logo TZB-info


Požární zkouška osobního automobilu na otevřeném prostranství

Datum: 21.9.2015  |  Autor: Ing. Otto Dvořák, Ph.D., prof. Ing. František Wald, CSc., Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT v Praze  |  Recenzent: Prof. Ing. Pavel Poledňák, PhD., Fakulta bezpečnostního inženýrství VŠB TU Ostrava

V článku jsou uvedeny výsledky měření teplotního pole, pole hustot toku tepla a chemických analýz vzorkovaného kouře na obsah vybraných toxikantů v průběhu požární zkoušky s osobním automobilem na otevřeném prostranství. Naměřené hodnoty jsou porovnány s hodnotami vypočtenými modelováním pomocí SW FDS. Závažnost problematiky je doložena daty ze statistiky požárů automobilů v ČR za období 2004–2013 s účinky požárů na osádku a nejbližší okolí.

Úvod

Požáry automobilů představují nebezpečí jak pro jejich osádky, tak i pro životní prostředí, což dokládá statistika počtu usmrcených (U) a zraněných osob (Z) a přímých škod od těchto požárů v ČR i ve světě [1], viz kap. 2. Přestože motorová vozidla prošla homologací (schválením technické způsobilosti pro provoz na silničních komunikacích) jako typ a následně v provozu kontrolami STK [2], v důsledku nárazu při havárii nebo technických závad či selhání lidského činitele mohou začít hořet s následným rozšířením požáru na celé vozidlo tj. i do interiéru. Nejvyšší požární zatížení ve vozidle již nepředstavuje palivo v palivové nádrži, ale i plasty, materiály čalounění a potahy v konstrukci včetně izolací elektrické kabeláže, které neprocházejí u osobních automobilů (typ M1) povinnými laboratorními zkušebními testy na hořlavost, zapalitelnost, rychlost povrchového šíření plamene. Na toxicitu zplodin hoření nejsou testovány ani hořlavé materiály do typu vozidel M3 (autobusů) [3]. Parkování osobních vozidel v intraviláně, blízkosti obytných budov, garážích a v kolonách představuje též určité nebezpečí.

Nejobjektivnější hodnocením požárního rizika daného typu motorového vozidla je zkouška simulující požár za definovaných podmínek, spojená s měřením rychlosti vývinu tepla, teplotního podle, hustoty toku tepla, množství uvolňovaného kouře a koncentrace v něm obsažených toxikantů vč. rychlosti šíření požáru až do vzniku flash-overu. Existuje řada publikovaných výsledků již realizovaných zkoušek, které jsou využívány při konstrukci motorových vozidle a při tvorbě/upřesnění norem a předpisů specifikujících techn. parametry vozidel a jejich zkoušení, viz [1]–[6].

Příspěvek stručně charakterizuje požáry a nehody motorových vozidel v ČR, účinky požárů vozidel na osádku a okolí, výsledky full – scale požární zkoušky osobního automobilu (dále jen zkušební požár – ZP) ze dne 8. 10. 2014 v UCEEB – ČVUT v Praze, buštěhradském areálu.

Na zkoušce se podíleli studenti Fakulty dopravní a Fakulty stavební ČVUT a dále pracovníci Technického ústavu PO Praha.

Cílem zkoušky bylo na osobním automobilu, který nebyl homologován, ale sloužil jako učební pomůcka:

  1. měřit na otevřeném prostranství za definovaných podmínek tepelné projevy požáru (teplotní pole, hustotu toku tepla), emise ze vzorkovaného kouře požáru k chemické analýze na obsah vybraných toxikantů/polutantů (CO, CO2, SO2, NOx, HCN, HX (halogenovodíky) a meteo-situaci (rychlost a směr proudění, teplotu ovzduší a barometrický tlak) v blízkosti vozidla před a po ZP, optickou hustotu kouře a rychlost vývinu tepla,
  2. dokumentovat průběh ZP fotograficky, videem a termovizními kamerami,
  3. počítačově simulovat ZP a porovnat data vypočtená s naměřenými.

1. Požáry osobních motorových vozidel v ČR

Nebezpečí všech požárů a nehod OA v ČR lze doložit údaji z obr. 1–5.

