Požární inženýrství v ČSN: Nevýrobní objekty (1. část)
Požární inženýrství představuje možnost, jak definovat požadavky požární bezpečnosti u rizikových, složitých nebo nestandardních staveb. Spočívá ve specifickém posouzení rizikových podmínek požární bezpečnosti postupem odlišným od postupů předepsaných v ČSN na základě §99 zákona č. 133/1985 Sb. o požární ochraně. Poznámky k normám představíme ve třech částech. Část první: Nevýrobní objekty.
Specifické posouzení má za hlavní cíl hospodárné navržení požárně bezpečnostních opatření při dosažení přijatelné úrovně požární bezpečnosti. Pravidla specifického posouzení a odkazy na odlišný postup jsou zahrnuty v projektových normách požární bezpečnosti staveb ČSN 73 08xx. Pro nevýrobní objekty je základní normou požární bezpečnosti ČSN 73 0802.
1. ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb – nevýrobní objekty
V případě ČSN 73 0802 je výchozí odkaz na specifické posouzení (odlišný postup) uveden v ustanovení 5.1.3, pravidla jsou popsána v příloze I. Na odlišný postup se následně odkazuje řada dalších ustanovení normy, například 6.6.10, 6.6.12, 8.4.6, 9.1.1.1 aj.
„5.1.3 U stavebních objektů vyšších než 60,0 m, u stavebních objektů, kde je soustředěn velký počet osob (např. u velkých obchodních domů), nebo u objektů, které charakterem provozu či prováděnou stavební změnou vyžadují podrobnější, popř. částečně odchylné řešení oproti této normě, se doporučuje zpracovat odborné expertizy (expertní zprávy, expertní posudky apod.) k projektovému řešení požárního zajištění těchto objektů (viz. 3.4 návrhový požár). V odborné expertize se může užít přesnějších výpočtových metod, analyzujících podrobněji podmínky posuzované stavby po vzniku požáru, zejména intenzitu požáru, jeho šíření a šíření zplodin hoření, podmínky evakuace a zásahu s ohledem na užívání a provoz objektu. Nejméně u této skupiny objektů má být prováděn autorský dozor požární bezpečnosti při realizaci objektu.“
V případě požárně bezpečnostního řešení komplikovaných objektů, vysokých budov, velkých hotelů, obchodních, sportovních nebo kulturních center, ve kterých je důležité vyhodnotit průběh požáru a jeho vliv na stavební konstrukce, průběh evakuace nebo průběh požárního zásahu, je doporučeno použít přesnější výpočtové a analytické metody, odlišné od postupů uvedených v normě.
„Při zpracování odborné expertizy se doporučuje postupovat podle přílohy I, (podrobněji viz ISO/TR 13387/2), přičemž jde zejména o tyto oblasti požárně bezpečnostního řešení objektu nebo jeho části:
- podle konkrétních podmínek posuzovaných částí stavby stanovit mimořádná riziková ložiska požáru a charakteristické parametry požáru v těchto částech;
- podle rizikových ložisek požáru určit členění stavby do požárních úseků, stupně požární bezpečnosti a požadavky na stavební konstrukce včetně druhu konstrukcí, popř. požárně nebezpečné prostory a odstupy;
- podle charakteristických parametrů požáru a podle výskytu osob v jednotlivých částech stavby stanovit podmínky evakuace osob a to i s ohledem na schopnost jejich pohybu;
- podle specifických podmínek možného rozvoje požáru, ochrany osob a podmínek zásahu požárních jednotek stanovit instalaci požárně bezpečnostních zařízení, včetně určení základních parametrů těchto zařízení.“
Hlavními oblastmi využití specifického posouzení jsou analýzy vývoje požáru, odolnosti konstrukcí při požáru, evakuace, návrhy instalace požárně bezpečnostních zařízení a posouzení podmínek zásahu jednotek požární ochrany.
„Předpokládá se, že odbornou expertizou nedojde k zásadnímu snížení požárních zatížení oproti příloze A, či ke snížení počtu evakuovaných osob oproti ČSN 73 0818, k překročení mezních rozměrů požárních úseků (tabulka 9 až 11), k překročení výškových limitů určených pro jednotlivé konstrukční systémy apod.“
Přesnější metody výpočtu a analýzy mohou upřesnit výsledné řešení, nikoliv ho zásadně změnit. Pokud by došlo k zásadnímu snížení požadavků požární bezpečnosti oproti standardnímu postupu, lze takové řešení akceptovat pouze na základě přesvědčivého odůvodnění.
