Požární ochrana 2014

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 2014

Sborník přednášek XXIII. ročníku mezinárodní konference

Ostrava, VŠB - TU 3. - 4. září 2014

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 2014 Sborník přednášek XXIII. ročníku mezinárodní konference pod záštitou rektora Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava prof. Ing. Iva Vondráka, CSc. a generálního ředitele HZS ČR brig. gen. Ing. Drahoslava Ryby

Ostrava, VŠB - TU 3. - 4. září 2014

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 2014 Sborník přednášek XXIII. 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 978-80-7385-148-4 ISSN 1803-1803

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

Vědecký výbor konference Scientific Programe Committee brig. gen. 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 Dr. Júlia Hornyacsek, PhD. - National University of Public Service, Budapest prof. RNDr. Pavel Danihelka, CSc. - VŠB - TU Ostrava prof. Dr. rer. nat. Tammo Redeker - Institut für Sicherheitstechnik Freiberg 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. Lenka Černá - SPBI Ostrava Ing. Jaroslav Dufek - PAVUS, a.s. Praha doc. Dr. Ing. Miloš Kvarčák - VŠB - TU Ostrava Zdeněk Novák - Mark2 Corporation Czech a.s. plk. Ing. Zdeněk Ráž - TÚPO Praha doc. Ing. David Řehák, Ph.D. - VŠB - TU Ostrava doc. Ing. Marek Smetana, PhD. - VŠB - TU Ostrava doc. Ing. Petr Štroch, Ph.D. - RSBP spol. s r.o. plk. Ing. Vladimír Vlček, Ph.D. - Česká asociace hasičských důstojníků

Thermogravimetric Analysis of Chosen Species of Wood which are Used for Floor 114 Jaskółowski Wademar, Chmielewska - Łukaszek Aneta Hodnocení parametrů mobilních protipovodňových systémů 116 Ježková Pavlína, Chmelíková Karolína Zásahový tablet pro výjezdová vozidla HZS Jirouš David, Procházka Boris

120

The Role of Games in the Contemporary World and Their Impact on the Development of Computer Simulators Designated for Training Rescue Services Kukfisz Sławomir, Ptak Szymon Protivýbuchová prevence a průmyslové pojištění povinnosti, zkušenosti a poznatky z praxe Kulich Martin, Volejníček Oldřich, Šebek Jakub Omítky a nástřiky z požárního hlediska Kupilík Václav

177

181

185

Tlakové lahve v podmínkách požáru ve vnitřním prostoru Karl Jan, Hora Jan

123

Vyhodnocení průběh objektové evakuace při evakuačním cvičení Kutilová Kristýna, Kučera Petr, Šíma Stanislav

190

Zkušební vysokotlaké laboratoře pro stanovení PTCH za technologických podmínek Karl Jan, Ševčík Libor, Suchý Ondřej

128

Vliv rozviřovacího tlaku na maximální výbuchové parametry prachu Lepík Petr, Havelková Jana, Serafín Jiří

195

Zásady navrhování budov odolných na účinky venkovního výbuchu Makovička Daniel, Makovička Daniel

199

135

Hodnotenie rizika chemických látok používaných na hasenie Marková Iveta

203

137

Vzájemné závislosti v oblasti kritické infrastruktury 207 Markuci Jiří, Řehák David

Efektivnost vzdělávání v oblasti bezpečnosti Klaban Vladimír Provedení analýzy zranitelnosti lokality na úrovni obce s rozšířenou působností ve vazbě na stanovení souborů indikátorů místní soběstačnosti Klaban Vladimír, Stošek Pavel Tepelná stabilita grafen-oxidu a jeho vybraných derivátů Klouda Karel, Friedrichová Romana, Lach Karel, Zemanová Eva Fire Spread on Walls with ETICS Kolbrecki Andrzej Význam simulační podpory krizových štábů obcí s rozšířenou působností Kovářík František

131

148

151

Požárně bezpečnostní zařízení, vztah k ceně objektu 155 Kratochvíl Václav, Kratochvíl Michal, Navarová Šárka Bezpečnost a ekonomika provozování požárních vodovodů Kročová Šárka

163

Retention Time during Fire Suppression in the Enclosure by Inert Gases Kubica Przemysław, Wnęk Waldemar, Boroń Sylwia

167

Šíření plamene po fasádě - výsledky zkoušek na vzorcích středního a velkého rozměru, funkce požárních bariér Kubů Marcela Ověření návrhu nuceného odvodu kouře a tepla sportovní haly Kučera Petr, Dvorská Hana

170

172

Projekt „Zabezpečení přípravy lektorů dalšího vzdělávání v oblasti ochrany obyvatelstva při mimořádných událostech v Moravskoslezském kraji“ Martínek Bohumír Požáry osobních automobilů způsobené filtry pevných částic aneb souboj ekologie, ekonomiky a bezpečnosti Michut Petr

211

213

Porovnanie niektorých druhov sadrokartónových dosiek z hľadiska úbytku na hmotnosti po vystavení účinku plameňa 217 Mitrenga Patrik, Michalovič Roman Stanovení požárně-technických charakteristik na vybraných zařízeních Mokoš Ladislav, Lepík Petr, Serafín Jiří

220

Technické zabezpečenie hasenia lesných požiarov v sťažených terénnych podmienkach Monoši Mikuláš, Kapusniak Jaroslav

224

Rýchlosť rozvoja požiaru z pohľadu noriem požiarnej bezpečnosti Mózer Vladimír

228

POŽÁRNÍ OCHRANA 2014

Thermogravimetric Analysis of Chosen Species of Wood which are Used for Floor Wademar Jaskółowski, Ph.D. Aneta Chmielewska - Łukaszek, Ph.D. The Main School of Fire Service 52/54 Słowackiego St., 01-629 Warsaw, Poland [email protected] Abstract The purpose of this work is to gain the knowledge on thermal decomposition of chosen wood which are used for floor. This paper described experimental research with the use of thermogravimeter for thermal analysis. The experimental material was made from the following species of wood: oak, beech (domestic woods), ipe, merbau, wenge (exotic woods). The measurements were made in polithermal conditions with heating rates: 10 °C/min and 20 °C/min, under air atmosphere. Obtained results show that the place of wood origin (biotope), affects little thermal stability of the species tested, in air, at the same heating rate. Keywords Exotic wood, wood, thermogravimetric analysis, thermal decomposition, thermostability. Introduction The floor is one of the elements of interior design, significantly affecting the aesthetic of the room. The top layer of the floor should meet the many requirements of utility, which could include i.a.: abrasion resistance, dimensional stability, resistance to humidity and others. Type of flooring material (wood) should be selected according to his dominant performance characteristics depending on the destination of the room where the floor will be arranged [1]. In fire conditions wood which are used for floor is under the influence of heat flux. The effect of hot gases on the surface of the wood and thermal radiation begin the process of thermal decomposition, which starts the flaming or smoldering combustion. The knowledge of thermal decomposition can be used for modeling building fires [2]. The order of the process of pyrolysis considerably influences the heat emission and in consequence the dynamics of fire development. This is why many scientists and research centers in Poland and all over the world are interested in this area of knowledge [1, 3 - 9]. The main subject of research are European woods and knowledge from this area is vast. This cannot be related to exotic woods, which are more often used in construction. Thermal decomposition of wood is a very complicated process which proceeds in hetero phase configuration. For widening the knowledge about thermal decomposition thermogravimetric measurements can be used. From the analysis of obtained diagrams we can get temperatures of the beginning of thermal decomposition and kinetic parameters of this process. Mostly it is: the grade of reaction, activation energy and pre-exponential factor from the Arrhenius equation. The grade of reaction is determines the speed of mass decrease and the heat of combustion of gaseous products and it is very useful when describing the relativeness of mass decrease in function of temperature. Thanks to thermogravimetric research it is possible to, for example, determine temperatures in which decomposition reactions take place and connected with it sample mass changes [9].

wenge and merbau woods were used. Prior to thermogravimetric experiments, samples were grounded to small chips (1 mm). Such size of particles is preferable in chemical analysis of wood. It is also compatible with results obtained by Bilbao [4], who stated that thermal decomposition of samples smaller than 20 mm eliminates the influence of thermal conduction in wood on the process of pyrolysis. Each sample, weighing approximately 20 mg, was introduced into an open platinum pan and was heated from 25 °C to 600 °C, at a linear heating rate of 10 °C/min and 20 °C/min under air atmosphere. Beech is an important and widely-used hardwood in Europe. Its hardness, wear-resistance, strength, and excellent bending capabilities-coupled with its low price-make this hardwood a mainstay for many European woodworkers. Depending on soil conditions, European Beech can grow to very large sizes, and wide, long lumber is commonly available for use. Oak is strong, beautiful, rot-resistant, easy-to-work, and economical, representing an exceptional value to woodworkers. It’s no wonder that the wood is so widely used in cabinet and furniture making. Merbau - this wood has excellent strength characteristics, along with excellent stability, making it ideally suited for use as wood flooring and other applications where strength is important. Ipe is a wood of extremes: extremely dense and durable, as well as extremely difficult to work. It is incredible hardness and strength make it well suited for flooring applications. Wenge has excellent strength and hardness properties, and is also dark enough to be used as a substitute for ebony.

Fig. 1 Thermogravimeter for the thermal analysis (produced by TA Instruments) Results Obtained results are summarized in tab. 1. The thermal process describes two main phases. The first most important phase started at 256 °C (for beech, 10 °C/min) to 271 °C (for merbau, 20 °C/min). The fig. 2 and 3 show the selected thermogravimetric analysis curves of TG and DTG (for oak - 10 °C/min and wenge 20 °C).

Experimental Data The apparatus used for thermal decomposition wood is shown in Fig. 1 (produced by TA Instruments, model Q500). In the research samples from European oak, beeach, lapacho, Ostrava 3. - 4. září 2014

114


• 1st stage of weight loss and pyrolysis of cellulose (decomposition temperature of 260 - 350 °C; • 2nd stage of of weight loss and lignin-related pyrolysis (decomposition temperature of 280 - 500 °C; • plateau phase - the process of carbonization. In phase I and II (active pyrolysis), observed dynamic, maximum weight loss. The results indicate that the place of wood origin (biotope), affects little thermal stability of the species tested, in air, at the same heating rate. Increased heating rate from 10 °C/min to 20 °C /min, practically causes small changes in the parameters of thermal decomposition . Generally, the higher the heating rate, the decomposition occurs at higher temperatures. Fig. 2 TG and DTG curves of wenge at the heating rate 20 °C/min

In all the recorded curves, observed two peaks, indicated that the maximum rate of decomposition (maximum weight loss) took place in the temperature range of active pyrolysis. References [1]

Jaskółowski, W.; Kozakiewicz, P.; Szwed, M.: Thermogravimetric research on the influence of wood species on its thermal decomposition, Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Forestry and Wood Technology, 71 (2010); 296-29.

[2]

Bryden, K.M.; Ragland, K.W.; Rutland, C.J.: Modeling thermally thick pyrolysis of wood, Biomass and Bioenergy 22 (2002); 41-53

[3]

Bilbao, R.; Mastral, J.F.: Modeling of the pyrolysis of wet wood, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 36 (1996); 81-97.

[4]

Bilbao, R.; Murillo, M.B.; Millera, A.: Angular and radial temperature profiles in the thermal decomposition of wood, Thermochimica Acta, 200 (1992); 401-411.

[5]

Blaine, R.L.; Hahn, B.K.: Obtaining kinetic parameters by modulated thermogravietry, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 54 (1998); 695-704.

[6]

Muller-Hagedorn, M.; Bockhorn, H.; Krebs, L.; Muller, U.: A comparative kinetic study on the pyrolysis of three different wood species, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 68 (2002); 231-249.

[7]

Peters, B.; Bruch, C.: A flexible and stable numerical method for simulating the thermal decomposition of wood particles, Chemosphere, 42 (2001); 481-490.

[8]

Zawadzki, J.; Grześkiewicz, M.; Gawron, J.; Zielenkiewicz T.: Chemical behavior of pine wood (Pinus silvestris L.) modified by heat, Annals of Warsaw University of Life Sciences SGGW, Forestry and Wood Technology No 62 (2007).

[9]

Yorulmaz, S.Y.; Aysel, T.A.: Investigation of combustion kinetics of treated and untreated waste wood samples with thermogravimetric analysis, Fuel Processing Technology 90 (2009) 939-946.

Fig. 3 TG and DTG curves of oak at the heating rate 10 °C/min Tab. 1 Selected results from thermal decomposition of wood samples Kind of wood

Φ [°C/ min]

TPap [°C]

T50 % [°C]

TI [°C]

TII [°C]

mpoz. [%]

10

256 [min]

315

322

452

2,5

20

267

326

335 [max]

457

0,4

10

257

314 [min]

318 [min]

474

1,1

Beeach Oak Ipe Merbau Wenge

20

258

321

324

482 [max]

0,4

10

260

323

324

454

0,6

20

266

329

335 [max]

438

0,6

10

261

324

324

397

2,1

20

271 [max]

343

331

378 [min]

0,8

10

261

335

323

450

0,8

20

268

345 [max]

335 [max]

465

1,3

Φ - heating rate [˚C/min], TPap - temperature of the beginning of thermal decomposition [°C], TImaks - temperature of the maximum of an active phase I [°C], TIImaks - temperature of the maximum of an active phase II [°C], T50 % - temperature of 50 % mass loss [°C], mpoz. - mass of pyrolytic residue [%].

Conclusions Due to small amount of wood species tested it is hardly possible to formulate general conclusions and quantitative relationships. Nevertheless, the results indicate the general trend of thermal stability of various species as a function of the density of wood, heat exposure and heating rate. The following phases of thermal decomposition can be indicated in the TG and DTG curves: • The phase associated with loss of water contained in the sample ends at about 120 - 150 [°C]; Ostrava 3. - 4. září 2014

115


Hodnocení parametrů mobilních protipovodňových systémů An Evaluation of the Parameters of Mobile Flood Control Systems Ing. Pavlína Ježková

Klasifikace protipovodňových systémů

Ing. Karolína Chmelíková

Realizace mobilních protipovodňových systémů patří při povodních k častým činnostem zejména v obcích, kde protéká menší vodní tok. Jejich realizace se uvažuje v místech, která nejsou chráněna stálými protipovodňovými opatřeními a zároveň se na daném území nachází lidé, infrastruktura nebo majetek, které je potřeba před účinky povodně chránit.

VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava-Výškovice [email protected], [email protected] Abstrakt Výstavba mobilních protipovodňových systémů patří při povodních k poměrně častým aktivitám. Jejich realizace se uvažuje v místech, která nejsou chráněna stálými protipovodňovými opatřeními a zároveň se na daném území nachází lidé, infrastruktura nebo majetek, které je třeba před účinky povodně chránit. Existují různé typy mobilních systémů, které jsou dostupné na území ČR. Každý typ je charakteristický dobou potřebnou pro výstavbu, náročností na počet osob realizujících výstavbu a náročností na množství materiálu či technické vybavení. Cílem příspěvku je zhodnotit a porovnat tyto parametry u vybraných typů mobilních protipovodňových systémů. Klíčová slova Mobilní protipovodňové systémy, ochrana před povodněmi. Abstract The construction of mobile flood control systems is a frequent activity during the floods. The implementation of mobile systems is being considered in areas that are not protected by permanent flood control measures and in parallel are people, infrastructure or property that must be protected against flood. There are different types of mobile systems that are available in the Czech Republic. Each type is characterized by the time required for the construction, the demands of personnel which implement the construction and the amount of material and technical equipment. The goal of this contribution is to evaluate and to compare these parameters for selected types of mobile flood control systems. Keywords Mobile flood control systems, flood protection. Úvod Povodně v podmínkách České republiky jsou nejčastějšími příčinami krizových situací a materiálních škod způsobených živelními pohromami [7]. Absolutní ochrana proti povodním neexistuje. Cílem protipovodňových opatření je jejich důsledky na co nejmenší míru snížit, a to zejména v případech, kdy je jimi postihováno zastavěné území.

Aby ztráty v záplavovém území byly co nejmenší, je třeba přijímat opatření, která zabrání povodním mít tak ničivý dopad. Opatření proti povodním lze hodnotit z různých hledisek. Např. klasifikace opatření z ekologického hlediska dělí opatření na technická a přírodě blízká (viz [5]) či klasifikace opatření z hlediska jejich realizace dělí protipovodňová opatření na realizovaná na tocích a na ploše povodí (viz [13]). Často používanou klasifikací je dělení protipovodňových opatření dle jejich technické či netechnické podstaty na strukturální a nestrukturální opatření. Zmíněnou klasifikací se zabývá např. publikace [2]. Do skupiny strukturálních opatření se pak řadí systémy klasifikovány jako stacionární (stálé), mobilně stacionární a mobilní (obr. 1): • Stálé (stacionární) protipovodňové systémy - Jedná se zpravidla o pozemkové úpravy velkého rozsahu, např. údolní nádrže, regulace a stabilizace toků v zastavěných územích, výstavba suchých nádrží, apod. Výstavba stacionárních povodňových systémů je technologicky, procesně, časově, organizačně a především finančně poněkud náročná. Výstavbu je nutné provádět v souladu s územně plánovací dokumentací [12]. • Mobilně stacionární systémy - Jedná se o konstrukční řešení navržená jako součást systematické protipovodňové ochrany urbanizovaného území. Část ochranných prvků je realizována jako pevně zabudovaná konstrukce (ochranné hráze nebo zdi, stabilní vaky plněné popílkem, apod.). Zvýšená ochrana území je pak z estetických, prostorových, finančních popř. jiných důvodů řešena jako mobilní [9]. V tomto případě se obvykle jedná o předem připravené hradicí prvky (mobilní hradidla), jejichž instalace vyžaduje určitou dobu v řádu několika hodin. Jsou proto vhodné pro ochranu území větších vodních toků, kdy je možné předpovídat zvýšené průtoky s patřičným předstihem. • Mobilní protipovodňové systémy - Prvky, které jsou operativně používány pro zvýšení ochrany území při povodňové situaci. Ve většině případů jde o pytlování nebo odstranitelné vaky plněné vodou, vzduchem nebo speciální směsí a další systémy, které po použití lze zcela odstranit.

Protipovodňová opatření nejsou jen fyzické prvky (mobilní, stacionární), ale jedná se i o opatření zajišťující připravenost (povodňové plány, stanovení záplavových území), efektivní reakci na povodně a odstranění škod po skončení povodní [10]. Legislativně jsou vymezena v zákonu o vodách [15] ve třech skupinách, a to jako opatření přípravná, opatření prováděná při nebezpečí povodně, za povodně a opatření prováděná po povodni. Na území České republiky je realizována celá řada opatření technického charakteru. Ochrana lidí, majetku a životního prostředí v záplavovém území je při povodních zajišťována nejen prostřednictvím stálých protipovodňových systémů a mobilně stacionárních systémů, ale i formou výstavby mobilních protipovodňových systémů. I přesto, že je snaha chránit hodnoty v území opatřeními dlouhodobého charakteru, stále existuje mnoho míst v záplavových územích, která jsou chráněna nedostatečně. Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 1 Klasifikace strukturálních protipovodňových opatření

116


Typy mobilních protipovodňových systémů V českých podmínkách je dostupné velké množství různých typů mobilních protipovodňových systémů (viz např. [4, 6]). Jednotlivé typy se výrazně liší svými funkčními charakteristikami, a také svými nároky na nasazení zdrojů jako materiál, technické vybavení, osoby, doba výstavby, apod. při jejich instalaci. Samotná výstavba každého systému vyžaduje odpovídající čas a logistickou podporu - zajištění příslušného materiálu (písek, popílek, voda, vlastní prvky systému) a techniky (transportní, manipulační, čerpací, apod.). Při výstavbě mobilních protipovodňových systémů je taktéž potřebná znalost zásad budování, resp. montáže systémů. Nedodržení správného postupu mívá za následek omezenou funkčnost systému nebo dokonce úplnou nefunkčnost provedených opatření (např. propustnost i následnou destrukci hrází vodním živlem). Při povodňových situacích bývají pravidelně zaznamenány případy, kdy i přes výstavbu mobilního protipovodňového systému dochází k zaplavení území a vzniku škod. Důvodem neefektivní realizace bývá mj. i neuspokojivý výběr vhodného mobilního systému vzhledem k časovým, materiálových, technickým a lidským potřebám pro jeho realizaci. Mezi mobilní protipovodňové systémy používané v České republice lze zařadit: • pytle plněné pískem (jednokomorové, tandemové), • velkoobjemové vaky, • paletové bariéry, • hrazení plněná vodou nebo inertním materiálem, • hrazení se sklopnou konstrukcí, • lehké hradidlové systémy,

• Technické zařízení Jedná se o pomocná zařízení jako např. čerpadlo, kompresor, násypné zařízení, atd. a mobilní techniku jako např. bagr, nákladní vozidlo, mobilní jeřáb, atd. Výchozím počtem zařízení je jeden kus, při větším počtu strojů daného druhu může dojít ke zrychlení práce. • Plnicí materiál Jedná se o potřebu plnicího materiálu pro mobilní systémy, u kterých je třeba náplň. Je uvažováno množství vyjádřené v tunách, litrech, apod. Dostupnost materiálu náplně je nutné zvážit při rozhodování o realizaci vhodného mobilního systému. Dlouhotrvající doprava nebo nedostatek materiálu může způsobit situaci, že systém nebude sestaven v době, která je požadována pro dostatečnou ochranu obyvatelstva a může zásadně ovlivnit efektivnost mobilního systému. Hodnocení vybraných mobilních protipovodňových systémů Pro účely hodnocení byly vybrány následující mobilní protipovodňové systémy. Hadicová hrazení plněná vzduchem - TW100 Hadicové hrazení je přenosný protipovodňový systém plněný stlačeným vzduchem, který bariéru rozvine do potřebné ochranné délky a výšky (50, 70 a 100 cm). Válce různých délek lze propojit pod různými úhly. Plnění probíhá elektrickým kompresorem. Naplnění 10 m sekce typu TW 50 kompresorem trvá 1,5 minuty, 3 minuty u typu TW75 a 5 minut u typu TW100. Tlak uvnitř vzduchového válce by měl být mezi 5 - 10 kPa. Každý díl hrazení se skládá z 3 částí: těsnící, upevňující a zádržné části (obr. 2).

• stěny z pryžotextiních vaků, • apod. Parametry mobilních protipovodňových systémů Odborná literatura (např. [3, 4]) je zaměřena především na popis jednotlivých mobilních systémů, popřípadě slouží pro vzdělání povodněmi dotčených orgánů obcí a pracovníků hasičských záchranných sborů. Technické parametry mobilních protipovodňových systémů jsou uvedeny především v některých propagačních materiálech výrobců, avšak pro potřebné zhodnocení všech systémů není dostatek informací [6]. U jednotlivých typů mobilních systémů byly zkoumány vlastnosti a parametry související s jejich realizací v záplavovém území. Díky tomu byly zvoleny parametry, které jsou pro účely ochrany před povodněmi klíčové a jsou současně důležité při realizaci mobilních protipovodňových systémů. Mezi takové parametry se řadí: • Hradící výška (ochranná výška) Hradicí výškou se rozumí vzdálenost od úrovně terénu, popřípadě od vrchní hrany pevné základové konstrukce mobilního hrazení po vrchní hranu nejnižší části mobilního prvku hrazení. • Počet lidí potřebných na výstavbu Na výstavbu jsou vždy potřeba minimálně dva lidé, přičemž při spolupráci více osob u některých mobilních systémů náročnost klesá. Toto neplatí u systémů, kde doba výstavby je závislá na výkonu či množství manipulační techniky (např. čerpadlo, kompresor, vysokozdvižný vozík, apod.).

Obr. 2 Řez hadicovým hrazením (Zdroj: [8]) Prefabrikované betonové zábrany - 1 m Betonová svodidla se efektivně využívají v silniční dopravě, v místech s velkou hustotou provozu (k jeho usměrnění) a k omezení rozsahu možných automobilových nehod. Lze je také jistým způsobem užít i k zamezení vzniku povodňových škod, např. v bezprostřední blízkosti chráněných objektů nebo v oblastech ochranných pásem vodních zdrojů [4]. Svodidlo odolá nárazu i větších plovoucích těles (např. vyvrácené stromy). Hrazení se vyrábí v 5 základních velikostech s chráněnou výškou 50, 65, 80, 100 a 120 cm (obr. 3 - uvedeny 3 typy velikostí). Jejich délka je 4 a 6 m. K osazování svodidel je zapotřebí jeřáb a nákladní automobil, nejlépe však nákladní automobil s hydraulickou rukou o odpovídající nosnosti. Průměrná doba usazení 1 ks je cca 10 15 min.

• Čas potřebný na výstavbu Čas potřebný na výstavbu jednotlivých typů mobilních protipovodňových systémů je různý. U některých typů mobilních systémů je tato veličina závislá na počtu osob, u jiných typů je závislá na výkonu techniky, jejíž použití je nutné pro výstavbu mobilního systému.

Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 3 Profily jednotlivých betonových zábran (Zdroj: [1])

117


Tandemové pytle (tloušťka hráze 2 pytle) Dvoukomorové tandemové pytle jsou variací na běžné pytle. Tandemový pytel je tvořen dvěma komorami na písek a prázdnou mezikomorovou přepážkou. Pytle lze naplnit do hmotnosti cca 25 kg [4]. Pytle bývají vyrobeny z polypropylenu. Tento materiál musí odolat velkému tlaku, aby zamezil pronikání vody. Tandemové pytle se plní sypkým materiálem. Nejlépe se osvědčil jako plnící materiál písek. Pytle jsou plněny pomocí plnícího zařízení. Dvoukomorové pytle lze klást na šíři dvou nebo čtyř pytlů (obr. 4), přičemž výšku i šířku hrází je možno libovolně měnit. Maximální výška hráze z tandemových pytlů by měla být 1,5 m (tloušťka hráze 4 pytle).

je např. místo 6 ks kompresorů k dispozici pouze 2 ks, zvýší se potřebná doba na 2,7 hod (162 min) a zároveň postačí 8 osob na realizaci. Rychlost výstavby hráze je totiž u hadicového hrazení plněné vzduchem závislá na počtu kompresorů. Prefabrikované betonové zábrany - 1 m Vzhledem k velikosti jednotlivých dílů (1 x 4 m) je velikost hráze upravena na rozměry: výška 1 m a délka 32 m. Na výstavbu hrazení je zapotřebí 8 ks betonových zábran. Pro nejkratší dobu výstavby, a to 0,2 hod (12 min), by bylo nutné mít k dispozici 8 nákladních vozů s jeřábovým ramenem a 24 osob. Opět je nutné škálované potřeby upravit dle dostupných zdrojů v území. Jestliže je např. k dispozici 1 nákladní vůz s jeřábovým ramenem, postačí mít k dispozici 3 osoby (1 osoba - obsluha vozu, 2 osoby - usměrňování kladení betonových zábran). Počet potřebných betonových zábran je nezměněn a výsledná doba výstavby je tedy 1,6 hod (96 min). Rychlost výstavby betonových zábran je závislá na počtu nákladních vozů s jeřábovým ramenem. Tab. 2 Porovnání vybraných mobilních protipovodňových systémů

Obr. 4 Tandemové pytle (Zdroj: [14]) Na základě výše zvolených parametrů byly jednotlivé typy mobilních protipovodňových systémů hodnoceny. Ukázalo se, že hodnotit jednotlivé typy je vhodné na základě tzv. stavebního bloku. U každého mobilního systému byly tedy vymezeny rozměry stavebního bloku (většinou se jedná o velikost jednoho komponentu konkrétního typu mobilních protipovodňových systémů) a k nim spočtena doba výstavby a počet osob a vyjmenovány komponenty, které jsou nutné pro jejich realizaci (tab. 1). Základní údaje, z nichž jsou vypočteny příslušné hodnoty v tab. 1, vycházejí z publikací [4 a 11].

Hadicová hrazení plněná vzduchem

Prefabrikované betonové zábrany

Tandemové pytle

Doba výstavby [hod]

2,7

1,6

5,1

Osoby (počet)

8

3

8

Komponenty hrazení [ks]

6 (hadicové hrazení)

8 (betonové zábrany)

900 (tandemové pytle)

Materiál [t]

vzduch

-

22,5 (písek)

Technické zařízení [ks]

2 (kompresor)

1 (nákladní vůz s jeřábovým ramenem)

2 (násypná zařízení)

Tandemové pytle (tloušťka hráze 2 pytle)

Časová potřeba na realizaci stavebního bloku z 900 pytlů je 1,7 hod (102 min) při užití 6 ks násypných zařízení, 24 osob a 22,5 tunách písku. Opět je nutné škálované potřeby upravit dle dostupných zdrojů. Rychlost výstavby hráze Mobilní Délka Výška Doba Počet Plnící z tandemových pytlů je závislá na počtu násypných protipovodňové bloku bloku stavby Technické zařízení osob materiál zařízení. Jestliže jsou v zájmovém místě dostupná systémy [m] [m] [hod] např. 2 násypná zařízení, doba výstavby bude 5,1 hod Hadicová hrazení Hadicové hrazení (306 min) a počet potřebných osob bude 8, protože ke plněná vzduchem 5 1 0,9 4 Vzduch TW 100, kompresor každé násypné zařízení obsluhují minimálně 3 osoby. TW100 Avšak vhodnější je obsluha 4 osobami. Potřebný Prefabrikované Nákladní vůz počet tandemových pytlů a množství písku zůstává betonové zábrany 4 1 0,2 3 s jeřábovým ramenem, nezměněno. -1m betonové zábrany

Tab. 1 Parametry stavebního bloku jednotlivých mobilních protipovodňových systémů

Tandemové pytle (tloušťka hráze 2 pytle)

10

0,5

1,7

3

Tandemové pytle, násypné zařízení

Aby mohly být porovnávány parametry jednotlivých typů mobilních systémů, je vhodné zvolit univerzální velikost stavebního bloku. Porovnávat všechny typy mobilních protipovodňových systémů dostupných v ČR by bylo velmi rozsáhlé, proto byly vybrány již zmíněné tři typy a zvolen rozměr stavebního bloku o výšce 1 m a délce 30 m. Parametry jednotlivých mobilních systémů jsou kalkulovány s užitím údajů uvedených v tab. 1. Hadicová hrazení plněná vzduchem - TW 100 K výstavbě stavebního bloku (1 x 30 m) je třeba doba 0,9 hod (54 min), 6 ks hrazení pro plnění vzduchem - TW 100, 6 ks kompresorů pro nafouknutí hrazení a 24 osob. Takto škálované potřeby jsou ideální pro realizaci hrazení v uvedeném čase. Jestliže Ostrava 3. - 4. září 2014

Písek

Závěr

Kalkulace potřebných zdrojů je relativně přesná pro zdroje materiálové, avšak časová náročnost realizace je závislá na lidských zdrojích, popř. dostupnosti specializované či manipulační techniky, a tudíž může představovat úzké hrdlo realizace a prodloužit výstavbu systému. Doba výstavby nezahrnuje dopravu komponentů či plnícího materiálu na místo výstavby. Samotné rozhodnutí o použití nejvhodnějšího mobilního systému je při povodni založeno na posouzení časového údaje doby výstavby mobilního systému a porovnání s časovým údajem o povodňovém vývoji předpověděným Hlásnou a předpovědní povodňovou službou. Rozhodnutí o výstavbě vhodného mobilního systémů je také závislé na dostupnosti komponentů (technického vybavení, materiálu, apod.) nutných k výstavbě hráze.

118


Striktní porovnávání mobilních systémů není možné. Je třeba ke každému typu přistupovat individuálně a porovnávat výsledné parametry zejména s dostupností technického vybavení, plnícího materiálu, počtu osob či potřebného času s reálnými hodnotami v území. Poděkování Příspěvek byl zpracován s podporou výzkumného záměru č. VG20102015043 „Simulace procesů krizového managementu v systému celoživotního vzdělávání složek IZS a orgánů veřejné správy“ - SIMPROKIM v rámci Bezpečnostního výzkumu uděleného Ministerstvem vnitra České republiky. Použitá literatura [1]

[2]

[3]

Betonová svodidla Delta Bloc. Svodidla KASKA s.r.o. [online]. 2010 [cit. 2014-04-11]. Dostupné z: http://www. svodidla-kaska.cz/betonova-svodidla/svodidla-delta-bloc/. Čamrová, L.; Jílková, J.: Povodňové škody a nástroje k jejich snížení [online]. 2006 [cit. 2012-06-14]. ISBN 80-86684-35-0. Dostupné z: http://www.ieep.cz/editor/assets/publikace/pdf/ pub036.pdf. Hegar, J.; Brettschneider, J.: Ochrana před povodněmi, stavby mobilních protipovodňových hrází, Ostrava, 2008, Dostupné z: http://old.hzspk.cz/soubory/UOKT/stavby_mobilnich_ hrazi.pdf.

[4]

Juráň, M.; Matějka, J.: Mobilní protipovodňové systémy. Vyd. 1. Praha, 2010, 151 s. ISBN 978-80-86640-62-4.

[5]

Koncepce řešení problematiky ochrany před povodněmi v České republice s využitím technických a přírodě blízkým opatření. EAGRI, Ministerstvo zemědělství [online]. Praha, 2010 [cit. 2014-04-11]. Dostupné z: eagri.cz/public/web/ file/100217/Koncepce_PPO_uv101110._0799.pdf.


[6]

Pařenica, J.: Technické prostředky a technologie - Mobilní protipovodňové systémy. Ostrava, 2011. Dílčí zpráva projektu TA01021374.

[7]

Plán oblasti povodí Odry: Povodí Odry, státní podnik [online]. 2007 [cit. 2014-04-05]. Dostupné z: http://www.pod.cz/planoblasti-povodi-Odry/.

[8]

Protipovodňový systém NOAQ: rychlejší ako voda. NOAQ Flood protection AB [online]. Německo, 2003 [cit. 201404-11]. Dostupné z: http://www.noaq.com/dokument/ Presentationsblad-sk.pdf.

[9]

Říha, J.: Ochranné hráze na vodních tocích. 1. vyd. Praha: Grada, 2010, 223 s. ISBN 978-80-247-3570-2.

[10] Říha, J. et al.: Úvod do problematiky. Brno, 2011. Dílčí zpráva projektu TA01021374. [11] Stavba protipovodňových hrází z pytlů plněných pískem: Bojový řád jednotek požární ochrany [online]. 2011 [cit. 2013-02-18]. Dostupné z: http://prometheus.vsb.cz/materialy/ metodikaJPO_novy/bojovy%20rad/Ob.04%20Hraze.pdf. [12] Systém protipovodňové ochrany. In Kosova Hora [online]. 2012 [cit. 2014-04-11]. Dostupné z: https://www. povodnovyportal.cz/povodnovy-plan/kosova-hora-131/ system-protipovodnove-ochrany. [13] Voda v krajině: Operační program životní prostředí [online]. Praha, 2010 [cit. 2014-04-11]. Dostupné z: http://www. vodavkrajine.cz/. [14] Vybíral, P.: Mobilní protipovodňové systémy [online]. HZS Olomouckého kraje. 2013 [cit. 2014-01-29]. Dostupné z: archiv.hzsol.cz/fileadmin/Dokumenty/UO/.../MPS_na_ www1.pps. [15] Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a změně některých zákonů (vodní zákon) ve znění pozdějších předpisů. In Sbírka zákonů. 2001.

119


Zásahový tablet pro výjezdová vozidla HZS Fire Fighters Intervention Tablet Ing. David Jirouš1 Boris Procházka

2

Hasičský záchranný sbor Jihomoravského kraje Zubatého 1, 614 00 Brno 2 GINA Software s.r.o. U Vodárny 3032/2a, 616 00 Brno [email protected], [email protected] 1

Abstrakt Článek tematicky navazuje na článek „Taktické řízení mimořádné události interaktivní mapou s napojením na výjezdová vozidla“ a zabývá se rozšířením myšlenky řízení zásahu pomocí interaktivní mapy. Představuje výjezdový tablet jako prostředek pro rozšíření komunikační linie mezi operačním střediskem a výjezdovým vozem. Článek se zabývá využitím tabletu pro příjem informací o události, zasílání kódů typové činnosti, navigaci na místo zásahu a dalších pokročilých funkcí jako je zasílání fotek na operační středisko, vyhledávání v katastru nemovitostí nebo zakreslování společné operační situace. V závěru článek popisuje možnosti propojení se zdravotnickou záchrannou službou a silami Policie české republiky. Klíčová slova Výjezdový tablet HZS, koordinační systém do terénu, taktický GIS. Abstract This thesis follows paper called “Tactical Coordination of Emergency Thanks to Interactive Map With Interconnection to Intervention Units” and aims to extend the idea of coordination of emergency with interactive map. It introduces a tablet as a tool for extension of communication line between dispatching and intervention unit. The thesis presents tablet for receiving of events, sending statuses, navigation to place of intervention, containing also advanced features such as sending real-time photos to dispatching, searching in cadastral maps or drawing into common operation situation. At the end the thesis describes the possibilities of integrations with ambulance and police. Keywords Fire fighter intervention tablet, Mobile coordination system, Tactical GIS. 1 Úvod Výměna informací mezi jednotkami požární ochrany (JPO) a operačním střediskem byla v minulých letech v Jihomoravském kraji (JMK) založena především na fónické komunikaci. V rámci dvouletého vývoje došlo k doplnění komunikační infrastruktury výjezdových vozidel o informační panely v podobě tabletů, které zajišťují interaktivní přenos informací přímo do vozidel zasahujících jednotek. V rámci integrace došlo k napojení systému do krajských operačních a informačních středisek (KOPIS) hasičského záchranného sboru (HZS) včetně prostupu informací i do dalších složek integrovaného záchranného systému (IZS). 2 Historický způsob předávání informací výjezdovým skupinám v JMK

nepřesného určení místa zásahu byla výjezdová jednotka odkázána především na hlasovou komunikaci s KOPIS. Podobně byla hlasová komunikace využívána pro upřesnění polohy zasahujících jednotek, popis události na místě či v případě součinnosti s ostatními složkami IZS na stav a polohu těchto sil a prostředků (SaP). 3 Mimořádná událost velkého rozsahu v JMK V létě 2012 propukl v JMK lesní požár na ploše 174 ha. Na jeho likvidaci bylo nasazeno přes 300 jednotek a jejich koordinace byla vzhledem k místopisu (homogenní lesní porost bez význačných prvků v krajině) velmi náročná. Jako mapový podklad sloužila papírová lesácká mapa, kterou si jednotliví velitelé pravidelně kopírovali a zanášeli do ní aktuální informace. Dynamický vývoj události, kdy se požár díky silnému větru a velkému suchu rychle šířil, přispěl k následnému rozvoji myšlenky rychlejšího a přesnějšího předávání informací nejen při zásazích podobného rozsahu a typu. 4 Vývoj systému pro předávání informací do výjezdových vozů JMK V rámci pracovní skupiny zabývající se zefektivněním a zpřesněním předávání informací jednotkám došlo k návrhu výjezdového systému, který by měl splňovat následující požadavky: Ve stavu „výjezd“: • Snadný příjem PKV s možností kontaktování oznamovatele či okamžitého otevření karty dokumentace zdolávání požáru (DZP); • Odesílání kódů typové činnosti se zpětným potvrzením z KOPIS; • Sdílení polohy SaP v terénu s ostatními, vizualizace ostatních složek IZS; • Offline navigace na místo zásahu, schopnost navigovat jednotku i bez připojení k Internetu; • Aktuální průjezdnost trasy k události z portálu JSDI či jiných dopravních zdrojů. Ve stavu „na místě“: • Vzájemná koordinace dojezdu - zobrazení ostatních SaP na místě, zobrazení času dojezdu SaP na místo; • Pořizování, ukládání a přenos fotek z místa zásahu na KOPIS a služebním funkcionářům; • Sdílení a zobrazení operační situace s možností kreseb do mapy; • Zobrazení vodních zdrojů či jiných datových vrstev; • Možnost snadného vyvolání externích Medisalarm, překladač, zápisník, …;

aplikací

ResCar,

• Přístup ke kompletní DZP celého kraje; • Možnost zobrazení mapových podkladů HZS ČR, satelitní mapy, katastrální mapy (s možností zobrazení vlastníka). Ve stavu „na základně“ a „pohotovost“: • Archiv fotografií ze zásahu; • Možnost zobrazení trasy pohybu k zásahu spolu s časovými značkami; • Možnost procházet přijatá PKV; • Přizpůsobitelný datový sklad pro potřeby jednotky, stanice, kraje (možnost vkládání dokumentů, které jsou následně automaticky replikovány na všechny vozy).

Výjezdové jednotky v JMK před dvěma lety využívaly tištěný příkaz k výjezdu (PKV) bez možnosti dalšího propojení např. do navigačních systémů nebo mobilních telefonů. V případě Ostrava 3. - 4. září 2014

120


V rámci hledání nejvhodnějšího přístroje pro provoz podobného systému byly zvažovány dvě varianty - buď odolný průmyslový přístroj, který bude dražší a většinou i technologicky zaostalejší, nebo běžný elektronický přístroj, který je levnější a technologicky modernější. Zároveň bylo přihlédnuto k trendu, kdy i běžné elektronické přístroje začínaly být dostatečně odolné pro každodenní použití. Při výběru byl zvolen elektronický přístroj tabletového typu o úhlopříčce 10 palců. Při výběru operačního systému byl zvolen OS Android. 5 Ovládací prvky výjezdového tabletu Při návrhu ovládání výjezdového tabletu byly shromážděny poznatky výjezdových hasičů a obrazovka byla rozdělena do 5 částí s následujícími cíli: 1. PKV - předat zasahujícím jednotkám základní informace o události; 2. NAVIGACE - dopravit zasahující jednotky na místo zásahu v co nejkratším čase;

4. DATOVÝ SKLAD - obsahuje veškeré perzistentní informace určené výjezdovým jednotkám. Obsah datového skladu je konfigurovatelný, v typickém případě obsahuje: • DZP celého kraje; • Nebezpečné látky; • Dokumentace k dopravním prostředkům - tramvaje, trolejbusy, automobily; • Přístup k fotografiím ze zásahů; • Kontakty. Datový sklad může obsahovat i další programy, jako je překladač či metodiky k zásahům, popř. checklisty. 5. FOTO - umožňuje vyfotit místo zásahu a odeslat fotografie v reálném čase z místa zásahu na KOPIS, resp. ostatním vozům, které směřují na místo zásahu. Fotografie mohou být archivovány pro potřeby tvorby zpráv ze zásahů. Fotografie pravidelně využívá i tiskový mluvčí.

3. MÍSTO ZÁSAHU - zobrazení místa zásahu s možností předzásahové analýzy; 4. DATOVÝ SKLAD - jedno místo pro všechny centrálně spravované dokumenty; 5. FOTO - předání fotodokumentace z místa zásahu na KOPIS.

Obr. 2 Výsledná realizace výjezdového tabletu 7 Pracovní režimy výjezdového tabletu V rámci vývoje výjezdového tabletu byly stanoveny čtyři pracovní režimy, reflektující potřeby jednotlivých uživatelů: Obr. 1 Schéma výjezdového tabletu 6 Výsledná realizace zásahového tabletu Samotná realizace zásahového tabletu probíhala od léta 2012 a jeho výsledná funkčnost byla implementována následujícím způsobem: 1. PKV - obsahuje pro výjezdové hasiče známou podobu PKV. PKV je doplněno o možnost okamžitého volání oznamovateli (pokud má zařízení telefonní modul) resp. možnost otevření příslušného DZP vztahujícího se k události. 2. NAVIGACE - obsahuje navigaci na místo zásahu spolu s mapou, na které se zobrazuje poloha vozidla a poloha ostatních SaP složek IZS včetně jejich stavů. Navigace i mapa se otáčí ve směru pohybu vozidla. Podporuje několik mapových podkladů jako mapové podklady HZS ČR, mapu satelitní a katastrální. Mapové podklady HZS ČR jsou uloženy v rámci zařízení, ostatní mapy včetně dotazu na vlastníka nemovitosti se pak stahují v případě připojení. Mapy je možné doplnit o další typy, jako např. turistické mapy pro potřeby pátrání. 3. MÍSTO ZÁSAHU - obsahuje vycentrované místo zásahu spolu se seznamem zasahujících jednotek a časovým odhadem, kdy na místo zásahu dorazí. Umožňuje zobrazení doprovodných informací v mapě, jakou jsou např. hydranty či inženýrské sítě. Zároveň umožňuje veliteli zásahu zakreslovat situaci na místě zásahu (tzv. společná operační situace).


a) MODRÝ REŽIM NEBOLI REŽIM AUTO - základní a nejrozšířenější režim, kdy tablet přijímá PKV techniky, na které je umístěn. b) ZELENÝ REŽIM NEBOLI REŽIM STANICE - režim určený pro velitele stanice, kdy tablet přijímá PKV veškeré techniky stanice. c) ČERVENÝ REŽIM NEBOLI REŽIM ŘÍDÍCÍ DŮSTOJNÍK - režim určený pro řídící důstojníky, kdy tablet přijímá PKV techniky celého územního odboru. d) ROZŠÍŘENÝ ČERVENÝ REŽIM NEBOLI REŽIM KRAJ režim přijímající PKV techniky z celého kraje. Každý z následujících režimů zvyšuje oprávnění daného uživatele v rámci viditelnosti SaP, resp. fotodokumentace pořízené v rámci zásahů. Zároveň je možné nastavit další dodatečná oprávnění, např. kresby do situační mapy mohou provádět pouze velitelé. 8 Propojitelnost a integrace Samotný výjezdový systém byl od svého počátku konstruován s vysokým důrazem na propojitelnost se složkami IZS. JMK využívá veškeré dříve zmíněné funkcionality včetně integrací s následujícími systémy: 8.1 Zdravotnická záchranná služba JMK Tablet je integrován se systémem ZZS JMK, kdy mezi systémy dochází k výměně informací v případě vzájemné součinnosti složek ZZS a HZS. Informace se předávají v podobě poloh, stavů a událostí vozů v součinnosti. Informace se vyměňují pouze od stavu výjezd 121


po odjezd z místa zásahu. V rámci integrace jsou sdíleny informace vozů rychlé zdravotnické pomoci, rychlé lékařské pomoci i letecké záchranné služby.

9 Zjednodušená verze pro mobilní telefony V rámci vývoje výjezdového tabletu byla vytvořena i zjednodušená aplikace pro mobilní telefony. Tato verze je určena pro řídící důstojníky resp. jednotky, které nevyžadují nebo nevyužijí možností plného zásahového tabletu. Zjednodušená verze je omezena pouze pro příjem PKV, odesílání kódů typové činnosti a obsahuje pouze mapové podklady HZS ČR. Navigace k místu zásahu je řešena vestavěnou navigací konkrétního přístroje. Aplikace podporuje běžně dostupné přístroje Android, iOS i Windows Phone.

Obr. 3 Ukázka součinnosti HZS a ZZS 8.2 Policie české republiky Systém dokáže vyměňovat informace se systémy PČR používané při pátrání a bezpečnostních opatření. V rámci pátrání je možné sdílet informace o poloze pátracích skupin či prohledaných místech.

Obr. 6 Ukázka zjednodušené verze 10 Závěr

Obr. 4 Ukázka součinnosti HZS a PČR

Dva roky vývoje po bzeneckém požáru přinesly výrazný technologický posun v oblasti předávání informací mezi operačním střediskem a výjezdovými jednotkami v JMK. Došlo k nasazení tabletů na většinu prvovýjezdových vozů s cílem urychlit předávání informací a snížit tak dojezdové časy jednotek. Zásahové tablety jsou kromě JMK využívány i v dalších pěti krajích.

8.3 Propojitelnost s ostatními kraji

Použitá literatura

Systém je navržen s možností propojit zasahující jednotky napříč několika kraji zároveň. Ve výsledku tak umožňuje zobrazovat SaP více krajů i více složek. Díky integraci s KOPIS HZS krajů umožňuje následně libovolnou ze zasahujících jednotek zobrazovat na pracovištích KOPIS HZS. Výměna informací o rozložení SaP mezi kraji probíhá na základě součinnostních pravidel nebo po oboustranné autorizaci.

[1]

Brněnští studenti navrhli speciální mapy, hasiči díky nim dorazí dřív [online], [cit. 2014-08-12]. .

[2]

Nasazení technologie GINA zkrátilo hasičům na jižní Moravě třetinu dojezdových časů [online], [cit. 2014-08-12]. .

[3]

Jirouš, D.; Procházka, B.: Taktické řízení mimořádné události interaktivní mapou, In Požární ochrana 2013, Ostrava, CZ, VŠB-TUO, 2013, ISBN 978-80-7385-127-9.

8.4 Propojitelnost s bezpilotními prostředky Systém je integrován s homologovaným bezpilotním prostředkem společnosti Robodrone. Jejich využití bylo testováno v rámci cvičení IZS Ergon 2014 v JMK. V rámci cvičení byl testován přenos obrazu v HD kvalitě z bezpilotního letounu na zem s možností plného ovládání letounu a natáčení kamery do všech stran. V rámci dalšího vývoje bude bezpilotní letoun využíván jako nosič termokamery či nosič mobilního vysílače pro potřeby zefektivnění pátrání po ztracených osobách.

Obr. 5 Bezpilotní prostředek Ostrava 3. - 4. září 2014

122


Tlakové lahve v podmínkách požáru ve vnitřním prostoru Pressure Cylinders under Fire Conditions in Closure Area Jan Karl1 Ing. Jan Hora2 MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav požární ochrany Písková 42, 143 01 Praha 4-Modřany 2 HZS Plzeňského kraje, ÚO Rokycany Komenského 29, 337 01 Rokycany [email protected], [email protected]

1

Převážná většina doposud provedených prací se týká výbuchu tlakových lahví na volném prostranství a data z experimentů ve vnitřním prostoru buď nejsou dostupná, nebo zcela schází. Tento článek popisuje jednu vybranou zkoušku, kterou bohužel nebylo možné zopakovat z důvodů destrukce exponované místnosti. I přes neopakovatelnost zkoušky jsou naměřená data, která jsou dále specifikována, velmi přínosná jak v oblasti teoretické, tak pro praxi, zejména pro zásahovou činnost jednotek PO a šetření vzniku a průběhu mimořádných událostí.

Abstrakt Přítomnost tlakových lahví v podmínkách požáru zvyšuje pro zasahující osoby významně míru rizika. Předpovědět chování tlakových lahví při tepelné expozici, průběh její destrukce a případný následný výbuch vzniklé plynovzdušné směsi je při tom značně problematické, protože tlakové lahve tvoří se svým okolím při neřízené destrukci značně složitý dynamický systém. Měření provedená v květnu 2014 v areálu bývalé továrny Lachema v Kaznějově měla za cíl kvantifikovat některé aspekty procesu neřízené destrukce teplem exponované tlakové lahve v uzavřeném prostoru. Článek popisuje konstrukci a vybavení prostor, v nichž měření probíhalo, použitou metodiku měření a postup zkoušek. V článku jsou uvedeny některé naměřené parametry. Klíčová slova Tlaková lahev, teplotní pole a měření tlaků v místnosti výbuchu tlakové lahve. Abstract The presence of the pressure cylinders under the fire conditions significantly increases the risk rate for the intevening persons. It is considerably complicated to predict the pressure cylinders behaviour during the heat exposition, the destruction advancement and possible following explosion of the producted air-gas mixture because the pressure cylinders generate highly dynamic system during the uncontrolled destruction with its environ. The measurements carried out in May 2014 in the area of former factory Lachema in Kaznějov had the objective to quantify some of the acpects of uncontrolled heat destruction procedure of exposed pressure cylinder in a closed space. The article describes the construction and equipment of the environment where the measurements were processed, the used measure methodology and the examination procedure. There are presented some of the measured parameters in the article. Keywords Pressure cylinders, temperature field, pressure measurement, explosion of pressure cylinders. Úvod V květnu 2014 byla v Kaznějově v okrese Plzeň - sever provedena společná odborná příprava HZS PK a Policie ČR viz obr. 1. V jejím rámci proběhlo měření s cílem kvalifikovat a kvantifikovat chování tlakových lahví při tepelné expozici, průběh její destrukce a případný následný výbuch vzniklé plynovzdušné směsi. Kromě výše uvedených subjektů se měření zúčastnily: HZS hl. m. Prahy, Technický ústav požární ochrany Praha, Státní úřad jaderné chemické a biologické ochrany, 31. chemický prapor Liberec Armády ČR, Vysoká škola báňská - Technická universita Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Universita Pardubice, Fakulta chemická.


Obr. 1 Budova bývalé Lachemy. Prostor zkoušek je označen šipkou Zkouška tlakové lahve acetylenu v uzavřeném prostoru V areálu bývalé továrny LACHEMA v Kaznějově byla vybrána uzavřená místnost v 1. nadzemním podlaží, viz obr. 2 - 5, o rozměrech 14 x 13 m s výškou stropu 3 m, resp. 4,2 m. Stavební konstrukce tvořil železobetonový sloupový systém s železobetonovými průvlaky vynášenými z části železobetonovými sloupy, z části svislými konstrukcemi z plných cihel vyzděnými na vápenocementovou maltu o šířce 900 mm. Svislé konstrukce bez nosné funkce byly tvořeny plnými cihlami vyzděnými na vápenocementovou maltu o šířce 300 mm, resp. 400 mm. Strop tvořila železobetonová deska s železobetonovými trámy. Stěna, v níž byla umístěna čidla, byla zdvojená. Svislá konstrukce v zadní části, v níž byly umístěny otvory vyplněné skleněnými panely, oddělovala místnost od chodby orientované v podélném traktu, jejíž zadní stěna tvořila obvodovou konstrukci celého objektu. Podlaha byla tvořena železobetonovou deskou. Do místnosti se vstupovalo otvorem v podlaze v její pravé přední části. V části místnosti s vysokým stropem, byla na střed umístěna tlaková lahev s acetylenem, které byla následně obestavěna hranicí z hranolů ze smrkového dřeva 100 x 100 x 900 mm do výše odpovídající 4/5 výšky lahve. Na dno hranice dřeva byla nasypána vrstva pilin o mocnosti 400 mm a zalita 5 litry směsí vyjetého motorového oleje a nafty smíchané v poměru 1:4. Láhev o hmotnosti 41 kg s plnícím tlakem 1,9 MPa měla vodní objem 50 l a obsahovala 10 kg acetylenu rozpuštěného v 15,6 kg acetonu. Hranice dřeva byla zapálena černým prachem iniciovaným elektrickým palníkem a bylo sledováno chování tlakové lahve v podmínkách požáru a následné účinky výbuchového děje v uzavřeném prostoru i na stavební konstrukce a také okolí uzavřeného prostoru u výfukových ploch.

123


Teplotní pole bylo měřeno termočlánky typu K umístěných dle tab. 1 se sběrem dat pomocí ústředen Almemo. Měření tlaku bylo provedeno pomocí tlakových čidel KISTLER typ 701A se sběrem dat pomocí ústředny Dewetron o frekvenci snímání 100 kHz. Tlaková čidla byla umístěna ve výšce 1,5 m a 2,5 m v kolmici na nejbližší zdi. Tab. 1 Uspořádání měření teplotního pole 1NP

13.5.2014

Acetylen

15:48 až 16:10

Teploty Obr. 2 Místnost pro zkoušku tlakové lahve acetylenu č. 1

S1, S2

Výška [m]

Označení

1

3,69

Sx-369

°C

2

3,19

Sx-319

°C

3

2,69

Sx-269

°C

4

2,19

Sx-219

°C

5

1,69

Sx-169

°C

6

1,19

Sx-119

°C

7

0,69

Sx-069

°C

Teploty Obr. 3 Místnost pro zkoušku tlakové lahve acetylenu č. 2

S1 měl poruchu

TL Acetylen A-030

0,3

A-030

°C

A-060

0,6

A-060

°C

A-090

0,9

A-090

°C

A-120

1,2

A-120

°C

Tlak

v láhvi

bar

Výška měřena od podlahy Výsledky zkoušky výbuchu tlakové lahve acetylenu v uzavřeném prostoru

Obr. 4 Místnost pro zkoušku tlakové lahve acetylenu č. 3

Obr. 5 Místnost pro zkoušku tlakové lahve acetylenu č. 4 V průběhu zkoušky bylo pracovníky TÚPO a VŠB - TU Ostrava, Fakulty bezpečnostního inženýrství sledováno několik parametrů: - teplotní průběh na povrchu tlakové lahve pomocí čtyř termočlánků, - tlak uvnitř tlakové lahve v průběhu zahřívání, - teplotní pole uvnitř místnosti, - měření tlaku ve zdi v kolmici na tlakovou lahev - ve výšce 1,5 m a 2,5 m, Ostrava 3. - 4. září 2014

V čase cca 7 minut po zapálení hranice dřeva elektrickým palníkem došlo k neřízené destrukci tlakové lahve acetylenu, viz obr. 6. K roztržení láhve došlo v celé její délce, viz obr. 7.

Obr. 6 Vnější pohled na místnost při výbuchu tlakové lahve acetylenu Výbuch tlakové lahve měl intenzivní destruktivní účinky, jak je zdokumentována na obr. 8 - 17. Došlo k nadzvednutí stropní desky a částečné destrukci konstrukcí ve vyšších podlažích objektu a v souvislosti s tím k rozlámání průvlaků a k místnímu vysypání rozdrcené betonové výplně. Konstrukce tří obvodových stěn z plných cihel byly vyvaleny ven z místnosti, ve směru působení tlakové vlny.

124


podél bočních stěn s určitým časovým zpožděním. V místě střetu tlakových vln u krajů pohledové stěny došlo k součtu účinků tlaků a k jejímu následnému vyboření směrem ven z uzavřeného prostoru. Fragmentační obraz na podlaze dokládá uprostřed místnosti mírnou implozi v tomto místě.

Obr. 7 Tlaková lahve po destrukci V jednom případě zcela a ve dvou případech si zeď v částech nacházejících se poblíž otvorů, které výbuch odlehčily, zachovala do jisté míry celistvost - byla vytržena ze spoje se stropní konstrukcí a vykazovala řadu trhlin. Zde lze předpokládat rezonanci tlakových účinků a to jednak ve fázi fyzikální expanze a jednak při vlastním vytváření hořící plynovzdušné směsi a současně lze předpokládat interferenci tlakových vln způsobených dopadem a odrazem na stěny, resp. od nich.

Obr. 10 Chodba sousedící s exponovanou místností po zkoušce výbuchu lakové lahve s acetylenem

Poruchy vytvořené na železobetonových průvlacích měly progresivní charakter a vedly v průběhu 36 hodin k celkové ztrátě stability a následnému zřícení části objektu se sníženým stropem. Na tuto skutečnost, která je po působení účinků rezonující tlakové vlny při výbuchu v uzavřeném prostoru typická, je nutné myslet při záchranných a likvidačních pracích.

Obr. 11 Obvodová konstrukce objektu po zkoušce výbuchu lakové lahve s acetylenem

Obr. 8 Zadní stěna místnosti po zkoušce výbuchu lakové lahve s acetylenem

Obr. 12 Levá stěna místnosti po zkoušce výbuchu lakové lahve s acetylenem - pohled zevnitř

Obr. 9 Zadní stěna místnosti po zkoušce výbuchu lakové lahve s acetylenem Z poruchy stěny lze vyčíst pravděpodobné nerovnoměrné působení tlakové vlny. Stěna je probořena na krajích. To svědčí o šíření tlakové vlny podél bočních stěn později než středem místnosti. Tlaková vlna šířící se středem místnosti byla odražena i do stran a zde došlo k součtu sil s tlakovou vlnou, která se šířila Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 13 Levá stěna místnosti po zkoušce výbuchu lakové lahve s acetylenem - pohled z vnějšku 125


termočlánku s plamenem, a proto, jsou naměřené teploty vyšší než by odpovídalo skutečnosti.

Obr. 14 Přední stěna místnosti po zkoušce výbuchu lakové lahve s acetylenem - pohled zevnitř

Graf 1 Výsledky měření teplotního pole na sloupce S1 (viz tab. 1)

Obr. 15 Přední stěna místnosti po zkoušce výbuchu lakové lahve s acetylenem - pohled z vnějšku

Graf 2 Výsledky měření teplotního pole na sloupce S2 (viz tab. 1)

Obr. 16 Strop a přední stěna místnosti po zkoušce výbuchu lakové lahve s acetylenem - pohled z vnějšku

Graf 3 Výsledky měření teplotního pole na povrchu tlakové lahve acetylenu (viz tab. 1) Výsledky měření tlaků ve zdi v kolmici na tlakovou láhev acetylenu jsou uvedeny v grafech 4 - 5. Obr. 17 Pravá stěna místnosti po zkoušce výbuchu lakové lahve s acetylenem - pohled zevnitř Výsledky měření teplotního pole a tlaku uvnitř lahve jsou uvedeny v grafu 1 - 3. Tlak uvnitř lahve není měřen v celém čase zkoušky, pravděpodobně z důvodů selhání tlakového čidla za tak vysokých teplot. Podobně bylo chybou zatíženo i měření teploty pláště láhve. V důsledku netěsnosti izolace došlo patrně ke kontaktu Ostrava 3. - 4. září 2014

Na výše uvedených grafech 4 a 5 je vidět resonance aktivního prvku čidla, tzv. „zvonění“ čidla, které významně zkreslilo měření. Proto lze skutečné hodnoty a charakter zatížení pouze odhadnout. Je možné předpokládat, že tlak nabýval maximálních hodnot okolo 2500 Pa a zatížení vzhledem k době působení spadalo do přechodové oblasti mezi impulsním a kvazistatickým zatížením.

126


směsi. Následně dochází ke shoření zbytků, což vyvolává místně nahodilé interference tlaků, které mohou být příčinou ve vztahu k místě iniciace výbuchového děje jinak obtížně vysvětlitelným geometrickým poškozením stavebních konstrukcí.

Graf 4 Záznam průběhu tlaku při destrukci lahve ve výšce 1,5 m nad podlahou

Graf 5 Záznam průběhu tlaku při destrukci lahve ve výšce 2,5 m nad podlahou Závěr Problematika výbuchu tlakových lahví v uzavřeném nebo polozavřeném prostoru je velmi málo probádaná. Jedním z mnoha důvodů je extrémně komplikovaná příprava a realizace odpovídajících zkoušek. Nedostatek poznatků na jedné straně a vysoká míra rizika devastujícího působení neočekávaného výbuchu na osoby a objekty na straně druhé, činí z tohoto fenoménu jednu z podstatných otázek bezpečnosti práce a požární ochrany. Předpovědět chování tlakových lahví při tepelné expozici, průběh její destrukce a případný následný výbuch vzniklé plynovzdušné směsi je při tom značně problematické, protože tlakové lahve tvoří se svým okolím při neřízené destrukci značně složitý dynamický systém. Stav jednotlivých základních prvků tohoto systému tj. tlakové lahve, jejího obsahu a prostředí, se po celou dobu procesu nestacionárně mění v čase i místě. Zatížení spojené s roztržením tlakové lahve vyvolává odezvu okolního prostředí. Reakce prostředí je následně určující pro charakter zatížení a výbuchové parametry. Celý proces má několik fází. V první fázi fyzikální expanze dochází k porušení tlakové láhve působením přetlaku uvnitř lahve, přičemž spolupůsobí snížení pevnosti ocelového pláště v důsledku zvýšení jeho teploty. V důsledku roztržení lahve a výronu plynu je generována akustická vlna, která se šíří do okolí. V dalších fázích v případě acetylenu deflagruje vzducho-plynová směs, která se vytvořila díky prudce expandujícímu plynu. Nastává smíchávání 100 % hořlavého plynu se vzduchem a v oblasti fázového rozhraní plynovzdušné směsi dochází k hoření, které v závislosti na své rychlosti vyvolává výbuchový děj. Okolní prostředí je namáháno, přetlakem vzniklým zvětšením objemu jak plynovzdušné směsi, tak zplodin hoření. Tento proces je neharmonický a jeho průběh se mění jak v čase, tak v místě. Posléze dochází k recidivě shoření plynovzdušné směsi, která se turbulentně v různých koncentrací šíři prostorem. Na překážkách, které jí stojí v cestě, se intenzita turbulencí zvyšuje a urychluje hoření Ostrava 3. - 4. září 2014

V prostoru odpovídajícímu svým charakterem podmínkám běžného užívání, je kvantifikace výše uvedené soustavy pomocí měření instrumentálně náročná a úspěšnost měření závisí v některých ohledech na faktorech, které lze z pohledu lidského činitele ovlivnit jen málo. Přesto lze konstatovat, že výše popsaný velkorozměrový experiment byl ve výsledku jedinečným přínosem. Do značné míry se potvrdil původní předpoklad, že zatížení bude mít spíše kvazistatický charakter. Byla také navržena technika a technologie měření a po realizaci identifikována jejich slabá místa. Významným přínosem experimentu je množství obrazových materiálů umožňujících kvalitativní popis procesu výbuchového děje v uzavřeném prostoru v jeho jednotlivých fázích a studium chování stavebních konstrukcí v jednotlivých fázích výbuchového děje. Výše uvedeného bylo možné dosáhnout díky sdružení kapacit jednotlivých participujících subjektů. Vznikla tak platforma, na které je možné provádět další zkoumání chování tlakové lahve při její tepelné expozici, průběh její destrukce a případně i následný výbuch vzniklé směsi plynů. I přes nemožnost provádět tyto zkoušky opakovaně ve stejném prostoru a za stejných podmínek, je pro teorii a praxi nutné ve výzkumu pokračovat, protože při určení shodných nebo obdobných kritérií, lze i s vědomými chybami provádět verifikaci a validaci získaných výsledků. Spolu s tím se jeví smysluplným sestavení skupiny expertů, kteří by na místě skutečných událostí sbírali praktické poznatky. Databáze, která by takto vznikla, by později umožnila formulovat výše zmíněná rozhodná kritéria. Tento krok by za přijatelných nákladů bezpochyby významně pozitivně ovlivnil teoretické zkoumání, jehož výsledky by měly v praxi přímý dopad v řadě oblastí, za všechny lze jmenovat zásahovou činnost jednotek PO, navrhování rizikových provozů, šetření příčin a průběhu mimořádných událostí apod. V rámci EU by se jednalo o původní a jedinečný přístup s velkým potenciálem. Použitá literatura [1]

Baker, W.E.; Kulesz, J.J.; Cox, P.A.; Westine, P.S.; Strehlow, R.A.: Explosion Hazards and Evaluation, Elsevier, 1983, Amsterodam, Nizozemí, ISBN-10 0-444-42094-0 863 str.

[2]

Denkstein, J.; Kusák, J.: Ochrana objektů před účinky havarijních výbuchů - balistika fragmentů, Universita Pardubice, studijní texty KTTV 1995, Pardubice, 100 str.

[3]

Drysdale, D.: An Introduction to Fire Dynamics, New York, USA: John Wiley & Sons, LTD, 1998. 451 s. ISBN 0-471-97291-6.

[4]

Hora, J.: Plán provedení společné odborné přípravy HZS Plzeňského kraje a ÚRNa PČR, HZS Plzeňského kraje, 2014, Rokycany, 15 str.

[5]

Chmel, J.; Kratochvíl, M.; Kratochvíl, V.; Navarová, Š.: Tlakové lahve z hlediska požární bezpečnosti, Edice SPBI SPEKTRUM 67, SPBI, 2009, Ostrava, 155 str. ISBN 978-807385-070-8.

[6]

Janovský, B.: Sborník přednášek, Universita Pardubice, studijní texty KTTV 2004, Pardubice, 155 str.

[7]

Quantiere, J.G.: Pricples of Fire Behavior, Delmar Publishers, 1st edition, New York, USA, 257 s. ISBN 0827377320.

[8]

Kratochvíl, V.; Navarová, Š.: Osobní vozidla s alternativním pohonem CNG v podmínkách požáru, tlakové láhve v podmínkách požáru. Sborník konference Požární ochrana 2006, SPBI, 2006, Ostrava, 17 str. ISBN 80-86634-88-4.

[9]

Kol. autorů.: Praktická příručka - acetylen, IGC Doc 123/04/ CZ, Česká asociace technických plynů, 2004, Praha, 93 str.

127


Zkušební vysokotlaké laboratoře pro stanovení PTCH za technologických podmínek The Testing Laboratories for the Determination of Fire Characteristics under Technological Conditions Jan Karl

Vysokotlaká zkušební laboratoř

Ing. Libor Ševčík

Na přelomu roku 2013/2014 byla vybudována vysokotlaká zkušební laboratoř (VTL) s velínem za spolupráce firem SIAD, KISTLER a APT. Aktuální stav laboratoře byl vybudován na základě vypracované studie proveditelnosti „Potrubní rozvody plynů pro VTL zkušební laboratoř a okrajové podmínky pro zajištění bezpečné a spolehlivé funkce“.

Ing. Ondřej Suchý, Ph.D. MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav požární ochrany Písková 42, 143 01 Praha 4-Modřany [email protected], [email protected] [email protected] Abstrakt Článek se zabývá popisem nově vybudovaných laboratoří TÚPO sloužících k měření vybraných požárně technických charakteristik (PTCH). Vybrané PTCH (např. dolní mez výbušnosti, horní mez výbušnosti, maximální výbuchový tlak, brizance, teplota vznícení pevných látek a kapalin, minimální bezpečná experimentální spára) budou stanovovány za technologických podmínek. Klíčová slova Dolní mez výbušnosti, horní mez výbušnosti, maximální výbuchový tlak, brizance, teplota vznícení pevných látek a kapalin, minimální bezpečná experimentální spára, technologické podmínky.

Vybudovaná VTL obsahuje zejména následující hlavní součásti: • zdrojová skříň hořlavých plynů MS01, • zdrojová rampa technických plynů MS02, • plnicí panel PA01, • zkušební nádoby (reakční autoklávy), • řídicí jednotka, systém sběru, archivace a vyhodnocení dat (ŘJ), • propojovací potrubní rozvody, • systém detekce hořlavých plynů a par. Prostor laboratoře je rozdělen pevnou zděnou příčkou s bezpečnostním oknem o rozměrech 80 x 50 cm na dvě místnosti - velín (prostor obsluhy) a zkušebnu (umístění reakčních nádob), viz obr. 1.

Abstract The paper describes new builded FTI testing laboratories used for measuring of selected fire technical characteristics (FTC). The selected FTC (e. g. lower explosion limit, upper explosion limit, the maximum explosion pressure, brisance, ignition temperature of solids and liquids, minimal experimental safe gap) will be measured under technological conditions. Keywords Lower explosion limit, upper explosion limit, the maximum explosion pressure, brisance, ignition temperature of solids and liquids, minimal experimental safe gap, technological conditions. Úvod V rámci výzkumného projektu č. VF20112015020 „Výzkum a vývoj progresivních metod stanovení PTCH za technologických podmínek“ byly v roce 2011 zahájeny dílčí výzkumné úkoly (DVÚ, [1, 2]) zabývající se řešením stanovení PTCH za technologických podmínek. V předchozím roce byly zhotoveny reakční autoklávy o objemu 10 L pro stanovení výbuchových charakteristik za technologických podmínek a 1 L nádoba pro stanovení teploty vznícení pevných látek a kapalin opět za technologických podmínek. Podrobněji se těmto reakčním autoklávům věnují příspěvky „Zkušební stanovení koncentračních mezí výbušnosti, maximálního výbuchového tlaku, brizance a KGmax za technologických podmínek“ a „Zkušební stanovení teploty vznícení hořlavých tuhých látek a kapalin za technologických podmínek“ autorů Jana Karla, Ing. Libora Ševčíka, Ing. Otto Dvořáka, Ph.D., které jsou součástí Sborníku příspěvků mezinárodní konference POŽÁRNÍ OCHRANA 2013.

Obr. 1 Schéma prostoru laboratoře Zdrojová skříň hořlavých plynů Zdrojová skříň hořlavých plynů obsahuje maximálně dvě tlakové lahve, každou o maximálním vodním objemu 10 l, umístěné ve zdrojové skříni MS01 v prostoru velína. Skříň na tlakové lahve s požární odolností 30 minut (v případě požáru se teplota na povrchu lahví umístěných v bezpečnostní skříni po dobu 30 minut nezvýší o 50 K) je vybavena příslušenstvím pro manipulaci (sklopná manipulační plošina) a skladování lahví, držáky lahví viz obr. 2.

Tento článek se zabývá vybudováním nových laboratoří (skládající se z vlastní zkušební vysokotlaké laboratoře a velínu), které by odpovídaly bezpečnostním požadavkům pro takto specifická stanovení.


128


DMV příslušného hořlavého plynu ve vzduchu. Čidlo kyslíku je určeno pro signalizaci koncentrace kyslíku ve vzduchu vyšší než 23 % (únik kyslíku do prostoru skříně), nebo nižší než 19 % (únik inertního plynu do prostoru skříně). Řídící jednotka Řídící jednotka je dominantně určena pro sběr dat a jejich archivaci (prvky ovládané řídicím systémem viz obr. 5, vlastní řídící panel viz obr. 6). Z hlediska bezpečnosti plní ještě další funkce: - uzavření hlavního plnicího ventilu V10003 při dosažení požadovaného parciálního tlaku složky (parciální tlak je stanoven na základě výpočtu obsluhy),

Obr. 2 Zdrojová skříň pro hořlavé plyny Zdrojová rampa Zdrojová rampa je tvořena ocelovou kostrou, ukotvenou do stěny místnosti velína, držáky tlakových lahví a odběrovými panely pro jednotlivé plyny obr. 3.

- uzavření uzavíracího ventilu čidla tlaku (V10005, V10006, V10007) v případě, že tlak v systému dosáhne cca 95 % rozsahu čidla tlaku (přesná hodnota bude určena v realizačním projektu) - ochrana čidla tlaku před přetížením, - blokace plnění v případě poklesu přetlaku technologického dusíku pod nastavenou mez (není k dispozici médium pro ovládání armatur). Uzavření hlavního plnicího ventilu V10003 v případě, že: - je zaznamenána zvýšená koncentrace hořlavého plynu v ovzduší nebo vybočení koncentrace kyslíku z nastavených mezí (součtový signál od ústředny systému detekce plynů), - je nefunkční systém ventilace v prostoru zkušebny, ve zdrojové skříni MS01 nebo v plnícím panelu PA01, - hodnota tlaku na čidle (PT10002, PT10003 nebo PT10004) vzrůstá i v případě, že uzavírací ventil pod tímto čidlem (V10005, V10006 nebo V10007) je uzavřen (ventil je netěsný a hrozí přetížení až destrukce čidla), - jsou uzavřeny oba kohouty přívodu ke zkušebním nádobám K1101 a K1102, - současně nejsou uzavřeny oba kohouty přívodu ke zkušebním nádobám K1101 a K1102,

Obr. 3 Zdrojová rampa

- systém detekce plynů je mimo provoz, - obsluha stiskne tlačítko Emergency Stop, viz obr. 6.

Plnicí panel Plnicí panel je určen k postupnému plnění jednotlivých složek požadované směsi do reakčních nádob, případně k odtlakování a proplachu nádob a potrubních rozvodů a jejich evakuaci. Obsahuje šest vstupů od zdrojů plynů a jeden výstup k plněným nádobám. Každý vstup plynu je osazen zpětným ventilem, indikačním manometrem, uzavíracím ventilem, odtlakovacím ventilem a samouzavíracím rychlospojek, viz obr. 4.

