VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA

1 2009 ročník IV

SBORNÍK vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava Řada bezpečnostní inženýrství

TRANSACTIONS of the VŠB – Technical University Ostrava Safety Engineering Series

OSTRAVA

ISBN 978-80-248-2143-6 ISSN 1801-1764

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA

1 2009 ročník IV

SBORNÍK vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava Řada bezpečnostní inženýrství

TRANSACTIONS of the VŠB – Technical University Ostrava Safety Engineering Series

OSTRAVA

VŠB – TECHNICAL UNIVERSITY OF OSTRAVA

CONTENTS: Aleš BEBČÁK, Ivo KONDERLA, Jaroslav DAMEC Comparison of Effects of Various Inert Gases on Explosive Range of Combustible Liquid ............................................................................................................................................................. 1 Světla FIŠEROVÁ Noise Exposure in the Course of Building Operations ...................................................................... 13 Eva GRIGOROVÁ, Zdeněk ZELINGER, Michal STŘIŽÍK, Stephane BAILLEUX, Georges WLODARCZAK, Petr BITALA, Václav NEVRLÝ Application of Microwava Spectroscopy for Study of Reactive Species .......................................... 27 Daniel MARŠÁLEK, Radomír ŠČUREK Komplexní hodnocení bezpečnosti objektu civilního letiště ............................................................. 33 Peter POLAKOVIČ, Miloš KVARČÁK Optimalization of Training Conditions of Firemen, in Nowadays of Aglomeration ......................... 39 Peter POLAKOVIČ, Piotr WAWRZYNKIEWICZ

Specific Preparation of Firemen in Rescue Actions into High Buildings ............................ 61 René PŘIBYL Risk Analysis of Hump Yard of Shunting Station ............................................................................. 71 Radomír ŠČUREK

Ochrana osob a majetku na letišti pomocí hodnocení cestujících ........................................ 79 Jan ŠRŮTEK Possibilities of Applying the Virial State Equation for Obtaining Physical Properties of Real Gases in Mathematical Fire Models ................................................................................................................. 87 Jiří ŠVEC, Pavel ŠVEC Objemové změny látek ...................................................................................................................... 95 Ivana TUREKOVÁ Study of Wood Dust Initiatory Sources ........................................................................................... 105 Hana VĚŽNÍKOVÁ The Spontaneous Combustion Liability Assessment of Combustible Liquids by Mackey Test ..... 117

Úvodní slovo

Vážené kolegyně, vážení kolegové, dostalo se Vám do rukou 1. číslo IV. ročníku Sborníku vědeckých prací VŠB – TU Ostrava, řada Bezpečnostní inženýrství. Tento sborník je na Seznamu recenzovaných, neimpaktovaných periodik vydávaných v České republice, který byl schválen Radou vlády ČR pro výzkum a vývoj. Zařazení našeho sborníku do tohoto seznamu považujeme za velmi důležité především proto, že všechny uveřejněné články se započítávají pro publikaci výsledků vědy a výzkumu v ČR. Redakční rada má tedy eminentní zájem na udržení dobré kvality sborníku, tedy i jednotlivých článků. Proto je každý příspěvek před uveřejněním posouzen redakční radou a recenzován dvěma recenzenty. Vedle zaslaných článků přímo autory, oslovuje redakční rada významné odborníky s žádostí o zpracování příspěvku na dané téma. Příspěvky v tomto čísle sborníku zahrnují širokou odbornou oblast – od problematiky požární ochrany, přes ochranu osob a majetku až po bezpečnost a ochranu zdraví při práci. Naleznete zde i články týkající se vlastnosti látek, laboratorních měření a matematického modelování. Věřím, že Vás problematika zpracovaná v tomto sborníku zaujme. Závěrem Vám přeji hodně úspěchů v roce 2010 a těším se na další spolupráci.

doc. RNDr. Jiří Švec, CSc.

Aleš BEBČÁK1, Ivo KONDERLA2, Jaroslav DAMEC3 SROVNÁNÍ VLIVŮ RŮZNÝCH INERTNÍCH PLYNŮ NA TEPLOTNÍ ROZSAH VÝBUŠNOSTI HOŘLAVÉ KAPALINY COMPARISON OF EFFECTS OF VARIOUS INERT GASES ON EXPLOSIVE RANGE OF COMBUSTIBLE LIQUID Abstrakt Článek se zabývá problematikou stanovení teplotního rozsahu výbušnosti vybrané hořlavé kapaliny a prozkoumání tohoto rozsahu v závislosti na množství kyslíku ve směsi. Snižování obsahu kyslíku je prováděno příměsí různých inertních plynů, u kterých je analyzován a porovnáván jejich vliv na průběh výbuchové křivky. Abstract The article focuses on the issue of determining explosive range of selected combustible liquid and on determining the dependence of this explosive range on the amount of oxygen in the mixture. Lowering the amount of oxygen in the mixture is done by adding various inert gases. Their influence on the time behaviour of explosion chart is then analysed and compared. Key words: explosive range, explosion points, inertization Úvod Manipulace s větším množstvím hořlavých látek je spojena s nebezpečím požáru či výbuchu, při kterých dochází z pravidla k hmotným škodám, zraněním nebo dokonce i k ztrátám na životech. Jedno z účinných a v praxi hodně používaných bezpečnostních opatření je nakládání s látkou mimo její rozsah výbušnosti, respektive rozsah nebezpečí. U hořlavých kapalin je proto nutné znát jejich teplotní meze výbušnosti. Existují případy, kdy se z technologického hlediska není možné vyhnout manipulaci s hořlavou kapalinou v tomto teplotním rozsahu. Nabízí se otázka, jak tento rozsah co nejvíce snížit. Jedno z účinných opatření se nabízí inertizace. Měření byla zaměřena na prozkoumání vlivu různých inertních plynů na teplotní meze výbušnosti vybrané hořlavé kapaliny. Současný stav poznání Páry kapaliny mohou vzplanout jen za podmínek, že jsou v hořlavém souboru zastoupeny v určitém koncentračním rozmezí a iniciační zdroj má dostatečnou energii. U hořlavých kapalin vzniká vlivem povrchové teploty přímá souvislost mezi parciálním tlakem a koncentrací směsi. To znamená, že při určité teplotě kapaliny se nad její hladinou

1

2

3

Ing., VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostního managementu, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected] Ing., VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostního managementu, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected] doc. Ing., CSc., VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostního managementu, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected]

1

vytváří určitá koncentrace jejich par. Výbušná směs par kapaliny se vzduchem vzniká tehdy, když teplota povrchu kapaliny způsobuje takový tlak par, který vytváří koncentraci par v mezích výbušnosti. Zvýšením teploty a tlaku se sníží dolní mez výbušnosti a horní se zvýší a tím se výbuchová oblast zvětšuje.

Obrázek 1: Závislost mezi tlakem par, tepl. a konc. hranicemi výbušnosti (DTMV a HTMV – dolní a horní teplotní mez výbušnosti) [9]

Dolní teplotní mez výbušnosti (DTMV) dle [3] je nejnižší teplota, při které se v uzavřeném prostoru zahříváním zkoušené kapaliny, za předepsaných podmínek, vytvoří takové množství par, že ve směsi se vzduchem po iniciaci (jiskrou, plamenem, rozžhavenou spirálou) může šířit plamen. Za horní teplotní mez (HTMV) se považuje nejvyšší teplota kapaliny, při které kapalina vytváří v uzavřených prostorech, za předepsaných podmínek, takové množství par, že jejich směs se vzduchem může být ještě iniciována. Zvýší-li se teplota nad tuto hodnotu, vytvoří se směs neschopná iniciace. Rozsah výbušnosti a nebezpečí hrozí u hořlavých kapalin pokud: (1) DTMV - ∆t ≤ tprac ≤ HTMV + ∆t

Obrázek 2: Rozsah výbušnosti

2

Princip inertizace Inertizace je založena na snížení obsahu oxidačního prostředku na takovou hodnotu, kdy směs hořlaviny, oxidačního prostředku a inertu není za daných podmínek výbušná. K tomuto účelu se používají tzv. inertní příměsi. Účinek inertních plynů spočívá v tom, že svou tepelnou kapacitou snižují rychlost šíření plamene a dále snižují koncentraci oxidačního prostředku ve směsi. Tím se výrazně zúží rozsah výbušnosti. Při inertizaci nemusí být všechen kyslík (oxidační prostředek) odstraněn, ale stačí, aby byl zředěn na takovou hodnotu, která již není schopna šířit plamen (tzv. dusivý efekt). Tím, že inertní plyny zředí výbušný systém, způsobí snížení maximálních výbuchových parametrů a zvýšení minimální iniciační energie. Dalším důležitým inertizačním účinkem je tzv. chladivý efekt, např. u vodní páry. Vliv inertního plynu je vidět zejména u horních koncentračních hranic výbušnosti, které představují nedostatek oxidačního prostředku. U dolních koncentračních hranic výbušnosti se vliv inertizace projeví jen nepatrně, neboť zde je oxidačního prostředku přebytek.

Obrázek 3: Závislost rozsahu výbušnosti na inertní příměsi [1]

Obrázek 3. ukazuje závislost horní a dolní meze výbušnosti na obsahu hořlaviny a inertní složky pro plyny a páry. Body DMV a HMV jsou dolní a horní mez výbušnosti hořlaviny. Křivky DMV - LOC a HMV – LOC vyjadřují změnu těchto mezí v závislosti na poměru kyslíku k inertnímu plynu. Čárkovaná křivka představuje stechiometrický poměr kyslíku a hořlaviny. Bod C znamená stechiometrickou koncentraci hořlaviny s čistým kyslíkem. Bod LOC (limit oxygen concentration) je tzv. limitní obsah kyslíku, v tomto bodě je poměr kyslíku, hořlaviny a inertní příměsi takový, že směs je ještě zapalitelná. Bod A je tzv. bod absolutního útlumu. Tento bod je určen průsečíkem křivky stechiometrického poměru kyslíku a hořlaviny s přímkou, která prochází bodem spodní meze výbušnosti hořlaviny v čistém kyslíku HMV100 a bodem dolní meze při určitém obsahu inertní složky, 3

obvykle spodní mezí výbušnosti hořlaviny ve vzduchu (DMV21= 21 mol%). Jinými slovy lze říci, že bod A je absolutní, mezní hodnotou, při které (a pod kterou) je již směs nevýbušná. Popis zkušebního zařízení Měření byla prováděna na přístroji VK – 20, zkonstruovaný pro stanovení teplotních mezí výbušností a odpovídá požadavkům na kubickou nádobu. Přístroj se skládá z vlastní nerezové komory navařené na čtvercovém podstavci na čtyřech nohách. Jako odlehčovací prvek zde slouží tenká hliníková folie přichycená k vnitřnímu válci drátem. Vlastní výbuchová komora je vyrobena z nerezové oceli tloušťky 2 mm. Vnitřní válec má průměr 300 mm a výšku 280 mm. a jeho objem je rovných 20 dm3. Do komory vede celkem pět otvorů uzavřených kulovými 3/8 ventily. Ty slouží pro aplikaci teplotních čidel a napouštění inertních plynů. Obrázek 4: VK - 20

V komoře je nainstalováno míchadlo s regulací otáček, elektrody pro umístění odporového drátku (iniciačního zdroje) a kovová miska o průměru cca 8 cm, která je uložena v topném hnízdu vytápěném vnitřní spirálou pro rychlejší odpaření kapaliny. Celá komora je pak také vytápěna vnější spirálou. Metoda stanovení teplotních mezí výbušnosti Do výbuchové komory se zavedla teplotní čidla (GLT – 130 a GFT 1200) propojená s digitálním přenosným teploměrem GMH 3250 a s počítačem, který pomocí programu GSOFT 3050 přesně zaznamenával teploty kapaliny i prostředí a vykresloval jejich grafy. Jako iniciačního zdroje bylo použito odporového drátu o průměru 0,32 mm připevněného na iniciační elektrody, které byly napojeny na zdroj napětí (24V/34A). Energie rozžhaveného drátku byla experimentálně zjištěna cca 20 J. Testovanou kapalinou byla hořlavina III. třídy - motorová nafta. Její rozsah výbušnosti je od 0,6 % obj až 6,5 % obj. Teplota hoření motorové nafty je nad 80 °C a teplota vzplanutí se pohybuje nad 55 °C - (základní teplota, na které se začala měřit dolní teplotní mez). Do kovové misky se nalije dostatečné množství kapaliny, aby se mohla vytvořit výbušná koncentrace (cca 10 ml). Do kapaliny se ponoří teplotní čidlo GFT 1200. Mezi elektrody se uchytí odporový drátek. Takto připravenou komoru překryjeme zmiňovanou tenkou hliníkovou fólií

4

Obrázek 5: Komora před zkouškou

Pomocí teplotních regulátorů řídíme výkon vnější a vnitřní spirály až na požadovanou teplotu. Dosaženou teplotu se snažíme udržet cca 5 min, aby se mohla vytvořit výbušná koncentrace. Před samotným odpálením jsme ještě směs na pár vteřin promíchali pomocí míchadla. Výsledek zkoušky se posuzoval vizuálně - za kladný se pokládalo protržení membrány. Pokud nedošlo k protržení, nebo nafouknutí membrány a výronu kouře, kontroloval se ještě nárůst teploty na teplotních čidlech. Rychlý nárůst teploty nad 5 0C znamenal zahoření směsi. Zkoušku jsme opakovali při různých teplotách tak dlouho, dokud jsme nenašli dvě rozdílné teploty. Teplota, při které dochází k výbuchu a teplota při které látka nereaguje. Rozdíl mezi těmito dvěma teplotami nesmí být větší než 5 °C. Zkoušku jsme opakovali 3x a výsledná hodnota byl aritmetický průměr těchto hodnot. Tímto způsobem jsme naměřili jak dolní, tak horní teplotní hranici výbušnosti. Schéma zapojení je na obrázku 7. Obrázek 6: Protržení membrány

5

Obrázek 7: Schéma zapojení VK 20 při zkoušce

1…zkušební nádoba 2…kryt vnější topné spirály 3…vnější topná spirála 4…nádoba na kapalinu 5…vnitřní topná spirála 6…míchadlo 7…motorek 8…elektrody 9…iniciační palník 10…teplotní čidlo kapaliny 11…teplotní čidlo prostředí 12…kulové ventily

13…čidlo pro měření koncentrace kyslíku 14…digitální teploměr 15…teplotní regulátor vnější spirály 16…teplotní regulátor vnitřní spirály 17…ovládací panel míchadla a iniciace 18…PC 19…dusíková láhev 20…přívod dusíku 21…regulátor tlaku 22…víko 23…láhev CO2

Inertizace Po zjištění DTMV a HTMV hořlavé kapaliny se přistoupilo k inertizaci. První testovaný plyn byl dusík. Dusík je bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu. Dusík je lehčí než vzduch, 1 litr čistého dusíku váží asi 1,2505g. Teplota varu dusíku je – 195,8 °C a teplota tání - 210,5 °C. Dusík je chemicky netečný plyn, svou přítomností mírní průběh oxidačních pochodů. Při normálních podmínkách nereaguje ani s kovy ani s prvky kovovými (kromě

6

lithia). V praxi se dusík používá k tvorbě inertního prostředí při přečerpávání hořlavých kapalin. Dalším testovaným plynem byl oxid uhličitý, který je rovněž bezbarvý plyn bez chuti a zápachu. Oxid uhličitý je těžší než vzduch 1litr váží 1,980g. Teplota varu je – 78 °C (za normálního tlaku sublimuje) a teplota tání pod tlakem je – 57°C. Po chemické stránce je oxid uhličitý velice stálý a ani při velmi vysokých teplotách nad 2000 °C se znatelně nerozkládá. Ve vodě se snadno rozpouští, přičemž se přitom zčásti (asi z 0,003 %) slučuje s vodou na kyselinu uhličitou. Jeho použití je při výrobě uhličitanů, metanolů a jiných organických sloučenin, dále se využívá jako hnací plyn v potravinářství, náplň do hasicích přístrojů a chladící médium. Postup měření byl stejný s tím rozdílem, že kapalina byla nahřáta na teplotu o 10 °C vyšší než její DTMV a do výbuchové komory bylo napuštěno určité procento inertního plynu, v prvním případě dusíku. Tím se ve výbuchové komoře snížil obsah kyslíku. Při napouštění kyslíku muselo být puštěno míchadlo kvůli homogenitě směsi. Měření se provádělo při stejné teplotě a různých koncentracích do té doby, než byly nalezeny takové dvě koncentrace kyslíku – koncentrace, při které dochází k výbuchu a koncentrace, při které látka nereaguje. Kladný výsledek se ještě 3 krát potvrzoval. Jejich rozdíl nesměl být větší než 0,5% O2. Po té se měření opakovalo při teplotě kapaliny zase o 10°C vyšší než v předchozím případě. Celý proces se opakoval až do té doby, dokud jsme se s teplotou kapaliny nedostali na horní teplotní hranici výbušnosti dané kapaliny. Stejný postup jsme prováděli i s druhým inertním plynem - oxidem uhličitým. Zpracování naměřených hodnot Výsledky měření jsou závislé na zvolené metodě a zařízení, v němž byl pokus prováděn, proto se mohou od případných jiných výsledků lišit. Podle předem popsaného způsobu jsme prozkoumali teplotní rozsah výbušnosti při sníženém obsahu kyslíku a kladné výsledky zkoušky jsme třikrát potvrzovali. Výsledné hodnoty byly zprůměrované a byla u nich spočítána nejistota měření podle následujícího způsobu: Směrodatná odchylka charakterizuje rozptyl hodnot výběrových průměrů a je proto zvolena jako míra nejistoty měřené veličiny. Směrodatnou odchylku je možné vypočítat podle rovnice: (2)

sx =

n 1 ( xi − x ) 2 ∑ n(n − 1) i =1

kde: sx x n

- směrodatná odchylka - hodnota průměru - počet opakovaných měření

Nejistotu měření získáme ze vztahu:

ux = kS ⋅ sx

7

sx kS ux

- směrodatná odchylka - koeficient (pro náš výpočet je ks = 2,3) - nejistota měření

Standardní nejistotu pak spočteme podle rovnice: (3)

Ux = ku ⋅ ux Ux - standardní nejistota, ux - nejistota měření, ku - koeficient rozšíření, velikost se volí 2 až 3. V současné době se doporučuje volit ku = 2.

Tabulka 1: Výsledné hodny inertizace teplotních mezí výbušnosti motorové nafty s nejistotou měření Teplota kapaliny [0C] (104,66 ± 1,39) (110,33 ± 1,39) (115,33 ± 1,39) (120,33 ± 1,39) (129,67 ± 1,39) (140,33 ± 1,39) (149,67 ± 0,13) (159,67 ± 1,39) (170,33 ± 1,39) (180,33 ± 1,39) (189,67 ± 1,39) (195,33 ± 1,39)

Koncentrace O2 [% obj] (inertní plyn – dusík) Dolní teplotní mez výbušnosti 21% O2 9,5 10 10,5 11 12,5 14 14,5 15 17 19 Horní teplotní mez výbušnosti 21% O2

Teplota kapaliny [0C] (104,66 ± 1,39) (110,33 ± 1,39) (115,33 ± 1,39) (120,33 ± 1,39) (130,33 ± 1,39) (139,67 ± 1,39) (149,67 ± 1,39) (160,33 ± 1,39) (170,33 ± 1,39) (179,67 ± 1,39) (190,33 ± 1,39) (195,33 ± 1,39)

8

Koncentrace O2 [% obj] (inertní plyn CO2) Dolní teplotní mez výbušnosti 21% O2 13 11,5 11 12 13 14,5 15,5 16,5 17 19,5 Horní teplotní mez výbušnosti 21% O2

Koncentrace kyslíku ve směsi [ obj. %]

Inertizace teplotních mezí výbušnosti motorové nafty

dusík oxid uhličitý

Teplota kapaliny [ °C ] Graf 1: Srovnání účinků inertních plynů na teplotní meze výbušnosti

Jak je z tabulky 1 a grafu 1 patrné, při použití oxidu uhličitého muselo být při daných teplotách ve směsi více kyslíku. Z toho vyplývá, že ve srovnání s dusíkem je oxid uhličitý lepší inertní plyn. Následující grafy ukazují záznamy z teplotních čidel při průběhu výbuchu. V obou případech byla kapalina zahřátá na stejnou teplotu, ale byl použit jiný inertní plyn pro snížení kyslíku ve směsi. Graf č. 2 znázorňuje průběh výbuchu při požití dusíku, kde musela koncentrace kyslíku klesnout až na 9,5 obj.%. Graf č. 3 potom znázorňuje případ, kdy při stejné teplotě byl použit oxid uhličitý, koncentrace kyslíku klesla jen na 13 obj. %. Oba tyto případy znázorňují při daných koncentracích kyslíku teplotní meze výbušnosti – při snížení koncentrace kyslíku (přidání inertního plynu) jsou již směsi při dané teplotě nevýbušné.

Teplota [°C]

Motorová nafta - 110°C - 9,5 % kyslíku, inertní plyn Teplota kapaliny Teplota prostředí

Čas [s]

9

Teplota [°C]

Motorová nafta - 110 °C - 13 % kyslíku, inertní plyn- oxid Teplota kapaliny Teplota prostředí

Čas [s] Graf 2: Průběh výbuchu v VK – 20 zaznamenaný pomocí programu GSOFT

V obou případech je vidět, že průběhy výbuchu jsou skoro totožné (slabé zahoření – teplotní mez), ovšem v druhém případě směs potřebovala o 3,5 obj. % více kyslíku. Závěr Z hlediska bezpečnosti je velmi důležité vyhodnocovat technicko-bezpečnostní parametry daných látek a vlivu inertizace na tyto parametry. Na základě informací získaných měřením lze lépe pochopit problematiku týkající se použití inertního plynu jako bezpečnostního prvku při nakládání s hořlavou látkou. Z našeho měření vyplynulo, že oxid uhličitý má větší inertizační účinky na teplotní meze výbušnosti dané hořlavé kapaliny než dusík. Při použití N2 byla koncentrace zbytkového kyslíku ve směsi při dolní teplotní mezi výbušnosti 9,5% obj., při použití CO2 13 % obj. Použitá literatura [1] [2] [3]

[4] [5] [6] [7] [8] [9]

Kalousek, J. Základy fyzikální chemie hoření, výbuchu a hašení. 2. vydání, Ostrava: Edice SPBI, 1999. 203 s. ISBN: 80-86111-34-2 Damec, J. Protivýbuchová prevence. 1.vyd. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 1998, 188 s. ISBN 80-86111-21-0 Zapletalová – Bartlová, I, Balog, K.: Analýza nebezpečí a prevence průmyslových havárií, Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 1998, 193 s., ISBN 80-86111-07-05 Orlíková, K., Štroch, P. Hasiva klasická a moderní. Ostrava: Edice SPBI, 2002. 92 s., ISBN: 80-86111-92-8 ČSN 65 0201: Hořlavé kapaliny ČSN 38 9683: Návod na inertizaci jako prevenci proti výbuchu ČSN ISO 6184 – 2 Systém ochrany proti výbuchu, část 2: určení ukazatelů výbuchu hořlavých plynů ve vzduchu. Praha: Český normalizační institut, 1993. Bebčák, A. Vliv inertních příměsí na teplotní meze výbušnosti. Diplomová práce. Ostrava: VŠB – TU, 2008, 66 s. Balog, K., Kvarčák, M. Dynamika požáru 1. vydání Ostrava: SPBI,1999. 96 s. ISBN: 80-86111-44-X.

10

Summary In industry, plenty of combustible solid, liquid and gas materials are produced and used. For combustible liquids one efficient precaution is handeling with materials ouside their explosive range. The article focus on the issue of explosion points of combustible liquids. It describes the method of determining these explosion points on VK – 20 apparatus and is focused on the effect of various inert gases on explossion points of selected combustible liquid. The article is mainly focused on the comparison of efficiency of various inert gases on suppression of an explosion of the mixture of combustible liquid vapours with air. Gained results can be useful in primary explosion protection.

11

12

Světla FIŠEROVÁ1 HLUKOVÁ EXPOZICE PŘI STAVEBNÍCH PRACÍCH NOISE EXPOSURE IN THE COURSE OF BUILDING OPERATIONS Abstrakt Článek se zabývá hodnocením hlukové zátěže v pracovním prostředí a prezentací výsledků provedených měření hlukové zátěže vybraných profesí na několika staveništích. Příspěvek poukazuje na variabilitu hlukové expozice a problematiku osobní ochrany pracovníků vykonávajících stavební práce. Klíčová slova: hluková expozice, rizika ve stavebnictví, bezpečnost a ochrana zdraví při práce, hygienické limity Abstract The article engages with assessment of noise exposition at work environment and presents outcomes of noise monitoring in selected construction professions at several building sites. The article adverts on variability of noise exposure and on problems of personally protection of workers in the course of building operations. Key words: noise exposition, risks in building industry, health safety and protection at a building site, hygienic requirements. Úvod Stavebnictví je, na rozdíl od jiných průmyslových oborů ekonomických činností, výrazně specifické jak v přípravě, organizaci i ve vlastním provozu a provádění prácí. Jeho bezpečnostní požadavky si zasluhují zvláštní pozornost. Důslednost věnovaná problematice bezpečnosti a ochraně zdraví při práci vede na jedné straně ke snížení finančních prostředků vynaložených na ošetření a případnou rekonvalescenci zraněných pracovníků a na straně druhé především zlepšuje jejich pracovní podmínky a prostředí. Každá stavba je ve své podstatě jedinečná s různorodými pracovními postupy a metodami realizace. Pracovní činnosti vykonávané na stavbě nesmí ohrožovat lidské zdraví ani životní prostředí. Při provádění prací je nutné dodržovat veškeré příslušné právní předpisy, stanovené pracovní postupy a zásady bezpečné práce, aby nedocházelo k ohrožení zdraví pracovníků nebo jakýchkoliv jiných osob vyskytujících se na staveništi či v jeho blízkosti. Charakteristickým znakem stavebnictví je krátkodobost stavebních prací za současné přítomnosti a činnosti více subjektů. V souladu se zákonnými požadavky musí být zajištěno, aby jeden subjekt neohrožoval svojí činností druhý. Rizikové faktory, které se nejčastěji vyskytují ve stavebnictví a které ze zdravotního hlediska mají vliv na kvalitu pracovních podmínek, jsou zejména fyzická zátěž, prach, vibrace, tepelná i chladová zátěž a hluk. Všechny další rizikové faktory včetně chemických látek, biologických činitelů nebo výkonu prací ve zvýšeném tlaku vzduchu lze očekávat také u charakteristických stavebních prací. Hluková expozice zaměstnanců ve stavebnictví je proměnlivá, obdobně jako 1

Ing., VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostního managementu, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected]

13

u ostatních rizikových faktorů, s ohledem na druh a charakter prováděných stavebních prací a také s ohledem na používané strojní zařízení, které je zdrojem hluku. Zdrojem největšího hluku na staveništích je provoz strojního vybavení a pracovních strojů používaných zaměstnanci při vykonávaní jejich činností. Emitovaný hluk nepůsobí jen na zaměstnance obsluhujícího daný stroj, ale šíří se do okolí a ovlivňuje všechny osoby přítomné na pracovišti a také v okolí staveniště. Závazné právní předpisy vztahující se k ochraně zdraví před hlukem V České republice je problematika ochrany zdraví před hlukem řešena podrobně a v plném souladu s příslušnými platnými směrnicemi EU. Jedná se zejména o zákon o ochraně veřejného zdraví č. 258/2000 Sb., ve znění pozdějších předpisů. Tento zákon zmocňuje ministerstvo zdravotnictví vydání prováděcích právních předpisů, kterými jsou vládní nařízení č. 148/2006 Sb., o ochraně zdraví před hlukem a vibracemi a vyhláška ministerstva zdravotnictví č. 432/2003 Sb., kterou se stanoví podmínky kategorizace prací. Zákon o ochraně veřejného zdraví řeší práva a povinnosti fyzických a právnických osob v oblasti ochrany veřejného zdraví, soustavu orgánů ochrany veřejného zdraví a úkoly dalších orgánů v oblasti hodnocení a snižování hluku.[6] Ochrana zdraví před nepříznivými účinky hluku je rozpracována v nařízení vlády č.148/2006 Sb., o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací. Tento právní předpis specifikuje minimální požadavky k ochraně zdraví před hlukem a vibracemi a upravuje hygienické limity hluku a vibrací na pracovištích. Konkrétně řeší problematiku ustáleného, proměnného, impulsního a vysokofrekvenčního hluku, ultrazvuku, infrazvuku a nízkofrekvenčního hluku. Řeší hodnocení rizika hluku a opatření k ochraně zdraví zaměstnanců, zabývá se problematikou hluku v chráněném vnitřním prostoru staveb, v chráněném venkovním prostoru staveb a v chráněném venkovním prostoru. Nařízení také řeší expozici vibracím, a to konkrétně v chráněných vnitřních prostorech staveb a na pracovištích, formuluje požadavky na měření a hodnocení hluku a vibrací, určuje korekce pro stanovení hygienických limitů hluku v chráněném vnitřním prostoru staveb, korekce pro stanovení hygienických limitů hluku v chráněném venkovním prostoru staveb a v chráněném venkovním prostoru, korekce na využití prostoru ve stavbách a chráněném vnitřním prostoru staveb, denní dobu a povahu vibrací.[7] Podmínky pro zařazování prací do kategorií jsou obsaženy ve vyhlášce ministerstva zdravotnictví č. 432/2003 Sb., kterou se provádí zákon 258/2000 Sb. ve znění pozdějších předpisů. Konkrétně jsou v ní uvedeny kritéria, faktory a limity pro zařazování prací do kategorií. V přílohách jsou pak jednotlivá kritéria pro kategorizaci 13 rizikových faktorů podrobně popsána. Jedná se o tyto faktory pracovního prostředí: prach, chemické látky, hluk, vibrace, neionizující záření a elektromagnetické pole, fyzická zátěž, pracovní poloha, zátěž teplem, zátěž chladem, psychická zátěž, zraková zátěž, práce s biologickými činiteli a práce ve zvýšeném tlaku vzduchu.[8] Hluk a jeho vlastnosti Za hluk označujeme jakýkoliv nepříjemný, rušivý nebo pro člověka škodlivý zvuk. Zvuk představuje z fyzikálního hlediska mechanické vlnění pružného prostředí. Zvukem nazýváme všechny změny tlaku ve vzduchu, vodě a jiném prostředí, rozpoznatelné lidským sluchem. Změny tlaku více než 20krát za sekundu jsou vnímatelné sluchem. Počet změn tlaku za sekundu určuje kmitočet (frekvence) zvuku, tj. jeho výšku, a jednotkou je 1 Hz (Herz). Zdravý sluch vnímá zvuk v rozsahu kmitočtů 20 Hz až 20 kHz. Neslyšitelný zvuk s kmitočty pod 20 Hz nazýváme infrazvukem a s kmitočty nad 20 kHz ultrazvukem. Subjektivně vnímáme hlasitost, výšku a barvu zvuku. Hluk se udává pro účely hygienických hodnocení

14

v jednotkách decibel [dB]. Lidský sluch vnímá nejen výšku zvuku, ale také amplitudu (tj. velikost) změn tlaku, čili akustický tlak. Práh slyšení je subjektivní vnímání zvuku na různých kmitočtech a je ohraničen na Obrázku č. 1 zelenou křivkou. Zelenými plochami jsou označeny oblasti vnímání řeči a hudby. Důležitá je modrá křivka poškození sluchu (cca 85 dB). Když se sluchový vjem mění v pocit bolesti, hovoříme o tzv. prahu bolesti (individuálně nad 125 dB). [1]

Obrázek č. 1: Oblast slyšení [2]

Při posuzování hluku se nejčastěji zabýváme hlukem, který se šíří od zdroje vzduchem. Subjektivně rozeznáváme hlasitost, výšku a barvu zvuku. Podle časového průběhu rozdělujeme zvuk na ustálený, proměnný, přerušovaný nebo impulsní. Ustálený hluk je hluk, jehož hladina akustického tlaku se v daném místě nemění v závislosti na čase o více než 5 dB. Proměnný hluk je hluk, jehož hladina akustického tlaku se v daném místě mění v závislosti na čase o více než 5 dB. Přerušovaný hluk je proměnlivý hluk měnící náhle hladinu akustického tlaku nebo hladinu hluku, který je v průběhu hlučného intervalu ustálený. Impulsní hluk je hluk tvořený jedním impulsem nebo sledem zvukových impulsů, doba trvání každého impulsu je kratší než 0,2 s. Vysoce impulsní hluk je tvořen impulsy ve venkovním prostoru, jejich zdrojem je např. střelba, trhací, důlní a demoliční práce s pomocí výbušnin či nárazy při posunování vagónů. [3] Hluk v pracovním prostředí Při posuzování pracovního prostředí se nejčastěji zabýváme hlukem šířícím se vzduchem. Zvukové vlny se však od zdroje mohou šířit stavební nebo strojní konstrukcí a následně mohou být vyzářeny do pracovního prostoru. Na pracovištích se rozlišuje: Hluk pozadí není vyvolán měřeným hlukem. Může být způsoben neakustickými rušivými vlivy (vítr, vibrace, elektrické a magnetické pole atd.), nebo jde o hluk, který se v pracovním prostředí běžně nevyskytuje (stavební úpravy pracoviště, hluk bouřky apod.).

