetřit a přitom dbát o zvýšenou hygienu,

Procházková, D.: Analýza a řízení rizik. ČVUT, Praha 2011, ISBN 978-80-01-04841-2, 405p.

[6]

Procházková, D.: Základy řízení bezpečnosti kritické infrastruktury. ČVUT, Praha 2013, 228p. ISBN 978-80-0105245-7.

[7]

Procházková, D.: Seismické inženýrství na prahu třetího tisíciletí. Edice SPBI SPEKTRUM XII. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 1. vyd. 2007. 25p.+CD-ROM. ISBN 978-80-7385-022-7.

- používat výhradně nezávadnou vodu a nezávadné jídlo. Závěr Z údajů uvedených výše a v práci [6] vyplývá, že řízení bezpečnosti dopravní infrastruktury musí: - být založeno na znalostech o chování složitých systémů v dynamicky proměnném světě,

218



Fires at Transfer Stations of Municipal Waste dr Jasmina Radosavljevic, PhD

1.

Lidija Milosevic

8

Lj. Zivkovic

9

M. Raos N. Zivkovic 7

Emina Mihajlovic University of Nis, Faculty of Occupational Safety Čarnojevića 10 A, Nis, Republic of Serbia [email protected]

10

6

Abstract The transfer station is a place where the municipal waste is transported and temporarily stored for separation or transfer to another place where it is stored, treated or finally disposed. With construction of regional sanitary landfills and waste treatment plants, there is a need for transfer stations which are allowing economical transport of waste on long distances from the site of origin to the destination where it is stored. In the complex of transfer station, during their operation it can occurs fire. In this paper, there are shown the causes of the fire, activity when fire is happened and their impact on the environment.

5 2

Introduction

4

1

Fig.1. Layout plan of a transfer station

Key words Transfer stations, fires, environmental pollution.

3

Causes of Fire and Fire Fighting at the Transfer Stations The main causes of fire in transfer station are:

Transfer stations for a municipal waste are playing an important role in the overall waste management system because they serve as links between the collecting network of local and inter-municipal management of the regional waste landfill.

• self-heating and self-ignition,

Waste transfer stations, except for accepting municipal waste, can be used for acceptance and temporary storage of: old furniture and upholstery; tires; plastic sheeting; useful raw materials (metal, glass, PET, paper, polystyrene-EPS), green waste which is a result of periodic editing of urban green spaces, gardens, orchards and farmland; unused or useless hazardous industrial waste; dehydrated sludge from the treatment of municipal waste water.

• electricity,

If it is with the project provided, in a separate area at the transfer station can be composted: vegetable waste (grass, leaves, branches, straw, paper, sawdust, etc.), not infectious animal waste (slaughterhouse, swill, mixed waste from kitchen, etc.) manure (beef, pork, and poultry); dehydrated non-hazardous sludge from waste water treatment.

• an open flame.

Transfer stations can be used as a temporary storage for: electronic waste, packaged medical waste when it is placed in the special courts for acceptance; packaged hazardous waste if manipulation does not cause adverse effects on humans and objects that are on the transfer station.

• suppression and

Fig. 1 shows one of the solutions for layout plan for one transfer station. With regard to the types of waste that are due to the transfer station, on them can occur a fire. Therefore, during the preparation of the technical documentation for the transfer station it is necessary to design adequate internal roads, establish fire zones, physical and chemical properties of matter represented in the production process, predict the approximate quantity of combustible materials involved in the production process, etc.


Enter/exit vehicle, entering of waste and exiting secondary raw materials 2. Scale 3. Gatekeeper lodge 4. Administration 5. Hall for the reception of bulky waste, that were brought by people 6. Segregation of specific waste streams 7. Plateau for separation of green waste 8. Line for shredding green waste 9. Space for the disposal of construction waste 10. Roll containers for removal of separated materials Transport flows: vehicles for transport of waste vehicles for the transport of raw materials

• heated areas, • chemical reaction, • static electricity, • sparks of mechanical origin, • heat from friction, • natural phenomena (thermal effect of a Sun, atmospheric discharges, earthquakes), In case of fire fighting on transfer stations, there are used some of following methods: • removal of combustible materials from the area affected by fire, • cooling, • anti catalysis. In case of fire fighting on transfer stations there are used: a) Water - To use water as extinguishing fire, it is needed to use a hydrant, sprinkler and drencher installation. Cooling effect is much greater when the water is in the spray form, as droplets, rather than in stream form, because the total contact area between water and materials that burn is higher and cooling with drops is more quickly and efficiently. With water we can extinguish fires class A, i.e. wood, coal, textiles, and other solids where it is necessary to cool source of the fire. b) Foam - Foam has a cooling and suffocating effect. It can not be said what is the main effect because it is interspersed by phase and intensity. Today for extinguishing fire is mainly used air foam. Air foam extinguishes fire types A and B. Especially is suitable for extinguishing flammable liquid and solid substances. 219


Not suitable for extinguishing fires from liquids that can be easily mixed with water, such as alcohols and acetones [3]. c) Powder - ABCD universal powder for extinguishing fires. d) Carbon dioxide for extinguishing fires on electrical installations. In order to named fire extinguishers can be acceptable and could answer their purpose and use, they must replay to certain requirements such as: - to effectively extinguishing fire, which means that with the small amount of a substance extinguishing specified fire, - to be useful for fire fighting for a number of flammable substances, - to be stable for storage and warehousing, - that are harmless to human health and they do not cause material damages, - that are thermo stable, - that they having simple use,

• when working with compressed gas cylinders, must take into account that the bottles are protected from falls, heat or working processes which may cause fire or explosion, • in all facilities smoking is prohibited, except in the specified areas, • works with welding, cutting and soldering in a temporary location and works with the use of open flames, can be performed only with the specific approval of fire protection services, when previously are taken the necessary measures to protect against fire and provide resources for fire extinguishing, • all fire roads, approaches, passes and exits must be properly labeled and free and there should not be stored any material and equipment, • all transport vehicles that are within the transfer station for any reason, have to go on marked paths and must not be parked outside of prescribed and marked places,

- that, preferably, they are not conductors of electricity.

• all electrical installations and devices in the transfer station must be performed according to the applicable standards and regulations. The above mentioned installations and appliances must always be kept in good condition,

The choice of extinguishing substances and their use, depends, for the most part, by:

• material that tends to self-ignition, can be stored only with the specific approval of fire protection services,

- that there are sufficient, - that are cheap and

- content of matter, i.e. the chemical composition of combustible matter, - size and quantity of material that is burning, - size and intensity of fire, - amount of heat and thermal radiation, - area where the fire has formed. Modern Technical Systems for Detection and Fire Fighting Each transfer station should be equipped with: - mobile equipment for fire fighting (hand-portable extinguishers and transporting fire extinguishers), - hydrant network for fire fighting, - an automatic fire alarm systems (eventually some kind of manual fire-alarm system) and

• area of the transfer station must always be maintained so that through him would never spread fire, • all assets and equipment for fire detection and fire fighting must be maintained in good condition and regularly monitored and tested, in the manner and within the terms of the applicable standards and regulations, • all notices and warnings related to fire protection should be set up on visible places. Special precautions for fire protection at transfer stations In addition to these general measures of fire safety, „The regulations on fire protection at transfer stations“ is determining specific preventive measures for fire protection for some units of in working processes at the transfer station, where is an increased risk of fire. Those measures include:

- drencher or sprinkler installation (indoor facilities) for fire fighting.

• overhaul and repairs of the installations can be done only by professionals according to the applicable standards and regulations,

Measures for fire Protection at Transfer Stations

• check of the proper functioning of lightning rod installation, in terms of measuring ground resistance of installation may only be performed by professionals under the applicable standards and regulations,

General Measures for Fire Protection at Transfer Stations In order to eliminate the cause of the fire, to prevent the outbreak and spread of fire, and rescue of people and property affected by fire, it is necessary to define and implement the following general measures of fire protection: • in the transfer station area can be entered combustibles liquids only with the specific approval of fire protection services, • flammable liquids and substances can be stored only in facilities with reservoirs, built for that purpose under the applicable standards and regulations, • none of flammable liquids can be spilled into sewerage system, • oily rags and other combustible materials must be kept in a metal bucket with a lid during the working process and after that time, bucket should be taken out of the building and emptied at a designated place, • bottles with compressed gases can be stored only in buildings constructed for that purpose, according to the applicable standards and regulations, • bottles with compressed gases can be kept in working space just in amount that is sufficient to operate one shift,

220

• all water and sewer installation in transfer stations that serve either for sanitary, fire or other purposes, shall be maintained in good working condition and checked regularly, • in areas such as recycling halls, warehouses, as well as all the other buildings that are endangered by fire are forbidden using of open flame lamps, open flame or any device with an open heating surface, use of tools and equipment that in their work can cause sparks, possession and storage of materials susceptible to self-heating. Pollutants that are Released During Fires in Transfer Stations Fire that occur on the transfer station, are greatly endangering the environment. Possible explosion, smoke and other combustion products are having a great risk to human health and the environment. These fires can be a significant source of emissions of organic pollutants such as PCDD/F (polychlorinated dioxins and furans) and PCBs (polychlorinated biphenyls), PAH (polycyclic aromatic hydrocarbons), OCP (organ chlorine pesticides), heavy metals, which contained in the waste or formed during incomplete combustion. During these fires are formed particles, also carbon Ostrava 4. - 5. září 2013


monoxide, acrolein, etc. Fire on transfer stations can cause serious health risk by forming fine particle size of 10 microns or by forming compounds dioxin and furan that are transported with air [2].

installations, electro installations, hydrant system for adequate fire protection. Fire prevention at transfer stations includes:

In case of fire in the transfer stations which are containing PCB material, it leads to the formation of polychlorinated dibenzodioxin vapor and polychlorinated dibenzofurane, which are extremely toxic substances. PCB is having a high degree of sorption in the land, where the sorption is increasing with increasing of degree of chlorination and with higher amount of coplanar molecules [4].

- implementation of measures that are foreseen by project and fire prevention plan.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) are a group of carcinogenic organic pollutants that are formed from: combustion of municipal solid waste in a fire at the landfill or transfer station, incomplete burned off organic matter, etc. Through the air, they can get into the land, surface and ground water flows. Individual PAH can be lethal in high concentrations and can cause sever damage effects at low concentrations. Partly metabolized and alkalinized PAH can cause genetic defects, developmental abnormalities, carcinogenic tissue changes [2]. Dioxins (PCDD) are including a group of 70 toxic chemical compounds that contain polychlorinated dibenzo-p-dioxins (Polychlorinated dibenzo-p-dioxins-PCDD) and polychlorinated biphenyls (PCB). The largest amounts of dioxins are released by burning plastics at low temperatures. Dioxins are chemically stable and persistent in the environment for a long period of time. In small amounts can cause many diseases: tumors, endocrine diseases, diabetes, skin diseases and adversely affect fertility and brain function (memory) [2]. Conclusion In the design and operation of transfer stations, it should have on mind the security requirements in terms of fire and the possible impact on environmental, if we know that waste can be burned. It is essential that the transfer station is properly dimensioned internal lines of traffic, space for manipulation and disposition of a zone for parking, a properly designed infrastructure, water and wastewater

- development of the project and the rules of fire safety,

Acknowledgements This research is part of the project „Development, realization, optimization and monitoring of a 5kWp grid-connected modular sun-tracking photovoltaic system“ (No. TR-33035) and project “Improvement of the monitoring system and the assessment of a long-term population exposure to pollutant substances in the environment using neural networks“ (No. III-43014). The authors gratefully acknowledge the financial support of the Serbian Ministry for Science for this work. References [1]

Radosavljević, J.: Prostorno planiranje i zaštita životne sredine, FZNR, Niš, 2010.

[2]

Radosavljevic, J.; Djordjevic, A.; Zivkovic, Lj.; Raos, M.: Landfill Fires And Their Impact On The Environment, Požární ochrana 2011, XX. mezinárodní konference, Ostrava, 2011.

[3]

Mihajlović, E.; Mlađan D.; Janković, Ž.: Procesi i sredstva za gašenje požara, Fakultet zaštite na radu u Nišu, Niš, 2009.

[4]

Radosavljevic, J.; Djordjevic, A.: Deponije i deponovanje komunalnog otpada, Fakultet zaštite na radu u Nišu, Niš, 20013.

[5]

Slađana, G.; Skala, D.: Polihlorovani bifenili- osobine, priena i tehnologije razgradnje, Hem. Ind. 54 (2) 53-63, 2000.

[6]

Zakon o zaštiti od požara, Službeni glasnik RS, br. 111/2009 od 29. 12. 2009. godine.

[7]

Www.epa.gov/ncea/pdfs/dioxin/dioxin%20questions%20 and%20answers.pdf, www.osha.gov/OshDoc/data_General_ Facts/carbonmonoxide-factsheet.pdf.


XIV.


IVANA BARTLOVÁ

VÝVOJ V OBLASTI NEBEZPEýNÝCH LÁTEK A PěÍPRAVKģ

Vývoj v oblasti nebezpečných látek a přípravků Ivana Bartlová V problematice zajištění bezpečnosti chemických látek a chemických přípravků dochází i nadále k inovacím legislativy. Bylo přijato nařízení Evropského parlamentu a Rady č. 1907/2006 o registraci, hodnocení, povolování a omezování chemických látek a o zřízení Evropské agentury pro chemické látky - nařízení REACH i související zákon č. 371/2008 Sb., o chemických látkách a chemických přípravcích. Připravuje se zavedení nařízení Evropského parlamentu a Rady o klasifikaci, označování a balení látek a směsí a o změně směrnice 67/548/ EHS a nařízení (ES) č. 1907/2006 (nařízení GHS). Z těchto důvodů je vysvětlen současný stav a vývoj v oblasti chemických látek a chemických přípravků, který je doplněním publikace Nebezpečné látky I.

