Požární ochrana 2015

Transkript

1 Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství a Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství se sídlem VŠB - Technická univerzita Ostrava ve spolupráci s Českou asociací hasičských důstojníků Recenzované periodikum Požární ochrana 2015 Sborník přednášek XXIV. ročníku mezinárodní konference Ostrava, VŠB - TU září 2015

2 Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství a Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství se sídlem VŠB - Technická univerzita Ostrava ve spolupráci s Českou asociací hasičských důstojníků Recenzované periodikum Požární ochrana 2015 Sborník přednášek XXIV. ročníku mezinárodní konference pod záštitou rektora Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava prof. Ing. Iva Vondráka, CSc. a generálního ředitele HZS ČR brig. gen. Ing. Drahoslava Ryby a Českého národního výboru CTIF Ostrava, VŠB - TU září 2015

3 Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova Ostrava-Výškovice Česká republika Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství se sídlem VŠB - TU Ostrava Lumírova Ostrava-Výškovice Česká republika Česká asociace hasičských důstojníků Výškovická 2995/ Ostrava-Zábřeh Česká republika Český národní výbor CTIF Kloknerova Praha 414 Česká republika Recenzované periodikum POŽÁRNÍ OCHRANA 2015 Sborník přednášek XXIV. ročníku mezinárodní konference Editor: doc. Dr. Ing. Michail Šenovský Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství Nebyla provedena jazyková korektura Za věcnou správnost jednotlivých příspěvků odpovídají autoři ISBN ISSN

4 Odborný garant konference Chairman doc. Dr. Ing. Michail Šenovský - VŠB - TU Ostrava Vědecký výbor konference Scientific Programe Committee brig. gen. Ing. Drahoslav Ryba - generální ředitel HZS ČR a předseda Českého národního výboru CTIF prof. Ing. Pavel Poledňák, Ph.D. - děkan FBI VŠB - TU Ostrava brig. gen. v z. prof. Ing. Rudolf Urban, CSc. - Univerzita obrany st. bryg. prof. dr hab. inż. Zoja Bednarek - SGSP Warszawa prof. Dr. Ing. Aleš Dudáček - VŠB - TU Ostrava prof. Ing. Karol Balog, PhD. - STU Bratislava assoc. Prof. Dr. Ritoldas Šukys - TU Vilnius prof. Ing. Anton Osvald, CSc. - Žilinská univerzita Dr. Júlia Hornyacsek, PhD. - National University of Public Service, Budapest prof. RNDr. Pavel Danihelka, CSc. - VŠB - TU Ostrava prof. Dr. rer. nat. Tammo Redeker - Institut für Sicherheitstechnik Freiberg Organizační výbor konference Organising Conference Committee doc. Ing. Vilém Adamec, Ph.D. - VŠB - TU Ostrava doc. Ing. Ivana Bartlová, CSc. - VŠB - TU Ostrava Ing. Petr Bebčák, Ph.D. - VŠB - TU Ostrava Ing. Lenka Černá - SPBI Ostrava Ing. Jaroslav Dufek - PAVUS, a.s. Praha doc. Dr. Ing. Miloš Kvarčák - VŠB - TU Ostrava plk. Ing. Zdeněk Ráž - TÚPO Praha doc. Ing. David Řehák, Ph.D. - VŠB - TU Ostrava doc. Ing. Marek Smetana, PhD. - VŠB - TU Ostrava doc. Mgr. Ing. Radomír Ščurek, Ph.D. - VŠB - TU Ostrava doc. Ing. Petr Štroch, Ph.D. - RSBP spol. s r.o. plk. Ing. Vladimír Vlček, Ph.D. - Česká asociace hasičských důstojníků

5 Kształcenia studentów w specjalności Bezpieczeństwo i porządek publiczny 246 Pączek Tomasz, Zaorski Maciej Zkušenosti s novými zkušebními postupy prováděnými v laboratoři hořlavosti VVUÚ, a. s. v roce zkoušení podpalovačů pevných paliv a kontejnerů pro přepravu airbagů 250 Papiková Monika, Starzyczny Petr FIRESAFE - vybrané metody podrobného hodnocení požárně nebezpečného prostoru a odstupových vzdáleností 253 Pavlík Tomáš CFD model lokálního hašení požáru 256 Pechová Pavla, Garlík Bohumír Praktické zkušenosti s instalacemi protivýbuchové ochrany v jednotlivých typech průmyslů 261 Pešák Miloš, Štroch Petr FIRESAFE - Zásady evakuačních procesů a evakuační modely 265 Pokorný Jiří, Kučera Petr FIRESAFE - Statistické zdroje využitelné pro požárně inženýrské aplikace 268 Pokorný Jiří, Nanek Martin, Pliska Martin, Šlachta Zdeněk Urban Planning and Fire Protection 271 Radosavljevic J., Milosevic L., Vukadinovic A., Ristic D., Petkovic A. Posúdenie vplyvu starnutia na vybrané vlastnosti penotvorných prísad 275 Rantuch Peter, Martinka Jozef, Balog Karol, Zabáková Monika Výstupy projektu SPOKRGIT 279 Rapant Petr, Kolejka Jaromír, Inspektor Tomáš, Orlíková Lucie, Batelková Kateřina, Zapletalová Jana, Kirchner Karel, Krejčí Tomáš Nové zkušební metody pro stanovení vlastností plynných hasiv používané na Technickém ústavu Požární ochrany - Praha 283 Růžička Milan, Bursíková Petra Velkorozměrová požární zkouška zateplení stěn dle ISO a její návaznost na aktuální požadavky ČSN Rydlo Pavel Návrh kritérií kritičnosti prvků železniční dopravní infrastruktury 291 Slivková Simona, Tašlová Johana, Novotný Petr Methods of Measuring the Real Concentration of the Foaming Solution in Fixed Firefighting Foam Systems 295 Sobolewski Mirosław, Król Bernard, Jakubiec Jakub, Gancarczyk Dominika Automatický hasiaci systém do automobilov 302 Svetlík Jozef, Válek Roman Testing the Safety Valves of a LPG System in a Car Fire 305 Szajewska Anna Stopy šíření požáru znatelné na karoseriích dopravních prostředků 308 Šafránek Ondřej Sanža Simulace chemisorpce par organických rozpouštědel a možnosti hašení aktivního uhlí v adsorbérech 311 Ševčík Libor, Růžička Milan, Karl Jan Hodnocení vlivu extrémně vysokých teplot na vlastnosti stavebních materiálů 314 Šimůnek Ivo, Rydval Milan Optimalizace vybavení požárních stanic výškovou technikou 317 Tajovský Martin, Kvarčák Miloš Využití tlakovzdušné pěny pro hašení pevných látek v uzavřeném prostoru 321 Thomitzek Adam, Nekula Martin, Ondruch Jan, Chudová Dana, Vlček Vladimír Odstranění ropných látek za pomoci laboratorně připraveného adsorpčního hadu a druhotných surovin 324 Trapl Alexandr, Heviánková Silvie Využití CFD numerických simulací pro zjišťování místních výbušných koncentrací 329 Tulach Aleš, Mynarz Miroslav, Kozubková Milada Metodyka kształcenia studentów w specjalności Zarządzanie kryzysowe 333 Urbanek Andrzej, Rogowski Krzysztof Uvedení vyhrazených elektrických zařízení do provozu 345 Valta Miroslav, Maturová Jana Horľavý prach vo farmaceutickom priemysle 349 Vandlíčková Miroslava Účinnosť a spoľahlivosť elektrickej požiarnej signalizácie 352 Vandlíčková Miroslava Zákonné povinnosti pro zajištění bezpečnosti lakovacích kabin z hlediska nebezpečí požáru nebo výbuchu 354 Veličková Eva Osobní dohledový systém pro podporu výcviku a zvýšení bezpečnosti příslušníků a pracovníků složek IZS 358 Veselý Tomáš, Smrčka Pavel, Kučera Lukáš, Vítězník Martin, Hon Zdeněk, Žižka Jan

6 Softwarové zabezpečení výuky studentů SP ochrana obyvatelstva na FLKŘ UTB ve Zlíně 363 Vičar Dušan, Ulčíková Danuše, Rak Jakub Snižování hořlavosti EPS izolací 367 Vörös František Vývoj hasiva na bázi metakaolínu 371 Vystrčil Václav, Karl Jan, Ševčík Libor Carbon Monoxide Hazards in Residential Buildings 374 Woliński Marek Vývojové trendy protipožárních systémů v proudových stíhacích letounech Československa a České republiky od roku Zavila Ondřej, Chmelík Rudolf Simulation of Fire Radiative Heat Flux through Compartment Openings Using FDS 380 Zigar Darko, Pesic Dusica, Anghel Ion, Misic Nikola Tlakový účinok výbuchu nástražného výbušného systému a možnosti eliminácie následkov jeho pôsobenia 384 Zvaková Zuzana, Figuli Lucia Možnosti modelování simulovaných požáru v uzavřeném prostoru prováděných ve výcvikovém zařízení na plynná paliva ve Zbirohu 388 Žižka Jan, Bursíková Petra, Dudáček Aleš Popis prostředí základních výcvikových prostor výcvikového zařízení pro simulaci požáru v uzavřeném prostoru ve Zbirohu 393 Žižka Jan, Hora Jan, Dudáček Aleš Zkoušky požární odolnosti dílců tunelového ostění z lehkého betonu 399 Bradáčová Isabela, Kučera Petr, Dufek Jaroslav Experimental Study on Increasing Retention Time of Inert Gases by Changing the Composition of Mixture 404 Wnek Waldemar, Porowski Rafal, Kubica Przemyslaw

7 Kształcenia studentów w specjalności Bezpieczeństwo i porządek publiczny Education Students in Specialties Security and Public Order" dr Tomasz Pączek mgr Maciej Zaorski Akademia Pomorska w Słupsku ul. Arciszewskiego 22a, Słupsk, Polska tomasz.paczek@apsl.edu.pl, mzaorski@apsl.edu.pl Abstract Kształcenie na uczelniach cywilnych kierunków związanych z bezpieczeństwem oraz zmiany w dokumentach normatywnych na temat szkolenia funkcjonariuszy Policji dały możliwość podjęcia współpracy uczelni wyższych z Komendantem Głównym Policji. Współpraca ta ma na celu wspólne kształcenie przyszłych funkcjonariuszy Policji w zakresie zawodowym podstawowym. Dzięki podpisaniu stosownych porozumień z Komendantem Głównym Policji uczelnie wyższe mogą kształcić w zakresie teoretycznym swoich studentów zaś w zakresie praktycznym Szkoły Policji. Kadra naukowo-dydaktyczna Instytutu Bezpieczeństwa Narodowego Akademii Pomorskiej w Słupsku podjęła działania mające na celu kształcenie swoich absolwentów do odbycia szkolenia zawodowego podstawowego w Szkołach Policji. W niniejszym artykule autorzy opisali przyjęte w Akademii Pomorskiej rozwiązania programowe wykorzystywane w procesie kształcenia studentów w specjalności bezpieczeństwo i porządek publiczny. Słowa kluczowe Bezpieczeństwo i porządek publiczny; Policja; kształcenie specjalistyczne. Abstract Education security-related fields at civilian universities and changes in normative documents about training police officers provided an opportunity to take cooperation between universities and the Chief of Police. This cooperation is aimed at joint training of future police officers working in the field of basic. With the signing of appropriate agreements with the Chief Constable, universities can educate students in theoretical terms and Police Academy in practical terms. Research and teaching staff of the National Security Institute Pomeranian Academy in Slupsk has taken steps to educate its graduates to serve basic training in Police Schools. In this article, we describe the adopted Pomeranian Academy of software solutions used in the process of educating students in the specialty of security and public order. Keywords Security and public order; the police; specialized training. Wstęp Rozwijające się kierunki bezpieczeństwa narodowego oraz bezpieczeństwa wewnętrznego na uczelniach cywilnych zaowocowały pogłębieniem współpracy z uczelniami podległymi Ministrowi Obrony Narodowej i Ministrowi Spraw Wewnętrznych. W wyniku współpracy powstała wizja dwuetapowego szkolenia policjantów. Część zakresu wiedzy teoretycznej dla przyszłych funkcjonariuszy Policji miały realizować uczelnie cywilne drugą część - praktyczną - szkoły Policji. 16 października 2010 r. Minister Spraw Wewnętrzny znowelizował rozporządzenie odnośnie do szkolenia funkcjonariuszy Policji, które stanowiło, że dla policjantów - absolwentów studiów wyższych o kierunku prawo, administracja, bezpieczeństwo narodowe lub bezpieczeństwo wewnętrzne, w ramach których zrealizowano, na podstawie porozumienia z Komendantem Głównym Policji 1, określony przez niego minimalny zakres treści kształcenia, prowadzi się szkolenie zawodowe podstawowe w zakresie uzupełniającym różnice programowe między zrealizowanym minimalnym zakresem treści kształcenia a szkoleniem zawodowym podstawowym. W tym celu Komendant Główny Policji opracował Minimalny zakres treści kształcenia programu szkolenia zawodowego podstawowego realizowanego na studiach wyższych na kierunku prawo, administracja, bezpieczeństwo narodowe, bezpieczeństwo wewnętrzne, KS 3828/10 z 17 listopada 2010 r. 2 Warunkiem realizacji minimum programowego Policji w programach nauczani uczelni było podpisanie odpowiedniego porozumienia między KGP a uczelnią. Akademia Pomorska w Słupsku takie porozumienie zawarła 5 stycznia 2011 r. 3 i mogła w pełni kształcić studentów na specjalności bezpieczeństwo i porządek publiczny. Cele kształcenia Głównym celem kształcenia na specjalności bezpieczeństwo i porządek publiczny jest przygotowanie kandydatów do służby w policyjnym pionie prewencji, w zakresie ustalonym przez Komendanta Głównego Policji 2. Chodzi tu o przygotowanie przyszłego absolwenta do odbycia w jednostce szkoleniowej Policji szkolenia zawodowego podstawowego. Szkolenie to będzie uzupełniało różnice między zrealizowanym minimalnym zakresem treści kształcenia, a pełnym programem szkolenia podstawowego dla policjantów. Podstawą prawną wdrożenia tego programu kształcenia jest Porozumienie z dnia 5 stycznia 2011 roku, w sprawie realizacji wybranych treści kształcenia na kierunku: bezpieczeństwo narodowe, zawarte między Komendantem Głównym Policji a Akademią Pomorską w Słupsku 3. Celem tego Porozumienia jest włączenie Akademii Pomorskiej w Słupsku w proces przygotowania kandydatów do służby w Policji ( 1 Porozumienia). Akademia Pomorska w Słupsku zobowiązała się do realizacji, według najnowszych standardów kształcenia, zagadnień objętych minimalnym zakresem treści kształcenia i zapewnienia w tym celu odpowiedniej kadry naukowej i środków dydaktycznych ( 2 ust. 1 Porozumienia). Akademia Pomorska w Słupsku zobowiązała się również do umożliwienia osobom, wskazanym przez Komendanta Głównego 1 Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 16 października 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie szczegółowych warunków odbywania szkoleń zawodowych oraz doskonalenia zawodowego w Policji (Dz. U. nr 209, poz. 1381). 2 Minimalny zakres treści kształcenia programu szkolenia zawodowego podstawowego realizowanego na studiach wyższych na kierunku prawo, administracja, bezpieczeństwo narodowe, bezpieczeństwo wewnętrzne, KS 3828/10 z 17 listopada 2010 r., Biuro Kadr i Szkolenia Komendy Głównej Policji, s Porozumienie z 5 stycznia 2011 r. na kierunku bezpieczeństwo narodowe między Komendantem Głównym Policji a Akademią Pomorską w Słupsku. 246

8 Policji, prowadzenia monitoringu realizacji przedsięwzięć, będących przedmiotem Porozumienia ( 3 ust.2 Porozumienia). Porozumienie w przedmiotowej sprawie weszło w życie w dniu podpisania (5 stycznia 2011r.). Przedstawione uregulowania prawne mają na celu umożliwienie odbycia skróconego szkolenia zawodowego podstawowego absolwentom wskazanych wyżej kierunków studiów. Podczas studiów, przeprowadzonych na podstawie Porozumienia z Komendantem Głównym Policji, realizowany jest minimalny zakres treści kształcenia programu szkolenia zawodowego podstawowego. Uproszczenie systemu szkolenia zawodowego podstawowego polega na realizacji przez jednostki szkoleniowe Policji, przede wszystkim treści kształcenia o charakterze umiejętnościowym. Natomiast rolą Uczelni jest przygotowanie przyszłych absolwentów do tego etapu edukacji zawodowej - poprzez wcześniejsze zrealizowanie niezbędnych treści teoretycznych. W tym celu, wyselekcjonowane przez Komendę Główną Policji, treści przedmiotów specjalizacyjnych, zostały przekazane do realizacji przez Uczelnię na mocy zawartego Porozumienia oraz przytaczanych wyżej regulacji prawnych. Przekazany materiał z KGP zawiera podział na: tematy, zagadnienia i wskazówki metodyczne. Te standardowe treści kształcenia tematów specjalizacyjnych ujęto w formie tabelarycznej, gdzie wskazano również minimalny czas ich realizacji. Kształcenie w Uczelni uzupełnia różnice między zrealizowanym minimalnym zakresem treści kształcenia, a pełnym programem szkolenia zawodowego podstawowego dla policjantów. Program minimalny dla tematów specjalistycznych, ustalony przez Komendę Główną Policji, a realizowany przez Uczelnię - obejmuje 33 tematy i 259 godzin lekcyjnych. Ze względów organizacyjnych i metodycznych, wszystkie tematy specjalizacyjne, określone w standardach Komendy Głównej Policji, pogrupowano w bloki tematyczne w ramach następujących przedmiotów: Lp. Nazwa przedmiotu 1. PODSTAWY WIEDZY O PRAWIE 2. WYBRANE ZAGADNIENIA PRAWA KARNEGO MATERIALNEGO I PRAWA WYKROCZEŃ Temat 1. Część ogólna prawa karnego i prawa wykroczeń Temat 2. Część szczególna prawa karnego materiałowego i prawa wykroczeń Temat 3. Przepisy karne wybranych ustaw szczególnych 3. WYBRANE ZAGADNIENIA PRAWA KARNEGO PROCESOWEGO Temat 1. Przyjęcie informacji o przestępstwie Temat 2. Przesłuchanie świadka Temat 3. Przeszukanie. Forma studiów i godziny realizacji stacjonarne niestacjonarne POSTĘPOWANIE W SPRAWACH O WYKROCZENIA Temat 1. Wprowadzenie do postępowania w sprawach o wykroczenie Temat 2. Środki oddziaływania wychowawczego, stosowane wobec sprawcy wykroczenia oraz postępowania mandatowe Temat 3. Czynności wyjaśniające Temat 4. Przesłuchanie osoby, co do której istnieje uzasadniona podstawa do sporządzanie przeciwko niej wniosku o ukaranie Temat 5. Wniosek o ukaranie Temat 6. Postępowanie przyśpieszone 5. WYBRANE ZAGADNIENIA PRAWA POLICYJNEGO 6. WYBRANE ZAGADNIENIA KRYMINALISTYKI 7. Temat 1. Postępowanie na miejscu zdarzenia do chwili oględzin Temat 2. Oględziny 8. WYBRANE ZAGADNIENIA KRYMINOLOGII Temat 1. Patologie społeczne i zjawisko przestępczości nieletnich Temat 2. Bezpieczeństwo i porządek publiczny (temat dodany) 9. WYBRANE ZAGADNIENIA PREWENCJI Temat 1. Legitymowanie osób. Temat 2. Przygotowanie do użycia środków przymusu bezpośredniego. Temat 3. Przygotowanie do użycia broni palnej Temat 4. Zatrzymanie osoby. Temat 5. Kontrola osobista, przeglądanie zawartości bagaży, sprawdzanie ładunku Temat 6. Wykonywanie poleceń uprawnionych organów oraz udzielanie pomocy i asysty Temat 7. Przeprowadzanie interwencji oraz postępowanie z osobami znajdującymi się pod wpływem alkoholu lub środka działającego podobnie Temat 8. Stosowanie siły fizycznej jako środka przymusu bezpośredniego 10. ZASADY OBCHODZENIA SIĘ Z BRONIĄ PALNĄ Temat 1. Przygotowanie do użycia broni palnej Temat 2. Nauka praktycznego strzelania z broni palnej (wg standardów MSWiA) temat dodany

9 11. WYBRANE ZAGADNIENIA RUCHU DROGOWEGO Temat 1. Podstawy ruchu drogowego Temat 2. Pełnienie służby na drogach Temat 3. Zatrzymywania dokumentów. Usuwanie i przemieszczanie pojazdów oraz blokowanie kół Temat 4. Wykonywanie podstawowych czynności na miejscu zdarzenia drogowego Temat 5. Kontrola ruchu drogowego 12. HISTORIA SŁUŻB POLICYJNYCH NA ZIEMIACH POLSKICH 13. ETYKA ZAWODOWA POLICJANTA 14. ORGANIZACJA ZARZĄDZANIA KRYZYSOWEGO W WARUNKACH ZAGROŻENIA BEZPIECZEŃSTWA I PORZĄDKU PUBLICZNEGO PODSTAWY KOMUNIKACJI SPOŁECZNEJ RATOWNICTWO MEDYCZNE SEMINARIUM DYPLOMOWE WYKŁAD MONOGRAFICZNY RAZEM: Na mocy zawartego Porozumienia - taki wymiar godzin lekcyjnych i określone tematy, obligatoryjnie obowiązują Uczelnie, oprócz realizacji przedmiotów standardowych: ogólnych, podstawowych i kierunkowych, obowiązujących na kierunku: Bezpieczeństwo narodowe - dla studentów kształconych w trybie stacjonarnym i niestacjonarnym. Opanowanie przez studentów minimalnego zakresu treści kształcenia, określonego w standardach KGP, jest potwierdzane w dokumentacji studenta (co wynika z zawartego Porozumienia Uczelni z KGP). W Programie zwiększono liczbę godzin, przeznaczonych na realizację standardowych tematów specjalizacyjnych z KGP. I tak: 855 godzin lekcyjnych - dla studentów studiów stacjonarnych w zakresie przedmiotów specjalizacyjnych, określonych przez KGP oraz 598 godzin z tego zakresu dla studentów studiów niestacjonarnych. Ponadto wprowadzono do programu inne przedmioty specjalizacyjne, które wiążą się ze służbą w Policji. Wszystko po to, aby mieć więcej czasu na profesjonalne kształcenie. Łączny wymiar godzin lekcyjnych - jest tutaj taki sam, jak w pozostałych specjalnościach, tj. na studiach stacjonarnych 1800 i 1175 na studiach niestacjonarnych 4. Efekty kształcenia Po zrealizowaniu programu nauczania studenci powinni osiągnąć następujące efekty kształcenia: znać i rozumieć zagadnienia części ogólnej i szczególnej kodeksu karnego i kodeksu wykroczeń, wyjaśniać regulacje prawne wybrany ustaw szczególnych zawierające przepisy karne, 4 Program szkolenia na kierunku Bezpieczeństwo Narodowe 2014 r. definiować i tłumaczyć zagadnienia związane z przyjęciem informacji o przestępstwie, znać i rozumieć zagadnienia związane z przesłuchaniem świadka, opisywać czynności podczas przeszukania pomieszczeń, osób i rzeczy, określać procedurę w sprawach o wykroczenia - stosowanie środków wychowawczych, nakładania mandatów karnych, sporządzania wniosków o ukaranie do sądu, posiadać wiedzę odnośnie do uprawnień policjanta podczas wykonywanych czynności służbowych, znać i rozumieć zagadnienia związane z interwencją policyjna. Rodzaje interwencji policyjnej. Cechy interwencji policyjnej. Różnice pomiędzy działaniami interwencyjnymi i innymi czynnościami służbowymi policjanta. Przepisy prawne zawierające podstawy podejmowania czynności przez policjantów w czasie interwencji. Przykładowe sytuacje wymagające podjęcia interwencji (podstawy faktyczne), określać czynności policjanta związane z ruchem drogowym, łączyć przepisy prawa z człowiekiem, którego te przepisy dotyczą, kierując się zasada humanitaryzmu, a przede wszystkim poszanowania godności ludzkiej, klasyfikować rodzaje broni będące na wyposażeniu Policji. Znać budowę broni, zakres użytkowania broni służbowej oraz posługiwać się bronią strzelecką w zakresie rozkładania i składania wraz z przestrzeganiem warunków bezpieczeństwa, posiadać wiedzę o charakterze kryminalistyki i kryminologii oraz znać metody, techniki, narzędzia i procedury działania policji w przypadku wystąpienia zdarzeń kryminalnych, wymienić i umiejscowić w czasie oraz definiować historyczne formacje o charakterze policyjnym w obszarze nauk o bezpieczeństwie (Policja Państwowa w II Rzeczpospolitej, Policja Polska w czasie okupacji niemieckiej w czasie II wojny światowej, Milicja Obywatelska w Polskiej Rzeczpospolitej Ludowej), znać i rozumieć istotę etyki zawodowej funkcjonariusza policji. Definiować etykę oraz etykę zawodową policjanta. Określać etykę w wymiarze normy moralnej, sankcji moralnej oraz relacji prawa i moralności. Przedstawiać powinność moralną policjanta w wymiarze bezpieczeństwa publicznego; Sylwetka absolwenta Absolwenta charakteryzuje znajomość: teoretycznych podstaw bezpieczeństwa narodowego w powiązaniu z innymi naukami społecznymi związanymi merytorycznie z szeroko rozumianym bezpieczeństwem, prawnych uwarunkowań i procedur działań podejmowanych w zakresie bezpieczeństwa narodowego przez administrację bezpieczeństwa, w tym szczegółowa w zakresie problematyki bezpieczeństwa i porządku publicznego, zagrożeń bezpieczeństwa w wymiarze personalnym, instytucjonalnym i państwa, a także zasad funkcjonowania instytucji partycypujących w realizacji zadań związanych z bezpieczeństwem i porządkiem publicznym. Dysponuje umiejętnościami w zakresie: wykorzystania wiedzy teoretycznej do realizacji zadań związanych z bezpieczeństwem wykonywanych w instytucjach, zwłaszcza tych, realizujących zadania w zakresie bezpieczeństwa i porządku publicznego, w których może być zatrudniony po ukończeniu studiów, wykorzystania nowoczesnych technologii teleinformatycznych przy realizacji zadań związanych z bezpieczeństwem, a w tym narzędzi geograficznych systemów informacji przestrzennej, teleinformatycznych systemów wsparcia zarządzania bezpieczeństwem, sprzętu i aplikacji specjalistycznych wykorzystywanych do monitoringu zagrożeń bezpieczeństwa oraz 248

10 sprzętu łączności., pracy w zespołach zadaniowych rozwiązujących problemy dotyczące bezpieczeństwa. Ponadto absolwent ma rozwinięte kompetencje społeczne w zakresie: samodzielnego zdobywania i poszerzania wiedzy zawodowej, pracy zespołowej i myślenia innowacyjnego, partycypowania w opracowaniu programów na rzecz bezpieczeństwa, zwłaszcza dotyczących bezpieczeństwa i porządku publicznego i określania priorytetów w sytuacjach zagrożenia, dbałości o własną kondycję psychofizyczną, a także postawa prospołeczna, asertywność i empatia oraz rozumienie istoty zagrożeń i ich skutków dla człowieka i środowiska. Absolwent uzyskuje dodatkowe kwalifikacje: skrócone szkolenie zawodowe podstawowe w Policji (3 miesiące) uzupełniające różnice programowe między akademickim programem nauczania a policyjnym szkoleniem zawodowym podstawowym, jeżeli przerwa miedzy ukończeniem studiów a przyjęciem do Policji wynosi nie więcej niż rok. skrócone szkolenie zawodowe podstawowe w Policji (3 miesiące) uzupełniające różnice programowe między akademickim programem nauczania a policyjnym szkoleniem zawodowym podstawowym, jeżeli przerwa miedzy ukończeniem studiów a przyjęciem do Policji wynosi więcej niż rok, a absolwent zaliczy policyjny test wiedzy z zakresu akademickiego programu nauczania. podstawę do ubiegania się o wydania licencję drugiego stopnia pracownika ochrony fizycznej osób i mienia na podstawie realizowanego programu z tego zakresu (m.in. wyszkolenia strzeleckiego tzw. licencyjnego, wg podstaw programowych określonych przez MSW). Typowymi miejscami pracy absolwenta są: Policja, Straż Graniczna, straże gminne oraz inne formacje mundurowe. Zajęcia praktyczne Studenci są zobowiązani w trakcie trwania studiów do odbycia praktyki zawodowej. Praktykę student odbywa w wymiarze 12 tygodni (480 godzin) po II semestrze studiów, którą kończy przed obroną pracy dyplomowej (szósty semestr). Praktyka powinna odbywać się w instytucjach odpowiadających za zapewnienie porządku publicznego. Zaliczenie praktyk jest jednym z wymogów programowych, które student powinien spełnić przed przystąpieniem do egzaminu dyplomowego. Zasadniczym celem praktyk jest przygotowanie studentów do pracy zawodowej w instytucjach związanych ze specjalnością, w jakiej odbywają kształcenie w ramach studiów. W specjalności bezpieczeństwo i porządek publiczny - w instytucjach bezpieczeństwa i porządku publicznego w charakterze pracowników cywilnych (Szkoła Policji w Słupsku, jednostki policji, straży granicznej, straży gminnej i inne wykonujące zadania na rzecz zapewnienia bezpieczeństwa i porządku publicznego). Studenci mogą również odbywać praktyki w ramach Edukacyjnego Centrum Zarządzania Kryzysowego Akademii Pomorskiej w Słupsku oraz Centrum Monitoringu Zagrożeń Ludności i Infrastruktury Krytycznej funkcjonującym przy Instytucie Bezpieczeństwa Narodowego, w ramach kursów specjalistycznych, w których mogą nabywać dodatkowych kwalifikacji, a także w innych instytucjach związanych z bezpieczeństwem, jeżeli cele ich działalności związane są ze specjalnością, w ramach której student kształci się w trakcie studiów. W trakcie praktyki studenci powinni: zapoznać się ze specyfiką funkcjonowania instytucji, w tym jej regulaminem (statutem), zapoznać się z jej zadaniami i prawnymi podstawami funkcjonowania, zapoznać się z organizacją pracy kierownictwa i zespołów Lp. specjalistów zaangażowanych w zadania na rzecz bezpieczeństwa, zapoznać się z procedurami działania na wypadek wystąpienia różnych sytuacji zagrożenia bezpieczeństwa, w tym sytuacji kryzysowych, zapoznać się z rodzajami i sposobem prowadzenia dokumentacji związanej z bezpieczeństwem, wykonywać podstawowe zadania administracyjne i merytoryczne, w tym edukacyjne (pod nadzorem osoby odpowiedzialnej za opiekę nad odbywającym praktykę z ramienia instytucji), włączyć się w realizację programów społecznych na rzecz bezpieczeństwa, jeżeli takie programy realizuje instytucja w jakiej odbywają praktykę, doskonalić znajomość zagadnień specjalistycznych, objętych programem kształcenia, głównie pod kątem wykonywań badań na rzecz pracy dyplomowej. Rekrutacja studentów Uruchomienie studiów na kierunku bezpieczeństwo narodowe w Akademii Pomorskiej w Słupsku miało miejsce w 2008 roku, a poprzedziło je powołanie w strukturach Wydziału Filologiczno- Historycznego Katedry Bezpieczeństwa Narodowego. Pierwsi studenci rozpoczęli studia pierwszego stopnia w roku akademickim 2008/2009. Zrekrutowano wówczas łącznie 188 studentów, w tym 103 na studia stacjonarne i 85 na niestacjonarne. Do chwili obecnej kształcenie na studiach pierwszego stopnia na kierunku podjęło 1371 studentów, a w tym 837 studentów studiów stacjonarnych i 534 studiów niestacjonarnych. Pierwszych absolwentów wypromowano w 2011 roku (126 studentów), a w chwili obecnej liczba absolwentów przekroczyła 400. Wyniki rekrutacji studentów na kierunek bezpieczeństwo narodowe w Akademii Pomorskiej (lata ) Charakter studiów Liczba studentów przyjętych w ramach rekrutacji w roku akademickim: 2008/ / / / / 2013 Po trzecim semestrze studenci wybierają specjalizację w oparciu o Regulamin kwalifikacji studentów do specjalności kierunku bezpieczeństwo narodowe 5. Wyniki kwalifikacji na specjalności bezpieczeństwo i porządek publiczny prezentuje poniższa tabela. Specjalność bezpieczeństwo i porządek publiczny cieszy się wśród studentów największą popularnością. Z uwagi na ograniczoną liczbę miejsc (decyduje średnia ocen za I rok studiów) nie wszyscy chętni mogą studiować na tej specjalności / 2014 Łącznie 1. Stacjonarne Niestacjonarne RAZEM: Lp. Wyniki rekrutacji studentów na specjalność bezpieczeństwo i porządek publiczny w Instytucie Bezpieczeństwa Narodowego (lata ) Charakter studiów Liczba studentów przyjętych w ramach rekrutacji w roku akademickim: 2008/ / / / / / 2014 Łącznie 1. Stacjonarne Niestacjonarne RAZEM:

11 Zkušenosti s novými zkušebními postupy prováděnými v laboratoři hořlavosti VVUÚ, a. s. v roce zkoušení podpalovačů pevných paliv a kontejnerů pro přepravu airbagů Experience with New Test Procedures Performed in the Laboratory of Flammability VVUÚ, a. s in the Year Testing of Firelighters of Solid Fuels and Containers for Airbags Transportation Ing. Monika Papiková Petr Starzyczny VVUÚ a. s., Zkušební laboratoř hořlavosti materiálů a protivýbuchových ochran Pikartská 1337/7, Ostrava - Radvanice papikovam@vvuu.cz, starzycznyp@vvuu.cz Abstrakt Cílem příspěvku je seznámení se zkušebními metodami, s nimiž se minulý rok zkušebna hořlavosti VVUÚ, a. s. setkala poprvé. První část příspěvku je věnována postupu při ověřování vlastností zapalovacích zařízení pro zapalování pevných paliv, konkrétně pevných podpalovačů. Další část popisuje metodiku testování kontejnerů určených pro přepravu airbagů. Požadavek zákazníka zněl kromě jiného zajistit zkoušky výrobku dle ČSN EN Nepodařilo se mu v České republice nalézt laboratoř, která by tuto zkoušku prováděla, natož aby ji měla akreditovánu. Předmětem zkoušení byla dřevní směs ve formě chipsů, která je máčena v parafínu a balena do sáčků z voskovaného papíru, jak je vidět na obr. 1. Odkaz na splnění parametrů daných touto normou je součástí Bezpečnostního listu výrobku, který je vyžadován Českou obchodní inspekcí. Klíčová slova Zkušební metoda; podpalovač; kontejner pro přepravu airbagů. Abstract The aim of this contribution is introduction to the test methods which testing Laboratory of Flammability VVUÚ, a. s. met for the first time last year. The first part is devoted to the procedure for verifying the characteristics of firelighters for solid fuels, namely solid firelighters. The next section describes the methodology of testing containers for transportation of airbags. Keywords Testing method; firelighter; container for transportation of airbags. Zkušební laboratoř hořlavosti VVUÚ, a. s., Ostrava - Radvanice se tradičně zabývá zkouškami hořlavosti materiálů určených pro použití v podzemí, respektive v důlním průmyslu. S ohledem na vývoj celkové situace a zejména pak v oblasti hornictví dochází postupně ke změně zaměření zkušebny. Díky globalizaci se laboratoř nyní stává přístupná i mnoha zahraničním zákazníků. A lze tedy říci, že obecně kromě zkoušek materiálů a výrobků určených pro důlní průmysl svou činnost směruje a rozšiřuje zejména o zkoušky hořlavosti produktů určených pro dopravní prostředky, ať už jde o automobily, kolejová vozidla nebo lodě a dále o zkoušení různých materiálů pro elektrotechnická i jiná zařízení. Každým rokem se objeví nějaký zajímavý dotaz zákazníka na zkoušku, kterou jsme dosud neprováděli. Pro pracovníky laboratoře je to vždy výzva, a pokud je to v jejich silách, snaží se zákazníkovi splnit jeho požadavky. V loňském roce mezi takovéto neobvyklé záležitosti patřily zkoušky podpalovačů a zkoušky kontejneru určeného pro přepravu airbagů. 1 Zkoušky zapalovacího zařízení pro pevná paliva Správný název pro podpalovač, tak jak jej používají normotvůrci, zní zapalovací zařízení pro zapalování pevných paliv používaných ve spotřebičích k rožnění. Definovat by se mohl jako malé množství látky, která velmi snadno hoří a slouží k rozdělávání ohně. Běžně se tedy používá pro podpal v krbech, kamnech nebo na grilu. Setkáváme se s pevnými, kapalnými i gelovými podpalovači. Obr. 1 Vzorky před zkouškou dle Přílohy D Obr. 2 Zkouška podpalovače dle Přílohy B Jak je v posledních letech zvykem, jedná se o normu převzatou, která se ani za více než 10 let od data svého vydání nedočkala českého překladu. Technická komise CEN 281 se zabývala touto oblastí a výsledkem její práce je soubor norem EN 1860 Spotřebiče, pevná paliva a zapalovací zařízení pro rožně - Požadavky a zkušební metody, část 1 až 4. Ty jsou zaměřeny na: Část 1 - Rožně na pevná paliva (v červenci 2013 vyšla česká verze). Část 2 - Dřevěné uhlí a brikety z dřevěného uhlí pro rožně. Část 3 - Zapalovací zařízení pro zapalování pevných paliv používaných ve spotřebičích k rožnění. Část 4 - Jednoúčelové rožně na pevná paliva. 250

12 Norma ČSN EN [1] uvádí metodiky zkoušení podpalovačů ve skupenství pevném i kapalném. Našeho vzorku se týkaly zkoušky dle Přílohy B, C a D. Princip zkoušky dle Přílohy B je velmi jednoduchý. Vzorek podpalovače se položí na drátěnou podložku, která je umístěna na trojnožce viz obr. 2 a otevřeným plamenem se působí na rožek podpalovače po dobu maximálně 5-ti s. Sleduje se doba do zapálení a následná doba hoření a chování podpalovače. Nároky na provedení zkoušky dle Přílohy C jsou o něco složitější. Pro zkoušku je třeba zařízení pro měření tepelné intenzity, tzv. radiometr, dále gril definovaného materiálu a rozměrů a grilovací uhlí o předepsaných vlastnostech. Do grilu se specifikovaným způsobem vloží uhlí a podpalovač, který se zapálí dle návodu výrobce. Měří se čas a intenzita záření ohně. Výsledek zkoušky je vyhovující, pokud se podaří do 25 minut dosáhnout hodnoty 500 W/m 2. V grafu 1 je znázorněn průběh měření a je vidět, že vždy bylo docíleno požadované hodnoty. Kontejner, v němž bylo uloženo 42 kusů airbagů, byl ustaven na kovový podstavec 1 m vysoký. Pod a do vzdálenosti minimálně 1 m od okraje kontejneru se z hranolů o straně 5 cm postavila hranice. Vyplnila se dřevitou vlnou. Ve třech směrech se na podpěry ve vzdálenosti 4 m od okraje kontejneru umístily hliníkové plechy o ploše 2 2 m viz obr. 3. Střed plechů má být ve stejné rovině jako střed vzorku a před samotnou zkouškou je třeba plechy důkladně zkontrolovat. V případě, že by se na nich objevily důlky, škrábance a podobně, je nutné tyto nerovnosti jednoznačně označit, aby nebyly zaměněny s poškozením, ke kterému může dojít v průběhu zkoušky. Pro zapálení byly použity palníky s vesuvitem. Zápalné systémy mají být umístěny ze dvou stran proti sobě, jedna část se umísťuje na návětrnou stranu. Zkoušku je možno provádět pouze za podmínek, kdy rychlost větru nepřesahuje hodnotu 6 m/s Intenzita zá ení [W.m -2 ] :00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 05:30 06:00 06:30 07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 Doba zapálení [min:s] Vzorek 1 Vzorek 2 Vzorek 3 Graf 1 Zkouška podpalovače dle přílohy C - nárůst intenzity záření Také postup dle Přílohy D je snadný. Nejedná se o zkoušku hořlavosti, ale ověřuje se kvalita balení. Určený počet balení vzorku se umístí do klimatizační komory, kde je udržován při teplotě 35 ± 2 C a relativní vlhkosti 65 % po dobu 48 hodin. Cílem je zjistit, zda vystavení balení takovéto atmosféře nepoškodí samotný obal výrobku. Po zkoušce nesmí být znatelné žádné narušení soudržnosti obalu, zhoršení spojů, těsnosti obalu, změna barvy nebo promočení. V našem případě vzorek vyhověl všem požadavkům uvedené normy. 2 Zkouška kontejneru pro přepravu airbagů Dalším netradičním požadavkem zákazníka byl požadavek na zkoušení kontejneru pro přepravu airbagů. Úkolem bylo provést zkoušku chování kontejneru při působení vnějšího ohně. Postup pro zkoušení a hodnocení za účelem klasifikace je uveden v publikaci Recommendations on the Transport of Dangerous Goods, Manual of Tests and Criteria, takzvané Oranžové knize v části [2]. Zkouška je poměrně náročná z hlediska zajištění materiálu, jsou kladeny požadavky na zkušební plochy a nutnost zajistit zejména bezpečnost pracovníků provádějících test. Zkouška je určena pro celá balení látek, u nichž hrozí nebezpečí výbuchu. Cílem je zjistit, zda vlivem působení plamene na vzorek může dojít k hromadnému výbuchu, uvolňování střepin, sálavého tepla, hoření nebo k jinému nebezpečnému účinku. Mezi vhodné zdroje ohřevu patří oheň z dřevěné hranice, kapalného paliva nebo propanového hořáku. V našem případě jsme pro vytvoření předepsaného ohně použili dřevěné hranoly. Obr. 3 Příprava zkoušky před zapálením V průběhu zkoušky se pomocí radiometru měří intenzita záření ohně ve vzdálenosti 15 m od okraje vzorku. Hodnoty naměřené při zkoušce kontejneru jsou znázorněny v grafu 2. Předpis také vyžaduje, aby byl pořízen barevný videozáznam celé zkoušky. Dále mohou být použita další zařízení např. přístroj pro měření síly výbuchu. Zkouška se provádí obvykle pouze jednou. Jenom v případě, že by se palivo, které vytváří oheň, rychle spotřebovalo a velká část vzorku by zůstala nezasažena, se zkouška zopakuje s použitím většího množství paliva. V průběhu zkoušky kontejneru se podařilo vytvořit dostatečný oheň, jak je vidět na obr. 4 a oheň hořel potřebnou dobu. [kw/m 2 ] 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-0, t [min.] tepelný zdroj paleta rozdíl intenzity zá ení první reakce poslední reakce Graf 2 Intenzita záření naměřená při zkoušce kontejneru Hlavní kritérium, které se sleduje, je, zda vlivem působení ohně na materiál dojde k jeho výbuchu. Dále nás zajímá, zda dojde k poškození okolních plechů, jejich proděravění nebo vzniku prohlubin. Pozoruje se, jestli se ze vzorku neuvolňují kovové nebo hořící střepiny a do jaké vzdálenosti od vzorku dopadly, jaký byl tepelný účinek, jak velký vznikl plamen atd. 251

13 Areál se nachází mimo obydlenou oblast a je zajištěn proti přístupu neoprávněných osob. Samotní pracovníci se zdržovali v bezpečné vzdálenosti, pro případ nutného zásahu byli přítomni příslušníci Hasičského záchranného sboru. K výbuchu kontejneru nedošlo, pouze k iniciaci jednotlivých patron airbagů, což je slyšet na videozáznamu. Kontejner ohořel, airbagy v něm byly zničeny. Neprojevilo se žádné narušení materiálu kontejneru jako třeba prasknutí, proděravení nebo uvolnění úlomků nebo střepin. Oheň byl ponechán, aby samovolně dohořel. I bez důkladného hodnocení dle předpisu bylo možno konstatovat, že kontejner splnil svůj účel a v případě, že by při přepravě došlo k havárii a následnému požáru, tento kontejner by zabránil případnému nebezpečí, ke kterému by došlo, kdyby airbagy byly přepravovány volně nebo bez vhodného balení. Obr. 4 Průběh zkoušky kontejneru Po vyhodnocení sledovaných kritérií se balení klasifikuje a zařazuje do Třídy nebezpečnosti. Při posuzování se může postupovat například podle diagramu znázorněného na obr. 5. Při této zkoušce jsme byli připraveni na možná nebezpečí. Zkouška byla prováděna na volném prostranství v areálu detašovaného pracoviště Pokusné štoly VVUÚ, a.s. ve Štramberku. Použitá literatura [1] ČSN EN z března Spotřebiče, pevná paliva a zapalovací zařízení pro rožně - Část 3: Zapalovací zařízení pro zapalování pevných paliv používaných ve spotřebičích k rožnění - Požadavky a zkušební metody. [2] Recommendations on thetransport of Dangerous Goods, Manual of Tests and Criteria, United Nations Publication. ARTICLE OR SUBSTANCE PROVISIONALLY ACCEPTED INTO CLASS 1 (from figure 10.2) 24 Is the article a candidate for Division 1.6? Yes No 39 TEST SERIES 7 19 Is the substance a candidate for Divison 1.5? Yes No Package the substance TEST SERIES 6 40 Is it an extremely insensitve article? Yes No 20 TEST SERIES 6 26 Is the result a mass explosion? No Yes 21 Yes Is it a very insensitive explosive substance with a mass explosion hazard? No 28 Is the major hazard that from dangerous projections? No Yes 35 Is the substance or article manufactured No with the view to producing a practical explosive or pyrotechnic effect? Yes 32 Is there nevertheless No a small hazard in the event of ignition or initiation? Yes 30 Is the major hazard No radiant heat and/or violent burning but with no dangerous blast or projection hazard? Yes Is the product an article No Would the hazard hinder excluded by definition? fire-fighting in the Yes (see Recommendations immediate vicinity? Chapter 1, paragraph Yes 1.11(b) ) No NOT CLASS 1 DIVISION 1.6 DIVISION 1.6 DIVISION 1.4 Compatibility group S DIVISION 1.4 Compatibility groups other than S DIVISION 1.3 Obr. 5 Postup pro zařazování do Třídy nebezpečnosti 1 DIVISION 1.2 DIVISION

14 FIRESAFE - vybrané metody podrobného hodnocení požárně nebezpečného prostoru a odstupových vzdáleností FIRESAFE - Selected Methods of Complex Evaluation of Fire Separation Distances Between Objects Ing. Tomáš Pavlík HZS Zlínského kraje Přílucká 213, Zlín tomas.pavlik@zlk.izscr.cz Abstrakt Podrobný výpočet odstupových vzdáleností je v praxi jedním z nejčastějších případů aplikace požárního inženýrství při řešení požární bezpečnosti staveb. Příspěvek poukazuje na vybrané využitelné výpočetní metody. Klíčová slova FIRESAFE; požární inženýrství; odstupová vzdálenost. Abstract A detailed calculation of fire separation distances is one of the most common applications of fire engineering in buildings fire safety evaluation in Czech Republic. This paper presents selected useful computational methods. Keywords FIRESAFE; fire engineering; fire separation distance. Úvod Základní ustanovení kmenových norem požární bezpečnosti stanoví, že k zamezení přenosu požáru vně hořícího požárního úseku nebo objektu na jiný objekt nebo požární úsek (sáláním tepla nebo padajícími částmi konstrukcí) je nutno vytvořit nezbytný odstup vymezený požárně nebezpečným prostorem. V případě požáru jsou sousední objekty vystaveny tepelnému působení požáru v podobě přímého působení plamenů, radiace a létajících hořících částic. Hořlavé materiály nacházející se uvnitř nebo vně sousedního objektu mohou být následně obecně iniciovány jedním z následujících způsobů [12]: Přímé působení plamenů (contact ignition). Spontánní vznícení v důsledku vystavení hořlavých materiálů sálavému teplu (spontaneous ignition). Zapálení v důsledku vystavení hořlavých materiálů sálavému teplu v kombinaci s pomocným zdrojem, např. létajícími hořícími částicemi (pilot ignition). Výpočet odstupových vzdáleností je jedním z příkladů, kdy česká technická norma přímo připouští použití odlišného a podrobnějšího řešení, přičemž současně rozvádí doporučený postup a limitující podmínky. Stanovení odstupové vzdálenosti zahrnuje dle čl [9], resp. čl [10] následující kroky: 1. Určení sálajících požárně otevřených ploch. 2. Stanovení hustoty tepelného toku požárně otevřených ploch. 3. Stanovení kritické hustoty tepelného toku dopadající na hořlavý materiál, při které dojde k jeho vznícení. 4. Stanovení odstupové vzdálenosti, při níž dojde k poklesu hustoty tepelného toku na kritickou hodnotu. Hustota tepelného toku sálajících těles (požárně otevřených ploch) Hodnota hustoty tepelného toku sálajících těles se stanoví na základě Stefan-Boltzmannova zákona a závisí na teplotě sálajících těles (plamenů, horkých plynů nebo ploch) a jejich emisivitě [5, 8]. Hodnota emisivity požáru (horkých plynů) se v národním kodexu norem požární bezpečnosti konzervativně bere ε = 1,0 (černé těleso), čímž jsou současně kompenzovány např. vlivy vyšlehujících plamenů vně objektu. Stejně tak ČSN EN uvádí, že se emisivita požáru obecně bere jako ε = 1,0. Při zpřesněných výpočtech je možné zohlednit skutečnou emisivitu sálajících těles (plamenů, horkých plynů nebo ploch), na druhou stranu by současně měla být přehodnocena výše uvedená zjednodušení. Příklad zohlednění emisivity plamenů při výpočtu tepelného toku dopadajícího na exponovaný povrch je uveden např. v metodě dle Dayena a Tiena, viz níže. Jak vyplývá ze Stefan-Boltzmannovy rovnice, má absolutní teplota sálajícího tělesa zásadní význam pro velikost hustoty tepelného toku. Dle národních kmenových norem požární bezpečnosti [9, 10] se vychází z ekvivalentní doby trvání požáru a z teploty plynů, která je pro danou ekvivalentní dobu trvání požáru vyjádřena normovou teplotní křivkou. Uvedený postup vychází z předpokladu, že pravděpodobná teplota plynů v hořícím prostoru dosahuje svého maxima právě na konci ekvivalentní doby trvání požáru [8]. Literatura [7], ze které vychází model výpočtu odstupových vzdáleností platný v Anglii a Walesu, naproti tomu zjednodušuje stanovení teploty sálajícího tělesa (požárně otevřených ploch) zavedením dvou hodnot ve vztahu k požárnímu zatížení dotčeného požárního úseku. Je-li požární zatížení v požárním úseku 25 kg.m -2, pak je T = 1100 C; je-li požární zatížení < 25 kg.m -2, pak je T = 800 C. Těmto hodnotám připadají dle uvedené literatury hustoty tepelného toku 84 kw.m -2, resp. 168 kw.m -2. Kritická hustota tepelného toku Kritická hustota tepelného toku je mezní hustota tepelného toku dopadající na hořlavý materiál, při které ještě nedojde k jeho iniciaci. Působením tepelného toku na hořlavý materiál dochází k jeho tepelné degradaci a uvolňování hořlavých plynů, které jsou schopny při dosažení určité teploty po přiblížení plamene nebo jiskry vzplanout a hořet. Uvedená teplota se nazývá teplota vzplanutí. V případě, že se tepelný tok dopadající na hořlavý materiál bude zvyšovat, poroste i teplota a rychlost uvolňování hořlavých plynů až do okamžiku, kdy jsou tyto plyny schopné se vznítit samy i bez přítomnosti plamene (dosáhnou teploty samovolného vznícení). Hodnota teploty vznícení a vzplanutí závisí, kromě vlastní hustoty tepelného toku, významně také na následujících parametrech: době působení tepelného toku, tepelně technických vlastnostech materiálu, vlhkosti materiálu, povrchové úpravě (např. nátěr). Hodnoty kritických tepelných toků, při nichž nastane vznícení nebo vzplanutí, mají proto platnost pouze pro konkrétní podmínky, za kterých byly stanoveny. 253