Obr. 4 Plnicí panel


Panel je vybaven podtlakovým větráním obdobně jako zdrojová skříň, výstup odsávání je vyveden mimo velín do venkovního prostoru. Odsávání je vybaveno kontrolou funkce se signalizací výpadku. Skříň panelu PA01 je vybavena čidly koncentrace kyslíku, vodíku a uhlovodíků. Čidla koncentrace vodíku a uhlovodíků jsou napojena na vyhodnocovací ústřednu, která signalizuje dosažení 10 % nebo 20 %

Obr. 5 Prvky ovládané řídicím systémem

129


Závěr V průběhu letních měsíců 2014 budou provedeny první zkoušky ve vysokotlaké laboratoři za atmosférických podmínek a po ověření funkčnosti celého systému budou prováděny stanovení za technologických podmínek s narůstajícími hodnotami tlaku a teploty na počátku zkoušek. Použitá literatura

Obr. 6 Řídící panel Potrubní rozvod Potrubní rozvod je z nerezavějící oceli, případně z oceli s povrchovou ochranou žárovým zinkováním, z materiálu DIN 1.4571 (AISI 316Ti), spoje jsou svařované v ochranné atmosféře argonu. Před plněním nádob je ochrana zajištěna pomocí mechanického pojistného ventilu s otevíracím přetlakem 24 MPa.


[1]

Suchý, O. a kol.: „Výzkum a vývoj metod zkušebního stanovení a výpočetního odhadu DMV, HMV, pmax, brizance a KGmax hořlavých plynů a par hořlavých kapalin za podtlaku nebo přetlaku ve vzduchu, kyslíku nebo jiném plynném oxidantu“, Dílčí výzkumná zpráva výzkumného projektu č. VF20112015020 „Výzkum a vývoj progresivních metod stanovení PTCH hořlavých látek a materiálů za specifických technologických podmínek“, Praha: Technický ústav PO, 2014.

[2]

Suchý, O. a kol.: „Výzkum a vývoj metod zkušebního stanovení a výpočetního odhadu teploty vznícení pevných hořlavých látek a hořlavých kapalin za podtlaku, přetlaku ve vzduchu, kyslíku nebo jiném plynném oxidantu“, Dílčí výzkumná zpráva výzkumného projektu č. VF20112015020 „Výzkum a vývoj progresivních metod stanovení PTCH hořlavých látek a materiálů za specifických technologických podmínek“, Praha: Technický ústav PO, 2014.

130


Efektivnost vzdělávání v oblasti bezpečnosti The Effectiveness of Safety Training prof. Ing. Vladimír Klaban, CSc. AKADEMIE, o.p.s. Břenkova 174/3, 613 00 Brno [email protected] Abstrakt V článku jsou zveřejněny vybrané výsledky z řešení interního úkolu Rašínovy vysoké školy a výzkumné organizace AKADEMIE o.p.s. „Metodologické základy hodnocení efektivnosti systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti výběr kritérií a ukazatelů hodnocení efektivnosti vzdělávání v oblasti bezpečnosti“, který navazuje na úkol VG20132015128 „Zvýšení environmentální bezpečnosti prevencí zneužití průmyslových chemických látek k terorismu“ vyzdvižením významu osvěty a vzdělávání pro prevenci. Klíčová slova Efektivnost, systém vzdělávání, bezpečnost, metodologie. Abstract The article published selected results from solving internal task Rašín University and research organizations ACADEMY o.p.s. „Mehodological foundations of evaluating the effectiveness of the education system in the security selection criteria and indicators for measuring the effectiveness of safety training“, which follows the task VG20132015128 Increasing the environmental security by preventing misuse of industrial chemicals to terrorism highlighting the importance of education and training for prevention. Keywords Efficiency, training system, safety, methodology. Při hledání cest zvýšení efektivnosti systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti jako celku nelze zcela odhlédnout od funkčnosti celého systému vzdělávání a jeho jednotlivých podsystémů a prvků. Obvykle při řešení takové otázky se porovnávací analýzou určí jejich efektivnost, usuzuje se na kladné stránky a na úzká místa. K tomu, aby bylo možno efektivnost hodnotit poslouží zpravidla i popis a analýza současného systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti. Bez popisové a analytické části se nelze obejít ani v případě tvorby matematického modelu. Nutno si ale uvědomit, že každý, byť sebedokonalejší model skutečnosti zůstane vždy jen modelem, sestrojeným s cílem zprostředkovaně zkoumat skutečný, reálný systém, jeho prvky, jejich vzájemné vazby a chování za měnících se podmínek. Konstrukcí modelu je nutno se zabývat proto, že reálný systém vzdělávání v oblasti bezpečnosti využít k experimentům v podmínkách skutečného života by bylo nezodpovědné. Na paměti je třeba mít i to, že model se sestavuje účelově a že nikdy nemůže věrně odrazit reakci reálného systému na mimořádné situace. V současné době, vlivem „politických rozhodnutí“ a častých personálních změn na politické scéně značně vzrostl právě nahodilostní charakter samotné podstaty tvorby a uskutečňování koncepce vzdělávání v oblasti bezpečnosti, který podmiňuje uplatnění pravděpodobnostně statistických zákonů a zákonitostí. Uvedený závěr potvrzuje skutečnost živelného vzniku desítek studijních programů zaměřených na krizové řízení a bezpečnost na státních, veřejných a soukromých vysokých školách.


V souvislosti s výše uvedeným je použit při zkoumání vzdělávání v oblasti bezpečnosti především stochastický přístup. Nemá smyslu konstruovat složité matematické modely, které stejně nemohou odrazit všechny vlastnosti systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti. Výhodnější se jeví sestavení prostšího, účelového modelu, umožňujícího spolehlivé hodnocení různých variant systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti, jeho činnosti a reakci na různé vstupní podmínky a tím i jeho efektivnost. K objektivnímu hodnocení výsledků dosažených na matematickém modelu ale i k hodnocení efektivnosti skutečného systému se užívají v praxi i při teoretických výzkumech ukazatele či kritéria efektivnosti. Stejná cesta je zvolena i v našich úvahách. Metodologické základy hodnocení efektivnosti systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti je interní výzkumný úkol řešený Rašínovou vysokou školou a výzkumnou organizací AKADEMIE o.p.s. Obrovský nárůst informací a úrovně poznání lidské společnosti značně rozšířil možnosti lidstva, především však v technické oblasti. Podstata správy lidské společnosti se příliš nezměnila. V posledních staletích se setkáváme s názorem, že tento rozvoj se vymkne lidské vůli a svou podstatou povede ke konci lidského druhu, chcete-li civilizace. Jedním ze základních cílů současné rozvinuté společnosti je přežití formou udržitelného rozvoje. „Mají mít naši studenti povědomí o reáliích globálního vývoje tak, jak je ve svých pracích prezentují například Slavoj Žižek, Boris Buden, Noam Chomski, Zbigniev Brzezinski a další? Důvodně se domníváme, že ano. Zvláště za situace, kdy masová komunikační média významně ovlivňují charakter edukačního socializačního procesu v moderní společnosti jako takové a jejichž objektivita zvláště v našem prostředí je často oprávněně kritizována. Nepodceňujeme význam tak zvaných soft skills dovedností, které jsou tak významné pro uplatnění se na pracovním trhu, pro budoucí profesní a osobnostní rozvoj studentů?“ [1] Ve své podstatě jde o ochranu lidské společnosti - nebo lépe (i když značně zúženě), civilizace v našem chápání slova smyslu, tedy o ochranu a bezpečnost státu. Chceme žít v bezpečném prostředí, a proto se aspekty bezpečnosti, jako lidstvo, zabýváme. Intenzivně se rozpracovávají dílčí otázky bezpečnosti v celé řadě oblastí - tedy jinými slovy, probíhají bezpečnostní výzkumu v oblasti např.: • bezpečnosti práce, • bezpečnosti dopravy, • osobní bezpečnosti, • objektové bezpečnosti, • bezpečnosti informací, • bezpečné archivace písemností, • bezpečných technologií výroby, • bezpečné obrany, • bezpečného regionu, • bezpečnosti státu atd. Většina uvedených oblastí bezpečného výzkumu rozvíjí a zkoumá přijímání, zavádění a udržování opatření zaměřených na bezpečnost v různých, převážně pak technických oblastech lidské činnosti. Bezpečnostní výzkumy jsou teorií pro bezpečnostní inženýrství, jehož úkolem je praktická realizace opatření vedoucích k zajištění bezpečnosti.

131


Výjimečné postavení mezi oblastmi bezpečnostního výzkumu má bezpečnost státu. Problematika bezpečnosti státu se neoznačuje jako druh bezpečnostního inženýrství, ale mnoho oblastí bezpečnostního inženýrství se zabývá praktickou realizací opatření, která souvisí s problematikou bezpečnosti státu. Musíme si být vědomi toho, že je to právě dobře fungující stát, který je povinen vytvářet podmínky pro soulad mezi potřebami občanů a společnosti, ekonomickou prosperitou, zdravým životním prostředím, sociální spravedlností a ochranou zdraví a životů občanů se zřetelem na to, aby nebyly poškozeny příští generace. Lze předpokládat, že perspektivy dalšího vývoje České republiky budou v následujícím období silně determinovány vnějšími a vnitřními faktory, které bude velmi obtížné aktivně ovlivnit. Celosvětově budou dominovat tendence, které negativním způsobem ovlivní celkový vývoj v EU, a tedy i v zemích střední Evropy. [2] Nedávno přijatý dokument vládou ČR „Koncepce ochrany obyvatelstva do roku 2020 s výhledem do roku 2030“ (Koncepce OOB) analyzuje situaci v oblasti bezpečnosti obyvatelstva ČR, odhaluje slabá místa, hrozby, příležitosti a stanovuje koncepční opatření pro zlepšení současného stavu a zajištění bezpečnosti obyvatel ČR. Koncepce OOB konstatuje, že odbornost příslušníků a zaměstnanců státní správy v oblasti ochrany obyvatelstva (OOB) je silnou stránkou systému stejně tak jako jeho funkčnost. Za slabé stránky pak označuje: • nízký počet personálu OOB, • nedostatek finančních prostředků, • pouze obecné vymezení problematiky OOB v právních předpisech. Jako příležitosti vidí: • technologický rozvoj, vědu a výzkum, • vícezdrojové financování, • zlepšení vzdělávání. Hrozby spatřují autoři Koncepce OOB především: • ve snížení rozpočtu, • snížení tabulkových míst personálu OOB. Pouze jednoduchý pohled na závěry v Koncepci OOB provedené SWOT analýzy současného stavu v oblasti dokáže určit základní myšlenku závěru této analýzy: „kvalifikovaný personál OOB nemá dostatek finančních prostředků pro rozvoj zatím funkčního systému OOB a obává se jeho kolapsu“. Tento závěr potvrzuje i v Koncepci OOB zveřejněná četnost výskytu jednotlivých faktorů: • personální zabezpečení (26 %), • finanční zajištění (22 %), • právní předpisy (21 %), • funkčnost systému (19 %), • vyzdvižení významu OOB (12 %). Za všemi uvedenými faktory lze najít jedno - nedostatek finančních prostředků - budou-li peníze, dokážeme doplnit vysoce kvalifikovaný personál, dokážeme zaplatit zpracování kvalitních právních předpisů a zaplatíme i propagandu, osvětu a práci s veřejností a na uvedená procenta nemusíme vůbec brát zřetel. Ale peníze, jak slyšíme ze všech stran, nejsou, nebo se jimi plýtvá a využívají se nehospodárně či se rozkrádají v rámci dnes již zprofanované korupce. [3] Neplýtvá se finančními prostředky i na vzdělávání specialistů pro jednotlivé oblasti bezpečnosti - zejména pak na studijních programech tzv. „krizového řízení ochrany obyvatelstva“ Ostrava 3. - 4. září 2014

připravujících jen těžko uplatnitelné absolventy apod. Nebo je snad účelem poskytnout vysokoškolské vzdělání obtížněji vzdělavatelným úředníkům státní a veřejné správy? Pro hodnocení efektivnosti systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti lze užít celou řadu nejrůznějších ukazatelů, charakterizujících vlastnosti jednotlivých prvků podsystémů a celého systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti. Zkoumá-li se efektivnost systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti nebo provádí-li se optimalizace procesů v něm probíhajících, je nutno z těchto ukazatelů vybrat, nebo sestavit, jeden hlavní, který se bude nazývat kritériem efektivnosti systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti. Ukazatel nebo kritérium efektivnosti je z filozofického hlediska kvantitativní vyjádření hlavních vlastností zkoumaného prvku (procesu) sloužící k určení dosaženého stupně kvality. V současné době neexistuje jiný objektivní způsob porovnání úrovně dosažené kvality, než právě pomocí kvantitativních kritérií. Pod kritériem efektivnosti systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti se chápe takový kvantitativní ukazatel, který s dostatečnou přesností, reálností a pravdivostí odráží stupeň naplnění základního poslání systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti. Pojem efektivnost systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti se chápe jako míra přizpůsobení celého systému k plnění jeho úkolů. K základním obecným požadavkům na ukazatele a kritérium efektivnosti vzdělávání v oblasti bezpečnosti patří: • Číselně charakterizovat stupeň splnění všech úkolů (opatření) stojících před vzděláváním v oblasti bezpečnosti. • Umožnit hodnotit stupeň vlivu nejrůznějších faktorů na činnost vzdělávání v oblasti bezpečnosti. • Být jednoduchými při použití ve výzkumu i při praktickém užívání a to jak při použití výpočetní techniky, tak i při primitivnějších podmínkách práce. • Umožnit normotvornou činnost (normovat). Hodnocení efektivnosti činnosti celého systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti je možno provádět pomocí dvou zobecněných kritérií. Kritéria operativní efektivnosti, umožňujícího hodnocení stupně plnění úkolů systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti při přípravě specialistů a kritéria ekonomické efektivnosti, které nám dává možnost stanovit, za cenu jakých nákladů dosáhneme splnění úkolů systémem vzdělávání v oblasti bezpečnosti v konkrétní nebo prognózované společenské situaci. Hodnocení efektivnosti systému (prvků) vzdělávání v oblasti bezpečnosti při jeho činnosti při přípravě specialistů se může provádět porovnáním dvou ukazatelů: • Ukazatele reálné (skutečné) operativní efektivnosti, který bere v úvahu stav a činnost systému (nebo jeho prvků) během přípravy specialistů NS. • Ukazatele zadané (požadované) efektivnosti, tj. té, která je potřebná pro splnění stanoveného objemu úkolů systému (prvku) vzdělávání v oblasti bezpečnosti v souladu s plány produkce specialistů pro potřebné personální zajištění praxe NP. Podíl hodnoty reálné (skutečné) efektivnosti práce systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti k požadované efektivnosti: EP  N S / N P dává možnost provádět hodnocení toho, jak odpovídá struktura a pohotovost systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti k plnění úkolů přípravy potřebných specialistů. S jistým zjednodušením můžeme přijmout, že jestliže je podíl NS /NP ≥ 1, pak se dosahuje plnění úkolů přípravy potřebných specialistů plně v souladu s plánem vzdělávání a při NS /NP < 1, je možnost určit míru nesplnění úkolů vzdělávání v oblasti bezpečnosti.

132


Při hodnocení za cenu jakých nákladů bylo dosaženo splnění úkolů systémem vzdělávání v oblasti bezpečnosti se vychází z dílčích cen jednotlivých prvků a činností, stanovených na základě úmluvy ve „výpočetně ekonomických jednotkách“. Při určování jejich hodnoty se bere v úvahu zpravidla nákladnost školících zařízení na vyprodukování jednoho specialisty. Při výběru kritérií pro určení nejvhodnějšího systému vzdělávání v každé z oblastí bezpečnosti je nutno brát v úvahu, že zvýšená složitost a kvalitativní změny v oblastech, které řeší problematiku bezpečnosti vedou ke značnému zvětšení objemu prací, spjatých s technickým zabezpečením, informačním zabezpečením a schopností tvorby virtuálních modelů. Vezmou-li se v úvahu výše zformulované požadavky na kritéria efektivnosti lze rozpracovat systém obecných kritérií a je možno určovat pro systém vzdělávání v oblasti bezpečnosti i jeho jednotlivé podsystémy a prvky střední hodnotu (matematickou naději) stupně splnění jejich úkolů Er ze vztahu:

ukazatelů efektivnosti, je nutné alespoň krátce pojednat o „stupni věrohodnosti hodnoty pravděpodobnosti“. Jde o to, že nelze při pravděpodobnostním hodnocení pravdivosti zvolené strategie (či možnosti vzniku jevu) požadovat úplnou hodnověrnost čili hodnotu pravděpodobnosti rovnu jedné, ale spokojíme se s hodnotou nižší. S jakou - to bude záviset pochopitelně na tom, jaká opatření se právě hodnotí a nakolik na nich závisí splnění hlavních úkolů systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti. V tabulce je uvedena možná verbální stupnice klasifikace věrohodnosti pravděpodobnosti. V odborné literatuře je někdy užíván termín fiduciární pravděpodobnost. Tab. 1 Stupnice klasifikace věrohodnosti pravděpodobnosti Poř. č.

Hodnota pravděpodobnosti

Pravdivost strategie

1

0,00

zcela vyloučené

Er  N s , r / N p , r kde Er

střední hodnota stupně zabezpečení požadovaného (zadaného) objemu úkolů r-tého druhu (r = 1, 2, 3, …..) vzdělávání v r-té oblasti bezpečnosti,

Ns,r reálná (prognózovaná) operační efektivnost systému pro plnění úkolů r-tého druhu v čase t, tj. skutečná možnost systému plnit daný objem úkolů r-tého druhu s tím, že bereme v úvahu i vliv skutečných podmínek činnosti, Np,r efektivnost splnění všech požadovaných (zadaných) úkolů r-tého typu v souhlase s plánem zajištění dostatečného počtu specialistů pro plnění (míra - stupeň splnění) úkolů v oblastech bezpečnosti. Podmínku splnění úkolu r-tého typu vzdělávání v oblasti bezpečnosti je možno zapsat: N s,r  N p,r Veličinu Ns,r lze vyjádřit vztahem: N s , r  N o, r  PDV kde No,r možnosti systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti v plnění úkolů r-tého typu vzdělávání ve standardních podmínkách vnějších i vnitřních, PDV obecný ukazatel stability systému, charakterizující degradaci výsledků činnosti systému v závislosti na vnějších i vnitřních podmínkách činnosti. Z uvedeného vyplývá, že za jedno ze základních kritérií hodnocení operační efektivnosti systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti i jeho jednotlivých prvků je vhodné brát ukazatel jejich stability. Pod pojmem stabilita systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti se rozumí jeho schopnost plnit úkoly produkce specialistů pro řešení problematiky bezpečnosti. Kvantitativní výraz stability systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti (podsystému) je popsán vztahem: PDV  N s , r / N o, r Je zřejmé, že stabilita celého systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti závisí na stabilitě prvků, které jej tvoří a jejichž akceschopnost je možno charakterizovat ukazateli užívanými běžně v teorii spolehlivosti. Například: pravděpodobnost bezporuchové činnosti, četnost poruch, intenzita poruch, střední doba bezporuchové činnosti a další. Ještě než bude provedeno na základě rozboru jednotlivých prvků tvořících systém vzdělávání v oblasti bezpečnosti a procesů probíhajících v tomto systému stanovení pravděpodobnostních Ostrava 3. - 4. září 2014

2

0,10

téměř vyloučené

3

0,2 - 0,3

velmi nepravděpodobné nepravděpodobné

4

0,40

5

0,60

pravděpodobné

6

0,7 - 0,8

velmi pravděpodobné

7

0,90

téměř věrohodné

8

1,00

zcela věrohodné

To, že v tabulce se nevyskytuje hodnota pravděpodobnosti 0,5 je pochopitelné. Nemá žádný smysl stanovovat její verbální kvalitativní hodnocení. Výsledky analýzy kvalitativního hodnocení pravděpodobnosti, uvedené v tabulce, vedou k závěru, že za normu pravděpodobnosti realizace většiny úkolů a opatření plněných systémem vzdělávání v oblasti bezpečnosti postačí považovat hodnotu pravděpodobnosti PDV <0,7; 0,9>. Splnění všech úkolů systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti v životní praxi bude velmi pravděpodobné až téměř věrohodné. Výběr a definice ukazatelů efektivnosti systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti V současnosti se na systém vzdělávání v oblasti bezpečnosti jak v praxi, tak i ve vědeckých výzkumech většinou pohlíží jako na deterministický systém, pro jehož hodnocení efektivnosti se užívají následující ukazatele. Ukazatele charakterizující stupeň zabezpečení „bezpečnostní personálem“, ke kterým patří ukazatel Ep = Vt/Vp, kde Vt - počet specialistů na hodnoceném úseku v době t; Vp - plánovaný počet specialistů stanovený tabulkami počtů. Ukazatel charakterizující roční kapacity vzdělávání v oblasti bezpečnosti, který se vyjadřuje:





Kh  M s  M p  K  T kde Kh

roční kapacita produkce specialistů.

Závěr Přesto, že je úkol „Metodologické základy hodnocení efektivnosti systému vzdělávání v oblasti bezpečnosti“ teprve na počátku svého řešení pokusili jsme se vám představit jeho záměr. Cílem úkolu, je sestavení matematického modelu umožňujícího pomocí vybraných ukazatelů a kriterií efektivnosti porovnávat, navrhovat a vybrat takové varianty řešení procesu vzdělávání v oblasti bezpečnosti, které budou z hlediska finanční náročnosti i odborné úrovně v maximální možné míře přizpůsobeny potřebám životní praxe.

133


Použitá literatura [1]

Lošek, V.; Šafařík, Z.: Uplatnitelnost absolventů studijního programu ochrana obyvatelstva v praxi - limity. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Mezinárodní workshop „Zkvalitnění systému vzdělávání a výzkumu v oblasti ochrany obyvatelstva“, 27. 3. 2014, Sborník příspěvků, ISBN 978-80-7454-336-4.

[2]

Klaban, V.: Safety Eengineering, Securitology and Insolvency, COMMUNICATIONS, Scientific Letters the University of Zilina, 1/2008, EV 3672, ISSN 1335-4205.

[3]

Klaban, V.: Osvěta a vzdělávání v oblasti bezpečnosti. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. In Mezinárodní workshop „Zkvalitnění systému vzdělávání a výzkumu v oblasti ochrany obyvatelstva“, 27. 3. 2014, Sborník příspěvků, ISBN 978-807454-336-4.


134


Provedení analýzy zranitelnosti lokality na úrovni obce s rozšířenou působností ve vazbě na stanovení souborů indikátorů místní soběstačnosti Analyzing the Vulnerability of the Municipalities with Extended Powers in Relation to a Set of Indicators of Local Self-Sufficiency Mgr. Ing. Vladimír Klaban1 doc. Ing. Pavel Stošek, CSc.2 Institut strategické podpory, a.s. Břenkova 3/174, 613 00 Brno 2 CALS servis, s.r.o. Hudcova 78 c, 612 00 Brno [email protected], [email protected]

1

Abstrakt Ochrana životů, zdraví a majetkových hodnot je jedním ze základních úkolů státu, v rámci jehož naplňování je řešen i výzkumný projekt VF20112015018 s názvem „Bezpečnost občanů - krizové řízení“. Analýza zranitelnosti lokality na úrovni obce s rozšířenou působností je jedním z cílů dílčího úkolu projektu. Vyžaduje v této souvislosti systémový přístup při stanovení souborů indikátorů místní soběstačnosti lokality, včetně jejich vyhodnocování a organizace monitorování. Příspěvek se zabývá základními východisky a možnými přístupy při realizaci takové analýzy. Klíčová slova Zranitelnost, lokalita, indikátory soběstačnosti. Abstract Protection of life, health and property is one of the basic tasks of the state under whose fulfillment is handled as VF20112015018 research project entitled "Security of citizens - crisis management". Analysis of the vulnerability of the site at the municipality with extended powers is one of the objectives of the sub-project task. In this context requires a systematic approach in determining the sets of indicators of local self-sufficiency, including evaluation and monitoring. The paper deals with basic issues and possible approaches to the implementation of such an analysis. Keywords Vulnerability, locality, self-sufficency indicators. 1 Úvod Cílem tohoto příspěvku, je přinést jeden z možných pohledů na základní východiska a možné přístupy, při stanovování souboru indikátorů místní soběstačnosti lokality, včetně jejich vyhodnocování a monitorování. V daném případě rozumíme lokalitou obec s rozšířenou působností (ORP) a s ohledem na potřebu srozumitelnosti a jednoznačnosti bude nejprve vhodné charakterizovat význam základních pojmů, se kterými se dále pracuje. Těmito základními pojmy jsou obec, obec s rozšířenou působností, soběstačnost lokality a zranitelnost lokality. V souladu se zněním zákona o obcích [1] je „obec“ základním územním samosprávným společenstvím občanů, tvoří územní celek, který je vymezen hranicí území obce. Je právnickou osobou, má vlastní majetek a jedním z jejích úkolů je péče o rozvoj svého území a potřeby svých občanů. Obec je tedy souhrnem několika prvků, a to osob, území a majetku, o jejichž rozvoj a potřeby pečuje. Obecně lze tyto prvky rozdělit na osobní a věcné.


Zákon o obcích rozlišuje obce na základní, obce s pověřeným obecním úřadem (OÚ) a „obce s rozšířenou působností“. Konkrétní stanovení obcí s pověřeným OÚ je řešeno zákonem o stanovení obcí s pověřeným OÚ a ORP [2]. Příloha č. 2 zmíněného zákona, pak obsahuje seznam 208 obcí s rozšířenou působností. Jejich správní obvody pak stanovuje vyhláškou Ministerstvo vnitra ČR. Pojem „soběstačnost“ není terminologickým slovníkem pojmů z oblasti krizového řízení a plánování obrany státu definován. Obecně je soběstačností označován takový systém hospodářské politiky, jehož cílem je vytvoření relativně uzavřeného a ekonomicky nezávislého celku (autarkie). Z této definice lze dále vyjít. Z hlediska potřeb krizového řízení a ochrany obyvatelstva lze pod pojmem „soběstačnost lokality na úrovni ORP“ chápat takové schopnosti a kapacity ORP a jejích obyvatel, které jim umožní samostatně si zajistit, v případě mimořádné události, základní životní podmínky ve svém správním obvodu, a to po dobu nezbytně nutnou (tedy do stabilizace situace v důsledku jakéhokoliv vnějšího zásahu). Pojem „zranitelnost“, není terminologickým slovníkem pojmů z oblasti krizového řízení a plánování obrany státu definován. Některé právní předpisy, včetně krizového zákona [3] sice tento pojem obsahují, ale nezabývají se jeho dalším výkladem. Obecně je koncept zranitelnosti společnosti vůči hrozbám základním východiskem studia sociálních aspektů pohrom a katastrof. Zranitelnost společnosti obecně je do značné míry ovlivněna její technologickou vyspělostí a ekonomickou silou. „Zranitelnost lokality na úrovni obce s rozšířenou působností“ pak odráží sociální a ekonomickou toleranci jejích obyvatel vůči možným hrozbám po nezbytně nutnou dobu. Nelze očekávat a ani předpokládat, že by se lokality na úrovni ORP byly schopny vlastními silami vypořádat s důsledky všech mimořádných událostí. Tato tolerance tedy zahrnuje otázky efektivní předpovědi a ochrany před nimi, tak i schopnost a rychlost obnovy po již vzniklé katastrofě po dobu nezbytně nutnou. Pojmy „zranitelnost lokality na úrovni ORP“ a „odolnost lokality na úrovni ORP“ lze svým způsobem podřadit pod obecný pojem „bezpečnost“, který terminologický slovník definuje jako: „stav, kdy je systém schopen odolávat známým a předvídatelným vnějším a vnitřním hrozbám, které mohou negativně působit proti jednotlivým prvkům (případně celému systému) tak, aby byla zachována struktura systému, jeho stabilita, spolehlivost a chování v souladu s cílovostí. Je to tedy míra stability systému a jeho primární a sekundární adaptace.“ Otázkou ovšem zůstává, jak a zda do pojmu „bezpečnost“ podřadit i neznámé a nepředvídatelné hrozby, které s ohledem na to, že člověku není zcela jistě známo vše a rovněž tak není schopen neomylně předvídat, nesporně existují a míru stability jakéhokoliv systému bezpochyby ovlivňují. „Bezpečnost lokality na úrovni ORP“ by tak bylo možno definovat jako: „Schopnost místní veřejné moci a obyvatel, udržet po nezbytně nutnou dobu základní životní podmínky ve správním obvodu ORP.“ Přičemž proměnná označená slovy „po dobu nezbytně nutnou“, je sama o sobě diskutabilní, protože vzhledem k okolnostem a následkům mimořádné události, lze takovou dobu teoreticky měřit v hodinách (např. místní záplava), ale i v tisíciletích (např. neočekávaný nástup další doby ledové). 135


Zřejmě by tedy bylo vhodné, nějak vymezit dobu, po kterou lze realisticky předpokládat, že by lokalita (respektive komunita) na úrovni ORP byla schopna samostatně udržet svou stabilitu v případě mimořádné události. Tato doba by se dle mého názoru mohla pohybovat v rozsahu do 10 dnů s ohledem na konkrétní situaci a jistě lze diskutovat i o různých úrovních této stability. 2 Indikátory místní soběstačnosti lokality Pravděpodobně tedy nelze očekávat, že by lokalita, respektive komunita typu ORP byla schopna dlouhodobější soběstačnosti v takové kvalitě, kterou obyvatelé České republiky ve 21. století očekávají. Podmínky a možnosti každé z 208 ORP se navíc zcela jistě liší. Zřejmě nelze očekávat ani to, že by taková lokalita byla standardně schopna zajistit zachování minimálních životních potřeb svého obyvatelstva v rozsahu několika týdnů, natož pak několika měsíců. Dokonce ani Severní Korea, která bezpochyby usiluje o vysokou míru soběstačnosti za téměř jakoukoliv cenu, není schopna se obejít bez potravinové pomoci, a to i přes vysokou míru „uvědomělosti“ jejího obyvatelstva, motivovaného brutálními středověkými metodami [4]. Zcela jistě se pak nejedná o příklad možného následování. Indikátory místní soběstačnosti lokality souvisí tedy úzce s konkrétní situací hodnocené ORP, dobou po kterou by tato ORP a její obyvatelé byli schopni a ochotni udržet svou stabilitu, tedy úroveň a rozsah zachování minimálně základních životních potřeb s ohledem na středoevropské hodnotové standardy. Ty jsou v mnoha ohledech limitující a za standardních okolností nelze předpokládat jejich rychlou a kvalitativní proměnu. [5] Problematikou základních životních potřeb člověka se poměrně důkladně zabýval A. H. Maslow a další na něj navazující badatelé [6]. Z hlediska předmětu našeho zkoumání jsou tyto teorie vysoce relevantní. Lidskými potřebami tedy je 5 následujících potřeb, a to:

Nyní lze přistoupit k indikátorům místní soběstačnosti lokality (komunity) na úrovni ORP, které úzce souvisejí s její konkrétní situací a výše popsanými potřebami. Tato konkrétní situace má dvě základní stránky a to statickou a dynamickou, z hlediska jejich stability či rychlosti jejich proměnlivosti. Statická stránka zahrnuje zejména - počet obyvatel a jejich demografickou a sociální strukturu, geografickou polohu lokality a její přírodní podmínky, dostupné zdroje pitné vody, urbanistické řešení lokality, dostupné energetické zdroje, dostupné zdroje potravin, síly a prostředky bezpečnostních, záchranných sborů a havarijních služeb, známé a předpokládané zdroje hrozeb a možná rizika z nich vyplývající, atd. Tedy faktory, které nepodléhají rychlým a překvapivým změnám. Dynamická stránka zahrnuje zejména - roční období, aktuální povětrnostní podmínky a jejich předpokládaný vývoj, vzniklou mimořádnou událost, její druh, rozsah a bezprostřední následky, možnosti a způsoby reakce na tuto mimořádnou událost ze strany veřejné správy. Připravenost, možnosti a odhodlání obyvatel aktivně čelit vzniklé situaci, apod. Jde o faktory, které se mohou měnit v relativně krátkém čase. Obě výše uvedené stránky zahrnují i další faktory, které pak samy o sobě vyžadují další klasifikaci, členění a hodnocení. 3 Závěr Příspěvek nastínil jeden z možných přístupů k řešení problematiky analýzy zranitelnosti lokality na úrovni ORP a stanovení indikátorů její soběstačnosti. V určitém ohledu je vhodnější hovořit spíše o komunitě, než o lokalitě. Tento přístup není bezpochyby jediným možným řešením dané otázky. Lidské potřeby, konkrétní podmínky hodnocené komunity a uvažovaná doba, po kterou by měla být její soběstačnost zachována, jakož i společensky akceptovaný hodnotový systém, jsou však faktory, se kterými musí jakýkoliv přístup k řešení této otázky počítat.

a) fyziologické potřeby,


b) potřeba bezpečí a jistoty,

[1]

Zákon č. 128/2002 Sb., o obcích, ve znění pozdějších předpisů.

[2]

Zákon č. 314/2002 Sb., zákonem o stanovení obcí s pověřeným obecním úřadem a obcí s rozšířenou působností, ve znění pozdějších předpisů.

[3]

Zákon č. 240/2000 Sb., krizový zákon, ve znění pozdějších předpisů.

[4]

Young, W.K.; Hong, N.K.: North Corea the politics of regime survival, Library of Congress, USA, 2006, ISBN 0-76561638 -6.

[5]

Rakowski, N.: Maslow's hierarchy of needs model - the difference of the Chinese and Western pyramid om the example of purchasing luxurious products, Grin Verlag 2008, ISBN 978-3-640-40765-1.

[6]

Maslow, A.H.: A Theory of Human Motivation (originally published in Psychological Review, 1943, Vol. 50 - 4, pp. 370396).

c) potřeba lásky, přijetí, sounáležitosti, d) potřeba uznání, úcty, e) potřeba seberealizace. Z hlediska zachování minimálních životních potřeb po uvažovanou dobu do 10 dní musíme počítat zcela jistě s podstatnou částí fyziologických potřeb (a) a některými potřebami bezpečí a jistoty (b). Čím delší bude uvažovaná doba, po kterou by lokalita (komunita) typu ORP měla být schopna udržet svou soběstačnost, tím větší rozsah lidských potřeb musíme vzít do úvahy. Relevantními minimálními fyziologickými potřebami v tomto ohledu jsou - potřeba dýchání, potřeba regulace tělesné teploty, potřeba vody, potřeba spánku, potřeba přijímaní potravy, potřeba vylučování a vyměšování. Relevantními minimálními potřebami bezpečí a jistoty je ochrana před násilím a agresí. Z hlediska uvažované doby do 10 dní lze s vysokou mírou jistoty vyřadit potřeby (c, d, e) jako potřeby, kterých se lze za určitých okolností a na krátkou dobu vzdát.


136


Tepelná stabilita grafen-oxidu a jeho vybraných derivátů Thermal Stability of Graphene Oxide and its Derivatives Selected doc. Ing. et Ing. Karel Klouda, CSc., Ph.D., MBA1,2 Ing. Romana Friedrichová, Ph.D.3 Ing. Karel Lach, Ph.D.4 Ing. Eva Zemanová, Ph.D.1

V závislosti na typu interkalované látky může být grafitová rovina buď příjemce, nebo dárce elektronů. Další možností je tzv. π - komplexu, který vzniká interkalací látek typu AXy, kde A je kov či nekov ve vysokém valenčním stupni, X je elektronegativní prvek, y je stechiomerický koeficient.

1 Státní úřad pro jadernou bezpečnost Senovážné náměstí 9, 110 00 Praha 1 2 VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava-Výškovice 3 MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav požární ochrany Písková 42, 143 00 Praha 4-Modřany 4 Zdravotní ústav se sídlem v Ostravě Partyzánské nám. 7, 702 00 Ostrava [email protected]

Již od 30. let 20. stol. byly známy interkaláty grafitu s alkalickými kovy. Jsou to interkaláty prvého stupně se vzorcem C8M (M = K, Rb, Cs), tj. jsou charakteristické stohovitou následností vrstev uhlíku a alkalického kovu.

Abstrakt

Fluorací grafitu elementární v rozmezí teplot 400 - 600 °C se připraví kovalentní sloučenina fluografit CFx, x = 0,25 - 1,12 v závislosti na reakčních podmínkách fluorace (Klouda, 1985). Oxidací grafitu silnými oxidačními činidly (kombinace těchto následujících látek - KMnO4, KClO4, NaNO3, H2SO4) se připraví grafen-oxid (GO), který je prekursolem pro chemickou přípravu grafenu (Makharza et. al., 2013). GO je sloučeninou, která obsahuje na uhlíkatém skeletu hlavní funkční skupiny jako je karboxyl, karbonyl, epoxidické a etherické skupiny a hydroxy skupiny. Tyto funkční skupiny umožňují GO propojení chemickou reakcí (Zang et. al., 2011) za vzniku kovalentní vazby s jinými sloučeninami (např. esterifikace, amidace).

Příspěvek obsahuje údaje o tepelné stabilitě látek, jejichž výchozím prekursorem je grafit. Grafit byl oxidován samostatně a ve směsi s fullerenem C60. Z připravených oxidů se vakuovou filtrací připravily fólie, u kterých je popsána jejich morfologie. Tyto grafen oxidy reagovaly s připraveným brom derivátem fullerenu a s nanocelulózou za vzniku kompozitů. Grafit byl interkalován draslíkem za vzniku interkalátu C8K, který byl následně vystaven působení suspenzi fullerenu C60 v toluenu. V získaném produktu došlo ke stabilizaci draslíku vůči vlivu atmosféry. Připravené produkty z grafitu byly vedle tepelné stability podrobeny další analýze, např. FT-IR, SEM, Rtg apod. Klíčová slova Grafen oxid, fulleren, interkalát, draslík, kompozit. Abstract The paper contains data on the thermal stability of substances whose starting precursor graphite. Graphite was oxidized separately and in admixture with the C60 fullerene. From the prepared oxides films prepared by vacuum filtration, which is described by their morphology. These graphene oxide reacted with the bromo derivative prepared fullerene nanocelulózou as to form composites. Graphite was intercalated potassium afford C8K intercalate, which was subsequently exposed to a suspension of fullerene C60 in toluene. The obtained product was stabilized against the effects of potassium atmosphere. Prepared from graphite products were next subjected to the thermal stability further analysis, such as FT-IR, SEM, X-ray, etc. Keywords Graphene oxide, fullerene, intercalates, potassium, composite. Úvod Grafit je alotropická modifikace uhlíku v sp2 vazebném stavu, tvořená vrstvami, složenými ze vzájemně pospojovaných šestičlenných kruhů. Vrstvy leží v paralelních rovinách vzdálených od sebe 335 pm. Uhlíkové atomy sousedních vrstev nejsou spolu chemicky vázány, jejich soudržnost tvoří slabé Van der Waalsovy síly, které umožňují vstup rozmanitým atomům nebo molekulám v kapalné či plynné formě mezi uhlíkové vrstvy. Tyto látky dostaly název interkalární sloučeniny grafitu a jejich charakteristická veličina je tzv. „stupeň interkalace“, který udává počet uhlíkových vrstev mezi dvěma vrstvami interkalované látky (Klouda, 1985). Ostrava 3. - 4. září 2014

Interkaláty grafit-alkalický kov či kombinací i s jinými kovy, našly řadu uplatnění jako katalyzátory např. při syntéze amoniaku, syntéze uhlovodíku hydrogenací oxidů uhlíku, při hydrogenaci olefínů, mají sorpční schopnosti apod. (Klouda, 1985). Na grafit lze za určitých podmínek chemicky navázat substituenty, a to fluoraci nebo oxidaci.

Další možnosti reakce GO je tvorba nekovalentních vazeb (Makharza et. al., 2013). Možné typy těchto vazeb jsou vodíkové můstky, Van der Waalsovy síly, H - π, kationt - π, aniont - π, π - π, elektrostatické síly. Tato nekovalentní spojení se uplatňují při přípravě kompozitních polymerů biopolymerů (Yoo, B. M. et. al., 2013) při využití adsorpčních a absorpčních schopností GO (Kyzas et. al., 2014; Fakhri et al., 2013; Chabot et. al., 2014). Ze suspenze GO lze vakuovou filtrací připravit fólie, které nacházejí využití v biologii, elektrotechnice, optice (Russo et. al., 2013) a biomedicíně (Shen et. al., 2012). Zoxidovaný uhlík (funkční skupiny) GO se pomocí řady redukčních činidel (hydrazín, kovový hydrid, vodík, jodovodík) jako i metod (reflux v polárním rozpouštědle, použité mikrovlnného záření, elektrochemická redukce), redukuje s cílem dokončit přípravu grafenu chemickou cestou (Dreyer et. al., 2010). Další modifikací uhlíku z říše nanočástic jsou fullereny z nichž nejznámější je fulleren C60 - kulovitá molekula skládající se z 20ti šestičlenných a 15ti pětičlenných kruhů. Molekula fullerenu může podléhat nukleofilním a radikálovým reakcím (Troshin et. al., 2008). V příspěvku je popsána oxidace přírodního grafitu a směsi grafitu a C60. Připravený GO a GO-C60 ve formě fólií, byl analyzován a následně modifikován s nanocelulózou. Byl připravený interkalát grafit-draslík, který byl následně vystaven působení suspenzí fullerenu v toluenu s cílem interkalovat fulleren mezi vrstvy grafitu. U výsledných produktů byla testována jejich morfologie s využitím elektronové (SEM), identifikovány funkční skupiny (FT-IR) a v neposlední řadě se stanovovala jejich tepelná stálost, což je základ tohoto příspěvku.

137


Experimentální část Použité grafity:

Reakce GO a GO-C60 fólií s celulózou v kyselém prostředí

- Kyselina sírová, kyselina dusičná, manganistan draselný, toluen, pyridin, tetrahydrofuran, kovový draslík - dodavatel Sigma Aldrich.

Do Erlenmayerových baněk byly předloženy fólie GO (0,3 g) a GO-C60 (0,3 g) a přidáno 10 ml destilované vody. Fólie se změnila v suspenze za 3 dny při nepravidelném míchání a krátkodobých sonifikací. Poté byla do baněk přidána celulóza (0,65 g) a 8 ml H2SO4 (96 %). Reakce nabyla exotermní průběh. Směs byla sonifikována ve vodní lázni o 40 °C. Po této době byl obsah baňky přelit do 50 ml destilované vody a neutralizován roztokem hydrouhličitanu sodného (NaHCO3) do neutrální reakce. Produkt byl poté vakuově odfiltrován a promyt na filtru cca 40 ml destilované vody, sušen byl při 50 °C v Petriho misce, na které se vytvořila fólie.

Měřící technika

Příprava interkalátu C8K s následnou reakcí s fullerenem

ATR analysis by means of FTIR spektrometry was performed using the spectrometer Brucker Aplha/FT-IR, ART crystal (identified as Platinum Diamond 1 Ref1), software OPUS 6,5, source j IR SiC Globar. Number of spectrum scans 24, resolution 4 cm-1, spectrum range 375 - 4000 cm-1.

Do tříhrdlé skleněné baňky, ve které byla udržována inertní N2 atmosféra, byl předložen draslík (1,07 g) a grafit (2,4 g). Postupným zahříváním této míchané směsi se za 30 min. docílila teplota 90 - 100 °C v olejové lázni, do které byla baňka ponořena. Při této teplotě byla směs míchána 2 hodiny, následně byla ochlazena na laboratorní teplotu a byl přidán při laboratorní teplotě přesycený roztok (suspenze)fullerenu (0,7 g C60) v toluenu (35 - 40 ml). Tato reakční směs byla míchána po dobu 5ti dní.

- PM - velmi jemný krystalický pudrový grafit, světlost oka 0,025 mm, - PV - jemný krystalický vločkový grafit světlost oka 0,125 mm, Dodavatel Koh-I-Noor Netolice, Česká republika, - Fulleren C60, 99,5 % čistoty, SES Research, Houston USA,

Thermal analyses TGA and DSC of the prepared nanofibers were performed on STA 1500, Instrument Specialists IncorporatedTHASS, analytical scale SUMMIT, SI 234-4, at flow rate 20 ml/min. heating rate 10 °C/min., ceramic crucible, diameter 5 mm and height 8 mm, degradation medium air. Morphology of the nanofibers was determined with SEM Phenom FEI and SEM FEI Quanta 650 FEG (USA). Příprava grafen - oxidu (GO) a grafen-oxidu + C60 (GO-C60) Grafity jsme oxidovali směsí H2SO4, KMnO4 a NaNO3 podle Hummerse a Offermana (Hummers and Offerman, 1958). Do reakční baňky byl předložen grafit, kyselina sírová a dusičnan sodný (u experimentů I. - II. i fuleren C60), směs byla míchána a ochlazena na 10 °C. Manganistan draselný byl následně přidán do reakční směsi násypkou po malých dávkách. Po přidání manganistanu byla reakční směs pomalu ohřáta na 60 °C a při této teplotě míchána 3 hodiny. Po té byla ponechána tři dny při laboratorní teplotě. Získaný produkt byl odfiltrován, promýván s velkým množstvím destilované vody do negativní reakce na síranové anionty a sušen tři dny na Petriho misce, na které se při 50 - 60 °C vytvořila fólie GO, popř. GO-C60. Navážky jednotlivých experimentů: I. - II.1 g grafit PM, 35 ml H2SO4, 2,11 g NaNO3, 0,5 g C60 a 4,6 g KMnO4;

Následoval rozklad směsi 30 ml etanolu (nedošlo k uvolnění vodíku). Po 30 min. byl obsah baňky přelit do kádinky s předloženým etanolem (40 ml) a směs byla přefiltrována pomocí vakuové filtrace. Obsah filtru byl sušen při laboratorní teplotě za vakua po dobu 12ti hodin a získala se křehká fólie. Zachycený filtrát byl světle hnědé barvy. Výsledky a diskuze Oxidace grafitu a směsi grafit-C60 Při tomto experimentu jsme měli určité představy o tom, co lze očekávat o průběhu a výsledku reakce. Předpokládané funkční skupiny GO jsou následující: karboxylová, karbonylová, epoxidová, hydroxylová, částečně může být i skupina laktonová či sulfonová. Na molekule fullerenu C60 lze předpokládat naadování skupin -SO3H, -OH, -NO2, -ONO2, epoxidových. Mezi skupinami těchto komponent může vzájemně proběhnout kovalentní spojení (esterifikace, dehydratace, adice), popř. nekovalentní vodíkové můstky, π - π interakce, Van der Waalsovy síly. Rovněž mohla proběhnout interkalace molekuly fullerenu do prostoru grafen-oxidu. Nelze vyloučit za podmínek oxidace i rozštěpení fullerenové molekuly.

III. 1 g grafit PV, 23 ml H2SO4, 1,34 g NaNO3, 3,0 g KMnO4; IV.

2 g grafit PM, 45 ml H2SO4, 2,8 g NaNO3, 6,5 g KMnO4.

Bromace fullerenu Do kapalného bromu 27,5 ml (85,3 g) byl přidán fulleren C60 (4 g) a tato směs byla třepána při laboratorní teplotě 72 hodin. Poté byl přebytečný brom odstraněn sušením při 75 °C po dobu 24 hodin do konstantní váhy. Výtěžkem bylo 9,9 g zelenohnědé látky. Podle váhového přírůstku a následné elementární analýzy lze hovořit o průměrném složení C60Br14-18.

1 mm

1 mm

a) po oxidaci grafitu (líc a rub fólie)

Modifikace grafen - oxidu reakcí s bromderivátem fullerenu Do předloženého THF (25 ml) byl přidán GO (0,23 g) z fólie, která byla nastříhána na lístky o rozměrech 2x5 mm. Tato směs byla sonifikována 10 minut při laboratorní teplotě při vzniku suspenze GO v THF. Následně byl přidán bromderivát fullerenu (0,4 g) a 0,3 ml pyridinu. Suspenze získala hnědý odstín. Reakční směs byla 10 minut sonifikována a poté ponechána 24 hodin za občasného promíchání. Suspenze měla žlutohnědý odstín. Po vakuovém odfiltrování pevné složky byl filtrační koláč promyt 25 ml HCl (1:3) a 40 ml THF a následně sušen při 50 °C 2 hodiny. Celkem se získalo 0,6 g produktu.


1 mm

1 mm

b) po oxidaci grafitu a fullerenu C60 (líc a rub fólie) Obr. 1 Hrubá morfologie fólie po vakuové filtraci GO (a) a GO-C60 (b) 138


Získané fólie po vakuové filtraci u oxidace samostatného grafitu, tak po společné oxidaci s C60, měli již na pohled jinou morfologii (viz obr. 1 - 2), fólie GO-C60 se jeví kompatibilnější než fólie GO. U fólie GO-C60 bylo provedeno i určení textury.

která se zabývá rolí interkalované vody. Na vlastnosti a strukturu GO byla rozfázovaná škála vibrací v celém rozsahu spektra s příslušným přiřazením k funkční skupině, u kterých je předpoklad, že GO obsahuje: • 3000 - 3700 cm-1 ν (-COOH, -OH, H2O), • 1850 - 1750 cm-1 ν (-C=O), • 1650 - 1750 cm-1 ν (karboxy COOH), • 1500 - 1600 cm-1 ν (sp2 C=C), • 1280 - 1320 cm-1 ν (epoxidy C-O-C), • (800 - 900). Zároveň v rozsazích: • 1280 - 1500 cm-1 se mohou vyskytovat vibrace etherů, epoxidů, ketonů, peroxidů, benzochynonů,

Obr. 2 Jemná morfologie fólie po vakuové filtraci GO-C60 Měrný povrch vzorku fólie GO-C60 je 21,9 m2/g, objem naadsorbované monomolekulární vrstvy je 5,03 ml/g. Objemově je obsah mezopórů, resp. makropórů, 0,286 ml/g vůči mikropórům, kterých je 0,001 ml/g. Objemové zastoupení mezopórů je cca 286x vyšší než zastoupení mikropórů. Vzorek má mezoporézní charakter s určitým zastoupením makropórů. Ve vzorku je velmi málo mikropórů (viz. objemové zastoupení, jen 0,001 ml/g), jež tvoří měrný povrch o poloměru 0 - 1 nm (z cca 63 %) - pouze jedna frakce pórů, ostatní frakce mikropórů nebyly nalezeny, jsou pravděpodobně ucpány. V oblasti mezopórů se jedná o tyto frakce: 1,5 - 3 nm (z cca 38 %), 3 - 5 nm (z cca 13 %) a 5 - 10 nm (z cca 5 %) a 10 - 50 nm (z cca 8 %). Co se týče frakce makropórů, je ve vzorku jedna frakce, přičemž je tvořena z cca 24 % měrného povrchu frakce poloměru makropórů 50 - 200 nm. Přehledně jsou změřené parametry uvedeny v tab. 1.

• 1100 - 1280 cm-1 peroxide, ethery, ketony, laktony, anhydride, epoxidy, benzochynony, • 900 - 1100 cm-1 laktony, peroxidy, hydroxyly, 1,3 dioxan, anhydridy, epoxidy, karboxyly -OH vazebná vibrace 3420 cm-1, C = O vazebná vibrace 1720 - 1740 cm-1. Vzájemné porovnání námi pořízených spekter u GO a GO-C60 je patrné z obr. 4.

Tab. 1 Texturní parametry vzorků GO-C60 Označení vzorku

a [m2/g]

b [cm3/g]

c [cm3/g]

d [cm3/g]

e [cm3/g]

GO-C60

21,9

5,03

0,040

0,001

0,286

a) GO

a - specifický povrch, b - objem naadsorbované monomolekulární vrstvy, c - kumulativní objem pórů, d - kumulativní objem mikropórů, e - kumulativní objem mezo- a makropórů. Následně byly fólie podrobeny Rtg analýze (obr. 3), FT-IR analýze, TGA a DSC analýze. Rtg analýza prokázala zanedbatelný rozdíl rozšíření mezivrstevnatého prostoru, viz. obr. 3.

b) GO-C60 GO

GO-C60

Obr. 3 Rtg analýza, GO d = 739 pm, 299 pm; GO-C60 d = 718 pm, 425 pm Vyhodnocení IR spekter GO a GO - C60 Při přípravě GO oxidačními metodami je FT-IR zpravidla uváděna jako metoda pro identifikaci základních funkčních skupin. Většinou je ale uváděno rozpětí, např. (ACIK, M. 2010) v práci, Ostrava 3. - 4. září 2014

c) GO a GO-C60 Obr. 4 IR spektrum produktu oxidace grafitu a grafitu s C60 a) GO, b) GO-C60, c) proložení spekter a) a b) 139


Mezi spektry GO a GO-C60 je rozdíl v poměru vzájemných adsorbancí u vibrací: 1390

1274

1228 cm-1,

• GO-C601378

1278

1228 cm-1.

• GO

Tab. 2 Rozdělení TGA křivky na teplotní intervaly podle TGA křivky Interval č.

Rozmezí teplot [°C]

Hmot. úbytek [%]

1

25,0 - 142,4

11,0

2

142,4 - 213,5

8,8

3

213,5 - 222,3

43,6

4

222,3 - 368,8

2,8

Interpretace výsledků tepelných zkoušek fólií GO a GO-C60

5

368,8 - 473,0

18,1

U vzorků fólií GO a GO-C60 byly na křivce DSC (obr. 5) detekovány dva výrazné píky, které odpovídají exotermním tepelným dějům. První exotermní děj je doprovázen výrazným poklesem hmotnosti u GO o 43,6 %, u GO-C60 je ještě vyšší t.j. 51,1 % (viz tab. 2).

6

473,0 - 600,0

6,1

V rozsahu spektra 700 - 450 cm má adsorbance GO střední hodnotu, u GO-C60 je naopak vysoká, celkově má GO-C60 vyšší adsorbance v celém rozsahu spektra.

Vzorek č.

-1

U GO dochází k prvnímu exotermnímu ději při 190,9 °C s maximem při 225 °C, s tepelným zabarvením 508,4 kJ/kg, u GO-C60 děj začíná dříve při 182,6 °C s maximem při 205 °C a s nižším tepelným zabarvením než u GO. Hodnoty tepelných zabarvení v jednotlivých teplotních rozmezích jsou uvedeny v tab. 3. Druhý exoefekt má u GO maximum při 450 °C, u GO-C60 již při 390 °C a průběh křivky má v detailech jiný tvar (porovnání obr. 5 a obr. 6). U GO-C60 je váhový úbytek při druhém exoefektu nižší než u GO, rozdíl oproti prvnímu efektu. U obou fólií je do prvního exoefektu v podstatě stejný váhový úbytek (cca 20 %) s mírným endoefektem, který má větší hodnotu tepelného zabarvení u GO (předpokládá se dehydratace). Rovněž celkové tepelné zabarvení rozkladu je vyšší u fólie GO-C60 o cca 30 % (viz. tab. 3).

GO fólie

GO-C60 fólie

1

25,0 - 87,1

4,4

2

87,1 - 153,0

8,2

3

153,0 - 197,0

8,0

4

197,0 - 205,0

51,1

5

205,0 - 281,3

10,8

6

281,3 - 490,9

18,0

Tab. 3 Parametry probíhajících tepelných dějů (DSC) Tepelný děj č.


ΔH [kJ/kg]*

Hf1 [mW]

ΣΔH [kj/kg]

GO fólie

1 2 3

25,0 - 154,1 190,9 - 241,1 356,5 - 492,1

874,6 -508,4 -1277,1

15,8 107,4 31,0

-910,6

GO-C60 fólie

1 2 3

42,0 - 124,2 182,6 - 221,5 319,7 - 481,6

141,7 -308,7 -1037,1

6,4 71,1 28,1

-1204,1

Vzorek č.

* ΔH = tepelné zbarvení děje podle DSC křivek (ΔH > 0 … endotermní děj, ΔH < 0 … exotermní děj)

Modifikace grafen-oxidu reakcí s bromderivátem fullerenu Výchozí bromderivát fullerenu byl připraven přímou reakcí fullerenu s bromem. Již dříve byl použit jako retarder hoření, kompozit v nanovláknech či na přípravu bromchlorderivátu. Identifikace bromderivátu fullerenu byla provedena elementární analýzou, elektronovou mikroskopií (obr. 7) FT-IR a TGA a DSC analýzou (viz. níže). Obr. 5 Termická analýza produktu oxidace grafitu - fólie (degradační médium vzduch, průtok vzduchu 20 ml/min, teplotní režim 25 - 600 °C, rychlost ohřevu 10° /min, navážka 10,0 mg)

výchozí C60

Obr. 6 Termická analýza produktu společné oxidace grafitu a fullerenu - fólie (degradační médium vzduch, průtok vzduchu 20 ml/min, teplotní režim 25 - 600 °C, rychlost ohřevu 10° /min, navážka 10,0 mg)


C60Br14-18

Obr. 7 Elektronový snímek fullerenu a brom fullerenu včetně rentgenové povrchové mikroanalýzy (EDAX)

140


Porovnávání IR spektra produktu se spektry výchozích látek Připravený bromderivát byl vystaven společné reakci s GO v přítomnosti báze. Výsledný produkt byl analyzován FT-IR, TGA a DSC analýzou. Naměřené spektrum získaného produktu (obr. 8) s porovnaným spektrem výchozích látek (obr. 9 a obr. 10).

Dominantní se nově staly vibrace 1019 cm-1 a 1045 cm-1 zahrnující vazební vibrace celé škály možností od epoxidů, hydroxylů. Obdobný rozsah možných skupin u GO pokrývají vibrace při 1068 cm-1 a 979 cm-1. Vibrace charakterizující skupiny C=O se posunula u GOC60Br k vyšším hodnotám 1745 cm-1 oproti 1727 cm-1 u GO. Nové vibrace charakterizující vazby C-Br byly změřeny jako dominantní u GOC60Br při 741 cm-1 a 672 cm-1 (hodnota 845 cm-1 C-Br u výchozího bromderivátu, která byla u něho dominantní, byla rovněž pro vazbu u GOC60Br zjištěna s nižší hodnotou absorbance). Porovnání výsledků tepelných zkoušek

Obr. 8 IR spektrum produktu reakce GO s bromderivátem fullerenu

Porovnáním tepelných stabilit výchozího GO, použitého bromderivátu a připraveného produktu zjistíme tak, že počátek prvního exoefektu začíná u GO při 190,9 °C s maximem 225 °C s tepelným zabarvením 508,4 kJ/kg. U připraveného produktu je počátek prvního exoefektu o 40 °C níže, s maximem 164 °C a s tepelným zabarvením nižším, a to 385,9 kJ/kg viz. obr. 11, 12 a tab. 3, 4, 5). Nižší tepelné zabarvení má i druhy exoefektu, a to v podstatě s poloviční hodnotou než GO. Váhový úbytek při prvním exoefektu u GO je o více než 20 % nižší než u připraveného produktu. V případě úbytku hmotnosti u druhého efektu je situace obrácená. Celkové tepelné zabarvení rozkladné reakce je významně vyšší u výchozího GO. U samotného brom derivátu fullerenu probíhá rozklad (debromace) v teplotním rozmezí 124 184 °C s endoefektem (161 kJ/kg) s výrazným úbytkem hmotnosti, 47,6 %. Toto vysvětluje nižší tepelné zabarvení při prvním exoefektu připraveného produktu a vyšší váhový úbytek než u samotného GO. Další rozklad u výchozího brom derivátu se pohybuje v rozmezí teplot 459 - 569 °C, což je teplota vyšší o cca 60 °C než teplota u které probíhá druhý exoefekt u připraveného produktu (obr. 13).

Obr. 9 IR spektrum výchozího GO

Obr. 11 Termická analýza produktu reakce GO s bromderivátem fullerenu (degradační médium vzduch, průtok vzduchu 20 ml/min, teplotní režim 25 - 600 °C, rychlost ohřevu 10° /min, navážka 8,6 mg)

Obr. 10 IR spektrum bromderivátu fullerenu Dominantní vibrace: • u GO je 1613 cm-1 vibrace skeletu a vazeb C=C, • u GO-C60Br má hodnotu 1610 cm-1 a přestala být dominantní.


Obr. 12 Termická analýza produktu oxidace grafitu - fólie (degradační médium vzduch, průtok vzduchu 20 ml/min, teplotní režim 25 - 600 °C. rychlost ohřevu 10° /min, navážka 10,0 mg)

141


Morfologie povrchu z mikroskopické analýzy (viz obr. 14) ukázala na rozdílnost povrchů a naznačila možný způsob propojení GO a GO-C60 a nanocelulózy.

a)

Obr. 13 Termická analýza výchozího bromderivátu C60Br14-18 (degradační médium vzduch, průtok vzduchu 20 ml/min, teplotní režim 25 - 600 °C. rychlost ohřevu 10° /min, navážka 9,3 mg) Tab. 4 Rozdělení TGA křivky na teplotní intervaly podle TGA křivky Vzorek č.

GO-C60Brx (x = 14-18)

Tepelný děj č.


Hmot. úbytek [%]

1

25,0 - 169,4

10,1

2

169,4 - 178,0

66,3

3

178,0 - 268,3

5,1

4

268,3 - 362,0

13,0

5

362,0 - 458,7

1,4

6

458,7 - 600,0

3,8

b)

Obr. 14 Morfologie povrchu fólie po vzájemné reakci GO-C60 (a) a GO (b) s celulózou Předpokládáme, že v prvém případě proběhla hydrolýza celulózy jen částečně a whiskes nanocelulózy vzniklých po této hydrolýze měli větší rozměr. Zároveň nedošlo k reakci skupiny C=O na rozdíl od GO, kde v produktu reakce s celulózou nebyla v IR identifikována vibrace 1722 cm-1, která byla přítomna ve spektru původního GO. U ostatních vibrací charakterizujících skupiny C-O, C=C, C-O a C-O-C došlo k posunům frekvencí a rozdíly jsou i u poměrů vzájemných absorbování (obr. 15). Totéž platí i ve vztahu k výchozím GO a GO-C60 (porovnání se spektry obr. 4).

Tab. 5 Parametry probíhajících tepelných dějů (DSC) Vzorek č. GO-C60Brx (x = 14-18)

Tepelný děj č.


ΔH [kJ/kg]*

Hf1 [mW]

1

25,0 - 126,5

517,1

8,2

2

150,5 - 195,4

-385,9

75,5

3

366,9 - 465,8

-648,9

22,5

ΣΔH [kj/kg] -517,1


Reakce GO a GO-C60 s celulózou Hydrolytickým štěpením polymeru celulózy lze připravit nanocelulózu - nanowhiskers (Bodeson et al., 2006). Optimální podmínky přípravy závisí na koncentraci použité kyseliny (H2SO4, HCl), v poměru celulóza kyselina, čas hydrolýzy, teplota reakce. Samozřejmě výsledek ovlivňuje i typ výchozí celulózy, je-li z tvrdého či měkkého dřeva, z bambusu, sisalu, bavlny apod. Toto vše ovlivňuje výtěžek a velikost připravených nanovláken celulózy (Ioelovich, 2012; Li and Rageuskas, 2011). Připravenou nanokrystalickou celulózu lze chemicky modifikovat např. esterifikovat, karboxylovat, oxidovat (Peng et al., 2011). Může sloužit i jako kompozit v polymeru či jako matrice pro kovové nanočástice. V našem případě jsme provedli hydrolýzu methylkarboxy celulózy v přítomnosti suspenze GO a GO-C60. Předpokládali jsme, že může dojít k vzájemnému chemickému (např. esterifikace, propojení vazbou C-O-C apod.) či fyzikálně-chemickému (např. vodíkové můstky) propojení. Připravené fólie, které jsme získali po vakuové filtraci produktu vzájemné reakce, byly podrobeny mikroskopické povrchové analýze, FT-IR, TGA a DSC analýze.


Obr. 15 IR spektra produktů reakce GO-C60 (a) a GO (b) s celulózou

142


U nových produktů v obou případech nebyly v pořízených spektrech identifikovány píky při 1278 cm-1 (1274 cm-1) a 1228 cm-1, které jsme u původních GO-C60 a GO přiřadili vibracím epoxidickým skupinám.

docházet k tomuto exotermnímu ději při teplotě 319,8 °C s plochou píku na DSC křivce 3379,2 kJ/kg. Stejně výrazný exotermní děj začíná u vzorku GO-cel. při teplotě 341,5 °C s plochou píku na DSC křivce 5261,4 kJ/kg.

Obdobné výsledky, tj. prokázání deoxidačního (redukčního) procesu, byly popsány u vzájemné reakce GO heparinem (Wang et al., 2012), s roztokem celulózy v 1-butyl-3-metylimidazolium chloridu (Peng et al., 2012), chitosanem-škrobem (RodriguesGonzales et al., 2012).

Porovnáním tepelných stabilit připravených kompozitů GO a GO-C60 s celulózou je patrno, že fólie připravená z GO je tepelně stálejší, ale při jeho rozkladu dojde k uvolnění většího množství tepla.

Porovnání výsledků tepelných zkoušek TGA křivky vzorků kompozitů 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. 6. V tab. 7 jsou uvedeny parametry detekovaných tepelných dějů na DSC křivce.

Zásadní rozdíl je, porovnáme-li tepelnou stabilitu (váhový úbytek) mezi fóliemi GO a GO-C60 a jejich kompozitů s celulózou. Váhový úbytek v rozmezí 25 - 220 °C je u fólie GO 63 %, u fólie GO-C60 je 72 %. U kompozitů činí váhový úbytek 32 % a 22 %, což je podstatný rozdíl. Tab. 6 Rozdělení TGA křivky na teplotní intervaly podle TGA křivky Vzorek č.

Interval č.

GO-C60 - cel.

GO - cel.

a) GO-C60 + celulóza (degradační médium vzduch, průtok vzduchu 20 ml/min, teplotní režim 25 - 600 °C, rychlost ohřevu 10° /min, navážka 9,0 mg)


Hmot. úbytek [%]

1

25,0 - 42,4

0,3

2

42,4 - 123,9

6,9

3

123,9 - 168,9

11,9

4

168,9 - 347,8

18,5

5

347,8 - 474,3

36,4

6

474,3 - 600,0

6,8

1

25,0 - 57,3

0,9

2

57,3 - 120,8

10,1

3

120,8 - 144,6

3,0

4

144,6 - 180,6

13,2

5

180,6 - 396,5

20,6

6

396,5 - 522,6

48,3

7

522,6 - 545,0

2,5

Tab. 7 Parametry probíhajících tepelných dějů (DSC) Vzorek č. GO-C60 cel.

GO - cel.

Tepelný děj č.


ΔH [kJ/kg]*

Hf1 [mW]

1

31,6 - 115,3

159,9

5,7

2

115,3 - 187,2

-251,1

18,7

3

319,8 - 531,0

-3379,0

59,2

1

25,0 - 133,1

757,5

17,7

2

133,1 - 208,1

-581,2

41,7

3

341,54 - 557,2

-5261,4

76,8


Produkt reakce interkalátu C8K s fullerenem

b) GO + celulóza (degradační médium vzduch, průtok vzduchu 20 ml/min, teplotní režim 25 - 600 °C. rychlost ohřevu 10° /min, navážka 9,0 mg) Obr. 16 U vzorku kompozitů na DSC křivce se projevil jeden pík odpovídající endotermnímu ději a dva píky odpovídající exotermním tepelným dějům. Druhý exotermní tepelný děj je u obou vzorků velmi výrazný. U vzorku GO-C60-cel. začíná Ostrava 3. - 4. září 2014

Při tomto experimentu jsme chtěli využít zkušenosti z dřívějška, kdy jsme přes interkalát C8K vyměňovali draslík za různé kovy (Cu, Co, Cd, Ni, Zn, Al, Ag, Fe, Sb), a tím získali jejich interkaláty v grafitu (Klouda, 1985). Předpokládali jsme, že interkalaci draslíku do mezivrstevnatého prostoru grafitu dojde k rozšíření jeho mezivrstev a určitá touha C60 po záporném náboji tuto interkalaci usnadní. K přímé přípravě interkalátu C60 v grafitu je potřeba reakční směs zahřát na vysokou teplotu (600 °C), což je za hlubokého vakua a dlouhé reakční doby (15 dní). Před vlastní interkalací je potřeba grafit expanduje pomocí kyseliny sírové a dusičné (Gupta et al., 2004; Miura et al., 2005). Je známa i interkalace alkalických kovů do krystalické mřížky seskupením molekul C60 fullerit.

143


Jsou popsány 3 způsoby (Hou et al., 2004; Holczer et al., 1991) její přípravy: • v páře alkalického kovu za vysokého vakua a teploty 200 450 °C několik dní, • rozkladem azidu alkalického kovu v přítomnosti C60 za vakua při cca 550 °C, • při relativně nižší teplotě v rozpouštědle THF, kapalném amoniaku, CS2. Vedle mono interkalace lze připravit i ternární interkaláty kominací dalších alkalických kovů (Hou et al., 2004) popř. i interkaláty, kdy vedle draslíku je interkalována organická složka (Janiak et al., 1996) např. při přípravě draselného interkalátu byla v roztoku připravena sloučenina K3C60 (THF)14. Interkalaci draslíku do krystalické mřížky fulleritu se získaly interkaláty KC60, K3C60, K4C60 a K6C60. V těchto sloučeninách se předpokládá, že draslík je donor elektronu a molekula fullerenu je akceptor, např. K33+C303-. Většina prací (Degiorgi, L., 1998) je věnována testování jejich supravodivosti (Tc u K3C60 ~ 19 K), fyzikálním vlastnostem jako je elektrická a optická vodivost, analýz spekter z elektrospinové rezonance, spekter 13C-NMR, rozložení elektronové hustoty v molekule apod. Sloučeniny KxC60 (x = 2, 3, 4, 6) jsou extrémně senzitivní vůči vzdušné atmosféře, výjimkou je sloučenina KC60 tzv. „rock salt“, který se rozkládá při cca 100 °C na K3C60 a fulleren. U KC60 se předpokládá řetězová polymerní struktura (Koller et al., 1995). Fulleren v podobě tzv. „nanowhiskes“, který byl připraven metodou kapalina - kapalina rozhraní (LLIP - Liquid - Liquid interfacial precipitation polymer), byla interkalována a připravena látka K3,3C60NWS, která má super vodivé vlastnosti (Takeya et al., 2012). Vedle atypických fyzikálních vlastností mohou být využity interkaláty draslík-fulleren jako zásobníky vodíku (K3C60H29) (Loutfy and Wexler, 2001). Obdobný způsob vzájemné reakce interkalátu draslíku s fullerenem, jaký jsme aplikovali, popsal Fuhrer MS. (Fuhrer et al., 1994). Reakce probíhala při 80 °C a fulleren byl aplikován v roztoku bezvodného benzenu. Připravený produkt měl podle autorů složení C32K4C60. Námi připravený produkt byl prášek černé barvy. Jeho další zpracování tj. filtrace a sušení probíhalo bez ochranné atmosféry. Z bezpečnostních důvodů, protože nebyla známa tepelná stabilita, probíhalo sušení relativně krátkou dobu při teplotě 55 °C, následně byla provedena FT-IR analýza, TGA a DSC analýza a byly pořízeny elektronické snímky včetně rentgenové povrchové mikroanalýzy (EDAX). Vyhodnocení IR spektra produktu Pořízené IR spektrum je na obr. 17. Hlavní absorbance se projevily v rozsahu 1562 - 500 cm-1. U nejsilnějšího píku 1562 cm-1 předpokládáme vibraci C-C kruhového skeletu. Některé frekvence korespondovaly s publikovanými hodnotami (Giannozzi and Andreoni, 1996) pro K6C60, např. 1476 cm-1, 1359 cm-1, 656 cm-1, 416 cm-1. Obecně anorganické soli K+X- vykazují vibrace v rozsahu hodnot 700 - 400 cm-1. Nelze se vyhnout či neuvažovat o možném přiřazení ν(O-O) superoxidového iontu O2. (Itoh et al., 2006) jehož vznik lze při kontaktu s atmosférickým prostředím předpokládat. Vibraci při 3230 cm-1, která odpovídá skupině -H vysvětlujeme naadsorbovaným ethanolem jako důsledek krátkodobého sušení.

pík odpovídající endotermnímu ději s váhovým úbytkem 3 - 4 %, předpokládáme desorbce ethanolu. Při dalším zvyšování teploty byly identifikovány tři částečně se překrývající píky odpovídající exotermním tepelným dějům, s tepelným zabarvením uvedeným v tab. 9. Z tvaru křivky lze předpokládat i další exotermní děj, který by se zřejmě projevil při dalším zvyšování teploty analýzy. Hmotnostní úbytek vzorků (viz. TGA tab. 8) měl v podstatě lineární průběh v závislosti na teplotě a činil 36 % do teploty 600 °C.

Obr. 17 IR spektrum produktu reakce C8K s fullerenem Co lze teoreticky předpokládat při tepelném ohřevu vzorku na vzduchu. Draslík byl před přidáním fullerenu interkalován do grafitu za vzniku předem definovaného interkalátu C8K. Přídavkem roztoku (suspenze) fullerenu lze předpokládat interkalaci do grafitu (rozšíření mezi vrstevnaté vzdálenosti) pravděpodobně spojeno s interkalací draslíku do krystalické soustavy molekul C60-fulleritu za vzniku KxC60 širokou možností hodnoty x = 1 - 6. Obsah draslíku v interkalátu grafitu je více než čtyři krát vyšší než by odpovídalo maximální stechiometrii pro sůl K6C60. Předpokládáme, že přebytečný draslík je dále interkalován mezi vrstvami grafitického uhlíku. O poloze solí K-fullerit ve vztahu ke grafitu lze jen spekulovat. Že se jedná o nehomogenní materiál, prokázala i elektronová mikroskopie a analýza EDAX (viz. níže obr. 19, 20). Ta rovněž u části vzorku identifikovala kyslík, což lze předpokládat, že došlo k částečné oxidaci draslíku při zpracování produktu (filtrace, sušení). Při teplotním namáhání předpokládáme reakci draslíku se vzdušným kyslíkem za vzniku superoxidu draselného KO2 (ten je sám o sobě tepelně stabilní do 550 °C), ale v přítomnosti oxidovatelné látky může předávat kyslík a oxidovat uhlík jak z molekuly fullerenu (nepředpokládáme prioritu), tak částečně z grafitu. Nižší úbytek hmotnosti, při TG analýze, lze vysvětlit i možným znečištěním vzorku uhličitanem draselným (reakce CO2 s KO2), který se zároveň může chovat jako retardér hoření.

Interpretace výsledků termální analýzy Vyjdeme-li z látkové bilance jednotlivých komponent vzájemné reakce, měl by mít produkt sumární vzorec C200K27C60, tj. obsah uhlíku ve formě grafitu 57,55 %, 16,7 % uhlík jako fulleren, 25,6 % draslík. Na DSC křivce (obr. 18) měřeném rozmezí se projevil jeden Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 18 Termická analýza produktu reakce C8K s fullerenem (degradační médium vzduch, průtok vzduchu 20 ml/min, teplotní režim 25 - 600 °C, rychlost ohřevu 10° /min, navážka 8,6 mg) 144


Tab. 8 Rozdělení TGA křivky na teplotní intervaly podle Vzorek č. a) C200K27C60

Interval č.


