Podmínky pro navrhování požárního větrání (II)

VÝPOČTOVÉ METODY

Nejkomplikovanější překážkou při návrhu systémů pro odvod kouře a tepla (ZOKT) jsou výpočtové metody. V České republice se používají pro běžnou projektovou (návrhovou) praxi metody, které se opírají o české technické normy (ČSN) požární bezpečnosti staveb. Vzhledem k tomu, že pro návrh ZOKT však dosud neexistuje samostatná speciální ČSN norma, pomáhají si projektanti normami jiných států, zejména Německa (DIN), Francie (NF S) a Velké Británie (BS). A také předpisy, které k této problematice vydávají pojišťovací asociace a svazy (ČAP CEA, VdS). Velikým problémem ovšem je fakt, že každá země má jinou filosofii návrhu požární bezpečnosti staveb. Pak dochází ke značné nekompatibilitě a vzájemná provázanost zahraničních předpisů s českými je v řadě případů nemožná. Projektanti tím na sebe přebírají zodpovědnost za tuto nekompatibilitu a vystavují se určitému riziku.

Východiskem z této situace by mohly být normy EN vydávané Evropským výborem pro normalizaci (CEN). Členské státy (k dnešnímu dni je to 28 zemí) přebírají a zavádějí evropské normy do svých národních podmínek a zvyklostí. Prvním okruhem norem, který se dotýká výpočtových metodik jsou tzv. EN Eurokódy. Je to značně rozsáhlý a stále vytvářený a doplňovaný soubor evropských norem (EN 1990-x-x až 1999-x-x), který obsahuje obecná návrhová pravidla pro navrhování stavebních konstrukcí i jednotlivých stavebních prvků. Součástí tohoto souboru jsou také eurokódy [např. 1, 2], které se přímo dotýkají navrhování konstrukcí při požáru (zde nacházíme vazbu na požární větrání). Druhým, neméně rozsáhlým okruhem evropských norem, jsou normy určené pro jednotlivé segmenty požární ochrany staveb. Sem patří například požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí [např. 11 až 13], zkoušení požární odolnosti (včetně provozních instalací, potrubí pro odvod kouře apod., [např. 14 až 17]), elektrické požární systémy atd. Problematice odvodu kouře a tepla se věnuje klíčová evropská norma, která má obecný název "Zařízení pro usměrňování pohybu kouře a tepla" s označením EN 12101 [např. 3, 4]. Má zatím deset částí, které se postupně tvoří, přejímají a zavádějí (jde o dlouhodobý, mnohaletý proces). Konečným výsledkem by měl být stav, kdy dojde k technické výrobkové harmonizaci, k vzájemné akceptaci výrobků a naplní se deklarované cíle Evropské unie, neboli odstranění technických překážek volného obchodu. V budoucnu by měla nastat situace, kdy také projektové návrhy tohoto druhu požárního větrání budou sjednoceny (dosud tomu tak není) a budou mít v rámci národní i mezinárodní spolupráce a konkurence stejnou výchozí a srovnatelnou základnu.

Pro projektanty není jednoduché se v této předpisové džungli vyznat. Pokud chce projektant vzduchotechniky navrhovat požární větrání staveb, musí si předtím rozšířit odbornost jednak o problematiku požární ochrany staveb (jako samostatné profesní disciplíny) a dále proniknout do výše uvedeného komplexu norem. Pokud to neudělá, nemá v podstatě šanci vytvořit kvalifikovaný návrh zařízení, které bude v praxi (při požáru) plnit svoji funkci. Chybným návrhem může navíc spoluzavinit smrt jiných lidí nebo poškodit jejich zdraví. To je, myslím, dostatečným argumentem a motivací.

Při návrhu požárního větrání je proto nutné se zaměřit na přijímaný evropský systém EN. Rozsah tohoto článku neumožňuje detailně popsat a matematickými vzorci doprovodit výpočtové metodiky [např. 5], které vedou projektanta k cíli. Proto se omezím alespoň na popis principu návrhu.