15 V kodexu norem požární bezpečnosti staveb byla pro výpočty odstupových vzdáleností mezi objekty zvolena hodnota kritické hustoty tepelného toku I krit = 18,5 kw.m -2. Této hustotě tepelného toku je schopno smrkové a jedlové dřevo o % vlhkosti odolávat po dobu 20 minut, aniž by došlo k jeho vzplanutí [8]. Literatura [2] uvádí pro stanovení odstupových vzdáleností kritické hustoty tepelného toku hodnoty I krit = 12,5 kw.m -2 pro vznícení s pomocným zdrojem a I krit = 33,5 kw.m -2 pro spontánní vznícení. I v tomto případě bylo jako reprezentativní materiál užito dřevo. Výpočet tepelného toku dopadajícího na exponovaný povrch - stanovení odstupové vzdálenosti Pro stanovení hustoty tepelného toku dopadajícího na exponovanou plochu lze využít například následujících metod: Modakova metoda (zjednodušený model bodového zdroje) Metoda předpokládá, že radiační energie je uvolňována z jednoho bodu umístěného ve středu požáru (viz obr. 1). Hustotu tepelného toku dopadající kolmo na elementární plochu umístěnou ve vzdálenosti R lze vypočítat dle následujícího vztahu (Moldak) [1, 5]: '' rq q r (1) 2 4 R kde hustota tepelného toku sálajících těles [kw.m -2 ], '' q r χ r Q R podíl tepla uvolňovaný radiací [-]; hodnota se obvykle pohybuje v rozmezí od 0,15 pro hoření látek produkujících minimum sazí (např. alkoholy) do 0,60 pro látky produkující při hoření velké množství sazí, rychlost uvolňování tepla [kw] požáru, vzdálenost od pomyslného středu požáru [m]. Obr. 1 Schéma modelu sálání bodového zdroje Metoda dle Dayena a Tiena (model sálání mezi plamenem válcovitého tvaru a elementární plochou) Dayen a Tien sestavili sofistikovanější analýzu hustoty tepelného toku dopadající sáláním od plamenů směrem k vybranému objektu [4, 6]. Tento model idealizuje tvar plamenů jako osově symetrický válec se stejnoměrným rozdělením teploty a ostatních fyzikálních veličin (viz obr. 2). Obr. 2 Schéma sálání mezi plamenem válcového tvaru a elementární plochou Výpočet hustoty tepelného toku vychází z předpokladu, že plamen válcového tvaru působí na elementární plochu da, s jednotkovým normálovým vektorem n = uı + vȷ + wk, která je umístěna ve vzdálenosti L [m] od středu tohoto kužele. Platí-li podmínka L/r f 3, pak je vztah pro výpočet hustoty tepelného toku sálání plamenů dán: '' q 4 r f Tf F1 F2 F3 (2) kde T f teplota plamene [K], σ Stefan-Boltzmannova konstanta, emisivita plamenů [-] určená vztahem: ε f 0,7 f 1 e (3) kde μ součinitel daný vztahem: 2 rf f (4) 0 /2 sin 2 kde r f poloměr válce tvořící plameny [m], κ f součinitel absorpce plamene [m -1 ]. Pozn.: například pro metan 6,45 m -1, propan 13,32 m -1, dřevo 0,8 m -1, plasty 1,2-1,3 m -1, θ 0 polární úhel [rad] určený θ 0 = tan -1 (L H f ), kde H f je výška válce představujícího plameny [m], F 1,F 2,F 3 efektivní geometrické součinitele [-]. r f 2 u F1 2 0 sin 2 0 (5) 4 L v r f F2 2 0 sin 2 0 (6) 2 L w r f 2 F3 cos 0 (7) L kde u,v,w vzdálenosti mezi osou válce představujícího plameny a elementární plochou da v souřadnicích x, y, z [m]. Polohový faktor (součinitel) Při sálání tepla z požárně otevřených ploch dopadá na přijímací plochu (hořlavé materiály sousedního objektu) pouze část vyzařovaného tepelného toku, která se vyjadřuje polohovým faktorem (součinitelem) Φ [-]. Konkrétní hodnota polohového faktoru závisí na velikosti sálajícího povrchu, vzdálenosti sálajícího povrchu od přijímacího povrchu a jejich vzájemné orientaci. Rovnice pro výpočet polohového faktoru lze nalézt v příloze G [10], včetně rovnic pro případy, kdy je přijímací povrch kolmý k sálajícímu povrchu (k požárně otevřené ploše) nebo s ním svírá jiný úhel. V praxi nejčastějším a současně konzervativním řešením ale zůstává tzv. rovnoběžná dispozice, kdy sálající povrch je rovnoběžně orientován k přijímacímu povrchu (tj. k povrchům hořlavých konstrukcí, oken apod.). Příklad rovnice pro výpočet polohového faktoru při rovnoběžné dispozici: a 1 b tan 0,5 0, a 1 a 1 (8) 2 b 1 a tan 0,5 0, b 1 b 254

16 kde a = h/s, b = w/s, s vzdálenost mezi elementární plochou da a rohem dílčí sálavé plochy, h výška sálavé plochy, w šířka sálavé plochy. Závěr V článku jsou prezentovány možnosti a metody výpočtu odstupových vzdáleností, které jsou součástí certifikované metodiky pro požárně inženýrské postupy vytvořené v rámci projektu FIRESAFE, který byl řešen v letech v programu bezpečnostního výzkumu České republiky. Poděkování Tento příspěvek vznikl za podpory projektu Ministerstva vnitra ČR č. VG Specifi cké posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství. Použitá literatura [1] Balog, K.; Kvarčák, M.: Dynamika požáru. EDICE SPBI SPEKTRUM 22. Ostrava, Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, ISNB X. [2] Barnett, C.R.: Fire Separation between External Walls of Buildings. In Fire Safety Science - Proceedings of The Second International Symposium, p International Association for Fire Safety Science, doi: / IAFSS.FSS [3] Dostupné z: [cit ]. [4] Drysdale, D.D.: An Introduction to Fire Dynamics, 2 nd ed., John Wiley and Sons, Chichester, UK, ISBN [5] Karlsson, B.; Quintiere, J.G.: Enclosure Fire Dynamics. CRC Press, ISBN [6] Kučera, P.; Kaiser, R.; Pavlík, T.; Pokorný, J.: Požární inženýrství - Dynamika požáru. EDICE SPBI SPEKTRUM 65. Ostrava, Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, ISBN [7] Read, R.E.H.: External fi re spread: building separation and boundary distances. Fire Research Station. Building Research Establishment, ISBN [8] Reichel, V.: Navrhování požární bezpečnosti výrobních objektů, část IV. Zabraňujeme škodám, svazek č. 27. Česká státní pojišťovna, Praha [9] ČSN Požární bezpečnost staveb - Nevýrobní objekty. ČNI, Praha, [10] ČSN Požární bezpečnost staveb - Výrobní objekty. ČNI, Praha, [11] ČSN EN Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-2: Obecná zatížení - Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru. ČNI, Praha, [12] ISO/TR Fire safety engineering - Part 6: Structural response and fire spread beyond the enclosure of origin. Geneva: ISO International organization for Standardization,

17 CFD model lokálního hašení požáru CFD Model of Local Fire Extinguishing Ing. Pavla Pechová doc. Ing. Bohumír Garlík, CSc. ČVUT v Praze, Fakulta stavební Thákurova 7, Praha 6 pavla.pechova@fsv.cvut.cz Abstrakt Článek je zaměřen na počítačový model požáru a jeho lokální hašení v programu Ansys Fluent. Počítačový model je rozdělen do dvou submodelů, model hoření a model hašení. Je vytvořen model místnosti s ohniskem požáru v úrovni podlahy. Jako palivo je uvažován hořlavý plyn - metan. Hašení je zajištěno prostřednictvím plynného hasiva - dusíku. Hasivo vstupuje do počítačového modelu v úrovni stropu a jedná se o směrovaný proud hasiva. K ověření modelu byla použita teplota plamene. Hašení dusíkem je založeno na vytlačení kyslíku, resp. na nahrazení kyslíku dusíkem. Proto je v modelu hašení sledovanou veličinou množství a změna koncentrace kyslíku. Požár je uvažován za uhašený, pokud koncentrace kyslíku poklesne pod minimální koncentraci potřebnou pro spalování metanu. z kratších stěn kvádru byl vymodelován otvor pro dveře (outlet) o rozměrech 0,7 x 0,3 m. Ohnisko požáru o průměru 50 mm bylo umístěno v úrovni podlahy. Hasicí zařízení bylo umístěno do středu stropu. Proudění uvnitř hasicího zařízení nebylo předmětem modelování, proto do simulace byl zapojen pouze výstupní proud hasiva z kruhového vstupu o průměru 0,1 m umístěného na stropě. Tento průměr byl zvolen s cílem pokrýt celé ohnisko požáru. Aby mohla být sledována koncentrace kyslíku při lokálním hašení, byla geometrie rozdělena do dvou menších objemů (Interior_1 se nachází v blízkosti požáru a má objem 0,512 m 3 a Interior_2 je od ohniska více vzdálený a má objem 0,256 m 3 ). Výsledná geometrie modelu je zobrazena na obr. 1. Klíčová slova Hoření metanu; hašení dusíkem; modelování CFD; Fluent. Abstract This article is focused on computer model of methane burning and local extinguishing in Ansys Fluent software. The computer model was divided into two submodels, fire model and extinguishing model. It was created a room model with the outbreak of fire at floor level. As fuel was considered a flammable gas - methane. Firefighting is ensured through extinguishing gas - nitrogen. The extinguishing agent enters the model at ceiling level and it is a directed stream of extinguishing agent. The model was validated by flame temperature. Extinguishing by nitrogen is based on the displacement of oxygen, respectively the replacement of oxygen by nitrogen. Therefore, the monitored variables were concentration of oxygen in the extinguishing model. Fire was considered as extinguished when the oxygen concentration falls below the minimum concentration needed for the methane combustion. Keywords Methane burning; extinguishing by nitrogen; CFD modelling; Fluent. 1 Úvod V současné době je princip funkce plynových stabilní hasicí zařízení (SHZ) založen na aplikaci hasiva do celého požárem zasaženého prostoru, a v tomto celém prostoru je snaha vytvořit takové podmínky, aby hoření nemohlo dále pokračovat. Požár je však většinou lokalizovaný, proto by bylo vhodné aplikovat hasivo lokálně. V tomto článku je představen model lokální aplikace hasiva z rozvodu SHZ. 2 Model Geometrie Byl vytvořen prostor ve tvaru kvádru o rozměrech 1,2 x 0,8 x 0,8 m, který představuje zmenšený model místnosti. Byl předpokládán pouze vnitřní prostor místnosti tj. bez vnitřního zařízení a vybavení, také tloušťka stěn nebyla uvažována. Na jedné Obr. 1 Geometrie modelu Výpočtová síť Modelovaný prostor byl rozdělen do kontrolních objemů. Fluent počítá proměnné vždy ve středech těchto kontrolních objemů. Kontrolní objem byl zvolen ve tvaru mnohostěnů (polyhedra cells) s délkou strany 0,02 m. Celá geometrie byla rozdělena celkem do kontrolních objemů. Předtím než byla stanovena délka hrany na 0,02 m, byla provedena závislost výsledků na výpočtové síti, kde byl porovnáván model požáru pro čas 1 sekundy při délce hrany 0,03 m, 0,025 m, 0,02 m a 0,015 m. Mezi porovnávané parametry patřila celková teplota plamene, hmostnostní podíl CO 2 a H2O. Hodnoty z modelů s délkou hrany 0,02 a 0,015 se nelišili o více jak 2 %, proto pro výslednou analýzu a s přihlédnutím k náročnosti výpočtového času byla vybrána délka hrany 0,02 m. Výběr modelů a řešičů Požár je velmi specifický problém, dochází ke změnám v průběhu času, teploty dosahují vysokých hodnot, uplatňují se vztlakové síly a gravitace. Proto byl pro simulaci vybrán řešič pro přechodné jevy (transient pressure based solver), byl zohledněn vztlakový efekt a gravitace (9,81 m/s). Turbulentní model Do simulace byl zapojen viskózní standardní turbulentní model k-ε se stěnovou funkcí. Byly použity modelové konstanty C1ε = 1.44, C2ε = 1.92, σk = 1.0, σε = 1.3 a Prandtlovo číslo v hodnotě 0,85. Standardní model k-ε je založen na Boussinesquově hypotéze turbulentní viskozity a řeší hodnotu turbulentní viskozity pomocí dvou diferenciálních dodatkových rovnic. První diferenciální 256

18 rovnice řeší turbulentní kinetickou energii k, která určuje energii turbulence. Druhá diferenciální rovnice řeší délkové měřítko - rychlost disipace ε, tedy rozpad a zánik turbulentních vírů. Z toho je také odvozen název modelu k-ε. [1] Model k-ε je založen na časovém průměrování fluktuací. [2] Model k-ε se běžně používá při modelování turbulentního proudění a je oblíben především pro své obecné uplatnění, robustnost a ekonomičnost. Radiační model P1 Vzhledem k tomu, že teplota při požárech dosahuje vysokých hodnot, nelze radiaci zanedbat. Proto byl do simulace zapojen model radiace P-1. Model P-1 je nejjednodušším případem modelu P-N. [3, 4] 3 Model hoření K tomu, aby došlo k hoření, musí být splněny určité požadavky. Musí být přítomná hořlavá látka (palivo), teplo (zdroj zapálení) a oxidační činilo (obvykle kyslík). Pokud jsou tyto faktory v rovnováze, dochází ke spalování. Hoření může být iniciováno plamenem nebo jiskrou, případně může jít o samovznícení (pokud dojde k dostatečnému nahromadění tepla v hořlavé látce). Po zapálení probíhá v části paliva pyrolýza, při které se uvolňují hořlavé páry, které při promíchání se vzduchem hoří. [5, 6] V našem případě je jako palivo použit metan, kyslík ze vzduchu jako oxidační prostředek a jako iniciační zdroj je využito teplo naakumulované v palivu. Existuje více způsobů, jak lze požár v programu Fluent namodelovat. Jedním způsobem je použít model pro spalování, druhým způsobem je vytvořit zónu se zdrojem generující teplo, dalším způsobem je napsat UDF (User Defined Function - uživatelsky definovanou funkci), která bude definovat časově proměnný zdroj tepla a časově proměnný zdroj částic (pro reprezentaci energie a kouře). V našem případě byl vybrán model spalování s modelem transportu částic a objemovou reakcí. Byl použit reakční mechanismus o jednom kroku a předpokládá se úplná přeměna paliva CH 4 na CO 2 a H 2 O. Jednokrokový reakční mechanismus je zjednodušený kinetický mechanismus spalování metanu, kde chemická rovnice (1) a (2) definuje stechiometrii celé reakce, ale komplexnost celého procesu je skryta. Komplexní mechanismus může obsahovat stovky reakcí (mezistupňů), ve kterých se vyskytují vysoce reaktivní fragmenty molekul (atomů a volných radikálů). [7] Například v práci [8] bylo pro spalování metanu, resp. zemního plynu použito 325 reakcí. Komplexní mechanismus detailně popisuje spalování, ale náročnost výpočtů těchto modelů je výrazná. [9] Chemické rovnice mohou být řešeny pomocí několika matematických modelů, a to pomocí laminárního modelu (Laminar Finite-Rate model), turbulentního modelu (Eddy-Dissipation model) a kombinovaného modelu (Finite-Rate/Eddy-Dissipation model). Do řešeného případu byl zapojen kombinovaný finite-rate/ eddy-dissipation model, kde rychlost reakce je určena dle Arrhenia a rovnice eddy-dissipation. Lokální rychlost reakce je dána jako minimální hodnota z těchto dvou rovnicí. Přestože FLUENT dovoluje několika stupňové reakční mechanismy pro eddy-dissipation a finite-rate/eddy-dissipation model, lze u více krokových reakčních mechanizmů očekávat ne příliš přesné řešení. Příčinou je, že více stupňové reakční mechanizmy jsou založeny na Arrheniových rychlostech, které jsou rozdílné pro jednotlivé reakce. V eddy-dissipation modelu mají všechny reakce stejnou rychlost, proto by měl být tento model použit pouze pro jednokrokové (reaktant - produkt) nebo dvoukrokové (reaktant - přechodný produkt - produkt) obecné rovnice. [10] Při spalování dochází k uvolnění energie, která může být vyčíslena jako spalné teplo (ΔH c ). Spalné teplo je definováno jako celkové množství uvolněného tepla při úplném spálení jednotkového množství paliva (1 m 3 ). [7] Nositeli chemicky vázané energie, která se při hoření uvolňuje, jsou aktivní prvky hořlaviny. [11] V modelu byly nastaveny vlastnosti směsi metanu se vzduchem a poté vlastnosti jednotlivých prvků (toto pořadí je doporučeno v uživatelské příručce programu Fluent). Byla použita směs metanu se vzduchem z databáze Fluent. Spalování metanu je jednosměrná (dopředná) chemická reakce, to znamená, že prvky produktů neovlivňují rychlost reakce, tedy rychlostní exponent pro všechny produkty byl nastaven jako nulový, což je v souladu s [4]. Podle Guldberg-Waagova zákona platí, že reakční rychlost jednosměrné chemické reakce dané stechiometrickou rovnicí je úměrná rychlostní konstantě (rychlostní konstanta vyjadřuje závislost na teplotě a typu reakční soustavy) a součinu koncentrací reaktantů (tzn. nezávisí na množství produktů) umocněných jejich stechiometrickými koeficienty. [12] Tab. 1 Parametry směsi zadané do programu Fluent Vlastnosti Jednotka Nastavená hodnota Hustota kg/m 3 Volume weighted mixing law Měrná tepelná kapacita (c p ) J/(kg.K) Mixing law Tepelná vodivost W/(m.K) Mass weighted mixing law Viskozita kg/m.s Mass weighted mixing law Hmotnostní rozptyl m 2 /s Kinetic theory Absorpční koeficient 1/m Wsggm domain based Koeficient rozptylu 1/m 0 Funkce rozptylové fáze - isotropic Index lomu - 1 Z rovnice (2) vyplývá, že pro spálení 1 m 3 metanu jsou zapotřebí 2 m 3 kyslíku. Pro spálení 1 m 3 metanu je tedy teoreticky zapotřebí 9,524 m 3 suchého vzduchu. [13] Tab. 2 Okrajové podmínky Název okrajové podmínky CH 4 2O 2 CO 2 2H2O CH 2 O 3,76 N CO 2H O 7,52 N Okrajové podmínky pro model spalování Okrajové podmínky pro model hašení inlet Mass flow inlet Mass flow inlet Interior-interior_1 Interior Interior Interior-interior_1 Interior Interior Interior-interior_1- interior_2 Interior Interior Nozzle Wall Velocity inlet Outlet Pressure outlet Pressure outlet Wall-interior_1 Wall Wall Walls-interior_1 Wall Wall Walls-interior_2 Wall Wall Okrajové podmínky Požár o výkonu 35 kw byl simulován jako hmotnostní průtok metanu (CH 4 ) v hodnotě 0,01 kg/s vstupující do modelovaného prostoru kolmo z podlahy. Z okrajové podmínky inlet tedy do prostoru vstupoval pouze proud metanu. Při modelování bylo jako příčina zapálení použité teplo naakumulované v metanu. Proto byla teplota metanu na vstupu nastavena na 700 K. Byly uvažovány (1) (2) 257

19 nepohyblivé stěny (stationary walls) s teplotou 293 K a nulovým difuzním tokem. Výstup z domény (pressure outlet) byl nastaven s 5 % intenzitou turbulence a s viskózním poměrem 10 %. Výstup z domény byl na začátku simulace modelován s teplotou 293 K stejně jako ohraničující stěny a s normálními podmíkami vzduchu. Vzduch byl uvažován ve složení 21 % kyslíku a 79 % dusíku. Vnitřní emisivita výstupu byla nastavena na hodnotu 1. Okrajové podmínky byly nastaveny dle tab. 2. Výstupy z modelu hoření Byla provedena časová analýza modelu spalování v časech 0,01 a 0,6 sekund. Ověření modelu Pro ověření správnosti modelu byla použita adiabatická teplota plamene. Adiabatickou teplotu lze vypočítat: T T H / n c (3) ad c i pi kde T je teplota okolního plynu [K], ΔH je standardní změna entalpie [kj/mol], n i je počet molů [mol], c pi je tepelná kapacita [J/(mol.K)]. H 2 H 1 H - 1 H (4) c f, H2 O f, CO2 f, CH4 Obr. 2 Vektory rychlostí [m/s] v čase 0,01 s kde ΔH f,h2o ; ΔH f,co2 ; ΔH f,ch4 je standardní změna enthalpie vody, oxidu uhličitého a metanu [kj/mol]. Kyslík (O 2 ) a dusík (N 2 ) nebude mít žádný vliv, protože to jsou základní prvky. Tab. 3 Vlastnosti prvků potřebné pro výpočet n [mol] ΔH f [kj/mol] c p [J/(mol.K)] CO ,51 54,3 H 2 O 2-241,83 41,2 N 2 7,52-32,7 CH ,6 - ΔH c = 2 (-241,83) + (-393,51) - (-74,6) ΔH c = -802,57 [kj/mol] Vypočítaná hodnota uvolněného tepla je ve schodě s [7]. T ad = /(54, ,2 + 7,52 32,7) T ad = 2395 [K] Spočítaná hodnota adiabatické teploty plamene je mnohem vyšší než lze sledovat při skutečném hoření metanu, je to způsobeno tím, že adiabatická teplota nezahrnuje tepelné ztráty. [14] Teplota plamene získaná ze simulace je 2068 K, pokud ji porovnáme s hodnotou vypočítané adiabatické teploty plamene, tak zjistíme, že je nižší. To je správné, protože model vytvořený v program Fluent uvažuje tepelné ztráty. V požární praxi se uvažují tepelné ztráty většinou v rozsahu od 20 do 40 %. V našem případě představují tepelné ztráty 14 %. Je to důsledek uvažovaného zjednodušení v použití jednokrokové chemické reakce hoření metanu a volby zdroje zapálení. Obr. 3 Vektory rychlostí [m/s] čase 0,6 s Výška plamene dle Heskestadovy korelace 2/5 L 0, 235 Qc 1,02 Deq (5) Obr. 4 Rozložení teploty [K] v čase 0,01 s kde Qc je část energie uvolněná konvekcí [W], uvažovaná jako 0,8Q, D eq je průměr požáru nebo jeho ekvivalentní hodnota pokud je uvažován čtyřhranný průmět požáru [m]. Modelovaný požár byl o výkonu 35 kw. L = 0, /5-1,02 0,05 L = 0,84 [m] Vypočítaná výška plamene je 0,84 m, což přibližně odpovídá výšce zmenšeného modelu místnosti, proto teplota oblaku plynů nad plamenem nebyla dle Heskestadovy a McCaffryho korelace hodnocena. Jak je vidět z obr. 2 a 3 dochází během požáru k ovlivnění rychlostí proudění v místnosti především podél středové osy nad ohniskem požáru a v jeho blízkosti. Průběh rozložení teplot v čase 0,01 s a 0,6 s je vidět na obr. 4 a obr. 5, kde v čase 0,01 s je nejvyšší teplota pozorována pouze na spodních krajích vstupujícího metanu, to je pravděpodobně způsobeno rychlostí metanu na vstupu. Při čase 0,6 s je maximální teploty dosahováno po celém horním povrchu metanu a především nad středem ohniska požáru a v blízkosti stěny místnosti. 258

20 Aby mohlo být provedeno lokální hašení, předpokládá se součinnost s detekčním systémem, který je založený na videodetekci požáru. Na základě vyhodnocení obrazu střeženého prostoru bude hasivo aplikováno pouze směrem k ohnisku požáru. Rychlost hasiva byla zvolena na 20 m/s a bylo provedeno 12 modelů hašení. Velikost výpočtového kroku byla nastavena na 0,005 sekundy a maximální počet kroků byl nastaven na 240 tj. na čas hašení 1,2 s. Změny koncentrací pro jednotlivé modely hašení jsou uvedeny v tab. 4. Obr. 5 Rozložení teploty [K] v čase 0,6 s Model hašení Poté co bylo dosaženo konvergujícího řešení modelu hoření, byl model upraven a nově byla do simulace zapojena nová okrajová podmínka (velocity inlet). Prostřednictvím tohoto vstupu, který je umístěn ve středu stropu, začalo do domény proudit hasivo (dusík). Cílem modelu hašení bylo sledovat rychlost hašení, jako závislost na množství dusíku dodaného do bezprostředního okolí ohniska požáru. Aby mohla být sledována koncentrace kyslíku v bezprostředním okolí ohniska požáru a ve vzdáleném okolí, byl prostor rozdělen do dvou oblastí (Interior_1 a Interior_2) a v těchto dvou oblastech bylo sledováno, jak se dynamicky mění koncentrace kyslíku a dusíku. V oblasti nazvané Interior_1 bylo umístěno ohnisko požáru. Pokud v bezprostředním okolí ohniska požáru (Interior_1) bylo dosaženo minimální koncentrace kyslíku, požár byl uvažován za uhašený. Obr.6 Vektory rychlosti při hašení v čase 1,2 s Minimální koncentrace kyslíku Minimální koncentrace kyslíku, v literatuře často označovaná jako MOC (odvozené z anglických slov Minimum Oxygen Concentration). Pokud množsví kyslíku je pod hranicí minimální koncentrace kyslíku potřebné pro hoření, požár ustává. Na tomto principu jsou založeny plynové hasicí látky. Kyslík v prostoru je redukován přidáním inertních plynů, v našem případě byl použit dusík. Minimální koncentraci kyslíku lze vypočítat podle [15]: MOC LFL m (6) kde LFL (Low Flammable Limit) - spodní mez hořlavosti, (pro metan je spodní mez hořlavosti 5,3 %), m je počet molů kyslíku ve stechiometriocké rovnici pro hoření metanu, (tedy m = 2 bráno z rovnic (1, 2)). MOC = 5,3 2 MOC = 10,6 [%] Pokud množství kyslíku v prostoru je rovno nebo nižší než tato hodnota, hoření nemá dostatek kyslíku a požár zaniká. Tab. 4 Změny koncentrace kyslíku a dusíku při hašení Interior_1 Interior_2 Čas hašení [s] Objemově vážený průměr hmotnostní frakce O 2 [-] N 2 [-] O 2 [-] N 2 [-] 0,1 0, , , , ,2 0, , , , ,3 0, , , , ,4 0, , , , ,5 0, , , , ,6 0, , , , ,7 0, , , , ,8 0, , , , ,9 0, , , , ,0 0, , , , ,1 0, , , , ,2 0, , , , Jak ukazuje tab. 4, množství kyslíku kleslo pod minimální koncentraci kyslíku, která je uvedena výše, v oblasti Interior_1 až při čase hašení 1,1 s. To znamená, že požár nemůže být s touto rychlostí hasiva uhašen dřív jak v čase 1,1 sekundy. Při porovnání obou oblastí (Interior_1 a Interior_2) je vidět, že při lokálním hašení rychle klesá koncentrace kyslíku v bezprostředním okolí ohniska požáru. Z hodnot koncentrací kyslíku v tab. 4 vyplývá, že lokalizované hašení, je ke zdolávání požáru vhodné, protože sníží obsah kyslíku lokálně a v bezprostředním okolí, ale ve vzdálenějším prostoru (Interior_2) je koncentrace stále pro osoby přijatelná. Obr.7 Hmotnostní frakce N 2 při hašení v čase 1,2 s 259

21 Závěr V tomto článku byl představen CFD model hoření metanu v místnosti a následně jeho lokální hašení směrovaným proudem hasiva. K vytvoření simulace byl použit programu Ansys Fluent Workbench a k ověření modelu byla použita teplota plamene. Pro hašení požáru bylo využito plynné hasivo - dusík, jehož hasicí schopnost je založena na zředění kyslíku, respektive na nahrazení kyslíku dusíkem. V závislosti na dolní mezi hořlavosti byla vypočítána minimální koncentrace kyslíku (MOC). Ve dvou oblastech modelovaného prostoru bylo během modelu hašení sledováno množství kyslíku a jeho změny v čase. Pokud množství kyslíku pokleslo pod minimální koncentraci, požár byl uhašen. Model ukázal, že lokální aplikací hasiva lze dosáhnout uhašení požáru, a to i při výrazném ovlivnění pouze určité oblasti prostoru. V současné době je princip hašení dusíkem založen na vytlačení kyslíku z celého požárem zasaženého prostoru. Výsledky získané ze simulace mohou být zatíženy chybou. Pokud bychom chtěli dostat přesnější výsledky, museli bychom použít vícekrokový mechanizmu reakce hoření metanu, a v modelu hašení upravit v každém časovém kroku rovnici hoření metanu. [14] Babrauskas, V.: Temperatures in fl ames and fi res, Fire Science and Technology Inc., USA, [online], [cit ], dostupné z: [15] Zámostný, P.: Bezpečnost chemických výrob, VSCHT, 21 stran, Poděkování Práce vznikla za podpory studentského grantu SGS/014/ OHK1/1T/11 pod záštitou ČVUT v Praze. Použitá literatura [1] Blejchař, T.: Turbulence, Modelování proudění - CFX, učební text, VŠB, TU Ostrava, [2] Žitný, R.: Numerická analýza procesů, CFD transportní rovnice, Turbulence a modely RANS, Ústav procesní a zpracovatelské techniky, Fakulta strojní, ČVUT v Praze, [3] Habibi, A.; Merci, B.; Heynderickx, G.J.: Impact of radiation models in CFD simulations of steam cracking furnaces, Computers and Chemical Engineering 31, p , [4] Fluent 14.5 User's Guide, Ansys Fluent, Fluent Inc, [5] Novozhilov, V.: Computational fluid dynamics modeling of compartment fires, Progress in Energy and Combustion Science 27, p , [6] Polnický, V.: Vodík jako palivo pro spalovací motory, Bachelor thesis, Brno University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Automotive Engineering, Brno, [7] Drysdale, D.: An Introduction to Fire Dynamics, Third Edition, Wiley, 2011, ISBN [8] Polášek, M.; Hofman, K.: Modelování detonací zážehových motorů, Výzkumné centrum Josefa Božka, ČVUT v Praze, [9] Langan, K.R.: A computational study of two dimensional laminar premixed combustion of methane and some biofuels, Master thesis, University of Iowa, [10] Kozubková, M.; Krutil, J.; Bojko, M.; Dvořák, O.: Matematické modelování výbuchu metanu v rodinném domku v Kamenné pomocí SW Fluent, The Science for Population Protection 2/2012, Volume 4, [11] Horák, J.: Úvod do teorie spalování tuhých paliv, Výzkumné energetické centrum, VŠB, TU Ostrava, [12] Paseka, M.: Reakční rovnováhy, Gymnázium Vysoké Mýto, 12 stran, , dostupné z: sablony/05.sadapublikace/12_chs5mz2.pdf. [13] Bébar, L.: Základy chemie v příkladech, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology, November,

22 Praktické zkušenosti s instalacemi protivýbuchové ochrany v jednotlivých typech průmyslů Practical Experiences with Instalation of Technical Explosion Protective Measures on Individual Industries Ing. Miloš Pešák, Ph.D. doc. Ing. Petr Štroch, Ph.D. RSBP spol. s r.o. Pikartská 1337/7, Ostrava-Radvanice pesak@rsbp.cz, stroch@rsbp.cz Abstrakt Příspěvek je zaměřen na řešení pasivní protivýbuchové ochrany technologií pro zpracování hořlavých prachů. Začátkem je zpracován přehled norem vztahujících se k zajištění pasivní protivýbuchové ochrany. Pro provedení konstrukční ochrany, uvolnění výbuchu a jeho potlačení jsou vždy diskutovány požadavky příslušné normy, především je zdůrazněna a vysvětlena jejich nesprávná aplikace v praxi. Klíčová slova Výbuch; technická opatření; protivýbuchová ochrana; uvolnění výbuchu; potlačení výbuchu; oddělení výbuchu; tlaková odolnost. Abstract The report deals with passive anti-explosion protection technologies for flammable dust processing. It provides the outline of standards dealing with passive anti-explosion protection. For providing structural protection, explosion relief and its suppression, it discusses the requirements of the respective standards; most importantly, it underlines and explains the incorrect application of the norms in everyday practice. Keywords Explosion; technical measures; anti-explosion protection; explosion relief; explosion suppression; explosion isolation; pressure resistance. Úvod Informace o haváriích s přítomností hořlavých a výbušných látek, o technologii, o provozních podmínkách, o stávajících bezpečnostních opatřeních technického a organizačního charakteru představují jen část důležitých informací, které je potřebné zohlednit při zpracování analýzy rizik ve vztahu k nebezpečí výbuchu dle NV č. 406/2004 Sb. Provozovatel na základě provedené analýzy musí přijmout, je-li to nutné, opatření, která povedou k eliminaci či maximálnímu snížení nebezpečí výbuchu. Kromě opatření organizačních se v mnoha případech jedná i o opatření technická. Tato opatření z velké části vycházejí z legislativních požadavků, především z normativních požadavků (harmonizované normy ČSN EN). V tabulce č. 1 jsou uvedeny nejdůležitější harmonizované normy definující jednotlivé druhy zabezpečení vůči výbuchu. Vzhledem k velkému rozsahu této problematiky, je dále řešena pasivní protivýbuchová ochrana prachů. Tab. 1 Základní harmonizované normy protivýbuchové ochrany technologií zpracovávající hořlavé prachy ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN až 8 Výbušná prostředí - Zamezení a ochrana proti výbuchu - Část 1: Základní pojmy a metodologie Prostředí s nebezpečím výbuchu - termíny a definice pro zařízení a ochranné systémy určené pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu Konstrukce odolné výbuchovému tlaku Systémy na potlačení výbuchu Ochranné systémy pro odlehčení výbuchu prachu Ochranné systémy pro oddělení výbuchu Bezplamenná zařízení pro odlehčení výbuchu Protiexplozní komíny Zpětné protiexplozní klapky Neelektrická zařízení pro prostředí s nebezpečím výbuchu Pozn.: První dvě normy jsou v tabulce uvedeny záměrně za účelem přiblížení jejich názvů veřejnosti, neboť představují základní metodologii komplexního posouzení nebezpeční výbuchu jednotlivých posuzovaných zařízení. Právě výše uvedené základní normativní požadavky nejsou mnohdy v praxi správně technicky aplikovány. Způsoby protivýbuchové ochrany Filozofie protivýbuchové ochrany vychází v zásadě ze znalosti vzniku a průběhu výbuchu a lze ji zajistit: preventivní ochranou pomocí níž se zabraňuje vzniku výbuchu - aktivní prevence, konstrukčními preventivními opatřeními, která nezabraňují vzniku výbuchu, ale omezují nebo snižují jeho nebezpečné účinky - pasivní prevence. Aktivní prevenci lze realizovat v zásadě dvěma způsoby: a) opatření, které zabraňuje nebo omezuje tvorbu nebezpečné, výbušné atmosféry - explozní směsi - primární ochrana, b) opatření, které zabraňuje vznícení výbušné atmosféry - explozní směsi. Zpravidla mají opatření dle bodu a) přednost a jsou brána v úvahu při jakékoliv činnosti, která je v průmyslu vykonávána - tzn. exaktní stanovení prostředí, stanovením zón. Nevede-li po exaktní a znalecké rozvaze toto opatření k jednoznačnému a jistému cíli, pak je nezbytné po znaleckém a odborném posouzení aplikovat opatření dle bodu b), popřípadě aplikovat pasivní prevenci, eventuálně volit jejich kombinace. Mezi pasivní prevenci patří následující způsoby ochrany: konstrukční ochrana, uvolnění výbuchu v kombinaci se zabráněním přenosu výbuchu, potlačení výbuchu v kombinaci se zabráněním přenosu výbuchu. Jednotlivé druhy pasivní prevence, přesné definice nejen zařízení, ale i ochranných systémů, podrobně definuje NV č. 23/2003 Sb., vyplývající ze směrnice EU 94/9/EC. Mezi ochranné systémy patří: 261

23 protiplamenné pojistky, systémy pro odlehčení výbuchu (používající např. průtržné membrány, odlehčovací panely, explozní klapky), protiplamenné bariéry, systémy na potlačení exploze, zařízení a systémy bránící přenosu exploze, apod. Konstrukční ochrana ČSN EN stanovuje požadavky na konstrukce odolné výbuchovému tlaku a konstrukce odolné tlakovému rázu při výbuchu. Je použitelná pro technologické nádoby a systémy, platí pro konstrukci a jejich kombinace, ve kterých může vznikat deflagrace a není použitelná pro konstrukce a jejich kombinace, ve kterých může vzniknout detonace. Neplatí pro jednotlivé části zařízení, např. motory nebo převodovky, které mohou být navrženy tak, aby vydržely vnitřní výbuch (EN ). Je důležité, aby byla používána pouze pro konstrukce vyrobené pouze z kovových materiálů. Principy integrované protivýbuchové ochrany zahrnují dále uvedená opatření, která musí být přijata výrobcem: zabránění vzniku výbušné atmosféry, zabránění vznícení výbušné atmosféry, pokud přesto může dojít k výbuchu, zastavit výbuch v počátečním stádiu a/nebo omezit rozsah plamenů a tlaku při výbuchu na dostatečnou úroveň bezpečnosti. Z uvedeného vyplývá, že jsou stanoveny požadavky na konstrukce, které musí být odolné proti výbuchu. Odolnost proti výbuchu je termín používaný pro konstrukci nádoby tak, aby mohla vydržet předpokládaný výbuchový tlak bez roztržení. Zajištění této vlastnosti zařízení omezí rozsah výbuchových plamenů a tlaku při výbuchu na dostatečnou úroveň bezpečnosti. Vlastnost konstrukce odolnost proti výbuchu může být použita pro zařízení, ochranné systémy a součásti. Konstrukce odolná výbuchovým tlak m Konstrukce odolná výbuchu Konstrukce odolná tlakovým ráz m p i výbuchu výbuchu z takovéhoto zařízení do navazujícího zařízení - není zabráněno přenosu výbuchu (dle EN ). Uvolnění výbuchu Uvolnění (odlehčení) výbuchu prachů je podrobně věnována harmonizovaná norma ČSN EN (v součinnosti s ČSN EN ). Je jednou ze série norem, mezi které patří ČSN EN Zařízení pro odlehčení výbuchu a ČSN EN Konstrukce odolné proti výbuchu. Tyto tři normy spolu vytváří koncepci pro odlehčování výbuchu prachů. ČSN EN zahrnuje: navrhování velikosti odlehčovacích zařízení pro ochranu plášťů (nádob) proti účinkům tlaku uvnitř nádoby při výbuchu prachů, účinky plamenů a tlaku vně nádoby, zpětných sil, vliv výfukového potrubí, bezpečnostní zóny apod. Neposkytuje pravidla pro navrhování a použití odlehčení účinků v případě detonace nebo prudkých exotermických reakcí. Nepokrývá rizika požáru, vznikající od zpracovávaných, použitých nebo uvolňovaných materiálů v zařízení nebo materiálů použitých na výrobu zařízení a budov. Neplatí pro navrhování, konstrukci, zkoušení a certifikaci zařízení pro odlehčení výbuchu, které jsou použity pro odlehčení výbuchu v nádobách. Pro tato zařízení platí ČSN EN Nesprávná aplikace normy v praxi Aplikace uvedených ochranných systémů u provozovatelů patří mezi nejpoužívanější, a to jak aplikace ze strany provozovatele, tak v rámci dodávek technických zařízení, na kterých jsou již tyto ochranné systémy předinstalovány. Mezi nejčastější chyby při aplikaci těchto systémů patří: Nevhodný návrh těchto aplikací - provozovatelé nesprávně aplikují výpočet únikové plochy na jednotlivých zařízeních (skladovací zařízení, odlučovací zařízení) díky neznalosti reálných výbuchových parametrů hořlavých látek (tyto parametry jsou často získány z neověřených zdrojů). Při aplikaci jsou použita ochranná zařízení, vyrobená svépomocně, tzn. bez patřičných vědomostí, konstrukčního provedení a především bez certifikace dle NV č. 23/2003 Sb. (94/9/EC - ATEX). Obr. 1 Rozdělení konstrukční ochrany Nesprávná aplikace normy v praxi Provozovateli jsou v praxi používána technologická zařízení, jež jsou tlakově odolná. Jedná se především o mlýny, odlučovací zařízení, skladovací zařízení. Při konzultacích s praxí se však ukazuje, že když provozovatel těmito zařízeními disponuje, nedokáže prokazatelně dokladovat potřebné dokumentace ve vztahu k NV č. 406/2004 Sb., a to především prohlášení o shodě dle ATEXu, neboť se jedná o zařízení starší, dovezená ze zahraničí z jiných provozů. Další častou negativní zkušeností je neověření, zda výbuchové parametry používaných hořlavých látek jsou v kontextu s provedením daného zařízení. Tzn., že provozovatel disponuje technologickým zařízením, dimenzovaným na tlakovou odolnost 1 MPa, avšak výbuchové parametry zpracovávaných látek, především maximální výbuchový tlak, je mnohdy větší než daná konstrukční odolnost posuzovaného a provozovaného zařízení. Pokud provozovatelé těmito zařízeními disponují, mnohdy si neuvědomují a technicky neřeší možnost přenesení případného Obr. 2 Membrána bez výrobního štítku a označení Nesprávné umístění ochranných zařízení, tzn., že zařízení v případě otevření uvolňují plamen o teplotě min. 800 a tlakové účinky do prostoru s výskytem zaměstnanců, externích osob a jiných pracovníků (např. proti zdem budov, proti konstrukcím zařízení, do prostoru kanceláří, do prostoru s manipulací 262

24 s dalšími zařízeními), včetně špatného či žádného definování bezpečnostní zóny. V případě aplikace deflektoru pro odvod plamene mimo budovu jsou mnohdy porušeny podmínky umístění a konstrukce těchto zařízení, což může v případě exploze vést k jeho nesprávnému uvolnění výbuchu, popř. i k roztržení chráněného zařízení. Obr. 3 Bezpečnostní zóna Provozovatelé mnohdy neřeší možnost přenesení případného výbuchu ze zařízení do navazujících zařízení - není zabráněno přenosu výbuchu (dle EN ). systémů pro potlačení výbuchu pro definované výbuchové podmínky. Uvádí kritéria pro alternativní zkušební zařízení používaná pro zkoušky stanovení účinnosti potlačení výbuchu a kritéria určená pro definování bezpečných provozních režimů systému pro potlačení výbuchu. Nesprávná aplikace normy v praxi Aplikace těchto speciálních ochranných systémů se používá u zařízení, která se nachází ve vnitřních prostorech budov a hal, kde nelze aplikovat uvolnění exploze. Provozovatelé se často dopouští následujících chyb: Nedostatečná informovanost o těchto ochranných systémech - provozovatelé často nevědí, že takovéto systémy existují. Provozovatelé aplikují tyto systémy na zařízení, jež jsou umístěna ve venkovním prostoru. U těchto zařízení je vhodnější aplikovat uvolnění výbuchu namísto potlačení výbuchu. V případě aplikace jsou systémy nesprávně naprojektovány - množství akčních členů mnohdy nesouhlasí s velikosti chráněného zařízení, což v případě výbuchu povede k nefunkčnosti systému - nedojde k potlačení výbuchu. Často je ochranný systém projektován na základě neznalosti či nesprávné volby (nereálné hodnoty) výbuchových parametrů hořlavých prachů. Akční členy (detekční prvky) systémů jsou mnohdy nevhodně umístěny - nesprávné umístění vede k nefunkčnosti systému - nedojde k potlačení výbuchu. Aplikace systémů není v souladu s požadavky a podmínkami, definovanými notifikačními orgány v rámci certifikace dle NV č. 23/2003 Sb. (94/9/EC). V rámci aplikace této ochrany provozovatelé mnohdy neřeší možnost přenesení případného výbuchu z takovéhoto zařízení navazujícího zařízení - není zabráněno přenosu výbuchu (dle EN ). Zabráněni přenosu výbuchu Přenos výbuchu, resp. zabránění přenosu výbuchu či oddělení výbuchu mezi jednotlivými zařízeními řeší v současné době připravovaná harmonizace evropské normy EN Konkrétně precizuje podstatu, provedení a jednotlivé technické způsoby oddělení výbuchu mezi jednotlivými zařízeními. Mezi nejznámější ochranné systémy na oddělení výbuchu patří: rotační podavače, explozní komíny, rychlouzavírací ventily, protiplamenné bariery, dvojice rychlouzavíracích šoupat aj. Veškerá zařízení, jež tuto funkci oddělení výbuchu musí garantovat, musí projít certifikací u notifikačního orgánu dle 94/9/ EC a dle EN , na základě které je vydán certifikát, jež je podkladem pro vydávání prohlášení o shodě na tato zařízení. Obr. 4 Příklady špatné aplikace zařízení na uvolnění výbuchu Potlačení výbuchu Problematika potlačení výbuchu ve vnitřním prostoru zařízení řeší podrobně ČSN EN Stanovuje základní požadavky pro navrhování a použití systémů pro potlačení výbuchu. Rovněž stanovuje metody pro hodnocení účinnosti a rozšíření konfigurace Nesprávná aplikace normy v praxi Provozovatelé v praxi uvedenou ochranu ve stávajících zařízení neřeší. Tato problematika je v provozech řešena především u nově dodávaných zařízení, kdy dodavatelé či výrobci již povědomí o nové normě mají a jejich zařízení podmínku oddělení výbuchu splňuje. Je nutno rovněž upozornit i na skutečnost, že provozovatelé se mnohdy domnívají, že jejich stávající aplikovaná zařízení, jako jsou např. rotační podavače, splňují tyto požadavky, avšak při prohlídce na místě samém je zjištěno, že výrobní štítek prokazuje normální provedení. V rámci engineeringu s jednotlivými podniky a společnostmi bývá zjištěno, že dodavatelé nových zařízení (např. rotačních podavačů), často prezentují, že podavač je v daném provedení jako prvek pro oddělení výbuchu. Při 263

25 prohlídce výrobního štítku je však zjištěno, že podavač podmínku normy nesplňuje (viz obr. 5.) Obr. 5 Příklad aplikace rotačního podavače s výrobním štítkem, jenž je zavádějící pro provozovatele Jednotlivé prvky na izolaci (oddělení) výbuchu musí být konstrukčně odolné proti výbuchovým tlakům, jimž jsou vystavení jako bezpečnostní prvky. V praxi je možno vidět i zařízení, která jsou projekčně navržena správně, avšak konstrukce je v provedení, že výbuch toto zařízení roztrhá, neboť nejsou splněny pevnostní podmínky vůči instalované komplexní protivýbuchové ochraně. Na obr. 6 je možné vidět explozní komín, jenž disponuje přívodním a odvodním potrubím v provedení spiro. Tím je zajištěna minimální tlaková odolnost, Instalace tohoto výrobku pak vede k tomu, že v případě výbuchu dojde k roztržení ochranného zařízení ještě v místě, kde má mít dostatečnou pevnost - potrubí, což vede k přímému ohrožení okolní technologie a především osob, jsou-li zde přítomny. [2] Nařízení vlády č. 23/2003 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na zařízení a ochranné systémy, určené pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. [3] ČSN EN Konstrukce odolné výbuchovému tlaku. [4] ČSN EN Systémy na potlačení výbuchu. [5] ČSN EN Ochranné systémy pro odlehčení výbuchu prachu. [6] ČSN EN Zařízení pro odlehčení výbuchu. [7] ČSN EN Systémy pro oddělení výbuchu. [8] ČSN EN Bezplamenné zařízení pro odlehčení výbuchu. [9] ČSN EN Protiexplozní komíny. [10] ČSN EN Zpětné protiexplozní klapky. [11] ČSN EN Výbušná prostředí - Zamezení a ochrana proti výbuchu - Část 1: Základní pojmy a metodologie. [12] ČSN EN Prostředí s nebezpečím výbuchu - termíny a definice pro zařízení a ochranné systémy určené pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. Obr. 6 Nesprávné konstrukční provedení explozního komínu Závěr Problematika zajištění bezpečnosti proti výbuchu, resp. aplikace pasivní protivýbuchové ochrany se neustále vyvíjí. Provozovatelé by měli tuto oblast konzultovat minimálně prostřednictvím bezpečnostních techniků nebo pracovníků HS&E s odborníky či společnostmi, majícími v této oblasti dlouholeté zkušenosti a dokážou odpovědět a především poradit a nasměrovat na řešení možných technických aplikací tak, aby byly prvky pasivní protivýbuchové ochrany (případné úpravy na zařízeních) bezpečné nejen pro osoby a pracovníky v provoze, ale i pro zařízení. Použitá literatura [1] Nařízení vlády č. 406/2004 Sb., o bližších požadavcích na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v prostředí s nebezpečím výbuchu. 264

26 FIRESAFE - Zásady evakuačních procesů a evakuační modely FIRESAFE - Principles of the Evacuation Procedures and Evacuation Models Ing. Jiří Pokorný, Ph.D., MPA 1 doc. Ing. Petr Kučera, Ph.D. 2 1 HZS MSK, Česká asociace hasičských důstojníků Výškovická 40, Ostrava-Zábřeh 2 VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírová 13, Ostrava-Výškovice jiri.pokorny@hzsmsk.cz, petr.kucera@vsb.cz Abstrakt Příspěvek prezentuje dílčí výstup z metodiky zpracované v rámci projektu FIRESAFE, který se zabývá procesy evakuace a evakuačními modely. Na popis evakuačních strategií, navazuje charakteristika metod řešení, výstupních hodnot a předpokládaných opatření. Popsány jsou rovněž zásady stanovení doby evakuace. V závěru příspěvku je pozornost věnována členění evakuačních modelů a srovnání vlastností některých z nich. Klíčová slova FIRESAFE; požární inženýrství; strategie evakuace; evakuační procesy; evakuační modely. Abstract The paper presents partial results of the methodology processed in the FIRESAFE project which deals with processes of the evacuation and models of the evacuation. Description of the evacuation strategies is followed by characteristics of the methods solutions, output values and expected measures. The paper describes also principles determining time of the evacuation. In the end is attention focused on the division of the evacuation models and comparison of properties of some of them. Keywords FIRESAFE; fire engineering; strategy of evacuation; evacuation processes; evacuation models. Úvod V rámci řešení projektu Specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství (dále také jen projekt ), byla hodnocena také evakuace osob. Projekt se zkráceným označením FIRESAFE (VG ) byl řešen v rámci Programu bezpečnostního výzkumu České republiky v letech Výsledek řešení evakuace osob je obsahem kap. 4.4 Metodiky pro specifi cké posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství (dále jen metodika ). Podrobnosti jsou dále rozvedeny v příloze 8.7 Zásady evakuačních procesů a evakuační modely. [1] Strategie evakuace osob Strategii evakuace osob je nutné vnímat šířeji než je pojata v kmenových normách požární bezpečnosti staveb [2, 3]. Při hodnocení evakuace osob lze volit jednu nebo více následujících strategií: úplná evakuace osob (osoby jsou zcela evakuovány z budovy na volné prostranství), částečná evakuace osob (osoby jsou evakuovány na volné prostranství pouze z prostor, kde jim hrozí nebezpečí), evakuace osob do chráněného prostoru (stavebně a technicky vybavený prostor, kde mohou osoby po určitou dobu bezpečně setrvat a v případě potřeby následně dokončit evakuaci), setrvání osob na místě (pokud není evakuace možná, musí být umožněno setrvání osob na místě, přičemž stavební a technické provedení objektu musí zajistit podmínky pro bezpečný pobyt), evakuace s podporou jednotky požární ochrany (vytvoření výhodnějších podmínek pro evakuaci). [4] Postupy a metody Evakuace je posuzována v následujících etapách: před zahájením pohybu osob, po zahájení pohybu osob. [4] Evakuační procesy jsou řešeny formou současné (neřízené) nebo postupné (řízené) evakuace. Pro posouzení evakuace osob lze využít: jednoduchých výpočtů, deterministické analýzy, pravděpodobnostní analýzy, experimentálních metod. [5, 6] Výstupní hodnoty a opatření Výstupními hodnotami při hodnocení evakuace osob jsou zpravidla: rychlost pohybu osob, kapacita únikových cest, doba evakuace. Výstupní hodnoty jsou srovnávány s riziky působícími na evakuované osoby. Na základě výstupních hodnot jsou pro zajištění evakuace osob stanovena stavební, technická a organizační opatření. Stanovení stavebních a technických požadavků na zajištění evakuace osob obsahuje: návrh druhu, počtu a rozmístění únikových cest, požadavky na provedení únikových cest, požadavky na vybavení únikových cest, návrh zařízení pro evakuaci, návrh specifických opatření. Stanovení organizačních požadavků na zajištění evakuace osob obsahuje: požadavky na seznámení se zásadami evakuace v objektu, požadavky na seznámení se zařízeními pro evakuaci, požadavky na provedení nácviků evakuace, jiné organizační požadavky. Zásady stanovení doby evakuace Evakuaci lze považovat za bezpečnou, pokud doba potřebná pro evakuaci osob t c je menší nebo nejvýše rovna dostupné době pro evakuaci t x, tj. době do dosažení kritických podmínek. Platí tedy: t t (1) c x 265