ISBN 978-80-7385-050-0. Rok vydání 2008.

cena 60 Kč



221


Termická degradácia celulóznej izolácie Thermal Degradation of Cellulose Insulation Ing. Peter Rantuch, PhD. Ing. Jaroslav Zigo Ing. Tomáš Chrebet, PhD. Slovenská technická univerzita v Bratislave, Materiálovotechnologická fakulta Paulínska 16, 917 24 Trnava, Slovenská republika [email protected], [email protected] [email protected]

a preto je ho možné prisudzovať oxidácii čiastočne rozloženej celulózy. Je možné poznamenať, že počiatočný rozpad celulózy je endotermický, kým sa nezmení na exotermický vplyvom horenia plynných produktov rozkladu [4]. Termogravimetrická analýza celulózy z bioodpadu preukázala rozpad celulózy v dvoch krokoch (tab. 1) [5]. Tab. 1 Rozpad celulózy pri termogravimetrickej analýze celulózy z bioodpadu ΔT [°C]

Abstrakt Príspevok je zameraný na tepelný rozklad celulóznej izolácie. Popisuje jej správanie sa pri ohreve rýchlosťou 2 °C.min-1. Pomocou termogravimetrickej analýzy bol priebeh testovania rozdelený na tri teplotné pásma. Hlavný rozklad celulózy prebiehal v druhom z nich. Zároveň boli sledované koncentrácie CO, CO2, NO, NOx a SO2 v spalinách. Ich teplotné priebehy približne zodpovedajú teplotným priebehom rozkladu celulózy, avšak maximálne hodnoty sú dosahované skôr. Od ostatných plynov sa odlišujú oxidy dusíka, ktorých koncentrácia po nadobudnutí maxima prudko klesá.

TMAX [°C]

143,6 - 381,7

327,52

381,7 - 566,5

447,94

ΔT [°C]

Δm [%]

30 - 100

3,43

100 - 359

66,35

359 - 600

24,97

zvyšok

5,25

Termická degradácia, celulózna izolácia, termogravimetria, spaliny.

Pri termickej degradácii bavlnenej celulózy boli teploty a aktivačné energie pyrolýzy nižšie v prípade vzoriek obsahujúcich retardér horenia. Výťažok uhlíkatého zvyšku a kyslíkové číslo boli pri celulóze s retardérom horenia vyššie [6]. Na rozklad celulózy má výrazný vplyv aj prídavok anorganických solí. Zatiaľ čo sa niektoré správajú ako katalyzátory pri nižších teplotách (ZnCl2), iné ovplyvňujú degradáciu len nepatrne, ale posúvajú maximálny hmotnostný úbytok k vyšším teplotám (NiCl2, H2PtCl6) [7].

Abstract

Metodika

The paper is focused on the thermal decomposition of cellulosic insulation. It describes the behavior of this material during heating. The heating rate was set to 2 °C.min-1. By means of thermogravimetric analysis, the test course was divided into three temperature zones. The main decomposition of cellulose took place in the second temperature zone. At the same time, the concentrations of CO, CO2, NO, NOx and SO2 in the combustion gasses were measured. Their thermal waveforms approximately correspond to the thermal decomposition courses of cellulose, however the maximum values are attained earlier. Nitrogen oxides differ from other gases, whose concentration rapidly decreases after reaching the maximum.

Cieľmi experimentálnej časti tohto príspevku bolo charakterizovať teplotný rozsah rozkladu celulóznej izolácie pomocou termogravimetrickej analýzy a určiť priebeh uvoľňovania anorganických plynných produktov tepelnej degradácie v závislosti od teploty okolia pri rýchlosti ohrevu 2 °C.min-1.

Kľúčové slová

1

8

2 7

3

Key words Thermal degradation, cellulose insulation, thermogravimetry, combustion gasses.

4

Úvod V posledných rokoch je prikladaná čím ďalej tým väčšia dôležitosť recyklácii. Tento trend neobchádza ani zatepľovacie systémy a mal za následok vyvinutie takzvanej celulóznej izolácie. Ide o surovinu vyrábanú z papierového odpadu. Podľa výskumu uskutočnenom na dreve prináleží vrchol DTG celulóze. V prípade použitia retardérov horenia, došlo k zníženiu teploty pri ktorej bol zaznamenaný na hodnoty medzi 260 °C a 275 °C [1]. Podobné hodnoty termického rozkladu uvádzajú aj Sunol a kol., ktorí vo svojej práci určili počiatočnú fázu rozkladu celulózy na 250 °C - 270 °C [2]. Termickou degradáciou celulózy sa zaoberalo viacero štúdii. Bolo potvrdené, že na rozdiel od lignínu, celulóza dosahuje počas DTG analýzy výrazný vrchol [3]. Aggarwal, Dollimore a Heon uvádzajú, že hlavný hmotnostný úbytok celulózy zodpovedá jej rozkladu a začína pri teplote okolo 250 °C. Vo vzduchu po počiatočnom hmotnostnom úbytku nasleduje pomalší, ale zrýchľujúci sa proces. Tento pri inertnej atmosfére nenastáva, 222

6

5

Obr. 1 Schematické znázornenie meracieho zariadenia: 1 - držiak na vkladanie vzorky, 2 - teplovzdušná pec, 3 - kelímok s testovanou vzorkou, 4 - prepojovacia tyč, 5 - laboratórne váhy KERN PLT 450-3M, 6 - počítač, 7 - Testo 350X/L, 8 - sonda na odber plynných anorganických oxidov Na testovanie boli použité vzorky celulóznej izolácie s hmotnosťami od 3,659 g do 3,761 g. Priemerná hustota testovaných vzoriek bola 0,248 g.cm-3 a ich vlhkosť 9,6 %. Okrem



߬

Z grafického znázornenia priebehu uvoľňovania plynných anorganických splodín termickej degradácie je jasne viditeľný prudký nárast ich koncentrácii na počiatku rozkladu celulózy (obr. 3, 4, 5). Zatiaľ čo koncentrácie oxidu uhličitého, oxidu uhoľnatého a oxidu siričitého majú navzájom výrazne podobný priebeh, pre oxidy dusíka to platí len vo fáze jej nárastu. Uvedenú podobnosť je možné vidieť aj z teplôt, pri ktorých boli dosiahnuté maximálne koncentrácie jednotlivých plynov (tab. 3).

Termogravimetrická analýza

6 000

0,50

5 000

0,40

4 000

0,30

3 000

0,20

2 000

0,10

1 000

CO2 CO

0

0,00

Priebeh TGA a DTG (obr. 2) je možné rozdeliť do troch oblastí. Tieto sú ohraničené počiatkom testovania (50 °C), teplotami 240 °C a 355 °C a ukončením testovania (550 °C).

50

150

250

350

450

550

t [°C]

Obr. 3 Priebeh uvoľňovania CO a CO2 v závislosti od teploty

8

100

Tab. 3 Teploty dosiahnutia maximálnej koncentrácie plynov

7 80

6 5

60

4 40

3

dm/d߬߬ [%/min]

m [%]

0,60

CO [ppm]߬

Schéma testovacieho zariadenia je znázornená na obr. 1. Na dosiahnutie rovnomerného ohrevu vzorky bola použitá teplovzdušná pec podľa STN ISO 871:2010 (2). Uvedená pec bola upravená pre účely termogravimetrickej analýzy. Podrobnejšie sa tejto úprave vo svojej práci venuje Chrebet a kol. [9]. Vzorka bola umiestnená v kovovom kelímku (3), ktorý bol mechanicky prepojený s digitálnymi laboratórnymi váhami (4). Úbytok hmotnosti bol zaznamenávaný pomocou počítača (6). Zároveň boli sledované množstvá plynných anorganických oxidov v spalinách. Konkrétne sa jednalo o oxid uhoľnatý, oxid uhličitý, oxidy dusíka a oxid siričitý. Na tento účel bolo použité zariadenie Testo 350X/L (7). Sonda odoberajúca splodiny horenia (8) bola umiestnená vo výške 5cm nad otvorom v hornej časti pece.

Plynné anorganické produkty termického rozkladu

CO2 [%]

hlavnej zložky, ktorou je celulóza, výrobca v zložení izolácie uvádza látky majúce za cieľ zlepšiť jej požiarnu charakteristiku ako aj odolnosť proti plesniam a hubám. Na tento účel sú do základného materiálu pridávané: kyselina trihydrogénboritá, síran amónny a dihydrogénfosforečnan amónny [8].

Koncentrácia [ppm]

Teplota [°C]

CO max

3 074

278 °C

TGA

CO2 max

5 900

277 °C

DTG

NO max

68

274 °C

2 20 1 0 50,00

150,00

250,00 350,00 t [°C]

450,00

0 550,00

72

274 °C

SO2 max

27

278 °C

30 25

Prvá fáza pokrýva teplotný rozsah 50 °C - 240 °C. Dochádza počas nej k ohrevu a následnému sušeniu vzorky. Hmotnostný úbytok je spôsobovaný najmä znižovaním vlhkosti izolácie, čomu zodpovedá aj pomerne vyrovnaný priebeh jeho úbytku s maximálnou rýchlosťou pri teplote 105 °C. Hmotnosť vzorky bola v tejto fáze znížená približne o 11 %. V teplotnom rozsahu 240 °C - 355 °C nastáva výrazný pokles hmotnosti vzorky. Pri tomto poklese je možné predpokladať, že je spôsobený rozkladom celulózy, ktorá tvorí prevažnú časť hmotnosti izolácie. Spomínaným rozkladom klesla hmotnosť vzorky takmer o 60 %. Zároveň bola dosiahnutá aj maximálna rýchlosť hmotnostného úbytku v priebehu celej doby termického zaťaženia vzorky. Teplota uvedeného maxima bola 304 °C. Pri teplote nad 355 °C dochádza k pomalému poklesu hmotnosti testovanej izolácie. Do konca merania ešte nastáva jedna fáza poklesu, avšak táto nie je dostatočne výrazná. Hmotnostný úbytok vzorky je na úrovni 6,54 % a najvyššiu rýchlosť nadobúda pri teplote 417 °C. Tab. 2 Fázy rozkladu celulóznej izolácie ΔT [°C]

Δm [%]

TMAX [°C]

50 - 240

11,56

105

240 - 355

59,76

304

355 - 550

6,54

417

SO2 [ppm]

Obr. 2 Priebeh TGA a DTG


NOx max

20 15 10 5 0 50

150

250

350

450

550

t [°C]

Obr. 4 Priebeh uvoľňovania SO2 v závislosti od teploty Z meraných produktov termickej degradácie dosahovali v spalinách oxidy uhlíka výrazne vyššie koncentrácie ako oxidy dusíka a SO2. Hoci sa najviac uvoľňoval CO2, ktorý je typickým produktom dokonalého horenia, vzhľadom na pomerne vysoké množstvo uvoľňovaného CO je možné predpokladať, že dochádzalo k horeniu nedokonalému. V oboch prípadoch je viditeľný nárast koncentrácie približne pri teplote rozkladu určenej pomocou termogravimetrie. V ďalšom priebehu koncentrácie oboch látok klesali, pričom bol tento pokles do teploty 290 °C rýchly, následne sa v teplotnom rozsahu 290 °C - 340 °C spomalil a napokon opätovne zrýchlil až do teploty 360 °C. Z grafu je viditeľný ešte jeden mierny nárast spojený pravdepodobne s reakciou uhlíkatého zvyšku so vzdušným kyslíkom. Tento predpoklad podporuje aj priebeh uvoľňovania SO2. V tomto prípade k podobnému nárastu nedochádza, pravdepodobne vplyvom nízkeho obsahu síry vo zvyšku. Iný priebeh je viditeľný z teplotného priebehu NOx. Zdá sa, že oxidy dusíka vznikajú len v úzkom rozsahu teplôt, nakoľko v tomto prípade nasleduje po prudkom náraste prudký pokles. 223


Z grafického znázornenia závislosti NOx od NO (obr. 6) je zrejmé lineárne rozloženie hodnôt. Tento stav je zapríčinený skutočnosťou, že uvoľnený NO tvorí v priemere viac ako 95 % všetkých oxidov dusíka. 80 70

NOx [ppm]

60

prevládajú oxidy uhlíka, pričom oxid uhličitý dosahuje vyššie koncentrácie ako oxid uhoľnatý. Pri tepelnom rozklade celulózy sa uvoľňujú aj malé množstvá SO2 a NOx. Zatiaľ, čo priebeh uvoľňovania SO2 je podobný ako pri oxidoch uhlíka, NOx sa uvoľňuje len v priebehu pomerne úzkeho teplotného intervalu. Z oxidov dusíka sa uvoľňuje hlavne NO, ktorý z nich tvorí podstatnú väčšinu.

50

Zoznam literatúry

40

[1]

Zhao, G. et al.: Pyrolytic characteristics of burning residue of fire-retardant wood, Frontiers of Forestry in China, 2007, Volume 2, Issue 2, pp 231-236, ISSN 1673-3630.

[2]

Suńol, J.J. et al.: COMPARISON OF THE THERMAL BEHAVIOR OF THREE CELLULOSE FIBERS MERCERIZED OR SUBMITTED TO SOLAR DEGRADATION, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2003, Volume 72, Issue 2, pp 753-758, ISSN 1572-8943.

[3]

Yao, F. et al.: Thermal decomposition kinetics of natural fibers: activation energy with dynamic thermogravimetric analysis, Polymer Degradation and Stability, 2008, Volume 93, Issue 1, pp 90-98, ISSN 0141-3910.

[4]

Aggarwal, P.; Dollimore, D.; Heon, K.: Comparative thermal analysis study of two biopolymers, starch and cellulose, Journal of thermal analysis, 1997, Volume 50, Issue 1-2, pp 7-17, ISSN 1572-8943.

[5]

Bernabé, G.A. et al.: Thermal behavior of lignin and cellulose from waste composting process, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2013, Volume 111, Issue 1, pp 589-595, ISSN 1572-8943.

[6]

Tian, C.M. et al.: Thermal degradation of cotton cellulose, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 1999, Volume 55, Issue 1, pp 93-98, ISSN 1572-8943.

[7]

Khelfa, A. et al.: INFLUENCE OF SOME MINERALS ON THE CELLULOSE THERMAL DEGRADATION MECHANISMS, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2008, Volume 92, Issue 3, pp 795-799, ISSN 1572-8943.

[8]

Climatizer Insulation: Climatizer plus, Technical Data Sheet, 2010.

[9]

Chrebet T. et al.: Influence o fair-flow velocity and heating rate at process of cellulose degradation, Wood and fire safety, 7th International scientific conference, 2012, pp 89-94, ISBN 978-80-87427-23-1.

30 20 10 0 50

100

150

200

250

300 t [°C]

350

400

450

500

550

Obr. 5 Priebeh uvoľňovania NOx v závislosti od teploty 80 70

NOx [ppm]

60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40 NO [ppm]

50

60

70

80

Obr. 6 Závislosť koncentrácie NO a NOx Záver Priebeh termického zaťaženia celulóznej izolácie je na základe termogravimetrickej analýzy v Setchkinovej peci možné rozdeliť na tri teplotné oblasti. V prvej oblasti ohraničenej zhora teplotou 240 °C dochádza najmä k znižovaniu vlhkosti vo vzorke. Nasleduje hlavný termický rozklad pri 240 °C - 355 °C charakterizovaný rýchlym úbytkom hmotnosti. Pri teplote nad 355 °C je zmena hmotnosti len malá, spôsobená predovšetkým oxidáciou uhlíkatého zvyšku. Z anorganických plynných produktov rozkladu vo vzduchu

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Chemie nebezpečných anorganických látek EDICE SPBI SPEKTRUM

27.


