Požáry v průmyslových halách
V průmyslových halách dochází při požáru k hromadění kouře, který ohrožuje uživatele objektu. Za těchto podmínek musí být budova otevřena, aby kouř vyšel do atmosféry a aby hasiči mohli do ní vstoupit. Avšak toto otevření způsobí, že nový kyslík podporuje další hoření.
To je také jeden z důvodů, proč hasiči doporučují použití v halových objektech větracích otvorů, klapek, popř. průduchů se samočinným ovládáním a dalších zařízení (např. kouřových clon, zástěn, rolet atd.) co nejdříve po vzniku požáru tak, aby bylo zabráněno jakékoliv akumulaci a aby bylo průběžně odstraněno teplo a kouř, jež se vytvářejí v ohnisku požáru. A právě tímto zařízením pro odvod kouře a tepla se tento příspěvek zabývá.
1. Problémy likvidace požáru v halových objektech
Obr. 1. Šíření požáru v objektech nevětraných a s instalovaným protipožárním zařízením
V jednopodlažní budově bez průduchů funguje oheň jako pumpa, která uvádí do pohybu vzduch se zplodinami až do recirkulace. Vzduch cirkuluje kolem ohniska požáru a je stále více ohříván. Jak teplota, tak i koncentrace kouře a ostatních zplodin požáru rychle stoupají (obr. 1). Tyto horké plyny a rostoucí tepelná radiace roztavují, vysušují a termicky rozkládají hořlavé látky. Způsobují, že množství produktů termického rozkladu rychle stoupá. Tento proces je stejně destruktivní jako samotný požár.
Jakmile je obsah kyslíku redukován, hoření je nedokonalé, začíná vznikat oxid uhelnatý a hustý kouř. Kritický stav nastává po dosažení zápalné teploty znečištěného vzduchu, kdy kyslík se stává pouhou přísadou, potřebnou pro změnu plynu v plamen, který zachvátí haly a způsobí jejich požár (obr. 2). Škody způsobené požárem dosahují značných finančních nákladů, v případě zcela zničené haly převyšují i náklady na jejich pořízení (obr. 3).
Obr. 2. Dřevěná hala v plamenech
Obr. 3. Dřevěná hala po zlikvidovaném požáru
Kouř a teplo se nejprve hromadí pod stropem. Dochází k rychlému zakouření celého prostoru objektu, ke kumulaci velkého množství tepla, k sekundárním požárům a konečně k obávanému flash-over (plně rozvinutému požáru), což zhoršuje podmínky pro evakuaci a zdolávání požáru.
Proto zařízení pro odvod kouře a tepla spolu s dalšími požárně bezpečnostními zařízeními nacházejí v těchto objektech stále větší uplatnění. Zařízení pro odvod kouře a tepla je požárně bezpečnostní zařízení, které se, v případě požáru na základě impulsu, vyvolaného kouřovým či teplotním čidlem, uvede v činnost a začne odvádět zplodiny kouře a teplo, vzniklé při požáru, mimo objekt.
Zařízení pro odvod kouře a tepla funguje buď na principu přirozeného nebo nuceného odvětrání. Přirozené větrání je založeno na vztlaku teplejších plynů s nejmenším rozdílem oproti teplotě okolního vzduchu alespoň 20 °C. Označuje se též jako komínový efekt, který závisí na rozdílu hustoty vzduchu a spalin při vstupu a výstupu z hořícího prostoru, na účinné výšce, tedy rozdílu výšky mezi přívodními a odvodními otvory. V každém případě musí být vždy zajištěn dostatečný přívod vzduchu do odvětrávaného prostoru, a to otvory, umístěnými pokud možno v jeho nejnižší části.
Nucené větrání je dáno výkonem ventilátoru. Používá se zejména tam, kde není z technických důvodů účelné nebo možné používat odvody kouře a tepla s přirozeným větráním. Vlastní ventilátor musí odolávat všem vlivům, jež vznikají při požáru (např.vysokým teplotám) tak, aby byl během požáru funkční.