Obr. 1 Roční celkové četnosti požárů OA v ČR za období 2004–2013 [7]
Obr. 1 Roční celkové četnosti požárů OA v ČR za období 2004–2013 [7]
Obr. 2 Roční celkové četnosti usmrcených (U) a zraněných osob (Z) od požárů OA v ČR za období 2004–2013 [7]
Obr. 2 Roční celkové četnosti usmrcených (U) a zraněných osob (Z) od požárů OA v ČR za období 2004–2013 [7]
Obr. 3 Roční celkové četnosti nehod OA bez přívěsu a s přívěsem (celkem) v ČR za období 2009–2013 vyšetřovaných PČR [8]
Obr. 3 Roční celkové četnosti nehod OA bez přívěsu a s přívěsem (celkem) v ČR za období 2009–2013 vyšetřovaných PČR [8]
Obr. 4 Přímé škody od požárů OA v ČR za období 2004–2013 [7]
Obr. 4 Přímé škody od požárů OA v ČR za období 2004–2013 [7]
 

V ČR vzrostl podle dat EU v jednotkách pkm podíl vnitrostátní přepravy osob ze 73,8 % v r. 2002 na 74,8 % v r. 2012 [8].

Obr. 5 Počet OA registrovaných v ČR od r. 1998 do 6/2014 [8]
Obr. 5 Počet OA registrovaných v ČR od r. 1998 do 6/2014 [8]
 

2. Účinky požárů vozidel

Potenciální účinky požárů OA na jejich osádku a okolí lze členit na: intoxikaci zplodinami hoření, viz tab. 1, tepelné působení plamenů a horkého kouře, viz tab. 2, udušení pro nedostatek kyslíku v zasažené kabině, viz tab. 3, a ztrátu viditelnosti po zakouření vnitřních prostor kabiny vozidla, když „Viditelnost“ v kouři se vyjadřuje v metrech (m), součinitel útlumu v m−1, opacitou kouře O se rozumí míra útlumu paprsku světla prošlého vrstvou kouře a optickou hustotou kouře D, která je dekadickým logaritmem opacity. V zakouřeném prostoru s D = 0,5 klesá rychlost úniku osob na cca 0,3 m/s.

Tab. 1 Přípustné expoziční limity (PEL) a nejvyšší přípustné koncentrace (NPK-P) vybraných plynů a par [10]
LátkaPEL
[mg/m3]
NPK-P
[mg/m3]
CO30150
CO2900045000
NOx1020
SO2510
HCl, HF8, 1.515, 2.5
HCN310
HCHO (formaldehyd)0,51
CH3CHO (acetaldehyd)50100
CH3CHCN (akrylonitril)26
C2H12 (benzo(a)pyren)0,0050,025
Tab. 2 Fyziopatologické účinky toku tepla sáláním na lidskou pokožku [9]
Q
[kW/m2]
Účinky
1Jako u slun. záření v tropech
2,530 min snesitelnost
5Puchýře do 30 s
8Počátek samovolného vznícení dřeva
9,5Dosažení prahu bolestivosti do 6 s
90Okamžitá destrukce kůže
Tab. 3 Fyziopatologický účinek nižšího obsahu kyslíku ve vzduchu [11]
O2
[% obj.]
Účinek
17Snížení nočního vidění, zrychlení dechu a tepu
16Závratě
15Ztráta soudnosti a pozornosti
12Ztráta koordinace pohybu, ztráta vědomí, nevratná poškození mozku
10Neschopnost pohybu, zvracení
6Nepravidelné dýchání, křečovité pohyby, smrt do (5–8) min

3. Požární zkouška

Obr. 6 Vnější rozměry OA [1]
Obr. 6 Vnější rozměry OA [1]

Zkouška byla realizována na vzorku nehomologovaného osobního automobilu zajištěného jako učební pomůcka s rozměry dle obr. 6 a následujících techn. specifikací:

  • typ karosérie COMBI, pětidveřová,
  • motor vpředu, vznětový se 3 válci, TDI (s přímým vstřikováním) se zdvihovým objemem 1199 cm3 a výkonem 55 kW, dvěma válci,
  • přední hnací náprava,
  • převodovka pětistupňová s manuálním řazením,
  • pohotovostní hmotnost 1095 kg.
Obr. 7 Situační plánek s vyznačením pozic meteostanice (MS) a osobního automobilu (OA) při pož. zkoušce [1]
Obr. 7 Situační plánek s vyznačením pozic meteostanice (MS) a osobního automobilu (OA) při pož. zkoušce [1]

Požářiště bylo situováno v blízkosti areálu UCEEB se dvěma zástěnami ve tvaru L k ochraně před převládajícím JZ větrem a v dostatečné vzdálenosti od místní komunikace a nejbližších stavebních objektů. Automobil byl umístěn v záchytné jímce k zamezení průniku motorového paliva do zpevněného podloží pomocí autojeřábu na tři stojky (ocelové trubky) s oboustrannými čelními deskami; stojky byly vzájemně propojeny ocelovými úhelníky.