JANA WICHTERLOVÁ

CHEMIE NEBEZPEýNÝCH ANORGANICKÝCH LÁTEK

PALIVO

Jana Wichterlová Kniha má sloužit jako doplněk k běžným učebnicím obecné a anorganické chemie. Nelze ji tedy považovat za jediný a samostatný zdroj informací o popisovaných látkách a skutečnostech. Byla psána se záměrem upozornit na: a) ty vlastnosti představitelů základních druhů nebezpečných látek, jejichž znalost je pro prevenci a likvidaci nehod nutná, b) chemické reakce provázející hlavně hoření a hašení látek, porozumění těmto reakcím by mělo pomoci při řešení nestandardních nebezpečných situací i k pochopení smysluplnosti bezpečnostních nařízení týkajících se příslušné látky.

ISBN 80-86111-92-X. Rok vydání 2001. VOLNÉ RADIKÁLY

TEPLO

cena 80 Kč


OXIDAýNÍ ýINIDLO

224



Plánování komplexní připravenosti Comprehensive Preparedness Planning Ing. Mgr. Rostislav Richter

Sedm oblastí komplexního plánování připravenosti - stručný přehled:

Institut ochrany obyvatelstva Na Lužci 204, 533 41 Lázně Bohdaneč [email protected]

1. Programové řízení - jde o ústřední, stěžejní bod plánování. 2. Projektování hypotéz (prognózování)

Abstrakt Plánování připravenosti se zabývá přípravou organizací na mimořádné události, havárie, nehody nebo krizové situace, tj. události, které nelze řešit resp. řídit pouze běžnými a rutinními způsoby. Pro každou organizaci je hlavním účelem plánování připravenosti posílení jejích schopností pro předcházení mimořádných událostí, kde je to možné a řídit je, když je to nutné. Jinými slovy plánování připravenosti je téma o utváření a zvyšování odolnosti organizace. Koncept komplexní plánování připravenosti tvoří sedm základních oblastí, které jsou stručně v příspěvku popsány.

• analýzy a navazující činnosti, které podporují plánování v ostatních oblastech komplexního plánování. 3. Prevence • opatření, která mohou zabránit resp. předcházet mimořádným událostem nebo snížit jejich pravděpodobnost a následky. 4. Školení, výcvik, příprava • týká se všech pracovníků a zaměstnanců, kteří se podílejí na opatřeních nouzové připravenosti organizace. 5. Cvičení • měly by se účastnit všechny dotčené organizace.

Klíčová slova

6. Evaluace

Programové řízení, prevence, evaluace, plán krizového řízení, riziko, hrozba.

- využít mimořádnou událost nebo cvičení jako výukový potenciál.

Abstract Preparedness planning is about preparing for extraordinary incidents, breakdowns, accident or crisis situations that cannot be managed with ordinary resources and routines alone. The purpose of the planning for each organisation is to strengthen its ability to prevent extraordinary incidents, where it is possible, and to manage them, when it is necessary. In other words, preparedness planning is about creating and developing resilience of organisation. Comprehensive preparedness planning concept is divided into seven general areas which are describe shortly in this paper. Key words

7. Plán krizového řízení • popisuje, jak je organizace připravena a schopna reagovat na mimořádné události. Pojetí „komplexnosti“ při plánování v organizaci v této souvislosti znamená, že:

připravenosti

• organizace provádí plánování činností v rámci všech sedmi oblastí, • plánovací činnosti jsou uspořádány podle potřeb organizace, nikoli podle určitého pořadí, • plánování zahrnuje všechny důležité funkce, za které je organizace odpovědná, • vedení organizace se aktivně podílí na plánování,

Programme management, management plan, risk, threat.

evaluation,

prevention,

crisis

• na plánování se podílí také externí partneři.

Úvod Plánování je o řízení změn a v dnešním světě, změna se děje velmi rychle. Platí to také o mimořádných událostech, haváriích, nehodách nebo krizových situacích (dále jen mimořádné události), které přicházejí náhle a neočekávaně. Plánování připravenosti organizací na mimořádné události sleduje hlavní cíl, a to posílení jejich schopností v předcházení a řešení mimořádných událostí, v zájmu udržení jejich základních funkcí a kontinuity činnosti, byť v redukovaném rozsahu. Jak ukazuje obr. 1, komplexní plánování připravenosti lze konceptuálně rozdělit na sedm základních oblastí. Plán krizového Ǝízení ProjektoͲ vání hypotéz

Evaluace

• plánování se účastní vybraní pracovníci v rámci celé organizace,

Programové Ǝízení

Plánování komplexní připravenosti se zaměřuje na obecné budování kapacit, které mohou zabezpečovat kontinuitu základních funkcí a hodnot organizace jako jsou existence a prosperita, majetek, životní prostředí, pověst, atd. a proto plánování komplexní připravenosti není omezeno na určité typy mimořádných událostí. Je vhodné učinit poznámku k pojmu organizace tj. cílovým skupinám, které by se měly zabývat plánováním komplexní připravenosti. Plánování komplexní připravenosti je adresované všem entitám, které sehrávají určitou úlohu v „nouzové připravenosti“ ve společnosti. Těmito entitami jsou primárně orgány a organizace veřejného sektoru bez ohledu na to zda-li jsou to ústřední úřady, státem vlastněné podniky, krajské úřady, magistráty měst nebo obecní úřady obcí s rozšířenou působností, případně obcí. Rovněž soukromý sektor by měl uplatňovat přístup komplexního plánování připravenosti, a to zejména ty subjekty, které vlastní nebo provozují prvky kritické infrastruktury, případně další subjekty, jejichž nefunkčnost by měla významné negativní společenské dopady. Všechny tyto cílové skupiny, jsou pro účely tohoto příspěvku zahrnuty do obecného pojmu organizace.

Prevence

Cviēení

Školení

Obr. 1 Komplexní plánování připravenosti Ostrava 4. - 5. září 2013

225


Kkomplexní plánování připravenosti Programové řízení Vedení organizace je zodpovědné za schopnost organizace vykonávat základní funkce (někdy nazývané kritické funkce) v rámci organizace za běžných okolností. Tyto funkce musí být však také prováděny, když je organizace vystavena mimořádné situaci jako např. vážná havárie, narušení kritické infrastruktury nebo zásobovacího řetězce apod. V důsledku toho musí vedení zajistit, aby organizace měla k dispozici silné a flexibilní krizové řízení pro situace, kdy jsou běžné prostředky a postupy nedostatečné. Zásady pro aktivní účast vedení v plánování připravenosti se neliší od jiných oblastí odpovědnosti. Také v tomto kontextu to jsou manažeři, kteří musí určit cíle, nastavit celkové priority, delegovat úkoly, přerozdělit zdroje a pokračovat v dalším plánování. Projektování hypotéz (prognózování)

Prevence Organizace musí implementovat preventivní opatření a zároveň je integrovat do dalšího plánování iniciativ organizace. Cílem prevence je se vyhnout mimořádným událostem nebo snížit pravděpodobnost nebo potenciální důsledky na přijatelnou úroveň, kde mohou být využity běžné operační postupy než situace vyžadující aktivaci plánů krizového řízení. Plánování v oblasti prevence by mělo být založeno na přístupu k rizikům, kdy tolerance organizace k různým mimořádným událostem určuje, které činnosti je nezbytné implementovat k realizaci. V tomto kontextu se lze zaměřit na následující otázky: • Kterým mimořádným událostem má organizace v úmyslu předcházet? • Jak může být mimořádným událostem předcházeno? • Jak lze prevenci integrovat do dalších činností plánování v organizaci?

Práce v oblasti „projektování hypotéz“ může pomoci v dosažení spolehlivé báze znalostí, které mají potenciál pro ostatních oblasti komplexního plánování připravenosti organizace. V oblasti projektování hypotéz, by organizace měla získat přehled:

Podle odpovědí na tyto tři otázky může organizace rozhodnout o vytvoření programu, který stanoví zásady, jak bude prováděna budoucí prevence.

• které funkce organizace jsou kritické;

Školení, výcvik, příprava

• které hrozby jsou relevantní pro organizaci;

Mapování kritických funkcí

Organizace musí zajistit, aby osoby, které jsou zahrnuty do systému připravenosti na mimořádné události, měly nezbytné schopnosti k realizaci úkolů pro připravenost k řešení mimořádných událostí. To platí pro všechny zaměstnance bez ohledu na jejich konkrétní funkce.

Účelem mapování kritických funkcí je zjistit a zajistit ty činnosti, služby nebo produkty, které musí být organizace schopna udržet, i když je ovlivněna dopady mimořádné události. Organizace musí v této souvislosti určit:

V zájmu zajištění udržování a rozvíjení příslušných schopností pro předcházení a řešení mimořádných událostí, vedení organizace a pracovníci zabývající se plánováním připravenosti by měli zvážit následující tři otázky:

• hlavní povinnosti, za které má provozní odpovědnost;

• Jaké schopnosti má mít organizace pro tyto účely?

• hlavní povinnosti, za které má celkovou odpovědnost, ať legislativní nebo správní;

• Kdo ze zaměstnanců by měl být vyškolen a připraven a dále rozvíjel potřebné schopnosti?

• zdroje, na kterých je závislá, zejména s cílem udržet své základní funkce bez žádného nebo jen částečného narušení.

• Jak by školení a rozvoj schopností mělo být prováděno a udržováno?

Identifikace a sledování hrozeb

Cvičení

Organizace s odpovědností za připravenost by měly vést data s celým spektrem hrozeb, které mohou ovlivnit jeho kritické funkce a hodnoty jako jsou existence, kontinuita, prosperita, majetek, životní prostředí, pověst, atd. Identifikace nových hrozeb a sledování již známých hrozeb je nezbytná jak jako samostatná činnost, tak jako vstupní informace pro následnou analýzu rizik a zranitelnosti. V praxi vyžaduje identifikace a sledování hrozeb shromažďování spolehlivých informací, které mohou ilustrovat:

Organizace by měla organizovat cvičení pro zvládání mimořádných událostí pravidelně a program cvičení obměňovat a přizpůsobovat novým požadavkům. Účelem těchto cvičení je ověřování a rozvoj:

• které hrozby představují největší riziko a kde je organizace nejzranitelnější vůči hrozbě.

• schopností zaměstnanců, • plánů a postupů, • zařízení a technologií,

• charakter a příčinné souvislosti jednotlivých hrozeb;

• spolupráce s externími partnery.

• jaká je celková aktuální hrozba pro organizaci;

Vhodný způsob, jak toho dosáhnout je pro organizaci organizovat své vlastní vnitřní cvičení, jakož i účast na skupinových cvičení pořádaných ostatními organizacemi, se zaměřením na spolupráci během krize.

• jaká by mohla být potenciální hrozba v blízké budoucnosti nebo v delším časovém horizontu. Analýza rizik a zranitelnosti Většině organizací hrozí široká škála hrozeb a není prakticky ani ekonomicky možné zmírnit všechny hrozby. Účelem analýzy rizik a zranitelnosti je vytvoření přehledu hrozeb, které představují největší rizika a dále chyb v zabezpečení organizace ve vztahu k těmto hrozbám. Analýzy rizik a zranitelnosti tak spoluvytváří základ pro navržení opatření vůči hrozbám. Provádí-li se tyto analýzy pravidelně, pomohou při hodnocení stavu připravenosti a stanou se v organizaci nedílnou součástí úkolů plánování.

226

K tomu, aby se neopomenulo na výše uvedený záměr, by organizace při plánování cvičení měla zvážit především následující tři otázky: • Co by měla organizace procvičovat? • Kdo by se měl účastnit cvičení? • Jak by organizace měla cvičení provádět? Evaluace Organizace by měla vždy vyhodnotit svoji činnost, jak oblast krizové řízení, tak pohotovost a správnost reakce při mimořádné události. Stejně tak by organizace měla zhodnotit všechna cvičení, zejména interní, tak také účast na společných cvičení pořádaných ostatními organizacemi. Účelem těchto cvičení je současně zjistit Ostrava 4. - 5. září 2013


co dobře fungovalo během mimořádné události nebo cvičení a toto zjištění by mělo být potvrzeno a implementováno do budoucích postupů a naopak, to, co nefungovalo nebo se neosvědčilo, by se mělo změnit resp. opustit. Tři otázky, na které by se organizace měla zaměřit, v souvislosti s evaluací, jsou:

Aktuální • plán by měl být upraven jestliže: • je to stanoveno legislativou; • se významně změnila rizika, která ohrožují organizaci; • úpravu vyžadují nové zkušenosti, cvičení, nebo analýzy rizik a zranitelnosti;

• K čemu by měla organizace dospět po evaluaci? • Jak by se evaluace měla realizovat?

• se mění struktura organizace nebo oblast její odpovědnosti.

• Jak se bude s poznatky evaluace pracovat?

Dostupný

Plán krizového řízení Organizace s odpovědností za kritické funkce musí mít zpracované plány krizového řízení. Účelem těchto plánů je poskytnout řídícím pracovníkům i zaměstnancům praktický nástroj, který mohou použít v případě vzniku krizových situací. Proto musí plán obsahovat postupy, jak by mělo být konceptuálně krizové řízení realizováno a jak by měly být prioritizovány kapacity nouzové připravenosti, kdy již nepostačují běžné zdroje a postupy.

• pověření uživatelé by měli mít přístup k plánu kdekoli a kdykoli. Realistický • např. nouzové zdroje určené v plánu musí odpovídat zdrojům, které skutečně budou k dispozici v průběhu mimořádné události. Přečtený a pochopený

Aby plán krizového řízení splnil svůj účel jako praktický nástroj, musí být:

• všichni potencionální uživatelé by si měli přečíst, resp. prostudovat krizový plán předem tj. dříve než jej použijí v praxi během skutečné události.

Akčně orientovaný

Testovaný

• plán musí obsahovat jasný návod, jak se organizace vypořádá s mimořádnými událostmi; to znamená: co, kdy a jak. Je žádoucí také uvést, kdo realizuje (zabezpečuje či provádí). Srozumitelný • struktura plánu musí být řazena logicky, aby se s plánem dalo pracovat efektivně a rychle v něm potřebné záležitosti vyhledávat. Měl by být napsán jednoduchým jazykem a stručně.

