Využití termokamery k zjišťování příčiny vzniku požárů

Termokamera, tedy zařízení, které umožňuje vizualizovat infračervené záření tělesa, je již běžnou součástí našeho života. Používá se například v oborech, jako je strojírenství, lékařství či stavebnictví. Nejinak je tomu i v požární ochraně (PO), kdy HZS ČR termovizi využívá zejména při zásazích jednotek PO. Hasiči pomocí této technologie vyhledávají osoby v zakouřeném prostředí, případně pohřešované osoby v terénu. Uplatnění také nachází při hledání skrytých ohnisek v rámci likvidace požáru. Vzhledem k principu této technologie se předpokládá, že by mohla najít také uplatnění v oblasti zjišťování příčin vzniku požárů, což jednoznačně potvrzují získané zkušenosti při používání termokamery v rámci výkonu služby plzeňských příslušníků zjišťování příčin vzniku požárů (vyšetřovatelů požárů). Cílem článku je shrnout jejich dosavadní zkušenosti s použitím termokamer na požářištích, upozornit na možná omezení této technologie a inspirovat pro další případný výzkum.

Zjišťování příčiny vzniku požáru se principiálně provádí po procesu lokalizace místa vzniku požáru tzv. kriminalistického ohniska. Zjednodušeně lze konstatovat, že správně určené místo vzniku požáru nám pomůže správně stanovit příčinu vzniku požáru. To, jak tato příčina bude věrohodná a spolehlivě určená, záleží na tom, jak konkrétně a přesně se vyšetřovateli požárů podaří místo vzniku požáru určit. Jinou míru spolehlivosti bude mít příčina vzniku požáru u kriminalistického ohniska určeného například do konkrétní vymezené oblasti v místnosti, jinou zase u kriminalistického ohniska stanoveného do celkové plochy zóny hoření. Z uvedeného vyplývá, že určení místa vzniku požáru je jedna z nejdůležitějších hypotéz, kterou vyšetřovatel požárů vypracovává a testuje během procesu zjišťování příčin vzniku požáru.

Obr. 1 Vizualizace nadměrné hloubky kalcinace stěn [6]

Stanovení místa vzniku požáru zahrnuje vyhodnocení informací z jednoho nebo více následujících zdrojů informací [1]: svědecké informace/elektronická data (bezpečnostní kamery, EPS aj.), stopy/účinky požáru, vyhodnocení přítomnosti zkratových projevů, posouzení vlivu dynamiky požáru.

Ve značné části případů, které vyšetřovatel požárů v rámci výkonu služby řeší, se musí spoléhat pouze na stopy požáru (viditelné nebo měřitelné fyzické změny nebo identifikovatelné tvary vytvořené přímým působením požáru či skupinou účinků požáru) nebo na účinky požáru (pozorovatelné nebo měřitelné změny uvnitř nebo na povrchu materiálu vytvořené v důsledku působení požáru). Oboje se vyšetřovatel požárů snaží na požářišti systematicky vyhledávat a analyzovat.

Použití termokamery na požářišti lze tedy charakterizovat jako další proces získávání důležitých stop požáru, které v tomto případě představuje termogram (resp. termovizní snímek), tedy záznam obrazu, který je vytvořen prostřednictvím detektoru infračerveného záření a představuje rozložení sálavých teplot na povrchu sledovaného objektu.

V rámci této studie zabývající se možnostmi a způsobem použití termokamery při zjišťování příčin vzniku požáru byl proveden průzkum použití termokamery při vyšetřování požárů v zahraničí. Průzkum byl zaměřen na nejrozšířenější zahraniční příručky pro vyšetřování (Kirk’s Fire Investigation ed. 2018 a NFPA 921 ed. 2017) a dotazováním konkrétních vyšetřovatelů požárů, a to jak z Evropy (např. Nizozemí, Dánsko), tak i ze Spojených států amerických. Bylo zjištěno, že termokamera při ohledání požářiště staveb či objektů není příliš využívaná a metodika či konkrétnější informace, jak ji použít, pro tento účel neexistuje. Pouze vyšetřovatelé požárů z Dánska uvedli, že termokameru opakovaně používají při ohledání na požářištích (viz příklad dále). Nepříliš rozšířené použití termokamery pro účely zjišťování příčin vzniku požáru lze přisuzovat dvěma hlavním faktorům:

