POÁRNÍ INENÝRSTVÍ JAKO JEDNA Z CEST KE ZVÝENÍ BEZPE NOSTI KULTURNÍCH PAMÁTEK

Transkript

1 POÁRNÍ INENÝRSTVÍ JAKO JEDNA Z CEST KE ZVÝENÍ BEZPE NOSTI KULTURNÍCH PAMÁTEK Ing. Ji í Pokorný, Ph.D 1., doc. Ing. Mikulá Monoi, PhD 2. Anotace P ísp vek se zabývá monosti vyuití poárn inenýrských metod p i hodnocení kulturních památek. Charakter t chto staveb a snaha o zachování jejich historické autenti nosti, m e být p í inou vzniku konfliktních situací p i jejich posouzení z hlediska poární bezpe nosti. Na p ípadové studii obrazárny jsou demonstrovány n které z moností model poáru, které jsou jedním z moných nástroj p i pouití jiných eení odchylných od standard, které reprezentuje stávající základna technických p edpis. Stanovené poadavky budou asto kompromisem mezi zajit ním ur ité bezpe nostní úrovn, ovem s ohledem na specifický charakter t chto staveb. Klí ová slova Kulturní památky, poárn inenýrské metody, poární modely, p ípadová studie Úvod Ochrana kulturních památek proti negativním následk m poár je ve sv t ji dlouhodob diskutována a jednotlivé zem se snaí nalézt svou vlastní cestu pro zajit ní jejich bezpe nosti. P í iny popisovaných aktivit a moná eení jsou znázorn ny na obr. 1. Na obr. 2 je znázorn na p vodní stavba Kostela svaté Kate iny v Ostrav Hrabové (stavba byla postavena p iblin ve 14. století), který zcela vyho el v roce Replika kostela byla dokon ena v roce A koli se jedná o repliku velmi zda ilou, z hlediska historické hodnoty se vak ji nejedná o p vodní stavbu, jde pouze o repliku a tedy absolutní ztrátu kulturní památky. 1 Ing. Ji í Pokorný, Ph.D, Hasi ský záchranný sbor Moravskoslezského kraje, Výkovická 40, Ostrava Záb eh, tel , jiri.pokorny@hzsmsk.cz 2 doc. Ing. Mikulá Monoi, PhD., ilinská univerzita v iline, FI, Katedra poiarneho ininierstva, Ul. 1. Mája 32, ilina, tel: , mikulas.monosi@fsi.uniza.sk Tren ín, mája

2 Pokorný J., Monoi M. X. medzinárodná konferencia FIRECO Obr. 1 P í iny preventivních aktivit ochrany kulturních památek a moná eení Obr. 2 Kostel svaté Kate iny v Ostrav Hrabové 414 Tren ín, mája 2013

3 V posledních letech se snahami o ochranu kulturních památek intenzivn zabývá také eská republika. D kazem popisovaných aktivit je úzká spolupráce Hasi ského záchranného sboru eské republiky s Národním památkovým ústavem, který zaji uje úkoly státní památkové pé e, a v n kterých p ípadech také p ímo s vlastníky památek. V p edchozích letech, zejména 2009 a 2010, byla do kmenových norem poární bezpe nosti staveb, tedy SN [1] a SN [2], vloena ustanovení, která u komplikovaných nebo rizikových stavebních objekt doporu ují pouití speciálních hodnotících postup, odborných expertíz. P i jejich zpracování se doporu uje postupovat podle p íloh uvedených norem, které podrobn ji rozvádí zásady postupu p i specifickém posouzení vysoce rizikových podmínek poární bezpe nosti, podrobn ji pak podle ISO/TR Fire safety engineering - Part 2: Design fire scenarios and design fires [3]. Rizikovost objekt, u kterých se doporu uje zpracování odborných expertíz, je vymezena pouze rámcov. Jedná se o objekty vyí ne 60 m, prostory, kde dochází ke shromád ní velkého po tu osob a dalí blíe nespecifikované p ípady, kde se pouití t chto postup jeví jako opodstatn né. Kulturní památky tvo í nesporn kategorii, která zde m e být za azena (viz obr. 1). D vodem je skute nost, e kulturní památky mohou být z hlediska svého dispozi ního, materiálového, konstruk ního nebo provozního charakteru významn odliné od staveb, se kterými se obvykle setkáváme. Navíc, práv vzhledem k jejich historickému významu, jsou úpravy asto problematické, n kdy a nereálné. Uplatn ní stávajících bezpe nostních standard, tedy také poadavk projek ních norem poární bezpe nosti staveb, m e v kone ném d sledku vést ke stavbám sice kvalitativn bezpe n jím, ovem s mizivou historickou hodnotou. Takový výsledek je pochopiteln neádoucí. Zde se nachází vhodná p íleitost pro vyuití poárn inenýrských metod. Rámcový popis postupu p i poárn inenýrském hodnocení Návrh postup p i odliném zp sobu spln ní technických podmínek poární ochrany je souborem zásad, které si kladou za cíl posoudit moný pr b h poáru a jeho p sobení na své okolí. Zpravidla zahrnuje kvalitativní analýzu, kvantitativní analýzu, posouzení výsledk analýzy podle kritérií bezpe nosti, zaznamenání a prezentaci výsledk (viz obr. 3). Tren ín, mája