2. Komentované znění Přílohy I ČSN 73 0802 – Postup při specifickém posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti
I.1 Společné zásady
„I.1.1 Návrh postupu při podrobném hodnocení technických podmínek požární ochrany v souladu s 5.1.3 (požární inženýrství) je souborem zásad, které si kladou za cíl posoudit možný průběh požáru a jeho působení na stavební objekt včetně jeho uživatelů.“
Použití specifického posouzení je rámcově vymezeno článkem 5.1.3. Specifické posouzení je provedeno odlišně od ustanovení norem metodami požárního inženýrství, které umožňují přesněji popsat průběh požáru a související procesy.
„I.1.2 Metody tohoto postupu zahrnují následující kroky:
- a) kvalitativní analýzu;
- b) kvantitativní analýzu;
- c) posouzení výsledků analýzy podle kritérií přijatelnosti;
- d) zaznamenání a prezentace výsledků.“
Postup při specifickém posouzení lze shrnout do zodpovězení 4 základních otázek: „Proč?“, „Jak moc?“, „Je to bezpečné?“ a „Je to přesvědčivé?“. Výsledky kvalitativní a kvantitativní analýzy jsou porovnány se stanovenými kritéria přijatelnosti. Pokud řešení vyhoví, je zpracována expertní zpráva, pokud ne, navržené řešení se musí upravit a analýza opakovat. Expertní zpráva obsahuje postup a výsledky řešení ve formě, umožňující nezávislý přezkum řešení.
„I.1.3 Použití tohoto postupu představuje souhrnný pohled na požární bezpečnost staveb se snahou zachovat se hospodárně.“
Odchylné řešení oproti normě upřesňuje požadavky na stavbu ze strany požární bezpečnosti staveb a nezbytná požárně bezpečnostní opatření. Vzhledem k tomu, že standardní tabulkový postup nemůže zachytit specifika jednotlivých stavebních objektů, umožňuje specifické řešení stanovit požadavky požární bezpečnosti v případech, obtížně řešitelných normativním postupem, nebo v případech, ve kterých je normativní postup příliš konzervativní.
I.2 Kvalitativní analýza požární bezpečnosti staveb
„I.2.1 Kvalitativní analýza je souborem kvalitativních výstupů, které tvoří základ pro kvantitativní analýzu. Tato část obvykle obsahuje:
- a) vymezení cílů požární bezpečnosti a kritérií přijatelnosti;
- b) stanovení předepsaných návrhových parametrů;
- c) identifikaci možného požárního nebezpečí a jeho možných následků;
- d) určení návrhu požární bezpečnosti;
- e) volbu požárních scénářů;
- f) výběr vhodné metody analýzy.“
Kvalitativní analýza obsahuje především klasifikaci řešeného případu. Je vymezen předmět analýzy a jsou stanoveny výchozí podmínky pro analýzu. Řešitel stanoví pravděpodobné zdroje a následný průběh požáru, specifikuje vhodné požární scénáře a návrhové požáry. Návrhový požární scénář je popisem průběhu konkrétního požáru v čase a prostoru, který specifikuje, jaký má na požár vliv charakteristika objektu, uživatelé, požárně bezpečnostní zařízení a všechny ostatní faktory. Definuje zdroj a průběh vznícení, rozvoj a šíření požáru, ovlivňování požáru okolím a současně ovlivňování okolí požárem, vliv požárně bezpečnostních opatření, dohořívání požáru. Zachycuje i chování uživatelů při požáru, působení uživatelů a požárně-bezpečnostních zařízení na průběh požáru. Na základě uvedených údajů je zvolena metoda analýzy. Jednou z metod analýzy je například metoda lokálního požáru, podle cíle analýzy ale může být zvolena řada jiných metod, často spojených s využitím počítačových programů.