Požár automobilu byl simulován únikem paliva z palivové nádrže a vznícením par pod automobilem od výfuku. Celkem 15 l paliva (BA) bylo umístěno v železném tácu (90 × 90 × 15) cm pod automobilem před zadními koly a BA v tácu byl zapálen hořící pochodní příslušníkem jednotky PO.

Před a v průběhu zkoušky byly měřeny meteo-stanicí UCEEB:
teplota T ve výškách 5 cm (šedé trojúh. body) a 2 m (modré plus. body) nad úrovní terénu a vlhkost ovzduší (modrá spojnice) s pozicemi vzhledem k požářišti dle obr. 7 a s výsledky na obr. 8 a obr. 9.

Obr. 8 Graf průběhu teplot a vlhkosti ovzduší při pož. zkoušce [1]
Obr. 8 Graf průběhu teplot a vlhkosti ovzduší při pož. zkoušce [1]
Obr. 9 Graf průběhu směru a rychlosti větru při pož. zkoušce [1]
Obr. 9 Graf průběhu směru a rychlosti větru při pož. zkoušce [1]
 

Výsledek měření rychlosti větru v v průběhu zkoušky anemometrem EVA 935 – TH5 v pozici cca 1 m od vnitřního rohu L – závětrné stěny směrem k automobilu a ve výšce cca 1,5 m nad terénem: v = ⟨0,01–1,00⟩ m/s.

3.1 Měření teplotního pole a hustoty toku tepla

Teplotní pole bylo při požární zkoušce měřeno vně i uvnitř interiéru automobilu, hustota toku tepla pouze vně automobilu, v obou případech v definovaných pozicích (xyz).

Vně automobilu teplota byla měřena ve 20 pozicích a hustota toku tepla ve 4 pozicích dle obr. 10. Teploty [°C] byly snímány pomocí termočlánků typu K (TČ) v pozicích vyznačených symboly T1 až T20, z nichž 8 ks TČ bylo ve výšce 2 m (pozice T1 a T8), 8 ks TČ bylo ve výšce 3 m (pozice T11 až T18) a 4 ks TČ byly umístěny přímo nad automobilem.

Obr. 10 Axonometrický pohled na pozice termočlánků (T1–T18) a radiometrů (R1–R4) a jejich souřadnice (x, y, z) vně zkušebního automobilu při pož. zkoušce [1]
Obr. 10 Axonometrický pohled na pozice termočlánků (T1–T18) a radiometrů (R1–R4) a jejich souřadnice (xyz) vně zkušebního automobilu při pož. zkoušce [1]

Termočlánky byly fixovány horkými konci na lankách napnutých mezi věžemi v požadovaných pozicích. Kompenzačním vedením byly propojeny s měřící ústřednou a PC, které byly umístěny za zástěnou. Hustoty toku tepla v kW/m2 byly snímány pomocí 4 ks radiometrů typu SBG 01-100 Heat Flux Senzor v pozicích R1 až R4 ve výšce 1,5 m, viz obr. 10 a 11. Tělesa radiometrů (přívody a odvody chladící vody, elektrické vodiče) byla umístěna na stojanech a směrována měřicím terčíkem na automobil. Datová vedení radiometrů byla natažena za zástěnu k měřící ústředně ALMEMO 5690-2 a PC.

Z výsledků měření teplot a hustot toku v čase zkoušky jsou vypracovány grafy [1]. Pro článek jsou vyhodnoceny nejvyšší naměřené hodnoty v tab. 4 a 5 s odhadem jejich rozšířené nejistoty UT (k = 2) = ±1,8 °C.