4 Pokorný J., Monoi M. X. medzinárodná konferencia FIRECO Obr. 3 Postup eení p i vyuití poárn inenýrských metod P i hodnocení jsou v rámci kvalitativní a kvantitativní analýzy posouzena p edem stanovená kritéria p ijatelnosti, p i em vstupními údaji jsou p edepsané a p edpokládané návrhové parametry. Princip zpracování kvantitativní analýzy je zaloen na vým n informací mezi Centrem globálních informací (datovou sb rnicí) a jednotlivými subsystémy SS1 a SS5 (viz obr. 4). Sdílení dat mezi datovou sb rnicí a subsystémy umo uje komplexní posouzení stavby z hlediska poární bezpe nosti. Obr. 4 Znázorn ní subsystém p i eení kvantitativní analýzy 416 Tren ín, mája 2013

5 Filosofie posouzení jednotlivých subsystém je obsahem technických norem ISO/TR X. Pro názornost bude nazna en princip eení subsystém SS4 a SS5. Subsystém SS4 se zabývá zejména hodnocením fází innosti aktivních poárn bezpe nostních za ízení. Jedná se p edevím o dobu detekce, aktiva ní dobu a dobu innosti hasicího za ízení. Obsahem bývá zpravidla také posouzení ú innosti hasicího za ízení. [4] Subsystém SS5 se umo uje volbu n které ze strategií evakuace osob a následn rozvádí zásady pro jejich posouzení. Základními strategiemi se rozumí: úplná evakuace osob z poárem zasaeného objektu, áste ná evakuace osob do chrán ného prostoru v objektu, kde mohou osoby setrvat a v p ípad pot eby dokon it bezpe n evakuaci jako sou ást ízeného systému, v p ípadech, kdy není evakuace z provozních d vod moná, musí být umon no setrvání osob na míst, p i em konstrukce objektu musí zajistit, aby toto místo z stalo trvale nebo po stanovenou dobu bezpe ným místem, záchrana jednotkou poární ochrany. [5] Popis postupu p i poárn inenýrském hodnocení je detailn ji rozveden v jiných literárních zdrojích (nap. [6], [7], [8], [9], [10], [11]) a jeho detailn jí popis není p edm tem tohoto p ísp vku. Fragment p ípadové studie obrazárny V následujících odstavcích bude prezentován fragment p ípadové studie obrazárny s vyuitím poárn inenýrského postupu. Popis eené geometrie a stavebního provedení Hodnocen bude prostor obrazárny s výstavními sín mi a dalím zázemím o p dorysném rozm ru 30/25 m, konstruk ní výce 3,6 m a sv tlé výce 3,0 m. Nosné a obvodové konstrukce jsou tvo eny kombinaci kamenného a cihelného zdiva, stropní konstrukce je d ev ná. Hodnocená ást objektu není d lena do poárních úsek. Ohnisko poáru je umíst no p iblin ve st edu místnosti obrazárny. Zjednoduená geometrie hodnocené ásti objektu je schematicky znázorn ná na obr. 5. Tren ín, mája