15

Hluk zařízení je dán hladinou akustického výkonu zařízení nebo hladinou akustického tlaku v okolí zařízení. Při měření je nutné co nejvíce omezit vliv okolí. Hluk na pracovišti představuje hluk na pracovním místě nebo v pracovním prostoru. Hluk se měří v pracovním prostoru tehdy, je-li v prostoru rozmístěno větší množství obdobných zdrojů hluku a lidé při práci mění pracovní místa. Hluk na pracovním místě se vztahuje k určitému pracovnímu místu, na kterém se obsluha vyskytuje buď trvale, nebo přechodně, měření se provádí, když se pracovník déle než 300 minut zdržuje na jednom pracovním místě a zbývající expozice hluku je nepodstatná. Hluková zátěž jednotlivce je údaj o hluku, který charakterizuje celkovou zátěž v průběhu pracovní směny. Při posuzování hluku na pracovištích se rozlišují měření hluku na pracovním místě, měření hluku v pracovním prostoru, měření hlukové zátěže jednotlivce. Měření na pracovním místě se provádí v případech, kdy se pracovník zdržuje převážně na jednom pracovním místě a zbývající expozice hluku je nepodstatná. Měření hluku v pracovním prostoru se uskutečňuje v případech, kdy v pracovním prostoru je rozmístěno větší množství obdobných zdrojů hluku a lidé při práci mění pracovní místa. Přímé měření hlukové zátěže jednotlivce se provádí v případech, kdy pracovník mění často pracovní místo a hluk na jednotlivých místech je značně rozdílný. Pro přímé měření hlukové zátěže se používají osobní hlukové expozimetry. [4] Měření a hodnocení hlukové zátěže Standardní metody měření hluku na pracovištích předepisují pro každý typ hluku tři měřící metody lišící se přesností a nároky na měření. Jsou to tyto metody: • podrobná měření (1. třída) – provádějí se s nejistotou 1,5 dB, • běžná měření (2. třída) – s nejistotou do 3 dB, • přehledová měření (3. třída) – s nejistotou do 8 dB. Měření na pracovním místě se provádí v případech, kdy pracovník pobývá déle než 300 minut na jednom pracovním místě a zbývající expozice hluku není významná. Hluk v pracovním prostoru se měří při rozmístění většího množství obdobných zdrojů hluku v prostoru a změnách pracovních míst jednotlivých pracovníků. Měření hlukové zátěže jednotlivce je vhodné tehdy, když pracovník mění často pracovní místa s různou hlučností [1]. Měření hluku na pracovištích se provádí v souladu s platnými mezinárodními standardy, zejména ČSN ISO 9612 Akustika – Směrnice pro měření a posuzování expozice hluku v pracovním prostředí, ČSN ISO 1996–1 Akustika – Popis, měření a hodnocení hluku prostředí – Část 1: Základní veličiny a postupy pro hodnocení, ČSN ISO 1996–2 Akustika – Popis a měření hluku prostředí – Část 2: Získávání údajů souvisejících s využitím území, ČSN ISO 1996–3 Akustika – Popis a měření hluku prostředí – Část 3: Použití při stanovení nejvyšších přípustných hodnot hluku, ČSN ISO 1999 Akustika Stanovení expozice hluku na pracovišti a posouzení zhoršení sluchu vlivem hluku. Pro stanovení zhoršení sluchu a rizika nedoslýchavosti v důsledku expozice hluku je třeba buď přímo měřit zvukoměrem, integrujícím zvukoměrem nebo vypočítat na základě měření akustického tlaku a doby expozice průměrnou expozici zvuku A, EA,8h anebo hladinu expozice hluku normalizovanou pro běžnou pracovní dobu 8h, LEX,8h. Taková měření lze provádět s přístroji stacionárními nebo s přístroji připevněnými k osobě. Místo měření a doba měření se volí tak, aby vyjadřovaly expozici hluku pro den, který je podle zkušeností typický pro populaci v riziku. Měření se dělí na přímé a nepřímé měření denní hlukové expozice a měření denní expozice hluku metodami vzorkování a statistického rozdělení. Měřicí přístroje pro měření hluku musí splňovat tyto minimální požadavky: frekvenční váhové

16

charakteristiky měřících přístrojů splňují požadavky IEC651, kvadrát akustického tlaku A bude integrován v průběhu vhodného časového intervalu pro účely indikace expozice zvuku A, EA, T a ekvivalentní hladiny zvuku A, LAeq,T a zajištění dynamického rozsahu dostatečného pro potřeby použití a zajištění, aby nežádoucí elektrický šum a kapacita pro přebuzení přístroje byly v požadovaných mezích. Kalibrace a přezkoušení – celé zařízení musí být kalibrováno a uspořádání při kalibraci a přezkušování musí odpovídat požadavkům podle instrukcí výrobce. Umístění mikrofonu – měření akustického tlaku za účelem zjištění expozice zvuku A anebo ekvivalentní hladiny zvuku A se má provádět s mikrofonem umístěným v místech, ve kterých se normálně nachází hlava příslušné osoby a za nepřítomnosti této osoby. Je-li nezbytné, aby osoba byla přítomna nebo se pohybovala okolo, je třeba umístit mikrofon 0,1m ± 0,01m od okraje zvukovodu vnějšího ucha na straně tohoto ucha, které přijímá vyšší hodnoty expozice zvuku A nebo ekvivalentní hladiny zvuku A [10]. Posuzování hluku na pracovištích se provádí výlučně využitím limitů hlukové imise. K veličinám pro hodnocení ustáleného, proměnného a impulsního hluku patří: • ekvivalentní hladina akustického tlaku A LAeq, T a je dána vztahem: (1) T 1 L Aeq,T = 10 log  ∫ 10 0,1⋅Lt dt [dB]  T 0 pA(t) – okamžitý akustický tlak v Pascalech frekvenčně vážený filtrem A L(t) – okamžitá hladina akustického tlaku v dB T – doba, ke které se ekvivalentní hladina vztahuje •

směnová hladina expozice hluku LEX, 8h a je dána vztahem: (2)

T L EX ,8 h = L Aeq ,Te + 10 log e  T0

  [dB] 

LAeq,Te – ekvivalentní hladina akustického tlaku A pro dobu Te Te – efektivní doba trvání pracovního dne – referenční doba (8h) T0 •

týdenní hladina expozice hluku LEX, w a je dána vztahem: (3) 1 L EX , w = 10 log ∑ 10 0,1( LEX ,8h ) k [dB]  5  k =1 m

(LEX, 8h)k – hodnoty LEX, 8h pro každý z m pracovních dnů uvažovaného pracovního týdne Impulsní hluk se hodnotí podle špičkové hladiny akustického tlaku C nebo ekvivalentní hladiny akustického tlaku A stanovené s časovou charakteristikou I. Vysokofrekvenční hluk a ultrazvuk se hodnotí podle hladin akustického tlaku v třetinooktávových pásmech. [9], [7] Po zhodnocení hlukové expozice se provádí kategorizace prací. Podle míry rizika pro lidské zdraví se v souladu s platným právním předpisem [8] daná práce zařadí do:

17

•

•

•

•

první kategorie – práce vykonávané za podmínek, při nichž nejsou překročeny kriteriální hodnoty pro zařazení do druhé kategorie (prakticky u ustáleného nebo proměnného hluku, ustáleného nebo proměnného hluku s prokazatelným podílem impulsního hluku LAeq, 8h ≤75 dB), druhá kategorie – práce, při nichž jsou osoby exponovány: • ustálenému nebo proměnnému hluku, ustálenému nebo proměnnému hluku s prokazatelným podílem impulsního hluku nebo hluku, který sestává během pracovní doby z dílčích expozic hluku, jejichž ekvivalentní hladina akustického tlaku A LAeq, 8h je vyšší než nejvyšší přípustná hodnota stanovená pro osmihodinovou směnu zvláštním právním předpisem snížená o 10 dB, avšak nepřekračuje tuto nejvyšší přípustnou hodnotu stanovenou pro osmihodinovou pracovní dobu – prakticky : 75dB < LAeq, 8h ≤ 85 dB, • po dobu trvání některé dílčí pracovní operace ustálenému nebo proměnnému hluku, ustálenému nebo proměnnému hluku s prokazatelným podílem impulsního hluku, jehož ekvivalentní hladina akustického tlaku A LAeq překračuje 85 dB, avšak nepřekračuje nejvyšší přípustnou hodnotu hluku LAeq, 8h, stanovenou zvláštním právním předpisem pro osmihodinovou pracovní dobu, nebo • impulsnímu hluku, jehož průměrná hladina špičkového akustického tlaku C překračuje 130 dB, ale nepřekračuje 140 dB, třetí kategorie – práce, při nichž jsou osoby exponovány: • ustálenému nebo proměnnému hluku, ustálenému nebo proměnnému hluku s prokazatelným podílem impulsního hluku, jehož ekvivalentní hladina akustického tlaku A LAeq,8h překračuje nejvyšší přípustnou hodnotu stanovenou pro osmihodinovou pracovní dobu o méně než 20 dB LAeq,8h – prakticky: 85dB < LAeq, 8h ≤ 105 dB, • impulsnímu hluku, jehož průměrná hladina špičkového akustického tlaku C překračuje 140, ale nepřekračuje 150 dB, čtvrtá kategorie – práce, při nichž jsou osoby exponovány hluku, jehož ekvivalentní hladina akustického tlaku A LAeq,8h (105dB < LAeq, 8h) nebo impulsnímu hluku, jehož průměrná hladina špičkového akustického tlaku C je vyšší, než je stanoveno u třetí kategorie.

Samotnému měření v pracovním prostředí musí předcházet objektivní zpracování časového snímku práce tak, aby se v něm pro účely měření vyskytovaly všechny činnosti prováděné v rámci charakteristické pracovní směně a také činnosti, které jsou z hlediska intenzity rizikového faktoru – hluku nadměrné. Pro posouzení hlukové zátěže člověka v pracovním prostředí musí být zohledněny všechny činnosti a situace, které jsou z hygienického hlediska nejméně příznivé.

Měření v reálných podmínkách na staveništích Měření probíhala na staveništích při provádění stavebních prací v zimních měsících, a to v prosinci 2008 a lednu až březnu 2009 v souladu se zadáním diplomové práce ve studijním oboru Bezpečnostní inženýrství garantovaného Katedrou bezpečnostního managementu na Fakultě bezpečnostního inženýrství VŠB – TU Ostrava. Stavební společnost, která dlouhodobý monitorování stavebních prací umožnila, je specializovaná na provádění geologicko – průzkumných prací a realizaci stavebních činností. Jedná se především o speciální zakládání, sanace objektů a podloží (pilotové stěny, zlepšování základových podmínek mikropilotami, resp. injektážemi, realizace odvodňovacích systémů

18

šikmými a horizontálními vrty atd.), stavební činnost se zaměřením na realizaci vodohospodářských staveb. Při stavebních pracích společnost využívá mnoho nejrůznější mechanizace a stavebních strojů, které jsou zdrojem nadměrného hluku. Vybraná strojní zařízení se používají při výkopových pracích. Hluková zátěž byla hodnocena při práci s vybranými velkými stavebními stroji, kde je i dle dokumentace výrobců reálný předpoklad výskytu nadměrného hluku. Maximální intenzita hluku uváděná výrobcem v následující tabulce je hodnota akustického výkonu stroje v decibelech. Pouze u jednoho z měřených strojů nebyla dokumentace výrobce k dispozici.[5] Měření probíhalo na 4 staveništích, v jednom případě se jednalo o úpravu břehu vodního toku Opava a v dalších případech vždy se jednalo o výkopové práce spojené se stavbou kanalizace v obci Kravaře. Na těchto staveništích se pohybovaly v Tabulce č. 1 uvedené stavební stroje. Celkem bylo měření prováděno při činnostech spojených s výkopovými pracemi u 13 profesí, ve kterých pracovalo celkem 22 osob.

Tabulka č. 1: Seznam měřeného strojního vybavení [5] Max. intenzita hluku uvedená výrobcem 101 [dB]

Popis stroje

Typ stroje / výrobce

Pásové hydraulické rypadlo

CASE 788 CK / CASE

Kolové rypadlo

CASE 788 P2AL / CASE

101 [dB]

Traktobagr (rypadlo-nakladač)

MF 860 / Massey-ferguson

106 [dB]

Smykový nakladač

UNC 060-ON27822

Smykový nakladač

CAT 236 B / Caterpillar

91 [dB]

Vibrační příkopový válec

RT 820 CC / WACKER

109 [dB]

Vibrační příkopový válec

RT 85 SC / WACKER

109 [dB]

Řezačka spár – fréza

BFS 100 / WACKER

109 [dB]

Minibagr NEUSON 2008

1903RD / NEUSON

93 [dB]

x

Pro každou profesi byl pro činnosti provádění výkopových prací zpracován časový snímek. Zpracovávané časové snímky profesí pro práce na staveništích při výkopových pracích vycházely z pozorování a informací vedení společnosti i zaměstnanců. Všechna měření pak probíhala tak, že byly změřeny všechny činnosti obsažené v časovém snímku profese. Každé měření bylo specifické nejen místem, kde se práce vykonávaly či zvoleným pracovním postupem, ale především reálnými makroklimatickými podmínkami, které byly pro každé měření součástí záznamů o měření. Makroklimatické podmínky odpovídaly zimnímu období, byly však takové, že umožňovaly provádění výkopových terénních prací. Měření bylo prováděno za sněhových přeháněk, v dešti i příznivého polojasna.

19

Pro měření byl použit přístroj Acoustilyzer AL1 sloužící k analýze akustických signálů. Výrobce garantuje dle příslušných mezinárodních standardů měření pro třídu přesnosti 2, do které je dle mikrofonu Mini SPL přístroj Acoustilyzer AL1 zařazen, je dle příslušného mezinárodního standardu [9] stanovena nejistota měření 3 dB. Jako kalibrátor byl použit Acoustical Calibrator Type 4231Bruel&Kjaer. Měření bylo prováděno jako běžné měření hlukové zátěže jednotlivce tak, že hlukoměr byl po dobu 10 minut umístěn (ručně držen osobou provádějící měření) u pravého ucha hodnoceného zaměstnance při činnostech prováděných dle zpracovaných časových snímků při výkopových pracích v zimním období, a to vždy za provozu jednoho nebo více strojních zařízení na obvyklém pracovním místě při výkonu pracovní činnosti.

Výsledky měření Výsledky měření odpovídají konkrétním podmínkám hlukové zátěže dne, kdy bylo měření prováděno. Na obrázku č. 2 je snímek přístroje Acoustilyzer AL1 a na obrázku č. 3 je ukázka okamžitého zobrazení displeje měřicího přístroje. Použitý měřicí přístroj AL1 zobrazuje na displeji v reálném čase výsledky měření dle zvoleného nastavení zobrazení požadovaných výsledků. Přístroj umožňuje měření včetně frekvenční analýzy a výpočtu ekvivalentní hlukové zátěže dle nastaveného časového intervalu.

Obrázek č. 2: Acoustilyzer AL1

Obrázek č. 3: Ukázka zobrazení výsledků na displeji přístroje v průběhu měření [5]

Na následujícím obrázku č. 4 jsou snímky z jednoho z měřených pracovišť – jedná se výkopové práce spojené se stavbou kanalizační přípojky k objektu. Na snímku je při práci zachyceno jedno z měřených strojních zařízení, a to kolové rypadlo CASE 788 P2AL při provádění výkopu a přípravy pro položení potrubí k připojení domu.

20

Obrázek č. 4: Práce na staveništi s použitím kolového rypadla CASE 788 P2AL [5]

Výrobce ve svých materiálech deklaruje vnitřní hlučnost stroje 77dB a vnější hlučnost stroje až 101 dB. Tyto údaje jsou uvedeny nejen v průvodní dokumentaci stroje, ale také na informačních nálepkách, které jsou umístěny tak, aby je strojník viděl při nástupu do kabiny. V tabulce č. 2 jsou uvedeny výsledky frekvenční analýzy hluku v rozsahu 20 Hz – 20 kHz. Jedná se o měření činnosti vibračního válce RT 85 SC firmy WECKER. V grafu č. 1 jsou pomocí vyhodnocovacího software B&K zobrazeny naměřené i vypočtené hodnoty daného měření.

21

Tabulka č. 2: Frekvenční analýza obsluhy vibračního příkopového válce RT 85 SC[5] Band[Hz] Lmin[dB] Leq[dB] Lmax[dB] full_A-WTD 65 92,5 101,2 34,6 38,1 42,7 20 35,1 37,5 45,3 25 34,8 38,2 49,2 31,5 35,6 52,1 64,5 40 37 48,7 62,4 50 39,3 57,6 65,3 63 37,7 60,9 70,6 80 41,8 58,3 68 100 42,7 61,6 72 125 43,8 67,4 76,4 160 46,1 69,1 78,6 200 45,5 73 84,6 250 47,3 77,4 88,4 315 49,9 83,2 93,8 400 50,7 84,5 94 500 50,8 82,9 92,4 630 50,2 84,7 96,4 800 53 84,7 97,5 1000 54,5 81,1 91,4 1250 53,8 80 91 1600 52,9 78,3 87 2000 50,9 76 84,3 2500 50,5 74,4 83 3150 47,1 73,1 81,1 4000 46,2 70,5 80,2 5000 43,5 67 74,3 6300 40 62,7 69,3 8000 37,5 59 67,2 10000 37,2 54,9 64,2 12500 37,1 48,8 58,6 16000 37,1 38,9 44,8 20000

22

Spektrum frekvenční analýzy vibračního válce RT 85 SC Leq [dB]

Lmax [dB]

115,9 101,2

Leg Lc Peak

12500 16000 20000

6300 8000 10000

3150 4000 5000

1600 2000 2500

630 800 1000 1250

315 400 500

160 200 250

80 100 125

50 63

101

25 31,5 40

120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30

20

Hladina akustického tlaku [dB]

Lmin [dB]

Frekvence spektra [Hz]

Graf č. 1: Grafický záznam frekvenční analýzy obsluhy vibračního válce RT 85 SC[5]

Z grafu je zřejmé, že hluková zátěž obsluhy vibračního válce RT 82 SC firmy WECKER je nejvyšší v rozmezí frekvencí 250 – 3150 Hz. Hygienický limit ekvivalentní hlukové hladiny pro osmihodinovou směnu je 85 dB. Špičková hodnota dosáhla 115,9 dB. Naměřené hodnoty na pracovních místech byly doplněny do časových snímků profesí a poté byla vypočtena LAeq pro celou pracovní dobu. V tabulce č. 3 je ukázka zpracování výsledků měření v časovém snímku profese s významně vysokou vypočtenou hodnotou celosměnové hlukové zátěže. Celosměnová hluková zátěž je způsobená intenzitou hluku při obsluze a také časovou expozicí při obsluze frézy na řezání asfaltu. [5]

Tabulka č. 3: Celosměnová hluková expozice profese stavební dělník – obsluha frézy[5] Laeq T min 61,7 40 68,2 10 77,2 320 98,2 80 64,7 30 Celkem 480

T% 8,3 2,1 66,7 16,7 6,3 100

Činnost doprava ze sídla firmy na staveniště a zpět přidělení práce - pracovní postup zemní práce s ručním nářadím práce s frézou Přestávka Laeq, 8h [dB] = 90,55

Všechny výsledky měření a hodnocení hlukové zátěže při stavebních pracích na měřených staveništích jsou obsahem diplomové práce [5] a prokázaly, že celosměnově hluková zátěž zaměstnanců stavební firmy při zimních výkopových pracích nepřekročila u 12 profesí celosměnový hygienický limit hlukové expozice 85 dB. Pouze u jedné profese, jejíž činnost je spojena s obsluhou řezačky spár – frézy na asfalt byla práce vyhodnocena tak,

23

že odpovídala zařazení riziková práce kat. 3. [8] Celosměnová hluková zátěž je uvedena v tabulce č. 4. U žádné činnosti nebyla překročena špičková hladina akustického tlaku [9] LCpeak 130 dB, avšak vždy překračovala hodnotu akustického výkonu uváděnou v dokumentaci výrobce.

Diskuze Při výkopových pracích spojených se stavbou kanalizace byl počet strojů pohybujících se na staveništi omezen prostorem, ve kterém práce probíhaly a tím také počtem možných současně používaných strojů. Zjištěné výsledky jsou výrazně ovlivněny konkrétními podmínkami na staveništích a druhu zpracovávaného povrchu. Při všech měřeních se stroje pohybovaly po vlhké půdě. Bagry nerozrušovaly betonové ani jiné tvrdé povrchy. Asfaltové plochy byly narušené řezačkou spár, a poté jen vyzvednuté pláty asfaltu odstraněny, takže při samotných výkopových pracích se již pracovalo jen s hlínou. Hodnoty intenzity hluku uvedené v materiálech výrobců jsou srovnatelné jen se špičkovými hodnotami naměřenými na pracovních místech. Měření bylo prováděno z důvodu určení hlukové zátěže jednotlivých zaměstnanců, nikoli k určení hluku emitovaného danými stroji. Vzdálenost zaměstnanců od zdrojů hluku (strojů) byla různá a hluková zátěž byla tvořena kumulací hluku emitovaného i několika stroji najednou. Primárně se prevence poškození zdraví vlivem hluku musí zajistit realizací technických opatření, která se vážou k technickým charakteristikám požívaných strojních zařízení a jejich technickému stavu. Stavební firma, která umožnila měření hluku na jejich pracovištích i poskytla technickou dokumentaci k používaným strojním zařízením, nepoužívá strojní zařízení v nevyhovujícím technickém stavu. Zaměstnanci společnosti nejsou zařazeni do rizikové kategorie z hlediska výskytu hlukové zátěže, avšak jsou jim poskytovány chrániče sluchu poměrně dobré kvality s průměrným útlumem 21 dB ve frekvenčním pásmu 250 – 3000 Hz v případě mušlových chráničů sluchu 3M 1435 a s průměrným útlumem 31 dB v případě zátkových chráničů sluchu 3M 1100. Vycházíme – li z hodnocení celosměnové zátěže hlukem, která je v souladu s minimálními požadavky platných právních předpisů prováděna pro účely kategorizace prací, pak se zajištění útlumu uvedených chráničů jeví jako dostačující. Přihlédneme-li ovšem k naměřeným špičkovým hodnotám LCpeak, které se pohybovaly v rozsahu 99,8 – 115,9 dB, pak po odečtení útlumu jsou zaměstnanci vystaveni hlukovým expozicím 79,8 – 94,9 dB a při použití chráničů s vyšším útlumem 69,8 – 84,9 dB. Tyto hodnoty po navýšení o hodnoty nejistoty měření pak již požadavky na odpovídající ochranu sluchu nesplňují. Z preventivního hlediska je cílem zajištění ochrany zdraví používáním OOPP dosažení co nejnižší expozice, tam, kde je to možné na hranici limitních hodnot pro zařazení do 2. kategorie práce [8], a to s přihlédnutím k nejméně příznivým podmínkám. Na trhu je k dispozici široká škála sluchových chráničů, které poskytují útlum ve středních frekvenčních pásmech i více než 40 dB. Výběr chráničů sluchu by se měl řídit z hlediska požadavků na poskytovaný útlum naměřenými špičkovými hodnotami při prováděných činnostech nebo alespoň hodnotami, které poskytuje o konkrétním strojním zařízení výrobce. Používání osobní ochrany sluchu bylo na měřených staveništích v konkrétních podmínkách sporadické a zaměstnanci podceňované, přestože administrativně společnost splňuje všechny požadavky souvisejících právních předpisů. Ve stavebnictví je potřeba také přihlížet k vysokému počtu zaměstnanců, kteří mají nízkou odbornou kvalifikaci a jejich pracovní činnosti jsou převážně manuálního charakteru. Minimalizovat negativní dopady hlukové zátěže lze také zlepšením organizace práce, kde by měly být respektovány hlukové charakteristiky požívaných zdrojů hluku tak, aby délka expozice jednoho zaměstnance nebyla nepřiměřeně dlouhá. Výpočet optimální doby expozice,

24

která by nevedla k překračování hygienických limitů, lze provádět aplikací rovnic 1 – 3. Cílem ochrany zdraví před nepříznivými účinky hluku je zajištění minimalizace zdravotních dopadů hluku na lidský organismus včetně mimosluchových nepříznivých účinků hluku. Opakované a konkrétní informace o výskytu a intenzitě hluku při používání konkrétních strojních zařízení (případně trvale umístěné na viditelném místě strojního zařízení), možných nevratných zdravotních dopadech a možnostech a způsobech osobní ochrany může výrazně přispět k optimalizaci pracovních podmínek na staveništích s hlukovou expozicí.

Závěr Měření a hodnocení hluku na staveništích při výkonu výkopových prací v zimních měsících ani s přihlédnutím k podrobným rozborům pracovní činnosti nelze pokládat z dlouhodobého hlediska za prokazatelnou skutečnou hlukovou zátěž exponovaných zaměstnanců stavební společnosti. Tento závěr vyplývá z povahy stavebních prací z hlediska druhu i místa výkonu práce. Pro účely optimalizace ochrany zdraví před hlukem lze však vycházet zejména z naměřených špičkových hodnot i z dokumentace výrobců používaných strojních zařízení. Zaměstnancům, kteří provádějí stavební práce a jsou vystaveni hluku strojních zařízení, by měla být poskytována ochrana sluchu, které zajistí dostatečný útlum i v nejméně příznivých podmínkách práce. Dalším předpokladem zlepšení bezpečnosti a ochrany zdraví při práci na staveništích je zajištění důsledné kontroly používání poskytnutých chráničů sluchu a poskytování opakovaných informací o nepříznivých zdravotních dopadech hluku. Kromě svého nesporného negativního vlivu na sluchový aparát člověka má nadměrný hluk v pracovním prostředí i svůj podíl na vzniku pracovních úrazů. Mimosluchové účinky hluku jsou významné z hlediska bezpečnosti, pracovní výkonnosti a mentální pracovní zátěže a přispívají tak ke zvýšení pravděpodobnosti vzniku selhání lidského faktoru s velmi závažnými dopady.

Seznam literatury: [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

[9] [10]

TUČEK, M. CIKRT, M. PELCOVÁ, D. Pracovní lékařství pro praxi, Praha: GRADA Publishing a.s., 2005. ISBN 80–247–0927–9 VAŇKOVÁ, M. a kolektiv, Hluk, vibrace a ionizující záření v životním prostředí, část I., VUT Brno: PC-DIR spol. s r. o., 1995 ISBN 80–214-0695X JOKL, M. Zdravé obytné a pracovní prostředí, Praha: Academia, 2002. ISBN 80-200 0928-0 JANDÁK, Z. Hluk v pracovním prostředí. URL: [cit.2009-01–04] SOLÁKOVÁ, M.: Expozice hlukem při stavebních pracích, diplomová práce FBI VŠB – TUO, Ostrava, 2009 Zákon č. 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví, ve znění pozdějších předpisů Nařízení vlády í č. 148/2006 Sb., o ochraně zdraví před hlukem a vibracemi Vyhláška ministerstva zdravotnictví č. 432/2003 Sb., kterou se stanoví podmínky pro zařazování prací do kategorií, limitní hodnoty ukazatelů biologických expozičních testů, podmínky odběru biologického materiálu pro provádění biologických expozičních testů a náležitosti hlášení prací s azbestem a biologickými činiteli ČSN ISO 9612 Akustika – Směrnice pro měření a posuzování expozice hluku v pracovním prostředí ČSN ISO 1999 Akustika Stanovení expozice hluku na pracovišti a posouzení zhoršení sluchu vlivem hluku

25

26

Eva GRIGOROVÁ1, Zdeněk ZELINGER2, Michal STŘIŽÍK3, Stephane BAILLEUX4, Georges WLODARCZAK5, Petr BITALA6, Václav NEVRLÝ7 VYUŽITÍ MIKROVLNNÉ SPEKTROSKOPIE PRO STUDIUM REAKTIVNÍCH LÁTEK APPLICATION OF MICROWAVE SPECTROSCOPY FOR STUDY OF REACTIVE SPECIES

Abstrakt V průběhu chemických reakcí se často tvoří meziprodukty charakteru radikálů. Radikály hrají důležitou úlohu v chemických procesech probíhajících v atmosféře, ve Vesmíru, při hoření, ale i v lidském těle, a tudíž základní výzkum radikálů, přispívající k určení jejich struktury, doby života a k pochopení reakčních mechanismů, jichž se tyto radikály účastní, přináší nové poznatky významné z hlediska ochrany lidského zdraví, životního prostředí a chování látek při vysokých teplotách a pomáhá též rozvinout metodiku experimentální práce, která může být dále využita v podobně zaměřených experimentech.

Abstract During chemical reactions intermediates of a radical-type are often formed. The radicals play an important role in chemical processes of burning, in the atmosphere, in the universe, but also in the human body. Thereby, the elementary research of radicals is conducted to determine their structure, lifetime and reaction mechanisms involved them as reactive species. The research can also extend the knowledge in the area of human health and environmental protection as well as bring information on behaviour of substances under high temperatures. Last but not least, the research helps when testing new experimental techniques and approaches.

Key words: radicals, microwave spectroscopy, Universe, molecular constants

1

2

3

4

5

6

7

Ing., VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostního managementu, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected]; PhLAM, U.M.R. CNRS n. 8523, Universite de Lille 1, Villeneuve d Ascq Cedex, 59650, France; Ústav Fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i., Dolejšova 3, 182 23 Praha 8 Ing., CSc., Ústav Fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i., Dolejšova 3, 182 23 Praha 8, e-mail: [email protected]; VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra požární ochrany a ochrany obyvatelstva, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice RNDr. Ing., Ph.D., VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Laboratoř výzkumu a managementu rizik, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected] Dr., PhLAM, U.M.R. CNRS n. 8523, Universite de Lille 1, Villeneuve d Ascq Cedex, 59650, France, e-mail: [email protected] Prof. Dr., PhLAM, U.M.R. CNRS n. 8523, Universite de Lille 1, Villeneuve d Ascq Cedex, 59650, France, e- mail: [email protected] Ing., VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra požární ochrany a ochrany obyvatelstva, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected] Ing., VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Laboratoř výzkumu a managementu rizik, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected]

27

Úvod V současné době existuje mnoho definic radikálů. Jedna z nepoužívanějších popisuje radikály jako molekuly, které mají ve své valenční sféře jeden nebo více nepárových elektronů. Tato definice však není zdaleka přesná, protože by pak zahrnovala mnoho molekul, které kvůli jejich relativní reakční stabilitě za radikály nepovažujeme (např. O2, NO, NO2). Z tohoto důvodu je vhodné tuto definici rozšířit a za radikály považovat reaktivní částice mající jeden nebo více nepárových elektronů, jejichž reaktivita jim předurčuje krátkou dobu života. Každý elektron má svůj vlastní spin, který se chová jako malý magnet. V radikálu nejsou elektronové spiny spárované, a tudíž radikály vykazují paramagnetické vlastnosti. Paramagnetického chování radikálů se ve spektroskopii využívá k jejich identifikaci. Další důležitou vlastností radikálů je multiplicita elektronových stavů. Když tedy shrneme vlastnosti radikálů jako částic, můžeme říct, že radikál je reaktivní, paramagnetická částice, mající vysokou multiplicitu elektronových kvantových stavů a mající spinový magnetický moment.[1] Radikály se vytvářejí porušením chemické vazby molekuly, nejčastěji pyrolýzou, fotolýzou anebo elektrickým výbojem. Vedle radikálů často vznikají sekundární fragmenty z mateřských substancí, které svou interferencí mohou znemožnit identifikaci radikálů. Jedna z prvních technik, kterou byl vytvořen radikál, byla založena na zábleskové fotolýze pomocí pulzních lamp. V roce 1955 Low a Ramberg vyprodukovali v kontinuálním elektrickém výboji radikál OH•. Rotační spektra radikálu byla pak poprvé naměřena v laboratoři Waltra Gordyho, kde byl k tvorbě radikálu SO použit mikrovlnný výboj.[2,3] První rotační spektrum molekulárního iontu (konkrétně CO+ vyprodukovaného pomocí elektrického výboje) pak bylo změřeno v roce 1975 Dixonem a Woodsem.[2]

Spektroskopie Spektroskopie je metoda kvantitativní chemické analýzy, zkoumající experimentálně zjištěná spektra, poskytující bezkontaktně a nedestruktivně informace o zkoumané látce (složení, teplotě apod.). Spektrem rozumíme závislost intenzity absorpce či emise elektromagnetického záření na jeho vlnové délce. Každá látka tak vykazuje své specifické absorpční či emisní spektrum v určitém rozsahu hodnot vlnové délky elektromagnetického záření. Díky této znalosti můžeme, na základě srovnání parametrů jednotlivých změřených linií a linií charakteristických pro zkoumanou látku, určitou látku jednoznačně identifikovat.

Spektroskopické studie radikálů a látek, které nebyly nikdy dříve v dané oblasti spektra měřeny V případě látek, které v zájmové oblasti vlnových délek nebyly ještě nikdy dříve zkoumány, je situace mnohem složitější. První možnost, jak zjistit informace o neznámé molekule, je ab initio výpočet. Tento výpočet umožní přibližně simulovat spektrum neznámé spécie. Jako vstupní parametry se zadávají charakteristické fyzikálně-chemické vlastnosti molekuly vyplývající z počtu atomů, délky vazeb, symetrie molekuly, elektronegativity a spinové statistiky, výslednou informací je přibližná poloha a intenzita spektrálních linií. Následuje proměření takto zjištěné oblasti elektromagnetického spektra, jehož rozsah je omezen použitou technikou. V případě mikrovlnné spektroskopie se k identifikaci linií radikálů často využívá jejich paramagnetické chování v aplikovaném externím magnetickém poli.

28

Studium radikálů je mnohem složitější než studie stabilních molekul. Důvodem je jejich problematická tvorba v dostatečném množství pro jejich detekci. Jejich velká reaktivita to často znemožňuje. Abychom efektivně studovali radikály, potřebujeme velmi citlivou metodu s vysokým spektrálním rozlišením. Požadavek vysoké citlivosti je dán krátkou dobou života a nízkou koncentrací v porovnání s velkou koncentrací stabilních molekul. Vysoké rozlišení potřebujeme, abychom rozlišili slabé linie radikálů od silných linií prekurzoru nebo jiných stabilních molekul. K detekci radikálů se používá jak UV/VIS spektroskopie, tak MV spektroskopie a dále i IČ spektroskopie. V této práci se budeme zabývat pouze mikrovlnou spektroskopií.

Princip mikrovlnné (MW) spektroskopie Princip mikrovlnné spektroskopie spočívá v pohlcení elektromagnetického záření souvisejícím se změnou pouze rotačního pohybu molekuly, tzn. pouze se změnou rotačního, popř. spinového kvantového čísla molekuly. Tyto změny probíhají v rámci jednoho vibračního a jednoho elektronového stavu. Energie potřebná k rotaci molekuly je mnohem menší než energie nutná k rozvibrování molekuly či přechodu elektronů, a tudíž rotační spektra se nacházejí v mikrovlnné oblasti elektromagnetického spektra. Použití této metody je prakticky možné pouze v plynném stavu, jelikož v této fázi se mohou molekuly volně pohybovat a rotovat. V kondenzované fázi je rotační pohyb molekul omezen existencí molekulové mříže či intenzitou intermolekulárních vazeb. Další podmínkou k získání rotačního spektra molekuly je, aby molekula měla permanentní dipólový moment, umožňující elektrické složce pole mikrovlnného záření působit na točivý moment molekuly tak, že začne rotovat rychleji (excitace) nebo pomaleji (deexcitace či relaxace).

CS·+ kation-radikál změřený pomocí MW spektroskopie

S C Obrázek 1: Schéma radikálu CS·+

CS je první molekula, obsahující síru, která byla detekovaná ve Vesmíru. Na rozdíl od CS, nebyl kation radikál CS·+ ve Vesmíru nikdy nalezen, ačkoliv byla jeho existence již v minulosti predikována. Jedním z důvodů, který neumožňoval detekci radikálu CS·+, byla především absence v laboratoři určených experimentálních dat. Přestože byly spektra tohoto radikálu již v minulosti měřeny vibrační a elektronovou spektroskopií, neumožňovaly získané údaje detailní popis molekuly, a to především z důvodu použité metodiky měření, s níž souvisí i rozsah vlnových délek. Teprve až experiment uskutečněný v Laboratoři fyziky laserů, atomů a molekul (Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules, PhLAM), University Lile 1 ve Francii napomohl získat první rotační spektra tohoto radikálu v mikrovlnné oblasti, což umožnilo detailně popsat charakteristiky molekuly.[5]

29

Měřící soustava se skládala z laditelného mikrovlnného zdroje, absorpční cely a detektoru. Mikrovlnné záření bylo získané pomocí dvou BWO oscilátorů, emitujících záření od 418 do 622 GHz (Thomson C.S.F a Istok company). Dvoumetrová absorpční pyrexová kyveta byla vnořena do měděného solenoidu, sloužícího k vytvoření magnetického pole k identifikaci radikálu. Jako detektor byl použit heliem chlazený InSb bolometr (Q.M.C. Instruments). Chyba měření byla odhadnuta na méně než 50 kHz. Prekurzorem byla kapalina (CS2).

Doutnavý výboj

2 m dlouhá absorpční kyveta 2 m dlouhá absorpční cela

Schottkyho dioda

Lock-in amplifier PHASE-LOCK LOOP SYSTEM

Obrázek 2: Experimentální sestava

30

Obrázek 3: Jedno z naměřených rotačních spekter kation radikálu CS˙+

S využitím výše popsané metody MW spektroskopie bylo ve frekvenčním rozsahu 414 až 622 GHz identifikováno a změřeno devět rotačních přechodů CS˙+ radikálu. Celková analýza vycházející jak z dat naměřených v minulosti, tak z nově získaných, umožnila přesné určení hodnot rotační konstanty, centrifugálně-distorzní konstanty a konstanty jemného a hyperjemného štěpení. Přesně stanovené hodnoty konstant jsou následující: [5]

Rotační konstanta Centrifugálně-distorzní konstanta Rotačně – vibrační interakční konstanta

B0 = 25908.8650 (41) MHz D0 = 41.344 (18) kHz g0 = 597.629 (41) MHz

V závorkách jsou uvedeny nejistoty daného parametru v jednotkách posledních platných číslic.

Závěr Využití instrumentální metody vysoce rozlišené MW spektroskopie představuje v současné době efektivní způsob zkoumání rotačních přechodů molekul. Aplikace této metody při studiu kation radikálu CS˙+ poskytlo první přesné stanovení hodnoty rotační, centrifugálně distorzní a rotačně-vibrační interakční konstanty. Všechny tyto nově určené konstanty podstatnou měrou přispějí k predikci spekter tohoto radikálu ve spektrální oblasti pozemních submilimetrových a milimetrových teleskopů i HIFI instrumentů s vysokým rozlišením, využívaných při studiu Vesmíru. [5]

Summary The high resolution MW spectroscopy represents one of the most effective methods when studying rotational transitions of molecules. The application of this technique in spectroscopic studies of CS˙+ radical allowed the determination of precise values of rotational constant, centrifugal distortion constant and rotational – vibrational interaction

31

constant for the first time. The determined constants consequently allow an accurate prediction of the CS˙+ radical spectra within the whole spectral region of spectrally resolved submillimeter-wave and millimetre-wave telescopes as well as HIFI instruments employed for studies of the Universe.

Literatura [1] [2]

[3]

[4] [5]

Herzberg G.: The Spectra and Structure of Simple Free Radicals, Dover Publica-tions, Inc., New York, 1971 R. Kewley, M. Winnewisser, K. V. L. N. Sastry, W. Gordy, Millimeter Wave Spectroscopy of Unstable Molecular Species 1. Carbon Monisulfide, J. Chem. Phys. 39, 2856 (1963) M. Winnewisser, K. V. L. N. Sastry, R. L. Cook, W. Gordy, Millimeter Wave spetroscopy of Unstable Molecular Species 2. Sulfur Monoxide, J. Chem. Phys. 41, 1687 (1964) T. A. Dixon, R. C. Woods, Microwave – absorption Spectrum of CO+ Ion, Phys. Rev Lett. 34, 61-63 (1975) Stéphane Bailleux, Adam Walters, Eva Grigorová, and Laurent Margulès. The Submillimeter-Wave Spectrum of the CS+ Radical Ion. The Astrophysical Journal. 679:1, 920-924, (2008)

Poděkování Tato práce byla podpořena vzájemnou spolupráci mezi VŠB-TU Ostrava a ÚFCH JH AV-ČR v. v. i. a PhLAM Universite de Lille 1 a dále byla podpořena MŽP ČR (číslo projektu SPII 1a10 45/07). E.G. děkuje za finanční podporu "QUASAAR" (QUAntitative Spectroscopy for Atmospheric and Astrophysical Research) - Marie Curie Research Training Network a Fakultě Bezpečnostního inženýrství, VŠB-TU Ostrava za finanční podporu formou IGS (030/2101/BI0309021).

32

Daniel MARŠÁLEK1, Radomír ŠČUREK2 KOMPLEXNÍ HODNOCENÍ BEZPEČNOSTI OBJEKTU CIVILNÍHO LETIŠTĚ Abstrakt Předkládaný text popisuje způsoby zajišťování bezpečnosti civilní letecké dopravy a její ochrany před protiprávními činy. Nezaměřuje se pouze na ochranu letištní infrastruktury, ale řeší také hodnocení bezpečnostních rizik státními orgány a dalšími institucemi. Následně popisuje ochranu jednotlivých prvků, které mají za úkol zamezit vzniku protiprávního činu na letišti. Jedná se především o zajištění ochrany veřejného a neveřejného prostoru a vyhrazeného bezpečnostního prostoru letiště a systém zajištění vstupů do těchto prostorů.

Klíčová slova: bezpečnost, letecká doprava, protiprávní čin, letištní infrastruktura, veřejný prostor, neveřejný prostor, vyhrazený bezpečnostní prostor, režim vstupu, bezpečnostní kontrola, hodnocení bezpečnostních rizik Abstract The submitted text describes the methods to provide civil aviation security and unlawful act protection. Text is not focused only to security of airport infrastructure, but it solves security risk assessment by state authorities and other institutions too. Consequently the text descibes protection of single elements, which are tasked obstruct to rise unlawful act in the airport. First it is indemnity landside and airsaide protection and security restricted area protection and system of admittance to these areas.