Tab. 4 Nejvyšší naměřené hodnoty teplot vně hořícího automobilu s časem jejich dosažení [1]
VeličinaČidlo
T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10
Max. T [°C]58,6370,2292,61066,791,761,544,0468,3582,1883,8
Čas [s]1314618609225378426429102675717
T11T12T13T14T15T16T17T18T19T20
Max. T [°C]56,8237,4203,2664,683,160,637,0271,9580,0934,3
Čas [s]51362143822237242642999480540
Tab. 5 Nejvyšší naměřené hodnoty hustot toku tepla Q vně automobilu v čase jejich dosažení a s odhadem rozšířené nejistoty UQ [1]
VeličinaČidlo
R1R2R3R4
Max. hodnoty Q [kW/m2]30,1485,8311,6167,53
UQ [kW/m2]±1,96±5,58±0,75±4,39
Čas [s]183156186117

Uvnitř interiéru vozidla [°C] bylo měřeno teplotní pole v 8 pozicích vyznačených symboly T1 až T8 pomocí termočlánků typu K (TČ) a s následující specifikací pozic (xyz): T1 – na vzduchovém filtru v motorovém prostoru, T2 – na vnější klice levých předních dveří, T3 – na vnitřní straně čelního skla, T4 – Na deklu rezervy v zavazadlovém prostoru, T5 – na nádrži z horní strany, T6 – na motorové přepážce v kabině, T7 – před zadní pravou opěrkou hlavy, T8 – před přední levou opěrkou hlavy, CO1 – na podlaze před levým předním sedadlem, CO2 – na podlaze za pravým předním sedadlem), viz obr. č. 10. Počátek souřadnic x = 0, y = 0, z = 0 je v průniku kolmice z geometr. středu auta se zemí.

Obr. č. 11 Axonometrický pohled na pozice termočlánků (T1–T8) a detektorů CO (CO1, CO2) a jejich souřadnice (x, y, z) uvnitř zkušebního vozidla při pož. zkoušce [1]. Legenda: Na pozici T7 byla umístěna též ústí 2 vzorkovacích trubic k analýze v analyzátoru Testo 350 L, viz kap. 3.2.
Obr. č. 11 Axonometrický pohled na pozice termočlánků (T1–T8) a detektorů CO (CO1, CO2) a jejich souřadnice (xyz) uvnitř zkušebního vozidla při pož. zkoušce [1]
Legenda: Na pozici T7 byla umístěna též ústí 2 vzorkovacích trubic k analýze v analyzátoru Testo 350 L, viz kap. 3.2.

Z výsledků měření teplot v čase zkoušky jsou vypracovány grafy [1]. Pro článek jsou vyhodnoceny nejvyšší naměřené hodnoty, viz tab. 6 s odhadem jejich rozšířené nejistoty UT (k = 2) = ±3,25 °C.

Tab. 6 Nejvyšší naměřené hodnoty teplot Tmax na termočláncích (TČ) uvnitř hořícího automobilu s časy jejich dosažení τTmax [1]
Tmax
[°C]
τTmax
[s]
T11104.8700
T21264.2690
T3930.4960
T4915.1980
T5968.31050
T6880.6930
T7896.9960
T8981.41060
3.2 Polutanty uvnitř vozidla

Požární plyny v interiéru vozidla byly vzorkovány pomocí kovových sond č. 1 a č. 2 vložených malým okénkem pravých zadních dveří. Kompenzační vedení od detektorů CO bylo vedeno v ochranné trubici malým okénkem levých zadních dveří.

Obě trubice 1 a 2 ústily před opěrkou pravého zadního sedadla. Na jejich opačném konci, ve vzdálenosti 2 m od automobilu, byly připojeny silikonové hadičky, 10 m dlouhé, vedené za ochrannou stěnu a zde, na měřicím stanovišti byly napojeny: přes filtry a vymrazovací jednotku do analyzátoru Testo 350 L(1) s měřicími senzory CO, CO2, O2, NO, NO2, SO2 a přes hmotnostní průtokoměr GFM17/Air (Aalborg), jehlový ventil, plováčkový průtokoměr na vzorkovací Supelco – ORBO trubičky (2). Sběr dat: do notebooku se SW „Testo Easy Emission v. 2.0“. Z výsledků měření koncentrací CO, CO2, O2, NO, NO2 a SO2 v čase zkoušky jsou vypracovány grafy [1]. Pro článek jsou vyhodnoceny nejvyšší naměřené hodnoty, viz tab. 7 s odhadem jejich rozšířené nejistoty v tab. 7.

