Sprinklerové systémy v administrativních budovách s tradičními i netradičními sprinklery

1. Úvod

Ve většině vyspělých zemí Evropy v současné době probíhá vývoj v oblasti technických řešení a transformace související se sociálními a demografickými změnami.

Vývoj v oblasti samočinných SHZ prochází neustále hektickými změnami. Každý prostor má svá specifika a administrativní budovy obecně potřebují specifické řešení v oblasti samočinných SHZ. V těchto prostorech mnohdy vznikají velké škody na majetku, a proto i řešení v oblasti samočinných SHZ má svá důležitá specifika.

Ráda bych se více zaměřila na porovnání návrhových parametrů tradičních i netradičních sprinklerových hlavic v administrativní budově.

2. Trochu historie neškodí – časový vývoj SHZ

Každý lidský vynález se během našich dějin nějakým způsobem vyvíjel až k dnešnímu vzhledu a SHZ není výjimkou. Člověk a jeho vynalézavost, chuť neustále zlepšovat a posouvat jeho výtvory dál nám dává skvělou možnost se retrospektivně podívat, kde všechno začalo. Pokrok se nikdy nezastaví, zejména pokud se jedná ochranu majetku a zdraví osob.

2.1 15. století

Již v období renesance lidé přicházeli s nejrůznějšími vynálezy a pokud se zaměříme na předchůdce stabilního hasicího zařízení, můžeme říci, že již Leonardo da Vinci uvažoval nad podobným mechanismem. Nejednalo se přímo o samohasicí zařízení, ale byl to mechanismus, který pracoval s pohybem vody do různých výšek a mohl dopomoci k zásobování vody v případě požáru ve vyšších patrech budovy.

2.2 18. století

Další posun v oblasti předchůdce stabilního hasicího zařízení můžeme označit vynález britsko-německého chemika Ambrose Godfreyho. Návrh byl velmi jednoduchý a přesto efektivní. V prostoru, který se zamýšlelo chránit se postavila nádrž naplněná vodou, k nádrži byl posléze přiveden střelný mechanismus. V případě požáru by zvyšující teploty a plameny zažehly střelný prach a ten by vyvolal explozi v nádrži s vodou. Exploze vody by poté uhasila či zmírnila již rozpoutaný požár.

Dalo by se s nadsázkou říci, že tento vynález připomíná princip dnešních přenosných hasicích přístrojů.

2.3 19. století

O sto let později bylo poprvé možno spatřit dnešním chápáním první moderní sprinklerové stabilní zařízení. Za návrhem stál anglický vynálezce William Congreve, který svůj nápad instaloval v Londýnském Královském divadle. Systém se sestavoval z velkokapacitní nádrže až na několik set tisíc litrů vody. V případě požáru se tato voda vpustila do systému menších potrubí a výstřik z jednotlivých hlavic již hasil samostatný požár. Tento sprinkler můžeme vidět na obrázku č. 1. Samozřejmě byla nutná manuální obsluha zařízení.

Obr. č. 1 – Manuální sprinkler

Obr. č. 2 – Patent sprinkleru Henryho S. Parmalee

19. století můžeme určit jako zásadní při evoluci hasicích zařízení. Již v roce 1874 přišel Philip W. Pratt s patentem prvního automatického sprinkleru. V podobný čas s velice podobným vynálezem přišel i Henry S. Parmalee (obr. č. 2). Oba tyto návrhy již znamenaly automatické otevření sprinklerových hlavic v závislosti na zvýšené teplotě při požáru.

Jen o pár let později se Frederick Grinnel zasloužil o vylepšení systému Henryho S. Parmalee.

Skleněný diskový sprinkler je dnešnímu systému sprinklerů již velice blízký. Vidíme na obrázku č. 3.

Obr. č. 3 – Příklad sprinklerových hlavic dle Fredericka Grinnela

2.4 20. století

Zásadní krok ve vývoji se objevil v roce 1953. Po 2. světové válce se dospělo výzkumem k mnohem efektivnějšímu typu výstřiku sprinkleru, na dnešní sprejový systém. Podoba sprinklerových hlavic již odpovídá dnešním sprinklerům.