Key words: security, civil aviation, unlawful act, airport infrastructure, landside, airside, security restricted area, system of admittance, security check, secuirty risk assessment Úvod Ochranu objektu letiště a civilní letecké dopravy obecně vytváří komplex konkrétních bezpečnostních opatření a postupů, které jednak plní preventivní úlohu, jednak umožňují operativní reakci na případný protiprávní čin. Při koncipování bezpečnostních opatření je však třeba brát v úvahu také požadavek na zachování důležité přednosti letecké dopravy, kterou je rychlost. Proto platí princip, že bezpečnostní opatření nemohou nad nezbytnou míru omezovat rychlost a plynulost odbavení cestujících a jejich zavazadel. Většina z níže popsaných postupů vychází ze standardů formulovaných buď v Příloze 17 k Úmluvě o mezinárodním civilním letectví nebo v Bezpečnostním manuálu ochrany civilního letectví před protiprávními činy organizace ICAO (Doc 8973). Ochranou letištní infrastruktury se nerozumí jen činnost bezpečnostních složek státu či provozovatele letiště přímo v letištních terminálech. Procesy zajišťující bezpečnost civilního letectví před protiprávními činy začínají ještě daleko před branami letiště. Tím prvním

1 2

Ing., Letiště Praha, a.s., K Letišti 6/1019, 160 08 Praha 6, e-mail: [email protected] doc. Mgr. Ing., Ph.D., VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostního managementu, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected]

33

bezpečnostním procesem je bezpochyby hodnocení aktuálních hrozeb, zpravodajské zabezpečení a následná situační analýza. Základním principem koncipování bezpečnostních opatření v oblasti ochrany civilního letectví před protiprávními činy by v každém státě mělo být průběžné vyhodnocování bezpečnostních hrozeb a přizpůsobování úrovně bezpečnostních opatření aktuálním hrozbám. Tento požadavek je ostatně formulován i na několika místech Přílohy 17 k Úmluvě o mezinárodním civilním letectví, asi nejpregnantněji v článku 3.1.3, kde se říká, že „každý členský stát bude průběžně vyhodnocovat úroveň hrozeb pro civilní letectví na svém území a příjme a zavede takové pravidla a postupy, které budou založeny na hodnocení bezpečnostních rizik prováděné příslušnými národními úřady“.

Hodnocení bezpečnostních hrozeb Hodnocení bezpečnostních hrozeb pro civilní letectví by mělo být prováděno u všech subjektů angažovaných v oblasti ochrany civilního letectví, ať již jde o státní orgány nebo o soukromé subjekty. Hodnocení úrovně rizika pro civilní letectví nemusí v daném státě vždy provádět úřad odpovědný za bezpečnost civilního letectví, tato úloha může být svěřena jinému úřadu, jako například zpravodajské službě nebo vojenským složkám. V bezpečnostním manuálu ICAO jsou přesně popsány způsoby hodnocení hrozeb, včetně vyhodnocení matic, které na základě přidělení jednotlivým rizikovým faktorům umožňují určení celkové míry rizika pro danou zemi. Mezi tyto faktory Bezpečnostní manuál zařazuje: • přítomnost extrémistických skupin, které se mohou dopustit útoku na leteckou dopravu, • výskyt útoků na leteckou dopravu v minulosti, • vnitřní nepokoje v zemi, nepříznivá ekonomická situace či objem letecké přepravy a tranzit rizikových letů. Vyhodnocením rizik teroristického útoku proti zájmům České republiky, a tudíž i ohrožením vztahu k letištím se zabývají především zpravodajské služby (zvláště Bezpečnostní informační služba BIS), Policie České republiky a Ministerstvo vnitra ČR. Zástupci těchto subjektů jsou angažováni především ve dvou pracovních skupinách, Společné zpravodajské skupině při Úřadu vlády České republiky a Meziresortní komisi pro bezpečnost civilního letectví. Kromě zmíněných pracovních skupin samozřejmě provádějí analýzu bezpečnostních rizik jednotliví provozovatelé letišť, letečtí dopravci a další právnické osoby zúčastněné na civilním letectví. Zástupci zpravodajských služeb, Ministerstva vnitra ČR, Policie České republiky, Ministerstva zahraničních věcí a bezpečnostní sekce Úřadu vlády se pravidelně setkávají v rámci jednání Společné zpravodajské skupiny na Úřadu vlády České republiky. Tato skupina hraje zásadní úlohu při vyhodnocování rizik a koordinaci opatření pro prevenci terorizmu. V rámci skupiny je projednávaná i problematika ochrany civilního letectví před protiprávními činy. Při analýze rizik hraje významnou úlohu také Mezirezortní komise pro bezpečnost civilního letectví. Jejími členy jsou zástupci odboru civilního letectví Ministerstva dopravy ČR, Ministerstva vnitra ČR, Ministerstva zahraničních věcí ČR, Ministerstva financí ČR – Generálního ředitelství cel a odboru vojenského letectví Ministerstva obrany ČR. Mezirezortní komise může na základě zjištěných hrozeb formulovat doporučení, případně na základě jí poskytnutých informací může Ministerstvo dopravy ČR vydat opatření k zajištění bezpečnosti letecké dopravy.

34

Na lokální úrovni jsou pak nejdůležitějšími orgány, které se podílejí na hodnocení rizik, letištní výbory pro bezpečnost, které jsou provozovatelem letiště zřizovány na každém mezinárodním letišti a dalších letištích, u kterých to určí Úřad pro civilní letectví. Letištní výbory pro bezpečnost se na většině letišť dle platných předpisů musejí scházet alespoň čtyřikrát ročně. Předsedou je ředitel nebo jím pověřený zástupce, mezi další členy výboru jsou zástupci Policie ČR, příslušného celního úřadu a dalších společností působících na letišti. Vyhodnocování bezpečnostní rizik a přizpůsobování vlastních bezpečnostních opatření si kromě toho provádí každý ze subjektů působících v letecké dopravě sám. Některé z těchto subjektů mají v rámci organizace silnější či slabší bezpečnostní útvary, jiné pověřují zpracováním bezpečnostní dokumentace a samotným výkonem bezpečnosti externí subjekty. Na základě kompetencí v rámci Mezirezortní komise pro bezpečnost civilního letectví dále přispívá k analýze rizik svými informacemi také odbor bezpečnostní politiky Ministerstva vnitra ČR. Odbor jednak připravil pro subjekty s přístupem k intranetu Ministerstva vnitra ČR, tedy především pro Policii ČR, zabezpečené internetové stránky věnované bezpečnosti civilního letectví. Kromě toho informační nástroje poskytuje odbor bezpečnostní politiky i mimo resortním subjektům pravidelné měsíční situační zprávy o dění v oblasti civilního letectví vždy zpětně za uplynulý měsíc. Tyto zprávy jsou poskytovány členům Meziresortní komise pro bezpečnost civilního letectví, řadě subjektů v rámci působnosti Ministerstva vnitra ČR, zpravodajským službám, provozovatelům mezinárodních letišť, Aeroklubu České republiky a Letecké amatérské asociaci a dalším. Riziko zneužití civilního letectví k protiprávnímu činu je však potřeba hledat i blíže zájmovým objektům, například přímo v okolí perimetru letiště. Z tohoto důvodu je vhodné zajistit ochranu širšího okolí perimetru. Tím se rozumí bezpečnostní opatření přijímána v pásmu přibližně do 7,5 km od prahu vzletové a přistávací dráhy letiště. Tato ochrana není povinným bezpečnostním prvkem, který by byl striktně upraven v mezinárodních či národních normách. Přesto je tento způsob ochrany předmětem zájmu bezpečnostních složek, zejména s ohledem na existující riziko teroristického útoku ručními raketovými střelami (MANPADS) proti letadlům. Nedávné případy z evropských zemí (např. informace o událostech ve Francii nebo Nizozemí, kde byli zatčeni extrémisté, kteří podobný útok připravovali), svědčí o tom, že tento útok je v dnešní době možný i v evropských zemích. Zkušenosti z USA navíc ukazují, že riziko pro přistávací a odlétající letadla může představovat také namíření laserového paprsku do kokpitu letadla s cílem oslnit piloty a narušit přistávací či vzletový manévr. Ochranu širšího okolí perimetru musejí realizovat zejména státní bezpečnostní složky, zpravidla místní policie. V úvahu přichází zejména hlídková činnost. S ohledem na velký prostor a zpravidla také nedostatek bezpečnostního personálu se jeví vhodné vytipovat k monitoringu především ta místa, která jsou k uskutečnění možného útoku nejvhodnější, a používat technické prostředky, jako je termovize či přístroje pro noční vidění. Hlavním kritériem pro vyhodnocení místa jako rizikového jsou především tyto faktory: • místo není přehledné z míst s větším pohybem osob; • místo není pokryto kamerovým systémem (CCTV); • letadla jsou nad daným místem v takové výšce, ve které je možné je zasáhnout; • místo je snadno přístupné a poskytuje dobrý výhled na přistávací nebo odlétající letadla. Pro plánování efektivní hlídkové činnosti má význam i vyhodnocení provozu v denní době a způsoby přidělování slotů jednotlivým letům. Pro přípravu bezpečnostních opatření

35

mají velký význam také hodnocení nejrizikovějších letů, za které jsou zpravidla považovány lety izraelských, amerických a britských leteckých společností. ICAO při plánování bezpečnostních opatření v širším okolí perimetru dále doporučuje využívat veřejnost, která se v daných rizikových místech pohybuje z důvodu výkonu své práce nebo proto, že zde bydlí nebo zde tráví svůj volný čas. Veřejnost musí být informována o možných hrozbách a současně by měla mít k dispozici kontakty, na které je možno včas oznámit poznatky o podezřelých aktivitách. V České republice se v minulých letech uskutečnily dva průzkumy orientované na zjištění rizikových míst z hlediska možného útoku MANPADS proti letecké dopravě v okolí letiště Praha – Ruzyně. Jedno z těchto hodnocení zpracovávají zástupci Izraelské bezpečnostní agentury ve spolupráci s leteckou společností El Al. Zatím poslední vyhodnocení rizikových míst v okolí letiště Praha – Ruzyně pak provedli zástupci amerického Úřadu pro bezpečnost dopravy (TSA). Důvodem pro průzkum ze strany izraelských bezpečnostních složek byl především nález střely ručního protitankového granátu v blízkosti pražského ruzyňského letiště v říjnu roku 2001. Následně za ochranou nejbližšího okolí letiště následuje ochrana samotného perimetru. Perimetrická ochrana letiště je jednou z nejdůležitějších bariér, která by měla zabránit nepovolaným osobám v průniku do prostoru letiště, a tím i umožnit přístup k letadlům. Vedle technických a projektových požadavků na tuto zábranu se jeví jako velice důležitý prvek úprava a celková situace kolem perimetru, jeho dobrá přehlednost, pokud možno z jednoho místa běžným pozorováním nebo i systémem jiné elektronické ochrany jako například průmyslovou televizí, případně signalizačním zařízením (mikrovlnné bariéry, otřesová čidla, pohybové senzory, případně kombinací těchto prvků). Všechny způsoby signalizace a zajištění musejí umožňovat velice rychlý zásah bezpečnostních orgánů, aby nepovolaná osoba byla paralyzována již v okamžiku, kdy perimetr překonala, nebo nejlépe když se o to aktivně pokouší. Bezpečnostní perimetr neslouží k vytýčení majetku provozovatele letiště, ale k zajištění bezpečnosti a ke zjištění průniku nebo pokusu o průnik do zóny, která je kritická pro případně dále vedený útok. Perimetrická ochrana musí být přehledná, aby narušitel mohl být sledován již ve fázi přibližování, neměla by kopírovat jen hranice pozemků, ale měla by být účelově projektována k ochraně civilního letectví před protiprávními činy a všechna místa perimetru by měla být v krátké době dosažitelná. Z hlediska prevence je potřeba udržovat pořádek a bezpečnost na letištích také na hranici veřejného/neveřejného prostoru a vyhrazeného bezpečnostního prostoru. Veřejnou části letiště (landside) se rozumí ta, do které není přístup žádným způsobem kontrolován, může být však monitorován. Neveřejnou části letiště (airside) je pak veškerý prostor, který není veřejný. Ke vstupu do tohoto prostoru je už zapotřebí identifikace dané osoby. Tu provádí nejčastěji ID kartou prostřednictvím elektronických čteček karet. Veřejná i neveřejná část letiště by měla být neustále pod dohledem police nebo bezpečnostního personálu letiště, a to jak uniformovaného, tak i neuniformovaného. Pokud je pro dohled nad prostorami letiště využíván kamerový systém, měla by na jeho použití zřetelně upozorňovat označení. Místa a objekty, které mohou sloužit k úkrytu výbušnin nebo jiných nebezpečných předmětů, jako jsou toalety, schodiště či odpadkové koše, by měly umožnit snadnou kontrolu a měly by být i pravidelně prověřovány na přítomnost těchto nebezpečných předmětů. Veřejně přístupné prostory, které jsou buď přímo určeny jako vyhlídkové terasy pro veřejnost, nebo umožňují získat přehled nad letadly odstavenými na ploše nebo nad

36

procesy odbavení, by měly být pod zvláštní kontrolou, zejména přístup do těchto prostorů by měl být kontrolován nebo by celý prostor měl být pod fyzickým dohledem hlídek. Prostor by dále měl být ohraničen a neumožňovat neoprávněné vniknutí nebo vhození předmětů do vyhrazených bezpečnostních prostorů letiště nebo na letadla. Také by měl být nastaven systém, který umožní uzavření těchto prostorů pro veřejnost, pokud je to zapotřebí. Měla by být přijata taková opatření, která zabrání veřejnosti z nekontrolovaných míst pozorovat dění na odbavovacích přepážkách, průběh bezpečnostních kontrol osob nebo zavazadel a postupy nakládky a vykládky letadel. Vyhrazené bezpečnostní prostory letiště (Security Restrictid Area) jsou ty části neveřejného prostoru, do nichž je vstup kontrolován za účelem ochrany civilního letectví před protiprávními činy. Kontrolou se zde rozumí identifikace a bezpečnostní kontrola dané osoby. Tyto prostory zpravidla zahrnují veškeré prostory mezi místem, kde se provádí bezpečnostní kontrola a letadlem. Vyhrazené bezpečnostní prostory by měly být vymezeny takovým způsobem, aby je mohl dostupný bezpečnostní personál na daném letišti efektivně chránit. I když by se na první pohled mohlo zdát, že nejsprávnější by bylo stanovení celého objektu letiště jako vyhrazeného bezpečnostního prostoru, a tím se minimalizovali možnosti provedení protiprávního činu, ve skutečnosti by takový přístup znamenal spíše oslabení bezpečnosti, neboť žádné letiště nemá takové kapacity (finanční a personální), které by umožnily efektivní kontrolu takto rozsáhlého prostoru. Navíc v maximalistickém pojetí by tyto prostory zahrnovali i oblasti, které není třeba chránit, neboť se v nich neprovádějí žádné činnosti, jejich narušením by došlo k ohrožení civilního letectví. Vyhrazené prostory by tedy měly být nastaveny tak, aby umožňovaly efektivní kontrolu nejzranitelnějších míst. Další stupně kontroly nebo přísněji kontrolované zóny je možné nastavit například při odbavení konkrétního letu nebo celé skupiny rizikových letů. Po střežení hranice jednotlivých prostorů je samozřejmě zapotřebí zajistit také systém kontroly vstupu do těchto prostorů. Vstup do vyhrazených bezpečnostních prostorů letiště musí být striktně kontrolován. Vstupní místa by měla být redukována na minimum a každé z těchto míst by mělo mít patřičné zázemí pro provádění vstupní kontroly nebo být uzamčeno. Přístup do vyhrazených prostorů by měl být umožněn pouze těm osobám, které vstup potřebují na základě svého pracovního zařazení. Pokud jsou vyhrazené bezpečnostní prostory určovány flexibilně pouze pro případ potřeby, musejí být před každým uvedením do provozu důkladně prohledány. Cestující by se měli před vstupem do vyhrazeného bezpečnostního prostoru prokázat platnou letenkou a palubní vstupenkou spolu se státem vydaných průkazem totožnosti. Veřejnost nesmí mít volný přístup do neveřejných prostorů letiště nebo vyhrazených bezpečnostních prostorů, aby se zde například při východu z letadla mohla setkat se svými blízkými. Všichni cestující a jejich zavazadla nebo jiné předměty, které mají u sebe, musejí být před vstupem do vyhrazených bezpečnostních prostorů podrobeny bezpečnostní kontrole. Veškeré dveře, schodiště a nástupní mosty pro cestující, které umožňují přístup na odbavovací plochu nebo do letadel, musí být uzamčeny, pokud nejsou využívány. Dveře, které nejsou běžně používány, jako jsou nouzové východy, a které nejsou pod stálým dozorem, by měly být vybaveny zvukovým nebo vizuálním alarmem, jehož signál je přenášen do kontrolní místnosti, jako je například operační středisko letiště. Použití rozbitné (skleněné nebo plastové) ochrany nouzových tlačítek působí preventivně proti jejich možnému zneužití. Pro prevenci protiprávních činů je důležitá také ochrana cestovních dokumentů, neboť s nimi se nepovolané osoby mohou snadněji dostat do neveřejných prostor letiště. Prodejní kanceláře leteckých společností a přepážky check-in by měly být navrženy tak,

37

aby neumožnili nepovolaným osobám volný přístup k dokladům, jako jsou letenky, palubní vstupenky, transferová dokumentace nebo zavazadlové lístky. Vedle check-inů je nutno věnovat pozornost i pásovým dopravníkům, které zajišťují transport zavazadel do třídírny. Ty by měly být chráněny proti vstupu nepovolané osoby a před případným vložením nebezpečného předmětu do zavazadla. Každá infrastruktura obsahuje i citlivé části. Ta letištní není výjimkou. Za citlivou část letiště můžeme považovat zařízení na letišti nebo s přímou vazbou na letiště, jejichž poškození nebo zničení vážně omezí provoz letiště. Může jít o kontrolní věž, rozvodny komunikačních nebo navigačních zařízení, zdroje energie, sklady paliva, ať se již nacházejí přímo na letišti nebo v jeho okolí. Pokud tato zařízení nemohou být zabezpečována fyzickou ochranou a kontrolou vstupu, měl by být nastaven systém časté kontroly techniky údržby těchto zařízení nebo bezpečnostním personálem. Pokud je vstup do těchto prostorů fyzicky střežen personálem, je třeba, aby se každý, kdo do prostorů vstupuje, prokázal platnou identifikační kartou.

Závěr Závěrem je potřeba říct, že cílem tohoto článku není popisovat konkrétní postupy na letištích ani konkrétní bezpečnostní procesy k ochraně civilního letectví před protiprávními činy. Předmětem článku je komplexní pohled na ochranu civilního letectví průřezem jednotlivých stupňů ochrany a návaznosti jednotlivých procesů.

Literatura [1] [2]

[3]

KULČÁK, L., KERNER, L., SYKORY, V.: Provozní aspekty letišť, ČVUT Praha, Dopravní fakulta, skripto, 1. vydání, 2003, ISBN 80–01-02841–0. ŠČUREK, R.: Nové technické prostředky k usměrnění davu a k zajištění ochrany veřejného pořádku ve shromažďovacích centrech. In Sborník přednášek mezinárodní konference Požární ochrana 2004, Ostrava, VŠB-TUO, SPBI a HZS Moravskoslezského kraje, 14. – 15. 9. 2004, ISBN 80–86634-39–6. ŠČUREK, R.: Stanovení rizik a zajištění bezpečnosti letiště před protiprávními činy. Habilitační práce, FBI VŠB-TU, Ostrava, 2008.

38

Peter POLAKOVIČ1, Miloš KVARČÁK2 OPTIMALIZÁCIA VÝCVIKOVÝCH PODMIENOK HASIČOV, V SÚČASNÝCH ZLOŽITÝCH PODMIENKACH AGLOMERÁCIE OPTIMALIZATION OF TRAINING CONDITIONS OF FIREMEN, IN NOWADAYS OF AGLOMERATION

Abstrakt Autori sa vo svojom príspevku zaoberajú analýzou zásahovej činnosti hasičov v zložitých podmienkach aglomerácie z pohľadu používania technických prostriedkov a ich pripravenosti. Navrhujú špecifické riešenie v podobe zostrojenia komplexného testu, prostredníctvom ktorého bude možné po vykonanej štandardizácii lepšie overiť pripravenosť hasičov do zásahu. Test bude v prvom rade slúžiť na preverenie komplexnej pripravenosti hasičov v zásahu do výškových budov. Test sa štandardizuje na súbore hasičov krajín Višegrádskej štvorky. Uvedená problematika je riešením grantovej výskumnej úlohy VEGA MŠ SR č. 1/0713/08 v spolupráci krajín V -4.

Abstract Authors deal in their articles with analysis of rescue actions of firemen in difficult conditions of agglomeration from the point of view of using of technical means and their preparedness. They suggest specific solution like the complex test, due to it will be possible after doing the standardization to verify better firemen ´s preparedness into rescue action. Firstly the test will be the focus on verifying of the firemen ´s preparedness in rescue action if high buildings. Test is standardized on the unit of firemen of countries of V – 4. This problematic is solution of grant research task of VEGA MŠ SR no. 1/0713/08 with cooperation of countries of V -4.

Problematika Motorika človeka predstavuje súhrn jeho pohybových predpokladov a prejavov, ktoré zahrňujú priebeh a výsledok pohybovej činnosti (Kasa, 1995). Motorická činnosť je cieľavedomý a systematický proces, ktorý je riadený centrálnou nervovou sústavou (CNS) a uskutočňuje sa v interakcii medzi človekom a okolím za pomoci pohybového aparátu. Jedna z vedeckých disciplín – antropomotorika skúma vzťah medzi pohybovými vlastnosťami, pohybovými schopnosťami a pohybovými zručnosťami na jednej strane a motorickou výkonnosťou na strane druhej, ktorej veľkosť meriame motorickými testami. Testové výsledky nám vyjadrujú mieru motorickej výkonnosti. Prácu hasičov môžeme považovať za mimoriadne náročnú z pohľadu pohybovej výkonnosti. Činnosť v zásahu je charakterizovaná tým, že hasiči sú mnohokrát pod tlakom vysokého až hraničného telesného a psychického zaťaženia. Uvedená činnosť kladie na hasičov mimoriadne požiadavky na telesnú zdatnosť. Našim cieľom bolo skonštruovať –

1

2

PaedDr., PhD., Technická univerzita vo Zvolene, Ústav telesnej výchovy a športu, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, Slovenská republika, e-mail: [email protected] doc. Dr. Ing., VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra požární ochrany a ochrany obyvatelstva, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected]

39

zostaviť test- pohybový reťazec, ktorým budeme môcť testovať pripravenosť hasičov do zásahu. Pod pojmom aglomerácia v súvislosti s urbanistickou geografiou, rozumieme mestskú zástavbu zo svojim okolím, predmestiami, prípadne viacerými zastavanými celkami do jednej plochy. V súvislosti so stavebnou zložitosťou súčasných veľkých stavebných celkov, môžeme konštatovať, že zásahová činnosť hasičov v prípade rôznych havárií, či požiarov je v uvedenom prostredí čím ďalej zložitejšia a vyžaduje vysokú pripravenosť hasičov. V spojitosti so zásahovou činnosťou hasičov v náročných podmienkach zástavby, sme sa zamerali na motorický prejav hasičov pri požiaroch vo výškových budovách. Medzi negatívne faktory, ktoré zvyšujú hrozbu, negatívne ovplyvňujú samotnú záchranu a predlžujú čas záchrany patria : - vysoká teplota požiaru, - vysoká vlhkosť spôsobená vodnou parou, - zadymené prostredie, - možná prítomnosť toxických látok, - vysoká hmotnosť používaných technických prostriedkov pri záchrane, - extrémne podmienky v zasahovanom prostredí (výstupy do veľkých výšok, komplikované zásahy v technologických celkách, - prekonávanie prekážok (preliezanie tesných priestorov, pohyb v káblových kanáloch a pod.). Podobne by sme mohli vymenovať veľké množstvo ďalších pracovných činností v konkrétnych priestoroch, ktorých riziká negatívne ovplyvňujú proces záchrany. Všetky pracovné činnosti vyžadujú od hasičov neustále vysokú pohybovú výkonnosť vzhľadom k tomu, že žiadna záchranná situácia sa nedá dopredu naplánovať, ale prichádza náhle a neočakávane. Súčasné legislatívne podmienky v hasičskom záchrannom zbore nariaďujú hasičom každoročne preverovať ich pohybovú výkonnosť prostredníctvom diagnostických prostriedkov – motorických testov. Motorické testy odhaľujú stav pohybovej výkonnosti hasičov v oblasti kondičnej a koordinačnej pripravenosti (rýchlostných, vytrvalostných, silových, koordinačných pohybových schopností). Motorické testy musia spĺňať základné požiadavky, medzi ktoré patria: - validita – schopnosť testu merať požadovanú pohybovú schopnosť resp. zručnosť, - spoľahlivosť (reliabilita) – vypovedá o presnosti testu, vyjadruje veľkosť chýb. Za štandardizované motorické testy môžeme považovať také motorické testy, ktoré majú vysokú validitu, spoľahlivosť a majú presne stanovené podmienky, to znamená materiál, zameranie, presný, rigorózny popis testu. Štandardizácia motorického testu je časovo a organizačne veľmi náročná, dáva však spätnú väzbu o kvalite vykonávaného procesu telesnej prípravy hasičov. Je potrebné, aby testovaní hasiči boli dobre zoznámení s vykonaním testu a poznali všetky informácie týkajúce sa testu. Vývoj technických prostriedkov, zachraňovanie osôb v čím ďalej náročnejších situáciách a podmienkach, ukazujú na neustálu potrebu zvyšovania celkovej pripravenosti hasičov. Nami overené poznatky zo zahraničia pri príprave hasičov a overovanie ich pohybovej výkonnosti poukazujú na potrebu prípravy a doplnenie diagnostických prostriedkov, ktoré budú mať charakter najčastejších pracovných činností hasičov pri zásahu.

40

Len takéto diagnostické prostriedky, odhalia stupeň kondičnej a koordinačnej pripravenosti a zároveň stupeň pohybových zručností v práci s technickými prostriedkami. Ako sme už v úvode spomínali, uvedená problematika je riešením výskumnej grantovej úlohy VEGA MŠ SR č. 1/0713/08 na ktorej spolupracuje : - Prezídium HaZZ MV SR, - TU VŠB FBI Ostrava, - HZS MSK Ostrava, - SGSP Varšava, - TU vo Zvolene, - Hasičská brigáda Budapešť.

Cieľ, úlohy práce Cieľom našej výskumnej práce bolo: - zostrojiť nový špecifický motorický test, ktorý bude slúžiť k zisťovaniu pripravenosti hasičov v zásahu do výškových budov, - vykonať jeho štandardizáciu, - aplikovať ho v podmienkach výcviku hasičov v krajinách V-4. Úlohy: - identifikovať najcharakteristickejšie pracovné činnosti, ktoré vykonávajú hasiči počas zásahovej činnosti, - určiť zastúpenie pohybových kondičných aj koordinačných schopností v jednotlivých pracovných činnostiach, z určením dominancie pohybovej schopnosti, - vytvoriť z najcharakteristickejších činností pohybový reťazec, ktorý bude kopírovať sled pracovných činností pri zásahu, - vytvoriť súbory hasičov v jednotlivých krajinách V-4, - pripraviť materiálne podmienky pre testovanie, - zjednotiť výstroj hasičov, - vykonať presný popis činností v teste, s ktorými zoznámiť všetky testované súbory hasičov, - vykonať inštruktáž koordinátorov v krajinách V-4, ktorí participujú na riešení úlohy.

Metodika Štandardizácia nových diagnostických prostriedkov si vyžaduje náročné požiadavky na štatistické postupy, veľké množstvo nameraných údajov – otestovanie veľkého množstva osôb. Vedúci riešiteľ výskumnej grantovej úlohy VEGA MŠ SR č. 1/0713/08 vybral za pilotné pracoviská pre realizáciu štandardizácie nového motorického testu štyri nasledovné subjekty : - Szkola Glowna služby požarniczej Warszawa, - Hasičská brigáda Budapešť, - Hasičský záchranný zbor Moravskosliezskeho kraja Ostrava, - Okresné riaditeľstvo hasičského záchranného zboru Poprad. V súvislosti so zostrojením nového diagnostického prostriedku – motorického testu sme hľadali také jednoduché technické zabezpečenie a technické prostriedky, ktoré nebudú

41

vyžadovať vysoký finančný náklad a budú sa môcť bez problémov aplikovať v prirodzených podmienkach hasičských staníc.

Charakteristika a popis testu Tento test je modelovaný pre zásah do výškových budov, kde za súčasnej likvidácie požiaru prebieha záchrana osôb. Do testu sme zakomponovali tieto fázy zásahu: - prieskum – miesta zásahu (chôdza – obhliadka objektu – príprava hadicového dopravného systému) – disciplína č. 1 z testu, - bojové rozvinutie – disciplína č. 2 – (výstup po schodoch, vynášanie technických prostriedkov a ťahanie hadicového dopravného vedenia), - zásah – (disciplína č. 3) – záchrana osob, - sekundárny prieskum – (disciplína č. 4), prehľadanie priestorov.

Popis testu Tak ako sme už v predchádzajúcej časti uviedli, test pozostáva z pracovných činností, ktoré hasiči vykonávajú v príprave a priebehu zásahu. Je skonštruovaný zo 4 častí - disciplín. Hasiči realizujú uvedený test v plnom výstroji, tak ako chodia do zásahovej činnosti. Hmotnosť výstroja predstavuje 22 kg. (pozri Tabuľka 1).

42

Tabuľka 1: Nevyhnutný výstroj a výzbroj hasiča záchranára do zásahovej činnosti Výstroj – výzbroj Prilba RDST Rukavice Maska DT Lampa do prilby Kabát Nohavice Ranger – obuv HAIX - obuv Lampa megalite Kufrík s termokamerou Nutné doplnky RDST Rukavice Lampa Hmotnostné rozmedzie Minimum Doplnky Prilba Nohavice + kabát Topánky HAIX DT + maska

Pozn.

veliteľ veliteľ

Hmotnosť (g) 1400 450 300 - 350 750 150 - 200 1950 - 2000 1450 - 1500 1900 - 1950 2700 800 5500

Pozn. Drager

Drager

450 300 - 350 150 - 200

900 1300 3400 2700 11400 19700

Drager PG 90

Okrem disciplíny č. 1, v ďalších troch vykonávajú hasiči činnosť v maske a dýchajú prostredníctvom dýchacieho prístroja. Po skončení každej disciplíny sa zaznamenáva dosiahnutý medzičas a hasič má 1 minútu na prestávku, počas ktorej sa presúva k realizácii ďalšej disciplíny. Meriame dosiahnuté časy v jednotlivých disciplínach, ale i celkový čas po ukončení činnosti. Vykonávanie pohybovej činnosti v maske v uvedenom teste (okrem disciplíny č. 1) je z dôvodu možného výskytu zadymenia, prítomnosti toxických látok. Rozmiestnenie jednotlivých disciplín musí byť tak, aby vzdialenosť medzi jednotlivými disciplínami nebola väčšia ako 10 m, z dôvodu minimalizovania chôdze medzi disciplínami. Intenzita pohybovej činnosti hasičov pri vykonávaní testu je submaximálna. Dĺžka trvania zásahovej činnosti, z pohľadu času, môže mať trvanie od niekoľkých minút až po hodiny ba až niekoľko dní. My sme sa rozhodli, že do testu zakomponujeme pracovné činnosti, ktorých samotný charakter vyžaduje od hasičov, aby ich vykonávali s vysokou intenzitou. Jedná sa o činnosti (obhliadka objektu, vytvorenie hadicového systému, záchrana osôb, sekundárny prieskum), ktoré hasiči vykonávajú v zmiešanom anaeróbno-aeróbnom energetickom režime krytia energetických nárokov na uvedené pracovné činnosti.

43

Popis jednotlivých disciplín Disciplína č. 1 Predstavuje v skutočnosti obhliadku objektu, v ktorom majú hasiči vykonávať zásah, prípravu na rozvinutie a spojenie hadicového dopravného systému. Činnosť: hasič štartuje na povel štart, na dráhe o dĺžke 25 m z jedného konca na druhý a jednotlivo prenáša 1x hadicu C, 1x hadicu B, 1x rozdeľovač, 1x prúdnicu. Na konci posledného úseku, po prenesení všetkých 4 častí hadicového systému spája: - rozdeľovač s hadicou B, - prúdnicu s hadicou C, (spolu absolvuje 8 x 25m = 200m). Po skončení prvej disciplíny si hasič pri presune počas 1 minútovej prestávky nasadzuje masku, vzhľadom k tomu, že ďalšie tri disciplíny absolvuje s maskou nasadenou na tvári, pričom dýcha vzduch z dýchacieho prístroja.

Disciplína č. 2 Predstavuje v skutočnosti ďalšie vynášanie prostriedkami po schodoch do výškovej budovy.

košov

z hadicami

a technickými

Činnosť: na povel štart, hasič vystupuje a zostupuje na steper ( schod ) o výške 0,25 m, šírke 0,40 m, dĺžke 1m ktorý predstavuje simulovanú činnosť na schodišti budovy. V obidvoch rukách nesie 2 kanistre, každý o hmotnosti 20 kg. Obidva kanistre sú naplnené pieskom. Časomerač hasičovi počíta počet dosiahnutých opakovaných výstupov a zostupov na steperi. Hasič v tejto disciplíne vystupuje a zostupuje 40 x na steper s uvedenou záťažou, pričom (1 opakovanie – výstup obomi nohami zo zeme na steper a zostup obomi nohami zo steperu na zem ). Po poslednom opakovaní odkladá kanistre na vyznačené miesto.

Disciplína č. 3 Predstavuje záchranu a evakuáciu zranených osôb z miesta požiaru na bezpečné siesto. Činnosť: hasič na povel štart prenáša jednotlivo 4 vrecia, ktoré každé je naplnené pieskom o hmotnosti 40 kg. Vrece musí niesť, nie vliecť. Vrecia prenáša na vzdialenosti 10 m z jedného konca na druhý.

Disciplína č. 4 Predstavuje sekundárny prieskum vyhľadávania zranených osôb. Činnosť: hasič na povel štart uchopí do rúk kanister o hmotnosti 5 kg, ktorý v skutočnosti prestavuje termokameru a prekonáva prekážky, ktoré predstavujú (bránky o výške 0,6 m, šírke 1 m). Prekážky sú 3 a sú rozmiestnené každých 2m. Takže dráha má nasledovnú podobu. Méta, (od ktorej hasič štartuje), od nej na vzdialenosť 2m prvá prekážka, od nej na vzdialenosť druhá prekážka, od nej na vzdialenosť 2m tretia prekážka, od nej na vzdialenosť 2m méta.

44

Prvú prekážku podlieza, druhú prekážku prekračuje, tretiu prekážku podlieza, otáča sa okolo méty a naspäť vykonáva rovnakú činnosť. Odkladá kanister na úrovni štartovacej méty a beží vzdialenosť 25m, kde rozpája dopravný hadicový systém. Tu časomerač ukončí (odmeria) záverečnú činnosť v teste.

Test meria nasledovné pohybové schopnosti a pohybové zručnosti: -

-

disciplína č. 1 rýchlostné pohybové schopnosti a pohybovú zručnosť (spojenie hadicového systému), disciplína č. 2 rýchlostné schopnosti, vytrvalosť v sile, disciplína č. 3 rýchlostné schopnosti, vytrvalosť v sile, disciplína č. 4 rýchlostné schopnosti, pohybovú zručnosť (pohyb v sťažených podmienkach s termokamerou – simulujeme ju kanistrom o hmotnosti 5 kg ), pohybovú koordináciu.

Charakteristika skúmaných súborov Skúmané súbory predstavovali náhodne vybraní hasiči z hasičských jednotiek z Varšavy, Ostravy, Budapešti vo vekovom rozmedzí 19-51 rokov. Všetci hasiči, ktorých sme testovali sú zaradení do hasičských jednotiek, ktoré vykonávajú zásahovú činnosť. Všetci testovaní hasiči prešli testovaním pohybovej výkonnosti schválenými motorickými testami v roku 2009. Okrem iného mali všetci platnú lekársku prehliadku a platnú odbornú spôsobilosť pre prácu s dýchacou technikou.

Popis výskumnej situácie Testovanie bolo vykonávané v mesiacoch apríl až jún 2009, v prirodzených podmienkach hasičských staníc, v priestoroch automobilovej techniky s betónovou podlahou, odkiaľ po vykonaní „sklzu“ (z kancelárskych priestorov do priestorov garáže) vyrážajú hasiči do zásahovej činnosti. Hasiči boli podrobne informovaní o vykonaní testu a zoznámení s priebehom jednotlivých častí celého testu. Testovanie bolo vykonané počas pracovnej zmeny v čase od 10:00 – 13:00 hod. Hasiči boli testovaní v kompletnom výstroji, tak ako chodia do zásahu.

Merané hodnoty: - antropometrické ukazovatele /telesná výška (cm) – hmotnosť (kg)/, - tlak krvi pred vykonaním testu (TK), - tlak krvi po 1 min. vykonaní testu, - objem laktátu v krvi (mmol.l-1) 2 min. po skončení testu, - srdcovú frekvenciu pred testom (TF), - srdcovú frekvenciu po ukončení testu, - čas v jednotlivých disciplínach (min.), - celkový čas (min.), - celkový priebeh srdcovocievnej činnosti na záťaž (pomocou športtesteru) – fyziologická krivka.

45

Meranie hmotnosti, telesnej výšky Meranie antropometrických ukazovateľov sme merali prostredníctvom osobnej elektronickej digitálnej váhy s výškomerom značky (EU 522 HR).

Meranie tlaku krvi Tlak krvi u testovaných hasičov pred testom a jednu minútu po vykonaní testu, sme merali digitálnym tlakomerom (Visomat comfort 20/40).

Meranie laktátu Objem výronu laktátu u testovaných hasičov sme merali pomocou prístroja (Accutrend plus) odberom kvapky krvi z bruška prstu na laktátový prúžok – 2 min. po skončení testu.