Hmot. úbytek [%]

1

25,0 - 51,3

0,3

2

51,3 - 126,8

3,0

3

126,8 - 161,9

3,0

4

161,9 - 374,1

11,9

5

374,1 - 472,9

10,9

6

472,9 - 576,4

10,3

Změny vzájemných poměrů mezi uhlíkem a draslíkem u vybraného krystalu je patrný z obr. 20. Pomocí prvkové analýzy krystalů (obr. 21) jsme identifikovali i přítomnost kyslíku a potvrdili nehomogenitu materiálu viz. spektra EDS a) C10K2O, b) C28K1,6O, c) C26K1,33O.

a) Idealizovaný sumární vzorec na základě látkové bilance jednotlivých komponent

Vzorek č.

Tepelný děj č.


ΔH [kJ/kg]*

Hf1 [mW]

1

25,0 - 104,7

-182,9

1,4

2

104,7 - 156,4

26,3

2,3

3

156,4 - 302,5

572,1

23,1

4

370,7 - 482,3

510,6

13,2

a) C200K27C60

* ΔH = tepelné zbarvení děje podle DSC křivek (ΔH > 0 … endotermní děj, ΔH < 0 … exotermní děj) a) Idealizovaný sumární vzorec na základě látkové bilance jednotlivých komponent

Morfologie produktu reakce interkalátu C8K s fullerenem elektronová mikrospokopie U připraveného produktu jsme pomocí skenovacího elektronového mikroskopu s energiově disperzním mikroanalyzátorem prokázali nehomogenní poměr mezi uhlíkem a draslíkem. Světlejší části viz. obr. 19 jsou vždy více obohaceny draslíkem a naopak tmavším uhlíkem. Části s vyšším obsahem draslíku mají jinou morfologii (krystalickou), u částí převažujícím obsahem uhlíku je patrna vrstevnatá struktura.

Roi

Tab. 9 Parametry probíhajících tepelných dějů (DSC)

600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 2

4

6

8

10

12

C K K K

Distance [μm]

Obr. 20 Analytické rozložení uhlíku a draslíku v krystalu Phase:

K K/C K

eZAF Smart Quant Results Element

Weight %

Atomic %

Net Int.

Error %

CK

56.39

77.13

420.8

3.71

OK

7.49

7.69

16.4

11.42

KK

36.12

15.18

1061.6

1.39

C10K2O

Phase:

Sum Spectrum

Obr. 19 Elektronové snímky produktu reakce interkalátu C8K s fullerenem Ostrava 3. - 4. září 2014

145




Weight %

Atomic %

Net Int.

Error %

CK

80.69

91.33

628.6

2.39

OK

3.9

3.31

8.1

11.18

KK

15.41

5.36

407.9

1.53

[1]

Bondeson, D.; Mathew, A.; Oksman, K., 2006.: Optimization of the isolation of nanocrystals from microcrystalline cellulose by acid hydrolysis. Cellulose, 13, 171-180.

[2]

Degiorgi, L., 1998.: Fullerenes and carbon derivatives: from insulators to superconductors. Advances in Physics, 47(2), 207-316.

[3]

Dreyer, D.R.; Park, S.; Bielawski, Ch.W.; Ruoff, R.S., 2010.: The chemistry of graphene oxide. Chemical Society Reviews, 19, 228-240.

[4]

Fakhri, A., 2013.: Adsorption characteristics of graphene oxide as a solid adsorbent for aniline removal from aqueous solutions: Kinetics, thermodynamics and mechanism studies. Journal of Saudi Chemical Society.

[5]

Fuhrer, M.S.; Hou, J.G.; Xiang, X.D.; Zetil, A., 1994.: C60 intercalated graphite - predictions and experiments. Solid State Communications, 90(6), 357-360.

[6]

Giannozzi, P.; Andreoni, W., 1996.: Effects of Doping on the Vibrational Properties of C60 from First Principus K6C60. Physical Review Letters, 76, 4915-4918.

[7]

Gupta, V.; Scharff, P.; Rish, K.; Romanus, H.; Mueller, R., 2004.: Synthesis of C60 Intercalated Graphite. Solid State Commun, 131(3-4), 153-155.

[8]

Holczer, K.; Klein, O.; Huang, S.M.; Kaner, R.B.; Fu, K.J.; Whetten, R.L.; Diederich, F., 1991.: Alkalifulleride superconductors: synthesis, composition and diamagnetik shielding. Science, 252, 1154-1157.

[9]

Hou, J.G.; Thao, A.D.; Huang, T.; Lu, S., 2004.: C60-Based Materials. Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, 1, 409-474.

C28K1,6O

Phase:

Unallocated


Weight %

Atomic %

Net Int.

Error %

CK

82.27

91.87

118.1

2.61

OK

4.13

3.46

1.6

15.49

KK

13.61

4.67

65.8

2.25

C26K1,33O

[10] Hummers, W.S.; Offeman, R.E., 1958.: Preparation of Graphitic Oxide. J. Am. Chem. Soc., 80 (6), 1339.

[11] Chabot, V.; Higgins, D.; Yu, A.; Xiao, X.; Chen, Z.; Zhang, J., 2014.: A review of graphene and graphene oxide sponge: materiál synthesis and applications to energy and the environment. Energy Environ. Sci., 7, 1564-1596. [12] Ioelovich, M., 2012.: Optimal Conditions for Isolation of Nanocrystalline Cellulose Particles. Nanoscience and Nanotechnology, 2 (2), 9-13. [13] Itoh, T.; Maeda, T.; Kasuys, A., 2006.: Faraday Discuss, 132, 95-109. [14] Janiak, Ch.; Mühle, S.; Hemling, H., 1996.: The solid-state structure of K3C60(THF)14. Polyhedron, 15(9), 1559-1563.

Obr. 21 Elementární analýza v různých částech produktu reakce interkalátu C8K s fullerenem Závěr Práce byly prováděny za účelem získání experimentálních a instrumentálních poznatků pro další rutinou přípravu produktů pro jejich další aplikační využití. Především při adsorpci (absorpci) toxických látek k přípravě kompozitních materiálů. Produkt s draslíkem můžeme využít jako přídavek do složení aerosolového hasicího zařízení. Nevyhneme se ani stanovení ekotoxicity připravených materiálů, včetně prověření jejich možných antibakteriálních vlastností. Poděkování Autoři děkují pracovníkům chemické sekce SÚJCHBO za dozor při přípravě uvedených produktů.


[15] Klouda, K., 1985.: Interkalární sloučeniny grafitu. Disertační práce, VŠCHT Praha (k dispozici technická knihovna Praha 6 - Dejvice). [16] Koller, D.; Martin, M.C.; Stephens, P.W.; Mihaly, L., 1995.: Polymeric alkali fullerides are stable in air. Applied Physics Letters, 66 (8). [17] Kyzas, G.Z.; Deliyanni, E.A.; Matis, K.A., 2014.: Graphene oxide and its application as an adsorbent for wastewater treatment. J. Chem. Technol. Biotechnol., 89, 196-205. [18] Li, Y.; Ragauskas, A.J., 2011.: Cellulose Nano Whiskers as a Reinforcing Filler in Polyurethanes. Advances in Diverse Industrial Applications of Nanocomposites, Dr. Boreddy Reddy (Ed.). [19] Loutfy, R.O.; Wexler, E.M., 2001.: Feasibility of fullerene hydride as a high capacity hydrogen storage materiál, in: Proceedings of the Hydrogen program review meeting. Baltimora (MD), 17-19, April.

146


[20] Makharza, S.; Cirillo, G.; Bachmatiuk, A.; Ibrahim, I.; Ioannides, N.; Trzebicka, B.; Hampel, S.; Rümmeli, M.H., 2013.: Graphene oxide-based drug delivery vehicles: functionalization, characterization, and cytotoxicity evaluation. Journal of Nanopart Res, 15, 2099. [21] Miura, K.; Tsuda, D., 2005.: Superlubricity of C60intercalated graphite films. World Tribology Congress III, 63930. [22] Peng, B.L.; Dhar, N.; Liu, H.L.; Tam, K.C., 2011.: Chemistry and Applications of Nanocrystalline Cellulose and its Derivatives: A nanotechnology Perspectivem. The Canadian Journal of Chemical engineering, 9999. [23] Peng, H.; Meng, L.; Niu, L.; Lu, Q., 2012.: Simultaneous Reduction and Surface Functionalizationof Graphene Oxide by Natural Cellulose with the Assistance of the Ionic Liquid. The Journal of Physical Chemistry, 116, 16294-16299. [24] Rodrígues-González, C.; Martínez-Hernández, A.L.; Castano V.; Kharissova, O.V.; Ruoff, R.S.; Velasco-Santos, C., 2012.: Polysaccharide Nanocomposites Reinforced withGraphene Oxide and Keratin-Grafted Graphene Oxide. Industrial & Engineering Chemistry Research, 51, 36193629.

[26] Shen, H.; Zhang, L.; Liu, M.; Zhang, Z., 2012.: Biomedical Applications of Graphene. Theranostics, 2(3), 283-294. [27] Takeya, H.; Miyazawa, K.; Kato, R.; Wakahara, T.; Ozaki, T.; Okazaki, H.; Yamaguchi, T.; Takano, Y., 2012.: Superconducting Fullerene Nanowhiskers. Molecules, 17, 4851-4859. [28] Troshin, P.A.; Lyubovskaya, R.N., 2008.: Organic chemistry of fullerenes: the major reactions, types of fullerene derivatives and prospects for their practical use. Russian Chemical Reviews, 77(4), 305-349. [29] Wang, Y.; Zhang, P.; Lie, Ch.F.; Zhan, Y.; Li, Y.F.; Huang, Ch.Z., 2012.: Green and easy synthesis of biocompatible graphene for use as an anticoagulant. The Royal Society of Chemistry, 2, 2322-2328. [30] Yoo, B.M.; Shin, H.J.; Yoon, H.W.; Park, H.B., 2013.: Graphene and graphene oxide and their uses in barrier polymers. Journal of Polymer Science: Polymer Physics. [31] Zhang, Y.; Ren, L.; Wang, S.; Marathe, A.; Chaudhuri, J.; Li, G., 2011.: Functionalization of graphene sheets through fullerene attachment. Journal of Materials Chemistry, 21, 5386.

[25] Russo, P.; Hu, A.; Compagnini, G., 2013.: Synthesis, Properties and Potential Applications of Porous Graphene: A Review. Nano-micro letters, 5(4), 260-273.


147


Fire Spread on Walls with ETICS Andrzej Kolbrecki, Ph.D Instytut Techniki Budowlanej 1 Filtrowa St., 00-611 Warsaw, Poland [email protected] Abstract The spread though the façades is one of the quickest route of spread of fires in buildings. This paper focused on case when fire spreads because of an element that burns in the front of the façade (garbage container, furniture, etc.), - fire scenario of Polish procedure and on case when fire originated in a compartment of the building, which spreads outwards though the windows. One of a façade which can be assessed are walls with ETICS (External Thermal Insulation Composite System). Thermal insulation material used in these systems are often combustible which can influence fire performance of entire system.

- Test conditions ambient temperature 20 ± 10 °C, air velocity equal to 2 ± 0,5 m/s (measured in front of the crib at the level of the top edge of the crib), - Measurements 4 thermocouples installed in accordance to figure 1 to measure temperatures at lines L1 and L2; thermocouples shall be installed outside of the façade to measure the air temperature at the distance 5 ± 2 mm from the external surface of the façade or, when the façade is made from non-combustible cladding and contains behind air cavity or combustible insulation layers thermocouples shall be installed inside the façade at the distance 5 ± 2 mm from the internal surface of the cladding, - Duration of the test 15 minutes exposure of the source period (after this time fire source shall be removed from the sample normally there is almost nothing to remove) and after that 15 minutes observation period (totally 30 minutes). Essential drawings of the test rig are shown on fig. 1 - 2. min 1800

Short information about planned European procedure is also given.

250

Keywords

L2

1

2

L1

3

4

750

Building, fire, fire spread on façades.

When considering fire hazard of façades and curtain walls one should take into account various actions of fire source: 1. Fire inside a room,

min 2300

1 Introduction

Záącze pionowe (jeĞli wystĊpuje)

1500

2. Fire inside and outside o room (flames venting through window opening), 3. Fire outside the building, but close to it (fire of garbage container, fire close to a parked motor car, fire of a tree or bushes), 4. Fire from another building. Test method used in Poland [1] relates to the third action and belongs to intermediate scale - according to CEN terminology. This test method has been used from the beginning of 1980’s being the basis for classification of components required by Technical Specification, to which buildings should conform [2]. The case 2 is perceived as the most dangerous and statistically the most frequently occurring (fire scenario of planned European procedure). That’s why full-scale testing in Poland made in Poland take into account this scenario. Also this basis has planned European procedure.

Key L1, L2 lines of temperature measurements 1 ÷ 4 points of temperature measurements

Fig. 1 Location of thermocouples on specimen 3

3

a 2

1

The test method used in Poland is described in standard PN-B-02867. The test philosophy is to determine the heat and flames influence contribution of the façade’s combustion on the effect of exposure of standard fire source. The test method is simple: - 3 samples 1800 (width) x 2300 (height) mm, vertical joint at the middle of the width of the sample; fixing as in practice to the masonry wall,

min 1800

600

This standard was published in 1990 (the regulation is even older. The test method is based on the results of research testing program which was running during eighties.

2

120

2 Description of the method 4 50

300

50

Key 1 stand 2 specimen 3 wood crib 4 flooring a point of air velocity measurements

a

Fig. 2 Location of fire and point of air velocity measurements

- Source 20 kg wooden crib, 600 x 300 mm in plane, made from pine wood lathes size of 600 x 40 x 40 mm and 300 x 40 x 40 mm, wood humidity shall be 12 - 15 %; source of ignition - 200 ml of petrol (or pure alcohol or 200 mm wooden wool humidity of 8 - 12 % placed under the crib, Ostrava 3. - 4. září 2014

148


Tab. 1 Classification criteria Measurements Fire spreading level

Observations

Temperatures at the lines L1 and L2 during the test [°C]

Combustion or glowing at the lines L1 and L2 during the observation period (after 15 till 30 minutes of the test)

Flaming droplets and solid residues. Falling parts

L1

L2

L1

L2

NRO

< 450

< 350

Not allowed

Not allowed

Not allowed

SRO

No limitation

< 350

No limitation

Not allowed

Not allowed

SIRO

No limitation

NRO

class ‘non spreading fire”;

SRO

class “weakly fire spreading”;

SIRO class “highly fire spreading”. In Poland there is very clear requirement: All building façades have to be ‘non spreading fire” or weakly spreading fire (application of “highly spreading fire” for façades is not allowed) and have to have appropriate classification in accordance with this Polish standard. The method of testing and assessing of fire spread on façades is very simple though very efficient in eliminating wrong façades systems. After the year 1989, due to energy saving, in Poland rapidly grows application of ETICS (External Thermal Insulation Composite System). Thermal insulation material used in these systems are often combustible (expanded polystyrene, polyurethane foams) which can influence fire performance of entire system. Polish statistics [4] concerning fires of façades between 1999 - 2004 indicated:

levelled) and shall have adequate surface resistance, shall be free of dirt, dust, fat and other substances of anti-adhesive nature. In case of loosening of outer layer of wall material, destructive changes, surface flaking of substrate, paint coating and then-layer plasters, it is necessary to remove those layers. Adhesive paste should be applied by using so called “strip-point” method. Particularly important is the precision of work, the treatment of all openings, reveals etc. Using the components from different systems, as well as materials of unknown origin, not possessing the relevant documents allowing for placing them on the market and putting into service, is unacceptable.

- 175 fires of façades, between them 75 (43 %) of ETICS (69 was made with EPS core), - only in 2 cases fire spread onto upper floor, - surface of damage: ≤ 10 m2 (17 fires), ≤ 100 m2 (7 fires), >100 m2 (3 fires - without differentiation of insulation core), - main fire reason: fire outside the building, but close to it. 3 Tests in full-scale In Poland we made also tests in full scale according to ISO CD 13785-2 [5] - stand for testing is shown on Fig. 3. As core materials we used in tewst mineral wool (plate and lamella) and expanded polystyrene. Rendering system applied were mineral and polymeric ones. The thicknesses of core materials were: - 5 cm (expanded polystyrene, mineral and polymeric rendering). Specimen prepared by executor just taken from market without supervision, - 18 cm (expanded polystyrene and mineral wool, mineral rendering system). Specimen prepared under supervision of owner of the system, - 20 cm (expanded polystyrene and mineral wool). Specimen prepared by executor just taken from market without supervision. The essential conclusion are as follows: - There are not differences in fire performance due to type of mineral wool types (plates and lamella), thickness of mineral wool and type of rendering system (mineral and polymeric ones), - There are not differences between systems with expanded polystyrene when supervised or not supervised during execution, - There are catastrophic differences in fire performance between systems with expanded polystyrene of thickness more then 18 cm supervised and not supervised during execution. Specimen without supervision was totally destroyed during the test. General conclusion are as follows: all systems of external wall insulation using the jointless method must be executed according to relevant technical approvals and instruction ITB no. 447/ [4],. It also concerns the substrate which shall be properly flat (properly Ostrava 3. - 4. září 2014

Fig. 3 Instrumentation in test apparatus (Ο - total heat flux measurement, X - temperature measurement) 4 Testing of fire spread on façades in EU In connection with lack of agreed external fire scenario, EOTA (European Organisation for Technical Approvals) consequently applies internal fire scenario for products used outside the buildings, in spite of the fact that informative Paper G states, that fire in the small room is one of numerous fire scenarios that are possibly to consider. When scenario of fire in the room, which is the basis for classification, is not appropriate for products of specified uses, if is an evidence for a gap in the present system of classification.

149


In EOTA Guidelines for external thermal insulation composite systems (ETICS) the tests according to methods specified in EN 13501-1 (internal fire scenario) are predicted: - For system as a whole, - For individual components of the system. The test of complete system are intended to be carried on SBI stand. Complete system as well insulations will be classified to one of seven classes; A1, A2, B, C, D, E. Products not subjected to test will be classified as class F. EOTA acknowledges that the determination of the fire performance of external cladding systems in Member States require large-scale fire testing. The European Commission decided, that a harmonized test specification has to be developed by EOTA. Therefore EOTA PT4 established a working group to develop a specification based on the current experience of assessing the fire performance of these systems. In January 2013 this Task Group presented Technical Report [6]: “state of the art” in the testing and assessment of these systems. In this Technical Report proposal of large-scale methodology for non-bearing external wall cladding systems, with or without insulation, applied for outer surface of a building. This test methodology is used to determine spread of flame and contribution to fire.; the fire exposure is representative of a fully-developed (post- flashover) fire in a room, venting through an opening such as a window aperture, or an external fire source (such as waste storage container etc.), that exposes the cladding to the effects of external flames. In order to consider different regulatory requirements this methodology comprises two different testing scenarios.

Fig. 4 Test rig for exposure type 1

The following parameters are to be assessed: - Fire spread (inside and outside of the external wall cladding system), - Maximum dimensions of flame spread, - Temperature/time characteristics, - Continuous smouldering and glowing combustion, - Mechanical performance including, but not exclusive to, falling of burning droplets/particles, collapse of cladding system, - Details of visual performance photographically and continuous video recorded and timed observations recorded during tests, - Areas damaged by fire in all layers assessed by post test analysis. Fig. 5 Test rig for exposure type 2

This test specification provides two exposure types (two scenarios): - Type 1 - the fire load is a nominal 30 kg wood crib and the minimum test height of the test specimen is 5,5 m,

References

- Type 2 - the fire load is a nominal 382,5 kg wood crib and the minimum test height of the test specimen is 9 m.

[1]

PN-B-02867:2013 Ochrona przeciwpożarowa budynków. Metoda badania stopnia rozprzestrzeniania ognia przez ściany zewnętrzne od strony zewnętrznej oraz zasady klasyfikacji.

Tab. 2 Thermocouple locations: Exposure Type 1

[2]

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. nr 75, poz. 690 z późń. zm.).

[3]

Złożone systemy izolacji cieplnej ścian zewnętrznych budynków ETICS. Zasady projektowania i wykonywania, Instytut Techniki Budowlanej, Instrukcja nr 447/2009.

[4]

Piechocki, J.: Po ścianie na dach, Przegląd Pożarniczy nr 6 z 2004.

[5]

ISO 13785-2, Reaction-to-fire tests for façades. Part 2: Largescale test.

[6]

Technical Report. Large Scale Fire Performance Testing of External Wall Cladding Systems. EOTA PT4 Task Group.

Height above lintel of fire source chamber [m]

Positions on main face of specimen measured from the inner corner of the surface of the specimen [mm]

Positions on wing face of specimen measured from the inner corner of the surface of the specimen [mm]

100, 500, 1000, 1500, 2000

100, 500, 1000

2,8 3,5 4,5

Tab. 3 Thermocouple locations: Exposure type 2 Height above lintel of fire source chamber [m] 2,5 (type 1) 5,0 (type 2)

Positions on main face of specimen

Positions on wing face of specimen measured from the inner corner of the surface of the specimen [mm]

Positioned on the central line and at distances of 500 mm and 1000 mm each side of the centre line (five locations)

150, 650, 1150


150


Význam simulační podpory krizových štábů obcí s rozšířenou působností Importance of Simulation Support of Crisis Staffs of Municipalities with Extended Powers Ing. František Kovářík MV-GŘ HZS ČR, Institut ochrany obyvatelstva Na Lužci 204, 533 41 Lázně Bohdaneč [email protected] Abstrakt Příspěvek hodnotí konkrétní zkušenosti se simulační podporou u dvou typů krizových štábů obcí s rozšířenou působností. Simulace je zaměřena na alternativní nasazení složek IZS do virtuálního prostředí v propojení na simulátor komunikace. Příspěvek se také zabývá možnou budoucností systémů krizových štábů. Klíčová slova Simulace, krizový štáb, virtuální prostředí, komunikace. Abstract The paper evaluates specific experience with simulation support for two types of crisis staffs of municipalities with extended powers. Simulation is focused on the alternative use of the Integrated Rescue System components in a virtual environment simulator for interconnection communication. The paper also looks at possible future of crisis staffs. Keywords Simulation, crisis staff, virtual environs, communications. Práci krizových štábů v metodologickém pojetí se věnovala a věnuje řada odborníků a to především v návaznosti na krizovou legislativu na jedné straně a skutečnou praxi u samosprávy na straně druhé. Po přijetí krizového zákona a dalších rozvádějících dokumentů po roce 2000, byl nastartován trend metodologického vedení obcí s rozšířenou působností (dále jen ORP) směrem ke sjednocení jejich činnosti. Přijetím zákona č. 314/2002 Sb. ze dne 13. června 2002 byly ustanoveny obce s rozšířenou působností. První fáze legislativních aktů prosazovala pro činnost krizových štábů (dále jen KŠ) tzv. model STANO, který není nutno prezentovat. Bohužel reakce odborné veřejnosti, především na municipální úrovni, nebyla k těmto legislativním tendencím nakloněna. Nastal proces odborných rozepří mezi státní správou a samosprávou a vlivem toho i k postupnému uvolňování podmínek práce KŠ, novelami původních metodik, až do dnešní podoby. Vydané metodické příručky nad rámec legislativy neměly sílu procesy v KŠ zatím sjednocovat a jejich dopady jsou buď úzce lokální, nebo slouží jako studijní podklad. Do budoucna se však ukazuje, že asi jedinou a správnou cestou bude vyvolat nová jednání na úrovni Generálního ředitelství HZS ČR s mezirezortní úrovní a s přizváním odborných expertů a pokusit se tuto systémovou chybu eliminovat na minimum. V dalším textu nebudu rozebírat existující modely práce KŠ u obcí, pohybujících se od systému STANO až po úplně volné pojetí v mezích zákona. Jak vyplývá z názvu diskusního příspěvku, je cílem provést zamyšlení nad využitím simulační podpory KŠ ORP. Simulační podpora je technologický systémový nástroj pomáhající pochopit kontinuitu časových a rozhodovacích procesů. Jejich prostřednictvím učit správným komunikačním dovednostem pro koordinaci sil a prostředků ze strategického pohledu jejich řízení. Ostrava 3. - 4. září 2014

Do současnosti vyzkoušely simulační podporu dva KŠ ORP. Prvním byl KŠ ORP v Hustopečích a druhým KŠ ORP v Sedlčanech. Příprava a realizace cvičení se od sebe významně lišila svou složitostí a délkou přípravy. Pro Hustopeče byly využity prostředky a lidské kapacity v rámci bezpečnostního projektu vedeného pod zkratkou SIMEDU. Cílem Hustopečského cvičení bylo zvládnout mimořádnou událost - havárii vzniklou v průmyslové oblasti Šakvice situované nedaleko Hustopečí. Pro havárii doprovázenou požáry a výbuchy byla simulována řada animovaných dominoefektů. Prostory vlastního cvičení byly rozvrženy do tří samostatných celků. Hlavním celkem a k němu příslušejícím týmem byl KŠ ORP. Jeho složení bylo standardní. Starosta, zástupce starosty, členové bezpečnostní rady, vedoucí stále pracovní skupiny a jemu podřízené skupiny v reakci na možnou směnnost apod. Druhý tým byl soustředěn kolem řídícího cvičení. Jeho pracoviště tvořilo pomyslný mozek všech probíhajících procesů. Z technického pohledu zde byly situovány řídící prostředky jako počítače, hlavní monitor, centrum komunikačního systémů, centrum kompilace dynamických dat apod. Organizačně byl tým tohoto pracoviště ve složení: • Řídící cvičení, který byl nejvýznačnějším koordinátorem a ve své podstatě byl protihráčem vedoucího KŠ. Veškeré simulační nástroje byly v jeho řídící podřízenosti. Řídící cvičení měl konečné slovo ke spuštění všech procesů jak směrem ke krizovému štábu tak ke všem svým operátorům. • Operátor pro hodnocení situace byl člověk zodpovědný za kompilaci dat a provoz simulace za všechny vstupní informace komunikací počínaje a vizualizacemi do 3D mapy konče. Komunikace a vizualizace byla propojena v čase. • Operátor - pracovně komplikátor - na pokyn řídícího cvičení realizoval v 3D prostředí šíření mimořádných událostí. Například požáru, toxických těles, dopravní nehody, úniky kontaminantů apod. V podstatě se jednalo o operátora mimořádných událostí. • Operátor KOPIS byl zaměřen na oboustrannou komunikaci KŠ směrem k operačnímu středisku IZS. Operátor vedl veškeré poskytující služby, jako hlášení, informace, varování, vyrozumění apod. Tuto komunikaci vedl i s velitelem zásahu ve třetí pracovní skupině viz dále. • Z praktických důvodů byly u řídícího cvičení ještě dva další operátoři. Měli na starosti oblasti evakuace, silniční dopravy a železniční dopravy. Obecně pak i vše ostatní co bylo potřeba. Třetí tým byl v podřízenosti velitele zásahu, který koordinoval síly a prostředky podobně jako kdyby tak činil ve štábu velitele zásahu. V Hustopečích byl velitelem zásahu Petr Žůrek ze stanice HZS ČR Hustopeče. Na tomto pracovišti byl druhý velký monitor, na kterém mohl velitel zásahu vidět vše, co se odehrává na virtuálním území z pohledu všech nasazených prostředků IZS a šíření mimořádné události, kterou eliminoval v návaznosti na strategická rozhodnutí směrem od krizového štábu. V týmu velitele bylo osm operátorů a dalších pracovníků viz následující přehled: • Velitel zásahu - řídil veškerý taktický zásah koordinovaných sil a prostředků ve své kompetenci. Toto řešil přímou domluvou se svými operátory, viz dále. Pro průběh cvičení také částečně ovlivňoval i činnost některých pracovních skupin vedoucího stálé pracovní skupiny. 151


• Operátoři 1 - 3 - měli mezi sebe rozděleny veškeré jednotky HZS, které byly nasazeny na všechny protiakce. Odhadem tak tito tři lidé simulovali zásah zhruba 150 hasičů. Každý z operátorů tedy ovlivňoval konkrétní hasičskou techniku. Tento proces obnášel praktické nasazení těchto prostředků do virtuálního prostředí. Každý prostředek na pokyn operátora vyjížděl z místa mateřského doku v reálném čase na místo incidentu, kde byl dále dle pokynu velitele zásahu řízen ve výkonu plánované činnosti. V této chvíli pak šlo i o koordinaci obsluhy těchto prostředků v jejich nasazení proti působení mimořádné události. Tento proces byl u všech operátorů identický. Všechna nasazení probíhala přes operátory řídícího cvičení, kteří je mohli dále ovlivňovat. Tento operátor následně techniku a jejich obsluhy stahoval zpětně na základnu, nebo k jinému výkonu. • Operátoři 4 - 5 - měli mezi sebe rozděleny veškeré jednotky Policie ČR. Simulováno bylo asi 30 policistů. Operátoři měli rozděleny své kompetence do dvou základních oblastí. První byla dopravní policie pro potřeby uzávěrek na křižovatkách a další regulační opatření. Druhý operátor řešil záležitosti pořádkové policie v souvislosti se zásahem proti vzbouřencům. • Šestý operátor měl na starost veškerou zdravotnickou pomoc týkající se složek zdravotnické záchranné služby a letecké záchranné služby. Odhadem zastupovali operátoři asi 20 osob. • Operátoři 7 - 8 - řešili vše ostatní v rámci techniky a lidí různých složek IZS co se dělo v areálu na virtuální mapě. Především pak v místě působení mimořádné události. Omezením jim bylo rozhodnutí velitele zásahu. Cvičení v ORP Sedlčany se v mnohém od předchozího lišilo jak svým odborným pojetím, tak dalším technickým zabezpečením. V květnu 2013 mělo proběhnout v Sedlčanech cvičení organizované Institutem ochrany obyvatelstva a Územním odborem Příbram k povodním. Toto cvičení však vzhledem ke skutečným povodním ve správním území Sedlčany odpadlo a tak proběhla jen odborná účast příslušníků Institutu v povodňové komisi. Proto dne 13. března 2014 proběhla pracovní schůzka v Sedlčanech, tentokrát se zástupci Institutu ochrany obyvatelstva a firmy VR Group Praha a.s. se starostou města Sedlčany, kde bylo domluveno, že už 19. až 20. května bude provedeno cvičení krizového štábu se simulační podporou. V předchozím jsem zdůraznil slovíčko „už“. Dle řešených projektů bylo konstatováno, že na přípravu cvičení je potřeba asi jeden rok od prvních součinnostních dohovorů. V tomto případě stačily pouhé dva měsíce. Byly totiž využity simulační podklady z Hustopečí (3D modely sil a prostředků pro pohyb ve virtuální mapě) a tím pádem byla příprava i relativně velmi rychlá. Na realizaci cvičení stačilo jedno součinnostní jednání, elektronická komunikace a pak už následovalo ostré cvičení. Scénář cvičení byl dle přání pana starosty směrován na povodně. Společně s přípravou zpracování prostorových simulací bylo nutné restrukturalizovat organizaci řídícího týmu a podstatně redukovat tým operátorů a rozehry. Vlastní simulace jak virtuálního prostředí, tak komunikace zabezpečovalo asi 8 lidí včetně řídícího cvičení ve velmi stísněných prostorech s využitím obřadní síně a přilehlých místností sedlčanské radnice. S odbornou garancí aktivně pomáhal doc. Ing. Vilém Adamec, Ph.D. z TU v Ostravě Fakulty bezpečnostního inženýrství. Účastnil se jak odborné přípravy cvičících v prvním dnu tak druhý den v týmu řídícího cvičení. Organizačně byly v Sedlčanech tři pracoviště. Řídícího cvičení, jednací místnost KŠ s dvěma pracovními místnostmi pro potřeby stálé pracovní skupiny a místností operátorů separované mimo pracovní prostory. Vedoucí stálé pracovní skupiny měl dvě pracovní skupiny. První skupině sám přímo předsedal a ta řešila problematiku součinnosti a analýzy. Druhou skupinu složenou z týlového zabezpečení, Ostrava 3. - 4. září 2014

nasazení a ochrany obyvatelstva řídil plánovaný vedoucí nasazení sil a prostředků. Operátorů bylo pět. Dva pro jednotky HZS; jeden pro městskou polici, Policii ČR, zdravotnickou záchrannou službu a leteckou záchrannou službu; jeden pro autodopravu, technické služby a firmy a poslední jeden pro dobrovolníky, civilní složky, zabezpečení evakuace apod. Tým řídícího cvičení byl včetně doc. Adamce tříčlenný ve složení řídící cvičení, hodnocení situace a elektronická koordinace a krajské operační středisko IZS. Vlastní cvičení probíhalo pod mým odborným řízením a moderováním při jednáních a zasedáních KŠ. Do kompetencí řídícího cvičení pana Ing. Martina Kliknara jsem nezasahoval, respektive jsem se spíše snažil sladit naši součinnost. KŠ zahájil cvičení v 9:00. Nejprve proběhlo v instruktážním módu první zasedání KŠ. Pak byla cvičícím prezentována připravená technologie. Následovala samostatná práce stálé pracovní skupiny a členů bezpečnostní rady opět s odborným řízením. Přibližně v polovině bylo cvičení pozastaveno a řídící cvičení prezentoval účastníkům, jakým způsobem probíhají simulace, tedy ukázky stavu nasazení sil a prostředků v zatopeném prostředí na virtuální mapě. Po té cvičení pokračovalo a bylo zakončeno provedením druhého zasedání krizového štábu. Zde byly zejména provedeny doklady tajemníka KŠ a vedoucího stálé pracovní skupiny o řešení situace. Následovala řízená diskuse, ukázky řešení mimořádné události cvičícími na simulačním pracovišti, kde byla vizualizace pohybu sil a prostředků propojena s komunikací cvičících a následně vyhodnocení a závěr cvičení. Starostou, členy bezpečnostní rady a cvičícími bylo cvičení vyhodnoceno jako vysoce přínosné a efektivní. Na tomto místě bude účelné rámcově vysvětlit „společné syntetické prostředí a scéna“ a „simulovaný komunikační systém“. V podstatě se jedná o tyto 3 komponenty: • Simulační systém vytvářející virtuální realitu, ve které se odehrává mimořádná událost a činnost zasahujících složek; simulátor umožňuje provedení interakcí modelů v syntetickém prostředí v čase; průběh simulace lze ovlivnit zásahem obsluhy: nastavením prostředí (parametrů počasí), jevů a událostí (založení požáru, výbuch, protržení hráze …) a zejména pak úkolováním entit (tj. ovládáním simulované techniky a osob) přičemž chování těchto entit je poloautomatické (obsluha nemusí řešit detaily vykonání úkolu či reakce na události). • Simulovaný komunikační systém je uzavřený komunikační okruh, tedy náhrada běžně používaných vysílaček, telefonů; jednotlivé komunikační uzly lze plně konfigurovat podle potřeby (telefonní čísla, radiové frekvence) případně simulovat jejich poruchu. • Podpůrné prostředky jsou využité při vyhodnocení výcviku: pořízení a opětovné přehrání synchronního záznamu průběhu cvičení a komunikace, příp. vizualizace děje. Pro potřeby simulací je nutné provést implementaci výcvikových modelů. Ta probíhá v těchto směrech: • Vytvoření databáze terénu na základě reálných dat popisujících krajinu (výškopis, polohopis, letecké snímky), a to ve dvou variantách: - pro simulační systém, ve kterém je krajina zobrazena jako mapový podklad (ovšem se zachováním výškových informací a informací o všech prvcích v terénu - silnice, budovy, lesy, stromy, vodní toky, el. vedení aj. objekty), - pro 3D vizualizaci (využití leteckých snímků povrchu země, textur budov a objektů v krajině). • Vytvoření modelů techniky a osob ve variantách: - pro simulační systém (nutnost kompozice modelů a parametrů veškerých součástí, jejich vzájemných vazeb a modelů interakcí), 152


- pro 3D vizualizaci (ručně vymodelované objekty pro zobrazení - odrážejí stav svých obrazů v simulátoru). • Vytvoření modelů prostředí (počasí, environmentální jevy) vytvoření simulačního jádra provádějící simulaci veškerých výše uvedených modelů a jejich vzájemnou interakci. • Vytvoření grafického uživatelského rozhraní umožňujícího uživateli: - ovlivňovat syntetické prostředí (vytváření mimořádných událostí, vytváření entit), - sledovat a interpretovat situaci (polohu, stav a činnost entit, případné jevy) na mapovém podkladu, - řídit činnost entit pomocí dostupných úkolů (modelů činností), - vytvářet a modifikovat pomocné zákresy pro orientaci a činnost cvičících osob, - řídit simulaci (ukládat a načítat výcvikové scénáře, simulaci spouštět, pozastavovat), - resetovat, přiřazovat role a oprávnění uživatelům, konfigurovat a řídit propojení simulace s ostatními simulátory pomocí standardizovaného protokolu), - pracovat se záznamem průběhu simulace a komunikace. • Vytvoření simulovaného uzavřeného komunikačního systému: - různé typy vzájemně propojitelných komunikačních uzlů, vysílačka, telefon, push-to-talk, u všech typů připraveny zaměnitelné varianty: o hardwarové (stanice pro volbu kanálu, tlačítko, náhlavní souprava, standardní IP telefon využívající protokol SIP), o softwarové varianty (prvek je emulován softwarem běžícím na PC, - o možnost konfigurace komunikačních frekvence, telefonní čísla, okruhy).

uzlů

(radiové

• Příprava technických prostředků pro simulátor: - sestavení, oživení a fyzické propojení všech komponent, - implementace programově ovladatelných digitálních hodin, - konfigurace systému (parametry operačního systému, síťová konfigurace), - konfigurace uzlů simulačního a komunikačního systému, - konfigurace textového komunikačního prostředku jabber pro technické účely. Tolik zatím pro představu stačí. Protože jsem se setkal s mnoha případy skeptických pohledů na formu podobných cvičení, chtěl bych v následujícím reagovat na možnou budoucnost činností krizových štábů. Domnívám se, že pracovat pouze na systémové transformaci postupů nestačí a je nutné reagovat na nové technologie stojící za pomyslnými dveřmi. Pro stručnost budu dále postupovat v číslovaných odrážkách: 1. Je potřeba respektovat vývoj nových technologií. Éra klasických personálních počítačů dozná v nedaleké budoucnosti ústupu. Bude nahrazena jinými typy multimediálních prostředků. V současnosti tvoří toto přechodné stadium technologie androidů - tabletů či mobilních telefonů. Vizualizace budou transportovatelné i velkoformátově do minimalizovaných projekčních technologií na bázi 3D vizualizací. Dříve složité vybavení krizových štábů velice nákladné a drahé bude spíše přirozenou součástí každého moderního člověka se všemi riziky, kterými tato multimediální svoboda bude doprovázena. Dnes nejsou krizovému štábu z důvodu nereálnosti prezentovány například 3D simulované mapy. Tento důvod pomine. Obyčejný tablet již dnes plní funkce videotelefonu a jeho další informační možnosti jsou neobyčejné. S androidy komunikujeme hlasem, androidy oboustranně dokumentují své okolí, mají řadu analytických aplikací, jazykových translatorů ovládaných řečí Ostrava 3. - 4. září 2014

všech účastníků dnes v 50 jazycích najednou, android je kvalitní GPS navigátorem apod. Některé druhy těchto prostředků jsou vybaveny datavideoprojekcí apod. Je to však jen začátek, protože s těmito prostředky se vyvíjí i periferní prostředky sledující monitoring dějů v terénu. Jde například o využití tzv. dronů. Jsou to bezpilotní létající prostředky, které opticky dokumentují situaci. Mimo jiné umí přepravovat zásilky o hmotnosti několika kg apod. To je dostatečné i na doručení základních prostředků potřebných k poskytnutí první pomoci, vody, potravin, léků, komunikaci s postiženým apod. Systémy android budou postupně dostávat náplň svého jména. Domnívám se, že další krok povede k přímému použití implantátů, které budou schopny využívat i potenciál lidského těla v různých parametrech. Tento vstup do budoucna už raději vynechám. 2. V návaznosti na předchozí bod lze odhadovat i změny v přístupu k řešení krizových stavů. Současný model několika krizových štábů řízených například v případě stavu nouze z ústřední úrovně přes krajskou a ORP až po obce je značně nepružný. Krizové štáby nebývají mezi sebou kompatibilní. Z toho plyne fakt, že tuto strukturu nebude dobré do budoucna ve stávajícím pojetí podporovat. Předpokládám, že jednou vznikne jednotný krizový informační systém koordinující spoluúčast praxe, vědy a výzkumu a vzdělávání do jedné platformy. Tímto aktem se docílí toho, že dnešní systém krizového a havarijního plánování bude překlopen do univerzálních geografických modelů doplněných užitečnými nástroji pro potřeby analyzování, rozhodování, komunikování apod. Je zbytečné, aby každá územní municipální část vytvářela ucelené týmy odborníků, když je možné tyto lokalizovat do centrálních skupin zapojených v komunikační síti bez ohledu na to, jestli je někde zřízen či není nějaký gigantický sálový krizový dům. Stačí jedno koordinační centrům na úrovni kraje (v cizině kantonu). Pracovní skupiny mohou pracovat centrálně ve virtuálních skupinách. Pracovních skupin může být neomezeně dle potřeby. Krizové štáby u obcí tak mohou existovat ve složení jen několika členů bezpečnostní rady. Potřebné informace získají vzdálenou komunikací včetně potřebné odborné online podpory. 3. U specifických krizových situací, mezi které spadají časté povodně, jsou řešeny dominoefekty v délce povodí podle přilehlých obcí. Protože není při využití vzdálené komunikace problém vytvářet virtuální týmy, mohou například starostové nebo jimi pověření tyto týmy vytvářet. Může vzniknout virtuální pracovní skupina složená ze starostů nebo lidí jimi určených k sestavení pracovní skupiny v koordinaci vedoucího stálé pracovní skupiny zřízeného KŠ. Relevantnost takto získaných informací je pak vysoká. 4. Pro analytické vyhodnocení a pro kontrolní činnost bude možné v případě sjednocení metodologických přístupů činnosti KŠ nastavit kontrolu výkonu činnosti ORP z pohledu vyšších stupňů řešení MU. Kontrola se přitom může zaměřit na to, jaké informace krizový štáb skutečně potřebuje a jaké ne s ohledem na krizové plány. Ty lze následně aktualizovat a nepotřebné odkládat mimo a potřebné naopak zařadit. Lze tak vyvíjet nové metodologické přístupy. 5. Jednou ze základních pomůcek KŠ je pracovní mapa. Ty postupně nahrazují mapové podklady typu GIS. Pro potřeby KŠ však bude vhodnější použití 3D simulátorů. Na nich lze nejen demonstrovat ale i reálně simulovat pohyb nasazených SaP v paralele se skutečností v terénu. Dokonce je možné techniku propojit na simulátor přes dálkový přenos GPS souřadnic. Vznikne tak dokonalý strukturovaný přehled skutečné situace. Pro potřeby dodatečného analyzování MU je to také velice výhodné. Virtuální systémy mohou mít tzv. poloautomatické chování. Není proto díky těmto nástrojům nutno řešit řadu vizuálních efektů, protože se sami vygenerují. 6. Při použití mapových simulátorů lze předvídat rozvoj situace podobně jako meteorologickou situaci. Počítačové modely zvládají propojení mnoha fyzikálních faktorů. V posledních 153


projektech je řešena řada datových modelů v oblasti dopravy, zátopových zón, požárů, atd. S tím jde ruku v ruce i vývoj analytických metod fuzzy modelů. 7. Protože se odborné oblasti v bezpečnostní politice státu budou vzájemně propojovat, bude potřebné vytvářet nové typy pracovních skupin. Mezi ně bude například vhodné zařadit skupinu pro řízení odolnosti kritické infrastruktury. 8. Cvičení krizových štábů budou stále více brána jako normální vzdělávací proces. Výhoda simulačních technologií je v tom, že rozdíl mezi realitou a výcvikem bude minimální. Připravenost toho, kdo projde tímto výcvikem, pak bude vyšší i například pro případy výpadků energií. Člen KŠ se rychleji zorientuje v situaci. V hlavách cvičících jsou tak nastaveny tak zvané kognitivní mapy pro lepší rozhodování. V návaznosti na výše konstatované je však potřeba nezapomínat na udržování některých „mechanických - fyzických“ podkladů ze souborů operační dokumentace KŠ. Především je velmi nutné udržovat znalost práce s papírovou mapou. To znamená nejen umět z map číst, ale také umět mapu připravit k práci. Mám zkušenost, že se lidé bojí mapu použít s tím, že je škoda do ní vkládat poznámky. Důležitá je také připravenost přehledů týkající se komunikace a organizace KŠ uvnitř i v jeho pracovním okolí, podkladů týkajících se evakuačních opatření a humanitární pomoci apod. 9. Využití simulačních technologií může vést i k odhalení rezerv efektivní práce KŠ. Každý člověk má jiné předpoklady pro své týmové obsazení. Neznamená to hned, že je někdo špatný a někdo lepší. Dnes existuje řada nástrojů jak každému odhalit jeho schopnosti. A k jejich prověření jsou podobná cvičení ideální. Základní problém totiž nejprve spočívá v tom, že se každý člen musí naučit svou roli a pak teprve může hodnotit, jaké může mít v týmu nejlepší zařazení. Určitá nepříjemná odhalení mohou nastat u volených politických orgánů KŠ. Ale protože jsou tito lidé v manažerských funkcích, je to spíše pro ně signál pro cílený přenos rozhodovací pravomoci na odborné členy v týmu. A pokud se někdo do práce KŠ opravdu nehodí, pak zůstává ve funkcích na městském úřadě, který musí fungovat i za krizových stavů.


10.Simulační technologie přináší nové vstupy do oblasti vzdělávání na vysokoškolské a středoškolské úrovni. Za svou praxi jsem absolvoval desítky cvičení se studenty a musím říci, že jejich vnímavost pro nové věci je obdivuhodná, pokud se správně pracovně stimulují. Studenti se nebojí propojovat hru s praxí, a pokud naleznou ve svém konání racionalitu, tak to většinou berou jako dobré životní zkušenosti. S mnohými studenty jsem následně řešil na téma činnosti KŠ i bakalářské a diplomové práce. Simulační technologie mohou v budoucnu tvořit logické jádro krizového informačního systému. Je to šance jak propojit praxi, vzdělávání a vědu a výzkum. Tato trojice funguje na křesťanském principu „Ve jménu otce, syna a ducha svatého.“ Otec je praktik, syn je učen-student a duch svatý je věda a výzkum, čili idea, duše a odborný obsah. Závěr Zpočátku jsem byl k simulačním aplikacím pro činnost KŠ docela skeptický. Neměl jsem totiž představu o tom, jak by bylo možné simulovat činnost práce člena KŠ. Avšak během řešení projektu SIMEDU mi svitlo, že simulace nezastupují role, ale jsou souborem praktických odborných nástrojů, metodickým pomocníkem za vypjatých a stresujících krizových stavů. Na druhé straně věřím, že v budoucnu vznikne simulovaný android, kterému bude přiřazena například procedurální role, nebo role komunikátora. Nicméně krizový štáb je hluboce lidsky odpovědná instituce a proto nejsem zastáncem nahrazování těch rolí, kde se musí rozhodovat s citem vůči obyvatelstvu a s profesionálním zvládáním emocí.

154


Požárně bezpečnostní zařízení, vztah k ceně objektu Ing. Václav Kratochvíl, Ph.D.1

Požární bezpečnost stavby a technologií

Ing. Michal Kratochvíl1

Požární bezpečnost není dosud obvykle při stanovení hodnoty nemovitosti zohledněna. A to i přesto, že požadavky na prvky požární bezpečnosti jsou požadovány právními nebo technickými předpisy. Požární bezpečnost objektů nebo technologií zahrnuje tyto oblasti:

Ing. Šárka Navarová, Ph.D.

2

HZS hl. m. Prahy Sokolská 62, 121 24 Praha 2 2 Kraso požárně technický servis, s.r.o. Kroftova 342/3, 150 00 Praha-Smíchov [email protected]

1

Abstrakt Příspěvek posuzuje požárně bezpečnostní zařízení a jejich hodnotu ve vztahu k hodnotě objektu a jeho užitné hodnotě. Cílem článku je poskytnout netradiční pohled na vazby ekonomické a bezpečnostní z hlediska investic a provozních nákladů. Klíčová slova Požárně bezpečnostní zařízení, projekt, ekonomické hodnocení, požární bezpečnost staveb, cena objektu, památkové objekty, provozuschopnost. Úvod Požárně bezpečnostní zařízení jsou součástí povinného vybavení objektů. Jejich návrh, instalace, uvedení do provozu, provoz, kontroly, prohlídky a pravidelné zkoušky jsou stanoveny jak v právních, tak zejména v technických předpisech. Investice do jejich nákupu jsou součástí nákladů na stavbu. Převážná většina investorů hledá cesty, jak se těmto nákladům v maximálním rozsahu vyhnout. Jen málo z nich ve fázi zpracování projektové dokumentace respektuje, že požadavky na instalaci obsahují jak právní a technické předpisy, ale že obdobné požadavky obsahují také pojistně technické podmínky a že mohou ovlivnit hodnotu objektu při prodeji, zástavbě nebo že podle míry zajištění podmínek požární bezpečnosti lze stanovit výši nájemného. Ne nepodstaným faktorem je také složení klientů v objektu. Nemálo firem má ze strany svého vedení stanovena kritéria, která musí pronajímaný prostor v oblasti zajištění podmínek požární bezpečnosti objekt splňovat. Hodnota nemovitosti je při prodeji nebo koupi jedním ze základních kritérií, který je pro prodejce nebo kupujícího důležité. U některých obchodních případů se jedná o kritérium základní, rozhodující. Neméně důležitým kritériem je při koupi nebo prodeji záměr kupujícího, zda kupuje nemovitost pro její další využití nebo bude nemovitost rekonstruovat. Mimo obvykle známých a běžně započítávaných skutečností, podle kterých se určuje hodnota nemovitosti, je v posledních letech také úroveň bezpečnostních hledisek. Mezi bezpečnostní hlediska, mimo objektové bezpečnosti, patří také úroveň požární bezpečnosti objektů, popřípadě technologií, ochrana před povodněmi a další. Bezpečnostní hlediska jako například kamerové systémy, režimové vstupy, bezpečnostní dveře, mříže, oplocení a další si v řadě případů chce budoucí uživatel nemovitosti instalovat nově nebo z důvodů utajení je nově programovat. Prvky objektové bezpečnosti mají vliv na hodnotu nemovitosti, jsou však započítávána jako technické prvky vybavení. Jejich rozsah a technickou úroveň neurčují žádné obecně závazné předpisy mimo případů skladování zbraní, střeliva, léčiv, radioaktivních prvků a podobných komodit. V ostatních případech se s požadavky na zabezpečení prvky objektové bezpečnosti a jejich rozsah se uživatel obvykle setkává v rámci pojistně technických podmínek pojišťovny nebo pojišťovacího makléře.


- požární bezpečnost staveb, - požární bezpečnost technologií, - provozní dokumentace vyžadovaná předpisy na úseku požární ochrany, - provozní dokumentace výrobních, skladovacích a technických zařízení, - zvláštní požadavky dalších předpisů ve vztahu k požární bezpečnosti. Při koupi objektu a pokračování dalšího provozu beze změn se obvykle nemění ani požadavky požární bezpečnosti. To je nejméně častý případ, který ocenění objektu neovlivňuje. Častěji má po koupi objektu nový provozovatel záměr v různém rozsahu modernizovat budovy, technologie, rozšiřovat provozní nebo skladovací kapacity. Při neznalosti podmínek předpisů v oblasti požární bezpečnosti pak často dochází k nutnosti nečekané investice a to jak na základě požadavků předpisů nebo na základě pojistně technických podmínek, které se nově sjednávají, protože pojistné smlouvy nejsou na nového provozovatele přenosné. Ve stručnosti lze modernizaci staveb popsat podle požadavků a podmínek ČSN 73 0834 Požární bezpečnost staveb - Změny staveb. Uvedená norma obsahuje změny staveb ve třech skupinách: - změna stavby skupiny I. představuje drobné stavební úpravy, výměnu technologií, přístavbu vnějšího výtahu, změnu vnitřního členění prostorů, kterou v rámci jednoho podlaží nevzniknou v nevýrobních objektech a ve výrobních objektech se stanovenou skupinou výrob a provozů místnosti o podlahové ploše větší než 100 m2; prostor s podlahovou plochou větší než 100 m2 však může vzniknout rozdělením prostoru původně většího. Při těchto změnách se prokazuje, že nejsou zhoršeny podmínky požární bezpečnosti. Ve vztahu k hodnotě nemovitosti se obvykle nevyžadují žádné další investice, - změna stavby skupiny III. je změna, při které se přistavuje nástavba nebo přístavba jednoho nebo dvou podlaží, mění se více jak 60 % stropních konstrukcí objektu nebo se půdorysně stavba rozšiřuje o více než 50 % původní zastavěné plochy. Při této změně stavby se u celého objektu, tedy i ve stávající části musí postupovat tak, jako by se celý objekt stavěl podle současně platných předpisů, - změna staveb skupiny II je změna, kterou se překračují kritéria změny stavby skupiny I., avšak nejsou splněna kritéria změny stavby skupiny III. Příkladem změny stavby skupiny I. je modernizace šaten, hygienického zařízení, modernizaci kotelny, výměnu výtahu, a další. Příklad změny stavby skupiny I. a III. je hotel. Modernizace stávajících pokojů, kuchyně, restaurace a přístavbu jednoho nebo dvou podlaží. Pokud se jedná o hotel, který nemá každou ubytovací jednotku řešenou jako samostatný požární úsek (celý objekt je jedním požárním úsekem) a bude se pouze modernizovat sociální zařízení pokojů a kuchyně, jedná se o změnu stavby skupiny I., objekt i nadále zůstane jedním požárním úsekem. Pokud se ale bude provádět přístavba nebo nástavba, či se budou měnit stropy v celém objektu, jedná se změnu stavby skupiny III. a v takovém případě se musí i ve stávající části objektu každá

155


ubytovací jednotka řešit jako samostatný požární úsek (minimálně se musí osadit požární uzávěry - požární dveře), má-li objekt více než tři podlaží, musí se instalovat evakuační výtah včetně záložního zdroje elektrické energie, překročí-li ubytovací kapacita stanovený počet lůžek, musí se instalovat zařízení elektrické požární signalizace, překročí-li výška objektu 22,5 m, musí se instalovat stabilní hasicí zařízení, zařízení evakuačního rozhlasu a další prvky požární bezpečnosti. Z hlediska investic se jedná o milionové náklady, které provozovatel původně neočekával a které nebyly v jeho záměru plánovány. Toto je jeden z příkladů, který dosud není v systému oceňování nemovitostí zapracován. Jeho zapracování má význam v užitné hodnotě nemovitosti. Autor tohoto příspěvku má na mysli zohlednění ceny nemovitosti s tím, že zůstane stávající stav, který umožňuje bez dalších významných investic pouze drobné úpravy v rámci změny stavby skupiny I. V některých případech se již záměr rozšíření ubytovací kapacity o několik lůžek stává důvodem k požadavkům milionových investic, přestože stavební úpravy nejsou rozsáhlé, "pouze" se překročí normově určené kapacity ubytovaných osob. Při změně stavby skupiny II. se postupuje s přiměřenými úlevami oproti stávajícím normovým požadavkům v dotčeném prostoru, nemusí se například měnit požární uzávěry v celém objektu. Změnu stavby skupiny II. nelze uplatnit u objektů, které byly projektovány podle kodexu norem požární bezpečnosti staveb, tedy ČSN 73 0802 a ČSN souvisejících. Jedná se o objekty projektované po roce 1975, respektive 1977. U objektů projektovaných podle uvedeného kodexu, tedy po roce 1975, respektive 1977 se musí postupovat podle současně platných předpisů. A toto je opět stav, kdy i zdánlivě drobná změna může vyžadovat milionové investice, které při ocenění objektu nejsou započítány. Praktické zkušenosti jsou takové, že provozovatel následně prohlásí, že by při znalosti těchto v oboru požární bezpečnosti staveb základních znalostí, nemovitost nekoupil. Výsledkem tohoto stavu je rozhodnutí. Buď musí nemovitost provozovat ve stávajícím stavu pouze s omezeným rozsahem modernizace nebo rozšířením provozu nebo musí investovat značné částky. Z praxe lze také uvést dva příklady, kdy ceny nemovitosti bez zohlednění jejich dalšího využití byly pro provozovatele stanoveny v odhadu jistě dobře, ale další využití objektů bez značných investic do oblasti požární bezpečnosti nebyla reálná. V obou případech byly nemovitosti dále neprodejné. První příklad. Původně výrobní prostor nebyl dále bez zásadní modernizace využitelný, lze konstatovat, že původní výroba zanikla, o produkty této výroby již nebyl na trhu zájem. Pozemky se nacházely v průmyslové zóně. Provozní prostory se nově využívaly se značným zvýšením požárního zatížení (podstatně se zvýšilo množství hořlavých látek oproti původnímu stavu). V Požárně bezpečnostním řešení změny stavby (změny užívání, stavební změny byly minimální) byla stanovena povinnost instalace zařízení elektrické požární signalizace a vodního stabilního hasicího zařízení sprinklerového typu. Investice přibližně v částce 20 milionů korun. Provozovatel zahájil výrobu bez rekolaudace a instalovaných požárně bezpečnostních zařízení. Při provozu došlo k rozsáhlému požáru se značnou škodou. Výsledkem byly sankce ze strany orgánu vykonávajícího státní požární dozor, což nebylo to likvidační. Zásadní problém nastal při likvidaci škodní události pojišťovnou. K případu byl zpracován Znalecký posudek. Jednou z otázek Znaleckého posudku bylo určit předpokládaný rozsah požáru při splnění povinnosti instalovat požárně bezpečnostní zařízení a toto porovnat s rozsahem požáru, tedy bez požárně bezpečnostních zařízení. Výsledek byl pro provozovatele velmi nepříznivý. Druhý příklad. Výrobně skladovací prostor byl v zásadě následně využíván shodně s původním určením, ale pro možnost konkurence schopnosti provozovatele bylo nutné zvýšit výrobní kapacitu. I v tomto případě bylo zpracováno Požárně bezpečnostní řešení. Ostrava 3. - 4. září 2014

Vzhledem k tomu, že provozovatel neměl dostatek investičních prostředků pro instalaci požárně bezpečnostních zařízení, byla v objektech omezena kapacita skladových zásob hořlavých materiálů, respektive bylo určeno, že skladové prostory budou pouze v některých podlažích objektů, aby podle normových požadavků nevznikla povinnost instalovat stabilní hasicí zařízení. Provoz byl ze strany stavebního úřadu řádně rekolaudován. Provozovatel však překročil povolené množství skladovaných hořlavých materiálů jak v objektech, tak v rozporu se stanovenou odstupovou vzdáleností také těsně u objektů na volném prostranství. I v tomto případě došlo k rozsáhlému požáru a značným materiálním škodám. Oba výše uvedené příklady mohou být příkladem spíše pro riskmanagery pojišťoven nebo pojišťovacích makléřů. Jsou ale také příkladem, kdy cena objektů nezohledňovala možnost jejího dalšího užívání ve vztahu k požárně bezpečnostním zařízením. Reálně lze předpokládat, že kdyby vlastníci a současně provozovatelé měli dostatečné informace o poměru ceny objektů a jejich užitné hodnoty, mohlo být jejich rozhodnutí o koupi jiné. V obou případech se domnívali, že cena nemovitostí byla z hlediska investic kupní cena cenou konečnou. V obou případech nebyl zájem provozovatelů obcházet požadavky předpisů, na instalaci požárně bezpečnostních zařízení, ale neměli dostatečnou finanční rezervu na, v zásadě nečekané investice. Z ekonomických důvodů se snažili zahájit výrobu, aby získali finanční prostředky na investice, se kterými při koupi nepočítali. Pro úplnost základního hodnocení vlivu ceny objektu ve vztahu k požárně bezpečnostním zařízením je nutné uvést, že i při změně podmínek požární bezpečnosti, bez stavebních úprav, může být cena objektu rozdílná ve vztahu k užitné hodnotě objektu. Může se jednat o stav, kdy stavebně technické podmínky objektu nebo stav infrastruktury v dotčené lokalitě neumožňují instalaci požárně bezpečnostních zařízení. Příkladem může být instalace vodního stabilního hasicího zařízení. Podmínky, které mohou vyloučit instalaci tohoto požárně bezpečnostního zařízení, jsou následující: - nemovitost se nachází v lokalitě, kde není zřízen vodovodní řad a místní zdroj vody postačuje pouze pro hygienické zásobování vodou, - nemovitost se nachází v místě, kde nelze využít místní přírodní zdroje vody pro nádrž vodního stabilního hasicího zařízení z důvodů požadavků na vodu do tohoto zařízení, - nemovitost se nachází v lokalitě, kde nelze zabezpečit dostatečné zásobování vodou pro nádrž, kapacita vodovodního řadu není dostatečná, - geologické podmínky neumožňují z ekonomických důvodů zřídit podzemní požární nádrž a instalace nadzemní požární nádrže není z dispozičních důvodů možná, - nemovitost se nachází v pásmu hygienické ochrany nebo v blízkosti chráněného krajinného území, kam nesmí kontaminovaná voda odtékající z hořícího prostoru odtékat. Stavebně technické řešení objektu, památkově a architektonicky chráněné objekty a požární bezpečnost Stavebně technické řešení objektu může být ve vztahu k požadavkům požární bezpečnosti staveb rozhodujícím faktorem modernizace nemovitosti, změny užívání a to ve vtahu k ceně objektu. Jedná se o stav, kdy stávající stavební konstrukce, zejména konstrukce zajišťující stabilitu objektu nebo jeho části, neumožňují dělení objektu do požárních úseků. Může se jednat o skladbu konstrukcí, jejich třídu reakce na oheň (hořlavost), objekty památkově chráněné, architektonické skvosty a podobně. Dále se může jednat o nosnost konstrukcí, kdy další statické zatížení konstrukce například potrubím s vodou již nelze připustit.

156


Stavebně technické řešení může být takové, že dispozičně nelze do nemovitosti doplnit požárně bezpečnostní zařízení, respektive jeho technické zázemí. Tímto se má na mysli například strojovnu, sklad tlakových láhví u plynových stabilních hasicích zařízení a podobně. V nemovitosti se mohou vyskytovat prostory, ve kterých nelze bez následných škod instalovat žádné stabilní hasicí zařízení. To jsou objekty se sbírkami, archivy, obrazárny a další obdobné provozy. V památkově chráněných a historicky cenných objektech by instalací požárně bezpečnostních zařízení došlo k poškození nebo zničení jejich částí. Přesto je zejména ve vztahu k předpisovým požadavkům a podmínkám pojištění a tím i ceně objektu nutné takové prostory chránit. Požárně bezpečnostní zařízení ve vztahu k ceně objektu V dosavadním textu byly uvedeny příklady, kdy cenu objektu mohou ovlivnit budoucí stavy ve vztahu k jejich následnému užívání, popřípadě omezení nových aktivit v objektech. Požárně bezpečnostní zařízení jsou uvedena ve vyhlášce č. 246/2001 Sb., v § 2, odst. 4. Pro určení ceny objektu je zásadním hlediskem stávající stav a stávající požadavky na instalaci požárně bezpečnostních zařízení. Jedná se o případy, kdy odhadce zpracovává cenu podle současně platných pravidel a postupů. Odhadce musí zohlednit, zda nemovitost svým vybavením odpovídá kolaudovanému stavu. Odhad morální a fyzické zastaralosti požárně bezpečnostních zařízení autor předpokládá, že není pro odhadce problematický. Pro úplnost je nutné dodat, že započítat do ceny nemovitosti je možné jenom ta požárně bezpečnostní zařízení, ke kterým je doložena dokumentace o jejich provozuschopném stavu. Toto se dokládá záznamy o kontrolách a funkčních zkouškách, popřípadě o koordinačních funkčních zkouškách. Obecně lze konstatovat, že pokud výrobcem a nebo v provozní dokumentaci není určeno jinak, musí být kontroly a prohlídky požárně bezpečnostních zařízení provedeny nejméně 1 x za rok. Zdroje informací pro stanovení ceny nemovitosti Pro posouzení ceny objektu je základním zdrojem informací o stanoveném rozsahu požadovaných požárně bezpečnostních zařízení Požárně bezpečnostní řešení. V minulosti se tento dokument také zpracovával jako Požární zpráva, Technická zpráva požární ochrany a obdobné názvy. Požárně bezpečnostní řešení má tyto základní části: - popis objektu, uvádí se o jaký objekt nebo jeho část se jedná, - dělení objektu na požární úseky, - stanovení požárního rizika, určení míry intenzity případného požáru v posuzovaném požárním úseku, stanovuje se určením stupně požární bezpečnosti, kterých je sedm, píší se římskými číslicemi (nejnižší je I. stupeň požární bezpečnosti, nejvyšší je VII.), - posouzení stavebních konstrukcí z hlediska jejich požární odolnosti, posouzení materiálů, z hlediska jejich třídy reakce na oheň a doplňková kritéria, - určení parametrů únikových cest (typ, délka, šířka, počet a rozmístění), - stanovení odstupových vzdáleností a bezpečnostních pásem, - určení rozsahu vybavení věcnými prostředky požární ochrany a požárně bezpečnostními zařízeními, - stanovení podmínek pro příjezd a přístup jednotek požární ochrany k provedení rychlého a účinného zásahu.


Pro účely stanovení ceny nemovitosti, tedy toho, co musí odhadce zohlednit, zda v objektu je a zda je toto funkční, je v Požárně bezpečnostním řešení uvedeno v samostatné kapitole. Důležité je, zda je požárně bezpečnostní zařízení instalováno ve stanoveném rozsahu a zda je funkční. V případě souběhu vzájemné funkce více požárně bezpečnostních zařízení je důležitá jejich koordinační funkční zkouška. Pokud není požárně bezpečnostní zařízení instalováno, musí se posoudit, v jakém rozsahu se sníží cena nemovitosti. V zásadě lze konstatovat, že některé objekty nebo jejich části nejsou bez požadovaných požárně bezpečnostních zařízení uživatelné a proto lze konstatovat, že hodnota takových objektů se blíží nule. Z hlediska předpisů na úseku požární ochrany se prostory bez požadovaných požárně bezpečnostních zařízení nesmí užívat nebo technologie provozovat. V případě, že Požárně bezpečnostní řešení není k dispozici, je možnost jej nechat vypracovat. Požárně bezpečnostní řešení může zpracovat osoba s požadovanou odbornou způsobilostí, respektive autorizovaný technik nebo autorizovaný inženýr. Při zpracování požárně bezpečnostního řešení zpětně, se postupuje podle předpisů platných v době uvedení objektu do provozu. Objektivně lze doporučit, aby zejména u starších požárně bezpečnostních zařízení byl odhadcem přibrán znalec z oboru požární ochrany nebo příslušného oboru, popřípadě odborník v daném oboru, který má v předmětné oblasti dostatečné teoretické znalosti a zejména praktické zkušenosti. Může se jednat například o oblast zásobování požární vodou, stanovení zátopových oblastí a dalších. V oblasti zásobování vodou může být pro odhad ceny nemovitosti důležitý rozbor důvodů nedostatečného množství vody nebo hydrodynamického tlaku pro funkci hydrantů. Ve svém výsledku se může jednat o havarijní stav vodovodního řadu nebo vodovodních rozvodů v objektu, které se při uživatelském odběru nepozná, což je opět důvod k určení odpovídající ceny nemovitosti. Dalším příkladem může být přibraný odborník pro zařízení elektrické požární signalizace, stabilního hasicího zařízení nebo zařízení pro odvětrání kouře a tepla. U těchto zařízení se může jednat o stav, kdy tato zařízení jsou doložena záznamem o kontrole, ale jejich morální zastaralost je na hranici životnosti a při první opravě již nebudou k dispozici náhradní díly. To je likvidační stav především v těch případech, kdy již neexistuje výrobce. Takový stav opět vyřazuje užívání prostoru nebo objektu z provozu. Dalším významným hlediskem pro hodnocení ceny objektu je použití nátěrů nebo nástřiků částí stavebních konstrukcí pro zvýšení jejich požární odolnosti nebo snížení rychlosti šíření plamene po povrchu. Nátěry a nástřiky musí mít v průvodní dokumentaci stanovenou dobu životnosti. V principu se jedná o to, že pře uplynutím doby životnosti musí být původní nátěr nebo nástřik z konstrukce odstraněny a aplikovány nové. U malých ploch nebude mít stav významný vliv na cenu nemovitosti. V minulosti byly nátěry nebo nástřiky prováděny na velkých plochách (například stropy celých podlaží). To ve svém výsledku znamená přerušit provoz v celém objektu, odstranit podhledy, odstranit původní nátěr nebo nástřik a aplikovat nový. Rozsah takových úprav se finančně rovná náročností rekonstrukce a částky mohou být i v desítkách milionů korun. Provozuschopnost PBZ, lhůty kontrol, revizí, prohlídek Základním předpisem je vyhláška vyhl. 246/2001 Sb., a příslušné technické předpisy (ČSN, TPG a další). Například v § 7 citované vyhlášky se uvádí: "Provozuschopnost instalovaného požárně bezpečnostního zařízení se prokazuje dokladem o jeho montáži, funkční zkoušce, kontrole provozuschopnosti, údržbě a opravách provedených podle podmínek stanovených touto vyhláškou. U vyhrazených požárně bezpečnostních zařízení,

157


a stanoví-li tak průvodní dokumentace výrobce, i u dalších požárně bezpečnostních zařízení se provozuschopnost prokazuje také záznamy v příslušné provozní dokumentaci (např. provozní kniha). Kontrola provozuschopnosti požárně bezpečnostního zařízení se provádí v rozsahu a způsobem stanoveným právními předpisy, normativními požadavky a průvodní dokumentací jeho výrobce nejméně jednou za rok, pokud výrobce, ověřená projektová dokumentace nebo podrobnější dokumentace anebo posouzení požárního nebezpečí nestanoví lhůty kratší". Pro zařízení pro zásobování požární vodou (hydranty, požární potrubí) stanovuje termíny vyhláška č. 246/2001 Sb., a ČSN 73 0873 - 1x za rok. Pro kontrolu přenosných hasicích přístrojů uvádí vyhláška č. 246/2001 Sb., termín 1 x za rok. V ČSN 34 2710 se pro zařízení elektrické požární signalizace uvádí: "Kromě pravidelných ročních kontrol provozuschopnosti provádějí zkoušky činnosti systému EPS při provozu, a to:

Jako příklad je možné uvést vodní stabilní hasicí zařízení (SHZ) a zařízení pro odvětrání kouře a tepla (ZOKT), obě zařízení mají podmínku v instalaci zařízení elektrické požární signalizace (EPS) ve skladovém prostoru. Stabilní hasicí zařízení samočinně zahájí hašení po dosažení destrukční teploty baňky skrápěcí hlavice, následné odvětrání skladu zabezpečí minimalizaci škod způsobených kouřem. Jedna paleta s cigaretami má obvykle hodnotu od 4 do 7 milionu Kč (jedna paleta = 1 m2). Uvažujme hodnotu cigaret na jedné paletě 5 milionů Kč, jedna hlavice stabilního hasicího zařízení pokryje plochu 6 palet. Ve skladovém prostoru se skladováním v jedné vrstvě o skladovací ploše 20 x 30 m (600 m2) celkové ploše skladu 30 x 40 m se jedná o plochu 1 200 m2. Hodnota cigaret na paletách je 600 (m2) x 5 (mil.) = 3 mld. korun.

- jednou za měsíc u ústředen a doplňujících zařízení (neumožňuje-li jejich technické provedení automatické ověřování s vyhodnocením),

V následující tabulce je uvedena rozvaha hodnot cen objektu, zboží, nákladů na instalaci požárně bezpečnostních zařízení a škod způsobených požárem/hašením, protože voda nejen hasí, ale také poškozuje požárem nezasažené palety. Hodnoty jsou uvedeny v milionech Kč.

- jednou za půl roku u samočinných hlásičů požáru a zařízení, které EPS ovládá.

Tab. 1 Hodnoty objektu, požárně bezpečnostních zařízení, škod

Pro vodní stabilní hasicí zařízení uvádí ČSN EN 12 845 požadavek na zpracování plánu pro servis a údržbu - týdenní, čtvrtletní, roční, tříleté, desetileté prohlídky. Elektro zařízení, plynová zařízení, hromosvody, lhůty se stanovují mimo jiné podle prostředí nebo třídy vnějších vlivů, zde je vždy důležitý termín stanovený v projektové dokumentaci nebo revizním technikem v revizní zprávě. Pro topidla a kotelny se lhůty vždy stanovují podle podmínek výrobce. Pro komíny platí NV č. 91/2010 Sb. Zde se jedná o termíny pro čištění, kontrolu a revizi podle spotřebiče. Příklady požárně bezpečnostních zařízení Požárně bezpečnostní zařízení se v zásadě rozdělují na aktivní a pasivní. Za aktivní požárně bezpečnostní zařízení se považují taková, která aktivně přispívají ke zjištění vzniku požáru, jeho potlačení, uhašení nebo snížení negativních účinků požáru. Jedná se o: - zařízení elektrické požární signalizace, - stabilní hasicí zařízení, - zařízení pro odvětrání kouře a tepla.

Hodnota cigaret na paletách celkem

Hodnota cigaret na 6 paletách

% hodnota poškozených palet požárem/hašením

3000

30

1

Hodnota objektu

Investice do EPS a SHZ

% investic do PBZ z celkové hodnoty objektu

20

25

Hodnota zboží

Investice do ZOKT

3000

10

Hodnota objektu a zboží celkem

Hodnota PBZ

3020

35

1,145662848

Celková hodnota objektu, zboží, PBZ 3055 Škoda způsobená požárem/hašením v % z celkové hodnoty objektu, zboží a PBZ 0,981996727

Mezi pasivní požárně bezpečnostní zařízení patří například: - požární uzávěry, - požární ucpávky, - obklady, nátěry, nástřiky, - a další. Příklad ekonomického hodnocení požárně bezpečnostních zařízení Přestože finanční prostředky vložené do instalace a provozu požárně bezpečnostních zařízení jsou ze strany investora obvykle chápány jako vynucené, musí se tyto prostředky vnímat jako součást úrovně zabezpečení bezpečnosti objektu i osob. Vazba mezi ochranou majetku a ochranou osob je až na vyjímky přímo úměrná. Zvyšováním ochrany majetku instalací požárně bezpečnostních zařízení se zvyšuje ochrana osob a opačně. Současně je možné konstatovat, že investice do instalace požárně bezpečnostních zařízení tvoří zejména u velkých staveb (mimo skladových, kde je dominantní hodnota ve zboží, nikoliv v objektu a jeho vybavení) 2 - 5 % celkových nákladů. Poměr mezi takovým podílem investovaných prostředků a ochráněnými hodnotami (člověk/ majetek) je neporovnatelný.


Z rozvahy vyplývá, že v modelovém případu jsou investice do požárně bezpečnostních zařízení 1,14 % z celkové hodnoty objektu včetně zboží a vědomá, předpokládatelná škoda způsobená požárem/hašením je 0,98 % z celkové ceny objektu. I tento model výpočtu vlivu požárně bezpečnostních zařízení na poměr hodnota/ochrana, je nástrojem například pro ekonomické posouzení. Při dalším podrobném rozboru by bylo možné vypočítat porovnání rozvoje požáru a množství požárem zasaženého zboží, tedy i škody. Pokud bychom zanedbali poškození cigaret jenom kouřem, při absenci instalace požárně bezpečnostních zařízení, bez dalších průkazů by se jednalo o desítky milionů Kč. Toto je jenom jeden z mnoha příkladů, jak pojištění a pojistné podmínky - vyžadování požárně bezpečnostních zařízení, mohou ovlivnit ekonomiku provozovatele skladu. Zařízení elektrické požární signalizace V principu se jedná o hlásiče, kabely a ústřednu zařízení elektrické požární signalizace, která vznik požáru signalizuje opticky a akusticky. Má dvě základní samočinné funkce.