2.5 21. století

Obr. č. 4 – Tragický požár Grenfell tower 2017

Počátkem 21. století se stala instalace sprinklerového systému do nových objektů již celkem běžná. Dodnes se jedná zejména o nemocnice, školy, hotely, administrativní budovy a další budovy rizikové svou výškou, provozem nebo počtem vyskytujících se osob. Tragickým posunem v požadavcích na instalaci sprinklerového systému můžeme zdůraznit tragédii v Grenfell tower v Londýně v roce 2017. Při požáru zahynulo 72 osob. V dnešní době, zejména ze stran pojišťoven, je zvyšující se motivace instalovat stabilní hasicí zařízení i v případech nad požadavky legislativy (obr. č. 4).

2.6 Vývoj sprinklerového systému v Čechách

Do Čech se tento vynález dostal až po druhé světové válce. Jejich návrh byl blízce spojen s textilními závody v severních Čechách, které byly často ve vlastnictví německých podnikatelů. Většinu armatur a komponentů systému bylo nutno dovážet ze zahraničí.

Zásadní pro tehdejší systém využívaný u nás byl poplachový zvon, který vyhlašoval poplach. Díky zvukovému signálu tedy obsluha uvedla do funkce požární čerpadlo poháněné na horkou páru či později již na elektrický pohon. Zásoba požární vody byla akumulována v nádrži, nejčastěji umístěné na střeše budovy a bylo využíváno gravitačního tlaku vody. Z nádrže bylo vedené potrubní vedení k příslušné ventilové stanici. Z ventilové stanice posléze vedlo ocelové potrubí. Hlavice sprinklerů byly vyrobeny tavnou pájkou, která se aktivovala při teplotě 76 °C. Výstřik vody byl velice obdobný dnešnímu typu.

3. Druhy samočinných stabilních hasicích zařízení

U staveb se čím dál více setkáváme s provozy, které nesmí být hašeny vodou, tudíž jsou v těchto objektech používána zařízení, která využívají jiný druh hasiva.

SHZ se tedy rozděluje takto:

• Sprinklerová stabilní hasicí zařízení
• Mlhová stabilní hasicí zařízení
• Sprejová stabilní hasicí zařízení
• Pěnová stabilní hasicí zařízení
• Plynová stabilní hasicí zařízení
• Prášková stabilní hasicí zařízení
• Aerosolová stabilní hasicí zařízení

3.1 SSHZ sprinklerového typu

SSHZ (samočinné stabilní hasicí zařízení) sprinklerového typu je v dnešní době stále nejrozšířenější a nejefektivnější zařízení, které má potřebnou hasicí schopnost. Hasivem je pro tento systém voda, která je dostupná a cenově přijatelná Již velikost kapénky nám poté určuje vhodnost systému a míru případného poškození, v případě spuštění systému.

Obr. č. 5 – Snížení následků požáru vlivem SHZ

Základem systému je likvidace požáru v počáteční fázi, ochrana osob i majetku. Tímto systémem přesto nemůžeme nahradit ostatní protipožární prostředky v objektu.

Klíčovou vlastností systému je jeho automatická aktivace bez obsluhy a nepřetržitá funkčnost. Zásadním prvkem sprinklerového systému jsou jeho hlavice, které se zaktivují pouze v místě překročení nastavené teploty. Jedná se o velkou výhodu, která snižuje konečné možné škody způsobené vodním proudem (obr. č. 5).

Největší uplatnění v dnešní době má tento systém ve skladovacích objektech, administrativních budovách, hromadných garážích, obchodních domech a dalších objektech, ve kterých narůstá požární nebezpečí z důvodu výšky, či počtu osob.

Sprinklerové SHZ se navrhují na dvě základní rozvodné soustavy – mokrá soustava a suchá soustava. U mokrých soustav jsou rozvodná potrubí trvale naplněna vodou pod tlakem, tudíž se musí navrhovat do prostor, ve kterých nehrozí jejich zamrznutí. Oproti tomu suchá soustava, jež je naplněna tlakovým vzduchem, popř. inertním plynem, se do těchto prostor navrhovat musí.