Meranie odozvy srdca na zaťat Meranie odozvy srdcovej frekvencie a celkovú odozvu srdca na záťaž (fyziologická krivka), sme merali pomocou športtesteru (Polar 625 x).

Meranie času: - meranie času jednotlivých disciplín a celkový čas bol zaznamenávaný ručne digitálnymi stopkami (Rucanor), - pri každej disciplíne po jej skončení sme zaznamenali mezičas, - každá nasledujúca disciplína sa začala po jednej minúte odpočinku, prípravou odpočítavania 5s pred štartom (5-4-3-2-1 štart), - každý testovaný hasič bol informovaný, koľko času mu zostalo do štartu nasledujúcej disciplíny. Tabuľka 2: Príklad výpočtu merania času pri testovaní hasičov testom V-4 Disciplína č.1

Čas

Disciplína č. 2

Disciplína č. 3 Disciplína č. 4

medzičas 3:02 min. 0,56 min. (skutočný čas) (skutočný čas) 0,56 min. 1:06 min.

hrubý čas medzičas 4:57 min. 8:57 min. (skutočný čas) (skutočný čas) 0:55 min. 3:00 min.

Legenda: štart do druhej disciplíny štart do tretej disciplíny štart do štvrtej disciplíny -

1:56 4:02 5:57

Celkový hrubý čas: ∑ (t) = 8:57 min. Čistý čas : celkový hrubý čas – 3 min. odpočinku = 8:57 – 3 = 5:57 min.

46

Výpočet časov jednotlivých disciplín: čas prvej disciplíny = 0:56 min. čas druhej disciplíny = 3:02 min. – 1:56 min. (štart do druhej disc.) čas tretej disciplíny = 4:57 min. – 4:02 min. (štart do tretej disc.) čas štvrtej disciplíny = 8:57 min. – 5:57 min. (štart do štvrtej disc.)

Výsledky Dosiahnuté namerané celkové časy hasičov v jednotlivých súboroch prezrádzajú, že priebeh testu je z hľadiska celkového času v: - anaeróbnej laktátovej + aeróbnej alaktátovej zóne. Všeobecne platí zákonitosť, že na reakciu srdcovej frekvencie vplýva: - dĺžka zaťaženia ( čas vykonávania pohybovej činnosti), - intenzita zaťaženia (ako rýchlo pohybovú činnosť vykonávame), - dĺžka intervalu odpočinku (regenerácia organizmu). Rovnako môžeme konštatovať uvedenú skutočnosť i pri meraní objemu laktátu, kde platí, že na výron objemu laktátu vplýva: - vek hasiča - úroveň trénovanosti - intenzita pohybovej činnosti Výron laktátu registrujeme pri intenzite pohybovej činnosti na úrovni, resp. nad anaeróbnym prahom (ANP).

Hodnotenie súborov hasičov (Poľskej republiky, Českej republiky, Maďarskej republiky) Priemerný vek hasičov z Poľska 34,2 rokov, Maďarska 27,4 rokov, najmladší súbor bol Českej republiky – 26.6 roka. Z pohľadu pohybovej náročnosti jednotlivých disciplín testu, najnáročnejšie boli druhá a tretia disciplína. Teda výstup do schodov zo záťažou a záchrana osôb. Pri uvedených činnostiach maximálne, priemerné hodnoty srdcovej frekvencie pri uvedených činnostiach u maďarských hasičov predstavujú až 192 pulzov/min., u poľských hasičov 180 pulzov/min. a českých hasičov 177 pulzov/min. Najlepšie priemerné výsledky v hodnotách laktátu časov v jednotlivých disciplínach, ale i celkové hodnotenie celého testu dosiahli českí hasiči. Za nimi poľskí hasiči a najslabší bol súbor maďarských hasičov. Podrobné výsledky všetkých nameraných hodnôt uvádzame v tabuľkách a jednotlivých grafoch.

47

Tabuľka 3: Testovanie hasičov z Varšavy (antropometrických ukazovateľov, laktátu, srdcovej frekvencie po rozohriatí TF 1, maximálnej TF) P.č. Štát

Meno

Vek

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

P. W. W. K. K. K. Z. K. T. K. B. P. K. M. B. B. K. P. P. K. T. P. T. B. A. Z. M. G. S. P. J. M. A. Z. Z. S. Z. O. Z. K. S. P. P. M. J. S. M. M.

33 35 29 51 25 51 26 25 51 32 39 29 39 25 30 26 31 21 34 43 43 34 40 29 34,20833

PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL ø

Hmotnosť (kg) Výška (cm) laktát (mmol/l) 86 77 74 67 80 96 83 86 86 67 72 76 97 105 89 80 78 100 80 96 94 72 87 93 84,208333

176 178 180 172 176 186 186 182 170 178 172 175 176 182 180 180 176 170 180 180 175 175 176 184 177,7083

48

11,9 2,9 8,8 15,8 17,6 11,6 10,4 12 14,8 14,9 11,9 10,7 8,4 12,6 10,7 12,5 8,9 9,1 10,2 14,2 15 12 12,6 13,8 11,80417

TF 1

TF 2

134 98 119 118 106 115 110 95 98 139 119 108 119 102 98 112 95 104 92 100 120 106 100 106 109

189 186 181 168 181 175 184 178 168 192 186 184 181 186 174 179 184 188 181 175 182 179 172 178 180,458333

Tabuľka 4: Testovanie hasičov z Varšavy, výsledky merania časov jednotlivých disciplín a celkového času P.č. Štát Meno 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL ø

P. W. W. K. K. K. Z. K. T. K. B. P. K. M. B. B. K. P. P. K. T. P. T. B. A. Z. M. G. S. P. J. M. A. Z. Z. S. Z. O. Z. K. S. P. P. M. J. S. M. M.

1.disciplína 2. disciplína 3. disciplína 4. disciplína Celkový čas VČ medzičas VČ medzičas VČ medzičas VČ hrubý čistý 6:10 0:48 7:40 0:30 7:40 4:40 1:42 4:22 1:40 1:33 3:59 1:26 5:49 0:50 7:26 0:37 7:26 4:26 5:33 0:44 7:01 0:28 7:01 4:01 1:24 3:49 1:25 1:39 4:31 1:52 6:37 1:06 8:21 0:44 8:21 5:21 1:28 3:54 1:26 5:37 0:43 7:03 0:26 7:03 4:03 1:46 5:04 2:18 7:05 1:01 8:49 0:44 8:49 5:49 1:33 4:03 1:30 5:45 0:42 7:05 0:20 7:05 4:05 1:39 4:09 1:30 5:59 0:50 7:29 0:30 7:29 4:29 2:18 5:41 2:23 8:01 1:20 10:03 1:02 10:03 7:03 1:33 4:01 1:28 5:45 0:44 7:08 0:23 7:08 4:08 6:41 1:10 8:13 0:32 8:13 5:13 1:51 4:31 1:40 1:49 4:25 1:36 6:14 0:49 7:48 0:34 7:48 4:48 6:09 0:57 7:42 0:33 7:42 4:42 1:37 4:12 1:35 1:28 4:06 1:38 6:02 0:56 7:43 0:41 7:43 4:43 5:53 0:47 7:27 0:34 7:27 4:27 1:22 4:06 1:44 1:20 3:48 1:28 5:41 0:53 7:14 0:33 7:14 4:14 1:43 4:19 1:36 6:03 0:44 7:31 0:28 7:31 4:31 1:41 4:03 1:22 5:46 0:43 7:17 0:31 7:17 4:17 1:26 4:02 1:36 5:45 0:43 7:13 0:28 7:13 4:13 1:34 4:15 1:41 6:11 0:56 7:51 0:40 7:51 4:51 1:31 4:03 1:32 5:50 0:47 7:23 0:33 7:23 4:23 1:32 4:03 1:31 6:16 1:13 8:07 0:51 8:07 5:07 1:27 3:59 1:32 5:42 0:43 7:23 0:41 7:23 4:23 1:28 3:50 1:22 5:47 0:57 7:21 0:34 7:21 4:21 1:36 1:37 0:52 0:34 7:40 4:40

Legenda: VČ – čistý čas

49

Tabuľka 5: Testovanie hasičov z Ostravy (antropometrických ukazovateľov, laktátu, srdcovej frekvencie po rozohriatí TF 1, maximálnej TF 2) P.č Štát Meno Vek (roky) Hmotnosť (kg) Výška (cm) laktát (mmol/l) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ ø

V. U. L. J. J. S. J. L. R. V. M. T. V. Č. R. A. O. L. M. G. M. Š. J. T. M. H. L. M. O. H. R. P. M. B. V. V. R. B. T. P.

33 35 29 51 25 51 26 25 51 32 39 29 39 25 30 26 31 21 34 43 33,26316

86 77 74 67 80 96 83 86 86 67 72 76 97 105 89 80 78 100 80 96 83,10526

176 178 180 172 176 186 186 182 170 178 172 175 176 182 180 180 176 170 180 180 177,6316

50

11,9 2,9 8,8 15,8 17,6 11,6 10,4 12 14,8 14,9 11,9 10,7 8,4 12,6 10,7 12,5 8,9 9,1 10,2 14,2 11,35263

TF 1

TF 2

113 179 121 166 97 177 97 179 125 179 87 187 73 175 111 174 73 175 102 177 78 168 86 170 115 190 89 184 91 178 103 181 112 176 105 181 92 179 115 184 98,42105 177,6316

Tabuľka 6: Testovanie hasičov z Ostravy, výsledky merania časov jednotlivých disciplín a celkového času P.č. Štát

Meno

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15 16. 17. 18. 19. 20.

V. U. L. J. J. S. J. L. R. V. M. T. V. Č. R. A. O. L. M. G. M. Š. J. T. M. H. L. M. O. H. R. P. M. B. V. V. R. B. T. P.

CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ CZ ø

1. disciplína VC 1:08 1:20 1:19 1:31 1:16 1:13 1:15 1:20 1:26 1:19 1:09 1:58 1:36 2:05 1:26 1:50 1:23 1:13 1:05 1:14 1:24

2. disciplína M VC 3:19 1:21 3:50 1:30 3:38 1:19 4:02 1:31 3:16 0:60 3:32 1:19 3:37 1:22 4:00 1:40 3:45 1:19 3:43 1:24 3:20 1:11 4:35 1:37 4:05 1:29 4:26 1:21 3:52 1:26 4:28 1:38 3:42 1:19 3:13 1:00 3:20 1:15 3:20 1:06 1:25

51

3. disciplína M VC 5:05 0:46 5:45 0:55 5:35 0:57 5:54 0:52 4:54 0:38 5:19 0:47 5:24 0:47 5:55 0:55 5:45 1:00 5:37 0:54 5:01 0:41 6:52 1:17 6:08 1:03 6:26 1:00 5:50 0:58 6:33 1:05 5:29 0:47 4:54 0:41 5:08 0:48 4:50 0:30 0:52

4. disciplína M VC 6:34 0:29 7:15 0:30 7:06 0:31 7:24 0:30 6:20 0:26 6:50 0:31 7:02 0:38 7:26 0:31 7:17 0:32 7:04 0:27 6:35 0:34 8:23 0:31 7:44 0:36 8:10 0:44 7:25 0:35 8:15 0:42 6:59 0:30 6:23 0:29 6:39 0:31 6:20 0:30 0:32

Celkový čas Hrubý čistý 6:34 3:34 7:15 4:15 7:06 4:06 7:24 4:24 6:20 3:20 6:50 1:50 7:02 4:04 7:26 4:26 7:17 4:17 7:04 4:04 6:35 3:35 8:23 5:23 7:44 4:44 8:10 5:10 7:25 4:25 8:15 5:15 6:59 3:59 6:23 3:23 6:39 3:39 6:20 3:20 7:09 4:03

Tabuľka 7: Testovanie hasičov z Budapešti (antropometrických ukazovateľov, laktátu, srdcovej frekvencie po rozohriatí TF 1, maximálnej TF 2) P.č Štát

Meno

Vek

Hmotnosť (kg)

Výška (cm)

laktát (mmol/l)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

V. L. S. A. S. J. S. S. S. T. S. M. P. A. R. A. P. S. N. V. L. A. K. K. K. A. K. T. I. M. H. M. G. A. F. S. C. P. C. M. B. M. B. F. B. G. B. M. B. A.

21 20 22 26 26 35 32 28 34 19 26 34 33 28 19 21 25 35 32 34 22 32 23 35 23 27,4

85 76 89 74 70 97 80 96 90 72 96 67 115 83 85 82 61 81 97 110 70 73 75 78 81 83,32

185 181 177 187 172 176 186 178 183 170 188 174 188 178 176 182 179 175 179 183 173 172 185 174 174 179

12,7 12 12,1 13,2 12,8 9,8 14,2 12,6 13,3 14,5 12,7 10,7 13,4 13,1 12,9 11,5 14,2 13,4 13,8 14,9 15,2 13,6 12 11,7 6,4 12,66

HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU ø

52

TF 1

TF 2

118 185 109 183 125 192 123 209 130 201 119 187 115 187 108 188 100 174 150 201 108 181 133 185 120 185 136 189 100 193 110 184 120 203 101 191 115 185 112 212 101 201 100 190 104 190 105 205 99 205 114,44 192,24

Tabuľka 8: Testovanie hasičov z Budapešti, výsledky merania časov jednotlivých disciplín a celkového času P.č. Štát

Meno

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

V. L. S. A. S. J. S. S. S. T. S. M. P. A. R. A. P. S. N. V. L. A. K. K. K. A. K. T. I. M. H. M. G. A. F. S. C. P. C. M. B. M. B. F. B. G. B. M. B. A.

HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU HU ø

1. disciplína VC 1:28 1:24 1:36 1:24 1:24 1:22 1:44 1:47 1:35 1:17 1:33 1:26 1:35 1:19 1:47 1:31 1:24 1:49 1:57 1:33 1:18 1:17 1:15 1:11 2:01 1:31

2. disciplína M VC 3:54 1:26 3:10 0:46 4:10 1:34 3:49 1:25 3:55 1:31 4:09 1:47 4:12 1:28 4:27 1:40 4:19 1:44 4:19 2:02 3:47 1:14 5:24 2:58 4:16 1:41 3:41 1:22 5:22 2:35 3:47 1:16 3:56 1:32 4:43 1:54 4:27 1:30 4:18 1:45 3:56 1:38 4:19 2:02 3:46 1:31 3:41 1:30 5:09 2:08 1:40

53

3. disciplína 4. disciplína Celkový čas M VC M VC Hrubý čistý 5:40 0:46 7:29 0:49 7:29 4:29 4:56 0:46 6:33 0:37 6:33 3:33 6:02 0:52 7:42 0:40 7:42 4:42 5:44 0:55 7:21 0:37 7:21 4:21 5:57 1:02 7:38 0:41 7:38 4:38 5:27 1:18 8:41 1:14 8:41 5:41 6:19 1:07 8:13 0:54 8:13 5:13 6:26 0:59 8:15 0:49 8:15 5:15 6:09 0:50 7:53 0:44 7:53 4:53 6:53 1:34 8:40 0:47 8:40 5:40 5:28 0:41 7:12 0:44 7:12 4:12 8:11 1:47 10:08 0:57 10:08 7:08 6:15 0:59 7:21 0:36 7:21 4:21 5:16 0:45 6:54 0:38 7:07 4:04 7:33 1:11 9:21 0:48 9:21 6:21 5:41 0:54 7:28 0:47 7:28 4:28 6:40 1:44 8:23 0:43 8:23 5:23 7:02 1:19 9:03 1:01 9:03 6:03 6:31 1:04 8:29 0:58 8:29 5:29 6:05 0:47 7:58 0:53 7:58 4:58 5:59 1:03 7:38 0:39 7:38 4:38 6:53 1:34 8:40 0:47 8:40 5:40 5:31 0:45 7:10 0:39 7:10 4:10 4:32 0:51 7:17 0:45 7:17 4:17 8:00 1:51 10:24 1:24 10:24 7:24 1:04 0:48 8:03

Podľa veku 40 35

Poľsko ; 34,2

Česko ; 33,26 Maďarsko; 27,4

30 25 vek

Poľsko 20

Česko Maďarsko

15 10 5 0 1 krajiny V-4

Obrázok 1: Porovnanie priemerného veku v jednotlivých súboroch

Podľa hmotnosti 84,4 Poľsko ; 84,2 84,2 84

hmotnosť

83,8 83,6

Poľsko Maďarsko; 83,32

83,4 83,2

Česko ; 83,1

83 82,8 82,6 82,4 1 krajiny V-4

Obrázok 2: Porovnanie hmotnosti v jednotlivých súboroch

54

Česko Maďarsko

Podľa výšky 179,5 Maďarsko; 179 179

Výška

178,5 Poľsko 178

Česko

Poľsko ; 177,71 Česko ; 177,63

Maďarsko

177,5

177

176,5 1 krajiny V-4

Obrázok 3: Porovnanie telesnej výšky v jednotlivých súboroch

Podľa laktátu 13 Maďarsko; 12,66 12,5

laktát

12

Poľsko

Poľsko ; 11,8

Česko 11,5

Česko ; 11,35

11

10,5 1 krajiny V-4

Obrázok 4: Porovnanie výronu laktátu v jednotlivých súboroch

55

Maďarsko

Podľa 1. disciplíny 1,38 Poľsko ; 1,36 1,36 1,34 Maďarsko; 1,31

výsledné časy

1,32 1,3

Poľsko

1,28

Česko Maďarsko

1,26 Česko ; 1,24 1,24 1,22 1,2 1,18 1 krajiny V-4

Obrázok 5: Porovnanie priemerného výkonu 1. disciplíny v jednotlivých súboroch Podľa 2. disciplíny 1,45 Maďarsko; 1,4 1,4 Poľsko ; 1,37

výsledné časy

1,35 Poľsko 1,3

Česko Maďarsko Česko ; 1,25

1,25

1,2

1,15 1 krajiny V-4

Obrázok 6: Porovnanie priemerného výkonu 2. disciplíny v jednotlivých súboroch

56

Podľa 3. disciplíny 1,2 Maďarsko; 1,04 1

výsledné časy

0,8 Poľsko ; 0,52

Poľsko

Česko ; 0,52

Česko

0,6

Maďarsko 0,4

0,2

0 1 krajiny V-4

Obrázok 7: Porovnanie priemerného výkonu 3. disciplíny v jednotlivých súboroch Podľa 4. disciplíny 0,6 Maďarsko; 0,48 0,5

výsledné časy

0,4 Poľsko ; 0,34

Česko ; 0,32

Poľsko Česko

0,3

Maďarsko 0,2

0,1

0 1 krajiny V-4

Obrázok 8: Porovnanie priemerného výkonu 4. disciplíny v jednotlivých súboroch

57

Podľa cekového hrubého času 8,2 Maďarsko; 8,03 8 7,8

hrubý čas

7,6 Poľsko

Poľsko ; 7,4 7,4

Česko Česko ; 7,09

Maďarsko

7,2 7 6,8 6,6 1 krajiny V-4

Obrázok 9: Porovnanie priemerného výkonu celkového hrubého času v jednotlivých súboroch

Testovanie hasičov záchranárov v krajinách V-4 bude po stretnutí s koordinátormi, (ktoré bolo vykonané v mesiacoch október a november 2009) pokračovať. V roku 2010 príde na rad v prvom rade súbor hasičov Slovenska a ďalej bude pokračovať testovanie súborov hasičov z menších miest, kde nie je taký predpoklad frekvencie zásahovej činnosti jako vo veľkých mestách.

Záver Motorický test V-4, tak ako ho nazval riešiteľský kolektív, bude prínosom vo výcviku hasičov do zásahovej činnosti. Svedčia o tom viaceré skutočnosti : - obsah testu tvoria najzávažnejšie činnosti, ktoré vykonávajú hasiči počas zásahovej činnosti, - sú to činnosti, ktoré je potrebné vykonávať intenzitou na hranici anaeróbneho prahu (ANP), respektíve nad jeho hranicou, - test meria nie len pohybové schopnosti, ale i pohybové zručnosti, - hasiči vykonávajú test vo výstroji tak, ako chodia i do zásahu, - test preverí i skutočnosť, ako vie hasič dýchať prostredníctvom dýchacej techniky pri pohybových činnostiach vykonávaných vysokou intenzitou. V závere treba podotknúť, že budeme pokračovať v ďalšom testovaní hasičov v jednotlivých krajinách V-4, kde po dokončení testovania cca 150 až 200 hasičov sa bude podľa metodiky Kasu (2002), vypočítavať norma pre jednotlivé disciplíny a celkový čas v teste. Je maximálnou snahou, aby po záverečných prácach na teste bol uvedený test zakomponovaný do výcvikových podmienok hasičov. 58

Literatúra [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15]

[16] [17]

BENCE, L. 2001. Základy antropomotoriky. Banská Bystrica: FHV UMB, 2001 BROĎÁNI, J. 2002. Štatistické metódy v telesnej výchove a športe. Nitra : UKF, 2002 52 s., ISBN 80-8050-544-6 BROŽ, M. – BEZVODA, V. 2006. Microsoft Excel vzorce funkce výpočty. Brno: Computer Press, 2006, 567 s., ISBN 80-251-1088-5. COOPER, K. H. 1990. Aerobický program pre aktívne zdravie. Bratislava: Šport, 1990 HAVLÍČEK, I. 1995. Testovanie. In: Telesná výchova a šport – terminologický a výkladový slovník. 2 zväzok. Bratislava: F. R. G, 1995 HRČKA, J. 2000. Šport pre všetkých. Prešov: ManaCon, 2000 CHAJDIAK, J. 2005. Štatistické úlohy a ich riešenie v exceli. Bratislava : Statis, 262 s., ISBN 80-85569-39-5 JUNGER, J. – KASA, J. 1996. Úvod do športovej kinantropológie. Prešov: UPJŠ, 1996 KASA, J. 1995. Antropomotorika. Bratislava: UK FTVŠ, 1995 KASA, J. 1995. Motorické testovanie. In: Telesná výchova a šport – terminologický a výkladový slovník. 2 zväzok. Bratislava: F.R.G, 199. s. KASA, J. – BALÁŽ, J. 1997. Pedagogické hodnotenie výsledkov. In Diplomový seminár. Bratislava: PF UK, 1997 HENDL, J. 2004. Přehled statistických metod zpracování dat. Praha : Portál, 2004, 583 s., ISBN 80-7178-820-1 LABUDOVÁ, J. et al. 1998. Metodika testovania. In: Aktivity dní športu a rozvoj zdravia, Bratislava: Šport pre všetkých, č. 19. 1998 POLAKOVIĆ, P. a kol. 2008. Vyhľadávanie a záchrana osôb pri požiaroch. ÚTVŠ TU vo Zvolene, 171 s., ISBN 978-80-228-1826-1 POLAKOVIČ, P. Vplyv nadmernej telesnej záťaže pri záchranných akciách na fyziologické zmeny a pohybovú výkonnosť hasičov. In : Požární ochrana 2003, Sborník přednášek z mezinárodní konference, Vysoká škola báňska – TU Ostarava 2003, s. 368 – 374. ISBN 80-86634-17-5 STARŠÍ, J. – GÖRNER, K.: Vedeckovýskumná činnosť v telesnej výchove a športe. Banská Bystrica: FHV UMB, 1995 ŠŤASTNÝ, Z. 1999. Matematické a statistické výpočty v Microsoft Excelu. Brno: Computer Press, 1999, 254 s., ISBN 80-72226-141-X

59

60

Peter POLAKOVIČ1, Piotr WAWRZYNKIEWICZ2 ŠPECIFICKÁ PRÍPRAVA HASIČOV V ZÁSAHOVEJ ČINNOSTI DO VÝŠKOVÝCH BUDOV SPECIFIC PREPARATION OF FIREMEN IN RESCUE ACTIONS INTO HIGH BUILDINGS

Abstrakt Autori sa vo svojom príspevku zaoberajú náročnosťou zásahovej činnosti hasičov do výškových budov. V tejto súvislosti analyzovali testovú batériu v podmienkach krajín Višegrádskej štvorky. Na náhodne vybranom súbore hasičov vo Varšave testovali fínsky – „Drill test“ podľa (Soukainen, 2001), ktorý bol použitý vo výcvikových podmienkach na súbore 54 hasičov vo Fínsku. Testovanie odhalilo pozitívne stránky testu, ale i stránky negatívne, ktoré nakoniec ovplyvnili rozhodnutie riešiteľského kolektívu skonštruovať nový test a zároveň ho štandardizovať.

Abstract Authors deal in their article with of difficulty firemen ´s rescue action into high buildings. Such they were analyzing the test battery in the conditions of contries of V-4. They were testing the Finish test – Drill test on casually chosen unit in Warszaw which was used in training conditions in the unit of 54 firemen of Finland. Testing revealed positive views of test but including to standardize it.

Úvod Zásahová činnosť kladie na hasičov záchranárov mimoriadne vysoké nároky na komplexnú pripravenosť. Pod komplexnou pripravenosťou rozumieme nielen odbornú pripravenosť, ale i pripravenosť fyzickú, ktorú môžeme považovať za základný predpoklad úspešnej resp. efektívnej zásahovej činnosti. Skúmaním štruktúry, stavu, rozvoja pohybovej činnosti, zákonitosti jej vzniku ako aj diagnostikou pohybovej výkonnosti sa zaoberá vedná disciplína športová antropomotorika. Pričom jej základom je štúdium pohybu človeka z pohľadu objektívnej reality a živej formy pohybovej hmoty (KASA, 2000). Cieľom našej práce bolo posúdiť – zistiť aké diagnostické prostriedky – motorické testy používajú hasiči krajín Višegrádskej štvorky pri preverovaní pohybovej výkonnosti. Zároveň zistiť či fínsky „Drill test“ podľa Soukainen (1991), je aplikovateľný v podmienkach krajín V-4.

Problematika Najčastejšie využívanou metódou športovej antropomotoriky sú motorické testy. Pričom medzi metódy športovej antropomotoriky podľa Jungera a Kasu (1996) zaraďujeme:

1

2

PaedDr., PhD., Technická univerzita vo Zvolene, Ústav telesnej výchovy a športu, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, Slovenská republika, e-mail: [email protected] Mgr., Szkola Glowna Služby požarnyczej, ul. Słowackiego 52/54, 01-629 Warszawa, Polsko, e-mail: [email protected]

61

-

všeobecné metódy (porovnanie, experiment, rozhovor a iné), doplňujúce metódy (techniky výskumu osobných dokumentov, sociometrické techniky), špeciálne metódy (odborné posudzovanie, meranie, ale predovšetkým testovanie).

Vlastnosti motorických testov Testovaním v telesnej výchove a športe rozumieme podľa Havlíčka (1995), vedecky zdôvodnené skúšky, ktoré sa používajú na meranie určitých znakov jednotlivca. Testovanie v tomto prípade chápeme, ako spôsob na kvantitatívne vyjadrenie preverovaného znaku podľa presne stanových pravidiel merania. Výsledky testovania sú vyjadrované vo fyzikálnych veličinách (napr. m, s, a pod.), prípadne v jednotkách, ktoré nazývame mimofyzikálne (napr. početnosť správnych, chybné skóre a iné). Od ostatných skúšok, ktoré môžu byť uplatnené v praxi sa test vyznačuje štandardizáciou, t.j. takými vlastnosťami testu, akými sú podľa Staršieho a Görnera (1995) spoľahlivosť (reliabilita) testu – keď je test možné opakovať za tých istých podmienok na tom istom súbore pod vedením toho istého výskumníka a dosiahnuté výsledky sú podobné. Objektivita testu – keď je opísaný jasne a zrozumiteľne, tak, že je ho možné realizovať len jediným nezameniteľným spôsobom. Platnosť (valiabilita) testu – znamená zistenie, s akou platnosťou test meria skúmaný znak, jeho platnosť pre daný účel. Hospodárnosť testu – má sa organizovať s čo najmenšími nárokmi na výskumníka a rovnako aj na členov výskumných súborov.

Prepočty výsledkov testovania Je jasné, že výsledky v rôznych motorických testoch, hlavne, keď sú vyjadrené v rôznych jednotkách (čas, miera, počet), je len veľmi ťažké medzi sebou porovnávať. Preto existuje niekoľko možností, ako previesť výsledky namerané v rôznych jednotkách na spoločného menovateľa a získať tak odvodené výsledky. Väčšina používaných testov má stanovené normy vo vzťahu k veku, pohlaviu, hmotnosti, výške iné môžu mať vypočítané percentily. Normy nám dovoľujú bodovanie a následné porovnávanie. Umožňujú nám každého jednotlivca, respektíve skupinu v konkrétnom testovanom znaku hodnotiť jako priemernú, nadpriemernú respektíve podpriemernú. Percentily umožňujú zisťovanie podľa dosiahnutého výsledku v teste, koľko percent preverovaných určitej skupiny je v príslušnej disciplíne horších a koľko prípadne lepších. Priamo namerané testové výsledky nazývame hrubé skóre, ktoré je veľmi rôznorodé. Majú často malú informačnú hodnotu, nemôžeme ich z tohto dôvodu často ani porovnávať. Preto ich premieňame na výsledky odvodené, normované, ako už spomenuté percentily, z-body, T-body, C-body, steny, staniny, motorický kvocient a pod. Často sa prepočítavajú, ako sme už spomenuli výsledky na percentily. Peercentily vyjadrujú, koľko percent zmeraných osôb podáva horší výsledok, ako práve hodnotený jedinec, 50 percentilov je priemer. Hodnota 75 percentilou udáva, že 75 % meraných podáva horší výkon a 25 % lepší než nameraný výsledok. Výsledky sú prevedené na tzv. z-body, využívajúce porovnanie dosiahnutého výkonu s aritmetickým priemerom a smerodajnou odchýlkou celého súboru. Rozsahu stupnice z bodov je od -3 do +3. Aritmetický priemer má hodnotu 0 bodov, hodnota smerodajnej odchýlky sa rovná 1 bodu. Výsledky sa môžu premeniť na T-body, výsledky sa potom pohybujú v intervale 0 – 100 a nepracuje sa so zápornými číslami. Priemer má hodnotu 50 bodov. Pre niektoré testy je

62

vhodnejšie menej citlivejšia stupnica tzv. C – bodov : C = 5 + 2z, rozpätie je obyčajne 1-9 C bodov, preto sa hovorí aj o deviatakovej stupnici (stanine scale). Na základe odvodených testových výsledkov môžeme následne vypočítať súhrnné a diferenčné testové skóre z určitej testovej batérie. Táto nás následne informuje o vyrovnanosti prípadne nevyrovnanosti úrovne nameranej kvality.

Základné podmienky testovania Pre praktické využitie testovania je dôležité uvažovať o ekonomike testovania. Tá hlavne vychádza z organizácie ( čas a prostredie na meranie ), priestorového usporiadania (miesto merania a jeho prispôsobenie - telocvičňa, ihrisko a pod.), priebehu merania v snahe dosiahnuť rovnaké podmienky pre všetkých. Mnohé testy je možné realizovať v tzv. kruhovom slede. Testovacie stanovištia sú usporiadané podľa dopredu dohodnutého poradia. Testy vyžadujúce vysoký výdaj energie je potrebné zaradiť na koniec, prípadne až na druhý deň. Mnohé merania si môžu zrealizovať testovaní sami, ale aj tak je najlepšie, aby na priebeh dohliadala skúsená osoba. Mnohé testy je možné realizovať v dvojiciach jeden cvičí, druhý mu pomáha udržať zaujatú polohu a počíta počet pokusov. Dôležité si je uvedomiť, ako budeme probandov inštruovať o priebehu testovania, najlepšie sa osvedčujú praktické ukážky, alebo premietnutie videa. Merané osoby by mali vedieť, čo sa od nich vyžaduje, čo sa bude merať a z akého dôvodu sa merania realizujú. Vplyv na dosiahnuté namerané hodnoty môže mať aj spracovanie výsledkov. Ďalšími faktormi, ktoré môžu ovplyvniť výsledky testov môžu byť, teplota a vlhkosť prostredia, množstvo skonzumovaného pokrmu pred výkonom, kofeín, emočné stavy a pod. Za každú cenu je potrebné minimalizovať nedostatky v testovaní, najdôležitejšie je poučiť tých ktorí nám budú pri testovaní pomáhať. Zamerať sa je potrebné hlavne na vysvetlenie odčítavania vzdialenosti, sledovania času, spôsob počítania realizovaných cyklov, dodržiavanie zadaných polôh a pod. Pomocníkov je potrebné poučiť o zaznamenávaní výsledkov.

Klasifikácia motorických testov Motorické testy používané v telesnej výchove a športe rozdeľujeme rôznymi spôsobmi predovšetkým na: štandardné, neštandardné, individuálne, skupinové, jednorozmerné, viacrozmerné, diagnostické, prognostické, všeobecné a špeciálne. Z praktického pohľadu ich delíme podľa účelu: testy pohybových schopností (beh, skok, hod, zhyb, drep a pod.), ktoré zisťujú úroveň všeobecnej pohybovej výkonnosti, testy pohybových zručností (napr. dribling, streľba, gymnastická zostava a pod.), ktoré zisťujú úroveň špeciálnej výkonnosti, testy pohybovej inteligencie (napr. zložité koordinačné pohyby a pod.). Ďalšie delenie je na kondičné a koordinačné motorické testy. Medzi najčastejšie používané kondičné motorické testy zaraďujeme (skok do diaľky z miesta, sed-ľah, zhyby a pod). Medzi koordinačné motorické testy patria (napr. hod na cieľ, výskok s obratom, beh k očíslovaným loptám a pod.). Motorické testy pohybových zručností sú špecifické, pre tú ktorú športovú disciplínu, napr. podanie vo volejbale, tenisové údery, streľba na bránku a pod. Dôležitou podmienkou je použiť správnu hodnotiacu normu pre tú populáciu, vek a pohlavie pre ktoré boli odvodené. Z tohto dôvodu je potrebné po určitom časovom úseku, tieto normy aktualizovať. Veľmi dôležitou podmienkou na ktorú sa však často zabúda, pri používaní motorických testov je zabezpečenie vhodnej motivácie testovaných osôb. Je to faktor, ktorý

63

významnou mierou môže ovplyvniť výsledok jednotlivých výkonov. Jedným testom môžeme merať aj niekoľko pohybových schopností a na druhej strane niekoľkými môžeme merať tú istú. Aby sa odstránilo zbytočné prekrývanie testov, konštruujú sa batérie testov a to tak, aby sa postupne vylučovali prekrývajúce sa kritériá. Testové batérie sú zložené z jednotlivých testov, ktoré sú zostavené za určitým dopredu stanoveným cieľom použitia. Využívajú sa predovšetkým na hodnotenie: telesnej zdatnosti, motorickej výkonnosti, pohybových schopností, športových zručností, pohybového nadania, predpokladov pre športovú činnosť. V športe sú batérie testov konštruované osobitne pre každú športovú špecializáciu za účelom hodnotenia trénovanosti, prípadne predpokladov pre daný šport. Rozlišujeme homogénne a heterogénne batérie testov. Batérie testov sú najčastejšie pomenované podľa svojho autora, podľa zamerania testu, prípade miesta vzniku. Motorický test chápeme v zhode s Kasom (1995), ako štandardizovanú pohybovú skúšku na zistenie úrovne pohybových predpokladov človeka. Proces skúšania nazývame testovaním a získané číselné údaje výsledkami testu, alebo testovým skóre. Výsledkom motorického testu môžu byť rôzne pohybové výkony vyjadrené,( ako sme už spomínali v časti pri testoch) fyzikálnymi jednotkami, alebo fyziologickými charakteristikami (napr. pulz, spotreba kyslíka a pod.), alebo výsledky vyjadrené technickými jednotkami ( napr. počet bodov, známky a pod.). Obsahom motorických testov je určitá pohybová činnosť vymedzená pohybovou úlohou a konštantnými pravidlami. Pohybová úloha môže byť jednoduchá ( napr. uchopenie predmetu), alebo zložitá (napr. vedenie lopty). Pri motorických testoch meriame buď priebeh, alebo častejšie výsledok. K tomuto sa dopracovávame použitím rôznych meracích prístrojov a pomôcok (napr. dynamometer, športtester a pod.). V niektorých motorických testoch zisťujeme reakciu organizmu na pohybovú záťaž (napr. Ruffierov test).