Projektant požárního větrání musí velmi úzce spolupracovat s projektantem oboru požární bezpečnosti staveb. Ten určuje základní koncepci požární ochrany budovy ve všech souvislostech a vazbách. Vytváří ucelený a funkční komplex pasivních i aktivních opatření. Pokud stanoví, že budova musí být vybavena také požárním větráním, uvede, které části objektu toto větrání budou mít a definuje podmínky pro požárně větrací systém. Vychází při tom z vypočteného požárního zatížení, návrhového požárního scénáře, ze stanovení odpovídajícího návrhového požáru, z vyhodnocení požárního rizika, z provedené teplotní analýzy (teplota kouřových plynů) a z dalších ovlivňujících faktorů. Podklady, které předá projektantovi požárního větrání pak slouží pro výpočet vývoje uvolňovaného tepla v počáteční etapě rozvoje požáru. Množství uvolněného tepla závisí především na velikosti požárního zatížení, charakteru hořlavých látek, době návrhového požáru a součinnosti dalších aktivních protipožárních opatření - zejména sprinklerového hasicího zařízení. Následuje výpočet množství uvolňovaných zplodin hoření (kouře), který má již přímou vazbu na dimenzování jednotlivých prvků a komponentů požárně větracího systému. Při dimenzování přirozeného ZOKT je soustředěna pozornost především na výtokové součinitele odtahových otvorů, volnou aerodynamickou plochu, vztlakové síly, polohu neutrální roviny, vliv větru, vnitřní uspořádání a stavební řešení budovy, velikost a počty odtahových klapek atd. Při dimenzování nuceného ZOKT se navrhují velikosti a počty ventilátorů (průtokové množství, tlaková ztráta, teploty odváděných plynů, požární klasifikace, teplotní zatížitelnost elektromotorů, atd.), potrubní rozvody a elementy, závěsové konstrukce a další související prvky. Dimenzování přirozeného i nuceného ZOKT obsahuje také velikosti a počty přívodních otvorů (aerodynamické vlastnosti) a jejich ovládání. Vlastní projektové řešení musí také respektovat řadu specifických zásad uplatňovaných právě jen u požárního větrání.

NÁVRHOVÉ ZÁSADY

Při návrhu požárního větrání se vychází ze stavebního řešení budovy a požárního charakteru jednotlivých provozů. Mimořádně důležitá je úzká spolupráce třech osob: architekta, projektanta požární bezpečnosti staveb a projektanta požárního větrání již od prvních fází stavebního řešení budovy. V mnoha ohledech tato spolupráce vede k optimální, pro investora ekonomicky přijatelné protipožární ochraně stavby a osob v ní.

Jak již bylo uvedeno výše, požární větrání se navrhuje pro jednotlivé kouřové (odvětrávané) sekce, na které je rozdělen příslušný požární úsek. Pokud dojde ke vzniku požáru, stoupají teplé zplodiny hoření vzhůru. Kouřové sekce vymezují prostor pod stropem tak, aby se zplodiny a teplo nešířily mimo tyto sekce do ostatních částí požárního úseku. Půdorysné plochy kouřových sekcí jsou doporučeny normativními hodnotami nebo může být jejich velikost vypočtena.

U přirozeného požárního větrání se kontroluje poloha neutrální roviny. Klapky pro přirozený odvod kouře a tepla se navrhují s ohledem na jejich konstrukci, iniciační zařízení, otevírací mechanismus, úhel otevíratelnosti, polohu, výtokový součinitel atd. Pokud je v budově sprinklerové hasicí zařízení, pak se jeho působením snižuje množství uvolněného tepla i teploty spalin. Tím klesají vztlakové síly a účinnost přirozeného odvodu kouře a tepla se snižuje, nebo v krajním případě i zcela eliminuje. Proto je velmi důležité zvážit vhodnost kombinace těchto dvou aktivních protipožárních zařízení, případně jejich časové součinnosti. U přirozeného systému ZOKT je třeba posuzovat také vliv větru, polohu budovy vzhledem k okolní zástavbě či krajině. Vždy je účinnější větší počet menších větracích klapek, než malý počet velkých otvorů.