2. Možnosti výskytu požáru
Obr. 4. Varianty šíření ohně v halových objektech
Na rozdíl od malých místností obytných budov mají průmyslové a obchodní budovy dostatek vzduchu podporujícího hoření. V těchto objektech mají odvody kouře a tepla ještě větší přínos. Především u rozsáhlých halových prostorů je nutno jejich horní část, kde se při požáru pod stropem kumuluje kouř, dělit závěsnými kouřovými clonami na kouřové úseky a tím zabránit, aby se kouř rozšířil po celé ploše stropu, tedy do velké vzdálenosti od ohniska požáru. V těchto podmínkách prokázalo velkou efektivnost automatické protipožární větrání a dělení střešního prostoru požárními přepážkami. Schémata na obr. 4 názorně ukazují různé případy výskytu požáru:
- V případě A se uvolňuje kouř a zplodiny požáru. Ty stoupají kolmo nahoru podle tepelného vztlaku a šíří se pomalu podél střechy. V horizontální rovině se sálavé a konvekční teplo ohně šíří současně.
- Podle intenzity požáru v případě B stále narůstá sálavé a konvekční teplo ohně a přivádí materiály v blízkosti uskladněné k samovznícení. Uvolňují se kouřové plyny a teplo a tím horká vrstva pod střechou haly velmi rychle narůstá.
- Případ C je dokladem toho, že haly bez větrání proti požáru jsou v mnoha případech již po několika málo minutách zcela naplněny kouřem. Lokalizace ohniska požáru je možná jen s dýchacími přístroji.
- Ve variantě D s použitím požárních přepážek se uvolněné plyny a zplodiny ihned a přímo odvedou. Proudícím vzduchem se materiál v blízkosti ohniska požáru kontinuálně ochlazuje a ochrání před sálavým teplem.
- V případě E lze sledovat, že při požáru se od počátku snižuje možnost samovznícení dalších uskladněných látek a rozšíření požáru. Účinná ochrana protipožárními ventilátory se může ještě zvýšit požárními přepážkami, instalovanými do střešního pláště. Tyto přepážky zabraňují rozšíření horké vrstvy pod střechou haly.
- Případ F je názornou ukázkou toho, že otevřou-li se větrací otvory teprve několik minut po vypuknutí požáru (např. při ručně ovládaných systémech), může se rozsah požáru a kouřová vrstva pod střechou tak rozrůst, že plyny, teplo a kouř již nemohou být účinně odvedeny. Zkouškami se ukázalo, že je téměř nemožné, aby zadýmovaný objekt byl opět bez kouře.
- Případ G reprezentuje zcela zadýmovanou halu. Následkem toho je likvidace požáru životu nebezpečná, je-li vůbec možná, a dochází k vysokým primárním a sekundárním škodám.
3. Protipožární větrací zařízení
Bylo dokázáno, že zvýšení teploty o 1 °C na normál (18-20 °C) snižuje produktivitu práce v průměru o 2 až 4 %. Rovněž v horkých prostorech jsou lepší podmínky pro vznik mikrobiálního mikroklimatu, a konečně dlouhodobé vystavení vysokým teplotám se negativně odráží na fyzické stránce člověka. Při správném rozmístění odvětrávacích klapek je možno všem těmto komplikacím zabránit bez jakýchkoli nároků na energii a údržbu. Správné rozmístění protipožárního odvětrávacího zařízení dovoluje během ohně okamžitě otevřít odvětrávací klapky umožňující odvádění ohně a podle sloupce dýmu tak signalizující vznik požáru.
Mezi nejúčinnější typy protipožárního větrání patří:
a) střešní větrací okna a klapky,
b) větrací žaluzie,
c) víceúčelové větrací zařízení
a) Střešní větrací okna a klapky
Po technické stránce tento typ odvětrání využívá rozdílu přirozeného termodynamického tlaku v přehřátém objektu a venku. Odvětrávací klapky se automaticky nastavují podle rozdílu vnějších a vnitřních teplot (obr. 5). Čím je větší rozdíl, tím větší proud vzduchu odchází z místnosti. Na stejném principu jsou založeny i střešní větrací okna (obr. 6).