Tab. 7 Naměřené nejvyšší hodnoty koncentrací CO, CO2, NO, NO2, SO2 a minimální koncentrace O2 s časy jejich dosažení τ od zahájení zkoušky uvnitř hořícího OA [1]
[O2] (% obj)
τ [s]
[CO] (ppm)
τ [s]
[NO] (ppm)
τ [s]
[SO2] (ppm)
τ [s]
[NO2] (ppm)
τ [s]
0,21
365
84898
355
134
455
2150
370
0
Tab. 8 Rozšířená nejistota U (k = 2) koncentrací plynů naměřených analyzátorem TESTO 350 L [1]
Poř. č.KoncentraceU = ±
1O2 (% obj)0,2 (% obj)
2CO (ppm)30 (ppm)
3CO2 (% obj)0,2 (% obj)
4NO (ppm)15 (ppm)
5SO2 (ppm)10 (ppm)
6NO2(ppm)10 (ppm)

Nejvyšší koncentrace CO naměřené tepelně izolovaným elektrochemickým čidlem TGS 5042 (+ měřicí ústřednou Compact RIO M cRO-9025 s modulem typu NI9213 a kompenzačním vedením, GG-JK-24S) v pozici CO1 ve výši 5331,68 ppm ve 490 s a CO2 ve výši 2742,6 ppm též ve 490 s mají orientační hodnotu (s ohledem na specifikaci použití).

Z chemické analýzy požárních plynů uvnitř interiéru vozidla na obsah VOC a PAH z trubiček ORBO 1, 2 a 3 byly vypracovány Chromatogramy [1].

Pro článek jsou uvedeny nalezené VOC a PAH, viz tab. 9 s uvedením hodnot specifikujících jednotlivé látky. Porovnáním hodnot plochy píků jednotlivých analytů lze usuzovat o jejich poměrném zastoupení v kouři.

Tab. 9 Souhrnná tabulka hlavních identifikovaných složek VOC a PAH
Název složkyRT
[s]
char. hm.ORBO 1
[% plochy]
ORBO 2
[% plochy]
ORBO 3
[% plochy]
ORBO 4
[% plochy]
(5–7) min(8–11) min(15–18) min(21–25,5) min
3 L3 L3 L4,5 L
Toluen (C7H8)3159118,015,111,28,3
Ethyl Benzen (C8H10)40891, 1067,12,42,73,6
m, p, Xyleny (C8H10)41691, 1061,86,91,94,9
Fenyl Ethin (C8H6)42476, 10229,45,525,34,8
o-Xylen (C8H10)44291, 1063,11,20,81,1
Styren (C8H8)4441040,30,83,122,6
Benzaldehyd (C7H6O)509771,50,60,1
cis-β-Methyl Styren (C9H10)529117, 1184,22,80,7
Benzonitril (C7H5N)53376, 1030,211,019,66,4
skupina tri alkyl Benzenů105, 120620,31,4
Indan (C9H10)5241181,10,90,20,1
1-Propynyl Benzen (C9H8)592115, 1164,98,09,57,2
Inden (C9H8)606115, 1160,30,50,10,1
Acetofenon (C8H8O)61251, 77, 1201,25,76,60,5
Naftalen (C10H8)7241283,55,96,619,3
Methyl Naftaleny (C11H10)818, 832115, 1420,72,12,62,0
Bifenyl (C12H10)8851540,30,71,20,7
3.3 Měření úbytku hmotnosti hořícího automobilu k výpočetnímu odhadu rychlosti vývinu tepla

Pro potřebu vážení úbytku hmotnosti automobilu při požární zkoušce v důsledku odhořívání hořlavých materiálů v konstrukci vozidla FSv vyvinula a instalovala ohnivzdorné váhy s touto techn. specifikací:

  • vážení ve 3 bodech – stojnách spočívajících na 3 tenzometrických snímačích (dále jen TS) o Ø = 150 mm a v = 35 mm s max. váživostí = 20 kN (2 000 kg) a rozlišovací schopností: 100 g,
  • TS byly propojeny datovými kabely s měřicí ústřednou situovanou za pravým rohem ochranné zástěny,
  • ochrana TS a datových kabelů proti vysokým teplotám: obkladem z minerální izolace.

Vážení bylo započato ve 14:14:53 h a ukončeno ještě funkčními vahami za 702,7 vteřin s výsledným úbytkem hmotnosti 1,79 kN, tj. 179,67 kg. Zrychlení v úbytku hmotnosti bylo pozorováno cca po uplynutí 400 s. Po odečtení známého množství nafty motorové (NM) v nádrži (cca 32,8 kg) a 5 ks pneumatik (cca 35 kg) vyhořelo cca 111,87 kg dalších hořlavých hmot v konstrukci a vnitřním vybavení vozidla. Rozšířená nejistota U (k = 2) naměřených dat vážením je odhadnuta v tab. 10.