• organizace musí pravidelně ověřovat a testovat plán buď celkově, nebo jeho podstatné části. Plán musí být podrobně zhodnocený po jeho použití při cvičení nebo skutečné události. Literatura [1]

Plánování komplexní připravenosti. Rosendahls - Sculltz Grafisk 2009. ISBN 978879150399.


60.


MICHAIL ŠENOVSKÝ KAROL BALOG

INTEGRÁLNÍ BEZPEýNOST

Integrální bezpečnost Michail Šenovský, Karol Balog Publikace se zabývá problematikou bezpečnosti. V úvodní části jsou rozepsány jednotlivé oblasti bezpečnosti a je poukázáno na nesystémový přístup praktického provádění. Hlavní důraz je kladen na bezpečnost člověka. V dalších částech je poukázáno na potřebu tyto jednotlivé dílčí bezpečnosti vzájemně propojit a řešit komplexně, protože jednotlivé subsystémy se vzájemně ovlivňují a někdy i negativně. V publikaci je představen model řízení, jedna z možností, jak danou problematiku zvládat. Dále je na příkladu uveden i model možnosti skloubení běžné provozní bezpečnostní dokumentace (BOZP, PO, …) s dokumentací bezpečnostního plánování. Ve druhé části publikace jsou popsány závažné oblasti mimořádných událostí, které mohou výrazným způsobem ohrozit bezpečnost člověka a prostředí, ve kterém žije, a ty jsou rozpracovány podrobněji. Jedná se o oblast hoření a přerušení hoření včetně výpočtu rozvoje požáru a potřebného množství hasicích látek, problematiku hasicích pěn, zejména jejich vlivu na životní prostředí, problematiku nebezpečných látek a jejich slučitelnosti. Poslední kapitola je pak věnována bezpečnosti jaderných elektráren.

ISBN 978-80-7385-076-0. Rok vydání 2009.

cena 130 Kč

Knihu lze objednat na www.spbi.cz nebo na tel.: 597 322 970 Ostrava 4. - 5. září 2013

227


Využití metod operační analýzy pro posuzování kritičnosti prvku dopravní infrastruktury Using of Operations Research Methods for Assessing the Criticality of the Elements of Transport Infrastructure Ing. Petr Rostek Ing. Jana Pupíková Bc. Jiří Markuci doc. Ing. Vilém Adamec, Ph.D. VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava - Výškovice [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] Abstrakt Článek se zabývá vymezením kritičnosti prvku infrastruktury se zaměřením na dopravní infrastrukturu. Vymezení systémové důležitosti prvku je významným faktorem pro posouzení kritičnosti prvku ve vztahu k bezpečnostní územního celku, plnění základních potřeb obyvatelstva a ochraně chráněných zájmů státu. Využití metody operační analýzy je přínosným rysem k identifikaci systémové kritičnosti prvku silniční infrastruktury ve zvolené obci. Příspěvek přináší prvotní výsledky k posuzování kritičnosti prvků silniční infrastruktury obce. Klíčová slova Ochrana obyvatelstva, kritická infrastruktura, dopravní infrastruktura, silniční infrastruktura, metody operační analýzy, kritičnost prvků. Abstract The article deals with defining of the criticality element infrastructure focusing on transport infrastructure. The definition of systemically important element is an important factor for assessing the criticality of the elements in relation to the security of the territorial unit, fulfillment of basic needs of population and protection of the protected interests by the state. Using methods of operational analysis is a useful feature to identify system criticality element of the transport infrastructure in the selected village. The paper presents the initial results of the assessment of criticality elements of the road infrastructure of the village. Key words Protection of population, critical infrastructure, transport infrastructure, road infrastructure, methods of operational analysis, criticality of elements. Úvod Zajišťování bezpečnosti územního celku a především chráněných zájmů státu je základní povinností státu. Stát tuto odpovědnost částečně přenáší, mimo jiné, na základní územně samosprávné celky - obce [13]. K zajištění své územní bezpečnosti májí orgány obce za povinnost plnit řadu úkolů, zejména zajišťovat připravenost na mimořádné události [20]. Orgány obce rovněž zabezpečují ochranu před povodněmi [22], ochranu veřejného pořádku [17], a podílí se taky na provádění záchranných a likvidačních prací a na ochraně obyvatelstva [20]. Starosta obce a obecní úřad zajišťují připravenost správního obvodu na řešení krizových situací [17]. Ostatní orgány obce se na těchto aktivitách také podílejí.

V České republice je několik prioritizovaných systémů ochrany. Patří mezi ně ochrana obyvatelstva, ochrana životního prostředí atd. Jedním ze systému prioritizovaného způsobu ochrany je systém kritické infrastruktury (zabezpečuje se ochrana vybraných prvků infrastruktury). Přičemž se za kritickou infrastrukturu podle krizového zákona [21] považují zejména prvky kritické infrastruktury nebo systémy prvků kritické infrastruktury, narušení jejíž funkcí by mělo závažný dopad na bezpečnost státu, zabezpečení základních životních potřeb obyvatelstva, zdraví osob nebo ekonomiky státu. V zemích Evropské unie, stejně tomu tak je i v zámoří, existují specializované nástroje k prioritizaci prvků infrastruktury. Prioritizace prvků infrastruktury přináší, jak možnost rozhodování o zatříďování do specializovaného systému ochrany, tak nastavení následných parametrů ochrany. Pro zatříďování těchto prvků infrastruktury se využívá termín „kritičnost.“ Příspěvek se zabývá aplikací metody operační analýzy pro potřebu posuzování kritičnosti prvku dopravní infrastruktury zvolené obce se zaměřením na ochranu obyvatelstva. Dopravní infrastruktura Infrastruktury v obecném slova smyslu představují množiny propojených strukturálních prvků, které pak udržují celou strukturu pohromadě. [5] Obvykle se pojem používá pouze pro struktury technického zaměření, které jsou uměle vytvořené, ale využití pojmu lze aplikovat na všechny oblasti/odvětví lidských činností s různým významem. Tyto různé prvky mohou být souhrnně pojmenovány jako např. městská infrastruktura, veřejná infrastruktura [19], kritická infrastruktura [21] či zelená infrastruktura. Veřejnou infrastrukturu definovanou v zákoně o územním plánování a stavebním řádu [19] tvoří mimo jiné pozemky, stavby a zařízení dopravní infrastruktury. Podle tohoto zákona tvoří dopravní infrastrukturu především stavby pozemních komunikací, drah, vodních cest, letišť a s nimi souvisejících zařízení. Dopravní infrastruktura je zejména členěna na: • železniční infrastrukturu; • silniční infrastrukturu; • vodní infrastrukturu; • leteckou infrastrukturu. Dopravní infrastruktura, respektive silniční infrastruktura je základním pilířem moderní společnosti spočívající v uspokojování požadavků zákazníků na kvalitní, pohotovou, rychlou a bezpečnou přepravu zboží a služeb. V komplexním pohledu je třeba dopravu (např. silniční infrastrukturu) a obsluhu území chápat jako integrovaný logistický systém, do něhož náleží doprava nákladní i osobní. Silniční infrastrukturu (silniční síť) tvoří uzly (respektive silniční „prvky“) a jednotlivé vazby mezi nimi. Vazby jsou reprezentovány druhem neboli třídou silnic. Podle zákona o pozemních komunikacích [18] rozeznáváme následující typy komunikací: • dálnice a rychlostní komunikace; • silnice I. třídy; • silnice II. třídy; • silnice III. třídy; • místní komunikace; • účelové komunikace.

228



Prvky silniční infrastruktury jsou mezi jednotlivými vazbami především reprezentovány různorodými druhy křižovatek, nadjezdů, podjezdů, mostů a tunelů. Každý takový prvek má v posuzovaném systému (silniční síti), infrastruktuře různou důležitost/roli či funkci. Jak už bylo zmíněné v úvodu tohoto textu v řadě vyspělých zemí (např. Německo, Švýcarské, Kanada, Austrálie) se pro vyjádření významnosti/důležitosti a potřebnosti prvku infrastruktury využívá pojem „kritičnost.“ Kritičnost infrastruktury a kritičnosti prvku Kritičnost prvku infrastruktury reprezentuje potenciální stav územního systému (jednotlivých chráněných aktiv) při výpadku infrastruktury a vliv výpadku na ostatní infrastruktury a další chráněné zájmy státu. Kritičnost prvku infrastruktury je vyjádřená odstupňovaným hodnocením. [9] Kritičnost prvku infrastruktury lze reprezentovat několika způsoby: • prvek je kritický pro posuzovaný systém (systémová důležitost -kritičnost); • prvek je kritický vlivem vzájemných závislostí mezi ostatními sektory/odvětvími infrastruktury (kritičnost závislostí); • prvek je kritický pro společnost (respektování předešlých způsobů - společenská kritičnost). Kritičnost prvku infrastruktury je závislá na postavení prvku v systému, tj. na systémové kritičnosti. Systémové (důležitosti) kritičnosti nabývají především ty prvky infrastruktury, které vzhledem ke své strukturální, funkční a technické pozici v rámci celého systému jsou specifické tím, že jsou např. téměř nenahraditelné nebo jejich nahraditelnost je velice obtížná [9]. Systémová kritičnost se také týká vzájemné (fyzické) závislosti v rámci systému prvků infrastruktury. Pro posouzení systémové kritičnosti prvku infrastruktury je potřeba aplikace speciálních metod a postupů sloužících k posouzení míry kritičnosti daného prvku. Pro zatřiďování prvku do specializovaných systémů ochrany (např. kritická infrastruktura, nebo územně důležitá či územně nezbytná infrastruktura) je rozhodující míra kritičnosti (např. životně důležitá, důležitá, akceptovatelná). Mezi metody, které slouží k zatřiďování prvku do specializovaného systému ochrany, patří např. metoda ACIS (Analysis of Critical Infrastructures) používaná v Německu a metoda pro tvorbu inventáře ochrany kritické infrastruktury (Methode zur Erstellung des SKI-Inventars) využívaná ve Švýcarsku. [1, 7] Pro posuzování kritičnosti prvku silniční (síťové) infrastruktury jsou často doporučované metody, založené na vícekriteriálním hodnocení a metody založené na teorii grafů. [2, 3, 8, 11] Síťové analýzy tvoří samostatnou podmnožinu teorie grafů. Metody lze použít všude tam, kde hodnotíme či plánujeme složité, na sebe navazující činnosti, nebo sledujeme v čase vzájemné vztahy a vazby [11]. Mezi základní metody síťové analýzy patří např. deterministické metody kritické cesty CPM, její modifikace CPM GE, dále stochastické metody MPM, PERT, GERT a další. Použitím analýzy CPM, která bývá nazývána také jako analýza kritické cesty, získáváme nástroj, kterým můžeme odhalit vzájemné fyzické vazby a souvislosti v posuzovaném systému. Aplikace metod CPM a PERT Pro aplikování metody síťové analýzy byla vybrána obec Bolatice. Obec se nachází v centrální části správního území obce s rozšířenou působností Kravaře v Moravskoslezském kraji. Obec má v současné době 4437 obyvatel1. Síť silniční infrastruktury obce je tvořena silnicemi 3. třídy tvořící páteřní komunikaci a sítí místních komunikací, které se vzájemně protínají v křižovatkách/ silničních prvcích různého typu.

1

Počet obyvatel je k datu 1. 1. 2013.


Základním krokem pro aplikaci metody CPM či PERT je v první řadě nutné převést silniční síť obce na síťový graf, který je tvořen silničními prvky a hranami, které jednotlivé prvky spojují. Z mapového podkladu obce [6] s očíslovanými prvky (obr. 1) byl vytvořen neorientovaný síťový graf (obr. 2), kde hrany tvoří jednotlivé druhy komunikací (zejména silnice III. třídy a místní komunikace). Prvky jsou pak zejména místem, kde se dané komunikace kříží, tedy křižovatkami. Dále jsou v grafu zahrnuty některé uměle vytvořené prvky, které reprezentují: • konec komunikace (např. v případě slepé ulice); • prvky reprezentující vstupy a výstupy z území obce; • prvky reprezentující zájmový objekt (parkoviště, most, tunel, významný objekt, atp.). Celkový počet prvků takto vytvořeného neorientovaného síťového grafu je 150. Pro aplikaci metody CPM je nutné stanovit, pro jaký parametr chceme kritickou cestu v grafu nalézt. Tedy parametr, který charakterizuje spojení mezi dvěma prvky grafu. V rámci analýzy silniční sítě obce Bolatice, byly vytvořeny dvě databáze (listy/seznamy) všech spojení mezi dvěma nejbližšími prvky (A a B), s jejich příslušným parametrem. První databáze (netVZ) pro parametr reprezentující vzdálenost mezi prvky („L“) v metrech a druhá databáze (netDJ) s parametrem času potřebného k překonání vzdálenosti mezi prvky („T“) v sekundách. Parametr „T“ je přímo úměrně závislý na vzdálenosti mezi prvky a nepřímo úměrně závislý na rychlosti jízdy vozidla jedoucího po komunikaci. Pro stanovení parametru „T“ byla rozlišena průměrná rychlost jízdy v závislosti na druhu komunikace. Pro komunikaci III. třídy byla taxativně stanovena průměrná rychlost jízdy na 40 km/h a pro místní komunikaci 35 km/h.

Obr. 1 Výřez mapového Obr. 2 Výřez části síťového podkladu obce Bolatice s grafu vytvořeného programem očíslovanými prvky silniční sítě Graphviz [4] ze silniční sítě (převzato a doplněno [6]) obce Bolatice Ke stanovení kritické cesty mezi dvěma prvky v grafu byl použit „Dijkstrův“ algoritmus [15], který pro hledání nejkratší cesty v síťovém grafu s nezáporným ohodnocením hran doporučuje např. Šenovský a kol. [12]. Tento algoritmus je jako funkce „dijkstra“ implementován v knihovně Numerics [14]. Tato knihovna je určena pro numerický výpočetní počítačový program Scilab [10]. Funkce „dijkstra“ pracuje s databází jednotlivých vektorů („V“) reprezentujících danou síť. Funkce vrací výslednou délku kritické cesty a vypíše prvky, kterými kritická cesta prochází, pro dané hodnoty, odpovídající argumentům zadaných při jejím volání v programu Scilab. Aby bylo možné aplikovat funkci „dijkstra“ na neorientovaný síťový graf silniční sítě obce Bolatice, je nutné nejprve vytvořené databáze netVZ a netDJ rozšířit. Vzhledem ke skutečnosti, že vektor je dán počátečním prvkem „A“, koncovým prvkem „B“ a parametrem např. „L“, je dána i jeho orientace. Proto je nutné pro aplikaci funkce „dijkstra“ pro silniční síť seznam vektorů rozšířit o seznam vektorů s opačnou orientací. Tato zdánlivá nevýhoda dvojnásobného počtu vektorů se stává výhodou v okamžiku, kdy některé hrany neorientovaného síťového grafu budeme chtít 229


převést na orientované (jednosměrné komunikace silniční sítě) a tím tak vytvořit „částečně orientovaný“ síťový graf. Směr jízdy na komunikaci tak lze pomocí orientace vektoru nastavit buď pouze jedním, nebo oběma směry. Případ jednosměrného provozu mezi dvěma prvky (křižovatkami) a příslušným vektorem pak znázorňuje obr. 3a a 3b. Obousměrné spojení mezi prvky a příslušným vektorem a vektorem s opačnou orientací, pak obr. 3c, kde Vi je i tý vektor v rozšířené databázi.