158


Ve střeženém prostoru indikovat rozvíjející se požár nebo jeho projevy a tento stav signalizovat v místě s trvalou obsluhou. Toto se děje prostřednictvím samočinných hlásičů. Dále je součástí zařízení systém tlačítkových hlásičů, sloužící přítomným osobám, které zjistí požár dříve, aby mohly stisknutím tlačítkového hlásiče předat do místa s trvalou obsluhou signál o vzniku požáru a/nebo ke zkrácení času samočinného vyhlášení poplachu zařízením elektrické požární signalizace. Obr. 4, 5 Typy ústředen elektrické požární signalizace Nejvýznamnější z toho důvodu, že jedině toto požárně bezpečností zařízení aktivně hasí požár, tedy potlačuje nebo přerušuje proces hoření. Přerušením procesu hoření se snižují hodnoty parametrů požáru. Jako příklad parametru požáru lze uvést: plocha požáru, obvod požáru, výška plamene, teplota hoření, hustota tepelného toku, lineární rychlost šíření požáru, intenzita vyhořívání, hustota zakouření a další. Stabilní hasicí zařízení se rozdělují do kategorií takto: Obr. 1 Vývoj v oblasti zjišťování projevů požáru

- sprinklerové stabilní hasicí zařízení (SHZ), které je samočinné, - sprejové stabilní hasicí zařízení (drenčerové stabilní hasicí zařízení nebo záplavové), jeho aktivace je závislá na jiném požárně bezpečnostním zařízení, například elektrické požární signalizaci, plynové detekci a dalších,

- mlhové stabilní hasicí zařízení (MHZ), může být samočinné nebo závislé na jiných požárně bezpečnostních zařízeních,

- sprejové stabilní hasicí zařízení (RHZ), jeho aktivace je závislá na jiném požárně bezpečnostním zařízení,

- pěnové stabilní hasicí zařízení (FHZ), jeho aktivace je závislá na jiném požárně bezpečnostním zařízení,

- plynové stabilní hasicí zařízení (GHZ), jeho aktivace je závislá na jiném požárně bezpečnostním zařízení,

Obr. 2 Funkce zařízení elektrické požární signalizace

- práškové stabilní hasicí zařízení (WHZ), jeho aktivace je závislá na jiném požárně bezpečnostním zařízení, - aerosolové stabilní hasicí zařízení (AHZ), může být samočinné nebo závislé na jiných požárně bezpečnostních zařízeních, - doplňkové sprinklerové hasicí zařízení (DHZ), je samočinné, nemá ale všechny parametry samočinného hasicího zařízení podle ČSN EN 12 845, - doplňkové sprejové (drenčerové) hasicí zařízení, jeho aktivace je závislá na jiném požárně bezpečnostním zařízení a nemá všechny parametry podle ČSN EN 12 845, - polostabilní sprinklerové hasicí zařízení (PHZ) a polostabilní sprejové (drenčerové) hasicí zařízení, jejichž aktivace je závislá na dodávce vody z připojené hadice z mobilní požární techniky a objemu nádrže cisteren.

Obr. 3 Vzájemná vazba požárně bezpečnostních zařízení Stabilní hasicí zařízení Stabilní hasicí zařízení je soubor zařízení, která jsou trvale instalována v objektech nebo na technologických zařízeních za účelem uvést požár pod kontrolu, lokalizovat jej nebo požár likvidovat. Jedná se o nejvýznamnější aktivní požárně bezpečnostní zařízení.

Obr. 6 Schéma funkce vodního stabilního hasicího zařízení Ostrava 3. - 4. září 2014

159


Požární uzávěry Požárními uzávěry jsou vrata, klapky, poklopy. Instalují se do požárně dělících konstrukcí a smyslem jejich instalace je při požáru zabránit jeho šíření včetně zábrany šíření jeho projevů. Požární uzávěry se označují kontrolními štítky.

Obr. 7, 8 Nadzemní a podzemní nádrž vodního stabilní hasicího zařízení

Obr. 9 Čerpadlo SHZ

Požární uzávěry mohou být dálkově ovládány ve více provedeních. Požární uzávěry mohou být dveře, které jsou trvale otevřeny, například v hromadných garážích, k jejich samočinnému uzavření dojde při vyhlášení požárního poplachu. Jako další příklad lze uvést dálkové otevírání dveří prostřednictvím zařízení elektrické požární signalizace, což má usnadnit rychlou evakuaci osob, například ze shromažďovacích prostorů. Může se jednat o trvalé zabezpečení vedlejšího východu z velkoprodejny, kdy dveře se dálkově deblokují při vyhlášení požárního poplachu nebo tlačítkem u těchto dveří, použití tlačítka je obvykle vázáno na spuštění sirény jako ochrana před zneužitím.

Obr. 10 Nádrž a plováky nádrže SHZ

Zařízení pro odvětrání kouře a tepla Zařízení pro odvětrání kouře a tepla (ZOKT) zajišťuje po stanovenou dobu odvod kouře, tepla a zplodin hoření z požárního úseku na principu přirozeného nebo nuceného (podtlakového nebo přetlakového) odvětrání, případně kombinací obou principů. Jedná se o aktivní požárně bezpečnostní zařízení. Instaluje se důvodu zachování výšky neutrální roviny, obvykle 2,5 m nad podlahou.

Obr. 16, 17 Požární uzávěr s ovládacími prvky

Obr. 18, 19, 20 Kontrolní štítky požárních uzávěrů

Obr. 11 Princip přirozeného způsobu výměny plynů v místnosti

Obr. 12, 13 Samočinné odvětrací zařízení s odvodem ve stěně světlíku

Obr. 21, 22, 23, 24 Typy požárních uzávěrů Požární ucpávky

Obr. 14, 15 Samočinné odvětrací zařízení ve světlíku objektu Ostrava 3. - 4. září 2014

Požární přepážky a ucpávky jsou pasivním požárně bezpečnostním zařízením, které svojí funkcí zabraňuje přenosu požáru a popřípadě jeho negativních projevů. Jedná se o velmi důležité prvky ve stavebních konstrukcích, které ve vztahu k bezpečnosti osob přítomných v budově zajišťují bránění šíření 160


pásma zakouření a ve vztahu k ochraně majetku zabraňují šíření požáru mezi požárními úseky po stanovenou dobu.

Účinnost ochran konstrukcí musí být zajištěna po celou předpokládanou životnost stavebního či technologického celku. Proto je použití nátěrů a nástřiků v normách významně omezeno. Rovněž je jejich aplikace omezena například použitím ve vnějším nebo vnitřním prostředí.

Obr. 25, 26, 27, 28 Instalované požární ucpávky a zpěňující tvarovka

Obr. 33, 34, 35, 36, 37 Aplikace nástřiků a nátěrů

Obr. 29, 30 Požární ucpávka po zkoušce ve zkušebně Obklady, nátěry, nástřiky Požární odolnost vykazuje stavební konstrukce svým vlastním provedením nebo jí lze dosáhnout ochranou - úpravami na jejím povrchu (obklady, nátěry, nástřiky) nebo například ochlazováním skrápěním například z vodního stabilního hasicího zařízení a podobně.

Obr. 38 Ochrana kabelového prostoru

Závěr

Obr. 31, 32 Ochrana kovových a dřevěných prvků obložením Ostrava 3. - 4. září 2014

Netradiční pohled na požárně bezpečnostní zařízení nejen podle podmínek předpisů na úseku požární ochrany, ale také praktické poznatky z jejich užívání, instalace a životnosti, jsou základem pro jejich komplexnější hodnocení. Moderní společnost musí respektovat jako součást své úrovně také zajištění požární bezpečnosti a tomu podřídit i investice a provozní náklady. Stručný výčet výše popsaných vlivů požárně bezpečnostních zařízení na užitnou hodnotu objektu a cenu pronájmu může sloužit pro širší, kvalifikovanější přístup k této oblasti. Z uvedených skutečností v článku vyplývá, že podmínky požární bezpečnosti nejsou osamocenou, samostatnou oblastí, že jsou součástí komplexního přístupu moderní, rozvinuté společnosti jak k ochraně zdraví a života osob, tak také k ochraně majetku a schopnosti v případě požáru omezit jeho negativní důsledky. Nejen ochrana požární, ale také ochrana výrobních, skladovacích, obytných a dalších objektů zabezpečí, že v případě požáru nebo jiné mimořádné události budeme společností schopnou překonat takové události a dále ekonomicky fungovat. Subjekty, pro které byl ve svých důsledcích požár likvidační mají pohled na investice do požárně bezpečnostních zařízení jistě jiný, než před požárem. Objekty, zejména složité a s rizikovými provozy, které jsou vybaveny požárně bezpečnostními zařízeními, jsou sice náročnější pro 161


[7]

Vyhláška MV č. 202/2000 Sb., kterou se stanoví technické podmínky požárních dveří, kouřotěných dveří a kouřotěsných požárních dveří.

[8]

ČSN 34 2710 Elektrická požární signalizace - Projektování, montáž, užívání, provoz, kontrola, servis a údržba.

Požitá literatura

[9]

ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb - Nevýrobní objekty.

[1]

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

[10] ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb - Výrobní objekty.

[2]

Zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně některých zákonů, ve znění pozdějších předpisů.

[3]

Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), ve znění pozdějších předpisů.

[4]

Nařízení vlády č. 163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky, ve znění pozdějších předpisů.

[13] ČSN EN 12 845 Stabilní hasicí zařízení - Sprinklerová zařízení - Navrhování, instalace a údržba.

[5]

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

[15] ČSN EN 60 849 Nouzové zvukové systémy.

zásahy jednotek požární ochrany z hlediska řízení zásahu, ale ve svém výsledku jsou pro zasahující hasiče bezpečnější a zásahy se provádí na méně rozvinuté požáry. I tím stoupá cena objektů. Cena za míru a riziko nasazení sil a prostředků jednotek požární ochrany se vyčíslit nedá.

[6]

Vyhláška MV č. 23/2008 Sb., o technických podmínkách požární ochrany staveb, ve znění pozdějších předpisů.


[11] ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb - Společná ustanovení. [12] ČSN 73 0875 Požární bezpečnost staveb - Stanovení podmínek pro navrhování elektrické požární signalizace v rámci požárně bezpečnostní ho řešení.

[14] ČSN EN 1838 Světlo a osvětlení - Nouzové osvětlení. [16] -Kratochvíl, V.; Navarová, Š.; Kratochvíl, M.: Požárně bezpečnostní zařízení ve stavbách; SPBI Ostrava 2011, ISBN 978-80-7385-103-3. [17] Archiv autorů - Znalecké posudky.

162


Bezpečnost a ekonomika provozování požárních vodovodů The Safety and Economy of Fire Mains Operation doc. Ing. Šárka Kročová, Ph.D. VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava-Výškovice [email protected] Abstrakt Provozování požárních vodovodů je z ekonomického hlediska náročnější než provozování standardních vodárenských systémů vodovodů pro veřejnou potřebu nebo vnitřních vodovodů různých typů uživatelů. Příčin a důvodů je celá řada. Jednou ze základních ekonomických příčin je skutečnost, že požární vodovody nejsou výrobně-technická zařízení, ale bezpečnostní zařízení pozemních staveb nebo staveb dopravních komunikací. Technicko-provozním důvodem odlišnosti provozování klasických vodárenských systémů od požárních vodovodů je hydraulické prostředí vznikající v požárních vodovodech z důvodů jiného dimenzování potrubí s podstatně vyššími nároky na maximální průtokové parametry vody pro různé typy odběrních míst požární vody. Příspěvek seznámí čtenáře s problematiků různých typů požárních vodovodů, jejich silnými a slabými stránkami a způsoby, jak optimalizovat jejich výstavbu a provoz z hlediska pořizovacích nákladů a následných trvalých provozních nákladů. V závěru článku bude v základech naznačen předpokládaný trend vývoje požárních vodovodů pro 21. století ve vztahu k napojování na vodárenské systémy jako zdroje požární vody a objekty s vlastními zdroji povrchové nebo podzemní vody. Klíčová slova Vodárenský systém, požární vodovod, zdroje požární vody, výstavba, provozování, bezpečnost, ekonomika, vývojové trendy. Abstract Fire and water operation is economically more challenging than the standard operation of water supply systems, public water supply systems or inside buildings for various types of users. The causes and reasons are numerous. One of the fundamental economic reasons is the fact that fire mains are not manufacturing and technical facilities, but safety structural engineering equipment or building roads constructions.Technical and operational differences justify the operation of conventional water supply systems from fire and water hydraulic environment emerging in the fire main because of the other pipe dimensions with a considerably higher demands for maximum water flow parameters for different types of fire water collection points.The paper introduced to the readers make them familier with issue of different fire mains types, their strengths, weaknesses and ways to optimize their construction and operation in terms of cost and subsequent permanent operating costs. In conclusion, in the article there will be indicated the forecasted trend in fire and water foundations for the 21st century in relation to connecting the water system as a source of fire water and objects with its own surface water or groundwater sources. Keywords Water supply system, fire main, fire water resources, construction, operation, safety, economy, trends. 1 Úvod Se zvyšováním obecné bezpečnosti staveb rostou i pořizovací a provozní náklady na požární zabezpečení různých typů staveb a stavebních souborů. Investor stavby a její budoucí provozovatel Ostrava 3. - 4. září 2014

se musí již v době záměru uskutečnit stavbu ve vybrané lokalitě zabývat otázkou, za jakých podmínek ji lze dostatečně požárně zabezpečit ve smyslu zákona o požární ochraně1 a zda jsou k tomu v daném místě vhodné přírodní nebo jiné vhodné zdroje požární vody. V rozsáhlých zastavěných územích měst nebo v průmyslových aglomeracích nelze ve většině případů najít dostatečně kapacitně vhodný přirozený zdroj požární vody mimo záplavová území, jako další základní podmínku výstavby objektů se samostatným požárním vodovodem pro průmyslový nebo areál, průmyslovou zónu. Ještě obtížnější je nalézt vhodný zdroj požární vody pro tunelové stavby dopravních komunikací, jako jednu z důležitých podmínek její realizace v extravilánech měst a obcí v České republice. Pro nedostatek vhodných přírodních zdrojů požárních vod k dodávce do požárních vodovodů v přiměřené a technicky vhodné vzdálenosti od uvažovaných staveb, se kterými primárně počítá ČSN 75 2411 Zdroje požární vody, je nutné k danému účelu využívat některého z typů víceúčelových zdrojů požární vody. Následující článek se proto bude zabývat problematikou dodávek vody požárním vodovodům z vodárenských systémů vodovodů pro veřejnou potřebu, způsobem jejich vhodného napojení na různé typy vodárenských zařízení, jejich spolehlivostí z hlediska dodávek požární vody ve standardních podmínkách a při vzniku mimořádných nebo krizových situací. Současně v základním spektru naznačí, jak snížit ekonomickou náročnost provozování těchto zařízení při zachování požadovaných hydraulických a technicko-provozních parametrů požárních vodovodů. 2 Víceúčelové zdroje vody pro požární vodovody Vodárenské systémy vodovodů pro veřejnou potřebu jsou v řadě případů, zejména u menších obcí nebo rozptýlené rekreační zástavby, jediným kapacitně dostatečným zdrojem požární vody nejen pro klasická odběrní místa určená jako zdroje požární vody (hydranty - výtokové stojany), ale současně i potenciálním zdrojem vody pro napojení požárních vodovodů. Na každém vodovodu pro veřejnou potřebu, i u malé obce, se najde vhodné místo s dostatečnou hydraulickou kapacitou k napojení hydrantu nebo výtokového stojanu, který bude splňovat technicko-provozní parametry stanovené ČSN 73 0873 Požární bezpečnost staveb Zásobování požární vodou. Tyto techniko-provozní a hydraulické parametry však již nemusí být dostatečné pro napojení požárního vodovodu a jeho kapacitní požadavky. Napojení požárních vodovodů na vodovodní síť pro veřejnou potřebu je nevhodnější realizovat z následujících zařízení rozdělených pro názornost do tří oblastí: 2.1 Vodárenská zařízení V České republice jsou vodovody pro veřejnou potřebu definovány zákonem č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů (zákon o vodovodech a kanalizacích), ve znění pozdějších předpisů. Současně s definováním jejich obecného poslání jsou formou platné vyhlášky stanoveny provozně technické parametry dodávek pitné a požární vody do spotřebišť. Technické parametry dodávek pitné vody různým typům spotřebitelů ve většině případů současně vyhovují i hydraulickým požadavkům na zajištění požární 1

Zákon č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů. 163


pro kombinované dodávky pitné a požární vody. Pokud je dimenze řadů vyšší než DN 150 a řady jsou současně zaokruhovány, lze na nich osazovat i výtokové stojany s minimálními požadavky na kapacitu odběrního místa v množství 35 l.s-1. U nižších dimenzí nebo u větveného systému vnitřního vodovodu lze osazovat na vodovodní potrubí pouze hydranty.

bezpečnosti staveb. V případech, kdy tomu tak není, je nutné v případě potřeby napojení požárního vodovodu na vodovodní síť provést další technická opatření popsaná v další části tohoto článku. Dle druhu a významu jejich funkce je lze rozdělit do následujících skupin: • vodárenské soustavy,

Zásadním a vážným problémem je u společných vedení spotřební pitné a požární vody udržení její kvality a čerstvosti. Z těchto důvodů je vhodné rozdělit vnitřní vodovody průmyslových areálů na samostatná vedení pitné vody a požárních vodovodů.

• místní vodovody, • vnitřní vodovody, • požární vodovody. Každá z uvedených skupin má svůj specifický význam pro funkci veřejné a soukromé infrastruktury měst a obcí, popřípadě velkých územních celků. Bez jejich plynulého provozu nelze zajistit životní podmínky, ale v mnoha případech ani požární zabezpečení staveb a jejich souborů.

2.1.4 Požární vodovody Požární vodovod je z hlediska dikce ČSN 75 2411 Zdroje požární vody považován za umělý zdroj požární vody. Jeho budování a zejména provozování je ekonomicky velmi nákladné a za určitých podmínek, které jsou uvedeny v další části tohoto článku, má ve srovnání s klasickou vodovodní sítí i podstatně nižší životnost. I přes dané konstatování a technický pokrok v hasební technice bude realizace požárních vodovodů minimálně pro některé typy staveb i v budoucnosti nezbytné.

2.1.1 Vodárenské soustavy Vodárenské soustavy mají za účel při vést dostatečné množství pitné a požární vody pro rozsáhlá zastavěná územní několika územních celků tvořených obcemi, městy a někdy i kraji. Pro daný účel slouží skupinové nebo oblastní vodovody s jedním nebo několika vodními zdroji, viz obr. 1.

2.2 Kapacita a hydraulické podmínky zdrojů vody a distribuční sítě Pro zajištění dodávek požární vody z vodárenských systémů pro veřejnou potřebu, které jsou současně i zdrojem vody pro požární vodovody, je nutné před jejich napojením důsledně analyzovat kapacitu těchto zařízení a jejich provozní spolehlivost. Uvedené faktory ovlivňuje uspořádání vodárenského systému od vodního zdroje až po koncový vodojem, viz vzorová ukázka schématu dodávek vody do soustavy spotřebišť.

3 2

1

5

ÚV

5 8 5

7 5

1

6 5

5

8

2 7

3

ÚV

5

1

4

2 5

3

5

5 Legenda: 1 vodárenská nádrå 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

7

A

5 2

6

6

3

Obr. 1 Schéma dodávek pitné a požární vody do spotřebišť z různých druhů zdrojů vod Vodárenská soustava skupinových nebo oblastních vodovodů je kapacitně nejvhodnějším zdrojem požární vody v zastavěných územích pro kombinované systémy dodávek pitné a požární vody do průmyslových a obchodních areálů a průmyslových zón, ale zejména pro samostatné požární vodovody s vysokými požadavky na hydraulickou kapacitu odběru požární vody. V řadě případů je mimořádně vhodným zdrojem požární vody pro zajištění požární bezpečnosti tunelových staveb pozemních komunikací. 2.1.2 Místní vodovody Místní vodárenské systémy vodovodů pro veřejnou potřebu jsou hydraulicky velmi rozlišné. Pro potřeby napojení samostatných požárních vodovodů s kapacitou odběrů požární vody v rozmezí cca 30 až 50 l.s-1 vyhovují tomuto požadavku zpravidla pouze trubní sítě velkých měst nebo pouze přívodní řady od vodních zdrojů, případně přívodní řady od předávacích míst odběru vody z vodárenských soustav. Pokud je požadavek na odběr požární vody k napojení požárního vodovodu nižší než 25 l.s-1, lze jej uskutečnit i na standardní okruhové vodovodní síti u většiny místních vodovodů měst a obcí. 2.1.3 Vnitřní vodovody Vnitřní vodovody průmyslových areálů, průmyslových zón nebo rozsáhlých obchodních areálů, jsou vždy navrhovány a realizovány Ostrava 3. - 4. září 2014

9

5 4

4

3

7

Hydrostatická tlaková þára vodojemu

Hydrodynamická tlak ová þára vodojemu 8 7 5 B

3

Legenda: 1 vodárenská nádrå (vodní zdroj) 2 odbČrný objekt surové vody 3 pĜívodní potrubí surové vody 4 úpravna vody

C

D

9

5 vČåový zásobní vodojem pro spotĜebištČ 6 hlavní vodojem pro zásobovanou oblast 7 zásobní vodojem pro spotĜebištČ 8 spotĜebištČ (A, B, C a D) 9 pĜivádČcí Ĝad pitné vody

Obr. 2 Schéma dodávek vody pro centrální zásobování pitnou požární vodou Dominujícím předpokladem spolehlivosti každého požárního vodovodu napojeného na vodárenský systém je kapacita vodního zdroje tohoto systému, dimenze řadů, kapacita akumulací vody a hydrodynamický tlaky vody v místě napojení. Pokud některý z uvedených faktorů není splněn, daná skutečnost má zpravidla zásadní negativní vliv na pořizovací a provozní náklady připojeného požárního vodovodu. 2.2.1 Nedostatečný zdroj vody Kapacitně nedostatečný nebo nespolehlivý zdroj povrchové nebo podzemní vody může zásadně ovlivnit předpokládané požadavky na dodávku vody do požárního vodovodu. Před jeho realizací je nutné zkoumat nejen současný stav, ale především vývoj z hlediska očekávané změny klimatických podmínek v České republice. Jedná se zejména o přímé odběry vody z recipientů ovlivňované ročními obdobími a klimatickými podmínkami. Při analýzách kapacity a plynulosti dodávek vody z vodního zdroje pro požární vodovody nesmí být opomenuta skutečnost, že dodávku vody k odběrnímu místu může narušit nebo zcela znemožnit vyřazení úpravny vody z provozu, například při přerušení 164


dodávky elektrické energie pro úpravnu vody. Povrchovou vodu na rozdíl od vody podzemní je vždy nutné upravovat na vodu pitnou. 2.2.2 Dimenze vodovodního řadu v místě připojení Významným pozitivním nebo negativním prvkem technickoprovozních parametrů požárních vodovodů je dostatečná dimenze vodovodního řadu, na který je požární vodovod napojen. Za vhodné dimenze pro napojení lze považovat: • pro odběr požární vody nad 50 l.s-1, vodovodní řad DN 300, • pro odběr požární vody nad 30 l.s-1, vodovodní řad DN 200, • pro odběr požární vody do 20 l.s-1, vodovodní řad DN 150. Pokud jsou uvedené řady součástí okruhové vodovodní sítě, zvyšuje se nejen bezpečnost dodávky vody odběrního místa požární vody, ale současně lze počítat i s podstatně vyššími odběry požární vody z daného systému. 2.2.3 Absence akumulace vody

V základním rozsahu lze pozitivní a negativní faktory ovlivňující spolehlivost a ekonomiku požárních vodovodů rozdělit následovně: Negativní faktory • nevhodný zdroj požární vody vyžadující výstavbu dalších technicko-provozních objektů k dodávce vody od zdroje k objektu, kterému zajišťuje požární bezpečnost (čerpací stanice, automatická tlaková stanice, dodatečná akumulace vody atd.), • nevhodná kvalita vody vytvářející vlivem dlouhého zdržení vody nadměrnou inkrustaci vnitřních stěn požárního potrubí a tím postupně výrazně snižující hydraulickou účinnost potrubí, viz obr. 3, • nevhodně použitý trubní materiál k výstavbě požárního vodovodu ve vztahu k půdnímu podloží, jeho svažitosti a agresivitě půdy, zvyšující počet havárií a podstatně snižující celkovou životnost požárního vodovodu.

Napojení požárních vodovodů na vodovodní síť vodárenských soustav nebo místních vodovodů před akumulací vody je výrazným rizikem. Zvyšuje nebezpečí vyřazení požárního vodovodu z provozu při vzniku havárie na vodovodní síti na zpravidla 8 - 10 hodin, ale v krajních případech (kontaminace vody v trubním systému) na 3 až 5 dní. Jak situaci v daných případech řešit, je naznačeno v závěrečné části článku, „rizikové faktory provozování požárních vodovodů“. 2.2.4 Nízký hydrodynamický tlak vody Na vodovodní síti je v některých místech přípustný i hydrodynamický tlak vody 0,15 MPa. Uvedená tlaková hladina již není vhodná pro odběrní místa ve smyslu ČSN 73 0873 a taktéž k napojování požárních vodovodů. Pokud z jakéhokoliv důvodu je nutné napojit požární vodovod v místě s uvedenou tlakovou hladinou, musí být tlak vody v požárním vodovodu uměle zvyšován na požadované parametry. Umělé zvyšování tlaku na požárních vodovodech má za následek nejen vyšší pořizovací náklady na jejich výstavbu, ale současně se negativně promítne i do trvalých provozních nákladů, viz část článku o bezpečnosti a ekonomice provozování. Předcházející text vztahující se zdánlivě k jinému tématu, je absolutně nutný pro pochopení vzájemných vazeb bezpečnosti a spolehlivosti požárních vodovodů používajících vodárenských systémů jako zdroje požární vody. 3 Základní typy požárních vodovodů dle jejich účelu Typ požárních vodovodů se v základním rozměru odvíjí od jeho účelu pro různé druhy staveb nebo stavebních souborů. V základním spektru je lze rozdělit do následujících typů dle konstrukce a provozního využití: • samostatné požární vodovody pro pozemní stavby,

Obr. 3 Ukázka středně silně inkrustovaného potrubí

Výše uvedené a další negativní faktory, zejména pokud dochází k jejich kumulaci, snižují provozní účel daného zařízení, plynulost dodávky požární vody k objektům a vždy se negativně promítnou do ekonomického hospodaření. Pro snížení rizik uvedeného stavu je vhodné použít následujících pozitivních faktorů.

Pozitivní faktory • vždy napojit požární vodovod jen na víceúčelový vodní zdroj s dostatečnou kapacitou alternativní dodávky požárního množství vody, které představují zejména vodárenské soustavy, vodovodní řady DN 300 a výše, akumulace pitných vod na vhodné niveletě terénu ve vztahu potřebám požadovaného přetlaku vody v požárním vodovodu, • využívat k dodávkám vody jen vodárenská zařízení s upravovanou vodou, s nižším pH, snižujícím riziko rychlého růstu vnitřních inkrustací stěn potrubí, • pokud daný druh vody není k dispozici, je nutné pro udržení původních vypočtených parametrů potrubí a snížení rizika vzniku inkrustace, zajistit v trubním systému režim uvedený na obr. 4. Periodu minima a maxima proudění vody v požárním vodovodu je vhodné stanovit vždy individuálně, dle kvality protékající vody. Uvedený způsob sice mírně zvýší provozní náklady, ale podstatně prodlouží životnost celého požárního vodovodu a současně odstraní riziko snižování jeho hydraulických parametrů a tím i náklady na alternativní rekonstrukci celé stavby.

• samostatné požární vodovody pro tunelové stavby pozemních komunikací, • kombinované vnitřní a požární vodovody, • požární vodovody (suchovody). U každého z výše uvedeného typu požárních vodovodů je nutné respektovat základní zásady uvedené v následujícím textu článku. 4 Bezpečnost a ekonomika provozování požárních vodovodů Základním předpokladem provozní plynulosti dodávek požární vody je kvalitativně a provozně bezpečný zdroj požární vody. Při využití napojení na vhodný víceúčelový zdroj požární vody, převážně vodárenský systém, ovlivní nejen spolehlivost dodávky vody, ale současně se promítne i do ekonomiky hospodaření.


Obr. 4 Příklad pulsního proudění vody v požárním vodovodu Vzhledem k tomu, že požární vodovody mohou být ohrožovány po celou dobu jejich provozu a životnosti řadou primárních nebo sekundárních přírodních a antropogenních rizik, bude se následující 165


závěrečná část článku věnovat alespoň některým základním nebezpečím, které se na požárních vodovodech v reálné praxi vyskytují. 5 Rizikové faktory provozování požárních vodovodů Žádné vodárenské dílo nelze provozovat s jistotou, že v průběhu jeho životnosti nevznikne na jeho zařízení havárie nebo se nezhorší jeho technický stav nad míru, která bude ohrožovat jeho provozuschopnost. Po celou dobu existence zařízení jej budou ohrožovat přírodní nebo antropogenní vlivy a události. Řadu faktorů lze však, pokud je předvídáme, přiměřeně eliminovat. Primární rizikové faktory K základním rizikovým faktorům působícím na každý typ požárních vodovodů, které mohou následně vyvolat přerušení dodávky požární vody, patří následující vlivy a události: • nestabilita půdního podloží, • tlakové rázy při nevhodně napuštěném potrubí vodou, • absence záložního zdroje elektrické energie pokud jsou součástí požárního vodovodu další technologická zařízení (automatická tlaková stanice, čerpací stanice atd.), • přerušení dodávky vody při haváriích na vodárenském systému, který je jediným zdrojem požární vody, • vhodně zvolený typ vodoměru na předávacím místě požární vody, který má předpoklady splnit současně přesnost měření průtoku a množství odebírané vody při požárním zásahu, viz obr. 5.

Všechny výše uvedené základní a řadu dalších faktorů lze v praxi výrazně eliminovat. Pro nestabilní půdní prostředí použitím vhodného druhu trubního materiálu, tlakové rázy lze snížit vhodným typem uzavíracích armatur, riziko přerušení dodávky vody a elektrické energie technickým řešením při výstavbě vodovodu a velmi častou chybu snižující hydraulickou kapacitu potrubí, použitím vhodného typu měřící soustavy. Sekundární rizikové faktory Za sekundární vlivy zvyšující provozní náklady na požárních vodovodech a současně zvyšujících nebezpečí hmotných škod na chráněném objektu z důvodů nedostatku nebo absence vody při požárním zásahu lze označit: • absenci analýzy přírodních a antropogenních rizik při záměru stavby požárního vodovodu, • technologické chyby při kladení potrubí do půdního podloží, • nevhodný provoz požárního vodovodu ve vztahu k druhu použitého trubního materiálu, kvalitě dodávané vody a délce trubní sítě požárního vodovodu. Uvedené a další sekundární lokální vlivy a faktory společně s primárními se vždy bez jakékoliv výjimky promítnou do ekonomiky provozování systému. Snížit uvedená rizika na přijatelnou úroveň lze vždy i při původních konstrukčních chybách v původním projetu a realizaci stavby. Ideální způsob jak daného záměru dosáhnout je zejména u nových staveb, postupovat v kontextu s doporučenými zásadami tohoto článku. 6 Závěr Závěrem krátkého příspěvku zabývajícího se bezpečnostní a ekonomikou provozování požárních vodovodů lze dodat, že v několika řádcích nelze dostatečně popsat velmi složitou problematiku komplexní bezpečnosti dodávek požární vody z víceúčelových zdrojů požární vody. V řadě případů je tato problematika, zřejmě z neznalosti široké škály rizik a nebezpečí, podceňována a jejím konečným výsledkem jsou následně zvýšené provozní náklady a současně snížena bezpečnost dodávek požární vody pro určený objekt nebo soubor objektů.

Obr. 5 Vhodný typ vodoměru pro požární vodovody [1]



Itron Czech Republic s.r.o. [online]. [cit. 2009-10-30]. Dostupné z WWW: < www.actaris.cz>.

166


Retention Time during Fire Suppression in the Enclosure by Inert Gases mł. bryg. mgr inż. Przemysław Kubica bryg. dr inż. Waldemar Wnęk mł. kpt. mgr inż. Sylwia Boroń The Main School of Fire Service 52/54 Słowackiego St., 01-629 Warsaw, Poland [email protected], [email protected], [email protected] Abstract Gas extinguishing effectiveness depends on retention time maintaining a fire-extinguishing gas concentration for the required time, at required hight. Too early increase in oxygen concentration can cause a recurrence of fire and destruction of protected property. Distribution of oxygen concentrations depends on the density of the extinguishing gas. The results of studies of selected retention time of inert gases at specific leaks room were presented. It has been found that the use of the extinguishing gas density close to the density of the air to promote the uniform distribution concentration. Extinguishing gases Extinguishing gases currently used in fixed fire extinguishing systems can be divided into three groups: carbon dioxide, chemical gases (halocarbons) and inert gases. According to the nomenclature introduced by the NFPA (National Fire Protection Association), chemical gases and inert gases are called "clean agents". Carbon dioxide is a gas, the history of use in fire protection reaches, as in the case of halons, the beginning of the twentieth century. The effectiveness of firefighting equipment Carbon dioxide has been repeatedly confirmed in real life situations. The main disadvantage of carbon dioxide is its deadly impact on the human body. Chemical gases are also called halon substitutes, as have a number of features in common with halons. Are normally made on the basis of methane CH4 or ethane C2H6, wherein one or all hydrogen atoms have been replaced with chlorine atoms, fluorine, iodine, or suitable combinations thereof. Inert gases used for extinguishing are nitrogen, argon, mixtures thereof, in one case with small amount of CO2. Inert gases have characteristics quite different from them halons. Their action is the lowering of extinguishing the oxygen concentration in the protected room. The main advantage of inert gases is no harmful impact on the environment. This is a significant advantage over the alternatives halons, which, although they do not destroy the ozone layer, but also contribute to the intensification of the greenhouse effect (except FK-5-1-12).

Fig. 1 Schematic model “no mixing during retention” (c - concentration of extinguishing gas, cp - initial concentration) Transition layer is formed as a result of: a) diffusion; b) kinetic energy given to the molecules of gas at the time of discharge gas resulting in eddies; c) convective air movement (gas extinguishing during discharge is cooled as a result of expansion, moreover it is typically present in indoor heat source causing the convection of gases such as operating electrical equipment). Model gas with mixing assumes a uniform distribution of extinguishing gas throughout the volume of the protected room. The air flowing into the room is diluted the extinguishing gas mixture and results in a steady, uniform decrease in the concentration of the protected space. This model is used in rooms where there is air conditioning working in a closed circuit (Fig. 2).

Models of gas flow from the room Currently adopted in two models of behavior of gases after discharge: a model of dissection - no mixing of gases (no mixing during retention) and a model of continuous mixing of gases during retention. In the absence of mixing, extinguishing gas, heavier than air, sinks and flows through the lower leakage in the room and fresh air flows in the upper. In the case of lighter-than-air gases such as N2, the flow direction is reversed. The mechanism driving the flow is hydrostatic pressure difference of extinguishing gas mixture inside the protected space and the ambient air. They form three layers of a fire-extinguishing gas layer in the lower part of the room, the transfer layer and the air layer in the upper part of the room (Fig. 1).


Fig. 2 Schematic model “mixing during retention” c(t) - concentration of extinguishing gas; d(t) - density of the air gas mixture In the research that led M. Hetrick [1] it was found that, in certain cases, the nitrogen forms a homogeneous mixture with air throughout the protected space despite the absence of mechanical stirring. This was a prerequisite to undertake research in the field of concentration distribution of selected gas extinguishing systems.

167


Experimental studies in real scale The study was performed in a laboratory room (5 m x 5 m x 2.8 m) equipped system for measuring oxygen concentrations. The measuring system formed the probe, which was connected to the central power supply and monitoring, which reading and registrations values. During the test, the oxygen concentration changes were recorded in the nine measuring points. Oxygen probes positioned on three measuring posts: one in the middle of the room (post B), two in opposite corners (A and C posts). Each post is mounted on three test probes, respectively, 10 %, 50 % and 90 % of the height of the room. Measurements were preceded by performing "leak test" (called “door fan test”). Based on the test, it was found that leaks area of the room is 70 cm2. Nitrogen was fed into the room from inerting system - OxyReduct. The study was conducted for three cases tightness of the room: • room with additional open holes with a total area of 650 cm2, • room with additional open holes with a total area of 410 cm2, • only room own leaks (70 cm2). Additional holes were positioned in the most unfavorable to maintain the gas concentration, i.e. half of the leak surface was located in the highest part of the room, and the other half at the lowest. On the basis of visual inspection is assumed that room own leaks are evenly spaced. From the measurements it was found that in the case of rooms with additional leaks, inflow of air following the bottom - increase the concentration of oxygen at the probe B3 (Fig. 3).

The slow flow of air caused the significance took on the mechanisms of spontaneous mixing of gas - diffusion, eddies, convection - which resulted in a uniform distribution of oxygen concentration in the protected space. The results led to the conduct research of extinguishing gases composed so, that their density was similar to the density of air. The mechanism driving the outflow of gas from the room is the hydrostatic pressure difference, which is a consequence of the density difference. If the difference in density is near to zero, then expected to reduce the rate of outflow. According in the previous studies, when the flow rate is less, the spontaneous mixing of the gases is better, and the concentration should vary evenly across the protected space. Due to the limitations of hardware, further testing was carried out on a laboratory scale. Experimental tests on a laboratory scale The study used a chamber (0.6 m x 0.6 m and 2.0 m height). After eliminating the natural leakage of the chamber, the holes are disposed symmetrically within the upper and lower parts to simulate leakage. Taken 16 holes, 8 at the bottom and 8 in the upper part, with a total area of 18 cm2. For the measurement of gas concentrations used probe electrochemical oxygen sensor. Concentrations were measured on five heights: 20 cm, 60 cm, 100 cm, 140 cm and 180 cm from the floor. The heights correspond to 10 %, 30 %, 50 %, 70 % and 90 % of the space. Concentrations measurement performed continuously, the results were recorded every 1 second, and archived in the computer. The following gases were tested: • N2 - 100 % v/v; • mixture of N2 - 92,5 % v/v and Ar 7,5 % v/v; • mixture of N2 - 91,1 % and Ar 8,9 %. The gas was discharged into the chamber from the cylinder at a pressure of 150 bar. After the discharging, concentration distribution was measured at various heights gas for a period of 3000 seconds.

Fig. 3 Changing the concentration of oxygen in time. The room with additional holes 650 cm2 (B1 - probe at a height 2,52 m; B2 - 1,4 m; B3 - 0,28 m)

During the measurement of N2 - 100 %, the difference between the density of the gases inside the chamber, and density of the ambient air was dm-d0 = -0.021 kg/m3. The difference was large enough to obtain a stratification between the incoming air from the bottom and the upper flow extinguishing mixture leaks (Fig. 5).

During the test with no additional holes, oxygen concentration varied uniformly across the protected space. Due to the smaller surface leakage, increase in the concentration of oxygen was followed by a much slower pace (Fig. 4).

Fig. 4 Changing the concentration of oxygen in time. The room without additional holes. (B1 - probe at a height 2,52 m; B2 - 1,4 m; B3 - 0,28 m)


Fig. 5 The distribution of oxygen concentrations during the experiment witch N2 100 %

168


Increasing the density of the gas extinguishing by adding 7.5 % Ar, reduced density difference to the value of dm-d0 = -0.01 kg/m3. Under these conditions, delamination occurred only in the lower part, at the height of 10 % chamber. Mixture flow rate is decreased so, that in the remaining part there wasn't delamination and occurred mixing gas with the incoming air (Fig. 6).

During the experiment with the extinguishing gas of the composition of N2 - 91.1 %, Ar - 8.9 %, difference in density was dm-d0 = 0.0002 kg/m3. Under these conditions, delamination has not occurred, there was a homogeneous distribution of the oxygen concentration within the chamber (Fig. 7). Summary and conclusions The effectiveness of extinguishing fires using gases depends on the duration of the concentration so-called retention time. Due to the fact that the fire can arise both in the upper part of rooms, such as above suspended ceilings where the cables are located, as well as in the lower, most preferably the solution is a uniform distribution of the gas concentration in the whole volume of extinguishant. In the case of slow flow extinguishing gas from the protected space, followed by the phenomenon of spontaneous mixing of gases. This results in homogeneous distribution of the concentrations of gas throughout the protected room. The effect of spontaneous mixing of the gases can be achieved using gases with a density close to the density of the air, while reducing leakage room. References

Fig. 6 The distribution of oxygen concentrations during the study of N2 92,5 % i Ar 7,5 %

[1]

Hetrick, M.; Rangwala, S.: “A modified hold time model for total flooding fire suppression”, Fire Safety Journal 45 (2010).

[2]

PN EN 15004-1:2008: Fixed firefighting systems. Gas extinguishing systems. Part 1 - design, installation and maintenance.

Fig. 7 The distribution of oxygen concentrations during the study of N2 91,1 % i Ar 8,9 %


169


Šíření plamene po fasádě - výsledky zkoušek na vzorcích středního a velkého rozměru, funkce požárních bariér Spread of Fire on the Facade - the Results of Medium and Large Scale Tests, Function of Fire Barriers Ing. arch. Marcela Kubů

Popis velkorozměrového testu podle BS 8414-1

Asociace výrobců minerální izolace Zelený pruh 1560/99, 140 02 Praha 4 [email protected]

Výška vzorku je 8000 mm, délka hlavního ramene 2600 mm, délka vedlejšího ramene 1500 mm. Zdrojem tepla je hranice 1500 x 1000 x 1000 mm z dřevěných trámků 50/50 mm, případně plynový hořák s ekvivalentními hodnotami tepelného toku. Špičková hodnota uvolněného tepla je 3 ± 0,5 MW a doba trvání testu je maximálně 60 minut. Požadavky jsou uvedeny v normě BS 135:

Abstrakt Dnešní moderní budovy obsahují více hořlavých materiálů než v minulosti. Tyto materiály mohou způsobit rozšíření požáru z interiéru na fasádu budovy například přes okno během několika minut. Mnozí jsou přesvědčení, že fasády mají malý anebo dokonce žádný vliv na šíření požáru v budovách. Velkorozměrová požární zkouška, kterou v květnu 2014 realizovala Stavební fakulta Záhřebské university, asociace Fire Safe Europe a Chorvatské sdružení pro požární ochranu (HUZOP), však ukázala, že požár se v závislosti na použitých materiálech může po fasádě šířit velmi rychle. Šíření požáru do jiných požárních úseků mohou zabránit protipožární bariéry. Příspěvek se bude zabývat také rozdílnými požadavky na požární bezpečnost kontaktních zateplovacích systémů. Klíčová slova Kontaktní zateplovací systém, protipožární bariéry, zkoušky středního a velkého rozsahu. Abstract Today’s modern buildings contain more combustible materials than ever. These materials can cause fire to spread from the inside of a building to the external façade through a window within few minutes. Although many believe that façades have no or little impact on the spread of fire in buildings.A large scale test carried out in May 2014 by the University of Zagreb Faculty of Civil Engineering, Fire Safe Europe and the Croatian Association for Fire Protection (HUZOP), has revealed that façade fires can in fact spread very rapidly depending on the type of materials used. Fire barriers can prevent spread of fire to other fire compartments. The paper will focus on the different requirements of the fire safety of external thermal insulation composite system. Keywords External thermal insulation composite system, fire barriers, medium and large scale tests. Úvod Zkoušeny byly tři vzorky, které se od sebe lišily v použitých izolačních materiálech. Na všech vzorcích byly použité certifikované tepelněizolační kontaktní systémy s 15 cm tepelné izolace. Jeden s hořlavou izolací (expandovaný polystyrén EPS) s třídou reakce na oheň B-s2, d0. Druhý vzorek byl se stejným izolantem, který byl doplněný 20 cm vodorovnými protipožárními zábranami a třetí vzorek byl z nehořlavé izolace (kamenná minerální vlna) s třídou reakce na oheň A2-s+, d0. Všechny ostatní komponenty fasád byly na vzorcích identické a všechny tři vzorky byly zapálené ve stejný čas. Osm metrů vysoké vzorky byly postavené a zkoušené podle britské normy BS 8414-1 [1] a simuloval se na nich rozvoj požáru v dvoupodlažní budově, který vznikl v bytě a šíří se skrz okno na fasádu.


• růst teploty vzduchu ve výšce 5000 mm během prvních 15 minut zkoušky nesmí překročit 600 °C za 30 sekund; • růst teploty v jakékoli hořlavé vrstvě nebo v dutině ve výšce 5000 mm během prvních 15 minut zkoušky nesmí překročit 600 °C za 30 sekund. Výsledky velkorozměrových testů podle BS 8414-1 V průběhu zkoušky vzorek s EPS izolací kompletně shořel a požár se rozšířil po celé fasádě během 15 minut od vzplanutí. Vzorek zároveň produkoval velké množství toxického černého dýmu, který vznikal při hoření hořlavých materiálů. Na třetím vzorku se díky použití nehořlavých izolačních materiálů požár po fasádě nerozšířil a ani významně nepoškodil obvodovou stěnu. Během velkorozměrových testů byl navíc měřen tepelný tok a teploty před fasádou, množství a škodlivost toxických zplodin. Funkce požárních bariér v kontaktních zateplovacích systémech (ETICS) při různých výkonech normového požáru Funkcí protipožárních bariér v nadpraží, popřípadě ostění oken v ETICS je zabránění šíření požáru do jiných požárních úseků, popřípadě jiných budov. Norem a standardů, které zkoušejí materiály a konstrukce z požárního hlediska, je mnoho. Požadavky se liší se od jednotlivého národního předpisu k druhému. Dle rozsahu, tedy dle rozměrů a dle tepelného výkonu zdroje, lze tyto testy rozdělit na zkoušky malého, středního a velkého rozměru (rozsahu). Vyvstává otázka, jak a jestli vůbec je možné jednotlivé národní normy srovnat a také, zda jsou zkoušky středního rozsahu dostatečně vypovídající o chování ETICS při reálném požáru. Předpisy a požadavky v České republice Základní požadavky na ETICS v České republice udává norma ČSN 73 0810:2011 - „Požární bezpečnost staveb - základní ustanovení“ [2] se změnou Z1 z roku 2012. Norma rozlišuje zateplení novostaveb (budovy postavené po roce 2000) a dodatečné zateplení budov starších. Tato norma umožňuje takzvané „atypické úpravy“ ostění a založení zateplovacího systému, pokud vyhoví zkoušce podle ČSN EN ISO 13 7857-1 [3]. I v tomto případě norma rozlišuje mezi zateplením novostaveb a dodatečným zateplení stávajících budov, u nichž lze snížit tepelný výkon zdroje, popřípadě je upravena doba trvání zkoušky. Popis středněrozměrového testu podle ČSN EN ISO 13 7857-1 Vzorek je tvaru písmene „L“, 2400 mm vysoký, hlavní rameno je dlouhé 1200 mm, vedlejší 600 mm. Zdrojem tepla je pískový plynový hořák o výkonu 100 kW. Doba trvání zkoušky je 30 minut a sledují se vlastnosti: • čas vzniku, doba trvání a velikost plamenů; • teploty na vnějším povrchu v 5 různých výškových úrovních;

170


• teploty uvnitř tepelného izolantu nebo vzduchové dutině ve výšce 1200 a 2300 mm; • poškození vzorku; • tepelný tok měřený na vrchu zkušebního vzorku. Nicméně česká národní příloha určuje jako jediné kritérium splnění, pokud průměrná teplota ze tří termočlánků na povrchu a průměrná teplota ze tří termočlánků uvnitř vzorku ve výšce 0,5 m od dolní hrany zkušebního tělesa nepřesáhne hodnoty 350 °C. Národní příloha taktéž určuje podmínky pro zkoušky atypických úprav ETICS dle ČSN 73 0810. Popis podmínek testů pro atypické úpravy je v tab. 1. Tab. 1 Popis podmínek testů pro atypické úpravy Zkoušení atypických úprav ETICS dle ČSN EN ISO 13785-1 a ČSN 73 0810 Tepelný výkon [kW]

Doba trvání [min]

100

30

sokl

50

30

nadpraží

100

15

50

15

Zateplení novostavby

nadpraží

Dodatečné zateplení

sokl

Nižší hodnoty tepelného výkonu u zkoušky založení ETICS vychází z rozdílu mezi požárem vnitřním a vnějším. Snížená doba trvání zkoušky je jednou z dalších „úlev“ pro změny staveb (respektive dodatečné zateplení) uvedených v ČSN 73 0810. Výsledky středněrozměrových testů dle ISO 13 785-1 (2002) [4] Skladba tří zkušební vzorků je uvedena v tab. 2. Tab. 2 Skladba zkušebních vzorků Zkušební metoda

ISO 13 785-1 (2002)

Číslo vzorku

01

02

03

Tloušťka EPS [mm]

200

200

200

Výška pozice pož. bariéry [mm]

0

0

2000

Výška požárního pruhu [mm]

200

200

200

ano/ne/ano

ano/ne/ano

ano/ne/ano

Typ omítky

org., tl. 3,3 - 6,1 mm

org., tl. 3,9 5,3 mm

Poznámka

vzorek předsazen nad zdroj plamene (simulace nadpraží)

bez předsazení

Lepicí stěrka/kotvy/ perlinka


Zkoušky středního rozsahu dopadly pro navržené vzorky celkem úspěšně, přestože se nejvyšší teploty pohybovaly kolem hraniční hodnoty (horní hranice teplotního intervalu pro vzplanutí EPS - cca 290 až 346 °C). Souhrn výsledků středněrozměrových testů je uveden v tab. 3. Tab. 3 Souhrn výsledků středněrozměrových testů dle ISO 13 785-1 (2002) Zkušební metoda Číslo vzorku

ISO 13 785-1 (2002) 1

02

03

Nejvyšší průměrná teplota [°C] ve v. 0,5 m - na povrchu

345,6 (9 min)

286,4 (13 min)

411,9 (15 min)

Nejvyšší průměrná teplota [°C] ve v. 0,5 m - uvnitř vzorku

185,2 (14 min)

197,5 (14 min)

297,7 (16 min)

prošel

prošel

neprošel

Výsledek zkoušky

Vzorek 01 a 02 testem prošly, vzorek 03, kde byla požární bariéra z minerální vlny posunuta do výškové úrovně 2,0 m, neprošel. Zajímavý je i rozdíl 60 °C mezi vzorkem 01, který simuloval nadpraží, kde docházelo k akumulaci tepla, a vzorkem 02 bez tohoto nadpraží. Závěr Z výsledků testů ve středním a velkém měřítku plyne, že není možné požární bezpečnost ETICS vztahovat pouze na použití protipožárních bariér ani na použití zkušebních metod ve zmenšeném měřítku. Protipožární bariéra není samospasitelná. Je třeba brát v úvahu jejich polohu vůči rizikovým detailům, jejich interakci s ostatními částmi ETICS (druh omítky, druh výztužné síťky) a tepelný výkon, respektive zdroj požáru. Dále je nutno upozornit, že všechny zkušební metody bez rozdílu země původu nebo velikosti rozsahu jsou zkoušky idealizované - bez vlivu větru apod. Neberou ani v potaz odpadávání hořících kapek nebo vytékání a následné hoření roztaveného izolantu pod vzorkem, což může ohrozit unikající nebo zasahující osoby, případně může zapříčinit další šíření požáru. V reálu tedy použití protipožárních bariér požár spíše zpomalí, než že by jeho šíření úplně zabránilo. I to je ale neocenitelné a může zachránit životy i majetek. Použitá literatura [1]

org., tl. 3,9 4,9 mm

BS 8414-1 - Fire Performance of external cladding systems - Part 1: Test method for non-loadbearing external cladding systems applied to the face of the building. 2002.

[2]

ČSN 73 0810 - Požární bezpečnost staveb - Společná ustanovení. 2009.

bez předsazení

[3]

ČSN ISO 13785-1 - Zkoušky reakce na oheň pro fasády - Část 1: Zkouška středního rozměru. 2002.

[4]

ISO 13785-1 - Reaction to fire tests for facades - Part 1: Intermediate-scale test. 2002.

171


Ověření návrhu nuceného odvodu kouře a tepla sportovní haly Design Verification of Smoke and Heat Exhaust Ventilation for a Sports Hall Ing. Petr Kučera, Ph.D. Ing. Hana Dvorská VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava-Výškovice [email protected], [email protected] Abstrakt Běžnou součástí mnoha objektů občanské vybavenosti jsou aktivní požárně bezpečnostní zařízení, která přispívají k vytvoření příznivých podmínek v případě vzniku požáru. Jedním z těchto aktivních požárních zajištění je zařízení pro odvod kouře a tepla. Článek se tudíž věnuje variantnímu řešení nuceného požárního větrání konkrétní sportovní haly a využití matematického modelování požáru (Fire Dynamics Simulator) pro ověření účinnosti navržených systémů nuceného požárního větrání včetně simulací logických návazností posuzovaného systému.

podobného charakteru. Tyto parametry pak byly použity jako vstupy pro zhotovení objektu a návrhu ZOKT. Objekt sportovní multifunkční haly, která má sloužit nejen pro sportovní, ale také pro kulturní akce, má dvě užitná nadzemní podlaží a jedno užitné podzemní podlaží. Třetí nadzemní podlaží slouží jako technické a jsou v něm umístěny vzduchotechnické jednotky. V podzemním podlaží je umístěno zázemí haly. V 1. NP jsou situovány vstupy do haly pro diváky, sociální zařízení, občerstvení a obchody se suvenýry. Ve 2. NP jsou pak VIP lóže a restaurace. Pro účel ověření požárního odvětrání byl vybrán hlavní prostor sportovní haly, a to hrací plocha s ochozy a tribunami pro diváky, který tvoří samostatný požární úsek (obr. 1).

Klíčová slova Požární odvětrání, kouř, teplota, evakuace, matematické modelování. Abstract A common component of many civil facilities is their active fire safety equipment, which contribute to the creation of favourable conditions in the event of a fire. One of these is smoke and heat exhaust ventilation. This article deals with alternative forced fire ventilation solutions of the specific sports hall and the use of mathematical modelling of fire (Fire Dynamics Simulator) to verify the effectiveness of the system of forced fire ventilation, including simulations of logical continuity of system under assessment. Keywords

Obr. 1 Pohled do vnitřních prostor sportovní haly (program PyroSim) Světlá výška posuzovaného prostoru haly je 22,5 m. Rozměry ledové plochy jsou 60 m × 30 m. Tribuny dosahají výšky 9,2 m nad ledovou plochu. Maximální rozměry v obvodu pláště nad tribunami jsou 95 m × 65 m. Objekt haly je zastřešen ocelovou příhradovou konstrukcí. Vizualizace střešního pláště a zevnějšku haly je na obr. 2.

Smoke and heat exhaust ventilation, smoke, temperature, evacuation, mathematical modelling. Úvod V prostorách krytých sportovních hal, jež slouží nejen pro sportovní klání, ale i k jiným účelům (např. koncertům, výstavám, exhibicím), se shromažďuje velký počet osob. Pro případný vznik jakékoliv mimořádné situace je třeba navrhnout takové technické i organizační opatření, aby provedení těchto prostor minimalizovalo riziko panikové situace. V případě požáru přispívá požární odvětrání k odvodu zplodin hoření, kouře a tepla, a tím prodlužuje časový interval pro bezpečný únik osob.

Obr. 2 Vnější dispozice sportovní haly (program PyroSim) Popis zařízení pro nucený odvod kouře a tepla

Cílem článku je prostřednictvím matematického modelování posoudit nucené požární větrání sportovní haly. Byly vybrány dvě varianty návrhu zařízení pro odvod kouře a tepla (dále jen ZOKT). Rozdíl mezi těmito variantami je především v počtu požárních ventilátorů, jejich výkonů, v rozdělení požárního úseku sportovní haly na kouřové sekce, a v rozhodnutí zda použít, či nepoužít kouřové zábrany.

Dle požadavků na požární bezpečnost staveb musí být prostory sportovní haly vybaveny zařízením pro odvod kouře a tepla. Konstrukční systém objektu je nehořlavý, konstrukční části jsou druhu DP1. Celý objekt je vybaven systémem elektrické požární signalizace (EPS). Stabilní hasicí zařízení se neuvažuje.

Popis objektu

Pro požární odvětrání je využito stěnových požárních ventilátorů, které odpovídají provozním teplotám 200 °C po dobu 120 min s klasifikační třídou požární odolnosti F200 120.

Pro model sportovní haly zhotovený pomocí matematického modelování tak, aby se daly ověřit dva rozdílné způsoby nuceného požárního odvětrání, byl vybrán příznačný sportovní objekt, jehož parametry byly zvoleny jako určitý reprezentativní vzorek objektů Ostrava 3. - 4. září 2014

Zařízení pro nucený odvod kouře a tepla je navrženo s nuceným odtokem plynů a s přirozeným přítokem vzduchu.

172


Nucené požární odvětrání je navrženo jako nucené samočinné odvětrávací zařízení dle požadavků ČSN 73 0802 [1], ČSN 73 0831 [2] v návaznosti na ČSN EN 12101 - 5 [3]. Varianta první Prostory požárního úseku haly jsou pro účely požárního odvětrání rozděleny na čtyři kouřové sekce. Kouřové přepážky oddělující jednotlivé kouřové sekce jsou stavebními konstrukcemi splňující požadavek E 15 DP1, respektive kritérium vlastnosti kouřových přepážek D600. Stěnové ventilátory pro nucené požární odvětrání jsou instalovány v úrovni 3. NP. Podrobnosti o umístění ventilátorů a kouřových přepážek jsou uvedeny na obr. 3. Přívod čerstvého vzduchu je zajištěn vstupy z venkovního prostředí z úrovně 1. PP. Spouštění stěnových ventilátorů a přívodu vzduchu je v případě požáru automaticky aktivováno systémem EPS. Pro potřeby energetické bilance je uvažován možný souběžný chod dvou odvětrávaných sekcí. Výskyt požáru se předpokládá pouze v jedné kouřové sekci, proto je výpočet proveden pro reprezentující kouřovou sekci č. 1.

Obr. 4 Půdorysný výkres návrhu ZOKT varianta druhá Odsávací výkon kouřových sekcí č. 1 až č. 4 bude zajišťovat pět kusů stěnových požárních ventilátorů v každé z nich s klasifikační třídou požární odolnosti F200 120 (200 °C/120 min.), Vo,l = 12,35 m3.s-1 = 44,46 m3.hod-1. Δp = 200 Pa. Kouřová stěna E 15 DP1 s klasifikační třídou požární odolnosti D600 30. V kouřové sekci č. 5 bude odsávací výkon zajišťovat pět kusů střešních radiálních požárních ventilátorů s klasifikační třídou požární odolnosti F200 120 (200 °C/120 min.), Vo,l = 12,35 m3.s-1 = 44,46 m3.hod-1. Δp = 200 Pa. Sestavení modelu víceúčelové sportovní haly pro matematickou simulaci Pro matematickou simulaci sportovní haly byl využit program Fire Dynamics Simulator (FDS). Geometrie modelu

Odsávací výkon bude v každé kouřové sekci zajišťovat dvanáct kusů stěnových požárních ventilátorů s klasifikační třídou požární odolnosti F200 120 (200 °C/120 min.), Vo,l = 11,75 m3.s-1 = 42,30 m3.hod-1. Δp = 200 Pa. Kouřová stěna E 15 DP1 s klasifikační třídou požární odolnosti D600 30.

Při sestavování geometrie hlavního prostoru haly s hrací plochou, tribunami a ochozy, kdy tento prostor tvoří samostatný požární úsek, byly v rámci zadávání stavebních materiálů provedeny značné úpravy a zjednodušení. Současně bylo nadefinováno velké množství materiálů, které se vzájemně liší svým chemickým složením, tepelně-fyzikálními vlastnostmi a prostorovým uspořádáním. Další vstupní proměnnou, jež má zásadní dopad na průběh simulace požáru, je způsob modelování pyrolýzy materiálu.

Varianta druhá

Definice návrhového požáru

Prostory haly tvoří pro účely odvodu tepla a kouře pět kouřových sekcí. První čtyři jsou navrhnuty totožně s variantou číslo jedna. Pátá sekce je uprostřed haly a tvoří kruh o poloměru cca 13 m.

Protože sportovní hala má sloužit i kulturním a podobným účelům, byl požár navržen pro nejhorší variantu zatížení, kdy se na hrací ploše mohou vyskytovat stánky s různým sortimentem zboží, a to na 60 kg.m-2. (ČSN 73 0802 [1], příloha A, tab. A.1, pol. 6.2.1 b)).

Obr. 3 Půdorysný výkres návrhu ZOKT varianta první

Za předpokladu, že pomocí EPS bude uvedena do provozu příslušná skupina ventilátorů ZOKT, jsou v návrhu ZOKT vynechány kouřové přepážky v prostoru pod střešní konstrukcí. Pro požární odvětrání sekcí č. 1 - č. 4 je využito požárních stěnových ventilátorů instalovaných na úrovni 3. NP. V sekci č. 5 je využito požárních střešních radiálních ventilátorů instalovaných ve střeše haly. Podrobnosti o umístění ventilátorů a kouřových přepážek jsou uvedeny na obr. 4. Přívod čerstvého vzduchu je zajištěn vstupy z venkovního prostředí z úrovně 1. PP. Spouštění stěnových a střešních ventilátorů a přívodu vzduchu je v případě požáru aktivováno systémem EPS automaticky. Pro potřeby energetické bilance je uvažován možný souběžný chod dvou odvětrávaných sekcí. Výskyt požáru se předpokládá pouze v jedné kouřové sekci, proto je výpočet proveden pro reprezentující kouřovou sekci č. 1.


Obr. 5 Graf rychlosti uvolňování tepla na metr čtvereční (RHRf) Pro ověření požárního odvětrání a znázornění množství zplodin hoření byl požár zjednodušen a pro jeho simulaci byl použit model volného rozvoje požáru uvedený v metodickém návodu k vypracování dokumentace zdolávání požáru [4] a následně působení zásahu jednotek požární ochrany. Hlavní časově závislé 173


návrhové parametry požáru byly - plocha požáru [m2] a rychlost uvolňování tepla [kW.m-2] stanovená v souladu s ČSN EN 1991-12 [5]. V grafu na obr. 5 je znázorněn průběh rychlosti uvolňování tepla na metr čtvereční (RHRf). Detekce požáru a aktivace ZOKT Přestože jsou obě varianty požárního větrání projektovány odlišně, spouštění požárních ventilátorů a logické návaznosti požárně bezpečnostních zařízení jsou identické. Objekt sportovní haly je střežen elektrickou požární signalizací (EPS). Ta ohlašuje požár optickou a akustickou signalizací. Systém EPS se skládá z automatických opticko-kouřových hlásičů požáru s individuální adresací a z tlačítkových hlásičů. Ty jsou kruhovými linkami napojeny na ústřednu EPS. Jedná se o dvoustupňovou signalizaci poplachu, systém EPS s režimem den a noc. Pod střechou haly jsou vestavěna nasávací zařízení tvořená sítí trubek, která nasávají vzorky vzduchu ze střeženého prostoru a přivádí je k laserovému detektoru v hlásiči.

požární bezpečnosti staveb a posouzení podmínek evakuace na straně bezpečnosti. V čase 690. s dosahoval kouř již spodní hranice kouřových zábran a pozvolna se rozšiřoval do sousedních sekcí. Tato skutečnost koreluje s výpočtem a potvrzuje jeho správnost. V době předpokládaného zásahu jednotek požární ochrany bylo zakouření značné, ovšem výkon a počet požárních ventilátorů je dimenzován tak, aby splnily podmínky evakuace osob, podmínky pro aktivní protipožární zásah a snížily teplotní namáhání stavebních konstrukcí. Výsledky druhé varianty návrhu ZOKT Při simulaci požáru na hrací ploše byly detektory aktivovány nejprve sekce č. 5 a posléze sekce č. 1. Další spouštění požárních ventilátorů není z provozního hlediska náhradního zdroje možné. Na obr. 7 jsou v grafu opět znázorněny jednotlivé časové intervaly mezi dobou evakuace, aktivací jednotlivých sekcí a dobou zakouření.

Pro účely modelu byla funkce systému EPS značně omezena a logické návaznosti systému zjednodušeny. Signalizace požáru funguje pouze pomocí stropních detektorů, které jsou v modelu umístěny ve výšce cca 12 m nad podlahou střeženého prostoru. Opticko-kouřové hlásiče ze soustavy trubek jsou v programu FDS simulovány pomocí tzv. beam detector [6]. Dveře na únikových cestách jsou otevřeny a přívod vzduchu je zajištěn po celou dobu simulace požáru. V modelu není zakomponován vliv vzduchotechniky. Pro co nejreálnější a nejspolehlivější simulaci se při detekci spustí maximálně dvě sekce. Výsledky účinnosti návrhu požárního větrání Zásadním faktorem pro srovnání návrhů požárního větrání v obou případech simulace byla doba evakuace osob z prostoru haly do ochozů (tu = 5,2 min ≈ 323 sekund) a doba zakouření prostoru haly (te = 11,49 min ≈ 690 sekund) v souladu s ČSN 73 0802 [1]. Tyto hodnoty byly určeny z výchozího projektu a pro obě varianty byly neměnné. Výsledky první varianty návrhu ZOKT Při simulaci požáru na hrací ploše byly detektory aktivovány nejprve sekce č. 1 a posléze sekce č. 3. Další spouštění požárních ventilátorů není z provozního hlediska náhradního zdroje možné. Na obr. 6 jsou v grafu znázorněny jednotlivé časové intervaly mezi dobou evakuace, aktivací jednotlivých sekcí a dobou zakouření.

Obr. 6 Graf časových intervalů první varianty návrhu ZOKT Časový interval mezi aktivací sekce č. 1 a sekce č. 3 je velmi úzký. Požární ventilátory sekce č. 1 se spustily v 457. s a požární ventilátory sekce č. 3 byly aktivovány v 496. s. Lze tedy konstatovat včasný a intenzivní odtok zplodin hoření mimo posuzovaný prostor. V době 60. s byl rozvoj požáru v počátcích, v době 323. s byly zplodiny hoření akumulovány ve výšce cca 13 m nad podlahou haly, což bylo cca 3,8 m nad podlahou nejvyššího ochozu (nejvyšší výšková úroveň tribun). Tento výškový rozdíl byl z hlediska Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 7 Graf časových intervalů druhé varianty návrhu ZOKT Časový interval mezi aktivací středové sekce č. 5 a sekce č. 1 je dosti široký. Požární ventilátory sekce č. 5 se rozběhly v 459. s a požární ventilátory sekce č. 1 byly aktivovány až v 690. s, což odpovídá době zakouření posuzovaného prostoru. Lze tedy konstatovat, že prvotní odtok zplodin hoření přes požární ventilátory sekce č. 5 umístěných přímo v kopuli haly je sice včasný, ale prodloužený časový interval mezi spuštěním sekce druhé poukazuje na možnost zvýšené rychlosti vytváření akumulační vrstvy kouře v posuzovaném prostoru. V době 60. s byl rozvoj požáru v počátcích, v době 323. s byly zplodiny hoření po celé ploše posuzovaného úseku v důsledku rozprostírání se. Pohybu kouře nebránila žádná překážka, docházelo tak k jeho akumulaci těsně pod konstrukcí střechy ve výšce cca 16 m nad podlahou haly, což je cca 6,8 m nad podlahou nejvyššího ochozu (nejvyšší výšková úroveň tribun). Tento výškový rozdíl je z hlediska požární bezpečnosti staveb a posouzení podmínek evakuace na straně bezpečnosti. V čase 690. s dosahovala spodní vrstva kouře pomyslné hranice původních kouřových zábran (12 m nad hrací plochou). Ovšem do této doby prostor odvětrávalo pouze 5 ks stropních ventilátorů. V důsledku malé intenzity odtoku zplodin hoření bylo zakouření značné a zvláště zplodiny hoření byly rozšířené do ostatních kouřových sekcí. Skutečnost čisté vrstvy vzduchu a její výšky pod hranicí kouře nad hrací plochou sice koreluje s výpočtem a potvrzuje jeho správnost, ale již v tomto okamžiku je hustota kouře, jeho akumulace, rozprostření a tepelné namáhaní stavebních konstrukcí značně znepokojující. V době zásahu jednotek požární ochrany bylo zakouření již tak rozsáhlé, že spodní hranice akumulační vrstvy kouře sahala do výšky cca 5 m nad hrací plochu a zhoršovala viditelnost. Ověřila se tak předchozí domněnka velmi rychlého procesu zakouření prostoru v důsledku nízkého výkonu požárních ventilátorů. Následek tohoto nedostatku je výrazné omezení aktivního protipožárního zásahu a vyšší tepelné namáhání stavebních konstrukcí.

174


Porovnání variantních návrhů ZOKT Aktivace požárních ventilátorů Z výsledků matematického modelu je zřejmá aktivace požárních ventilátorů prvních sekcí v obou případech přibližně ve stejném časovém intervalu, a to přibližně ve 458. s (sekce č. 1 u první varianty v 457. s a sekce č. 5 u druhé varianty v 459. s). U první varianty návrhu ZOKT se požární ventilátory druhé sekce (číslo 3) spouštějí v době 496 s, což je přibližně ve stejnou dobu. Skutečnost, že k aktivaci požárních ventilátorů obou sekcí došlo současně, je důsledkem rozdělení kouřových sekcí střeženého prostoru kouřovými zábranami. Zplodiny hoření se tak akumulují ve spouštěných sekcí totožně a není důvod k delší časové prodlevě. U druhé varianty návrhu ZOKT se požární ventilátory aktivují s výrazným časovým rozdílem a to až v 690. s. Toto zpoždění je způsobeno odlišným způsobem rozdělení prostoru do kouřových sekcí a imaginárním ohraničením těchto sekcí. Nepoužitím kouřových zábran dochází k akumulaci zplodin hoření pod nejvyšší části střešní kopule (sekce č. 5) a rozšiřováním kouře po celém prostoru sportovní haly dochází k pozdní aktivaci požárních ventilátorů druhé sekce. Vývin kouře Rozhodujícím faktorem pro posouzení dvou rozdílných projektů ZOKT byla především doba evakuace (tu = 323 s) a vývoj zplodin hoření v tomto časovém intervalu. Na obr. 8 jsou obě varianty porovnány právě v čase 323 s. Z podmínek evakuace lze konstatovat vyhovující oba návrhy ZOKT, neboť zakouření není tak intenzivní a neohrožuje unikající osoby z prostoru sportovní haly.

Obr. 9 Vývin zplodin hoření v čase 900 s (nahoře varianta 1, dole varianta 2) Reprezentativní teploty zplodin hoření v prostoru Při posuzování teplot byla vytvořena simulace reprezentující nejnižší teplotu zplodin hoření ve spodní hranici kouřové vrstvy (40 °C). Tato reprezentativní teplota byla vybrána především proto, že je to teplota, jejíž účinky už působí negativně na lidský organismus. Simulace byla posouzena v čase 900 s, kdy byl vývin zplodin hoření nejintenzivnější. Na obr. 10 je znázorněna hladina této reprezentativní teploty. U první varianty návrhu ZOKT je neutrální rovina v dostatečné výšce. Teploty pod neutrální rovinou jsou nižší a tvoří dostatečný prostor čistého vzduchu. U druhé varianty návrhu ZOKT je neutrální rovina téměř u podlahy požárního úseku. Nad touto rovinou lze předpokládat mnohem vyšší teploty než u předchozí varianty návrhu ZOKT, a tedy dochází k mnohem silnějšímu tepelnému namáhání stavebních konstrukcí.

Obr. 8 Vývin zplodin hoření v čase 323 s (nahoře varianta 1, dole varianta 2) Takto pozitivních výsledků nedosahují návrhy požárního větrání v časových intervalech pohybujících se za hranicí doby evakuace osob. Nejvýraznější rozdíl ve funkci požárního větrání je v době zásahu jednotek požární ochrany v době 900. s (15 min.). Rozdíl je znázorněn na obr. 9. Návrh ZOKT v případě první varianty plní svou funkci bezproblémově. Výkon požárních ventilátorů a jejich spuštění je dostačující k odvětrání prostoru sportovní haly a umožnění provedení protipožárního zásahu jednotkami požární ochrany. U druhé varianty nelze shledat bezproblémovou funkci požárního větrání. Zakouření prostoru a velice silně snížená viditelnost může omezit protipožární zásah. Příčina takto negativní funkce požárního větrání je eliminace instalace kouřových zástěn, dále nevyhovující vypočtený výkon požárních ventilátorů jakožto i jejich počet na danou kouřovou sekci. V neposlední řadě k silnému zakouření prostoru sportovní haly přispívá i široký časový interval mezi spouštěním jednotlivých sekcí u druhé varianty návrhu ZOKT. Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 10 Rozložení reprezentativní teploty 40 °C zplodin hoření (nahoře varianta 1, dole varianta 2) Aby představa o dosahování teplot v prostoru především nad hladinou reprezentativní teploty 40 °C byla co nejpřehlednější, byly 175


pro porovnání vytvořeny následující snímky, znázorněné na obr. 11. Jde o rozložení teplot v prostoru (tedy teploty plynů), které jsou vedeny středy prostoru sportovní haly a ve výšce (12 m nad úrovní hrací plochy), kde začínají konstrukce kouřových zábran.

ve stěně střešní konstrukce. Vyšší účinnosti by ZOKT dosahovalo při umístění požárních ventilátorů ve stropě střešní konstrukce, v místě, kde jsou stavební konstrukce nejvíce tepelně namáhány. Takovéto umístění požárních ventilátorů je vhodné konzultovat s odborníky na statiku. Ve druhé variantě ZOKT byl střežený prostor rozdělen do pěti kouřových sekcí bez použití kouřových zábran, každá sekce byla odvětrána 5 ks požárních ventilátorů, z toho pátá sekce byla kruhová a požární ventilátory této sekce byly umístěny ve stropě střešní konstrukce ve středu v nejvyšším místě. Tento projekt sice splňuje podmínky evakuace osob, ale už nesplňuje podmínky pro účinný protipožární zásah. Silné zakouření v prostoru haly v době zásahu jednotek požární ochrany by mělo za následek zpomalení a ztížení protipožárního zásahu. Mohlo by dojít i ke změnám materiálových vlastností ocelových konstrukcí z důvodů jejich vyššího tepelného namáhání. Závěr Ověření účinnosti nuceného požárního odvětrání sportovní haly prostřednictvím matematického modelování vyplývá první varianta návrhu ZOKT jako optimistická, praktičtější, bezpečnější a účinnější než druhá varianta ZOKT. Modelování požáru je nesporně perspektivní oblastí, která nalezne své uplatnění v řadě praktických aplikací a zároveň může odhalit mnohé nejasnosti zejména v případě vzájemné interakce požárně bezpečnostních zařízení. Kombinace normových výpočtových postupů a modelování se jeví jako optimální postup, které v konečném důsledku vede k úspoře finančních prostředků a k optimalizaci návrhu projektu.