Tab. 10 Rozšířené nejistoty U [kN] TS LUKAS S-35 [1]
Rozsah
[kN]
Snímač
v.č. 610v.č. 611v.č. 612sada všech snímačů (váha)
100,1990,1040,0590,073

Celkové množství uvolněného tepla odhadla ve své diplomové práci S. Komárníková [10] na základě odhadu druhů hořlavých hmot a jejich množství v testovaném automobilu.

4. Fotografické záznamy průběhu požáru

Průběh požáru vozidla byl snímán dvěma videokamerami a termokamerami umístěnými proti čelu a pravému boku vozidla. Záznamy byly vyhodnoceny do tabulky s těmito údaji: reálný čas, čas od zapálení, popis události, a příslušné video a termo záznam, viz tab. 11.

Tab. 11 Vyhodnocení jevů provázejících požár [1]
Reálný časČas od zapáleníPopis události
0:00−5:00začátek experimentu
5:000:00iniciace požáru
5:300:30
6:001:00
6:251:25vyhoření zadního nárazníku
6:301:30
6:481:48exploze levé zadní pneumatiky
7:002:00
7:022:02prohoření palivové nádrže
7:302:30
7:332:33vysklení levého zadního okénka
7:472:47exploze pravého bočného airbagu
8:003:00
8:023:02exploze levé přední pneumatiky
8:093:09exploze levého zadního tlumiče
9:544:54exploze levého předního tlumiče
10:005:00
10:205:20prohoření olejové nádrže
10:305:30
10:355:35vypadnutí zadního okna
11:006:00
11:206:20exploze pravé zadní pneumatiky
11:286:28exploze pravého zadního tlumiče
11:476:47exploze levého bočního airbagu
12:257:25exploze pyropatrony airbagů
14:149:14exploze pravé přední pneumatiky
14:309:30
14:409:40exploze pravého předního airbagu
16:1211:12exploze pravého předního tlumiče
16:1611:16silná exploze
17:5912:59exploze levého předního airbagu

Pro názornost je uveden videosnímek hořícího automobilu v čase od zapálení 12:59 (min:s), viz obr. 12.

Obr. 12 Pohled na hořící automobil za 12 min a 59 s od zapálení
Obr. 12 Pohled na hořící automobil za 12 min a 59 s od zapálení
 

5. Simulace požáru pomocí SW FDS

Požár byl numericky počítačově simulován [1] pomocí programu FDS 6.1.1/Pyrosim 2014.2.0807 s grafickým výstupem pomocí SW Smokeview 6.1.11 vygenerováním geometrie automobilu a základní výpočetní sítě, viz tab. 12. Celková doba modelování byla 2100 vteřin, stejná jako trvala reálná požární zkouška.

Tab. 12 Parametry numerické sítě [1]
Název sítěXminXmax
[m]
YminYmax
[m]
ZminZmax
[m]
Velikost buňky
[m3]
Počet buněk
Mesh010–20–1,80–1,5(0,025)3345600
Mesh022–4,50–1,80–1,5(0,025)3432000
Mesh03−1–6,21,8–3,10–3,1(0,05)3232128
Mesh04−1–6,20–1,81,5–3,1(0,05)3165888
Mesh05−1–00–1,80–1,5(0,05)321600
Mesh06−1–6,2−1,3–00–3,1(0,05)3232128
Mesh074,5–6,20–1,80–1,5(0,05)336720
Celkem−1–6,2−1,3–3,10–3,1(0,05)3 a (0,025)31466064

Pro výpočet hoření byl jako zdroj hoření aplikována chemická reakcí hoření s využitím dat z tab. 13. Model umožnil výpočetně odhadovat koncentrační pole CO, O2 a CO2 v čase a prostoru. Koncentrace toxikantů byla odhadována podle chemické reakce hoření PUR pěny v čalounění sedadel. Počáteční a okrajové podmínky, model proudění, model radiace a délka simulace byly nastaveny, aby co nejvěrněji odpovídaly podmínkám při zkušebním požáru. V měřících bodech dle obr. 9 a 10 byly vypočteny teploty, hustoty toku tepla a koncentrace vybraných toxikantů uvnitř automobilu.