• systém vyšetřování požárů je převážně ve světě nastaven tak, že se vyšetřovatel požárů dostává na požářiště několik hodin či dnů po likvidaci požáru, tj. v době, kdy zasažené stavební konstrukce a objekty mají teplotu shodnou s okolím,
• rozšířenost dřevostaveb s interiérovou sádrokartonovou konstrukcí, což platí zejména ve Spojených státech amerických, kde tento typ stavebních konstrukcí byl již v roce 1970 použit na 90 % všech budov [2]. Tento typ stavební konstrukce však díky nízké akumulační schopnosti není příliš vhodný pro použití termokamery k danému účelu.

Ani jeden z uvedených limitujících faktorů pro použití termokamery při zjišťování příčin vzniku požárů však české vyšetřovatele požárů neomezuje. Náš systém je nastaven tak, že vyšetřovatel požárů je přítomen na požářišti běžně současně s jednotkou PO nebo maximálně desítky minut po likvidaci požáru. Jak ukazují dále prezentované reálné případy požárů, nasazení termokamery pro účely zjišťování příčiny vzniku požáru se v této době jeví jako velmi účelné a efektivní.

Pokud jde o konstrukci budov, lze konstatovat, že obliba dřevostaveb se sádrokartonovým interiérem v České republice neustále roste. Na základě zkušeností českých vyšetřovatelů požárů je ale zřejmé, že převážná většina požárů je vyšetřována stále v objektech, jež mají vodorovné a svislé konstrukce z materiálů „klasického“ typu, jako jsou cihla, beton či lehčený beton. Právě tyto stavební konstrukce jsou pro účely použití termokamery a vytvoření jejich termovizního snímku vhodné, protože se vyznačují vysokou akumulační schopností. Pokud jsou tyto konstrukce vystavené zdroji tepla (v případě požáru tepla vznikajícího ze zóny hoření), jsou schopny toto teplo do určité míry naakumulovat. Jestliže je zdroj tepla odstraněn, ať už vlivem samouhašení nebo působením hasebního zásahu, naakumulovaná energie je po určitou dobu vyzařována z povrchu této stavební konstrukce v podobě infračerveného záření, které je schopna termokamera zaznamenat. Požár je ze své podstaty lokální zdroj tepla (zejména v jeho počáteční fázi), který působí z místa jeho vzniku na okolní konstrukce i objekty. Lze tedy říci, že tepelné zatížení daného místa stavební konstrukce či objektu bude záviset na jeho vzdálenosti od zdroje tepla, tedy místa vzniku požáru. Analogicky můžeme říci, že akumulace tepla objektů či stavebních konstrukcí bude nejvyšší v místech, která jsou nejblíže k místu vzniku požáru. S rostoucí vzdáleností od kriminalistického ohniska bude jeho akumulace klesat. Samozřejmě výše uvedené bude obecně platit pouze v I. a II. fázi požáru. Pokud v místnosti nastane celkové vzplanutí při přechodu požáru do jeho III. fáze, dojde také k výrazné změně teplotního pole v prostoru místnosti, která je způsobena principem dynamiky požáru v uzavřeném prostoru, zejména pak vlivem ventilace [3] [4] [5]. V I. a II. fázi požáru může také teplotní pole v prostoru místnosti ovlivňovat faktor rozmístění paliva, který může vytvářet zvýšený tepelný výkon v místě vyššího požárního zatížení.

Pro účely této studie bylo použití termokamery v rámci zjišťování příčin vzniku požáru dáno do souvislosti s metodou měření hloubky kalcinace [2], která patří mezi metody využívané pro lokalizaci místa vzniku požáru vyšetřovateli požárů ve Spojených státech amerických právě díky velkému rozšíření sádrokartonových konstrukcí. Princip této metody vychází z faktu, že hloubka kalcinace (tedy strukturální změna materiálu sádrokartonové desky vlivem tepelného působení) sádrokartonové desky je úměrná celkové tepelné expozici, které je deska vystavena v průběhu požáru. Hloubka kalcinace je měřicími přístroji převedena do kvantifikovaných údajů, které se pomocí některé ze zobrazovacích metod vykreslí v profilu místnosti tak, aby vyšetřovatel požárů získal přehled o celkové tepelné expozici na jednotlivých stěnách. Tuto cennou informaci může vyšetřovatel požárů použít při testování hypotézy stanoveného místa vzniku požáru.