Obr. 5. Odvětrávací hlavice s uzavíratelnými klapkami a axiálním ventilátorem poháněným elektromotorem
Obr. 6. Větrací okno ve světlíku
b) Větrací žaluzie (obr. 7)
Tento typ obsahuje žaluzie nejrůznějších tvarů, ovládaných mechanicky (lankové ovládání) elektricky (obr. 8) nebo pneumaticky (obr. 9) apod. Zařízení umožňuje dokonalé větrání i za deště (neuzavírá se při dešti). Na rozdíl od tradičního zařízení, které v důsledku tření, turbulencí a postavením svých žaluzií dosahuje jen cca 25% účinnosti, univerzální žaluzie díky lepšímu postavení a profilu žaluzií vykazuje účinnost vyšší. U konvenční žaluzie (obr. 10a) dochází k turbulentnímu proudění vzduchu, při použití tvarované žaluzie (obr. 10b) se zlepšuje aerodynamický součinitel.
Obr. 9. Vzhled a profil žaluzie větracího zařízení s pneumatickým ovládáním
Obr. 7. Větrací žaluzie s přirozeným odvodem spalin a tepla
a) ve střeše
b) v obvodové stěně
Obr. 10. Jednoduchá žaluzie:
a) konvenční
b) tvarovaná
Obr. 8. Ovládání žaluzií elektrickým pohonem
Odvětrávací zařízení s tvarovanými žaluziemi umožňuje proudu vzduchu, aby se společně s vodou dostal dovnitř otvoru. Zde se pomocí prudké změny směru (tvaru žaluzie) dosáhne odstředivé síly, která těžší vodu oddělí od vzduchu, takže po nárazu na zadní stranu žaluzie je v důsledku turbulence sváděna do sběrného kanálku. Na rozdíl od konvenčních typů je zde žádoucí silný vítr.
Obr. 11. Odvětrávací zařízení s tvarovanými žaluziemi:
a) jednoduchými, b) dvojitými, c) dvojitými hlubšími, d) trojitými
Podle uspořádání tvarovaných žaluzií v odvětrávacím systému rozeznáváme:
- jednoduché žaluzie (obr. 11a):
mají velmi dobrý aerodynamický součinitel, mohou se používat i pro sestavy dveří, nemají však zcela dokonalý systém odvodnění a při silném dešti proniká část vody do budovy; proto jejich použití je vhodné tam, kde nejsou deštivé přívaly příliš veliké, - dvojité žaluzie (obr. 11b):
voda pronikající dovnitř je řízena, odsáta na konec žaluzie a odtud odváděna kanálky na dno žaluzie, - dvojité žaluzie hlubší (obr. 11c):
tento typ lze umístit vertikálně i horizontálně, - trojité žaluzie (obr. 11d):
tento typ zcela zabraňuje odtoku prošlé vody na dolní žaluzii; drenážní systém je navržen tak, aby umožňoval napojení na konvenční odpadní síť.
c) Víceúčelové větrací zařízení
Obr. 12. Víceúčelový ventilátor
U tohoto typu větracího zařízení jsou regulovatelné klapky součástí víceúčelového ventilátoru (obr. 12). Víceúčelový ventilátor je vysoce účinný přirozený ventilátor s pojistkou nebo quartzovou žárovkou pro automatické větrání. Jestliže je plně otevřen, potom poskytuje přímé větrání. Dokonce i v případě nepříznivého počasí, kdy jsou uzavřeny hlavní klapky, pokračuje větrání postranními nastavitelnými závěry.
Obr. 13. Funkce víceúčelových odvětrávacích klapek ve ventilátoru:
a) přirozené větrání
b) tlumené větrání
c) protipožární větrání
d) úsporné větrání
Odvětrávací klapky ve víceúčelovém ventilátoru tak zastávají 4 hlavní funkce:
- přirozené větrání (obr. 13a):
zcela otevřené odvětrávací klapky mají dvojnásobnou kapacitu odsávání než odvětrávací zařízení konvenční; při tom poloha klapek je samoregulovatelná v závislosti na rozdílu teplot uvnitř a vně budovy, - tlumené větrání (obr. 13b):
zjistí-li senzory, umístěné na střeše déšť, okamžitě se ventilátor přepne z přirozeného větrání na tlumené, - protipožární větrání (obr. 13c):
v případě, že teplota dosáhne předem stanovené hodnoty nebo kouřové detektory zachytí příznaky požáru, přepne se ventilátor na maximální výkon, - úsporné větrání (obr. 13d):
v zimním období může být ventilátor programován tak, aby bylo co nejvíce zabráněno nekontrolovatelným ztrátám tepla.