Tab.13 Materiálové charakteristiky – vstupní data pro FDS [1]
MateriálTvzn
[°C]
ΔHv
[kJ/kg]
HRR
[kW/m2]
ρ
[kg/m3]
Plasty4404000300930
Čalounění365360025080
Ocel7850
BQA220437002130770

Výsledek modelování [1] je zpracován do grafů časových průběhů počítaných veličin teplot T [°C], hustot toku tepla q (kW/m2) a koncentrací CO, O2, NO, NO2 a SO2, v článku do tab. 14–16, a do záznamů termovizní kamery v porovnání s modelovými vizuálními řezy teplotních polí v průběhu požáru ve 30., 60., 120., 240. a 360. s, viz obr. 13.

Tab. 14 Porovnání nejvyšších teplot Tmax naměřených vně hořícího OA s vypočtenými modelováním Tmax,mod v čase τ [1]
VeličinaČidlo
T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10
Tmax [°C]58,6370,2292,61066,791,761,544,0468,3582,1883,8
τ [s]1314618609225378426429102675717
Tmax,mod [°C]32,65032,344,327,428,726,442,7629,1692,4
τ [s]96,694,690,3134,4310,8403,2256,286,169,381,9
T11T12T13T14T15T16T17T18T19T20
Tmax [°C]56,8237,4203,2664,683,160,637,0271,9580,0934,3
τ [s]51362143822237242642999480540
Tmax,mod [°C]28,637,429,334,924,226,723,153,5399,071,2
τ [s]96,690,3111,386,1153,3386,4153,3220,5138,6153,3
Tab. 15 Porovnání nejvyšších hustot toku tepla Qmax naměřených radiometry R vně hořícího OA s vypočtenými modelováním Qmax,mod v čase τ [1]
VeličinaČidlo
R1R2R3R4
Qmax [kW/m2]30,1485,8311,6167,53
UQ [kW/m2]± 1,96± 5,58± 0,75± 4,39
τ [s]183156186117
Qmax,mod [kW/m2]18,215,93,314,8
τ [s]88,2132,3249,9102,9
Tab. 16 Porovnání maxim. teplot Tmax naměřených uvnitř hořícího OA a časů jejich dosažení v porovnání s Tmax,model vypočtenými modelováním
VeličinaČidlo
T1T2T3T4T5T6T7T8
Tmax [°C]1104,81264,2930,4915,1968,3880,6896,9981,4
Čas [s]70069096098010509309601060
Tmax,model [°C]353,2178,7641,2897,9845,8779,6924,71048,3
Čas [s]67,218,9361,288,2136,5401,169,3289,8
Tab. 17 Porovnání maxim. koncentrací cmax,model. a časů jejich dosažení τ [s] vypočtených modelováním s cmax,nam. naměřenými uvnitř automobilu
Koncentrace a časČidlo

CO-1
[ppm]

CO-2
[ppm]
Testo
CO2
[% obj]
Testo
CO
[% obj]
Testo
O2
[% obj]
Testo
NO
[ppm]
Testo
NO2
[% obj]
Testo
SO2
[ppm]
cmax,model.401641688,80,420,8000
τ [s]323,46363636,3000
cmax,nam.5332274314,358,5cmin 0,2113402150
τ [s]49049014:23:2214:22:2714:22:5714:24:27014:23:22
Legenda: CO-1 a CO-2 jsou koncentrace měřené v pozicích dle obr. 11.
Obr. 13 Porovnání záznamu termovizní kamerou a modelové počítačové vizualizace teplotního pole hořícího automobilu ve 2. min od zapálení
Obr. 13 Porovnání záznamu termovizní kamerou a modelové počítačové vizualizace teplotního pole hořícího automobilu ve 2. min od zapálení
Obr. 13 Porovnání záznamu termovizní kamerou a modelové počítačové vizualizace teplotního pole hořícího automobilu ve 2. min od zapálení

Rozdíly lze vysvětlit takto:

  • „Výpočetní model se rozhořívá rychleji, a tím i dříve dohoří. Vypočtené hodnoty měřených veličin jsou nižší než v reálu“
  • zjednodušením geometrie vozidla oproti reálu
  • neznalostí přesných vstupních parametrů hořlavých materiálů v OA
  • nepřesností pozic měřidel
  • měřené veličiny navíc silně ovlivňoval vítr, který v průběhu zkoušky měnil směr a rychlost.