Pokud vyšetřovatel požárů v dostatečném časovém horizontu po likvidaci požáru pořídí termovizní snímek každé stěny „klasické konstrukce“ na požářišti, získá také informaci o celkové tepelné expozici v daném prostoru, která analogicky odpovídá informaci získané při měření hloubky kalcinace u případů požárů v objektech se stěnami ze sádrokartonu. Avšak vzhledem k poměrně složitému měření hloubky kalcinace se použití termokamery jeví jako mnohem efektivnější a rychlejší.

Příklady použití termokamery v praxi

První praktický případ použití termokamery se týká požáru v podzemních garážích železobetonové konstrukce tloušťky přibližně 30 cm. Termovizní snímek byl pořízen přibližně 30 minut po ukončení hasebního zásahu. Na snímku je zobrazen roh místnosti, ve kterém se předpokládalo, že se nachází kriminalistické ohnisko. Z teplotního pole zobrazeného na snímku je zřejmé výrazné teplotní zatížení stavebních konstrukcí ohraničující měřený prostor. Tento snímek tak zvýšil spolehlivost určení kriminalistického ohniska – viz obr. 2.

Termokamera byla také použita při požáru v kuchyňském koutu bytu 1+kk, kdy byl pořízen termovizní snímek zděné pórobetonové příčky o tloušťce 30 cm, přibližně 25 minut po ukončení hasebního zásahu. Na snímku je možné pozorovat projevy tepelného zatížení, jemuž byla konstrukce v místě kuchyňské linky vystavena. Vlevo od elektrické indukční varné desky se na stěně mezi spodními a horními skříňkami kuchyňské linky znázornila nejvyšší intenzita tepelného zatížení – viz obr. 3. Také s pomocí tohoto zjištění mohlo být dynamické ohledání zacíleno na pracovní desku vlevo od varné indukční desky. V tomto místě byla nalezena varná konvice, která zapříčinila vznik požáru.

Obr. 2 Měření předpokládaného místa vzniku požáru v rohu garáže

Obr. 3 Termovizní snímek stěny za kuchyňskou linkou

Na dalším případu je demonstrována vysoká akumulační schopnost stěn „klasické“ konstrukce. Šlo o případ požáru bezdomovce, který se stal ve výrobních prostorách neobývaného průmyslového objektu. Měření termokamerou bylo prováděno za účelem zjištění původní polohy těla a místa iniciace. Termokamera byla nasazena přibližně 2 až 3 hodiny po samovolném uhašení požáru. Na termovizním snímku stěny betonové monolitické konstrukce tloušťky 30 cm je vidět stopa požáru, které odpovídá i teplotní pole zaznamenané na termovizním snímku. Z uvedeného případu je zřejmé, že akumulační schopnost stěn „klasické“ konstrukce je vysoká a termovizní snímek provedený i několik desítek či stovek minut po likvidaci požáru má stále vypovídající hodnotu – viz obr. 4.

Obr. 4 Teplotní pole stěny při určení původní polohy těla

Obr. 5 Porovnání teplotního pole kol návěsu jizdní soupravy

Následující případ jasně demonstruje, že použití termokamery se nemusí nutně omezovat pouze na vyšetřování požárů v budovách. Termovizní měření bylo provedeno v rámci ohledání požáru jízdní soupravy zhruba 20 minut po likvidaci požáru. Předpokládané místo vzniku požáru bylo stanoveno v prostoru pravé strany nápravy návěsu. Snímek zobrazuje dvě sousední kola nápravy na pravé straně návěsu, obě tato kola byla zasažena termickými účinky požáru. Kolo zobrazené na levé straně termovizního snímku vykazuje velmi silné lokální termické zatížení přímo v náboji kola, oproti tomu kolo na pravé straně zobrazuje charakteristické teplotní pole vzniklé běžným brzdným účinkem. Touto informací bylo upřesněno místo vzniku požáru do náboje pravého zadního kola návěsu a spolu s dalšími stopami (např. viditelná mechanická deformace klece ložiska) byla jako příčina vzniku požáru stanovena technická závada v ložisku náboje tohoto kola – viz obr. 5.