Hranici mezi tlakovým vzduchem a vodou zajišťuje řídící ventil. Do suché soustavy musí být instalován stálý přívod vzduchu (inertního plynu), který udržuje tlak v potrubní síti. Kombinací těchto obou soustav může být soustava smíšená, kdy v zimním období soustava funguje jako suchá a v ostatních obdobích bývá naplněna vodou.

Mezi hlavní komponenty sprinklerového SHZ patří tedy již zmiňované sprinklery (sprinklerové hlavice), u kterých je vyjádřen průtok vody tzv. K faktorem, jenž určuje průtok vody v l/min při tlaku 1 bar.

Dalším komponentem je ventilová stanice, jejíž hlavní součástí jsou řídicí ventily. Tato jednotka řídí dodávky vody do sprinklerové soustavy.

Dalšími nezbytnými komponenty sprinklerové soustavy jsou čerpadla (odstředivá nebo ponorná) a potrubní rozvody, které jsou navrhovány především ocelové nebo plastové a vodní nádrže, které se dle umístění rozdělují na nadzemní a podzemní.

Nedílnou součástí tohoto systému je i elektrická požární signalizace (EPS) a požární zvony.

3.2 Sprinklerové hlavice

Cílem mého příspěvku je vyhodnotit sprinklerové hlavice a ukázat na jejich funkčnost a výhody použití právě v administrativních budovách.

Sprinklery mají za úkol dopravit stanovené množství vody na chráněnou plochu při požáru. Dodávka vody je vyjádřena průtokem v l/min.m². Nejběžněji jsou opatřeny skleněnou (obr. č. 6) nebo tavnou tepelnou pojistkou (obr. č. 7) s jednorázovou funkcí.

Obr. č. 6 – Sprinklerové hlavice a jejich tepelná odezva – standardní, speciální, rychlá

Obr. č. 7 – Sprinklerová hlavice s tavnou pojistkou

Všechny spuštěné hlavice je nutné posléze vyměnit za nové. Dle barvy kapaliny se liší jejich otevírací teplota a z toho rozlišujeme jejich tepelnou odezvu RTI. Označení QR mají sprinklery s rychlou tepelnou odezvou. Tyto sprinklery mají průměr baňky cca 3 mm. Ostatní sprinklery mají průměry od 5 mm do 8 mm. Pro představu, běžně se otevře sprinkler do 5 minut, v některých případech i za 10 minut. U rychlé odezvy se pohybuje otevření v rozmezí 30–120 sekund.

a

b

 

e

c

d

 

Obr. č. 8 – Příklady typů sprinklerových hlavic dle montáže:
a – stojatý, b – závěsný, c – závěsný zapuštěný, d – vodorovný na stěnu, e – svislý na stěnu

U sprinklerových hlavic ovlivňuje jejich efektivitu zejména správné rozmístění hlavic, ty se instalují ve vzdálenostech 75 až 150 mm v oblasti pod stropem či střechou. Výstřiku nesmí bránit žádná konstrukce nebo překážka.

Dle instalace rozlišujeme sprinklerové hlavice na:

• Stojaté – montované směrem nahoru
• Závěsné horizontální – montované směrem dolů, např. do podhledů
• Suché závěsné – do prostor s rizikem zamrznutí
• Hlavice ESFR – skladovací prostory, velký průtok až 600 l/min.

Dle tepelné odezvy neboli RTI v (m.s)^1/2 dělíme sprinklery s odezvou:

• Rychlou menší než 50 – průměr baňky 3 mm
• Speciální 50–80 – průměr baňky 4 mm
• Standardní 80–200 – průměr baňky 5 mm
• Standardní B 200–350 – průměr baňky 6 mm

Zásadní pro správné fungování sprinklerových hlavic je též jejich rozmístění. Aby sprinklerové hlavice nebyly negativně ovlivněny okolními konstrukcemi, jsou jasně definovány požadavky a maximální vzdálenosti sprinklerů od stěn a příček.