Závěr

Riziko požáru vozidla pro jeho posádku a nejbližší okolí je zřejmé porovnáním naměřených hodnot teplot, hustot toků tepla a koncentrací toxikantů. Celkový toxický potenciál lze odhadnout z naměřených koncentrací toxikantů pomocí matematického modelu N – plynů.

Je zřejmé, že velkorozměrné požární zkoušky nově vyvíjených automobilů a jejich počítačové modely mají stále nezastupitelné místo pro posuzování jejich požárního rizika a přijímání potřebných opatření požární bezpečnosti.

Poděkování

Poděkování patří podpoře díky projektu Evropské unie, OP VaVpI č. CZ.1.05/2.1.00/03.0091 – „Univerzitního centra energeticky efektivních budov“, pracovníkům Oddělení výzkumu a vývoje TÚPO Praha (Bursíková P., Karl J., Růžička M., Suchý O., Ševčík L.) za spolupráci při měření a vyhodnocování naměřených a počítačově modelovaných výsledků [1] a studentům ČVUT – FD a FSv za pomoc při přípravě a realizaci zkušebního požáru.

Použitá literatura

  • [1] DVOŘÁK, O. a kol. Zpráva o výsledcích velkorozměrové požární zkoušky s osobním automobilem, vzorkem nehomologovaného vozidla zajištěného Fakultou dopravní ČVUT jako učební pomůcka. Praha: ČVUT – FD a FSv, leden 2015, 72 s.
  • [2] vyhl. MDaS č. 341/2002 Sb., o schvalování technické způsobilosti a technických podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích.
  • [3] Směrnice Evropského parlamentu a rady č. 95/28/ES z 24. října 1995 o hořlavosti materiálů používaných v konstrukci interiéru určitých kategorií motorových vozidel.
  • [4] www.mvfri.org/index.html
  • [5] POLEDŇÁK, P.: Experimentálne overenie požiarov osobných motorových vozidiel. In: Zborník zo 4. medzinárodnej konferencie Ochrana pred požiarmi a záchranné služby. FŠI ŽU v Žiline. 2.–3. 6. 2010. ISBN 978-80-554-0208-6.
  • [6] I. SOJKOVÁ: Výzkumné zprávy č. Z-6/86, č. Z-64/86, č. Z-64/88. Praha: Ústav pro výzkum motorových vozidel.
  • [7] Podklad z DB MV – GŘ HZS ČR, pplk. Ing. V. Vonásek, 2014.
  • [8] Podklad z DB MV – Policejního prezídia PČR, pplk. Ing. P. Sobotka, 2014.
  • [9] O. Dvořák: Působení požáru na lidský organismus. Odborný časopis požární ochrany 112, ročník XVII, č. 12/2013, s. 8–11.
  • [10] Nařízení vlády č. 361/2007 Sb.
  • [11] C. CRAME: Human Tolerance Limit to Elevated Temperatures. Report No.ACC- 114-78-2,1978.
  • [12] S. Komárníková Diplomová práca „Rýchlosť uvolňovania tepla při požiaroch osobních automobilov. Praha: ČVUT-FSt, 2014, 77 s.
 
Komentář recenzenta
Prof. Ing. Pavel Poledňák, PhD., Fakulta bezpečnostního inženýrství VŠB TU Ostrava
Problematika řešená v příspěvku je aktuální a získané výsledky jsou přínosem pro další rozvoj požární bezpečnosti OA a zkvalitnění zásahové činnosti IZS. Příspěvek je využitelný ve vědecké i odborné komunitě.
English Synopsis

The results of measurements of the temperature field, the heat flux density field and chemical analyzes sampled smoke on the content of selected toxicants during fire test carried out with the passenger car in the outdoor are presented in the article. The measured values are compared with the calculated values by numerical modeling using the FDS SW. The severity of the problems is documented by selected data from the statistics of cars fires in the Czech Republic for the period 2004–2013 with effects of fires on the crew and the nearest surroundings.

 

Hodnotit:  

Datum: 21.9.2015
Autor: Ing. Otto Dvořák, Ph.D., Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT v Praze   všechny články autoraprof. Ing. František Wald, CSc., Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT v Praze   všechny články autoraRecenzent: Prof. Ing. Pavel Poledňák, PhD., Fakulta bezpečnostního inženýrství VŠB TU Ostrava



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (1 příspěvek, poslední 24.09.2015 11:34)


 
 



ZOBRAZIT PLNOU VERZI
© Copyright Topinfo s.r.o. 2001-2018, všechna práva vyhrazena.