Další dva případy ukazují opět jiný způsob použití termokamery, respektive letecké termovize. Praktické zkušenosti autorů ukazují, že letecké termovizní snímky prováděné pro efektivní likvidaci požáru lze také použít pro účely zjišťování příčin vzniku požáru. Při požáru uskladněného rostlinného materiálu ve venkovním prostředí byl proveden termovizní monitoring požářiště dronem. Primárním účelem tohoto sledování byla informační podpora pro velitele zásahu za účelem efektivního hasebního zásahu. Termovizní snímek byl ale také použit za účelem vyloučení/potvrzení stanovených hypotéz úmyslné iniciace a biologického samovznícení jako příčiny vzniku požáru. Ze snímku je zřejmý směr šíření požáru ze středové části stohu do jeho jednotlivých stran, kdy toto šíření požáru odpovídá principu biologického samovznícení, a naopak vylučuje možnost úmyslné iniciace logicky prováděné na okraji stohu. Tato zjištěná termovizní stopa požáru pomohla v daném případě stanovit biologické samovznícení jako příčinu vzniku požáru – viz obr. 6.

Obr. 6 Letecký termovizní snímek v průběhu požáru skladovaného rostlinného materiálu

Obdobně byla termokamera použita v případě požáru ubytovny, kdy v rámci hasebního zásahu byl použit dron s termovizní technikou. Na základě leteckého termovizního snímku bylo možné určit směr šíření požáru od východní k západní straně objektu, kdy tato informace pomohla vyšetřovatelům požárů k určení kriminalistického ohniska – viz obr. 7.

Poslední případ použití termovize je ze zahraničí, konkrétně od dánských vyšetřovatelů požárů. Termokamera byla nasazena přibližně 30–45 minut po uhašení požáru v šestipatrovém bytovém domě s komerčně využívaným přízemím. Požár vznikl v rekonstruovaném přízemí při používání úhlové brusky. Na místě bylo poměrně jasně lokalizováno místo vzniku požáru v přízemí u podlahy, termokamera byla použita za účelem vysvětlení rozšíření požáru do druhého nadzemního podlaží bez přítomnosti dalších vizuálních stop požáru, které by toto šíření vysvětlovaly. Na základě termovizního snímku stěny za místem vzniku požáru bylo zjištěno, že se požár šířil vertikálně vzhůru dutinou této stěny, kde se nacházely kabelové rozvody v chráničce [7] – viz obr. 8.

Obr. 7 Letecký termovizní snímek v průběhu požáru ubytovny

Obr. 8 Termovizní monitoring stěny za místem vzniku požáru – zajištění šíření požáru dutinou ve stěně [7]

Závěr

Na základě provedené studie je zřejmé, že použití termokamery pro účely zjišťování příčiny vzniku požárů skýtá do budoucna velký potenciál, který je dán zejména vhodnými stavebními konstrukcemi a nastaveným systémem zjišťování příčin vzniku požárů v České republice. Na základě zkušeností autorů článku se jeví použití termokamery efektivní bezprostředně po hasebním zásahu, některé případy ale ukazují, že termovizi lze použít i s určitým časovým odstupem po likvidaci požáru.

Samozřejmě termovizní snímek zcela nenahrazuje informace, které vyšetřovatel požárů získá důsledným ohledáním požářiště, ale tyto informace může vhodně doplnit a zvýšit tak spolehlivost stanovených verzí, a to jak při určování kriminalistického ohniska, tak i u příčiny vzniku požáru. Velkou výhodou je jednoduché a rychlé použití, velikost současných termokamer umožňuje snadné „kapesní“ přenášení a jejich obsluha je obdobná jako u fotoaparátu.