„I.2.2 Před zahájením zpracování návrhu požární bezpečnosti je nutné stanovit cíle a příslušná kritéria přijatelnosti. Aplikace metod odlišného postupu musí v konečném důsledku vést ke splnění hlavních cílů řešení požární bezpečnosti, kterými jsou:
- a) zabránění ztrátám na životech a zdraví;
- b) zabránění škodám;
- c) ochrana životního prostředí.“
Základní cíle jsou obecně známé, avšak musí být také dodržena jejich posloupnost, kdy primárním cílem je zabránění ztrátám na životech a zdraví, týkající se jak uživatelů objektu, tak zasahujících hasičů.
„I.2.3 Kritéria přijatelnosti, podle nichž se hodnotí úspěšnost návrhu požární bezpečnosti stavby, se dělí na:
a) doporučující;“
Doporučujícími kritérií jsou především požadavky stanovené v technických normách nebo v jiných dokumentech upravujících podmínky požární ochrany.
„b) deterministická;“
Deterministická kritéria jsou číselné hodnoty, získané z fyzikálních, experimentálních nebo empirických podkladů. Popisují reálný požár a tím poskytují možnost relevantního srovnání provedených výpočtů a reálného požáru. Na druhou stranu jsou vázány na individuální podmínky popisovaného požáru, a proto jsou z hlediska posuzovaných podmínek pouze přibližné. Proto je nezbytné k experimentálním a empirickým údajům přistupovat maximálně konzervativně.
„c) pravděpodobnostní;“
Pravděpodobnostní kritéria vycházejí z dostupných statistik, souvisejících s požárem. Umožňují zobecnit pravděpodobnost různých událostí a jejich závažnost. Spolehlivost kritérií je závislá na rozsahu databází, ze kterých statistika vychází.
„d) porovnávací.“
Porovnávací kritéria umožňují rychlé a efektivní hodnocení odlišného postupu. Poskytují možnost srovnání požárně bezpečnostního řešení s řešením jiného, podobného, objektu. Stejně jako u deterministických nebo pravděpodobnostních kritérií, je použitelnost porovnávacích kritérií závislá na dostupných zdrojích vzorových objektů.
„I.2.4 Předepsané návrhové parametry jsou dostupné informace o objektu, které mohou být podstatné při volbě strategie požární bezpečnosti. Jedná se především o znalost:
- a) rozměrů objektu (velikost objektu, počet podlaží atd.);
- b) vnitřního uspořádání objektu (dispozice) a jeho vybavení;
- c) technického vybavení objektu;
- d) technologických zařízení a technologie provozu;
- e) charakteristiky uživatelů objektu (např. schopnost jejich pohybu);
- f) opatření požární bezpečnosti a vybavení požárně bezpečnostními zařízeními;
- g) provozu objektu.“
Jako vstupní informace pro specifické posouzení slouží přesný popis objektu z požárního hlediska, jaký obsahuje požárně bezpečnostní řešení. Na přesnosti údajů však záleží mnohem více a nepřesné údaje mohou celé posouzení znehodnotit.
„I.2.5 Pro identifikaci požárního nebezpečí a jeho možných následků je nutno provést jeho systematické posouzení, které zpravidla obsahuje:
- a) posouzení množství a druhu vyskytujících se hořlavých látek, jejich požárně technické charakteristiky, případně technicko-bezpečnostní parametry;
- b) posouzení charakteru výrobků a konstrukcí stavby;
- c) posouzení vyskytujících se možných zdrojů zapálení;
- d) posouzení rizik vznikajících z neprovozních nebo havarijních stavů zařízení;
- e) zjištění a zhodnocení vnějších zdrojů rizik ohrožujících posuzovanou činnost;
- f) předpokládané obsazení osobami, jejich charakter a stav, posouzení jejich ohrožení, možností jejich evakuace a záchrany;
- g) zhodnocení možností provedení rychlé a účinné likvidace případného požáru a provedení záchranných prací vlastními silami a jednotkami požární ochrany;
- h) popis možných následků požáru (rozumně předvídatelné následky vzniklé porušením stavebních konstrukcí a zařízení nebo jejich částí, tepelnými účinky a toxickými zplodinami hoření, únikem látek, výskytem hořlavých plynů nebo par, poškozením nebo zničením komunikací, sdělovacích a jiných technických zařízení);
- i) jiné faktory.