Previazanosť pojmov telesná zdatnosť, telesná výkonnosť s motorickým testovaním Základné pojmy z oblasti testov a testovania nás postupne priviedli k pojmom telesná zdatnosť, telesná výkonnosť, pohybová výkonnosť a motorické testy. Treba zdôrazniť, že jednotlivým sledovaniam sa venovala a venuje patričná pozornosť. Táto pozornosť je samozrejme podmieňovaná aktuálnymi vedomosťami, že prejavy pohybovej výkonnosti sú nevyhnutným predpokladom pre longitudiálne posudzovanie zdravia, telesnej zdatnosti, výkonnosti a pod. K objasneniu podstaty pojmov zdatnosť a výkonnosť bolo doteraz vypracovaných množstvo cenných vedeckých prác. Aj keď sa názory jednotlivých autorov pri vysvetľovaní podstaty uvedených pojmov niekedy líšia, predsa z nich vyplýva jedno spoločné, a to, že podstatu zdatnosti a výkonnosti je potrebné hľadať v somatických, funkčných pohybových a psychických predpokladoch jednotlivca a najmä v schopnostiach uplatňovať tieto predpoklady v pohybovej činnosti. Z analýzy zdatnosti a výkonnosti vyplýva, že tieto javy vzájomne úzko súvisia. To však neznamená, že by sa mali stotožňovať. Zdatnosť chápeme, ako všeobecnú vlastnosť človeka, ktorú nemôžeme priamo merať. Priamo sa merajú, alebo posudzujú len výkony. Úroveň zdatnosti môžeme teda, len odhadovať na základe reakcií človeka na zaťaženie. Komplexné posudzovanie zdatnosti človeka predpokladá zisťovanie a hodnotenie morfologických, vegetatívnych, motorických a psychických predpokladov človeka. Preto je možné posudzovať zdatnosť na základe úrovne pohybovej výkonnosti. Pohybovú výkonnosť, ako ju prezentuje Kasa (1995), chápeme schopnosť podávať opakované výkony v určitej pohybovej činnosti. Následne v tejto sa integruje úroveň: pohybových schopností, zručností a návykov, úroveň zvládnutia pohybovej činnosti, ako aj psychická pripravenosť každého človeka. Rozlišujeme všeobecnú a špeciálnu pohybovú výkonnosť. Za všeobecnú považujeme pripravenosť človeka podávať výkony vo všetkých pohybových činnostiach. Za špeciálnu

64

považujeme tú pohybovú činnosť, ktorá podmieňuje výkony v jednej špecifickej činnosti. Výkonnosť je výsledkom špecifickej adaptácie človeka na pohybovú záťaž a jeho motivácie. Pohybovú výkonnosť posudzujeme podľa pohybových výkonov. Výkony môžeme vyhodnocovať vecne a štatisticky, čím určujeme úroveň výkonnosti jednotlivca, prípadne skupiny. Pohybovú výkonnosť môžeme následne posudzovať podľa reprezentatívnych prieskumov, ako ich uvádza Kasa (2000), Pávek, (1966 ), Šemetka, (1982 ) Moravec et.al (1987 ). Z výskumov vyplynulo, že sú rozdiely vo výkonoch medzi jednotlivcami, mužmi, ženami, určitými sociálnymi skupinami a pod. Tieto rozdiely spôsobujú predovšetkým rôzne somatické a funkčné predpoklady, akými sú napr. psycho-sociálne diferenciácie, rozličná úroveň trénovanosti a pod. Pohybová výkonnosť kolíše v priebehu života, roka, mesiaca, ale i dňa. Spôsobuje to rôzny biologický rytmus, ale najmä to či a do akej miery sa pravidelne venujeme pohybovým, prípadne športovým aktivitám.

Previazanosť telesnej zdatnosti, zdravia a testovania Teraz sa pokúsime naznačiť ďalší nie zanedbateľný pohľad a to pohľad, ktorý poukazuje na vzťah zdatnosti a zdravia. Všeobecne by sme mohli povedať, že telesná zdatnosť je schopnosť človeka uspokojivo vykonávať telesnú prácu. S moderným spôsobom života sa však nároky na telesnú prácu znižujú, čo vedie k poklesu telesnej zdatnosti. To viedlo odborníkov k hľadaniu hranice optimálnej telesnej zdatnosti z hľadiska zdravia. Podľa Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO) je zdravie nielen neexistenciou choroby, ale zahrňuje tiež kapacity na zaistenie každodenného života a zdroje pre jeho spokojný a plnohodnotný priebeh. Z tohto dôvodu sa začína čím ďalej tým viacej presadzovať pojem zdravotne orientovaná zdatnosť, ako spôsob zaistenia dobrého zdravia v tom najširšom zmysle slova. Za túto spôsobilosť nesú svoju zodpovednosť jednak geneticky podmienené vlastnosti a schopnosti, ktoré viac, alebo menej reagujú na zmeny pohybovej aktivity. Táto skutočnosť je dôležitá z toho pohľadu, že sa stáva, že i osoba, ktorá sa pravidelne zapája do pohybových, alebo športových aktivít, môže mať nízke hodnoty tých testov, ktoré sú geneticky viacej podmienené(napr. rýchlosť reakcie, rovnováha a pod.). Napriek tomu však môže dosiahnuť dobrú telesnú zdatnosť ovplyvnenú predovšetkým realizáciou takých pohybových a športových aktivít, ktoré stavajú napr. na vytrvalosti, svalovej sile, ohybnosti a pod. Preto sa testy posudzujúce zdravotne orientovanú zdatnosť zameriavajú viacej na schopnosti, ktoré môže človek pravidelnou pohybovou aktivitou, alebo športom ovplyvniť.

Príklady metodiky niektorých meraní Somatická charakteristika. Ohodnotenie telesnej hmotnosti: podľa francúzskeho antropológa Brocu, tak, jako to uvádza Hrčka (2000), index optimálnej telesnej hmotnosti udáva počet centimetrov nad 1 m telesnej výšky, pričom optimálna hmotnosť žien je asi o 10 % nižšia (tento index je dosť benevolentný). Preto odporúčame siahnuť po ohodnotení telesnej hmotnosti podľa Coopera (1990) výšku v centimetroch vydeliť číslom 2,54 cm (1 pale ); získané číslo vynásobiť u mužov 4., u žien 3,5; od údaju odpočítame u mužov 128, u žien 108 výsledné číslo je uvedené v librách, aby sme dostali kilogramy, vynásobíme ho číslom 0,453 (prepočet libry). Teda: muži = (výška: 2,54) x 4 – 128 x 0,453 ženy = (výška: 2,54) x 3,5 – 108 x 0,453

65

Príklad: Vychádzame z predpokladu, že muž má výšku 185 cm. Výpočet bude prebiehať nasledovne (185 . 2,54 = 73 palcov, 73 palcov x 4 = 292,292- 128 = 164 libier, 164 x 0,453 =74 kg). Pre muža s priemerne vyvinutou kostrou pri výške 185 cm je ideálna telesná hmotnosť 74 kg. Ak ide o muža s hrubými kosťami (obvod dominantného zápästia je väčší ako 18 cm), ak ide o ženu ( obvod dominantného zápästia je väčší ako 16,5 cm), tak k pôvodnému výsledku sa pripočíta ešte 10 % ( v našom príklade by to bolo 7,4 kg ).

Ohodnotenie telesnej hmotnosti podľa BMI (Quetelov vzorec), uvedeného podľa Labudovej (1998). Telesnú výšku: ohodnotíme pásovou mierou v stoji pri stene, pričom päty sa dotýkajú steny. Telesná hmotnosť: zisťujeme na lekárskej váhe, resp. na kalibrovanej osobnej váhe a zaznamenáme údaje s presnosťou na 0,5 kg. Zo získaných údajov môžeme následne výpočtom získať hodnotu BMI (Body mass index - relatívna hmotnosť tela), keď hmotnosť uvedenú v kilogramoch delíme druhou mocninou hodnoty telesnej výšky v metroch: BMI = hmotnosť (kg) / výška (m2)

Ohodnotenie výsledku: Index menší ako 20 vyjadruje zníženie hodnoty hmotnosti (podváha). Index 20 - 25 predstavuje normálne hodnoty, 25 - 30 predstavuje miernu obezitu, 30 - 40 predstavuje výraznú obezitu, nad 40 predstavuje vysokú obezitu.

Príklad: Osobe väziacej 70 kg, merajúcej 1,75 m vyrátame BMI nasledovne: BMI =

70 (1,75) 2

Jednou z možností hodnotenia BMI je postup podľa uvedeného nomogramu (schéma 1). Priložené pravítko nás informuje, že napríklad pre výšku 179 cm a pre hmotnosť tela 67 kg je hodnota BMI 21. Ruffierova skúška funkčnej zdatnosti obehového systému.

Popis: Najskôr si zmeria testovaný srdcovú frekvenciu (SF) za jednu minútu v sediacej polohe pred testom - SF 1. Následne zrealizuje v časovom horizonte 45 sekúnd 30 drepov (tempo je určované metronómom ) a okamžite po ukončení si v stoji zmeria SF za minútu - SF 2. Nakoniec si po jednej minúte strávenej v sediacej polohe zmeria SF a tak získa - SF 3. 66

Kritérium výkonu - index funkčnej zdatnosti sa stanovuje výpočtom podľa vzorca: Ruffierova skúška =

( SF 1 + SF 2 + SF 3 ) − 200 10

Hodnotenie funkčnej zdatnosti podľa Ruffierovej skúšky u dospelej populácie, podľa (Hrčku, 2000): Stupeň funkčnej zdatnosti výborná dobrá priemerná slabá nedostatočná

Hodnoty vyrátaného indexu 0 0-5 5,1 – 10 10,1 – 15 nad 15

Ďalšie podrobnejšie informácie o metodike meraní nájdete v publikáciách Cooper (1990); Hrčka ( 2000); Kasa (2000); Labudová et al. (1998) a mnohých ďalších. Testovanie pohybovej výkonnosti hasičov, musí byť súčasťou procesu telesnej prípravy vzhľadom k tomu, že dáva veliteľovi hasičskej jednotky obraz – spätnú väzbu o vykonávaní procesu telesnej prípravy a zároveň pripravenosti do zásahu.

Metodika V súvislosti s prípravou hasičov do zásahovej činnosti sme zisťovali vo všetkých krajinách Višegrádskej štvorky (V-4), akou testovou batériou, resp. akými motorickými testami sa preveruje pohybová výkonnosť profesionálnych hasičov. Zistené skutočnosti : - vo všetkých krajinách V-4 pre zisťovanie, overovanie pohybovej výkonnosti hasičov používajú motorické testy, ktoré merajú úroveň všeobecnej pohybovej výkonnosti (pohybové schopnosti – rýchlostné, silové, vytrvalostné), - preverovanie – testovanie je jeden raz v roku, - testovanie sa vykonáva v športovom výstroji. Viacročným porovnaním práce resp. analyzovaním pracovného výkonu hasičov sme vytipovali test, ktorým by sme mohli objektívne diagnostikovať pripravenosť hasičov do zásahu. Vybrali sme v roku 2008 fínsky „Drill test“ podľa Soukainena et. al. (1992). Uvedeným testom sme otestovali náhodne vybraný súbor hasičov jednotiek vo Varšave. Testovanie sa uskutočnilo v športovom areáli na škvárovej atletickej dráhe a a asfaltovom ihrisku SGSP. Hasiči boli testovaní vo výstroji, tak ako chodia do zásahu vrátane dýchacieho prístroja s nasadenou maskou. Hmotnosť výstroja vážil 25 kg. Obsah testu pozostával z nasledovných činností:

1. časť Chôdza s hadicami ( časový limit - 4 min.). Úlohou hasiča bolo prejsť 100 m bez záťaže a následne 100 so záťažou. Záťaž predstavovala 2 zmotané hadice o hmotnosti 16,6 kg (dĺžky 25 m, priemer 76 mm.).

67

2. časť Chôdza po schodoch (časový limit - 3,5 min.). Úlohou hasiča bolo vystúpiť do 20 výškových metrov, kde 1 poschodie predstavovalo 9 schodov, kde výška jedného schodu bola 18 – 22 cm.

3. časť Údery kladivom do pneumatiky (časový limit - 2 min.) kladivo s násadou dĺžky 90 cm, hmotnosti 6 kg. Úlohou hasiča bolo údermi kladiva premiestniť pneumatiku (103 cm – priemer, 25cm šírka, 47 kg) ležiacej na asfaltovej ploche na vzdialenosť 3m.

4. časť Podliezanie a preliezanie prekážok (časový limit - 3min.) – dĺžka dráhy 8m, na dráhe sú umiestnené 3 prekážkové bránky (60cm – výška) – umiestnené v polovici dráhy v prvej a poslednej tretine. Úlohou hasiča bolo – prvú podliezť, druhú prekročiť, tretiu podliezť. Činnosť vykonáva tam a naspäť.

5. časť Zmotávanie hadice (časový limit - 2 min.) Úlohou hasiča bolo zvinúť hadicu natiahnutú na zemi o dĺžke 25 m, priemeru 39 mm.

6. časť Po skončení hasič sedí bez dýchacieho prístroja počas 5 minút. Všetky činnosti, až na 6. časť hasiči vykonávali v maske. Celkový časový limit pre zvládnutie všetkých činností 1 až 5 bol 14,5 min. (po každej disciplíne bola jedna minúta oddych a uvádzal sa hrubý čas a čistý čas. Čistý čas sa vypočítal po odpočítaní troch minút prestávky. Pri plnení činností jednotlivých disciplín vyplývala dôležitá skutočnosť, že v prípade skoršieho splnenia pred splnením stanoveného časového limitu musel hasič odpočívať na mieste a až po splnení časového limitu pokračoval v ďalšej časti. Hasiči, ktorí nezvládli činnosti v limite 14,5 min. boli nevyhovujúci.

Výsledky Výsledky testovania uvádzame v tabuľke 1. Otestovali sme 13 hasičov - študentov hasičskej jednotky SGSP, priemerný vek 23,23 roka, priemerná hmotnosť 81,38 kg, priemerná telesná výška probandov 179,92 cm. Hasiči dosiahli priemerný celkový čas 13:49 min., maximálna priemerná pulzová frekvencia bola 158 úderov srdca za minútu, čo svedčí o skutočnosti, že intenzita pohybovej činnosti bola viac v aeróbnom pásme. Všetci testovaní študenti boli preskúšaní motorickými testami platnými v Poľsku pre preverovanie všeobecnej pohybovej výkonnosti, mali platnú lekársku prehliadku a zároveň osvedčenie, že môžu pracovať s dýchacou technikou. Po vyhodnotení výsledkov testovania súboru študentov sa vedúci riešiteľ stretol s koordinátormi projektu z jednotlivých krajín V-4, aby posúdili, či je vhodné aplikovať „Drill test“ vo V-4.

68

Argumenty proti aplikovaniu: - nedá sa zabezpečiť rovnaké podmienky pri testovaní
pneumatika sa nedá objektivizovať a zároveň je na jej zakúpenie vysoký náklad,
6 kg kladivo nie je vo výzbroji hasičov V–4,
dĺžka a priemer hadíc vo fínskom teste nezodpovedá hadiciam vo V-4,
charakteristika pohybu po schodoch nezodpovedá činnosti zásahu v budove,
v disciplíne = práca s kladivom a pneumatikou môže dôjsť pri úderoch kladivom do pneumatiky k úrazu (odraz kladiva od pneumatiky – do dolnej končatiny),
pri udieraní kladivom do pneumatiky, pneumatika „nadskakovala“ a preto sme nechali vyrobiť do nej kovový rám, ktorým sme ju zaťažili,
Drill test nemá stanovenú intenzitu pohybovej činnosti – intenzita je uvádzaná ako rutinné pracovné tempo ( kde si pracovné tempo hasiči vysvetľujú po svojom ). Po vystúpení vedúceho riešiteľa na medzinárodnej konferencii „Požiarneho inžinierstva“ vo Varšave, kde sa odprezentovala problematika aplikácie fínskeho testu, sa rozvinula k problému široká diskusia. Preto sme sa rozhodli, že vytvoríme nový test, do ktorého budeme aplikovať disciplínu č. 3 z fínskeho testu.

Tabuľka 1: Výsledky merania hasičov z Varšavy (antropometrické ukazovatele – telesná výška, telesná hmotnosť, hodnoty tlaku vzduchu v dýchacom prístroji před a po teste a maximálnej pulzovej frekvencie ( TF max.) P.č Štát

Meno

Vek

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

B.M O. T. A. M. K. M. K. R. W. B. R. D. K. A. C. M. S. D. W. M. O. P. M. S.

21 19 20 22 21 21 21 21 23 22 44 25 22 23,23

PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL ø

Hmotnosť (kg) 81 74 76 80 72 100 78 85 67 86 108 85 66 81,38

Výška (cm) 193 175 170 182 179 190 180 184 173 180 180 185 168 179,92

Vzduch pred (bar) 290 275 300 280 300 260 280 280 280 300 300 280 300 286,54

Vzduch po (bar) 125 150 170 140 140 90 155 150 150 130 140 140 140 140

TF max. 168 138 168 150 180 180 138 138 162 126 162 156 192 158,31

Legenda: vzduch pred (bar) – je tlak vzduchu v dýchacom prístroji pred zahájením testu vzduch po (bar) – je tlak vzduchu v dýchacom prístroji po ukončení testu

69

Tabuľka 2: Výsledky meraní hasičov z Varšavy (časov jednotlivých disciplín a celkového času) Štát

Meno

1. disciplína

PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL

B.M O. T. A. M. K. M. K. R. W. B. R. D. K. A. C. M. S. D. W. M. O. P. M. S. ø

VC 1:56 2:23 1:58 1:57 2:09 2:10 2:08 2:00 2:05 2:00 2:20 2:03 2:24 2:07

2. disciplína 3. disciplína 4. disciplína (min.) (min.) (min.) M VC M VC M VC 5:09 4:13 8:12 4:03 10:22 3:10 5:15 3:52 8:04 3:49 10:21 3:17 5:03 4:05 8:04 4:01 10:11 3:07 5:16 4:19 8:19 4:03 10:25 3:06 5:05 3:56 8:35 4:30 10:17 2:42 4:54 3:44 9:00 5:06 10:17 01:17 5:00 3:59 8:10 4:10 10:22 3:12 5:04 4:04 7:55 3:51 10:12 3:17 5:05 4:00 8:39 4:34 9:59 2:20 5:01 4:01 7:58 3:57 10:19 3:21 5:16 3:56 7:52 3:36 10:23 3:31 4:56 3:53 7:58 4:02 10:12 3:14 4:56 3:32 10:50 6:54 12:00 2:10 5:04 3:58 8:25 4:21 10:24 2:54

5. disciplína Celkový čas (min.) (min.) M VC Hrubý Čistý 13:50 2:32 13:50 10:50 13:57 2:24 13:57 10:57 13:40 2:31 13:40 10:40 13:55 2:30 13:55 10:55 13:50 2:27 13:50 10:50 13:56 1:21 13:56 10:56 13:55 2:34 13:55 10:55 13:40 2:32 13:40 10:40 13:45 2:14 13:45 10:45 13:40 2:39 13:40 10:40 13:33 2:50 13:33 10:33 13:47 2:25 13:47 10:47 14:14 3:46 14:14 11:14 13:49 2:31 13:49 10:49

Záver Zostrojenie špecifického motorického testu pre hasičov a následne jeho štandardizácia je veľmi aktuálna problematika hlavne z dôvodu, že v krajinách V – 4 nie je doteraz známy žiadny štandardizovaný test, ktorý by testoval špeciálnu pripravenosť hasičov do zásahovej činnosti. Okrem iného platí všeobecne zásada, že testovanie je vtedy najefektívnejšie, keď sa vykonáva v podmienkach, v akých skutočne pohybová činnosť prebieha, resp. sa realizuje. Zároveň je potrebné požadovať, aby boli hasiči jednoznačne testovaní vo výstroji, v ktorom chodia, resp. realizujú zásahovú činnosť.

Literatúra [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10]

BENCE, L. 2001.Základy antropomotoriky. Banská Bystrica: FHV UMB ,2001 COOPER, K.H. 1990. Arobický program pre aktívne zdravie. Bratislava: Šport, 1990 HAVLÍČEK, I. 1995. Testovanie. In: Telesná výchova a šport - terminologický a výkladový slovník. 2 zväzok. Bratislava: F.R.G, 1995 HRČKA, J. 2000. Šport pre všetkých. Prešov: ManaCon, 2000 JUNGER, J. – KASA, J. 1996. Úvod do športovej kinantropológie. Prešov: UPJŠ,1996 KASA, J. 2000. Športová antropomotorika. Bratislava: SVSTVaŠ, 2000 KASA, J. 1995. Antropomotorika. Bratislava: UK FTVŠ, 1995 KASA, J. 1995. Motorické testovanie. In: Telesná výchova a šport – terminologický a výkladový slovník. 2 zväzok. Bratislava: F.R.G LABUDOVÁ, J. et al. 1998. Metodika testovania. In: Aktivity dní športu a rozvoj zdravia. Bratislava: Šport pre všetkých, č. 19. 1998 STARŠÍ, J. - GÔRNER, K: Vedeckovýskumná činnosť v telesnej výchove a športe. Banská Bystrica: FHV UMB, 1995

70

René PŘIBYL1 ANALÝZA RIZIK NA OBVODU SPÁDOVIŠTĚ SEŘAZOVACÍHO NÁDRAŽÍ RISK ANALYSIS OF HUMP YARD OF SHUNTING STATION

Abstrakt Příspěvek se zabývá problematikou přepravy nebezpečných látek na vlakovém nádraží a to jeho část spádoviště. Popisuje analýzu rizik s následnými opatřeními k minimalizaci výskytu havárie.

Abstract The contribution deals with problems of transport of hazardous substances at the train station and is part of hump yard. Describes the risk analysis with subsequent measures to minimize the occurrence of an accident.

Key words: Hazardous substance, Hump yard, Transport, Tank Car, Analysis Úvod Doprava a přeprava zboží byla, je a bude každodenní nutností. Při výběru druhu dopravy většinou rozhoduje její dostupnost, cena, čas a další důležité atributy. Každý druh dopravy má větší čí menší vliv na životní prostředí. Nejekologičtější způsob dopravy velkého objemu představuje přeprava po železnici. Byť je tento druh dopravy nejekologičtější i zde mohou nastat mimořádné události nebo havárie, které mohou ohrozit zdraví a životy lidí, zvířat, poškodit životní prostředí a způsobit újmu na majetku. Asi nejrizikovější při přepravě zboží po železnici je přeprava nebezpečných věcí. Tím jsou myšleny chemické látky, výbušniny a další látky, které jsou definovány v Řádu pro mezinárodní železniční přepravu nebezpečných věcí (RID). Pro analýzu bylo zvoleno kritické místo spádoviště. Na této části vlakového nádraží dochází k posunu vozů a následné vlakotvorbě. [2]

Právní úprava Základním právním předpisem pro nákladní přepravu je Řád pro mezinárodní železniční přepravu nebezpečných věcí (RID). [3] V tomto předpisu je pojem nebezpečná látka nahrazena pojmem nebezpečné věci. Řád RID stanovuje nebezpečné věci, které jsou z mezinárodní přepravy vyloučeny, nebezpečné věci, jejichž mezinárodní přeprava je připuštěna a také požadavky, včetně vynětí z platnosti, které musí být při této přepravě splněny. Celý Řád RID je rozdělen do sedmi částí, které jsou tématicky zaměřeny, například na klasifikaci látek, použití obalů, požadavky na konstrukci, podmínky přepravy atd. Na mezinárodní řád RID pak navazuje Nařízení vlády č. 1/2000 Sb. o přepravním řádu pro veřejnou drážní nákladní dopravu ve znění pozdějších změn a úprav. [2] 1

Ing., VŠB –TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostního managementu, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected]

71

Popis spádoviště Potřeba vzniku spádoviště a seřaďovacího nádraží vznikla v době, kdy se prudce zvyšoval nárůst nákladní přepravy. Celé to spočívalo ve vybudování odděleného kolejiště, ve kterém se nákladní vozy třídily podle relací. Spádoviště je oblast seřaďovacího nádraží zahrnující svážný pahrbek a přilehlé zhlaví směrové skupiny, na kterém se seskupují vozy nebo skupiny vozů (tzv. odvěsy). První takové nádraží v Rakousku - Uhersku vzniklo v Ústí nad Labem v roce 1876. K návěstění se používala stávající návěstidla a až po roce 1880 byla zřizována speciální seřaďovací a speciální spádovištní návěstidla. Vozy se rozřazovaly lokomotivami, což bylo značně pomalejší než rozřazení pomocí svážného pahrbku, ze kterého se odvěsy pohybovaly samotíží. I v této problematice vzniklo několik druhů seřaďovacích nádraží. Nejvíce se však uplatnilo toto konstrukční uspořádání: [5]
vjezdová skupina - sem vlak přijede, odstupuje vlaková lokomotiva, sepíše se tříděnka odvěsů a začne posun,
svážný pahrbek - odvěs na urychlujícím sklonu získává kinetickou energii pro svůj pohyb v kolejišti,
směrová skupina - odvěsy postupně naplňují jednotlivé relační koleje,
odjezdová skupina - komplexní příprava vlaků a náležitostí pro odjezd a samotná výprava vlaku. [5] Pro zpomalení vozů na svážném pahrbku existují 2 druhy kolejových brzd (plnoautomatická nebo vzduchová). Další možností je, že pahrbek není brzdami vybaven. Na zvoleném spádovišti se nacházejí vzduchové kolejové brzdy ovládané signalisty – operátory kolejových brzd. Na obrázku č. 1 je spádoviště schématicky znázorněno.

Obrázek 1: Schéma spádoviště [6]

72

Metody analýzy rizik Pro analýzu rizik spojenou s vlakotvorbou na spádovišti bylo nutno vybrat vhodné metody. Tyto vybrané metody musely být aplikovatelné na dané prostředí. Z celé škály metod analýzy rizik byly zvoleny metody FMEA (Metoda Analýzy poruch a jejich následků) a metoda podle Guideline for Quantitative Risk Assessment (CPR 18E). [2] První metoda identifikace poruch je založena na rozboru způsobu selhání a jejich důsledků, která umožňuje hledání dopadů a příčin na základě systematicky a strukturovaně vedených selhání. Metoda možnosti poruch a jejich následků – Failure Mode and Effects Analysis slouží ke kontrole prvků systému selhání a identifikuje jednoduché poruchy. [4] Druhá z metod byla převzatá z holandské metodiky podle CPR 18E Guidelines for Quantitative Risk Assesment. Metodika je rozdělena do dvou částí: hodnocení rizik pro stacionární zařízení a hodnocení rizik přepravy nebezpečných látek. Při analýze úniku nebezpečné látky byla vybrána druhá část této metody - hodnocení rizik přepravy nebezpečných látek a to ta část, která je nazvána „Seřaďovací nádraží“. V této části jsou uvedeny možné scénáře, které mohou v daném prostředí vzniknout. [2]

Analýza metodou FMEA Výhodou při uplatnění této metody bylo to, že v mezinárodním předpisu RID jsou uvedeny příklady specifických rizik v seřaďovacím nádraží. Pro analýzu byly z řádu RID vybrány tyto případy:
vykolejení cisterny (kotlového vozu),
srážka cisterny (kotlového vozu),
netěsnost nádoby nebo vozu z důvodu možného vykolejení nebo srážky,
poruchy kolejí, zařízení a vybavení spádoviště. [3] Posouzení rizik metodou FMEA spočívalo ve vyplnění tabulek, které obsahovaly tyto části: posuzovaný objekt, projev poruchy, důsledek poruchy, příčina poruchy, stávající opatření a doporučená opatření. U důsledku poruchy, příčin a stávajících opatření byly tyto části doplněny kromě slovního i číselným hodnocením v rozsahu od 1 do 10 dle výše ohrožení či možnosti výskytu havárie. Příklad je uveden na obrázku č. 2. Po sestavení tabulky a přiřazení číselných hodnot k jednotlivým částem se tyto hodnoty dosadily do vzorce (1) pro výpočet míry rizika. (1) R=NxPxH R – Míra rizika N – Dopady havárie (Závažnost důsledků) P – Výskyt havárie (Pravděpodobnost vzniku a existence rizika) H – Detekce (odhalitelnost) rizika

73

74

Obrázek 2: Ukázka tabulky s analýzou možnosti poruch a jejich následků pro spádoviště [2]

Při práci, která je spojená s posunem a vlakotvorbou v obvodu spádoviště může dojít k několika nebezpečným stavům. Ty mohou vzniknout při technické závadě vybavení spádoviště nebo obecným pochybením (nedbalostí) obsluhy. Technické potíže mohou nastat z důvodu špatného technického stavu, který může být definován jako únava materiálu. Proto se zde naskytuje vhodná volba opatření v podobě technických prohlídek výhybek a kolejových brzd. Technické prohlídky jsou na pracovišti realizovány, ale ke zlepšení a prevenci bylo doporučeno, aby byly prováděny v častějším intervalu (např. častější kontrola než je u běžně používaných výhybek mimo spádoviště). Dalším technickým opatřením, které může minimalizovat vznik nehody či havárie je zkrácení doby životnosti jednotlivých prvků (výhybky, kolejové brzdy apod.) oproti běžně zažitým zvykům (opět ve srovnání s běžně používanými prostředky mimo spádoviště). V případě kolejové brzdy se také může jednat o její zanesení a tím pádem menší funkčnosti. Zanesení brzdy může dojít v důsledku přenesení nánosu z dvojkolí projížděních vozů. Tudíž je nutná kontrola, popř. odstranění nánosu z dvojkolí ještě před vjezdem vozu na svážný pahrbek. Tato kontrola by měla být prováděna posunovačem. [2]

Analýza metodou podle CPR 18E Rizika přepravy nebezpečných látek po železnici se vztahují převážně na přepravu v cisternách a to u hořlavých plynů, toxických plynů, toxických kapalin a hořlavých kapalin. [1] Pomocí zvolené metody byly posuzovány jen látky přepravované v cisternových (kotlových) vozech.

75

Při úniku nebezpečné látky se používají tyto scénáře:
únik z díry o průměru 75 mm (3 palce) v cisterně,
roztržení cisterny. [1] Pro seřaďovací nádraží je v metodice určeno 8 rozdílných scénářů. Možnost vzniku daného scénáře závisí na typu a provozu na daném nádraží (seřadišti). Druhy scénářů jsou:
srážka vlaku na příjezdu nebo odjezdu z nádraží,
srážka mezi přijíždějícím/odjíždějícím vlakem a řadou vagónů,
srážka mezi řadou vagónů a vlakem, který je posouván nebo seřazován,
srážka při výměně lokomotiv,
havárie pouze jedné cisterny,
havárie při posunování,
vlastní selhání cisterny,
BLEVE cisterny způsobené únikem hořlavé kapaliny z vedlejší cisterny. [1] Při analýze metodikou CPR 18E bylo vycházeno ze scénářů, které tato metodika poskytuje v návaznosti na scénáře, které jsou uvedeny v mezinárodní normě pro přepravu RID a byly použity při posouzení rizik metodou FMEA. [2] Proto byly z těchto osmi scénářů zvoleny tyto:
havárie pouze jedné cisterny,
havárie při posunování. [1] V tabulce č. 1 jsou uvedeny scénáře s následnými frekvencemi a pravděpodobnosti výtoku nebezpečné látky při havárii železniční cisterny (kotlového vozu).

Tabulka 1: Frekvence havárie a pravděpodobnosti výtoku [1] Scénář 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Příjezd/odjezd Srážka s řadou vagónů Posunování/seřaďování Výměna lokomotiv Havárie jedné cisterny Havárie při posunování Vlastní selhání BLEVE

Frekvence havárií 5,5*10-7 na vlak 2,12*10-5 na vlak 2,12*10-5 na vlak 1,0*10-6 na vlak 2,75*10-5 na vlak 1,76*10-5 na cisternu 5*10-7 na cisternu rok 5,5*10-7 na vlak

Pravděpodobnost výtoku Atmosférické Přetlakové cisterny cisterny 0,1 0,01 0,1 0,01 0,1 0,01 0,05 0,005 0,1 0 0,1 0,01 1 1 0 1

V metodice je dále uvedeno, že jen 10% výtoků jsou významné pro vnější rizika, proto musí být frekvence výtoku násobena koeficientem 0,1. Následnou frekvenci vynásobíme počtem vozů s danou nebezpečnou látkou, které se na daném spádovišti vyskytnou během roku. Výsledná hodnota se vynese do matice přijatelnosti rizika. Vyhodnocením a znázorněním výsledku frekvence havárie za rok a počtu smrtelně ohrožených osob do matice rizik vyšly hodnoty v oblasti přijatelného rizika. Zóny dosahu potenciální havárie byla stanoveny pomocí modelovacího programu ALOHA s ohledem

76

na množství přepravované látky. Počet lidí, kteří se na spádovišti a v jeho blízkém okolí vyskytují byl stanoven z počtu pracovníků na samotném spádovišti, zaměstnanců údržby, zaměstnanců sousedícího pracoviště a pracovníků zásobování. I přes tento výsledek je nutno věnovat přepravě nebezpečných látek na spádovišti vysokou míru pozornosti. [2]

Závěr Při analýze rizik na obvodu spádoviště byly použity tyto metody analýzy rizik – metoda FMEA a CPR 18E. První z metod odhalila možná slabá místa na spádovišti a to v oblasti kontroly a životnosti používaného vybavení (výhybky, kolejové brzdy). Proto byly nastíněny možné postupy pro zlepšení stávajícího stavu. [2] Metoda CPR 18E je specifická metoda pro přepravu nebezpečných látek. Výstupem této metody je matice rizik, která popisuje stav na spádovišti. Výsledky byly v mezích přijatelného rizika. I přes výsledek v oblasti přijatelného rizika je nutné při přepravě nebezpečných látek dbát na zvýšenou pozornost při manipulaci s těmito látkami. Proto je nezbytná důsledná kontrola každého cisternového (kotlového) vozu, který je takovou látkou naložen. Kontrola by měla spočívat jak v oblasti kotle, tj. těsnosti přírub, celistvosti pláště, tak i v části podvozku – kontrola dvojkolí opticky i mechanicky (poklepem). Manipulace s takto nebezpečnými zásilkami by měla být co nejbezpečnější, z toho vyplývá omezit jejich manipulaci na minimum. Nejrizikovější manipulací loženého vozu jsou operace spojené s vlakotvorbou, která je prováděna na spádovištích. Operacemi je myšlena problematika spouštění vozů ze svážného pahrbku a s tím spojená možnost vykolejení vozu či skupiny vozů v důsledku mechanické závady či poruchy na jednotlivých částech spádoviště - nejpravděpodobněji výhybky a brzdy sloužící ke snížení rychlosti spouštěných vozů. Důležitým faktor zde hraje i rychlost posunu, která nesmí být překročena. Jako jeden z bezpečnostních prvků by mohla být přeprava celistvého vlaku s takto nebezpečným nákladem z jednoho místa do druhého po co nejpřímočařejší ose. Tím pádem by se omezil pohyb takto nebezpečných vagónů na spádovišti. Zaměstnanci ČD Cargo a.s. jsou pravidelně proškolováni v oblasti pracovních postupů a bezpečnosti práce na spádovišti, což by mělo minimalizovat vznik nebezpečné situace spojené s únikem nebezpečné látky. I přes všechna tato opatření je nutné, aby zaměstnanci tyto technologické a pracovní postupy striktně dodržovali a řídili se jimi. Důležitý faktor zde hraje komunikace mezi jednotlivými pracovníky. V případě, že by na spádovišti došlo k úniku nebezpečné látky ať už v důsledku vykolejení nebo srážky je nutná včasná reakce všech zúčastněných stran. Ať už se jedná o včasné upozornění na vzniklou nebezpečnou situaci a kontaktování HZS ČD nebo HZS ČR, tak i vytvoření postupů pro zaměstnance spádoviště a přilehlého okolí. Rychlost a preciznost hraje v dané chvíli důležitou roli. [2]

Literatura [1] [2]

[3]

Guideliness for Quantitative Risk Assessment „Purple Book“, CPR 18E, TNO, The Hague 1999 PŘIBYL, R.: Analýza dopadu úniku nebezpečných látek z železničních cisteren na vlakovém nádraží. Ostrava: VŠB – TU Ostrava. Fakulta bezpečnostního inženýrství. 2009. 63 s. Řád pro mezinárodní železniční přepravu nebezpečných věcí (RID) 2007

77

[4] [5] [6]

ŠČUREK, R. Studijní materiál do předmětu Ochrana podniku Postup Analýzy rizika podniku a objektu – studie letiště. Ostrava, Duben 2008 Železniční doprava. Popis spádoviště [on line]. [cit. 2009 09 29]. Dostupné na WWW: http://zeldop.wz.cz/zabzo/spadoviste.htm Železniční doprava. Schéma spádoviště [on line]. [cit. 2009 09 29]. Dostupné na WWW: http://zeldop.wz.cz/zabzo/schemaser.JPG

78

Radomír ŠČUREK1 OCHRANA OSOB A MAJETKU NA LETIŠTI POMOCÍ HODNOCENÍ CESTUJÍCÍCH Abstrakt Příspěvek popisuje problémy předběžného hodnocení cestujících v letecké dopravě za účelem zvýšení bezpečnosti civilní letecké dopravy. Seznamuje s možnostmi vyhledávání potencionálních pachatelů protiprávních činů podle jejich fyzických a psychických projevů před a v průběhu vlastního odbavení na letišti.

Klíčová slova: Typping (Behavior Detection Officers), Profiling (Advente passenger informatik) elektronická letenka, Bezpečnostní dotazování na osobu a zavazadla., Technologie Malintend (špatný úmysl) Úvod Oproti jiným způsobům dopravy, mají cestující v letecké dopravě nízkou míru anonymity, v závislosti na opakovaných kontrolách totožnosti cestujících. Cestující poskytuje dopravci své jméno a příjmení, existují záznamy o objednávce a zaplacení letenky, při vstupu do tranzitního prostoru a následně do letadla jsou cestujícím kontrolovány cestovní doklady, některé státy vyžadují po cestujících údaje o národnosti, bydlišti, místě pobytu v cizí zemi, dokonce i o profesi a tyto údaje jsou uschovány v databázi.