4. Požadavky na zařízení pro odvod kouře a tepla
Zařízení pro odvod kouře a tepla musí z hlediska požární ochrany splňovat požadavky na:
- stabilitu,
- odolnost proti korozi,
- funkční bezpečnost a spolehlivost,
- spouštění, tj. vybavení jak zařízením pro dálkové otevírání, tak i samočinným tepelným otevíráním,
- chování při požáru,
- třídu reakce na oheň.
Kromě hlediska požární ochrany mohou být na zařízení pro odvod kouře a tepla kladeny i jiné požadavky, např. z hlediska osvětlení, běžného větrání, akustiky apod. Každý návrh tohoto zařízení musí vycházet z konkrétních podmínek odvětrávaného prostoru (odvětrávaného požárního úseku), zejména jeho požárního rizika, z geometrických tvarů, doby evakuace osob, doby do zásahu požárních jednotek atd.
Každý požárně odvětrávaný úsek zahrnuje jednu nebo více kouřových sekcí, označených v ČSN 73 0802 jako odvětrané sekce. Proto kouřová sekce je základní jednotkou, pro kterou je zařízení na odvod kouře a tepla navrhováno. V prostoru, kde je více kouřových sekcí, jsou tyto sekce vzájemně odděleny kouřovými přepážkami. Kouřové přepážky jsou nosné či nenosné části střešních plášťů (např. plnostěnné vazníky) nebo dělicích konstrukcí (např. příčky) uvnitř požárního úseku, které brání šíření zplodin hoření, kouře a sdíleného tepla (v tzv. akumulační vrstvě) mimo sekci zasažené požárem. Mohou být pevné nebo pohyblivé (např. kouřové závěsové stěny).
Kouřové závěsové stěny jsou za normálních podmínek v uzavřeném stavu (obr. 14). V případě požáru jsou aktivovány tak, že se spouštějí (obr. 15) a tím zabraňují přenosu kouře v horní části haly. K lemujícím stavebním konstrukcím, které člení požární úsek do kouřových sekcí, mají co nejtěsněji doléhat – plocha případných spár by neměla přesáhnout 3 % plochy kouřové přepážky.
Podle ČSN 73 0802 a ČSN 73 0804 akumulační vrstva kouřové sekce musí mít svoji spodní plochu nejméně 2,5 m nad podlahou, na níž se mohou pohybovat osoby při evakuaci. Tento údaj se vztahuje zejména k prostorům se světlou výškou cca 3,5 až 4,0 m. Je-li světlá výška větší, pak spodní plocha akumulační vrstvy se doporučuje ve výši 3 m apod., resp.nejméně v úrovni poloviny výšky prostoru. V případě hromadných garáží může být spodní plocha akumulační vrstvy nejníže 1,9 m nad podlahou kouřové sekce stání vozidel.
Obr. 14. Kouřová závěsová stěna v uzavřeném stavu
Obr. 15. Kouřová závěsová stěna aktivovaná
Přirozené i nucené odvody kouře a tepla mohou být řešeny:
- přímo ve střešní konstrukci, a to bez použití potrubních systémů (např. střešní kouřové klapky, elektrické ventilátory apod.),
- pomocí potrubních systémů (obr. 16), popř. šachet. Ty slouží pro:
- b.1. jednu nebo více kouřových sekcí v jednom požárním úseku, popř. jako pomocná zařízení v jedné kouřové sekci (např. sběrné potrubí) nebo
- b.2. pro více požárních úseků s jednotlivými kouřovými sekcemi.
Obr. 16. Odvod spalin sběrným potrubím s přímým nuceným na střechu
Sběrné potrubí horkých plynů má zpravidla v rámci kouřových sekcí vodorovnou polohu, přičemž toto potrubí buď pokračuje ve vertikálním směru nebo je zaústěno do odvětrávacích šachet. Pokud potrubí či šachty procházejí dalšími požárními úseky, považují se v těchto případech za samostatné požární úseky.