Obr. 11 Rozložení teplot v prostoru haly (nahoře varianta 1, dole varianta 2) Pro znázornění teplot v prostoru je na obr. 11 znázorněn podélný řez. Rozložení teplot v ostatních rovinách je srovnatelné, proto byla vybrána pouze jedna názorná ukázka. Nicméně i přes jednostrannost pohledu jsou teploty velice zřetelné. U první varianty návrhu ZOKT dosahují teploty v prostoru až 115 °C (červená barva). U druhé varianty návrhu ZOKT jsou dosažené teploty nepatrně vyšší, tedy 120 °C. Diskuse Pomocí simulačního modelu Fire Dynamics Simulator byly konfrontovány dva rozdílné návrhy ZOKT ve chráněném prostoru sportovní haly. V níže uvedené tab. 1 jsou zodpovězeny základní otázky, které byly kladeny při zpracování posouzení dvou variant požárního větrání. Tab. 1 Výsledky posouzení dvou rozdílných návrhů ZOKT sportovní haly První varianta návrhu ZOKT

Druhá varianta návrhu ZOKT

Včasná aktivace požárních ventilátorů prvotní sekce

ANO

ANO

Včasná aktivace požárních ventilátorů druhotné sekce

ANO

NE

Optimální hustota kouře a akumulace kouře

ANO

NE

Zajištění podmínek evakuace osob

ANO

ANO

Zajištění podmínek pro protipožární zásah

ANO

NE

Dostatečné dimenzování výkonů požárních ventilátorů

ANO

NE

NE

ANO

Praktické požadavky

Kvalitní umístění požárních ventilátorů

První varianta návrhu ZOKT, kdy byl střežený prostor rozdělen do čtyř kouřových sekcí pomocí kouřových zábran a každá sekce byla odvětrávána 12 ks požárních ventilátorů, splňuje všechny požadavky správného projektu zařízení pro odvod kouře a tepla. Za nevyhovující se dá pouze uvést umístění 12 ks požárních ventilátorů



ČSN 73 0802. Požární bezpečnost staveb - Nevýrobní objekty. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. 2009.

[2]

ČSN 73 0831. Požární bezpečnost staveb - Shromažďovací prostory. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. 2011.

[3]

ČSN P CEN/TR 12101-5. Zařízení pro usměrňování pohybu kouře a tepla - Část 5: Směrnice k funkčním doporučením a výpočetním metodám pro větrací systémy odvodu kouře a tepla. Praha: Český normalizační institut. 2008.

[4]

Hanuška, Z.: Metodický návod k vypracování dokumentace zdolávání požárů. 2. vyd., Praha: MV - ředitelství Hasičského záchranného sboru ČR ve vydavatelství FACOM, 1996. 78 s. ISBN 80-902121-0-7.

[5]

ČSN EN 1991-1-2. Eurokód 1: Zatížení konstrukcí část 1-2: Obecná zatížení - Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. 2004.

[6]

McGrattan, K. et al.: Fire dynamics Simulator (Version 5) User´s Guide. NIST Special Publication 1019-5, National Institute of Standards and Technology, Building and Fire Research Laboratory, Maryland, USA, 2010.

[7]

ČSN EN 12101-1. Zařízení pro usměrňování pohybu kouře a tepla - Část 1: Technické podmínky pro kouřové zábrany. Praha: Český normalizační institut. 2006.

[8]

ČSN EN 12101-3. Zařízení pro usměrňování pohybu kouře a tepla - Část 3: Technické podmínky pro ventilátory pro nucen odvod kouře a tepla. Praha: Český normalizační institut. 2003.

[9]

Kučera, P.; Pezdová, Z.: Základy matematického modelování požáru. 1. vyd., Ostrava: Sdružení požárně bezpečnostního inženýrství, 2010. 110 s. ISBN 978-80-7385-095-1.

176


The Role of Games in the Contemporary World and Their Impact on the Development of Computer Simulators Designated for Training Rescue Services Sr. captain Sławomir Kukfisz, M.Sc., Eng.1 Capt. Szymon Ptak, M. Sc. Eng.

2

National Defence Academy, Department of Management and Command al. gen. A. Chruściela 103, 00-910 Warsaw, Poland 2 The Main School of Fire Service, Department of Electrical Power Engineering Slowackiego Street 52/54, 01-629 Warsaw, Poland [email protected], [email protected] 1

assessed at 5000 years [3]. In Egypt at the time of the third dynasty (ca. 2686-2613 B.C.) a game called Senet became very popular (photo 1). It age is estimated at 5500 years, and complete sets were preserved in Egyptian tombs. In China a game called Go has been the most popular since the time of emperor Yao (2357-2255 B.C.) and it still is. Knowledge of ancient games still remains incomplete. In many cases the origin, age or rules of the game remain unknown.

Abstract Games provide us with a source of knowledge on the past ages, reflect migrations of nations and show the way in which various cultures affect each other. The roots of contemporary digital games go back to ancient times, yet their appearance, operation and impact on humans have radically changed. Virtual reality has taken over all types of games. There is no single game which would not have been subjected to virtualisation - digitalisation. Also mechanisms known from computer and video games are being increasingly frequently applied in various domains and hence cause changes in human behaviour. The paper describes the role played by games in our lives, because contemporary teenagers spend the same amount of time in school, as on playing. This situation is qualitatively unprecedented, as parents of the present digital generation have gained their knowledge in a completely different way than their children. What is more, games also teach and develop various skills, such as that of strategic thinking or planning. In highly developed societies access to knowledge and to its sources has changed. For this reason by applying mechanisms known from digital games, gamification effectively involves in individual and voluntary learning - persistent work aimed at searching for a solution to the problem. Those mechanisms affect humans regardless of age and gender. Their application in the training process of rescue services could enable achieving new teaching effects. Specialized simulators applied in the training of those services should also be based on the hitherto achievements of contemporary digital games. Keywords

Photo 1 Senet - Board game popular in ancient Egypt made of wood (up) and in stone together with cones (down). It may be admired in the fixed exposition in the Louvre Museum in Paris. [Source: S. Kukfisz]

Game, play, simulator, designing, gamification, rescuing services.

Play as an autotelic value

Introduction - ancient times Games and play are integral to the civilisation of man. Ancient Mesopotamia and Egypt are generally considered to be the cradle of all games. As a result of numerous wars and thanks to the developing trade exchange games have easily spread over various continents and among diverse cultures. In this way many games of ancient Egypt found their way to Greece, and then through the Romans, as an effect of their conquests, were brought among others to Europe [1]. One of the oldest games in the world is Mankala. This is basically a collective name for hundreds of similar games of the count & capture type. In the opinion of some researchers its age may even be 7000 years. This game spread both to the east (via India, Indonesia, China, Korea and Japan), as well as to the west (to Africa, and then over the ocean to both Americas), and also through Asia Minor to Greece [2]. Board games known before our era include the royal game of UR, also known as the game on twenty squares. It was discovered among items coming from excavations on the territory of Mesopotamia, and its age is Ostrava 3. - 4. září 2014

Yet before games were discovered, there was a generally accepted from of activity with much older roots. This activity is play. From the anthropological viewpoint there are no communities which would be unfamiliar with play. Interestingly, play is not merely a domain of the human world, but it is also found to be characteristic for the world of animals. The Dutch historian Johan Huizinga, who has initiated studies on play and its relations to culture, wrote in its work Homo ludens issued in 1938: Play is older than culture, for culture, however inadequately defined, always presupposes human society, and animals have not waited for man to teach them their playing [4]. The innovative concept of a playing man presented in the book proves that the author preceded his times. He argues that play goes far beyond social and cultural frameworks, and even beyond the striving to keep alive. The definition of play presented by Huizinga is still generally accepted and has been worded as follows: A voluntary activity or occupation executed within certain fixed limits of time and place, according to rules freely accepted but absolutely binding, having its aim in itself and accompanied by a feeling of tension, joy, and the consciousness 177


that it is “different” from “ordinary life”. This shows that play is an autotelic value, which is not assessed from the viewpoint of praxeology, because it is a value as such - a value arising from its mere existence. That is why play should not be perceived from the viewpoint of objectives, which does not necessarily mean that it has no meaning. Designing oriented on the user The Polish language makes a clear distinction between the concepts of “zabawa” (play) and “gra” (game), yet it may not be so easy to define whether a given activity should still be considered as play or whether it is already a game, because the two concepts encroach upon one another, are closely inter-connected and depending on the context may be used alternately. In many cases simple plays may lead to more complex activities with respect to competition, verification of skills in a battle, as well as gaining certain profits. On the other hand, a game involves the participant in an artificial conflict, a solution to which is in the majority of cases a predictable result. Consequently it may be presumed that a game is a system, and playing is an effort at overcoming artificial difficulties, achieving goals in conformity to predetermined rules (with modern digital games allowing the players to set up their own goals, which may differ as compared to those initially assumed by the game author/designer). Although all nations play in a similar way, words of a differing meaning are used to define the process of playing. However, for the majority of contemporary European languages it is characteristic that there is a possibility of describing various forms of plays with the use of a single word. On the other hand, as regards primitive languages, in some cases a word which would integrate various concept simply does not exist. The extensive spectrum of human behaviour makes obtaining an undisputable definition of a game simply impossible. If agreement in this respect is sought, it frequently leads to unavoidable compromises and generalisations that considerably reduce the possibility of its application at a later time. Consequently the adopted definitions fail to reflect all the existing types of games. This situation started to change with an increase in the development rate of the computer technology and the impact it has on the development of all fields of human activity. The modern digital media are shaped not only by their authors, but also by the users. Nowadays designs are oriented on the type of usage, e.g. a product is a response to strictly defined requirements of the users. It is the users that most frequently co-create products they are later to use. Identification with the brand and involvement in its development assures the guarantee of creation of needed and practical products. Professor Constance Steinkuehler Squire says: You create these communities around the game that do an incredible amount of intellectual work, and when they’re done with the work, they will leave the game and go on to another game that’s more challenging. Can you imagine if we had that kind of environment in classrooms? [5] Popularity of games worldwide At the end of 2013 there were over 7.1 billion people in the world, of which 1.2 billion were game players who used various digital media. It should be emphasised that the digital games market and the number of game players keeps growing exponentially. This trend is particularly visible in online games. As many as 700 million people already use them, who constitute 44 % of the population using the Internet (with the average values for emerging markets being higher, and the value for Turkey - 70 %, Argentina - 62 %, Poland - 54 % or Brazil - 53 % respectively) [6]. In the survey executed by Spilgames, when asked in what places they tended to play most frequently, the respondents responded as follows: the sofa - 69 %, transport means - 63 %, bed - 57 %, while waiting for a meeting - 55 %, in front of the TV - 41 %, in the toilet - 34 %. This shows that each place and each time is appropriate for a short round of play. The above data prove the growing importance of digital Ostrava 3. - 4. září 2014

games in our everyday life. Michael D. Gallagher, the president and CEO Entertainment Software Association said: No other sector has experienced the same explosive growth as the computer and video game industry. Our creative publisher and talented workforce continue to accelerate advancement and pioneer new products that push boundaries and unlock entertainment experiences. These innovations in turn drive enhanced player connectivity, fuel demand for products, and encourage the progression of an expanding and diversified consumer base [7]. But nothing happens without a reason. The market of computer and video games brings unimaginable profits, which are further driven by advertisements. In addition people play games online for a few reasons: to get entertainment, to obtain a quick feeling of achieved results, and also to relax from everyday issues and problems. Gamification Contemporary digital media replace the traditional ones, such as the press, radio and television. All kinds of mobile devices tend to prevail, as they allow merging functions which had been reserved earlier on for various specialised devices and systems. What is more, the small size of modern smartphones, tablets or ultrabooks make their carrying about much easier, which allows people to stay online at any time they wish. It should also be emphasised that digital games, and to be more specific the rules that bind in them, start to invade into the world that surrounds us. The passive reception of advertisement is not as effective as involving a potential client in a game related to sold products. Contemporary people have inherited from our ancestors a certain highly absorbing trait, and namely collecting (instinctive actions aimed at survival). That is why nowadays games tend to benefit from this mechanism which has been deeply encoded in human nature, yet what the people collect are no longer foodstuffs, but rather points related to skills, experience, reputation, etc. We give in to collecting very readily and tend to become lost in that activity. As regards less susceptible persons collecting may prove to be sufficiently addictive to lead to the development of pathology. A game is considered to be effective (i.e. addictive for a user), when it has clearly defined goals and assures the possibility of winning a prize. The adoption of mechanisms known from digital games to change human behavior in real life is called gamification. This is a relatively new phenomenon, which was described by New York Times in 2010 as a trend of the year. In practical terms gamification can be applied to almost anything. Thanks to it objects and activities become more interesting, and consequently highly captivating. Gamification introduces the equality sign between the concepts of “recipient = client = user = player”. It is used to build loyalty to a brand, motivates, involves and affects human behaviour. Global concerns that make use of gamification comprise among others Nike (e.g. the Nike+ Challenges programme), Honda (e.g. the Honda Insight Eco Assist programme), but also Ford, Sony, Microsoft, YouTube, Allegro, Facebook, Linkedin, Yahoo, Google and others. In search of a perfect game We may wonder why a human is capable of playing? The answer to that question lies in the brain, which is clearly programmed to solve issues. It is thanks to the brain that we are able to recognise patterns, have imagination, and are able to filter elements of the surroundings (i.e. narrow down the reality to reject everything that does not contribute to solving of the given task), but also to have empathy (ability of recognising emotions of another person). The combination of the above specified traits allows us to model reality, i.e. exist within the limits of its model (e.g. virtual reality forms the world/space of a digital game). The simpler the reality model, the easier rests the brain. We find pleasure in games, as they help us relax, rest and stress out. Pleasure gained from playing is allowed by endorphins, which are a reward of the brain that releases the happiness hormone. Yet pleasure and happiness may 178


mean something different for each person, and that is why Mark LeBlanc - a famous game designer, distinguished eight types of games through Eight Kinds of Fun) [8]: 1) sensation - involving the senses of sight and hearing, 2) fantasy - simulating the gaming works in a way that is more attractive than reality, 3) narrative - involving the player with one of two types of stories in a system planned in advance by the game authors or individually influenced by the user, 4) challenge - consisting in individual or team overcoming of obstacles of a specified level of difficulty, 5) fellowship - emphasising the belonging to a social involvement network, 6) discovery - allowing learning a new and undiscovered space, 7) expression - allowing expressing oneself through the game, i.e. a tool that allows the creation of an avatar according to own preferences, and also to go through individual experience in a round of the game, 8) submission - limiting all contact with reality, where the executed activities become tantamount to a hobby, or even a religion. Would the application of all eight types of fun allow designing a perfect game? Surprisingly, it would not. Users prefer different games and differing variants of the presented plays. The above list still remains incomplete, and each of the described concepts allows considerable freedom in interpretation. Naturally each play is accompanied by additional pleasures arising for example from building, destroying, competition, surprises, commanding or gifts. The pleasure ensured by a game is further intensified by the learning process intensified by penalties and rewards. In some cases the absence of a reward may prove to be much more motivating than punishment, and the inevitable nature of impending punishment may be more motivating than its value. There are diverse procedures for granting rewards, but the most effective one of them is the procedure of variable proportions, where the user is rewarded at different times with a varying intensity. A great difficulty in planning of games is to keep the user in the flow channel, which should assure a feeling of continuous challenge built around a cycle of tension and relaxation, i.e. changes in the intensity of the difficulty level. On the other hand, a linear cycle is monotonous and quickly loses its captivity. The flow theory has been coined by Mihaly Csikszentmihalyi, a professor of psychology [9]. Characteristics of the players In highly developed western societies the border between internauts and persons not using the Internet is starting to cease to exist. A similar phenomenon is also taking place with respect to digital games, where it is increasingly difficult to find any persons in the direct milieu who have never played before or are not playing. According to studies carried out by ESA in 2013, 58 % of the entire population in the United States played video games. On average each household in the USA had at least one dedicated game console, personal computer or a smartphone. Players below 18 years of age came up to 32 % of all respondents, players within the age bracket of 18 - 35 years make up 32 % of all respondents, while players over 36 years of age come up to 36 % of all respondents. In addition, 55 % of the group of players were men, and 45 % were women. Regardless of the gender and age, digital games keep gaining on popularity. Personal computers, video consoles, smartphones and tablets are devices which integrate an increasing number of functions. These are hybrid multimedia solutions that provide all the possible entertainment to the users. Players who are playing more than they did three years ago spend less time on: board games (58 %), watching the TV (49 %), going to the cinema (47 %) and watching films at home (44 %) [10]. According to results of


studies carried out by doctor Jane McGonical, before a statistical young man becomes 21 years of age he will most likely spend 10 000 hours playing, which is the same amount of time as he spends in school [11]. This shows that games are the second education system parallel to the schools. It should also be added that children start playing at the age of two. Game - a simulator in training of rescue services And what is the present role of games in training systems dedicated to services responsible for safety, and also for rescuing? Already in ancient times soldiers spent their free time by playing for fun, but also for hazard. Since time immemorial games have accompanied various types of the armed forces, and the same still applies today. The United States Army and Western European armies are making growing outlays on electronic training systems for soldiers, including also computer virtual simulators. Naturally the concept of a “game” is still being unjustly simplified to “child play”. For this reason training of soldiers takes place on simulators, and not with the use of games. Image what the reaction would be to information about soldiers playing during their working hours. Naturally we could point to elements that distinguish the simulator from a digital game, yet there are far more traits common to them than differing them. The creation and development of own simulators is a very expensive solution, which anyway in the end would fail to keep up with progress of the computer technology. It is the digital games that nowadays set out new standards and norms. Developing own isolated technology is not economical, and that is why the possibility of building modern simulators on advanced ready to use commercial game engines. What is more, simulators in which use was made of individual solutions, e.g. with respect to control, are in many cases impractical in use due to a different set up and functions of the keys, which considerably extends and hinders their mastering. This also disturbs rules remembered by trained persons that arise from everyday use of various electronic devices, including game consoles etc. Building a simulator is a complex process, in which the planning of human interaction with the computer has to take into consideration requirements and limitations of the end user. According to some opinions a simulator should reflect the reality in a true way - but that is not always the case. It should be borne in mind that elimination of mechanisms known from commercial games makes the use of such simulators boring and monotonous, and the exercises are executed in a fully automated way. Rescue services are presently in the process of discovering the potential offered by computer simulators. Unfortunately the solutions which are currently being incorporated into training systems of various types of fire service worldwide are way behind similar systems applied by the armed forces. In accordance with the trends prevailing currently on the market, particular emphasis is placed on the development of immersing and strategic simulators. Summary Computers, Internet and digital games have revolutionized the way in which humans seek, process, transmit and compile information. Unlimited access to various information forces the human brain to work in a multi-task mode, because focusing on a single task means wastage of resources. Nowadays of considerable importance is the skill of quick communication, effective work on various issues at the same time as well as of cooperating with other persons. The approach to command is changing, as it is treated as a transient function assigned to a person offering the best skills who is likely to lead the team to winning. What is more, games also change our approach to systems and methods of teaching and work. The activity of many modern organisations consists nowadays in the formation of temporary task groups and their leaders. Forms of behaviour connected with digital games are and will continue to be transferred into the real world, both to places 179


connected with education, as well as those related to work. Given the technological progress and digitalisation of the contemporary world, the experience gained in interactive immersive games based on virtual reality will gradually become equivalent to those skills that are gained by us in the real world. How will the next break through on the IT market or the gamedev (game development) sector affect the work organisation of various services, institutions, enterprises and even countries? When will be have an Internet for things, and microelectronics will become present in almost each thing that surrounds us? Will science and living become a game? We do not know the answer yet, but it is enough if we wait until tomorrow... Acknowledgements

[3]

Kochel, K.: Królewska gra z Ur [Royal game from Ur], portal Ecola - traditional games from all around the worls [in:] www. ecola.com.pl (13 July 2014).

[4]

Huizinga, J.: Homo ludens - zabawa jako źródło kultury [Homo ludens - play as an element of culture], Aletheia Publishing House, Warsaw 2007, p. 7.

[5]

ESA - Entertainment Software Association, 2013 sales, demographic and usage data, Essential facts about computer and video game industry, USA 2014, p. 11.

[6]

Diele, O.: State of online gaming report 2013, Spilgames, The Netherlands 2014, pp. 4-5.

[7]

ESA, 2013 sales (...), op. cit., p. 1.

[8]

Schreiber, I.: Level 8: Kinds of Fun, Kinds of Prayers, Game Design Concepts - an experiment in game design and teaching, [in:] www.gamedesignconcepts.wordpress.com (21 July 2014).

[9]

Csikszentmihalyi, M.: Przepływ - psychologia optymalnego doświadczenia [Flow - psychology of optimum experience], Biblioteka Moderatora, Taszów 2005, pp. 136-145.

The paper was carried out under project by Ministry of Science and Higher Education for Division of Fire Safety Engineering The Main School of Fire Service. References [1]

[2]

Jasiński, J.: Rozrywka w starożytnym Rzymie [Entertainment in ancient Rome], portal Imperium Romanum - history of ancient Rome, [in:] www.imperiumromanum.edu.pl (13 July 2014). Mankala Games, portal Mankala the oldest game of the world, [in:] www.mankala.pl (13 July 2014).


[10] ESA, 2013 sales (...), op. cit., pp. 2-5. [11] McGonical, J.: How games can change the world, American Museum of Natural History, [in:] www.amnh.org (15 July 2014).

180


Protivýbuchová prevence a průmyslové pojištění - povinnosti, zkušenosti a poznatky z praxe Explosion Prevention and Industrial Insurance - Duties, Experience and Knowledge of the Practice Ing. Martin Kulich1 Ing. Oldřich Volejníček2 Ing. Jakub Šebek2 VVUÚ, a.s. Pikartská 1337/7, 716 07 Ostrava-Radvanice 2 Česká pojišťovna, a.s. Rašínova 637/7, 601 66 Brno [email protected], [email protected] 1

Abstrakt Nosným tématem příspěvku je analýza povinností provozovatelů technologií, ve vztahu k řešení protivýbuchové prevence. Následuje popis systému hodnocení implementace protivýbuchové ochrany ve vztahu k řešení průmyslového pojištění. Závěr příspěvků tvoří praktické zkušenosti a rozbor vybraných příkladů z provozní praxe. Klíčová slova Výbuch, prevence, průmyslové pojištění.

S NV 406 úzce souvisí také vydání NV č. 23/2003 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na zařízení a ochranné systémy určené pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu (implementace směrnice 94/9/EC - známé také jako ATEX 100) [3, 7]. 2 NV 406 - Základní informace/povinnosti pro zaměstnavatele § 2 Prevence rizik výbuchu Zaměstnavatel má povinnost přijímat technická nebo organizační opatření přiměřená povaze provozu v souladu s následujícími zásadami: a) předcházení vzniku výbušné atmosféry, b) zabránění iniciace výbušné atmosféry, c) snížení škodlivých účinků výbuchu tak, aby bylo zajištěno zdraví a bezpečnost zaměstnanců. Tato technická nebo organizační opatření má zaměstnavatel povinnost pravidelně přehodnocovat v jím určených intervalech a bezodkladně při každé změně významné z hlediska zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci.

Abstract

§ 3 Hodnocení rizik výbuchu

The main topic of this paper is to analyze the obligations of operators technologies in relation to the explosion prevention solutions. The following is a description of the evaluation the implementation of explosion protection in relation to industrial insurance solutions. Finally of this paper consists practical experience and analysis of selected examples from operational practice.

Zaměstnavatel má povinnost provést hodnocení - analýzu rizik výbuchu. Rizika výbuchu posuzuje zejména se zřetelem na:

Keywords Explosion, prevention, industrial insurance. 1 Úvod Obecný základ řešení prevence rizik je definován zákonem č. 262/2006 Sb. - Zákoníkem práce. Dle § 102 je zaměstnavatel povinen vytvářet podmínky pro bezpečné, nezávadné a zdraví neohrožující pracovní prostředí vhodnou organizací bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a přijímáním opatření k prevenci rizik [4]. Požadavky na zajištění bezpečnosti na pracovištích s rizikem výbuchu jsou detailněji řešeny v nařízení vlády č. 406/2004 Sb., o bližších požadavcích na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v prostředí s nebezpečím výbuchu (dále jen NV406) [6]. NV 406 bylo vydáno 2. 6. 2004, tj. po vstupu ČR do Evropské unie jako implementace směrnice 1999/92/EC o minimálních požadavcích na zlepšení bezpečnosti a ochrany zdraví zaměstnanců vystavených riziku výbušných prostředí (známe také jako ATEX 137) [2, 5]. Účinnost NV 406 byla stanovena od 1. 9. 2004. Aby provozovatelé zapracovali požadavky tohoto nařízení vlády, bylo rovněž stanoveno, že zaměstnavatel musí zabezpečit, aby pracoviště s prostředím nebezpečí výbuchu uvedená do provozu přede dnem nabytí účinnosti nařízení, splňovala požadavky stanovené nařízením bezodkladně po provedení časově nejbližší změny tohoto pracoviště; v ostatních případech nejpozději do 30. 6. 2006.


a) pravděpodobnost výskytu výbušné atmosféry a její trvání, b) pravděpodobnost výskytu zdrojů iniciace a na pravděpodobnost, zda jsou aktivní a účinné, c) používaná zařízení včetně instalace, látky, technologické procesy, pracovní postupy a jejich možné vzájemné působení, d) rozsah předpokládaných účinků výbuchu. Vlastní hodnocení rizik výbuchu musí být hlavně systematické, strukturované, mít objektivní a logický základ. Tato analýza se provádí pro existující zdroje možných nebezpečných výbušných směsí a účinné zdroje iniciace, které mohou vzniknout současně. § 4, 5 Obecné povinnosti Zaměstnavatel má po provedení technických nebo organizačních opatření (§ 2) a posouzení rizika výbuchu (§ 3) povinnost provést: Klasifikaci prostorů s prostředím nebezpečí výbuchu na prostory s nebezpečím výbuchu a prostory bez nebezpečí výbuchu (dle přílohy č. 1 NV). Zabezpečí v prostorech takto klasifikovaných plnění dalších požadavků podle přílohy č. 2. • Zavedení organizačních opatření (školení zaměstnanců, písemné pokyny a příkazy k provedení prací - /Příkaz „V“/). • Uplatní požadavky na výběr zařízení a ochranných systémů dle NV 23/2003 Sb. Označí místa vstupu do prostorů s nebezpečím výbuchu bezpečnostními značkami výstrahy trojúhelníkovitého tvaru s černými písmeny EX označujícími nebezpečí - výbušné prostředí. Zabezpečí vypracování písemné dokumentace o ochraně před výbuchem (§ 6) a zajistí její vedení tak, aby odpovídala skutečnosti.

181


§ 6 Dokumentace o ochraně před výbuchem (dále jen DOPV) DOPV musí být písemná a musí být zpracována na základě provedené analýzy (hodnocení) rizik výbuchu. DOPV musí být zaměstnavatelem zpracována před zahájením výkonu práce. Při změně pracoviště, zařízení nebo organizace práce, které jsou významné z hlediska BOZP musí být aktualizována.

Jsou v prostoru pĜítomny hoĜlavé látky?

OK

1. provedení identifikace nebezpečí a posouzení rizika výbuchu (provedení analýzy rizik) se prokazuje např. analýzou jednotlivých technologií a prostorů, bezpečnostních listů všech látek, které se ve společnosti mohou vyskytovat, provozních podmínek (teploty, tlaky, atd.) vše s ohledem na možné: • Předcházení vzniku výbušné atmosféry. • Zabránění iniciace výbušné atmosféry. • Snížení škodlivých účinků výbuchu tak, aby bylo zajištěno zdraví a bezpečnost zaměstnanců. Poznámka: Stejně jako v celé oblasti bezpečnosti práce musí být riziko výbuchu posuzováno komplexně s ohledem na provozní podmínky, jako například: zvýšená teplota, tlak při zpracování a využití, možnost mísení hořlavých kapalin nebo plynů s hořlavými prachy, atd. 2. klasifikace prostorů s nebezpečím výbuchu do příslušných zón, 3. určení prostorů a zařízení, u kterých budou uplatňovány požadavky přílohy č. 2 NV 406, 4. přijetí preventivních ochranných opatření technických a organizačních, vedoucích k zajištění požadované úrovně bezpečnosti (instalace prvků explozní ochrany, školení, přidělení adekvátních OOPP, úklid, atd.).

Nejsou nutná žádná další opatĜení ve vztahu k zajištČní Ex.O.

MĤžou se v prostoru hoĜlavé látky vyskytovat rozptýlené ve vzduchu v koncentraþních mezích výbušnosti?

NO


ANO


ANO


Ve kterých prostorách mĤžeme identifikovat rizika?

3 DOPV - základní požadavky Dle § 6 písm. 1 NV 406 musí být v DOPV prokazatelně uvedeno:

NO

OK

Je možné vylouþení/omezení vzniku výbušné atmosféry pod nebezpeþnou úroveĖ1)? NO Klasifikace prostorĤ do zón z pohledu nebezpeþí výbuchu.

MĤžeme vylouþit jakékoli možné zdroje iniciace – viz analýza rizik iniciaþních zdrojĤ. NO Nutná aplikace technických a organizaþních opatĜení pro omezení škodlivých úþinkĤ výbuchu na úroveĖ, která zajistí ochranu zdraví a bezpeþnost zamČstnancĤ.

Schéma 1 Návrh možného postupu při identifikaci a hodnocení rizik výbuchu [1]. 1) Za bezpečnou úroveň je považován stav, kdy v žádném z definovaných provozních stavů nepřekročí koncentrace látky 50 % koncentrace spodní meze výbušnosti dané látky 5 Aktuální stav implementace NV č. 406 v ČR Z praktických poznatků lze v současné době konstatovat, že většina zaměstnavatelů v ČR, v jejichž provozech se nacházejí hořlavé prachy, plyny a páry hořlavých kapalin (jejichž provozy spadají do dikce NV) si je vědoma základních povinností daných NV, a to alespoň v podobě požadavku na zpracování DOPV. Zaměstnavatele lze z pohledu naplňování požadavků NV na zpracování DOPV rozdělit do níže uvedených pomyslných kategorií: Kategorie 1 Subjekty, které důsledně dbají požadavků NV, DOPV mají zpracováno, pravidelně je aktualizují a naplňují z něj plynoucí závěry. Kategorie 2 Subjekty, které NV znají, DOPV v minulosti zpracovaly, v současné době však již neaktuální, bez záměru aktualizace dříve, než to bude nezbytné (kontrola OIP, požadavek pojišťovny, HZS ...). Kategorie 3

Obr. 1 Příklad grafického znázornění prostorů s nebezpečím výbuchu [autor]

Subjekty, které ví, že NV existuje, DOPV zpracováno nemají a neplánují to do doby, než to bude “nezbytné“ (add 2, kontrola OIP, požadavek pojišťovny, HZS...).

4 Správná praxe při aplikaci NV

Úroveň zpracování DOPV

Implementace NV do systému řízení BOZP (řešení protivýbuchové prevence provozu) bude mít požadovaný efekt pouze v případě, bude-li řešena komplexně. Toho lze dosáhnout pouze, pokud bude řešení realizováno prostřednictvím osob znalých a zorientovaných v protivýbuchové bezpečnosti průmyslových provozů, kteří zároveň disponují detailní znalostí hodnocené technologie a prostředí, ve kterém technologie funguje (nutná spolupráce s pracovníky provozovatele, konstruktéry, projektanty, atd.). Možný postup správné praxe při zavádění požadavků NV v podobě DOPV je znázorněn ve schématu 1.

Úroveň zpracování DOPV je zásadní a zpravidla odráží stav implementace NV. NV udává povinnost vypracovat DOPV zaměstnavateli a neklade žádné kvalifikační ani jiné požadavky na jejich zpracovatele. I proto je způsob a forma zpracování některých DOPV naprosto neodpovídající požadavkům, které na ně jsou kladeny NV, přičemž mnohdy postrádají zásadní části jako: • Absence analýzy rizik, • Absence vyhodnocení iniciačního zdrojů, • Nesprávná či nedostatečná klasifikace prostor, • Absence vyhodnocení požárně technických a výbuchových charakteristik, • Neadresná specifikace opatření, • DOPV nereflektující aktuální stav technologie, • Vzájemný nesoulad bezpečnostní dokumentace, atd.


182


V těchto případech je zpravidla celkový stav a úroveň implementace NV odpovídající stavu DOPV: • Žádné, nedostatečné či nesprávné řešení prvků protivýbuchové ochrany, • Nevhodné zařízení (nedostatečné krytí, chybějící certifikace), • Nevhodné OOP, • Nedostatečné proškolení zaměstnanců. 6 Průmyslové pojištění Pojištění je jedním z možných nástrojů řízení rizik (rizik v obecném smyslu slova, ať se jedná o rizika požáru, výbuchu, živelních škod apod.). Komerční pojištění je soukromoprávním vztahem mezi zájemcem o pojištění (klientem) a poskytovatelem pojistné ochrany (pojišťovnou). V průmyslovém pojištění je klient často zastoupen pojišťovacím makléřem nebo jiným zprostředkovatelem, jehož služby mohou zahrnovat obecné poradenství v pojišťovnictví, rizikové inženýrství, pochopitelně hlavně tvorbu, umístění a správu pojistných programů, likvidaci pojistných události a další. Pojistná ochrana je klientovi poskytována na základě podmínek dohodnutých s pojišťovnou v pojistné smlouvě. V průmyslovém pojištění tzv. velkých rizik jsou pojistné smlouvy individuálně připravované na míru pro každého klienta, na základě hodnocení rizika (rizikového profilu) daného klienta pojišťovnou. Toto hodnocení rizika probíhá formou rizikové prohlídky vytipovaných provozů klienta a následné analýzy získaných informací samotnou pojišťovnou, makléřem či nezávislým rizikovým inženýrem. Výsledkem hodnocení rizika může být: • Akceptace rizika a sjednání pojistné smlouvy, popř. s určitými podmínkami (týkajícími se doporučení pro zlepšení rizikového profilu, limitů plnění, spoluúčastí, výluk, výše pojistného apod.), • Participace pojišťovny pouze na části rizika formou soupojištění nebo zajištění, nebo, • Neposkytnutí pojistné ochrany. Zde je potřeba upozornit, že každá pojišťovna má nastaveny vlastní podmínky pro akceptaci a úpis rizika, a proto výsledkem výběrového řízení na pojištění mohou být všechny výše uvedené možnosti, přičemž podmínky pojištění i výše požadovaného pojistného se u pojišťoven, které riziko plně nebo částečně akceptují, mohou lišit, a to i dost výrazně. Důvodem odlišného přístupu pojišťoven bývají například rozdílné kapacity (výše) možného pojistného krytí, rozdílné zajistné programy apod. Pro hodnocení rizika pojišťovna potřebuje řadu často velmi detailních a technických informací z různých oblastí, především: • Dispozice lokality, stavební konstrukce objektů, dělení do požárních úseků, prostorové rozložení hodnot majetku (výrobní stroje, zásoby atd.) - z hlediska výše možných škod při jedné události (požáru, výbuchu …), • Provoz (výroba, skladování, zásobování energiemi, výpočetní technika …), • Ochrana majetku (proti požáru, výbuchu, živelním nebezpečím, odcizení …), • Expozice vůči živelním nebezpečím (povodeň, vichřice, blesk, zemětřesení …), rizika z okolí, rizika krádeže, vandalismu apod., • Interní směrnice a procedury, preventivní programy, • Přerušení provozu (klíčová zařízení, úzká místa, dodavatelé a odběratelé …). Tyto informace získává rizikový inženýr, který rizikovou prohlídku provádí, jednak na základě předložených dokumentů (revizní zprávy, DOPV, technické zprávy a výkresy, interní směrnice a dokumentace klienta atd.), a dále fyzickou prohlídkou areálu a vnitřních prostor objektů. Rozsah a časová náročnost Ostrava 3. - 4. září 2014

se samozřejmě liší podle typu a velikosti provozu, ale z výše uvedeného je zřejmé, že kvalitní riziková prohlídka u středně velkého průmyslového či skladového areálu trvá v řádu několika hodin, u velkých a rozsáhlých areálů pak i několik dnů. Základním výstupem z rizikové prohlídky je pak interní hodnocení rizika, odhad scénáře a finančního vyčíslení případné nežádoucí události (k tomu používají pojišťovny různé metodiky) a doporučení pro klienta. Často ovšem dochází k nepochopení, proč a v jakém rozsahu pojišťovny svá doporučení poskytují. Je potřeba uvědomit si, že národní legislativa a normy stanovují pouze minimální požadavky, které musejí být splněny, aby klient získal např. kolaudační rozhodnutí a mohl spustit výrobu. Tyto minimální požadavky se v čase vyvíjejí a postupně se zpřísňují. V oblastech jako je např. požární ochrana se nové požadavky neaplikují zpětně pro již zkolaudované a provozované objekty, ale až při významné rekonstrukci nebo v případě nové výstavby (povinnost instalace požárně-bezpečnostních zařízení, vyšší požární odolnost stavebních konstrukcí, zajištění únikových cest apod.). Naproti tomu v oblastech, které se týkají bezpečnosti a ochrany zdraví při práci (BOZP), kam spadá i ochrana před výbuchem, je nutné nové povinnosti aplikovat v určitém časovém rámci i pro existující provozy. 7 Praktické zkušenosti Velmi důležitou součástí rizikové prohlídky je nejen samotný sběr informací, ale také ověření souladu těchto informací získaných z různých dokumentů se skutečným stavem. Velmi často dochází k tomu, že informace získané z různých zdrojů si vzájemně neodpovídají či dokonce odporují, popř. informace z dokumentace se rozchází se skutečným stavem (někdy i velmi podstatně). Někdy se jedná o prosté opomenutí někdy o nedbalost někdy o systémovou chybu a někdy jde doslova o podvod. V oblasti požární ochrany jsou obvykle minimální požadavky plněny, a to proto, že příslušná legislativa má dlouhou tradici (současný zákon o požární ochraně č. 133/1985 Sb., aktuální navazující vyhláška o požární prevenci č. 246/2001 Sb.). Realitu z praxe můžeme popsat následovně: • Dokumentace požární ochrany je precizně zpracována, vzorně vedena, ale praktická implementace pokulhává. Příklad z praxe: pro svařovací práce v rizikovém provoze bylo řádně vystaveno písemné povolení, ale nebyla provedena preventivní a ochranná opatření (úklid, PHP, hydrant) - zjevně nikdo nezkontroloval místo před zahájením prací; přitom podle směrnice i vzoru příkazu toto bylo vyžadováno. • Klienti považují splnění případných opatření z kontroly SPD za dostatečné a nemají ambice svá rizika aktivně řídit nad rámec minimálních povinností. V oblasti ochrany před výbuchem se mnohem častěji při rizikových prohlídkách setkáváme s tím, že DOPV buď vůbec není zpracována (téměř 10 let po nabytí účinnosti právního předpisu klient v podstatě neměl žádné povědomí o této povinnosti! konkrétní zkušenost z června 2014), popř. že není zpracována kvalitně, není aktualizována nebo nejsou plněna opatření v ní uvedená. Je to možná dáno i tím, že kontrolní činnost státních orgánů (Inspektoráty práce) není v této oblasti tak důkladná jako v případě požární prevence. 8 Závěr Z provozní praxe vyplývá, že většina zaměstnavatelů, v jejichž provozech se nacházejí hořlavé látky, si je vědoma existence NV a požadavků z něj plynoucích, které jsou ovšem často plněny pouze částečně, či ve zcela nedostatečné podobě. Základním předpokladem správné implementace požadavků NV do provozu je kvalitně zpracované DOPV (tedy analýzy současného stavu, společně s návrhy na realizaci potřebných opatření). Často 183


špatná, či nedostatečně zpracovaná DOPV je zpravidla důsledkem nedostatečné kvalifikace jejího zpracovatele (chybějící požadavky na odbornost zpracovatele).

riziku výbušných prostředí (nazývaná též ATEX 137). In Úřední věstník Evropské unie, 1989. [3]

Směrnice Evropského parlamentu a rady 94/9/ES ze dne 23. března 1994 o sbližování právních předpisů členských států týkajících se zařízení a ochranných systémů určených k použití v prostředí s nebezpečím výbuchu (označovaná též jako ATEX 100). In Úřední věstník Evropské unie, 1994.

[4]

Zákon č. 262/2006 Sb., zákoník práce. In Sbírka zákonů, 2006, částka 84/2006.

[5]

Směrnice Evropského parlamentu a rady 89/391/EHS ze dne 12. června 1989 o zavádění opatření pro zlepšení bezpečnosti a ochrany zdraví zaměstnanců při práci. In Úřední věstník Evropské unie, 1989.

[6]

Nařízení vlády č. 406/2004 Sb., o bližších požadavcích na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v prostředí s nebezpečím výbuchu. In Sbírka zákonů, 2004, částka 131.

[7]

Nařízení vlády č. 23/2003 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na zařízení a ochranné systémy určené pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. In Sbírka zákonů, 2003, částka 9.

V rámci bilance současného stavu implementace NV lze říci, že stav a úroveň implementace má vzestupnou tendenci. Tento fakt je mj. způsoben synergií níže uvedených faktorů: • Vzrůstající osvěta v této oblasti, • Kvalitní činnost na úseku kontrolního orgánu. V praxi se již mnohokrát potvrdilo, že kvalitní a systematická prevence a investice s ní spojené uchránily mnohonásobně větší hodnoty, o lidských životech a zdraví nemluvě. Použitá literatura [1]

Kulich, M. et al.: Koncepce řešení protivýbuchové prevence v podmínkách průmyslových provozů. 1. vyd. V Ostravě: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2012, 155 s. ISBN 978-80-7385-120-0.

[2]

Směrnice Evropského parlamentu a rady 1999/92/ES ze dne 16. prosince 1999 o minimálních požadavcích na zlepšení bezpečnosti a ochrany zdraví zaměstnanců vystavených


184


Omítky a nástřiky z požárního hlediska Plasters and Sprays from Fire Point of View doc. Ing. Václav Kupilík, CSc.

1.1 Příčiny závad vnějších omítek

České vysoké učení technické v Praze, Stavební fakulta Thákurova 7, 166 29 Praha 6 [email protected]

•

v návrhu omítky vzhledem k podkladu, charakteru konstrukce a prostředí,

•

ve způsobu a čase zhotovení omítky,

Abstrakt

•

v charakteru a stavu podkladu, na který se omítka nanáší,

Protipožární nástřiky a omítky patří k nejstarším ochranným systémům stavebních konstrukcí. Díky jejich nehořlavosti se uplatňují též jako protipožární ochrana zejména ocelových a dřevěných konstrukcí. Ve srovnání s nátěrovými a deskovými ochrannými prostředky vyžadují mokrý proces, a proto jsou velmi citlivé na objemové změny. Kromě toho jejich účinnost je závislá na jejich struktuře, podkladu, prostředí a technologii provádění. Vzhledem k jejich častým závadám (např. praskliny či trhliny, odpadnutí od podkladu, nestejná tloušťka a tvorba krápníků atd.) je nutno tyto negativní vlivy analyzovat. A právě těmito problémy se bude tento příspěvek zabývat.

•

v kvalitě použitých materiálů včetně různých přísad,

•

v prostředí, ve kterém se omítka nachází.

Klíčová slova Závada, trhlina, omítka, nástřik, podklad, objemové změny, soudržnost a přilnavost. Abstract Fire sprays and plasters belong to the oldest protective systems of building structures. Thanks of their noncombustibility they also use as fire protection especially of steel and wooden structures. In comparison with coating and tile protective middles they require wet process and therefore they are very sensible to volume changes. Besides of that their efficiency is dependent on their structure, background, environment and technology of realization. With regard to their often failures (e.g. fissures and cracks, failing off from background, unequal thickness and creation of dripstones etc.) it is necessary to analyse these negative influences. Just this paper will deal with these problems. Keywords Failure, crack, plaster, fire spray, background, volume changes, cohesion and adhesion. 1 Závady protipožárních omítek Při posuzování závad omítek je nutno sledovat, které požadavky na povrchové vrstvy byly závadou narušeny. Jedná se o tyto základní vlastnosti: •

odolnost proti působení vody,

•

přídržnost - včetně technického stavu po cyklech mrazu a teplotních změn,

•

odolnost proti působení mrazu,

•

odolnost proti působení náhlých teplotních změn.

Příčiny nedostatků spočívají:

Správný návrh protipožárních omítek hlavně ovlivňují zejména: 1) vliv povětrnosti, 2) kvalita použitých materiálů, 3) deformace staveb a trhliny. 1.1.1 Vliv povětrnosti Způsob zhotovení omítky patří k nejchoulostivějšímu procesu, ve kterém se rozhoduje o kvalitě povrchové úpravy. Velmi důležitou roli hrají vnější podmínky a charakter podkladu. Nejvýhodnějším ročním obdobím pro zhotovování omítek je jaro a podzim, když je slunce nízko a teploty nedosahují extrémů. Při ostrém letním slunci podklad i omítka příliš rychle vysychá, v důsledku čehož má malou pevnost. Omítat se nemá ani při silném dešti, protože podklad je vlhký a omítka dobře nedrží. Změnou vlhkosti se vlhký podklad při vysychání smršťuje a omítka se nemůže přizpůsobit těmto objemovým změnám, takže může dojít ke vzniku trhlin. Příkladem objemových změn podkladu může být odpařování hořlavých plynů z dřevotřískové desky při požáru (obr. 1). Mnoho nedostatků způsobuje nerovná podkladní vrstva, kdy se při vyrovnávání povrchu mění tloušťka omítky dochází k trhlinám a k opadávání omítky. 1.1.2 Kvalita použitých materiálů Důležitým předpokladem trvanlivosti omítky je kvalita materiálů a správný poměr jejich smíchání. Základ tvoří kvalitní písek - omítka s velkými zrny písku má malou pevnost a naopak omítka s velkým počtem jemných zrn má velký specifický povrch, potřebuje více pojiva a vytváří síťové trhlinky na povrchu. Dříve často docházelo ke "střílení" vápna. Tento jev vznikal tehdy, když se použilo vápno, ve kterém zůstala nevyhašená zrníčka (dnes se používají upravené hydráty). Při hašení taková zrna zvětšují svůj objem a poškozují omítku vznikem malých jamek.

Závady vnějších omítek se málokdy projeví hned po zhotovení častěji až po určitém čase. Jejich odolnost závisí nejen na charakteru a intenzitě účinků, ale i na charakteru podkladu, povětrnostních podmínek, způsobu zhotovení a kvalitě použitých materiálů. Nejčastější nedostatky které se na omítkách projevují, jsou: •

vydutí a opadávání omítky od podkladu,

•

drobení a odprašování omítky a její malá pevnost,

•

trhliny, které postupně způsobují odpadávání omítky,

•

nestálost barvy, vznik výkvětů a plísní.


Obr. 1 Povrch po odpaření hořlavých plynů z dřevotřískové desky při požáru

185


i požární odolnosti ocelových sloupů tvaru I, chráněných omítkou z perlitocementové malty (ρ = 900 kg.m-3) uvedené v tab. 3. Použitím omítkovin k ochraně dřevní hmoty se docílí oddálení času jejího vznícení. Dokazují to následující experimentální výsledky na dřevěných konstrukcích:

Štukové povrchy s vyšším obsahem pojiva, často hydraulického vápna, bývají v lepším stavu než hladké omítky. Mnohem více bývají narušeny omítky s obsahem sádry či písku znečištěného hlinitými příměsemi (např. větší množství živců v zahliněných píscích vyvolává někdy rozpad hmoty). Někdy se do omítek přidávají přísady, které např.urychlují tuhnutí, zajišťují vodotěsnost apod. Zde platí zásada přesného dávkování, neboť při nadbytku se obvykle zhoršují jiné vlastnosti malty, zejména pevnost.

V tomto případě je každé úsilí o zachování neporušenosti povrchu zbytečné, protože žádná anorganická malta nesnese tak velké deformace podkladu bez porušení. Proto je lépe vytvářet umělé přerušení povrchových úprav v těch místech, kde nastane pohyb konstrukce.

Požární odolnost ocelových sloupů [min]

15

I

0

II

0

III

0

O/A = 100 [m ]

O/A = 150 [m-1]

60

90

120

180

15

30

45

60

90

120

180

15

30

45

60

90

120

180

O/A = 300 [m-1]

45

-1

30

Omítka se může porušit dodatečně v důsledku deformace podkladu. Takovéto změny mohou nastat např. sednutím konstrukce nebo změnami, které vznikají vlivem teploty nebo vlhkosti. Tyto typy poruch se vyskytovaly např. u hrázděných stěn starých domů, kde omítka zakrývala dřevěnou kostru. Proto se zejména v severských a západních státech a u nás v horských oblastech vyskytují hrázděné stěny s dřevěnou konstrukcí obnaženou.

Druh omítky

1.1.3 Vliv deformace staveb a trhlin

Tab. 1 Srovnání požární odolnosti ocelových sloupů s použitím sádrových a vápenocementových omítek [1]

10

10

12

20

28

43

0

10

13

16

25

33

48

10

14

17

23

33

42

58

10

11

18

30

41

61

0

10

15

22

34

46

66

10

12

20

27

40

50

70

10

13

22

37

50

75

0

10

17

26

41

54

79

10

14

23

31

46

59

85

Označení omítek: I - sádroperlitová nebo sádrovermikulitová, II - sádrová nebo vápenosádrová, III vápenocementová

Tab. 2 Požární odolnost v minutách pro ocelové sloupy a nosníky v závislosti na druhu malt [1] Požární odolnost [min]

Druh ocelové konstrukce

Malty skupiny I

Malty skupiny II

Malty skupiny III

tl.20 mm

tl.30 mm

tl.15 mm

tl.25 mm

tl.15 mm

tl.25 mm

tl.35 mm

100
sloup

75

110

40

75

30

60

90

nosník

80

120

45

80

30

65

100

150
sloup

55

85

30

60

20

40

65

nosník

60

90

30

65

20

45

75

1.2 Příčiny závad vnitřních omítek

Kromě vlivu povětrnosti se závady, vyskytující se u vnějších omítek, mohou se objevovat i u vnitřních omítek. Navíc však mohou vznikat závady zejména u rákosových omítek dřevěných trámových stropů. U dřevěných trámových stropů s kontaktním rákosovým podhledem dochází velmi často k průhybu dřevěných stropnic a v důsledku toho může popraskat i rákosová omítka, zejména má-li rákosové pletivo řídce rozmístěny rákosová stébla. Z tohoto důvodu se prováděly trámové stropy s rákosníky, u nichž podhledové hranoly nejsou nijak svázány se stropními trámy a nemohou tak přímo přenášet deformace nosné stropní konstrukce. Navíc neestetické, nikoli nebezpečné trhliny se vyskytují u fabionů na přechodu dřevěných stropů ke stěnám s nadměrným množstvím malty bez vyztužení. Pokud se dřevěné sloupky v krovu nenechávají z architektonických důvodů viditelné s texturou dřeva (ochrana protipožárními nátěry), mohou být chráněny proti ohni buď sádrokartonovým obkladem nebo omítkou nanášenou na podkladní nosič (rákosové, rabicové či Staussovo pletivo atd.). Takový případ se velmi často aplikuje v případech, že dřevěný sloupek je nadměrně popraskán a působil by neesteticky. 1.3 Požární odolnost ocelových a dřevěných konstrukcí Požární odolnost ocelových konstrukcí je pro různé druhy malt uvedena v tab. 1 a 2. S vývojem protipožárních omítek byly zkoušeny ocelové sloupy týchž profilů chráněné perlitocementovou omítkou tlustou 30 mm buď bez vzduchových dutin nebo se vzduchovými dutinami průběžnými nebo přerušovanými. Pokud vzduchové dutiny byly odděleny vodorovnými ocelovými přepážkami, byly porovnávány požární odolnosti těchto ocelových sloupů s výškou přerušených dutin ve vzdálenosti 1,5 m, 1,0 m a 0,75 m. Výsledky zkoušek ukázaly, že hustší členění na menší vzduchové komory přispívá k zrovnoměrnění teplot po výšce sloupu a tím i k vyšším hodnotám požární odolnosti. Svědčí o tom

Tab. 3 Požární odolnost ocelových I sloupů s rozdílnými vzduchovými dutinami, chráněných stejným typem omítky [1] Vlhkost omítky [%]

Tloušťka omítky [mm]

O/A [m-1]

Požární odolnost [min]

přímo na povrchu profilu - bez vzduchových dutin

11

30

170

101

se vzduchovými dutinami průběžnými bez odvětrání

11

29

131

93

se vzduchovými dutinami uzavřenými po 1500 mm

8

32

131

105


8

32

131

106


8

32

131

110

s průběžnými vzduchovými dutinami s odvětráním u hlavice sloupu

8

32

131

108

Způsob upevnění pletiva na ocelovém sloupu

A) Dřevěné sloupy opatřené omítkou na pletivu mají zvýšenou požární odolnost: a) z malt II. skupiny: • tloušťky 15 mm zvyšují požární odolnost o 35 minut, • tloušťky 25 mm zvyšují požární odolnost o 60 minut, b) z malt III. skupiny: • tloušťky 15 mm zvyšují požární odolnost o 20 minut, • tloušťky 25 mm zvyšují požární odolnost o 40 minut. B) Dřevěná stropní konstrukce s podhledem: 1. z dřevěných podbíjených prken min. tloušťky 13 mm s rákosovou rohoží a omítkou: a) z malt II. skupiny:


186


•

tloušťky 10 mm zvyšují požární odolnost o 15 minut,

•


b) z malt III. skupiny: •


•

tloušťky 20 mm zvyšují požární odolnost o 20 minut;

2. z dřevěných podbíjených prken min. tloušťky 13 mm s pletivem a omítkou: a) z malt II. skupiny: •


•


b) z malt III. skupiny: •


•

tloušťky 20 mm zvyšují požární odolnost o 40 minut.

2 Protipožární nástřiky Technologie nástřiků je obdobná jako u omítání, pouze nanášení ochranné vrstvy se provádí strojně pod tlakem. Zpočátku byly nástřiky dováženy ze zahraničí, např. Termax a Pyrok na bázi vermikulitu, Limpet s obsahem až 75 % azbestových vláken, později byly používány i nástřiky domácí výroby, např. Termizol, Unipron na bázi expandovaného perlitu, Metizol P s minerálními vlákny, Sibaterm atd. S ohledem na zákaz karcinogenních azbestových vláken a chybějící devizové finanční prostředky se dostaly nástřiky do pozadí. Některé z nich však byly propracovány a dále aplikovány, např. Pyrotherm se sádrovým pojivem. Mezi pokrokové typy nástřiků patří Porfix na vápenocementové bázi, ze kterého se vyvinul nástřik Terfix TCVV 800/400 a Terfix/Termo PS. PORFIX byl první a doposud stále vyráběnou a aplikovanou protipožární nástřikovou hmotou tuzemské výroby. Jedná se o pastovitou nástřikovou hmotu, připravenou k přímé aplikaci výhradně nástřikem v tloušťkách od 5 do 40 mm. U vývojové řady Termo byla vodní disperze nahrazena disperzním práškovým pojivem, některé komponenty vodu obsahující byly zaměněny za vhodnější. Tak vznikla kompletní suchá směs pod obchodním názvem Terfix, která je vyráběna v suchém stavu. To má svoje zejména zpracovatelské výhody, protože nemusí být skladována při teplotách nad bodem mrazu aby nezmrzla a před její aplikací se pouze rozmíchá s vodou. Původní obecně přijímaný předpoklad, že azbestová vlákna jsou v těchto materiálech nenahraditelná se ukázal jako mylný a zákaz používání azbestu proto neměl ani u nás, ani v zahraničí za následek žádné zásadní problémy v protipožární ochraně staveb. Také dříve považovaná enormní protipožární funkce vermikulitu ve srovnání s experlitem se nijak neprokázala. Na bázi vermikulitu byl odzkoušen nástřik Unimix POO určený především pro ochranu ocelových konstrukcí. K dalším typům patří slovenský Tahizol na bázi vodního skla a Climatizer Plus aplikovatelný pro ochranu dřevěných konstrukcí.

3) požární odolnost konstrukce musí být zásadně zvýšena o více než 30 minut. V prvém případě konstrukce vyhovuje. Ve druhém případě, tj. max. do 30 minut, lze vybrat: •

buď zpěňovatelný nátěr - pokud bude konstrukce viditelná trvale volně přístupná, nebo

•

tenkou vrstvu protipožárního nástřiku - bude-li konstrukce dále zakrývána nebo pokud bude později nepřístupná a nejsou zde kladeny speciální požadavky na vzhled. Totiž ve srovnání s protipožárními nátěry nástřiky nemají příjemný vzhled, jejich povrch je nerovný a nejsou běžně použitelné do vnitřního prostředí. Také nelze je hladit nebo dodatečně upravovat nebo jen s vynaložením vysokých finančních nákladů.

Ve třetím případě je zřetelně výhodnější protipožární nástřik nebo omítka. V tomto ohledu lze ovšem také zvážit, kdy je technicky nebo ekonomicky výhodnější použití montovaných nebo prefabrikovaných deskových pevných nebo lepených obkladů. V 90. letech byly protipožární nástřiky použity pro zvýšení požární odolnosti některých nenosných prvků - např. dřevotřískových, sádrokartonových stěn, příček a teplovzdušné potrubní rozvody, ale některé z nich v krátké době odpadávaly. V některých případech také na teplovzdušné potrubní rozvody a podobné zvláštní konstrukce. I tehdy však bylo pro tyto aplikace zapotřebí samostatné posouzení a alespoň jednorázové zkoušky. V současné době tyto aplikace platné předpisy nedovolují a jejich eventuální využití v rámci rozšířené aplikace musí být vždy doloženo znaleckým posudkem nebo expertizní zprávou oprávněné instituce nebo osoby. 2.2 Technologie provádění nástřiků Vzhledem k běžně používané tloušťce nástřiku od 20 do 40 mm, je třeba co nejdokonaleji zajistit trvalou přídržnost nástřiků k povrchu chráněné konstrukce. Nástřik má být nanášen na konstrukci tuhou, odolávající vibracím, rázům či jinému dynamickému namáhání. Pokud tyto požadavky nejsou splněny, je vhodné použít ocelové pletivo s oky o velikosti cca 20 mm, které lépe kompenzuje pohyby konstrukce vyvolané pod mokrým nebo čerstvě provedeným, ne zcela vytvrzeným nástřikem. Ocelové konstrukce je nutno opatřit základním nebo i kompletním antikorozním nátěrovým systémem v souladu s postupem, přičemž se nesmí použít takové typy nátěrů, které při zvýšené teplotě plastifikují nebo ztrácejí soudržnost s podkladem (např. polystyrenové nebo některé epoxidové nátěrové systémy). Kvalitní antikorozní systém je zvlášť důležitý v interiérech s proměnlivou relativní vlhkostí vzduchu. Stříkaný povrch musí být zbaven mechanických nečistot a mastnoty. Čím je povrch konstrukce hladší, tím důležitější je provedení předběžných povrchových úprav, které zvýší adhezi nástřiku k podkladu.

Aplikace nástřiků však prokázala, že parametry hmoty musí být výrobcem zaručeny v podobě, v jaké je dodávána na trh, tedy bez následného domíchávání čehokoliv jiného než čisté vody před aplikací. Jakékoliv přídavky vápna, cementu a dalších přísad do hmoty před aplikací již mohou mít značný vliv na výslednou požární odolnost, protože je výrobce nemůže kontrolovat a tedy ani garantovat. 2.1 Vliv požární odolnosti konstrukce na volbu ochranného prostředku Požární odolnost stavební konstrukce může být v rámci zpracovávání projektu řešena několika různými způsoby, které jsou určeny především materiálem posuzované konstrukce: 1) konstrukční prvky vyhovují požadavkům bez dalších úprav,

Obr. 2 Odpadlý nástřik v důsledku nesprávného zakotvení k podkladu bez primeru

2) konstrukce potřebuje zvýšení požární odolnosti nejvýše do 30 minut, Ostrava 3. - 4. září 2014

187


Základní adhezní nátěr tzv.“primer“ by měl být použit pro všechny typy chráněných konstrukcí. Po jeho nánosu má následovat povinná přestávka nejméně 24 hodin, aby měl primer čas řádně zatvrdnout a tak byla zajištěna dlouhodobá funkce systému, jinak nástřik odpadá (obr. 2). Nástřiky se mají provádět minimálně ve dvou, u silnějších nástřiků i více vrstvách (kromě případů, kdy celková tloušťka vrstvy ≤ 10 mm), a to nejlépe tak, že se druhý den po aplikaci primeru provede základní podstřik v tlouštce 5 až 10 mm. Tento nástřik nemusí být úplně rovnoměrný, měl by však pokrývat celou plochu podkladu.

mít různou strukturu, různý obsah vzduchu a tedy i rozdílnou protipožární funkci, popř. účinnost. To bude patrně ovlivněno i podávacím zařízením a stříkací pistolí, zejména tryskou, použitou ke stříkání, tlakem vzduchu a dalšími parametry.

Další nástřiky v závislosti na celkové tloušťce přepočtu konstrukce podle poměru ohřívané plochy k průřezu (Av/V) se provedou po zavadnutí a částečném zatvrdnutí první vrstvy. Zde potom záleží zejména na teplotě, cirkulaci vzduchu, typu a porózitě podkladu. Tento interval 2 až 7 dnů a jeho stanovení v závislosti na podmínkách již vyžaduje určitou zkušenost a znalosti. Tloušťka poslední vrstvy by však neměla přesahovat 5, nejvýše však 10 mm. Způsoby nanášení protipožárních nástřiků závisí od typu použité hmoty a jejího složení. Jinak se aplikují hmoty na sádrové bázi, které obvykle tuhnou rychleji, jinak hmoty na bázi cementu a vápna, resp. disperzních pojiv. Způsob aplikace ovlivňuje i typ chráněné konstrukce, celkový rozsah prací a místní podmínky (výška, dostupnost, vlhkost atd.). Pokud není smluvně dohodnuto jinak, je rozhodující údaj při přejímce dodržení celkové tloušťky ochranné vrstvy a její adheze na podklad. 2.3 Závady v aplikaci protipožárních nástřiků Závady protipožárních nástřiků lze rozdělit do dvou základních skupin: a) vady způsobené technologií od přípravy nástřiku až po jeho aplikaci na konstrukci, b) vady způsobené nevhodným použitím materiálu. Funkce nástřiku je vždy dána jednak jeho strukturou, tj. obsahem a tepelnou vodivostí jeho komponentů, objemem vmíchaného vzduchu, homogenitou směsi, ustálenou a okamžitou vlhkostí resp. množstvím volné a vázané vody, odolností jednotlivých složek proti tepelné degradaci při zvýšené teplotě, fyzikálně-mechanickými vlastnostmi hmoty za studena i při tepelném namáhání a dobrou adhezí na podklad za všech podmínek. Jakýkoliv technologický zásah, který by mohl zmíněné parametry ovlivnit, narušuje i celkovou funkci nástřiku. Z toho vyplývá: a) Příprava kvalitní nástřikové hmoty musí probíhat pod trvalou kontrolou přímo ve výrobně. Pokud se aplikuje certifikovaný výrobek s garantovanými vlastnostmi, musí za tento výrobek odpovídat buď výrobce jako nositel certifikátu nebo prováděcí firma, která směs na stavbě domíchává z přidaných komponentů. V tom případě je ovšem sporné, kdo se stává výrobcem, neboť jakýkoliv koncentrát či suchá směs, neobsahující všechny složky vlastně není finálním výrobkem. V tomto případě, vynechají-li se technologické vlivy, je jediným certifikovaným nástřikem taková hmota, která je na stavbu dodávána ve finální podobě, obsahující všechny předepsané složky a určená nejvýše k doředění vodou a navíc by i zde mělo být uvedeno maximálně přípustné ředění. b) Dalším faktorem podmiňujícím kvalitu každé nástřikové hmoty je vlastní homogenizace a příprava směsi před aplikací. Funkci totiž ovlivňuje homogenita a struktura hmoty. Tyto vlastnosti jsou ovšem přímo závislé na způsobu homogenizace a na zařízení, kterým se směs před nástřikem míchá a stříká. Obsahují-li prakticky všechny směsi expandovaný perlit nebo vermikulit, bude záležet na tom, jakým způsobem budou tyto složky ve směsi rozmíchány. c) Kromě nesprávného namíchání může kvalitu nástřiku ovlivnit vlastní stříkací zařízení (obr. 3). Samotná vrstva nástřiku může Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 3 Nesprávně namíchaný a provedený nástřik [5] d) K dalším technologickým vlivům patří i vlhkost podkladu a prostředí v průběhu stříkání a po něm. Čím je relativní vlhkost vzduchu v objektu vyšší a čím méně vzduch cirkuluje, tím pomaleji nástřiky schnou a vytvrzují se. To ovšem neznamená pouze zpomalení prováděcích prací, ale špatné zasychání má rovněž výrazný vliv na kvalitu. Totiž období, kdy vrstva nástřiku na podkladu zasychá, je zcela zásadní pro dobrou adhezi na povrchu a vrstva je tak ovlivňována nejen vnějšími vlivy, ale vlastní hmotností nástřiku. Neodpařená voda má tendenci stékat do spodních vrstev a k povrchu podkladu. Na spodní straně je nástřik těžší než v adhezním spoji a při dostatečně dlouhé době se vytvářejí bubliny, (lunkry), které u silnějších vrstev mohou dokonce způsobit odpadávání hmoty z podkladu. Je logické, že i když takový nástřik později ztvrdne, jeho kvalita a tedy i funkce je výrazně snížena. e) Nelze zanedbat ani nestejnoměrnou tloušťka nástřiků, popř. špatné technologické provedení vrstvy. Je pravda, že na začátku vývoje nástřiků tehdejší stříkací zařízení nedovolovalo u nástřiků příliš jemné rozdíly, délka vláken ve hmotě nebyla ještě zcela ustálena a nástřiky měly odstrašující vzhled (v některých případech stříkané vrstvy měly podobu krápníků). Jenže i v současné době se často vyskytují protipožární nástřiky, u nichž nelze rozeznat v jaké tloušťce měl být nástřik proveden. Pokud stříkaný povrch s nerovnostmi přesahuje někdy i 10 mm, je možno diskutovat i o funkci takto provedeného nástřiku. Ukázkou může být předimenzovaná tloušťka nástřiku u příruby ocelového I nosníku (obr. 4). Navíc je třeba vzít v úvahu i skutečnost, zda je vůbec možné na takové ocelové tvarované profily nástřiky provést, poněvadž v těchto případech nelze dodržet vzhledem k jeho tvaru jejich konstantní tloušťku. To by měl však řešit již projektant.

Obr. 4 Nestejně nanesená vrstva nástřiku na stojině a přírubě ocelového nosníku

188


f) Nedokonalé kotvení nástřiku na neporézní povrchy je rozvedeno v předchozím oddíle 2.2. Příkladem aplikace nástřiku na zkorodovaném povrchu je na obr. 5.

Obr. 5 Zkorodovaný povrch ocelové příruby pod odpadlým nástřikem Obr.7. Odpadlý nástřik od ocelové konstrukce vlivem nedostatečné adheze k podkladu

2.4 Důsledky nesprávně provedených nástřiků Způsob aplikace může výrazně ovlivnit funkci protipožárních nástřiků, a to zejména v těch případech, kdy jejich provádění zajišťuje běžná stavební firma, která není na tyto práce řádně vybavena a nemá potřebné znalosti o protipožárních systémech. Kvalita nástřiku se dá poznat i po letech na jeho celkové pevnosti, soudržnost, tvrdosti povrchu a adhezi na podklad. Všechny tyto vlastnosti jsou ovlivněny např. špatným namícháním směsi, což se projeví měkkostí, drolením a nesoudržností nástřiku. Naopak při přebytku některých složek např. cementu je nástřik velmi tvrdý a pevný, ale jeho izolační vlastnosti jsou horší (s narůstajícím množství cementu se zvyšuje i měrná hmotnost nástřiku), v nástřiku se tvoří praskliny (obr. 6), má horší adhezi ke konstrukci (obr. 7) a při dynamickém namáhání (např. provoz manipulačních vozíků v okolí) může i odpadávat.

3 Závěr S ohledem na provedenou analýzu omítek a nástřiků je nutné, aby: a) nástřiky prováděly výhradně specializované firmy na protipožární ochranu; b) byly prováděcí firmy pro tyto účely vybaveny vhodným technologickým zařízením podle doporučení výrobce nástřikových, popř.maltových směsí; c) byly pro zpracování na stavbách používány výhradně hotové suché směsi, poněvadž pouze za těchto podmínek lze vyloučit chyby při dávkování vmíchávaných pojiv, cementu, vápna a následně zkreslené parametry nástřiku; d) projektanti určili požadavky na požární odolnost nástřiků, ale vždy řádně zvážili reálnost svých návrhů na aplikaci jimi vybrané hmoty a raději ponechali specifikaci na specializované firmě. Použitá literatura

Obr. 6 Jemné praskliny v ocelové konstrukci opatřené nástřiky vlivem nestejně nanesené vrstvy na stojině a přírubě a nesprávně namíchaného nástřiku


[1]

Karpaš, J.; Kupec, Z.: Současné způsoby ochrany ocelových konstrukcí před požárem, Pozemní stavby, roč. 30, 1982, č. 4, str.168 - 172.

[2]

Kupilík, V.: Konstrukce pozemních staveb - Požární bezpečnost staveb, Učební texty ČVUT, Vydavatelství ČVUT, Praha, 2009, str. 195. ISBN 978-80-01-04291-5.

[3]

Kupilík, V.: Stavební konstrukce z požárního hlediska, Vydavatelství Grada Publishing, 2006, 272 stran, ISBN 80247-1329-2.

[4]

Moravec, V.: Protipožární nástřiky a omítky, referát vložen na webové stránky firmy J.Seidl & spol. s r.o. 4. 11. 2009.

[5]

Seidl, J.: Vady a problémy aplikace protipožárních nástřiků, referát vložen na webové stránky firmy J.Seidl & spol. s r.o. 4. 11. 2009.

[6]

Vašátko E.: Protipožární nátěry ve stavebnictví, referát na webových stránkách firmy J.Seidl & spol. s r.o., 2004.

189


Vyhodnocení průběh objektové evakuace při evakuačním cvičení Evaluation of Course Object Evacuation at Evacuation Drill Ing. Kristýna Kutilová Ing. Petr Kučera, Ph.D. Stanislav Šíma VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava-Výškovice [email protected], [email protected] Abstrakt Objektová evakuace je ovlivňována různými faktory, které mají vliv na její průběh. Pro zefektivnění evakuace, zejména se značným počtem osob, je žádoucí provádět evakuační cvičení. Může se jednat o cvičení ohlášená, o kterých jsou osoby v objektu předem informovány, nebo se mohou provádět neohlášená cvičení, se kterými osoby obeznámeny nejsou. Tento příspěvek se zabývá vyhodnocením neohlášeného evakuačního cvičení, které proběhlo ve vybrané budově se shromažďovacím prostorem. Cílem příspěvku je na základě vyhodnocení průběhu cvičné evakuace poukázat na nedostatky evakuačního procesu a navrhnout možné postupy, které by tyto nedostatky mohly minimalizovat.

na požární evakuační plán. Jehož správnost je ověřována v rámci cvičného požárního poplachu. Smyslem evakuačních cvičení je procvičit postupy, které se uplatňují při evakuaci osob z objektů stanovené v požárním evakuačním plánu [3]. Připravit osoby na průběh evakuace při reálné situaci. Osoby si procvičují znalosti prostředí objektu a volby možných únikových cest v návaznosti na požární evakuační řád. Evakuační cvičení lze rozdělit na dva základní typy. Může se jednat o cvičení ohlášená, o kterých jsou osoby v objektu informovány, nebo se mohou provádět předem neohlášená cvičení, se kterými osoby obeznámeny nejsou. Při realizaci evakuačních cvičení je také možné provést kontrolu funkčnosti požárně bezpečnostních zařízení - elektrické požární signalizace, evakuačního rozhlasu, zařízení pro odvod tepla a kouře, požární klapky atd.

Klíčová slova

Příspěvek představuje popis průběhu a vyhodnocení neohlášeného evakuačního cvičení, které proběhlo ve vybraném objektu občanské vybavenosti (školské zařízení). Evakuace byla vyhlášena ve shromažďovacím prostoru, který se v tomto objektu nachází. Neočekávané vyvolání evakuace proběhlo prostřednictvím vyvíječů kouře, jako by se jednalo o skutečný požár, jenž svými účinky působí na osoby v objektu dojmem mimořádné události.

Budova, evakuační cvičení, chování osob, shromažďovací prostor, pohyb.

1 Popis přípravy evakuačního cvičení

Abstract Building evacuation is influenced by various factors, which influence its course. To streamline the evacuation, especially a substantial number of people, it is desirable to conduct evacuation drill. It can be a workout announced on whom people in the house are informed in advance, or can be carried out unannounced drill with which people are familiar. This paper deals with the evaluation unannounced evacuation drill, which took place in the selected building assembly area. The aim of this paper is based on an evaluation during practice evacuation point out the shortcomings of the evacuation process and suggest possible courses of action that could minimize these shortcomings.

Záměrem evakuačního cvičení bylo sledovat pohyb a chovávání osob v podmínkách připomínajících skutečný požár. Simulace požáru byla provedena pomocí dvou vyvíječů kouře o výkonu 3000 W, kdy se simulovalo šíření zplodin požáru vzduchotechnickým potrubím do místnosti shromažďovacího prostoru (posluchárny) a sledování jejího postupného zaplňování (obr. 1).