Vi=(A,B,L)

Vi = (B,A,L)

a)

Vi =(A,B,L) Vi =(B,A,L)

b)

c)

Obr. 3 Směr provozu mezi prvky A a B s odpovídajícími vektory určujícími hrany síťového grafu: a) směr z A do B; b) směr z B do A; c) obousměrný provoz mezi A a B Pro rozšířené databáze netVZ a netDJ o opačné vektory pak můžeme voláním funkce „dijkstra“ (databáze, počáteční prvek, koncový prvek) hledat kritickou cestu mezi libovolnými dvěma prvky neorientovaného síťového grafu. Komparaci výsledných kritických cest pro vybrané počáteční a koncové prvky v rozšířených databázích netVZ a netDJ uvádí tab. 1. Tab. 1 Komparace kritických cest pro zvolené počáteční a koncové prvky v rozšířených databázích netVZ a netDJ

Jak je patrné z komparace obr. 4a a 4b, hledání kritické cesty v silniční síti je závislé na parametru, pro který kritickou cestu mezi dvěma prvky (uzly) silniční sítě hledáme. Aplikace metody kritické cesty pro parametr vzdálenosti mezi prvky „L“ (obr. 4a) se ukázala jako méně vhodná pro hledání kritických prvků silniční sítě. Zejména z důvodu, že nejkratší cesta není vždy „nejkritičtější“ a to i přes skutečnost, že vzdálenost mezi cílovým a koncovým bodem je jedním z důležitých faktorů pro volbu přepravní, případně objízdné trasy. Největší nevýhodou parametru „L“ je nezohlednění dynamických vlastností spojení mezi uzly, jako je například maximální dovolená rychlost jízdy. Parametr doby jízdy mezi prvky „T“, na rozdíl od parametru „L“, rychlost jízdy v daném úseku mezi uzly. Zdaleka však nezahrnuje všechny faktory, které ovlivňují důležitost, respektive systémovou kritičnost prvku v silniční síti, jako je například: - intenzita dopravy; - skladbu dopravního proudu; - omezující podmínky (např. zákaz vjezdu některým druhům vozidel, maximální dovolené zatížení na nápravu vozidla, maximální výšku vozidla, atd.). Lze tak říci, že parametr „T“ více zohledňuje dynamický stav spojení mezi dvěma prvky silniční sítě, naopak „L“ zohledňuje statický stav a je tak parametrem statickým. Obdobně jako s metodou CPM lze pracovat i s metodou PERT, která byla řešena pro β-rozdělení pravděpodobnosti [16]. Pro posuzování kritické cesty je třeba použít dynamický parametr například dobu jízdy „T“. Pro jednotlivé typy komunikací je pak třeba stanovit pravděpodobnou, optimistickou a pesimistickou dobu jízdy, která vychází z průměrné pravděpodobné, optimistické a pesimistické rychlosti jízdy mezi dvěma prvky. Střední hodnota doby jízdy se vypočítá ze vztahu 1.

Rozšířená databáze netVZ

te 

a  4m  b 6

Počáteční prvek (A)

Koncový prvek (B)

Výsledná kritická cesta pro ohodnocení hrany (L) prochází prvky:

7

25

7, 8, 9, 18, 26, 25

7

67

7, 14, 13, 12, 15, 19, 65, 66, 67

te

střední hodnota doby jízdy,

7

20

7, 14, 17, 22, 21, 20

a

je optimistická hodnota ukazatele,

kde

m je pravděpodobná hodnota ukazatele,

Rozšířená databáze netDJ Počáteční prvek (A)

Koncový prvek (B)

Výsledná kritická cesta pro ohodnocení hrany (T) prochází prvky:

7

25

7, 14, 17, 18, 26, 25

7

67

7, 14, 17, 22, 21, 72, 71, 68, 67

7

20

7, 14, 17, 22, 21, 20

Kritické cesty, uvedené v tab. 1, jsou znázorněny v mapovém podkladu obce Bolatice na obr. 4. Kritické cesty pro parametr vzdálenosti mezi prvky (z rozšířené databáze netVZ) jsou na obr. 4a, kritické cesty pro časový parametr (z rozšířené databáze netDJ) jsou znázorněny na obrázku 4b. Kritickou cestu pak reprezentuje mezi prvky 7 a 25 červená barva, mezi prvky 7 a 67 tmavě modrá barva, mezi prvky 7 a 20 barva světle modrá.

a)

(1)

b)

c

je pesimistická hodnota ukazatele.

Poté je možné stanovit střední dobu jízdy pro všechna spojení mezi dvěma prvky silniční sítě. Následně pak pomocí algoritmu „dijkstra“ je možné určit kritickou cestu pro střední hodnotu doby jízdy mezi libovolným počáteční a koncovým bodem. V neposlední řadě pak stanovit rozptyl doby jízdy. Tyto hodnoty lze v rámci metody PERT využít k výpočtu dalších ukazatelů. Závěr Silniční infrastruktura je síť tvořená prvky (křižovatky, mosty, tunely apod.) a vazbami mezi nimi. Každý takový prvek má v posuzované silniční síti různou důležitost/roli či funkci. Pro posouzení míry kritičnosti prvků silniční dopravní sítě byly požity dvě rozšířené databáze silniční sítě obce Bolatice obsahující seznam prvků a parametr reprezentující ohodnocení spojení mezi nimi (vzdálenost mezi prvky „L“ a doba jízdy mezi prvky „T“). Z výsledků aplikace metody CPM a PERT pro posouzení kritičnosti prvků dopravní sítě vyplývá požadavek stanovení vhodného parametru, pro který bude kritická cesta v silniční síti těmito metodami hledána. Je zřejmé, že základní parametry statického (vzdálenost mezi prvky) nebo dynamického (doba jízdy mezi prvky) charakteru pro tento účel nedostačují. Pro stanovení tohoto parametru je třeba vymezit další kritéria, která ocení hodnotu důležitosti/kritičnosti spojení mezi (umělými) prvky.

Obr. 4 Vizualizace kritických cest pro zvolené počáteční a koncové prvky rozšířených databází: a) netVZ, b) netDJ 230



Metodou CPM (případně PERT) pak bude možné stanovit kritickou cestu mezi počátečním a koncovým prvkem. Na takto stanovené kritické cestě se pak budou nacházet prvky s vysokou mírou systémové kritičnosti, kterými se bude možné individuálně zabývat v rámci posuzování kritičnosti prvku silniční infrastruktury. Článek byl zpracován s využitím výsledků získaných v rámci projektu SP2013/152 s názvem „Vymezení kritérií a jejich implementace při určování kritičnosti prvků dopravní infrastruktury.“ Literatura [1]

Analysis of Critical Infrastructures - The ACIS metodology [online], Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik. Bonn, 2004, pp 1-8 [cit. 2012-12-14]. Available at: https:// www.bsi.bund.de/SharedDocs/Downloads/EN/BSI/Kritis/ acis_paper_en_pdf.pdf?__blob=publicationFile.

[9]

Rostek, P.; Adamec, V.: Kritičnost prvku infrastruktury a metody k jejímu posouzení. The science for population protection, Ministerstvo vnitra GŘ hasičského záchranného sboru, (zaslán k recenzi).

[10] Scilab - Opensource software pro provádění numerických výpočtů [online]. Dostupné z: https://www.scilab.org/. [11] Šenovský, M.; Adamec, V.; Šenovský, P.: Ochrana kritické infrastruktury. Edice SPBI SPEKTRUM 51. Ostrava: Sdružení požární a bezpečnostního inženýrství, 2007. 1. vydání. 141 s. ISBN 978-80-7385-025-8. [12] Šenovský, P.: Modelling of Decission Processes. 2nd edition. Ostrava: Vysoká škola bánská - Technical University of Ostrava, Faculty of Safety Engineering, 2012, 74 p. [cit201305-07]. [13] Ústavní zákon č. 110/1998 Sb., o bezpečnosti České republiky, ve znění pozdějších předpisů.

[2]

Bundesministerium des Innern, National Strategy for Critical Infrastructure Protection (CIP Strategy), Berlin, (2009), 18 s. Dostupné z: http://www.bmi.bund.de/SharedDocs/ Downloads/EN/Broschueren/cip_stategy.pdf?__blob= publicationFile.

[14] Verfürth, R.: Numerics userguide [online]. Bochum: RuhrUniversität Bochum, January 5, 2012, [cit. 2013-05-07]. Dostupné z: http://www.ruhr-uni-bochum.de/num1/files/ SciNum.pdf^.

[3]

FEKETE, Alexander. Common criteria for the assessment of critical infrastructures. International Journal of Disaster Risk Science. roč. 2, č. 1, s. 15-24. ISSN 2095-0055. DOI: 10.1007/ s13753-011-0002-y. Dostupné z: http://link.springer.com/10. 1007/s13753-011-0002-y.

[15] Verfürth, R.: Optimierung: Vorlesungsskriptum WS 2011/12 [online]. Bochum: Fakultät für Mathematik, Ruhr-Univerutät Bochum, Im Winter semester 2011/2012, [cit. 2013-05-07]. Dostupné z: http://www.ruhr-uni-bochum.de/num1/files/ lectures/Optimierung.pdf.

[4]

Graphviz - Graph Vizualization Software [online]. [cit. 201305-07] Dostupný z: http://www.graphviz.org/.

[5]

Infrastructure. In Wikipedia: the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida):Wikipedia Foundation, 2000, last modified on 9.2.2011 [cit. 2013-04-23]. Dostupné z WWW: .

[16] Volek, J.; Linda, B.: Teorie grafů: Aplikace v dopravě a veřejné správě. Pardubice: Univerzita Pardubice, 1. vyd. 2012. ISBN 978-80-7395-225-9.

[6]

[7]

[8]

Mapový podklad obce Bolatice [online]. Dostupný z: http:// www.bolatice.cz/modules/mapy/poi.php?lang=cs&web= bolatice_&active=99#m=tm40-cztopo&z=0&x=721210&y= 5537838. Programm zum Schutz Kritischer Infrastrukturen. Methode zur Erstellung des SKI-Inventars [online]. 2010, s. 17 [cit. 2013-04-15]. Dostupné z: http://www.bevoelkerungsschutz. admin.ch/internet/bs/en/home/themen/ski/publikationen_ski. parsys.37885.DownloadFile.tmp/methodeskiinventard.pdf. Procházková, D.: Bezpečnost kritické infrastruktury. I vyd. Praha: České vysoké učení technické, 2012. 318 s ISBN 97880-01-05103-0.

[17] Zákon č. 128/2000 Sb., o obcích, ve znění pozdějších předpisů. [18] Zákon č. 13/1997 Sb., o pozemních komunikacích, ve znění pozdějších předpisů. [19] Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), ve znění pozdějších předpisů. [20] Zákon č. 239/2000 Sb., o integrovaném záchranném systému, ve znění pozdějších předpisů. [21] Zákon č. 240/2000 Sb., o krizovém řízení, ve znění pozdějších předpisů. [22] Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů, ve znění pozdějších předpisů.

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Ochrana kritické infrastruktury EDICE SPBI SPEKTRUM

51.


MICHAIL ŠENOVSKÝ VILÉM ADAMEC PAVEL ŠENOVSKÝ

OCHRANA KRITICKÉ INFRASTRUKTURY

Michail Šenovský, Vilém Adamec, Pavel Šenovský Publikace přináší autorům dostupné informace z oblasti ochrany životně důležité infrastruktury (kritické infrastruktury). Jsou zde prezentovány všeobecné informace o vývoji a současném stavu v předmětné oblasti, a to jak v České republice, tak i v zahraničí. Publikace obsahuje rovněž teoretické pasáže věnované základním principům ochrany kritické infrastruktury, stanovení kritických prvků v provozovaných systémech a možné směry k eliminaci napětí v posuzovaných systémech. Autoři nemají ambice prohlásit obsah publikace za neměnný, spíše naopak. Považují v publikaci soustředěné poznatky za příspěvek k diskusi na předmětné téma.

ISBN 978-80-7385-025-8. Rok vydání 2007.

cena 130 Kč



231


Možnosti vzorkování ovzduší požárních plynů pomocí velkoobjemového vzorkovače PUR s následnou chemickou analýzou na obsah polutantů PAHs, PCBs a PCDD/Fs Possibilities of Fire Effluents Sampling Using the High-Volume PUR Sampler with Subsequent Chemical Aalysis on the Content of the PAHs, PCBs and PCDD/Fs Pollutants Ing. Milan Růžička

POPs

Perzistentní organické polutanty - chem. látky, které přetrvávají v živ. prostředí bio- akumulací v potravinovém řetězci a představují vážné riziko lidskému zdraví živ. prostředí

PUF

Polyuretanová pěna

TEF

Faktor ekvivalentní toxicity - popisuje individuální toxicitu daného kongeneru vztaženou k toxicitě 2,3,7,8TCDD (ten má uzančně hodnotu TEF2,3,7,8TCDD = 1)

TÚPO

Technický ústav požární ochrany - Praha

VP

Výzkumné projekty

ZH

Plynné zplodiny hoření

SOP

Standardní operační postup - např. chem. analýzy zkušebního vzorku na obsah vybraných toxikantů

Ing. Otto Dvořák, Ph.D. MV GŘ HZS ČR, Technický ústav požární ochrany Písková 42, 143 01 Praha 4 - Modřany [email protected] Abstrakt Příspěvek stručně seznamuje s principem odběru vzorků perzistentních polutantů z ovzduší požárních plynů pomocí velkoobjemového PUR vzorkovače vyvinutého pro potřeby řešení VP TÚPO. Perzistentní organické polutanty typů PAHs, PCBs, PCNs a PCDD/Fs v požárních plynech a sorbované na aerosolech kouře jsou zachyceny na filtrech z křemenného vlákna a polyuretanové pěny umístěných ve vzorkovací trati. Konstrukce vzorkovací sady, která umožňuje vzorkování plynů zřeďovací metodou, vychází ze standardizovaného postupu dle ČSN EN 1948.