3.3 Návrhové předpisy v Čechách a ve světě

3.3.1 ČSN EN 12845 + A1

Hlavním dokumentem pro práci se systémy SSHZ jsou v České technické normy, konkrétně rozsáhlá norma ČSN EN 12845 + A1 – Stabilní hasicí zařízení – sprinklerová zařízení – navrhování, instalace a údržba.

Výchozím parametrem pro návrh systému je určení třídy nebezpečí.

Německá norma V ds CEA 4001 využívá obdobný návrh a požadavky.

3.3.2 Parametry a návrh SSHZ NFPA 13

Ekvivalentem Českých technických norem u nás je v USA NFPA 13, neboli federální norma pro navrhování sprinklerových systémů. Zde norma pracuje s rozdělením do tzv. tříd rizik dle příslušné hořlavosti použitých materiálů.

3.4 Další návrhové požadavky pro sprinklerové hlavice

Prvotním krokem návrhu systému SSHZ je zařazení do třídy rizika pro řešený objekt. Rozlišujeme 4 druhy rizika:

• LH – lehké riziko – prostory s malým požárním zatížením a nízkou hořlavostí, maximální úsek 126 m².
• OH 1 až OH 4 – střední riziko – prostory, kde se zpracovávají nebo vyrábějí hořlavé materiály.
• HHP 1 až 4 – vysoké riziko výroby, děleno do 4 podskupin.
• HHS 1 až 4 – vysoké riziko skladování, děleno do kategorií I–IV, dle druhu a výšky skladování.

Správné zatřídění poté ovlivňuje požadavky na:

• intenzitu dodávky vody – podle nebezpečí – viz tab. 
• účinnou plochu – plochu, na které se uvažuje aktivace všech sprinklerů dle nebezpečí a druhu soustavy 72 m² až 360 m²,
• dobu činnosti – minimální dobu, po kterou má sprinklerové zařízení zajištěnou dodávku vody o požadované intenzitě dle třídy nebezpečí – LH 30 minut, OH 60 minut, HHP a HHS 90 minut,
• RTI – index tepelné odezvy,
• minimální tlak před sprinklerem,
• plochu jištěnou jedním sprinklerem.

Tyto parametry slouží pro určení správné velikosti vodního zdroje, čerpadel a samotného rozmístění sprinklerů (tab. č. 2 a 3).

Obr. č. 9 – Graf správného návrhu
1 – výpočtový bod pro nejnevýhodnější účinnou plochu,
2 – provozní bod pro hydraulicky nejvýhodnější účinnou plochu,
3 – provozní bod pro hydraulicky nejvýhodnější účinnou plochu,
4 – výpočtový bod pro nejvýhodnější účinnou plochu

Průtok sprinkleru se stanoví z následujícího vztahu:

kde je

Q

průtok sprinkleru [l/min]

K

K-faktor [–]

p

tlak před sprinklerem [bar]

Pro správný návrh systému je zásadní projektová dokumentace dle platných předpisů a taktéž hydraulický výpočet. Ten se vypracovává pro dvě varianty, nejvýhodnější a nejnevýhodnější, nejčastěji s využitím softwaru. Žádaným výstupem je posléze graf Q/H(p) neboli průtok v závislosti na výtlačné výšce (tlaku). Graf je výsledkem kombinace křivky Q/H čerpadla a Q/H(p) pro nejvýhodnější a nejnevýhodnější účinnou plochu. Následně se hledají průsečíky charakteristik soustav a pro správný návrh musí ležet ve vymezeném poli.

4. SSHZ a sprinklerové hlavice v administrativních budovách

Administrativní budovou rozumíme v dnešní době již velké komplexy místností a zejména i budov nejrůznějších druhů činností, výškou a velikostí. Nejedná se pouze o kancelářské prostory, ale patří do funkčního celku také denní místnosti, kuchyňské místnosti, archivy, serverovny, technické zázemí pro vzduchotechniku a náhradní zdroje energie, či přednáškové sály. S ohledem na stále složitější situaci s parkováním automobilů ve velkých městech není neobvyklé využít administrativu pro podzemní garáže hromadné nebo zakladačové, které mohou sloužit pro samotnou administrativu nebo například jiný provoz v případě polyfunkčního využití objektu. V konečném důsledku nám všechny tyto provozy a činnosti ovlivňují požárně bezpečnostní řešení a požadavky na instalaci požárně bezpečnostních zařízení, včetně sprinklerového stabilního zařízení.