Nucené požární větrání je obecně spolehlivější než přirozené, protože není závislé na tolika ovlivňujících faktorech. Je však také zpravidla složitější a nákladnější. U tohoto způsobu větrání je vždy vhodnější větší počet malých ventilátorů, než malý počet velkých strojů.

Pro správnou funkci obou principů ZOKT je nesmírně důležitý návrh přívodu vzduchu do prostoru, kde hoří. Musí existovat hmotnostní rovnováha mezi přívodem vzduchu do kouřové sekce a odvodem zplodin hoření a kouře. Vždy se přivádí venkovní, čerstvý vzduch a to do míst co nejblíže k podlaze pod hranici neutrální roviny. Přívod vzduchu nesmí narušit kompaktnost stoupavého sloupu vyvíjených spalin, protože by se snižovala účinnost odvodu kouře a tepla a zhoršovaly podmínky při evakuaci lidí. Rozměry přívodních i odtahových otvorů se posuzují podle aerodynamické plochy. Při uvedení požárního větrání do chodu se musí automaticky otevřít i přívodní otvory.

Pokud je budova vybavena vzduchotechnickým či klimatizačním zařízením, musí se v případě požáru chod těchto zařízení v souvisejících prostorech vypnout. Může totiž negativně ovlivnit správnou funkci požárního větrání. Jde-li o malé objekty, vypne se celá vzduchotechnika. Jde-li o rozsáhlé objekty, postačí vypnutí vzduchotechniky v místě vzniku požáru a jeho okolí. V některých případech, po důkladném předchozím rozboru (např.podzemní garáže), je možné využít vzduchotechnický systém daného pro požární větrání. Pak je nezbytné, aby takto kombinované zařízení bylo navrženo pro obě funkce (víceotáčkové ventilátory), jeho prvky (vzduchovody, ventilátory, atd.) splňovaly požadovanou požární odolnost a další vlastnosti, aby byla zajištěna zálohová dodávka elektřiny v případě požáru, atd.

KOORDINACE FUNKCÍ POŽÁRNĚ BEZPEČNOSTNÍCH ZAŘÍZENÍ BUDOV

Požárně bezpečnostními zařízeními v budovách se v této části článku rozumí především aktivní systémy jako jsou elektrická požární signalizace, samočinné hasicí zařízení, zařízení odvodu kouře a tepla, větrání chráněných únikových cest a komunikační zařízení dálkového přenosu k příslušné hasičské stanici.

Je naprosto nezbytné, aby společná součinnost těchto systémů při požáru byla řízena v logických, časově a funkčně provázaných krocích. Projektant požárně bezpečnostního řešení stavby, který navrhl celkovou koncepci požární ochrany stavby ve všech potřebných souvislostech, musí ve svém projektu rovněž navrhnout koordinaci činností požárně bezpečnostních zařízení v případě vzniku reálného požáru v budově. Musí vytvořit algoritmus priorit, aktivace jednotlivých zařízení a další náležitosti tak, aby byl uveden do chodu mechanismus, který zajistí svou funkcí nejvyšší účinný zásah proti vzniklému požáru.

Návrh koordinace musí respektovat zejména vzájemné negativní funkční ovlivňování sprinklerů se zařízením pro odvod kouře a tepla.