27 Doba potřebná pro evakuaci osob sestává z dílčích časových intervalů, které jsou znázorněny na obr. 1. vznícení Doba potřebná pro evakuaci osob t c detekce a poplach t d doba do zahájení evakuace osob t z osob t u pohyb detekce poplach zajištění rozhodování vnímání zpracování informace činnosti před odchodem Obr. 1 Doba potřebná pro evakuaci osob [7-9] doba [min] ukončení evakuace Dobu potřebnou pro evakuaci osob t c [min] lze stanovit rovnicí [7-9]: tc td tz tu (2) kde t c doba potřebná pro evakuaci osob [min], t d doba detekce a poplachu [min], t z doba do zahájení evakuace [min], t u doba pohybu osob objektem [min]. Doba detekce a poplachu t d [min] se obvykle dělí na dva časové intervaly. Na dobu detekce požáru, která závisí na návrhu zařízení pro včasné zjištění požáru (např. elektrická požární signalizace) nebo na zpozorování požáru uživatelem objektu. Druhý časový úsek je doba poplachu, během které se předává informace o vzniklém požáru uživatelům objektu buď přímo, nebo prostřednictvím varovných signálů. Doba do zahájení evakuace t z [min] sestává z doby zjištění, z doby potřebné pro rozhodování (vnímání a zpracování informace) a doby nutné pro činnosti před odchodem. Doba pohybu osob objektem t u [min] je doba od zahájení úniku osob v objektu po dosažení bezpečného místa (např. volného prostranství). Prostřednictvím vhodných výpočtových metod lze dobu pohybu osob objektem určit na základě jednoduchých vztahů nebo i sofistikovaných modelů dynamiky pohybu osob. [6-10] Dobu dostupnou pro evakuaci osob t x [min] lze stanovit jako dobu dosažení kritické hodnoty rizik působících na evakuované osoby: tx tkr (3) kde t x doba dostupná pro evakuaci [min], t kr doba dosažení kritické hodnoty [min]. Mezi základní rizika působící na evakuované osoby při požáru lze zařadit zejm.: ztrátu (pokles) viditelnosti, působení vysokých teplot, působení tepla a tepelného toku, působení toxických, dráždivých a dusivých látek, snížení koncentrace kyslíku. [1] Při hodnocení jsou zohledněna vybraná nebo všechna rizika. Rizika vymezují dobu dostupnou pro evakuaci t x. Metody pro stanovení doby do zahájení evakuace a doby pohybu osob objektem jsou blíže rozvedeny v metodice. Modelování evakuace osob Počítačové simulace evakuace osob dnes nabízejí možnost simulovat pohyb individuálních osob a hodnotit proces evakuace přesněji, s ohledem na rozdílné vlastnosti, rychlosti pohybu a rozměry jednotlivců. S rostoucím počtem modelů pro evakuaci osob a principů, s kterými pracují, lze modely členit do různých kategorií [11]. Některé formy členění budou uvedeny v následující části článku. Členění modelů podle metody modelování: behaviorální modely, modely pohybu, částečně behaviorální modely (kombinace pohybového modelu). Rozdělení modelů podle členění prostoru (viz obr. 2): hrubý síťový model, jemný síťový model, kontinuální model. Skupina osob a) hrubý síťový model b) jemný síťový model c) kontinuální model Východ Východ Obr. 2 Členění prostoru v počítačovém modelu [12] 266

28 Členění modelů z hlediska chování osob: absence chování osob, implicitní chování, podmíněné chování, umělá inteligence, pravděpodobnostní přístup. V tab. 1 jsou uvedeny hlavní a speciální vlastnosti některých evakuačních programů. Tab. 1 Přehled vlastností některých evakuačních programů [4] ISO/TR Fire safety engineering Part 8: Life safety - Occupant behaviour, location and condition. Geneva: ISO International organization for Standardization, 1999, p. 36. [5] ISO/TR Fire safety engineering - Part 1: Application of fire performance concepts to design objectives. Geneva: ISO International organization for Standardization, 1999, p. 60. [6] Hosser, D.: Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes. Braunschweig: Technisch-Wissenschaftlicher Beirat (TWB) der Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes e.v. (vfdb), 2006, 343 s. Typ vlastnosti Simulex FDS-Evac VISSIM PathFinder Building EXODUS Metoda modelování částečně behaviorální částečně behaviorální behaviorální pohybový behaviorální behaviorální Členění prostoru kontinuální kontinuální kontinuální kontinuální jemný síťový model Perspektiva model/uživatel individuální individuální individuální individuální individuální Chování osob implicitní implicitní podmíněné pravděpod. implicitní podmíněné pravděpod. implicitní podmíněné pravděpod. Pohyb osob vzdálenost mezi osobami vzdálenost mezi osobami vzdálenost mezi osobami potenciál aj. vzdálenost mezi osobami aj. potenciální mapa Data o požáru ne model požáru FDS ne ne import dat CAD ano ano ano ano ano Vizualizace 2D 2D, 3D 2D, 3D 2D, 3D 2D, 3D Speciální vlastnosti programů Vliv požáru ne ano ne ne ano Toxicita ne ano ne ne ano Výtahy ne ne ano ano ano Postižené osoby ano ano ano ano ano Závěr V článku jsou prezentovány dílčí výsledky projektu FIRESAFE, který byl řešen v letech v rámci programu bezpečnostního výzkumu České republiky. Pozornost byla věnována zásadám evakuačních procesů a evakuačním modelům. Prezentované evakuační strategie, metody řešení evakuace, principy stanovení doby evakuace osob a informace o evakuačních modelech vytváří představu o možných postupech při hodnocení evakuace osob, které nejsou v České republice standardně používány. U rozsáhlých nebo jinak, z hlediska požární ochrany, komplikovaných staveb, mohou však nalézt své uplatnění. Poděkování Tento příspěvek vznikl za podpory projektu Ministerstva vnitra ČR č. VG Specifi cké posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství. Použitá literatura [1] Kučera, P.; Pokorný, J. a kol.: Metodika pro specifi cké posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství, 8.7 Zásady evakuačních procesů a evakuační modely. Výstup projektu Specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství. Kód projektu VG Ostrava: 2014, 64 s. [2] ČSN Požární bezpečnost staveb - Nevýrobní objekty. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, [3] ČSN Požární bezpečnost staveb - Výrobní objekty. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, [7] Kučera, P.; Pavlík, T.; Pokorný, J.; Kaiser, R.: Požární inženýrství při plnění úkolů HZS ČR. Praha, MV - generální ředitelství Hasičského záchranného sboru ČR, 2012, 66 s., ISBN [8] SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Fourth Edition. Quincy: National Fire Protection Association, [9] ISO/TR Fire-safety engineering - Technical information on methods for evaluating behaviour and movement of people. Geneva: ISO International organization for Standardization, 2009, p. 61. [10] Folwarczny, L.; Pokorný, J.: Evakuace osob. EDICE SPBI SPEKTRUM 47. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2006, 125 s., ISBN [11] Kuligowski, E.D.; Peacock, R.D.; Hoskins, B.L.: A Review of Building Evacuation Models (2 nd Edition). Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology. Building and Fire Research Laboratory. Technical Note 1680, p. 36, [12] Kučera, P.; Kaiser, R.: Úvod do požárního inženýrství. EDICE SPBI SPEKTRUM 52. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, ISBN

29 FIRESAFE - Statistické zdroje využitelné pro požárně inženýrské aplikace FIRESAFE - Statistical Data Usable for Fire Engineering Applications Ing. Jiří Pokorný, Ph.D., MPA Ing. Martin Nanek Ing. Martin Pliska Ing. Zdeněk Šlachta HZS Moravskoslezského kraje, Česká asociace hasičských důstojníků Výškovická 40, Ostrava - Zábřeh jiri.pokorny@hzsmsk.cz, martin.nanek@hzsmsk.cz martin.pliska@hzsmsk.cz, zdenek.slachta@hzsmsk.cz Abstrakt Statistické zdroje jsou obvykle jedním z výchozích informačních podkladů souvisejících s požárně inženýrskými hodnoceními. Své uplatnění nachází zejména v oblasti kvalitativní analýzy. Příspěvek prezentuje výstupy získané při zpracování statistických údajů využitelných pro požárně inženýrské aplikace. Rešerší zahraničních statistických zdrojů bylo zjištěno jejich významné omezení použitelnosti, proto bylo přistoupeno k využití pouze statistických dat vedených v České republice za období let a jejich zpracování vhodnými statistickými metodami. Klíčová slova FIRESAFE; požární inženýrství; statistické údaje; kvartily; medián; tabulkové závislosti. Abstract Statistical sources are usually one of the initial information data associated with fire engineering evaluations. It finds its application especially in the field of qualitative analysis. The paper presents results obtained during the processing of statistics data usable for fire engineering applications. From research of the foreign statistical data it was found significant limitations of applicability, therefore it was decided to use only statistical data from the Czech Republic for the period and their processing by suitable statistical methods. Keywords FIRESAFE; fire engineering; statistics; quartiles; median; tabular dependence. Úvod V souvislosti s řešením projektu Specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství (VG ) v rámci Programu bezpečnostního výzkumu České republiky v letech (dále také jen projekt ) došlo k hodnocení národních a zahraničních statistických zdrojů využitelných pro požárně inženýrské aplikace. Výchozími podklady pro rešerši zahraničních statistických zdrojů byly elektronické zdroje, tištěné zdroje a údaje vedené mezinárodními organizacemi zabývajícími se oblastí požární bezpečnosti. Jedním z podkladů pro certifikovanou metodiku, která byla hlavním výsledkem řešení projektu, byla statistická data o požárech, vedená Hasičským záchranným sborem České republiky, za období let k událostem typu požár (popř. požár bez účasti jednotky požární ochrany). Zahraniční statistické zdroje V rámci projektu byla provedena rešerše zahraničních statistických zdrojů souvisejících s požáry. Výchozími zdroji pro vyhledávání statistických informací se staly zdroje organizací, které se zabývají oblastí požární bezpečnosti, zejm. International association of fi re and rescue services (CTIF), Federation of the European Union Fire Offi cer Associations (FEU) a International Association for the Study of Insurance Economics. [1] Dále bylo vytipováno 31 států, u kterých bylo možné předpokládat, že vedou statistické databáze o požárech srovnatelné s Českou republikou. Základ vytipovaných států tvořily státy Evropské unie a dále vybrané světové mocnosti, kterými jsou USA a Rusko. [1] Informace o zahraničních statistických zdrojích byly tabelizovány ve formátu země - odkaz - jazyk - poznámka. Přehled některých zemí je uveden tab. 1 [2]. Tab. 1 Přehled vybraných zahraničních zdrojů [2] Země Odkaz Jazyk Poznámka Austrálie Estonsko Finsko Francie Irsko rogs index.php?option=com_ content&task=view&id= 530&Itemid=134 Anglicky Estonsky Vládní statistiky Záchranáři Estonsko západ Estonsky Záchranáři Estonsko východ tilastot/ en/statistics/ /sections/a_votre_service/ statistiques/securite_civile Publications/Statisticsand RegularPublications/ FireandEmergencyServices/ irish-fire-statistics Finsky Anglicky Francouzsky Anglicky Anglicky Záchranná služba Finsko Záchranná služba Finsko stránky francouzského Ministerstva vnitra Úřad pro společnost a místní samosprávu (Environment, Community and Local Government) Asociace irských požárních vyšetřovatelů (Fire Investigators Association of Ireland) Využitelnost zahraničních statistických dat se ukázala být problematická. Jejich nalezení je občasně poměrně obtížné. V některých případech je limitující jazyková bariéra (některé databáze jsou zveřejněny pouze v národních jazycích zemí), využití údajů komplikuje rozličnost forem zpracování a zpravidla omezený rozsah údajů [1]. Uvedené důvody vedly v konečném důsledku k ukončení prací se zahraničními statistickými zdroji. Statistické sledování událostí HZS ČR Statistické sledování událostí má u Hasičského záchranného sboru ČR dlouholetou historii, jejíž začátky se datují do poloviny 70. let minulého století. Od roku 2006 do současnosti jsou data o mimořádných událostech, zásazích jednotek a šetření příčin požárů ukládána v současné databázi ORACLE - databázový software Krajské statistické sledování událostí (dále jen SSU ). 268

30 SSU obsahuje záznamy o mimořádných událostech, kde zasahovaly jednotky požární ochrany, tříděné podle jejich charakteru na požár, dopravní nehodu, únik nebezpečné chemické látky, technickou havárii, radiační havárii a nehodu, ostatní mimořádné události a planý poplach [3]. Pro potřeby projektu byla provedena analýza struktury shromažďovaných dat, na jejímž základě bylo zvoleno 47 položek umožňujících filtrování dat na typ události požár. Následovalo jejich zpracování a vyhodnocení. Vzájemné souvislosti jsou patrné z obr. 1. Základní údaje (typ události, časy, následky) Objekt (druh, prostor, podlaží, požární úsek, škody) Výpo et st ední hodnoty (medián) plochy požáru - prostor s kódem 64 (p dy, st echy, obvodové zdi) pro R v období x 0,50 = 20 x 0,25 = 3 x 0,75 = 86 x 0,50 = 16 E = 336 O = Plocha požáru (m2) Únik látek (hořící látky, plocha požáru) Jevy na vznik (požárně bezpečnostní zařízení) Činnost (samouhašení, zásah občanů a další) Událost Ostatní (příčina požáru, rozšíření požáru, iniciátor a další) Zasahující jednotky (vzdálenost, časy) Negativní jevy Následky pro osoby (zranění, úmrtí, evakuace, záchrana) Obr. 1 Schematické znázornění vzájemných vazeb mezi daty sledovanými v SSU k typu události požár [2, 4] požáry na p dách, st echách (1-2849) Legenda: červeně - výpočet mediánu na základním statistickém souboru modře - výpočet mediánu výběrového statistického souboru x 0,25 - dolní kvartil x 0,75 - horní kvartil x 0,50 - medián E - extrémní hodnota O - odlehlá hodnota Obr. 2 Schematické znázornění stanovení střední hodnoty pro základní a výběrový statistický soubor [6] Analyzovaná data byla získána ze SSU a v určitých případech obsahovala extrémní odchylky, které mohly negativně ovlivnit (zkreslit) vyhodnocení zvolených statistických souborů. Pro zpracování statistických dat bylo dále nezbytné zvolit vhodné statistické metody, které umožnily jejich zpracování a vyhodnocení. Zvolené statistické metody Za vhodnou střední hodnotu srovnávaných dat byl zvolen medián. Odlehlé a extrémní odchylky byly vyloučeny s využitím kvartilů a metody vnitřních hradeb [5, 6]. Jiné, obvykle užívané statistické ukazatele pro střední hodnotu statistického souboru, jako např. průměr, vážený průměr nebo modus, se jevily méně vhodné. Rovněž jiné metody pro odstranění odchylek, jako např. Grubbsův nebo Dean-Dixonův test, nebyly využity. Zpracování statistických dat Zpracování statistických dat s využitím zvolených statistických metod pro vyloučení extrémních odchylek a stanovení střední hodnoty je patrné z obr. 2. Tab. 2 Závislost prostoru a ohrožení osob [4, 7] Prostor vzniku Počet usmrcených osob na 1 požár (10-3 ) Počet zraněných osob na 1 požár (10-3 ) Počet zachráněných osob na 1 požár (10-3 ) Tabulkové závislosti Na základě zpracovaných statistických údajů z let 2006 až 2013 byly vytvořeny závislostní tabulky. Mezi nejvýznamnější lze zařadit: požáry podle objektu vzniku, požáry podle prostoru vzniku, požáry podle času vzniku, požáry podle příčiny vzniku, příčiny vzniku požárů podle objektu vzniku, iniciátory požárů podle objektu vzniku, doba volného rozvoje požáru podle krajů, plocha požáru podle prostoru vzniku, rozšíření požáru v budově při lokalizaci podle objektu, přímá škoda při požárech podle prostoru vzniku, průměrná škoda na 1 m 2 plochy požáru podle objektu vzniku, ohrožení osob podle prostoru vzniku, průměrná doba hasebního zásahu. [6, 7] Počet evakuovan. osob na 1 požár (10-3 ) Počet ohrožených osob na 1 požár (10-3 ) Procento požárů, kdy dojde k ohrožení osob [%] jídelny, kantýny, restaurace ,2 kanceláře, vrátnice v budovách ,3 kuchyně včetně spíží ap ,1 jesle, lůžková část zdravot. zařízení a ,1 psychiatr. léčeben šatny, úschovny ,3 Ukázka závislosti prostor vzniku - ohrožení osob je znázorněna v tab

31 Ukázka závislosti objekt vzniku - škoda při požáru je znázorněna v tab. 3. Tab. 3 Závislost druhu objektu a škody na plochu požáru [4, 7] Druh objektu Průměrná škoda na plochu požáru [tis. Kč/m 2 ] Průměrná škoda na plochu požáru /požáry se škodou/ [tis. Kč/m 2 ] kina 3,884 3,884 divadla 0,791 0,866 obchodní domy 0,599 0,778 knihovny, archivy 13,042 13,042 budovy pro vědu a výzkum, budovy laboratoří 1,252 1,664 Ukázka závislosti prostor vzniku - plocha požáru je znázorněna v tab. 4. Tab. 4 Závislost prostoru vzniku a plochy požáru [4, 7] Prostor vzniku Průměrná plocha požáru [m 2 ] Maximální plocha požáru [m 2 ] Procento požáru s plochou větší než 1 m 2 [%] výrobní prostor a samostatný pomocný 2, ,2 provoz knihovny, archivy 1, ,8 lékařské služby 1, ,2 sklady materiálů, výrobků 40, ,2 jeviště, zákulisí, převlékárny, projekční kabiny 3, ,8 [2] Kučera, P.; Pokorný, J. a kol.: Požární inženýrství v souvislostech I. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství vydání, 152 s. ISBN [3] Software Krajské statistické sledování událostí. Verze: , RCS Kladno s.r.o., [4] Pokorný, J.; Vlček, V.: Use of Statistics for Qualitative Analysis of Fire Engineering Methods. In Sammelwerk aus der Konferenz 4. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztag. Magdeburg: Hochschule Magdeburg-Stendal, Otto-von- Guericke-Universität Magdeburg mit der Unterstützung der Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes e.v ISBN [5] Pokorný, J.; Nanek, M.; Pliska, M.; Šlachta, Z.: Zpracování statistických údajů využitelných pro požárně inženýrské aplikace. In Sborník přednášek XXIII. ročníku mezinárodní konference Požární ochrana Ostrava: VŠB-TUO, FBI, SPBI ve spolupráci s ČAHD, s , ISBN , ISSN [6] Kučera, P.; Pokorný, J. a kol.: Požární inženýrství v souvislostech II. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství. 2014, s ISBN [7] Kučera, P.; Pokorný, J. a kol.: Metodika pro specifi cké posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství, Příloha č. 8.9 Statistická data o požárech. Výstup projektu Specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství. Kód projektu VG Ostrava: 2014, 64 s. Závěr V článku jsou prezentovány dílčí výsledky projektu FIRESAFE, který byl řešen v letech v rámci programu bezpečnostního výzkumu České republiky. Pozornost byla věnována národním a zahraničním statistickým zdrojům, které souvisí s požáry a mohou nalézt uplatnění v rámci kvalitativní analýzy požárně inženýrských hodnocení. Rozsah a forma zpracování zahraničních statistických zdrojů, které jsou volně dostupné, se z řady důvodů ukázaly jako problematické. Pozornost byla dále zaměřena na národní statistický zdroj v České republice, kterým je databáze Statistické sledování událostí vedená Hasičským záchranným sborem České republiky z let S využitím vhodných matematických nástrojů byl vytvořen soubor statistických závislostí (závislostních tabulek), které jsou součástí certifikované metody pro požárně inženýrské postupy. Poděkování Tento příspěvek vznikl za podpory projektu Ministerstva vnitra ČR č. VG Specifi cké posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství. Použitá literatura [1] Pokorný, J.; Nanek, M.; Pliska, M.; Šlachta, Z.: Statistické údaje jako jeden ze zdrojů požárně inženýrských hodnocení. In Sborník přednášek XXII. ročníku mezinárodní konference Požární ochrana Ostrava: VŠB-TUO, FBI, SPBI ve spolupráci s ČAHD, s , ISBN , ISSN

32 Urban Planning and Fire Protection J. Radosavljevic L. Milosevic A. Vukadinovic D. Ristic A. Petkovic University of Nis, Faculty of Occupational Safety of Nis Čarnojevića 10A, Niš, Serbia Abstract In terms of fire protection, preventive actions are also implemented in urban planning, construction and reconstruction of buildings, design control and technical inspection of facilities, or the issuance of a use permit, but also during designating the location for storage, production and distribution of explosive materials, flammable liquids and gases. The paper presents the conditions and methods of organizing spatial urban with reference to fire protection. Keywords Urban planning; fire protection. Introduction Space planning and development is carried out according to the Law on Planning and Construction and the Spatial Plan [1]. Urban plans include capacities for development, use and protection of space in terms of: natural characteristics of the area, the coefficient of construction-related progress of construction works and building structures, environmental protection, protection of immovable cultural property, protection from natural and other disasters. Fire protection is realized by: providing, organizing and preparing the conditions for implementation of fire protection; implementing measures and actions for the protection and rescue of people, material goods and the environment during a fire; supervising the implementation of fire prevention measures. In terms of fire safety measures, spatial and urban plans as well as the Law on Fire Protection [2, 3], shall determine: water supply sources, urban water supply network which provides enough water for fire fighting, the distance between the zones designed for residential and public buildings and the zones designed for industrial facilities and special purpose facilities (warehouses for the storage of flammable liquids, gases and explosives), the distance between the facilities with different purposes inside the industrial zone and the special purpose facilities, which enables the implementation of fire safety measures, the width of roads that would enable access to fire fighting vehicles to each facility and enough space for firefighting crews to maneuver, the space for the construction of facilities for fire brigades, volunteer fire companies and their associations, as well as specialized fire brigades for civil protection, safety areas between the facilities that prevent the spread of fire. Facility categories by their fire risk The first category involves the facilities with high fire risk. The second category comprises the facilities with increased fire risk. The third category involves the facilities with certain fire risk. The organizations that belong to the first category of fire risk are obliged to provide technically equipped and trained fire department with the necessary number of firefighters. For the second category of buildings, it is necessary to implement preventive fire precautions and on duty qualified persons at all times. The organizations of third category of fire risk are obliged to organize the implementation of fire safety measures with the adequate number of qualified persons to implement fire protection. Urban planning from the aspect of fire protection Designing fire safety into residential, public, commercial, utility and infrastructure facilities shall be made on the basis of certain laws and regulations and accepted standards in the field of fire protection [4]. The reconstruction of existing buildings in the settlements should not increase the total existing fire load of the building or the settlement. To reduce fire hazards in planning, design and reconstruction of facilities constructed as residential or residential-business complex, it is necessary to make certain changes - business premises that are fire hazardous should be designed as fire safe. To prevent spread of fire from one building to the adjacent building, it is necessary to determine the proper distance between them. Free space between structures, if wide enough, is the safest fire barrier. If the distance between two buildings is little, the fire will easily spread to the adjacent building. In the past, the entire villages used to disappear because the buildings were packed together. Dimensioning of free space should be carried out in a manner that would prevent the spread of fire from one building to another, without taking too much of the construction area. The minimum distance between two moderately risky buildings with normal windows facing each other is 12 m; for the four-storey building - 16 m, for the eight-storey buildings - 22 m and for the six-storey buildings - 30 m. In addition to the degree of fire resistance, the spread of fire to adjacent building is triggered by many factors, including the size of the openings in the walls of adjacent facilities, height and length of the object. The size of the openings on the facades exposed to fire is important because fire is more easily spread if there are openings in the walls. Fire is more easily spread from the building damaged by fire if there are several windows and doors facing another building. Also, in case there are more openings in the wall of the adjacent building which is facing the burning building, fire will spread much easier. One of the factors that influence fire spread to adjacent building is the height of the building. In case of fire, there is a zone between the adjacent buildings, where the air becomes more heated which again contributes to the fire spread. In addition to the height, another factor that influence fire spread is the length of the building. If the longer sides of the buildings are facing one another, the possibility for fire spread is more likely. The influence of openings in the walls of the adjacent buildings that are facing each other is expresses as the ratio between the surface area of the openings and the surface area of the walls. This relationship is given by the equation: Ao r (1) Aw where Aw is the surface area of the wall [m] and Ao surface area of the openings [m]. 271

33 Fig. 1 Diagram of the distance ratio between building s heights as a function of length To calculate the required distance between the two parallel buildings, it is necessary to calculate the surface areas of both buildings (Ao) and the surface areas of the opposite walls (Aw). When these values are calculated using the equation 1, we can determine r 1 and r 2. In order to apply the diagram in Fig. 1, we should multiply r 1 x r 2. The curves in the diagram show the values from 1/16 to 1/1. Also, it is necessary to determine the relationship L 1 /H 1 (L 1 - length of the building, H 1 - height of the building). From the diagram in Fig. 1, for the value L 1 /H 1 (the abscissa) and the value curve r 1 x r 2, we read an ordinate value D/H 1 (D - distance between the buildings). H1 = 15m D/H Fig. 2 Distance between the buildings with parallel façade walls with openings The surface area of the window is ignored in case of buildings whose windows are located more than 40 m from the observed horizontally oriented fire area. When determining the distance between the buildings, the following issues should be taken into account: L/H I 1 = 30m D = 24m r 2 = r 1 x r 2 = 1/9 r 2 = r 1 x r 2 = 1/12 r 2 = r 1 x r 2 = 1/14 r 2 = r 1 x r 2 = 1/16 t = 1071ºC I 2 = 20m H2 = 12m The fire loading of a building, fire proofing of a building and facade walls, weather conditions, etc.: - While constructing low-rise free-standing residential buildings, the distance from the higher building should be either equal to its height or greater than the building s height, or at least 6 m. - The distance in case of residential and commercial buildings should not be less than the height of the roof ridge of a higher building. - The distance of the building from the edge of public traffic areas should not be less than the half of building s height to its roof cornice. If a proper distance cannot be attained, it is necessary to provide additional fire safety measures. When designing a new water supply network or reconstructing the existing network in the area, it is mandatory to plan a hydrant system and ground hydrants in accordance with the Regulations on technical provisions for hydrant network for fire fighting [6]. When designing new roads or reconstructing the existing ones, it is mandatory to plan fire trucks access roadways with required width, gradients, turns, loading capacity and turning radius, all in accordance with the Regulations on technical provisions for fire apparatus access roads, turns and parking lots for fire trucks [5]. New dead-end access roads should be constructed with turnovers at their ends to ensure safe maneuvering of fire apparatus. New two-way streets and reconstruction of the existing ones should be designed with a minimum width of 6 m. When developing spatial plans for smaller areas with a floor area ratio (plot ratio) higher than 30 %, and with higher fixed fire load, it is necessary to: design fire-resistant interpolated new buildings or reconstruct the existing ones, limit the number of storeys, build firewalls, leave place for business facilities with minimized fire hazards, and dеvelop additional fire safety measures. Fire apparatus access roads, turns and parking Lots for fire trucks near the facility of high fire risk The building should be positioned as to provide an adequate width of the road, radius of curve and firm ground for parking lot for fire vehicles. Artificial and natural barriers that could hinder the movements of fire trucks should be avoided. The buidlings should be constructed at places that would ensure easy maneuvring of fire apparatus, which means that long narrow roads (more than 50 m) without proper turns and dead-end streets should also be avoided. Regulations on technical provisions for fire apparatus access roads, turns and parking lots near the facility of high fire risk define the technical provisions for: access roads, turns, parking lots for fire trucks and safe firefighting operation in the vicinity of facilities with increased risk of fire. Dimensions of access roads, turns and parking lots depend on the total weight of fire apparatus, load of equipment and fire extinguishing agents, overall dimensions of vehicles with superstructures and the stability of fire vehicles during interventions at height. Firefighting vehicles must be able to approach the facility at the sides of the windows, the doors and other openings. A parking lot designed for firefighting vehicle should be of adequate size as to enable the use of turntable ladders. Access road and the area 272

34 designed for maneuvring must be constructed in a way that allows the access and movement of fire vehicles only by driving forward. Fire apparatus access road must withstand a load that is, a minimum 13 kn per axle (for three-axle vehicles). Fig. 3 shows the access roads around the facility with high risk of fire. L > 25m r > 7m 4m Parking lot for fire trucks Facility with high risk of fire 25 B VV2 R An obstacle for parking other vehicles Facility with high risk of fire B Fig. 5 "T" turn B sidewolk VV1 Fire fighting vehicle should be parked on a lot facing the building façade and its openings (windows, balconies) so that the angle of inclination of turtntable ladders and hydraulic platform can be α = (Fig. 6). Fig. 3 Access roads around the facility with high risk of fire A road used by fire truck to approach the facility is fire apparatus access road. It is a part of a public road or special road used to access the building. The furthest point of road should be 25 meters away from the building. Fire truck access roads have the following characteristics: 1) The minimum width of the roadway for: - one-way road is 3.5 m, and - for two-way road is 6 m. 2) The inner radius of curvature made by the wheels of vehicles is 7 m, and the outer radius of curvature is 10.5 m (Fig. 3). 3) If there is no frost on the road, the ramp slope of the access road is less than 12 %, but in case there is frost on the acess road, the ramp slope is less than 6 %. Turntables for fire trucks can be: a) circular, O-shaped or P-shaped - the vehicle moves only forward (Fig. 4). The inner radius of curvature is r > 7 m. Roadway width is B > 3.5 m. b) T-shaped turntables allow maneuvering. Basic dimensions of a T-shaped turntable are given in Fig. 5. h P passage B Fig. 6 Designated parking lot for fire truck with turntable ladders Altitude maneuverability for fire trucks is 4.5 m minimum. The distance between a closer edge of the access road and a 10 storey building should be 5-8 m, and for the buildings higher than 10 storeys it should be 8-10 m. Construction characteristics of buildings and structures may prevent efficient fire fighting and rescuing. Fig. 7 and 8 provide the examples that might prevent maneuvering of fire trucks and turntable ladders. R parking lot for fire trucks L The vehicle is parked in a zone that disables the use of turntable ladders r B Sloping access is difficult and fire vehicles access is dangerous Vehicle with turntable ladders B Sloping land Enargy air lines (or singalling, street lights) Fig. 4 Circular, O-shaped or P-shaped turns Designated parking lot for fire truck should have: minimum width B = 5.5 m; the minimum length L = 15 m; maximum slope of 3. Eaves Eaves disable the axxess of fire fighting vehicles The roof of the ground floor can be reached by aerial ladders, whereas higher floors can be reashed by other ladders positioned on the roof of the ground floor Foundatio of the groud floor The access to higher floors is limited due to large foundation of the ground floor Fig. 7 The examples that might prevent parking of fire trucks When being parked, a turntable ladder engine requires larger amount of space to enable safe climbing or a change of Q angle to The diagram in Fig. 9 shows the length (W) in meters, which allows maneuvering by which the buildings of various 273

35 heights can be reached, whereas height (H) is shown in meters. For example: in order to reach 16 m high roof of the building, the least distance should be 7.3 m whereas the angle of elevation should be 70. Stabilizers that enable inclination M [5] Pravilnik o tehničkim normativima za pristupne puteve, okretnice i uređene platoe za vatrogasna vozila u blizini objekta povećanog rizika od požara, Službeni list SRJ, br. 8/95. [6] Uredba o razvrstavanjnu objekta, delatnosti i zemljišta u kategorije ugroženosti od požara, Službeni glasnik RS, br. 76/2010. [7] Pravilnik o tehničkim normativima za hidrantsku mrežu za gašenje požara, Službeni list SFRJ, br. 30/91. pavement W 22.2 Height of the building Hu (m) Angle of elevation (Q) Width W (m) Fig. 8 Required maneuvering space for the stability of fire truck Conclusion Urban planning determines the conditions and approaches to spatial planning and development of settlement, renewal and use of construction land, construction characteristics and other issues important for spatial planning and management of land which is also related to the requirements in terms of spatial planning and fire protection. Urban planning in line with the Law on Fire Protection shall ensure: water supply sources and the capacities of city water supply network which provide enough water for fire fighting, distance between the zones designed for residential and public buildings and zones designed for industrial facilities and special purpose facilities (warehouses for the storage of flammable liquids, gases and explosives), distance between the facilities of different purposes within industrial zones and special purpose facilities, which enables the implementation of fire safety measures, width of roads that allows access to fire fighting vehicles to each facility and their maneuvering during fire fighting, space for the construction of facilities designated for fire brigades. Acknowledgements This research is part of the project No. TR-33035) and No. III The authors gratefully acknowledge the financial support of the Serbian Ministry for Science for this work. References [1] Zakon o planiranju i izgradnji, Službeni glasnik RS, br. 72/2009, 81/2009, 64/2010, 24/2011, 121/2012, 42/2013 i 98/2013, 132/2014 i 145/2014. [2] Zakon o zaštiti od požara, Službeni glasnik RS, br. 111/2009. [3] Radosavljević, J.: Prostorno planiranje i zaštita životne sredine, FZNR, Niš, [4] Savezni zavod za standardizaciju: Tehnička preporuka za zaštitu od požara stambenih, poslovnih i javnih zgrada, Beograd,

36 Posúdenie vplyvu starnutia na vybrané vlastnosti penotvorných prísad Assessment of the Impact of Ageing Process on Selected Properties of Foaming Additives Ing. Peter Rantuch, PhD. Ing. Jozef Martinka, PhD. prof. Ing. Karol Balog, PhD. Ing. Monika Zabáková Slovenská technická univerzita v Bratislave Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave Paulínska 16, , Trnava, Slovenská republika peter.rantuch@stuba.sk, jozef.martinka@stuba.sk, karol.balog@stuba.sk Abstrakt Príspevok je zameraný na vplyv starnutia na vybrané vlastnosti (hustota, dynamická viskozita a ph) penotvorných prísad. Bolo testovaných päť penidiel: Sthamex F 15; Sthamex AFFF 6 %, Expandol 6, Finiflam Allround F % a Moussol APS F-15. Najskôr boli uvedené vlastnosti stanovené pre nové penidlá a po 21 mesiacoch boli merania zopakované. Bolo dokázané, že proces starnutia má vplyv na dynamickú viskozitu a ph. Dynamická viskozita všetkých vzoriek bola počas druhého merania vyššia ako v priebehu merania prvého. Rozdiel medzi oboma meraniami predstavoval v závislosti od vzorky 10 % - 20,4 %. ph bolo v prípade Sthamexu F 15 a Expandolu 6 oproti pôvodným meraniam zvýšený a v prípade troch vzoriek kleslo. Kľúčové slová Hustota; dynamická viskozita; ph; starnutie; penotvorná prísada. Abstract The paper is focused on the influence of ageing process on selected properties (density, dynamic viscosity and ph) of foaming additives. There were tested five foamers: Sthamex F 15; Sthamex AFFF 6 %, Expandol 6, Finiflam Allround F % a Moussol APS F-15. First time was measured the properties evaluated for new foamers and then were the measurements repeated after 21 months. It was demonstrated that ageing process had an influence on dynamic viscosity and ph. Dynamic viscocity of all samples was during second measurement higher than during first measurement. Measured differences were from 10 % to 20,4 % depending on type of sample. ph was in case of Sthamex F 15 and Expandol 6 higher and in case of other samples lower than during first measurement. Keywords Density; dynamic viscosity; ph; ageing process; foaming agent. Úvod Penidlá sú koncentrované penotvorné látky, ktoré pri zmiešaní s vodou v správnom pomere vytvárajú penotvorný roztok. V súčasnosti je vyrábaná široká paleta penidiel na výrobu ťažkej strednej, či ľahkej peny. [1] Hasiace peny boli spočiatku vyvinuté pre požiare triedy B, na hasenie rozliatych horľavých kvapalín alebo požiare horľavých kvapalín v nádobách, vytvorením vrstvy peny. Peny pre triedu požiarov B sú navrhnuté tak, aby sa šírili po horľavých kvapalinách, chladili horiace palivo a oddeľovali plameň od výparov paliva a kyslíka. Oproti tomu peny na hasenie požiarov triedy A, určené na hasenie budov a požiarov vo voľnej prírode, sú navrhnuté na šírenie, penetráciu a priľnutie k palivu výraznejšie ako samotná voda. Oba druhy peny umožňujú v porovnaní s vodou rýchlejší zásah a vyššiu odolnosť proti opätovnému zapáleniu paliva. [2] Penotvorné koncentráty majú rozličnú koncentráciu primiešavania, najčastejšie 1 %, 3 % a 6 %. Tieto hodnoty označujú množstvo koncentrátu potrebného na vytvorenie penotvorného roztoku. [3] Pridaním penidla do vody môžeme získať ťažkú, strednú alebo ľahkú penu. Nie všetky sú však vhodné na vytvorenie všetkých druhov pien. Syntetické penidlá sa používajú predovšetkým na vytvorenie stredných a ľahkých pien, pretože majú najlepšie zmáčacie schopnosti. Naopak, proteínové penidlá sú vhodné na tvorbu ťažkej peny, ktorá je tepelne odolnejšia ako ostatné. Tieto penidlá je však nevhodné použiť ako zmáčadlá [4]. Špeciálnym typom peny je trojfázová pena. Na rozdiel od často používanej dvojfázovej peny, je zložená z nehorľavých pevných látok vo forme prachov (popol, kal), plynu (vzduch, dusík) a tekutej frakcie (voda s aditívami). Po dodaní plynnej fázy do kašovitej hmoty, sa výrazne zvýši jej objem. Pevná zložka sa stáva súčasťou povrchu peny, čo penu po dlhší čas stabilizuje. Po prasknutí bublín, pevné častice, v dôsledku svojej viskozity, môžu obaliť horľavú látku a minimalizovať jej ďalšiu oxidáciu. Táto technológia je obzvlášť vhodná na hasenie mimoriadne vážnych požiarov v baniach. [5, 6, 7] Moderné hasiace peny možno považovať za veľmi kvalitné z hľadiska fyzikálnych vlastností, avšak v posledných rokoch aj v súvislosti s novou legislatívou REACH sa veľká pozornosť upriamuje na ich ekotoxické vlastnosti. Ak sú hasiace peny použité na hasenie veľkých požiarov, je veľmi pravdepodobné, že ich produkty, napríklad rozpadnutá voda z vytvorenej peny, sa dostávajú do pôdy, vodných tokov a môžu ovplyvniť aj čistenie odpadových vôd. [8] Vplyvmi penidiel na životné prostredie sa preto zaoberá množstvo publikovaných prác. [8, 9, 10, 11, 12] V súčasnosti známe penidlá majú rôzne fyzikálne a hasiace vlastnosti. Každá hasiaca pena, má svoje klady a zápory. Preto je nutné poznať ich fyzikálne vlastnosti, či už ide o stabilitu peny pri nízkych i vysokých teplotách, ktorá je definovaná polčasom rozpadu; číslom napenenia, ktoré určuje či sa jedná o ťažkú, strednú alebo ľahkú penu a aj o viskozitu, teda odpor kvapaliny voči vnútornému treniu a ďalších vlastností, aby boli vhodne vybraté a použité v praxi na zdolávanie požiarov. [8] Keďže sú penidlá, ktoré majú k dispozícii jednotky hasičského a záchranného zboru, často krát skladované niekoľko mesiacov i rokov, je nevyhnutné poznať vplyv tohto skladovania na jednotlivé vlastnosti týchto penotvorných prísad. Testované penidlá Na účely tohto príspevku bolo testovaných päť penidiel: Sthamex F 15; Sthamex AFFF 6 %, Expandol 6, Finiflam Allround F % a Moussol APS F-15. Penidlo Sthamex F-15 je univerzálny hasiaci penotvorný prostriedok. Je vyrobený na báze povrchovo aktívnych látok (tenzidov), stabilizátorov peny a ochranných prostriedkov proti mrazu. Pena ktorá je vytvorená pomocou tohto penidla vytvára plynotesnú vrstvu na povrchu horľavých látok. Penidlo odoláva tepelnému žiareniu, splodinám horenia a prúdeniu vzduchu, vďaka 275

37 čomu podstatne znižuje riziko opätovného zapálenia. Prostriedok je vhodný aj ako zmáčadlo pretože znižuje povrchové napätie vody. [13] Sthamex AFFF 6 % patrí medzi syntetické penidlá tvoriace vodný film. Jeho 6 % penotvorný koncentrát je vhodný na prípravu ťažkej a strednej peny, keď sú predmetom hasenia veľkoplošné požiare triedy A a B, horľavín uhľovodíkového typu polárnych a nepolárnych kvapalín. Pena vytvorená z tohto penidla je nemiešateľná s horiacou látkou. Tiež odoláva účinkom sálavého tepla a potláča opätovné zapálenie látok. Pri zásahu je možnosť zmiešania koncentrátu penidla s inými penidlami, avšak tieto musia mať rovnaké parametre. Penidlo je fyziologicky neškodné a biologicky ľahko odbúrateľné v biologických čističkách. [14, 15] Expandol 6 je zmes syntetických uhľovodíkových prostriedkov so stabilizátormi. Zložky tejto zmesi sú špeciálne vybrané na to, aby vytvárali penu s veľkou expanziou a vysokou schopnosťou zadržiavať vodu. Pomocou tohto penidla je možné vytvoriť všetky druhy pien, a teda je vhodný aj na vytvorenie inertnej atmosféry vo veľkých miestnostiach alebo v uzavretých priestoroch. Je mrazuvzdorný a je možné používať ho v kombinácii so všetkými druhmi vody. Primiešava sa v koncentrácii 3 a 6 %. [19] Finiflam Allround F % je viskózna kvapalina hnedej farby na báze fluorotenzidov s prídavkom vodorozpustných polymérov a 2-butoxyetanolu. [16] Ide o syntetické penidlo, ktoré sa používa na výrobu ťažkej, strednej a ľahkej peny aj vodného roztoku zmáčadla. Prísada účinných stabilizátorov spôsobuje, že pena vyrobená z Finiflamu má vysokú stálosť a odolnosť proti rozrušeniu a rozpadu. [17] Pri použití v 6 % koncentrácii je vhodné kombinovať ho s práškom. [18]Vhodné je aj použitie na hasenie veľkoplošných požiarov. Pena vytvorená z tohto penidla sa používa hlavne na hasenie balíkov textílií, zloženého dreva, uhlia, koksu, stohov sena a slamy, obilia a iných sypkých materiálov. [16] Moussol-APS F-15 patrí k penotvorným hasiacim prostriedkom odolným proti alkoholu a vytvárajúcim vodný film. Kombinuje účinnosť penidiel, ktoré vytvárajú polymérny film a vodný film. Na zvýšení tekutosti peny na nepolárnych uhľovodíkoch sa podieľajú fluórované tenzidy. Zabránenie rozkladu peny je zabezpečené polymérnym filmom vytvoreným na polárnych roztokoch. Vytvorená pena je plynotesná a odoláva plameňom a tepelnej radiácii. [15] Základné vlastnosti testovaných penidiel sú uvedené v tab. 1. Tab. 1 Vlastnosti testovaných penidiel [4, 19, 20] Názov penidla Typ Hustota (pri 20 C) Sthamex F 15 štandardné, syntetické, univerzálne 1,04 ± 0,02 g.cm -3 Sthamex AFFF 6 % fluorosyntetické tvoriace vodný film 1,03 ± 0,02 g.cm -3 Expandol 6 syntetické, univerzálne Finiflam Allround F % štandardné, syntetické, univerzálne 1 g.cm 3 1,03 ± 0,02 g.cm -3 Moussol APS F-15 odolné proti alkoholu 1,03 ± 0,02 g.cm -3 ph 7,5 ± 1 7,0 ± 0,5 7,0 7,5 ± 0,5 6,5-8,5 Doporučená koncentrácia dávkovania 3 % obj. 6 % obj. 6 % obj. 6 % obj. 3,5 % obj. Metodika Cieľom testovania bolo určiť vplyv skladovania jednotlivých penidiel na ich hustotu, viskozitu a hodnotu ph. Najskôr boli uvedené vlastnosti vzoriek merané pre nové penidlá a po uskladnení boli merania za účelom naplnenia cieľa opakované. Vzorky testovaných penidiel boli skladované od do v pivničných priestoroch. Teploty v miestnosti namerané počas každého letného a zimného obdobia sú uvedené v tab. 2. Tab. 2 Teplota v skladovacej miestnosti v priebehu skladovania Obdobie letné 22 C 25 C 24 C zimné 14 C 11 C - Na meranie hustoty penidiel boli použité pyknometre s orientačným objemom 50 ml. Z dôvodu zvýšenia presnosti nameraných výsledkov, boli stanovené ich presné objemy (50,171 ml pri meraní pred uskladnením a 51,134 ml pri meraní po uskladnení). Hustota bola následne vypočítaná podľa vzťahu: mc mp Vp kde ρ hustota penidla, m c celková hmotnosť penidla a piktometra, m p hmotnosť piktometra a V p objem piktometra. Dynamická viskozita vzoriek bola stanovená prostredníctvom Hopplerovho viskozimetra pri teplote 20 C. Z času pádu guľôčky valcom viskozimetra naplneným testovanou vzorkou, bola dynamická viskozita vypočítaná na základe rovnice: t 1 2 K kde η dynamická viskozita [mpa.s], t čas pádu guľôčky [s], ρ 1 hustota guľôčky [g.cm -3 ], ρ 2 hustota vzorky [g.cm -3 ], K konštanta pre testovaciu guľôčku [mpa.cm 3.g -1 ]. Na zistenie hodnoty ph penidiel bol použitý ph meter Hanna waterproof combo. Výsledky a vyhodnotenie Zo vzťahu na výpočet dynamickej viskozity penidiel je zrejmé, že pre jej určenie je nevyhnutné poznať ich hustotu. Z tohto dôvodu bolo ako prvé meranie uskutočnené stanovenie hustoty. Pri každom penidle bolo meranie opakované tri krát a zo získaných výsledkov následne vypočítaný aritmetický priemer. Porovnanie hustôt jednotlivých penidiel udávaných výrobcami v kartách bezpečnostných údajov s hodnotami nameranými pred uskladnením a po uskladnení je v tab. 3. Tab. 3 Hustota testovaných penidiel Názov penidla Hustota pred uskladnením [g.cm -3 ] Hustota po uskladnení [g.cm -3 ] Nárast hustoty počas skladovania [%] Sthamex F 15 1,027 1,028 0,1 Sthamex AFFF 6 % 1,066 1,066 0,0 Expandol 6 1,030 1,031 0,1 Finiflam Allround F % 1,059 1,060 0,1 Hustota udávaná výrobcom [g.cm -3 ] 1,027-1,037 [21] 1,030-1,040 [22] 1,00-1,02 [23] 1,03-1,07 [24] Moussol APS F-15 1,051 1,051 0,0 1,03-1,05 [25] Z výsledkov je zrejmé, že sa vplyvom skladovania hustota penidiel prakticky nezmenila. Rozdiely medzi hodnotami pred uskladnením a po ňom sú len minimálne, pričom pri troch vzorkách došlo k nárastu hustoty a pri dvoch sa hustota nemenila. V porovnaní s hodnotami udávanými výrobcom, mali tri testované 276

38 vzorky mierne vyššiu hustotu. Výnimkami boli Sthamex F 15 a Finiflam Allround F %, pri ktorých boli nameraná hodnoty v rámci rozsahu uvádzaného výrobcom. Pri určovaní dynamickej viskozity sa vychádza z času pádu guľôčky cez priestor vyplnený testovanou kvapalinou vo viskozimetri. Pre dosiahnutie čo najpresnejších výsledkov bolo meranie pri každom penidle opakované šesť krát a následne, podobne ako v prípade merania hustoty, stanovená priemerná hodnota. Porovnanie dynamickej viskozity penidiel pred uskladnením a po uskladnení je uvedené v tab. 4. Keďže túto vlastnosť výrobcovia v dostupnej dokumentácii neuvádzajú, tento stĺpec sa v tabuľke nenachádza. Tab. 4 Dynamická viskozita testovaných penidiel Názov penidla V prípade dynamickej viskozity bol počas skladovania penidiel zistený vo všetkých prípadoch nárast. Tento predstavoval 10 % až 20,4 %. Pri vzorke penidla Sthamex F 15 bol nárast tak absolútny (0,545 mpa.s) ako aj v relatívny (10,0 %) najnižší. Naopak najvyšší absolútny nárast bol nameraný pri vzorke Moussol APS F-15 ( mpa.s) a najvyšší relatívny nárast pri vzorke Expandol 6 (20,4 %). Z uvedených údajov vyplýva, že sa pri dlhodobom skladovaní penidla zvyšuje jeho vnútorné trenie. Napokon bolo stanovené ph penidiel, ktoré hovorí predovšetkým o ich korozivite a bakteriálnom rozklade. Meranie bolo pre každú vzorku penidla opakované tri krát. Výsledné ph bolo získané taktiež aritmetickým priemerom nameraných hodnôt. Porovnanie ph penidiel udávaných ich výrobcami s hodnotami pred uskladnením a po uskladnení je uvedené v tab. 5. Tab. 5 ph testovaných penidiel Zo získaných hodnôt ph vyplýva, že má skladovanie vplyv aj na túto vlastnosť penidiel. Či sa ph dlhodobým skladovaním zvyšuje, je pre každé penidlo individuálne. Zatiaľ čo sa v prípade Sthamexu F 15 a Finiflamu Allround F % posúvalo ph k smerom k vyšším hodnotám, pri penidlách Sthamex AFFF 6 %, Expandol 6 a Moussol APS F-15 nadobúdalo hodnoty nižšie. Zatiaľ čo pred skladovaním boli všetky penidlá zásadité, po uskladnení boli Expandol 6 a Moussol APS F-15 mierne kyslé. Najnižšia zmena ph bola pozorovaná v prípade vzorky Moussol APS F-15 a najvyššia pri vzorke Sthamexu F 15. Dynamická viskozita pred uskladnením [mpa.s] Dynamická viskozita po uskladnení [mpa.s] Nárast dynamickej vyskozity počas skladovania [%] Sthamex F 15 5,450 5,995 10,0 Sthamex AFFF 6 % 10,997 12,238 11,3 Expandol 6 2,866 3,452 20,4 Finiflam Allround F % 5,524 6,180 11,9 Moussol APS F , ,082 19,6 Názov penidla ph pred uskladnením [-] ph po uskladnení [-] Nárast ph počas skladovania [-] Sthamex F 15 8,18 9,87 1,69 Sthamex AFFF 6 % 8,36 7,13-1,23 Expandol 6 7,57 6,52-1,05 Finiflam Allround F % 7,78 8,51 0,73 Moussol APS F-15 7,42 6,71-0,71 ph udávaná výrobcom [-] 6,5-8,5 [21] 6,5-8,5 [22] 6,0-8,0 [23] 6,5-7,5 [24] 6,5-8,5 [25] Záver Na základe meraní jednotlivých vlastností penidiel je možné usúdiť, že má dlhodobé skladovanie vplyv na ich fyzikálno-chemické vlastnosti. V prípade hustoty penotvorných koncentrátov boli jej zmeny zanedbateľné a je možné považovať ju za prakticky konštantnú. Meraním dynamickej viskozity bol vo všetkých prípadoch zistený jej nárast, ktorý predstavoval 10 % až 20,4 %. Je teda možné povedať, že sa pri skladovaní penidla zvyšuje jeho vnútorné trenie. ph testovaných penidiel sa vplyvom doby skladovania taktiež zmenilo. Pri dvoch typoch penotvorných aditív sa posunul smerom k vyšším hodnotám a pri troch typoch naopak klesol. Dve zo skúmaných penidiel (Expandol 6 a Moussol APS F-15) sa v priebehu uskladnenia zmenili z mierne zásaditých na mierne kyslé. Z uvedených zistení vyplýva potreba dodržiavania kontrol skladovaných penotvorných koncentrátov. Poďakovanie Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV Táto práca vznikla rovnako vďaka finančnej podpore agentúry KEGA MŠVVaŠ SR, pre projekt č. 002STU-4/2013: Vybudovanie výučbového laboratória pre rekonštrukciu požiarov v laboratórnej mierke. Použitá literatúra [1] Balog, K.: Hasiace látky a jejich technológie, Ostrava, Edice SPBI Spektrum 37, ISBN [2] Magrabi, S.A.; Dlugogorski, B.Z.; Jameson, G.J.: A comparative study of drainage charakteristics in AFFF and FFFP compressed-air fire-fighting foams, Fire safety journal, 2002, Volume 37, Issue 1, p , ISSN [3] WIlson, A.J.: Foams: Physics, Chemistry and Structure, Springer Series in Applied Biology, 1989, ISBN [4] Mizerski, A.; Sobolewski, M.; Król, B.: Hasíci pěny, Ostrava, Združenie požiarneho a bezpečnostného inžinierstva, ISBN [5] Mbama Gaporaud, B.M.; Sajet, Ph.; Antonini, G.: Threephase foam equation of state, Chemical Engineering Science, 1998, Volume 53, Issue 4, p , ISSN [6] Zhou, F.; Ren, W.; Wang, D.; Song, T.; Li, X.; Zhang, Y.: Application of three-phase foam to fight an extraordinarily serious coal mine fire, International journal of coal geology, 2006, Volume 67, Issues 1-2, p , ISSN [7] Qin, B.; Lu, Y.; Li, Y.; Wang, D.: Aqueous three-phase foam supported by fl y ash for coal spontaneous combustion prevention and control, Advanced Powder Technology, 2014, In Press, ISSN [8] Tureková, I.; Kuracina, R.; Balog, K.; Martinka, J.: Environmentálne dopady hasiacich pien, In Ochrana obyvatelstva - Dekontam, 2011, Ostrava, Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, p , ISBN [9] Balog, K.; Tureková, I.: Posúdenie biologickej odbúrateľnosti vybraných penidiel, Požární ochrana, 2006, Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, p , ISBN [10] Tureková, I.; Balig, K.: The environmental impact of fi refi ghting foams, Research papers, 2010, Volume 18, Number 29, p , ISSN [11] Moe, M.K.; Huber, S.; Svenson, J.; Hagenaars, A.; Pabon, M.; Trümper, M.; Berger, U.; Knapen, D.; Herzke, D.: The structure of the fire fighting foam surfactant Forafac 1157 and its biological and photolytic transformation products, Chemosphere, 2012, Volume 89, Issue 7, p , ISSN

