Hodnocení dynamiky požáru v průmyslových objektech při instalaci sprinklerových hasicích zařízení

Současnost je charakteristická výstavbou stále rozsáhlejších a často také rizikovějších staveb. To je způsobeno nejen současnými potřebami společnosti, ale také vývojem nových stavebních materiálů a technologií. Požární bezpečnost takových staveb je stále více řešena s využitím aktivních požárněbezpečnostních zařízení, která podstatným způsobem ovlivňují rozvoj (dynamiku) požáru. Typickým příkladem staveb, které v tomto směru doznaly změn, jsou průmyslové objekty.

Zásadním důvodem změn průmyslových objektů byly „průmyslové revoluce“ probíhající již od poloviny 18. století. Průmyslové revoluce (aktuální označována jako Průmysl 4.0) souvisely se změnami vstupních surovin, výstupních produktů, technologických zařízení i technologických procesů. Kromě zvýšení produktivity práce však vznikla také nová nebezpečí. Jedním z nich je možnost vzniku požárů, které způsobují úmrtí, zranění, materiální školy a poškození životního prostředí.

Nová nebezpečí v průmyslových objektech vyžadují také nové přístupy při řešení požární bezpečnosti staveb, jež jsou zpravidla založeny na instalaci aktivních požárněbezpečnostních zařízení. Tedy zařízení, od nichž očekáváme samočinné uvedení do provozu a realizaci předem určených úkonů. Častou kombinaci aktivních požárněbezpečnostních zařízení představují stabilní hasicí zařízení a zařízení pro odvod kouře a tepla. Z hlediska stabilních hasicích zařízení nacházejí v průmyslových objektech časté využití zejména sprinklerová stabilní hasicí zařízení (SHZ). Zařízení pro odvod kouře a tepla (ZOKT) jsou instalována jako zařízení s přirozeným nebo nuceným odvodem kouře a tepla.

Obr. 2 – Schematické znázornění modifikace křivky rozvoje požáru při aktivaci SHZ. Upraveno ze zdroje: KUČERA, P., POKORNÝ, J., PAVLÍK, T. Požární inženýrství – aktivní prvky požární ochrany. Ostrava: Spektrum (Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství), 2013. 109 s. ISBN 978-80-7385-136-1.

V současné době je již nesporné, že je společná instalace těchto zařízení z hlediska požární bezpečnosti přínosná. Dřívější pochybnosti jsou již minulostí. Správná funkce uvedených zařízení je podmíněna správně zvoleným požárním scénářem a návrhovým požárem. Společná instalace těchto zařízení v jednom prostoru však přináší určité aspekty, kterým je nezbytné věnovat pozornost. Jedná se především o správný návrh součinnosti uvedených zařízení a posouzení změny dynamiky požárů, která tato zařízení způsobí.

Součinnost aktivních požárněbezpečnostních zařízení je založena na stanovení jejich priority, koordinace a interakce. Na základě priority je stanoveno, které zařízení bude do činnosti uvedeno jako první, a koordinace stanoví následnou posloupnost reakce dalších zařízení. Účelem hodnocení interakce je vyloučení zejména tzv. negativní interakce zařízení, což může být důvodem pro vyloučení nebo omezení jejich samočinné reakce.

Instalované SHZ způsobí v hořícím prostoru zásadní změnu podmínek rozvoje požáru, která zpravidla vede k intenzivnímu snížení uvolňovaného tepla a zásadní modifikaci křivky volného rozvoje požáru.

Hodnota tepelného toku (redukovaného tepelného toku) je jednou z nevýznamnějších vstupních hodnot při dalším návrhu stavby z hlediska požární bezpečnosti, např. z hlediska posouzení požární odolnosti stavebních konstrukcí nebo při návrhu dalších aktivních požárněbezpečnostních zařízení. Jedním ze zařízení, na které má dynamika požáru podstatný vliv při jejich návrhu, je ZOKT.

Historicky bylo možné v České republice při instalaci SHZ snížit předpokládanou hodnotu uvolňovaného tepelného toku v závislosti na požárním zatížení nebo skupině výrob a provozů. Později však byla tato možnost zrušena a v současné době se zpravidla předpokládá, že tepelný tok vznikající při požáru má exponenciální charakter po dobu 600 sekund a teprve následně je možné předpokládat konstantní hodnotu tepelného toku. Tyto zásady však při praktických návrzích, zejména při výskytu většího množství hořlavých látek (výrobní objekty, skladové objekty), způsobují řadu komplikací. V některých případech mohou vést dokonce k nerealizovatelným návrhům.

Z tohoto důvodu byl v posledních letech zintenzivněn výzkum, který souvisí s dopady modifikace křivky rozvoje požáru při instalaci SHZ. Jedná se zejména o nalezení odpovědí na následující otázky:

• Jaká je doba reakce sprinklerových hlavic, na jejímž základě můžeme předpokládat konstantní hodnotu tepelného toku?
• Jaká je „redukovaná hodnota uvolňovaného tepelného toku“ při instalaci SHZ?

Výzkumné aktivity zahrnují reálné experimenty o malých a velkých rozměrech i teoretická řešení. V rámci teoretických řešení je základní metodou pro nalezení odpovědí na výše uvedené otázky využití Alpertových rovnic, které popisují podstropní proudění plynů při požárech a následné výpočetní hodnocení změny teploty sprinklerové hlavice. Další metodou je využití matematického modelování.

Obr. 3 – Stanovení hodnoty redukovaného tepelného toku a doby reakce sprinklerové hlavice.

Stanovení maximální hodnoty uvolňovaného tepelného toku je zpravidla založeno na předpokladu, že při aktivaci první sprinklerové hlavice již dále hodnota tepelného toku nebude narůstat. Ukázka doby reakce sprinklerových hlavic a redukované hodnoty tepelného toku při instalaci SHZ pro světlou výšku prostoru 6 metrů, požární zatížení 30–180 kg.m–2, sprinklerovou hlavici s otevírací teplotou 68 °C a indexem doby odezvy RTI 80 (m.s)1/2 je znázorněna na obrázku 3.

Dobu reakce sprinklerových hlavic ovlivňuje geometrie prostoru (vertikální vzdálenost mezi ohniskem požáru a sprinklerovou hlavicí), horizontální (radiální) vzdálenost mezi ohniskem požáru a sprinklerovou hlavicí, charakteristika sprinklerové hlavice (otevírací teplota a index doby odezvy) a uvolňovaný tepelný tok při požáru.

Uvolňovaný tepelný tok souvisí s požárním zatížením v daném prostoru. Dosažené prvotní výsledky výzkumu dokládají, že „doba reakce sprinklerových hlavic“ se v závislosti na požárním zatížení významně liší. Opačně, dosažené „redukované hodnoty uvolňovaného tepelného toku“ se liší relativně málo a požární zatížení je nijak zásadně neovlivňuje.

Výsledkem pokračujících výzkumných prací by mělo být vymezení klíčových faktorů pro stanovení reakce sprinklerových hlavic a v konečném důsledku návrh relativně jednoduchého postupu pro určení redukované hodnoty tepelného toku. Tyto výsledky usnadní posouzení dynamiky požáru v průmyslových objektech při instalaci SHZ a umožní efektivnější navrhování staveb z hlediska požární bezpečnosti.