Metodicky se doporučuje použít §15 a §16 vyhlášky č. 246/2001 Sb.“
Prvním krokem specifického posouzení je analýza objektu z požárního hlediska. Analýza formálně odpovídá standardnímu požárně bezpečnostnímu řešení v případě zvýšeného nebo vysokého požárního nebezpečí, musí být podrobná a obsahovat detailní údaje, nutné pro následující modelování a výpočtové řešení.
„I.2.6 Pro následnou kvantitativní analýzu je třeba stanovit jeden nebo více návrhů požární bezpečnosti, které se obvykle porovnávají z hlediska nákladů a účelnosti návrhu.Smyslem je nalézt ekonomický návrh, který současně vyhoví cílům a kritériím požární bezpečnosti.“
Několik návrhů požárně bezpečnostních opatření má význam pro optimalizaci investičních nákladů na stavbu. Investor může rozhodnou mezi různými variantami požárně bezpečnostních opatření. Z hlediska požární bezpečnosti postačuje stanovit jeden výchozí návrh, který po provedení analýz vyhoví stanoveným kritériím.
„I.2.7 Obecně je možné požární scénář definovat jako popis časového průběhu požáru ovlivněného faktory jako je prostředí, chování osob, požárně bezpečnostní zařízení a jiné.“
Požární scénář popisuje předpokládaný průběh událostí při požáru v celém objektu. Nejde tedy jen o vývoj požáru, ale také o chování konstrukce objektu, vliv technologických a požárně bezpečnostních zařízení nebo chování osob při likvidaci požáru a při evakuaci.
„I.2.8. Za vhodné požární scénáře se považují tzv. návrhové požární scénáře, které představují přijatelnou horní mez rizika. Obvykle vyjadřují nejnepříznivější variantu rozvoje požáru. Způsob jejich určení se provádí metodou klasifikace rizika, která bere v úvahu jak následky, tak i pravděpodobnost požárního scénáře.
Návrhový požární scénář představuje konkrétní kombinaci vlivu faktorů jako je:
- a) druh, velikost a umístění zdroje hoření;
- b) druh a rozmístění paliva;
- c) prostředí (vnitřní, vnější);
- d) technické a technologické zabezpečení objektu;
- e) provedení jednotlivých opatření požární bezpečnosti.“
Výběru vhodných návrhových požárů je nutné věnovat dostatečnou pozornost, protože výběr nesprávného návrhového požáru může zcela změnit výsledky požárně bezpečnostního řešení. Vždy musí být provedena analýza nejpravděpodobnějších příčin požáru a oceněny jejich následky. Řešení by mělo být provedeno pro všechny návrhové požáry s vysokou pravděpodobností vzniku a současně se závažnými následky. Při hodnocení požáru by se vždy mělo postupovat konzervativně.
„I.2.9 Metody využívané pro kvantitativní analýzu jsou následující: a) jednoduché výpočty;“
Jednoduché výpočty jsou často používaným postupem a zahrnují metodu teplotních křivek nebo lokálního požáru. Tyto výpočty lze provádět ručním výpočtem.
„b) deterministická řešení;“
Deterministická řešení spočívají ve výpočtu fyzikálních, především termohydraulických, procesů. Nejčastěji jde o CFD (Computational Fluid Dynamics) modely pro simulaci proudění kapalin a plynů včetně přenosu tepla a hmoty.
„c) pravděpodobnostní řešení.“
Pravděpodobnostní metoda využívá statistická data ze skutečných požárů. Při dostatečně rozsáhlé databázi údajů o vzniku, průběhu a následcích požárů, může tato metoda poskytovat velmi dobré výsledky. Aktuálně dostupné databáze mají ale jen omezené použití a je proto nutné ověřit, zda je jejich použití pro konkrétní případ vhodné.
Jednotlivé metody je možné a často i vhodné kombinovat.