39 [12] Barreiro, A.; Martín, A.; Carballas, T.; Díaz-Raviña, M.: Response of soil microbial communities to fire and fire-fighting chemicals, Science of the Total Environment, 2010, Volume 408, Issue 24, p , ISSN [13] Sthamex F 15 3%. eurofire. [Cit ]. Dostupné na internete: dr--sthamer-hamburg_8/synteticke-penidla_79/ sthamex-f-15-3_186/. [14] Zaraďovací list. minv. [Cit ]. Dostupné na internete: zachranari/prezidium_hazz/zaradovacie_listy/2004_ zaradovaky/has-02%20hasivo%20sthamex%20 AFFF-6a.rtf. [15] Syntetické penidlá. eurofire. [Cit ]. Dostupné na internete: dr--sthamer-hamburg_8/synteticke-penidla_79/. [16] Marková, I.: Voda a hasiace látky na báze vody. Zvolen: Technická univerzita vo Zvolene, ISBN [17] Palúch, I.: Technické prostriedky požiarnej ochrany. Bratislava: Slovenské pedagogické nakladateľstvo, ISBN [18] Syntetické penidlo Finiflam. [Cit ]. Dostupné na internete: [19] Penové koncentráty. [Cit ]. Dostupné na internete: [20] Penidlá [Cit ]. Dostupné na internete: www. florian.sk/user-data-florian.sk/gallery/hasici/hasiace%20 prostriedky/penidla.pdf. [21] Dr. Sthamer Hamburg, Karta charakterystyki preparatu Sthamex F-15, [22] Dr. Sthamer Hamburg, Karta charakterystyki preparatu Sthamex-AFFF 6 %, [23] Angus fire, Expandol. [24] Tyco fire protection products, Towalex MB 15 6 % high expansion 6 % foam concentrate, [25] Dr. Sthamer Hamburg, Karta bezpečnostných údajov, Moussol - APS F-15,

40 Výstupy projektu SPOKRGIT Outcomes of the Project SPOKRGIT doc. Ing. Petr Rapant, CSc. 1 Jaromír Kolejka 2 Mgr. Tomáš Inspektor 1 Ing. Lucie Orlíková, Ph.D. 1 RNDr. Kateřina Batelková 2 RNDr. Jana Zapletalová, CSc. 2 doc. RNDr. Karel Kirchner, CSc. 2 RNDr. Tomáš Krejčí, Ph.D. 2 1 VŠB - TU Ostrava, IT4Innovations - Národní superpočítačové centrum 17. listopadu 15/2172, Ostrava - Poruba 2 Ústav geoniky AV ČR, v. v. i. Drobného 28, Brno petr.rapant@vsb.cz Abstrakt Společnost dnes disponuje velkými objemy prostorových dat o spravovaném území, z nichž valná část je ve vlastnictví státních nebo veřejných institucí. Míra využití méně obvyklých zdrojů prostorových dat v oblasti krizového řízení je však poměrně nízká. Cílem projektu Scénáře podpory krizového řízení geoinformačními technologiemi je připravit typové scénáře geoinformační podpory řešení vybraných typů krizových situací, které se vyskytují na území ČR. Jednotlivé vybrané scénáře (přívalová povodeň, sesuv, toxická havárie na silnici nebo železnici) budou dokumentovat použití standardních (topografických) i netradičních (o přírodních složkách území, o obyvatelstvu a technické infrastruktuře) geodat, jejich účelovou interpretaci a generování derivátů na podporu rozhodování v jednotlivých etapách zvládání krizové situace. Klíčová slova Krizové řízení; geoinformační technologie; prostorová data; včasná výstraha. Abstract Society now owns large volumes of spatial data on territory administered. The bulk of them are owned by state or state-owned institutions. The utilization rate of less conventional sources of spatial data in the field of crisis management, however, is relatively low. The aim of project Disaster management support scenarios using geoinformation technologies is to prepare scenarios of geoinformation support for solution of selected types of crisis situations that occur in the Czech Republic. Each of the selected scenarios (flash flood, landslide, toxic accidents on road or rail) will document the use of standard (topographic) and non-traditional (for natural components of territory, population and technical infrastructure) geodata, their purpose-built interpretation and generation of derivatives to support decision making in individual stages of coping with a crisis situation. Keywords Crisis management; geoinformation technologies; spatial data; early warning. Úvod Krizové situace vznikají a probíhají v prostoru i čase. Jejich zvládání by tedy mělo být podporováno informačními technologiemi, schopnými zpracovávat prostorová data a poskytovat vhodné podklady pro krizové řízní, nejčastěji v podobě účelových map. Společnost dnes disponuje velkými objemy prostorových dat o spravovaném území, z nichž valná část je ve vlastnictví státních nebo veřejných institucí. V oblasti krizového řízení se dnes běžně využívají základní prostorová data, jako jsou topografické mapy a informace o distribuci obyvatelstva. Míra využití méně obvyklých zdrojů prostorových dat (o terénu, o půdách, o vodstvu apod.) je však v oblasti krizového řízení poměrně nízká. Cílem projektu Scénáře podpory krizového řízení geoinformačními technologiemi je připravit typové scénáře geoinformační podpory řešení vybraných typů krizových situací, které se vyskytují na území ČR. Výstupem řešení budou scénáře zpracované do podoby certifikovaných metodik, poskytujících návod jak v daných situacích postupovat při získávání účelových podkladů pro krizové řízení. Vybrané situace Pro každou vybranou situaci byl zpracován scénář postupu zvládání této situace a s jeho pomocí byly vytipovány klíčové body, v nichž by bylo možné nabídnout podklady vzniklé zpracováním prostorových dat vztahujících se k lokalitě zásahu. Teprve pro tyto klíčové body jsou zpracovávány podrobné scénáře získání a zpracování prostorových dat a vytvoření účelových map. Jako nejvhodnější z hlediska uplatnění netradičních zdrojů prostorových dat jsme nakonec vybrali těchto pět situací: přívalová povodeň: - šíření povrchovým odtokem, - šíření soustředěným odtokem v korytě vodoteče, sesuv, únik nebezpečné látky v důsledku havárie dopravního prostředku: -na silnici, -na železnici. Situace spojená s přívalovou povodní byla rozdělena na dvě části s ohledem na průběh v čase i způsob ohrožení území. Přívalová povodeň způsobená povrchovým odtokem vzniká bezprostředně v místě dopadu srážky. Jedná se o plošný odtok srážkové vody po povrchu terénu z míst, kde intenzita deště překračuje možnosti vsakování do půdy. K nástupu dochází řádově do několika desítek minut. Naproti tomu přívalová povodeň způsobená soustředěným odtokem v korytě vodoteče působí v místech, kde koryto vodoteče není schopné pojmout srážkovou vodu a dochází proto ke vzniku lokální záplavy. Je pro ni typický prudký nástup, relativně krátká kulminace a opět rychlý pokles hladiny. Důležitým rysem je i to, že se šíří koryty vodotečí a může se tak projevit i mimo oblast bezprostřední srážkové činnosti, kde obyvatelé nemají žádné indicie o hrozícím nebezpečí. Rovněž únik nebezpečné látky v důsledku havárie dopravního prostředku byl rozdělen na dvě části. V tomto případě jsou dva důvody, proč takto postupovat: při havárii na silnici je ve většině případů místo zásahu dobře dostupné, na železnici tomu je spíš naopak, při havárii na silnici je množství přepravované látky vždy relativně malé, omezené kapacitou přepravního prostředku, např. cisterny; v případě železnice se může jednat o množství výrazně větší, dané v nejhorším případě kapacitou i několika vlaků. Zařazením problematiky sesuvů jsme reagovali na aktuální problémy vzniklé v roce 2014 na jižní Moravě. 279

41 Ukázka přívalové povodně Jako příklad lze ukázat získání podkladů pro vydání výstrahy starostům obcí potenciálně ohrožených přívalovou povodní v okolí koryt vodotečí, jimiž odtéká voda z přívalové srážky. Určujícím rysem přívalové povodně z pohledu krizového řízení je krátká doba mezi příčinou (příčinnou přívalovou srážkou) a jejím důsledkem (tj. zaplavením území a vznikem velkých škod, případně i ztrát na životech). Právě krátkost této doby znamená, že pro záchranu lidských životů je nezbytné získat výstrahu před hrozícím nebezpečím v co nejkratším čase po vzniku příčiny. Tomu je nezbytné podřídit vypracování konceptu vydávání výstrahy před hrozbou přívalové povodně. Celý proces vzniku a vývoje přívalové povodně je možné popsat následovně: Meteorologická situace vede k vytvoření podmínek vhodných pro vznik přívalové srážky. ČHMÚ umí díky modelu ALADIN předpovědět potenciální vznik takovýchto podmínek a na základě toho vydat výstrahu, která je však velice obecná. Potenciálně zasažené území je vymezováno s prostorovým rozlišením na úrovni okresů, časové vymezení je obvykle dáno poměrně velkým časovým intervalem v řádu až prvních desítek hodin. V důsledku toho nelze takovou výstrahu použít pro organizaci preventivních opatření na úrovni obcí a jejich částí. Jakmile vznikne přívalová srážka, je zaznamenána prostřednictvím meteorologických radarů ČHMÚ (radarová síť CZRAD (CZRAD 2011)), které produkují přehled o aktuálním rozložení srážek na územím České republiky v kroku 5 minut. Přívalová srážka může být zachycena i srážkoměrnou stanicí, nicméně vzhledem k hustotě (resp. řídkosti) sítě těchto stanic nezřídka dojde k situaci, že přívalová srážka zachycena touto sítí není. Přívalová srážka dopadne na terén, v závislosti na nasycenosti půd, resp. na využití území část srážky vsákne do půdy a zbytek steče po povrchu do nejbližší vodoteče a odtéká ze zasažené oblasti. Na základě zmapování minulých srážek ČHMÚ v období duben až říjen publikuje minimálně jednou denně ukazatel nasycení půd, který je možné využít při odhadu stupně nebezpečí povrchového odtoku. Pokud však intenzita srážek překročí kritickou mez, odtéká voda především po povrchu bez ohledu na aktuální stupeň nasycení půd. V případě nasycení půd, resp. v případě, že intenzita srážky překročí mez 60 mm/hod, nastane povrchový odtok záhy po začátku srážky a nebezpečné intenzity může dosáhnout již řádově během několika desítek minut. Doba, po které dosáhne hladina vody ve vodotečích kritické hodnoty, se počítá od desítek minut (v oblasti blízko dopadu přívalové srážky) až po několik hodin (ve větší vzdálenosti od místa dopadu přívalové srážky). K monitorování odtoku vody ze srážky se používá (opět relativně řídká) síť vodoměrných stanic, které jsou rozmístěny na říční síti. Ta reaguje právě až na vlastní odtok srážky vodotečí, tedy na situaci, kdy voda ze srážky již protéká ohroženým územím a s velkou pravděpodobností, je-li nebezpečná, tak již způsobuje škody. V případě použití hydrologických modelů pro vymezení potenciálně zaplaveného území je možné získat s určitým časovým odstupem všechna potřebná vstupní data, nicméně právě časový odstup jejich získání, ale i potřeba detailních informací o území tento postup do jisté míry znevýhodňuje. Z toho vyplývají tři závěry: 1. k rychlému získání potřebných informací je možné využít prakticky jen data z meteorologických radarů, 2. vzhledem k rychlosti děje a existujícím nejistotám ve vstupních datech je vhodné vydat pro potenciálně ohrožené obce v prvé řadě pouze kvalitativní výstrahu, bez kvantifikace v podobě úrovně hladiny ve vodotečích, případně v podobě rozsahu potenciálně zaplaveného území, 3. je dobré oddělit: a) povrchový odtok, který nastupuje jako první a kde je čas na vydání výstrahy extrémně krátký a b) odtok v korytech vodotečí, který nastupuje přeci jen později a existuje v tomto případě proto předpoklad, že vydání výstrahy obyvatelstvu může být realizováno s dostatečným časovým předstihem tak, aby bylo možné zachránit alespoň lidské životy. Demonstrovaný postup je zaměřen právě na vydání výstrahy před nebezpečím přívalové povodně v souvislosti s odtokem srážky v korytech. Na vytvářený postup byly definovány následující požadavky: provádět pouze kvalitativní vyhodnocení, bez kvantifikace např. v podobě předpovědi hladiny a průtoku vody ve vodotečích, hranice zaplaveného území apod., pro jednoduchost předpokládat nasycené povodí (tj. nejhorší možný scénář), identifikovat oblasti potenciálně postižené přívalovou srážkou na základě sledování dat z meteorologických radarů, relativně ocenit množství spadlých srážek, vztáhnout přívalovou srážku na jednotlivá povodí, porovnat povodí se zvýšenou koncentrací srážek s indikátorem nasycení (ČHMÚ 2015), převést přívalovou srážku z povodí na vodoteče, kumulovat srážky ve vodotečích, vyhodnocení provádět s krokem alespoň půl hodiny. Obr. 1 Oblast Novojičínska Jako testovací událost jsme vybrali přívalovou povodeň, která zasáhla v roce 2009 Novojičínsko (obr. 1). Nejhůře dopadla obec Jeseník nad Odrou. Průběh povodně v této obci byl následující (dle sdělení starosty obce): 17:00 ještě nepršelo, 19:30 začalo pršet - cestou z úřadu starosta svolal spolupracovníky - poslal je na kontrolu mostů - už se nedostali zpět na úřad, před 21:00 stihli vyhlásit stav ohrožení - voda stoupala tak rychle, že do 5-ti minut bylo centrum obce v okolí řeky Luhy zaplaveno, Luha se z šířky 2 metry a hloubky 50 cm změnila na tok široký 300 m a hluboký 3 metry, 21:30-1:00 kulminace, pak hladina prudce opadla, 280

42 ráno už byly silnice v obci opět sjízdné, přívalová povodeň zanechala v obci čtyři mrtvé a rozsáhlé škody na majetku. Pro studované období byla k dispozici rovněž data o průtocích v řekách v zasažené oblasti, poskytnutá státním podnikem Povodí Odry, s. p. z vodoměrných stanic umístěných na měrných profilech Bartošovice na řece Odře, Kozlovice a Brušperk na řece Ondřejnici, Nový Jičín na řece Jičínka a Petřvald na řece Lubina (viz obr. 2). Obr. 4 Srovnání křivek odhadu relativního průtoku z dat meteorologického radaru (RS) s křivkou reálných průtoků (PO) změřených vodoměrnou stanicí umístěnou v Novém Jičíně na řece Jičínka Obr. 2 Průběh reálných průtoků v řekách v zasažené oblasti (zdrojová data Povodí Odry, s. p.) Časové řady pro Bartošovice, Nový Jičín a Petřvald jsou vztaženy k levé svislé ose, časové řady pro Brušperk a Kozlovice k pravé svislé ose Pomocí našeho postupu jsme byli schopni z dat meteorologických radarů odhadnout relativní průběh průtoků v řekách v zasažené oblasti pro úseky vodotečí procházejících vodoměrnými stanicemi (obr. 3) a ostatních řekách pozorovat velice podobný vývoj. V případě Bartošovic je diametrálně odlišný průběh křivky dán tím, že stanice v Bartošovicích leží na řece Odře, která představuje hlavní tok regionu s dostatečnou kapacitou koryta, umožňující bez problémů transformovat přívalovou povodeň z přítoků na mírně zvýšený neškodný průtok. Porovnání obou křivek pro vodoměrnou stanici Nový Jičín ukazuje obr. 4. Z obrázku je patrné, že tvar obou křivek je vcelku podobný, jsou jen vzájemně posunuty v čase. Právě tento časový posun nutno považovat za důležitý, neboť umožňuje vyhodnotit potenciální rizikovost vývoje události a v případě potřeby odůvodňuje vydání varování potenciálně ohroženým obcím. Časový předstih předpovědi jako takový (pokud se vychází z kulminace) je v případě Nového Jičína cca 2 hodiny (obr. 4). Stejně byla zpracována data i z dalších měrných profilů a byl získán obdobný výsledek. Pro zajímavost je na obr. 5 uvedeno stejné srovnání pro obec Jeseník nad Odrou. V tomto případě jsme místo dat z vodoměrné stanice použili informace poskytnuté starostou obce (viz výše). Obr. 5 Srovníní vývoje predikovaného průtoku (RS) na řece Luze v obci Jeseník nad Odrou se skutečnou kulminací, popsanou starostou obce Obr. 6 ukazuje rozložení povodňového rizika na jednotlivých tocích v zasažené oblasti za celou srážkovou epizodu. Obr. 3 Průběh odhadnutých relativních průtoků v řekách v zasažené oblasti (odvozeno z radarů). Časové řady pro Bartošovice, Nový Jičín a Petřvald jsou vztažena k levé svislé ose, časové řady pro Brušperk a Kozlovice k pravé svislé ose Výstupy v podobě metodik Původním záměrem řešitelského kolektivu bylo otestování navrženého postupu v poloprovoze, nicméně po diskusi se zástupci MV ČR jsme dospěli k závěru, že bude vhodnější zpracovat jednotlivé postupy do podoby certifikovaných metodik, které budou k dispozici cílovým uživatelům. Závěr V rámci projektu SPOKRGIT se snažíme identifikovat netradiční zdroje prostorových dat a ukázat možnosti jejich využití při zvládání specifických krizových situací. Pro vybrané krizové 281

43 situace jsou identifikovány body, ke kterým může zpracování prostorových dat z těchto netradičních zdrojů poskytnout relevantní podklady pro rozhodování, nedostupné jiným způsobem. Navržené postupy jsou rozpracovávány do formy certifikovaných metodik, které budou dostupné cílovým uživatelům. Obr. 6 Toky odvádějící přívalovou srážku ze zasažené oblasti (1 - Sedlnice, 2 - Jičínka, 3 - Luha, 4 - Rožnovská Bečva, 5 - Bečva, 6 - Velička, 7 - Moštěnka, 8 - Odra) Poděkování Tato práce byla podpořena projektem s názvem "Scénáře podpory krizového řízení geoinformačními technologiemi" č. VG , realizovaného v rámci programu Bezpečnostní výzkum Ministerstva vnitra České republiky, a dále Evropským fondem pro regionální rozvoj v projektu Centra excelence IT4Innovations (CZ.1.05/1.1.00/ ). Použitá literatura [1] ČHMÚ (2015): Indikátor přívalových povodní (Flash Flood Guidance). [on-line] php?mt=ffg. [2] CZRAD (2011): Český hydrometeorologický ústav - radarová síť CZRAD. [on-line] meteo/rad/info_czrad/index.html. 282

44 Nové zkušební metody pro stanovení vlastností plynných hasiv používané na Technickém ústavu Požární ochrany - Praha New Test Methods for Determining the Properties of Gaseous Extinguishing Agents Used in the Fire Technical Institute - Prague Ing. Milan Růžička Ing. Petra Bursíková, Ph.D. MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav PO Písková 42, Praha 4 - Modřany milan.ruzicka@tupo.izscr.cz; petra.bursikova@tupo.izscr.cz Abstrakt Příspěvek seznamuje s novými zkušebními metodami pro posuzování shody plynných hasiv dle technických požadavků ČSN EN 15004, které byly vyvinuty a zavedeny k rutinnímu měření v rámci výzkumných projektů TÚPO. Jedná se o zkoušky fyzikálně chemických vlastností plynných hasiv konkrétně stanovení chemického složení, čistoty a netěkavého zbytku plynovou chromatografií, stanovení kyselosti, obsahu vody a stanovení sedimentu v plynném hasivu. V příspěvku je stručně zmíněn princip zkušební metody, odběr a úprava vzorků plynného hasiva, postup zkoušky a způsob vyhodnocení výsledků. Klíčová slova Plynná hasiva; zkoušení; zkušební metody; odběr a úprava vzorků; vyhodnocení. Abstract The paper introduces new testing methods for assessing conformity gaseous extinguishing technical requirements of ČSN EN that have been developed and implemented for routine measurements in research projects FTI. These are the tests of physicochemical properties of gaseous extinguishing, specifically gas chromatographic determination of the chemical composition, purity, and a non-volatile residue determination of acidity, water content and the sediment in a gaseous extinguishing agent. The paper briefly mentioned principles, test methods, sampling and sample preparation gaseous extinguishing agents, the test procedure and method of evaluation results. Keywords Gaseous extinguishing agents; testing; test methods; sampling and sample preparation, evaluation. Použité zkratky, termíny a definice ČIA Český institut pro akreditaci, o.p.s. FID plamenoionizační detektor FTI Fire Technical Institute (Technický ústav požární ochrany) GC plynová chromatografie GC-MS metoda plynová chromatografie s hmotnostní spektrometrií G-HAS plynné hasivo (hasební látka v plynném skupenství s fyzikálními nebo chemickými účinky hašení HCFC chlorfluoruhlovodíky (obsahující v molekulách prvky C, H, F a Cl) HFC fluorované uhlovodíky (látky obsahující v molekulách prvky C, H, F) MS hmotnostní spektrometrie, hmotnostní spektrum MSD hmotnostní spektrometr použitý jako chromatografický detektor NZ netěkavý zbytek, obsah organických látek přítomných v tlakové láhvi s plynem jako nečistota PDMS polydimethylsiloxan (nepolární materiál stacionárních fází GC kolon) PLOT typ kolony (Porous Layer Open Tubular) GC kapilární kolony, které mají na vnitřní stěně tenkou vrstvu pórovitého adsorbentu, většinou používaný pro analýzy plynů RT retenční/eluční čas složky (čas, ve kterém dochází k eluci složky - měřeno od počátku chromatografické analýzy) RV redukční ventil na tlakové lahvi s plynem SHZ stabilní hasicí zařízení TCD tepelně vodivostní detektor (univerzální, nedestruktivní detektor, citlivý především k plynům s nízkou molekulovou hmotností) Úvod Oddělení výzkumu a vývoje Technického ústavu požární ochrany Praha v rámci řešení svých výzkumných projektů vyvíjí a zavádí nové zkušební postupy potřebné mimo jiné i k posuzování a certifikaci výrobků využívaných v rámci HZS ČR. Významnou skupinou výrobků podléhajících povinnému posouzení, na které se TÚPO při řešení výzkumného projektu s názvem Výzkum efektivnosti vybraných hasiv v současné době zaměřilo, je skupina plynných hasiv. Tato moderní hasiva používaná především ve stabilních hasicích zařízeních (obr. 1) a přenosných hasicích přístrojích mají proti klasickým hasebním postupům významné výhody. Jsou pro své specifické fyzikálně chemické vlastnosti využívána zejména v prostorech, kde má být minimalizováno poničení drahého elektronického zařízení nebo chráněného materiálu hasební vodou, např. v elektrických zařízeních, v přenosové, záznamové technice, serverovnách, archívech nebo muzeích. Hasební plyny lze roztřídit do dvou základních skupin. První skupinu tvoří inertní plyny izolované z přírodních zdrojů - argon, dusík a oxid uhličitý. Druhou skupinou hasebních plynů jsou tzv. chemicky vytvořené plyny, často také označované pouze jako chemické plyny. Oproti první skupině jsou to hasiva s vyšší účinností, ale jejich použití je obecně spojeno s vyšším ekologickým zatížením pro životní prostředí. Proto dnes po zákazu halonů a při intenzivním omezování hasiv typu HCFC zůstala v této skupině hasiv jako dlouhodobě přijatelná halonová náhrada pouze skupina fluorouhlovodíků typu HFC. Seznam některých plynných hasiv s technickými požadavky na kvalitu hodnocenými podle ČSN EN je uveden dále v tab. 1. Certifikační oddělení TÚPO - pracoviště autorizovaných výkonů, k jejímž základním činnostem patří posuzování shody podle příslušných technických předpisů a vystavování certifikátů výrobků a materiálů podléhajících povinnému posouzení, připravilo soubor technických požadavků pro hodnocení komerčně dodávaných plynných hasiv na základě základě technických norem a legislativních předpisů ČR, podle kterých se hodnotí parametry posuzovaného plynného hasiva. Zejména se jedná o charakterizaci chemických a fyzikálních parametrů dodávaných plynných směsí, která je deklarovaná v hodnotící technické normě ČSN EN Stanovení většiny těchto parametrů nebylo možno dosud zadat 283

45 k akreditovanému zkoušení v žádné tuzemské komerční laboratoři ani jiné instituci. Proto jsme se rozhodli tyto zkušební postupy postupně zařazovat do nabídky zkoušek prováděných zkušební laboratoří TÚPO č , která je akreditovaným subjektem ČIA a splňuje požadavky ČSN EN ISO/IEC na způsobilost zkušebních laboratoří. 2) Ostatní fyzikálně chemické metody: stanovení kyselosti, sedimentu a vody v plynném hasivu. Princip chromatografického stanovení složení, čistoty a netěkavého zbytku plynu Vhodné množství plynného vzorku je nadávkováno přes nástřikový port do plynového chromatografu, kde proběhne jeho separace na jednotlivé složky a identifikace pomocí hmotnostního spektrometru nebo TCD. Vzorkování Pro stanovení složení a čistoty plynných směsí se odběr plynného vzorku provádí přímo z tlakové láhve s redukčním ventilem plynotěsnou injekční stříkačkou o max. objemu 50 μl. Na výstup redukčního ventilu nasadíme nástavec ze silikonové hadičky (viz obr. 2), ze kterého je odebírán plynný vzorek v množství μl podle očekávané koncentrace jednotlivých složek. Obr. 1 Sada tlakových lahví s plynným hasivem - zásobník hasiva stabilního hasicího zařízení (SHZ) Tab. 1 Přehled plynných hasiv a jejich složení dle ČSN ISO [1] Hasivo Skupina halogenovaných uhlovodíkových plynů Obchodní název Složení Technická norma FK HCFC směs A NOVEC CF 3 -CF 2 -C(O)CF(CF 3 ) 2 dodekafluor-2- methylpentan-3-on CHCl 2 CF 3-4,75 %; CHClF 2-82 % CHClFCF 3-9,5 %; C 10 H 16-3,75 % ČSN ISO ČSN ISO HFC 125 FE 25 pentafluorethan CF 3 -CHF 2 ČSN ISO HFC 227ea FM 200 heptafluorpropan CF 3 CHFCF 3 ČSN ISO HFC 23 FE 13 trifluormethan CHF 3 ČSN ISO HFC 236fa FE 36 hexafluorpropan Skupina inertních plynů a jejich směsí Hasivo Obchodní název Složení Technická norma IG-01 Argon argon (Ar) ČSN ISO IG-100 IG-55 IG-541 Dusík Argonit Inergen dusík (N 2 ) [nečistoty CO, NOx, CO 2, uhlovodíky < 20 ppm] dusík (N 2 ) - 50 % argon (Ar) - 50 % [nečistoty CO, NOx, CO 2, uhlovodíky < 20 ppm] dusík (N 2 ) - 52 % argon (Ar) - 40 % oxid uhličitý (CO 2 ) - 8 % [nečistoty CO, NOx, uhlovodíky < 20 ppm] ČSN ISO ČSN ISO ČSN ISO Experimentální část Rozdělení zkušebních metod: 1) Chromatografické metody: stanovení chemického složení, čistoty a netěkavého zbytku plynného hasiva. Obr. 2 Odběr plynného vzorku injekční plynotěsnou stříkačkou Obr. 3 Detail horní desky GC se speciálním vybavením pro analýzy permanentních plynů; 1,6 - Split/splitless nástřikové porty; 2 - TCD detektor; 3,5 - dávkovací smyčky; 4 - FID detektor Ke stanovení netěkavého zbytku je na rozdíl od předešlých postupů třeba odebrat větší množství zkoušeného plynu a zachytit jeho netěkavý podíl na vhodném sorbentu. K záchytu netěkavého zbytku jsou používány sorpční trubičky ORBO s náplní aktivního uhlí (obr. 4). Zachycené organické látky (NZ) se z trubičky zpětně extrahují sirouhlíkem. Po provedení extrakce je celý kapalný obsah zfiltrován přes diskový filtr do předem zvážené vialky, aby mohl být vypočítán objem použitého extrakčního činidla. Analýzy vzorků Vzorky pro stanovení složení a plynných nečistot jsou nastřikovány do GC bez další úpravy. K rozdělení hlavních složek 284

46 plynů se používají tzv. PLOT kolony, které nejsou průchodné pro všechny složky. Z toho důvodu je nutno vzorky o neznámém složení analyzovat postupně celkem na čtyřech typech GC kolon, aby nedošlo k nevratné kontaminaci některých používaných kolon. Pořadí a počet analýz je určen podle dodavatelem deklarovaných složek nebo podle skutečně zjištěného složení směsi následujícím způsobem: analýza vlastního vzorku zkoušeného plynného hasiva. Výsledky vyjadřují pouze kvalitativní posouzení přítomnosti jednotlivých složek plynné směsi v kontextu požadavků ČSN EN (části 1-10) [1]. Vyhodnocení a interpretace výsledků stanovení čistoty G-HAS Čistota hasiva je vypočítána jako poměr součtu ploch píků složek nečistot a součty ploch píků složek hasiva deklarovaných v bezpečnostním listu hasiva. Výsledek je tedy hodnota objemového poměru čistoty hasiva vyjádřená v procentech zaokrouhlených na jedno desetinné místo a odhadem rozšířené nejistoty stanovení (U) odpovídajícím intervalu spolehlivosti 95 % (např.: čistota plynného hasiva je 99,6 ± 0,5 obj. %). Vyhodnocení a interpretace výsledků při stanovení netěkavého zbytku v plynných hasivech Netěkavý zbytek v plynném hasivu je stanoven sečtením hmotností všech nalezených složek NZ. Celková hmotnost složek NZ nalezených ve vzorku je dělena hmotností plynného vzorku prosátého přes sorpční trubičku. Výsledek je vyjádřen hodnotou hmotnostního poměru v procentech a odhadem rozšířené nejistoty stanovení. Kvantitativní stanovení kyselosti plynného hasiva Obr. 4 Záchyt netěkavého zbytku plynného vzorku na sorpční trubičce naplněné aktivním uhlím (sorpční trubičky ORBO - dole); 1 - jehlový ventil pro jemnou regulaci průtoku; 2 - sorpční trubička; 3 - průtokoměr A) U vzorků se známým složením je třeba před vlastní analýzou rozhodnout, na jaké GC koloně bude vhodné plynný vzorek rozdělit a jakým detektorem identifikovat složky. B) U vzorků neznámých plynných směsí je třeba dodržet následující pořadí GC analýz vzorku: Postup 1. GC-MS analýza na PDMS koloně za účelem zjištění přítomnosti netěkavých látek. Postup 2. GC-MS analýza na PLOT koloně (TG-BOND Alumina), při níž se rozdělí a identifikují příp. těkavé složky přítomné v plynných hasivech (např. freony nebo uhlovodíky C1 - C6). Postup 3. GC-TCD analýza na PLOT koloně (Carboxen 1010), při níž se rozdělí složky permanentních plynů. Postup 4. Pokud vzorek obsahuje argon a zároveň kyslík jako nečistotu, je třeba ještě plynnou směs rozdělit na molekulovém sítě (GC kolona TG-Bond MSieve 5A PLOT). Při analýze netěkavého zbytku je 1 μl sirouhlíkového extraktu nadávkován přes nástřikový port na začátek PDMS kapilární kolony, na níž proběhne separace na jednotlivé složky. Jednotlivé složky jsou identifikovány na základě porovnání jejich hmotnostních spekter s knihovnou hmotnostních spekter a kvantifikovány metodou externího standardu. Způsob identifikace složek V případě použití MS jako detektoru jsou naměřená hmotnostní spektra složek porovnána s knihovnou hmotnostních spekter. Při detekci pomocí tepelně-vodivostního detektoru je identifikace založena na porovnávání retenčního času neznámé složky a RT složky referenčního plynu. Vyhodnocení výsledků složení plynného hasiva Nalezené složky jsou ověřené chromatografickými analýzami referenčních plynů provedenými za identických podmínek jako Princip stanovení Vzorek plynného hasiva je promýván přes promývačku plynů naplněnou demineralizovanou vodou. Zachycené kyselé složky jsou stanoveny odměrnou analýzou - alkalimetricky odměrným roztokem hydroxidu sodného. Celková hmotnost kyselých složek stanovených v podílu přečerpaného plynu vyjádřených jako kyselina fluorovodíková je vztažena ke hmotnosti přečerpaného podílu plynného vzorku a je vypočítán hmotnostní podíl kyselých složek v plynném hasivu. Vzorkování plynného vzorku pro stanovení kyselosti Odběr vzorku plynu se provádí přímo z redukčního ventilu tlakové lahve při dodržení průtoku ( ) ml/min. Pokud nemá RV vlastní jehlový ventilek na výstupu pro jemnou regulaci průtoku, zařadíme ho do přívodního vedení před promývačku plynů (viz obr. 5). K analýze postačí zpracovat cca 100 litrů plynu. Obr. 5 Vzorkování plynného hasiva promýváním přes promývačku plynů (schéma a ukázka zařízení); 1 - tlaková láhev s redukčním ventilem; 2 - jehlový ventil; 3 - promývačka plynů; 4 - sušící patrona s náplní silikagelu; 5 - referenční průtokoměr 285

47 Vyjádření a interpretace výsledků stanovení kyselosti plynného hasiva Výsledek je vyjádřen hodnotou hmotnostního poměru kyselých složek a promytého plynného vzorku v procentech a odhadem rozšířené nejistoty stanovení. Kvantitativní stanovení sedimentu v plynném hasivu gravimetricky Za sediment jsou považovány pevné částice uvolňované při vypouštění plynu z tlakové nádoby. Princip stanovení Vzorek plynného hasiva je prosáván přes předem zvážený křemenný filtr (viz obr. 6). Hmotnost zachycených částic je vypočítaná z rozdílu hmotnosti filtru před zkouškou a hmotnosti filtru vyjmutého z kovového držáku po prosátí plynného vzorku a vysušení v horkovzdušné sušárně do konstantní hmotnosti. Vzorkování plynu se provádí přímo z redukčního ventilu tlakové lahve při dodržení výst. tlaku (1-1,5) barů a průtoku (1-6) l/min. Ke stanovení postačí zpracovat cca 100 litrů plynného vzorku. Princip coulometrické titrace podle Karl-Fishera Coulometrická titrace dle Karl-Fishera je založena na principu jodometrického stanovení stopových množství vody v roztoku báze (RN-pyridin, imidazol, atd.), methanolu s oxidem siřičitým a dalšími rozpouštědly případně aditivy podle rovnice: H 2 O + I 2 + SO 2 + CH 3 OH + 3RN = (RNH)SO 4 CH 3 + 2(RNH)I Voda reaguje s jódem a dalšími složkami roztoku stechiometricky, takže stanovení lze přenést na velmi přesnou coulometrickou metodu s elektrochemickou generací titračního činidla. Jeden mol jódu se spotřebuje na 1 mol vody a dojde k přenesení náboje odpovídajícímu 1 molu elektronů. Postup kvantitativního stanovení vody v plynném hasivu Odběr vzorku plynu se provádí přímo z redukčního ventilu tlakové lahve při dodržení průtoku ( ) ml/min. Pokud nemá RV vlastní jehlový ventilek na výstupu pro jemnou regulaci průtoku, zařadíme ho do přívodního vedení před promývačku plynů (viz obr. 5). K analýze postačí zpracovat cca 100 litrů plynu. Koncentraci vody ve vzorku roztoku methanolu z promývačky je třeba analyzovat do dvou hodin po ukončení promývání. Obr. 7 Coloumetrický titrátor dle Karl-Fishera používaný pro stanovení stopových množství vody; 1 - sušící nástavec naplněný silikagelem; 2 - coulometrické elektrody; 3 - coulometrická cela; 4 - magnetické míchadlo; 5 - řídící jednotka přístroje Obr. 6 Vzorkování sedimentu plynného vzorku přes křemenný filtr (schéma a ukázka držáku filtru); 1 - tlaková láhev s redukčním ventilem; 2 - jehlový ventil; 3 - kovový držák s filtrem; 4 - referenční průtokoměr Vyjádření a interpretace výsledků Výsledky stanovení jsou vyjádřené jako hmotnostní podíl sedimentu (částic) přepočítaný na 1 m 3 přečerpaného plynu. V případě, kdy je hm. přírůstek filtru nulový hodnotí se suspendovaná látka nebo sediment v plynném hasivu slovem neznatelné. Stanovení vody v plynném hasivu coulometricky Princip stanovení vody Vzorek plynného hasiva je promýván přes promývačku plynů naplněnou bezvodým methanolem. Zachycená voda je stanovena coulometrickou titrační analýzou dle Karl-Fishera. Celková hmotnost vody stanovené v methanolu promytém plynným vzorkem je vztažena ke hmotnosti přečerpaného podílu plynného vzorku a je vypočítán hmotnostní podíl vody v plynném hasivu. Vyjádření a interpretace výsledků Výsledky stanovení vody jsou vyjádřené jako hmotnostní podíl stanovené vody ke hmotnosti přečerpaného plynného vzorku a odhadem rozšířené nejistoty stanovení odpovídajícím intervalu spolehlivosti 95 %. Tab. 2 Souhrnná tabulka výsledků naměřených na referenčních plynech Plyn Netěkavý zbytek [hm. poměr] Čistota [obj. poměr] obsah vody [hm. poměr] Kyselost [hm. poměr] Sediment [hm. poměr] CO 2 technický - 97,64 1, Argon čistoty 5.0 1, ,74-4 9,19-8 neznatelné Dusík čistoty x x IG-541 (Inergen) 1, , neznatelné Corgon 2 1, , neznatelné Vzduch čistoty , Kalibrační plyn Acetaldehyd 300 ppm , HCF 23 2, ,65 2,96-5 9,71-8 neznatelné HCF 507 (směs) 4, ,68 6,44-5 4,

48 Při zavádění metod stanovení plynných hasiv byly dosud zpracovány následující referenční plynné směsi a vzorky hasiv: CO 2 ; Argon; hasivo IG-541 (52 % N 2, 40 % Ar, 8 % CO 2 ), Corgon 2 (13 % CO 2, 4 % O 2, 83 % Ar); hasivo FM200 (HFC 227ea); hasivo HFC 23 (CHF 3 ); směsné freonové chladivo HFC 507 (50 % C 2 H 3 F 3 a 50 % C 2 HF 5 ). V tab. 2 je uveden přehled hodnot naměřených na souboru referenčních plynných směsí. Závěr Metody k hodnocení chemicko-fyzikálních vlastností plynných hasiv byly připraveny v průběhu minulých dvou let k rutinním měřením a po nákupu potřebných certifikovaných plynných standardů budou připraveny k akreditaci při pravidelné dozorové návštěvě ČIA. Po úspěšné akreditaci se z nich stane silný a objektivní nástroj pro posuzování kvalitativních parametrů nově zaváděných plynných hasiv v podmínkách HZS ČR. Použitá literatura [1] ČSN EN části (1-10) Stabilní hasicí zařízení - Plynová hasicí zařízení - Fyzikální vlastnosti a návrh plynových hasicích zařízení s plynnými hasivy. [2] Metodika TÚPO č Stanovení chemického složení plynného hasiva plynovou chromatografií. [3] Metodika TÚPO č Stanovení čistoty plynného hasiva plynovou chromatografií. [4] Metodika TÚPO č Stanovení netěkavého zbytku plynného hasiva plynovou chromatografií. [5] Metodika TÚPO č Stanovení kyselosti plynného hasiva alkalimetricky. [6] Metodika TÚPO č Stanovení sedimentu v plynném hasivu gravimetricky. [7] Metodika TÚPO č Stanovení vody v plynném hasivu. [8] Orlíková K.: Hasební látky, Edice SPBI SPEKTRUM 1. Ostrava. [9] Balog K.: Hasiace látky a jejich technologie, Edice SPBI SPEKTRUM 37. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 1. vyd. 2004, ISBN [10] ČSN Tlakové nádoby na plyny - Provozní pravidla. [11] ČSN ISO 8421 část 4 Požární ochrana - Slovník - Hasicí zařízení. 287

49 Velkorozměrová požární zkouška zateplení stěn dle ISO a její návaznost na aktuální požadavky ČSN Ing. Pavel Rydlo Člen rady Sdružení EPS ČR Na Cukrovaru 74, Kralupy nad Vltavou info@epscr.cz Revidovaná ČSN , která zpřesňuje a doplňuje další kmenové a navazující požární normy řady , platí již od dubna 2009, respektive její změna Z1 od května Zejména v oblasti vnějších tepelně izolačních kompozitních systémů ETICS (External Thermal Insulation Composite System) došlo oproti předchozímu stavu k řadě změn a zpřesnění. Z hlediska zvýšené ochrany těchto systémů proti šíření požáru zavádí pro objekty s požární výškou nad 12 m několik způsobů řešení. Bez ověření požární zkouškou je možno používat nad okny a jinými otvory u systémů s pěnovým polystyrenem pás minerální izolace výšky 500 mm, další možností je navrhnout jiné řešení, které bylo z hlediska šíření požáru ověřeno zkouškou dle ISO , nebo Požární dělení zateplení řešením ověřeným zkouškou dle ISO Způsoby zajištění zateplení proti šíření požáru ověřené zkouškou dle ISO byly prezentovány na minulých konferencích a proto nejsou předmětem tohoto příspěvku. Jednalo se především o řešení požární barierou šíře 200 mm a jiné detaily okolo okenních otvorů, které spolehlivě zamezily šíření požáru. Uvedené zkoušky byly ve formě požárních klasifikací zařazeny do většiny významných zateplovacích systémů a jsou na řadě staveb používány. V případě zájmu je možno tyto odzkoušené detaily nalézt na Požární dělení pruhem nehořlavé minerální tepelné izolace výšky 500 mm Jedná se pro ČR v současnosti o nejrozšířenější řešení. Pruh musí být dle současné ČSN umístěn maximálně 150 mm nad nadpraží otvoru a to přináší řadu komplikací, protože pokud se zateplení založí v oblasti soklu deskami EPS se šířkou 500 mm, většinou tyto řady nenavazují na požadovaný pás MW a desky se pak musí složitě dořezávat. V německém předpisu je výška této bariery stanovena na 200 mm a je ji možno umísťovat maximálně 500 mm nad okenní nadpraží a tak není problém tuto výšku nad otvory přizpůsobit navazujícím řadám EPS. max.0,15m min.0,5m min.1,5m min.1,5m Obr. 4, 5 Příklad úspěšné zkoušky požární bariery výšky 200 mm dle ISO Obr. 1, 2, 3 Schémata požární bariery u zateplení dle předpisu v ČR a Německu Požární zkouška dle ISO Současná ČSN ZMĚNA Z1 uvádí v článku také možnost ověření detailu zajištění zateplení proti šíření požáru zkouškou dle velkorozměrové ISO Předchozí ISO se zkouší nejčastěji s výkonem hořáku 100 kw a délkou zkoušky 30 minut, ISO je ale zkouška zcela jiného rozsahu. 288

50 Pokud podělíme energetický obsah paliva ve zkušební komoře předpokládaným časem vyhoření, dojdeme k přibližnému výkonu 3 MW což je třicetinásobek předchozí zkoušky. Zároveň se jedná o zkoušku mimořádně finančně náročnou, protože zkušební vzorek má výšku cca 6 m a šířku cca 3 m. V zahraničí se vyskytuje několik zkušebních metodik ve velkém měřítku, požívají se zpravidla k experimentálním záležitostem a vzhledem k velké finanční náročnosti zatím žádná nebyla zařazena jako standardní součást zkoušení zateplovacích systémů ETICS. V ČR byla do roku 2014 provedena prozatím jediná zkouška tohoto rozsahu s kombinovaným izolantem EPS + MW. Na základě výše uvedeného bylo na Sdružení EPS ČR v roce 2014 rozhodnuto o přípravě a realizaci zkoušky dle ISO , tentokrát na běžném zateplovacím systému s EPS, aby bylo možno porovnat vliv tepelné izolace zejména na teplotní pole na úrovni okna navazujícího podlaží a zároveň byla ověřena samonosná funkce omítkového souvrství v extrémním požáru a výkonem okolo 3 MW. Dalším cílem bylo stanovit smysluplnost takové zkoušky pro standardní hodnocení ETICS. Velkorozměrová požární zkouška ETICS Zkušební metoda: ISO Zkoušeno: PAVUS Skutečný vzorek Obr. 7, 8 Porovnání teplotních polí kalibrační zkoušky bez zateplení se zkouškou se zateplením bylo uvedeno také ve zkušebním protokolu. Na obrázku je dobře vidět například rozsah vývoje kouře u zateplené a nezateplené stěny Základní schéma dle ISO Pohled čelní Detail nadpraží 200 Obr. 9, 10 Výška plamene při testu s výkonem 3 MW dosahuje přímo do úrovně oken následujícího podlaží. V případě použití běžných dřevěných, nebo plastových oken, velmi pravděpodobně při tomto výkonu požáru dojde k jejich poškození a rozšíření požáru z okna do okna nosná konstrukce (Ytong) EPS MW EPS doplňková výztuž svislá výztuž Foto 10 ukazuje stav vzorku po ukončení zkoušky. Omítkové souvrství neodpadlo, ani se neroztrhlo, uvnitř vzorku je souvislá dutina přířez výztuže 1200 rohový profil* přířez výztuže *rohový profil s okapničkou a dvojitou sítí doplňkové termočlánky Zpracoval: Ing. Pavel Rydlo Obr. 6 Schéma požární zkoušky dle ISO Sdružení EPS ČR s polystyrenovým izolantem tloušťky 200 mm a požární barierou z minerální izolace šíře 200 mm, připravované a odzkoušené v roce 2014 Kalibrační zkouška bez zateplení versus zkouška se zateplením Velkou výhodou pro hodnocení vlivu zateplení s pěnovým polystyrenem na teploty, vývin kouře apod. je možnost porovnání reálné zkoušky se zateplovacím systémem s kalibrační zkouškou bez zateplení. Obě zkoušky jsou provedeny se shodným výkonem, na shodném zařízení a tak je možno poměrně přesně odečíst vliv zateplovacího systému na vlastní požár. Obr. 11, 12 Porovnáním teplot zkoušky se zateplením a kalibrační zkoušky bez zateplení můžeme odečíst účinek vlastního zateplení. Rozdíl teplot je překvapivě poměrně malý, necelých 100 C na 900 C. Pravděpodobným důvodem je 98 % obsah vzduchu u EPS izolantu, tj. požární přidané zatížení není ani u tloušťky izolace 200 mm vysoké, konkrétně při OH izolantu 14 kg/m 3 a výhřevnosti 39 MJ/kg můžeme spočítat 0,2 x 14 x 39 = 109 MJ/m 2 289

51 Závěr Provedená požární zkouška zateplovacího systému ETICS dle ISO s výkonem zdroje okolo 3 MW v porovnání se shodnou zkouškou bez zateplení ukázala poměrně malý vliv zateplení na teplotní pole, vývin kouře a vlastní výšku plamene. Zkouška se zateplením zároveň prokázala velkou odolnost omítkového souvrství, kdy ani při extrémním výkonu nedošlo k jeho roztržení. Výška plamene u obou vzorků tj. bez zateplení a se zateplením dosahovala přímo do úrovně oken následujícího podlaží a velmi pravděpodobně by došlo k jejich poškození s možností šíření požáru z okna do okna. Z tohoto důvodu považujeme metodiku dle ISO vhodnou například k experimentálnímu zkoumání a ne pro základní posuzování zateplovacích systémů, protože při uvedeném výkonu již šíření požáru nelimituje zateplení, ale odolnost okna. Zároveň je nezbytné u ISO stanovit klasifikační kritéria, která dnes chybí. Foto z archivu autora a Sdružení EPS ČR. 290