Databáze cestujících Rozeznáváme údaje PNR (Passenger name rekord), což je digitální záznam o cestujícím, o jeho cestě konkrétní leteckou společností. Databáze PNR jsou určeny pro letecké společnosti, které jsou spravovány centrálně v databázi CRS (Computerized reservation systém), počítačové databázi rezervačního systému, tento systém využívá také název globální distribuční systém se zkratkou GDS (Global distribution systems). Mezi nejrozšířenější globální distribuční systémy patří ve Spojených státech užívaný systém SBRE a GALILEO/APOLLO. V Evropě se využívá systém AMADEUS, který využívají České aerolinie, nebo WORLDSPAN. Záznam ve shora uvedené databázi je proveden vždy současně s rezervací letenky. Jakmile systém záznam vytvoří, vygeneruje současně auditní protokol, do kterého se zaznamenávají veškeré změny záznamu. Také se zde postupně ukládají údaje o čase, místě rezervace, uživatelském identifikačním čísle, údaje o zprostředkovateli, cestovní kanceláři a konkrétní osobě, která provedla do systému záznam, stejně jako jméno cestujícího, nebo subjektu, který později provedl změnu rezervace. Data jsou předána ve společně mezinárodní dohodnuté formě, resp. Formátu, který se nazývá AIRIMP. Pokud se jedná o pravidelného zákazníka letecké společnosti, je mu vytvořen profil, kde se přidávají jednotlivá data o následující cestě. Tento profil často zahrnuje čísla kreditních karet, čísla pasů, elektronické adresy, telefonní čísla, adresa, informace o rodinných příslušnících, poznámky o preferovaném jídle a sedadle v letadle, zdravotním stavu a poznámky z cestovní kanceláře například typu:“stále si mění čas odletu, rád se dohaduje 1

doc. Mgr. Ing., Ph.D., VŠB – TUO, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostního managementu, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected]

79

o místě“ a podobně. Z distribučního systému lze také vyčíst, zda se cestující někdy nedostavil k odletu. Většina dat zadaných do digitálního záznamu o osobě cestujícího nejsou vkládány leteckými společnostmi, ale cestovními kancelářemi nebo samotným cestujícím za účelem zvýšení komfortu cestování. V současnosti se zvýšenými riziky rozeznáváme rovněž tzv. další informace o cestujícím, označené API (Advente passenger information). Tyto údaje jsou požadovány imigračními úřady některých států. Pokud letecká společnost tyto údaje o cestujícím neposkytne, hrozí jim pokuty, nebo i zákaz vstupu do vzdušného prostoru dané země. Mezi tyto údaje patří zpravidla data obsažená v cestovních dokladech, navíc pak údaje o trvalém bydlišti, délce plánovaného pobytu, nebo telefonní kontakty. Na rozdíl od PNR neslouží API žádným obchodním účelům. Letecké společnosti mají dvě možnosti, jak poskytovat požadovaná data bezpečnostním složkám státu do kterých létají. Jedná se o způsoby PUSH (tlačit) a PULL (táhnout). Nejpoužívanější je systém PUSH, který spočívá v tom, že letecká společnost shromáždí veškerá data o cestujících a daném letu ve svých databázích a zpravidla ještě před odletem je odešle bezpečnostním složkám daného cílového státu. V systému PULL jsou informace shromážděné v databázích letecké společnosti a bezpečnostní orgány cílové země mají přístupová hesla a sami si potřebné údaje v databázi letecké společnosti kdykoliv vyhledají. Za účelem boje proti nedovolenému přistěhovalectví a zdokonalení hraniční kontroly byla vydána směrnice Rady EU č. 82/2004, která ukládá leteckým dopravcům povinnost poskytnout o každém cestujícím devět základních údajů. Jedná se o číslo a typ použitého cestovního dokladu, státní příslušnost, jméno a příjmení, datum narození, údaj o hraničním přechodu na území členského státu EU, kódové číslo letu, čas odletu a příletu, celkový počet osob přepravovaný daným letem, počáteční místo nástupu na palubu letadla. V České republice byla tato povinnost zavedena od 1. 7. 2006 v rámci novely zákona č. 49/1997 Sb., o civilním letectví ve znění změn a doplnění. Vzhledem k náročnosti na zpracování vyžaduje Policie České republiky tyto údaje pouze od dopravců létajících z rizikových destinací, tedy ze zemí s největším počtem ilegálních emigrantů. Údaje o cestujících nejsou využívány jen pro operativní bezpečnostní složky daného státu, ale k identifikaci obětí leteckých nehod. Ve Spojených státech amerických (USA) jsou data cestujících směřujících do jejich země podrobena navíc další dvojstupňové kontrole. V prvním stupni jsou letecké společnosti povinny prověřit, zda některý z cestujících nebo z členú posádky není zařazen na seznamech nežádoucích osob. Tyto seznamy jsou označeny NO FLY nebo SELECTEE list. Jde o seznamy podezřelých z terorismu, které jsou poskytnuty bezpečnostními složkami USA leteckým společnostem včetně aktualizací. Pokud letecká společnost nalezne na seznamech takového cestujícího, je povinna prostřednictvím zastupitelského úřadu informovat bezpečnostní úřady USA. Takoví cestující nejsou na palubu letadla vpuštěni, nebo na základě instrukcí bezpečnostních složek bez upozornění dopraveni na území USA a zde jsou podrobeni zvláštním opatřením. Druhý stupeň prověření cestujících do USA je prováděn těsně před odletem letadla. Musí být již odeslána, nebo zpřístupněna API data do Národního sledovacího centra USA (National Tracking Centre), které opět prověřuje seznamy cestujících a porovnává je se seznamy NO FLY nebo SELECTEE. Pokud jsou takoví cestující i přes kontrolu leteckých společností zjištěny je upozorněno Středisko pro informace o teroristech USA (Terrorist Screening Centre), které vydá doporučení, zda osoba nebude vůbec vpuštěna, nebo po příletu zatčena, či jen sledována. Podle toho v jaké fázi se letadlo nachází, může být let odkloněn, nebo nařízeno vrátit se do výchozí destinace. Údaje API jsou vyžadovány i v případech, kdy letadlo jen nad územím USA přelétá.

80

Zavedení systému předběžného hodnocení cestujících Vzhledem k rostoucím nárokům na bezpečnost letiště se klade důraz na vývoj a zavádění integrovaného bezpečnostního systému, který je napojen na odbavovací, bezpečnostní a vyhledávací systémy (SITA). Nyní letecké společnosti předávají jen jméno, datum narození a podrobnosti o příletu a odletu cestujících kvůli imigračním kontrolám Nový systém má za úkol shromáždit všechna data o cestujících z různých zdrojů dopravců, aby bylo možné provést identifikaci cestujících a jejich zavazadel. Tato data by měla být uchovávaná pro bezpečnostní složky (cizinecká policie) a průběžně doplňována podle aktivit cestujícího a využívána při následných odbaveních. Prvním systémem hodnocení cestujících v letecké dopravě z hlediska možných rizik násilných činů, byl systém CAPPS (počítačový systém předběžného hodnocení cestujících), vytvořený ve druhé polovině 90. let minulého století v USA. Tento systém byl založen na analyzování údajů o cestě, které běžně shromažďují letecké společnosti. Současně se objevily úvahy o zavedení osobních dokladů s biometrickými údaji. Byly navrhovány tzv. „neinvazivní senzory“, resp. skenery mozkové aktivity, umístěné na bezpečnostních rámech, s jejichž pomocí by bylo možné zjistit, zda někdo z cestujících neplánuje něco protiprávního. Systém CAPPS byl provozován FBI (Federální úřad pro vyšetřování USA) a FAA (Federální úřad pro letectví USA) a do plného provozu byl spuštěn v roce 1997. Pokud byl některý z cestujících vybrán jako potencionální bezpečnostní hrozba, byla jeho zavazadla podrobena důkladnější kontrole. Cestující sám žádnou podrobnější prohlídkou neprocházel. To se ukázalo být slabinou systému CAPPS, protože ten 11. září 2001 správně identifikoval většinu atentátníků jako potencionální hrozbu, ale protože jejich zavazadla prošla kontrolou bez problémů, byli všichni vpuštěni na palubu letadel. Po útocích z 11. září 2001 bylo zřejmé, že dosavadní bezpečnostní systémy v letecké dopravě jsou snadno překonatelné. Proto byl navržen systém CAPPS II, jehož podstata spočívala v tom, že údaje o cestujícím, získané při koupi letenky, jsou porovnány s údaji, uloženými ve státních a komerčních databázích. Přitom by se ověřovala totožnost, zjišťovaly se předchozí kriminální aktivity, ale také to, zda daný cestující nemá možné vazby na teroristy. Přesný algoritmus je utajen. Ve výsledku je cestující s pomocí barevné škály ohodnocen z hlediska možné rizikovosti a toto hodnocení se zasílá zpět letecké společnosti. Návrh na zavedení systému CAPPS II počítá s procházením řady databází, obsahujících soukromé údaje, čímž vzbuzuje protesty ochránců lidských práv, zavedení tohoto systému bylo proto v srpnu 2004 pozastaveno. Na začátku roku 2005 byl CAPPS II nahrazen novým programem „Bezpečný let“, který má úkoly podobné jako CAPPS II. Vzhledem k pokračujícím obavám z narušování soukromí však ani tento program není plně funkční a jeho zavedení je v USA plánováno na rok 2010.

Evropská databáze otisků prstů EURODAC Na základě nařízení Rady (ES) č. 2725/2000 ze dne 11. prosince 20001) byla na území Evropské unie zavedena evropská databáze otisků prstů EURODAC, jež je vytvořena s cílem napomáhat při určování, který členský stát EU je příslušný k posouzení žádosti o azyl a současně usnadňovat naplňování společné azylové politiky a bezpečnostních kontrol nejen na letištích v Schengenském prostoru. Tento systém sestává z centrální databáze otisků a sítě národních přístupových míst sloužících k předávání údajů mezi členskými státy. S touto databází jsou propojena i pracoviště Policie ČR na letišti. EURODAC je v současné době již neodmyslitelnou součástí společné azylové politiky EU, která se stává, vzhledem ke svobodě pohybu v rámci tohoto společenství, nezbytností. Za situace, kdy mezi členskými státy existuje minimální hraniční kontrola a lidé mohou

81

bez překážek volně cestovat z jednoho členského státu EU do druhého, je sjednocení pravidel a výměna informací jediným způsobem, jak zajistit určitou rovnováhu v přístupu k otázkám uprchlíků a migrantů v rámci EU. Kromě členských států EU se k systému EURODAC připojily také Norsko a Island; naopak ze stávajících evropských zemí tento systém nevyužívá Dánsko. S účinností od roku 2003 jsou tedy v rámci azylového řízení v každém členském státě snímány otisky prstů všech žadatelů o azyl starších 14 let, přičemž stejný postup platí pro osoby podávající žádost na území EU i mimo ně (na zastupitelských úřadech). Dalšími osobami, jejichž otisky prstů jsou porovnávaný se záznamy v EURODAC, jsou cizinci (tj. občané tzv. třetích zemí) zadržení v souvislosti s neoprávněným překročením vnější hranice evropského prostoru a dále cizinci, kteří se nedovoleně (bez řádného povolení) zdržují na území některého členského státu. Otisky prstů těchto osob jsou následně v digitální formě posílány do zmíněné centrály EURODAC, kde jsou automaticky porovnávány s otisky, jež byly do databáze zařazeny již dříve. Tento postup umožňuje příslušným úřadům zjistit, zda se dotyčná osoba již v některém jiném členském státě v minulosti neucházela o azyl, čímž je usnadněno rozhodování, která členská země se má daným případem zabývat, a současně zabraňuje osobám, které by žádosti o azyl chtěly zneužívat, aby se obracely na další členské státy poté, kdy byla jejich žádost v jedné zemi odmítnuta, nebo aby systém zatěžovaly opakovaným podáváním žádostí. Nedílnou součástí systému EURODAC jsou striktní pravidla zajišťující ochranu lidských práv a občanských svobod, včetně ochrany osobních údajů. Výše citované nařízení jasně specifikuje, že otisky lze využít výhradně pro účel azylového řízení, přičemž k údajům o otiscích nejsou připojovány další identifikační údaje. Obsahem záznamu v EURODAC jsou tedy údaje o otiscích prstů, název členského státu, který je vložil a datum a místo podání žádosti o azyl, tj. datum sejmutí otisků a dále informace o zemi původu a pohlaví žadatele. Dohledem nad využíváním osobních údajů uchovávaných v systému EURODAC je v každé členské zemi pověřen nezávislý dozorový úřad (v České republice je jím Úřad pro ochranu osobních údajů). Za kontrolu činnosti centrály zodpovídá Evropský inspektor pro ochranu údajů (European Data Protection Supervisor), jenž je garantem toho, že při využívání tohoto systému nedochází k porušování práv žadatelů o azyl. Vývoj směřuje k zavedení systému iBorders, který sceluje rezervační systémy aerolinií, státu a cestovních kanceláří a navádí je na celosvětový distribuční systém GDS (Global Distribution Systém) spojený se sítí SITA. Tento systém obsahuje potřebná data o odlétávajících, tranzitních a přilétávajících cestujících a lze ho využít na celý odbavovací proces. V systému je využita evidence potřebná pro registraci a kontrolu cizinců při vstupu do jednotlivých států tzv. ETA (Elektronic Traveler Authorization). Jde vlastně o dotazník, tzv. příletová vstupní karta, kterou je nutné vyplnit před vstupem do země. Vyplněný dotazník se zpracuje a elektronicky uloží pro další využití. Do budoucna bude dotazník ETA obsahovat i bio-data. Cestující může dotazník vyplnit ještě v cestovní kanceláři nebo přes internet z domova ještě před odletem. Parametry se v systému dostanou k aerolinkám, do cestovních kanceláří a k bezpečnostním službám letiště. Po příchodu cestujícího na letiště a načtení jeho letenky u odbavení budou jeho údaje aktivovány v systému iBorders, ten vyšle parametry do odbavovacího systému tzv. Departure Control Systém (DCS). Cestující je odbaven pružněji a efektivněji projde přes kontrolní body, bezpečnostní, pasové a celní přepážky. Další možností je, že cestující na základě biometrických metod absolvuje odbavení samoobslužně u tzv. Aiport Connect Kiosk napojeného na iBorders systém. K identifikaci cestujícího a srovnání jeho identifikačních parametrů uložených v systému iBorders může být využito načtení lidské tváře (parametry lebky), dále načtení otisků prstů, načtení oční rohovky. Údaje budou také uloženy na identifikačním průkazu cestujícího. Při shodě

82

s fyzickou skutečností, daty na identifikační kartě a údaji v iBorders systému bude cestujícímu vydán barevně nebo jinak označený palubní lístek. Dále samolepící označení zavazadel a oděvu cestujícího s opticky rozpoznatelnými znaky (OCR – Optical Caharacter Recognition), kterými cestující sám označí sebe a svá příruční zavazadla a při průchodu letištěm, či odbavení zavazadel bude automaticky kontrolována poloha cestujícího a jeho zavazadel pomocí radiových vln. Poloha je ověřována duálně prostřednictvím infračervených čteček čárového kódu. Dodatková kontrola polohy cestujícího může být provedena identifikací polohy podle signálu vydávaného z mobilního telefonu při přechodu přes kontrolní jednotky. Na palubní vstupence se rovněž vytiskne podoba cestujícího k fyzické kontrole provedené personálem. Pro efektivní využití tohoto systému je nutné načíst data pravidelných cestujících, aby nemuseli vyčkávat ve frontách na odbavení a sami, ve vlastním zájmu pak využili k odbavení služby Aiport Connect Kiosk. Celkem 19 různých dat se shromáždí ve společné centrální databázi členských států. V budoucnu by se k tomu měly připojit čísla a platební informace, data rezervací a vydání letenky, adresa kupujícího či informace o prodejci, zavazadle či místě v letadle. Celkem by data mohla být uchovávána až třináct let. Při odbavování zavazadel lze využít obdobný systém nazvaný „Bag Manager“. Systém umožní sledovat zavazadlo po celou dobu jeho přepravy do cílové destinace. Údaje o zavazadle se načítají radiovým přenosem a příručními archivačními zařízeními. Na odbavovací přepážce je na zavazadlo připevněn zavazadlový lístek a zavazadlo je zaneseno do Departure Control Systému (DCS) a do Bag Manager systému. Načtením zavazadla pak započne sledovací proces zavazadla. Zavazadlo prochází bezpečnostní kontrolou, poté zavazadlo putuje do třídírny a zde je sortováno podle určené destinace a nakládáno jako volně ložené, nebo do kontejneru, zde je zaznamenána jejich přesná poloha. Pak je přes rampy nakládána do letadel a pomocí ručních snímačů je naložení potvrzeno do systému. Jsou zaznamenány také údaje o poloze zavazadla v letadle. Vše je zasláno do cílové destinace. Je zaváděná služba, kdy lze zjistit polohu zavazadla pomocí WAP, SMS nebo internetu. Na některých letištích lze cestující odbavit bez papírové letenky a palubní vstupenky. Postačí vykázat se kódem, jenž pasažérovi v rámci systému rezervace zašle letecká společnost na mobilní telefon. Při příchodu do odbavovací haly cestující přiloží displej mobilu čtecímu zařízení a formality jsou vyřízeny (kód tvoří směs černobílých čtverců). Zaváděny jsou systémy analýzy cestujících školeným personálem již na odbavovacích přepážkách provozovatele letiště, kteří zhodnotí chování cestujícího, jeho vzhled, dokumenty a zadají základní bezpečnostní otázky. Vhodné je zavedení bezpečnostního dotazování cestujícího na obsah jeho zapsaných zavazadel, v případě zjištění nejasností zajistit zvláštní označení zapsaného zavazadla. Provádět také typování podezřelého chování cestujících příslušníkem bezpečnostní ostrahy vydávajícího se za klienta a to buď neskrytě s preventivním účinkem a současně skrytě. Zjevná prohlídka působí preventivně, ale rozladí běžné klienty a útočník si zvolí po jejím zjištění jiný způsob průniku. Vychází se z předpokladu, že osoba, která přenáší nebezpečný předmět je neklidná, roztěkaná, uhýbá pohledem očí a rozhlíží se okolo sebe více než ostatní cestující a další.

Minimalizace nelegální manipulace se zavazadly Nelegální manipulace se zavazadly cestujících je častým problémem a snahou vedení letišť je tento jev snížit na minimum. Je to jev, který se týká letecké dopravy obecně, kdekoli na světě. Přesto rozdíly v počtu zavazadel, u kterých byla zjištěna nelegální manipulace na evropských linkách, a při letech, které směřují například do afrických destinací, umožňují dovodit, že k manipulaci dochází nejčastěji mimo Evropu. Pro každé letiště je obtížné

83

objektivně určit, ve které destinaci k nepovolené manipulaci došlo, zda v odletové či cílové, a proto se statisticky porovnává, zda se počet zavazadel, u kterých byla zaznamenána neautorizovaná manipulace, změnil například s nástupem letního období, kdy je zvýšená frekvence letů do určitých rekreačních oblastí. Na letištích se uplatňují opatření snižující možnost nelegální manipulace se zavazadly cestujících. Jedním z opatření je, že všichni zaměstnanci letiště i zaměstnanci dalších subjektů, kteří pracují v areálu letiště, musí mít čistý trestní rejstřík. Osoby, které se pohybují v tzv. citlivých zónách, do nichž patří jak tranzitní prostor a třídírna zavazadel, ale i odbavovací plocha pro letadla nebo paluby letadel, jsou navíc prověřováni Národním bezpečnostním úřadem. Dále se používá nový kamerový systém, který zabírá celý prostor třídírny a její zaměstnanci jsou tak pod trvalou kontrolou, včetně namátkových prohlídek po skončení nakládky. Kontrola zaměstnanců má probíhat tak, že bezprostředně po skončení nakládky je náhodně vybraný tým nakladačů odvezen přímo od letadla a podroben kompletní osobní kontrole, která je zaměřena i na osobní šatní skříňky, služební i speciální vozidla a mobilní prostředky nakládání. Pracoviště monitorující obsah zavazadel musí být zdí odděleno od pohybu zavazadel a obsazení pracovních směn musí být soustavně a náhodně obměňováno. Účinným bezpečnostním opatřením je umísťování autorizovaných nálepek s čárovými kódy na všechna zavazadla, která prošla detekční kontrolou. Bezpečnostní management letiště kontroluje proces nakládky a vykládky na odbavovací ploše, a informace se srovnávají s údaji z kódů zavazadlových štítků. Kontroly jsou zaměřeny zejména na letadla směřující do oblastí, z nichž je hlášen častější výskyt neautorizované manipulace se zavazadly. Účinným preventivním opatřením je rovněž balení bagáže samotnými cestujícími do plastikových folií. Nepřetržitá služba tohoto druhu, by měla být zavedena v odletové hale. Situaci lze také ovlivnit tím, že v zavazadlech, která si neberou cestující do kabiny letadla, nemají být uloženy cenně věci a finanční hotovost. Neautorizovanou manipulaci se zavazadly lze omezit pečetěním všech kontejnerů se zavazadly včetně balení celých palet se zavazadly směřujícími do jedné destinace do fólie z umělé hmoty.

Detekční kontrola systémem Malintend Malintend, neboli „Zlý úmysl“ je přístroj, který dokáže pomocí citlivých senzorů na dálku detekovat stav mysli člověka či jeho špatný úmysl vůči okolí. Zařízení má pomoci v boji s protiprávními činy a na letištích zmenšit fronty na odbavování a dovolit cestujícím brát si do letadla tekutiny. Běžným standardem je v dnešní době při bezpečnostních kontrolách detekční kontrola, založena na kontaktním přístupu, tzn. kontaktu cestujícího s kontrolním objektem (WTMD, RTG, ruční detektory). Cílem kontrol je odhalit skryté předměty, které může mít kontrolovaná osoba u sebe a s nimiž může pokusit o spáchání protiprávního činu. Systém Malintend detekuje osobu na dálku, tzn. bezkontaktně na základě chování. Využívá k tomu fyziologickou a behaviorální technologii. Osoba vysílá nonverbální podněty, které předcházejí jejím úmyslům. Přístroj je naprogramován na detekci špatných úmyslů, tzn. těch, které mohou předpovídat spáchaní protiprávního činu. Z tohoto hlediska tedy pouze na screening osob a nikoliv použít k detekci zavazadel. Detekce Malintend funguje pomocí jemných senzorů, které na dálku analyzují tělesnou teplotu, srdeční rytmus a dýchání. Tyto faktory a signály jsou lidským okem většinou nepostřehnutelné. Osoby se zlými úmysly mají v těchto faktorech odchylky a na jejich detekování a následné analýze je systém postaven. Senzory identifikují, že se některý lidský faktor vzdaluje od standardní hodnoty, přenášejí tato data k analýze. Po vyhodnocení může být osoba označena jako podezřelá a podstoupí další testy. Během těchto testů přístroj snímá obličej podezřelého a zařízení čte z jeho mikro pohybu obličejových svalů a pokouší se

84

rozpoznat pocity, nálady a záměry osoby. Další část měření je provedena pomocí očního snímacího zařízení a feromonové technologie k rozboru tělesného pachu. Pokud je osoba uřícená, přetížená nebo úzkostlivá, může vysílat shodné signály s těmi, které by měl potenciální pachatel, ale systém dokáže odhadnout rozdíl mezi trýzněným cestujícím a teroristou. Bezpečně zařadí i osoby, které se i v klidovém stavu více potí. Systém je schopen rozpoznat, definovat a měřit sedm primárních emocí a emocionální podněty, které se odrážejí ve stahováních obličejových svalů. Malintend tyto emoce identifikuje v reálném čase. Celý systém je časově navržen tak, aby provedl testovanou osobu přes bezpečnostní kontrolu v intervalu dvou až čtyř minut, a často i rychleji. Nejde však o polygraf, jelikož osoby nemusí být fyzicky připojeny k zařízení a senzory dělají všechna snímání bez fyzického kontaktu. Zařízení mohou být implementována biologickými, radiologickými a explozivními snímači.

Závěr Výzkum směřuje k tomu, aby bylo zařízení vybaveno senzory sledující další faktory, např. tělesné pohyby a počítá se také s implementováním biologických, radiologických a explozivních snímačů. V současné době je hlavním záměrem potenciální lidskou hrozbu detekovat a osobu co nejrychleji vyčlenit od ostatních osob a od všech možných dostupných zdrojů, aby bylo pro své okolí co nejméně nebezpečná. Objevují se rovněž názory, že jsou osoby podrobovány nedobrovolné lékařské prohlídce a po zpracování naměřených hodnot psychosomatických faktorů, mohou být tyto údaje následně zneužity. Tyto záznamy však nejsou ukládány a data jsou okamžitě smazána. Faktem zůstává, že jako daň k pokroku může existovat přímá úměra mezi mírou technického zabezpečení osob a majetku a současně určitým omezením jejich soukromí.

Literatura [1] [2]

[3]

[4] [5]

KULČÁK, L., KERNER, L., SYKORY, V.: Provozní aspekty letišť, ČVUT Praha, Dopravní fakulta, skripto, 1. vydání, 2003, ISBN 80–01-02841–0 ROŠ.: [online].: Američané testují zařízení pro čtení myšlenek. Deník Právo, Novinky. Dostupné na WWW: http://www.novinky.cz/zahranicni/amerika/150387-americanetestuji-zarizeni-pro-cteni-myslenek.html ŠČUREK, R.: Nové technické prostředky k usměrnění davu a k zajištění ochrany veřejného pořádku ve shromažďovacích centrech. In Sborník přednášek mezinárodní konference Požární ochrana 2004, Ostrava, VŠB-TUO, SPBI a HZS Moravskoslezského kraje, 14. – 15. 9. 2004, ISBN 80–86634-39–6 ŠČUREK, R.: Stanovení rizik a zajištění bezpečnosti letiště před protiprávními činy. Habilitační práce, FBI VŠB-TU, Ostrava, 2008 TUREČEK, J.: Technické prostředky bezpečnostních služeb II – Detektory pro bezpečnostní prohlídku osob, zavazadel a zásilek. Praha, PA ČR, 1998, 100 stran, ISBN 80–85981-81–5

85

86

Jan ŠRŮTEK1 MOŽNOSTI UPLATNĚNÍ VIRIÁLNÍ STAVOVÉ ROVNICE PRO STANOVENÍ FYZIKÁLNÍCH VLASTNOSTÍ PLYNŮ PŘI MATEMATICKÉM MODELOVÁNÍ POŽÁRŮ POSSIBILITIES OF APPLYING THE VIRIAL STATE EQUATION FOR OBTAINING PHYSICAL PROPERTIES OF REAL GASES IN MATHEMATICAL FIRE MODELS

Anotace Příspěvek obsahuje podklady pro uplatnění viriální stavové rovnice při získávání fyzikálních vlastností reálných plynů v matematických modelech požáru.

Abstract The contribution presents foundations for applying the virial state equation for obtaining physical properties of real gases in mathematical fire models.

Keywords: mathematical fire model, virial state equation, physical properties of gases Úvod S růstem výrobních kapacit, zvyšováním energetického potenciálu a zaváděním nových technologií, vyznačujících se mnohdy extrémními pracovními podmínkami, zvětšují se rizika vzniku havárií doprovázených požáry. Mimořádné události často ohrožují zdraví lidí a působí vysoké škody v ekonomické sféře. S pravděpodobností vzniku a rozšíření požáru se počítá již v projektové dokumentaci staveb. Požární bezpečnost je zajišťována plněním řady dílčích norem zaměřených na konkrétní problémy. Tyto normy se upravují nejen v návaznosti na nové vědecko technické poznatky, ale i v souvislosti s rozvojem výpočetní techniky a s tím související informace, dnes již běžně získávané matematickým modelováním požáru. Ve vývoji výpočetních programů pro modelování požáru jsou patrné dva směry: a) Vytváření řady dílčích programů popisujících jednotlivé jevy požáru. Sjednocováním takovýchto modelů se vytváří komplexnější modely. b) Použití univerzálních výpočetních programů, určených nejen pro bezpečnostní inženýrství, ale i např. pro strojírenství, chemický průmysl a energetiku. Zatímco dílčí programy pro matematické modelování požáru se stále více rozšiřují v oblasti požárně bezpečnostního inženýrství, univerzální programy jsou pro svou náročnost využívány dosud jen v oblasti výzkumu a vývoje. V souvislosti se zajištěním požární bezpečnosti staveb je pro volbu konkrétních modelů rozhodující, aby byla ověřena správnost výpočtu. Přesnost výsledků modelováním se řeší již v průběhu vývoje modelů. Stěžejními problémy při vývoji matematických modelů požárů jsou znalost fyzikálních vlastností látek a jejich kvalifikované zavedení do programu.

1

Ing., Masarykova univerzita, Žerotínovo nám. 9, 601 77 Brno, e-mail: [email protected]

87

Nejvíce se uplatňují vlastnosti termodynamické a transportní, charakterizující přenos hmoty, hybnosti a tepelné energie. Vývoj metodik pro stanovení fyzikálních vlastností plynů, vhodných z hlediska matematického modelování požáru, souvisí jednak s rozvojem výpočetní techniky a jednak s tvorbou nových matematických modelů ve strojírenství, v chemickém průmyslu a v energetice. Oprávněnost užití fyzikálních vlastností látek, vstupujících do matematického modelování požáru, kontroluje se již při tvorbě modelů, a to hlavně s ohledem na podmínky, za kterých byly naměřeny nebo získány [6]. Vzhledem ke specifičnosti fyzikálních procesů při hoření by software pro stanovení vlastností plynů z výchozích měření měl umožňovat jejich výpočet při velmi nízkých tlacích a v širokém rozsahu teplot, a zároveň respektovat, že proudění plynů významně ovlivňují i nepatrné změny teplot a tlaků. Ještě dnes je značná část potřebných fyzikálních parametrů látek uváděna pouze ve formě tabulek nebo grafů, tj. ve formách nevhodných pro matematické modelování. Experimentálně a praxí ověřené tabulkové hodnoty fyzikálních vlastností se však stávají vhodným zdrojem pro regresní analýzu [5]. Pro sestavení jednotné metodiky výpočtu a výpočet fyzikálních vlastností plynů v matematických modelech požáru se může výhodně uplatnit viriální stavová rovnice.

Stavová rovnice skutečných (reálných) plynů Stavovou rovnicí pro reálný plyn se rozumí vztah, vyjadřující souvislost veličin p, v, T v rovnovážné termodynamické soustavě a umožňující, řešením příslušných diferenciálních rovnic termodynamiky, vypočítat s dostatečnou přesností tepelné charakteristiky plynů (tepelné kapacity, vnitřní energii, entalpii, entropii). Skutečné plyny se stavovou rovnicí ideálních plynů přesně neřídí. Rozdíly v chování reálných a ideálních plynů částečně vysvětluje Van der Waalsova stavová rovnice, která respektuje konečný objem molekul a existenci přitažlivých sil mezi nimi. Tato rovnice má tvar (1)  a    p + 2  v b  = r ⋅ T , v    kde a, b jsou konstanty závislé na druhu plynu, r je měrná plynová konstanta. Ve tvaru (1) platí rovnice pro 1 kg plynu.

88

Izoterma v diagramu p–v má v kritickém bodě inflexní bod. Proto platí

}

vkr

 ∂p    =0  ∂v T v kr

 ∂2 p   2  = 0  ∂v  T (2) vkr

 ∂3 p   3  ≠ 0  ∂v T Konstanty a, b stanovené z prvních dvou vztahů (2) lze vypočítat z výrazů (3) a=

b=

}

27 R 2 ⋅ Tkr2 ⋅ 64 pkr vkr , 3

(3)

kde pkr, vkr, Tkr jsou termodynamické veličiny popisující stav plynu v kritickém bodě. Konstanty a, b lze stanovit i z experimentálně zjištěných hodnot p, v, T plynu. Van der Waalsova rovnice sice vystihuje chování reálných plynů přesněji a ve větším rozsahu teplot a tlaků než stavová rovnice ideálních plynů, ale výsledky z ní získané stále ještě vykazují značné odchylky od naměřených hodnot, a to zejména za nízkých teplot a za vysokých tlaků. Stavových rovnic, teoreticky podložených a modifikovaných pro velké množství technicky důležitých plynů, byla v minulosti sestavena celá řada, přičemž tyto rovnice jsou tím složitější, čím je požadována vyšší přesnost a čím širší jsou oblasti teplot a tlaků [1]. Proto v technických výpočtech tyto rovnice mají jen omezené použití. Přibližně v polovině minulého století byla pomocí statistiky vytvořena obecná stavová rovnice pro reálný plyn, tzv. viriální stavová rovnice, která má podle [2] tvar: (4) ∞ k βk   p ⋅ v = r ⋅ T 1 − ∑ ⋅ k ,  k =1 k + 1 v  kde βk jsou koeficienty závislé pouze na teplotě (tzv. viriální koeficienty), ∞

k

βk

∑ k +1 ⋅ v k =1

89

k

je mocninná řada v mocninách proměnné v-1 . Viriální koeficienty βk se pro určitý počet členů mocninné řady určují z empiricky získaných dat nebo z tabulkových hodnot regresní analýzou. Rozvoj (4) lze s uvážením vztahu v-1= ρ přepsat podle [3] ve tvaru (5) n p = A0 + A1 ⋅ ρ + ... + An ⋅ ρ n = ∑ Ai ⋅ ρ i ,

ρ

i =0

kde A0, A1, … An jsou koeficienty závislé pouze na teplotě. Výraz na pravé straně rovnice (5) je mocninnou řadou proměnné ρ . Z porovnání rovnic (4) a (5) je patrné, že první viriální koeficient A0 je roven r.T. Při v→∞ všechny členy mocninné řady v rovnici (4) se blíží k 0 a tato rovnice dostává tvar (6) p ⋅ v = r ⋅T , což je stavová rovnice pro 1 kg ideálního plynu. Význam druhého viriálního koeficientu lze objasnit ze vztahu (7) ρ =0

  p   ∂     ρ   ∂ρ     T Jedná se o sklon izotermy v diagramu

p

ρ

= A1 .

= f (ρ ) v bodě osy ρ = 0.

Jestliže (8)

  p   ∂     ρ  = 0 ,  ∂ρ     T

je tečna izotermy, vycházející z osy ρ = 0, vodorovná přímka. Jedná se o bod izotermy ideálního plynu. V některých případech je výhodné používat stavovou rovnici s bezrozměrnými, redukovanými proměnnými. Viriální stavová rovnice s redukovanými proměnnými má dle [4] tvar

90

(9)

σ (ω ,τ ) 1 1 = 1 + ω ∑ Bi   + ω 2 ∑ Ci   + ... , τ τ  τ  i =0 i =0 i

n

i

n

kde

ω=

τ=

ρ ρk

– redukovaná veličina hustoty

T Tk

– redukovaná veličina teploty

σ (ω ,τ ) – redukovaný parametr, σ (ω ,τ ) =

Bi , C i , …

p r ⋅ ρ k ⋅ Tk ⋅ ω

– konstanty aproximačních polynomů

Tk (ρk)

– kritická teplota (kritická hustota)

V rovnici (9) jsou viriální koeficienty u nezávisle proměnné ω vyjádřeny polynomy proměnné τ-1. Podle [4] obecná stavová rovnice pro plyn má tvar

σ (ω ,τ ) = a0 (ω ) + a1 (ω ) ⋅τ + β (ω ) ⋅ψ (τ ) + γ (ω ) ⋅ ϕ (τ ) , kde n

a0 (ω ) = ∑ ai ⋅ ω i i =1

n

a1 (ω ) = 1 + a11 (ω ) = 1 + ∑ bi ⋅ ω i i =1

n

β (ω ) = ∑ ci ⋅ ω i i =1

n

γ (ω ) = ∑ d i ⋅ ω i i =1

n

ψ (τ ) = ∑ i =1

91

li

τi

(10)

ϕ (τ ) =

n

i =1

σ (ω ,τ ) =

ai, bi, ci, di, li, fi

fi

∑τ

i

p r ⋅ ρ k ⋅ Tk ⋅ ω

ω=

ρ ρk

τ=

T Tk

jsou aproximační koeficienty.

Pro tuto stavovou rovnici jsou v [4] uvedeny vztahy pro určení měrných tepelných kapacit, vnitřní energii, entalpii a entropii, získané z diferenciálních rovnic termodynamiky a také koeficienty aproximačních polynomů této rovnice pro vzduch a jeho některé komponenty. Stavová rovnice (10) není obecně viriální, neboť se v ní vyskytují dva členy, sestávající ze součinu dílčích polynomů

β (ω ) ⋅ψ (τ ) a γ (ω ) ⋅ ϕ (τ ) Jestliže ve stavové rovnici (10) zvolíme

ψ (τ ) = τ −1 ϕ (τ ) = τ

−2

,

}

(11)

bude tato rovnice mít tvar

σ (ω ,τ ) = a0 (ω ) + a1 (ω ) ⋅ τ + β (ω ) ⋅ τ

−1

+ γ (ω ) ⋅ τ

(12) −2

a bude viriální. Pro rovnici (12) lze stanovit aproximační koeficienty dílčích polynomů, a to na základě tabulkových nebo naměřených a zpracovaných hodnot, použitím metody nejmenších čtverců, aplikované na funkci dvou a více proměnných a pro výpočet tepelných vlastností využít metodiku uvedenou v [4]. Pro výpočet dynamické viskozity a tepelné vodivosti reálných plynů lze použít dle [4] vztahů, sestavených jako součty dvou polynomů, a to s proměnnými T a ρ.

92

Pro dynamickou viskozitu platí (13) n

n  T  i  + ∑ Ci ⋅ ρ 100   i =0

η ( p, T ) = η (T ) + η (ρ ) = ∑ Bi ⋅  i =0

i

a pro tepelnou vodivost platí vztah (14) n

 T  i  + ∑ Ei ⋅ ρ  100  i=0

λ ( p, T ) = λ (T ) + λ (ρ ) = ∑ Di ⋅  i =0

i

n

Ze vztahů (13) a (14) je patrné, že pro ρ→0 jsou dynamická viskozita i tepelná vodivost reálných plynů závislé pouze na teplotě. Koeficienty polynomů Bi, Ci, Di, Ei, lze stanovit také z tabulkových nebo experimentálních hodnot metodou nejmenších čtverců aplikovanou na funkci dvou proměnných.

Závěr Rozvoj výpočetní techniky umožňuje, v oblasti matematického modelování požáru, intenzivněji využívat teoretické poznatky fyzikálních a chemických procesů při hoření, pohybu zplodin a do výpočtu zahrnovat reakce objektu, činnost osob a požárně bezpečnostního zařízení. V matematických modelech požáru jsou uplatňovány nejnovější vědecké poznatky, a to nejen z vědního oboru požární bezpečnost staveb a technologií, ale i z termomechaniky, hydromechaniky, matematiky a dalších vědních oborů. Úspěch modelování fyzikálních a chemických procesů při požárech závisí, do značné míry, na možnostech řešitele získat kvalitní fyzikální vlastnosti zúčastněných medií. Základním vztahem pro jejich získání je stavová rovnice reálných plynů. Jako vhodná se ukazuje viriální stavová rovnice, a to nejen pro popis závislosti mezi veličinami p, v, T, ale i pro výpočet, pomocí diferenciálních rovnic termodynamiky, tepelných i transportních vlastností plynů. Přednosti použití této rovnice lze shrnout následovně: - zajištění v širokém rozsahu parametrů dostatečné přesnosti závislosti mezi veličinami p, v, T volbou vhodných stupňů polynomů; - využití jednotné metodiky výpočtu tepelných a transportních vlastností pro jednotlivé složky směsí plynů; - možnost výpočtu koeficientů rovnic pro čisté plyny i jejich směsi regresní analýzou na základě tabulkových nebo experimentálních hodnot.