6 Pokorný J., Monoi M. X. medzinárodná konferencia FIRECO Obr. 5 Zjednoduená geometrie posuzované ásti objektu Cílem prezentované p ípadové studie je p iblíit rozvoj poáru v prostorách obrazárny v dob 10 minut. Rozvoj poáru byl navren podle k ivky t-kvadratického poáru, kde rychlost uvol ování tepla je úm rná druhé mocnin asu. Sledován byl nár st teploty a pokles vrstvy kou e. Pouité modely poáru Rozvoj poáru a pohyb kou e v posuzované ásti objektu byl simulován modelem CFAST (Consolidated Model of Fire Growth and Smoke Transport, verze 6) a FDS (Fire Dynamik Simulator, verze 5) [12]. Model CFAST je dvouzónový matematický model poáru vyvinutý NIST (National Institute of Standards and Technology, Maryland, USA), který umo uje stanovit zejména vývoj a distribuci kou e, zplodin ho ení, teplotu v posuzovaném prostoru, teplotu konstrukcí v závislosti na p ísluném poárním scéná i atd. (viz Model FDS je model typu pole zaloen na teorii dynamiky proud ní tekutin (CFD) vyvinutý NIST (National Institute of Standards and Technology, Maryland, USA), který umo uje stanovit adu parametr doprovázejících rozvoj poáru a to pro díl í objemy prostoru. Model vyuívá k eení Navier-Stokesovy rovnice, které jsou vhodné k hodnocení tok se zohledn ním transportu kou e a tepla (viz Výe uvedené poární modely pouívají jako nástroj pro vizualizaci numerických výpo t software Smokeview. 418 Tren ín, mája 2013

7 Posouzení n kterých parametr poáru modelem CFAST Nár st teploty a postupný pokles vrstvy kou e v prostorách obrazárny jsou znázorn ny na obr. 6. Obr. 6 Znázorn ní zm ny teploty a úrovn kou e v prostorách obrazárny Je z ejmé, e v dob 600 s inila teplota v prostoru obrazárny p iblin 100 C. K poklesu vrstvy kou e na úrove 2,5 m dochází p iblin v ase 230 s. asový pr b h nár stu teploty a poklesu vrstvy kou e je znázorn n na obr. 7. Obr. 7 asový pr b h nár stu teploty a poklesu vrstvy kou e Tren ín, mája

8 Pokorný J., Monoi M. X. medzinárodná konferencia FIRECO Pom rn píznivý pr b h sledovaných parametr, tedy nár stu teploty a poklesu vrstvy kou e, je zp soben zejména nízkým rizikem v hodnoceném prostoru. Hodnota nahodilého poárního zatíení obrazáren p n = 15 kg.m -2 (viz p íloha A, tab. A.1 SN ). Posouzení n kterých parametr poáru modelem FDS Nár st teploty a postupný pokles vrstvy kou e v prostorách obrazárny jsou znázorn ny na obr. 8. Obr. 8 Znázorn ní zm ny teploty a úrovn kou e v prostorách obrazárny Vzhledem k charakteru software FDS bylo nutné sledované parametry hodnotit na více místech prostoru. Byl zvolen st ed místnosti, nad ohniskem poáru, a krajní ást místnosti. Porovnání sledovaných parametr na t chto místech, umoní vytvo it si reáln jí p edstavu o výsledcích simulace. V dob 600 s inila teplota ve st edu místnosti (nad ohniskem) p iblin 400 C. K poklesu vrstvy kou e na úrove 2,5 m dochází v tomto míst p iblin v ase 35 s. Zm na parametr, které byly sledovány, je ve st edu místnosti obrazárny velmi výrazná a odliná od software CFAST. V dob 600 s inila teplota v krajní ásti místnosti p iblin 120 C. K poklesu vrstvy kou e na úrove 2,5 m dochází v tomto míst p iblin v ase 180 s. Stanovené parametry v krajní ásti místnosti jsou do zna né míry podobné hodnotám získaným modelem CFAST. í ení kou e v prostorách obrazárny je znázorn no na obr Tren ín, mája 2013