Při vyhodnocování termovizních snímků interiéru budov je potřeba, stejně jako u vyhodnocování zjištěných vizuálních stop na požářištích, zvažovat možné faktory, které mohou zaznamenané stopy požáru či jeho teplotního pole ovlivnit. Jde o faktory spjaté s principem dynamiky požáru v uzavřeném prostoru, tedy například vliv ventilace, horizontální/vertikální poloha kriminalistického ohniska nebo stěnový efekt. Tyto souvislosti byly již popsány v několika předchozích článcích [3] [4] [5].

Použití této technologie má však také svá omezení, která jsou zřejmá v souvislosti se zmiňovanou potřebou akumulace tepla ve stavebních konstrukcích. Z uvedeného vyplývá, že výstupy termovize nemusí být použitelné či mohou být zkreslené u staveb, jejichž konstrukce nemají vhodnou akumulaci tepla, jako jsou například dřevostavby, stavby jednoduché konstrukce (např. plechové garáže), obytné přívěsy apod. Totéž platí v případě staveb, které jsou zhotoveny z různých konstrukčních materiálů, jako jsou třeba sádrokartonové vestavby ve zděných objektech nebo v případě nestejnoměrné vrchní vrstvy stěny (např. keramický obklad na části stěny v koupelně, kuchyni aj.). Samozřejmě také nebude možné měřit teplotu příliš dlouhou dobu po uhašení požáru, protože dojde k vyrovnání teplot konstrukcí a objektů s teplotou okolí.

V neposlední řadě mohou vyšetřovatelé požárů termokameru na požářištích použít i k dalším činnostem, které nejsou primárně spjaty s určením místa a příčiny vzniku požáru. Vyšetřovatel požárů může termovizi použít například ke zjištění ohnisek požáru v případě, že se znovu v nepřítomnosti jednotky PO rozhoří či může ověřit bezpečnost požářiště pro účely nasazení služebního psa. Dále je možné termovizní snímky využít jako podklady pro statické výpočty a odborné posudky staveb a konstrukcí s ohledem na účinky požáru.

Na základě studie lze predikovat, že se termovize stane běžnou součástí procesu zjišťování příčin vzniku požárů a že se termovizní snímky či videa stanou pevnou součástí dokumentace požáru či obsahu vzdělávání v rámci specializačního kurzu určeného pro vyšetřovatele požárů.

Použitá literatura

1. NFPA 921 – Guide for Fire and Explosion Investigation, National Fire Protection Association, Quincy (USA), 2017.
2. KOPECKÝ, Stanislav, Jakub ŠKODA a Jaroslav ŘEPÍK. Lokalizace kriminalistického ohniska. 112, Odborný časopis požární ochrany, integrovaného záchranného systému a ochrany obyvatelstva. 2017, 2017(9), 4–7.
3. KOPECKÝ, Stanislav, Jakub ŠKODA a Jaroslav ŘEPÍK. Vliv ventilace na způsob vyšetřování požárů v uzavřeném prostoru. 112, Odborný časopis požární ochrany, integrovaného záchranného systému a ochrany obyvatelstva. 2017, 2017(11), 6–10.
4. KOPECKÝ, Stanislav, Jakub ŠKODA a Jiří HOŠEK. Vliv dynamiky požáru v uzavřeném prostoru při určování kriminalistického ohniska. 112, Odborný časopis požární ochrany, integrovaného záchranného systému a ochrany obyvatelstva. 2018, 2018(12), 10–15.
5. KOPECKÝ, Stanislav, Jakub ŠKODA a Jiří HOŠEK. Dynamika požáru komplexního prostoru z pohledu vyšetřování požárů. 112, Odborný časopis požární ochrany, integrovaného záchranného systému a ochrany obyvatelstva. 2019, 2019(3), 14–18.
6. Gorbett G. E., Tinsley A. (2013) Fire Investigation Origin Determination Survey, Department of Fire and Safety Engineering Technology, Eastern Kentucky University (USA).
7. Greater Copenhagen Fire Department – Asst. Div. Fire Officer René Ruusunen.