XAD-2

Adsorbent na bázi amberlitové pryskyřice

Izokinetický odběr vzorku

Způsob odběru vzorku, při němž se rychlost a směr plynu vstupujícího do hubice vzorkovací sondy shoduje s rychlostí a směrem proudění plynu potrubím v místě vzorkovacího bodu

Perzistentní organické polutanty (POP), PAHs, PCBs, PCDD/ Fs, vzorkování, vysoko-objemový PUR vzorkovač.

Kongener

V chemii jsou takto označovány vzájemně příbuzné chem. látky, např. deriváty ze souboru analytů (209 PCBs nebo 210 PCDD/Fs)

Abstract

Požární plyny

Plynné produkty tepelného rozkladu a hoření hořlavých látek/materiálů/výrobků ve vznosu při požáru

Spikování

Přídavek standardů PCDDs a PCDFs značených izotopem 13C12

Klíčová slova

The paper introduces briefly with the principle of persistent pollutants sampling from fire effluents using the high-volume PUR sampler developed for the purposes of the TÚPO´s research project solutions. Persistent organic pollutants as PAHs, PCBs and PCDD/Fs in fire effluents and sorbed on the smoke aerosols are captured on quartz fiber filters and the polyurethane foam placed in the sampling track. Construction of the sample set which allows sampling of gases by the dilution method based on a standardized procedure according to the ČSN EN 1948. Key words Persistent organic pollutants (POP), PAHs, PCBs, PCDD/Fs, sampling, high-volume PUR sampler. Použité zkratky, termíny a definice GC

Plynová chromatografie

HRMS

Hmotnostní spektrometrie s vysokým rozlišením

PAHs

Polycyklické aromatické uhlovodíky - obsáhlá skupina chem. látek se dvěma či více aromatickými jádry. Řada z nich je karcinogenní.

PCBs

Polychlorované bifenyly - vznikají chlorací bifenylů Tvoří je cca 130 kongenerů.

PCDD/Fs

Polychlorované dibenzo-p-dioxiny/dibenzofurany - skupina polychlorovaných sloučenin, které jsou nebezpečnými polutanty pro živ. prostředí. Jsou vedlejším produktem výroby chlorovaných sloučenin a vznikají též spalováním látek obsahujících chlor, např. PVC, chlorem běleného papíru, vznikají při požárech lesů atp.

Polutant

odpadní látka/materiál znečisťující ovzduší, půdu nebo vodu

POMs

Organické látky zachycené na částicích

232

Úvod Oddělení výzkumu a vývoje Technického ústavu požární ochrany Praha se v rámci svých výzkumných projektů zabývá již řadu let mj. hodnocením toxické vydatnosti plynných zplodin tepelného rozkladu a hoření látek/materiálů/výrobků a zdravotních rizik hasičů a osob přicházejících profesně do kontaktu s produkty požárů např. při hašení nebo zjišťování příčin vzniku požárů na místech požárů. Okolí požáru bývá kontaminováno produkty hoření a chemickými látkami unikajícími z ohněm porušených obalů. Může se jednat i o velmi toxické látky, které představují jak bezprostřední nebezpečí pro příslušníky zasahujících jednotek, tak i nebezpečí dlouhodobého toxického zatížení, které může vyvolávat zdravotní problémy chronického charakteru. Proto je třeba vedle možnosti stanovení těkavých látek představující akutní ohrožení osob pohybujících se v blízkosti požárů zajišťovat i vzorkování a analýzy pro hodnocení velkoplošné kontaminace perzistentními organickými látkami typu polyaromatických uhlovodíků, polychlorovaných bifenylů, polychlorovaných dioxinů a dibenzofuranů. Z těchto důvodů se v TÚPO vyvíjí systémy vzorkování hasebních vod [1], kontaminovaných půd [2], a ovzduší [3] v okolí požárů a jejich SOP pro následné chemické analýzy [4] až [6]. Tyto metody jsou zpracovávány ve formě návrhu metodik a budou po validaci postupně akreditované u ČIA.



Toxicita kouře při požáru představuje celosvětově závažný problém, a proto vychází v této specifické oblasti velké množství publikací a odborných článků jak v zahraničí, tak i u nás [7, 8]. Většina PCB, PCDD/PCDF a PAH spadá mezi organické látky s omezenou těkavostí. Ve ZH se nacházejí jak v parní fázi, tak vázané na částice (aerosoly a usazený prach). Kromě netěkavých toxikantů zachycených na částicích mohou být ve ZH přítomny též organické produkty hoření s různou těkavostí. Jejich klasifikace podle ČSN EN ISO 1600 [9] je uvedena v tab. č. 1. 1. Standardizace postupů vzorkování a analýz POP z ovzduší Norma ČSN EN ISO 16000, části 1, 5 a 12 [9] - [11] se zabývá hodnocením znečištění vnitřního ovzduší. V části č. 12 stanovuje postup měření polychlorovaných bifenylů (PCBs), polychlorovaných dibenzo-p-dioxinů (PCDDs), polychlorovaných dibenzofuranů (PCDFs) a polycyklických aromatických uhlovodíků (PAHs) ve vnitřním ovzduší. Odkazy na další normativní postupy odběru a analýzy vzorků POP pro hodnocení znečištění jsou uvedeny v tab. 2. Tab. 3 ukazuje možnosti použití nízko- a vysoko-průtokových vzorkovacích zařízení vzhledem k požadovaným objemům vzorků a příslušné vzorkovací doby při vzorkování plynů ve vnitřním prostředí.

Tab. 3 Objemy vzorků a vzorkovací doby při měření vnitřního prostředí [10] Skupina látek

Objem vzorku [m3]

Vzorkovací doba pro nízkoprůtoková vzorkovací zařízení [h]

Vzorkovací doba pro vysokoprůtoková (16 m3/h) vzorkovací zařízení [h]

PCB

5 až 10 a)

2 až 4

— c)

PCDD/PCDF

400 60 b)

150 22

25 4

PAH

5 až 10

2 až 4

— c)

Při stanovení koplanárních PCB lze požadovat stejné objemy vzorku jako při stanovení PCDD/PCDF b) Analýza pomocí plynové chromatografie s využitím hmotnostní spektrometrie s vysokým rozlišením (GC/HRMS) c) Nedoporučuje se a)

Příloha C normy ČSN EN ISO 16000 části 12 [11] upřesňuje možnosti detekce PCDD/Fs ve vnitřním prostředí po požáru založené na chemických analýzách stěrů provedených z vhodných ploch na požářišti.

Je známo, že požáry materiálů s obsahem halogenů mohou vést ke vzniku PCDD/Fs. Pro zjednodušení postupu zkoušení nebo vzorkování v případě průzkumu místností se pro hodnocení obecně Norma ČN EN ISO 16000, rovněž uvádí přehled struktury, používá povrchových vzorků. Informace o toxických ekvivalentech toxicity a výpočet faktoru ekvivalenní toxicity (TEF) dosud stanovených v případě požárů lze nalézt v zahraniční u perzistentních organických polutantů. literatuře [14]. Doporučení pro čištění vnitřních prostor ovlivněných požárem bylo vydáno v Německu. Podle něj by zkoušky PCDD/Fs Tab. 1 Klasifikace organických látek znečišťujících vnitřní ovzduší měly být prováděny pouze v několika případech (viz odkaz [13]). [9] Podle tohoto doporučení by odběr vzorků měl být prováděn Interval teploty bodu Tenze Příklady pouze v případě velkého požáru, při němž hoří poměrně varu par Popis Zkratka vzorkovacích velké množství PVC, kabelů, kondenzátorů, transformátorů, materiálů dolní [°C] horní [°C] [kPa] těsnicích hmot a plastů. To platí především tehdy, pokud lze předpokládat, že požár zahrnuje polychlorované bifenyly, Aktivní uhlí, Vysoce těkavé kryogenní past, polychlorované benzeny nebo polychlorované fenoly. VVOC <0 50 až 100 > 15 organické látky

molekulární síta, kanystrová metoda

Těkavé organické látky

VOC

50 až 100

240 až 260

> 10-2

Tenax, grafitizovaný uhlík nebo aktivní uhlí

Středně těkavé organické látky

SVOC

240 až 260

380 až 400

10-2 až 10-8

PUF nebo XAD-2

Organické látky zachycené na částicích

POM

> 380

Filtry

Tab. 2 Postupy pro odběr a analýzu vzorků [10] Skupina látek

PCB

PCDD/ PCDF

PAH

Postup

Stručný popis

ISO 16000-13

Odběr vzorku za použití jak nízko-, tak vysoko-průtokových vzorkovacích zařízení s polyuretanovou pěnou nebo jiným vhodným sorpčním materiálem zařazeným za filtr pro záchyt částic.

ISO 16000-13

Odběr vzorku za použití jak nízko-, tak vysoko-průtokových vzorkovacích zařízení s polyuretanovou pěnou nebo jiným vhodným sorpčním materiálem zařazeným za filtr pro záchyt částic.

ISO 12884 ISO 16362 národní normy

ISO 12884 a ISO 16632 určené pro měř. Venkovního a vnitřního ovzduší. S ohledem na hlučnost, by pro vzorkování vnitřního ovzduší měla být použita pouze nízko-průtoková vzorkovací zařízení (viz ISO 16000-13). V tomto případě jsou nutné určité úpravy.


Uvedený postup se omezuje na místnosti nebo budovy přiléhající k místu požáru, které jsou ovlivněny depozicí sazí z požáru a nejsou samy požárem zasaženy. Tento postup má přispět k posouzení rozsahu rizika ve vnitřních prostorech okolo místa požáru. Znečištění z primárních zdrojů lze očekávat v případech, kdy se zjištěné koncentrace ve vzorcích materiálu pohybují od jednoho do několika mikrogramů na kilogram nebo u vzorků povrchů od jednoho do několika mikrogramů na metr čtverečný.

Doporučený postup: Vzorky stěrů by se měly odebírat z ploch nejvíce znečištěných sazemi. Následná analýza by se měla především zaměřit na vzorky (místnosti), u nichž se předpokládá největší znečištění. Potřeba dalšího průzkumu se zjišťuje z výsledků prvních analýz. Odběr vzorků se provádí převážně na vodorovných hladkých plochách na různých místech v místnosti setřením sazí pomocí štětce z definované plochy tak, aby bylo možno určit koncentraci PCDD/Fs vztaženou k jednotce hmotnosti i jednotce plochy. Celková plocha odebraného vzorku závisí na mezi detekce použité analytické metody. Tak při použití GC-MS systému s nízkým rozlišením se požaduje celková plocha nejméně 1 m2, zatímco při použití systému s vysokým rozlišením stačí plocha 100 cm2. V případě depozitů tvořených mastnými sazemi nelze získat reprezentativní vzorky setřením depozitu pomocí štětce. V tomto případě se odběr vzorku provádí stěrem depozitu z příslušného povrchu sorpčním materiálem předem zvlhčeným vhodným rozpouštědlem (např. toluenem). Tento sorpční materiál nesmí mít vliv na výsledky analýzy, a proto musí být předem vyčištěn. Je-li povrch drsný (např. zdivo, tapety, textil), odebírá se jeho vnější vrstva mechanicky. V těchto případech se výsledky analýz vztahují na plochu. 233


Postup vzorkování plynů za použití vysoko-průtokových vzorkovacích zařízení je legislativně upraven v ČSN EN 19481:2006 [12].

Při vzorkování musí být dodrženy následující požadavky na odběr vzorku:

Norma ISO 19701 [15] prezentuje řadu metod vzorkování a chem. analýz vhodných pro vzorkování individuálních chem. látek z ovzduší požáru. Postupy se vztahují na analýzy vzorků extrahovaných z přístroje nebo z požárních plynů odebíraných vzorkovačem či z fyzikálně požárního modelu.

• Pevný sorbent je zařazen za filtrem.

Norma ISO 19702 [16] specifikuje metody pro stanovení koncentrací CO, CO2, HCN, HCl, HBr, NO, NO2 a CH2CHCHO ve vznosu v ovzduší. V současné době je norma v revizi. 2. Podstata vzorkování za použití vysoko-objemového vzorkovače PUR

• Na filtru nesmí docházet ke kondenzaci. • Vzorkovací systém musí obsahovat sorpční jednotku pro čištění ředicího vzduchu, jejíž náplně (silikagel, aktivní uhlí) musí být po každém měření vyměněny a uschovány pro případnou analýzu kontaminace. • Musí být proveden terénní slepý pokus dle ČSN EN 1948-1, kapitola 7.3 Jednotlivé součásti velkoobjemového vzorkovacího zařízení před sestavením jsou popsány v legendě obr. 2.

Toxikanty typu POPs vyskytující se v plynné fázi a sorbované na pevných částicích se zachycují vzorkovací tratí. Záchytnou částí vzorkovacích systémů mohou být filtry, kondenzační baňka a pevné nebo kapalné sorbenty podle druhu zvoleného vzorkovacího systému. Volit lze mezi třemi různými vzorkovacími systémy: - filtračně-kondenzační metodou; - zřeďovací metodou; - metodou s chlazenou sondou. Schémata a podrobné popisy vzorkovacích tratí jednotlivých metod odběru vzorku jsou uvedeny v literatuře [12]. Hlavní záchytné části vzorkovacího systému mohou být před odběrem vzorku spikovány 13C12 značenými PCDD/Fs s cílem určení výtěžnosti jednotlivých kongenerů. Teplota jednotlivých částí vzorkovací trasy se volí podle druhu vzorkovacího systému a podle formy výskytu PCDD/Fs (plynná nebo vázaná na tuhých částicích). Skladba vysoko-objemového PUR vzorkovače TÚPO je patrná ze schématu na obr. 1.