Keywords Building, evacuation drill, behavior of persons, assembly room, person, movement. Úvod Evakuační proces ve stavebních objektech je složen z několika částí, které na sebe postupně navazují. Tento proces v návaznosti na dobu evakuace osob lze rozdělit na dobu od vzniku do detekce požáru, po ní následuje doba do zahájení evakuace, která se skládá z dílčích činností jako je vyhlášení evakuace, doba do rozhodnutí se k zahájení evakuace, a vlastní doba pohybu osob objektem směrem na volné prostranství popř. bezpečných prostor. Při vzniku mimořádné události v objektu závisí průběh evakuace mimo jiné na počtu osob, jejich fyzickém a psychickém stavu. Ten může být ovlivněn tím, zda jsou osoby účinkům mimořádné události vystaveny (např. osoby vidí plamen, zplodiny hoření) či ne. Dále může být průběh ovlivněn dispozičním řešením stavby (např. umístění únikových cest a východů) a druhem výroby a provozu (např. administrativa, ubytování osob) [1, 2]. Pro zefektivnění evakuace, zejména prostor se značným počtem osob, je žádoucí provádět evakuační cvičení. Provádění evakuačních cvičení vychází z § 33 vyhlášky č. 246/2001 Sb., o požární prevenci, v platném znění [3], který stanovuje požadavky Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 1 Zaplňování posluchárny simulovanými zplodinami hoření 1.1 Výběr prostoru a skupiny osob Pro sledování pohybu a chování osob byl vybrán shromažďovací prostor (posluchárna) pro 208 osob, který se nachází v jedné budově v komplexu čtyř vzájemně propojených budov (traktů). Komplex budov je školským zařízením. Trakt s vybraným shromažďovacím prostorem (posluchárnou), který prošel celkovou rekonstrukcí a do provozu byl uveden v roce 2007. Tento trakt je vybaven elektrickou požární signalizací s opticko-kouřovými čidly požáru, zařízením pro odvod tepla a kouře (instalované ve vybrané posluchárně) a domácím rozhlasem. Pro vyhlášení neohlášené cvičné evakuace byla vybrána studijní skupina s počtem cca 100 posluchačů, která má pravidelnou výuku v dotčené posluchárně. S tím, že do evakuace osob se mohou zapojit i další osoby nacházející se ve vybraném traktu v závislosti na vyhlášení poplachu. Posluchači včetně přednášejícího v posluchárně 190


a ostatní osoby ve vybraném traktu nebyly předem informovány o tom, že v rámci této přednášky dojde k realizaci evakuačního cvičení. 1.2 Podmínky simulace šíření zplodin hoření Rozšíření simulovaných zplodin hoření (vodní mlha s příměsí - Stairville E-HD Fluid) do posluchárny bylo provedeno dvěma vyvíječi kouře (typ Stairville SF-3000 fog machine a typ Stairville Fire Fogger 3000), kdy zplodiny jimi vyvíjené byly směřovány do vnitřního sacího otvoru vzduchotechnického potrubí pro uzavřenou cirkulaci vzduchu umístěného v prostoru pod sedadly posluchárny. Do té pak simulované zplodiny hoření vnikaly soustavou výtlačných otvorů umístěných ve stropě. Při předběžných přípravných zkouškách bylo ověřeno, že opticko-kouřová čidla umístěná uvnitř místnosti budou reagovat na vnikající kouř, jako by se jednalo o zplodiny hoření vznikající při skutečném požáru. Tato čidla budou následně signalizovat požár na ústřednu elektrické požární signalizace (dále jen „EPS“). Ústředna EPS bude obsluze oznamovat požár, poté bude následně vyhlášen požární poplach domácím rozhlasem s informací o evakuaci budovy s vybranou místností (evakuační rozhlas). V návaznosti na signalizaci EPS dojde k otevření zařízení pro odvod kouře a tepla (dále jen „ZOKT“) a k otevření únikových východů přímo na volné prostranství z vybrané místnosti. 1.3 Očekávané výsledky cvičení

Ve vybrané místnosti se nacházeli dva pozorovatelé, kteří měli za úkol sledovat dění ve vybrané místnosti a snažit se, co nejvíce splynout s ostatními studenty. Další dva pozorovatelé sledovali prostor u vrátnice, kde je umístěna ústředna EPS. Pro sledování chování osob v závislosti na tom, co osoby ovlivnilo, byl vytvořen dotazník s 16 otázkami. Otázky v dotazníku byly rozděleny do několika tematických skupin - struktura respondentů (pohlaví, věk), informovanost osob jak se chovat při evakuaci, pocitová míra rizika osob v době evakuačního cvičení, vlivy na evakuaci osob (např. využití bezpečnostních značek). U každého východu (únikového i pro běžný pohyb osob) z budovy byla skupina 2 tazatelů, která evakuovaným osobám rozdávala dotazníky k vyplnění. Celkem odevzdalo dotazník 73 respondentů. Dotazníkového šetření se neúčastnili pozorovatelé, kteří sledovali dění v posluchárně. 2.2 Časová osa evakuačního cvičení Jako počátek evakuačního cvičení byl určen čas, kdy byly spuštěny vyvíječe kouře pro simulaci šíření zplodin hoření vzduchotechnickým potrubím do posluchárny. Konec evakuačního cvičení byl v čase ukončení poplachu, kdy přestal domácí rozhlas hlásit pokyny k evakuaci. Jednotlivé sledované časové kroky jsou uvedeny v tab. 1, jejich hodnota je orientační. Tyto časy byly určeny jak ze záznamů z videokamer, tak z poznatků pozorovatelů, kteří se nacházeli v posluchárně a v blízkosti ústředny EPS.

Před realizací cvičení byly očekávány následující předpoklady: - účastníci cvičení v posluchárně se budou evakuovat po prvotním zpozorování kouře;

Tab. 1 Základní časová posloupnost evakuačního cvičení Čas [min:sec]

- bude pozorována kumulace osob u únikových východů vedoucích z vybrané místnosti;

00:00 00:10 - 00:30

- bude stanovena doba evakuace osob; - osoby se budou evakuovat výstupy spojovacích chodeb do vedlejších traktů;

Sledovaná situace Spuštění vyvíječů kouře Zpozorování kouře osobami v posluchárně

01:00

Reakce EPS + reset1)

02:00

Opětovná reakce EPS

- po vyhlášení evakuace evakuačním rozhlasem se budou ostatní osoby z budovy evakuovat;

07:10

Vyhlášení poplachu domácím rozhlasem

- bude zjištěna pocitová míra rizika v závislosti s účinky simulovaných zplodin hoření.

08:00

Vypnutí vyvíječů kouře

09:45

Všechny osoby opustily posluchárnu

Otevření ZOKT

2 Průběh evakuačního cvičení

16:40

Ukončení poplachu

2.1 Záznam evakuačního cvičení

Reset - obsluha ústřednu EPS při prvotní signalizaci požáru resetovala a poté došlo k opětovné signalizaci požáru na ústředně EPS. 1)

Pro zachycení průběhu cvičné evakuace sloužila záznamová zařízení (videokamery), informace získané od předem informovaných pozorovatelů (figurantů) a údaje od přímých účastníků evakuace získané z dotazníků. Pro sledování vývoje evakuačního cvičení bylo v posluchárně a na přilehlých chodbách rozmístěno celkem 6 videokamer tak, aby nebyly na první pohled zpozorovatelné (viz obr. 2). Záměrem bylo, aby vše vypadalo jako při běžném provozu a osoby pohybující se v budově netušily, že se chystá evakuační cvičení.

Obr. 2 Schéma rozmístění videokamer a únikových východů 1. nadzemního podlaží budovy s posluchárnou Ostrava 3. - 4. září 2014

Po spuštění vyvíječů kouře osoby v posluchárně reagovaly na kouř ihned, jak pronikl z potrubí do místnosti. K tomu došlo již po 10 sekundách od spuštění produkce kouře oběma vyvíječi. Aktivace hlásičů a předání informace ústředně EPS proběhla do 1 min od spuštění vyvíječů. Po prvotní signalizaci o požáru obsluze ústředny EPS došlo k resetování EPS díky úsudku její obsluhy, že se jedná o falešný poplach a chybu EPS. Poté došlo k opětovné signalizaci požáru, kdy už obsluha reagovala na hlášení požáru. Instalovaná EPS má dvoustupňové vyhlášení poplachu, kdy čas T2 (čas k oddálení vyhlášení poplachu, aby mohla obsluha zkontrolovat místo se signalizovaným požárem, zda nejde o falešný poplach) je nastaven na 5 min [4]. Tento čas pak odpovídá vyhlášení poplachu domácím rozhlasem v zasažené budově od reakce EPS. Obsluha během této doby byla zkontrolovat, zda se opravdu jedná o požár. Prostor před posluchárnou byl zaplněný kouřem a v reakci na to otevřela nejbližší únikové východy vedoucí na volné prostranství, aby mohly osoby opustit zasažený trakt. Oficiální vyhlášení poplachu proběhlo později přes instalovaný domácí rozhlas s následující informací, která se opakovala: „Prosím pozor. Z důvodu nebezpečí je nezbytné, aby všichni opustili budovu. Zůstaňte prosím klidní a snažte se pomoci každému, kdo má problémy nebo je postižený. K opuštění budovy použijte všechny východy včetně nouzových. Nouzové východy jsou označeny zelenými šipkami a nápisem požární úniková cesta.“ 191


Činnost vyvíječů byla ukončena po předání informace, že bylo již zaktivováno ZOKT (4 ks střešních světlíků umístěných ve stropě posluchárny). Přibližně 1 min po vyhlášení poplachu v budově. Během 3 min po vyhlášení došlo k opuštění všech osob ze zasažené místnosti. Přibližně 9 min od vyhlášení poplachu se domácím rozhlasem šířila informace o evakuaci osob. 3 Vyhodnocení evakuačního cvičení Pro vyhodnocení evakuačního cvičení byly použity záznamy z videokamer, které byly porovnávány s daty získanými v dotaznících a informacemi od pozorovatelů. 3.1 Dotazníkové šetření 3.1.1 Základní datový soubor Z dotazníků odevzdaných respondenty byl vytvořen základní datový soubor, který musel projít korekcí (odstraněná zavádějících či nesprávných informací), aby nedošlo ke zkreslení konečných výsledků. Prvotní korekce dat probíhala podle následujících vyřazujících kritérií:

od přednášejícího informace o zkoušce klimatizace, uvedlo 5 % respondentů, že jde o skutečný poplach. Tyto odpovědi byly porovnávány s mírou rizika vážného zranění způsobeného požárem, kterou osoby během evakuačního cvičení pociťovaly. Zde se objevilo překvapivé zjištění. Respondenti, kteří vyhodnotili situaci jako skutečný poplach, uvedli míru rizika shodně jako žádné riziko. U ostatních možností byla míra rizika respondenty uváděná nejčastěji jako žádné nebo nízké riziko. Míra rizika vážného zranění byla sledována ve dvou fázích evakuačního cvičení. Nejprve byla sledována míra rizika v době, kdy se respondent rozhodl evakuovat (viz obr. 3 a)). Další fází byla míra rizika v době evakuace (viz obr. 3 b)). Předpoklad byl, že osoby budou cítit stejné riziko v obou sledovaných etapách, nebo že v době evakuace bude pocitová míra rizika nižší. Tomu to předpokladu odpovídají i odpovědi jednotlivých respondentů (viz obr. 3 c)).

- uvádění nesmyslných údajů; - odpověď pouze na část dotazníku (4 a více nezodpovězených otázek); - osoby se nacházely v době evakuace v jiné části budovy než sledované posluchárně. Na základě těchto kritérií byly vyřazeny všechny odpovědi z daného dotazníku. Z původního počtu 73 odevzdaných dotazníků zbylo 63 dotazníků. Další korekce dat probíhala při hodnocení jednotlivých typů otázek nebo provázaných otázek, podle následujících vyřazovacích kritérií: - respondent na otázku neodpověděl; - respondent uvedl více odpovědí u otázek, u kterých nebyla možnost uvedení více odpovědí. 3.1.2 Vyhodnocení dotazníků podle odpovědí respondentů Vyhodnocení dotazníkového šetření probíhalo s daty z 63 dotazníků, které splnily vyřazovací kritéria. Všechny osoby, které posuzované dotazníky odevzdalo, měly věkové rozpětí 19; 22 let a nacházely se v době evakuačního cvičení ve vybrané místnosti. Celkem se dotazníkového šetření zúčastnilo 6 žen a 57 můžu. Při dalším hodnocení se postupovalo bez rozlišení pohlaví respondentů, protože porovnání žen a mužů by nemělo požadovanou výpovědní hodnotu. U vybrané skupiny bylo zjišťováno, zda osoby prošly bezpečnostním školení (bezpečnost a ochrana zdraví a požární ochrana). Před cvičením bylo známo, že všechny osoby prošly bezpečnostním školením, resp. podepsaly dokument o absolvování školení. Bylo předpokládáno, že všichni respondenti označí odpověď ano. Pouze 49 % respondentů uvedlo, že prošlo školením. V závislosti na průběhu evakuace bylo u respondentů zjišťováno, co si o nastalé situaci mysleli. Ve vztahu k tomu, zda si myslí, že jde o falešný poplach, evakuační cvičení, skutečný poplach nebo něco jiného. Nejčastěji respondenti uváděli, že si v průběhu evakuace mysleli, že jde o evakuační cvičení. Jako další nejčetnější možnost volili respondenti falešný poplach 27 %. V odpovědích s možností uvedení, že se jedná o něco jiného, respondenti uváděli zkoušku klimatizace nebo technickou závadu. Tato odpověď dle průběhu evakuačního cvičení odpovídá tomu, o čem posluchače přednášející informoval. Ten dle záznamů pozorovatelů uvedl při prvotním vnikání kouře do místnosti, že jde o zkoušku klimatizace a že jde o normální jev „Oni nám tu zkoušejí ventilaci, ale já za chvíli neuvidím“, volně převedl pozorovatel informaci získanou od přednášejícího). To mohlo ovlivnit celkový pohled evakuovaných osob na nastalou situaci, včetně pocitu míry rizika, kterou osoby v průběhu evakuačního cvičení pociťovaly. Přestože osoby dostaly Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 3 Míra rizika - a) při rozhodnutí k evakuaci, b) během evakuace, c) srovnání při rozhodnutí k evakuaci a během evakuace Simulované zplodiny hoření produkované vyvíječi kouře aktivovaly EPS, která následně spustila domácí rozhlas s informací o nutnosti evakuace osob nacházejících se v budově. Na základě toho bylo sledováno, kdy a kde osoby slyšely evakuační hlášení. 6 % respondentů uvedlo, že žádné hlášení neslyšelo a převážná část respondentů 94 % evakuační hlášení slyšelo. U těchto respondentů bylo sledováno, kde se v té chvíli nacházeli. 72,8 % respondentů uvedlo, že se nacházelo v posluchárně, když slyšely evakuační hlášení. 13,6 % respondentů se nacházelo na chodbě. Ostatních 13,6 % respondentů na otázku neodpovědělo. Ti se však dle videozáznamů a srovnání s ostatními odpověďmi v dotazníku museli nacházet buď v posluchárně, nebo na chodbě. V závislosti na vyhlášení poplachu byly posuzovány okolnosti, které vedly osoby k tomu, aby se začaly evakuovat. V této souvislosti měli respondenti na výběr z více možností odpovědí (1 - Spatřil/a jsem/Ucítila/a jsem kouř; 2 - Kolega; 3 - Vyhlášení poplachu; 4 - Požární technik; 5 - Viděl/a jsem, že se evakuují ostatní; 6 - Přednášející; 7 - Něco dalšího, prosím uveďte …) a mohly jich označit více. V první řadě byl posuzován počet vybraných možností. Více jak z poloviny (60 %) respondentů volila jednu možnost odpovědi. Čtvrtina respondentů vybrala 2 možnosti pro odpověď. Pokud respondenti volili jednu možnost odpovědi, vybírali nejčastěji možnost 65 % - evakuace po vyhlášení poplachu (3). 26 % respondentů uvedlo, že se evakuovalo na základě zpozorování kouře (1). Při výběru více okolností, které vedli respondenty k zahájení evakuace, byly nejčastějšími vybíranými možnostmi spatření kouře (1) a vyhlášení poplachu (3). Přitom dle videozáznamu doba od prvního zpozorování kouře do vyhlášení poplachu je přibližně 7 minut. V rámci dotazníkového šetření se posuzovaly vazby mezi osobami během evakuačního cvičení, zda respondent evakuoval sám, ve skupině kolegů nebo ve skupině cizích osob. Podle zjištění se buď osoby evakuovaly samy 48 %, nebo vytvořily skupinu kolegů 45 %. Pouze 7 % respondentů se evakuovalo ve skupině cizích osob.

192


Evakuaci osob ovlivňuje mnoho faktorů, které mají vliv na celkovou dobu evakuace. Každá osoba na základě vyhodnocení situace si zvolí únikovou cestu z daného prostoru. Ve všech variantách je nejčetnější udávanou volbou výběru únikové cesty 79 %, že ji osoby považovaly za nejkratší (osoby seznámeny s prostředím objektu). Nejpočetnější možnost odpovídá faktu, že většina osob odešla z vybrané místnosti únikových východem vedoucím z této posluchárny přímo na volné prostranství, který automaticky otevřela EPS.

začali odcházet východy ve spodní části vybrané místnosti. Některé osoby, které opustily místnost ještě před vyhlášením poplachu, se vracely zpět pro své věci (obr. 5).

3.2 Videozáznam a poznámky figurantů Ve sledované posluchárně se nacházely 2 videokamery. Jedna z nich byla umístěná u stropu (umístěná trvale) snímala spodní východy a druhá snímala horní východ z místnosti. Jejich záznam sloužil pro určení časové osy a vyhodnocení chování osob ve vybrané místnosti. Další 4 kamery byly umístěny u východů z budovy popř. u východů do spojovacích chodeb (obr. 2). Pro upřesnění videozáznamů byly využity poznámky dvou pozorovatelů nacházejících se v posluchárně. 3.3.1 Poznatky o aktivitách v posluchárně Po spuštění vyvíječů kouře (čas 00:00) do vybrané místnosti začaly vnikat simulované zplodiny hoření, na které osoby hned začaly reagovat (00:10 - 00:30). Rozhlížely se kolem sebe, avšak zůstaly sedět na svých místech (obr. 1). Reakce přednášejícího byla subjektivní, že se jedná o zkoušku ventilace a že za chvilku nic neuvidí (01:00 - 02:00). Toto sdělení bylo doplněno o další: „Pokud to někomu vadí, tak může odejít.“ Takto předaná zpráva od autority přednášejícího mohla ovlivnit jednání studentů, kteří nepřikládali nezvyklému jevu žádné negativní vlastnosti. V dotazníku pak uváděli, že z nastalé situace usuzovali, že jde o zkoušku klimatizace. Přednášející měl snahu vyvětrat místnost se záměrem pokračovat v přednášce (03:00), čímž se simulované zplodiny dostaly mimo posluchárnu (viz obr. 4). Osoby stále zůstávaly na svých místech, pouze některé odešly do spodní části posluchárny, kam kouřová vrstva ještě neklesla.

Obr. 5 Vybraná místnost v době po vyhlášení poplachu Závěr V rámci evakuačního cvičení nebyly naplněny stanovené předpoklady. Jedním z předpokladů bylo, že se účastníci cvičení budou evakuovat po prvotním zpozorování kouře ve vybrané místnosti. Osoby se začaly evakuovat až po vyhlášení poplachu, proto nebylo možné pozorovat kumulaci osob u únikových východů a určení celkové doby evakuace z důvodu silného zakouření přednáškové místnosti. Dle odevzdaných dotazníků bylo také zjištěno, že se po vyhlášení poplachu evakuovali pouze 2 osoby z jiné části budovy. Počet osob mimo vybranou posluchárnu nebylo možné předem zjistit. Celé evakuační cvičení ovlivnilo tvrzení přednášejícího o tom, že se jedná o zkoušku klimatizace a že jde o normální jev. Při tomto evakuačním cvičení se projevil vliv autority v podobě přednášejícího, kdy osoby v posluchárně předpokládaly, že má informace o této zkoušce. Z tohoto důvodu se neevakuovaly hned po zpozorování simulovaných zplodin hoření. Osoby se i po vyhlášení poplachu chovaly velmi klidně a vracely se zpět do místnosti pro své věci. Z dotazníků bylo zjištěno, že osoby pociťovali nízké nebo žádné riziko v průběhu evakuačního cvičení. Byly také pozorovány sociální vazby mezi jednotlivými respondenty při evakuaci. Osoby se evakuovaly buď ve skupině známých osob, nebo sami. Pouze 7 % respondentů uvedlo, že se evakuovalo ve skupině cizích osob.

Obr. 4 Větrání vybrané místnosti a pořizování záznamu 3.2.2 Poznatky o chování obsluhy EPS Po restartování a opětovné signalizaci požáru na ústředně EPS šla její obsluha zkontrolovat stav do místa (03:00), kde byl požár signalizován. Po zjištění, že je chodba zakouřená, tak otevřel nejbližší nouzový východ a okno, u kterého se nacházel. Některé osoby poté dostaly na chodbu (04:30), kde technik otvíral dveře východu vedoucího na volné prostranství. Tímto východem však nikdo neodešel a osoby se kumulovaly na chodbě. Osoby začaly vycházet tímto východem až po vyhlášení poplachu domácím rozhlasem. 3.2.3 Poznatky při vyhlášením poplachu Zároveň s vyhlášením poplachu se otevřely dveře únikového východu vedoucí z posluchárny přímo na volné prostranství (07:10). Došlo k otevření ZOTK a následnému větrání místnosti. Po vyhlášení poplachu si osoby začaly balit své osobní věci a postupně Ostrava 3. - 4. září 2014

Průběh nehlášeného evakuačního cvičení je těžko předvídatelný díky mnoha nepředvídatelným faktorů. Nelze dopředu určit, jak budou osoby reagovat na simulaci skutečné mimořádné události. Dále závisí na vlivu autority na skupinu osoby při evakuačním cviční a vyhodnocení celkové situace autoritou a jednotlivými osobami. Rychlost a adekvátnost reakce obsluhy na hlášení požáru ústřednou EPS, která může rozhodovat o době mezi zjištěním požáru a vyhlášením požárního poplachu. Ve školských zařízeních je pro studenty obvykle autoritou vyučující. Jeho vyhodnocení situace významně rozhoduje o průběhu evakuace. Na to by se mělo pamatovat při provádění školení [5] v těchto zařízeních tak, aby vyučující věděli jak v takové situaci reagovat a působit na skupinu osob pod jeho vedením. Evakuační cvičení mají velký význam v tom, že dokáží poukázat na nedostatky v evakuačním procesu. Ta by měla být opakovaná v pravidelných intervalech tak, aby si osoby nacvičily evakuační proces a v případě reálné mimořádné události uměly adekvátně reagovat. Poděkování Tento příspěvek vznikl za podpory projektu Technologické agentury ČR TA02030441 - „Virtuální simulace evakuačních a transportních procesů“. Autoři děkují studentům 3. ročníku bakalářského studia oboru Technika požární ochrany a bezpečnost průmyslu Fakulty bezpečnostního inženýrství (2013/2014), 193


VŠB - TU Ostrava za pomoc při přípravě a realizaci evakuačního cvičení. Dále děkují Ing. Petru Bebčákovi, Ph.D. za pomoc s technickým zajištěním evakuačního cvičení. Použitá literatura [1]

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.

[2]

Reichel, V.: Požární bezpečnost staveb II. Praha: Federální ministerstvo vnitra, 1989, s. 129.

[3]

Česko. Ministerstvo vnitra. Vyhláška č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního


požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci), v platném znění. In Sbírka zákonů České republiky. 2001. Dostupné z: http://aplikace.mvcr.cz/sbirka-zakonu/. [4]

ČSN 73 0875. Požární bezpečnost staveb - Stanovení podmínek pro navrhování elektrické požární signalizace v rámci požárně bezpečnostního řešení. 1. vyd. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a statní zkušebnictví, 2011.

[5]

Česko. Zákon č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, v platném znění. In Sbírka zákonů České republiky. 1985. Dostupné z: http://portal.gov.cz/. Projektová dokumentace stavby.

194


Vliv rozviřovacího tlaku na maximální výbuchové parametry prachu Influence of Dispersion Pressure on Maximum Explosion Characteristics of Dust Ing. Petr Lepík

Pro měření maximálních výbuchových parametrů definuje norma ČSN EN 14034 - Stanovení výbuchových charakteristik rozvířeného prachu, možnost použití 3 základních typů rozviřovačů prachu a to zpětná tryska, rozviřovací miska a půlkruhová rozviřovací trubka, případně jiný typ rozviřovače, který musí být popsán v protokolu o zkoušce. Rozviřovací tlak je normou striktně definován na hodnotu 20 baru. [2]

Ing. Jana Havelková Ing. Jiří Serafín Ph.D. VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava-Výškovice [email protected], [email protected], [email protected]

Cílem příspěvku je prezentovat výsledky experimentálního měření vlivu rozviřovacího tlaku na tvorbu prachového oblaku a následně na maximální výbuchové parametry vybraných vzorků prachu na výbuchovém autoklávu VA-250. Pro experimentální měření byly zvoleny tři vzorky prachu: pšeničná hladká mouka, krmné kvasnice a moučkový cukr. V článku je provedena vizualizace rozvíření prachu do výbuchové komory a dále jsou vyhodnoceny výsledky maximálních výbuchových parametrů v závislosti na rozviřovacím tlaku.

Abstrakt Cílem příspěvku je předložit výsledky experimentálního měření maximálních výbuchových parametrů vybraných vzorků prachu na výbuchovém autoklávu VA-250. U těchto vzorku byl testován účinek rozviřovacího tlaku na tvorbu prachového oblaku pomocí rychloběžné kamery. Následně byly měřeny maximální výbuchové parametry pracho-vzdušných směsí, vznikajících při různých rozviřovacích tlacích.

Zkušební zařízení

Klíčová slova

Experimentální měření vlivu rozviřovacího tlaku na tvorbu prachového oblaku a následně na maximální výbuchové parametry těchto pracho-vzdušných směsí bylo prováděno na výbuchovém autoklávu VA-250, který má objem 250 l a je určen pro měření maximálních výbuchových parametrů hořlavých plynů, par hořlavých kapalin, hořlavých prachů a jejich kombinací. Dále je možné využít toto zařízení k měření mezí výbušnosti a limitního obsahu kyslíku. Schéma výbuchového autoklávu je uvedeno na obr. 1.

Maximální výbuchové parametry, prach, rozviřovací tlak, výbuchový autokláv. Abstract The aim of the paper is submit the results of experimental measurement of the maximum explosion parameters of selected dust samples on explosion autoclave VA-250. For these sample was tested effect of disperse pressure to generate a dust cloud by using high speed cameras. Subsequently were measured maximum explosion parameters of dust-air mixtures produced at different dispersion pressures.

4

27

1 10

Keywords Maximum explosion parameters, dust, disperse pressure, explosion autoclave.

20 6

7 11

13

Úvod Maximální výbuchové parametry (maximální výbuchový tlak rozvířeného prachu a maximální rychlost nárůstu výbuchového tlaku rozvířeného prachu) jsou základní parametry pro identifikaci nebezpečí a navrhování bezpečnostních opatření pro omezení destrukčních účinků při výbuchu prachu a také jsou základem pro ochranu proti výbuchu při navrhování a konstrukci zařízení, ochranných systém a přístrojů pro snižování účinku výbuchu. [1] Pro experimentální stanovení maximálních výbuchových parametrů rozvířeného prachu se standardně používá výbuchový autokláv o objemu 1 m3 nebo jako alternativní typ zkušebního zařízení výbuchový autokláv o objemu 20 l. Na VŠB - TU Ostrava, Fakultě bezpečnostního inženýrství je pro měření maximálních výbuchových parametrů využíván výbuchová autokláv o objemu 250 l s označením VA-250. Pro získání co nejlepších výbuchových parametrů prachu je nutné mít testovaný vzorek prachu dokonale rozvířen v celém objemu výbuchového autoklávu. Proces rozviřování prachu je ovlivněn mnoha faktory, jako jsou vlastnosti prachu (velikost částic, sypná hustota, vlhkost atd.) ale také parametry zkušebního zařízení jako je typ rozviřovače, rozviřovací tlak, doba rozvíření a doba zpoždění iniciace, které ovlivňují stav rozvířeného prachu v době její iniciace a tím i maximální výbuchové parametry.


17

19

5

24

15

8

21

22

2 9 12 16

14

23

18 25

26

1. Horní polokoule 2. Dolní polokoule 3. Spodní rámová konstrukce 4. Pohyblivá rámová konstrukce 5. Hydraulický píst na otvírání komory 6. Uzavírací kameny - 12 ks (zámky) 7. Hydraulický píst pro uzavírací kameny 8. Hydraulická jednotka 9. Motor hydraulické jednotky 10. Tlakové čidlo 11. Kontakty pro iniciaci palníku 12. Elektrody vysokého napětí 13. Vyjímatelná topná plotýnka 14. Pneumatický ventil vývěvy

3

15. Krycí síto 16. Míchadlo 17. Nastavitelný rozviřovací kužel 18. Pneumatický ventil rozviřovaní 19. Zásobník rozviřovaného vzorku 20. Manometr 21. Elektromagnetický ventil 22. Elektromagnetický ventil PLYN 1 23. Elektromagnetický ventil PLYN 2 24. Elektromagnetický ventil odtlakování 25. Elektronika autoklávu 26. Motor vývěvy 27. Převodník elektrického signál

Obr. 1 Schéma výbuchového autoklávu VA-250

195


Testované vzorky

Tab. 3 Sítová analýza krmných kvasnic

Pro experimentální měření byly zvoleny celkem tři vzorky hořlavých prachů. Jmenovitě byly vybrány: pšeničná hladká mouka, krmné kvasnice a cukr moučka.

Granulometrický stav P 100,00 90,00 80,00 Nadsítné [hm. %]

Pšeničná hladká mouka Zvolená pšeničná hladká mouka je bílý, lehce nažloutlý, prášek. Vzorek byl vybrán pro svou snadnou dostupnost a široké využití v potravinářství. V tab. 1 jsou uvedeny výsledky sítové analýzy pšeničné hladké mouky a tab. 2 uvádí výsledky stanovení sypné hustoty.

50,00 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 40,00 30,00

10,00 0,00

Velikost ok síta [mm]

Síto [mm]

Nadsítné [hm. %]

0,040

94,46

90,00

0,063

78,57

80,00

0,075

61,61

0,090

44,55

0,106

30,59

0,125

18,50

100,00

Nadsítné [hm. %]

60,00

20,00

Tab. 1 Sítová analýza pšeničné hladké mouky Granulometrický stav P

70,00

70,00 60,00 50,00 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19 40,00 30,00

0,150

6,65

Střední velikost zrna [mm]

0,085

20,00 10,00 0,00


Síto [mm]

Nadsítné [hm. %]

0,063

96,84

0,075

95,08

0,090

Tab. 4 Stanovení sypné hustoty pšeničné hladké mouky Měření č.

Sypná hustota [kg/m3]

88,11

1

539,4

80,62

2

524,4

0,125

55,88

3

530,0

0,150

24,07

0,180

1,10


0,129

0,106

Průměrná sypná hustota [kg/m3] 530 ± 20

Tab. 5 Sítová analýza moučkového cukru Granulometrický stav P

100,00 90,00

Tab. 2 Stanovení sypné hustoty pšeničné hladké mouky

1.

677,2

2.

664,2

3.

680,1

Nadsítné [hm. %]

Měření č.


80,00


70,00 60,00 50,00 0,08 0,1 0,120,140,160,18 0,2 0,220,240,26 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00

Krmné kvasnice Krmné kvasnice VITEX jsou používány zejména pro výrobu krmných směsí pro hospodářská zvířata a pet food-u pro domácí zvířata. Své uplatnění najdou díky vysokému obsahu ribonukleové kyseliny také ve farmacii. Kvasnice VITEX jsou tvořeny čistou, geneticky nemanipulovanou kulturou kvasinek. Kvasinky kmene Kluyveromyces fragilis jsou kultivovány na mediu, získaného ze smrkového dřeva, za podmínek, které umožňují dosažení nejvyšších kvalitativních parametrů. [3] V tab. 3 jsou uvedeny výsledky sítové analýzy krmných kvasnic a tab. 4 uvádí výsledky stanovení sypné hustoty. Cukr moučka Moučkový cukr se získává mletím krystalového cukru na jemno. Často se do něj přidává kolem 3 % škrobu, který zde slouží jako protihrudkující látka. V tab. 5 jsou uvedeny výsledky sítové analýzy moučkového cukru a tab. 6 uvádí výsledky stanovení sypné hustoty.



Síto [mm]

Nadsítné [hm. %]

0,090

96,36

0,106

92,22

0,125

81,42

0,150

56,10

0,180

38,75

0,250

19,67


0,158

Tab. 6 Stanovení sypné hustoty moučkového cukru Měření č.


1

674,1

2

698,0

3

681,2


196


Vizualizace rozvíření

7,8 7,3 6,8 6,3 pmax [bar]

Pro vizualizaci procesu rozvíření prachu ve výbuchovém autoklávu VA-250 byla pořízena polokoule vyrobena z plexiskla o rozměrech horní polokoule výbuchového autoklávu, která umožnuje pořízení záznamu procesu rozvíření. Záznam rozvíření byl pořízen pomocí vysokorychlostní kamery Olympus s rychlostí záznamu 1000 snímků za sekundu. Proces rozvíření prachového vzorku byl proveden s vzorkem pšeničné hladké mouky o navážce 31,25 g, která odpovídá koncentraci 125 g/m3, rozviřovacím tlaku 20 baru za použití trysky se zpětným odrazme Tento proces vizualizace rozvíření je užitečný pro pochopení, jak se vzorek při procesu rozvíření chová. Obrázky z procesu rozvíření byly vybrány pro časy 50, 100, 150 a 200 ms a jsou uvedeny na obr. 2 - 4.

5,8

5 barĤ

5,3

10 barĤ

4,8

15 barĤ

4,3

20 barĤ

3,8 3,3 2,8 0

250

500

750 1000 Koncentrace [g/m3]

1250

1500

Obr. 6 Výbuchový tlak pšeničné hladké mouky pro různé rozviřovací tlaky [5] 200 180

Obr. 2 Tryska se zpětným odrazem 50 ms [4]


(dp/dt)max [bar/s]

160 140 120

5 barĤ

100

10 barĤ

80

15 barĤ

60

20 barĤ

40 20 0 0

250

500

750 1000 Koncentrace g/m3

1250

1500

Obr. 7 Rychlost nárůstu výbuchového tlaku pšeničné hladké mouky pro různé rozviřovací tlaky [5] Krmné kvasnice



Výsledky experimentálního měření vlivu rozviřovacího tlaku na výbuchové parametry krmných kvasnic jsou uvedeny v tab. 8 a na obr. 8 - 9. Tab. 8 Výbuchové parametry krmných kvasnic [5]

Výsledky experimentálního měření maximálních výbuchových parametrů

Rozviřovací tlak [bar]

Pšeničná hladká mouka

Koncentrace [g/m3]

Výsledky experimentálního měření vlivu rozviřovacího tlaku na výbuchové parametry pšeničné hladké mouky jsou uvedeny v tab. 7 a na obr. 6 - 7. Tab. 7 Výbuchové parametry pšeničné hladké mouky [5] Rozviřovací tlak [bar] Koncentrace [g/m3]

5

10

15

20

Průměrná hodnota pmax [bar]

5

10

15

20

Průměrná hodnota (dp/dt)max [bar/s]

3,74

2,99

3,65

4,38

32,44

21,11

81,33

81,33

250

5,40

5,62

5,94

5,70

60,22

80,56

124,11

107,67

7,5

500

5,78

6,64

7,67

6,61

63,56

109,67

147,44

147,44

6,5

750

5,82

6,33

6,99

7,18

64,11

150,00

183,56

183,56

5,5

1000

5,68

6,20

6,08

6,68

63,33

134,78

159,56

159,56

1250

5,73

-

-

6,63

52,89

-

-

155,33

1500

5,38

-

-

-

47,56

-

-

-

pmax [bar]

125

5

10

15

20

5

10

15

20



60

2,05

-

-

-

39,67

-

-

-

125

4,29

4,80

4,52

-

60,22

96,00

70,11

-

250

5,42

6,19

5,29

5,64

76,67

109,00

80,67

133,44

500

5,98

6,84

6,79

6,51

66,78

132,22

192,33

140,11

750

5,71

6,32

6,32

6,57

64,00

148,78

205,00

241,89

1000

5,43

6,07

6,24

6,46

60,11

144,00

197,67

244,56

1250

-

-

-

5,75

-

-

-

240,11

5 barĤ

4,5

10 barĤ 15 barĤ

3,5

20 barĤ 2,5 1,5 0

250

500


1250

1500

Obr. 8 Výbuchový tlak krmných kvasnic pro různé rozviřovací tlaky [5]


197


Závěr Měření bylo provedeno pro 3 prachové vzorky: pšeničná hladká mouka, krmné kvasnice, moučkový cukr a pro čtyři rozviřovací tlaky a to 5, 10, 15 a 20 barů.

(dp/dt)max [bar/s]

250 200 5 barĤ

150

10 barĤ 100

15 barĤ 20 barĤ

50 0 0

250

500


1250

1500

Obr. 9 Rychlost nárůstu výbuchového tlaku krmných kvasnic pro různé rozviřovací tlaky [5] Cukr moučka Výsledky experimentálního měření vlivu rozviřovacího tlaku na výbuchové parametry moučkového cukru jsou uvedeny v tab. 9 a na obr. 10 - 11. Tab. 9 Výbuchové parametry moučkového cukru [5] Rozviřovací tlak [bar]

5

Koncentrace [g/m3]


10

15

20

5

10

15

20


125

2,99

-

-

-

56,22

-

-

-

250

4,69

4,32

5,26

4,31

103,78

61,44

89,89

77,33

500

4,95

5,75

5,89

6,41

67,44

70,78

84,56

136,11

750

4,08

6,08

7,31

7,00

60,78

66,22

162,56

160,67

1000

3,90

4,49

6,90

6,86

24,44

74,00

145,22

142,11

1250

-

4,30

6,49

5,99

-

60,11

105,67

117,67

7,5

pmax [bar]

6,5 5 barĤ

5,5

10 barĤ 4,5

15 barĤ

Výsledky z měření pšeničné hladké mouky ukazují, že maximálního výbuchového tlaku bylo dosaženo pro rozviřovací tlak 15 baru a až druhé nejvyšší hodnoty pro rozviřovací tlak 20 baru. Nejnižší hodnota výbuchového tlaku byla naměřena pro rozviřovací tlak 5 baru. Při porovnání rychlosti nárůstu výbuchového tlaku jsou hodnoty pro rozviřovací tlak 15 a 20 velice podobné a nejnižší hodnoty nárůstu výbuchového tlaku bylo dosaženo pro rozviřovací tlak 5 baru. Výsledky z měření krmných kvasnic ukazují, že hodnoty výbuchových tlaků jsou velice podobné pro rozviřovací tlaky 20, 15 a 10 baru a nejnižších hodnoty byly naměřeny pro rozviřovací tlak 5 baru. Při porovnání rychlosti nárůstu výbuchového tlaku jsou hodnoty nejvyšší pro rozviřovací tlak 20 baru a s klesajícím rozviřovacím tlakem klesají také hodnoty rychlosti nárůstu výbuchového tlaku. Výsledky z měření moučkového cukru ukazují, že maximálního výbuchového tlaku bylo dosaženo pro rozviřovací tlak 15 baru a až druhé nejvyšší hodnoty pro rozviřovací tlak 20 baru. Nejnižší hodnota výbuchového tlaku byla naměřena pro rozviřovací tlak 5 baru. Při porovnání rychlosti nárůstu výbuchového tlaku jsou hodnoty pro rozviřovací tlak 15 a 20 velice podobné a nejnižší hodnoty nárůstu výbuchového tlaku bylo dosaženo pro rozviřovací tlak 5 baru. Na základě výsledků experimentálního měření vlivu rozviřovacího tlaku na tvorbu prachového oblaku a následně na maximální výbuchové parametry lze tento vliv potvrdit. Rozviřovací tlak ovlivňuje formování prachového oblaku ve zkušebním zařízení a následně i jeho výbuchové parametry. Maximálních hodnot výbuchových parametrů bylo dosaženo pro rozviřovací tlak 15 baru a ne pro rozviřovací tlak 20 baru, jak stanovuje norma. Ovšem rozdíly mezi rozviřovacím tlakem 15 a 20 baru nejsou výrazné. Z výsledků experimentálních měření lze učinit závěr, že rozviřovací tlak 15 baru při použití trysky se zpětným odrazem zřejmě formuje ve zkušebním zařízení homogennější oblak, který umožňuje lepší šíření plamene v oblaku prachu a tím i dokonalejší hoření a dosažení vyšších výbuchových parametrů.

20 barĤ


3,5 2,5 0

250

500


1250

[1]

Damec, J.: Protivýbuchová prevence. Dotisk 1. vydání. Edice SPBI SPEKTRUM 8. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2005. 1ŘŘ s. 170 s. ISBN 8086111-21-0.

[2]

ČSN EN 14034. Stanovení výbuchových charakteristik rozvířeného prachu: Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011.

[3]

LENZING Biocel Paskov a.s. Krmné kvasnice sušené VITEX. [online]. 2010, [cit. 2011-03-24]. Dostupný z WWW:
[4]

Lepík, P.; Mynarz, M.; Serafín, J.: Investigation of the Effects of Different Types of Dispersers and Disperse pressure to the Maximum Explosion Parameters of Dust. Tenth International Symposium on Hazards, Prevention, and Mitigation of Industrial Explosion. Bergen, Norway: GexCon AS, 2014, 1345 - 1364. ISBN 978-82-999683-0-0 (PDF).

[5]

Peštuka, T.: Vliv rozviřovacího tlaku na maximální výbuchové parametry průmyslových prachů. Diplomová práce, Ostrava: VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, 2014, 58 stran.

1500

Obr. 10 Výbuchový tlak moučkového cukru pro různé rozviřovací tlaky [5] 200 180

(dp/dt)max [bar/s]

160 140 120

5 barĤ

100

10 barĤ

80

15 barĤ

60

20 barĤ

40 20 0 0

250

500


1250

1500

Obr. 11 Rychlost nárůstu výbuchového tlaku moučkového cukru pro různé rozviřovací tlaky [5]


198


Zásady navrhování budov odolných na účinky venkovního výbuchu Design Principles of Structures Resistant to Outdoor Blast Effects doc. Ing. Daniel Makovička, DrSc.1 Ing. Daniel Makovička2 České vysoké učení technické v Praze, Kloknerův ústav Šolínova 7, 166 08 Praha 6 2 Statika a dynamika konstrukcí Šultysova 170/8, 284 00 Kutná Hora [email protected], [email protected]

1

Abstrakt Příspěvek pojednává zásady návrhu konstrukce budov, zatížených účinky venkovního výbuchu. Pro stanovení velikosti a časového průběhu zjednodušeného dynamického zatížení jsou použity empirické vzorce, získané autory při výbuchu malých náloží. Jsou pojednány zásady pro stanovení kombinace zatěžovacích stavů pro určení rozdělení hmotnosti a tuhosti konstrukce pro výpočet jejího naladění. Je posouzena dynamická odezva budovy na základě 3D dynamického výpočtu a riziko poškození konstrukce trhlinami na základě výpočtu vnitřních sil v konstrukci a úhlů jejího lomu, odpovídající deformované části konstrukci. Klíčová slova Stavební konstrukce, účinky výbuchu, výpočet, posuzování. Abstract The paper deals with the principles of structure design, loaded by outdoor explosion effects. The empirical formulas are used for determination of the intensity and time history of simplified dynamic load. These formulas were derived by the authors for small charges. Principles of combination of structure loading states are given for determination of realistic distribution of structure stiffness and mass aimed at the structure tuning analysis. It is assumed the dynamic structure response on the basis of the 3D dynamic analysis and the risk of structure failure on the basis calculated internal forces in the structure and angles of failures corresponding with deformed structure part. Keywords Building structure, explosion effects, analysis, assessment. Úvod Při posuzování odezvy stavební konstrukce na účinky výbuchu je nutné uvážit konkrétní místní podmínky [1] podle lokality a charakteru stavební konstrukce: a) typ a situování zdroje tlakové vlny ve srovnání s posuzovanou konstrukcí, b) charakteristiky tlakové vlny ve zdroji, zvláště časový průběh výbuchového tlaku, v závislosti na množství látky, intenzitě a rychlosti uvolněné výbuchové energie, c) dráhu, po které se výbuchová vlna šíří ke konstrukci, případně u vnitřních výbuchů velikost prostor, ve kterých došlo k výbuchu, možnost otevření odlehčovacích otvorů (oken, dveří, lehkých příček ap.). Vliv překážek na cestě k zatížené konstrukci, vlivy zemního prostředí na modifikace seismických vln, d) vlastnosti konstrukce nebo částí konstrukce a jejich materiálu. Jedná se zejména o mechanické charakteristiky materiálu (především jeho pevnost, způsob porušování, diagram závislosti napětí na deformaci, přípustnost využití plastických rezerv při porušování, hmotnost ap.) rozložení hmot a tuhosti konstrukce a tomu odpovídající frekvenční naladění konstrukce, charakter Ostrava 3. - 4. září 2014

povrchů, které rázová vlna zatěžuje, geometrii konstrukce ve srovnání s charakteristikami výbuchové vlny, předchozí poruchy v konstrukci včetně změn vlastností materiálu konstrukce s časem u stávajících konstrukcí ap. Na základě výše uvedených charakteristik (vstupních informací) lze stanovit odezvu konstrukce ať již přesněji výpočtem, nebo přibližně podle empirických kritérií. Vždy by však součástí odezvy mělo být stanovení nejistot v určení odezvy konstrukce a jejího porušení v návaznosti na provedených zjednodušeních a předpokladech o chování konstrukce a jejím zatížení a dalších nepřesnostech vstupních dat. Zatížení od výbuchu venkovní pevné nálože Velmi často bývá výbuchové zatížení zjednodušeně nahrazováno: a) v čase trojúhelníkovým průběhem zatížení s maximální intenzitou, odpovídající součtu tlaku v dopadající a odražené vlně a délkou působení, odpovídající obvykle pouze době působení přetlakové fáze tlakové vlny, b) tlakovou vlnu lze uvažovat s rovinným čelem, to znamená, že je zanedbána doba náběhu do maximální intenzity a dále, že zatížení na celou konstrukci začíná působit v jediný okamžik, je tedy zanedbán fázový posun v počátku působení zatížení v jednotlivých bodech konstrukce, c) obvykle se předpokládá, že zatížení zatěžuje stavební konstrukci (zdi, strop, okna ap.) spojitě rovnoměrně (není uvažován lokální efekt soustředěného zatížení), d) odezva konstrukce bývá uvažována na základě superpozice dvou trojúhelníkových zatížení, odpovídající nejprve přetlakové a následně podtlakové fázi tlakové vlny. Při výbuchu je konkrétní průběh působení zatížení na budovu závislý na vírovém obtékání povrchu konstrukce, atmosférickém tlaku, teplotních podmínkách a dalších faktorech, které jsou obvykle při zjednodušené analýze zanedbány. Parametry výbušiny jsou stanoveny z průměrných hodnot; použité vzorce jsou empirické se středními (pravděpodobnými) hodnotami součinitelů. Takže i výpočty konstrukcí na účinky rázové vlny jsou těmito nepřesnostmi vstupních veličin celého jevu významně zatíženy [6, 7, 10]. Pro výpočet dynamického zatížení byly použity empirické vzorce pro nálož v otevřeném prostoru [7, 8, 9, 13], pak přetlak p+ na čele vzdušné rázové vlny a doba jeho trvání τ+ je: _ 1,07 p  3  0,1 [MPa] pro R ≤ 1 m/kg1/3 (1) R p 

0,0932 0,383 1, 275   [MPa] 2 3 R R R

_ pro 1 < R ≤ 15 m/kg1/3 (2)

   1,6  103  6 Cw  R [s]

(3)

pro redukovanou vzdálenost: R

3

R Cw

[m/kg1/3]

(4)

kde _ R redukovaná odstupová vzdálenost od epicentra výbuchu, R

vzdálenost od epicentra výbuchu [m],

Cw

ekvivalentní hmotnost nálože [kg TNT].

199


Vlnění od ohniska výbuchu se šíří v kulových vlnoplochách. Při pozemním výbuchu (na kontaktu s terénem) je energie výbuchu přibližně dvojnásobná, protože při úplném odrazu od povrchu terénu se tlaková vlna šíří v polokulových vlnoplochách. Tento vliv lze respektovat tak, že pro pozemní výbuch se dosazuje do vzorce (4) za ekvivalentní hmotnost nálože Cw zpravidla dvojnásobná velikost skutečně použité hmotnosti nálože C [2, 10]. Při nadzemním výbuchu ve výšce vyšší než 20 m nad terénem se za ekvivalentní hmotnost nálože dosazuje přímo hmotnost nálože C (bez jejího navýšení). Pro výšku nálože v rozmezí na terénu (nulová výška) a ve 20 m nad terénem lze při stanovení ekvivalentní hmotnosti nálože lineárně interpolovat; pak ekvivalentní hmotnost nálože, dosazovaná do výše uvedených vzorců je v rozmezí: Cw  1 až 2  C Při normálovém (kolmém) dopadu výbuchové vlny na pevnou překážku vzniká odražená vlna s přetlakem odrazu pref, která zatěžuje stavební konstrukci z čelní strany. Přetlak v odražené vlně odpovídá přibližně dvojnásobku přetlaku pro nízké přetlaky p+ přibližně do 5 MPa (až osminásobku [2, 3, 9, 10] pro vysoké přetlaky v řádu několika desítek MPa) v dopadající vlně pro danou vzdálenost R. Doba působení přetlaku tD je přibližně stejná jako doba trvání rázové vlny τ+: pref   2 p (5) tD  

(6)

Požadavky na výpočet odezvy

ψ2,1, ψ2,i součinitele pro tzv. kvazistálou hodnotu proměnného zatížení, Qk,1

charakteristickou hodnotu hlavního proměnného zatížení,

Qk,i

charakteristickou hodnotu vedlejšího i-tého proměnného zatížení,

″+″

″kombinovaný s dalšími zatíženími″,

Σ

kombinovaný účinek.

V příslušném vztahu je hlavní proměnné zatížení to zatížení, které dává největší účinek. Pokud není zřejmé, které z proměnných zatížení to je, musí se do vztahu jako hlavní zatížení dosadit postupně každé proměnné zatížení. Ve čtvrtém členu kombinačního vztahu se uvažuje kombinační součinitel ψ pro častou nebo kvazistálou hodnotu zatížení podle typu mimořádného zatížení. Mechanické charakteristiky konstrukce, zatížené výbuchem Při zatížení výbuchem se zděné konstrukce běžných budov chovají lineárně pružně až do okamžiku porušení [5]. Konstrukce tohoto typu mohou být analyzovány na základě následujících kombinací zatížení [3, 6] použitých pro celou konstrukci za předpokladu, že nehrozí ztráta stability: a) při ekvivalentní statické analýze:  1.2D  0.25L  (8) b) při dynamickém výpočtu: D   0.25 až 0,50  L

(9)

nebo alternativní výpočet při posuzování zbytkové únosnosti nosných prvků konstrukce [2, 6, 7].

 0.9 nebo 1.2  D   0.5L nebo 0.2S   0.2Wn

(10)

S ohledem na navrhování nových nebo posuzování stávajících staveb lze odolnost konstrukce na účinky výbuchu uvažovat:

kde

a) konstrukce by měla přenést účinky výbuchu:

D

zatížení od vlastní tíhy (1.2D nebo 1.0D je obvykle doporučováno),

L

užitné zatížení,

aa) bez poškození nosné způsobilosti a bez ztráty funkčnosti, tak aby tato konstrukce při opakovaném výbuchu byla dostatečně odolná, ab) s přípustným poškozením nosných a nenosných prvků konstrukce, které ovšem nezpůsobí její celkovou havárii, ale pouze ztrátu funkčnosti. Takováto konstrukce splní při výbuchu svůj účel, ochrání chráněnou oblast, ale po výbuchu je potřeba ji odstranit nebo provést její opravu (podle požadavků na tuto konstrukci - velkou nebo generální opravu nebo provést výstavbu konstrukce nové); b) konstrukce by měla při havárii být destruována a umožnit tak výfuk do vnějšího prostoru. V souladu s celosvětovou praxí se tedy rozlišují při navrhování nebo posuzování konstrukcí dvě návrhové úrovně pro výpočet zatížení příslušné konstrukce: • MVZ: maximální výpočtové zatížení, • PZ: projektové zatížení.

S

zatížení sněhem na střechách

Wn

zatížení větrem na obvodové konstrukce (stěny, sloupy, okna, ap.)

δ

dynamický součinitel.

Pro rámové konstrukce stačí analyzovat nejnižší nadzemní podlaží. Posuzuji se vnější sloupy ze středu kratší a delší strany a rohové sloupy budovy. Modul pružnosti zdiva E, odpovídající realitě, je významnou charakteristikou pro výpočet odezvy zdiva při zatížení výbuchem. Lze jej odhadovat z deformačního modulu Edef , uváděného v normách na základě experimentálně ověřených zkušeností autorů příspěvku [5, 6, 8, 13]: a) při výpočtu odezvy nepoškozené konstrukce v blízkosti meze porušení hodnotou E ≈ 0.5 · Edef, b) pro konstrukci poškozenou sérií viditelných: E ≈ 0.1 · Edef.

V soustavě eurokódů je zatížení výbuchem považováno za mimořádné zatížení a toto zatížení se uvažuje v mimořádných návrhových situacích [15]. Pro mimořádné situace se dílčí součinitele γf uvažují zpravidla rovny jedné.

O únosnosti zdiva rozhoduje podle norem stlačení za ohybu/ tahové namáhání zdiva při respektování bezpečnostních mezí, daných koeficienty zatížení, kombinací ap.

Pro posouzení na mezní stav únosnosti se v mimořádné návrhové situaci uvažují kombinace zatížení podle vztahu:

Zjednodušený výpočet odezvy konstrukce

 Gk , j"  " P"  "Ad"  "( 1,1 nebo  2,1 ) Qk ,1"  "   2,iQk ,i

j 1

i 1

kde Gk,j značí charakteristickou hodnotu j-tého stálého zatížení, P

příslušnou reprezentativní hodnotu předpětí,

Ad

návrhovou hodnotu mimořádného zatížení,

ψ1,1 součinitele pro tzv. častou hodnotu proměnného zatížení,


(7)

Norma ČSN EN 1991-1-7 [11] se nezabývá mimořádnými zatíženími vyvolanými vnějšími výbuchy, nicméně doporučuje způsob výpočtu podle kategorizace konstrukcí. Tato kategorizace se vztahuje k malé, střední a velké třídě následků (CC1 až CC3) a v návaznosti na ně je předepsán ekvivalentní statický nebo dynamický výpočet. S ohledem na rázový, krátkodobý charakter vlastního výbuchu lze navýšit pevnostní charakteristiky, převzaté z návrhových norem součinitelem zpevnění k1, odpovídajícím rychlosti deformace. Tento součinitel k1 může nabývat velikost i v řádu jednotek 200


(2,0 a více) pro velmi krátké výbuchové jevy. Jeho konzervativní hodnoty jsou uvedeny v [10, 13]. Konstrukce lze při sestavování zjednodušeného výpočetního modelu zpravidla rozdělit na samostatné prvky vystavené bezprostředně výbuchu [6, 8, 9, 12, 14] ovšem s uvážením jejich podepření, odpovídající uložení této části konstrukce v celé budově; lze takto samostatně analyzovat stropní desky, obvodové a vnitřní stěny, trámy ap. Případně lze provést redukci konstrukce na soustavu s konečným počtem stupňů volnosti, obvykle jen jedním, a pak dynamický charakter celého jevu a dynamické zvětšení namáhání a přetvoření konstrukce vyjádřit dynamickým součinitelem. To znamená, že problematika odezvy je zjednodušeně vyjádřena časovou funkcí δ(t), která je funkcí poměru frekvenčních charakteristik budicího impulzu (zpravidla doby jeho trvání tD) a té vlastní frekvence, zpravidla nejnižší, při níž kmitání konstrukce z energetického hlediska přenese největší podíl buzení. Za tohoto předpokladu pak např. dynamický průhyb konstrukce x(t) lze zapsat ve tvaru: x  t   x0   t  (11) kde x0

statický průhyb od staticky působícího zatížení rázovou vlnou,

δ(t) respektive její extrém, nazýváme dynamickým součinitelem. Dynamickou odezvu na účinky zatížení od výbuchu je nutné superponovat na účinky od statických zatížení i zde podle zásad Eurokódu, jak uvedeno výše. Tyto postupy jsou obvyklé, nicméně je třeba upozornit, že v případě namáhání konstrukce od výbuchu dojde v řadě průřezů k nepružným deformacím a konstrukce se poškodí trhlinami. V tomto případě je potřebí posoudit stabilitu konstrukce s trhlinami, aby nedošlo v důsledku vytvoření plastických kloubů a trhlin k jejímu kolapsu. V případě zatížení konstrukce výbuchem zpravidla se připouští vznik trhlin, které nevedou ke kolapsu konstrukce. Takže je přípustné použití součinitelů duktility μ pro redukci velikosti výbuchového zatížení. Jedná se o velmi efektivní postup jak respektovat nepružné projevy dynamického zatížení.

  xm / xel

(12)

kde xm

celkový pružný + plastický průhyb (posunutí) konstrukce,

xel

pružná část průhybu (posunutí).

Použitelná velikost součinitele duktility je pro železobetonové konstrukce zpravidla q < 3. Při podrobnější analýze konstrukce lze použít vyšší součinitele duktility např. podle seizmické normy ČSN EN 1998-1 [16]. Pro soustavu s jedním stupněm volnosti a trojúhelníkovým průběhem rázového zatížení od výbuchu lze odhadnout okamžik dosažení maximální výchylky (průhybu) xm v čase tm podle obr. 1 [13, 17] v závislosti na hodnotě maximálního dynamického zatížení FT , meze kluzu Rm materiálu konstrukce a vlastní periody kmitání T (zpravidla dominantní ohybové vlastní frekvence zjednodušené soustavy s jedním stupněm volnosti), jestliže t je čas a tD je doba působení dynamického zatížení. Na obr. 1 jsou závislosti uvedeny jako bezrozměrné, takže zatížení FT i mez kluzu Rm musí být dosazeny ve stejných jednotkách, např. kPa; obdobně veličiny tm, tD a T se dosazují ve stejných jednotkách, v našem případě v sekundách. Posuzování odezvy podle úrovně vnitřních sil Při posuzování mezních stavů únosnosti se uvažují velikosti vnitřních sil v konstrukci na základě kombinací zatížení po jejich redukci součinitelem duktility q a s uvážením součinitele zpevnění materiálu k1. Výsledné vnitřní síly se pak posuzují podle návrhových norem (Eurokódů) pro příslušný typ materiálu konstrukce.


Obr. 1 Grafy pro stanovení odezvy soustavy s 1 stupněm volnosti Tento postup u ohýbaných konstrukcí však skrývá dvě významné nejistoty, spočívající ve vhodné volbě jak součinitele duktility, tak součinitele zpevnění materiálu. Oba součinitelé při velmi rychlém přetváření konstrukce, které je typické pro výbuchové zatížení, mohou dosahovat číselných hodnot i v řádu desítek a nikoliv jen jednotek, jak uvedeno výše. Tím ovšem mohou vést ke značnému předimenzování konstrukce. Proto v poslední době při posuzování účinků výbuchu na konstrukce je velmi aktuální posuzování konstrukce, zatížené výbuchem podle dynamických výchylek a natočení střednice deskových, stěnových nebo nosníkových systémů při tomto dynamickém zatížení.

201


Tab. 3 Úhel ψ [°] při poškození konstrukcí ohybem [3, 4, 5, 10, 14] Očekávané poškození prvků

Konstrukce

střední

velké

rizikové

výbuchovém zatížení zděných, železobetonových a okenních skleněných tabulí na základě porovnání vlastních a ostatních publikovaných výsledků. Poděkování

Železobetonové konstrukce

Práce na této problematice vznikla za podpory výzkumného projektu Ministerstva vnitra ČR: VG20122015089. Autoři si dovolují touto cestou vyslovit ministerstvu za jeho podporu svůj dík.

Desky nebo nosníky s jednostrannou výztuží

2

5

10

Desky nebo nosníky s oboustrannou výztuží bez smykové výztuže

2

5

10

Desky nebo nosníky s oboustrannou výztuží se smykovou výztuží

4

6

10

[1]

Desky nebo nosníky se zpevněným povrchem tahovou membránou

Design of blast resistant building in petrochemical facilities, American Society of Civil Engineers, Reston, VA, 1997.

6

12

20

[2]

Henrych, J.: Dynamika výbuchu a jeho užití, Academia, Praha 1973.

1

1,5

2

[3]

Koloušek, V. a kol: Stavebné konštrukcie namáhané dynamickými účinkami. SVTL, Bratislava 1967.

1,5

4

8

[4]

2

8

15

Makovička, D.: Shock wave load of window glass plate structure and hypothesis of its failure. In SUSI‘98. Computational Mechanics Publications, WIT Press, pp. 43-52, Southampton 1998.

3

10

20

[5]

Makovička, D.: Failure of masonry under impact load generated by an explosion. Acta Polytechnica, Vol. 39, No. 1/1999, pp. 63-91.

[6]

Makovička, D.; Makovička, D.: Analýza odezvy budovy zatížené venkovním výbuchem, In Požární ochrana 2007, VŠB-TU Ostrava, 12.-13.9.2007, Ostrava, 2007, s. 311-321.

[7]

Makovička, D.; Janovský, B.: Příručka protivýbuchové ochrany staveb, Česká technika - nakladatelství ČVUT v Praze, 2008.

[8]

Makovička, D.; Makovička, D.: Odhad účinků zatížení od výbuchu na stavební konstrukci, In SPEKTRUM, roč. 9, č. 2/2009, s. 31-35. ISSN 1211-6920.

[9]

Makovička, D.; Makovička, D.: Navrhování stavební konstrukce při zatížení tlakovou vlnou od výbuchu, In Požární ochrana 2009, VŠB - TU Ostrava, 9. - 10. 09. 2009, Ostrava, 2009, s. 323-334.


Předpjatý beton Nosníky nebo desky Zdivo Běžné, nevyztužené Vyztužené Ocel Válcovaná ocel

Posuzování odezvy podle natočení střednice Autoři ve svých dřívějších publikacích již použili tento postup pro různé typy materiálu a konstrukční systémy [3, 5, 7, 11, 13] a na základě porovnání s experimentem stanovili úhel natočení střednice prvku konstrukce ψmax, tedy úhel, při kterém dojde k porušení konstrukce lomem. Kritériem pro posouzení odezvy, je tedy dynamické natočení střednice příslušného prvku konstrukce, kterému odpovídá úhel:



  arctg xm /  0.5 hrozpetí 



(13)

kde xm

maximální dosažená dynamická výchylka od výbuchového zatížení,

hrozpětí rozpětí deskové stropní konstrukce nebo výška stěnové konstrukce v rámci jednoho podlaží, nebo rozpětí trámu, výška sloupu ap.

[10] Makovička, D.; Makovička, D.: Simplified evaluation of a building impacted by a terrorist explosion, In Jones, N., Brebbia, C.A.: Structures Under Shock and Impact XI, WIT Press, Southampton, 2010, pp. 93-104,

Dostatečně konzervativní limitní hodnoty úhlu ψ, které odpovídají zvolenému riziku porušení konstrukce jsou uvedeny v tab. 3.

[11] Makovička, D.; Makovička, D.: Výbuch nálože uvnitř budovy a jeho působení na konstrukci, In SPEKTRUM, roč. 10, č. 2/2010, s. 20-23. ISSN 1211-6920.

Podmínkou středního výskytu škod je poškození železobetonových nebo zděných prvků odprýskáním části tažené vrstvy průřezu (spalling) a výskyt trhlin, které neohrožují stabilitu konstrukce a jsou opravitelné např. zainjektováním. Rizikový výskyt poškození se zase blíží maximálnímu úhlu lomu ψmax.

[12] Makovička, D.; Makovička, D.: Assessment of building structure loaded by terrorist external explosion, In Zolotarev Igor: Engineering Mechanics 2013, 19th International Conference, May 13-16, 2013, Svratka, Institute of Thermomechanics, Academy of Sciences of the Czech Republic, v.v.i. - Prague, pp. 95-96 + 11 pp. on CD.

Závěr Vzhledem k nejistotám ve stanovení podrobnějších parametrů výbuchového zatížení je použita pro inženýrský odhad pravděpodobného zatížení metodika, odvozená autory na základě analýzy experimentálně stanovených parametrů výbuchového zatížení. Tato metodika dostatečně výstižně umožňuje tyto parametry stanovit a na ně posoudit vlastní stavební konstrukci. Odezvu konstrukce lze stanovit zjednodušeně na bázi ekvivalentního statického výpočtu, pro něž jsou v příspěvku uvedeny grafy dynamického součinitele nebo samozřejmě podrobným 3D dynamickým výpočtem. Výsledkem výpočtu odezvy jsou vnitřní síly, průhyby a natočení střednice nosníkových nebo deskových průřezů konstrukce. Posuzování konstrukce podle natočení průřezů je v současnosti rozvíjená metodika, která odpovídá posledním trendům výzkumu. Autoři použili mezní hodnoty, zjištěné experimentálně při Ostrava 3. - 4. září 2014

[13] Makovička, D.; Makovička, D.: Blast load of building structure, Mechanical Engineering, Vol. 4, No 1, 2014, pp. 289-293. [14] McCann, D.M.; Smith, S.J.: Blast resistant design of reinforced concrete structures, Structure Magazin, April 2007, pp. 22-26. [15] ČSN EN 1991-1-7 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-7: Obecná zatížení - Mimořádná zatížení. ČNI, Praha 2007. [16] ČSN EN 1998-1 Eurokód 8: Navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení - Část 1: Obecná pravidla, seizmická zatížení a pravidla pro pozemní stavby. ČNI, Praha 2006. [17] TM 5-1300: Structures to resist the effect of accidental explosions, U. S. Army Corps of Engineers, Washington, D.C., 1990 (Navy NAVFAC P-397 or Air Force AFR 88-22).

202


Hodnotenie rizika chemických látok používaných na hasenie Evaulation of Risks of Chemical Substances Used on Extinguishing doc. RNDr. Iveta Marková, PhD. Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied Tajovského 40, 974 01 Banská Bystrica, Slovenská republika [email protected] Abstrakt Plynné hasiace látky (FE 36, CO2, N2 a Ar) sú moderné hasiace prostriedky, ktoré v prípade likvidácie požiaru nespôsobujú sekundárne škody na hasenom objekte. Uvedená vlastnosť hasiacej látky je požadovaná hlavne pri chránení drahých technologických celkov. Výrobca FE 36 deklaruje výbornú hasiacu účinnosť, čo je, pri výpočte potreby hasiacej látky, veľmi dobrý ekonomický aspekt. Cieľom príspevku je stanovenie hasiacej účinnosti na referenčnej horľavej látke heptán. Testovanie hasiacej účinnosti FE 36 je vykonané laboratórnym testom, metódou cup burner test. Kľúčové slová Hasiace plyny, hasiaca koncentrácia, heptán, CO2, N2, Ar. Abstract Gaseous extinguishing agents (FE 36, CO2, N2 a Ar) are modern fire-fighting agents that in the event of extinguishing do not cause secondary damage to the objects. This property of extinguishing agent is required to protect technological units. Manufacturer FE 36 declares an excellent extinguishing force, which is very good economical aspect if an amount of extinguishing agent is calculating. The goal of contribution is experimentally determined by manufacturer and test of extinguishing force for selected flammable substance - hepthane. Test of extinguishing force of FE 36 is carried out by laboratory method, called cup burner test. Keywords Extinguishing gases, extinguishing concentration, hepthane, CO2, N2, Ar. Úvod Hasenie je prerušenie procesu horenia. Všeobecne používané hasiace látky, pre účely hasenia požiaru sú: voda, hasiace látky na báze vody, hasiace prášky, plynné hasiace látky s fyzikálnym princípom hasenia, plynné hasiace látky s chemickým princípom hasenia (Orlíková - Štroch, 2002, Marková, 2008, Coneva, 2009, Tureková et al., 2011). Plynné hasiace látky s chemickým princípom hasenia sú plyny, ktoré z chemického hľadiska predstavujú halogén derivát uhľovodíka. V podstate je to zlúčenina uhlíka s vodíkom, kde sú atómy vodíka čiastočne alebo úplne nahradené halogénom. Halogénové atómy, využívané pre účely prípravy halogenderivátov sú fluór (F), chlór (Cl) a bróm (Br) (Balog, 2004). Plynná halónová hasiaca látka sa správa ako antikatalyzátor (inhibítor), teda vlastne ako spomaľovač chemickej reakcie. Halogén uhľovodíkový plyn sa vplyvom tepla začne štiepiť na halogénové radikály, ktoré reagujú s radikálmi horenia, za vzniku energeticky chudobnejších radikálov ako CHBr2+, CH2Br+ a podobne a tepelne stále produkty ako HF, HBr, HCl čím sa zároveň znižuje tvorba OH+ a CH3+. Podmienkou hasenia je vlastne to, že halogénové radikály majú vyššiu reakčnú rýchlosť ako radikály vytvorené horením. Tento princíp hasenia sa nazýva antikatalycký, respektíve o hasiacej látke hovoríme, že má antikatalycký efekt (Mózer, Marková, 2008).


Pri hodnotení plynnej halónovej hasiacej látke je anti -katalytický efekt primárny, ale nie jediný. Hasiaca látka má vlastnú hodnotu tepelnej kapacity, takže môžeme predpokladať aj uplatnenie ochladzovacieho efektu a produkty samozrejme vytláčajú z priestoru kyslík a teda dochádza aj k dusiacemu (zrieďovaciemu) efektu. Práve Mózer (2009) sledoval vplyv tepelnej kapacity vybraných plynných hasiacich látok na konečný hasiaci efekt. Halónová hasiaca látka hasí plameň takmer okamžite, čiže je vhodná na hasenie homogenného horenia, požiarov horľavých kvapalín (trieda požiaru B) a horľavých plynov (trieda požiaru C). Nakoľko je jej chladiaci efekt minoritný, nie je veľmi vhodná pre pevné horľavé látky, kde dochádza k pyrolýze (požiar triedy A). Pevné látky sú totiž schopné naakumulovať množstvo tepla, ktoré aj po uhasení plameňa môže pevnú horľavú látku opätovne iniciovať a zahájiť novú reťazovú reakciu. Halónový plyn nie je vhodný na hasenie látok, ktoré horia bezplameňovo. Hasiaca účinnosť sa hodnotí parametrom MEC - minimal exinquishing concentration - minimálna hasiaca koncentrácia príslušného hasiaceho plynu potrebného na uhasenie plameňového horenia. V minulosti sa niektorí výrobcovia pokúšali vyvinúť hasiacu látku na báze halónov, určenú primárne pre pevné horľavé látky. Napríklad Pyrogel, čo je v podstate hybrid hasiaceho prášku a halónového plynu CHF2Br (FM 100). Pri hasení má táto látka formu emulzie, ktorá priľne na hasenú látku. So zákazom výroby plynu FM 100, však došlo aj k ukončeniu výroby pyrogelu a z moderných takzvaných čistých halónových plynných hasiacich látok, doposiaľ nikto nevyvinul podobný hybrid. Halóny a halónové alternatívy používané pred FE 36 mali veľmi nepriaznivý vplyv hlavne na ozón. Je všeobecne známe, že ozónová vrstva nás chráni pred nebezpečným ultrafialovým žiarením, hlavne pred typom UV - B. Práve kvôli vysokému významu ozónu sa pre dané látky zaviedol koeficient - ODP (ozone depletion potential), ktorý charakterizuje schopnosť látky odbúrať ozón. Ako referenčná látka sa zvolila trichlórfluórmetán, ktorá má ODP = 1. Nevýhodou plynných halónových hasiacich látok s výborným hasiacim účinkom je ich výrazný vplyv na ozón (Orlíková-Štroch, 2002, Balog, 2004). Výrobcovia moderných plynných hasiacich látok, nazvali novšie hasiace látky „halónová alternatíva“. Uvedené pomenovanie je dosť nešťastné. Pri predstave slova alternatíva sa vynorí jasná definícia - náhrada činnosti, materiálu, spôsobu s rovnakými alebo veľmi podobnými vlastnosťami. Ak v deriváte uhľovodíka nahradím chlór fluórom, stále to je halogén derivát uhľovodíka a nie alternatívna látka. V tomto zmysle podozrievam výrobcov podobných látok, že sa jedná skôr o environmentálny marketingový ťah. Je však jasné, že spojenie halónová alternatíva, znie omnoho ekologickejšie, ako zaužívaný názov halón, hoci by výrobca akokoľvek deklaroval jeho environmentálne vlastnosti (Marková, 2011a). Inertné hasiace plyny sa vyznačujú čisto fyzikálnym spôsobom hasenia a to ochladzovaním pásma horenia a riedením oxidačného činidla. Chemicky aktívne hasiace plyny však v rôznej miere kombinujú inhibíciu reakcií horenia s ochladzovaním pásma horenia a riedením oxidačného činidla. Vo všeobecnosti však významne prevláda ich inhibičný efekt. Keďže existuje skupina hasiacich látok, ktorá uplatňuje oba efekty, pretože sa vďaka plynnému skupenstvu, plynné hasiace látky s chemickým účinkom hasenia budú, v okamihu ich aplikácie, správať ako plynné hasiace látky s fyzikálnym účinkom hasenia (rozpínať a difundovať do okolia), firma SIEMENS (inertný

203


materiál) v roku 2007 prichádza s novou klasifikáciou plynných hasiacich látok, ktorá vychádza z pôvodu a ich prípravy (Marková, 2011 b). Na základe vyššie uvedených skutočností rozdeľuje plyny do dvoch skupín: 1. prírodné plyny, 2. chemické plyny, 3. kombinácia chemických plynov s vodnou hmlou (interný materiál fy SIEMENS). Plynné hasiace látky sa používajú na hasenie požiaru, ale ich spôsob hasenia je rôzny (MArková, 2011b): • Redukujú alebo izolujú palivo - tieto plyny sa v prvom rade používajú ako inertné plyny pre potlačenie požiaru ( v anglickom originály „fire suppression“), • Redukujú teplo, príkladom je Novec 1230, • Redukujú alebo izolujú kyslík (oxygen), príkladom sú plyny Argonite / IG-55, oxid uhličitý, Inergen, and NN100, • Inhibujú reťazovú chemickú reakciu horenia a jej zložky, príklady plynov: FE-13, FE-227,FE-25, FM-200, Halons, Halon 1301, Freon 13T1, NAF P-IV, NAF S-III a Triodide (Trifluoroiodomethane). Cieľom príspevku je stanovenie hasiacej účinnosti na referenčnej horľavej látke heptán. Testovanie hasiacej účinnosti FE 36 je vykonané laboratórnym testom, metódou cup burner test a porovnanie jeho účinnosti s plynmi.

na uvedené materiály (http://www2.dupont.com/FE/en_US/assets/ downloads/pdf/h62428.pdf). Inhalácia vysokej koncentrácie FE 36, ktorá by sa mohla vytvoriť pri zneužití látky, alebo pri neopatrnej manipulácii s látkou, môže mať negatívny účinok na centrálny nervový systém a kardiosystém človeka. Vysoká koncentrácia FE 36 môže spôsobiť nevoľnosť, bolesti hlavy a zmätenosť. V extrémnych prípadoch môže spôsobiť citlivosť srdca na epinefrín a smrť bez predchádzajúcich príznakov. FE 36 môže spôsobiť omrzliny, ak sa pokožka dostane do kontaktu s kvapalným FE 36, alebo jeho výparmi. Užitie (prehltnutie) látky, nie je pravdepodobná cesta expozície (http://www2.dupont.com/ FE/en_US/assets/-downloads/pdf/h77974.pdf). Pri styku FE 36 s plameňom sa vo zvýšenej miere tvorí fluorovodík, čo bolo citeľné aj pri laboratórnom teste. Experiemtnálna metóda Na overenie deklarovanej hasiacej účinnosti sa použije ako palivo horľavá kvapalina n-heptán. Na testovanie hasiacej účinnosti ďalších horľavých látok sa ako palivo použila základná rada alkoholov. Overenie a ďalšie testovanie hasiacej účinnosti FE 36 sa vykoná laboratórnou metódou cup - burner (obr. 1.) a následným prepočtom objemovej hasiacej molovej koncentrácie na skutočnú molovú hasiacu koncentráciu (Mózer, 2009). 5 4

Experimentálna časť

3 2

Hasiace látky V súčasnosti používané plynné hasiace látky oxid uhličitý, dusík, argón pracujú na fyzikálnom princípe hasenia. FE 36 je typ plynnej hasiacej látky, pracujúcej na chemickom princípe hasenia a nahradila halón 1211 v hasiacich prístrojoch a hasiacich systémoch. Hasiacu látku vyvinula a vyrába firma DUPONT so sídlom v USA (tab. 1). K vývinu tejto hasiacej látky viedol prirodzený proces v oblasti environmentálnej bezpečnosti, teda vyvinutie halogénu, ktorého ODP sa rovná 0. Tab. 1 Konkrétne informácie o testovaných plynných hasiacich látkach Obchodný názov

Prietokomer plynu

PC

1 Vzduch

FE 36

Oxid uhličitý

Dusík (IG + číslo)

Argón (IG + číslo)

HFC - 236 fa

CO2

N2

Ar

Chemický vzorec

CF3CH2CF31,1,1,3,3,3 hexafluórpropán

CO2

N2

Ar

CAS

690-39-1

EC

425-320-1

1 Has. látka

Obr. 1 Bloková schéma testovacieho zariadenia cup - burner Legenda: 1 - snímače teploty, 2 - difúzor, diffuser, 3 - prívodná trubica horľavej kvapaliny, 4 - hrnčekový horák (cup burner), 5 - valec z ohňovzdorného skla

Názov produktu

000124-38-9

Horľavá látka

Princíp činnosti

Vzduch sa zo zdroja stlačeného vzduchu, cez tlakový redukčný ventil privedie na 007727-37-9 007440-37-1 vstup do prietokomera. Plynná hasiaca látka sa zo zdroja (tlaková nádoba) cez tlakový redukčný ventil privedie na vstup do prietokomera. Následne 231-783-9 231-147-0 vzduch i hasiaca látka prúdi 28 cez prietokomer, každý plyn po 1977 1006 svojej vetve. Prúdenie, respektíve prietok, možno v prietokomere regulovať od 0 do 100 kubických stôp (americká jednotka, pretože vychádzame z americkej normy) za hodinu pre každý plyn zvlášť. Regulované množstvá plynov potom prúdia do difúzora, ktorý zabezpečí zmiešanie uvedených plynov. Zmes hasiacej látky a vzduchu v regulovanom prietoku prúdi do skleneného valca, vyrobeného z ohňovzdorného skla, pričom obteká prívodnú trubicu horľavej kvapaliny a hrnčekový horák (cup burner), ktorý je

Molekulová hmotnosť

152,04

204-696-9 44 1013

Doprava číslo OSN (UN kód)

3163

Snahou každého výrobcu hasiacej látky by mal byť vývoj takej hasiacej látky, ktorá by nemala negatívny vplyv na hasené zariadenie a zariadenia nachádzajúce sa v dosahu látky, hoci nie sú priamo zasiahnuté požiarom. Preto DuPont vykonal rozsiahle testy na kompatibilitu FE 36 s najbežnejšími kovmi, plastickými a elastickými materiálmi, kde dokazuje vhodnosť aplikácie FE 36 Ostrava 3. - 4. září 2014

204


umiestnený približne v jednej tretine valca. V hrnčekovom horáku je umiestnená vzorka horľavej látky n-heptánu, ktorá vytvára homogénny plameň. Pre účely vyhodnotenia testu sa využívajú softvérové programy (Marková, 2011a).