I.3 Kvantitativní analýza požární bezpečnosti staveb
„I.3.1 Pro posouzení hlavních cílů požární bezpečnosti a kriterií přijatelnosti v kvantitativní analýze se řeší dílčí části návrhu požární bezpečnosti, které vzájemně spolupůsobí. Jedná se zpravidla o hodnocení dynamiky požáru a jeho průvodních jevů, stavebních konstrukcí za požáru, návrhu požárně bezpečnostních zařízení, bezpečné evakuace osob, odstupových vzdáleností a podmínek pro zásah požárních jednotek.“
Kvantitativní analýza obsahuje vlastní výpočet průběhu požáru a souvisejícího vývoje událostí. Především se jedná o chování ohně a kouře, ohřev a zachování stability stavebních konstrukcí, aktivaci a vliv požárně bezpečnostních zařízení a změny podmínek evakuace osob a podmínek požárního zásahu, přičemž se jednotlivé faktory mohou vzájemně ovlivňovat. Výsledkem kvantitativní analýzy je znalost časového vývoje požáru ve všech souvislostech.
„I.3.2 Pro vybrané návrhové požární scénáře se stanovuje předpokládaná charakteristika požáru (návrhový požár), která idealizuje skutečný požár, k němuž může v objektu dojít. Zpravidla jsou zaznamenávány časové změny proměnných (rychlost uvolňování tepla, velikost požáru aj.).“
Návrhový požár je idealizovanou představou skutečného požáru, ke kterému může v dané situaci skutečně dojít. Pro návrhový požár se volí model nejpravděpodobnějšího požáru nebo se řeší více modelů pravděpodobných požárů. Návrhové požáry obvykle obsahují model vývoje rozhodujících parametrů požáru, např. intenzity uvolňování tepla, velikosti požáru, teplot v různých místech prostoru, uvolňování kouře a toxických zplodin a další. Výpočet návrhového požáru poskytuje množství výsledků, kterými jsou například stanovení teplot na povrchu stavebních konstrukcích nebo pohyb kouře ve sledovaném prostoru.
„I.3.3 Průběh návrhového požáru se zpravidla rozděluje na fázi před celkovým vzplanutím a na fázi po celkovém vzplanutí.“
Podstatou návrhového požáru je popis jednotlivých fází požáru. Celkové vzplanutí (flashover) představuje skokovou změnu ve vývoji požáru, kdy dojde k okamžitému vzplanutí všech hořlavých látek v prostoru, zasaženém požárem. Proto se výpočtové modely požáru před celkovým vzplanutím a po celkovém vzplanutí liší.
„Poznámka. Ne všechny požáry však mají stejný průběh, ať už pro nedostatek paliva nebo oxidačního činidla, případně z důvodů aktivace požárně bezpečnostních zařízení. Navíc u skutečných požárů nemusí vždy dojít k plně rozvinuté fázi.“
Průběh požárů je z velké části individuální a závisí na konkrétních podmínkách v zasaženém prostoru. Obecně rozlišujeme požáry řízené palivem a požáry řízené odvětráním. Průběh většiny požárů obvykle doprovázejí individuální skokové změny. Skokové změny ve vývoji požáru mohou být způsobeny řadou různých faktorů, například změnami stavebních nebo technologických konstrukcí, a musí být analyzovány v rámci jednotlivých požárních scénářů.
I.4 Posouzení výsledků analýzy podle kritérií přijatelnosti
„I.4.1 Po provedení kvalitativní a kvantitativní analýzy se přistupuje k posouzení zjištěných výsledků podle kriterií přijatelnosti vymezených v kvalitativní analýze (viz I.2).“
Výsledky analýzy je nutné porovnat s kritérii přijatelnosti a navržené požárně bezpečnostní řešení musí vyhovět stanoveným požadavkům požární bezpečnosti. Typickými kritérii jsou podmínky, že požární odolnost konstrukcí musí umožnit evakuaci a požární zásah, vývoj kouře a toxických látek musí umožnit evakuaci osob, požární zásah musí předejít zhroucení nosných konstrukcí, apod.
„I.4.2 Nejsou-li kritéria přijatelnosti splněna, celý postup návrhu postupů při odlišném způsobu se zopakuje s modifikovanými vstupními parametry tak, aby tato kritéria přijatelnosti splněna byla.“
Pokud zjištěné údaje neodpovídají kritériím, je nutné změnit výchozí parametry stavby nebo navržená požárně bezpečnostní opatření a analýzu opakovat. Úpravy výchozích údajů je nezbytné provést takovým způsobem, aby výsledné řešení kritéria splnilo, případně celý cyklus několikrát opakovat, dokud není shoda dosažena.