Obr. 2 Sada součástí velkoobjemového PUR vzorkovače 1 - kovová vyhřívaná sonda s hubicí; 2, 3 - napájecí zdroje vyhřívání; 4 - držák filtru z křemenných vláken; 5 - směšovač a vyhřívaný držák PUR filtrů; 6 - stojan na patrony úpravy zřeďovacího vzduchu; 7 - odlučovač kodenzátu; 8, 9 - plynoměry; 10 - vzduchové čerpadlo; 11 - hadice a spojovací materiál

Závěr

Obr. 1 Schéma vzorkování za použití velkoobjemového PUR vzorkovače Postup vzorkování plynů je prováděn dle ČSN EN 1948-1:2006 [12]. Vzorkovací sada umožňuje vzorkování plynů zřeďovací metodou. Postup je přehledně znázorněn na schématu viz obr. 3. Perzistentní polutanty sorbované na pevných částicích a vyskytující se v plynné fázi jsou zachycovány ve vyhřívané vzorkovací trati. Záchytnou částí vzorkovacího systému jsou filtry z křemenného vlákna a polyuretanové pěny. Sonda a držáky filtrů jsou vyhřívány nad 50 °C, aby se zabránilo kondenzaci vody ze zplodin hoření a nedošlo k zahlcení PUR sorbentu. Vzniklý kondenzát je odstraněn v cyklónovém odlučovači zařazeném před vývěvou. Zřeďovací vzduch je přiváděn z čisté - požárem nezasažené části objektu do čistící kolony s náplní sušidla (silikagelu) a aktivního uhlí. Zřeďovací poměr je vypočítán z rozdílu stavu na plynoměru zřeďovacího vzduchu a koncového plynoměru. Výkon vývěvy/vzduch. čerpadla (cca 25 m3/h) musí být postačující jednak pro odsátí potřebného množství plynného vzorku ale i pro přisávání zřeďovacího vzduchu. Odběr vzorku plynu z potrubí se neprovádí izokineticky. 234

Příspěvek je stručnou informaci o možnostech vzorkování málo těkavých toxikantů v požárních plynech nasorbovaných na aerosolech kouře přímo na místech požárů a v jejich okolí a o vzorkování z povrchu kontaminovaných ploch. Prezentované postupy vzorkování lze také použít i pro hodnocení stupně zamoření ovzduší v místnostech, ve kterých jsou skladovány předměty, které přišly do styku s produkty hoření (šatny výjezdových skupin HZS, sklady výstroje apod.), nebo i pro hodnocení toxicity materiálů zkoušených ve standardních zkušebních zařízeních. V další etapě budou dopracovány interní metodiky TÚPO [1] - [6], bude ověřen vliv podmínek vzorkování a úprav vzorků k chem. analýzám a následně budou postupy vzorkování a SOP chem. analýz přihlášeny k akreditaci v rámci AZL č. 1011.2. Literatura [1]

SOP 03-1-13 „Vzorkování org. látek odběrem vody znečistěné imisemi požárů a odpadních has. vod a úprava odebraných vzorků vody pro stanovení vybraných organ. toxikantů metodou GC-MS“. Praha: TÚPO, 2013.

[2]

SOP 03-2-13 „Vzorkování org. látek odběrem půdy znečistěné imisemi požárů a úprava odebraných vzorků půdy pro stanovení vybraných organ. toxikantů metodou GC-MS“. Praha: TÚPO, 2013.

[3]

SOP 03-5-13 „Vzorkování požárních plynů z ovzduší požárů pomocí velkoobjemového vzorkovače PUR“. Praha: TÚPO, 2013.



[4]

SOP 03-3-13 „Stanovení PCBs metodou GC/MS v požárem znečistěných půdách a odpadních vodách“. Praha: TÚPO, 2013.

[5]

SOP 03-4-13 „Stanovení PAHs metodou GC/MS v požárem znečistěných půdách a odpadních vodách“. Praha: TÚPO, 2013.

[6]

SOP 03-6-13 „Stanovení PCDD/Fs metodou GC/TOF/MS ve vzorcích odebraných pomocí velkoobjemového vzorkovače PUR, v znečistěných půdách a odpadních vodách“. Praha: TÚPO, 2013.

[7]

Dvořák, O.; Růžička, M.; Suchý, O.: „Instrumentální fyzikální metody a metody chemických analýz k identifikaci akcelerantů a toxikantů na požářišti“, Závěrečná výzkumná zpráva o výsledcích řešení výzkumného projektu č. VD20062010A07. Praha: MV GŘ HZS ČR,TÚPO 2011.

[8]

Dvořák, O.; Růžička, M.; Suchý, O.: Výzkumný projekt č. VF 20112015021. DVÚ č. 3 „Vzorkování odpadní vody, znečistěné půdy a požárních plynů z ovzduší při hašení požárů, úpravy odebraných vzorků a chemické analýzy zkušebních vzorků“. Dílčí výzkumná zpráva s výsledky řešení v r. 2012. Praha: MV GŘ HZS ČR,TÚPO 2013, 165 s.

[9]

ČSN EN ISO 16000-1:2007 Vnitřní ovzduší - Část 1: Obecná hlediska odběru vzorků.

[10] ČSN EN ISO 16000-5:2007 Vnitřní ovzduší - Část 5: Postup odběru vzorků těkavých organických látek (VOC). [11] ČSN EN ISO 16000-12:2010 (83 5801) Vnitřní ovzduší - Část 12: Postup odběru vzorků při stanovení polychlorovaných bifenylů (PCB), polychlorovaných dibenzo-p-dioxinů (PCDD), polychlorovaných dibenzofuranů (PCDF) a polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH). [12] ČSN EN 1948-1:2006 Stacionární zdroje emisí - Stanovení hmotnostní koncentrace PCDD/PCDF a dioxinům podobných PCB - Část 1: Vzorkování PCDD/PCDF). [13] BGA (Bundesgesundheitsamt [German Federal Health Office]). Empfehlung zur Reinigung von Gebäuden nach Bränden [Cleaning recommendations for buildings after fires]. Bundesgesundheitsblatt 1990, 33, 32-34. [14] Funcke, W.; Theisen, J.; Balfanz, E.; König, J.: Entstehung halogenierter organischer Substanzen in Brandfällen (Emergence of halogenated organic substances in cases of fire); VDI-Berichte 1989, (745), str. 195/208. [15] ISO 19701:2013 Methods for sampling and analysis of fire effluents. [16] ISO 19702:2006 Toxicity testing of fire effluents- Guidance for analysis of gases and vapours in fire effluents using FTIR gas analysis.


2.


VLADIMÍR BLAHOŽ ZDENċK KADLEC

ZÁKLADY SDÍLENÍ TEPLA

Základy sdílení tepla Vladimír Blahož, Zdeněk Kadlec Publikace je určena specialistům, kteří se zabývají protipožární a bezpečnostní problematikou. Vysvětluje metody a postup při řešení stacionárního a nestacionárního vedení a prostupu tepla tělesy. Pozornost je věnována objasnění a matematickému vyjádření tepelného působení na povrch těles konvekcí a radiací. Publikace nemá nahradit rozsáhlejší příručky. Má přehledně nastínit strukturu předkládané problematiky s vyznačením toho, co již je známo a která řešení nejsou dosud spolehlivě popsána. Objasňuje některé nepřesnosti, které se dosud vyskytovaly v literatuře, například při výpočtu odstupových vzdáleností. Je doplněna stručným vyjádřením k vybrané odborné literatuře týkající se sdílení tepla.

ISBN 80-902001-1-7. Rok vydání 2000.

cena 105 Kč



235


Hodnocení potenciálního nebezpečí pro hasiče zasahující v prostředí kontaminovaném radioaktivními látkami Assessment of the Potential Hazard to Firefighters Engaged in an Environment Contaminated with Radioactive Substances doc. Ing. Jozef Sabol, DrSc. prof. Ing. Bedřich Šesták, DrSc. Ing. Lubomír Polívka Policejní akademie ČR v Praze Lhotecká 559, 143 01 Praha 4 [email protected], [email protected], [email protected] Abstrakt Existuje řada specifických pracovišť, kde se nacházejí uzavřené nebo otevřené radioaktivní zářiče, které se používají pro lékařské, průmyslové nebo výzkumné účely. V případě požáru na těchto pracovištích může dojít k radioaktivní kontaminaci daného objektu a jeho okolí. Tím vzniká nebezpečí vnějšího i vnitřního ozáření osob, které se na takovém místě vyskytují. Referát se zabývá hodnocením možného radiačního zasažení jak samotných hasičů, tak i obyvatel blízkého okolí požářiště, kam se radioaktivní látky mohou rozptýlit. Současně jsou diskutovány i možnosti dopadu takové situace z hlediska minimalizace obdržených dávek osob a vlivem rozptýlených radionuklidů na životní prostředí. Klíčová slova Hasič, požár, radioaktivní látka, kontaminace, ozáření, ochrana. Abstract There are a number of specific sites where there are present sealed or unsealed radioactive sources which are used for medical, industrial or research purposes. In case of fire, the object and its surroundings may be radioactively contaminated. This creates a risk due to external and internal exposure of persons occurring in such a place. The paper deals with the evaluation of potential radiation effects on firefighters themselves as well as on the residents occupying the surrounding areas which could get contaminated by dispersed radioactive substances. At the same time, the possibilities of the impact of such a situation in terms of minimizing the doses received by individuals resulting from typical radionuclides and their impact on the environment are also discussed. Key words Firefighter, radioactive substance, contamination, exposure, protection. Úvod Požáry se nevyhýbají ani budovám nebo zařízením, kde se používají nebo skladují radioaktivní zdroje. Principiálně kategorizujeme radioaktivní zdroje do dvou skupin: uzavřené radioaktivní zdroje, a otevřené radioaktivní zdroje. Přitom za uzavřený radioaktivní zdroj (zářič) pokládáme takový radioaktivní radionuklidový zdroj, jehož úprava, například zapouzdřením nebo ochranným překryvem, zabezpečuje zkouškami ověřenou těsnost a vylučuje tak, za předvídatelných podmínek použití a opotřebování, únik radionuklidů ze zářiče. Na druhé straně, ostatní zdroje, které nevyhovují těmto požadavkům, jsou považovány za otevřené radioaktivní zdroje. V důsledku zvýšené teploty však může dojít k narušení těsnění pouzdra zdroje záření a tím se z uzavřeného zářiče snadno stane otevřený radioaktivní zdroj, který potom uvolňuje radioaktivní

236

látky v různé podobě do okolního prostředí, čímž toto prostředí radioaktivně kontaminuje. Zvýšená teplota vyvolaná požárem místa, kde se radioaktivní zdroje skladují nebo používají, může nejenom rozrušit zapouzdření uzavřených zářičů, ale také přispět k rozptýlení radioaktivních látek v prostoru požáru i v jeho okolí. To vede k radioaktivní kontaminaci vzduchu a tedy i kouře, který obsahuje různé aerosoly resp. prachové částice s usazenou radioaktivní látkou. Vdechováním se radioaktivní látky dostávají do lidského těla, kde přispívají k jeho ozáření, které se kvantifikuje pomocí veličiny efektivní dávka. Kromě vnitřního ozáření tato veličina zahrnuje také příspěvek od vnějšího pronikavého záření. Kvantifikace zdrojů a ozáření osob v důsledku vnějšího záření a vnitřní radioaktivní kontaminace Z hlediska ozáření osob rozlišujeme dva případy. Ozáření je na tak nízké úrovni, že u ozářené osoby se neprojeví žádný pozorovatelný efekt. V tomto případě se účinky ozáření projevují v podobě pravděpodobnosti onemocnění zhoubným nádorem. Přitom, čím je vyšší efektivní dávka, která vyjadřuje míru těchto stochastických účinků, tím je i vyšší příslušná pravděpodobnost. Pokud ozáření překročí určitou prahovou úroveň, u ozářené osoby se vyskytnou určité projevy v podobě různých škodlivých účinků ionizujícího záření, jako např. zrudnutí nebo popálení kůže, nevolnost, zvracení atd. Takové účinky záření na člověka se nazývají deterministické účinky, u nichž závažnost účinku je úměrná radiačnímu ozáření. Radioaktivní zdroje se obvykle charakterizují pomocí aktivity, což je veličina definovaná jako počet radioaktivních přeměn za jednotku času. Jednotkou je becquerel, symbol Bq, přičemž 1 Bq představuje aktivitu zdroje, v němž každou sekundu dojde k jedné přeměně. Důležitým parametrem radioaktivních zdrojů je i jejich poločas přeměny, což je vlastně doba, během níž jeho původní aktivita poklesne na poloviční hodnotu. Radioaktivní kontaminaci povrchu posuzujeme na základě rozložení aktivity příslušné radioaktivní látky vztažené na jednotkovou plochu a vyjadřujeme v jednotkách Bq.m-2. Pro kvantifikaci koncentrace radioaktivní látky v určité látce, např. ve vzduchu, slouží objemová (měrná) aktivita, definovaná jako aktivita na jednotku objemu (jednotkou je Bq.m-3 nebo Bq.l-1). Pokud jde o působení záření emitovaného radioaktivními látkami na člověka, vycházíme se z veličiny absorbovaná dávka, která v daném bodě je definována jako energie záření absorbovaná v jednotce hmotnosti látky (tkáně). Její jednotkou je J.kg-1, který pro tyto účely má zvláštní název gray a symbol Gy. V ochraně před zářením je vhodnější opřít se o střední dávku v daném orgánu nebo tkáni neboli orgánovou dávku DT. Tato veličina je dána vztahem (např. [1]): DT 

T mT



1  D( m) dm mT mT

kde εT

energie sdělená (absorbovaná) v látce o hmotnosti,

mT, D(m) hmotnostní distribuce dávky. Efektivní dávka představuje hlavní veličinu, která nejlépe odráží radiační újmu v podobě stochastických účinků. Její současná definice (včetně hodnot příslušných váhových faktorů) bere v potaz Ostrava 4. - 5. září 2013


nejnovější dostupné vědecké informace o biologii a fyzice týkající se působení záření na lidské tělo. Definice se opírá o hodnoty střední dávky ve 14 orgánech a tkáních, přičemž ve formě zbytku přihlíží i k nejvíce ozářeným dalším tkáním a orgánům: E  wT wR D T , R  wT H T T

R

T

kde DT,R je střední dávka v orgánu nebo tkáni T, vyvolaná zářením typu R, přičemž wR a wT jsou hodnoty příslušného radiačního resp. tkáňového váhového faktoru. Ekvivalentní dávka HT se vztahuje ke stochastickým účinkům v určité konkrétní tkáni nebo orgánu. Jednotkou efektivní dávky, a stejně tak ekvivalentní dávky, je sievert, značka Sv. Měli bychom však používat menší jednotky, jako mSv nebo μSv, protože ozáření na hypotetické úrovni 1 Sv a výše není již spojeno pouze se stochastickými účinky, ale také s deterministickými účinky. Pro představu, ozáření pracovníka odpovídající efektivní dávce 1 mSv vyvolá u takového jedince riziko onemocnění zhoubným nádorem rovné 4,1.10-5, jinými slovy: ozáří-li se 100 000 pracovníků tímto způsobem, pak je možné v takové skupině očekávat přibližně 4 přídavná onemocnění rakovinou nad rámec spontánního výskytu této nemoci (což je kolem 25 %).