Pro ilustraci uvedu obecný příklad koordinace požárně bezpečnostních zařízení: Systém EPS detekuje vznik požáru a identifikuje zasaženou sekci, zajistí odstavení příslušného vzduchotechnického zařízení a uzavření požárních klapek v jeho vzduchovodech. Vyšle pokyn komunikačnímu zařízení dálkového přenosu, aby oznámil požár příslušné hasičské stanici. Dále systém EPS vyhlásí všeobecný poplach (akusticky, opticky), otevře východové dveře (elektricky ovládané) na nejbližších únikových cestách a uvede do chodu požární větrání chráněné únikové cesty. Současně vydá pokyn k uvedení do chodu hasicího zařízení (sprinklerů) nebo větracího zařízení (ZOKT). Pokud jsou v místě požáru instalovány oba systémy, musí být předem stanoveno, který bude mít časovou přednost. Často to bývá sprinklerové zařízení (spouští se pouze hlavice nad požárem a v jeho bezprostředním okolí). Je-li v daném prostoru prioritou evakuace osob, spouští se přednostně zařízení ZOKT (udržuje se nad podlahou kouřoprostá výška minimálně 2,5 m). Při vzestupu teploty na hodnotu otevírání sprinklerových hlavic (např.68°C) se hlavice otevřou a naběhne chod čerpadel. Tento stav je zaznamenán na ústředně EPS a po časové prodlevě (například 60 sekund) nebo na základě jiné veličiny (prudký nárůst teploty, zakouření prostoru evakuační cesty) se spustí do chodu zařízení pro odvod kouře a tepla. Současně se otevřou přívodní otvory pro příslušnou kouřovou sekci.

Do koordinační souhry dále vstupují náhradní zdroje elektrické energie, evakuační výtahy, požární výtahy, nouzové osvětlení, nouzové sdělovací zařízení, výstražná zařízení atd.

Z popisu situace i z praktických zkušeností při průběhu požárů je zřejmé, že celý požární bezpečnostní systém musí být zcela automatický a více méně nezávislý na lidském činiteli. Nesmí se přesto zapomenout na to, že nezastupitelnou roli při požární krizové situaci má také provozní management budovy, který musí být na podobné situace připraven.

ZÁVĚRY

Cílů požárního větrání je dosaženo technickými prostředky vzduchotechniky. Komponenty požárně větracích systémů jsou vyrobeny, odzkoušeny a klasifikovány podle speciálních norem tak, aby vydržely, po stanovenou dobu, odolávat počátečním fázím požáru a splnily svoji úlohu při evakuaci osob, při vytvoření příznivějších podmínek pro zásah hasičů a při snížení hmotných škod na stavbě a jejím vybavení. Navrhování požárního větrání není samostatnou specializací. Osobou, která toto větrání navrhuje, by měl být autorizovaný projektant vzduchotechniky. Zařízení pro odvod kouře a tepla je, podle českých předpisů, vyhrazeným požárně bezpečnostním zařízením [6] a jeho projektování se zabezpečuje prostřednictvím osoby způsobilé pro tuto činnost, která získala oprávnění k projektové činnosti podle zákona [7].

Je třeba si s plnou vážností uvědomit, že vyhláška [6] dává projektantovi ZOKT povinnost písemně potvrdit, že splnil podmínky stanovené právními předpisy, normativními požadavky a průvodní dokumentací výrobce konkrétního typu požárně bezpečnostního zařízení. Tím projektant vyjadřuje svou osobní a přímou odpovědnost za kvalitu své činnosti.

Každý, kdo projektuje požární větrání, si musí své znalosti rozšířit o obor požární bezpečnosti staveb a povinně se seznámit se značným množstvím norem i odborné literatury.

V zájmu sjednocení podmínek pro navrhování požárního větrání a následné rovnosti soutěže v konkurenčním prostředí, je zapotřebí se orientovat na zatím nejucelenější pravidla, která v této oblasti byla vytvořena a dále se rozvíjejí. Jde o provázání dosavadního systému požárních norem ČSN se soustavou evropských norem, které jsou připravovány na základě konsenzu osmadvaceti evropských států.