Sprinklerové stabilní hasicí zařízení nejčastěji najdeme v těchto konkrétních místnostech:

• Kanceláře:
  Nejčastěji jsou svojí činností zařazeny do malého, popřípadě středního nebezpečí LH/OH dle ČSN EN 12845 + A1. Z toho důvodu pro samotné kanceláře je návrh SSHZ spíše řešením nad rámec požadavků legislativy.
• Kuchyně:
  Záleží na vybavení a očekávaných činnostech v kuchyní. V případě vybavení kuchyně fritézami je požár oleje největším rizikovým faktorem, zejména pokud se požár může dát šířit odtahovým potrubím. Obecně není vhodné hasit olej vodou, proto se využívají speciální sprinklery na třídy požárů F, pro samotnou ochranu konstrukce kuchyně se dá též využít sprinklerové zařízení.
• Podzemní garáže:
  Zatřídění dle normy ČSN EN 12845 + A1 spadají do středního nebezpečí OH 2. Jedná se již o běžnou praxi, chránit hromadné podzemní garáže a zakladačové garáže sprinklerových systémem. Svojí podstatou představují zvyšující nároky na zásah jednotkami PO z důvodu horší viditelnosti a přístupu.
• Archiv:
  Jedná se o zatřídění do skupiny středního nebezpečí OH 1. Z důvodu potenciálního poškození skladovných tiskovin vodou se spíše nevyužívá sprinklerové zařízení, výjimkou je předstihová soustava, která částečně snižuje škody. Nejčastěji se využije plynového SHZ, mlhové SHZ nebo zařízení se snižováním množství kyslíku.
• Server:
  Častým návrhem ochrany velkých serveroven je například plynové SHZ, popřípadě lokální plynová SHZ s aplikaci hasiva do prostoru racku. Samotnou místnost lze chránit sprinklerovým SHZ s předstihovou soustavou.
• Elektrorozvodna:
  
  
  Obr. č. 10 – Možné využití SSHZ v elektrorozvodně
  Obecně je vyloučeno použití vodního sprinklerového zařízení v prostorech s elektrickými zařízeními pod napětím. Nelze riskovat úraz elektrickým proudem osob v objektu, popřípadě zasahujících jednotek PO (obr. č. 10).
  U zařízení do 400 V lze za určitých podmínek využít jako hasivo vodu. Není požadováno uvést objekt do beznapěťového stavu, všechny tiskárny, světla nebo počítače stále běží. Když nastane požár v elektrorozvodně dojde odpojení elektro zařízení v rozvodně na pokyn EPS a až poté nastává hašení vodou. V takové elektrorozvodně nesmí mít umístěn pohon čerpadel SHZ, musí být veden jinak. Dalším řešením je i navržení všech rozvodů požárně bezpečnostních zařízení s ochranou proti vodě.
• Nouzový zdroj:
  Nejběžnějším zdrojem dle návrhu bývá diesel motor s generátorem. Možností, jak chránit nouzový zdroj je více, například sprinklerové, mlhové nebo aerosolové SHZ.
• Vytápění, vzduchotechnika:
  Velice rizikové prostředí ke vzniku požáru. Nejrizikovějším článkem můžeme označit kompresory a ventilátory v případě zadření.
• Sklady:
  V objektech kancelářského typu se objevují spíše menší příruční sklady, opět je možné chránit tento prostor více typy SHZ – vodní, pěnové, mlhové.
• Šachty:
  V případě požáru mohou fungovat jako velký komín, který roznáší požár do všech jednotlivých požárů, z toho důvodu je ochrana šachet naprosto klíčová pro celou budovu. Nejčastěji se nenavrhuje SHZ jako primární ochrana, ale lze aplikovat skrápění potrubí či kabelů.