Za účelem zabránit přenosu kouře v potrubí (např. mezi jednotlivými požárními úseky) se v něm osazují kouřové klapky. Kouřové klapky v potrubí se posuzují ve vztahu k poloze a funkci potrubí. Kromě samočinného ovládání odpovídající polohy kouřových klapek v potrubí (zavřené či otevřené) se doporučuje současné jejich ruční ovládání z posuzovaného požárního úseku.
Plocha otvorů pro přívod vzduchu se odvozuje z velikosti otvorů pro odvod kouře, a to tak, aby obě plochy jak přívodních, tak odvodních otvorů byly ve vzájemně účelném poměru (geometrická plocha otvorů pro přívod vzduchu by měla být minimálně dvojnásobkem geometrických ploch odvodů kouře kouřového úseku s největší aerodynamicky účinnou plochou). Velikost přívodních otvorů závisí též na teplotě odváděného kouře. Odvody tepla a kouře mají být rozmístěny pokud možno rovnoměrně, především nad předpokládaným ohniskem požáru. Otvory odvodů kouře a tepla mají být umístěny v nejvyšším místě prostoru ohroženého požárem, neboť se tím dosáhne největší účinné tahové výšky.
5. Volba zařízení na odvod kouře a tepla
Obr. 17. Průduchy na odvod kouře z vícepodlažních objektů:
1 – průduch,
2 – uzavírací klapka,
3 – ochranná deska proti atmosférickým srážkám
Volbu systému na odvod spalin a tepla může ovlivnit požární zatížení a konstrukční řešení objektu. Za předpokladu, že zařízení má sloužit nejen na odvod kouře, ale též tepla, je toto zařízení ovlivňováno požárním zatížením a rychlostí odhořívání. Velké požární zatížení a vysoká rychlost odhořívání totiž vedou v místnosti požáru ke vzniku velkého množství tepla a za určitých okolností k jeho nahromadění.
Zatímco nucený odvod spalin se vyznačuje konstantním objemovým průtokem a zařízení uvedením do činnosti okamžitě vykazuje plnou výkonnost (plný objemový průtok), při přirozeném odvodu spalin nastává určitý systém samoregulace. Při daných průřezech otvorů se objemové průtoky zvyšují s narůstající teplotou v místnosti požáru. Právě tato pozitivní vlastnost přirozeného odvodu kouře je výhodná především při vysokých požárních zatíženích. Naopak při odvodu studeného vzduchu do vnějšího ovzduší je tento systém nevýhodný.
Pro jednopodlažní objekty s jednoduchou dispozicí (např. sklady, výrobní haly atd.) je vhodnější zařízení na přirozený odvod kouře a spalin. Pokud se v jednopodlažních objektech vyskytují mezistropy či prostory s rozdílným požárním zatížením, již tento systém není tak jednoznačný a u dvoupodlažních objektů je nevýhodný. Pro lepší přirozený odtah kouře a tepla u dvoupodlažních objektů je vhodné využít šachet s příslušnou požární odolností.
Další možností přirozeného odtahu kouře ve vícepodlažním objektu je provedení průduchů a klapek na odvod kouře a zajištění ochrany proti vnikání dešťových srážek do interiéru objektu (obr. 17). Každé podlaží však musí mít svůj samostatný průduch.
Literatura
- [1] ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb. Nevýrobní objekty
- [2] ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb. Výrobní objekty
- [3] Dlesek V. a kolektiv: Stavebně konstrukční detaily v obraze (kniha) – Kupilík, V.: část 5, Díl 4, Kapitola 2: Represivní opatření (24 stran), Verlag Dashöfer, Praha, 2006, ISBN 80-86229-99-8
- [4] Kupilík, V.: Stavební konstrukce z požárního hlediska (kniha), Vydavatelství Grada Publishing, 2006, 272 stran, ISBN80-247-1329-2
In industrial plants, in case of fire there is accumulation of smoke that endangers the user object. Under these conditions the building must be opened to the smoke can ventilate out into the atmosphere, and that firefighters could enter the building. However, this opening causes the new oxygen support combustion. It is also one of the reasons why firefighters recommend the use fire damper with automatic controls and other devices (eg, smoke curtains, screens, blinds, etc.) as soon as possible after the beginning of fire, so as to prevent any accumulation, and that remove heat and smoke. This paper deals with the equipment for smoke and heat outlet.