52 Návrh kritérií kritičnosti prvků železniční dopravní infrastruktury Proposal of Criticality Criteria for Railway Infrastructure Elements Ing. Simona Slivková Ing. Johana Tašlová Ing. Petr Novotný VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, Ostrava - Výškovice novotny.petr@vsb.cz Abstrakt Příspěvek se zaměřuje na problematiku oblasti kritérií kritičnosti prvků kritické infrastruktury. Za tímto účelem nejprve popisuje předmětnou oblast, kterou je železniční dopravní infrastruktura. Následně jsou prezentovány přístupy ke stanovování kritérií kritičnosti prvků kritické infrastruktury ve vybraných světových zemích. Na základě provedené analýzy je sestaven možný návrh kritérií kritičnosti, který je možno využít pro posuzování kritičnosti prvků kritické infrastruktury. Navrhovaná kritéria kritičnosti prvků kritické infrastruktury je možno využít v zemích, které prozatím nedisponují systémovým řešením nejen pro oblast železniční dopravy, ale celého systému kritické infrastruktury. Klíčová slova Kritická infrastruktura; železniční doprava; kritéria kritičnosti. Abstract This contribution is focused on criticality criteria for critical infrastructure elements. Description of railway infrastructure is used primarily and there is subsequently presented approaches for determination criticality criteria of critical infrastructure in selected world countries. On the basis of analysis approaches the proposal of criticality criteria is presented. The proposal process for criticality assessment of critical infrastructure elements is feasible in another countries where are not used a systems approach for critical infrastructure determination. Keywords Critical infrastructure; railway; transport; criticality; criteria. 1 Úvod Infrastruktura představuje množinu prvků, které jsou strukturované, navzájem propojené a poskytují určitému celku rámcovou podporu. Většinou se jedná o struktury uměle vytvořené. V každé společnosti existuje část infrastruktury, které je životně důležitá, resp. kritická a která má zásadní vliv na fungování společnosti. [1] V České republice se určují tzv. prvky kritické infrastruktury (dále také KI ) podle krizového zákona [2] a nařízení vlády o kritériích pro určování prvku kritické infrastruktury [3], na jejichž základě stanovují ministerstva a ústřední správní úřady kritéria průřezová a pro všechna odvětví, včetně železniční dopravy, kritéria odvětvová. Jako prvky kritické infrastruktury jsou podle nařízení vlády [3] určeny dráhy celostátní ze zákona o dráhách [4], včetně jejích strukturálních součástí, pokud pro ni neexistují odpovídající odklonové trasy, systém správy a organizace řízení železničního provozu na železniční síti České republiky ve vztahu k evropské železniční síti, s ohledem na nově vzniklé podmínky zajištění součinnosti v rámci Evropského železničního řídicího systému (centrální, regionální a lokální dispečerská pracoviště). Prvky infrastruktury železniční dopravy je nutno nejdříve identifikovat a následně identifikovat rizika, která jim hrozí. Pokud je infrastruktura kritická nejen pro Českou republiku, ale i pro další státy v rámci Evropské unie, jedná se o tzv. evropskou kritickou infrastrukturu. Ochranou kritické infrastruktury se poté rozumí opatření zaměřená na snížení rizika narušení funkce prvku kritické infrastruktury. [2] 2 Teoretické vymezení řešené problematiky V této kapitole je pro lepší orientaci v problematice oblasti železniční přepravy uveden základní terminologický rámec. 2.1 Terminologický rámec Dráha - je podle zákona o drahách [4] cesta a určený okolní prostor, které jsou určeny k pohybu drážních vozidel, včetně pevných zařízení potřebných pro zajištění bezpečnosti a plynulosti drážní dopravy. Železniční stanice - je místo na trati s kolejovým rozvětvením umožňujícím křižování a předjíždění vlaků a se stanoveným rozsahem poskytovaných přepravních služeb [5]. Je to základní organizační útvar dráhy pro železniční dopravní i přepravní provoz [6]. Mimořádná událost v drážní dopravě - je podle předpisu Správy železniční dopravní cesty [7] závažná nehoda, nehoda nebo ohrožení v drážní dopravě, která ohrožuje nebo narušuje bezpečnost, pravidelnost a plynulost provozování drážní dopravy, bezpečnost osob a bezpečnou funkci staveb a zařízení nebo ohrožuje životní prostředí. 2.2 Deskripce železniční sítě a její ochrany Základní jednotkou železniční sítě je dráha. Provozuschopnou dráhou je potom taková dráha, jejíž technický stav zajišťuje bezpečné a plynulé provozování drážní dopravy. Vlastníkem dráhy je nejčastěji stát, zastoupený státní organizací Správa železniční dopravní cesty. Součástí dopravní cesty jsou taky mimo jiné veškeré dopravny, tedy zastávky, železniční stanice a nádraží, podle dělení z dopravního předpisu [5]. První bezpečnostní opatření lze nalézt v zákoně o dráhách [4]. Ten ukládá vlastníkům dráhy povinnost zajistit údržbu a opravu dráhy v rozsahu nezbytném pro její provozuschopnost. Dále jim také ukládá povinnost pečovat o rozvoj a modernizaci dráhy. Provozovatelům dráhy je dále stanovena povinnost primárně odpovídat za přepravu zásilek a povinnost provozovat dráhu pro potřeby drážní dopravy a zajistit způsobilost osob, které provádí provozování dráhy. Zákon [4] jim také ukládá finančně zajistit provozování dráhy a její bezpečnost, poskytovat správnímu úřadu potřebné informace. Dalším opatřením bezpečnosti železniční přepravy je také vymezení obvodu dráhy a jeho specifických pravidel. Obvod dráhy je území, které je určené příslušným územním rozhodnutím jako území určené pro stavbu dráhy. Veřejnosti jsou přístupná pouze některá místa na dráze a v jejím obvodu, viz zákon o dráhách [4]. Širším prostorem v okolí dráhy je ochranné pásmo - tedy prostor, ve kterém zákonem daná omezení a který po obou stranách dráhy ohraničuje pomyslná svislá plocha. Tyto plochy mají různé šířky u různých druhů kolejí. [4] 3 Stanovování kritérií kritičnosti v zahraničí V následující kapitole jsou analyzovány přístupy čtyř zemí k určování kritičnosti prvků kritické infrastruktury. Nejprve se jedná o dlouho vyvíjený přístup v Nizozemsku, poté je analyzován propracovaný přístup Německa. Jako třetí je zmíněn systém 291

53 celonárodního určování kritičnosti ve Velké Británii a na závěr analytické části je zde uveden přístup se širokým vědeckým základem ve Spojených Státech Amerických. 3.1 Přístup v Nizozemsku V roce 2002 začalo Nizozemsko s projektem na ochranu kritické infrastruktury s názvem Bescherming Vilate Infrastructuur. Jak vyplývá ze záznamu konference [8], cílem byl rozvoj integrovaného souboru opatření na ochranu KI vlády a průmyslu (včetně informačních a komunikačních technologií). Plán projektu se skládal z kroků [8]: Analýza a rychlé skenování kritické infrastruktury, Stimulace analýzy veřejného a soukromého partnerství, Hrozby a zranitelnost, Analýza nedostatků ochranných opatření. První dva kroky byly zkoumány pomocí studie, která měla za cíl získat odpovědi na tři otázky: 1. Jaké jsou sektory, produkty a služby zahrnující KI státního sektoru a průmyslu? 2. Jaké jsou základní procesy? 3. Jaké jsou vnitřní závislosti? Výsledná zpráva [8] zhodnotila koncové výsledky studie napříč ministerstvy a tedy dvou prvních kroků v projektu. Bylo vyhodnoceno, že je nutné přednostně stanovit hranice mezi tím, které produkty a služby jsou pouze velmi důležité a které jsou životně důležité. V současnosti je však úvaha o izolovaných objektech již neplatná, protože infrastruktury jsou na sobě vzájemně závislé. Produkt či služba jsou kritické, pokud poskytují zásadní přínos společnosti v zachování definované minimální úrovně kvality. A to v oblastech vnitrostátního a mezinárodního práva a pořádku, veřejné bezpečnosti, hospodářství, veřejného zdraví a ekologického prostředí nebo při ztrátách či dopadech na obyvatelstvo, státní správu na národní úrovni, nebo pokud ohrožují minimální úroveň kvality v těchto oblastech. [8] Dalším pohledem na kritickou infrastrukturu v Nizozemsku je komplexní hodnocení systému společnosti [9]. Je nutné vnímat jak rizika pro KI, tak i kritickou infrastrukturu jako riziko pro společnost. Je tedy třeba vyřešit otázky: Jsou společenská kritéria rizika definovatelná a měřitelná? Je známo, jak uplatnit tato kritéria rizika ve složitých systémech KI? Následně jsou rozlišovány také čtyři přístupy k rozsahu kritérií rizika, a to [9]: 1. Kritéria založená na opatřeních rizika nákladů a přínosů, (zdravotnictví). 2. Kritéria na základě minulé výkonnosti nebo odhalených preferencí, například bezpečnost provozu železničních vysokorychlostních tratí. 3. Kritéria založená na společenské hodnotě nebo preferencích. 4. Kritéria na bázi přírodních norem, např. rizika pro životní prostředí. Výsledkem je přehled základních kritérií rizik pro kritickou infrastrukturu s ohledem na společnost (a její rizika). Součástí je také složitý výpočet poté aplikovaný na pěti příkladech, přičemž vysokorychlostní vlak je jedním z nich (dále pak např. letecká doprava, automobilová bezpečnost, přeprava nebezpečných věcí, apod.) [9]. 3.2 Přístup v Německu Oblast německé kritické infrastruktury zpracovává Spolkový úřady pro civilní ochranu a pomoc při katastrofách (Federal Office of Civil Protection and Disaster Assistance). Projekt Spolkového úřadu Kritis-KAT [10] má za cíl rozvoj obecných kritérií pro identifikaci a hodnocení infrastruktur považovaných za "kritické" pro společnost. Pro hodnocení kritičnosti byly popsány tři základní charakteristiky: kritérium rozsahu, kritérium času a kritérium kvality. Kritérium rozsahu Kritérium rozsahu je charakterizováno počtem zasažených prvků nebo uzlů infrastruktury, počtem významných uzlů, zásahem do funkce služeb či počtem zasažených obyvatel. Popis těchto hodnot se často uvádí v procentech, popř. ve formě poměrové. Toto kritérium může také vyjadřovat počet vzájemných závislostí. Všechny aspekty kritičnosti ukazují na určitou hranici, při jejímž překročení začne být vážně ovlivňován celý systém infrastruktury, na kterém mohou být závislé další infrastruktury nebo samotná společnost. Vyjádření tohoto kritéria jako počet obětí, počet zraněných nebo ekonomické škody se může jevit jako nedostačující. Z pohledu kritérií kritičnosti je třeba posuzovat celý systém, který může být sestaven jak z fyzických prvků, tak i z lidského personálu. Je tedy nutno posuzovat i méně zřetelné prvky infrastruktury. Kritérium času Význam pojmu kritický čas může zahrnovat dobu trvání výpadku, rychlost jeho nástupu, nebo konkrétní časový rámec před, během a za krize. Může zahrnovat dobu nutnou pro opravu, dobu na zotavení či dobu přerušení chodu podniku. V mnoha případech je časově hodnocena pouze doba trvání výpadku funkce prvku. Jiným kritériem než doba trvání může být čas výpadku. Aspektem zde může být i denní doba. Výpadek dopravního systému v noci může omezit mnohem méně obyvatel než výpadek v ranní špičce. Rozhodujícím také může být den v měsíci (začátek školní docházky, apod.). Kritérium kvality Kritérium kvality zahrnuje aspekty jako je kvalita dodávané služby či důvěra veřejnosti ve kvalitu. Nedostatek jakosti nebo ztráta důvěry spotřebitelů ve výrobek nebo službu je rozhodujícím kritériem, které hodnotí zejména hospodářskou ztrátu, či poškození dobrého jména firmy. Tab. 1 Příklady kritérií hodnocení kritičnosti [10] Kritérium Příklady specifických kritérií Příklady aplikací Rozsahu Času Kvality počet uzlů, vzájemné závislosti, nouzové kapacity pro ukládání energie nebo informací, počet zákazníků, prostorová provázanost délka selhání, doba potřebná pro opravu, doba obnovy, načasování, roční období, denní doba kvalita produktu nebo služby, kulturní a společenský význam doprava, logistické řetězce řízení provozu, záchranné složky národní kulturní ikony, náhradní přeprava Pro hodnocení kritičnosti je zásadní překročení jedné z hranic výše zmiňovaných kritérií. Určení limitních hodnot není jednoduché, avšak pro konečné hodnocení velmi podstatné. Pomůckou mohou být připravené, i když občas nepříliš přesné podklady pro rychlé zhodnocení situace. Kombinace těchto tří kritérií může být využitelná v mnoha oblastech, tedy i v oblasti železniční přepravy. [10] Další nástrojem pro určení kritických prvků může být příručka vydaná Spolkovým ministerstvem vnitra [11]. Je určena provozovatelům kritických infrastruktur a má za cíl pomoci jim vytvořit a rozšířit systémy o řízení rizik a řešení krizových situací. V rámci analýzy rizik je jednou z části analýza kritičnosti umožňující organizaci identifikovat, které její procesy budou mít dalekosáhlé důsledky pro organizaci v případě narušení. Pro hodnocení kritičnosti prvků v procesu užívají pět základních kritérií k identifikaci kritičnosti a jedná se o následující: 292

54 Život a zdraví: Je-li proces narušen, jaké budou dopady na lidský život a zdraví? Časový rámec: Je-li proces narušen, jak dlouho bude trvat, než se dostaví dopad na celkovou službu organizace? Čím kratší doba, tím kritičtější proces. Velikost: Kolik z celkového produktu/služby bude ovlivněno, pokud se tento proces přeruší, nebo zcela zastaví? Smluvní, regulační nebo právní význam: Je-li proces narušen, bude to mít smluvní, regulační nebo právní důsledky pro organizaci? Ekonomické škody: Je-li proces narušen, jaké jsou odhadované finanční škody organizace? Sama organizace pak může rozhodnout, která kritéria použije, popř. jakou kombinaci kritérií zvolí. Dalším krokem je opět stanovení hraničních hodnot pro určení kritičnosti systému či jeho části. 3.3 Přístup Velké Británie V rámci programu na zlepšení odolnosti kritické infrastruktury a základních služeb proti dopadům přírodních katastrof [12] uvádí vláda Velké Británie jako základní rámec podmínek pro odolnost kritické infrastruktury ve vztahu k povodním. Tento přístup je doporučován napříč odvětvími a rozděluje kritičnost národní infrastruktury do šesti kategorií [12]: CAT 5 - Ztráta katastrofálního dopadu s celostátním významem, vnitrostátní dlouhodobé účinky, relativně malá pravděpodobnost. CAT 4 - Infrastruktura nejvyššího odvětvového významu, ztráta aktiv na zásadních službách se závažnými dopady na poskytování základních služeb po celé Velké Británii, nebo pro miliony občanů. CAT 3 - Infrastruktura podstatného významu pro odvětví a dodávky základních služeb, ztráta způsobí na velkou oblast nebo sta tisíce lidí. CAT 2 - Infrastruktury, jejichž ztráta bude mít významný dopad na poskytování základních služeb až pro desítky tisíc lidí nebo ovlivnění celého kraje nebo regionu. CAT 1 - Infrastruktury, jejichž ztráta by mohla způsobit mírné narušení provozu dodávek, s největší pravděpodobností ovlivňující tisíce občanů. CAT 0 - Infrastruktura, kdy ztráty způsobí menší dopady než výše uvedené. Jednotlivé kategorie kritičnosti na základě výpočtu přiřazuje vláda podle stupně závažnosti dopadu výpadku prvku. V rámci kategorii je jasně stanovena hranice kritičnosti. Kritičnost také zahrnuje tři rozměry dopadů: dopad na dodávky základních služeb, hospodářský dopad a dopad na život obyvatel. Označení by mělo odrážet nejvyšší kritičnost z dané kategorie, které prvek dosáhl v obou rozměrech dopadu. [12] 3.4 Přístup USA Vztahy mezi rizikem a kritičností patří v USA mezi tradiční oblasti výzkumu [13]. Obdobně zde byly analyzovány podobnosti a rozdíly z hlediska rozsahu, cílů, dopadů, hrozeb a zranitelnosti [13]. Zároveň byla navržena metodika analýzy kritičnosti [13] na základě analýzy rizik, která má podrobný seznam kritérií pro hodnocení dopadů na kritičnost infrastruktury dané úrovně. Důraz je zde kladen na typy dopadů a to buď na společnost, nebo na sektor. Pro zkoumání kritičnosti se využívá systém hodnocení tří kritérií, a to: prostor, závažnost či intenzita, čas. Intenzita je obvykle analyzována pomocí detailních kvalitativních a kvantitativních kritérií. Obdobně jako v Evropské unii je intenzita hodnocena podle sady kritérií, tedy: veřejný dopad, ekonomický efekt, vliv na životní prostředí, vzájemné závislosti, politické dopady, psychologické efekty. Všechna kritéria jsou následně hodnocena z hlediska kritéria rozsahu a kritéria času. Dále je zde kladen důraz na důsledky, které jsou následně hodnoceny s ohledem na veřejné zdraví a bezpečnost, ekonomii, psychologii, vliv na vládu. Zároveň je třeba zmínit vysoké uvědomění pro další faktory, kterými jsou složitost, závislost na jiných infrastrukturách, zranitelnost a tržní vliv. [13] 4 Možný návrh kritérií kritičnosti Na základě předchozí provedené analýzy a získaných poznatků je možno vhodně sestavit adekvátní kritéria pro posuzování kritičnosti prvků železniční infrastruktury. Kritéria byla zvolena s ohledem na bezpečnost chráněných zájmů, jimiž jsou v případě železniční dopravy primárně cestující a přepravovaný náklad. Na základě těchto aspektů byl sestaven návrh níže uvedených kritérií jako vhodný rámec pro hodnocení kritičnosti prvků železniční infrastruktury využitelný nejen v podmínkách České republiky. Proces zároveň respektuje kontext vazeb sítě a je do něho implementována problematika vzájemných závislostí s využitím určitých typů závislostí [14]. V prvním kroku je nejprve vhodné provést rychlou revizi celého odvětví železniční dopravy na ucelené části sítě, zdali je výčet prvků železniční infrastruktury kompletní. V druhém kroku je poté vhodné zhodnotit ovlivnění systému výpadkem určitého prvku, tedy implementovat kritérium rozsahu. Tato implementace nám zároveň umožní zhodnotit vzájemné vazby fyzického rozměru [14]. Ve třetím kroku je vhodné implementovat časové kritérium a kritérium kvality. Ve druhém a třetím kroku procesu tak může dojít k aplikaci a naplnění odvětvových kritérií kritické infrastruktury. Částečně však může dojít i k naplňování průřezových kritérií (např. počet osob postižených výpadkem prvku). Ve čtvrtém kroku je třeba zhodnotit závislosti na mezisektorové úrovni, čímž dojde k nalezení dalšího typu vzájemné závislosti, a to geografické závislosti [14] prvků infrastruktury železniční dopravy. Posledním (tedy pátým) krokem procesu je implementace průřezových kritérií kritické infrastruktury. Nejenom že aplikací průřezových kritérií naplňujeme potřebu vyplývající z právních předpisů [15, 2, 3], ale zároveň tak implementujeme společenský rozměr vzájemných závislostí [14] do procesu posuzování kritičnosti prvků železniční dopravy. Tab. 2 Schéma sestavení kritérií pro posuzování kritičnosti prvků železniční infrastruktury Krok č. 1 Krok č. 2 Krok č. 3 Krok č. 4 Krok č. 5 Revize odvětví, částí, prvků KI Hodnocení vlivu výpadku prvku na funkci systému Kritérium rozsahu Časové kritérium Kritérium kvality Východisko pro průřezová kritéria Hodnocení závislostí na mezisektorové úrovni Implementace průřezových kritérií KI Odvětvová kritéria Odvětvová kritéria Fyzický rozměr Vzájemné závislosti Geografický rozměr Vzájemné závislosti Společenský rozměr Vzájemné závislosti Výše uvedených pět kroků procesu hodnocení kritičnosti prvků železniční infrastruktury respektuje návrh systémového způsobu určování prvků kritické infrastruktury [15]. Navržený způsob je možno využít v zemích Evropské unie, které doposud nedisponují systémovým řešením pro oblast ochrany kritické infrastruktury. 293

55 5 Závěr Klasický sektorový přístup posuzování prvků kritické infrastruktury v České republice není pro oblast kritické infrastruktury nejen oblasti železniční dopravy příliš vhodný. Při využití vhodnějšího systémového přístupu je možno využít veškerých výhod, které tento přístup poskytuje. Nespornou výhodou může být například modelování vzájemných závislostí prvků a jejich hodnocení. Mimo jiné byla i z tohoto důvodu provedena analýza přístupu k určování prvků kritické infrastruktury zaměřená primárně na posuzování a kritéria kritičnosti prvků kritické infrastruktury ve světových zemích. Na základě provedené analýzy kritérií kritičnosti byl proveden návrh kritérií kritičnosti nejen pro Českou republiku v rámci odvětví železniční doprava. Důvodem pro vypracování návrhu byla snaha sestavit funkční řešení určování kritérií kritičnosti v oblasti železniční přepravy. Navržený proces posuzování kritičnosti kritéria je nutno nejdříve podrobit praktickému ověření. Ověření aplikovatelnosti navrženého procesu posuzování kritičnosti prvků kritické infrastruktury v odvětví železniční dopravy je v současné době připravováno se samotným provozovatelem dráhy, tedy Správou železniční dopravní cesty. Navrhovaný výstup bude následně zpracován do podoby semikvantitavní vážené multikriteriální analýzy a výsledky budou poté prezentovány. Obecně může být navrhovaný proces využit i mimo oblast železniční dopravy a případně upraven pro podmínky příslušného sektoru kritické infrastruktury. Authorities. Berlin: Federal Ministry of the Interior of Germany, p. [12] Strategic Framework and Policy Statement on Improving the Resilience of Critical Infrastructure to Disruption from Natural Hazards. London: UKCO (United Kingdom Cabinet Office), p. [13] Theoharidou, M.; Kotzanikolaou, P.; Gritzalis, D.: Risk-Based Criticality Analysis. International Conference on Critical Infrastructure Protection In Critical Infrastructure Protection III. Proceedings. Hanover: Third Annual IFIP (International Federation for Information Processing), p. [14] Rinaldi, S.M.; Peerenboom, J.P.; Kelly, T.K.: Identifying, Understanding and Analyzing Critical Infrastructure Interdependencies. IEEE Control System Magazine, 200, Vol. 21, No. 6, pp ISSN X. DOI: / [15] Směrnice rady 2008/114/ES ze dne 8. prosince 2008 o určování a označování evropských kritických infrastruktur a o posouzení potřeby zvýšit jejich ochranu. [16] Novotný, P.; Markuci, J.; Řehák, D.; Almarzouqi, I.; Janušová, L.: Proposal of Systems Approach to Critical Infrastructure Determination in European Union Countries, In Transcom Proceedings 2015 of the 11-th European Conference of Young Researchers and Scientists, pp Žilina. ISBN ISSN Použitá literatura [1] Šenovský, M.; Adamec, V.; Šenovský, P.: Ochrana kritické infrastruktury. Edice SPBI SPEKTRUM 51, Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, s. ISBN [2] Zákon č. 240 ze dne 28. června 2000 Sb., o krizovém řízení a o změně některých zákonů (krizový zákon), ve znění pozdějších předpisů. [3] Nařízení vlády č. 432 ze dne 22. prosince 2010 o kritériích pro určení prvku kritické infrastruktury, ve znění pozdějších předpisů. [4] Zákon č. 266 ze dne 14. prosince 1994 Sb., o dráhách, ve znění pozdějších předpisů. [5] Dopravní a návěstní předpis. Praha: Správa železniční dopravní cesty, státní organizace, Odbor základního řízení provozu, s. Č. j.: 55738/2012-OZŘP. [6] Směrnice SŽDC č. 112 pro plnění povinností provozovatele železniční infrastruktury podle RID. Praha: Správa železniční dopravní cesty, státní organizace, Odbor bezpečnosti a krizového řízení, s. Č. j.: S 48512/2014-O30. [7] Předpis pro hlášení a šetření mimořádných událostí. Praha: Správa železniční dopravní cesty, státní organizace, Odbor bezpečnosti provozování dráhy, s. Č. j.: 22957/08- OKS. [8] Luiijf, E.; Burger, H.; Klaver, M.: Critical Infrastructure Protection in the Netherlands. Kodaň: In EICAR Conference Best Paper Proceedings, p. ISBN [9] Vrijling, J.; Goossens, L.; Voortman, H.; Pandey, M.: A framework for risk criteria for critical infrastructures: fundamentals and case studies in the Netherlands. Journal of Risk Research 7, [10] Fekete, A.: Common Criteria for the Assessment of Critical Infrastructures. Bonn: Federal Office of Civil Protection and Disaster Assistance, p. [11] Protecting Critical Infrastructures-Risk and Crisis Management. A Guide for Companies and Government 294

56 Methods of Measuring the Real Concentration of the Foaming Solution in Fixed Firefighting Foam Systems Metody pomiaru rzeczywistego stężenia roztworu pianotwórczego w stałych pianowych urządzeniach gaśniczych Mirosław Sobolewski Bernard Król Jakub Jakubiec Dominika Gancarczyk Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Warszawa Słowackiego Str. 54/54, Warsaw, Poland msobolewski@sgsp.edu.pl Abstract The proper concentration of foam concentrate in water solution is a key factor in the effectiveness of fire-fighting foams produced using all currently used foam systems. The standard method for measuring the concentration of foaming agent, used to control the operation of the foam systems, is conductivity method. Its use involves making measurements of electrical conductivity of solution flowing through the system once it is operational and reading the concentration with a predetermined calibration relationship. However, in the case of industrial water or surface water and the use of AFFF and AR AFFF agents, small slope of the calibration line makes it difficult to read the true concentration with sufficient accuracy. In this study, the applicability of the refractive index of the solution and the coefficient of dynamic viscosity instrumental methods, and analytical method based on the determination of chemical oxygen demand COD of solution was tested. The research found that the conductivity method can be used to determine the actual concentrations of all types of foaming agents in the solutions made from tap water, or water of similar electrical conductivity, of approx ms/cm. Conductivity meter must be equipped with temperature compensation system. Measurement uncertainty is estimated to be ± 0.1 vol. % under optimal conditions for this method. With an increase in the conductivity of water conductivity measurement uncertainty of the concentration of foaming agents is increasing rapidly. In the case of water with high electrical conductivity, also refractometric method gives good results. In the case of solutions made with tap water and foaming agents working concentrations of 3% and more acceptable uncertainty in the measurements provides portable digital refractometer without temperature stabilization. In other cases, obtaining sufficient accuracy requires sample temperature stabilization during the test. Good results were also achieved using COD method, although the measurement cycle is much longer than the conductivity method. The uncertainty of measurement using COD method depends on the degree of dilution and in this study was between ± 0.1 vol. % and ± 0.3 vol. %.The viscosity measurements method based on precise measurements of rheological properties can only be used in case of AFFF-AR foams, which cause significant increase in solution viscosity. Rotational viscometer used in the study allowed for concentration of AFFF-AR measurements with the uncertainty of about ± 0.5 vol. %. Keywords Real concentration of foaming solutions measurements; conductivity method; COD method; refractometric method; viscosity measurement method. Introduction Foams are the primary agent of fighting the fire of hydrocarbon and polar liquids. They are used in the fire department operations, in both fixed fire extinguishing systems and portable and mobile extinguishers. The effectiveness of firefighting operations using foam depends on proper selection of foaming agent, efficient operation of all system components and the application of foam suitable foam application rate [1]. Proper selection of foaming agent, especially for use in fixed fire extinguishing systems, facilitates the classification of fire-fighting effectiveness required by the PN-EN for measures designed to extinguish hydrocarbon liquids [2] and PN-EN for funds allocated to extinguish polar liquids [3]. Class of efficacy is an important information for user of the foaming agent that is administered in the certificate of admittance. Classification of effectiveness is also used to calculate the intensity of the administration and performance of foam and currents to predict the required supply of foam concentrate according to the procedure outlined in the PN-EN [4]. The second essential information about the foam concentration included in certificate of admittance is the required concentration in the aqueous solution. Forming a solution of such concentration is a basic condition for obtaining foam of extinguishing efficiency declared by the manufacture. Therefore the proper concentration of foaming agent in water is a key factor in the effectiveness of fire-fighting foams produced from a particular foaming agent, using all currently used foam systems. Too low concentration of the foaming agent can cause a decrease or loss of extinguishing efficiency, too much concentration limits the duration of administration of foam at a particular store inside, too high concentration reduces administration time foam at a particular foam supply. In most cases the foam solutions are produced in the dispensing system that is dosing the foam agent concentrate into the water flowing in the system or fire lines. Correct operation of the system is essential for the proper operation of the whole system of foam, and it can be checked by measuring the concentration of foaming agent solution targeted for devices foaming agents. For example, such control carried out annually, is required by Polish Standard PN-EN [4]. Laboratory tests properties of foams solution and foam parameters lead to the conclusion that a small difference between the actual concentration of the solution from the assumed working concentration does not adversely affect the expansion ratio and foam stability or other important parameters of foam solution such as surface tension and the coefficient in the case of AFFF foams. In most cases, it is assumed that a sufficient foam proportioning accuracy is within ± 10 % of the set value in [1]. The technical requirements for specific types of equipment foam-adopted different requirements for accuracy foam proportioning. The technical requirements for specific types of equipment foam, adopted different requirements for accuracy foam proportioning. For example, the PN-EN require that the actual concentration of the solution of the foam prepared by a dispensing apparatus is not lower than a set concentration and the concentration was higher than the set value by more than 30 %, or one percentage point, depending on which of these values is lower [5]. Regarding to the fire fighting vehicles used in Poland it is required that installed foam agent dosing devices ensure dosage accurancy within ± 0,5 % of the set concentration. For example, for a working concentration 295

57 of 3 %, after setting the dispenser of 3 %, the actual concentration of foaming agent in the solution should be in the range from % in all operating conditions of the foam system. [6]. The standard method for measuring the concentration of foaming agents, used to control the operation of the foam systems is conductivity method. It s use involves making measurements of electrical conductivity of solution flowing through the system once it is operational and reading the concentration with a predetermined calibration relationship, electrical conductivity of the solution - concentration. This relationship can usually be described with high accuracy closer to straight line. Admission to the an accurate reading off the concentration is the steepness of the calibration line. This condition is fulfilled in the case of tap water or a similar water with low conductivity and a P, FP-foaming agents, and some S type. In the case of industrial water or surface water and the use of AFFF and AFFF AR, a small slope of the calibration line makes it difficult to read true concentration with sufficient accuracy. Another problem is the significant influence of temperature on the electrical conductivity of the solutions. On the other hand, the advantages of the conductivity method are ease of measurements on the spot without transporting samples to the laboratory. Other methods based on selected parameters of the solution changes caused by the addition of a foaming agent can also be used to measure the true concentration of solutions of foam concentrate in extinguishing systems. In this study, the applicability of the refractive index of the solution and the coefficient of dynamic viscosity instrumental methods, and analytical method based on the determination of chemical oxygen demand COD of solution was tested. Analyzing the usefulness of instrumental methods, practical accuracy of measurements, which is also influenced by measuring conditions and the procedures involved was considered. Opportunities for determining the concentration of foaming agents in solution The ingredients of foam concentrates affect different properties of aqueous solutions. The most characteristic feature of all the currently used foaming agents solutions is significantly reduced surface tension compared to water. Only protein agents (P), now rarely used, relatively little decreased surface tension of water. In the case of the FP, S and A agents present significant reduction in surface tension to a value of less than 30 mn/m. Working solutions AFFF and FFFP agents have a surface tension less than 20 mn/m - a typical value is about 16 mn/m. However, measurements the surface tension of the solution, cannot be used for precise measurement of the concentration due to the strong nonlinearity relationship of the concentration with surface tension. With increasing concentration of foam agent, the surface tension of the solutions rapidly decreases but only to achieve a critical micelle concentration (cmc). After exceeding the value of cmc, colloidal solutions are formed, and surface tension of solutions stabilizes. Working concentrations of foaming agents are significantly higher than the cmc, which makes measurements of the surface tension are not practical application for the determination of concentration the foaming solution, although accurate methods are available for measurement of this parameter. The agent may be used the Method of determining characteristics of components of foaming agents - for example, anionic surfactants, or, in the case of AFFF - foams also fluorine content may be used to laboratory measurements of the foaming agent concentration [7]. It can also take into account methods based on the total content of organic substances in the solution, measurement of the chemical oxygen demand (COD) or refractive index measurement or measuring the viscosity of the solution. The possibility of practical application of the method depends of course also on the accuracy of the available measuring equipment, the impact of other ingredients contained in the water, the effect of temperature and capabilities of its compensation. In the case of conductivity method, effect of dissolved salts in the water, increasing its electrical conductivity is significant. The degree of mineralization (salinity) of water will also affect the results of the measurements of the refractive index, although it is much smaller than the measurements of electrical conductivity. The lowest impact salinity on the results of measurements of solution concentration can provide for methods based on measurements of COD or content of surfactants. The temperature of the solution has a significant impact on the results of measurements of electrical conductivity, refractive index and viscosity solutions. Temperature control or temperature compensation using a known temperature dependence of the parameter is condition to the practical application of these methods. The choice of instrumental methods for determining the concentration of foaming agent solution should therefore affected by the following items: High sensitivity of the method - a big change in the parameter P at a unit change in concentration compared with practical measurement uncertainty u: dp/dc >> u High correlation coefficient of linear dependence: dp/dc = const Repeatability of measurement results. Effect of temperature on the measurements and possible reduction. Effects of the type of foam - forming agent. Effects of the type of water used to produce foam-forming solutions. Effects of changes in the produced solution. Laboratory tests The methods and materials used in the study Instrumental studies included measurements of electrical conductivity coefficient, refractive index and coefficient of dynamic viscosity of the solutions selected foaming agents of various types - S, AFFF, AFFF-AR and FP and FFFP. The solutions were prepared by gravimetric method using analytical balance with an accuracy of 1 mg to minimize the impact of the uncertainty of the concentration values to the measurement uncertainty of a given parameter. Taking into account the density of the foam concentrate (density measured densimeter with an accuracy of 0.01 g/cm 3 ) concentrations of standard solutions were converted to volumetric concentration in % v/v. To minimize the effect of temperature on the results, solutions temperature and the ambient temperature were controlled, so that all the solutions have the same temperature at ambient temperature. Conductivity measurements were carried CPC 551 Elmetron device compensating the effect of temperature of the solution by converting conductivity on a standard temperature of 25 C. Measurements of refractive index were performed using two types of digital refractometer. In the case of the portable refractometer Refracto 30 GS Mettler Toledo samples of solutions were thermostated prior to measurement at ambient temperature. Other measurements were performed digital refractometer Kyoto Electronics RA 620 with Peltier temperature control system. COD measurements of the foam-forming solutions conducted on the basis of the dichromate method using sealed tubes according to the standard ISO [8]. Measurement set "Lovibond" (photometer, reaction vials and thermoreactor) was used. For the measurement of dynamic viscosity, rotational viscometer Brookfield LV DV II + with thermostatic adapter DIN was used. Samples of foaming agents available in firefighting services in Poland were used for the measurements. The study was conducted 296

58 for the solutions prepared with tap water and saltwater - prepared in the laboratory, with different NaCl contents. The use of conductivity method for tap water and saltwater CPC-551 conductivity meter used to measure provides accuracy of 0.5 % in measuring ranges, which measured the electrical conductivity of solutions of synthetic foaming agents and 1 % in the measurement range for saltwater. Measurements were performed for working concentrations (specified by the manufacturers and equal 3 %) solutions of S, AFFF, AR-AFFF and FP types. The measurement results for the solutions of synthetic agents in tap water is shown in Fig. 1 [10]. is based on the accuracy specified by the manufacturer, so it is impossible to obtain accurate measurements in practice. The summary shows it is possible to determine, with sufficient accuracy for practical purposes, the concentration of each tested foaming agent if foam system from which the sample solution was taken for test is supplied with water close to the electrical conductivity of tap water. Fig. 2 Electrical conductivity of FP foaming agents solutions in tap water, 25 C Fig. 1 Electrical conductivity of S, AFFF and AFFF-AR foaming agents solutions in tap water, 25 C At a time when the measurements were made, electrical conductivity of the water used for the measurements varied in the range of approx to 0.66 ms/cm. The measurement results for all testing foaming agents with high accuracy can be considered linear relationships - R2 correlation coefficients ranged from to The ability to accurately read the concentration by measuring the electrical conductivity of the solution is greater for the investigated S and AFFF-AR foams, for which the derivative dp/dc was 0.22 ms /cm/% and 0.24 ms/cm/% compared to the case of AFFF, for which dp/dc = 0.08 ms/cm/%. Fig. 2 shows the effect of additives FP foaming agent for measures of conductivity of solutions made from tap water. The impact of a protein foaming agents on the electrical conductivity of aqueous solution is much greater than in the case of synthetic, which results from the production process of protein hydrozyler [10]. The correlation coefficient in the case of FP was Large slope of the straight line amounting to 1.63 ms/cm/% facilitates accurate reading off the concentration of the solution. In addition to the inclination of the calibration line for accuracy of reading (or calculate) the concentration of the solution obviously affect the correlation coefficient and the uncertainty of the measurement procedure used electrical conductivity of solutions. In the case of solutions in tap water expanded uncertainty of measurements estimated at 1 % of reading. Tab. 1 shows the parameters characterizing the conductivity method for determining the concentration of foaming agents in the solutions in tap water with electric conductivity approx. 0.6 ms/cm by using a conductivity meter CPC 551. Measurement uncertainty evaluated for concentration of approx. 3 % for each foaming agent, and converted it into the uncertainty of reading concentration. The estimated uncertainty of measurement of the concentration of foaming agent refer not only to the very principle of measurement, but also the equipment used and the measurement procedures and should be regarded as maximum values. Those can be used to compare the various methods of measurement, but the calculation Tab. 1 Characteristics of conductivity methods for tap water Foaming agents dp/dc The linear correlation (coefficient R2) Measurement uncertainty for 3 % Reading concentration uncertainty ms/cm/% ms/cm % v/v S 0,22 0,998 ±0,013 ±0,06 AFFF 0,08 0,997 ±0,009 ±0,11 AFFF-AR 0,24 0,997 ±0,014 ±0,06 FP 1,63 0,998 ±0,06 ±0,04 The correlation coefficient of linear dependence is high for all measures. Low values of measurement uncertainty make for a sufficiently accurate reading off the solution concentration by measuring its conductivity. Much better accuracy can be obtained for FP and S foaming agents, than the tested AFFF foaming agents. Calibration solutions must be carried out with the same foaming agent and the same water as the tested solution. Even a small change in conductivity of the water, eg. about 0.2 ms/cm can significantly affect the results. For the same foaming agents, the measurements of electrical conductivity of the saline solution similar to sea water prepared from the water containing about 35 g/dm 3 NaCl, were made. A similar measurement procedures were used. The solutions for measuring the various foaming agents were performed separately performed portion of the saltwater, a somewhat different in electrical conductivity. The measurement results of electrical conductivity of solutions shown in Fig

59 measured conductivity. This instrument does have temperature stabilization, and does not compensate for changes in temperature of the sample. The measurements were carried out for thermostatic solutions at 20 C, in a room at 20 ± 2 C [10]. The results of measurements of the refractive index for the solutions of foaming agents in tap water is shown in Fig. 4. Fig. 3 Electrical conductivity of S, AFFF, FP and AFFF-AR foaming agents solutions in saltwater, approx. 35 g/dm 3 NaCl, 25 C On the measurement range corresponding to the used saltwater, conductivity meter is much less accurate. In the case of solutions of foaming agents in saltwater expanded uncertainty of measurement resulting from the accuracy of the instrument is estimated at 2 % of reading. Solutions of synthetic foaming agents showed a decrease in conductivity compared to water output, only in the case of the FP followed by a small increase in the conductivity of the solutions. The decrease in conductivity of the water shows to the interaction of the ingredients of foam-forming solution with NaCl, which was particularly evident in the case of synthetics solutions. A significant increase in the electrical conductivity of water resulted in a significant change in the nature depending on the concentration - the electrical conductivity of the solution as compared to tap water. Tab. 2 shows the parameters characterizing the conductivity method for determining the concentration of foaming agents in the solutions in saltwater with electric conductivity approx. 056 ms/ cm by using a conductivity meter CPC 551. Tab. 2 Characteristics of conductivity methods for saltwater Foaming agents dp/dc The linear correlation (coefficient R2) Measurement uncertainty for 3 % Reading concentration uncertainty ms/cm/% ms/cm % v/v S - 1,37 0,948 ±1,08 ±0,8 AFFF - 0,79 0,986 ±1,04 ±1,3 AFFF-AR - 0,49 0,960 ±1,11 ±2,3 FP 0,27 0,973 ±1,11 ±4,1 Large electrical conductivity of water with salinity similar to seawater, cause that changes conductivity associated with foaming additives are relatively slight. Correlation linear relationship is much worse than in the case of tap water, with the exception of FP and AFFF. However, small values of dp/dc at relatively high values of measurement uncertainty does not allow enough accurate reading off the concentration of the solution by measuring its conductivity. This is particularly evident in the case of the FP. Fig. 4 Refractive index of S, AFFF, FP and AFFF-AR foaming agents solutions in tap water, 20±2 C The relationship of the refractive index of the foaming agent concentration are linear, but the correlation coefficient is lower compared with the conductivity method for tap water solutions. However, the main problem in this case is too small value of the slope dp/dc compared with the measurement uncertainty, which results in large uncertainties reading off the concentration as shown in Tab. 3. Tab. 3 Characteristics of the refractometric method without temperature stabilization for tap water Foaming agents dp/dc The linear correlation (coefficient R2) Measurement uncertainty for 3 % Reading concentration uncertainty nd/% nd % v/v S 0, ,984 ±0,0005 ±1,06 AFFF 0, ,987 ±0,0005 ±0,90 AFFF-AR 0, ,959 ±0,0005 ±1,24 FP 0, ,997 ±0,0005 ±0,62 Relatively high uncertainty of measurement device 30 Refracto GS due to lack of temperature control of the measuring prism and a low volume of the solution in the measuring system. On the other hand advantage of the refractometric method is based on small differences in the course of the calibration relationship and slope dp/dc for individual measures and low impact water salinity, as follows from Fig. 5, which shows the results of measurements of the refractive index of solutions made of highly saline water. In contrast to the conductivity method character of the relationship does not change, and the obtained value of dp/dc and the correlation coefficients are even slightly higher than for tap water as shown in Tab. 4. The use of measurements of the refractive index of tap water and saltwater portable refractometer without temperature stabilization Digital refractometer Refracto 30GS used to measure refractive index n D provides accordance with the manufacturer accuracy of ± in terms of measuring coefficient of at resolution. Measurements were carried out for the same solutions of foaming agents S, AFFF, AR-AFFF and FP, which 298

60 Fig. 5 Refractive index of S, AFFF, FP and AFFF-AR foaming agents solutions in saltwater approx. 35 g/dm 3 NaCl, 20±2 C Fig. 6 Refractive index of S and AFFF foaming agents solutions in water with electric conductivity approx. 0.6 ms/cm, 20±0,01 C Tab. 4 Characteristics of the refractometric method without temperature stabilization for saltwater Foaming agents dp/dc The linear correlation (coefficient R2) Measurement uncertainty for 3 % Reading concentration uncertainty nd/% nd % v/v S 0, ,986 ±0,0005 ±0,86 AFFF 0, ,986 ±0,0005 ±0,98 AFFF-AR 0, ,975 ±0,0005 ±0,89 FP 0, ,986 ±0,0005 ±0,53 Analysis to the relationship of the concentration of foaming agent - the refractive index and the parameters included in Tab. 3 and 4 leads to the conclusion that the refractometric method could be an alternative to the method of conductivity, especially in the case of water with high electrical conductivity. However, to solve the problem of uncertainty of measurement that can be achieved by temperature stabilization the measurement system. The use of measurements of the refractive index refractometer with temperature stabilization Temperature stabilization of the measuring system can be realized by using an external thermostat, which in practice excludes or very difficult to perform measurements outside the laboratory, or by using an integrated system with thermostatic Peltier device. In the case of a digital refractometer RA 620 Kyoto Electronics temperature stabilization of the sample solution to the accuracy of 0,01 C provides a measurement resolution nd and accuracy of nd. Fig. 6 shows the results of measurements made by refractometer RA 620 for the solutions of S and AFFF (other than the abovepresented research), prepared from water with a higher electrical conductivity [10]. Temperature stabilization measuring system with high accuracy provides a very good reproducibility of results and high measurement accuracy. Concentration reading from the graphs of calibration relationship can be performed with high accuracy, as shown in Tab. 5. Tab. 5 Characteristics of the refractometric method with with thermostatic Peltier device for water with electric conductivity approx. 0.6 ms/cm Foaming agents dp/dc The linear correlation (coefficient R2) Measurement uncertainty for 3 % Reading concentration uncertainty nd/% nd % v/v S 0, ,998 ±0,00002 ±0,03 AFFF 0, ,999 ±0,00002 ±0,05 Use of the refractometer measurement with temperature stabilization system allows the use of a refractometric method to accurate measurement of all types of foaming agents in solutions with different electrical conductivity. Influence of the type of water is much smaller than the conductivity method. However, same as in case of conductivity method, it is necessary to determine the calibration relationship for solutions made up of the same water and the same means as those used for the preparation of the solution of unknown concentration. The use of chemical oxygen demand measurement of the foaming solution As the chemical oxygen demand (COD) is determined amount of oxygen supplied under certain conditions, by oxidizing reagent that is needed to oxidize present in the test sample material. Foaming agents contain considerable amounts of organic substances such as surfactants, solvents, protein hydrolysates, polysaccharides (in the case of AR), which makes the value of the chemical oxygen demand based on the concentrate are very high. Even for the 1 % aqueous solutions of certain types may be values of mg O 2 / dm 3 [9]. Because COD measurements are routinely performed by the research water quality and waste water, for example, operation control of sewage treatment plants and are available laboratory and portable equipment necessary for the measurement, this method can also be used to measure the concentrations of the solutions of foaming agents. Determination of the unknown concentration the solution taken from the tested system requires the establishment of foam solution for the COD values and the comparison result with the reference value determined for a solution of known concentration prepared in the laboratory with the same agent and water that are used in the system. In practice dichromate method has find wide use, used to determine the total content of organic and some inorganic in water or wastewater. The method is presented in ISO [8]. Oxidation of organic material in the sample occurs in the sealed vials containing a certain amount of dichromate solution (VI) 299

61 solution and sulfuric acid (VI). As oxidation catalyst used additive sulfate (VI) silver. Measurement methods involving the addition to the vial with specific COD analysis of 2 cm 3 of test solution, heated vial for a specified time in a special reactor in which the temperature is maintained at 150 C, cooling the vials and the reading of using a photometer. During oxidation of compounds contained in the sample solution of chromium (VI) contained in the potassium dichromate is reduced to chromium (III). The photometer measures the absorbance of light by Cr 3 + ions present in the solution, depending on the concentration of these ions and gives the result directly in mg O 2 /dm 3. Because the COD of 3 % concentration of foaming agents solutions - the most widely used in practice can be very large, both the test solution and reference solutions need to be before addition to the reaction vials much diluted. The required degree of dilution also depends on the range of vials, wherein the two factors, the degree of dilution and the measuring range of the reagent tubes significantly influence the uncertainty of the result. Using reaction tubes with a measuring range of COD 1,500 mg O 2 /dm 3, concentration of the S, AFFF and FP-foams can be determined with high accuracy, but it depends on the degree of dilution. Solutions with high concentrations of foaming agents the 6 % may be diluted 100 times. In such cases, the uncertainty of measurement of the concentration ranged from 0.2 % to 0.3 %. In the case of solutions with low concentrations of 1 %, at dilutions of 25 times the uncertainty were much smaller and were 0.04 % for solutions of S and AFFF-foams and 0.09 % for FP solutions. Accuracy of dichromate method to determination COD is thus sufficient to control the solution concentration of foaming agents in foam systems [10]. A disadvantage of the method is needed dilution procedures and reference test solution and heated and cooling the samples in the tubes, which prevents the rapid measurement of the concentration of the solution. The method also requires the use of special reagents, but its advantage is possibility of applying in case of solution is heavily contaminated and saline. The use of measuring the viscosity of solutions Various types of foaming agents have significantly different rheological characteristics. Foaming agent not designed to produce alcohol resistant foams are characteristic Newtonian liquids and low viscosities for a few to several cps. In this case, that the means S, AFFF and FP - foams is difficult to expect significant impact of concentration on the viscosity of solutions with a concentration similar to working. In turn, alcohol resistant foams generally are non-newtonian liquids, demonstrating the high values the apparent viscosity at low shear rates and a significant reduction in apparent viscosity with increasing shear rate. In this case, the increase in viscosity of solutions with concentrations close to the working may be enough to determine relationship, the concentration solution - dynamic viscosity, with a slope sufficient for accurate reading of the concentration of the solution from controlled foam system. However, just as in case of refractometric method, temperature stabilization of measuring system is needed. Viscosity measurements were performed by Brookfield viscometer LV DV II + thermostatic cylindrical adapter. For tested various concentrations of the solutions, the shear stress by the shear rate relationships which are rectilinear non-newtonian liquid were determined. Then concentration solution - a viscosity measure was determined. This procedure allows to increase the accuracy of the viscosity measurement because it is determined as the slope of the straight depending on the shear rate - shear stress. In the case of S and FP correlation coefficient R2 for rheological measurements was 0.99, but the for the solutions of AR the ratio was significantly lower, especially at concentrations above 6 % [10]. Tab. 6 shows the characteristic parameters designated relationships the concentration of solutions - dynamic viscosity for solutions of foaming agents S, FP and AR-AFFF and AR-FFFP in tap water. Tab. 6 Characteristics of the viscosity measurements method of solutions by rotational viscometer Foaming agents dp/dc The linear correlation (coefficient R2) Measurement uncertainty for 3 % Reading concentration uncertainty mpas/% mpas % v/v S 0,0154 0,805 ±0,1 ±6,5 FP 0,0324 0,909 ±0,1 ±3,08 AFFF-AR 0,361 0,999 ±0,1 ±0,28 FFFP-AR 0,388 0,999 ±0,1 ±0,26 For solutions of AR was also performed measurement with saltwater content approx. 35 g/dm 3 NaCl. The salinity only slightly affected the results, slightly increasing the viscosity of the solutions and only marginally affecting the slope of the concentration - viscosity. Viscosity measurement method by Brookfield viscometer can be used only in the case of AR -foams. Due to its low viscosity measurement accuracy, significantly lower than for other discussed methods used in optimal conditions for them, the viscosity measurement method can be recommend only in difficult cases solutions of AR - foams with saline or contaminated water or as a supplement to other methods. Summary and Conclusions The research found that the conductivity method can be used to determine the actual concentrations of all types of foaming agents in the solutions made from tap water, or water of similar electrical conductivity, of approx ms/cm. Conductivity meter must be equipped with temperature compensation system. Measurement uncertainty is estimated to be ± 0.1 vol. % under optimal conditions for this method. With an increase in the conductivity of water conductivity measurement uncertainty of the concentration of foaming agents is increasing rapidly, even using an accurate laboratory equipment. In practice, if the electrical conductivity of water exceeds approx. 2 ms/cm, measurements of the concentration of AFFF solution cannot be perform by portable conductivity meter with sufficient accuracy. In all cases, the applicability of the conductivity method and in the case of water with high electrical conductivity also refractometric method gives good results. In the case of solutions made with tap water and foaming agents working concentrations of 3 % and more acceptable uncertainty in the measurements provides portable digital refractometer without temperature stabilization. In other cases, obtaining sufficient accuracy requires sample temperature stabilization during the test. In a study conducted as part of this work also the laboratory refractometer with Peltier temperature stabilization system was used and a concentration measurement uncertainty of less than ± 0.1 % was given. In the case of solutions of the expected concentration of 3 % or less, and when the electrical conductivity of the water exceed approx. 1 ms/cm, good results gives a method based on the measurement of the chemical oxygen demand COD. It seems possible to use this method also for measuring the concentration of an foaming agent directly on the foam system using a portable test kit COD equipped with thermoreactor with shorter operating cycle. Although the measurement cycle is much longer than the conductivity method. This method requires pre-dilution of the test solution. With proper selection of the measuring range of the test reagents, measurement of a concentration of foaming agent can be carried out within approx. 1 hour. The uncertainty of measurement using COD method depends on the degree of dilution and in this study was between ± 0.1 % and ± 0.3 % with the necessary dilution ratio of 100 times. For solutions with lower concentrations, that do not require such a large dilution, the concentration of the measurement uncertainty was to ± 0.04 % to ± 0.09 %. 300

62 The possibility of using solution viscosity measurements for the determination of solution concentration was also examined. The viscosity measurements method based on precise measurements of rheological properties can only be used in case of AFFF-AR foams, which cause significant increase in solution viscosity. Rotational viscometer used in the study allowed for concentration of AFFF- AR measurements with the uncertainty of about ± 0.5 vol. %. References [1] Mizerski, A.; Sobolewski, M.; Król, B.: Hasicí pĕny, SPBI [2] Polska Norma PN-EN Wymagania dotyczące środków pianotwórczych do wytwarzania piany ciężkiej służącej do powierzchniowego gaszenia cieczy palnych nie mieszających się z wodą. [3] Polska Norma PN-EN Wymagania dotyczące środków pianotwórczych do wytwarzania piany ciężkiej służącej do powierzchniowego gaszenia cieczy palnych mieszających się z wodą. [4] Polska Norma PN-EN Stałe urządzenia gaśnicze. Urządzenia pianowe. Część 2: Projektowanie, konstrukcja i konserwacja. [5] PN-EN A1: 2010 Stałe urządzenia gaśnicze - Urządzenia pianowe. Część 1: Wymagania i metody badań dla podzespołów. [6] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 27 kwietnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie wykazu wyrobów służących zapewnieniu bezpieczeństwa publicznego lub ochronie zdrowia i życia oraz mienia, a także zasad wydawania dopuszczenia tych wyrobów do użytkowania (Dz. U nr 85 poz. 553). [7] Timms, G.; Haggar, P.: Foam Concentration Measurement Techniques, Fire Technology 2/1990, s. 41. [8] PN-ISO 15705: 2005 Jakość wody. Oznaczanie indeksu chemicznego zapotrzebowania tlenu. Metoda zminiaturyzowana z zastosowaniem szczelnych probówek. [9] Król, B.; Mizerski, A.; Sewastianowicz, A.; Sobolewski, M.: Biochemiczny rozkład środków pianotwórczych, Zeszyty Naukowe SGSP, Warszawa 2003, nr 20, s [10] Sprawozdanie z realizacji pracy S/E-422/22/14 Opracowanie nowych metod pomiaru rzeczywistego stężenia środków pianotwórczych w systemach pianowych, Zakład Środków Gaśniczych i Neutralizujących SGSP,