4.1 Využití rezidenčních sprinklerů v administrativních budovách

Obr. č. 11 – Porovnání rezidenčního sprinkleru (vlevo) a běžného sprinkleru (vpravo)

Zatímco běžné sprinklerové hlavice jsou zaměřeny zejména na ochranu majetku, s narůstajícími počty usmrcených osob v domech pro bydlení a administrativu nastal posun v oblasti vývoje nových sprinklerových hlavic. Výsledkem je tzv. rezidenční sprinkler, jehož hlavní funkce je ochrana osob a umožnění včasné evakuace z objektu – viz obr. č. 11.

Zásadní pro funkci hlavice je rozdílná výstřiková charakteristika od běžné hlavice viz Obr. č. 12. Klíčové je zasáhnout vodou nejen stěny místnosti, ale též ochladit prostor ve výšce očí člověka pro vyloučení překročení maximální určené teploty v daný čas znemožňující evakuaci viz obr. č. 13. V návaznosti na aplikaci zejména v rodinných domech, bytových domech a hotelech jsou požadavky na tlak a zásobu vody znatelně nižší než u běžného sprinklerového systému. Instalaci hlavic je obdobná k běžným, montují se v prostorách s požárním zatížením a lze využít jak mokrou nebo i suchou soustavu.

Obr. č. 12 – Rozdílná výstřiková charakteristika u běžného sprinkleru (vlevo) a rezidenčního (vpravo) [19]

Obr. č. 13 – Požadavky na mezní teploty rezidenčních sprinklerů

Možná aplikace rezidenčních sprinklerů je vhodná, mimo jiné objekty, právě i do administrativních budov. Vzhledem k rychlejší reakci hlavice v rozmezí 0,3–2 minuty výrazně zvyšuje šance na přežití. Běžný sprinkler se pohybuje 2–4 minuty. Rezidenční sprinkler má i nesmírné výhody v menší velikosti kapénky, která se blíží mlhovým parametrům.

5. Závěr

Samočinné SHZ sprinklerové je v dnešní době velmi účinný prostředek hašení velkého množství objektů. V tomto příspěvku jsem se zaměřila na možnosti hašení v administrativních budovách a různé typy sprinklerových hlavic s využitím v administrativních budovách.

Porovnání sprinklerových hlavic ukazuje možnosti navrhování v závislosti na parametrech hlavic.

V případě návrhu SHZ v administrativní budově zařazené do třídy nebezpečí OH lze vždy navrhovat hlavici s K-faktorem = 80. Je nutné však vždy přihlédnout k požárnímu zatížení.

Instalaci rezidenčních sprinklerů lze doporučit v administrativních budovách menšího typu, které se svým charakterem blíží rezidenčnímu objektu.

Rezidenční sprinklery jsou v USA a západní Evropě hojně využívané. V Čechách vidíme velký nárůst těchto sprinklerových hlavic v posledních letech.

Literatura

1. Rybář, P.: Stabilní hasicí zařízení – vodní a pěnová, Praha, Profesní komora požární ochrany, 2015, ISBN 978-80-260-7372-7
2. Kratochvíl, V., Navarová, Š., Kratochvíl, M.: Požárně bezpečnostní zařízení ve stavbách, Ostrava, 2011, ISBN 978-80-7385-103-3
3. ČSN EN 12845 + A1 Stabilní hasicí zařízení – Sprinklerová zařízení – Navrhování, instalace, údržba, 2020
4. HI-FLOG Water mist fire protection, online, 2017
5. Koubková I., Zámiš J.: Porovnání návrhových parametrů sprinklerových hlavic v administrativní budově, sborník Zapálení 2020, ČVUT – Stavební fakulta, 2020, ISBN 978-80-01-06710-9
6. Koubková I., Majer J.: řešení SSHZ sprinklerového typu v administrativních budovách, sborník Zapálení 2025, ČVUT – Stavební fakulta, 2025, ISBN 978-80-01-07424-4