Při návrhu jakéhokoli druhu požárního větrání se vychází z předpokládaného průběhu a rozvoje požáru a jeho možných projevů ve stavbě. Jedině na základě pochopení pravděpodobného chování požáru a jeho dynamiky je možné navrhnout takový systém požárního větrání, který splní základní požadavky. Zajistit po určitou dobu v konkrétní části budovy relativně bezpečné podmínky pro evakuaci osob, podmínky pro záchrannou práci hasičů a snížit teplotní expozici na stavebních konstrukcích (materiální škody). Klíčovou záležitostí je pochopení a zvládnutí relativně složitého principu výpočtových metod a návrhových zásad, které vycházejí z fyzikální podstaty problematiky.

Funkce požárního větrání musí být správně věcně i časově koordinačně začleněna do mechanismu celkového komplexního systému požární bezpečnosti staveb. I když je pouze jedním z důležitých kamínků mozaiky, spolurozhoduje o životech a zdraví osob v budově v době výskytu požáru. Na tuto mimořádně důležitou skutečnost by projektanti požárního větrání měli vždy brát zvláštní zřetel při svém návrhu.

Článek byl publikován v angličtině ve sborníku 17.mezinárodní konference Klimatizace a větrání (Praha, 05/2006). Přetištěná česká modifikace příspěvku je nově upravenou a doplněnou verzí.

POUŽITÉ ZDROJE

[1] ČSN EN 1990 Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí, ČNI, 2004
[2] ČSN EN 1991-1-2 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-2: Obecná zatížení - Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru, ČNI, 2004
[3] ČSN EN 12101-2 Zařízení pro usměrňování pohybu kouře a tepla - Část 2: Technické podmínky pro odtahové zařízení pro přirozený odvod kouře a tepla, ČNI, 2004
[4] ČSN EN 12101-3 Zařízení pro usměrňování pohybu kouře a tepla - Část 3: Technické podmínky pro ventilátory pro nucený odvod kouře a tepla, ČNI, 2003
[5] CEN/TR 12101-5 Smoke and heat control systems - Part 5: Guidelines on functional recommendations and calculation methods for smoke and heat exhaust ventilation systems, CEN, May 2005
[6] Vyhláška č.246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci)
[7] Zákon č.360/1992 Sb., o výkonu povolání autorizovaných architektů a o výkonu povolání autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě, v platném znění
[8] Karlovská, I., Toman, S., Větrání chráněných únikových cest při požáru, VVI, 10, č.5/2001
[9] Toman, S., Požární větrání staveb, Konference Klimatizace a větrání 2002, Praha, 2002
[10] Toman, S., Požární minimum pro vzduchotechniku - 1.část, VVI, 14, č.3/2005
[11] ČSN EN 13501-1 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb - Část 1: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň, ČNI, 07/2003
[12] ČSN EN 13501-2 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb - Část 2: Klasifikace podle výsledků zkoušek požární odolnosti kromě vzduchotechnických zařízení, ČNI, 05/2004
[13] ČSN EN 13501-3 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb - Část 3: Klasifikace podle výsledků zkoušek požární odolnosti výrobků a prvků běžných provozních instalací: požárně odolná potrubí a požární klapky, ČNI, 03/2006
[14] ČSN EN 1366-1 Zkoušení požární odolnosti provozních instalací - Část 1: Vzduchotechnická potrubí, ČNI, 02/2000
[15] ČSN EN 1366-2 Zkoušení požární odolnosti provozních instalací - Část 2: Požární klapky, ČNI, 02/2000
[16] ČSN EN 1366-3 Zkoušení požární odolnosti provozních instalací - Část 3: Těsnění prostupů, ČNI 03/2005
[17] ČSN EN 1366-8 Zkoušení požární odolnosti provozních instalací - Část 8: Potrubí pro odvod kouře, ČNI, 12/2004
[18] ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb - Nevýrobní objekty, ČNI, 12/2000
[19] ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb - Výrobní objekty, ČNI, 10/2002
[20] ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb - Společná ustanovení, ČNI, 06/2005