Ochrana proti vnějšímu a vnitřnímu ozáření Každý zdroj ionizujícího záření představuje určitou potenciální možnost nežádoucího ozáření nad rámec příslušných dávkových či referenčních úrovní, které byly stanovené dozornými orgány v souladu s relevantními mezinárodními doporučeními, standardy nebo směrnicemi. Jedná se zde zejména o doporučení Mezinárodní komise pro radiologickou ochranu (ICRP - International Commission on Radiological Protection) [3], bezpečnostní standardy Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA - International Atomic Energy Agency) [4] a směrnice Evropské unie [5]. Ochrana před vnějším zářením Vnější záření mohou emitovat především uzavřené zářiče nebo také radioaktivní látky usazené na povrchu terénu či povrchu okolních předmětů (povrchová radioaktivní kontaminace), a také radioaktivními látkami přítomnými ve vzduchu (ponoření do radioaktivního mraku). Před vnějším pronikavým ionizujícím zářením se obvykle chráníme vzdáleností, časem, stíněním nebo kombinací těchto metod (obr. 2).

Aplikace radiačních a jaderných technologií V průmyslu, medicíně, vědě a v dalších oblastech nacházejí aplikace spojené s použitím zdrojů ionizujícího záření, zejména pak radionuklidů, a rovněž tak využití štěpné reakce a dalších jaderných metod, významné uplatnění. Zatímco na jedné straně jsou tyto technologie velmi přínosné, na druhé straně je nezbytně nutné zajistit jejich dopad na člověka tak, aby riziko a vliv na zdraví lidí a na životní prostředí bylo udrženo na přijatelné úrovni. To se týká jak normálních (plánovaných) situací, tak i mimořádných případů, kde hlavním úkolem je minimalizovat dopad jakékoli radiační či jaderné nehody, havárie, sabotáže nebo i teroristického radiologického útoku na obyvatelstvo. Přitom rozhodujícím předpokladem k zajištění adekvátní bezpečnosti obyvatel v důsledku mimořádných situací jsou preventivní opatření zaměřena na snížení pravděpodobnosti vzniku takových situací a připravenost na jejich likvidaci.

a)

Nejmohutnějším zdrojem ionizujícího záření a radioaktivních látek je jaderný reaktor a jeho palivo. Jedná se zde nejenom o energetické reaktory na jaderných elektrárnách, ale i o výzkumné reaktory a reaktory využívané k produkci umělých radionuklidů. Dalšími intenzivními zdroji ionizujícího záření jsou radioaktivní termo-elektrické generátory, průmyslové a lékařské ozařovače, radionuklidové terapeutické zářiče (teleterapii a brachyterapii), defektoskopy a potom celá řada dalších zdrojů používaných v různých přístrojích a zařízeních, které slouží k analýze vzorků nebo měření specifických parametrů materiálu s využitím příslušných interakcí záření s látkou. Ilustrace aplikace zmíněných technologií s ohledem na rozsah aktivity používaných nebo vyskytujících se radionuklidu je na obr. 1.

b) Obr. 2 Ilustrace ochrany před účinky ionizujícího záření, a) pronikavá schopnost různého záření, b) ochrana vzdáleností (radiační úroveň klesá se čtvercem vzdálenosti), časem (ozáření je přímo úměrné době expozice) a stíněním, které zeslabí fluenci částic a tím i ozáření Nebezpečí radioaktivních látek jako zdroje vnějšího ionizujícího záření závisí zejména na aktivitě zářiče a na vlastnostech záření z hlediska jeho pronikavé schopnosti.

Obr. 1 Ilustrace rozsahu aktivity radionuklidů při různých aplikacích radiačních a jaderných technologií [2] Ostrava 4. - 5. září 2013

237


Ochrana před vnitřní kontaminací Ochrana před ozářením v prostoru zamořeném radioaktivní látkou vyžaduje použití ochranných prostředků. Při zásahu hasičů v místě, kde je vzduch kontaminován radioaktivními látkami je nutné použít speciální ochranné prostředky, z nichž nejdůležitější je ochranná maska nebo alespoň rouška (obr. 3) omezující vdechování kontaminovaného vzduchu a tím i podstatnou redukci vnitřní kontaminace. Práce v radioaktivně kontaminovaném prostředí vyžaduje použití speciálních ochranných oděvů, které zabraňují vstupu radioaktivních látek do organismu kůží a jinými možnými cestami (obr. 4).

Celková efektivní dávka

Vnější ozárení

Hp(10) nebo *

H (10)

+

Vnitřní ozáření

+

E(50)

E (50) = å e j ,inh (50) × I j ,inh + å e j ,ing (50) × I j ,ing i

i

Obr. 5 Jednotlivé příspěvky celkového ozáření: vnější ozáření lze stanovit na základě osobních dozimetrů - měřená veličina Hp(10) nebo pomocí radiačního přenosného monitoru - měřená veličina H*(10). Vnitřní ozáření se obecně vyhodnotí jako úvazek efektivní dávky E(50), kde se vychází s příjmu aktivity radioaktivních látek inhalací Ij,inh nebo v některých případech i ingescí Ij,ing, přičemž se pro jednotlivé uvažované radionuklidy použijí příslušné konverzní faktory ej,inh(50) resp. ej,ing(50)

Obr. 3 Použití roušky a masky jako ochrany před vnitřní radioaktivní kontaminaci vzduchu v místě zásahu

V některých případech je zapotřebí měřit i objemovou aktivitu vzduchu, což vyžaduje speciální monitory založené na prosávání vzduchu přes vhodný filtr, na němž se zachytí radioaktivní látky, které se potom detektorem změří. Na zásahy spojené s potenciální přítomností radioaktivních a dalších bojových nebezpečných látek se v rámci Hasičského záchranného sboru (HZS) ČR specializuje Záchranný útvar, jehož součástí jsou i družstva chemického průzkumu a družstva chemické a dozimetrické kontroly. Jejich akceschopnost se prověřuje a zdokonaluje výcvikem a cvičeními, kde se simulují různé reálné situace se skutečnými zdroji (např. [7]). Procvičují se zejména takové činnosti, jakými jsou: • radiační a chemický průzkum, • vymezení bezpečnostní, nebezpečné a vnější zóny, • záchrana osob z kontaminovaného prostoru, • monitoring a jeho interpretace,

Obr. 4 Různé provedení ochranných osobních oděvů od těch jednodušších ke složitějším určeným pro pobyt v prostředí silně kontaminovaném radioaktivními nebo jinými nebezpečnými látkami [6] Vzhledem k tomu, že při hašení požárů v prostředí, kde došlo k radioaktivní kontaminaci vzduchu, hasiči jsou vystaveni jak vnějšímu, tak i vnitřnímu ozáření. Stupeň nebezpečí v důsledku takového ozáření vyjadřujeme celkovou efektivní dávkou, což je součet příspěvku od vnějšího záření a příspěvku od vnitřního ozáření (obr. 5). Vnější ozáření se obvykle stanoví osobním dozimetrem, který udává osobní dávkový ekvivalent (v jednotkách Sv), nebo radiačním monitorem, jehož výsledek je prezentován jako prostorový dávkový ekvivalent (také v jednotkách Sv). V obou případech výsledky takového monitorování umožní stanovení příspěvku k celkovému ozáření vyvolaném vnějším zářením. K monitorování vnějšího záření slouží hasičům osobní dozimetry. Vzhledem k potřebě okamžitého vyhodnocení, a také varování před vstupem do míst s nadměrnou radiační úrovní, používají se pro tento účel vesměs elektronické osobní dozimetry. K hodnocení situace v kontaminovaném místě nebo pro hledání a identifikaci neznámých radioaktivních zářičů jsou záchranné jednotky vybaveny přenosnými radiačními monitory, které se vyznačují značnou citlivostí a mohou měřit radiační úrovně srovnatelné s přírodním radiačním pozadím. 238

• zajištění, • dekontaminace radioaktivně zamořeného prostředí. Tab. 1 Přehled hlavních účinků ionizujícího záření u člověka Časné

Pozdní Somatické

• akutní nemoc z ozáření • akutní lokální změny • akutní radiodermatitis • poškození fertility

• nenádorová pozdní poškození • chronická radiodermatitis • zákal oční čočky

Deterministické

Genetické • zhoubné nádory

• genetické účinky u potomstva

Stochastické

Hasiči všude ve světě představují jednu z nejorganizovanějších a nejvíce připravených součástí každého záchranného systému. Jejich zásahy sahají od likvidace velkých jaderných havárií (viz Černobyl, Fukušima atd.) až po řešení podezřelých případů s výskytem radioaktivních zářičů. Z poslední doby lze u nás uvést zásah HZS spolu s Policií ČR při zajištění náhodně objeveného radioaktivního zářiče na dětském hřišti v Praze v Podolí [8]. Práce těchto složek se však neobejde bez odborné pomoci a spolupráce se Státním úřadem pro jadernou bezpečnost (SÚJB) a Státním ústavem radiační ochrany, v.v.i. [8]. Ostrava 4. - 5. září 2013


Při hodnocení radiačního nebezpečí a rizika je účelné vycházet nejenom ze srovnání radiačních úrovní s přírodním pozadím, které je v ČR asi kolem 3 mSv za rok, ale také z ozáření běžných při radiodiagnostických vyšetřeních, které sice rozhodujícím způsobem přispívají k průměrné efektivní dávce obyvatelstva, ale jejich účinky jsou výlučně stochastického charakteru (tab. 1) [9].

aby tyto jednotky prošly potřebným výcvikem a školeními, která by je připravila na zvládnutí jejich úkolů v této oblasti.

[1]

Sabol, J.; Vlček, P.: Radiační ochrana v radioterapii. Učební texty, Vydavatelství ČVUT, Praha, 2011.

Pokud jde o relativní srovnání ozáření v důsledku různých situací, činností a aplikace zdrojů ionizujícího záření, jsou tyto reprezentativní případy ilustrovány na obr. 6.

[2]

Hudzietzová, J.; Sabol, J.; Šesták, B.: Ochrana osob a životního prostředí v případě potenciálního zneužití radionuklidů používaných v medicíně. Zborník z 18. medzinárodnej vedeckej konferencie „Riešenie krízových situácií v špecifickom prostředí“, 5. - 6. 6. 2013, Žilina, SR; ISBN 978-80-554-0702-9.

[3]

The 2007 Recommendations of ICRP, ICRP Publication 103, Annals of the ICRP 37(2-4); český překlad dostupný na http://www.sujb.cz/fileadmin/ sujb/docs/radiacni-ochrana/ ICRP103_dokument.pdf (14. 6. 2013).

[4]

Radiation Protection and Safety of Radiation Sources: International Basic Safety Standards, General Safety Requirements, IAEA, Vienna, 2011.

[5]

Směrnice Rady 2003/122/EURATOM ze dne 22. prosince 2003 o kontrole vysokoaktivních uzavřených zdrojů záření a opuštěných zdrojů, Rada Evropské unie, Úřední věstník L 346; http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ. do?uri=CELEX:32003L0122:CS:HTML (14. 6. 2013).

[6]

DuPont Personal Protection Equipment, http://www. westernsafety.com/ dupont/dupontpg2.html (15. 6. 2013).

[7]

“Zásah na radioaktivní a bojové chemické látky” - Společný výcvik ZÚ HZS ČR s Armádou ČR; http://www.hzscr.cz/ clanek/zasah-na-radioaktivni-a-bojove-chemicke-latkyspolecny-vycvik-s-armadou-cr.aspx (14. 6. 2013).

[8]

Záchyt v Praze - Podolí; http://www.sujb.cz/aktualne/detail/ clanek/ zachyt-v-praze-podoli-ze-dne-2892011/ (14. 6. 2013).

[9]

Stručný přehled biologických účinků záření, SÚJB; http:// www.sujb.cz/ radiacni- ochrana/oznameni-a-informace/ strucny-prehled-biologickych-ucinku-zareni/ (14. 6. 2013).

Obr. 6 Příklady některých typických úrovní ozáření osob včetně dávkových limitů stanovených SÚJB

Literatura

Závěr I když při likvidaci požáru rozhodující roli hrají v rámci svého postavení v Integrovaném záchranném systému (IZS) zásahové jednotky HZS, při zásahu v prostředí, kde se nacházejí radioaktivní látky, nebo je podezření na možnost radioaktivní kontaminace, tyto jednotky úzce koordinují svůj postup s dalšími odbornými složkami. Kromě již jmenovaných institucí, jako SÚJB a SÚRO, jsou to také další instituce specializující se na ochranu obyvatelstva s důrazem na nebezpečné látky včetně radioaktivních látek. Patří sem Institut ochrany obyvatelstva (IOO) [10] a Státní ústav jaderné, chemické a biologické ochrany, v.v.i. (SÚJCHBO) [11]. V každém případě v přední linii s požárem budou bojovat především jednotky HZS [12], které musí být odpovídajícím způsobem vybaveny nejenom prostředky individuální ochrany [13], ale i příslušnou monitorovací technikou k měření vnějšího ozáření a v některých případech i k odhadu vnitřní kontaminace. Je nezbytné,

[10] Institut ochrany obyvatelstva, MV ČR; http://www.ioolb.cz/ ioo_kontakt. php (15. 6. 2013). [11] SÚJCHBO, v.v.i.; http://www.sujchbo.cz/ (15. 6. 2013). [12] Útvary MV-GŘ HZS ČR; http://www.hzscr.cz/clanek/utvarymv-gr-hzs-cr.aspx (15. 6. 2013). [13] Prostředky individuální ochrany (PIO), HZS ČR; http:// www.hzscr.cz/ clanek/prostredky-individualni-ochrany-pio. aspx?q=Y2hudW09Mw%3D%3D (15. 6. 2013).

Publikace z edice SPBI SPEKTRUM Zásahy při radiační mimořádné události EDICE SPBI SPEKTRUM

57.


ZDENċK PROUZA JIěÍ ŠVEC

ZÁSAHY PěI RADIAýNÍ MIMOěÁDNÉ UDÁLOSTI

Zdeněk Prouza, Jiří Švec Cílem této publikace je poskytnout informace (vycházející z mezinárodních doporučení -především dokumentů IAEA) složkám Integrovaného záchranného systému, které budou zasahovat v první fázi radiační mimořádné situace lokálního charakteru, a státním, místním institucím, jejichž pomoc při likvidaci následků takové události je nezbytná.

ISBN 978-80-7385-046-3. Rok vydání 2008.

cena 105 Kč



239

Požární ochrana 2013

Recommend Documents