63 Automatický hasiaci systém do automobilov Automatic Fire Extinguishing System for Cars Ing. Jozef Svetlík, PhD. Bc. Roman Válek Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta bezpečnostného inžinierstva 1. Mája 32, Žilina, Slovenská republika jozef.svetlik@fbi.uniza.sk Abstrakt Príspevok sa zaoberá požiarmi osobných automobilov. Osobitne je v ňom popísaný experiment na efektivitu samozhášacieho zariadenia v motorovom priestore vozidla. Kľúčové slová Požiar; automobil; automatický hasiaci systém; hasenie požiaru. Tab. 2 Početnosť požiarov dopravných prostriedkov v r [5] Dopravné prostriedky spolu Počet požiarov Priama škoda [ ] Usmrtených osôb Zranených osôb osobný a dodávkový automobil nákladný automobil, príves a náves autobus, mikrobus lokomotíva vrak cestného dopravného prostriedku Abstract The paper deals with fires cars. Particularly therein described experiment on efficiency flame retardant equipment in the engine compartment of the vehicle. Keywords Fire; car; fire-fighting. 1 Požiarovosť osobných automobilov Pri požiari automobilu hrozia aj explózie, ktoré môžu byť spôsobené viacerými príčinami. Vplyvom vysokej teploty pri požiari automobilu môže vybuchnúť airbag, respektíve jeho patróna. Pri extrémnom náraste teplôt dochádza k roztriešteniu okien alebo explózii tlakových piestikov, ktoré podopierajú napríklad piate dvere batožinového priestoru. Rovnako nebezpečné môžu byť všetky nádoby, ktoré sú pod stálym tlakom. Nebezpečné sú hlavne z dôvodu, že pri explózii sa z nich uvoľnia úlomky, ktoré sú pod tlakom vystrelené do okolia. Takéto úlomky môžu spôsobiť vážne poranenia rovnako posádke, ako aj zasahujúcim hasičským jednotkám. Preto je potrebné byť s týmito faktami vopred oboznámený. [1, 2] V poslednej dobe je na našich cestách čoraz viac osobných automobilov. S väčším počtom automobilov narastá pravdepodobnosť vzniku dopravných nehôd a porúch automobilov. Rovnakú stúpajúcu tendenciu má aj počet požiarov pri dopravných nehodách a poruchách. Škody spôsobené požiarmi automobilov sú značné a určite nie zanedbateľné. Tab. 1 Vývoj požiarovosti v SR v oblasti dopravy [5] Ukazovateľ Rok 2012 Rok 2013 Rok 2014 Počet požiarov Priama škoda [ ] Usmrtené osoby Zranené osoby Pokles/ Nárast [%] 2013/2012 Pokles/ Nárast [%] 2014/ ,3-9, ,8-7, , , ,6-28,0 Tab. 3 Najčastejšie príčiny vzniku požiarov motorových vozidiel v roku 2014 [5] Príčina vzniku požiaru Prevádzkovotechnické poruchy Počet požiarov Priama škoda [ ] Usmrtených osôb Zranených osôb elektrický skrat porušenie tesnosti spoja, upchávky a pod. zvýšený elektrický prechodový odpor opotrebenie alebo starnutie materiálu alebo zariadenia iné prevádzkovotechnické poruchy Úmysel úmyselné zapálenie neznámou osobou Ďalšie sledované príčiny dopravná havária Nezistená Z experimentu tiež vyplýva viacero faktov alebo pravidiel, ktoré v prípade požiaru automobilu väčšinou platia. Požiar v motorovom priestore je do určitého okamihu ohraničeným požiarom motorového priestoru, čo znamená, že do interiéru automobilu sa požiar nerozširuje. Tepoty, ktoré môžu byť dosiahnuté pri takom požiari sa pohybujú medzi 800 až 1000 C. Požiar je tiež ovplyvnený výmenou plynov v motorovom priestore, respektíve v mieste iniciácie. Dochádza k tomu hlavne na začiatku v uzatvorených a chladných priestoroch, obzvlášť zdola uzatvorených motorových priestoroch. V novších vozidlách sú zámky motorového priestoru a jeho otváranie často vyrobené z plastu, čo pri požiari znemožňuje otvorenie týchto postihnutých miest a účinné hasenie, pretože sa roztavia. Požiar sa najlepšie šíry po plastových a gumových častiach motorového priestoru ako sú trubky, hadice a káblové zväzky. Pri novších automobiloch platí, že pokiaľ je priestor kde vznikol požiar dostatočne uzavretý a vodič správne zareaguje, k rozšíreniu požiaru na zvyšok auta dôjde len výnimočne. Retardéry, ktoré sú použité v súčastiach motorového priestoru sú účinné len do konca druhej 302

64 fázy požiaru. V tretej fáze požiaru už začínajú horieť aj retardéry a požiar sa rozšíri na celý automobil. [3, 4] 2 Postup experimentu Na vonkajšie veľkorozmerové pilotné skúšky bolo použité zariadenie Proteng vyrábané firmou ATServis a.s. Firma má tento systém zariadení patentovaný a opatrený náležitými certifikátmi. Systém Proteng sme sa teda rozhodli podrobiť experimentu, ktorý by nám potvrdil, prípadne vyvrátil účinnosť zariadenia pri bežnom požiare automobilu. Ďalším sledovaným ukazovateľom bol spôsob nainštalovania zariadenia a jeho účinnosť v prípade požiaru. Celý experiment bol rozdelený do troch skúšok. Ako prvý spôsob umiestnenia zariadenia sme zvolili voľný priestor v hornej časti bloku motora, respektíve hlavu motora. Zariadenie sme uchytili čo najbližšie plastovým častiam motora, ako sú napríklad vzduchový filter a sanie. V týchto miestach je pravdepodobnosť vzniku požiaru najvyššia. Zariadenie sme upevnili pomocou plastových sťahovacích pások, ktoré výrobca prikladá k baleniu. Pri inštalácii sme prikladali dôraz na to, aby v prípade používania motorového vozidla nedošlo ku kontaktu zariadenia s niektorou z pohyblivých častí, ako sú napríklad klinový remeň prípadne iné súčasti motora, ktoré by mohli zariadenie poškodiť. Iniciačný zdroj, teda textíliu impregnovanú benzínom, sme rovnako ako v prvom experimente umiestnili na hlavu motora v prednej časti vozidla. V poslednom meraní sme sa rozhodli simulovať pohyb vozidla. Zariadenie sme umiestnili a upevnili podľa návodu od výrobcu. Oproti vozidlu sme umiestnili pretlakový ventilátor, ktorá nám vytvárala podmienky idúceho automobilu. Rýchlosť automobilu po prepočte vychádzala približne 61 kilometrov za hodinu. Tento krát sme ako iniciačný zdroj nepoužili tkaninu impregnovanú benzínom, ale časť výplne kapoty motorového priestoru. Výplň sme umiestnili na hlavu motora z prednej strany a iniciovali. Po uzatvorení motorového priestoru kapotou, sme spustili vzduchovú turbínu a namierili ju čelne na automobil podľa obr. 3. Obr. 3 Simulácia pohybu automobilu pomocou pretlakového ventilátora [6] Obr. 1 Umiestnenie hasiaceho zariadenia a iniciačného zdroja [6] Pri druhom meraní sme zariadenie umiestnili a upevnili podľa návodu výrobcu. Zariadenie sme upevnili na spodnú stranu kapoty motorového priestoru, znova pomocou plastových sťahovacích pások. Takéto umiestnenie zariadenia je výhodné hlavne z toho dôvodu, že teplo ktoré vzniká pri požiari je kumulované v hornej časti motorového priestoru. Zariadenie by teda malo byť schopné včasne zareagovať na požiar a zabrániť tak dosiahnutiu extrémnych teplôt ako pri meraní A. Umiestnenie zariadenia môžeme vidieť na obr Výsledky Pri prvom meraní dosiahli teploty motorového priestoru najvyššie hodnoty. Požiar sa veľmi rýchlo rozšíril na všetky plastové časti motorového priestoru. K aktivácii zariadenia došlo po uplynutí 2 minút a 32 sekúnd, kedy bola najvyššia nameraná hodnota na teplotnom snímači č. 2 takmer 600 C. Zariadenie však nedokázalo požiar úplne uhasiť. Bol preto potrebný zásah z našej strany a požiar bolo treba dohasiť použitím pripraveného hasiaceho náčinia, ktoré sme dostali k dispozícii. Rozhorenie požiaru po zásahu zhášacieho systému môžeme vidieť najmä na teplotnom snímači č. 2 na obr. 4. Obr. 4 Graf nameraných teplôt v motorovom priestore - Meranie 1. [7] Obr. 2 Umiestnenie hasiaceho zariadenia podľa návodu od výrobcu [6] Potvrdil sa náš predpoklad a zariadenie reagovalo na vzniknutý požiar omnoho skôr ako v predchádzajúcom prípade. Teploty dosiahnuté v motorovom priestore boli omnoho nižšie. Požiar bol uhasený až do momentu, kedy sa vplyvom tepla znova vznietili výpary z impregnovanej textílie. Požiar bolo teda nutné dohasiť. Vývoj požiaru môžeme vidieť na obr

65 Obr. 5 Graf nameraných teplôt v motorovom priestore - Meranie 2.[6] Z grafu na obr. 5 je zjavné, že účinok a pokles teplôt v motorovom priestore bol omnoho rapídnejší ako v prvom prípade. Účinnejší zákrok zariadenia bol zjavný aj z nášho pozorovania. Zariadenie malo pri aktivácii výraznejší akustický prejav. K aktivácii zariadenia došlo po uplynutí 48 sekúnd. Najvyššia dosiahnutá teplota bola na teplotnom snímači č. 2 ako aj v prvom prípade, hlavne z dôvodu, že bol umiestnený nad ohniskom požiaru Po iniciácii motorového priestoru teploty stúpali do okamihu, kedy sme spustili vzduchovú turbínu. Ako náhle začal do motorového priestoru prúdiť chladný vzduch, teploty začali pomaly klesať až požiar úplne vyhasol. K úplnému vyhasnutiu došlo po približne 6 minútach od spustenia vzduchovej turbíny. Postupný pokles je zjavný aj z grafu na obr. 6. nebol zo spodnej strany vozidla úplne uzatvorený ako tomu býva v novších automobiloch. Ďalšou príčinou môže byť použitie zlého iniciačného zdroja. Z impregnovanej tkaniny sa vplyvom tepla uvoľňovalo veľké množstvo horľavých výparov, ktoré sa mohli iniciovať na zohriatom kove. V bežnej prevádzke sa také množstvo výparov v oblasti motora nevyskytuje. V rámci merania C boli potvrdené výsledky z iných experimentov uskutočňovaných v danej problematike. Prúd vzduchu iniciačný zdroj uhasil a požiar sa nerozšíril. K rozšíreniu by zrejme došlo až po odstavení vozidla, kedy by mal požiar ideálne podmienky na rozvoj. Testované zariadenie je v prípade správnej inštalácie a prevádzkových podmienok vozidla (a aj samotného zariadenia) schopné uhasiť požiar v jeho prvej fáze. Pri rozvinutom požiari je však už viac menej potrebný zásah s oveľa väčším množstvom hasiacej látky. Pre kontrolu prevádzkyschopnosti je povinnou súčasťou zariadenia manometer na odčítanie tlaku hasiacej látky. Ďalším dôležitým faktorom je umiestnenie zariadenia v motorovom priestore. K zariadeniu by mohol byť vytvorený návod, na správnu inštaláciu podľa typu a značky automobilu. Trh s automobilmi je veľmi široký a spôsobov môže byť naozaj mnoho. Automatické hasiace zariadenia predstavujú jednu z možností, ako predchádzať veľkým škodám pri požiaroch automobilov. Pri relatívne malej investícii (vzhľadom na cenu vozidla), je posádka a vozidlo chránené voči požiaru v motorovom priestore. V súčasnosti existuje celý rad firiem, ktoré ponúkajú na trhu tieto zariadenia, umožňujúce montáž nielen do osobných automobilov, ale aj nákladných automobilov a autobusov, kde sú uchránené hodnoty na majetku a ľudských životoch oveľa väčšie. Príspevok bol podporený KEGA 024ŽU-4/2015 Modernizácia systému vzdelávania technických predmetov pre odborníkov záchranných služieb VEGA. Obr. 6 Graf nameraných teplôt v motorovom priestore - Meranie 3. [6] 4 Závery Vykonaným experimentom sme otestovali účinnosť samočinného zhášacieho zariadenia so zameraním na umiestnenie v motorovom priestore. Súčasťou vzoriek, ktoré sme mali k dispozícii nebol manometer, kde by sa dal overiť prevádzkyschopný stav zariadenia. Nedokázali sme určiť, či sú zariadenia pripravené na použitie a či nedošlo časom vplyvom netesností prípadne výrobných chýb k poklesu tlaku hasiacej látky v zariadení. Prisudzujeme tomu hlavne meranie A, kedy zariadenie vývin požiaru ovplyvnilo minimálne. Jeho čas aktivácie bol taktiež veľmi dlhý a účinok takmer nulový. Je možné, že zariadenie nefungovalo správne. Na druhej strane bolo zariadenie namontované nie podľa pokynov výrobcu na kapotu vozidla, ale do motorového priestoru medzi motor a karosériu, čo mohlo ovplyvniť výsledok. V meraní B bolo zariadenie omnoho účinnejšie, v čase aktivácie so silným akustickým prejavom. Kratší bol aj čas aktivácie od iniciácie motorového priestoru. Požiar sa však znova rozhorel. Príčinou môže byť príliš veľký motorový priestor vzhľadom na veľkosť hasiacej náplne zariadenia a to, že motorový priestor Použitá literatúra [1] Gottfried, B.: Brandschutz im Auto muss Pflicht werden. In Brennpunkt. MFN , roč. 58, č. 1, s [2] Mrvová, E : Požiare ľahkých automobilov. In Spravodajca - Protipožiarna ochrana a záchranná služba. Bratislava. ISSN , roč. 41, č. 4, s [3] Svetlík, J. a kol : Veľkorozmerové skúšky požiaru osobných motorových vozidiel. In Požární ochrana Sborník přednášek XIX. ročníku mezinárodní konference. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, ISBN s [4] Svetlík, J : Fázy požiaru osobného motorového vozidla. In Advances in Fire and Safety Engineering konanej vo Zvolene. Zvolen: Technická univerzita vo Zvolene, ISBN , s [5] Štatistické ročenky , Hasičský a záchranný zbor Bratislava. Bratislava, [6] Válek, R : Použitie a význam samočinných zhášacích zariadení požiarov automobilov, Bakalárska práca FBI ŽU v Žiline. 304

66 Testing the Safety Valves of a LPG System in a Car Fire Anna Szajewska, PhD. Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Warszawa Słowackiego Str. 54/54, Warsaw, Poland ania.szajewska@gmail.com Abstract The paper presents threats created by LPG systems in passenger cars and examples of protection used against explosions and fire. Two fire tests in passenger cars fueled with LPG were carried out. The temperature measured during these experiments was checked on the multivalve of the LPG system. The results were presented in the graphs. Safety valves worked correctly, releasing gas in order to prevent tank explosion. Pictures illustrating a flow of burning gas streams coming out under pressure from the tanks of LPG system were presented. These streams were up to 9 m long. Keywords Car fire; fireman; fire environment; fire extinguishing; firefighting; LPG systems. 1 Introduction In Poland, LPG (Liquefied Petroleum Gas) is the most popular alternative source of internal combustion engines. Mainly due to low excise tax on propane-butane. This gas, depending on its composition, is liquefied at room temperature, at a pressure of from 0.22 to 0.4 Mpa. Therefore, it is stored and transported in steel cylinders under pressure. Cylinders are filled up to 85 % of their volume to provide space for the gas expansion and avoid rupture that may occur in case of the temperature rise. LPG is a mixture of propane and butane, the composition of which is connected with the gas condensing temperature at the atmospheric pressure. In Poland, the gas is mixed in proportions of 40 % propane, 60 % butane in summer and vice versa in winter. Vapour pressure depends on the mixture composition and temperature. In winter it may occur in the liquid phase under normal atmospheric pressure. You can distinguish five generations of LPG systems. In the fifth gas is delivered to the engine intake valves in liquid form and not volatile. The installation of a passenger car use cylindrical or toroid vessels. Usually they are placed in the luggage compartment designated for spare wheel. 2 Fire and explosion security systems in LPG system The LPG tank is equipped with a multi-valve, which ensures the proper flow of gas and protects the tank against explosion (Fig. 1). It includes several valves that fulfill various functions. Together they form a system of fire and explosion protection for a car during its refueling, driving, collision and acts of external factors. These are: non-return valve, the 80 % valve, solenoid valve, manual operating valve, excess flow valve, pressure valve and fire valve. Safety is provided during a collision by: a non-return valve which automatically switches off the gas flow, solenoid valve which allows gas to flow only when the engine is on, manual valve - allowing to close the tank. During the collision, jumpers refueling and cable connecting it with multivalve tank are the most vulnerable components of LPG system. In case of any leakage in connections of these parts, gas flow from the reservoir is blocked through the non-return valve. Copper wires connecting the tank to the power supply equipment may be broken during the collision. In older power systems the limiting valve actuation gas flow occurs, in newer systems, gas flow from the tank will be stopped when the engine ignition is switched off. Perforation of the tank is unlikely because it is made of steel 3 mm thick. Fig. 1 Multivalve and gas tank of a car LPG system in Test 1 Pressure relief valve and fire valve fire play a key role in fire. Pressure relief valve opens when the threshold pressure (2.7 MPa) is exceeded and reduces the pressure to a safe value, protecting the tank from being burst. It protects the tank against the effects of temperature rise caused by sunlight or fire. Fire valve melts at 110 C and releases gas from the cylinder. It provides protection against fire. For the safety of users and rescuers gas tank must be firmly mounted. Fastening elements must be made of durable, non-flammable materials. In the case of a collision the vehicle tank must not be able to move. Moving tank increases the risk of ignition and explosion. Gas outlet opening can be directed wrongly and gas stream fire can be fatal. Many cars have old gas systems, not properly operated and maintained. They are often the causes of fires. Some of these systems were assembled in cars in backyard workshops with no more help than some instruction found in books or on the Internet. Such LPG system have not been approved by appropriate authorities. Tuning of cars run by gas fuel carries a serious threat especially when their drivers aim at cheaper operation of their vehicles, as well as raising the car performance. 3 Test 1 The researches on passenger car fire development have been carried out in the Main School of Fire Service. Until now, a number of fire tests have been made on several vehicles [4, 5, 7]. Some cars were equipped with LPG systems. Temperature of the gas tank multivalve was measured during the tests. The researches on car fire development are conducted in many other centers [1, 2, 3, 6, 8]. The first fire test was conducted on a passenger car Opel Astra F, type Hatchback, LPG system was installed in 2002 and was operational prior to the test. It contained a cylindrical gas tank with geometric capacity of 40 dm 3, equipped with multivalve (Fig. 1). There was 15 dm 3 of gas inside the tank. 305

67 The combustion process is initiated from the outside. 1 liter of a fuel and oil mixture was poured onto the car roof. The fire grew slowly on the windshield seal, on the passenger side. After 25 minutes, it covered the engine compartment and passenger compartment. In a hatchback car, the passenger compartment is only symbolically separated from the luggage compartment. Technically, both compartments form a closed space where fire develops. After 31 minutes, the pressure safety valve tripped. Propanebutane gas was partially released under the car in short bursts without causing stream fire. Combustion dynamics increased and flashover occurred at the 36 th minute of the test. After 40 minutes, the fire valve melted. The gas was released from the cylinder and caught fire immediately. A stream of fire was directed upward and reached a height of about 9 meters (Fig. 2). The white color of the flames proved very high temperatures, exceeding 1200 C. Gas outflow was accompanied by a specific hissing noise. The release of gas took about 16 minutes. a mixture of petrol and oil onto its roof. The fire got into the interior of the car through the rear left lamp. The fire developed very slowly. The thermocouple mounted at the multivalve recorded a temperature increase after 23 minutes (Fig. 4). For about 22 minutes the thermocouple indicated a temperature higher than 110 C, but the safety valve did not work. After 52 minutes, a gust of wind caused the flames covered the glass. Boot and side windows fell out. The temperature increased sharply and there was a flashover. Pressure safety valve tripped. The gas was released and immediately caught fire. It caused a stream of flames with a range of about 6 m (Fig. 5). After 10 seconds gas emissions suddenly ceased. After next 12 seconds the stream of fire reappeared and lasted 5 seconds. The valve opened and closed 6 times. The second and subsequent emissions lasted 5 seconds each. The interval between the closing and opening of the valve decreased every time. The sixth gas emission was probably caused by the action of the safety valve. Emission of gas from the tank lasted for about 20 minutes until complete burnout. Fig. 2 Gas release from the LPG tank in Opel Astra car Fig. 3 presents a graph of the temperature measured by a thermocouple located near the multivalve. After 39 minutes, there was a sharp increase in the thermocouple readings. Fire valve melted at the beginning of the rapid temperature rise when the valve temperature exceeded 110 C. The multivalve worked properly. There was no rupture the cylinder s shell. Fig. 4 Graph of the multivalve temperature in Nissan Primera car Fig. 5 Emission of gas from the LPG tank in Nissan Primera car Fig. 3 Graph of the multivalve temperature in Opel Astra car 4 Test 2 The test was performed on a hatchback Nissan Primera car. The installation of LPG was working properly. A cylindrical tank with a capacity of 35 dm 3 was filled with 20 dm 3 of gas. The tank was mounted in the trunk on the right side. Combustion was initiated as in the previous case. The car was set into fire by pouring 5 Conclusions Stream LPG gas fire is a serious threat because of its high temperatures exceeding 1000 C, and significant coverage. Safety valves worked properly in the described tests, protecting the gas tank from the explosion. In test 2, when the fire valve tripped, the thermocouple located at the multivalve indicated temperature much higher than the threshold value 110 C. This can be explained misaligned temperature distribution. Burning produces strong drafts of air from the outside, cooling the gas tank. Emission of LPG gas stream does not occur in the early stages of fire development, but later, when the fire is developed. This should be remembered when extinguishing a car fire. 306

68 LPG gas systems are safe for users thanks to applied safety features. However, they pose a potential risk for users and rescuers. References [1] Bunn, T.L.; Slavowa, S.; Robertson, M.: Crash and burn? Vehicle, collision, and driver factors that influence motor vehicle collision fires. Accident Analysis and Prevention, vol. 47, , [2] Okamoto, K.; Otake, T.; Miyamoto, H.; Honma, M.: Burning behavior of minivan passenger cars. Fire Safety Journal, vol. 62, , [3] Okamoto, K.; Watanbe, N.; Hagimoto, Y.; Chigira, T.; Masano, R.; Miura, H.; Ochiai, S.; Satoh, H.; Tamura, Y.; Hayano, K.; Maeda, Y.; Suzuki, J.: Burning behavior of sedan passenger cars. Fire Safety Journal, vol. 44 pp , [4] Rybiński, J.; Skalny, M.; Szajewska, A.: Test fi re of a passenger car. Technika Transportu Szynowego TTS nr 9/2012, s [5] Rybiński, J.; Jakubowski, I.; Szajewska, A.: The research on the development of a passenger car fire. The 20 th International Conference on Fire Protection 2011, Ostrava (Czech Republic) , [6] Slimonowa, M.; Polednak, P.: Findigs from experimental verification of passanger motor car fires in closed space. In Požární ochrana 2010, Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, pp , ISBN , ISSN: [7] Szajewska, A.: Testing a hatchback passenger car type fi re. Transactions of the VSB - Tehnical University of Ostrava Safety Engineering Series, vol. 9, pp , [8] Van den Schoor, F.; Middha, P.; Van den Bluck, E.: Risk analysis of LPG (liquefield petroleum gas) vehicles in enclosed car parks. Fire Safety Journal, vol. 57, 58-62,

69 Stopy šíření požáru znatelné na karoseriích dopravních prostředků Traces of Fire Propagation Noticeable on Bodies of Means of Transport Ing. Ondřej Sanža Šafránek MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav PO Písková 42, Praha 4 ondrej.s.safranek@tupo.izscr.cz Abstrakt Příspěvek se zabývá stopami šíření požáru znatelných na povrchu karoserie dopravních prostředků. Stanovuje charakteristické znaky konkrétních stop pro konkrétní druh tepelného působení a stanoví charakter stop ukazujících směr šíření tepelné degradace povrchu karoserie. Klíčová slova Stopy šíření tepelné degradace; směr šíření tepelné degradace; postup; zásady; oblast kriminalistického ohniska vzniku požáru. Abstract The paper deals with traces of fire- noticeable on the body surface vehicles. Provides a distinctive characters specific stop for a specific type of heat shock působenístanovi stop showing the direction of propagation of thermal degradation of the body surface. Keywords Footprints Dissemination of thermal degradation; Thermal degradation of the propagation direction; procedure; principles; Area forensic outbreak of fire. Stopy šíření požáru znatelné na karoseriích dopravních prostředků Za účelem dokumentace vzniku stop šíření požáru byly tedy ve spolupráci se Škoda Auto Mladá Boleslav, a.s. v prosinci roku 2014 realizovány modelové zkoušky. K realizaci došlo v areálu Trhací jámy Pyrotechnické služby Policie ČR v Ralsku (viz obr. 1). Předmětem těchto zkoušek bylo zapálení šesti identických vozidel Škoda OCTAVIA (r.v.: 2014) šesti způsoby. Požadavek identických povětrnostních podmínek u všech vozidel nebylo možno na volném prostranství splnit, zkoušky trvaly tři dny. Jde o to, aby zkreslení stop šíření požáru v důsledku působení povětrnostních podmínek nebylo příliš rozdílné. Nejde o to působení větru zcela eliminovat například provedením zkoušek v uzavřeném prostoru s nucenou ventilací. Záměrem zkoušek bylo pochopení ovlivnění požáru a stop šíření požáru i v důsledku působení povětrnostních podmínek. Iniciace požárů všech vozidel byly provedeny tak, aby byl rozvoj všech požárů maximálně srovnatelný s reálnými podmínkami. (simulace technických závad, i úmyslného zapálení). Vyhodnocení výsledků zkoušek přineslo postup, jak lze stopy šíření požáru úspěšně číst Hodnocení stop šíření požáru probíhalo obtížně u prvních dvou vozidel, kde při pozorování stop vzniklých na karoserii docházelo k neustálému vracení se k možným výkladům a významu charakterů stop. Ještě nebyly pojmenovány základní druhy stop. V hledání souvislostí mezi stopami a mechanizmem jejich vzniku nastal posun ve chvíli pojmenování jednotlivých barevných odstínů stop znatelných na karoserii. Zpočátku je tedy klíčové si uvědomit souvislost mezi charaktery povrchů jednotlivých stop tepelné degradace karoserie a tím, co bylo v době jejich vytváření odlišné. Jako odpověď se nabízela teplota. Je třeba si ale uvědomit, že teplota povrchu karoserie vzroste v době požáru, který je zlikvidován až ve fázi dohořívání, ve všech částech na přibližně stejnou hodnotu. Maximální teplota, kterou jednotlivé části karoserie během požáru dosáhnou, není tím rozhodujícím faktorem, který se na tvorbě stop šíření požáru podílí. Opakovaným pozorováním videozáznamu postupujícího požáru, s neustálým porovnáváním charakteru povrchu karoserie zdokumentovaným po požáru se podařilo rozklíčovat faktor, který se na tvorbě stop šíření požáru podílí. Klíč je v rychlosti zvyšování teploty povrchu karoserie v době tepelné degradace laku (dále jen tepelná degradace laku karoserie). V případě tepelného působení z odvrácené strany povrchu karoserie dochází dle výsledků měření k tepelné degradaci laku karoserie v rozmezí 500 C C a to nikoli lineárně, ale skokově, tedy po úsecích na ploše karoserie. Pokud prohřátá plocha karoserie o dané velikosti dosáhne této teploty, dojde k tepelné degradaci laku karoserie a následně k vytvoření oblasti, jejíž tvar je ohraničený plochou, kde k tepelné degradaci došlo. Charakter povrchu je závislý na rychlosti nárůstu teploty v době procesu tepelné degradace laku karoserie. Charakter povrchu je tedy závislý na době trvání procesu tepelné degradace laku karoserie. Charakter povrchu je barevný odstín ploch, které označujeme jako stopy šíření požáru. Zkoumáním byly zjištěny tři základní charaktery povrchů takto vytvořených oblastí (viz obr. 2): Obr. 2 Pohled na různé charaktery stop 1. Oblasti čistého kovu (kovového vzhledu) vznikají při rychlém nárůstu teploty v dané ploše. Jedná se tedy o nárůst teploty za krátký časový interval. 2. Světlejší oblasti vznikají při středním nárůstu teploty v dané ploše. Jedná se tedy o nárůst teploty za střední časový interval. 3. Tmavší oblasti vznikají při pomalejším nárůstu teploty v dané ploše. Jedná se tedy o nárůst teploty za delší časový interval. Obr. 1 Pohled na prostor realizace zkoušek z ptačí perspektivy 308

70 Dalším zkoumáním bylo zjištěno, že za odstíny vytvořených oblastí můžou látky, které po procesu tepelné degradace laku na povrchu karoserie zůstávají a zanechávají charakteristickou stopu. Při velmi rychlém nárůstu teploty dojde k tepelné degradaci laku karoserie tak rychle, že jednotlivé složky (organické i anorganické) nestihnou za přispění vysoké teploty zanechat na povrchu kovu karoserie žádnou stopu, dojde k jejich relativně dokonalému shoření a povrch i nadále zůstává kovově čistý (oblast 1, viz obr. 2). V případě střední rychlosti nárůstu tepelné energie dojde ke spálení většiny uhlíku (organické složky laku) a na povrchu karoserie zůstávají anorganické složky laku, což jsou především soli. Povrch karoserie tak zůstává pokryt tenkou vrstvou bílého popílku. V případě mechanického odstranění tohoto popílku zůstává na povrchu plechu karoserie světlá stopa (oblast 2, viz obr. 2). U tmavších oblastí stojí za odstínem uhlík, který při pomalém nárůstu teploty nestačí shořet a na povrchu karoserie zanechává tmavou až černou stopu (oblast 3, viz obr. 2). Dále byla definována souvislost mezi ostrostí ohraničení jednotlivých oblastí a tepelným rozdílem povrchu ohraničené oblasti s okolní plochou karoserie. Pokud je tedy karoserie prohřívána intenzivně, linie kde je postupně přesahováno 500 C, se posunuje vyšší rychlostí. Lze tak na okraji právě vytvořené oblasti předpokládat velký tepelný rozdíl na malé ploše karoserie. V těchto momentech dochází ke vzniku ohraničených ploch s vysokým stupněm ohraničení, kde je charakter stopy závislý na rychlosti nárůstu teploty plochy v době tepelné degradace laku na ploše právě vytvářející se stopy (plochy). Pokud teplota plochy karoserie stoupá pozvolně na konci plochy (oblasti), která je tepelně exponovaná, dochází vzhledem k ploše karoserie k malému teplotnímu rozdílu. Okolní karoserie stačí být prohřívána a ostrost okraje ohraničení právě vzniklé tepelně degradované plochy je nízká. Výsledkem je pozvolný přechod okraje vytvořené oblasti do jiného charakteru povrchu. Tyto tepelné rozdíly na ploše karoserie můžou být také zapříčiněny stíněním působení tepelného zdroje jinou konstrukcí. Toto jsou základní informace, které by měl pozorovatel stop šíření požáru znát a chápat mechanismy výše popsané. Před vlastním posuzováním, je třeba si uvědomit, že zprvu nejde o zjištění konkrétní příčiny vzniku požáru, ale nalezení stop na povrchu karoserie, které by navedly pozorovatele na prostor vzniku požáru. Dojít až k bodu zjištění oblasti kriminalistického ohniska vzniku požáru pomáhají následující body při, jejíž dodržení je eliminováno riziko zmatku a ztracení vnitřní představy o vývoji požáru, který zkoumaný objekt postihl. 1 Pozorovat vozidlo pokud možno jeho bokem z návětrné strany, dále kapotu a střechu Modelovými zkouškami bylo ověřeno, že horké produkty hoření strhávané větrem ovlivňují charakter stop šíření tepelné degradace karoserie vozidla. Proto pokud to podmínky dovolují, je třeba k boku vozidla přistoupit z návětrné strany. Na základě výsledků modelových zkoušek, je doporučeno zkoumat vozidlo po následujících částech v dodrženém pořadí: bok vozidla z návětrné strany větru působícího při požáru, přední kapota vozidla, střecha vozidla. Pokud stopy šíření požáru boku vozidla ukazují na vznik v jeho zadní části, lze přidat například viko zavazadlového prostoru atd. 2 Rozdělení vozila do sektorů Celou situaci je třeba zjednodušit. Před přistoupením k vozidlu je třeba si uvědomit, že prvotním pozorováním bude pozorovatel odpovídat na tři základní otázky: Vypovídají stopy o tepelném působení z motorového prostoru? Vypovídají stopy o tepelném působení z prostoru pro cestující? Vypovídají stopy o tepelném působení z vnější strany vozidla? 3 Projevy tepelného působení z odvrácené strany pozorovaného povrchu (sektoru) Jak na svislých, tak i na vodorovných površích vznikají při tepelném působení z odvrácené strany pozorovaného povrchu zcela, nebo částečně uzavřené oblasti, jejíž charakter povrchu byl výše popsán a jeho barva souvisí s rychlostí nárůstu teploty povrchu v době tepelné degradace laku karoserie. Ostrost ohraničení těchto oblastí má souvislost s mírou poklesu teploty plochy karoserie na koncích právě vznikajících oblastí. 4 Projevy tepelného působení z vnější strany pozorovaného povrchu Výsledky zkoušek bylo zjištěno, že tepelné působení plamenného hoření z vnější strany zanechává stopy, jejíž plocha je složená ze směsi tmavších a světlejších míst. Povrch může mít také charakter tmavého podkladu (charakter povrchu 3) do nějž jsou rozesety světlé body (charakter povrchu 2). Dalším důležitým faktorem charakteru stop způsobených vnějším tepelným působením je velice nízký stupeň ohraničení oblasti charakteristické pro tento druh tepelného působení. 5 Projevy tepelného působení z vnější i zadní strany pozorovaného povrchu Je třeba si uvědomit, že s přibývajícím poměrem tepelného působení z vnější strany dochází u stop charakteristických pro tepelné působení z odvrácené strany ke ztrátě ostrosti jejich ohraničení a dále k rozbití konzistentních ploch ohraničených oblastí na plochu složenou ze směsi tmavých a světlých míst. Dle poměru převahy tepelného působení se mění i poměr charakteru stop. Tento poměr se může na pozorované ploše měnit a tak je třeba pro správné čtení stop oddělit plochy s různým charakterem povrchů a tak se moci soustředit se na stopy, které můžou ukázat směr postupu šíření tepelné degradace karoserie. 6 Určení směru šíření postupu tepelné degradace povrchu karoserie Na základě výsledků modelových zkoušek bylo určeno několik způsobů určení směru šíření tepelné degradace povrchu karoserie. Jedná se o: Linie postupu tepelné degradace pozorovaného povrchu. Vrstvení a vznik jednotlivých oblastí za sebou vzniká postupným prohříváním pozorovaného povrchu. Linie jednotlivých přechodů vznikají při různých rychlostech nárůstu teploty povrchu v daných plochách. Stupeň ostrosti ohraničených oblastí na pozorované ploše dále neděleného sektoru vozidla (např. motorový prostor, prostor pro cestující) souvisí se vzdáleností od místa tepelného působení. Výjimku tvoří rychlý rozvoj požáru například v důsledku prudkého vyhoření směsi paliva (CNG) se vzduchem. V tomto případě můžou vzniknout ohraničené oblasti s vysokým stupněm ostrosti ohraničení i ve větší vzdálenosti od prvotního zdroje tepelného působení. V případě uzavřených oblastí způsobených v důsledku tepelného působení z odvrácené strany pozorovaného povrchu dochází díky směru proudění horkých produktů hoření k rozdílnému stupni ostrosti okrajů uzavřených oblastí. Ostřejší přechody mezi jednotlivými odstíny na okraji uzavřené oblasti vznikají na straně, která je proti směru proudění horkých produktů hoření. Uzavřené oblasti ohraničené konstrukční výztuží vozidla (například přední kapoty) vznikají a k prohřívání dochází od středních částí těchto konstrukcí ohraničených ploch. 309

71 Modelovými zkouškami bylo potvrzeno, že vystředění vnitřních uzavřených oblastí nacházejících se na plochách konstrukčně ohraničených je způsobeno směrem, jakým horké produkty hoření šířící se pod kapotou na plochu působily. 7 Určení oblastí kriminalistického ohniska Pochopení výše popsaných mechanismů vzniku stop šíření tepelné degradace znatelných na karoserii vozidla spolu s dodržením postupu přístupu k pozorování těchto stop zavede pozorovatele do míst, kde požár vznikl. Výsledky modelových zkoušek bylo potvrzeno, že k místu ohniska vzniku požáru vedou stopy pozorovatelné na více plochách (například bok, kapota, nebo střecha vozidla) a pro stanovení ohniskových stop je třeba vždy shody potvrzené z více pozorovaných ploch. Pak lze prvotní oblast vytvořenou tepelnými účinky rozhořívajícího se požáru nazvat v případě vodorovných povrchů: oblastí půdorysného umístění ohniska vzniku požáru, a v případě svislých povrchů: ohniskovou oblastí vzniku požáru. Jsme na začátku a čeká nás postavit systém, který umožní učit čtení stop šíření Při čtení stop šíření požáru je třeba dodržovat zásady týkající se přístupu ke čtení těchto stop. Jde o to, aby se pozorovatel neztratil v množství stop a jejich odlišných charakterech na posuzované ploše a zároveň nepřehlédl důležité stopy. Je tedy třeba odlišit důležité stopy, které něco vypovídají o směru šíření požáru od těch, jejíchž charakter přímo nevyjadřuje směr tepelného působení, nýbrž dynamiku požáru, ze které zpočátku nemůže pozorovatel stanovit závěr vedoucí ke zjištění potřebných informací. 310

72 Simulace chemisorpce par organických rozpouštědel a možnosti hašení aktivního uhlí v adsorbérech The Simulation of Chemisorption Vapors of Organic Solvents and the Possibility of Extinguishing Active Carbon in the Adsorber Ing. Libor Ševčík Ing. Milan Růžička Jan Karl MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav PO Písková 42, Praha 4 libor.sevcik@tupo.izscr.cz, milan.ruzicka@tupo.izscr.cz jan.karl@tupo.izscr.cz Abstrakt Článek stručně popisuje adsorpci par různých organických rozpouštědel a způsob hašení aktivního uhlí v adsorbérech v laboratorním měřítku. Technický ústav PO řešil tuto problematiku ve spolupráci s Výzkumným ústavem organických syntéz. Tato problematika byla řešena v rámci výzkumného projektu č. VF Výzkum efektivnosti vybraných hasiv v letech 2012 až Klíčová slova Sorpce par organických rozpouštědel; aktivní uhlí; adsorbéry; fyzikální modely; simulace samovolného vznícení; způsob hašení. Abstract The article describes the adsorption of the vapor of various organic solvents and the method of extinguishing active carbon in the adsorber in a laboratory scale. The Fire Technical Institute addressed this issue in cooperation with the Research Institute of Organic Synthesis. This problem was solved in the framework of the research project no. VF Research on the effectiveness of selected extinguishing from 2012 to Keywords Sorption of organic solvents vapors; active carbon; adsorbers; physical models; spontaneous ignition simulation; firefighting way. Obr. 1 Skleněný adsorbér umístěný do vyhřívané komory Větší adsorbér byl vyroben z nerezového plechu a byl osazen otvory pro termočlánky a pro analyzátor plynů. Organická rozpouštědla byla přiváděna do adsorbéru otvorem ve dně nádoby, plyn zbavený organických těkavých látek byl odváděn otvorem ve víku nádoby. Uvnitř adsorbéru byl rošt, na který se vkládalo aktivní uhlí Silcarbon SC40. Velikost adsorbéru byla přizpůsobena velikosti vyhřívané komory, která byla využita k simulaci podmínek při adsorpci těkavých organických složek rozpouštědel na aktivním uhlí. Úvod Technický ústav PO Praha v rámci řešení výzkumného projektu č. VF ,,Výzkum efektivnosti hasiv řeší mimo jiné DVÚ č. 2 Hašení požárů aktivního uhlí v adsorbérech. Nejprve byly v první fázi provedeny zkoušky adsorpce organických rozpouštědel na aktivním uhlí Silcarbon SC40 ve skleněném 1 litrovém adsorbéru. V průběhu zkoušek byla měřena teplota. Účelem zkoušek bylo dosažení vzplanutí aktivního uhlí (resp. par organických rozpouštědel adsorbovaných na aktivním uhlí) tak, aby mohly být ověřeny způsoby hašení vzniklého požáru v reálných adsorbérech. Protože ve skleněném adsorbéru ke vznícení nedošlo, opakovaly se ve druhé fázi zkoušky v plechovém adsorbéru o větším objemu cca 17 l. Popis adsorbérů [1] K měření teplot v adsorbérech byly použity celoplášťové termočlánky typu K o průměru 2 mm. K měření koncentrace par organických rozpouštědel byl použit detektor plynů ppbrae s PID detekcí kalibrovaný na isobutylen (100 ppb) s nastaveným koeficientem pro měření jednosložkové plynné soustavy. Protože byly adsorbéry umístěny ve vyhřívané komoře na 40 C, nebylo nutné zajišťovat jejich další tepelnou izolaci, viz obr. 1 (skleněný adsorbér) a obr. 2 (plechový adsorbér). Obr. 2 Plechový adsorbér umístěný do vyhřívané komory 311

73 POŽÁRNÍ OCHRANA 2015 Adsorpce organických rozpouštědel na aktivním uhlí Silcarbon SC 40 [1] Při zkouškách s organickými rozpouštědly ve skleněném adsorbéru byla provedena adsorpce aktivního uhlí Silcarbon SC 40 rychlostí dávkování (1,1 až 2,6) ml/min. Dávkování organických rozpouštědel bylo zajištěno pomocí peristaltického čerpadla kontinuálně. Organické rozpouštědlo bylo přiváděno do adsorbéru pomocí horkého vzduchu, který byl předehřátý asi o 40 C nad bod varu daného organického rozpouštědla. Průtok vzduchu na vstupu i výstupu adsorbéru byl 5 l/min. Množství aktivního uhlí v adsorbéru se pohybovalo v rozmezí (453 až 483) g. Rozdíly v dávkování byly nezbytné z důvodu různé kondenzace par organických rozpouštědel. Po ukončení zkoušek bylo vždy zváženo aktivní uhlí Silcarbon SC40, abychom zjistili množství adsorbovaného organického rozpouštědla. Tyto údaje jsou zaznamenány v následující tab. 1. Při zkouškách ve skleněném adsorbéru došlo na vstupu do adsorbéru vždy k nárůstu teploty, způsobené adsorpcí, následující průběh teplot byl ale pro jednotlivá rozpouštědla již rozdílný. Na výstupu z adsorbéru se po nárůstu teploty teplota držela na konstantní hodnotě, a to i po zjištění nenulové koncentrace organického rozpouštědla na výstupu z adsorbéru (tj. po průrazu). K největšímu poklesu teploty na vstupu do adsorbéru došlo u dichlormethanu, což je způsobeno vysokou tenzí par tohoto organického rozpouštědla. U toluenu došlo po počátečním nárůstu teploty na vstupu do adsorbéru k následné stagnaci teploty a po určité době došlo k jejímu opětovnému zvýšenému nárůstu, viz obr. 3. Adsorpce toluenu msc [g] msc+r [g] mr [g] aceton toluen n-heptan ethanol dichlormethan Vysvětlivky: msc - hmotnost aktivního uhlí, msc+r - hmotnost aktivního uhlí s adsorbovaným rozpouštědlem, mr - hmotnost adsorbovaného rozpouštědla Při zkouškách s organickými rozpouštědly v plechovém adsorbéru byla provedena adsorpce aktivního uhlí Silcarbon SC40 rychlostí dávkování (12,2 až 14,8) ml/min. Dávkování organických rozpouštědel bylo zajištěno pomocí peristaltického čerpadla kontinuálně. Organické rozpouštědlo bylo přiváděno do adsorbéru pomocí horkého vzduchu, který byl předehřátý asi o 40 C nad bod varu daného organického rozpouštědla. Průtok vzduchu na vstupu do adsorbéru byl 20 l/min, na výstupu adsorbéru byl 15 l/min. Množství aktivního uhlí v adsorbéru se pohybovalo v rozmezí (7730 až 8170) g. Rozdíly v dávkování byly nezbytné z důvodu různé kondenzace par organických rozpouštědel. Z důvodu vysokého bodu varu toluenu (110 C) a zjištěné minimální koncentrace toluenu za skleněným adsorbérem (1,3 ppm) nebyly provedeny zkoušky s tímto organickým rozpouštědlem v plechovém adsorbéru. Po ukončení zkoušek bylo vždy zváženo aktivní uhlí Silcarbon SC40, abychom zjistili množství adsorbovaného organického rozpouštědla. Tyto údaje jsou zaznamenány v následující tab T1 ( C) 40 T2 ( C) ēas (s) Obr. 3 Průběh teplot na vstupu a výstupu adsorbéru při adsorpci toluenu Při zkouškách v nerezovém adsorbéru došlo u teploty na vstupu do adsorbéru v důsledku adsorpce organických rozpouštědel k nárůstu teploty, a poté došlo k jejímu poklesu v důsledku vypařování par organických rozpouštědel. Teploty uprostřed a na výstupu z adsorbéru zůstávaly po nárůstu opět na konstantní hodnotě až do ukončení zkoušek. K nejvyššímu nárůstu teploty na vstupu do adsorbéru docházelo u acetonu a n-heptanu, viz obr. 4. U dichlormethanu byly dosažené teploty uprostřed a na výstupu z adsorbéru vyšší než na vstupu do adsorbéru. Adsorpce nͳ heptanu teplota ( C) Organické rozpouštědlo teplota ( C) Tab. 1 Množství adsorbovaného organického rozpouštědla T1 ( C) 60 T2 ( C) 40 Tab. 2 Množství adsorbovaného organického rozpouštědla Organické rozpouštědlo 20 msc [g] msc+r [g] mr [g] aceton n-heptan ethanol * dichlormethan Vysvětlivky: msc - hmotnost aktivního uhlí, msc+r - hmotnost aktivního uhlí s adsorbovaným rozpouštědlem, mr - hmotnost adsorbovaného rozpouštědla, 930* - hmotnost kondenzátu na dně adsorbéru, který byl vypuštěn před jeho vážením po ukončení zkoušky Na základě provedených měření bylo zjištěno, že teploty, které byly dosaženy v adsorbérech při adsorpci organických rozpouštědel, nejsou tak vysoké, aby způsobily zapálení aktivního uhlí Silcarbon SC40. T3 ( C) ēas (s) Obr. 4 Průběh teplot na vstupu, uprostřed a na výstupu adsorbéru při adsorpci n-heptanu Zkoušky hašení aktivního uhlí v adsorbérech [1] Pro zkoušky hašení aktivního uhlí v adsorbérech byly zvoleny dvě velikosti adsorbérů. Jako menší adsorbér byla použita 750 ml plechová nádoba, která se používá v Technickém ústavu požární ochrany k odběru vzorků. Plechová nádoba byla uprostřed navrtána pro vložení trubičky pro přívod vzduchu, kyslíku a dusíku. Víčko plechové nádoby bylo navrtáno ve třech bodech. První otvor sloužil pro odvod vzduchu, kyslíku a dusíku, druhým otvorem byl vyveden termočlánek a třetím otvorem byl vložen do plechové nádoby iniciační zdroj. 312

74 U větší plechové nádoby o objemu 10 l bylo víku navrtáno pět otvorů. Dva otvory měli sloužit pro vložení iniciačního zdroje a dva pro termočlánky. Aktivní uhlí Silcarbon SC 40 bylo nasyceno n-heptanem. Pro malou nádobu byla prováděna adsorpce tak, že n-heptan byl vpraven do aktivního uhlí plynotěsnou stříkačkou o objemu 100 ml v proudu horkého vzduchu (průtok byl 15 l/min). Pro velkou nádobu z důvodu časové náročnosti adsorpce byl n-heptan vpraven do aktivního uhlí smícháním kapalného n-heptanu s aktivním uhlím v 20 l plechové nádobě s víkem. Jako iniciační zdroj k zapálení byl použit plamen. Poté co došlo k zapálení par n-heptanu, nedocházelo ke zvyšování teploty aktivního uhlí v adsorbéru. Iniciační zdroj, tj. otevřený oheň byl přiložen k otvoru víčka plechové nádoby. Při této zkoušce bylo sorbováno 463 g aktivního uhlí Silcarbon SC ml n-heptanu. Vyšší množství n-heptanu bylo aplikováno z důvodu aplikace iniciačního zdroje ze shora a dosažení dostatečné koncentrace par n-heptanu. Po zapálení byl aplikován přívod dusíku z tlakové lahve do adsorbéru rychlostí 15 l/min. Po rozhoření po dobu 15 s se začal přivádět do adsorbéru dusík a po 7 s došlo k uhašení plamene par n-heptanu. Bylo zjištěno, že hmotnost aktivního uhlí byla stejná jako před zkouškou. Došlo pouze k vyhoření n-heptanu a nedošlo k žádné tepelné destrukci aktivního uhlí Silcarbon SC 40. Adsorbér o objemu 10 l byl naplněn 5,490 kg aktivního uhlí Silcarbon SC 40, které bylo sorbováno 2300 ml n-heptanu. Jelikož v adsorbéru o objemu 750 ml nebyl zjištěn nárůst teploty aktivního uhlí, byl použit pouze jeden termočlánek. K zapálení par n-heptanu byl použit otevřený plamen, který byl přiblížen k otvoru ve víku plechového adsorbéru o objemu 10 litrů. Po rozhoření par n-heptanu po dobu cca 15 s, viz obr. 5, došlo k aplikaci dusíku do 10 l adsorbéru. K uhašení došlo asi po 52 s. Při aplikaci dusíku do adsorbéru docházelo ke změně barvy plamene ze žluté na modrou. Při opakované zkoušce došlo k uhašení plamene už při zastavení přívodu vzduchu do adsorbéru. Toto bylo pravděpodobně způsobeno vyhořením par n-heptanu v horní části adsorbéru na povrchu aktivního uhlí. Obr. 6 Zapálené aktivní uhlí v zapalovacím tácu Závěr Cílem experimentů bylo porovnat vznikající podmínky při adsorpci par organických rozpouštědel na aktivním uhlí Silcarbon SC 40 a zjistit, zda může dojít k jeho zahoření. Jelikož takové podmínky nenastaly, byly provedeny experimenty, kde bylo zahoření aktivního uhlí Silcarbon SC 40 vyvoláno pomocným zápalným zdrojem. Při tomto způsobu zapálení jsme zjistili, že dochází pouze k vyhoření organických rozpouštědel a nedochází k žádné tepelné destrukci aktivního uhlí. Použitá literatura [1] Hašení požárů aktivního uhlí v adsorbérech, Závěrečná výzkumná zpráva výzkumného projektu č. VF Výzkum efektivnosti hasiv, Praha, Obr. 5 Zkouška hašení aktivního uhlí ve velkém adsorbéru Poté došlo k vysypání aktivního uhlí do zapalovacího tácu a k jeho zapálení, viz obr. 6. Po ukončení hoření v zapalovacím tácu bylo opět zjištěno, že nedošlo k žádné tepelné degradaci aktivního uhlí. 313