N-heptán ako štandartné palivo, v rámci ISO 14520 A NFPA 2001 5.4.2.1 sa stal základom pre štandardizáciu skúšobného zariadenia cup-burner test.

Stanovenie hasiacej účinnosti FE 36 (MEC) pri hasení n-heptánu

Použitá literatúra

V tab. 2 sú uvedené merania pre sledovanie hasiacej účinnosti plynnej hasiacej látky FE 36 pre štandardné palivo n-heptán. Je nutné upozorniť na opakovateľnosť meraní a spriemerovanie výsledku a udanie smerodajnej odchýlky. (Marková, 2011a).

[1]

Balog, K. 2004.: Hasiace látky a jejich technológie. I. vydanie. Edice SPBI SPEKTRUM 37. Ostrava: 2004, 171 s. ISBN 80-86634-49-3

[2]

Coneva, I. 2009.: Plynné hasiace médiá a ich využitie v stabilných hasiacich zariadeniach" str.: 55, na CD z konferencie. In Pozarni ochrana 2009, Ostrava VŠB - TU, FBI, s. 55-60. ISBN 978-80-7385-067-8.

Príspevok vznikol za finančnej podpory VEGA 1/0483/08.

Tab. 2 Meracia tabuľka softvéru pre výpočet objemovej koncentrácie FE 36 (MEC) pre hasenie plameňa n-heptánu FE 36

heptán

Qair,o

Qair,o

t

Tair

pair

Qair

Qphm,o

Qphm,o

t

Tphm

pphn

Mphm

Qphm

cphm

SFCH

l.min-1

°C

K

kPa

l.min-1

SFCH

l.min-1

°C

K

kPa

-

l.min-1

obj. %

86

40,5877

21,3

294,45

101,353

40,567

14

6,6073

22,3

295,45

101,353

152,04

2,877

6,624

86

40,5877

20,84

293,99

101,353

40,599

14

6,6073

21,4

294,55

101,353

152,04

2,8822

6,629

86

40,5877

20,63

293,78

101,353

40,613

14

6,6073

20,46

293,61

101,353

152,04

2,8868

6,636

85

40,11575

20,45

293,6

101,353

40,153

14

6,6073

19,73

292,88

101,353

152,04

2,890

6,715

86

40,5877

20,55

293,7

101,353

40,619

14

6,6073

19,27

292,42

101,353

152,04

2,8927

6,648 6,650

Výsledná priemerná objemová koncentrácia je 6,7 % ± 0,0167 obj. %. Pre účely overenia výslednej hodnoty je prezentovaný systém evidencie výsledkov podľa algoritmu na obr. 3, kde priemerná molárna koncentrácia po zaokrúhlení bola stanovená na hodnotu 6,7 % ± 0,009 (Marková, 2011). Uvedená hodnota je v intervale, ktorý prezentuje výrobca 6 - 10 obj. % a ďalší odborníci (Balog, 2004, Marková, 2008). Senecal, et al. (2008) použil palivo n-heptán na štandardizáciu testovacieho zariadenia cup-burner. Získalé výsledky MEC pre hasiaci plyn dusík a HFC-227ea (kedysi pod patentovým názvom FM200). Mózer (2009) experimentálne stanovil cup-burner testom hodnoty MEC pre heptán pre hasiace plyny oxid uhličitý, argón a dusík (tab. 3).

[3]

Marková, I. 2008.: Hasiace látky - možnosti a spôsoby ich testovania. Monografia vydaná pri príležitosti konania Firemného dňa „Hasiace látky a protipožiarne zariadenia“. Zvolen: 1. vyd. Bratia Sabovci 2008, s. 45 - 110. ISBN 97880-89241-18-7.

[4]

Marková, I. 2011.: Hasiaca účinnosť plynných hasiacich látok stanovená cupburner testom. In SPEKTRUM, roč. X., 2/2011. s. 37-40. ISSN 1211-6920.

[5]

Marková, I.; Slosiarik, J. 1999.: Enviromentálne charakteristiky vybraných druhov hasív médií [Enviromental characteristics of choosen extinguishing types]. In Zborník referátov z medzinárodnej konferencie “ 50 rokov vysokoškolského drevárskeho štúdia” TU Zvolen, 27. 28. september 1999, s.55-59. [ISBN 80-228-0846-6].

[6]

Marková a kol. 2011.: Ochrana osôb a majetku pred požiarom. Vysokoškolská učebnica pre bakalársky študijný program Ochrana osôb a majetku. vedecký redaktor: Mikuláš Siklienka. - I. vydanie. - Zvolen: ES TU Zvolen, 2011, 360 s. ISBN 978-80-228-2329-6.

[7]

Marková, I. 2011a).: Hasiaca účinnosť plynných hasiacich látok stanovená cupburner testom. In SPEKTRUM, roč. X., 2/2011. s. 37-40. ISSN 1211-6920.

[8]

Marková I. 2011b).: V súčasnosti používané plynné hasiace látky a ich vplyv na životné prostredie. In OCHRANA OBYVATELSTVA - DEKONTAM 2011 - Recenzované periodikum. I. vydanie. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství v Ostravě, 2. - 3. únor 2011, s. 69-71. ISSN 1803-7372.

[9]

Mózer, V.; Marková, I. 2008.: Physical and Chemical Effects of Inert gaseous Agents. In 1st international scientific conference SAFETY ENGINEERING 2008 Novi Sad, october 7-11, 2008, P. 130-138. ISBN 978-86-84853-44-0.

Tab. 3 Množstvo hasiaceho plynu pre hasenie heptánu, stanovené Mózerom (2009) Palivo

Vzorec

Heptán

C7H17

Hasiaca koncentrácia CO2 [mol %]

N2 [mol %]

Ar [mol %]

22,05

33,67

42,20

Získané rozdiely súvisia s podstatou hasiaceho efektu, čo u plynov CO2, N2, Ar je založené na dominantnom dusivom (zrieďovacom) efekte. Záver Otázka hodnotenia environmentálneho vplyvu plynných hasiacich látok na životné prostredie je stále otvorená. Nie je možné opomenúť uvedený vplyv a na druhej strane naďalej skúmať uvedené látky aj pre účely hasenia alebo zaplavovania uzavretého priestoru uvedenými plynmi pre účel ochrany pred požiarom alebo výbuchom. FE 36 sa vo všeobecnosti používa v malých množstvách, naše výsledky dokumentujú minimálne hasiace množstvo 6,7 obj. % pre n-heptán. Reklamné materiály prezentujú rozpätie 6 - 10 obj. %. Predbežné výsledky ďalších meraní (na palivách horľavých kvapalín ) prezentujú rozdielne výsledky MEC.


[10] Mózer, V., 2009.: Enviromentálne akceptovateľné plynné hasiace látky homogénneho horenia. Dizertačná práca. Zvolen: Technická univerzita vo Zvolene, Drevárska fakulta, 2009. 119 s. [11] Senecal, J.A.; Kidde-Fenwal., 2008.: Standardizing the Measurement of Minimum Extinguishing Concentrations of Gaseous Agents. Fire Technology, 44, 207-220, 2008.

205


[12] Shigeo Kondo, Youkichi Urano, Kenji Takizawa, Akifumi Takahashi, Kazuaki Tokuhashi, Akira Sekiya: Flammability limits of multi-fluorinated compounds. Fire Safety Journal. www.elsevier.com/locate/firesaf. [13] Tureková, I.; Balog, K.; Rusko, M. 2011.: Fire Flaighting Foams and the Environment. In Annals of DAAAM for 2011 & Proceedings, 23-26th November, 2011, Vienna, s. 1237-1238. ISBN 978-3-901509-83-4.


[14] Dostupné na: Zákona MH SR č. 67/2010 Z.z. o chemických látkach a chemických prípravkoch v znení neskorších predpisov. [15] Dostupné na: http://www2.dupont.com/FE/en_US/assets/ downloads/pdf/h62428.pdf [cit. 10. 12. 2013]. [16] Dostupné na: http://www2.dupont.com/FE/en_US/assets/ downloads/pdf/h77974.pdf [cit. 10. 12. 2013]. [17] Dostupné na: http://msds.dupont.com/msds/pdfs/EN/PEN_ 09004a35804fa7d5.pdf [cit. 17. 6. 2013].

206


Vzájemné závislosti v oblasti kritické infrastruktury Interdependencies of the Critical Infrastructure Ing. Jiří Markuci doc. Ing. David Řehák, Ph.D. VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava-Výškovice [email protected], [email protected] Abstrakt Příspěvek se zabývá problematikou hodnocení a modelování vzájemné závislosti prvků kritické infrastruktury. V první části příspěvku je vymezena souvislost kritické infrastruktury a oblasti posuzování vzájemné závislosti jejích prvků. Následně jsou prezentovány jednotlivé typy vazeb mezi prvky kritické infrastruktury a vybrané přístupy jejich modelování a simulace. V závěru článku je představena perspektiva hodnocení vzájemných závislostí při posuzování prvků kritické infrastruktury. Klíčová slova Kritická infrastruktura, vzájemná závislost, sektorový přístup, systémový přístup, modelování, simulace. Abstract The paper deals with the assessment and modeling interdependencies among critical infrastructure elements. In the first part, paper set out relation of the critical infrastructure and the field of interdependency assessment. Subsequently, the contribution presents different types of linkages and selected approaches for modeling and simulation critical infrastructure elements interdependencies. In conclusion, the paper presents perspective of evaluation interdependencies in the field of critical infrastructure elements assessment. Keywords Critical infrastructure, interdependency, sectoral approach, systems approach, modeling, simulation. Úvod S vyspělostí společnosti současně dochází i k rozvoji služeb poskytovaných infrastrukturami, které ji zásobují komoditami a přispívají k jejímu dalšímu rozvoji. Některé služby se evolucí staly takřka nepostradatelnými, těžko nahraditelnými, případně jejich nedostatek může způsobovat nepřijatelné ztráty jak na životech, zdraví, ale také na majetku a životním prostředí. V neposlední řadě pak výpadek některých služeb mající dlouhodobější charakter může vést ke zpomalení či zastavení společenského rozvoje. Takovéto infrastruktury, resp. prvky způsobující při jejich nefunkčnosti společensky nepřijatelnou míru negativních dopadů jsou pak označovány jako prvky kritické infrastruktury. S rozvojem společnosti a infrastruktur však také čím dál tím více dochází k nárůstu propojenosti a vzájemné závislosti jejich jednotlivých prvků. Vazby mezi prvky tak vznikají jak v rámci jednotlivých odvětví/sektorů, tak i v mezisektorové rovině. V současné době právě problematika vzájemné závislosti jednotlivých prvků kritické infrastruktury vede zejména v zahraničí k přehodnocení přístupu k posuzování míry kritičnosti jednotlivých prvků kritické infrastruktury [1, 2, 3, 4]. V poslední době se však i v rámci Evropské unie objevují snahy o podchycení této problematiky [5, 6]. Problematice vzájemných závislostí prvků kritické infrastruktury v České republice však velká pozornost věnována není. Tento článek se proto zaměřuje na současný stav a vývoj problematiky vzájemných závislostí prvků kritické Ostrava 3. - 4. září 2014

infrastruktury v Evropské unii a České republice. Za tímto účelem nastiňuje typologii vzájemné závislosti a vybrané přístupy k posouzení sektorové a systémové vzájemné závislosti. Kritická infrastruktura a vzájemná závislost Mezi první významné dokumenty na evropské úrovni v rámci problematiky kritické infrastruktury jsou Zelená kniha o programu na ochranu kritické infrastruktury [7], která byla v roce 2005 vydána komisí evropských společenství. Jedním ze společných cílů, stanovených Zelenou knihou při zavádění společného rámce evropského programu na ochranu kritické infrastruktury (EPCIP), je navrhnout metody pro srovnávání a určování vzájemných závislostí, které by umožňovaly výměnu nejlepších postupů a kontrolních mechanismů. Vzájemným závislostem je věnována samostatná část Zelené knihy, ve které je stanoven rámec pro posuzování vzájemných závislostí na úrovni Evropské unie. V rámci tohoto rámce je pak navržena postupná identifikace prvků evropské kritické infrastruktury (EKI), tak aby brala v úvahu zejména jejich vzájemné závislosti. Takovéto studie o vzájemných závislostech by měly přispívat k hodnocení možného dopadu mimořádné události na specifickou kritickou infrastrukturu a hlavně identifikovat, které členské státy by byly v případě závažného incidentu zasaženy. Významným hlediskem, které Zelená kniha zmiňuje, je také potřeba zvážit vzájemné závislosti mezi podniky, průmyslovými odvětvími a orgány členských států, se zvláštním zřetelem na informační a komunikační technologie. Ze Zelené knihy následně vychází i Směrnice Rady Evropské unie o určování a označování evropských kritických infrastruktur a o posouzení potřeby zvýšit jejich ochranu [8]. Tato směrnice je závazným dokumentem, který musí členské státy Evropské unie implementovat do svých právních předpisů. Ačkoli byla problematika vzájemných závislostí jedním z důvodů jejího zavedení, hovoří směrnice o závislosti pouze v kontextu závažného dopadu s přeshraničními účinky (zasažení dvou a více členských států). Takovýto závažný dopad se vztahuje i na účinky způsobené meziodvětvovými závislostmi na jiných typech infrastruktury. V důsledku vývoje a nutnosti řešení problematiky vzájemných závislostí v kritické infrastruktuře započala Evropská unie v posledních letech odbornou spolupráci zejména s experty USA a Kanady. Hlavním cílem této spolupráce je změna přístupu a metod k analýzám rizik v rámci problematiky kritické infrastruktury v Evropské unii. Například předběžný přezkum evropského programu na ochranu kritické infrastruktury (EPCIP) [5] rozděluje metodiky analýz rizik kritické infrastruktury do dvou hlavních kategorií následovně: • sektorový přístup (sectoral approach), kde se každý sektor posuzuje samostatně s vlastním metodikou a hodnocením rizik, • systémový přístup (systems approach), kde jsou jednotlivé sektory kritické infrastruktury považovány za propojené sítě. Za tímto účelem byla zaměřena pozornost na podporu změny konceptu metodik, které byly původně koncipovány pro sektorový přístup a jsou tak poněkud limitovány. Drtivá většina ze stávajících metodik je totiž založena na sektorovém přístupu, který však limituje řešení problematiky napříč všemi sektory [5]. Tento přístup byl většinou realizován na úrovni aktiv a postupem času byl rozšířen do síťových systémů (infrastruktur). To odráží přirozenou extrapolaci metod hodnocení rizik na úrovni organizace k řešení problémů na odvětvové úrovni. Na tuto skutečnost reaguje Evropská unie mimo jiné i podporou výzkumných projektů v rámci programu Critical infrastructure protection (CIP). Tyto projekty 207


jsou zaměřeny na rozvoj systémového přístupu a metodik, které jsou relevantní napříč sektory, patří k nim mj. [6]: • definování metodik pro posouzení vzájemných závislostí mezi informačními a komunikačními technologiemi (ICT) a výrobou/ přenosem elektrické energie,

orientovaném vlivu či závislosti) a oboustranné (tj. vazby zahrnující vzájemnou závislost). Základní druhy a členění vazeb mezi prvky kritické infrastruktury znázorňuje obr. 1.

• simulace modelů vzájemných závislostí kritické infrastruktury ICT. V České republice byly prvními významnými strategickými dokumenty nelegislativní povahy, řešícími mimo jiné také problematiku vzájemných vazeb kritické infrastruktury, Komplexní strategie České republiky k řešení problematiky kritické infrastruktury [9] a Národní program ochrany kritické infrastruktury [10]. Přístup k posuzování reálných hrozeb zahrnující jak přírodní, tak antropogenní vlivy nebo jejich kombinace, které mohou ovlivnit funkčnost prvků kritické infrastruktury, by měl být podle Komplexní strategie ČR [9] a shody mezi členskými státy Evropské unie uplatněn komplexně ke všem ohrožením (All Hazard Approach). Komplexní strategie uvádí jako základní úkol řešení problematiky kritické infrastruktury v České republice záměr její ochrany, zahrnující právě i vzájemné vazby jednotlivých sektorů kritické infrastruktury. Vzájemné vazby jsou zmíněny i v Národním programu [10], který hovoří o potřebě zpracování analýz ohrožení celostátně významných prvků kritické infrastruktury a stanovení vzájemných vazeb a závislostí s cílem odkrýt a posílit zranitelná místa jednotlivých sektorů a prvků kritické infrastruktury. V neposlední řadě je třeba zmínit i související koncepční dokumenty České republiky, kterými jsou koncepce ochrany obyvatelstva [11, 12]. Starší koncepce [11] hovoří o důsledcích existence provázanosti národní a nadnárodní kritické infrastruktury, jak v jednotlivých oblastech (sektorech, odvětvích), tak i z pohledu průřezových vzájemných vazeb mezi jednotlivými oblastmi (sektory, odvětvími). Z pohledu této koncepce nelze vyloučit skutečnost, že narušení kritické infrastruktury jednoho odvětví může ovlivnit odvětví další včetně mezinárodního dopadu. Role státu je touto koncepcí vymezena, jako schopnost za všech okolností a situací zabezpečit provozuschopnost základních prvků, vazeb a toků v rámci všech sektorů kritické infrastruktury zabezpečujících chod státu, jeho stabilitu a další rozvoj. Nová koncepce [12] v rámci strategických priorit navazuje na předchozí koncepci [11], avšak již hovoří o zvýšení odolnosti a ochrany prvků kritické infrastruktury proti možným rizikům a zajištění širšího zapojení subjektů kritické infrastruktury do procesu přípravy na mimořádné události a krizové situace. Uvádí, že další postup Evropské unie v oblasti kritické infrastruktury je nejasný a v důsledku toho je nutné zachovat řešení problematiky ochrany kritické infrastruktury na úrovni státní správy. Ochrana kritické infrastruktury je v nové koncepci [12] zařazena jako jedna ze základních priorit ochrany obyvatelstva. Problematika kritické infrastruktury byla do právního řádu České republiky implementována ze Směrnice rady [8] aktualizací krizového zákona [13] v roce 2010 a jeho prováděcím předpisem, nařízení vlády č. 432 ze dne 22. prosince 2010 Sb., o kritériích pro určení prvku kritické infrastruktury [14]. V rámci právního řádu České republiky však problematika vzájemných závislostí kritické infrastruktury není řešena, a tak tato problematika prozatím zůstává pouze na poli koncepčních návrhů. Typologie vzájemných závislostí Vzájemné závislosti jsou jednou z klíčových oblastí, které je třeba v rámci systémového přístupu k hodnocení kritických infrastruktur vymezit. Nejvýznamnější odbornou publikací stanovující základní rámec problematiky vzájemných závislostí je článek Rinaldi et al. [1], ze kterého i v současné době vychází mnoho dalších zejména zahraničních autorů. V České republice je problematice vazeb mezi prvky kritické infrastruktury věnována pozornost např. v článku „Problematika závislostí při posuzování kritičnosti prvku infrastruktury“ [15], který kromě dané problematiky uvádí i možné členění vazeb na jednostranné (tj. vazby spočívající v jednostranně Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 1 Základní členění vazeb mezi prvky kritické infrastruktury (upraveno podle [15]) U každé identifikované vazby mezi prvky je nezbytné sledovat řadu oblastí determinující její vliv, závislost a případně vzájemnou závislost. Rinaldi et al. v článku [1] vymezuje šest základních oblastí, kterým je třeba při posuzování vazeb mezi prvky kritické infrastruktury věnovat pozornost a následně v těchto oblastech sledovat příslušné ukazatele. Jednotlivé oblasti (charakter infrastruktury, provozní stav, typy a intenzity vazeb, prostředí a typ selhání vazby), včetně jejich ukazatelů, jsou znázorněny na obr. 2.

Obr. 2 Základní rámec oblastí a jejich ukazatelů pro posuzování vazeb mezi prvky kritické infrastruktury [1] Tyto ukazatele je nutné brát v úvahu jak pro posuzování vazeb sektorových (tj. v rámci jednoho sektoru), tak i mezisektorových v rámci systému kritické infrastruktury (systémový přístup posuzování kritické infrastruktury). Sektorové a mezisektorové vazby v rámci systému infrastruktur jsou naznačeny na obr. 3. Chování takto rozsáhlého systému, prostřednictvím vazeb vzájemně iterujících prvků, je nezbytné popsat pomocí odpovídajících ukazatelů. Tato deskripce je nezbytným základem pro komplexní posuzování kritičnosti jednotlivých prvků infrastruktur, a to jak v rámci jednoho sektoru (sektorový přístup), tak i v mezisektorové rovině (systémový přístup). Na základě tohoto posouzení je následně možné přesněji rozhodnout, jaký prvek 208


infrastruktury bude označen jako prvek kritické infrastruktury (posouzení zahrne sektorové i mezisektorové dopady). Je zřejmé, že náročnost vyhodnocení takového množství údajů, simulace dopadu narušení jednotlivých prvků kritické infrastruktury v modelu systému kritické infrastruktur, bude v neposlední řadě vyžadovat vhodný softwarový nástroj a odpovídající hardwarové vybavení.

Závěr Problematika posuzování a označování prvků kritické infrastruktury prochází v posledních letech dynamickým vývojem. Postupně se ve světě a poslední dobou i v rámci Evropské unie začíná přecházet od sektorového k systémovému metodickému přístupu nahlížení na problematiku analýzy rizik kritické infrastruktury. V zahraničí bylo publikováno mnoho prací zabývajících se vzájemnou závislostí, modelováním systému kritické infrastruktury a simulace dopadů, způsobených selháním jeho prvků. Takové simulace zahrnují kaskádní (domino) efekt šířící se poruchy prostřednictvím vazeb mezi prvky v rámci jednoho sektoru, ale také v mezisektorové rovině. Je zřejmé, že se nejedná o snadný úkol a systémový přístup vyžaduje zejména velké množství informací o vazbách a jejich charakteristických ukazatelích. Tyto vazby je možné efektivně posoudit pouze s využitím výpočetní techniky a simulačních nástrojů založených na rozdílných principech výpočtů.

Obr. 3 Sektorové a mezisektorové vazby Modelování a simulace vzájemných závislostí V rámci této kapitoly jsou prezentovány různé přístupy, které jsou využívány k modelování a simulaci vzájemných závislostí. První část je zaměřena na přístupy, které svým charakterem více odpovídají sektorovému přístupu. Následně je uveden příklad systémového přístupu k modelování vzájemných závislostí. Pro analýzu fyzických vazeb kritických prvků síťových infrastruktur lze dle literatury [16, 17, 18] použít metod operační analýzy, jako je například metoda kritické cesty (CPM) či její variace PERT a GERT. Aplikace uvedených metod byla užita v případové studii zabývající se silniční dopravní infrastrukturou obce [19]. Ze závěru studie vyplývá, že pomocí metod operační analýzy lze posoudit fyzickou závislost jednotlivých prvků (uzlů) sítě, resp. infrastruktury, a následně vyhodnotit, které prvky sítě jsou v daném sektoru systémově nejdůležitější. Takovéto systémově důležité prvky daného sektoru mohou být následně vyhodnoceny jako kritické, např. vzhledem k jejich míře vlivu (prostřednictvím fyzické vazby) na ostatní prvky dané sítě (infrastruktury). Například u silniční dopravní infrastruktury je možné pomocí těchto metod stanovit, které křižovatky jsou pro danou silniční síť nedůležitější (kritické). V praxi se tedy jeví jako vhodné použití metod operační analýzy spíše k analýze rizik kritické infrastruktury v rámci jednoho sektoru (sectoral approach). K modelování vzájemných závislostí prvků v souvislosti se systémovým přístupem lze využít např. simulaci založenou na dynamickém funkčním modelování. Tato simulace slouží k ověření činnosti systému kritické infrastruktury, efektu selhání jejích prvků a přidružení následků. Je založena na generování, distribuci a spotřebě komodit napříč infrastrukturami, které jsou v kontextu dynamické simulace vyobrazeny jako toky a akumulace komodit nebo služeb. Dynamická simulace může dále zahrnovat i efekt politiky, regulací a práva, které jsou vnějšími faktory ovlivňujícími a regulujícími činnost subjektů kritické infrastruktury [4]. Aplikace dynamického funkčního modelování zranitelnosti a schopnosti vzájemné spolupráce sektorů kritické infrastruktury založené na vazbách mezi zranitelným uzlem a uzlem hrozby uvádí např. článek [20].


Prostřednictvím modelů a simulací lze dosáhnout komplexního posouzení společenských a ekonomických dopadů, které jsou způsobeny jak primární nefunkčností jednoho prvku kritické infrastruktury, tak i prostřednictvím vazeb šířící se kaskádní nefunkčností na ostatní prvky a sektory systému kritické infrastruktury. Nicméně v rámci Evropské unie a zejména pak v rámci České republiky je systémový přístup prozatím na samém počátku vývoje. Vzhledem k rozvoji infrastruktur a globálnímu vývoji metod hodnocení rizik v této oblasti je třeba tento komplexní (systémový) pohled dále rozvíjet a zvážit jeho implementaci i v rámci České republiky. Poděkování Příspěvek byl zpracován za podpory projektu studentské grantové činnosti „Nastavení východisek pro určování prvků regionální kritické infrastruktury a přispění ke zvýšení bezpečnosti kritické infrastruktury kraje“, identifikační číslo SP2014/108. Použitá literatura [1]

Rinaldi, S.M.; Peerenboom, J.P.; Kelly, T.K.: Identifying, Understanding and Analyzing Critical Infrastructure Interdependencies. IEEE Control Systems Magazine, 2001, Vol. 21, No. 6, pp. 11 - 25. ISSN 1066-033X. DOI: 10.1109/37.969131.

[2]

Pederson, P. et al.: Critical Infrastructure Interdependency Modeling: A Survey of U.S. and International Research. USA, Idaho: Idaho National Laboratory, 2006. 116 p.

[3]

Hokstad, P.; Utne, I.B.; Vatn, J.: Risk and Interdependencies in Critical Infrastructures: A Guideline for Analysis. Springer, 2013. 252 p. ISBN 978-1-4471-4661-2.

[4]

Ouyang, M.: Review on modeling and simulation of interdependent critical infrastructure systems. Reliability Engineering & System Safety, 2014. Vol. 121, pp. 43-60. ISSN 0951-8320. DOI: 10.1016/j.ress.2013.06.040.

[5]

On the review of the European Programme for Critical Infrastructure Protection (EPCIP) (COM(2012) 190 final). Brussels: Commission of the European Communities, 2012.

[6]

On a new approach to the European Programme for Critical Infrastructure Protection: Making European Critical Infrastructures more secure (COM(2013) 318 final). Brussels: Commission of the European Communities, 2013.

[7]

Green Paper on a European Programme for Critical Infrastructure Protection (COM(2005)576). Brussels: Commission of the European Communities, 2005.

[8]

Council Directive 2008/114/EC of 8 December 2008 on the identification and designation of European critical infra-structures and the assessment of the need to improve their protection. 209


[9]

Komplexní strategie České republiky k řešení problematiky kritické infrastruktury [online]. Praha: Ministerstvo vnitra generální ředitelství Hasičského záchranného sboru České republiky. [cit. 2014-01-25]. Dostupné z: http://www.hzscr. cz/soubor/komplexni-strategie-ki-doc.aspx.

[10] Národní program ochrany kritické infrastruktury [online]. Praha: Ministerstvo vnitra - generální ředitelství Hasičského záchranného sboru České republiky. [cit. 2014-01-25]. Dostupné z: http://www.hzscr.cz/soubor/narodni-programochrany-ki-doc.aspx. [11] Koncepce ochrany obyvatelstva do roku 2013 s výhledem do roku 2020. Praha: Ministerstvo vnitra - generální ředitelství Hasičského záchranného sboru České republiky, 2008. 52 s. ISBN 978-80-86640-91-4. [12] Koncepce ochrany obyvatelstva do roku 2020 s výhledem do roku 2030 [online]. Praha: Ministerstvo vnitra - generální ředitelství Hasičského záchranného sboru České republiky, 2013. [cit. 2014-01-25]. Dostupné z: http://www.hzscr.cz/ soubor/koncepce-ochrany-obyvatelstva-2020-2030-pdf.aspx. [13] Zákon č. 240 ze dne 28. června 2000 o krizovém řízení a o změně některých zákonů (krizový zákon), ve znění pozdějších předpisů, v platném znění. [14] Nařízení vlády č. 432 ze dne 22. prosince 2010 o kritériích pro určení prvku kritické infrastruktury.


[15] Rostek, P.; Markuci, J.; Adamec, V.: Problematika závislostí při posuzování kritičnosti prvku infrastruktury. The Science for Population Protection, Lázně Bohdaneč, 2014, roč. 6. ISSN 183-635X. (v tisku). [16] Šenovský, M.; Adamec, V.; Šenovský, P.: Ochrana kritické infrastruktury. Edice SPBI SPETKRUM 51. 1. vyd. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2007. 141 s. ISBN 978-80-7385-025-8. [17] Šenovský, M. a kol.: Synergentní účinky v průmyslových zónách. 1. vyd. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2008. 80 s. ISBN 978-80-7385-057-9. [18] Pecinda, Š.: Síťová analýza a metoda KARS. The Science for Population Protection, Lázně Bohdaneč, 2010, roč. 2, č. 1, s. 75-96. ISSN 1803-568X. [19] Rostek, P.; Pupíková, J.; Markuci, J.; Adamec, V.: Využití metod operační analýzy pro posuzování kritičnosti prvku dopravní infrastruktury. In: Sborník přednášek XXII. ročníku mezinárodní konference: Požární ochrana 2013. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2013. s. 228-231. ISBN 978-80-7385-127-9. ISSN 1803-1803. [20] Trucco, P.; Cagno, E.; De Ambrogii, M.: Dynamic functional modeling of vulnerability and interoperability of critical infrastructures. Reliability engineering & System Safety, 2012, Vol. 105, pp. 51-63. ISSN 0951-8320. DOI: 10.1016/j. ress.2011.12.003.

210


Projekt „Zabezpečení přípravy lektorů dalšího vzdělávání v oblasti ochrany obyvatelstva při mimořádných událostech v Moravskoslezském kraji“ Mgr. Bohumír Martínek, Ph.D. Sdružení hasičů Čech, Moravy a Slezska, Ústřední odborná rada ochrany obyvatelstva Římská 45, 121 07 Praha 2 [email protected] Analýza potřebnosti projektu Zabezpečení opatření ochrany životů, zdraví a majetku obyvatelstva při mimořádných událostech je záležitostí orgánů veřejné správy, složek integrovaného záchranného systému a stanovených právnických a podnikajících fyzických osob. Na nejnižším stupni veřejné správy zabezpečují výše uvedená opatření obce, a to i s pomocí orgánů pro tyto účely vytvářených, tj. např. povodňových komisí nebo krizových štábů. Pro zabezpečení záchranných a likvidačních prací a realizaci opatření ochrany obyvatelstva jsou obcím k disposici především jednotky sboru dobrovolných hasičů obcí, případně zaměstnanci dalších podniků v obci působících, např. technických služeb. V této souvislosti se očekává, že osoby, které se budou na plnění potřebných opatření podílet, by měly mít potřebnou kvalifikaci. Zkušenosti z praxe, např. povodně v Moravskoslezském kraji v roce 2010, ukazují, že existuje reálná potřeba systémově, nejlépe formou projektu, rozšířit přípravu orgánů obcí, zejména starostů a pracovníků obecních úřadů, ale i osob zařazených do jednotek sboru dobrovolných hasičů obcí, resp. zaměstnanců vybraných podniků na území obce, zaměřenou na ochranu obyvatelstva. K tomu je reálné využít znalostí, zkušeností a možností vzdělávacích zařízení Sdružení hasičů Čech, Moravy a Slezska, konkrétně Ústřední hasičské školy v Jánských Koupelích, dislokované v Moravskoslezském kraji a zapojit do vzdělávání pracovníky obecních a magistrátních úřadů, členy dalších orgánů obcí a také členy sborů dobrovolných hasičů obcí, společenských organizací, které jsou neodmyslitelnou součástí života téměř každé obce.

Projekt nabízí starostům a dalším orgánům obcí a podnikům využít otevřený systém vzdělávání organizovaný v rámci Sdružení hasičů Čech, Moravy a Slezska, s praktickým využitím Ústřední hasičské školy v Janských Koupelích, za podpory Krajského sdružení hasičů ČMS a VŠB - TU Ostrava, Fakulty bezpečnostního inženýrství a za odborné garance Hasičského záchranného sboru Moravskoslezského kraje. Touto garancí jsou vytvořeny podmínky pro jeho úspěšnou realizaci. V rámci projektu jsou připravováni lektoři pro oblast ochrany obyvatelstva při mimořádných událostech (primární cílová skupina), kteří budou využitelní k přípravě členů orgánů obcí, managementu podniků nebo k přípravě osob zařazených do jednotek sborů dobrovolných hasičů. Jsou definovány učební osnovy pro 4 nově vytvářené moduly. Na základě strukturovaných učebních osnov, forem a metod jsou připraveny 4 metodické studijní manuály pro: • Modul 1 - příprava lektorů ochrany obyvatelstva k zabezpečení přípravy specialistů ochrany obyvatelstva obcí, • Modul 2 - příprava lektorů ochrany obyvatelstva k zabezpečení přípravy techniků ochrany obyvatelstva jednotek, • Modul 3 - příprava lektorů ochrany obyvatelstva k činnosti v oblasti preventivně výchovné činnosti, • Modul 4 - vzdělávání lektorů k naplnění zásad vzdělávání dospělých. Příprava lektorů probíhá ve 4 kursech (dle příslušných modulů). Každý kurs je realizován v rozsahu 16 hodin. Koncem září a začátkem října 2014 se uskuteční poslední kurs (modul 3 preventivně výchovná činnost). Do projektu (kursů) se zapojili zástupci odborných subjektů působících v oblasti ochrany, zejména: • z organizací profesionálních a dobrovolných hasičů a dalších dobrovolných organizací (Hasičský záchranný sbor kraje, Policie ČR, Městská Policie Ostrava, Krajské sdružení hasičů, Adra, ČČK),

Východiska pro realizaci projektu

• z odborníků působících v samosprávě,

Počet zdrojů rizik se obecně zvyšuje a bezpečnostní situace zejména v obcích nabývá na dynamice. Riziko se často ignoruje. Obec má však ze zákona povinnost pečovat o všestranný rozvoj svého území a o potřeby svých občanů. To znamená, že obec pečuje i o bezpečnost osob, vyskytujících se v obci, resp. o ochranu obyvatel obce. V praxi tuto činnost provádí na úrovni odpovídající stupni poznání, kterého dosáhli představitelé obce.

• z odborníků působících v podnikovém managementu, především pracovníků z oblasti bezpečnosti.

Pro solidní přístup k řešení otázek ochrany obyvatelstva je nutný odpovídající management rizik v obci. Moravskoslezský kraj má 300 obcí. Každá obec má minimálně jeden sbor dobrovolných hasičů. Celkem je v kraji 370 sborů dobrovolných hasičů obcí. Počet podniků, kterým vyplývají ze zákona o integrovaném záchranném systému povinnosti k ochraně svých zaměstnanců, tj. zařazených v havarijních plánech, je v Moravskoslezském kraji 50. V podnicích v kraji je 10 profesionálních jednotek požární ochrany (JPO IV) a 17 jednotek sboru dobrovolných hasičů podniku (JPO VI). Obsah a cíle projektu Projekt „Zabezpečení přípravy lektorů dalšího vzdělávání v oblasti ochrany obyvatelstva při mimořádných událostech v Moravskoslezském kraji“ byl zahájen v měsíci srpnu 2012 a bude ukončen do 30. června 2015. Ostrava 3. - 4. září 2014

Celkem se zapojilo 30 budoucích lektorů. Po absolvování všech 4 kursů budou lektoři prokazovat získané vědomosti formou evaluace jejich schopností připravovat některou ze sekundárních cílových skupin, tj. techniky, specialisty a preventisty ochrany obyvatelstva v předem dohodnutých tématech. Přitom se bude přihlížet především k předchozím zkušenostem lektorů a jejich zájmům. Úspěšní absolventi kursu obdrží certifikát lektora ochrany obyvatelstva. V budoucnu se předpokládá využití lektorů ochrany obyvatelstva pro různé formy příprav např. jako externí lektoři v kursech či přednášející, resp. instruktoři v akcích organizovaných Ústřední hasičskou školou SH ČMS, krajským sdružením hasičů ČMS, hasičským záchranným sborem, krajským úřadem, obcí s rozšířenou působností či jako lektoři v rámci školení BOZP v podnicích. Toto využití nemusí skončit jen na území Moravskoslezského kraje, ale může být využit i v jiných krajích.

211


Efektivnost projektu se již začíná projevovat například v tom, že na kurs techniků ochrany obyvatelstva v letošním roce je již přihlášeno 30 zájemců. K bližšímu předurčení lektorů ochrany obyvatelstva lze uvést profily absolventů školení jednotlivých sekundárních cílových skupin: 1. technik ochrany obyvatelstva je připraven plnit funkci člena jednotky sboru dobrovolných hasičů obce nebo podniku, který je pověřen plněním dílčích úkolů jednotky na úseku ochrany obyvatelstva. Obsahem kursu je následující problematika: a) Informativní prezentace (cca 3 hodiny): • Úvod do problematiky ochrany obyvatelstva, • Preventivně výchovná činnost v ochraně obyvatelstva - zásady, • Místo a úloha jednotek požární ochrany v ochraně obyvatelstva. b) Prezentace s výkladem (cca 4 hodiny): • Činnost jednotek požární ochrany před, při a po povodni základy a pravidla protipovodňové ochrany, • Činnosti jednotek požární ochrany při realizaci opatření ochrany obyvatelstva - varování, evakuace, včetně zabezpečení činnosti evakuačního střediska, nouzové přežití s důrazem na nouzové ubytování, posttraumatická péče a psychosociální pomoc. c) Praktický nácvik (cca 6 hodin): • Dekontaminace osob s využitím improvizovaných prostředků záchytu kontaminované vody (hadice, žebříky),

• Opatření ochrany obyvatelstva v obci, • Obnova území postiženého mimořádnou událostí, • Krizový štáb obce, • Teoretická příprava krizového štábu obce. c) Procvičování získaných znalostí (cca 4 hodiny): • Praktická příprava krizového štábu obce, • Test. 3. kurs preventistů ochrany obyvatelstva Je zaměřen na přípravu „instruktorů“, kteří budou připraveni provádět preventivně výchovnou činnost v obcích, podnicích nebo ve svých místních organizacích (pobočných spolcích). Kromě získání odborných znalostí z oblasti ochrany obyvatelstva a požární ochrany budou připraveni realizovat formy přípravy, zejména dospělého obyvatelstva. Obsahem kursu je následující problematika: a) Informativní prezentace (cca 3 hodiny): • Úvod do problematiky ochrany obyvatelstva (historie, současnost, budoucnost), • Místo a úloha základních článků řízení v oblasti ochrany obyvatelstva a jejich výkonných složek (s důrazem na obec, podnik a složky integrovaného záchranného systému), • Zásady, obsah a formy preventivně výchovné činnosti, • Tématika ochrany člověka za mimořádných událostí na ZŠ a SŠ, • Zásady provádění školení BOZP a požární ochrany. b) Prezentace s výkladem (cca 6 hodin):

• Zajištění narušených konstrukcí s použitím provizorních prvků (dřevěné prvky, plachty),

• Ochrana obyvatelstva při živelních pohromách (povodně, sesuvy půdy, atmosférické poruchy a zemětřesení),

• Zajištění výkopů pomocí dřevěných konstrukcí,

• Ochrana obyvatelstva při civilizačních mimořádných událostech - havárie s únikem nebezpečných látek, smogové situace, únik oxidu uhličitého, výbuch zemního plynu, radiační havárie, terorismus, mimořádné události v podzemních stavbách (tunely, garáže), panika - panikové chování),

• Stavba stanu a použití soupravy náhradního osvětlení, • Stavba protipovodňových hrází s použitím pytlů s pískem, • Použití improvizovaných prostředků ochrany osob před účinky nebezpečných látek. d) Procvičování získaných znalostí (cca 3 hodiny): • Řešení problematiky mimořádné události v obci ve skupině, • Poskytování rad postiženému obyvatelstvu, • Test (40 otázek). 2. specialista ochrany obyvatelstva je připraven plnit funkci člena krizového štábu obce nebo podniku (managementu řešícího mimořádnou událost v obci či podniku), se zaměřením na úkoly v oblasti ochrany obyvatelstva. Pokud je členem SH ČMS má předpoklady plnit funkci referenta ochrany obyvatelstva SDH, popř. okrsku. Obsahem kursu je následující problematika: a) Informativní prezentace (cca 1 hodina): • Úvod do ochrany obyvatelstva. b) Prezentace s výkladem (cca 11 hodin): • Organizace a řízení bezpečnosti v obci, • Organizace a řízení bezpečnosti v podniku, • Bezpečnostní situace v obci, • Připravenost obce na mimořádné události a krizové situace,

• Ochrana kritické infrastruktury a činnost obyvatelstva při jejím narušení, • Požární ochrana (povinnosti fyzických osob a obcí, požárně bezpečnostní zařízení v budovách, správní úřady - výkon státního požárního dozoru). c) Teoretická příprava (cca 1 hodina):

na

praktické

zaměstnání

-

výklad

• Formy a metody preventivně výchovné činnosti, • Komunikace s veřejností, • Příklady forem preventivně výchovné činnosti. d) Procvičování získaných znalostí (cca 6 hodin) Účastníci budou rozděleni do skupiny (3 - 5osob), připraví si některou z forem preventivně výchovné činnosti (beseda, přednáška, článek,…) a ty odprezentují. Odborníky na danou problematiku a pedagogy bude posuzován jejich výkon a tím i úspěšnost zvládnutí kursu Všichni úspěšní absolventi kursů obdrží osvědčení o jeho absolvování. Členové SH ČMS mají možnost získat příslušnou odbornost ochrany obyvatelstva SH ČMS a k tomu příslušný odznak odbornosti.

• Postavení obce v systému záchranných prací,


212


Požáry osobních automobilů způsobené filtry pevných částic aneb souboj ekologie, ekonomiky a bezpečnosti Fires of Passenger Cars Caused by Diesel Particulate Filters alias Duel between Ecology, Economy and Security Ing. Petr Michut

Obecný princip a praktické provedení

MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav požární ochrany Písková 42, 143 01 Praha 4-Modřany [email protected]

Systém v principu funguje na základě záchytu pevných částic velmi jemným sítem ve výfukovém traktu. Toto síto je tvořeno keramickým tělesem z karbidu křemíku (SiC), které má voštinovou pórovitou strukturu s jednostranně zaslepenými kanálky (viz obr. 2). Průchodem výfukových plynů tělesem jsou pevné částice (saze - C) zachycovány a plynné polutanty (NOx, HCl, CO atd.) zreagovány na netoxické výstupní produkty (H2O, O2, CO2). Filtr se tak postupně ucpává. Proto se v odpovídajících sekvencích u DPF uplatňuje přirozený nebo řízený režim proces čištění tzv. regenerace, kterou není nic jiného než likvidace sazí prudkou exotermní reakcí.

Abstrakt Článek se zaměřuje na ucelení poznatků expertů, získaných ze šetření požárů osobních vozidel poháněných vznětovým motorem způsobených filtrem pevných částic. Klíčová slova Požár, vznětový motor, výfukový systém automobilu, filtr pevných částic. Abstract The article focuses on a comprehensive expert knowledge gained from the investigation of fires diesel-powered vehicles caused by particulate filter installed. Keywords Fire, diesel engine, exhaust system of a car, particulate filter.

Obr. 1 Řez tělesem DPF

Seznam použitých zkratek DPF Diesel particulate filter - filtr pevných částic FAP Filtre Anti Particules - filtr pevných částic Úvod Rád bych upozornil na problém, který bohužel zapadl v záplavě zbytečných unijních směrnic (typu zákazu žárovek, definice korektního úhlu ohybu banánu, jednotné velikosti cirkusových stanů atd.). V překotně přijímaných direktivách tak vyvstal problém zásadně ovlivňující výfukový systém vozidla. Příliš rychlým přijetím závazných pravidel se automobilky dostaly pod konkurenční tlak, který neumožnil odpovědné testování systému DPF před zavedením do výroby. Bohulibá myšlenka na snížení emisí tak ve svém důsledku bezprostředně vyvolala zvýšení nebezpečí vzniku požárů zejména u osobních automobilů.

DPF lze zjednodušeně přirovnat ke katalyzátoru oválného tvaru dle obr. 1. Z principu jeho funkce musí být umístěn ve výfukové soustavě co nejblíže motoru. Extrémní tepelné zatížení způsobené dodržením této podmínky vyžaduje robustní konstrukci procesní komory z oceli ve tvaru tubusu (viz obr. 1), kde je uložen porézní filtr. Pro potřebu detekce stavu DPF jsou z procesní zóny tělesa (před a za filtrem) vyvedeny dvě trubice k diferenčnímu tlakovému snímači a teplotní senzor. Rozdíl tlaku mezi vstupem a výstupem pak vyjadřuje míru ucpání tělesa.

Základní idea invence filtru pevných částic Produktem vznětového motoru jsou mimo jiné malé částice sazí o průměru pouhých 50 nm, které zároveň vážou uhlovodíky a sírany pocházející z paliva nebo plastického maziva. Pro člověka jsou tyto částice velmi nebezpečné, procházejí dýchacími cestami až hluboko do plic a svým působením negativně zasahují do imunitního systému organismu s návazností na vznik alergií, nebo rakoviny. A cestou necestou po 100 tisících kilometrech obohatíme těmito lahůdkami své okolí až o cca 4 kg! Myšlenka razantního snížení emise takto nebezpečných produktů byla základní premisou pro zařízení Filtru pevných částic do systému vznětového agregátu. První filtry pevných částic se objevily už v roce 1980 jako součást spalovacích motorů stacionárních strojů s prakticky konstantním průběhem výkonu. Auta se dočkala filtru až na začátku nového milénia.


Obr. 2 Nákres funkce keramického tělesa filtru s voštinovou strukturou Funkce Aby nedocházelo k zanesení a ucpání DPF, jsou zachycené saze spalovány za vysokých teplot pomocí tepelné degradace nazvané regenerace. Regenerace je dosaženo v principu dvěma základními způsoby:

213


1. Pasivně - probíhá samovolně vždy, když pracovní podmínky motoru odpovídají teplotám výfukových plynů přibližně 350 500 °C, čemuž odpovídá například jízda po dálnici. 2. Aktivně - řídící jednotkou aplikovaný soubor regulačních opatření do průběhu spalování motoru, jehož výsledkem je vzrůst teploty spalin na 600 … 800 °C. Konkrétní specifikace opatření se liší dle výrobce, ale prakticky se jedná zejména o změnu časování vstřiků, množství paliva nebo přimísení aditiv.

víkend s intenzivním provozem až do pondělního rána, které majitel obřadně zakončil na čerpací stanici regeneračním cyklem ve formě káva-lux-myčka- provozní kapaliny. Ve vzdálenosti 2 km od pumpy se objevily zcela nezvyklé komplikace. Ztráta výkonu a následně přerušovaný chod motoru, nebyly ovšem palubním počítačem indikovány. V krátkém časovém sledu došlo k výronu černého kouře z pravé části motorového prostoru. I přes okamžitý zásah hasicím přístrojem došlo k prudkému rozvoji plamenného hoření. Za štěstí v neštěstí lze považovat stometrovou vzdálenost nejbližší stanice HZS a profesionalitu zásahu jednotky.

Obr. 5 Stav vozidla po požáru s naznačenou pozicí instalovaného DPF Obr. 3 Čelní pohled na vznětový motor Mercedes s vyznačeným DPF Kritické vlastnosti DPF Integrace prvků pod kapotou vozidel se vznětovými agregáty vyvolávala klaustrofobii již před implementací relativně rozměrného tělesa DPF. Konstruktéři tak stáli před problémem jak skloubit nutnost zařazení tělesa co nejblíže k motoru, současně se vypořádat s jeho extrémními provozními teplotami a omezeným prostorem. Zásadní bezpečnostní riziko představuje významné množství hořlavých materiálů v okolí DPF. Zároveň dříve či později filtr představuje překážku proudícím plynům. Jedná se prakticky o ucpávku ve výfuku, díky které se zvyšují ztráty a klesá výkon. Saze z nedokonale spáleného paliva ve válci vznikají v kritických funkčních režimech motoru za studena v městském provozu, který představuje u většiny vozidel dominantní úsek. A neméně důležitým faktorem je křehkost filtru v provozních podmínkách vozidla.

I když se požár výrazně nerozšířil, dosahovala škoda půl milionu korun. Rýsující se spor mezi výrobcem, majitelem, leasingovou společností a pojišťovnou (respektive zastupujícími právními subjekty) si tak vyžádal stanovení příčiny vzniku požáru s co nejpřesnější identifikací iniciačního procesu nezávislým subjektem (TÚPO). Prvotní analýza vstupních informací přinesla zejména dva důležité poznatky: - charakter a prudký rozvoj požáru signalizoval problém v palivové soustavě, - absence varovných hlášení řídící jednotky poukazuje na dysfunkci ve výfukovém systému, který z důvodu extrémních podmínek nelze s dostatečnou přesností detekovat.

Transparentní případy vzniku požárů s relevancí k DPF Taxislužba - Mercedes E 200 CDI

Obr. 6 Vzorek odebraný ke zkoumání v laboratoři

Obr. 4 Vozidlo taxislužby, které je shodný s poškozeným typem V hlavní roli zaujal leasingově pořízený vůz (2008) se vznětovým agregátem, jehož servisní historie poukazovala na nadstandardní údržbu. Půl roku zcela bezporuchového provozu završil prázdninový Ostrava 3. - 4. září 2014

Díky včasnému uhašení byla snadná identifikace ohniska požáru v lokaci uložení DPF, který byl instalován v přibližně vertikální pozici na pravé straně motorového prostoru vedle blatníku (viz obr. 5). Celkový počet ujetých kilometrů a nedávána prohlídka vozu výrazně snižovaly pravděpodobnost provozního ucpání síta DPF. Zároveň je nutné si uvědomit, že při ucpání filtru aktivuje řídící jednotka bezpečnostní režim, který mimo jiné uvede motor do redukovaného provozu s výrazně sníženým výkonem pro dojezd do servisního střediska a tento stav nebyl aktivován. Celý DPF byl odebrán jako vzorek k odbornému zkoumání v laboratoři.

214


Laboratorním zkoumáním vzorku byla identifikována řada stop prokazujících sled událostí, které měly za následek vznik požáru. Pro ilustraci lze uvést zejména roztavení robustního pláště z oceli na dně u výstupu do výfuku nebo roztavené a destruované úlomky tělesa samotného voštinového filtru, přičemž krystaly karbidu křemíku s krystalickou strukturou podobnou diamantu, mají teplotu tavení v rozmezí 1800 - 2600 °C. Aby došlo ke vzniku zjištěných markantů během krátkého průběhu požáru, musel do exotermické reakce ve vnitřním prostoru DPF zasáhnout významný energetický potenciál.

který byl dotován zbytkovou naftou z nádrže. Explozivní hoření nespáleného benzínu v komoře DPF vytvořilo extrémní tepelnou zátěž a rozžhavený plášť DPF zapálil okolní konstrukční součásti z plastu. Následnou perforací pláště tak došlo k výronu plamene, porušení palivové soustavy a tím k intenzifikaci požáru. Požárně-technické a motorové nafty: PTCH

charakteristiky

automobilových

benzínů

Jedn.

Benzin aut. BA98 okt

Bod vzplanutí

°C

- 53

Nafta motorová 55

Teplota vznícení

°C

456

250

Peugeot 307 BREAK SPORTLINE, 1.9 HDi

Obr. 7 Vypálený otvor ve dnu po vyčištění brusným ocelovým kartáčem Z hlediska identifikace prvotní dysfunkce bylo šetření zaměřeno na zpětné hodnocení událostí (příčina X následek) ovlivňujících spalovací proces zejména pak na způsob plnění paliva, jeho druh, kvalitu, množství, a další parametry. Analýza paliva spolu se kopií účtu z pokladny prokázaly, že bylo natankováno 27,61 l automobilového benzínu Verva 100 (98 okt.) a to pro naftový motor nebylo v pořádku. Nabízí se otázka: „Jaká je souvislost mezi natankováním benzínu místo nafty v poměru 5:28 a vznikem požáru?“

Obr. 9 Fotografie hořícího vozu pořízena majitelem Příběh začíná Murphyho zákonem, chcete-li o něco přijít, tak to půjčte … V této návaznosti byl syn majitele vozidla Peugeot 307 přinucen završit romantickou vyjížďku se slečnou nečekanou procházkou z odlehlé čerpací stanice, kterou využil jako nouzovou odstavnou plochu. Když se majitel druhý den dostavil pro auto, tak v duchu dalšího Murphyho pravidla samozřejmě úspěšně nastartoval a vozidlo se tvářilo, že nemá zásadní problém, pouze jeho výkon nebyl zcela na 100 % (kdo hledá, ten najde). Pro kontrolu byl vůz zavezen do autoservisu a podle zakázkového listu byl předán s tím, že neměl výkon.

Obr. 8 Tepelně destruované zbytky voštinového filtru DPF Vznětový motor vytváří fyzikální podmínky umožňující samovznícení injektovaného paliva - nafty. Pohyb pístu ve spalovací komoře vyvolá kompresi nasátého vzduchu a na základě termodynamických zákonitostí způsobí vstřik paliva do takto stlačené atmosféry jeho samovolné vznícení bez potřeby podpory iniciátoru. Vznícení aerosolu nafty a následné explozivní hoření vyvolá svou expanzí pohyb pístu a v závěrečné fázi je otevřen výfukový ventil s vytlačením odpadních produktů přes turbodmychadlo do DPF. I když se to nezdá automobilový benzín má teplotu vznícení více jak 400 °C což je o více než 150 °C vyšší hodnota než u nafty. Znamená to, že i přes extrémně nízkou okolní teplotu jak na pólu jste schopni benzínové výpary bezproblémově zapálit minimální jiskrou, ale při styku benzínu s rozehřátou plotnou sporáku ho nezapálíte. Při spalovacím procesu vznětového motoru tak fyzikální podmínky jednoznačně neumožňují samovolné vznícení benzínu. Při dominantním podílu benzínu ve směsi paliva tak nedocházelo k jeho iniciaci ve spalovacích komorách a pronikal do výfukového systému. Hořlavá/výbušná atmosféra, která se kumulovala před voštinovým filtrem, se pak zapálila při výfuku z funkčního válce, Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 10 Vozidlo po požáru Na vozidle byla provedena repase/výměna všech vstřikovačů. Při zkušební jízdě po opravě majitel neseznal výraznou změnu a tak výsledek reklamoval. Protože diagnostikou nebyly zjištěny žádné závady v návaznosti na výkon motoru, byla vedoucím provedena preventivní aktivace procesu regenerace DPF, který byl dle 215


ukazatele zanesení ve stavu 40 % kontaminace. Ze servisu si majitel vozidlo převzal a odjel na chatu vzdálenou 25 km. V závěrečné fázi cesty ucítil po změně nastavení ventilátoru zápach kouře, který mu potvrdil i spolujezdec. Krátce poté v cíli po zastavení oba spatřili, jak z okraje kapoty stoupá kouř a pod vozidlem se nachází hořící body. Pomocí hasebního zásahu zahradní hadicí se požár nepodařilo eliminovat nebo uhasit, přičemž jeho prudký rozvoj dokonce zabránil vyklizení pasažérského prostoru. Již při prvním letmém pohledu na následky požáru je zřejmé, že šetření představovalo rozsáhlou mravenčí práci s minimem stop. Rozsah tohoto periodika nedovoluje podrobný popis analytické dedukce průběhu šetření, které vyústilo separací dvou možných iniciačních mechanismů. Celé šetření bylo navíc ztíženo faktem, že se u daného typu vozidla vyskytly chyby v projektu, které měly za následek vznik požárů a vyvolaly tak dokonce výjimečnou svolávací akci, kdy výrobce bezplatně provedl výměnu některých problémových součástí. Při laboratorním zkoumání vzorků se ukázalo, že DPF je rozebíratelného typu, který umožňuje mechanickou očistu vnitřního prostoru. Na rozdíl od předešlého případu nebyly zjištěny žádné stopy extrémní tepelné zátěže na vnějším povrchu ani vnitřní struktuře. Povrch síta byl kompaktní bez destrukčních změn. Stěžejní poznatky pocházely při zkoumání těsnění zajišťujícího kompaktnost systému dvou hlavních celků DPF.

v řadě dosavadních invencí znamenala ve výsledku negativní zásah do této vzájemné symbiózy. Proč vlastně? Jako první instalovali DPF do sériově vyráběných vozů významní němečtí a francouzští producenti již před rokem 2000, přičemž byli zvýhodněni motivační ekologickou dotací ve formě daňových odpisů v řádu stovek euro. Závazné emisní normy Euro IV a V obsahovaly číselný labyrint, lapidárně stanovující limitní podmínky výstupních exhalací naftových vozidel tak, že bez pomocí DPF jej nelze splnit. Ve stejnou dobu se inovacemi vstřikovacích systémů podařilo naftovému motoru dosáhnout výkon a živost benzínového s bonusem ve formě asketické spotřeby paliva. Tato situace vyústila boomem prodeje dieselových vozů, a tak musely konstrukční týmy automobilek pružně reagovat vybavením široké škály vyráběných typů vozidel vznětovým pohonem a zároveň byly nuceny promptně implementovat DPF. Nejpřirozenější časovou úsporou bylo omezení procesu vývoje a testování prototypů s vyhledáváním možných rizik, kdy nebezpečí číhá zvláště ve stísněných dimenzích vozů střední a nižší třídy, které ovšem představovaly dominantní podíl v celkovém prodeji. Nikdo si taky nelámal hlavu nezbytnou osvětou ve smyslu změn ve způsobu provozu a údržby, které jsou rozhodujícími faktory pro eliminaci rizik a prodloužení životnosti. Výsledek na sebe nenechal dlouho čekat a projevil se ve statistikách požárů motorových vozidel v důsledku tzv. technických závad, které ale prakticky pokaždé mají svého konkrétního viníka. A nelze nechat bez poznámky, jak jsme se s problémem vypořádali tady v Čechách. Specifické řešení spočívá v přeprogramování řídící jednotky, odstavení senzorů a nahrazení filtru kusem trubky, což při vygooglení zkratky DPF oficiálně nabízí i s odborným vysvětlením řada podnikavých subjektů. Že je motor dimenzovaný na přítomnost filtru vlastně nikoho nezajímá a trocha toho neřádstva přece nikoho nezabije a nějakou tu alergii u dětí řeší farmaceutický průmysl a kapesník, že ?! ☺ Několik základních pravidel provozu vozidel s DPF na konec - dodatečná osvěta: - Studený motor produkuje více pevných částic a filtr se nedokáže dostatečně ohřát, aby se mohl regenerovat (vypálit zachycené částice).

Obr. 11 Spodní část dvoudílného DPF (dno) s vadně nasazeným těsněním Co se tedy stalo? Jak bylo v záznamech o servisních úkonech uvedeno, byl DPF čištěn a při jeho kompletaci DPF nebylo korektně nasazeno drátěné těsnění na kónicky zakončenou spodní část dvoudílného systému pláště (viz obr. 10), čímž došlo k jeho vzpříčení a vytvoření únikové cesty pro výfukové plyny ze spalovacích komor motoru. Díky úniku spalin z prostoru před sítem filtru, byl rozdíl tlaku mezi detekčními trubicemi diferenčního manometru vyšší než limitní hodnota což řídící jednotka DPF mylně vyhodnotila jako kritické ucpání. Když se motor zahřál provozem mimo město, bylo dosaženo optimálních podmínek, a tak byl systémem aplikován regenerační proces vyvolávající prudký vzrůst teploty a tlaku v komoře. Důsledkem toho pak byl výron plamenného hoření skrze netěsnící spoj ven z pláště filtru směrem vpravo na alternátor a čerpadlo klimatizace, kde zapálil konstrukční prvky, izolace nebo perforoval produktovody s hořlavými kapalinami. Závěr Již od doby, kdy bavorský vynálezce Rudi Diesel započal éru vznětového motoru, byl jeho progresívní vývoj určen zejména optimalizací určujících parametrů ekonomiky/efektivity/ekologie - (E3). I bez hloubkové fyzikální analýzy je zřejmá logika jejich provázanosti - kvalitněji spálené palivo uvolní při sníženém množství stejnou využitelnou energii při nižší toxicitě a objemu odpadních produktů. Implementace DPF do systému motoru pak Ostrava 3. - 4. září 2014

- Mikrosaze pocházejí z nedokonale spáleného paliva ve válci hlavně díky nedokonalému rozprášení především za studena, ale i při ohřátém motoru zejména při rozjezdech z nízkých otáček, kde mnozí milují silnější zátah motoru, než má benzín, a využívají nízké otáčky. - Kritické režimy jsou zejména časté rozjezdy ve městech, kdy režim provozu není prostřídáván ustálenou zátěží (např. silnice nebo kousek dálnice). - Vyvarujte se vypnutí motoru v průběhu samočinné regenerace která je indikována na palubní desce. Přitom platí, že varovnou kontrolku se rozhodně nevyplatí ignorovat - když se rozsvítí, je nejvyšší čas vyrazit na alespoň 5minutovou jízdu klidným tempem a ustálenou rychlostí. - Žhavení je potřeba i za parného léta. - Životnost DPF se zvyšuje, jsou-li motoru dopřávány tzv. "nízkopopílkové" oleje určené pro filtry částic. - Pozor na tankování nekvalitní nafty. - Při natankování benzínu nic neprovádět - žádné zlaté české ručičky - ale zavolat mobilní servisní službu, která vcelku rychle palivový systém dekontaminuje od benzínu schváleným způsobem. - Problémy s DPF řešit u autorizovaných servisů - drahé, ale nakonec ušetříte. Pozn.: Některé informace a ilustrační obrázky byly využity z internetu. 216


Porovnanie niektorých druhov sadrokartónových dosiek z hľadiska úbytku na hmotnosti po vystavení účinku plameňa Comparison of Some Types of Plasterboards in Terms Decline of the Mass After Exposure to Flame Ing. Patrik Mitrenga Ing. Roman Michalovič Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta špeciálneho inžinierstva Ul. 1. mája 32, 010 26 Žilina, Slovenská republika [email protected] Abstrakt Sadrokartónové dosky majú široké uplatnenie v praxi. Používajú sa na podhľady stropov, obloženie stien, a vo významnej miere na zvyšovanie požiarnej odolnosti konštrukcií. Sadrokartónových dosiek je viac druhov od rôznych výrobcov. Tieto druhy sa navzájom líšia v správaní sa pri požiari. V článku sa popisujú niektoré druhy sadrokartónových dosiek a porovnávajú sa z hľadiska úbytku na hmotnosti po vystavení účinku plameňom.

obsahuje vysoké percento vody ktorá sa pri požiari uvoľňuje, a tým spotrebováva teplo, spôsobuje ochladzovanie konštrukcie a vzniknutá vodná para zrieďuje horľavé produkty horenia. Hlavný účinok sadry pri požiari je však spomenutý - tepelnoizolačný [1, 2]. Sadrokartónové dosky majú viacerých výrobcov. V Európe to sú [2]. • Rigips, • Norgips, • Knauf, • Danogips, • Lafarge. V experimente budú porovnávané sadrokartónové dosky od výrobcu KNAUF. Porovnávané budú nasledujúce druhy: GKB -

Kľúčové slová Sadrokartón, požiarna odolnosť, reakcia na oheň, úbytok na hmotnosti. Abstract Plasterboards has broad application in practise. It is used in soffits of roofs, panneling of the walls, eminent in the fireproof safety of the constructions. There is more types of plasterboard of various producents. Those types are different in the behaviour under fire. In this article there are comparated some types of plasterboards and are compared from the standpoint of the decline of the mass after exposure to flame. Keywords Plasterboard, fireresistance, reaction to fire, decline of the mass. Úvod Stavby musia spĺňať rôzne požiadavky, a jednou z nich sú požiadavky na protipožiarnu bezpečnosť stavieb. V súčasnosti je rozšírená výstavba drevostavieb, kde treba ešte viac dbať na bezpečnosť proti požiaru, keďže drevo je horľavý materiál. Efektívny a lacný spôsob ochrany nie len drevených konštrukcií proti požiaru predstavujú sadrokartónové dosky. Príspevok sa zaoberá niektorými druhmi sadrokartónových dosiek, kde je uvedený stručný opis vybraných druhov. Vykonal sa experiment, na základe ktorého bolo možné porovnávať konkrétne sadrokartónové dosky navzájom z pohľadu ich účinnosti proti požiaru. Experiment je v príspevku podrobne popísaný. Na jeho základe možno vyvodiť čiastkové závery o účinnosti jednotlivých typov sadrokartónových dosiek. 1 Vybrané sadrokartónové dosky Sadrokartónová doska je stavebný materiál, ktorý tvoria panely z lisovanej sadrovej hmoty - jadro, ktoré je obojstranne obalené v kartónovom papieri. Niektoré druhy majú jadro napustené silikónom. Tie sa používajú do priestorov zo zvýšenou vlhkosťou. Sadrokartón ma široké uplatnenie v praxi, používa sa napríklad na podhľady stropov, obloženie stien, na zvyšovanie požiarnej odolnosti konštrukcií, dokonca v niektorých prípadoch ako priečky. Sadra slúži ako tepelná a zvuková izolácia. Preto sú sadrokartónové dosky vhodné pre drevené a oceľové konštrukcie. Sadra navyše Ostrava 3. - 4. září 2014

Sadrokartónové stavebné dosky - pozostávajú zo sadry, ktorej plocha je oplášťovaná so špeciálnym kartónom. Doska je na zadnej strane označená modrým popisom. Tieto dosky sa používajú na obklady stien a stropov na podkonštrukcii, predsadené steny, deliace nenosné priečky a podhľady, alebo ako suchá omietka priamym lepením na stenu sadrovým lepidlom [3].

GKBI - Sadrokartónové stavebné dosky impregnované - ich jadro je špeciálne impregnované proti pôsobeniu vlhkosti. Označením týchto dosiek býva na zeleno prefarbený kartón. Používajú sa do miestností zo zvýšenou vlhkosťou, ako sú kúpeľne, sprchy a podobne [3]. GKF -

Sadrokartónové protipožiarne dosky - dosky so spevneným sadrovým jadrom, armovaným so sklennými vláknami. Označením takýchto dosiek býva na červeno prefarbený kartón alebo červený popis. Protipožiarne dosky sa používajú na obklady stien a stropov na podkonštrukcii, šachtové steny, predsadené steny, deliace priečky a podhľady a predvyrobené stavebné dielce s požiadavkami na požiarnu odolnosť [3].

GKFI - Sadrokartónové protipožiarne dosky impregnované - sú to protipožiarne dosky s impregnovaným jadrom proti pôsobeniu vlhkosti. Označujú sa červeným popisom na zadnej strane dosiek. Používajú sa ako protipožiarne dosky v miestnostiach so zvýšenou vlhkosťou, ako sú sprchy a kúpeľne [3]. Uvedené sadrokartónové dosky sa vyrábajú v hrúbkach 12,5 mm a 15 mm. Protipožiarne dosky GKF sa vyrábajú aj v hrúbkach 18 mm a stavebné sadrokartónové dosky GKB v hrúbkach 9 mm. V našom experimente sú testované všetky typy rovnakej hrúbky, a to 12,5 mm. 2 Popis experimentu V experimente sme sa zamerali na meranie úbytku na hmotnosti sadrokartónových dosiek od firmy KNAUF, typov GKB, GKBI, GKF a GKFI o hrúbkach 12,5 mm (popísaných v predchádzajúcej kapitole) pri vystavení účinku plameňa. Experiment sa konal v uzatvorenom laboratóriu, aby bolo zamedzené prúdeniu vzduchu, ktoré by mohlo spôsobiť skreslenie výsledkov z dôsledku ovplyvňovania váh prúdiacim vzduchom. Skúšobné vzorky boli o rozmeroch 100 x 100 mm.

217


• presných váh vážiacich na stotiny gramov, • držiaka vzorky, • horáka, • držiaka horáka, • prietokomeru, • plynovej fľaše. Základným prvkom boli váhy Mettler Toledo (viď obr. 1), ktoré boli prepojené s počítačom s nainštalovaným softvérom, pomocou ktorého sa pri testovaní automaticky zapisujú hmotnosti vo vopred určených intervaloch. Pri našom testovaní sme zvolili interval zapisovania hmotnosti každých 10 sekúnd. Na váhach bol umiestnený držiak vzorky - trojnožka, na ktorom bola testovaná vzorka. Horák bol umiestnený na držiaku tak, Obr. 1 Skúšobné zariadenie aby bola vzdialenosť ústia a priebeh testovania horáka od vzorky 10 cm. Tlak plynu z propán-butánovej fľaše bol nastavený tak, aby výška plameňa z horáku bola 12 cm, pričom 2 cm zasahoval plameň priamo na vzorku. Vzorky boli testované vo vodorovnej polohe, plameň pôsobil kolmo na vzorku. Plameňu sa vystavovali tie strany vzoriek, ktoré je po namontovaní na konštrukcie vidno, teda tie, na ktoré by mohol pôsobiť prípadný požiar. Z každého typu sadrokartónu sa testovali 3 vzorky, aby sme dostali presnejšie údaje z testoch. Každá vzorka bola vystavená účinku plameňa po dobu 30 min. 3 Výsledok experimentu Po vykonaných experimentoch sme dospeli k nasledujúcim údajom, uvedených v tab. 1. Tab. 1 Celkové úbytky na hmotnosti jednotlivých vzoriek Materiál

KNAUF - GKB 12,5 mm

KNAUF - GKBI 12,5 mm

KNAUF - GKF 12,5 mm

KNAUF - GKFI 12,5 mm


V uvedenej tab. 1 máme čiastočne výsledky experimentu. Uvedené sú len pôvodné hmotnosti vzoriek označené v tabuľke ako m1, hmotnosti vzoriek po skončení experimentu označené ako m2 a úbytky na hmotnosti dm uvedených v gramoch aj v percentách z pôvodnej hmotnosti vzoriek. Uvedené sú tiež priemerné hodnoty zo všetkých troch vzoriek každého typu sadrokartónu. Keďže vzorky jednotlivých typov nemali rovnaké hmotnosti čo je spôsobené rôznym materiálovým zložením, za najspoľahlivejší výpovedný údaj budeme považovať úbytok na hmotnosti v percentách z pôvodnej hmotnosti. V tab. 1 vidíme, že najmenší priemerný úbytok na hmotnosti majú vzorky GKFI, a najväčší majú vzorky GKB. Presnejší priebeh úbytku na hmotnosti jednotlivých vzoriek môžeme vidieť na obr. 2 kde je znázornený graf priemerného percentuálneho úbytku na hmotnosti vzoriek GKB, GKBI, GKF a GKFI. Uvedený graf nám presnejšie popisuje priebeh úbytku na hmotnosti jednotlivých typov vzoriek sadrokartónov počas celej doby experimentu. 25

Úbytok na hmotnosti [%]

Na testovanie vzoriek bolo použité skúšobné zariadenie, (obr. 1) ktoré pozostáva z:

KNAUF GKB

20

KNAUF GKBI

15

10 KNAUF GKF 5 KNAUF GKFI

0 0

300

600

900

1200

1500

1800

ýas [s]

Obr. 2 Graf priemerného percentuálneho úbytku na hmotnosti vzoriek GKB, GKBI, GKF a GKFI v závislosti od času Z obr. 2 vidíme, že najväčší priemerný úbytok na hmotnosti mali vzorky typu GKB, pričom vykazovali väčší úbytok na hmotnosti ako u ostatných typov vzoriek, a to už od začiatku experimentu až do konca. Značne menší úbytok na hmotnosti pozorujeme pri vzorkách typu GKFI a GKF, čo sú protipožiarne sadrokartónové dosky. Vzorky typu GKFI mali zo začiatku mierne väčší úbytok na hmotnosti ako vzorky typu GKF, avšak po približne desiatich minútach experimentu začínali mať vzorky GKFI výrazne menšie úbytky hmotností ako ostatné typy dosiek.