Literatura [1] [2] [3] [4] [5]

Sazima, M. aj.: Teplo. Praha, SNTL, 1989 Kirillin, V., A. aj.: Techničeskaja těrmodinamika. Moskva, 1983 Reid, R., C., aj.: The Properties of Gases and Liquids Fourth Edition. McGraw-Hill, 1987 Vasserman, A. A. aj.: Těplofizičeskie svojstva vozducha i jevo komponěntov. Moskva, 1966 Šrůtek, J.: Fyzikální vlastnosti tekutin a jejich vyjádření pro matematické modelování požáru. Brno, 2008, 34 s.

93

[6]

Kučera,P., Mikloš, J.: Zásady při ověřování matematických modelů požáru. Sborník vědeckých prací VŠB-TU Ostrava, Řada bezpečnostní inženýrství. Ostrava: SPBI, 2008, s. 47-56

94

Jiří ŠVEC1, Pavel ŠVEC2 OBJEMOVÉ ZMĚNY LÁTEK Abstrakt Předložený článek se zabývá objemovými změnami látek. Jsou diskutovány objemové změny vyvolané vnějšími silami a teplotní délkovou nebo objemovou roztažností, na praktických příkladech je demonstrován vliv objemových změn na bezpečnost technologie.

Abstract The contribution deals with changes in volume of substance. Are discussed volume changes caused by external forces and thermal linear and volume expansion, on practice example is demonstrated influence of volume changes on safety technology.

Klíčová slova: objemová změna, teplota, tlak Key words : volume changes, temperature, pressure Úvod Objemové změny látek mohou být způsobeny tlakem, teplotou nebo fázovými změnami. Každá objemová změna látky významným způsobem ovlivňuje bezpečnost konstrukce, jejíž je součástí a tím bezpečnost práce a technologii. Článek se zabývá pouze látkami homogenními (tj. bez pórů a dutin). Porézní látky se při působení vnějších sil nebo při zahřívání mohou chovat poněkud odlišně.

Objemové změny látek způsobené tlakem (tahem) Tyto objemové změny souvisí s deformacemi těles způsobenými tahem nebo tlakem. Připomeňme si základní vztahy z této problematiky. Přímá tyč o délce l z materiálu o modulu pružnosti v tahu E je namáhána deformující silou F ve směru osy tyče. Průřez tyče S je po celé délce tyče konstantní. Původní délka tyče l se prodlouží na l´ a příčný rozměr a se zmenší na a´ (obr.1.1).

1

2

doc., RNDr., CSc., VŠB – TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostního managementu, Lumírova 13, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected] Ing., VŠB – TU Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, Katedra automatizace a počítačové techniky v metalurgii, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava – Poruba, e-mail: [email protected]

95

Obrázek 1.1.: Deformace tyče způsobená tahem

Mírou namáhání tyče je (mechanické) napětí (1-1)

σ=

F (Pa ) S

a deformace je vyjádřena relativním prodloužením tyče (1-2)

ε=

∆l l′ − l = l l

Podle Hookeova zákona je deformace tyče přímo úměrná napětí (1-3) 1 E

ε = kσ = σ kde

k – konstanta úměrnosti E – modul pružnosti v tahu (Pa) Změna příčného rozměru tyče je charakterizována příčným zkrácením (1-4) ∆a a − a ′ η= = a a

a dále platí

η = µε kde

(1-5)

µ – Poissonovo číslo

Je-li těleso namáháno všesměrným tlakem, je relativní změna objemu tělesa úměrná působícímu tlaku (1-6) ∆V 1 = −κ∆p = − ∆p V K

96

kde

κ– K

koeficient stlačitelnosti (Pa-1), – modul objemové pružnosti (Pa).

Mezi modulem pružnosti v tlaku E a modulem objemové stlačitelnosti K platí vztah (1-7) E K= 3(1 − 2 µ ) Při namáhání ve smyku vyjadřuje odolnost látek proti této pružné deformaci modul pružnosti ve smyku G. Platí (1-8) E G= 2(1 + µ ) Posuďme nyní, jak výše uvedené jevy ovlivňují objem homogenní krychle při jednostranném a všestranném zatížení. Namáháme-li krychli o délce hrany a0 jednostranným tlakem p, deformuje se dle obr.1.2.

před namáháním, po namáhání, S – plocha stěny krychle (m2), F – tlaková síla (N).

Obrázek 1.2.: Změna objemu krychle při jednostranném namáhání tlakem

Tlakové síly působí pouze na dvě protilehlé stěny krychle o ploše S a vyvolají v krychli napětí σ = p, čemuž odpovídá relativní zkrácení ε =

σ

. E Hrany krychle rovnoběžné s působícími silami se zkrátí na délku

97

(1-9)

a1 = a0 (1 − ε )

Současně vznikne poměrné příčné prodloužení η = µε a hrany krychle kolmé k působícím silám se prodlouží na délku (1-10) a2 = a0 (1 + η ) Původní objem krychle V0=a03 se tedy jednostranným tlakem zmenší na hodnotu (1-11) 2 3 V = a0 (1 − ε )(1 + η ) ≈ V0 (1 − ε + 2η ) Po relativní změnu objemu krychle pak vychází (1-12) ∆V σ = ε (1 − µ ) = (1 − µ ) V0 E

V případě železné krychle ( E = 19,6.1010 Pa, G = 7,35.1010 Pa ) při působení napětí 108 Pa je relativní změna objemu krychle asi 0,034%. Podobným způsobem lze určit změnu objemu tyče tvaru hranolu o rozměrech a0, b0=c0, která je namáhána tahovým napětím σ ve směru rozměru a0. Vychází (1-13) ∆V σ = (1 − 2 µ ) V0 E Pokud by se jednalo o železnou tyč ( E = 19,6.1010 Pa, G = 7,35.1010 Pa ) o rozměrech a0=1 m, b0=c0=0,1 m namáhanou tahovým napětím σ =108 Pa, vychází původní objem

V0 = 10 −2 m 3

změna objemu

∆V = 1.65 × 10 −6 m 3 ∆V = 0.016% V

relativní změna objemu

Při namáhání krychle všestranným tlakem nastane na každé hraně poměrné zkrácení -ε a zároveň dvojí příčné prodloužení 2η=2εµ. Tím se všechny hrany krychle zmenší na hodnotu (1-14) a1 = a0 (1 − ε + 2η ) Objem krychle se pak zmenší na hodnotu

V1 = a = a (1 − ε + 2η ) 3 1

3 0

V1 ≈V0(1−3ε + 6η)

98

(1-15)

3

(1-16)

Pro relativní zmenšení objemu krychle pak vychází (1-17) ∆V V0 − V 3σ = = 3ε − 6η = (1 − 2µ ) V0 V0 E

Vypočítáme-li relativní změnu objemu výše uvedené železné krychle, pak při uvedeném napětí vychází 0,051 %. Podobným způsobem lze (po dosazení příslušných materiálových konstant) vypočítat relativní změnu objemu krychle i z různých jiných materiálů při všestranném namáhání tlakem. Pro napětí 108 Pa vychází měď .............. 0,072 % mosaz ............ 0,084 % hliník ............ 0,126 % olovo ............. 0,228 % sklo ............... 0,234 % Je zřejmé, že tyto změny jsou v běžných podmínkách relativně malé.

Objemové změny látek vyvolané teplotou Rozměry těles se mění se změnou teploty. Lze zkoumat teplotní roztažnost délkovou (v případě, že jeden rozměr tělesa výrazně převládá nad zbývajícími rozměry, např. drát, tyč apod.) nebo teplotní roztažnost objemovou. Pro délkovou roztažnost platí (2-1) lt = l0 [1 + α (t − t0 )] = l0 (1 + α∆t ) kde

l0 - délka tyče při teplotě t0 (m) l - délka tyče při teplotě t (m) α - součinitel teplotní délkové roztažnosti (K-1) Pro objemovou roztažnost platí

Vt = V0 [1 + β (t − t0 )] = V0 (1 + β ∆t ) kde

(2-2)

V0 - objem látky při teplotě t0 (m3) V - objem látky při teplotě t (m3) Β - součinitel teplotní objemové roztažnosti (K-1)

Pro součinitel teplotní objemové roztažnosti homogenních izotropních látek s dostatečnou přesností platí (2-3) β = 3α Se zvyšující se teplotou zvětšují látky své rozměry a objem. Pokud je látka (resp. součástka z ní vyrobená) umístěna tak, že svůj objem zvětšit nemůže, působí tlakovou silou na omezující prostředí.

99

Vzhledem k tomu, že změny teploty jsou relativně časté může se uvedený jev promítat do všech oblastí bezpečnosti, a proto se jím budeme v další části příspěvku zabývat podrobněji. Nejjednodušším případem je tyč (l0,S,E,α), která se oběma konci dotýká pevných stěn a kterou zahřejeme o ∆t (obr. 2.1)

Obrázek 1.1.: Tyč mezi dvěma pevnými stěnami

Pokud by tyč byla volná, zvětšila by se její délka dle vzorce (2-1) o (2-4) ∆l = l0α∆t

relativní změna délky by byla (2-5) ∆l ε= = α ∆t l0

Tyč se však roztáhnout nemůže, proto v ní vzniká dle vzorce (1-3) napětí

σ = εE = αE∆t

(2-6)

Toto napětí je číselně rovno tlaku, kterým tyč působí na stěny. Velikost tlakové síly pak závisí na průřezu tyče. Stejná situace nastane i u pevně napjatého drátu při snížení jeho teploty. V drátu vznikne tahové napětí a drát působí na součástky, mezi nimiž je drát napnut tahovými silami. Podobný problém může nastat při dopravě přehřáté páry pevně upevněným ocelovým potrubím. Pokud bude délka potrubí 50 m a při průchodu páry vzroste teplota z 15°C na 200°C vznikne dle (2-6) v potrubí mechanické napětí řádově 0,5.109 Pa. Výsledek ukazuje, že v přímém potrubí uloženém bez možnosti prodloužení by uvedeným zahřátím vzniklo hypotetické napětí řádově vyšší než dovolené namáhání materiálu potrubí. Ve skutečnosti by však došlo k vybočení (zakřivení) potrubí vzpěrem při nadměrném zatížení v tlaku. Podobně se při změnách teploty chovají desky vrstvené z materiálů s různou teplotní roztažností, jsou-li vrstvy vzájemně pevně spojeny (sendvičové desky). Nežádoucímu prohnutí lze zabránit tak, že jednotlivým vrstvám umožníme vzájemný posun, u třívrstvé desky je nutno volit krajní vrstvy stejné tloušťky z materiálů o stejné teplotní roztažnosti. K podobné deformaci může dojít u tlusté homogenní desky, která je vystavena jednosměrnému ohřevu a materiál má špatnou tepelnou vodivost. Desku si můžeme představit jako složenou z pevně spojených tenkých vrstev, které mají postupně nižší teploty a mají snahu se postupně méně roztahovat. Protože jsou však pevně spojeny, nastane prohnutí desky.

100

Další problémy v oblasti bezpečnosti způsobit může objemová roztažnost kapalin zvýšením tlaku resp. přetečením zaplněné nádrže. Pokud kapalina (βK,K) zcela zaplňuje nádrž o objemu V0 při 0°C z materiálu o koeficientu objemové roztažnosti βM(βM<βK), pak při zvýšení teploty z t1 na t2 by se objem kapaliny zvětšil o (2-7) V2 − V1 = V0 (1 + β K t2 ) − V0 (1 + β K t1 ) = V0 β K (t2 − t1 ) = β KV0 ∆t Z definice koeficientu stlačitelnosti (2-8)

κ =−

∆V 1 ∆p V0

pro změnu objemu vyplývá

∆ V = κV1∆ p = κV0 (1 + β K t1 )∆ p

(2-9)

Srovnáním rovnic (2-7) a (2-9)vychází pro zvýšení tlaku v nádobě (2-10) ∆p =

β K ∆t K β K ∆t = κ (1 + β K t1 ) 1 + β K t1

Ve většině případů lze výraz β K t1 vůči jedničce zanedbat a vztah zjednodušit na (2-11)

∆p = Kβ K ∆t Je však nutné uvážit, že se zvýšenou teplotou se roztahuje nejen kapalina, ale také nádrž. Pro přesný výpočet je tedy nutné do všech vztahů za koeficient βK dosadit rozdíl koeficientů objemové roztažnosti kapaliny a materiálu (β k − β M ) , tedy (2-12) ∆p = K (β k − β M )∆t Vztah (2-12) umožňuje také posoudit, kolik kapaliny vyteče při zahřátí ze zcela zaplněné nádrže, která není uzavřena. Počítáme-li i s roztažností nádrže, vychází pro změnu objemu kapaliny (po dosazení za K) (2-13) ∆V = V∆t (β k − β M ) kde

V ∆t βK βM

-

původní objem nádrže i kapaliny (m3) teplotní rozdíl (K) koeficient objemové roztažnosti kapaliny (K-1) koeficient objemové roztažnosti materiálu nádrže (K-1)

Výše uvedené skutečnosti je samozřejmě nutné vzít v úvahu při plnění nádrží kapalinami, za předpokladu, že může dojít ke zvýšení teploty.

101

Jako příklad lze uvést zvýšení objemu ropy ve svislé ocelové kruhové nádrži (S = 15 m2). Je-li původní objem ropy v nádrži 140 m3, pak při zvýšení teploty o 25 °C pro zvýšení objemu (∆V) a zvýšení hladiny (∆h) vychází a) při zanedbání roztažnosti nádrže ∆V = 2,52 m3, ∆h = 0,158 m b) při započítání roztažnosti nádrže ∆V = 2,4 m3, ∆h = 0,151 m Rozdíl mezi výsledky je asi 4,5 %.

Objemové změny při fázových přechodech Ke změně objemu látek dochází také při fázových přeměnách prvního druhu. Ty jsou charakterizovány: - konstantní teplotou, při níž fázová přeměna probíhá, - výměnou tepla (uvolňování nebo absorpce), - skokovou nespojitou změnou objemu a entropie látky. Jedná se o přeměny tání – tuhnutí, vypařování – kondenzace, sublimace – desublimace. Změna objemu látek u výše uvedených přeměn je zakotvena i v Clausius Clapeyronově rovnici, která udává závislost teploty fázové přeměny na tlaku. (3-1) dT T (v2 − v1 ) = dp l kde

dT dp T v2 v1 l

- změna teploty fázové přeměny v závislosti na vnějším tlaku (KPa-1) -

teplota fázové přeměny (K) měrný objem „vyšší“ fáze (m3kg-1) měrný objem „nižší“ fáze (m3kg-1) měrné skupenské teplo (Jkg-1)

Ke značnému zvýšení objemu látky dochází při vypařování, při tání a tuhnutí se objemy mění většinou jen nepatrně. Zpravidla bývá objem téhož množství látky v kapalném skupenství větší než ve skupenství pevném. Táním se zvětšuje objem olova o 3,4 %, rtuti o 3,7 %. Některé látky se však chovají anomálně. Nejdůležitější látkou z toho hlediska je zřejmě led, který táním zmenšuje objem o 9,1 %. Zmrznutí vody v uzavřených systémech tedy může způsobit mnohé problémy.

Závěr Objemové změny látek mohou významným způsobem ovlivnit bezpečnost konstrukcí, jejichž jsou součástí a dále i bezpečnost práce i technologických procesů. Jsou způsobeny změnou tlaku, změnou teploty a dochází k nim i při fázových přechodech. Z provedených teoretických rozborů a praktických příkladů vychází, že nejzávažnější jsou z tohoto hlediska objemové změny látek vyvolané změnou teploty.

102

Použitá literatura [1]

[2] [3] [4] [5] [6] [7]

Halliday, D. – Resnik, R. – Walker, J.: Fyzika. Část 2. Mechanika -Termodynamika. Nakladatelství VUTIUM a PROMETHEUS Praha. 2000. ISBN 80-214-1868-0 (VUTIUM), ISBN 81-7196-213-9 (PROMETHEUS) Hájko, V. a kol.: Fyzika v príkladoch, Alfa, Bratislava, 1883 Pekárek, S. – Murla, M.: Fyzika I. – semináře, ČVUT Praha, 1992 Binko, J. – Kašpar, I.: Fyzika stavebního inženýra, SNTL / ALFA, Praha 1983 Vogel, H.:Probleme aus der Physik. Springer Verlag Berlin 1986. ISBN 3-540-6155-4 Lohmeyer, G.: Praktische Bauphysik, B.G. Teubner, Stuttgart, 1995. ISBN 3-519-25013-6 Lutz, P. a kol.: Lehrbuch der Bauphysik, B.G. Teubner, Stuttgart, 1994. ISBN 3-519-25014-4

103

104

Ivana TUREKOVÁ1 ŠTÚDIUM INICIAČNÝCH ZDROJOV DREVNÝCH PRACHOV STUDY OF WOOD DUST INITIATORY SOURCES

Abstrakt Článok sa zaoberá štúdiom vplyvu iniciačných zdrojov iniciáciu procesu horenia drevných prachov. Sleduje sa vplyv vlastností drevných prachov, veľkosť styčnej plochy medzi iniciačným zdrojom a horľavým materiálom, priestorové usporiadanie počas iniciácie a doba pôsobenia iniciačného zdroja. Poznanie týchto faktorov umožňuje vypracúvať preventívne protipožiarne opatrenia, najmä v technologických procesoch.

Abstract This article deals with study of various initiatory sources of wood dust behavior. In the article there is described the impact of wood dust properties , the size of interfacial area between the initiatory source and inflammable material, layout during the initiation and duration of initiatory source activity. By knowing these factors it is possible to take fire protection arrangement in the technological process.

Kľúčové slová: iniciačný zdroj, drevný prach, teplota vznietenia, horúci povrch Key words: initiating source, wood dust, ignition temperature, hot surface Úvod Jednou zo základných podmienok horenia je prítomnosť účinného iniciačného zdroja. Hoci za prvotný iniciačný zdroj sa považuje úder blesku, nové vedomosti o rôznych fyzikálnych zákonitostiach dali predpoklad k vzniku a použitiu ďalších iniciačných zdrojov. Väčší počet existujúcich iniciačných zdrojov v súčasnej dobe kladie vyššie nároky na úroveň poznatkov v rámci protipožiarnej bezpečnosti.

Iniciácia procesu horenia Pre iniciáciu procesu horenia musí mať iniciačný zdroj dostatočnú energiu. Po iniciácii procesu horenia je podmienkou jeho pokračovania dostatočný tepelný výkon pásma horenia samotného alebo v súčinnosti s inými zdrojmi tepla [1, 2]. Nevyhnutnou podmienkou iniciácie, ako aj ustáleného horenia je, že horľavá látka a kyslík musia byť v určitom vzájomnom kvantitatívnom pomere [3]. Iniciácia procesu horenia je najdôležitejším stupňom tohto procesu. Podľa zdroja iniciácie sa rozoznávajú tri druhy začatia procesu: − spontánne vznietenie účinkom vonkajšieho zdroja sálavého tepla, − iniciácia pôsobením vonkajšieho zdroja zapálenia (otvorený plameň, iskra),

1

doc. Ing., PhD., Slovenská technická univerzita v Bratislave, Materiálovotechnologická fakulta STU, Paulínska 16, 917 24 Trnava, Slovenská republika, e-mail: [email protected]

105

− spontánne vznietenie bez účinku vonkajšieho tepelného zdroja (samovznietenie, chemická reakcia) [4].

Zapálenie, vznietenie, vzplanutie tuhých materiálov sa môže považovať za prechodný jav, ktorý závisí od teploty, podmienok zahrievania a samozahrievania a akumulácie tepla. Podmienky na začatie procesu sú limitované najmä koncentráciou paliva a kyslíka a zdrojom zapálenia (plameň, sálavé teplo, iskra a pod.). Metódy určenia schopnosti materiálov vznietiť sa sú založené na stanovení hraničných podmienok, pri ktorých sa pozoruje vzplanutie, resp. vznietenie.

Základné poznatky o iniciačných zdrojoch Iniciačným zdrojom daného horľavého systému sa môže stať predmet alebo látka, ktoré majú určitú teplotu a sú schopné po určitý čas odovzdávať potrebné množstvo energie príslušného druhu Obvykle väčšina zmesí horľavých látok s oxidačným prostriedkom potrebuje pre iniciáciu dodanie aspoň minimálnej iniciačnej energie vhodným iniciačným zdrojom [5]. Iniciačný zdroj sa môže vyvinúť aj z normálnych javov (takých ako je teplo produkované spaľovacími alebo elektrickými motormi) alebo z iných udalostí (napr. náhodné trenie) [6]. Iniciačný zdroj sa vždy vzťahuje k určitému výbušnému alebo horľavému systému, k určitej látke [7]. Teploty najčastejšie sa vyskytujúcich iniciačných zdrojov sú uvedené v tab. 1.

Tabulka č. 1: Teploty najčastejšie sa vyskytujúcich zdrojov zapálenia [8] Zdroj zapálenia horiaca zápalka horiaca sviečka tlejúca cigareta horiaci papier rozžeravená elektrická špirála plameň zapaľovača žiarovka

Teplota [°C] 740 – 800 650 – 950 228 – 750 800– 850 980 – 1000 650 – 860 70 – 250

Mechanizmus pôsobenia iniciačného zdroja na jednotlivé látky nie je rovnaký. Napr. vodík má vysokú teplotu vznietenia a veľmi malú minimálnu iniciačnú energiu. Skvapalnené uhľovodíky majú pomerne nízku teplotu vznietenia a pomerne vysokú minimálnu iniciačnú energiu. Hodnoty teplôt vznietenia a minimálnej iniciačnej energie (MIE) pre vybrané chemické látky sú uvedené v tab. 2.

Tabuľka č. 2: Hodnoty minimálnej iniciačnej energie a teploty vznietenia vybraných chemických látok [9, 10] Chemická látka Vodík Acetylén Metán Etán Propán Bután

MIE [mJ] 0,011 0,019 0,28 0,24 0,25 0,25 106

Teplota vznietenia [°C] 580 305 595 413 420 372

Väčšinou je táto iniciačná energia privádzaná horľavému systému vonkajším iniciačným zdrojom. Jedná sa teda o tzv. „extérnu“ iniciáciu. Existujú však látky, ktoré sú schopné samé sa aktivovať v dôsledku ich určitej nestability. Buď podľa chemického zloženia alebo fyzikálnej stavby. Takéto látky označujeme ako samovznietivé [48]. Iniciačné zdroje podľa STN EN 1127-1: 2001, Výbušné atmosféry - Prevencia a ochrana proti účinkom výbuchu – Časť 1: Základné pojmy a metodika sa delia na: − horúce povrchy, − plameň a horúce plyny (vrátane horúcich častíc), − mechanické iskry, − elektrické zariadenia, − bludné elektrické prúdy, katódová ochrana proti korózii, − statická elektrina, − úder blesku, − vysokofrekvenčné (VF) elektromagnetické vlny od 104 Hz do 3.1012 Hz, − elektromagnetické vlny od 3.1011 Hz do 3.1015 Hz, − ionizujúce žiarenie, − ultrazvuk, − adiabatická kompresia a rázové vlny, − exotermické reakcie vrátane samovznietenia prachu.

Horenie prašných zmesí Prašné zmesi sú disperzné sústavy, ktorých vlastnosti s rastúcim stupňom disperzity sú blízke plynným zmesiam. Horenie alebo výbuch prachu a prachových zmesí sa riadi v princípe rovnakými zákonitosťami ako u plynných zmesí. Usadený prach môže horieť troma spôsobmi : 1. Plameňové horenie – prach pri tepelnom namáhaní uvoľňuje dostatok horľavých látok, ktoré za prítomnosti kyslíka v určitej koncentrácii môžu horieť plameňom. 2. Žeravenie – pri žeravení látok prebiehajú reakcie horenia na povrchu pevných látok a to na rozhraní fáz. K žeraveniu dochádza najmä u látok s vysokým obsahom uhlíka. Teplota žeravenia dosahuje vysoké teploty v závislosti od vonkajších podmienok, ako aj od samotného materiálu. 3. Tlenie – materiál degraduje za tvorby prchavých látok, pričom rýchlosť tvorby horľavého podielu je malá a proces sa prejavuje dymením z povrchu látky [11]. Horenia prachu môže významne ovplyvniť: − jemnosť prachu, − množstvo prachu a jeho koncentrácia, − koncentrácia kyslíku v oxidačnej atmosfére, − tvar priestoru v ktorom sa prach nachádza, − vlhkosť prachu. Nebezpečenstvo požiaru horľavých prachov sa môže vyskytnúť najmä tam, kde sa prach usadzuje v súvislej vrstve, ktoré je schopné šíriť požiar. Je nutné si uvedomiť, že každý požiar horľavého prachu môže veľmi ľahko prejsť do výbuchu a naopak výbuch horľavého prachu môže prejsť do horenia zvyšku nezreagovaného prachu. Po výbuchu ale nemusí nasledovať požiar, ak je výbuchom spotrebovaný vzdušný kyslík resp. príslušne znížený obsah kyslíku v priestore [12].

107

Nebezpečenstvo iniciácie usadenej vrstvy prachu môže nastať, ak: (7) u

tPRAC ≥ kb . t

MIN

kde tPRAC - teplota horúceho povrchu v °C, tuMIN - minimálna teplota vznietenia usadeného prachu, kb - bezpečnostný koeficient, ktorý má hodnotu 2/3 [5]. Horľavý prach v rozvírenom stave je schopný prudko oxidačne reagovať a táto reakcia má charakter výbuchu a za určitých podmienok môže tento dej prejsť až do detonácie.

Stanovenie vybraných požiarno-technických vlastností K stanoveniu boli použité nasledovné druhy drevných prachov (obr. 1): − bukový prach z brúsenia pomocou hrubovacieho brúsneho kotúča, − dubový prach (jemný) z brúsenia jemnozrnným brúsnym papierom, − smrekový prach (piliny) z rezania kotúčovou pílou.

a) Smrekový prach

b) Bukový prach

c) Dubový prach

Obr. 1: Vybrané drevné prachy

Nakoľko jednalo sa o drevné prachy (piliny) z rôznych technologických operácií, preto transmisným elektrónovým mikroskopom bola sledovaná aj ich mikroštruktúra, vrátane prímesí z technologických procesov (obr. 2).

a) Smrek rezaný (piliny)

b) Buk brúsený

c) Dub brúsený

Obr. 2: Mikroštruktúra drevných prachov (25 – násobné zväčšenie)

108

Sitová analýza U testovaných prachov bola uskutočnená sitová analýza na vibračnej preosievačke LPZF. Pred analýzou bol každý prach teplotne stabilizovaný v exikátore 24 hodín pri teplote 25,5 °C a vlhkosti 18 %. Výsledky sitovania prachov sú uvedené v tab. 3 a sú vyjadrené ako percentuálny podiel jednotlivých hmotnostných frakcií (2).

Tabuľka č. 3: Výsledky sitovej analýzy drevných prahov Rozmer oka [mm] 0,500 0,250 0,200 0,150 0,090 0,071 0,056 prepad Straty spolu

Bukový prach [%] 7,315 20,845 14,785 17,410 28,375 5,915 2,600 2,080 0,675 100

Dubový prach [%] 2,885 11,930 6,1950 9,035 13,325 35,655 17,075 3,250 0,650 100

Smrekový prach [%] 25,120 45,160 11,545 8,190 6,155 1,755 0,925 0,430 0,720 100

Keďže prachy vznikli pri rôznych technologických operáciách, bolo odlišné aj ich granulometrické zloženie. Smrekový prach, ako produkt rezania kotúčovou pílou, mal najvýznamnejšie zastúpenú frakciu 250 µm až 500 µm (45 %), pričom obsahoval aj drobné triesky a väčšie kúsky pilín, čo bolo zistené aj štúdiom mikroštruktúry. Bukový prach vznikol pri brúsení hrubovacím kotúčom a najvýraznejšie zastúpená frakcia bola 90 µm až 150 µm (28 %). Najjemnejší dubový prach s výrazným zastúpením frakcie 71 µm až 90 µm vznikol pri brúsení jemnozrnným brúsnym papierom.

Vlhkosť drevných prachov So zvyšujúcim sa obsahom vody v drevnom prachu sa zvyšuje aj odolnosť prachu voči zapáleniu, pretože časť energie sa spotrebuje na odparenie voľnej vody, narušenie väzieb a na následné odparenie viazanej a chemicky viazanej vody. Horľavé plyny zriedené vodnou parou majú nižšiu koncentráciu a tým aj horšiu zápalnosť. So zvyšujúcim sa obsahom vlhkosti v prachu stúpa doba iniciácie [26]. Pre stanovenie vlhkosti vzoriek drevného prachu bola použitá gravimetrická metóda podľa STN 49 0103: 1979, Drevo - Zisťovanie vlhkosti pri fyzikálnych a mechanických skúškach. Výsledky sú v tabuľke č. 4.

109

Tabuľka č. 4: Hodnoty vlhkosti jednotlivých vzoriek drevných prachov Hodnoty vlhkosti paralelných meraní

Druh drevného prachu smrekový prach bukový prach dubový prach

W1 [%]

W2 [%]

6,363 5,195 4,848

6,493 4,974 4,738

Priemerná hodnota vlhkosti W [%] 6,428 5,085 4,793

Väčšia vlhkosť smrekového prachu bola spôsobená jeho granulometrickým zložením, keďže obsahoval aj piliny a triesky, ktoré vznikli pri technologickom opracovaní dreva rezaním. Piliny a triesky majú väčší podiel viazanej vody a ťažšie sa vysúšajú ako jemné čiastočky prachu. Stanovené hodnoty vlhkosti by však nemali mať výraznejší vplyv na výsledky experimentov, pretože nepresiahli ani 10 hmot. %.

Iniciácia vzoriek drevných prachov horúcim povrchom Horúce povrchy sú neoddeliteľnou súčasťou v technologických procesoch spracovania dreva. Ich povrchová teplota na kritických miestach môže presiahnuť minimálnu teplotu vznietenia usadeného drevného prachu a predstavujú tak veľké nebezpečenstvo iniciácie. Iniciácia usadenej vrstvy prachu horúcim povrchom sa využíva v metóde stanovenia minimálnej teploty vznietenia prachu podľa normy STN EN 50281-2-1: 1998, Elektrické zariadenia do priestorov s horľavým prachom. Časť 2-1 : Skúšobné metódy. Vznietenie vrstvy prachu horúcim povrchom pri určitej teplote závisí výrazne na rovnováhe medzi rýchlosťou vytvárania tepla vo vrstve a rýchlosti uvoľňovania tepla do okolia. Teplota vznietenia daného materiálu preto závisí na hrúbke usadenej vrstvy. Výška vrstvy vzorky testovaného drevného prachu, umiestnenej na povrchu vyhrievanej platne bola 15 mm. Teplota v miestnosti bola 22,6 °C. V tab. 5 sú namerané hodnoty minimálnych teplôt vznietenia a správanie sa vrstvy pri vznietení drevných prachov.

Tabuľka č.5: Minimálna teplota vznietenia vzoriek drevného prachu Vzorka prachu

Minimálna teplota vznietenia [°C]

Vizuálne pozorovania pri meraní −

smrekový prach

300

− − −

bukový prach

290

− − −

dubový prach

280

− −

po 19 min 50 s nastalo vytvorenie 2 hniezd tlenia, ich rozširovanie od okrajov smerom k stredu vzorky, dymenie, po 22 min 10 s bolo zaznamenané žeravenie, odpadávanie bieleho popola, 34 min 20 s celkové zuhoľnatenie vzorky, po 23 min 35 s vytvorenie 3 hniezd tlenia pri okraji vzorky, uhoľnatenie, dymenie, po 26 min 50 s žeravenie po obvode vzorky, 37 min 45 s celkové zuhoľnatenie vzorky, po 16 min 20 s sa vytvorili 2 hniezda tlenia, výrazné dymenie, po 19 min nastalo žeravenie po obvode vzorky, 25 min celkové zuhoľnatenie vzorky.

110

Iniciácia vzoriek drevných prachov elektrickou špirálou Pri experimente pre iniciovanie vzoriek drevného prachu bola použitá elektrická špirála so zdrojom jednosmerného napätia, ktorá dosahovala teplotu 490 °C (merané termočlánkom Ni-Cr – Ni). Iniciácia vzoriek špirálou trvala 180 sekúnd, pričom bola sledované teplotné správanie sa vzoriek na povrchu aj na dne vrstvy prachu dvoma termočlánkami (merací bod č. 1, merací bod č. 2). Elektrická špirála bola zasypaná vzorkou a pôsobila v jej objeme vo výške (7,5 ± 1) mm nad dnom usadenej vrstvy a zároveň nad meracím bodom č. 2.

Obr. 3: Priestorové usporiadanie pri iniciácii elektrickou špirálou

Na obr. 4 - 6 sú znázornené závislosti teplôt vrstiev drevných prachov od času pri iniciácii elektrickou špirálou a súčasne aj vizualizácia správania sa prachov pri meraní.

111

Obr. 3: Závislosť teplôt smrekového prachu od času pri iniciácii elektrickou špirálou a veľkosť zuhoľnatej plochy

Obr. 4: Závislosť teplôt bukového prachu od času pri iniciácii elektrickou špirálou a veľkosť zuhoľnatej plochy

Obr. 5: Závislosť teplôt dubového prachu od času pri iniciácii elektrickou špirálou a veľkosť zuhoľnatej plochy

Priebeh iniciácie elektrickou špirálou bol veľmi podobný pri všetkých druhoch drevného prachu. Už po 30 sekundách iniciácie došlo v miestach medzi ramenami elektrickej špirály k procesu zuhoľnatenia, čo bolo sprevádzané silným dymením. Okolo rozžeraveného drôtu sa vytvorilo žeraviace hniezdo a zuhoľnatená vrstva sa rozširovala ďalej po povrchu

112

vrstvy prachu, pričom najväčšiu plochu dosiahla u dubového prachu. Z grafov vyplýva, že tesne po prerušení prechodu elektrického prúdu špirálou (180 s) dosiahli obe teploty svoje maximálne hodnoty.

Iniciácia vzoriek drevných prachov propán-butánovým plameňom Skúšobná aparatúra pre iniciáciu propán-butánovým plameňom pozostáva z propánbutánovej tlakovej nádoby, prívodnej hadice a horáka, regulačným ventilom bola nastavená výška plameňa horáka (20±5) mm, ktorým bolo pôsobené na vrstvu prachu obdobne ako v predchádzajúcom prípade (15 mm vrstvu prachu, doba pôsobenia 180 sekúnd). Pomocou termočlánkov bola zaznamenávaná teplota na povrchu a na dne vrstvy prachu. Pri iniciácii smrekového a bukového prachu došlo k lokálnemu zuhoľnateniu v mieste iniciácie, pričom pri smrekovom prachu zuhoľnatená vrstva nemala tendenciu sa rozširovať smerom k okrajom. Plocha zuhoľnatenej vrstvy dubového prachu sa veľmi rýchlo rozširovala a bola sprevádzaná silným dymením a žeravením (obr. 7).

Obr. 7: Závislosť teplôt dubového prachu od času pri iniciácii propán-butánovým plameňom a veľkosť zuhoľnatej plochy

Iniciácia vzoriek drevných prachov tlejúcou cigaretou Pre iniciáciu bola použitá horiaca cigareta, umiestnená do vrstvy prachu tak, aby žeraviaca oblasť cigarety postupovala smerom zo stredu k okraju vrstvy, opäť boli sledované dve teploty na povrchu a na dne vrstvy prachu (obr. 8.)

113

Obr. 8: Závislosť teplôt dubového prachu od času pri iniciácii propán-butánovým plameňom a veľkosť zuhoľnatej plochy

Pri iniciácii vzorky dubového prachu sa zuhoľnatená plocha rýchlo šírila po povrchu s viacerými ohniskami žeravenia, pričom vzorka prehorela čiastočne aj do hĺbky, čo dokazuje aj zvýšenie teploty na dne vrstvy prachu.

Diskusia Cieľom experimentálnej práce bolo posúdenie vplyvu vybraných iniciačných zdrojov na iniciáciu a propagáciu procesu horenia usadenej vrstvy rôznych druhov drevného prachu (smrek, buk a dub). Keďže prachy vznikli pri rôznych technologických operáciách, bolo odlišné aj ich granulometrické zloženie. Pri štúdiu elektrónovým mikroskopom boli vo vzorkách identifikované prímesi z brúsnych papierov. Pred vlastným meraním bola stanovená vlhkosť vzoriek, ktorá významne neovplyvnila iniciačnú fázu vzoriek. Podľa normy STN EN 50281-2-1 : 1998 Elektrické zariadenia do priestorov s horľavým prachom. Časť 2-1: Skúšobné metódy, bola stanovená minimálna teplotu vznietenia jednotlivých prachov pre 15 mm výšku usadenej vrstvy prachu, kde najnižšiu teplotu dosahoval dubový prach 280 °C. Mechanizmus vznietenia bol porovnateľný u všetkých vzoriek, pričom sa vytvorili tlejúce hniezda najskôr po obvode vzorky. Prvotný vznik týchto hniezd v blízkosti skúšobného krúžku, použitého na vymedzenie výšky vrstvy prachu, bol spôsobený vysokou tepelnou vodivosťou ocele, z ktorej je krúžok vyrobený. V praxi by teda nemusel predstavovať veľké nebezpečenstvo iba horúci povrch, ale aj teleso s dobrou tepelnou vodivosťou, ktoré je v kontakte s horúcim povrchom a zasahuje do vrstvy usadeného prachu. Pri iniciácii elektrickou špirálou vzorky podliehali žeraveniu v lokálnom mieste pôsobenia rozžeraveného drôtu špirály. Vzorka prehorela aj do hĺbky, z čoho možno usudzovať, že veľké nebezpečenstvo predstavuje rozžeravený vodič najmä vtedy, ak je zasypaný vrstvou prachu a pôsobí v jeho objeme. Propán-butánový plameň vyvolal pri všetkých vzorkách krátkodobé plameňové horenie v mieste pôsobenia plameňa. Najdlhšie plameňové horenie bolo zaznamenané pri vzorke smrekového prachu, ktorý obsahoval väčšie častice dreva. Zuhoľnatené plochy pri iniciácii horiacou cigaretou boli najmenšie, ale veľké nebezpečenstvo predstavuje najmä pre jemné prachové zmesi, ktorým k vznieteniu postačuje aj menšia iniciačná energia.