75 Hodnocení vlivu extrémně vysokých teplot na vlastnosti stavebních materiálů Assessing the Impact of Extremely High Temperatures on the Properties of Building Materials Ing. Ivo Šimůnek, CSc. Ing. Milan Rydval ČVUT v Praze, Kloknerův ústav Šolínova 7, Praha 6 ivo.simunek@klok.cvut.cz, milan.rydval@klok.cvut.cz Abstrakt Dostatečná odolnost stavebních materiálů vůči vysokým teplotám je jedním z nejdůležitějších parametrů pro návrh, provedení a využití stavebních konstrukcí, zejména těch, kde se takové teploty mohou vyskytovat. Jedním z typů takových staveb jsou silniční a železniční tunely, kde přes všechna bezpečnostní opatření nelze vyloučit možnost požáru. Odolnost konstrukce je pak dána z podstatné části právě vlastnostmi použitých materiálů. Příspěvek přináší informace o vývoji a provedení zkušebního zařízení pro stanovení odolnosti materiálů při vysokých teplotách. Jedná se o pec, která svým uspořádáním umožňuje provést zatěžovací zkoušky na vzorcích materiálů při různých teplotách až do úrovně cca 1200 C. Dále jsou prezentovány výsledky zkoušek lehkých betonů, realizovaných právě v tomto zkušebním zařízení. V rámci vývoje bylo spolupracováno s firmou Clasic a.s. Řevnice, která dle zadaných požadavků vyrobila a dodala průchozí vertikální dělenou elektrickou odporovou pec včetně příslušenství pro přenos síly ze zkušebního lisu na vzorek, který je umístěn v elektrické peci a je zatížen teplotou. Tato elektrická pec umožňuje zatížit vzorky teplotou od 0 C do 1200 C. Teplotní spád je volitelný od 0,1 do 120 C/min s přesností regulace ±1 C. Vytápění je prováděno třemi samostatnými okruhy, které lze ovládat manuálně nebo centrálně, u každého obvodu je termočlánek typu S měřící aktuální teplotu v dané oblasti. Chlazení pece je prováděno přirozeně. Klíčová slova Beton; zkoušení; vysoké teploty. Abstract Sufficient resistance of construction materials to high temperatures is one of the most important parameters for the design, construction and use of structures, especially those where such temperatures may occur. One of the types of buildings are road and rail tunnels, where, despite all security measures, the possibility of a fire can not be excluded. The resistance structure is then given essentially by properties of the materials. The paper presents information on the development test equipment for determining the resistance of materials at high temperatures. We are talking about the furnace, which allows loading tests on samples of the materials at different temperatures up to a level of approximately 1200 C. There are also presented the results of tests of lightweight concrete, completed in this test facility. Obr. 1 Elektrická zkušební pec, osazená ve zkušebním rámu s hydraulickým válcem Vnitřní uspořádání pece a tlačných elementů umožňuje zkoušet vzorky až do průměru 150 mm a výšky 300 mm. Přenos síly z hydraulického válce je zajišťován ocelovými trny, které umožňují jejich vlastní chlazení tak, aby nebylo teplotou ovlivněno ostatní zkušební zařízení a snímač síly. Chlazení soustavy probíhá vodou, které je do trnů vháněna oběhovým čerpadlem. Povrchová teplota na peci při zahřívání na 1000 C je pod 50 C, což byl jeden z požadavků na výrobek (viz obr. 2). Keywords Concrete; testing; high temperatures. 1 Vývoj zkušebního zařízení V průběhu roku 2012 vyvstala otázka zkoušení stavebních materiálů za vysokých teplot. V té době byla k dispozici v Kloknerově ústavu ČVUT v Praze k dispozici pouze elektrická odporová pec s rozsahem teplot do 1200 C. Tato pec (obr. 3) umožňuje provádět zkoušky na stavebních materiálech po jejich vyhřátí a následném vychladnutí. Tento způsob zkoušení je často prováděný, jelikož nároky na samotné provedení zkoušky jsou minimální z hlediska ochrany zkušebních lisů před účinkem teploty sálající z pece. Takto dosažené výsledky tedy odpovídají residuálním pevnostem stavebních materiálů. V roce 2012 byl tedy zahájen vývoj zkušebního zařízení, které by umožňovalo provádět zejména tlakové zkoušky i za vysoké teploty. Obr. 2 Termografický snímek pece za provozu Kromě záznamu síly a posunu válce je pec vybavena štěrbinami, umožňujícími zavedení povrchových termočlánků a také snímačů pro měření deformací na plášti zkoušeného vzorku. Primárně je pec uspořádána pro zkoušky v tlaku. Celou sestavu lze ale jednoduše upravit i na takové zkoušky až do průměru zkoušeného tělesa 80 mm. Částečnou nevýhodou takových zkoušek je délka zkušebního vzorku, která musí být minimálně 1,0 m. Zkoušený vzorek musí procházet celou pecí tak, aby spojení mezi vzorkem 314

76 a zkušebními přípravky bylo realizováno mimo pec. V současné době totiž nemáme informace o možnosti použití komerčního přípravku pro spojení vzorku a přípravků tak, aby tento spoj odolával vysokým teplotám a mohl tak být umístěn v peci a zatížen teplotou. 2 Představení výsledků zkoušek ze zkušební pece Celý projekt TAČR je zaměřen na posouzení vhodnosti lehkých betonů pro výstavbu konstrukcí tunelových staveb, kdy je, mimo jiné, požadována požární odolnost konstrukcí. Proto byly pro zkoušky v peci vyrobeny ve výrobně řešitele, společnosti Lias Vintířov, lehký stavební materiál k.s. vzorky betonu s využitím lehkého kameniva Liapor. Byly použity různé receptury, zejména se však lišily obsahem polypropylenových vláken. Použity byly receptury betonu: - referenční vzorek C30/37 bez vláken, - referenční vzorek C30/37 s vlákny v množství 0,9 kg/m 3, - zkušební vzorek lehkého betonu LC 35/38 bez vláken, - zkušební vzorek lehkého betonu LC 35/38 s vlákny v množství 0,9 kg/m 3, - zkušební vzorek lehkého betonu LC 35/38 s vlákny v množství 1,8 kg/m 3. Zkoušky odolnosti betonu vysokým teplotám proběhly ve dvou fázích, definovaným způsobem zkoušení pevnosti betonu. V první fázi byla zkouška pevnosti betonu provedena po ohřátí vzorků na příslušnou teplotu, kdy zkušebním vzorkem byla standardní krychle o hraně 150 mm. Zkouška byla provedena v souladu s ustanovením čl v ČSN EN Dle tohoto předpisu jsou stanoveny materiálové modely pro rychlosti zatížení, tedy nárůstu teploty, mezi 2 K/min do 50 K/min. Pro zkoušky byla použita komerčně dostupná pec Rohde KE70 LS s parametry: - Vnitřní rozměr 410 x 380 x 450 mm, umožňující umístění až 4 ks standardních betonových zkušebních vzorků - krychlí o hraně 150 mm, - Výkon 5,5 kw, - Maximální dosažitelná teplota 1280 C. Obr. 3 Zkušební pec Pro stanovení možné rychlosti nárůstu teploty (teplotního gradientu) byl proveden pokus se čtyřmi kostkami betonu 150 x 150 x 150 mm. V případě této pece bylo dosaženo možné rychlosti nárůstu teploty cca 15 C/min, což odpovídá ustanovení čl v ČSN EN Teplotní gradient, experimentálně získaný, je uvedený v obr. 4. Mechanické vlastnosti - pevnost - betonových vzorků byly po jejich vychlazení stanoveny v zatěžovacím stroji Instron o kapacitě 3000 kn (obr. 5). Obr. 5 Zatěžovací stroj Instron 3000 kn Výsledky zkoušek, tedy pevnosti betonu, stanovené po ochlazení vzorku na běžnou - laboratorní - teplotu, jsou uvedeny v tab. 1. Přitom je uveden poměr pevnosti po ohřátí ku pevnosti výchozí. Tab. 1 Poměr pevnosti betonu po ohřátí k pevnosti výchozí Poměr hodnoty pevnosti v tlaku [%] Receptura T = 20 C T = 200 C T = 400 C T = 600 C T = 800 C T = 1000 C C 30/37 bez vláken 100,00 % 63,66 % 90,32 % 55,83 % 25,85 % 10,48 % C 30/37 s vlákny 100,00 % 82,35 % 95,66 % 55,19 % 21,43 % 12,53 % LC 35/38 bez vláken 100,00 % 126,14 % 131,61 % 83,88 % 38,56 % 17,39 % LC 35/38 s vlákny; m = 0,9 kg/m 3 100,00 % 104,94 % 86,11 % 56,91 % 32,21 % 16,55 % LC 35/38 s vlákny; m = 1,8 kg/m 3 100,00 % 105,91 % 111,01 % 57,15 % 33,30 % 13,01 % Druhá fáze zkoušek byla provedena v nově vyvinuté zkušební peci. Válcové vzorky o konečném rozměru 80 mm (průměr) x 240 mm (výška) byly připraveny vybetonováním do formy, zaříznutím na požadovaný rozměr na pile na beton. Dosedací plochy byly na kamenické brusce pečlivě zabroušeny tak, aby dosedací plocha byla hladká, rovná a kolmá k ose vzorku. Vzorek, usazený do ochranné klece pro případ náhlé destrukce, byl vycentrován na keramických tlačných deskách. Po uzavření pece byla postupně zvyšována teplota na končenou hodnotu (200, 400, 600, 800, 1000 C), kde vzorek setrval cca 1 hodinu. Poté byla provedena zkouška pevnosti v tlaku. Vzhledem k náročnosti testu byly vybrány pouze tři receptury: - referenční vzorek C30/37 bez vláken, - zkušební vzorek lehkého betonu LC 35/38 bez vláken, - zkušební vzorek lehkého betonu LC 35/38 s vlákny v množství 0,9 kg/m 3. Výsledky těchto zkoušek jsou uvedeny v tab. 2 a v grafické formě v obr. 6, opět jako poměr k výchozí pevnosti betonu: Obr. 4 Závislost nárůstu teploty v peci Rohde KE70 LS na čase při instalaci 4 ks krychlí 315

77 Tab. 2 Poměr pevnosti betonu při ohřátí k výchozí pevnosti Poměr hodnoty pevnosti v tlaku [%] Receptura T = 20 C T = 200 C T = 400 C T = 600 C T = 800 C T = 1000 C C 30/37 bez vláken 100,00 % 86,00 % 82,00 % 43,00 % 12,00 % 6,00 % LC 16/18 100,00 % 76,00 % 50,00 % 23,00 % 15,00 % 5,00 % LC 35/38 s vlákny 100,00 % 77,00 % 69,00 % 22,00 % 8,00 % 6,00 % LC 35/38 bez vláken 100,00 % 92,00 % 92,00 % 20,00 % 15,00 % 3,00 % Obr. 6 Závislost pevnosti betonu na teplotě Za zajímavý výsledek zkoumání lze ovšem považovat porovnání hodnot, získaných při zkoušce betonu po vychladnutí s hodnotami, získanými přímo při působení vysoké teploty. Toto porovnání je uvedeno v tab. 3. Dedikace Experimentální program i článek vznikly za podpory grantového projektu TAČR TA s názvem Požárně odolné konstrukce pro tunelové stavby s využitím lehkého kameniva Liapor. Použitá literatura [1] ČSN EN Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - část 1-2: Obecná zatížení - Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru, Český normalizační institut, 8/2004. [2] ČSN EN Eurokoód 2: Navrhování betonových konstrukcí - část 1-2: Obecná pravidla - Navrhování konstrukcí na účinky požáru, Český normalizační institut, 11/2006. [3] ČSN EN Eurokód 4: Navrhování spřažených ocelobetonových konstrukcí - Část 1-2:Obecná pravidla- Navrhování konstrukcí na účinky požáru. [4] ČSN Požární bezpečnost staveb. Požární odolnost stavebních konstrukcí. Český normalizační institut, 5/2007. [5] ČSN EN Zkoušení požární odolnosti - Část 1: Základní požadavky. Český normalizační institut, 2/2002. [6] ČSN EN Zkoušení požární odolnosti - Část 2: Alternativní a doplňkové postupy. Český normalizační institut 2/2002. [7] ČSN EN Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 3: Pevnost v tlaku zkušebních těles, Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a zkušebnictví, 10/2009. Tab. 3 Porovnání výsledků zkoušek po vychladnutí a při vysoké teplotě Receptura C 30/37 bez vláken LC 35/38 bez vláken LC 35/38 s vlákny Poměr hodnoty pevnosti v tlaku [%] Typ zkoušky T = 20 C T = 200 C T = 400 C T = 600 C T = 800 C T = 1000 C po vychladnutí 63,66 % 90,32 % 55,83 % 25,85 % 10,48 % 100,00 % při ohřívání 86,00 % 82,00 % 43,00 % 12,00 % 6,00 % po vychladnutí 126,14 % 131,61 % 83,88 % 38,56 % 17,39 % 100,00 % při ohřívání 92,00 % 92,00 % 20,00 % 15,00 % 3,00 % po vychladnutí 104,94 % 86,11 % 56,91 % 32,21 % 16,55 % 100,00 % při ohřívání 77,00 % 69,00 % 22,00 % 8,00 % 6,00 % Porovnání dosažených výsledků lze odvodit: - V případě hutného betonu poskytují oba postupy zkoušení obdobné výsledky, tedy obdobný poměr pevnosti betonu po ohřátí k pevnosti výchozí. - V případě lehkého betonu je pevnost betonu, stanovená přímo při působení vysoké teploty, výrazně nižší, než pevnost, stanovená po vychladnutí. Tento rozdíl je v některých případech, zejména při vyšších teplotách., několikanásobný. 3 Závěrečné vyhodnocení Získané výsledky z měření a zkoušek jednoznačně ukazují na poměrně významný rozdíl mezi vlastnostmi stavebního materiálu, který byl vystaven působení vysoké teploty a následně vychladl (tuto pevnost můžeme nazvat zbytkovou) a materiálem, který byl zkoušen přímo během působení vysokých teplot. Tento rozdíl je až několikanásobný. Tyto rozdíly, kdy navíc po vychladnutí jsou stanoveny hodnoty vyšší (tedy na straně nebezpečné), jednoznačně ukazují na nutnost stanovení materiálových charakteristik přímo, během působení vysokých teplot. Jiné metody poskytují výsledky nemístně optimistické. 316

78 Optimalizace vybavení požárních stanic výškovou technikou Optimization of Equipping Fire Stations of the Fire Rescue Service Ing. MartinTajovský 1 doc. Dr. Ing. Miloš Kvarčák 2 1 HZS Jihomoravského kraje Zubatého 1, Brno 2 VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, Ostrava-Výškovice martin.tajovsky@firebrno.cz, milos.kvarcak@vsb.cz Abstrakt Práce se zabývá problematikou obměny výškové techniky se zaměřením na její efektivní využití a dislokaci v rámci Jihomoravského kraje a dále systémem pořizování nové výškové techniky v legislativních podmínkách České republiky a Spolkové republiky Německo, s návrhem technických podmínek pro výběrové řízení. Klíčová slova Výšková technika; automobilový žebřík; automobilová plošina; zásah; jednotky požární ochrany. Abstract Thesis deals with variations of height technology, focusing on the effective use and location in the South Moravian Region and the acquisition of new high-rise system technology in legislative conditions in the Czech Republic and the Federal Republic of Germany, the draft technical specifications for the tender. Keywords Aerial apparatus; aerial ladder; aerial platform; response; fire protection units. Úvod Mezi základní druhy výškové techniky používané u jednotek požární ochrany lze uvést dva zástupce. Prvním zástupcem je automobilový žebřík (dále jen AZ ), druhým potom automobilová plošina (dále jen AP ). Dosavadní zkušenosti praxe ukazují, že parametry AZ jsou vhodnější pro záchranu a evakuaci osob vzhledem k rychlejší manipulaci nebo pro zásahy, kde není dostatek prostoru na manipulaci s kloubovými rameny AP. Naproti tomu AP ukázala nesporné výhody při hašení požárů z výšky s větším průtokem hasiva (vody nebo těžké pěny), technických zásazích, kdy robustní a jednoduché provedení nevykazuje náchylnost na poškození, například při vjetí do koruny stromu. Díky zalamovacím ramenům umožňuje lepší dosah k nepřístupným místům (odvrácená strana střechy, mostní konstrukce). Moderní technika vykazuje celou řadu technických parametrů. Technické parametry výškové techniky Moderní AZ se díky jejich standardní teleskopické technologii doplněné zalamovací sadou výrazně přibližují pracovnímu diagramu AP. Naopak AP se především v rychlostech manipulace s nástavbou přibližují AZ. Jejich moderní výbava a robustní provedení skýtají výhody při technických zásazích a výkonné hasicí zařízení při hašení za pomocí výškové techniky. Drobnou nevýhodou je stabilizační systém H, který se složitěji využívá v prostorově omezených oblastech, jako například úzké ulice a parkoviště. V těchto případech se osvědčil systém VARIO používaný firmou Magirus u AZ. Pokud budeme zvažovat variantu evakuace osob za pomocí sestupu zachraňovaných po žebříkové sadě, je tato varianta sice velmi náročná, ale u AZ, které mají žebříkovou sadu vybavenu zábradlím po obou stranách žebříkové sady, přeci jen schůdnější než v případě AP, kdy je tato varianta uvažována spíše jako nouzová než standardní. Další nevýhodou AP je nutnost zvednutí sady k tomu, aby mohlo být poslední rameno s košem vysunuto z transportní polohy, což způsobuje obtížné ustavení výškové techniky například v blízkosti trakčního vedení. Řadu technických parametrů u soudobé výškové techniky lze ovlivnit, při jejím pořizování, vstupními požadavky, které vycházejí z aktuálních potřeb konečného uživatele. Z výše uvedeného rozboru vyplývá, že moderní výšková technika nabízející poměrně srovnatelné parametry pro využití u JPO, má každá své přednosti. V případě výběru výškové techniky, při jejím předpokládaném využití v husté městské zástavbě, mluví technické parametry ve prospěch AZ. Zde lze očekávat omezený prostor pro manipulaci s výškovou technikou a větší pravděpodobnost záchrany osob z výškových budov. AP lze pro jejich technické dispozice využívat především v oblastech, kde převažují technické zásahy náročné na mechanickou odolnost nástavby, a také v průmyslových oblastech, kde lze očekávat nasazení výškové techniky při hašení nebo ochlazování. Rozbor nasazení výškové techniky u HZS JMK Nasazení výškové techniky v rámci Jihomoravského kraje je dalším z důležitých kritérií, které vypovídá o efektivním umístnění výškové techniky. Pro rozbor nasazení výškové techniky se využívají data z databáze programu SSU (Statistické Sledování Událostí), kde jsou od roku 2005 zaznamenávány zásahy jednotek HZS JMK [4]. Rozbor lze zaměřit na jednotlivé stanice, kde byla od roku 2009 výšková technika dislokována se zaměřením na technické zásahy, požáry, dopravní nehody, plané poplachy a celkový sumář zásahů. Statistiku lze zaměřit na počet událostí, u kterých byla technika odvolána před dojezdem na místo události a kolikrát technika na místě události zasahovala. Tyto údaje se ve statistikách objevují až od roku 2010 a mají vypovídající schopnost o procentuálním využití výškové techniky. I zde se zvlášť vyhodnocují zásahy při požáru a zásahy technické. Rozdělení na tyto druhy zásahů souvisí s vhodností použití jednotlivých druhů výškové techniky u těchto událostí. Statistické údaje vypovídají o dominantním využití AZ30, oproti ostatní výškové technice dislokované na území města Brna. Častější využívání tohoto typu výškové techniky vychází z jeho technických parametrů uzpůsobených pro zásahy v husté městské zástavbě. Vysoké využití této výškové techniky je způsobeno také nedostatečným počtem výškové techniky na území města Brna. Dále je patrné, že technické zásahy a požáry dosahují poměrně srovnatelných čísel, kromě roku 2010 a 2011, kdy došlo k opačným odlišnostem v počtu výjezdů. Technické zásahy jsou spojeny především s odstraňováním nebezpečných stavů ve výškách a se záchranou osob. Na rozdíl od ostatních sledovaných stanic se u výškové techniky dislokované v krajském městě ojediněle objevují i zásahy na dopravní nehody. Při bližším pohledu zjistíme, že se jedná především o zásahy spojené s poškozením veřejného osvětlení, případně trakčního vedení tramvajové nebo trolejbusové dopravy. Zajímavý údaj tvoří procentuální využitelnost výškové techniky, která dosahuje v průměru u technických zásahů 45 % a u požárů dokonce jen 19 % [4, 5]. Jedná se o případy, kdy technika vyjela na místo události a skutečně zasahovala. Tento údaj je v databázi sledovatelný až od roku 2010, proto se u statistik v roce 2009 neobjevuje. 317

79 Statistický výhled nákladů na opravy u výškové techniky HZS Tab. 2 Průměrné hodnoty AZ Magirus [5] JMK rok průměr Výhled na udržitelnost výškové techniky u HZS Stáří 9,2 10,2 11,2 12,2 13,2 14,2 11,7 JMK lze vypracovat s využitím statistické regresní techniky funkce a korelace, které pracují se statistickými Počet 62, ,8 83,6 106,4 76,6 82,9 hodnotami. Pro statistický rozbor byly vybrány AZ zásahů vyrobené firmou IVECO-Magirus, které využívá HZS JMK a které mají v rámci výškové techniky Najeté 1 424, , , , , ,1 největší zastoupení. Statistické rozbory nákladů kilometry celkem na opravy, stáří techniky a počet výjezdů v daném období byly v rámci větší objektivnosti výsledků rozšířeny o ujeté kilometry a motohodiny výškové techniky. Motohodiny celkem 83, ,2 106, ,6 78, , ,2 99, ,8 107, ,8 94, ,6 Náklady na opravu Regrese má za cíl vystižení charakteru závislosti mezi statistickými znaky a určení její konkrétní formy. Cílem regrese je tedy nalezení vztahu pro optimální predikci proměnné, kterou považujeme za závisle proměnnou, a to na základě zjištěných hodnot jedné či více nezávislých proměnných [1, 2]. Korelace představuje míru závislosti statistických proměnných. Korelační analýza nám poskytne míru vztahu dvou (i více) proměnných podobným způsobem jako průměr a směrodatná odchylka popisují jednu proměnnou [1, 2]. Následně byla provedena aproximace metodou nejmenších čtverců [1]. Bylo předpokládáno, že máme k dispozici výběr párových hodnot (x 1, y 1 ), (x 2, y 2 ),..., (x n, y n ). Očekává se závislost proměnné y na x a chceme najít funkci Y, která vystihuje tento trend. Hledá se vhodná regresní funkce Y = f(x). Za nejvhodnější ze všech funkcí je považována ta, pro kterou platí, že kriteriální funkce [1]: R(a 1, a 2, n 1 2 i i i y Y Tab. 1 Vstupní data regresivní funkce AZ Magirus [5] rok AZ30 S1Z RZ: BZM Stáří techniky Počet zásahů Najeté kilometry celkem Motohodiny celkem Náklady na opravu AZ37-S1Z RZ: HOA Stáří techniky Počet zásahů Najeté kilometry celkem Motohodiny celkem Náklady na opravu AZ30-M1Z RZ: BKA Stáří techniky Počet zásahů Najeté kilometry celkem Motohodiny celkem Náklady na opravu AZ52-S1Z RZ: BSC Stáří techniky Počet zásahů Najeté kilometry celkem Motohodiny celkem Náklady na opravu AZ30-S1R RZ: 6B Stáří techniky Počet zásahů Najeté kilometry celkem Motohodiny celkem Náklady na opravu kde a 1, a 2,. jsou neznámé koeficienty zvoleného typu regresní funkce, je minimální [2]. Kriteriální funkce [1]: i i i i 1 i 1 R y Y y a x bx c Po provedení parciálních derivací a dosazení hodnot získáme regresivní graf nákladů na opravu v závislosti na stáří techniky, najetých kilometrech a motohodinách vztažených na jedno vozidlo. Přestože pracujeme s poměrně malým vzorkem dat, jedná se pouze o hrubý odhad nákladů na opravy v následujícím období. Lze odhadnout, jakým směrem se bude zmíněný trend ubírat za předpokladu, že ve výhledovém období nedojde k žádným zásadním změnám (například v systému využívání výškové techniky). Vzhledem k omezeným vstupním datům není vhodné zmíněný výhled určovat na delší období než tři roky. Do statistických údajů se výrazně promítají i náklady na opravy výškové techniky, v případě vzniku škodní události nebo dopravní nehody. Tyto údaje byly ve statistickém přehledu ponechány, protože se objevují a je zapotřebí s nimi počítat. Z vypočítaných průměrných hodnot lze určit průměrné náklady na jedno vozidlo v dalších letech. 318

80 Graf 1 Regresivní funkce nákladů na opravy [5] Tab. 3 Předpoklad nárůstu nákladů na opravy jednoho vozidla [5] Rok Náklady na opravy , , ,4 Po určení regresní funkce bylo zjištěno [5], že u vybraného typu výškové techniky, při jeho průměrném stáří v roce 2014 čtrnáct let, lze očekávat nárůst ročních nákladů o zhruba ,- Kč. To platí opět při průměrném vytížení techniky. V roce 2014 byl průměrný počet zásahů 76,6 a průměrný počet najetých kilometrů za jeden rok 3266,6 km. Tyto údaje odpovídají stanici typu C. Výšková technika z právě takových stanic je ve statistickém přehledu zastoupena nejvyšší měrou. V takovém případě by vybraná výšková technika, při dosažení doporučené hranice životnosti 16 let, vykazovala průměrné roční náklady na opravy ,- Kč. Obecně lze z uvedených rozborů vypozorovat, že výšková technika, která se stářím blíží 20 rokům, je již za hranicí udržitelnosti a vyžaduje obměnu, případně technické zhodnocení. V případě výškové techniky AZ30 na PS Lidická, která je vytěžována více jak dvojnásobně, lze očekávat životnost podstatně nižší, což také dokazuje nutnost provedení technického zhodnocení při stáří uvedené techniky 13 let. Výšková technika patří obecně k technice, která je velmi finančně náročná jak na pořízení, tak i na opravy a údržbu. Na ceně oprav se také odráží absence servisních míst zahraničních výrobců výškové techniky v ČR. Legislativní postup při pořizování výškové techniky u HZS v ČR a v zahraničí Pořizování výškové techniky u HZS ČR, jako i ostatní veřejné zakázky, upravuje zákon č. 137/2006 Sb., o veřejných zakázkách, ve znění pozdějších předpisů. Jsou v něm uvedená pravidla zadávacího řízení od jeho přípravy až po uzavření smlouvy s dodavatelem. V případě pořízení výškové techniky se jedná o nadlimitní veřejnou zakázku, která je definována zákonem hranicí ,- Kč bez DPH [3]. Celý proces veřejné zakázky je poměrně složitý a předmětem této práce není jeho detailní rozbor. Než ovšem dojde k podpisu smlouvy mezi zadavatelem a dodavatelem, je třeba dodržet předepsaný postup, který se pokusím nastínit v následujících bodech: -stanovení předpokládané hodnoty zakázky v rámci průzkumu trhu, -schválení investičního záměru na GŘ HZS ČR, - tvorba zadávací dokumentace včetně technických podmínek, - předběžné oznámení na elektronickém tržišti s lhůtou 1 měsíc, - lhůta pro podání nabídek u nadlimitní veřejné zakázky 52 dní, -otevírání obálek, - posouzení nabídek s možností vysvětlení nabídky, - hodnocení nabídek podle požadavků stanovených v zadávací dokumentaci, - oznámení o výsledku, lhůty na odvolání, -kontrola příslušnými orgány (CRR, ÚOHS), - podpis smlouvy na dodávky. Stěžejním dokumentem, kde zadavatel veřejné zakázky sděluje potřebné náležitosti, je Zadávací dokumentace. Jedná se o soubor veškerých dokumentů, údajů, požadavků a technických podmínek, na základě kterých dodavatelé zpracovávají nabídky. V Zadávací dokumentaci se mimo jiné stanovují hodnotící kritéria, u veřejných zakázek je stanovena váha ceny zakázky na 80 % a na případná další kritéria 20 %. Zákon [3] ukládá zadavateli povinnost vymezit pomocí Zadávací dokumentace takové podrobnosti předmětu veřejné zakázky, které jsou nutné pro podání řádně zpracovaných a vzájemně porovnatelných nabídek. Legislativní rámec veřejných zakázek ve Spolkové republice Německo je řešen směrnicemi VOL a VOB a směrnicemi EU. Veřejné zakázky na pořízení hasičské techniky v Německu jsou rozděleny do dvou kategorií, a to do ,- a nad ,-. Vyhlášení výběrového řízení probíhá podle nařízení předpisu 12 der VOB/A und VOL/A pro jednotlivé spolkové země, uveřejněním výzvy v odborných časopisech, novinách nebo internetových portálech. Podklady pro výběrové řízení nesmí být diskriminační, což specifikuje směrnice EU - Richtlinie 2004/18/EG [6]. Tyto podklady pro vyhlášení veřejné zakázky korespondují s náležitostmi Zadávací dokumentace, která se zpracovává v ČR. V Německu jsou dokumenty na zpracování podkladů k výběrovému řízení řešeny příslušnými normami a v podstatě se jedná o vyplňování vzorových dokumentů, kde je možné jednotlivé detaily, například technických podmínek, blíže specifikovat. Co se týká stanovení hodnotících kritérií veřejné zakázky, je váha ceny veřejné zakázky stanovena na hranici minimálně 50 % a zbylá procenta lze využít pro stanovení dalších vybraných kritérií. Před uveřejněním výzvy k podání nabídek na danou veřejnou zakázku je třeba splnit následující formální náležitosti, které souvisí se stanovení předběžné hodnoty zakázky a průzkumem trhu: - RFI (Request for Information): Jedná se o první krok výběrového řízení. Oslovení potenciálních dodavatelů o informaci, zda jsou schopni plnit podmínky veřejné zakázky a požadavky popsané v technické specifikaci. - RFQ (Rquest for quote): Žádost o přesnou cenovou nabídku od potencionálních dodavatelů. Tyto informace související s průzkumem trhu slouží pro stanovení předpokládané hodnoty zakázky. - RFP (Request for proposal): Jedná se o výzvu k podání nabídky. Nabídky musí být podány ve stanoveném termínu a musí obsahovat všechny potřebné náležitosti. - RFF (Request for formulation): Zadavatel veřejné zakázky má právo, v případě nejasností v nabídce, vyzvat uchazeče výběrového řízení o předložení dodatečných informací, které doplňují nebo objasňují deklarované parametry v Zadávací dokumentaci [6]. Po podrobnější studii problematiky související s legislativou veřejných zakázek u nás a v Německu lze konstatovat, že české právní prostředí se z velké části inspiruje německými předpisy, potažmo předpisy evropskými. Při zadávání veřejných zakázek, podle platné legislativy, v našich podmínkách často narážíme na problém se stanovením velikosti hodnotícího kritéria v podobě ceny veřejné zakázky, která je předepsána na hodnotu 80 %. V takovém případě se dá očekávat pořízení produktu veřejné zakázky s nejnižší cenou. Což je výhodné z hlediska ekonomického, ale méně už z hlediska technického a potřeb konečného uživatele. V celkovém důsledku se pak mnohdy stává, že pořízená technika, která sice splňuje parametry předepsané technickými podmínkami zadávací dokumentace, kvalitativně neodpovídá potřebám konečného uživatele. Dále se z mého hlediska obtížně zadávají technické parametry pořizované techniky tak, aby se nedaly považovat za diskriminační. Tato problematika je například v Německu řešena pomocí technických norem DIN, které jasně udávají parametry potřebné pro požární 319

81 techniku. Technické podmínky uvedené v zadávací dokumentaci se v takovém případě odkazují na znění příslušné normy a není třeba obhajovat, že uvedený parametr je či není pro uchazeče výběrového řízení diskriminační. Závěr Výšková technika patří neodmyslitelně k zásahové technice u jednotek požární ochrany nejen v České republice, ale i jinde ve světě. Její všestranné využití nesouvisí pouze se záchranou osob z výšky, nebo hašení požárů výškových budov, ale pro svoje široké uplatnění a technickou výbavu nachází své využití i u celé řady technických zásahů. Při stanovení předpokládaného výhledu nákladů na opravy výškové techniky, u které byla využita statistická regresivní funkce aplikovaná na vybraný druh AZ (Magirus), se potvrdil trend udržitelnosti výškové techniky, který odpovídá zjištěným statistickým přehledům. Výšková technika patří mezi nejnákladnější techniku u jednotek požární ochrany, kdy za cenu jednoho AZ můžeme pořídit až tři kusy cisternové automobilové stříkačky. Přestože zajištění finančních prostředků na pořízení této techniky je složité, je třeba si uvědomit, že pokud nebude tato technika pravidelně udržována a obměňována, může dojít náhle k její neakceschopnosti. Použitá literatura [1] Brušlinskij, N.N.: Modelování operativní činnosti služby požární ochrany. I. vyd. Praha: Nakladatelství technické literatury, ISBN [2] Otípka, P.: Regrese a korelace. Ostrava, Přednáška. VŠB - TUO. s. 13. [3] Raus, D.; Neruda, R.: Zákon o veřejných zakázkách: Komentář. I. vydání. Praha: Linde Praha, a.s., ISBN [4] SSU.: Statistické sledování událostí: modul pro vyhodnocení událostí jednotek požární ochrany. Brno: KOPIS HZS JmK, RCS, [5] Tajovský, M.: Optimalizace vybavení požárních stanic HZS Jihomoravského kraje výškovou technikou. Ostrava, s. Diplomová práce VŠB - Technická universita, Fakulta bezpečnostního inženýrství. [6] ZIEGLER HASIČSKÁ TECHNIKA, s.r.o. Löschfahrzeuge MLF nach DIN EN 1846 Teil 1-3 DIN I. Ratingen, 2015, 30 s. 320

82 Využití tlakovzdušné pěny pro hašení pevných látek v uzavřeném prostoru Using Compressed Air Foam for Extinguishing Enclosure Fire Ing. Adam Thomitzek 1 Ing. Martin Nekula 2 Ing. Jan Ondruch 1 Ing. Dana Chudová, Ph.D. 1 Ing. Vladimír Vlček, Ph.D. 2 1 VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumí rova 13, Ostrava-Vý škovice 2 Hasičský záchranný sbor Moravskoslezského kraje Výškovická 40, Ostrava-Zábřeh adam.thomitzek@vsb.cz Abstrakt Příspěvek se zabývá poznatky získanými při zkouškách hasebního účinku tlakovzdušné pěny při hašení v uzavřeném prostoru stavebního objektu. Za účelem ověření nasazení tlakovzdušné pěny při těchto typech požáru bylo provedeno šest zkoušek v místnostech o stejné dispozici. V průběhu zkoušek byly zaznamenávány teploty na termočláncích rozmístěných v místnostech. Klíčová slova Hašení; CAFS; tlakovzdušná pěna; hasební účinek; průběh teplot. Abstract This article addresses the knowledge gained during testing the extingushing effect of Compressed Air Foam during fire extinguishing indoors. There were six different tests performed in the same room layout in order to verify the use of compressed air foam in these types of fire. The temperatures of thermocouples placed throughout the rooms were recorded during the tests. Keywords Firefighting; CAFS; Compressed Air Foam; extinguishing effect; temperature curve. Úvod Tlakovzdušná pěna se v podmínkách hasičských sborů ČR používá již od konce 90. let minulého století. Ve světě je v současnosti nikoliv novou ale stále progresivní technologií. Oproti běžné vzduchomechanicky napěněné pěně vykazuje tlakovzdušná pěna vyšší podíl malých bublinek při stejném čísle napěnění. Tlakovzdušná pěna tak lépe ulpívá na pevných látkách a lépe odolává tepelné radiaci [1]. Specifikem je doprava tlakovzdušné pěny na místo požáru, hadice s tlakovzdušnou pěnou jsou výrazně lehčí ale s větším sklonem ke zlomům omezujícím průtok. S ohledem na měrnou hmotnost tlakovzdušná pěna způsobuje malý hydrostatický tlak a tak je možno ji hadicemi vytlačit do výrazně větších výšek než hasební vodu nebo roztok vody s pěnidlem. Tlakovzdušná pěna je určena primárně pro hašení pevných, obtížně smáčitelných hořlavých látek a hořlavých kapalin. Použití v uzavřených prostorách je jednou z možností jak využít zlepšeného hasebního účinku proti hasební vodě. Nejvýznamnějším benefitem je tak snížení sekundárních škod způsobených hasební vodou. Na základě ověření možnosti použít různé typy pěnidel dodávaných výrobcem pro zařízení k výrobě tlakovzdušné pěny v nově pořizovaných vozidlech CAS 30/9000/540-S3VH-CAFS byly navrženy ověřovací zkoušky na simulovaných požárech obytných místností ve skutečném objektu. Materiály a metody Měřící zařízení a prostor K porovnání hasebního účinku byl zvolen stávající objekt určený k demolici a využívaný HZS MSK k výcviku. Jedná se o třípodlažní plně podsklepený objekt, který má konstrukční systém založený na kombinaci železobetonových sloupů a obvodových stěn z plných cihel. Stropy jsou monolitické železobetonové, případně z betonových vložek kladených do ocelových nosníků. Střecha objektu je plochá krytá asfaltovou hydroizolací. Objekt jako takový je určen k odstranění, po intenzivním využívání k výcviku je vnitřní vybavení a zařízení demolováno. Stavebně konstrukční stav objektu je zachovalý. Nedochází k plošnému zatékání srážkových vod ani ke statickým poruchám. V objektu byly pro provedení zkoušek vybrány tři místnosti stejné půdorysné plochy, půdorysných rozměrů 2,7 x 5,6 m a světlé výšky 3,2 m. Pro omezení ventilace byly použity plechové šatní skřínky umístěné do oken místností tak, aby větrací plocha okna byla přibližně stejná ve všech případech. K záznamu průběhu teplot byly použity plášťové termočlánky typu K, které byly rozmístěny takto: T1-100 mm pod nadpražím větrací plochy okenního otvoru; T2-100 mm pod stropem ve středu místnosti; T mm pod stropem ve středu místnosti; T4-100 mm pod nadpražím vstupních dveří do místnosti. Plášťové termočlánky byly použity z důvodu jednoduché přípravy pro další použití i po tepelné expozici požárem. Pro průběžné sledování a záznam teplot byly použity datalogery OMEGA HH309. Pro vizuální záznam byla použita vodou chlazená kamera umístěná u podlahy místnosti. Dále bylo provedeno termografické snímkování okna místnosti z exteriéru termokamerou FLIR T640. Pro simulaci požáru místnosti byla použita tato sestava hořlavých hmot: sedačka, křeslo, skříň, 8 ks dřevěných palet, 2 ks pneumatiky. Toto vybavení představuje přibližně požární zatížení 38 kg.m -2. Rozmístění hořlavých hmot je na obr. 1. Obr. 1 Dispozice hořlavého materiálu v zkušební místnosti Pro vlastní výrobu tlakovzdušné pěny bylo použito vozidlo CAS 30/9000/540-S3VH-CAFS se zařízením pro výrobu tlakovzdušné pěny One Seven OS-C0-100-MR. Pěna byla aplikována proudnicí AWG CAFS Turbo-Twist s hubicí průměru 25 mm. 321

83 Postup zkoušek byl následující: 1. V místnosti byl zapálen hořlavý materiál, který se nechal volně rozhořívat; 2. Na chodbě byl připraven natlakovaný proud s tlakovzdušnou pěnou; 3. Po dosažení teploty 700 C na jednom z termočlánků, byl dán pokyn k zahájení hašení; 4. Před zahájením hašení byla z proudnice tlakovzdušná pěna odpuštěna pro dosažení konzistentního toku pěny; 5. Pěna byla do místnosti aplikována postupně a to nejprve ze strany na stranu po stropu místnosti a po nalezení ohniska hoření přímo na něj; 6. Hašení bylo ukončeno při poklesu teploty na termočláncích místnosti výrazně pod 150 C; 7. Poté bylo pozorováno chování ohniska požáru v místnosti. Celkem bylo provedeno 6 zkoušek vždy ve třech místnostech a ve dvou dnech. Přehled je v tab. 1. Použity byly různé typy pěnidel určených pro výrobu tlakovzdušné pěny s různým přimísením pěnidla do vody. Tab. 1 Přehled provedených zkoušek a použitých hasiv Zkouška č. 1a 1b Datum a čas : : : : : : :01 Hasivo Pěnidlo třídy AR Pěnidlo třídy AR Pěnidlo třídy B Pěnidlo třídy A Pěnidlo třídy B Pěnidlo třídy B Pěnidlo třídy A Přimísení [%] Druh pěny 0,6 Suchá pěna 0,6 Mokrá pěna 0,5 Mokrá pěna 0,3 Mokrá pěna 0,5 Mokrá pěna 1 Mokrá pěna 0,5 Mokrá pěna nehrozí celkové vzplanutí. Teploty horkých plynů musí být výrazně nižší než 600 C. Za bezpečnou hranici lze považovat teplotu horkých plynů 200 C, kdy u většiny hořlavých látek není dosaženo teploty vznícení. Doba hašení tedy byla uvažována jako doba mezi počátkem aplikace pěnového proudu do místnosti a poklesem teplot na termočláncích pod 200 C. Výsledky a diskuze Obr. 3 Průběh teploty na termočlánku T2 (pod stropem) při zkoušce č. 1 Na obr. 3 je průběh teplot při zkoušce č. 1 kde je možné pozorovat opětovné rozhoření místnosti po aplikaci suché pěny. Po úplném rozhoření bylo poté hoření likvidováno pomocí mokré pěny. V dalších zkouškách již bylo používáno pouze mokré pěny. Obr. 4 Průběh teplot na termočláncích T2 (pod stropem) při zkouškách č. 2-6 Průběh teplot na termočláncích umístěných pod stropem při zkouškách č. 2-6 se nachází na obr. 4. Výstup teplot ze zkoušky č. 2 je zkreslený odpadnutím termočlánku umístěných a stropu místnosti. Naměřené hodnoty teplot tak jsou výrazně nižší, než byla skutečnost, ale průběh aplikace hasiva je možné z průběhu teplot a videozáznamu posoudit. Obr. 2 Aplikace tlakovzdušné pěny do zkušební místnosti Objekt má nehořlavý konstrukční systém, šíření požáru tak je možné pouze po povrchu hořlavých látek nebo prostřednictvím horkých pyrolýzních plynů a kouře. Lokalizaci požáru je možné z hlediska termodynamiky požáru uvažovat tehdy pokud v místnosti Obr. 5 Průběh teploty na všech termočláncích při zkoušce č

84 Pro ilustraci je na obr. 5 uveden průběh teplot na všech termočláncích zaznamenaných při zkoušce č. 4. Tab. 2 Výsledky provedených zkoušek Zkouška č. Doba hašení [s] Výsledek 1a 178 Neuhašeno 1b 302 Uhašeno 2 108* Uhašeno 3 84 Uhašeno Uhašeno Uhašeno Uhašeno * dopočteno z videozáznamu. V tab. 2 jsou uvedeny doby hašení stanovené podle výše uvedených podmínek a stav po ukončení aplikace hasební látky. Z výsledků je zřejmé, že max. rozdíl mezi časem nejdelším je více než trojnásobný oproti času nejkratšímu. V tomto případě (zkouška č. 3) bylo aplikováno pěnidlo určené k hašení hořlavých látek třídy A ve správném přimísení podle podkladů výrobce. Je tedy možné konstatovat, že odchylky v přimísení pěnidla a použití pěnidla určeného pro hašení polárních nebo nepolárních hořlavých kapalin pro hašení pevných látek může snižovat hasební účinek tlakovzdušné pěny. Ovšem aby se tato hypotéza potvrdila, je nutné provést více opakování zkoušek za stejných podmínek. Zkoušení hasebního účinku hasicích pěn je s ohledem na komplexní hasební efekt komplikované [2]. Nejvýznamnějším vlivem, který mohl zkreslit výsledky zkoušek je ruční aplikace pěny, který je velkou měrou ovlivněna nahodilostí. Právě z toho důvodu byly zvoleny podmínky požáru v uzavřeném prostoru, kdy z důvodu omezené ventilace jsou termodynamické podmínky v různých částech místnosti bez výrazných odchylek. Proband provádějící hašení tak není schopen směrem aplikace pěnového proudu ovlivnit průběh ochlazování horkých plynů. Jiné to je v případě zkoušek na volném prostranství, kdy zkušenost probanda a způsob pokládky pěny výrazně ovlivní rychlost uhašení modelového požáru. Závěr Z výše uvedených praktických zkoušek je možné soudit, že tlakovzdušnou pěnu je možné aplikovat při hašení požáru v uzavřeném prostoru i v podmínkách těsně po celkovém vzplanutí a v průběhu třetí fáze rozvoje požáru. Tlakovzdušná pěna aplikovaná do podstropní vrstvy horkých plynů působí ochlazujícím efektem i při aplikaci kompaktním pěnovým proudem. Přesto, že aplikace pěny byla nepřerušovaná, docházelo k výrazně menšímu vývoji vodní páry než v případě stejného aplikace hasební vody (což plyne z výcviků v těchto místnostech rutinně prováděných). Na požářišti tak byla výrazně lepší viditelnost, což usnadňovalo nalezení ohniska požáru. Po hašení tlakovzdušnou pěnou na podlaze také zůstává minimální množství nevyužitého hasiva. Lze tedy konstatovat, že použití tlakovzdušné pěny v místnostech může být cestou pro snížení sekundárních požárních škod způsobených hasební vodou. Pro rutinní nasazení při těchto typech požárů chybí standardizované taktické postupy. Dále by bylo vhodné provést zkoušky také ve větších prostorách, alespoň v půdorysné ploše běžného bytu v panelovém domě. Použitá literatura [1] Särdqvist, S.: Water and other extinguishing agents. Karlstad, Sweden: Swedish Rescue Services Agency, ISBN [2] Schreiber, H.M.; Porst, P.: Hasební látky, chemicko fyzikální pochody při hoření a hašení. Praha ČSPO, Obr. 6 Vizualizace průběhu hašení v čase 15 s po zahájení na termografickém snímku pořízeném při zkoušce č. 3 Na obr. 6 je možné pozorovat termografický snímek okna před aplikaci hasiva a po 15 s hašení. Zřejmý je rychlý pokles teplot v prostoru způsobený ochlazením horkých plynů a pokrytím horkých povrchů pěnou. Výstupy ze zkoušek jsou ovlivněny dále těmito technickými omezeními. Při zkouškách 1-3 docházelo ke kontaktu plášťů termočlánků, čímž byla ovlivněna přesnost měření, kdy byly naměřeny teploty o něco nižší než skutečné. Plášťové termočlánky průměru 2 mm vykazují časovou konstantu cca 5-10 s za daných podmínek, což mohlo ovlivnit naměřené hodnoty při rychlých dějích. 323

85 Odstranění ropných látek za pomoci laboratorně připraveného adsorpčního hadu a druhotných surovin The Removal of Oil Substances Using of Laboratory Prepared Absorption Booms and Secondary Raw Materials Ing. Alexandr Trapl 1 doc. Ing. Silvie Heviánková, Ph.D. 2 1 HZS Moravskoslezského kraje Výškovická 40, Ostrava - Zábřeh 2 VŠB - TU Ostrava, Hornicko-geologická fakulta 17. Listopadu 15, Ostrava - Poruba alexandr.trapl@seznam.cz, silvie.heviankova@vsb.cz Abstrakt Předložený článek se zabývá problematikou odstraňování ropných látek z vodní hladiny a z pevného povrchu za pomocí laboratorně připraveného sorpčního hadu. Obal, tj. povrch hadu je tvořen hydrofobní polypropylenovou textilií, vyrobenou technologií meltblown, náplň hadu tvoří hydrofobní sorbent, tvořeným popelem po spalování biomasy rostlinného původu, polyuretanovou pěnou a hydrofobizačním činidlem, který byl vyvinut na Institutu environmentálního inženýrství, HGF, VŠB - TU Ostrava. Při experimentech byla sledována sorpční schopnost při odstraňování motorového oleje, motorové nafty a motorového benzínu. Klíčová slova Ropné látky; sorbent; popel; polyuretan; hydrofobizační činidlo. Abstract The article deals with the removal of petroleum fabrics from the water surface and solid surface using laboratory-prepared sorption booms (snakes). Packaging, ie the surface coil is composed of hydrophobic polypropylene fabrics, meltblown, filling boom (snake) forms a hydrophobic sorbent, consisting of ash after combustion biomass plant origin, polyurethane foam and a hydrophobic agent, which was developed at the Institute of Environmental Engineering, HGF, VSB - TU Ostrava. During the experiments was monitored sorption ability when removing the engine oil, diesel and gasoline. Keywords Oil; sorbent; ash; polyurethane; hydrophobic reagent. Úvod Se stále rostoucími nároky lidské společnosti na těžbu a využití nerostných surovin pro průmyslová zařízení, energetické dodávky a dopravní infrastrukturu, roste i značné zatížení povrchových a podzemních vodních zdrojů, půdního fondu a ovzduší. S těžbou a využíváním nerostných surovin je nevyhnutelně svázáno také snížení kvality vodních zdrojů a jejich možné znečištění jak částečného tak i trvalého charakteru z důvodu nadměrného využívání, tak i možných havárií. K nejčastějším únikům látek ohrožující vodní zdroje a půdní fond jsou látky ropného původu, které také patří k hlavním znečišťujícím látkám. V současné době je nepravděpodobné až nemožné počítat s možným snížením ropných látek, z důvodu energetických, strategických, ale převážně sociálních, širokého využití ve všech průmyslových odvětvích, celosvětové dopravě tak i v domácnostech. Proto je nutné předcházet možným únikům ropných látek a to zařazováním primárních technologických procesů, tak i možnost sekundárně zasáhnout při lokálním úniku látek do vodních zdrojů a půdního fondu a to za pomoci procesu adsorpce. V posledních desetiletích se setkáváme s únikem ropných produktů především v důsledku mimořádných událostí (havárií) a to jak neúmyslných tak záměrných. V souvislosti se zdoláváním mimořádných událostí se podílejí a jsou v praxi nasazovány také jednotky Hasičského záchranného sboru, které disponují prostředky na zdolávání mimořádných událostí a to i s možností nasazení sorpčních přípravků. Tento článek se zabývá vhodností zvolení sorpčních přípravků pro odstranění ropných látek a jejich produktů z vodních zdrojů a půdního fondu. Sorpční schopnost připraveného sorbentu byla porovnávána se sorpční schopností běžně používaného komerčního sorbentu na bázi rašeliny a teoretické sorpční kapacity podle normy ASTM F Oil adsorbency m. Druhy sorpčních materiálů z hlediska výskytu, výroby a použití Obecně, je sorpce zachycování složky kapalné nebo plynné směsi (adsorbátu) na povrchu tuhé fáze (adsorbentu). Při adsorpci se uplatňují tři druhy sil a o uplatnění rozhodující síly rozhoduje povaha absorbentu, adsorbované látky (adsorbátu) i rozpouštědla (vody), ve které adsorpce probíhá. Podle povahy sil rozeznáváme tři základní typy adsorpce: fyzikální adsorpce, chemisorpce, iontová adsorpce. [1] Sorpční materiály jsou takové materiály, které z povrchů materiálu nebo kapalin odstraňují kontaminant adsorpcí kapalné látky do porézní struktury adsorbentu. Pro odstranění kontaminantů procesem adsorpce využíváme tyto nejpoužívanější druhy sorbentů: Jednoduché (přírodní) sorbenty - tyto sorbenty jsou používány pro hrubé odstranění ropných látek z půdy a vodní hladiny, nebo při nižších nárocích na vyčištění odpadních vod. Jejich výhodou je snadná dostupnost a nízká cena. Mezi tyto sorbenty zahrnujeme půdy, rozsivkové zeminy, bentonit, různé druhy dřevěných pilin a kůry. Sypké sorbenty - jsou vyráběny na bázi křemeliny, rašeliny, celulózy, polyuretanu, aglomerovaných uhlíkatých částic a perlitu. Sorbenty jsou hydrofobně upravovány. Textilní sorbenty - jsou nejčastěji vyrobeny z aktivovaného polypropylenu a polyetylenu. Vyráběny jsou ve formě netkaných textilií v různých tvarech např. ve tvaru hadů, rohoží, koberců, polštářů nebo vlákenných útvarů. Sorbenty z druhotných surovin Uhelný prach, škvára, popel, popílek, recyklovaná celulóza, polyuretan aj. jsou využívány jako druhotné suroviny. Škvára, popel, popílek jsou odpady z tepelných procesů. Výhodou sorbentů na této bázi jsou nízké pořizovací náklady, nevýhodou oproti některým sorbentům je nižší sorpční účinnost. Popílků se využívá převážně u čištění fenolových odpadních vod. Odpadní voda se smísí s popílkem, který se poté odstraní usazením. Popel, popílek a škvára se po využití adsorpční kapacity neregenerují, ale skládkují se. Popel a polyuretan jako druhotné suroviny jsou využívány pro svou adsorpční schopnost srovnatelnou např. s rašelinou k odstraňování ropných látek z vod a půdy. [2] 324