č. vz.

m1

m2

dm [g]

dm [%]

1

93,07

70,26

22,81

24,51

Záver

2

92,10

69,66

22,44

24,36 23,86

Pri pôsobení tepla a plameňa na sadrokartónové dosky dochádza najmä k uvoľňovaniu vody, ktorej sadrokartón obsahuje veľa. Dôkazom je aj to, že pri horení nevznikali takmer žiadne splodiny horenia. Uvoľnená voda spôsobovala v značnej miere úbytok na hmotnosti. Po niekoľkých minútach od vystavenia plameňa odhorela povrchová vrstva kartónu, ktorou je sadra obalená. Vrstva kartónu zo zadnej strany vzoriek ktoré neboli vystavené plameňu, zväčša len sčernela, miestami zuhoľnatela (približne po 20 minútach po vystavení plameňom), ale neodhorela úplne.

3

93,99

71,56

22,43

priemer

93,05

70,49

22,56

24,25

1

87,13

68,33

18,80

21,58

2

87,07

68,19

18,88

21,68

3

86,48

67,69

18,79

21,73

priemer

86,89

68,07

18,82

21,66

1

103,10

81,99

21,11

20,48

2

103,71

82,17

21,54

20,77 20,69

3

103,73

82,27

21,46

priemer

103,51

82,14

21,37

20,64

1

100,99

80,65

20,34

20,14

2

103,63

83,26

20,37

19,66

3

102,61

82,46

20,15

19,64

priemer

102,41

82,12

20,29

19,81

Sadrokartóny ktoré sú odolnejšie proti požiaru by mali mať menší úbytok na hmotnosti. Keďže pri pôsobení tepla dochádza k značnému úbytku, a to najmä vody, môže dôjsť k popraskaniu sadrokartónových dosiek a stráca sa mechanická pevnosť. Dôkazom toho boli aj rozsiahle praskliny vo vzorkách GKB po skončení experimentu. Z vyššie spomínaného grafu totiž vidíme, že spomínané vzorky mali podstatne väčší úbytok na hmotnosti. Ostatné typy dosiek mali omnoho menšie praskliny, alebo vôbec žiadne.

218


Z výsledkov experimentu sa teda potvrdilo, že protipožiarne sadrokartónové dosky GKF a protipožiarne sadrokartónové dosky impregnované do priestorov so zvýšenou vlhkosťou označované ako GKBI majú menší úbytok na hmotnosti a teda aj lepšiu protipožiarnu odolnosť, ako ostatné dosky typov GKB a GKBI. Použitá literatúra [1]

EUROGYPSUM, 2011.: Eurogypsum - Living with gypsum: From Raw Material to Finished Products. [Online]. [2014-


06-9]. Dostupne na: http://www.eurogypsum.org/_Uploads/ dbsAttachedFiles/livingwithgypsum.pdf. [2]

WIKIPEDIE.: Sádrokarton. [Online]. [2014-06-10]. Dostupne na: http://cs.wikipedia.org/wiki/S%C3%A1drokarton.

[3]

KNAUF.SK.: Sadrokartónové dosky. [Online]. [201406-10]. Dostupne na: http://www.knauf.sk/sk/produkty/ sucha_vystavba/dosky_knauf/sadrokartonove_dosky. php?podstranka=278.

219


Stanovení požárně-technických charakteristik na vybraných zařízeních Determination of Fire Technical Characteristics on Selected Devices Ing. Ladislav Mokoš1

Iniciace hořlavých prachů

Ing. Petr Lepík

Při stanovení minimální iniciační energie hořlavého prachu se vychází z energie nabití kondenzátorů zaručující stoprocentní pravděpodobnost iniciace. Pak se stanovuje při konstantní koncentraci prachu snižováním energie na polovinu takové energie, při níž u 10-ti po sobě jdoucích pokusech, již právě nedojde k explozi.

2

Ing. Jiří Serafín, Ph.D.2 1 VVUÚ a.s. Pikartská 1337/7, Ostrava-Radvanice 2 VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, 700 30 Ostrava-Výškovice [email protected]

Abstrakt Cílem tohoto příspěvku je prezentovat výsledky experimentalního měření vybraných vzorků prachu na zařízení MIKE 3 pro stanovení minimální iniciační energie. Pro měření bylo zvoleno pět vzorků prachu, které byly vybrány tak, aby mezi nimi byl zastoupen vzorek přírodního organického prachu, syntetického organického prachu a uhelného prachu. V článku je uveden stručný popis zkušebního zařízení a dále je provedeno vyhodnocení naměřených hodnot za pomocí postupu používaného v CaRo testech. Klíčová slova Prach, výbuch, Hartmanova trubice, minimální iniciační energie.

Z příslušných pokusů v širokém koncentračním rozsahu je tímto způsobem stanovena optimální koncentrace prachu (tj. koncentrace s nejlepší vznětlivostí). Skutečná minimální iniciační energie hořlavého prachu pak leží uvnitř rozsahu energií: mezi energií, která právě ještě nevznítila směs prachu se vzduchem a energií, která tento prach již vznítila. Ovlivňující faktory Pečlivé zkoumání ukázalo, že minimální zápalná energie hořlavého prachu je ovlivněna následujícími parametry: • Indukční cívka ve vybíjecím obvodu, • Turbulence, doba zpoždění u vznícení, • Velikost částic, střední hodnota, • Koncentrace prachu, • Teplota, • Vlhkost produktu (podíl vody),

Abstrakt

• Koncentrace kyslíku,

The aim of this paper is to present results of experimental measurements of chosen dust samples on the MIKE 3 device to set minimal ignition energy. There were five dust samples chosen for measurements with these samples included amongst them: natural organic dust, synthetic organic dust and coal dust. There is a short description of the trial device in the article. Further, the evaluation of measured values has been carried out with the help of a procedure used in CaRo tests.

• Přidání hořlavých plynů.

Keywords Dust explosion, Hartmann tube, minimum ignition energy. Úvod Pro odhadnutí rizikové situace u zařízení zpracovávajících prach je nezbytná znalost minimální zápalné energie. Tato hodnota může pravděpodobně určit rozsah a tudíž i náklady na ochranná opatření. Znalost minimální iniciační energie hořlavých prachů má velký význam pro stanovení nebezpečné situace v zařízení, v němž se zpracovává prach, protože znalost nebezpečných situací může umožnit určit rozsah a tím finanční nároky ochranných opatření. To platí především při použití ochranného opatření „vyloučení účinných iniciačních zdrojů“, ale také pro iniciační fenomén statickou elektřinu (jiskrový výboj, trsový výboj aj.) a také pro takové iniciátory, které se mohou projevit mechanickou jiskrou (krátkodobé tření, tření při broušení, dlouhodobé tření). Pod minimální zápalnou energií (MIE) se rozumí nejnižší možná hodnota energie vybití vysokonapěťového kondenzátoru potřebná ke vznícení nejzápalnější směsi prachu/vzduchu. Koncentrace prachu a doba zpoždění u vznícení musí být soustavně měněny, dokud není nalezena minimální hodnota zápalné energie. Všechny testy jsou prováděny při atmosférickém tlaku a pokojové teplotě.


Obecný zkušební postup Spočívá v určení hodnoty energie, která je tak akorát dostačující k vznícení prachu, který je zkoumán. Tato zápalná energie je potom postupně půlena s obměnou koncentrace prachu a doby zpoždění u vznícení (turbulence) v řadě testů, než se dosáhne nulového vznícení v alespoň deseti po sobě jdoucích experimentech. Minimální zápalná energie (MIE) leží mezi nejnižší hodnotou energie (E2), při které se vyskytlo vznícení a tou energií (E1), při které v nejméně deseti po sobě jdoucích experimentech nebylo zpozorováno žádné vznícení. Rozsah energie, který je tímto určen, se nazývá minimální zápalná energie zápalného prachu s příměsí vzduchu. Avšak z důvodů zjednodušení se často stanovuje jako minimální zápalná energie MIE nižší mezní hodnota (E1). E1  MIE  E 2 Abychom vyhodnotili nebezpečí vznícení pro směsi prachu/ vzduchu z důvodu provozních elektrických výbojů, obzvláště elektrostatických výbojů, doporučuje se minimální zápalná energie (MIE) určit i s čistě kapacitními elektrickými výboji (bez indukční cívky). Statistická energie (Es) Pro účel porovnání mezi různými přístroji by měla být použita pouze jedna statistická hodnota MIE (Es) namísto energetického rozpětí (E1, E2). Tato jednotlivá hodnota (Es) může být odhadnuta za použití pravděpodobnosti vznícení následujícím způsobem: Es = 10^ (log E2 - I [E2] · (log E2 - log E1) / ((NI + I) [E2] + 1)) přičemž: I [E2] = počet testů se vznícením při energii E2, (NI + I) [E2] = celkový počet testů při energii E2. 220


např. IE\mg

300

E2 =

30 mJ

NI

E1 =

10 mJ

600

900

1200

1500 NI

I

I

I

NI

NI

NI

pravděpodobnost →

3z5

Es = l0^ (log E2 - 3 · (log E2 - log E1) / (5 + 1)) = 17 mJ

Nominal

Maximum

Minimum

Spuštění

Napětí

1 mJ

1.8 mJ

0.7 mJ

relé

15 kV

3 mJ

4 mJ

1.8 mJ

relé

15 kV

(10 mJ)

13 mJ

7 mJ

relé

15 kV

10 mJ

18 mJ

7 mJ

pohyblivá elektroda

15 kV 11 kV

30 mJ

40 mJ

18 mJ


přičemž:

100 mJ

133 mJ

70 mJ


11 kV

I = zápalnost prachu,

300 mJ

400 mJ

230 mJ


11 kV

1J

1.33 J

650 mJ


11 kV

NI = žádné vznícení prachu v deseti pokusech. Zkušební přístroj MIKE 3 Na základě zjištění výše uvedených skutečností bylo mezinárodně ujednáno, že přístroj pro určení minimální zápalné energie hořlavých prachů musí splňovat minimálně tyto následující podmínky:

Maximum = teoretická maximální hodnota (nejhorší případ) Minimum = spodní hranice sledování jiskry. Schéma MIKE 3

• s indukční cívkou ve vybíjecím obvodu: L = 1 mH - 2 mH, • bez indukční cívky ve vybíjecím obvodu: L ≤ 0.025 mH, • materiál elektrod: wolfram nebo nerezová ocel, • průměr elektrod: d = 2 mm, • rozestup mezi elektrodami: minimálně 6 mm. Jako nádoba výbuchu se používá pozměněná Hartmannova trubice vyrobená ze skla o objemu 1,2 litrů. Systém rozptýlení prachu na spodu trubice je “houbovitého tvaru”, kolem kterého je volně roztroušen vzorek. Výbuch stlačeného vzduchu při 7 barech se používá k rozptýlení prachu ve skleněném cylindru, kde je prach vznícen jiskrou mezi dvěma elektrodami. Experimenty ukázaly, že směsi prachu/vzduchu mohou mít klidně hodnoty MIE menší, než 10 mJ. Měřicí rozsah přístroje MIKE 3 byl tedy zvláště navrhnut pro nižší hodnoty energie. Díky pneumaticky poháněným vysokonapěťovým spínačům jsou parazitické kapacitance zanedbatelně malé. Následujícího zlepšení testovacího zařízení bylo dosaženo přímou montáží přístroje na vybití kondenzátoru k pozměněné Hartmannově trubici. Tímto se můžeme vyhnout zbytečně dlouhým vedením zásobování. Vysokonapěťová jednotka i nádoba pro výbuch jsou uspořádány ve stejné Faradayově kleci. Sledování jiskry Při určování minimální zápalné energie jsou prováděny testy proto, aby se dosáhlo nepřítomnosti vznícení. Proto je nezbytné, abychom se mohli spolehnout na správnost hodnoty energie jiskry při vybíjení, která už není schopna vznítit směs prachu/vzduchu. Náboj přenášený jiskrou se měří při každém experimentu vznícení a provádí se kontrola, aby se vyhovělo hraničním hodnotám. Ze své podstaty je MIE představována energií uloženou v kondenzátoru. Avšak náboj kondenzátoru a tudíž energie jiskry se snižuje nejen korónovým proudem protékajícím před přeskokem jiskry. Špinavé izolátory a popřípadě vodivý prach mohou mít také za následek ztrátu značného množství náboje.

door lock high-voltage electrode

moving electrode compressed air for ME

dispersion pressure (7 bar over pressure)

compressed air for purging

on/off switch

M

I

keys for: inlet valve

O

ME/outlet valve

moving electrode - pohyblivá elektroda

door lock - zámek dveří

compressed air (for puging) stlačený vzduch (pro čištění)

high-voltage electrode vysokonapěťová elektroda

on/off switch - vypínač

dispersion pressure - tlak rozptylu keys for: inlet valve - tlačítka pro sací ventil outlet valve - výpustný ventil

Stlačený vzduch je používán jak k pohánění i k rozptylování prachu.

pneumatiky tak

Nominální hodnota = 7 barů přetlak = 8 barů absolutní. Experimentální část Pro experimentální měření MIE bylo zvoleno celkem 5 vzorků prachu, které byly vybrány tak, aby mezi nimi byly zastoupeny vzorky dle kategorií uvedených v normě EN 13821, kromě prachu kovového. Kategorie, z kterých byly vzorky pro měření vybrány, jsou následující: přírodní organický prach, syntetický organický prach a prach uhelný. Jmenovitě se jedná o tyto vzorky prachu:

Údaje o energii, které se vztahují pouze na počáteční náboj kondenzátoru, jsou zavádějící. Skutečná hodnota energie jiskry je vždy menší než tato teoreticky maximální hodnota a z hlediska bezpečnostních kritérií leží tímto bohužel na špatné straně. Například jiskra, která právě vznítila prach, by ve skutečnosti měla menší energii než ta, která je udávána. Obr. 1 Brambor. škrob 50x

Obr. 2 Prášková barva 20x

Vzorky byly vysušeny a byl proveden základní chemický rozbor, jehož výsledky jsou uvedeny v tabulce. Vzorky byly připraveny na zrnitost < 0,040 mm, kromě vzorku práškové barvy, která byla použita v původním stavu. Ostrava 3. - 4. září 2014

221


Výsledky Výsledky experimentálního měření minimální iniciační energie jsou v grafické podobě uvedeny na následujících grafech. Na ose x jsou vyneseny navážky vzorku v mg a na ose y jsou vyneseny hodnoty energie v mJ. Výsledky pro vzorek prachu bramborového škrobu je na obr. 6, pro vzorek práškové barvy na obr. 7, pro vzorek prachu toneru na obr. 8, pro vzorek prachu krmných kvasnic na obr. 9 a pro vzorek prachu černého uhlí na obr. 10. Obr. 3 Toner 50x

Obr. 4 Krmné kvasnice 10x

Obr. 6 MIE Bram. škrob

Obr. 7 MIE Prášková barva

Obr. 8 MIE Toner

Obr. 9 MIE Krmné kvasnice

Obr. 5 Černé uhlí 10x Tab. 1 Výsledky TGA analýzy Vzorek

Vlhkost [%]

Prchavá hořlavina [%]

Prchavá hořlavina (v sušině) [%]

Popel [%]

Popel (v sušině) [%]

Bramborový škrob

2.22

91.36

93.43

0.41

0.42

Prášková barva

0.67

81.18

81.73

21.05

21.19

Toner

0.11

62.62

62.69

38.84

38.88

Krmné kvasnice

3.24

75.59

78.12

7.62

7.88

Černé uhlí

0.97

27.87

28.14

5.83

5.88

Zkušební postup Experimentální měření bylo provedeno vždy pro sérii koncentraci testovaného prachu se vzduchem při daném zpoždění mezí rozvířením prachu a přeskoku jiskry, kdy byly testovány dvě doby zpoždění a to 120 ms a 150 ms. Měření bylo provedeno dle normy EN 13821 a bylo požadováno 10 po sobě jdoucích neúspěšných pokusů o zapálení, aby bylo potvrzeno, že při dané koncentraci a nastavené energii k zapálení nedojde. Testovaný vzorek má být vyměněn po maximálně 5-ti pokusech. Při našem měření byl vzorek měněn vždy po sérii 3, 3 a 4 neúspěšných pokusů. Testy začínaly s nejvyšší zapalovací energií o hodnotě 1000 mJ a doba zpoždění byla pro první sérii nastavena na 120 ms, v druhé sérii měření probíhalo s dobou zpoždění 150 ms. Bylo také potřeba nastavit určitou průměrnou koncentraci prachu. Testy začínaly s průměrnou koncentrací 750 g/m3. Indukčnost obvodu byla nastavena konstantní v průběhu celého měření. Měření bylo provedenou pouze s indukčností 1 mH. Doporučení pro interpretaci výsledků minimální iniciační energie jsou založeny na energetických hladinách, které jsou k dispozici pro přístroj MIKE 3. Podle běžné praxe INERISu mohou být výsledky zařazeny následovně: • MIE > 1000 mJ: vzorek téměř necitlivý na elektrostatické zapálení, • 300 mJ < MIE < 1000 mJ, 100 mJ < MIE < 300 mJ and 30 mJ < MIE < 100 mJ: vzorek citlivý na elektrostatické zapálení, • 10 mJ < MIE < 30 mJ and 3 mJ < MIE < 10 mJ: vzorek velmi citlivý na elektrostatické zapálení, • 1 mJ < MIE < 3 mJ and MIE < 1 mJ: vzorek extrémně citlivý na elektrostatické zapálení. (James et al., 2003) Ostrava 3. - 4. září 2014

Obr. 10 MIE Černé uhlí Následující tabulka uvádí přehled naměřených výsledků a jsou zde uvedeny statistické hodnoty minimální iniciační energie. Tab. 2 Výsledky experimentálního měření MIE Vzorek

Výsledky

Bramborový škrob

30 mJ < MIE < 100 mJ vzorek citlivý na elektrostatické zapálení Es (mJ) / 37 (120 ms) / 38 (150 ms)

Prášková barva

3 mJ < MIE < 10 mJ vzorek velmi citlivý na elektrostatické zapálení Es (mJ) / 13 (120 ms) / 8 (150 ms)

Toner

1 mJ < MIE < 3 mJ vzorek extrémně citlivý na elektrostatické zapálení Es (mJ) / 1,4 (120 ms) / 1,4 (150 ms)

Krmné kvasnice

10 mJ < MIE < 30 mJ vzorek velmi citlivý na elektrostatické zapálení Es (mJ) / 12 (120 ms) / 15 (150 ms)

Černé uhlí

100 mJ < MIE < 300 mJ vzorek citlivý na elektrostatické zapálení Es (mJ) / 190 (120 ms) / 190 (150 ms)

222


Závěr Jiskry jsou nejzápalnějším elektrostatickým výbojem a jsou schopny vznítit širokou škálu hořlavých směsí. Základním opatřením proti vzniku zápalných jiskrových výbojů je zajištění, aby všechny vodivé části provozu a zařízení a vodivých výrobků byly bezpečně uzemněny. V případech, kdy je problematické zajistit správné uzemnění, může být použito minimální iniciační energie pro stanovení, zda je uzemnění nezbytné. Minimum minimální iniciační energie, resp. minimální iniciační energie představují řádově veličiny, které dovolují porovnat vznětlivost hořlavých prachů podle definice časově prodlouženého kondenzátorového výboje. Nejnovější výzkumy ukázaly, na rozdíl od dřívějšího pojetí, že velký počet druhů prachů je možno snadno iniciovat. Některé zvláště snadno vznětlivé prachy jsou podobně vznětlivé jako hořlavé plyny, které jsou považovány za normálně vznětlivé, jako metan, propylen nebo propan. MIE hořlavých prachů je v rozsahu normálního tlaku prakticky nezávislá na počátečním tlaku (výchozí tlak při výbuchu), je však silně závislá na středním průměru zrna, teplotě směsi a vlhkosti vzorku.


V rámci experimentálního měření byla měřena minimální iniciační energie pěti různých prachových vzorků. Měření probíhalo na zařízení MIKE 3. Z naměřených výsledků jsou patrné rozdíly mezi jednotlivými vzorky v citlivosti na elektrostatické zapálení. Použitá literatura [1]

Bartknecht, W.: Výbuchy prachu - průběh a ochranná opatření. Nakladatelství Springer.

[2]

Dr. Sc. Techn. Siegfried Bussenius: a protivýbuchová ochrana průmyslu.

[3]

Kühner, A.G.: Manuál MIKE 3.

[4]

ČSN EN 13821: Prostředí s nebezpečím výbuchu - Prevence a ochrana proti výbuchu - Stanovení minimální zápalné energie směsi prachu se vzduchem.

[5]

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.

[6]

International Section of the ISSA for Machine Safety: Determination of the Combustion and Explosion Characteristics of Dust.

Protipožární

223


Technické zabezpečenie hasenia lesných požiarov v sťažených terénnych podmienkach Technical Support of Forest Fires Fighting in Difficult Terrain Conditions doc. Ing. Mikuláš Monoši, PhD.1 plk. Ing. Jaroslav Kapusniak2 1 Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta špeciálneho inžinierstva Ul. 1. mája 32, 010 26 Žilina, Slovenská republika 2 Krajské riaditeľstvo HaZZ v Žiline Námestie požiarnikov 1, 010 01 Žilina, Slovenská republika [email protected], [email protected]

Abstrakt Príspevok rieši problematiku technického zabezpečenia hasenia lesných požiarov so zameraním na pozemnú hasičskú techniku. Podrobnejšie rozoberá problémy dopravy vody na veľké lesné požiare. Navrhuje členenie územia podľa terénnych podmienok a tiež odporúča vhodnú hasičskú techniku v sťažených terénnych oblastiach. Podrobnejšie sa zaoberá problematikou rôzneho terénu a technickými požiadavkami kladenými na hasičskú techniku. Kľúčové slová Hasičská technika, lesný požiar, SDSS, terénne podmienky. Abstract The paper addresses the technical support of forest fires fighting, focusing on ground fire-fighting equipment. It deals in detail with problems of transporting the water to a large forest fires. It proposes a division of the territory according to field conditions and also recommends suitable fire-fighting equipment to be deployed in the difficult terrain areas. In more detail, it deals with different terrain and technical requirements specified for fire-fighting equipment. Keywords Fire-fighting equipment, forest fire, SDSS, terrain conditions. Úvod Lesné požiare spôsobujú ročne veľké škody na prírodnom prostredí. Tieto sa týkajú napríklad zničenia (zhorenie) významných biotopov, narušenia lesného prostredia či znečistenia prostredia chemickými látkami v prípade použitia ekologicky nevhodného hasiaceho média. Niekedy sa vyskytnú aj škody, ktoré sú najvyššie a ťažko nahraditeľné a tými sú zranené či usmrtené osoby. Oblasť ochrany pred požiarmi, ako cieľavedomý vedný odbor, na svoju činnosť využíva rôzne dostupné technické prostriedky a nástroje, a to ako z pohľadu predchádzania výskytu požiarov (oblasť prevencie), ako aj minimalizácie škôd spôsobených požiarom (oblasť represie), a to prostredníctvom včasného a efektívneho zásahu. Vylepšovaním technických prostriedkov, optimalizáciou ich lokalizácie v podmienkach Slovenska a prispôsobovaním k podmienkam činností vykonávaných počas zásahu na požiarisku sa značne skracuje doba, kedy nepriaznivé vplyvy požiaru pôsobia na okolie a spôsobujú tak škody. Medzi základnú techniku, používanú pri požiaroch na zamedzenie nežiaduceho horenia patrí aj cisternová automobilová striekačka. Jej súčasťou je často takmer dokonalý, poloautomatický čerpací systém a nádrž na vodu. Príspevok sa vo svojom jadre stanovením efektívnych postupov nasadenia hasičskej techniky na zdolávanie a likvidáciu lesných požiarov v horskom prostredí, so zameraním sa na Ostrava 3. - 4. září 2014

výber vhodných technických prostriedkov s orientáciou na lesné špeciály a prostriedky na zabezpečenie diaľkovej dopravy vody na požiarisko. Pre optimalizáciu výberu hasičskej techniky bol vytvorený v prostredí systému pre podporu priestorového rozhodovania viackriteriálny rozhodovací model. Modelovým územím bolo územie V správe LS Malužiná. Experimentálne územie Experimentálnym územím bolo územie v správe Lesnej správy Malužiná (LS Malužiná). Územie má horský, výrazne členitý charakter. Nachádza sa v rozmedzí nadmorských výšok 667 - 1727 m n. m. Lesnatosť územia dosahuje 93 %. Celková výmera lesov na území LS Malužiná je 10 241,33 ha. V drevinovom zložení lesov dominuje najmä drevina smrek, potom buk, menej hojne sú zastúpené dreviny jedľa smrekovec, borovica, kosodrevina, javor a jarabina. Pre účely identifikácie území, ktoré sú sprístupnené pre nasadenie pozemnej hasičskej techniky je potrebné mať k dispozícii aj údaje o aktuálnom stave cestnej siete v experimentálnom území. Celková dĺžka ciest v experimentálnom území je 210 593,5 m. Z toho je 29 555,5 m štátnych ciest (14 %), 101 191,5 m spevnených lesných ciest (49 %) a 79 846,5 m nespevnených lesných ciest (37 %). Z hľadiska spevnených ciest sa na území nachádza 40 027,9 m lesných ciest kategórie 1L (40 %), 40 981,1 m lesných ciest kategórie 2L (40,5 %), 7 218,2 m lesných ciest kategórie 3L (6,5 %) a 12 964,3 m spevnených nelesných ciest (13 %). Nespevnené cesty sú tvorené zvážnicami a zemnými cestami, ktoré je možné využiť na hasenie lesných požiarov lesnými špeciálmi. V záujmovom území sa nachádza celkovo 70 464,7 m zvážnic (88 %) a 9 381,8 m zemných ciest (12 %). Metodika spracovania Pre účely optimalizácie procesu výberu hasičskej techniky vhodnej na hasenie lesných požiarov sme navrhli štruktúru a vybudovali optimalizačný rozhodovací model založený na multikriteriálnom hodnotení vybraných typov hasičskej techniky používanej na hasenie lesných požiarov v horských podmienkach Slovenska. Model bol vybudovaný v prostredí NetWeaver. Bol budovaný ako závislostná sieť zložená z údajových linkov prepojených logickými väzbami. V modeli sú jednotlivé typy hasičskej techniky používanej na hasenie požiarov posudzované z hľadiska prírodných a prevádzkovo-technických parametrov. Vybrané typy hasičskej techniky vhodnej na nasadenie pre hasenie lesných požiarov v horských podmienkach Slovenska sú rozdelené do dvoch základných skupín: lesné špeciály a technika určená na zabezpečenie kyvadlovej dopravy hasiaceho média na požiarisko. Medzi lesné špeciály boli zaradené nasledovné prostriedky: UNIMOG lesné špeciály na šasi Mercedes Benz U1550L, U4000, U5000, CAS 24 Renault Middlum, Praga V3S ARS, CAS 30 T 815-7 4x4.1. Medzi prostriedky na zabezpečenie kyvadlovej a diaľkovej dopravy hasiaceho média sme zaradili: CAS 30 T 148, CAS 30 T 815-7 6x6, CAS 32 T 815 6x6, CAS 30 Iveco Trakker.

224


Z hľadiska prírodných a prevádzkovo-technických parametrov je výber vhodnej techniky na hasenie lesných požiarov založený na súčasnom multikriteriálnom hodnotení skupín faktorov prírodných reprezentovaných podskupinami pôdnych faktorov (stav a druh pôdy a z týchto parametrov vyplývajúca únosnosť pôdy) a faktorov sprístupnenia územia pre nasadenie pozemnej mobilnej hasiacej techniky.

V analýze sme sa zamerali na výber vhodného typu hasičskej techniky vzhľadom na technicko-prevádzkové a prírodné pomery. Vetva modelu, ktorá je zameraná na hodnotenie týchto parametrov sa rozkladá na tejto úrovni na hodnotenie 3 skupín faktorov: technicko-prevádzkové, sprístupnenie územia a pôdne parametre (obr. 1).

Analýza sprístupnenia územia pre nasadenie pozemnej mobilnej hasiacej techniky bola vykonaná v zmysle metodiky publikovanej Majlingovou (2012). Ide o metodický postup založený na spracovaní údajov v prostredí geografických informačných systémov (GIS), kde sa do úvahy berie zjazdnosť cestnej siete pre posudzovanú pozemnú mobilnú hasičskú techniku a tiež parametre samotného terénu, v ktorom sa bude hasenie požiaru vykonávať. Výsledkom tejto analýzy je mapa reprezentujúca porasty, ktoré je možné hasiť pozemnou mobilnou hasiacou technikou (zóna hasenia). Tieto boli identifikované vzhľadom na maximálnu dĺžku hadicového vedenia a dostupnosť územia, ktorá je hodnotená na základe parametrov akými sú svahová dostupnosť vyjadrená sklonom terénu a výskyt prekážok ako sú skaly, bralá a strže.

=

Technicko-prevádzkové pomery sú hodnotené na základe vybraných kritických parametrov hasičskej techniky. Výber a použitie vhodnej hasičskej techniky je v prípade hodnotenia jej technických parametrov priamo previazaný s parametrami prostredia, pre ktoré robíme analýzu vhodnosti nasadenia. Ako už bolo spomenuté rozhodovacia sieť je zložená z údajových linkov reprezentujúcich jednotlivé posudzované faktory previazaných logickými väzbami (funkcia AND predstavuje súčasné hodnotenie viacerých zadefinovaných faktorov → multikriteriálne rozhodovanie). Výber jednotlivých typov hasičskej techniky na základe posudzovania jednotlivých faktorov vstupujúcich do rozhodovania, smerom zo spodných úrovní (vstupné údaje do rozhodovania) k najvyššej je založený na postupnom hodnotení v zmysle definovaných faktorov, pre ktoré sme definovali pravidlo výberu na báze fuzzy logiky (neurčitosti).

AND

pôdne parametre

techn.prevadza parametre

fuzzy

fuzzy

sprístupnenie fuzzy

Obr. 1 Faktory vstupujúce do hodnotenia technickoprevádzkových a prírodných pomerov Z hľadiska pôdnych parametrov sme posudzovali únosnosť pôdy, ktorá sa odvíja aj od druhu pôdy, a stav pôdy (mokrá, suchá, zamrznutá). Z hľadiska sprístupnenia sme hodnotili tri skupiny faktorov, parametre cestnej siete, dostupnosť terénu pre nasadenie pozemnej mobilnej hasiacej techniky a rozsah zóny hasenia pozemnou mobilnou hasiacou technikou, počítaný pre každý porast od cestnej komunikácie, ktorá je zjazdná pre hasičskú techniku (obr. 2).

=

V procese rozhodovania (analýzy) sú súčasne posudzované všetky definované typy hasičskej techniky. Na vrchole (konci analýzy) majú výslednú hodnotu 1 len tie, ktoré sú optimálne a vyhovujú všetkým kritériám na všetkých úrovniach. Výsledkom hodnotenia (analýzy) však nie je len určenie optimálneho variantu, ale v databáze, ktorá je výstupom procesu rozhodovania sú vyhodnotené všetky typy posudzovanej techniky a každému je priradená hodnota vhodnosti v intervale 0-1. Čím bližšie je výsledná hodnota bližšie k hodnote 1, tým je daný typ hasičskej techniky vhodný na nasadenie do podmienok daného prostredia. Databáza okrem výsledkov celkového hodnotenia (celej siete faktorov) obsahuje aj výsledky (hodnoty vhodnosti v intervale [0; -1]) aj pre jednotlivé skupiny faktorov na jednotlivých úrovniach ako aj pre samotné posudzované faktory = komplexné výsledky hodnotenia. Prepojením prostredia NetWeaver s prostredím EMDS sme získali prostriedok pre vizualizáciu výsledkov hodnotenia v prostredí GIS a tvorbu mapových výstupov - priestorovú vizualizáciu výsledkov. Výsledky Výsledky tu popísané sú súčasťou riešenia dizertačnej práce Kapusniak (2014). Ako už bolo spomenuté vyššie, vytvorený rozhodovací (optimalizačný) model je založený na použití logických funkcií OR a AND a princípov fuzzy logiky. Je vybudovaný pre účely výberu vhodného typu hasičského prostriedku pre hasenie lesných požiarov v horských podmienkach Slovenska. Do hodnotenia bolo zapojených celkovo 10 hasičských vozidiel. Ostrava 3. - 4. září 2014

AND

dostupnosť fuzzy

hasenie fuzzy

parametre ciest fuzzy

Obr. 2 Faktory posudzované v rámci skupiny sprístupnenie Z pohľadu technicko-prevádzkových parametrov sme sa zamerali na posúdenie parametrov uvedených v tab. 1. Hodnoty jednotlivých faktorov boli sledované u každej z analyzovaných druhov techniky. Jednotlivým faktorom bol zároveň stanovený stupeň významnosti faktora, ktorý bol do rozhodovacieho modelu zabudovaný v podobe váhy daného faktora v intervale [0; 1]. Členenie vetvy rozhodovacieho modelu zameraného na hodnotenie hasičskej techniky využívanej najmä na zabezpečenie kyvadlovej a diaľkovej dopravy vody na požiarisko uvádzame na príklade prostriedku CAS 32 Tatra 148.

225


Tab. 1 Prehľad váh prisúdených jednotlivým posudzovaným faktorom Kyvadlová doprava

Lesný špeciál

váha

váha

Merný výkon

1,0

0,6

Svetlá výška

1,0

1,0

Predný nájazdový uhol

0,9

0,9

Zadný nájazdový uhol

0,9

0,9

Stúpavosť

1,0

0,8

-

0,5

0,6

0,7

Parameter

Obrysový priemer oblúka Výška vozidla Celková hmotnosť

-

0,5

Nádrž na vodu

1,0

1,0

Menovitý prietok vody

0,9

0,9

Nasávacia výška

0,8

0,8

Brodivosť

1,0

1,0

=

AND

nádrž kyv fuzzy

menovitý prietok kyv nasávacia výška kyv fuzzy

fuzzy

Obr. 5 Pohľad na štruktúru faktorov hodnotených v rámci skupiny Účelová nadstavba

Z hľadiska technicko-prevádzkových parametrov boli hodnotené dve základné skupiny faktorov: Strojový podvozok a účelová nadstavba (obr. 3, 4, 5).

Výber vhodnej techniky na hasenie lesných požiarov na území LS Malužiná bol ovplyvnený nielen samotnými technickými parametrami posudzovanej techniky, ale najmä výsledkami analýzy sprístupnenia územia vo väzbe na druh a stav jednotlivých prvkov cestnej siete v území. Analýza zameraná na výber optimálneho druhu hasičskej techniky (prírodné a technické parametre) prebehla na základe prepojenia poznatkov a logických vzťahov, uvedených v rozhodovacom modeli vybudovanom v prostredí NetWeaver, s poznatkovou bázou vybudovanou v prostredí EMDS, prostredníctvom modulu Assessment, ktorý je súčasťou extenzie EMDS pre ArcGIS Desktop.

=

AND

strojový podvozok kyv

nadstavba kyv

fuzzy

fuzzy

Na obr. 6 uvádzame výsledok zameraný na výber optimálneho druhu hasičskej techniky na hasenie lesného požiaru, pri ktorom uvažujeme aj s rozvinutím hadicového vedenia. Výsledkom sú zóny (porasty), ktoré je možné hasiť vybraným druhom pozemnej mobilnej hasičskej techniky. Pre lokalizáciu a likvidáciu požiarov v ostatných porastoch (zelená farba) je potrebné použiť diaľkovú dopravu vody pomocou systému jazierok a čerpadiel („jazierkový systém“) alebo nasadiť hneď v počiatku lokalizácie požiaru leteckú techniku, najmä z dôvodu členitosti terénu a nedostatočnej úrovne sprístupnenia územia cestnou sieťou.

Obr. 3 Skupiny faktorov hodnotené z hľadiska technickoprevádzkových parametrov posudzovaných technických prostriedkov =

AND

merný výkon kyv fuzzy

max. rýchlost jazdy kyv

svetlá výška kyv

nájazdové uhly kyv

stúpavosť kyv

fuzzy

fuzzy

fuzzy

fuzzy

výška vozidla kyv fuzzy

brodivosť fuzzy

Obr. 4 Pohľad na štruktúru faktorov hodnotených v rámci skupiny Strojový podvozok u prostriedkov využívaných na kyvadlovú dopravu vody Podobnú štruktúru má aj vetva zaoberajúca hodnotením lesných špeciálov. Fuzzy hodnoty uvedené pri jednotlivých faktoroch a skupinách faktorov sú stanovené v intervale [0; 1], vzhľadom na vopred definovaný rozsah minimálnych a maximálnych hodnôt faktora (v zmysle technickej dokumentácie).


Obr. 6 Výsledok analýzy vo vzťahu k výberu najvhodnejšieho druhu pozemnej mobilnej hasičskej techniky pre prírodné podmienky LS Malužiná a technicko-prevádzkové parametre posudzovanej hasičskej techniky V tab. 2 uvádzame výsledky stanovenia vhodnosti nasadenia posudzovanej hasičskej techniky na zabezpečenie kyvadlovej a diaľkovej dopravy vody v záujmovom území vzhľadom na technicko-prevádzkové parametre.

226


Tab. 2 Fuzzy hodnoty vhodnosti nasadenia posudzovaných prostriedkov na zabezpečenie kyvadlovej a diaľkovej dopravy vody na požiarisko Kyvadlová a diaľková doprava vody Parameter

Tatra 148

Iveco Trakker

Tatra 815 6x6

Tatra 815-7 6x6

Merný výkon

0,25

1,00

0,50

0,75

Svetlá výška

0,23

0,90

0,45

0,68

Max. rýchlosť jazdy

0,25

0,75

0,50

1,00


0,68

0,23

0,45

0,90


0,23

0,45

0,68

0,90

Stúpavosť

0,75

0,50

0,25

1,00

Výška vozidla

0,45

0,30

0,15

0,60

Nádrž na vodu

0,25

0,75

0,50

1,00


0,68

0,23

0,90

0,45

Nasávacia výška

0,80

0,80

0,80

0,80

Brodivosť

0,75

0,75

0,75

1,0

Fuzzy prev. - tech. faktory

0,44

0,58

0,49

0,76

4

2

3

1

Poradie vhodnosti

Z výsledkov vyplýva, že z hľadiska zabezpečenia kyvadlovej dopravy vody na požiarisko v analyzovanom území bola ako optimálny technický prostriedok vyhodnotená CAS 30 Tatra 815-7 6x6. Je to najmä z dôvodu jej technických parametrov akými sú svetlá výška, stúpavosť, veľkosť nádrže na vodu a hlavne brodivosť, ako aj z dôvodu, že ako jediný prostriedok vyhovel všetkým kritériám kladeným na túto skupinu technických prostriedkov. Ako druhý prostriedok v poradí bol vyhodnotený CAS 30 Iveco Trakker, ktorého slabinou je stúpavosť, ktorá nedosahuje požadované limity pre tento druh techniky. Tretia v poradí je CAS 32 Tatra 815 6x6 po repasácii, ktorá podobne ako Iveco Trakker nie je optimálnym prostriedkom z dôvodu nedostatočnosti jedného z parametrov podvozku vyjadreného stúpavosťou. Ako posledná v poradí bola vyhodnotená CAS 32 Tatra 148, ktorá súce vyhovela väčšine kritérií, ale najmenej úspešne. Jej najslabšími miestami je z hľadiska parametrov podvozku merný výkon, svetlá výška, zadný nájazdový uhol a z hľadiska účelovej nadstavby veľkosť nádrže na vodu. Tab. 3 Fuzzy hodnoty vhodnosti nasadenia posudzovaných lesných špeciálov na hasenie lesných požiarov Lesný špeciál MB U1550L

MB U4000

MB U5000

Renault

PV3S

T 815-7 4X4

Merný výkon

0,41

0,51

0,20

0,31

0,10

0,60

Svetlá výška

0,68

0,51

0,85

0,17

0,34

1,00


0,46

0,77

0,46

0,46

0,90

0,61


0,61

0,90

0,31

0,61

0,46

0,77

Stúpavosť

0,80

0,80

0,80

0,41

0,68

0,54

Obrysový priemer oblúka

0,26

0,34

0,34

0,43

0,50

0,09

Parameter

V tab. 3 uvádzame výsledky stanovenia vhodnosti nasadenia lesných špeciálov na hasenie lesných požiarov v záujmovom území vzhľadom na technicko-prevádzkové parametre. Z hľadiska posudzovania lesných špeciálov, ktoré sú v podmienkach Slovenska k dispozícii bol ako najvhodnejší prostriedok vyhodnotený CAS 30 T 815-7 4x4.1, nasledovaný lesným špeciálom Mercedes Benz U4000, Mercedes Benz U1550L, Praga V3S ARS, CAS 24 Renault Middlum. Ako najmenej vhodný bol vyhodnotený prostriedok Mercedes Benz U5000. Všetkým posudzovaným kritériám vyhoveli dva prostriedky CAS 30 T 8157 4x4.1 a Mercedes Benz U1550L. Najväčšie slabiny sa prejavili u Mercedes Benz U5000 a Praga V3S ARS, a to najmä z hľadiska parametrov podvozku, kde nevyhoveli kritériám merného výkonu, zadného nájazdového uhla a Mercedes Benz U5000 ani z hľadiska kritéria nasávacia výška. Z výsledkov výberu optimálneho prostriedku pre nasadenie pozemnej mobilnej hasičskej techniky na hasenie požiaru v horskom prostredí LS Malužiná vyplýva, že CAS 30 Tatra 815-7 6x6 je možné použiť na hasenie, resp. diaľkovú dopravu vody na požiarisko na ploche 2 617,11 ha lesa (913 porastov), lesné špeciály na ploche 4336,86 ha (1 727 porastov) a zvyšných 3 287,36 ha lesa (1 177 porastov) je možné hasiť len pomocou leteckej techniky. Výsledky hodnotenia posudzovaných druhov techniky, a to vzhľadom na posúdené faktory a skupiny faktorov na všetkých úrovniach rozhodovacieho modelu boli zaznamenané do atribútovej tabuľky prislúchajúcej k vektorovej vrstve porastov pre každý porast. Záver a diskusia V príspevku prezentovaný prístup k automatizovanému posúdeniu parametrov hasičskej techniky používanej na hasenie lesných požiarov v podmienkach Slovenska, v kombinácii s parametrami prírodného prostredia, ako aj vytvorenie samotného rozhodovacieho modelu v prostredí systémov pre podporu priestorového rozhodovania predstavuje nový prístup k výberu a lokalizácii pozemnej hasičskej techniky v podmienkach Slovenska. Analýzy a porovnávania jednotlivých typov hasičskej techniky, ktoré sa doteraz vykonávalo najmä v rámci spracovania záverečných prác, sa doteraz zaoberali najmä porovnávaním ich technických parametrov, bez ohľadu na podmienky zásahového obvodu, v rámci ktorého boli nasadzované. Takého posúdenie považujeme však za nedostatočné a zavádzajúce. Výsledky získané z automatizovaného spracovania analýzy založenej na súčasnom hodnotení všetkých faktorov ovplyvňujúcich vhodnosť nasadenia posudzovanej techniky, a to aj na rôznych úrovniach je možné využiť či už pri operatívnom riadení v čase výskytu požiaru, ale aj vopred napr. pri nákupe novej techniky a rozhodovaní o jej umiestnení v rámci zásahových obvodov HaZZ na Slovensku. Rozhodovací model je budovaný ako otvorený model, ktorý umožňuje v ktoromkoľvek čase zapojiť do rozhodovania ďalšie prostriedky, ako aj ďalšie faktory, prípadne ich v prípade potreby deaktivovať. Je využiteľný pre spracovanie analýzy pre akékoľvek územie v rámci Slovenska, ale aj iných krajín. Obmedzujúcim kritériom jeho nasadenia môže byť len existencia údajov, resp. geoúdajov, napr. o reálnom stave cestnej siete.

Výška vozidla

0,48

0,12

0,24

0,36

0,70

0,60

Celková hmotnosť

0,43

0,17

0,17

0,26

0,34

0,50

Použitá literatúra

Nádrž na vodu

0,51

0,68

0,85

1,00

0,68

0,85

[1]


0,90

0,77

0,90

0,90

0,61

0,46

Majlingová, A. 2012.: Opening-up of forests for fire extinguishing purposes. In Croatian journal of forest engineering. - ISSN 1845-5719. - Vol. 33, Issue 1 (2012), p. 159-168.

[2]

Kapusniak, J. 2014.: Návrh taktických postupov nasadenia hasičskej mobilnej techniky pri lesných požiaroch v extrémnych terénnych podmienkach. Dizartačná práca, VŠB - TU Ostrava, 2014, s. 109.

Nasávacia výška

0,80

0,80

0,14

0,80

0,80

0,80

Brodivosť

0,85

0,85

0,85

0,85

0,85

1,00

Fuzzy prev. - tech. faktory

0,59

0,60

0,51

0,55

0,58

0,65

Poradie vhodnosti

3

2

6

5

4

1


227


Rýchlosť rozvoja požiaru z pohľadu noriem požiarnej bezpečnosti Fire Growth Rate from Fire Safety Design Standards Perspective Ing. Vladimír Mózer, PhD. Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta špeciálneho inžinierstva Ul. 1. mája 32, 010 26 Žilina, Slovenská republika [email protected] Abstrakt Rýchlosť rozvoja požiaru má z pohľadu požiarnej bezpečnosti stavieb kľúčový význam pre fázu evakuácie. Čím rýchlejšie prebieha nárast požiaru, tým skôr nastane zadymenie priestoru a teplota priestoru prekročí únosnú mieru; možný čas evakuácie teda so stúpajúcou rýchlosťou nárastu požiaru úmerne klesá. Súčasné vyjadrenie rýchlosti nárastu požiaru v Slovesnkých a Českých normách požiarnej bezpečnosti stavieb je empirického, respektíve, štatistického charakteru (súčiniteľa a resp. pravdepodobnosti p1), ktoré neumožňuje presné stanovenie vplyvu na dostupný evakuačný čas. Príspevok pojednáva o možnosti vyjadrenia rýchlosti rozvoja požiaru štandardizovanou a medzinárodne akceptovanou formou - t2 - modelom požiaru. Sú analyzované možnosti prevodu a doplnenia existujúcich veličín vyjadrujúcich rýchlosť nárastu požiaru na formu t2 - požiaru. Hlavným dôvodom pre navrhovanú zmenu je fakt, že pre súčinitel a a pravdepodobnosť p1 nie sú dostupné exaktné metódy ich stanovenia a nie je možné kvantifikovať ich vplyv na evakuačný čas. Zároveň ich hodnoty, ktoré boli stanovené pred 30 až 40 rokmi nemusia zodpovedať súčasnému charakteru stavieb a ich vybaveniu.

(ekvivalent ČSN 73 0802 a 04) využíva na zohľadnenie rýchlosti rozvoja požiaru súčiniteľ horľavých látok a pre nevýrobné a pravdepodobnosť vzniku a rozšírenia sa požiaru p1 pre výrobné stavby. Rýchlosť rozvoja požiaru má pre výrobné aj nevýrobné stavby rozhodujúci vplyv na maximálny dostupný čas evakuácie [2] a veľkosť požiarneho úseku [1]. V obidvoch prípadoch je však tento vplyv zohľadnený empiricky (viď napr. [3, 4]), čo v kombinácii s empirickým, respektíve štatistickým (pravdepodobnostným) charakterom vyjadrenia rýchlosti rozvoja požiaru môže viesť k nepresnostiam. Predchádzajúca práca [5] potvrdila sporné využitie súčiniteľu a pri stanovovaní výpočtového požiarneho zaťaženia a z neho vyplývajúcich požiadaviek na požiarnu odolnosť stavebných konštrukcií. Vzhľadom na vyššie uvedené fakty je v rámci tejto práce analyzovaná možnosť využitia alternatívneho prístupu vyjadrenia rýchlosti rozvoja požiaru a to jednotným spôsobom pre výrobné a nevýrobné stavby. 1 Rozbor súčasne používaných spôsobov vyjadrenia rýchlosti rozvoja požiaru a ich vplyvu na maximálny dovolený evakuačný čas

Kľúčové slová

Aj napriek tomu, že analyzované veličiny súčiniteľ a a pravdepodobnosť p1, priamo nedefinujú fázu rozvoja požiaru, majú vplyv na maximálny dovolený evakuačný čas v hodnotenom priestore alebo stavbe. Keďže v platných normách radu STN 92 0201 (ekvivalent ČSN 73 0802/04) nie je uvedená iný spôsob charakterizovania fázy rozvoja požiaru, budú v tomto príspevku rozoberané vyššie spomínané činitele.

Rýchlosť rozvoja požiaru, súčiniteľ horľavých látok, t2 - model požiaru, evakuácia, požiarna bezpečnosť stavieb.

1.1 Nevýrobné stavby - súčiniteľ horľavých látok a

Abstract The rate of fire growth is of key importance from a fire safety point of view, particularly for the evacuation phase. The faster the fire grows, the sooner the space is filled with smoke and temperature exceeds tenable levels; the available evacuation time decreases proportionally with the increasing rate of fire growth. The current expression of fire growth rate in Slovak and Czech standards is respectively of empiric and statistical (probabilistic) nature (coefficient a and probability p1), which does not allow for a precise determination of their effect on the available evacuation time. The paper deals with the possibility of expressing the fire growth rate by the utility of a standardised and internationally accepted form - t2 - fire model. The possibilities of converting and updating the existing quantities expressing fire growth rate to the t2 - fire model form are investigated. The main reason for the proposed change is the fact that there is insufficient information available with regard to the theoretical background of coefficient a and probability p1, and no exact methods of their quantification is available; their influence on evacuation time is also empirically set. Moreover, their values, which were set 30 - 40 years ago may not be valid for current buildings and their contents. Keywords Fire growth rate, combustibles coefficient, t2 fire model, evacuation, fire safety design.

Súčiniteľ horľavých látok a je relatívnym vyjadrením rýchlosti ich odhorievania z hľadiska charakteru horľavých látok (druh, tvar, rozmery, zoskupenie a uloženie) [1]. Za referenčné palivo, vo vzťahu ktorému sa rýchlosť odhorievania vyjadruje je drevená hranica s rozmermi hranolov 2,5 až 4 cm, pre ktorú sa a = 1. Súčiniteľ a nadobúda hodnoty v rozsahu 0,5 - 1,5 [1], čo v praxi znamená, že hodnotená látka môže horieť minimálne polovičnou a maximálne 1,5-násobnou rýchlosťou ako referenčné palivo. Zároveň však autor uvádza [6], že súčiniteľ a je využiteľný pre požiare riadené povrchom paliva, t.j. s prebytkom vzduchu. V rámci riešenia nevýrobných stavieb podľa STN 92 0201-1 [1] (eqivalent ČSN 73 0802) je však uvažované s jeho aplikáciou pre požiar riadený odvetraním, pretože tento model požiaru je použitý pri stanovovaní výpočtového požiarneho zaťaženia pv; požiar riadený povrchom paliva pre nevýrobné stavby normový výpočet nepozná. Túto nezrovnalosť rozoberá bližšie [5]. Z pohľadu stanovenia hodnoty súčiniteľa a však nie je zrejmé, aký parameter charakterizujúci odhorievanie je považovaný za referenčný. Podľa [7] sa jedná o približné zatriedenie do skupín viď obr. 1. Vo svojej neskoršej práci [8] uvádza Reichel nasledovný výpočet, ktorý dáva súčiniteľ a do vzťahu s pomerom koeficientov vyjadrujúcim veľkosť odhorievajúcej povrchovej plochy pripadajúcej na 1 kg paliva: kr 

Úvod Problematika rýchlosti rozvoja požiaru - fázy medzi iniciáciou a plne rozvinutým požiarom - má z pohľadu riešenia požiarnej bezpečnosti stavieb zásadný význam. STN 92 0201-1 [1] Ostrava 3. - 4. září 2014

kj 

S pr pr S pj pj

(1)

(2)

228


amj 

kj

(3)

kr

Palivo

kde kr

koeficient povrchovej plochy referenčného paliva [m2.kg-1],

Spr

povrchová plocha odhorievanie [m2],

referenčného

paliva

umožňujúca

pr

množstvo referenčného paliva [kg]; viď kapitolu 3.7 v [8],

kj

koeficient povrchovej plochy j-tého paliva [m2.kg-1],

Spj

povrchová plocha j-tého paliva umožňujúca odhorievanie [m2],

pj

množstvo j-tého paliva [kg]; viď kapitolu 3.7 v [8]. 2

Součinitel a

KAT. A

1,5

Předpoklad ČSN

HSR

am [-]

mi [kg.m-2.min-1]

Hnedé a čierne uhlie, koks

0,5

0,1

Papier v kotúčoch

0,6

0,5

Knihy

0,7

0,35

Drevené uhlie

0,9

0,1

Koža

0,9

0,45

Drevo s hrúbkou ≥ 40 mm

0,9

0,4

Drevo s hrúbkou < 40 mm

1

0,5

Lisovaná slama

1,1

0,95

Slama voľne sypaná

1,3

1

Seno voľne sypané

1,3

0,4

Polystyrén napenený

1,5

1,5

Polystyrén húževnatý

1,1

2,1

Polyuretán napenený

1,5

1,9

KAT. B 1,0

1 KAT. C KAT. D

KAT. E

Tab. 1 Porovnanie súčiniteľa a a mi pre vybrané druhy palív (hodnoty podľa [1])

1.2 Výrobné stavby - pravdepodobnosť vzniku a rozšírenia sa požiaru p1

0,8

0,6

Hodnota p1 vyjadruje pravdepodobnosť vzniku a rozšírenia požiaru pripadajúcu na 1 m2 pôdorysnej plochy požiarneho úseku za rok; p1 sa pohybuje ráde 10-6 [9]. Údaje o požiarovosti vychádzajú zo štatistiky z rokov 1974 - 1984 [9, 10]. Už zo samotnej povahy daného činiteľa vyplýva, že v žiadnom prípade nepostihuje fyzikálno-chemickú podstatu fázy rozvoja požiaru. V zásade sa danou hodnotou vyjadruje s akou pravdepodobnosťou v konkrétnej stavbe o danej pôdorysnej ploche dôjde.

0,3

Fosfor

Celuloid

Volný papír

Sláma

Dřevěné lišty

Dřevěná vlna

Dřevěný nábytek

Asfalt

Parafin

Desky „dřevité“

Vlny herakl. tl.

Uhlí

Stohy papíru

Trámy přes 20 cm

Trámy od 10 do 20 cm

Druh látek 0

Obr. 1 Schéma závislosti súčiniteľa a na druhu látky v požiarnom úseku [7] V prípade, že budeme porovnávať rovnaké množstvá paliva, teda pr = pj, potom platí: S pj amj 

pj S pj  S pr S pr pr

(4)

Z dostupných zdrojov nie je možné identifikovať do akej miery a v akom rozsahu k rozšíreniu požiaru v hodnotenom priestore. Zároveň by aj v prípade, že by bola k dispozícii informácia o limitnom rozšírení sa požiaru, nie je možné určiť, ako rýchlo k tomuto rozšíreniu došlo. Opäť je nutné pripomenúť, že z hľadiska dostupného času evakuácie nie je dôležitá finálna plocha postihnutá požiarom ale rýchlosť jeho rozvoja, t.j. doba, za ktorú sú dosiahnuté podmienky, pri ktorých evakuácia už nie je možná. Na základe vyššie uvedeného tvrdenia je teda otázna platnosť závislosti evakuačného času na pravdepodobnosti vzniku a rozšírenia požiaru p1, resp. kategórie prevádzky.

čo v podstate znamená, že súčiniteľ a je v podstate závislý, len na povrchovej ploche, na ktorej je palivo v danej konfigurácii schopné odhorievať.

1.3 Zhodnotenie súčasne používaných spôsobov vyjadrenia rýchlosti rozvoja požiaru a ich vplyvu na maximálny dovolený evakuačný čas

Hore uvedený spôsob vyjadrenia súčiniteľa amj je však problematický z dôvodu, že nezohľadňuje druh, resp. chemické zloženie paliva, ktoré má zásadný vplyv na rýchlosť a spôsob jeho odhorievania. Platí teda len pre prípady celulózového typu paliva v rôznych konfiguráciách. Rovnako je pre väčšinu bežne vyskytujúceho sa požiarneho zaťaženia náročné stanoviť plochu, na ktorej je palivo schopné odhorievať.

Predchádzajúce dve podkapitoly priblížili a zhodnotili súčasne platné spôsoby vyjadrenia rýchlosti rozvoja požiaru a ich vplyvu na maximálny dovolený evakuačný čas.

Z definície súčiniteľa a vyplýva, že by mal charakterizovať rýchlosť odhorievania za podmienok dostatočnej ventilácie, teda požiaru riadeného povrchom paliva. Z tohto dôvodu by mala existovať určitá forma závislosti medzi súčiniteľom am a hmotnosťou horľavej látky, ktorá odhorí na 1 m2 jej povrchu za 1 minútu mi. Dôvodom je charakterizovanie procesu horenia pre ten istý druh požiaru - požiar riadený povrchom paliva. Pri bližšom porovnaní hodnôt , viď tab. 1, tomu však tak nie je. Porovnávané sú tie konkrétne druhy palív, pre ktoré norma [1] uvádza hodnoty am a mi. Uvedené hodnoty potvrdzujú fakt, že súčiniteľ a nie je v súlade s experimentálne získanými rýchlosťami odhorievania paliva mi, a teda jeho platnosť je obmedzená.


Prvým zásadným poznatkom je, že hodnotené parametre súčiniteľ a a pravdepodobnosť p1 - vo svojej podstate rýchlosť rozvoja požiaru ako takú nevyjadrujú, resp. nezohľadňujú. V prípade súčiniteľa a sa jedná o popis správania sa paliva pri podmienkach plne rozvinutého požiaru riadeného povrchom paliva. Pravdepodobnosť p1 už vôbec nehovorí o fyzikálno-chemických dejoch sprevádzajúce jednotlivé fázy požiaru. Z uvedeného teda vyplýva, že v súčasnosti používané prostriedky - súčiniteľ horľavých látok a a pravdepodobnosť vzniku a rozšírenia požiaru p1 - sa na stanovenie maximálneho dovoleného evakuačného času nehodia. V ďalšej časti tejto práce bude priblížený spôsob vyjadrenia rýchlosti rozvoja požiaru, ktorý v priamej náväznosti na druh a konfiguráciu paliva umožňuje kvantifikovať priebeh tejto fázy a tým aj stanoviť maximálny dostupný čas bezepčnej evakuácie.

229


Maximálny dostupný čas evakuácie, je primárne ovplyvnený nástupom kritických teplotných podmienok a úrovňou zadymenia spolu s toxicitou splodín. Táto doba je závislá na geometrickom a dispozičnom riešení stavby a rýchlosti rozvoja požiaru. Geometrické a dispozičné riešenie stavby je dané projektovou dokumentáciou a nesúvisí s druhom paliva. Samozrejme existujú spôsoby zohľadnenia geometrického a dispozičného riešenia stavby napríklad zadaním kritérií na plochu miestnosti a jej svetlú výšku. Táto možnosť však našich normách v súčasnosti neexistuje; v [4] sa uvádza návrh takéhoto zohľadnenia. 2 Návrh spôsobu vyjadrenia rýchlosti rozvoja požiaru Tak, ako už bolo uvedené, pre stanovenie maximálneho dovoleného času je nevyhnutné poznať dobu, počas ktorej sa požiar bude rozvíjať až do času, kedy sú prekročené kritické podmienky a evakuácia už nie je možná. Počas tejto doby sa zároveň dá uvažovať aj s požiarom riadeným povrchom paliva, t.j. prebytkom kyslíku v priestore, vzhľadom na obmedzenú časť paliva, ktorá v skutočnosti horí. Je zrejmé, že po určitom čase, danom hlavne druhom a geometriou paliva, ale taktiež odvetraním, dôjde pri väčšine požiarov k zmene módu horenia na požiar riadený odvetraním. Pri takomto móde horenia však evakuácia nie je možná. V prípade zidealizovaného priebehu požiaru vyjadreného množstvom uvoľňovaného tepla v čase (obr. 2) sa teda zameriavame na dobu medzi časmi ti a tf. Doba medzi časmi t0 a ti je závislá hlavne na výkone iniciačného zdroja, a preto ju nepripočítavame k dobe rozvoja požiaru; pri veľkých iniciačných zdrojoch bude ti blízke nule a pri malých môže byť jeho hodnota relatívne vysoká. Z tohto dôvodu by sa pri samotnom hodnotení rýchlosti rozvoja požiaru nemala hodnota ti zohľadňovať. Toto je v súlade s tn - modelom rozvoja požiaru, ktorý budeme ďalej uvažovať.

Exponenciálny charakter nárastu tepelného výkonu tn - modelu požiaru je možné všeobecne vyjadriť nasledovne [18]: Q   t n

(5)

kde Q̇ rýchlosť uvoľnovania tepla (HRR) [kW], α

súčiniteľ intenzity (rýchlosti rozvoja) požiaru [kW.s-n]; n = 1, 2, 3 …,

t

čas (doba trvania fázy) rozvoja [s].

V súčasnosti je najrozšírenejšou formou tn - modelu spomínaný t - model požiaru. V mierne upravenej forme nadobúda vzťah (5) tvar podľa [11]: 2

Q   (t  ti ) 2

(6)

kde α

súčiniteľ intenzity (rýchlosti rozvoja) požiaru [kW.s-2],

ti

čas (doba trvania fázy) iniciácie [s].

Z hľadiska priebehu tepelného výkonu požiaru v čase (HRR) je teda determinujúcim faktorom súčiniteľ rýchlosti rozvoja požiaru α; súčiniteľ α v podstate definuje strmosť stúpania krivky HRR. Pri kvantifikáciu sa sleduje, ako rýchlo daný požiar prekročí hodnotu 1MW [11]. Tento súčiniteľ je možné relatívne jednoducho stanoviť prostredníctvom veľkorozmerovej kalorimetrie [19]. Táto narozdiel od štandardného kónického kalorimetra (viď napr. [20, 21]) umožňuje stanovovať parametre požiaru pri zohľadnení skutočnej geometrie a množstva paliva. Zároveň bolo vykonaných množstvo ďalších veľkorozmerových meraní výkonu požiaru v čase, ktorých výsledky sú zosumarizované napr.v [11, 16] a iných. V priebehu používania t2 - modelu požiaru v praxi sa ustálili štyri hraničné hodnoty súčiniteľa α; ich prehľad spolu s príkladmi použitia uvádza tab. 2. Graficky sú znázornené priebehy jednotlivých kategórií požiarov na obr. 3. Tab. 2 Hodnoty súčiniteľa rýchlosti rozvoja požiaru α [11] Kategória rýchlosti rozvoja požiaru

Čas do dosiahnutia 1 MW [s]

Súčiniteľ α [kW.s-2]

Pomalý

600

0,00293

Galéria

Stredne rýchly

300

0,01172

Kancelária

Rýchly

150

0,0469

Predajňa

Ultra rýchly

75

0,1876

Skladové priestory

Príklad užívania stavby [16]

Obr. 2 Idealizovaný priebeh tepelného výkonu (HRR) v jednotlivých fázach požiaru 2.1 t2 - model požiaru tn - model požiaru bol prvý krát zadefinovaný Heskestadom a Delichatsiosom [12] a po menších úpravách [13] sa jeho používanie v rámci požiarneho inžinierstva výrazne rozšírilo vo forme t2 - modelu požiaru (viď napr. [14 - 17]). Základom tn - modelu požiaru je predpoklad, že požiar, respektíve jeho tepelný výkon, vo fáze rozvoja rastie exponenciálne s časom [11]. Ako bolo uvedené, fáza rastu je charakteristická prebytkom vzduchu, teda ventilácia nie je do určitej doby limitujúcim faktorom. Táto doba je daná podmienkami odvetrania, t.j. plochou a umiestnením otvorov v danom priestore. Je teda zrejmé, že rýchlosť rozvoja je primárne daná druhom paliva a jeho geometrickou konfiguráciou. Zároveň je tento scenár aj realistickou najhorším variantom rozvoja požiaru, takže je vhodný na stanovenie vplyvu rozvoja požiaru na dostupný čas evakuácie.


Obr. 3 Priebeh rýchlosti uvoľňovania tepla (HRR) pre t2 - model požiaru

230


2.2 Vyjadrenie maximálneho dostupného evakuačného času s využitím t2 - modelu požiaru Závislosť maximálneho dostupného evakuačného času už bola čiastočne rozoberaná v predchádzajúcich častiach tohto článku. Výhodou využitia t2 - modelu požiaru pri stanovovaní maximálneho dostupného evakuačného času je jednoduchosť jeho použitia. Stačí poznať súčiniteľ α pre daný druh a konfiguráciu paliva, resp. odhadom stanoviť, do ktorej kategórie patrí a geometriu priestoru. Pri stanovovaní maximálneho dostupného času evakuácie v zásade nie je nutné uvažovať s poškodením okenných výplní a priestor môžeme hodnotiť ako uzavretý. Úvodná štúdia k tejto problematike [22] poukázala na fakt, že okrem ultra-rýchleho rozvoja požiaru nedochádza k prekročeniu teplotných limitov, ale k zostupu dymovej vrstvy pod kritickú výšku (1,5 m). Uvažovať teda s nepoškodením okien a pod. je teda na mieste a zároveň vystihuje najhorší realistický scenár. Na výpočet potom stačí jednoduchý dvojzónový model požiaru. Keďže je zrejmé, že požiar bude rásť ako požiar riadený povrchom paliva a je možné vyjadriť rýchlosť tohto nárastu v čase, je možné ho aplikovať do konkrétnych priestorov. Pri určovaní tohto času stačí uvažovať s rastúcim požiarom až do prekročenia stanovených limitov; kritická teplota dymovej vrstvy je 200 °C, čo je omnoho menej než 500 až 600 °C potrebných na celkové vzplanutie - flashover. V súčasnej dobe prebieha výskum na stanovenie závislosti maximálneho dostupného evakuačného času od plochy a výšky priestoru pre všetky štyri kategórie rýchlosti rozvoja požiaru. 2.3 Možnosť aplikácie t - modelu požiaru a spätná kompatibilita 2

Najdôležitejšou oblasťou, kde je využitie t2 - modelu požiaru možné, je spomínaný maximálny dovolený evakuačný čas pre nechránené únikové cesty. Keďže súčasne využívané prostriedky na jeho stanovenie - súčiniteľ a a pravdepodobnosť p1 nepostihujú podstatu problematiky javí sa metóda štyroch kategórií požiaru v t2 - modeli ako veľmi vhodná alternatíva. Po rozšírení závislosti geometria (veľkosť) priestoru × maximálny dostupný evakuačný čas pre všetky štyri kategórie rýchlostí rozvoja požiaru bude možné nahradiť súčasne používaný systém; tento vychádza z historického odhadu 2,5 min ako základného času [3, 4]. Obdobný spôsob využitia t2 - modelu požiaru, ako je navrhovaný v tejto práci, je možné nájsť napríklad v britskej norme BS 9999:2010 [23]. Tab. 3 Príklady hodnôt súčiniteľa rýchlosti rozvoja požiaru α (podľa [11]) Prevádzka/komodita Bar/Nočný klub

Súčiniteľ a [kW.s-2]

Kategória rýchlosti rozvoja požiaru

0,0045

stredný

zavedeným v našich normách; určitá forma prevodu starých hodnôt na nové. S ohľadom na výhrady voči súčasne používaným spôsobom stanovovania maximálneho dostupného evakuačného času by však bolo najvhodnejšie zaradiť existujúce kategórie priestorov a prevádzok do jednej zo štyroch kategórií rýchlosti rozvoja požiaru na základe súčiniteľa rýchlosti rozvoja požiaru α. Prevádzky a kategórie by si mohol došpecifikovať aj špecialista sám na základe znalostí približného zastúpenia jednotlivých druhov paliva v hodnotenom priestore. Využiť sa dajú viaceré databázy s dostupnými výsledkami veľkorozmerových skúšok. Ako príklad je možné uviesť súbor hodnôt súčiniteľa rýchlosti rozvoja požiaru α uvedených v [11]. Pre všetky uvedené prevádzky, bol súčiniteľ α stanovený prostredníctvom veľkorozmerových testov. Výsledky sú uvedené v tab. 3. Ako druhá alternatíva prichádza do úvahy priama matematická konverzia. V praxi by to znamenalo rozdelenie hodnôt súčiniteľa a a pravdepodobnosti p1 do štyroch rovnako veľkých skupín. Rizikom takejto konverzie je prenášanie všetkých potenciálnych chýb zo stanovenia a a p1. do nového systému. Príklad takejto konverzie je uvedený v tab. 4. Tab. 4 Návrh priradenia a a p1 jednotlivým kategóriám požiarov Kategória požiaru Pomalý

Súčiniteľ a

Pravdepodobnosť p1

a ≤ 0,75

p1 ≤ 0,9

Stredne rýchly

0,75 > a ≤ 1,0

0,9 > p1 ≤ 1,7

Rýchly

1,0 > a ≤ 1,25

1,7 > p1 ≤ 2,4

1,25 < a

2,4 < p1

Ultra rýchly

Záver Tento článok rozoberá problematiku vyjadrenia rýchlosti rozvoja požiaru a jeho vplyvu na maximálny dostupný evakuačný čas z pohľadu slovenských noriem požiarnej bezpečnosti stavieb. Analýza poukázala na nedostatky a nejasnosti súvisiace s používaním súčiniteľa horľavých látok a (nevýrobné stavby) a pravdepodobnosti vzniku a rozšírenia požiaru p1 (výrobné stavby). Ich hlavnou nevýhodou je empirický charakter, platnosť z pohľadu veku a nedostatok informácií potrebných na ich aktualizovanie. Ako vhodnejšia alternatíva je priblížená možnosť využitia t2 - modelu požiaru, ktorý delí požiare podľa rýchlosti ich rozvoja do štyroch kategórií: pomalý, stredne rýchly, rýchly a ultra rýchly. Tento spôsob si našiel široké uplatnenie v oblasti požiarnej bezpečnosti a umožňuje priamu aplikáciu pri matematickom stanovovaní maximálneho dostupného času evakuácie. Zároveň je možné jeho kľúčový parameter rýchlosti rozvoja požiaru α exaktne stanoviť pomocou veľkorozmerových skúšok, z ktorých je k dispozícii viacero obsiahlych databáz. Z hľadiska prevodu existujúceho systému (súčiniteľ a a pravdepodobnosť p1) by bolo určite vhodnejšie prikročiť ku kompletnej náhrade aspoň čo sa evakuačného času týka. V prípade potreby je navrhnutá forma konverzie súčiniteľa a a pravdepodobnosti p1 na súčiniteľ rýchlosti rozvoja požiaru α. Tento postup však prenesie existujúce chyby a nejasnosti do nového systému stanovovania maximálneho dostupného času evakuácie.

Byt (obývacia izba)

0,04

rýchly

Detské ihrisko-vnútorné

0,1

ultra rýchly

0,003

stredný

Knižnica

0,008

stredne rýchly

Parkovisko

0,0101

stredný

Predajňa batožiny

0,6054

ultra rýchly

0,02

rýchly

Poďakovanie

Predajňa kobercov

0,0238

rýchly

Predajňa odevov

0,308

ultra rýchly

Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe Zmluvy č. APVV-0727-12.

Recepcia

0,003

stredný

Predajňa zmiešaného tovaru

0,184

ultra rýchly

Väzenská cela

0,007

stredný

Kancelária

Predajňa CD a DVD

Na to, aby sa dalo uvažovať nad zavedením takejto zmeny musí byť zabezpečená kompatibilita s existujúcim systémom Ostrava 3. - 4. září 2014

Použitá literatúra [1]

STN 92 0201-1. Požiarna bezpečnosť stavieb - Časť 1. Požiarne riziko, Veľkosť požiarneho úseku. B.m.: SÚTN. 2000.

[2]

Vyhláška 94/2004, ktorou sa ustanovujú technické požiadavky na protipožiarnu bezpečnosť pri výstavbe a pri užívaní stavieb 231


v znení neskorších predpisov (v znení noviel č. 307/2007 Z.z. a č. 225/2012 Z.z.). [3]

Reichel, V.: Navrhování požární bezpečnosti staveb III. [ZŠ 13]. Praha: Česká státní pojišťovna, 1980.

[4]

Reichel, V.: Navrhování požární bezpečnosti výrobných objektů III. [ZŠ 26]. Praha: Česká státní pojišťovna, 1988.

[5]

Mózer, V.: Rozvoj požiaru a rýchlosť odhorievania. In Riešenie krízových situácií v špecifickom prostredí. Žilina: Žilinská univerzita, 2014.

[6]

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

[7]

Reichel, V.: Navrhování staveb z hlediska požární bezpečnosti. Praha: VÚPS, 1978.

[8]

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

[9]

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

[10] Zoufal, R.: Požáry v budovách [ZŠ 14]. 2. vyd. Praha: Česká státní pojišťovna, 1982. [11] Mayfield, C.; Hopkin, D.: Design fires for use in fire safety engineering. Bracknell: IHS BRE Press; BRE Trust, 2011. ISBN 9781848061521. [12] Heskestad, G.; Delichatsios, M.A.: The initial convective flow in fire. Symposium (International) on Combustion. 1979, roč. 17, č. 1, s. 1113-1123. ISSN 00820784. [13] Heskestad, G.; Delichatsios, M.A.: Update: The initial convective flow in fire. Fire Safety Journal. 1989, roč. 15, č. 6, s. 471-475. ISSN 03797112.


[14] NFPA 92B Standard for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Spaces (2009 edition). Massachusetts: NFPA, 2009. [15] NFPA 72 National Fire Alarm and Signaling Code (2010 edition). Massachusetts: NFPA 2010. [16] PD 7974-1. Part 1 Initiation and development of fire within the enclosure of origin. London: BSI, 2003. [17] Dinenno, P.J., ed.: SFPE handbook of fire protection engineering. 4th ed. Quincy, Mass: Bethesda, Md: National Fire Protection Association ; Society of Fire Protection Engineers, 2008. ISBN 9780877658214. [18] Heskestad, G.: Similarity Relations for the Initial Convective Flow Generated by Fire, FM Report 72-WA/HT-17. Factory Mutual Research Corporation, Norwood, MA 1972. [19] ISO 24473:2008 Fire tests - Open calorimetry - Measurement of the rate of production of heat and combustion products for fires of up to 40 MW. Geneva: ISO, 2008. [20] Martinka, J.; Chrebet, T.; Balog, K.: An assessment of petrol fire risk by oxygen consumption calorimetry. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2014, roč. 117, č. 1, s. 325332. ISSN 1388-6150. [21] Xu, Q.; Zachar, M.; Majlingová, A.; Jin, C.; Jiang, Y.: Evaluation of plywood fire behaviour by ISO tests. European Journal of Environmental and Safety Sciences. 2013, roč. 1, č. 1, s. 1-7. ISSN 1339-472X. [22] Mózer, V.: An analysis of factors affecting available safe escape time. European Journal of Environmental and Safety Sciences. 2014, roč. 2, č. 2. ISSN 1339-472X. - v tlači. [23] BS 9999. Code of practice for fire safety in the design, management and use of buildings. London: BSI, 2008.

232

Požární ochrana 2014

Recommend Documents