114

Záver Významné požiarne nebezpečenstvo predstavujú drevospracujúce podniky, v ktorých rôznymi technologickými operáciami dreva (brúsenie, rezanie, vŕtanie, atď.) vznikajú drobné častice, ktoré víria v ovzduší, alebo sa usádzajú vo forme drevného prachu. Usadený prach môže horieť plameňovým horením, žeravieť alebo tlieť. Každý z týchto prejavov je však závislý aj na iniciačnom zdroji. Všetky iniciačné zdroje použité v experimentoch sa buď priamo, alebo istým pripodobnením, ktoré sa môžu vyskytnúť v prevádzkach a predstavujú potenciálne nebezpečenstvo vzniku požiaru, alebo výbuchu.

Zoznam literatúry [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

[10]

[11] [12]

TROITZSCH, J International plastics flammability handbook. 1990, Munich : HANSER PUBLISHERS 517 s. ISBN : 3-446-15156-7. ŠIMANDL, L. Iniciace elektrickou jiskrou. In ARPOS, 2004, č.14-15, s. 21 – 23. SERAFÍN, J. Stanovení teplotních mezí výbušnosti. In Požární ochrana 2007 – sborník přednášek.2007, Ostrava : SPBI, s. 542 – 546, ISBN : 80-7385-009-8 BALOG, K., KVARČÁK, M. Dynamika požáru. 1999, Ostrava : EDICE SPBI SPEKTRUM, 118 s. ISBN : 80-86111-44-X DAMEC, J. Protivýbuchová prevence v potravinářství a zemědělství. 1999, Ostrava : EDICE SPBI SPEKTRUM, 252 s. ISBN : 80-86111-41-5 ŠEVDA, M. Efect of firing process on properties of brick body with organic combustible admixture. 2005, Bratislava : STU V BRATISLAVE, 64 s. TURNS, S. R. An introduction to combustion. 1996, USA : The Pensylvania State University, 555 s. ISBN : 0-07-911812-7 ŠENOVSKÝ, M., et al. Základy požárního inženýrství. 2004, Ostrava : EDICE SPBI SPEKTRUM, 178 s. ISBN : 80-86634-50-7 TEXAS COMMISION ON ENVIRONMENTAL QUALITY. Outdoor burning [online], [cit. 2009-04-12; 15:30 SEČ]. Dostupné na internete: http://www.tceq.state.tx.us TUREKOVÁ, I., BALOG, K. Parametre vznietivosti polyetylénu a aktivačná energia iniciácie procesu horenia. In Vedecké práce MtF STU. 2001, Bratislava: s.181–186, ISBN : 80-227-1648-0 BALOG, K. Samovznietenie. 1999, Ostrava : EDICE SPBI SPEKTRUM, 133 s. ISBN : 80-86111-43-1 DAMEC, J. Směrnice pro posuzovaní požárního nebezpečí prašných provozů a zařízení v nichž se vyskytují hořlavé prachy. 1995, Ostrava, 22 s.

115

116

Hana VĚŽNÍKOVÁ1 STANOVENÍ NÁCHYLNOSTI HOŘLAVÝCH KAPALIN K SAMOVZNÍCENÍ MACKEY TESTEM THE SPONTANEOUS COMBUSTION LIABILITY ASSESSMENT OF COMBUSTIBLE LIQUIDS BY MACKEY TEST

Abstrakt Jednou z neadiabatických metod, Mackey testem, byl hodnocen sklon rostlinných olejů k samovznícení. Výsledky získané postupem podle ASTM D 3523-92(2002) byly porovnány s hodnotami jodového čísla, které hodnotí počet oxidace schopných dvojných vazeb v molekule oleje. Dále bylo diskutováno ovlivnění výsledku podmínkami při stanovení a dalšími faktory.

Klíčová slova: samovznícení, rostlinné oleje, diferenciální Mackey test Abstract The proneness to self-ignition of vegetable oils has been tested by ones of the nonadiabatic methods, the Differential Mackey Test. The results obtained by method ASTM 32523-91(2002) have been compared to the iodine values assessed number of double bonds susceptible to oxidation in oil molecule. The results interference by test conditions and the other influence factors are discussed.

Key words: self-ignition, vegetable oils, Differential Mackey Test Úvod Používání olejů a tuků je vždy spojeno s nebezpečím požáru s ohledem na jejich hořlavost. Zejména průmyslové podniky zpracovávající a skladující zemědělské produkty a oleje ve velkých množstvích, se vyznačují značným nebezpečím požáru nebo výbuchu, které vyplývá jak z charakteru zpracovávaných surovin i produktů. Mnohaletá praxe i zkušenost potvrzuje, že rostlinné i živočišné tuky a oleje se vyznačují intenzivním hořením provázeným mimořádným vývinem kouře a rozkladem zplodin. Pálením tuků vznikající akrolein vyvolává podráždění sliznic. Vysoká teplota působí na velkou vzdálenost a zasažené produkty vytvářejí lehce vznětlivé a výbušné páry, jsou-li v příznivé koncentraci smíšeny se vzdušným kyslíkem. S ohledem na uvedená rizika je nezbytné v závodech zpracovávajících rostlinné oleje nebo skladujících takové materiály ve větších množstvích důsledně provádět zejména preventivní opatření. K těmto opatřením patří i řádné ohodnocení požárního nebezpečí zpracovávaných látek, protože některé z těchto látek mají navíc sklon k samozahřívání. Tento sklon k samozáhřevu se projeví po jejich nanesení na pevný, většinou pórovitý nebo vláknitý podklad. Z hlediska chemických reakcí se při jejich samozáhřevu nejvíce uplatňují oxidační a polymerizační reakce s řetězovým charakterem. Nanesení olejů na pevnou látku usnadňuje přístup kyslíku k povrchu a zvětšuje plochu povrchu oleje, 1

Ing., VŠB- TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostního managementu, Lumírova 13, 700 30 Ostrava- Výškovice, e-mail: [email protected]

117

který je pak lépe oxidovatelný. Dvojné, tzv. nenasycené vazby mezi uhlíkovými atomy jsou v molekule olejů nejsnáze oxidovatelné; čím je počet těchto dvojných vazeb vyšší, tím větší sklon k samozáhřevu oleje projevují. Struktura molekuly oleje, způsob jeho nanesení na pevný podklad a teplota, při níž k oxidaci dochází, jsou základními parametry, které ovlivňují intenzitu probíhajících pochodů. Jednoduchou analytickou metodou, která umožňuje určit obsah dvojných vazeb v kapalných látkách, je stanovení jodového čísla. Tato metoda nepostihuje všechny faktory, které ovlivňují reaktivitu olejů a výrobků z nich a proto byly hledány další metody pro hodnocení nebezpečí jejich samozáhřevu. Pro oleje a látky podobného charakteru jsou nejvíce používány dvě metody, obě založené na izotermickém principu. Jedná se o metodu používanou pro hodnocení rizika samozáhřevu látek při dopravě a metoda Mackey test. Obě metody mají některé společné rysy. Hodnocený vzorek je v drátěném košíku umístěn v reakčním prostoru, který je vyhříván na konstantní teplotu. Během stanovení je sledována teplota tohoto reakčního prostoru a teplota vzorku. V této práci je provedeno hodnocení tří druhů olejů metodou Mackey test, v modifikaci podle ASTM D3523-92 (2002) [1] a porovnání získaných výsledků s hodnocením metodou jodového čísla [5].

Metody hodnocení sklonu k samovznícení Samovolné vznícení je velmi komplikovaný proces, který je ovlivněn mnoha faktory. Je to proces na bázi exotermických reakcí, především oxidačních, ve kterém je vznikající teplo odváděno do okolí vedením, radiací a někdy i vlhkostí, která při těchto reakcích vzniká. Teplo je pohlcováno okolní hmotou, která byla dosud nezasažená samozáhřevem. Teplota této okolní hmoty se zvyšuje a to opět vede ke zvýšení rychlosti oxidačních reakcí a tedy i ke zvýšení množství vznikajícího tepla. Jestliže je teplo vznikající vyšší než teplo odvedené do okolí, dochází k samozáhřevu. Teplo, které při tom vzniká, může vést až k zahřátí hmoty na teplotu vznícení a pak nastává samovolné vznícení. Klasickým případem je samovznícení stohu sena nebo slámy. Protože se tyto pochody většinou odehrávají uvnitř nahromaděného materiálu, kde probíhají v omezené části materiálu a okolní materiál plní úlohu izolace, je možno samovolné vznícení označit za adiabatický proces. Z tohoto poznatku vychází řada zkušebních metod, kdy je hodnocený materiál testován za adiabatických nebo téměř adiabatických podmínek [14, 15, 19]. Tyto metody jsou používány ke klasifikaci materiálu, zejména uhlí, a také k výzkumným účelům, protože umožňují studium chování hodnoceného materiálu za podmínek velmi blízkých skutečným podmínkám. Dále umožňují stanovit časový průběhu samovolného zahřívání a to není možné žádnou z dalších používaných metod. Žádná z těchto metod nebyla zatím standardizována a to je velkou překážkou pro vzájemné porovnání získaných výsledků. Pro klasifikaci a vzájemné porovnání výsledků se velmi často používají metody založené na izotermickém principu. Jsou méně náročné na přístrojové vybavení než metody adiabatické a některé z nich jsou standardizovány, takže umožňují vzájemné srovnání výsledků stanovených za identických podmínek stanovení. Jedním z takových testů je Test N. 4: „Zkušební metoda pro látky schopné samoohřevu“, uvedený v oddílu 33, části 3 Manuálu zkoušek a kriterií [13]. Tímto testem se podle předpisu pro dopravu nebezpečného zboží [11] klasifikují látky, které představují nebo mohou představovat nebezpečí při dopravě s ohledem na svou nebezpečnou vlastnost, kterou je samozápalnost při styku se vzduchem.

118

Mezi látky samozápalné, třída 4.2, jsou zahrnuty dva typy látek: • Látky pyroforní – látky včetně směsí a roztoků (kapalné nebo tuhé), které při styku se vzduchem již v malých množstvích vzplanou do 5 minut. • Látky a předměty schopné samoohřevu – látky a předměty včetně směsí a roztoků, které jsou ve styku se vzduchem bez přívodu energie zvenčí schopné se samovolně zahřívat. Tyto látky mohou vzplanout jen ve velkých množstvích – řádově kilogramy, a po dlouhé době (hodiny nebo dny). Oleje nanesené na pevných nosičích nebo směsi pevných látek s oleji, jako například zbytky po lisování olejových semen (UN číslo 2217), jsou touto metodou hodnoceny jako nebezpečné z hlediska samozáhřevu při dopravě. Ačkoliv se vyskytly určité připomínky k provedení aparatury a způsobu vyhodnocení výsledků [9], metoda je používána již řadu let. Touto aparaturou je také vybavena laboratoř na Fakultě bezpečnostního inženýrství VŠB - TU Ostrava. K metodám založeným na izotermickém principu patří také metoda Mackey test, která patří k empirickým metodám. Především je určena pro hodnocení olejů a tuků a jejich chování při samozáhřevu, k němuž dochází v důsledku oxidace. Stejně jako test pro hodnocení nebezpečného zboží, je i při tomto testu zahříváno malé množství materiálu na vyšší teplotu a nárůst jeho teploty je zaznamenáván. Z tohoto měření jsou pak vyvozovány závěry o nárůstu teploty, je-li uloženo velké množství materiálu za teplot nižších, než byly teploty při laboratorním pokusu. Jedná se o velmi starou metodu; podle Bowese [4] pocházejí první zmínky o této metodě z roku 1895 (Mackey W. McD., J. Soc. Chem. Ind., 14, 940) a 1896 (Mackey W. McD., J. Soc. Chem. Ind., 15, 90). Metoda nazývaná „Mackey test“ byla používána pro hodnocení samozáhřevu a nebezpečí vznícení spojeného s oxidací olejů používaných v průmyslu zpracovávajícím vlnu. Postupně začala být také využívána v dalších průmyslových odvětvích, která vyrábějí rostlinné oleje jejich lisováním, a byla využívána pojišťovnami pro hodnocení rizik těchto provozů. V tomto testu je vzorek oleje rovnoměrně nanesen na vatu z bavlny (cotton silver, cotton) v poměru hmotností 1 díl vaty ke 2 dílům oleje. Pak je vata s olejem srolována do tvaru válce o délce cca 75 mm a průměru cca 30 mm tak, že měřicí sonda (teploměr nebo termočlánek) je vložen do středu válce. Vytvarovaný vzorek je vložen do ochranného košíku a umístěn do přístroje do větratelného prostoru obklopeného dvojitým pláštěm vyhřívaným vařící vodou. Jestliže teplota vzorku dosáhne teploty 200°C během dvou hodin, je vzorek považován za nebezpečný. V průběhu let došlo k různým úpravám v konstrukci aparatury nebo v postupu stanovení a také v způsobu hodnocení výsledků. Jedna z modifikací této metody je nazývána „Diferenciální Mackey test“ a byla standardizována v ASTM D3523-92(2002)[1]. Touto metodou byly získány výsledky uvedené v této práci. Metoda je určena pro hodnocení sklonu k samovolnému zahřívání kapalin i pevných látek. Je určena pro kvalitativní hodnocení tohoto sklonu při vystavení vzorku působení vzduchu při teplotě zkoušky. Je použitelná pro testování kapalin a pevných látek nanesených na celulózovém povrchu. Nemůže být tedy použita pro hodnocení samozáhřevu na kovových, nebo kovy kontaminovaných površích. Metoda není určena pro získání kvantitativního hodnocení, jako je na příklad určení enthalpie reakce vzorku se vzduchem; tato data je možno získat použitím adiabatického kalorimetru. Pozitivní rozdíl mezi teplotou vzorku během pokusu a teplotou referenční je důkazem termochemické reakce ve vzorku. V případě, že je rozdíl mezi teplotou vzorku a referenční teplotou záporný, nelze vyloučit, že dojde k samozáhřevu, jestliže bude hodnocený olej vystaven teplotě vyšší, než byla teplota zkoušky.

119

Srovnáním výsledků, které jsou získána na starším jednokomorovém přístroji a novějším typem podle ASTM D3523-92(2002) se zabývali Salgová a Dvořák [10]. Místo chirurgické gázy použili bavlněnou vatu a jako náplň lázně vodu. Za těchto podmínek hodnotili sklon k samovznícení u lněné fermeže. V poslední době se kromě adiabatických nebo izotermických metod prosazují při hodnocení sklonu látek k samovznícení také metody kalorimetrické. Metody termické analýzy, zejména DTA a DSC jsou využívány pro výzkumné i ryze praktické účely. Využívání diferenciální skenovací kalorimetrie jako prostředku pro hodnocení sklonu k samozáhřevu je popisuje například Baylon [3]. Několik vzorků rostlinných olejů, které měly různě silný sklon k samozáhřevu bylo touto metodou hodnoceno jak ve vzduchu, tak v dusíku, aby bylo možno rozlišit efekt oxidačních reakcí od jiných procesů, které při zahřívání probíhají. Podle autorů [3] je možné pomocí této metody určit indukční periodu oleje, tři rozdílné exotermické jevy a teplotu vznícení (autoignition temperature), která je relativně nezávislá na druhu oleje. Výše uvedené metody jsou založeny na měření tepelných efektů v různém uspořádání a v různém režimu zahřívání. Sklon k samovznícení je také hodnocen pomocí metod, které jsou zaměřeny na chemickou strukturu olejů. K těmto metodám patří například stanovení jodového čísla, což je metoda, která byla použita i v této práci, nebo plynová chromatografie s hmotnostním detektorem. Metody, hodnotící sklon k samovznícení na základě chemického složení olejů, vychází z představy, že reaktivita látky ke kyslíku závisí na obsahu dvojných vazeb, které jsou atakovány oxidačními činidly. Těmito metodami dají zejména odlišit látky se silným sklonem k samovznícení od látek, které tuto vlastnost nemají. V principu se měření provádí tak, že hodnocená látka v kapalné formě je titrována činidlem, které obsahuje jód, jako jodid bromný BrJ (Hanušova metoda) nebo jodid chlorný ClJ (Wijsova metoda). Jód štěpí dvojné vazby a váže se na molekulu hodnocené látky. Čím vyšší je spotřeba jódu, tím vyšší je obsah dvojných vazeb. Jodové číslo je udáváno jako spotřebovaný jód (v gramech) na 100 gramů hodnocené látky. Jestliže je jodové číslo větší než 100, je olej považován náchylný k samovznícení. Stanovení jodového čísla je také standardizováno normou ČSN EN ISO 3961[5] pro hodnocení olejů a tuků. Je používána i pro jiné materiály, jako methylestery mastných kyselin [6], polyethery pro výrobu polyurethanů [7] nebo pro světlé ropné výrobky [8]. Je předmětem i řady zahraničních norem, jako ASTM D555, ASTM D 1959 nebo EN 14111. Z tohoto širokého používání je patrné, že metoda je schopna přinášet hodnotné výsledky, které jsou měřítkem sledovaných vlastností. Při hodnocení sklonu k samovznícení však v některých případech nedává jednoznačnou odpověď. Tuto nesrovnalost lze vysvětlit tím, že oleje nebo výrobky z nich nejsou z hlediska chemického jednoznačně definované chemické látky, ale směsi různých chemických látek. Protože oxidace probíhá jako řetězová reakce, je citlivá i na malá množství příměsí, které mohou její průběh urychlit, jako například soli manganu, které jsou používána jako sikativy. Zpomalení reakce naopak způsobí tzv. antioxidanty, jako betakaroten, polyfenoly nebo sloučeniny selenu, které jsou do olejů záměrně přidávány, aby se prodloužila jejich životnost. Obsah těchto látek není uvedenou metodou detekovatelný a to vede k rozdílům ve výsledcích. Proto se metody, které hodnotí sklon materiálů k samovznícení na základě jejich tepelného projevu při styku s kyslíkem, jeví jako vhodnější pro studium tohoto problému. Metoda jodového čísla je ovšem nezastupitelná, jestliže musí být hodnocení provedeno rychle a bez speciální aparatury.

120

Metody měření V této práci jsou z hlediska náchylnosti k samovznícení hodnoceny rostlinné oleje a jeden živočišný tuk, viz tabulka č. 1. U hodnocených vzorků bylo stanoveno jodové číslo a provedeno měření sklonu k samovznícení metodou „Diferenciální Mackey test“ při dvou teplotách. Výsledky získané oběma metodami byly vyhodnoceny a porovnány.

Popis měřicí aparatury Na rozdíl od původního uspořádání, které má jen jednu vyhřívanou komoru, má přístroj v provedení „Diferenciální Mackey test“ dvě vyhřívané komory. Do každé je vkládán válcový košík z jemného drátěného pletiva, do kterého se umisťuje bavlněná chirurgická gáza (surgical gauze, cotton gauze). Do referenční komory se dává čistá gáza, do vzorkové se umisťuje gáza napuštěná vzorkem. V původním jednokomorovém uspořádání je vzorek zahříván na konstantní teplotu, která je realizována varem vody. V uspořádání podle ASTM D3523-92 (2002) [1], je vyhřívací lázeň napojena na chladič, a stanovení je zahájeno tehdy, když je dosaženo konstantního refluxu. Byl použit chladič kuličkový podle Allihna, s chlazením vodou. Jako teplosměnné kapaliny jsou normou [1], povoleny kromě vody i jiné kapaliny, například etylenglykol s bodem varu 197,2 °C. Měření teploty je prováděno tenkým termočlánkem typu J, který je umístěn v centru válce z gázy. Zápis hodnot má být podle normy [1] realizován pomocí zapisovače. V provedení, které bylo použito v této práci, je pro zápis používáno PC zařízení vybavené digitalizačním programem. Rozlišení požadované normou [1], tj. 0,5 K bylo dodrženo. Stanovení Mackey test bylo prováděno v souladu s požadavky normy pouze s několika rozdíly, které byly především vyvolány snahou o zajištění bezpečnosti při provádění zkoušek. Jedná se o tyto změny: 1. Do vyhřívací kapaliny v plášti aparatury byl přidán kontrolní termočlánek pro měření teploty lázně. 2. Aparatura je vybavena teplotní pojistkou. Při překročení teploty vzorku 300 °C je vypnuto vyhřívání lázně. Toto opatření bylo zavedeno z důvodu ochrany aparatury, k jejímuž poškození by mohlo dojít při vysoké teplotě hoření vzorku a z důvodu možného zahřátí lázně od hořícího vzorku. Etylenglykol (CAS 10721-1, chemický název ethan-1,2-diol), který je používán jako alternativní vyhřívací kapalina kromě destilované vody, má teplotu vznícení 380 °C. 3. Do pracovního postupu bylo zařazeno vážení aparatury před každým stanovením pro zjištění obsahu kapaliny a její případné doplnění. Aparatura není vybavena stavoznakem, který by umožnil vizuální kontrolu dostatečného obsahu kapaliny. 4. Pro vyhodnocení výsledků byl použit pouze rozdíl mezi referenční teplotou a teplotou vzorku. Výpočet hodnoty SHV byl proveden, ale nízká hodnota opravného koeficientu (-1,57 K) nemění podstatným způsobem hodnocení sklonu vzorku k samovznícení.

Stanovení jodového čísla Stanovení bylo provedeno v akreditované zkušební laboratoři č. 1051, MVDr. Pavel Mikuláš, laboratoř pro vyšetření potravin. Sokolova 1b, 619 00 Brno, metodou PP CH 12 (ČSN 58 5761). Uvedená norma je v současné době neplatná a byla nahrazena normou ČSN EN ISO 3961. Výsledky stanovení jsou obsahem protokolu o zkoušce č. 2842 až 2848 ze dne 28. 7. 2009.

121

Experimentální výsledky Výsledky stanovení jodového čísla jsou uvedeny v tabulce č. 1. V této tabulce jsou pro porovnání dále uvedeny hodnoty jodového čísla podle Baloga [2], které vychází ze stanovení řady vzorků olejů. Dále je zde uvedeno hodnocení sklonu k samozahřívání hodnocených druhů olejů, které bylo přebráno ze stejné publikace [2] a bylo provedeno na základě metody stanovení jodového čísla.

Tabulka č. 1: Hodnoty jodového čísla u hodnocených vzorků olejů a jejich porovnání s tabulkovými údaji[2] Použitý olej 1

CERESOL, rostlinný jednodruhový (J SO)

2

LUKANA, slunečnicový olej,

3 4 5 6 7

olej

KAROLINA, Sunflower oil refined, KAROLINA, Rapeseed oil refined, CARBONELL, extra panenský olivový olej, PROVITA, olej lněný panenský, COMPERIO, vepřové škvařené sádlo

Jodové číslo

Jodové číslo podle [2]

Hodnocení podle [2]

124

126 − 136

sporný

132

126 − 136

sporný

129

126 − 136

sporný

108

95 − 105

sporný

83

70 − 100

nemá

118

175 − 204

má

64

53 − 77

nemá

Z výsledků v tabulce č. 1 vyplývá, že laboratorně zjištěné hodnoty odpovídají hodnotám zjištěným z literatury [2], až na vzorek lněného oleje, který má velmi nízkou hodnotu jodového čísla. Takto nízká hodnota nebyla očekávána i proto, že lněný olej je hlavní součástí napouštěcích fermeží, které jsou známé svým značným sklonem k samovznícení. Metodou „Diferenciální Mackey test“ bylo provedeno měření 3 vzorků olejů při dvou teplotách za použití vody i za použití etylenglykolu. Průběh nárůstu teploty při teplotě blízké bodu varu vody (cca 97-101°C) a při teplotě blízké bodu varu etylenglykolu (cca 192-195°C) jsou uvedeny v grafech č. 1, 2 a 3. Pro hodnocení byl vybrán slunečnicový olej, s nejvyšší hodnotou jodového čísla, dále olivový olej, který má z rostlinných olejů nejnižší hodnotu jodového čísla a olej lněný, u kterého byla zjištěna nižší hodnota, než odpovídá údajům uváděným v literatuře.

122

Graf č. 1: Průběh stanovení náchylnosti slunečnicového oleje k samovznícení metodou Diferenciální Mackey test

teplota (°C)

Olivový olej

VODA ETG

čas (min)

Graf č. 2: Průběh stanovení náchylnosti olivového oleje k samovznícení metodou Diferenciální Mackey test

123

Graf č. 3: Průběh stanovení náchylnosti lněného oleje k samovznícení metodou Diferenciální Mackey test

Podle metody „Diferenciální Mackey test“ je sklon k samovznícení hodnocen podle rozdílu teplot mezi teplotou referenční a teplotou vzorku. Takto zpracované výsledky měření jsou uvedeny v tabulce č. 2. Hodnoty, které jsou v tabulce označeny jako „referenční teplota“, jsou hodnoty naměřené v referenčním komoře, který obsahuje pouze čistou gázu bez vzorku, ve stejném čase, kdy je v komoře se vzorkem naměřena maximální teplota.

Tabulka č. 2: Přehled hodnot stanovení náchylnosti olejů k samovznícení metodou Diferenciální Mackey test Druh oleje

Náplň lázně

slunečnicový olej slunečnicový olej olivový olej olivový olej lněný olej lněný olej

voda etylenglykol voda etylenglykol voda etylenglykol

Max. teplota vzorku (°C) 90,73 446,40 117,54 254,45 92,28 303,01

Referenční teplota (°C) 89,66 155,78 89,54 162,20 92,58 165,90

Rozdíl (°C) 1,07 287,73 28,00 92,25 0,30 137,11

Vyhodnocení výsledků Z výsledků stanovení jodového čísla vyplývá, že nejvyšší náchylnost k samovznícení podle obsahu dvojných vazeb stanovených touto metodou má olej slunečnicový, pak následuje olej lněný a nejméně náchylný je olej olivový. Zařazení lněného oleje jako druhého v pořadí, je výsledek, který nebyl očekáván. Ze známého složení těchto olejů vyplývá, že slunečnicový olej obsahuje podle [16] 47% kyseliny linolové, olivový olej pouze 9% kyseliny linolové a olej lněný obsahuje 30%

124

linolové a 45 % linolenové kysleiny. Nejvyšší sklon k samovznícení by tedy měl mít lněný olej, který obsahuje vedle linolové kyseliny se dvěma dvojnými vazbami také kyselinu linolenovou, která má tři dvojné vazby. Tento rozdíl nemusí znamenat, že je chybně stanovena hodnota jodového čísla. Hodnocený výrobek, komerčně dostupný, může obsahovat příměsi, které snižují koncentraci nenasycených kyselin, ale nejsou uvedeny ve složení oleje. Další dva výsledky získané metodou jodového čísla jsou v souladu s literárními údaji uvedenými v tabulce č. 1 a s obsahem mastných kyselin. Nejnižší obsah kyseliny linolové a nejnižší hodnotu jodového čísla, menší než 100, má olej olivový. Podle [2] jsou za rostlinné oleje se sklonem k samovznícení považovány takové oleje, které mají hodnotu jodového čísla vyšší než 100. Podle tohoto kriteria mají slunečnicový a lněný olej sklon k samovznícení, zatím co olivový sklon k samovznícení nemá. Při hodnocení metodou „Diferenciální Mackey test“ byly určeny jiné výsledky. Žádný nebo prakticky zanedbatelný nárůst teploty byl při stanovení s použitím vodní lázně zaznamenán u slunečnicového i u lněného oleje a proto jsou vyhodnoceny jako bez náchylnosti k samovznícení. Olivový olej naopak měl zřetelný, i když krátkodobý nárůst teploty. Pokud je sklon k samozáhřevu posuzován podle velikosti rozdílu mezi teplotou referenční a teplotou vzorku, pak při stanovení při této nižší teplotě je nejvíce náchylný k samovznícení olej olivový. Nicméně tento nárůst teploty nevedl k stálému nárůstu, který by mohl vést až ke vznícení. Po určité době se teplota vzorku snížila a zůstala konstantní. Oxidace nenasycených olejů je silně ovlivňována teplotou, a to bylo potvrzeno dalším stanovením metodou „Diferenciální Mackey test“ , které bylo provedeno při vyšší teplotě. Jak vyplývá z tabulky č. 2, při teplotě blízké bodu varu etylenglykolu vykázaly všechny oleje nárůst teploty, takže je lze hodnotit jako náchylné k samovznícení. Pořadí bylo stejné jako při hodnocení metodou jodového čísla – nejvyšší nárůst teploty vykázal slunečnicový olej, pak následuje olej lněný a poslední je olej olivový.

Závěr Z provedených měření vyplývají závěry, které se týkají jak použitých metod tak hodnocení nebezpečí spojeného s používáním rostlinných olejů a výrobků z nich vyrobených po jejich nanesení na pevný nosič. Metoda stanovení jodového čísla je rychlá a jednoduchá metoda, vhodná zejména pro odlišení olejů s vysokých stupněm náchylnosti k samovznícení. S ohledem na zjištěné výsledky lze považovat za velmi náchylné k samovznícení takové oleje, jejichž jodové číslo je vyšší než 130. Původně uvažovaná hodnota, jodové číslo větší než 100, zahrnuje i takové rostlinné oleje, jejichž sklon k samovznícení je sporný. Metodu jodového čísla nelze však použít jako jedinou metodu, protože nedetekuje látky aktivující oxidaci, jak jsou sikativy, které urychlují proces vysychání nátěrů. Proto zejména při hodnocení výrobků, tvořených směsí látek, jako jsou nátěrové hmoty, je nutné pro jejich hodnocení použít další metodu, nejlépe zvolenou ze skupiny metod, které hodnotí sklon k samovznícení na základě tepelného efektu. Metoda „Diferenciální Mackey test“ je vhodnou metodou pro klasifikaci a vzájemné porovnání rostlinných olejů z hlediska jejich sklonu k samovznícení. Je poměrně rychlá a aparatura není příliš složitá. Nicméně by bylo třeba uvážit některé její úpravy s ohledem na bezpečnost obsluhy. Využití hodnoty SHV jako kriteria hodnotícího sklon k samovznícení je poněkud sporné. Jestliže dojde k samozáhřevu, po kterém se teplota vzorku sníží a stabilizuje, viz stanovení olivového oleje ve vodní lázni, je kriterium použitelné pro materiály,

125

které se takto chovají. Jestliže ale dojde k takovému urychlení nárůstu teploty, že teplota nepřetržitě stoupá, viz stanovení všech olejů v lázni s etylenglykolem, je maximální dosažená teplota spíše hodnocením intenzity hoření v daných podmínkách, než sklonu k samovznícení. Metoda „Diferenciální Mackey test“ také ukazuje, jak zvýšení teploty okolí zvyšuje riziko vzniku požáru, protože oxidace nenasycených sloučenin je teplotou silně ovlivňována. Proto se u všech hodnocených vzorků projevil silný nárůst teploty při hodnocení prováděném v lázni s náplní etylenglykolu. Tento nárůst se projevil i u olejů, které při hodnocení na základě stanovení ve vodní lázni neprojevily žádný nebo pouze zanedbatelný nárůst teploty. K této skutečnosti je uvedena také poznámka v normě [1], kde je v článku 1.4 uvedeno, že negativní výsledek nevylučuje zahájení samovolného zahřívání při teplotě vyšší než je teplota, při které byl vzorek zkoušen. Výsledky testu „Diferenciální Mackey test“ mohou být použity jako prvky hodnocení rizika vzniku požáru při manipulaci s hodnoceným materiálem, ale do tohoto hodnocení musí být zahrnuty i ostatní faktory, které s tímto rizikem souvisí.

Literatura [1]

[2] [3]

[4]

[5]

[6]

[7] [8] [9]

[10]

[11]

ASTM D3523-92 (2002) – Standard Test Metod for Spontaneous Heating Values of Liquids and Solids (Diferential Mackey Test), West Conshohocken, PA, USA: ASTM International, 2002. pp. 4 BALOG, Karol. Samovznietenie. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 1999. 133 s. ISBN 80-86111-43-1 BAYLON, A.; STAUFFER, E.; DELÉMONT, O. Evaluation of the Self-Heating Tendency of Vegetable Oils by Differential Scanning Calorimetry, Journal of Forensic Sciences. Volume 53, Issue 6, Date: November 2008, Pages: 1334-1343 BOWES, P. C. Self-heating: evaluating nad controlling the hazards. 1. vydání. Amsterdam-Oxford-New York-Tokyo: Elsevier, 1984. s. 500. Department of the Environment, Building Research Establishment. ISBN 0-444-99624-9 ČSN EN ISO 3961 (588761). Živočišné a rostlinné tuky a oleje - Stanovení jodového čísla. Praha: Český normalizační institut, 01/2000. s. 10. Převzata vyhlášením ve Věstníku v anglickém jazyku (Animal and vegetable fats and oils -- Determination of iodine value) ČSN EN 14111 (588818). Deriváty tuků a olejů - Methylestery mastných kyselin Stanovení jodového čísl). Praha: Český normalizační institut, 12/2004. (Fat and oil derivatives - Fatty Acid methyl Esters (FAME) - Determination of iodine value) ČSN 64 0351 (640351). Polyethery pro výrobu polyurethanů. Stanovení jodového čísla. Praha:Český normalizační institut, 08/1982. ČSN 65 6164 (656164). Světlé ropné výrobky. Jodové číslo. Praha: Český normalizační institut, 10/1981. s. 6. JONES, J. C. Commentary on the UN Test for Spontaneous Heating of Solid Substances. Letter to the Editor. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. vol. 13, Issue 2, 2000. pp. 177-178 SALGOVÁ, L.; DVOŘÁK, O. Hodnocení sklonu kapalných a pastovitých látek k samovznícení, porovnání jednokomorového a doukomorového Mackey testeru. In Požární ochrana 2009: Sborník přednášek z XVIII. ročníku mezinárodní konference, konané ve dnech 9. -10. září 2009. Ostrava: VŠB - TU Ostrava, 2009, s. 528-535. ISBN 978-80-7385-067-8 Sdělení Ministerstva zahraničních věcí č. 13/2009 ze dne 24. 3. 2009, kterým se doplňují sdělení č. 159/1997 Sb., č. 186/1998 Sb., č. 54/1999 Sb.,

126

[12] [13]

[14]

[15] [16]

[17]

[18]

[19]

č. 93/2000 Sb. m. s., č. 6/2002 Sb. m. s., č. 65/2003 Sb. m. s., č. 77/2004 Sb. m. s., č. 33/2005 Sb. m. s. a č. 21/2008 Sb. m. s. o vyhlášení přijetí změn a doplňků Přílohy A - Všeobecná ustanovení týkající se nebezpečných látek a předmětů a Přílohy B Ustanovení o dopravních prostředcích a o přepravě Evropské dohody o mezinárodní silniční přepravě nebezpečných věcí (ADR). In Sbírka mezinárodních smluv. 2009, částka 6, s. 138 – 2536, ISSN 1801-0393 STEINLEITNER, Hans-Dietrich aj. Tabulky hořlavých a nebezpečných látek. Přel. Novotný V., Benda E. 1.vyd. Praha: Svaz Požární Ochrany ČSSR, 1980. s. 851. UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods. Manual of Tests and Criteria. Fourth Revised Edition, United Nations publication, 2003. ISBN 92-1039718-5 VĚŽNÍKOVÁ, H.: Methods of evaluation of coals from the veiwpoint of their proneness to spontaneous combustion, In. 28. International conference of Safety in Mines Research Institutes, Sinaia, Romania: June 1999, (p. 287-297) VĚŽNÍKOVÁ, H.; ADAMUS, A. Hodnocení průběhu samovzněcovacího procesu pevných látek. Uhlí, rudy, geologický průzkum. 2007, roč. 14, č. 4, s. 32-36. ISSN 1210-7697 VĚŽNÍKOVÁ, Hana; VAŇÁSEK, Václav. Hodnocení rizika samozahřívání pevných látek ve směsi s oxidovatelnými oleji. ARPOS: Časopis Asociáce rozvoja požiarnej ochrany Slovenska. 2006, č. 24, s. 16-23. ISSN 1335-5910 Vyhláška č. 232/2004 Sb. ze dne 30. 4. 2004, kterou se provádějí některá ustanovení zákona o chemických látkách a chemických přípravcích a o změně některých zákonů, týkajících se klasifikace, balení a označování nebezpečných chemických látek a chemických přípravků. In Sbírka zákonů ČR, 2004, částka 76, s. 4218 – 4222. Vyhláška č. 369/2005 Sb. ze dne 26. 9. 2005, kterou se mění vyhláška č. 232/2007 Sb., kterou se provádějí některá ustanovení zákona o chemických látkách a chemických přípravcích a o změně zákonů, týkajících se klasifikace, balení a označování nebezpečných chemických látek a chemických přípravků. Sbírka zákonů ČR, 2005, částka 128, s. 6254 - 6924. ZARROUK, J; O'SULLIVAN , M. J.; ST GEORGE, J. D. Modelling the spontaneous combustion of coal: the adiabatic testing procedure. Combustion Theory and Modelling, Volume 10, Issue 6 December 2006. pp. 907 – 926

127

128

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava

řada bezpečnostní inženýrství, č. 4 – 2009

Vydala Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava Vytiskl Ediční středisko, VŠB – TU Ostrava 17. listopadu 15 708 33 Ostrava – Poruba publikace č. 1 – 2009 / FBI náklad: 100ks Odpovědný redaktor: doc. RNDr. Jiří Švec, CSc. Vydání I Za obsah článků odpovídají jednotliví autoři

129