9 Obr. 9 Znázorn ní í ení kou e v prostorách obrazárny Monosti software FDS jsou vak podstatn irí. Teplotu je moné sledovat na podélných nebo p í ných ezech v libovolném míst, nap. ohniskem poáru. Sou asn je moné prostorov hodnotit pokles viditelnosti v prostoru na ur itou hodnotu. Ukázka teploty v míst ohniska poáru a poklesu viditelnosti na 5 a 10 m je znázorn na na obr. 10. Obr. 10 Znázorn ní teploty v míst ohniska poáru a poklesu viditelnosti Tren ín, mája

10 Pokorný J., Monoi M. X. medzinárodná konferencia FIRECO Shrnutí V rámci p ípadové studie byly hodnoceny n které z pr vodních jev, které doprovázejí poár v prostorách obrazárny. Pro hodnocení byl vyuit zónový model poáru a model poáru typu pole. A koli jsou modely poáru typu pole zjevn perspektivn jí, je z ejmé, e zónové modely poáru, mohou i dnes najít své uplatn ní. Nezajímavá není rovn doba provedených simulací jednotlivými software. P i pouití zónového modelu CFAST nep ekro ila doba simulace 60 s, v p ípad modelu FDS inila tato doba p iblin 30 hodin. Záv r Je neoddiskutovatelné, e kulturní památky mají charakteristické rysy, které se promítají také v oblasti poární bezpe nosti. A koli jejich stavebn technické eení zpravidla neodpovídá, a st í také m e odpovídat, stávajícím technickým standard m, skýtá jejich provedení z hlediska poární ochrany nejen stránky negativní, ale do ur ité míry také pozitivní (nap. masivní stavební konstrukce, obvodové a nosné konstrukce t ídy reakce na ohe A1). Moná pozitiva mohou být p i jejich úpravách vyuita. V rámci stavebních úprav je moné poární bezpe nost t chto staveb do ur ité míry vylepit. Výsledek vak bude pravd podobn vdy ur itým kompromisem mezi stávajícími technickými standardy a zachováním jejich historické hodnoty. Specifický charakter kulturní památek m e, a asto i bude, vyadovat uplatn ní specifických hodnotících postup, mezi které je moné za adit také metody poárního inenýrství. Ukázka pouití poárních model na fragmentu p ípadové studie obrazárny, pouze populární formou demonstruje n které jejich monosti. Literatura: [1] SN Poární bezpe nost staveb Nevýrobní objekty. Praha: Ú ad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkuebnictví, [2] SN Poární bezpe nost staveb Výrobní objekty. Praha: Ú ad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkuebnictví, [3] ISO/TR Fire safety engineering - Part 2: Design fire scenarios and design fires. Geneva: International Organization for Standardization, [4] ISO/TR Fire safety engineering - Part 7: Detection, activation and suppression. Geneva: International Organization for Standardization, [5] ISO/TR Fire safety engineering - Part 8: Life safety Occupant behaviour, location and condition. Geneva: International Organization for Standardization, [6] HZS R, Postup p i odliném zp sobu spln ní technických podmínek poární ochrany [online] URL: < [cit ]. 422 Tren ín, mája 2013

11 [7] ISO/TS Fire safety engineering Selection of design fire scenarios and design fires. Geneva: International Organization for Standardization, [8] KU ERA, P., KAISER, R. Úvod do poárního inenýrství. Edice SPBI SPEKTRUM, sv. 52. Ostrava: Sdruení poárního a bezpe nostního inenýrství, s ISBN [9] KU ERA, P., KAISER, R., PAVLÍK, T., POKORNÝ, J.: Metodický postup p i odliném zp sobu spln ní technických podmínek poární ochrany. EDICE SPBI SPEKTRUM 56. Ostrava: Sdruení poárního a bezpe nostního inenýrství, 2008, 201 s., ISBN [10] KU ERA, P., KAISER, R., PAVLÍK, T., POKORNÝ, J.: Poární inenýrství Dynamika poáru. EDICE SPBI SPEKTRUM 65. Ostrava: Sdruení poárního a bezpe nostního inenýrství, 2009, 152 s., ISBN [11] SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Fourth Edition. Quincy: National Fire Protection Association, ISBN-10: , ISBN-13: [12] Fire Modeling Information at NIST [online]. URL: < [cit ]. Tren ín, mája