„I.4.3 Jsou-li kriteria přijatelnosti uznána jako přiměřená, následuje záznam a prezentace výsledků.“
Jakmile je dosaženo shody výsledků analýzy se stanovenými požadavky, je nezbytné popsat řešení tak, aby bylo srozumitelné a umožnilo nezávislou kontrolu.
I.5 Zaznamenání a prezentace výsledků
„I.5.1 Podoba „technické zprávy řešení požární bezpečnosti“ při odlišném způsobu splnění technických podmínek požární ochrany závisí na charakteru a rozsahu požárně inženýrského posouzení, ale jsou pro ni typické následující údaje:
- a) cíle a rozsah hodnocení;
- b) popis objektu a navržených požárně bezpečnostní zařízení;
- c) popis a charakteristika uživatelů;
- d) cíle požární bezpečnosti;
- e) kriteria přijatelnosti;
- f) podklad pro výběr požárních scénářů;
- g) návrhy požární bezpečnosti;
- h) strategie řízení požární bezpečnosti;
- i) výsledky kvalitativní studie návrhu;
- j) analýza výsledků kvantitativní studie návrhu s podrobným rozvedením:
- 1) podkladů;
- 2) popisu použitých modelů a jejich omezení;
- 3) vstupních a výstupních dat;
- 4) odborných posudků;
- 5) výpočtových metod;
- 6) platnosti použité metodiky;
- 7) analýzy citlivosti výpočtu.
- k) analýzu výsledků kvantitativní analýzy s podrobným rozvedením (předpokladů, popisu použitých modelů a jejich omezení, vstupních a výstupních dat pro každý subsystém, odborných posudků, výpočtových metod, platnosti metodiky, analýzy citlivosti);
- l) porovnání výsledků kvantitativní analýzy s kritérii přijatelnosti;
- m) požadavky na požární bezpečnost;
- n) závěry s podrobným uvedením požadavků na požární ochranu a všech omezení při jejich užívání;
- o) odkazy na výkresy, dokumentaci návrhu, odbornou literaturu.
POZNÁMKA Z důvodu přehlednosti technické zprávy řešení požární bezpečnosti je vhodné, aby byla rozdělena na textovou část a přílohy, kde by byly uvedeny výpočty, výsledky softwarových výpočtů, podrobné analýzy apod.“
V případě odlišného postupu musí požárně bezpečnostní řešení obsahovat podrobný popis všech kroků a rozhodnutí, učiněných v rámci řešení. Při použití empirických vzorců nebo empirických údajů musí být uváděny odkazy, odkud byly vzorce čerpány. Při použití výpočtových programů musí zpráva obsahovou přesnou identifikaci použitého software včetně jeho verze. Popis řešení musí umožnit kontrolu a přezkum předpokladů, vstupních dat, výpočtů i provedených závěrů.
Použitá literatura
- [1] ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty, 05/2009, 122 stran, vydal ÚNMZ, Zpracovatel: Ing. Vladimír Reichel, DrSc. ve spolupráci s PAVUS, TNK 27 Požární bezpečnost staveb, pracovník ÚNMZ Ing. Radek Špaček
Odkaz: http://csnonline.unmz.cz/ - [2] Odlišný způsob splnění technických podmínek, 06/2009, 11 stran, sestavila subkomise SC4 Požární inženýrství TNK 27 Požární bezpečnost staveb, Zpracovatel: Ing. Rudolf Kaiser, Ing. Petr Kučera, Ing. Jiří Pokorný, Ph.D., Ing. Tomáš Pavlík
Odkaz: http://www.hzscr.cz/soubor/odlisny-zpusob-splneni-technickych-podminek-08-06-2-pdf.aspx
Fire engineering is a way to define the requirements of fire safety at risk, complex and unusual structures. It consists in a specific risk assessment of fire safety conditions in a different ways from those of the procedure prescribed in Czech technical standards under § 99 of Act No. 133/1985 Coll. for fire protection. Notes on the standards will be presented in three parts. Part One: Non-industrial buildings.