86 Složení testovaných sorbentů Vzhledem k předloženému článku zaměřenému na druhotné suroviny je testován sorbent, tvořený popelem po spalování biomasy rostlinného původu, polyuretanovou pěnou a hydrofobizačním činidlem, který je rovněž náplní testovaného sorpčního hadu, dále textilní sorbent Meltblown a rašelinový sorbent k porovnání sorpčních kapacit. Sypký sorbent na bázi polyuretanové pěny a popele Tento sorbent byl připraven z polyuretanové pěny, popele po spalování biomasy a hydrofobizační přísady v poměru jednotlivých složek tak, aby vykazoval jednak dobré sorpční schopnosti a zároveň bezproblémovou manipulaci, tzn. aby byl minimálně prášivý a při aplikaci neulpíval mimo oblast použití. Pro přípravu vzorků, byl použit popel velikosti zrna od 1-4 mm, pocházející z teplárny v Krnově, Dalkia Česká republika a.s. Sorbent byl vyvinut na Institutu environmentálního inženýrství, HGF, VŠB - TU Ostrava. [5] Polyuretan Pod pojmem polyuretany se nacházejí polymery, které jsou připravené adiční reakcí mezi polyisokyanáty a sloučeninami bohatými na hydroxylové skupiny. Polyuretan má vysokou otěruvzdornost a houževnatost. Je stálý v benzinech, minerálních olejích, rozpouštědlech, tucích, ropných produktech i ozonu, odolává vyšším teplotám. Stává se tak vhodnou součástí sorbentů. [4] Popel po spalování biomasy Hydrofobizované popely po spalování biomasy rostlinného původu vykazují vysoké komplexní sorpční schopnosti vůči extrahovatelným látkám a jimi tvořenými emulzemi a disperzemi. Jejich samostatné použití jako sorbentů je velmi obtížné z důvodu jejich vysoké polétavosti a vzhledem k množství jemných uhlíkatých částic i jejich nežádoucímu ulpívání mimo oblast použití. [5] Hydrofobizační činidlo Hydrofobní (nesmáčivé) materiály odpuzují vodu. Kapky vody se do nich nevsáknou, dochází tedy k chemicko-fyzikálním změnám. Zapracováním hydrofobizačního přípravku do popele, se povrch jeho zrn pokryje nesmáčivým, vodoodpudivým povlakem. K hydrofobizaci lze použít přísady na bázi organických mastných kyselin a jejich derivátů, v případě sorbentu na bázi modifikované polyuretanové pěny draselné soli methylsilanolátů. [6] Složení testovaného sorpčního hadu Testovaný sorpční had o délce 23 cm, průměru 12 cm a váze 120,5 g je složen ze dvou částí. Obal hadu tvoří textilní hydrofobní sorbent vytvořen technologií meltblown, což je netkaná textilie ze 100 % polypropylenu, výplň hadu je tvořen sypkým sorbentem na bázi polyuretanové pěny a popele po spalování biomasy. Textilní sorbent meltblown Název technologie je tvořen slovy melt - tavit a blown - foukat. Technologie byla vyvinuta v 50. letech, využití ke komerčním účelům došlo až v 80. letech. Výrobky meltblown se skládají z vláken různých průměrů. Nejpoužívanější jsou mikrovlákna velikosti 2-4 mikrony, které se vyznačují velkým měrným povrchem. Sypký rašelinový sorbent Sypký rašelinový sorbent je přírodní sorbent, který prošel úpravou za teplot C, při kterém dochází k vylučování přírodních vosků na povrch buněk a k aktivaci huminové kyseliny. Vyloučené přírodní vosky způsobují hydrofobnost. V rašelině je přirozeně obsažená huminová kyselina, která je schopná přímo do svého řetězce vázat chemické látky např. uhlovodíky. Odstranění ropných látek testovanými sorbenty Na pevný povrch (betonová dlaždice) a vodní hladinu (3000 ml H 2 O) byly přivedeny ropné produkty (motorový olej, motorová nafta a motorový benzín) a byla sledována jednotlivě jejich sorpce do sorpčního hada. Pro pevný povrch byla mezní hranice sorpce tzv. do sucha, tzn. že po sorpci ropného produktu musí být povrch suchý, nekluzký, beze stop po ropných produktech. Z vodní hladiny byl sledován proces sorpce tzv. vizuálně, tzn. že po sorpci ropného produktu musí být vodní hladina beze stop po ropných produktech. Při použití sypkých sorbentů bylo postupováno obdobně, rozdíl byl pouze v aplikaci, přičemž ropné látky byly sorbenty zasypávány. Sorpční schopnosti jednotlivých sorbentů byly mezi sebou porovnávány díky výpočtu sorpční kapacity dle normy ASTM F Oil adsorbency m, která udává výslednou hodnotu v jednotkách: g nasorbované kapaliny/g sorbentu. Ve výsledných tabulkách je proveden přepočet zohledňující hustoty motorového oleje, nafty a benzínu, je tedy uveden v jednotkách: l nasorbované kapaliny/kg sorbentu. Stanovení sorpční kapacity dle postupu normy ASTM F Výrobci a distributoři sypkých sorbentů udávají k výrobkům údaje o sorpční kapacitě. Zjednodušený postup stanovení sorpční kapacity dle postupu normy ASTM F726-06: 1. odváženo x g sorbentu (hmotnosti uvedeny v tabulkách), 2. výška sorbované kapaliny minimálně 2,5 cm, 3. sorbent ponořen na 15 minut do testované kapaliny, 4. nasycený sorbent se nechá odkapat po dobu 30 sekund u motorové nafty a 15 minut u motorového oleje, 5. stanovení hmotnosti sorbentu s nasorbovanou látkou. Stanovení sorpční kapacity dle postupu normy ASTM F se provádí dle vzorce: Oil adsorbency m = S S /S 0 kde S S = S ST - S 0, S 0 počáteční hmotnost suchého sorbentu [g], hmotnost nasyceného sorbentu [g]. S ST Výsledek testovaných sorbentů Odstranění motorového oleje použitím testovaných sorbentů Pro odstranění motorového oleje (o hustotě 777 g/l) z pevného povrchu a vodní hladiny a porovnání sorpčních kapacit byl použit samotný textilní sorbent o váze 8 g, sorpční had o váze 120,5 g, sypký sorbent na bázi polyuretanové pěny a popele po spalování biomasy o váze 20 g a rašelinový sorbent o váze 20 g. Výsledky měření jsou uvedeny v tab. 1a 2. Získané výsledky byly pro vzájemnou porovnatelnost přepočítány na sorpční kapacitu dle výše uvedené normy. Při odstraňování motorového oleje z pevného povrchu se ukázala výhodnější aplikace sypkých sorbentů v porovnání se sorpčním hadem, a to převážně z důvodu rychlosti samotné sorpce, kdy při použití sorpčního hadu po 1 hodině kontaktu nebyl olej dovnitř hadu nasorbován (viz obr. 1 a 2). Vzhledem k tomu, že nebyla využita jeho sorpční kapacita, není v tabulkách 1 a 2 uváděn. Při odstraňování motorového oleje z vodní hladiny je nejvýhodnější aplikace samotného textilního sorbentu Meltblown, a to jak z důvodu rychlosti sorpce, tak rovněž z důvodu pozdějšího odstranění použitého sorbentu. Aplikace sypkých sorbentů vytváří na hladině olejové shluky, které jsou hůře odstranitelné. 325

87 Tab. 1 Sorpce motorového oleje na pevném povrchu Motorový olej (100 ml = 77,76 g) Textilní sorbent Meltblown (8 g) Had (120,5 g) - textilní sorbent 8 g + sypký sorbent 112,5 g Sypký sorbent - popel + polyuretanová pěna (20 g) Množství sorbované motor. oleje z pevného povrchu do sucha Tab. 2 Sorpce motorového oleje z vody Čas adsorpce vizuelně 41 ml / 32,3 g do 3 min max. 400 ml / 326,4 g do 1 hod ml / 45 g do 3 min Rašelina (20 g) 66 ml / 51,21 g do 3 min Motorový olej (100 ml = 77,76 g) Textilní sorbent Meltblown (8 g) Had (120,5 g) - textilní sorbent 8 g + sypký sorbent 112,5 g Sypký sorbent - popel + polyuretanová pěna (20 g) Množství sorbované motor. oleje z vody (3000 ml) vizuelně Čas adsorpce vizuelně 31,08 ml / 24,12 g do 3 min max. 200 ml / 155,52 g do 20 min ml / 40,35 g do 3 min Rašelina (20 g) 59 ml / 45,78 g do 3 min Sorpční kapacita (dle normy ASTM F726-06) Oil adsorbency m (l kapaliny / kg sorbetu) 6,38 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 55,34 ml / 43,04 g) 3,85 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 73,45 ml / 57,0 g) 3,90 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 74,74 ml / 58,0 g) Sorpční kapacita (dle normy ASTM F726-06) Oil adsorbency m (l kapaliny / kg sorbetu) 6,38 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 55,34 ml / 43,04 g) 3,85 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 73,45 ml / 57,0 g) 3,90 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 74,74 ml / 58,0 g) Odstranění motorové nafty z pevného povrchu a vodní hladiny Pro odstranění motorové nafty (o hustotě 816 g/l) z pevného povrchu a vodní hladiny a porovnání sorpčních kapacit byl použit samotný textilní sorbent o váze 8 g, sorpční had o váze 120 g, sypký sorbent na bázi polyuretanové pěny a popele po spalování biomasy o váze 20 g a rašelinový sorbent o váze 20 g. Výsledky měření jsou uvedeny v tab. 3 a 4. Při odstraňování motorové nafty z pevného povrchu se ukázala výhodnější aplikace sypkých sorbentů v porovnání se sorpčním hadem v rychlosti samotné sorpce. Výhodou sorpčního hada je sorpční kapacita, která byla vyšší v porovnání s běžným rašelinovým sorbentem (viz obr. 3). Výhodou sorpčního hada je také jeho okamžité a bezproblémové odstranění po použití, což převážně platí u odstraňování z vodní hladiny, u sypkých sorbentů je toto odstranění velmi složité a to převážně v praxi na nestojatých vodních hladinách. Při odstraňování motorové nafty z vodní hladiny se ukázala vhodnější aplikace sorpčního hadu, a to z důvodu sorpční kapacity, která byla v porovnání s ostatními sorbenty největší. Výhodou je také, jak již bylo zmíněno, bez problematické odstranění použitého hada. Nevýhodou je nižší rychlost sorpce pro využití sorpční kapacity hada, a to cca 10 min. Tab. 3 Sorpce motorové nafty na pevném povrchu Motorová nafta (100 ml = 81,6 g) Textilní sorbent Meltblown (8 g) Had (120,5 g) - textilní sorbent 8 g + sypký sorbent 112,5 g Sypký sorbent - popel + polyuretanová pěna (20 g) Množství sorbované motor. nafty z pevného povrchu do sucha Čas adsorpce vizuelně Sorpční kapacita (dle normy ASTM F726-06) Oil adsorbency m (l kapaliny / kg sorbetu) 28 ml / 22,84 g do 1 min 5,84 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 47,52 ml / 38,78 g) max. 485 ml / 395,76 g 18 min 3,82 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy ml / 339,81 g) 54 ml / 44,06 g do 1 min 3,61 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 63,97 ml / 52,2 g) Rašelina (20 g) 61 ml/49,77 ml do 1 min 3,73 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 66,91 ml / 54,6 g) Tab. 4 Sorpce motorové nafty z vody Motorová nafta (100 ml = 81,6 g) Množství sorbované motor. nafty z vody (3000 ml) vizuelně Čas adsorpce vizuelně Sorpční kapacita (dle normy ASTM F726-06) Oil adsorbency m (l kapaliny / kg sorbetu) Obr. 1 Odstraňování mot. oleje sorpčním hadem Textilní sorbent Meltblown (8 g) Had (120,5 g) - textilní sorbent 8 g + sypký sorbent 112,5 g 17,3 ml / 14,11 g do 3 min max. 400 ml / 326,4 g do 10 min 5,84 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 47,52 ml / 38,78 g) 3,82 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy ml / 339,81 g) Sypký sorbent - popel + polyuretanová pěna (20 g) 48 ml / 39,16 g do 3 min 3,61 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 63,97 ml / 52,2 g) Rašelina (20 g) 55 ml / 44,88 g do 3 min 3,73 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 66,91 ml/54,6 g) Obr. 2 Testovaný sorpční had naadsorboval pouze polovinu své adsorpční kapacity 326

88 Tab. 6 Sorpce motorového benzínu z vody Motorový benzín (100 ml = 72,6 g) Množství sorbovaného motor. benzínu z vody (3000 ml) vizuelně Čas adsorpce vizuelně Sorpční kapacita (dle normy ASTM F726-06) Oil adsorbency m (l kapaliny / kg sorbetu) Textilní sorbent Meltblown (8 g) 15,5 ml / 11,25 g do 3 min 5,1 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 45,20 ml / 32,82 g) Obr. 3 Odstraňování motorové nafty Had (120,5 g) - textilní sorbent 8 g + sypký sorbent 112,5 g Sypký sorbent - popel + polyuretanová pěna (20 g) max. 385 ml / 279,51 g do 15 min 47 ml / 34,12 g do 3 min 3,73 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 453,99 ml / 329,6 g) 3,21 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 60,88 ml / 44,2 g) Rašelina (20 g) 48 ml / 34,84 g do 3 min 3,30 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 63,36 ml / 46 g) Obr. 4 Naadsorbovaný had celou svou adsorpční kapacitou, srovnání s nepoužitým hadem Odstranění motorového benzínu z pevného povrchu a vodní hladiny Pro odstranění motorového benzínu (o hustotě 726 g/l) z pevného povrchu a vodní hladiny a porovnání sorpčních kapacit byl použit samotný textilní sorbent o váze 8 g, sorpční had o váze 120 g, sypký sorbent na bázi polyuretanové pěny a popele po spalování biomasy o váze 20 g a sypký rašelinový sorbent o váze 20 g. Výsledky měření jsou uvedeny v tab. 5 a 6. Při odstraňování motorového benzínu z pevného povrchu se ukázala stejně výhodná aplikace sorpčního hada a jeho sorpční kapacity, která byla vyšší v porovnání s běžným rašelinovým sorbentem, tak jako při odstraňování motorové nafty. Totéž platí při odstraňování motorového benzínu z vodní hladiny (viz obr. 4), které mělo obdobný průběh jak u odstranění motorové nafty. Sorpční kapacita se ukázala jako mírně nižší oproti motorové naftě. Také rychlost samotné sorpce byla pomalejší oproti odstraňování motorové nafty. Tab. 5 Sorpce motorového benzínu na pevném povrchu Motorový benzín (100 ml = 72,6 g) Textilní sorbent Meltblown (8 g) Had (120,5 g) - textilní sorbent 8 g + sypký sorbent 112,5 g Množství sorbovaného motor. benzínu z pevného povrchu do sucha Čas adsorpce do sucha 42 ml / 30,49 g do 1 min max. 530 ml / 384,78 g do 23 min Sorpční kapacita (dle normy ASTM F726-06) Oil adsorbency m (l kapaliny / kg sorbetu) 5,1 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 45,20 ml / 32,82 g) 3,73 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 453,99 ml / 329,6 g) Obr. 5 Odstraňování motorového benzínu z vodní hladiny za pomoci sorpčního hada Závěr Tato práce porovnává sorpční kapacitu běžně dostupného komerčního sorbentu při odstraňování motorového oleje, nafty a benzínu a laboratorně připraveného sorbentu, který byl testován jak ve formě sypké, tak v podobě sorpčního hadu. U sypkých sorbentů je výhodou vysoká účinnost při odstraňování ropných látek, nicméně nevýhodou je zpravidla určitá míra prášivosti a tedy zhoršená manipulace. Toto je eliminováno použitím sorbentů ve formě sorpčních hadů. Použité sorbenty měly hydrofobní charakter a byly testovány na vodní hladině a rovněž na pevném povrchu. Výhodou sorpčního hada při odstraňování motorové nafty a motorového benzínu se ukázala jeho sorpční kapacita, která byla vyšší v porovnání s běžným rašelinovým sorbentem. Jako nespornou výhodou sorpčního hada se ukázalo okamžité odstranění použitého hada, což platí při odstraňování z ropných látek z vodní hladiny, u sypkých sorbentů je toto odstranění složitější, a to převážně v praxi na nestojatých vodních hladinách. Nevýhodou sorpčního hada je rychlost adsorpce a to převážně na pevném povrchu. Jako problematickou u sorpčního hada se jeví odstranění motorového oleje z vodní hladiny. Pro odstranění motorového oleje se nejlépe osvědčil samotný textilní sorbent, jeho využití je limitováno nákladnou pořizovací cenou. Sypký sorbent - popel + polyuretanová pěna (20 g) 58 ml / 42,1 g do 1 min Rašelina (20 g) 59 ml / 42,83 g do 1 min 3,21 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 60,88 ml / 44,2 g) 3,30 Oil adsorbency m (tz. možné sorbované množství dle normy - 63,36 ml / 46 g) Acknowledgements The authors gratefully acknowledge support of this work to the National Agency for Research in Agriculture at the Ministry of the Agriculture of the CR (Project QI 112A132). 327

89 Použitá literatura [1] Dohányos, M.; Koller, J.; Strnadová, N.: Čištění odpadních vod. Vydavatelství VŠCHT, s. ISBN [2] Biomass as an indispensable part of human life [online] [Accessed on ]. Available from: < cz/odborne-clanky/biomasa-je-nezbytna-soucast-lidskehozivota (in Czech). [3] Dombrow, B.: Polyurethanes. 1 st edition. Prague: SNTL, pp. (in Czech). [4] Polyurethane [online]. [Accessed on ]. Available from < (in Czech). [5] Heviánková, S.; Bestová, I.; Daxner, J.; Václavík, V.: Sorbent s kombinovaným účinkem pro fi xaci znečišťujících látek z pevných povrchů a vodní hladiny na bázi polyuretanové pěny Patent no (in Czech). [6] Safety data sheet - Lukofob 39. Kolin, pp. (in Czech). 328

90 Využití CFD numerických simulací pro zjišťování místních výbušných koncentrací Use of CFD Numerical Simulations to Detection of Local Explosive Concentrations Ing. Aleš Tulach 1 Ing. Miroslav Mynarz 1 prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc. 2 1 VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, Ostrava - Výškovice 2 VŠB - TU Ostrava, Fakulta strojní 17. listopadu 15, Ostrava - Poruba ales.tulach@vsb.cz, milada.kozubkova@vsb.cz Abstrakt Příspěvek se zabývá popisem šíření uniklého zemního plynu v obytném vícepodlažním domě a utváření místních výbušných koncentrací směsi zemního plynu se vzduchem. Pomocí CFD matematických modelů lze zjistit dobu od počátku úniku plynu z narušeného plynovodního potrubí do vytvoření místní výbušné koncentrace plynné směsi v určitém místě zkoumaného prostoru, například v místě předpokládaného iniciačního zdroje výbuchu. Touto cestou tak lze předcházet výbuchům nebo zpětně odhalit iniciační zdroje. 2 Popis prostředí 2.1 Tvorba geometrie V programu Design Modeler byla vytvořena geometrie prostředí, která je složena z potrubí s kohoutem K800 o velikosti DN10 (obr. 1) a z členitého objemu, jehož tvar se přibližuje části třípodlažního obytného domu, ve kterém dochází k úniku hořlavého plynu. Kohout K800 je modelován jako zdroj úniku plynu, tedy s chybějící kuželkou. Modelovány byly pouze vnitřní objemy objektu. Klíčová slova CFD model; výbušná koncentrace; šíření plynu; únik plynu; výbuch. Abstract The paper describes the spread of the leaked gas in a block of flats and the creation of local explosive concentrations of natural gas mixtures with air. By means of CFD mathematical models can be determined the time from the start of gas leakage from the disturbed gas pipeline to create a local concentration of the explosive gas mixture in a certain place of examined area, for example at a predicted ignition source explosion. This way it can be prevented or explosions retroactively detect ignition sources. Keywords CFD model; explosive concentration; distribution of gas; gas leak; explosion. Úvod Nehody způsobené výbuchem plynu nesou sebou obvykle značné následky. Nezřídka tyto události jsou komplexním problémem, který v sobě zahrnuje únik hořlavého plynu, jeho výbuch a případně následný požár. Ze statistik hasičských sborů vyplývá, že k únikům nebezpečných plynů dochází poměrně často. Jedná se nejčastěji o úniky plynů z tlakových lahví, z potrubí, z nádrží, při uzavření plynu v bytech při závadách na spotřebičích. Samotný únik plynu obvykle nezpůsobí žádné závažné následky. V případě, že po úniku hořlavého plynu dojde k vytvoření plynovzdušné směsi s koncentrací v rozsahu mezí výbušnosti, hrozí značné nebezpečí výbuchu. Při běžných výpočtech lze stanovit pouze množství uniklého plynu a dobu kdy dojde k vytvoření výbušné koncentrace v celém objemu ohraničeného prostoru (místnosti). Pro detailnější popsání šíření výbušného plynu je možné využít matematické simulace. Tato problematika byla řešena pomoci softwaru ANSYS Fluent [1]. Obr. 1 Model a schéma potrubí s kohoutem Obr. 2 Model suterénu měřící sestavy a umístění potrubí 329

91 K úniku plynu docházelo ze dvou protilehlých otvorů kohoutu, a to o průměrech 18 a 14,6 mm. Uzavírací armatura byla připojena na měděném nízkotlakém plynovodním potrubí, ve kterém se tlak plynu pohybuje okolo 2 kpa. Plyn unikal do suterénní části uzavřeného členitého prostoru (obr. 2) o objemu cca 1,5 m 3. Potrubí bylo umístěno v rohu (levé části) uzavřeného prostoru 0,25 m nad podlahou. Obr. 5 Výpočtová síť v celé experimentální sestavě 2.3 Tvorba monitorovacích bodů Skrze program ANSYS Fluent bylo v modelu rozmístěno deset sledovacích bodů (obr. 6). Programem Fluent byla následně z těchto bodů vyhodnocena závislost mezi dobou úniku a koncentrací metanu ve směsi se vzduchem v objemových procentech [2]. Obr. 3 Model nadzemní části sestavy (schodištový prostor) Druhou nadzemní část uzavřeného prostoru (obr. 3) tvoří vnitřní objem schodišťového prostoru o velikosti cca 1,2 m Tvorba výpočtové sítě Výpočtová síť byla vytvořena v programu ANSYS Meshing. Síť vzorku je složena z elementů (obr. 4). Obr. 6 Rozmístění monitorovacích bodů [9] 3 Numerické modely Pro numerické modelování výše popsaného fyzikálního měření byl použit program ANSYS Fluent [1], který je vhodný právě pro řešení proudění v dané oblasti. Zvolený program využívá, pro matematický popis probíhajících fyzikálních dějů, tyto zákony: Navierovy-Stokesovy rovnice [5] jsou jedny z rovnic, pomocí kterých lze proudění popsat. Obr. 4 Výpočtová síť v řezu potrubím a kohoutem Celkovou výpočtovou síť tvoří elementů (obr. 5). Parametr pro určení kvality 3D buňky (míry její deformace) je 0,867. Hraniční hodnota parametru je 0,9. Kvalita této výpočtové sítě je tedy vyhovující u uu uv uw u u u ax v S x t x y z x x y z v vu vv vw v v v ay v S y t x y z y x y z w wu wv ww w w w az v S t x y z z x y z w V třech výše uvedených rovnicích se objevují čtyři neznámé (tlak a rychlosti všech tři složek x, y, z). Přidáním čtvrté rovnice dostáváme vztah čtyř rovnic o čtyřech neznámých. Čtvrtou rovnicí, která pojednává o zachování hmotnostního průtoku, je rovnice kontinuity [5]. u uy pu x z S t x y z z 330

92 Při řešení šíření příměsí počítá program lokální hmotnostní zlomky příměsí Y i [-] ve směsi: mi i Vi i Yi i m V kde m i [kg] je hmotnost příměsi i; m [kg] je celková hmotnost směsi; α i [-] je objemový zlomek příměsi i ve směsi. Další veličina, která se užívá ve spojení s šířením příměsi, je molární koncentrace C i a udává se v jednotkách kmol/m 3. Vztah M i C i s jednotkami [(kg/kmol). (kmol/m 3 ) = kg/m 3 ] vyjadřuje koncentraci. Běžně používaná jednotka ppm definuje miliontinu dané hodnoty (analogie procenta) a může se vztahovat k hmotnostnímu nebo objemovému zlomku. Přenos příměsí (hmotnostního zlomku) je řešen pomocí bilanční rovnice [5], která v měnícím se čase počítá s hodnotami hmotnostních zlomků příměsi Y i a se složkami rychlosti proudění přítomných plynů u i. Y u Y J R S t x x i j i i j i i j j Jedná se o dvě plochy na ose z, kdy první prochází středem potrubí a druhá středem dveří vedoucích do další místnosti. Třetí plocha je vytvořena na ose x, která protíná střed otvoru dveří v suterénní části objektu. Rozsah vykreslených kontur, zobrazených na vytvořených plochách (řezech), je 0 až 100 obj. % koncentrace (obr. 7) a 0 až 2,5 obj. % koncentrace (obr. 8). Rovněž bere v úvahu difúzní tok i-té komponenty směsi J j,i, rychlost produkce příměsí vlivem chemické reakce R i a rychlost tvorby přírůstku z distribuované příměsi S i. Distribuce příměsí se liší podle difúzního toku [5]. 3.1 Volba matematických modelů V řešené úloze dochází k přechodu mezi laminárním a turbulentním prouděním. Jedná se o přechodovou oblast, kde v oblasti netěsností, vlivem velkého nárůstu rychlosti, dochází k proudění turbulentnímu (Re = 6 480) a již cca 20 cm od netěsností dochází k téměř laminárnímu proudění, díky rapidnímu poklesu rychlosti na cca 0,5 m/s. V rámci dosažení co nejlepší shody numerické simulace s experimentálním měřením bylo využito šesti matematických modelů ( Laminární ; k-ε ; k-ω ). V modelu k-ε byly vyzkoušeny varianty (k-ε Standard; k-ε RNG a k-ε Realizable). U modelu k-ω byly vyzkoušeny varianty (k-ω Standard a k-ω SST) [2, 5]. Obr. 7 Rozložení místních koncentrací u zdroje úniku v čase 1 a 10 s 4 Odlišnosti numerické simulace a reálného úniku Ve skutečných případech se do volného prostoru šíří zemní plyn [4]. Proto je zapotřebí ve výpočtu definovat, že se jedná o směs zemního plynu se vzduchem. V databázi programu Fluent je uvedena pouze směs vzduchu a metanu. Další složky zemního plynu je možné doplnit. Tímto postupem by ovšem došlo k výraznému zpomalení výpočtu z důvodu vyššího počtu řešených rovnic, poněvadž při výpočtu by musely být navíc zahrnuty další složky směsi. Použitý Tranzitní zemní plyn obsahuje 98,39 % metanu a při porovnání hustot metanu z databáze programu (ρ 27 C = 0,668 [kg/m 3 ]) a Tranzitního zemního plynu z literatury [3] (ρ 20 C = 0,680 [kg/m 3 ]; ρ 30 C = 0,658 [kg/m 3 ]) je zřejmá shoda. Díky těmto faktům je možné považovat toto zjednodušení za přijatelné. 5 Šíření metanu v uzavřeném prostoru Pro vyhodnocování šíření metanu a utváření matanovzdušné směsi v prostoru je brána v úvahu pouze CFD simulace, kde byl použit matematický model k-ε Stantard. Obecně je z výsledků patrné šíření metanu směrem ke stropu modelu. Díky umístění zdroje úniku v těsné blízkosti u stěny fyzikálního modelu, dochází k vytváření metanovzdušné směsi nejdříve u stropu přímo nad zdrojem úniku. Větší z otvoru, ze kterých dochází k úniku plynu, je nasměrován směrem ke dveřnímu otvoru. Šíření metanu je zobrazeno (obr. 7 a obr. 8) na třech vytvořených plochách (řezech celým výpočetním modelem). Obr. 8 Rozložení místních koncentrací v suterenní části prostoru v čase 20 a 60 s 331

93 Po zaplnění prostoru pod stropní částí modelu suterénu a dosažení horní hrany dveřního otvoru, docházelo k šíření (přelévání) uniklého plynu do dalších prostor objektu. Z obr. 8 je patrná, přítomnost plynné směsi také ve spodní části schodišťového prostoru (v čase 20 s). Dva předchozí obrázky zobrazují rozložení koncentrace metanovzdušné směsi uvnitř zkoumaného prostoru. Na obr. 9 a 10 jsou zobrazeny kontury koncentrací vytvořených na stěnách zkoumaného prostoru v rozsahu 0,5 až 2,5 obj. % (nebezpečné koncentrace). Po zaplnění horní poloviny suterénu, docházelo i k pozvolnému zaplňování části schodišťového prostoru. Ve 120 sekundě lze vidět zaplnění velké části suterénu. V této době již došlo k vyrovnání 1 % koncentrace a k vytvoření stratifikované hladiny. Obr. 11 Hladiny výbušných (5 a 15 obj. %) koncentrací v čase 219 s Obr. 9 Místní koncentrace u stěn zkoumaného prostoru v době 60 a 120 s Obr. 12 Výbušná koncentrace v čase 219 s V okamžiku ukončení výpočtu (219 s) vznikla výbušná koncentrace v téměř vodorovném cca 16 cm širokém páse uprostřed suterénu a v prvních dvou podlažích schodišťového prostoru. Obr. 10 Místní koncentrace u stěn zkoumaného prostoru v době 180 a 219 s V průběhu zaplňování schodišťového prostoru docházelo k šíření plynu do horních podlaží v prostorech spodních ploch schodišťových ramen a částečně i v zrcadlovém prostoru schodiště. K dosažení nebezpečné koncentrace v nejvyšším místě modelu došlo přibližně v čase 219 s od začátku úniku plynu z poškozeného kohoutu. 6 Vytváření výbušných koncentrací při úniku plynu Značným problémem při experimentu je bezpečnosti osob. V době ukončení výpočtu (vytvoření 2,5 % obj. koncentrace v bodě č. 5), se naskytla otázka, zdali se již v experimentální sestavě vytvořila výbušná koncentrace metanu a vzniklo by tak nebezpečí pro osoby nacházející se v blízkosti sestavy. Z těchto důvodů byla sledována také tvorba místních výbušných koncentrací. Zemní plyn je výbušný, dosáhne-li koncentrace přibližně 5 až 15 objemových procent. V programu Fluent byly vytvořeny dvě prostorové hladiny (obr. 11) zobrazující koncentraci dolní meze výbušnosti (5 obj. %) a horní meze výbušnosti (15 obj. %). Na obr. 12 je vytvořená výbušná koncentrace znázorněná v rovinách protínajících schodišťový prostor a suterén. 7 Závěr Byl zkoumán způsob šíření plynu unikajícího z předem známé netěsnosti do okolního prostoru. V deseti bodech byly měřeny rychlosti změny objemových koncentrací zemního plynu (z 0,5 %, na 1 % a na 2,5 % obj. koncentraci [6]), což poskytlo pouze hrubý o chování unikajícího plynu. Numerickou simulací, vyladěnou tak, aby se shodovala s výsledky experimentu, bylo možné určit přesněji směry a rychlosti šíření zemního plynu ve členitém trojrozměrném prostoru a stanovit hranice vytvořené místní nebezpečné a výbušné koncentrace. Obdobným postupem je možné určit šíření plynu a vytváření nebezpečných a výbušných koncentrací přímo v reálných případech. Při haváriích spojených s únikem plynu ve výrobních provozech, domácnostech a dalších. Z takto zjištěných výbušných koncentrací je možné například odhadnout nejpravděpodobnější místa, kde by mohlo dojít k iniciaci výbušné koncentrace a zároveň i odhadnout energii exploze. Použitá literatura [1] Ansys, Inc. ANSYS FLUENT Theory Guide. (2010) [2] Bojko, M.: 3D Proudění - ANSYS Fluent: učební text. 1. vyd. Ostrava: Ediční středisko VŠB - TUO. (2012) [3] Fík, J.: Zemní plyn: tabulky, diagramy, rovnice, výpočty. Praha: Agentura ČSTZ, s.r.o., 355. (2006) [4] Koza, V.; Čapla, L.: Stanovení množství uniklého plynu z poškozených plynovodů. Plyn: odborný měsíčník pro plynárenství. ročník XC, 2, (2010) [5] Kozubková, M.: Modelování proudění tekutin, FLUENT, CFX. 1. vyd. Ostrava: Ediční středisko VŠB - TUO. (2008) [6] Technické podmínky a návod k použití detektorů GC20N a GI30K, 8. (2002) 332

94 Metodyka kształcenia studentów w specjalności Zarządzanie kryzysowe Methodology of Education of Students in the Specialization of Crisis Management dr Andrzej Urbanek dr inż. Krzysztof Rogowski Akademia Pomorska w Słupsku ul. Arciszewskiego 22a, Słupsk, Polska aurbanek2@wp.pl, hiparion_1@wp.pl Streszczenie Reforma szkolnictwa wyższego w Polsce nakłada na uczelnie wyższe obowiązek dostosowanie programów kształcenia do wymogów rynku pracy i poszukiwania optymalnych sposobów ich realizacji. W artykule, jego autorzy zaprezentowali metodyczne podstawy kształcenia studentów w specjalności zarzadzanie kryzysowe w Instytucie Bezpieczeństwa Narodowego Akademii Pomorskiej w Słupsku, dostosowane do wymogów Krajowych Ram Kwalifikacji i wytycznych Unii Europejskiej. Słowa kluczowe Bezpieczeństwo; zarządzanie kryzysowe; metodyka kształcenia; edukacja dla bezpieczeństwa. Abstract Reform of higher education in Poland imposes a duty on universities to adapt programs of education to the labor market and look for optimal ways of their realization. In the article, the authors present methodological basis for the education of students in the specialization of "crisis management" at the Institute for National Security of the Pomeranian University in Slupsk, adapted to the requirements of the National Qualifications Framework and the guidelines of the European Union. Keywords Security, crisis management; methods of education; education for security. Wstęp Kształcenie studentów w dobie przemian współczesnego rynku pracy i wymagań, które stawia się przed absolwentami studiów wyższych staje się złożonym procesem, w którym w umiejętny sposób powinno łączyć się naukę z praktyką. Z jednej strony powinniśmy bowiem dbać o wielowiekowe tradycje uniwersytetów, które rozwijały naukę i kształtowały naukowy pogląd na świat wśród studentów, ale z drugiej powinniśmy odpowiadać na potrzeby przyszłych pracodawców, w których interesie jest zatrudnianie absolwentów, gotowych do podjęcia wyzwań i realizacji zadań zawodowych w instytucjach, w których mogą znaleźć zatrudnienie. Z tej perspektywy uczelnie wyższe stają przed poważnym wyzwaniem opracowania metodyk i modeli kształcenia, które pozwolą na spełnienie tych postulatów i znalezienie sposobów skutecznej i efektywnej pracy ze studentami. Kadra naukowo-dydaktyczna Instytutu Bezpieczeństwa Narodowego Akademii Pomorskiej w Słupsku, po sześcioletnim okresie doświadczeń związanych z kształceniem studentów na kierunku bezpieczeństwo narodowe w specjalności zarządzanie kryzysowe podjęła się trudu wypracowania założeń metodyki, która w oparciu o europejskie standardy i dorobek współczesnej dydaktyki ma pozwolić na optymalizację realizacji przyjętych założeń programowych i wypracowanie docelowego modelu kształcenia. Na wstępie rozważań dotyczących przyjętych rozwiązań organizacyjno-dydaktycznych warto przyjrzeć się bliżej pojęciu metodyka kształcenia. W ujęciu słownikowymi terminowi metodyka nadaje się dwa znaczenia: 1) zbiór zasad dotyczących sposobów wykonywania jakiejś pracy; 2) dział pedagogiki omawiający cele i sposoby nauczania jakiegoś przedmiotu 1. Podobne znaczenie możemy odnaleźć w Słowniku wyrazów obcych i obcojęzycznych, w którym metodyka oznacza zbiór zasad, sposobów wykonywania określonej pracy a osiągnięcia określonego celu; szczegółowe normy postępowania właściwe danej nauce; (m. nauczania) dydaktyka szczegółowa 2. Zatem metodyka to ustandaryzowane dla wybranego obszaru podejście do rozwiązywania problemów i osiągania celów. Metodyka nie nawiązuje bezpośrednio do merytorycznego kontekstu danego obszaru, a skupia się głównie na metodach realizacji zadań i sposobach osiągania celów. W przypadku procesu kształcenia interesuje się metodami nauczania-uczenia się oraz sposobami osiągania celów i efektów kształcenia zawartych w programach. W takim ujęciu metodyka stanowi swoistą, dydaktyczną obudowę przyjętego modelu kształcenia, który powinien uwzględniać wszystkie istotne ogniwa procesu dydaktycznego, począwszy od jego projektowania, poprzez realizację zadań dydaktycznych do korekty przyjętych rozwiązań. Powyższe ustalenia natury ogólnej, oddające istotę i sens tworzenia metodyki stały się implikacją do opracowania modelu kształcenia studentów na kierunku bezpieczeństwo narodowe (zob. ryc. 1). Model oraz obowiązujące w nim procedury oparto w aspekcie praktycznym o wytyczne dotyczące wprowadzenia w placówkach szkolnictwa wyższego w Polsce Krajowych Ram Kwalifikacji, a w aspekcie teoretycznym o: ideę kształcenia modułowego; koncepcję projektowania dydaktycznego; dorobek współczesnej dydaktyki w zakresie strategii, form, metod i zasad kształcenia. 1 Multimedialny słownik języka polskiego PWN, metodyka; html, dostęp: Słownik wyrazów obcych i obcojęzycznych Władysława Kopalińskiego, dostęp:

95 Rycina 1 Ogólne założenia modelu kształcenia studentów na kierunku bezpieczeństwo narodowe Źródło: opracowanie własne. W modelu uwzględniono trzynaście procedur i działań, które w intencji autorów mają pozwolić na profesjonalną konstrukcję programu kształcenia, jego przygotowanie, realizację i ewaluację, której wyniki mogą posłużyć do korekty przyjętych założeń, a tym samym czynią proces kształcenia otwartym i elastycznym na wszelkie sugestie i działania, które prowadzą do jego optymalizacji. Warto zatem przyjrzeć się bliżej tym zagadnieniom, które zadecydowały o jego ostatecznym kształcicie. Cele i efekty kształcenia Punktem wyjścia do wypracowania podstawowych założeń modelu i metodyki kształcenia studentów w specjalności zarządzanie kryzysowe stały się efekty dla kierunku kształcenia, na podstawie których określone zostały efekty szczegółowe dla poszczególnych modułów i jednostek modułowych (przedmiotów kształcenia). Wprowadzona w 2012 roku w Polsce reforma szkolnictwa wyższego wymusza na uczelniach dostosowanie efektów kształcenia studentów do wymogów Krajowych Ram Kwalifikacji. Krajowe Ramy Kwalifikacji (KRK) dla Szkolnictwa Wyższego to opis, przez określenie efektów kształcenia, kwalifikacji zdobywanych w polskim systemie szkolnictwa wyższego 3. Rozwiązania polskie zostały odniesione do ram europejskich celem stworzenia podstawy do porównywalności kwalifikacji (dyplomów) uzyskiwanych w polskich uczelniach z kwalifikacjami uzyskiwanymi w uczelniach działających w innych krajach europejskich. Pojęciem kluczowym w systemie KRK jest pojęcie kwalifi kacja. Zgodnie z treścią zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z dnia 23 kwietnia 2008 r. dotyczącego ustanowienia 3 Ustawa z dnia 27 lipca 2005r. - Prawo o szkolnictwie wyższym (Dz.U. z 2005r., Nr 164, poz ze zmianami). Europejskich Ram Kwalifikacji (ERK) dla uczenia się przez całe życie 4, kwalifikacja oznacza formalny wynik procesu oceny i walidacji uzyskany w sytuacji, w której właściwy organ zgodnie z ustaloną procedurą stwierdził, że dana osoba osiągnęła efekty uczenia się zgodne z określonymi standardami. Uzyskanie danej kwalifikacji poświadcza osiągnięcie określonych efektów kształcenia, których pojęcie również wymaga wyjaśnienia. Istnieje wiele mniej lub bardziej formalnych definicji pojęcia efekty kształcenia lub efekty uczenia się (learning outcomes). Ich istota sprowadza się do stwierdzenia, że efekty kształcenia określają, co uczący się powinien wiedzieć, rozumieć i być zdolny zrobić po zakończeniu pewnego okresu (procesu) kształcenia 5. W polskiej dydaktyce efekty kształcenia odpowiadają koncepcji operacyjnych celów kształcenia, a przynajmniej w takiej postaci są formułowane. W Europejskich Ramach Kwalifikacji (ERK) dla uczenia się przez całe życie, będących przedmiotem Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z 23 kwietnia 2008 r. efekty uczenia się zdefiniowane są w trzech kategoriach 6 : wiedzy, która w kontekście ERK może być teoretyczna lub faktograficzna i która oznacza efekt przyswajania informacji przez uczenie się; jest ona zbiorem opisu faktów, zasad, teorii i praktyk powiązanych z określoną dziedziną pracy lub nauki; umiejętności, które w kontekście ERK mogą być umysłowe/ kognitywne (myślenie logiczne, intuicyjne i kreatywne) oraz praktyczne (związane ze sprawnością manualną i korzystaniem z metod, materiałów, narzędzi i instrumentów); oznaczają one zdolność do stosowania wiedzy i korzystania z know-how w celu wykonywania zadań i rozwiązywania problemów; kompetencji personalnych i społecznych, które w kontekście ERK określa się w kategoriach odpowiedzialności i autonomii; oznaczają one potwierdzoną zdolność stosowania wiedzy, umiejętności oraz kompetencji personalnych, społecznych lub metodologicznych okazywaną w pracy lub w nauce oraz w karierze zawodowej i rozwoju osobowym. Odnosząc się do powyższych ustaleń przyjęto w Polsce, że efekty kształcenia powinny odnosić się do trzech obszarów: wiedzy, umiejętności i kompetencji społecznych. Jako że nauki o bezpieczeństwie jako dyscyplina naukowa mieszczą się w dziedzinie nauk społecznych, podstawę do określenia efektów kształcenia dla kierunku bezpieczeństwo narodowe stanowią wzorcowe efekty kształcenia określone dla dziedziny nauk społecznych. Sposób opracowania efektów kształcenia z procedurą ich operacjonalizacji (uszczegółowienia) przedstawia rycina 2. Efekty dla kierunku, które przedstawiono w załączniku nr 1, stanowiły podstawę do wytyczenia ogólnych i pośrednich celów kształcenia zawartych w programie, a także opisu sylwetki absolwenta. Efekty dla poszczególnych modułów i jednostek modułowych stanowiły z kolei podstawę do sformułowania celów szczegółowych, które ujmuje się w kartach opisu modułów (przykładową kartę przedstawiono w załączniku nr 2). 4 The European Qualifi cation Framework for LLL - Recommendation of the European Parliament and of the Council of April 23, Autonomia programowa uczelni. Ramy kwalifi kacji dla szkolnictwa wyższego, MNiSW, Warszawa 2010, s Od Europejskich do Polskich Ram Kwalifi kacji - Model Polskich Ram Kwalifikacji, MEN, Warszawa

96 Rycina 2 Sposób stanowienia efektów kształcenia dla programu. Źródło: opracowanie własne. Uwzględniając, opracowane dla kierunku efekty kształcenia przyjęto na etapie prac konstrukcyjnych nad programem 7, że głównym celem kształcenia na studiach pierwszego stopnia na kierunku bezpieczeństwo narodowe jest przygotowanie absolwentów do pracy w instytucjach realizujących zadania w różnych dziedzinach bezpieczeństwa narodowego i instytucjach wrażliwych na zagrożenia, funkcjonujących głównie na poziomie społeczności lokalnych. W dokumentacji programowej przyjęto również, że osiągnięcie powyższego, głównego celu kształcenia możliwe będzie dzięki realizacji poniższych celów pośrednich: 1. Wyposażenia studentów w wiedzę w zakresie: interdyscyplinarnych podstaw nauk o bezpieczeństwie ze szczególnym uwzględnieniem nauk społecznych i humanistycznych, prowadzenia badań ilościowych i jakościowych zgodnie z metodologią przyjętą w naukach społecznych, a głównie naukach o bezpieczeństwie, funkcjonowania systemu bezpieczeństwa narodowego, jego instytucjonalnych i prawnych uwarunkowań z uwzględnieniem działalności instytucji zarówno rządowych jak i pozarządowych, zagrożeń bezpieczeństwa w jego wymiarze personalnym, narodowym i międzynarodowym, społecznych inicjatyw i działalności różnych instytucji na rzecz bezpieczeństwa w środowisku lokalnym, szczegółowych zagadnień dotyczących: zarządzania bezpieczeństwem podmiotów gospodarczych, edukacji dla bezpieczeństwa, pomocy humanitarnej oraz bezpieczeństwa informacyjnego. 2. Doskonalenia umiejętności studentów w zakresie: naukowej analizy zjawisk i interpretacji faktów oraz wyników badań związanych z bezpieczeństwem w jego wymiarze personalnym, narodowym i międzynarodowym, praktycznego wykorzystania wiedzy nabywanej w trakcie studiów, analizy i oceny wszelkich zjawisk noszących znamiona wyzwań i zagrożeń dla bezpieczeństwa w jego wymiarze personalnym, narodowym i międzynarodowym, posługiwania się normami prawa międzynarodowego i krajowego do rozstrzygania dylematów związanych z bezpieczeństwem narodowym, przygotowania w języku polskim, z zachowaniem reguł naukowych, prac pisemnych i wystąpień ustnych obejmujących problematykę szeroko rozumianego bezpieczeństwa, a w tym prac magisterskich, a także umiejętności szczegółowych obejmujących 7 Program kształcenia na kierunku bezpieczeństwo narodowe, studia pierwszego stopnia, Słupsk zagadnienia: zarządzania bezpieczeństwem podmiotów gospodarczych, edukacji dla bezpieczeństwa, pomocy humanitarnej oraz bezpieczeństwa informacyjnego. 3. Rozwijania ich ogólnych kompetencji komunikacyjnych z uwzględnieniem umiejętności posługiwania się wybranym językiem obcym. 4. Rozwijania ich kompetencji społecznych w zakresie: umiejętności permanentnej samoedukacji, a także organizowania procesu uczenia się innych ludzi z wykorzystaniem różnych źródeł i narzędzi, w tym technologii ICT, współpracy w zespołach specjalistów i zespołach zadaniowych tworzonych na potrzeby rozwiązywania problemów związanych z różnymi aspektami bezpieczeństwa, uczestniczenia w przygotowaniu różnych programów społecznych na rzecz bezpieczeństwa lokalnego, myślenia i działania w sposób przedsiębiorczy i innowacyjny. Jak przyjęto w programie, absolwentów studiów pierwszego stopnia, kierunku bezpieczeństwo narodowe powinna charakteryzować: 1. Znajomość na podstawowym poziomie teoretycznych podstaw bezpieczeństwa narodowego w powiązaniu z innymi naukami społecznymi związanymi merytorycznie z bezpieczeństwem w jego wymiarze personalnym, narodowym i międzynarodowym. 2. Znajomość prawnych uwarunkowań i procedur wszelkich działań podejmowanych w zakresie bezpieczeństwa personalnego, narodowego i wybranych aspektów bezpieczeństwa międzynarodowego przez administrację bezpieczeństwa oraz instytucje pozarządowe, w tym szczegółowa znajomość przepisów i procedur związanych ze specjalnością, w jakiej ukończył kształcenie. 3. Znajomość zasad funkcjonowania systemów bezpieczeństwa i instytucji partycypujących w realizacji zadań związanych z bezpieczeństwem personalnym, narodowym i międzynarodowym. 4. Umiejętność wykorzystania wiedzy teoretycznej do realizacji zadań związanych z bezpieczeństwem wykonywanych w instytucjach, w jakich może być zatrudniony po ukończeniu studiów. 5. Umiejętność analizy i oceny wszelkich zjawisk noszących znamiona wyzwań i zagrożeń dla bezpieczeństwa personalnego, narodowego i międzynarodowego, w tym ich naukowa interpretacja. 6. Umiejętność przygotowania w języku polskim, z zachowaniem reguł naukowych, prac pisemnych i wystąpień ustnych obejmujących problematykę szeroko rozumianego bezpieczeństwa, a w tym prac licencjackich. 7. Umiejętność pracy w zespołach zadaniowych rozwiązujących problemy dotyczące bezpieczeństwa w jego wymiarze personalnym, narodowym i międzynarodowym. 8. Kompetencje w zakresie samodzielnego zdobywania i poszerzania wiedzy zawodowej, pracy zespołowej, myślenia przedsiębiorczego i innowacyjnego, partycypowania w opracowaniu programów społecznych na rzecz bezpieczeństwa społeczności lokalnych, określania priorytetów w sytuacjach zagrożenia, a ponadto postawy prospołeczne: asertywności i empatii oraz rozumienie istoty zagrożeń i ich skutków dla człowieka i środowiska. Ponadto absolwentów powinny charakteryzować wiedza i umiejętności specyficzne wynikające z wyboru kształcenia w specjalnościach znajdujących się w ofercie studiów. W przypadku studentów specjalności zarządzanie kryzysowe obejmują one: znajomość: zasad i procedur, prawnych podstaw i metodyki działania struktur systemu zarządzania kryzysowego 335

97 w sytuacjach kryzysowych, ze szczególnym uwzględnieniem klęsk żywiołowych i awarii technicznych; umiejętności wykonywania podstawowych czynności w zakresie planowania, organizacji i realizacji zadań związanych z zarządzaniem kryzysowym z wykorzystaniem teleinformatycznych systemów zarządzania kryzysowego. Teoretyczne podstawy przyjętego modelu kształcenia Teoretycznymi konstruktami, w oparciu o które opracowano model kształcenia są idea kształcenia modułowego oraz koncepcja projektowania dydaktycznego, którym warto przyjrzeć się nieco bliżej. Kształcenie modułowe jest niewątpliwie obok tradycyjnego, alternatywnym rodzajem kształcenia zawodowego, traktowanym również jako forma kształcenia integrująca koncepcje nauczania poglądowego, programowanego, indywidualnego, problemowego, strukturalnego, algorytmicznego, wielostronnego i multimedialnego. Kształcenie modułowe nawiązuje również do koncepcji kompetencji zawodowych co oznacza w praktyce, że uczeń zdobywający kwalifikacje zobligowany jest do zademonstrowania umiejętności wykonania pracy zgodnie ze standardami (normami) wymaganymi na danym stanowisku pracy 8. Kształcenie modułowe opiera się na podstawach teoretycznych i praktycznych. Podstawę jego realizacji stanowią specjalnie opracowane modułowe programy nauczania wraz z ich obudową dydaktyczną. Programy charakteryzuje elastyczność oraz wielostronność, jeżeli chodzi o drogi dojścia do wymaganych kwalifikacji zawodowych na danym stanowisku pracy 9. Uczeń w systemie kształcenia modułowego staje się aktywnym podmiotem edukacji, ma możliwość rozpoczęcia i zakończenia kolejnego etapu nauki zgodnie z jego decyzją, w zależności od jego potrzeb i możliwości, przez co proces uczenia się staje się nadrzędnym wobec nauczania. Kształcenie odbywa się na zasadzie stopniowego gromadzenia zbiorów wiadomości i umiejętności oraz ich transferu 10. Kluczowym w systemie kształcenia modułowego stają się programy kształcenia. Modułowy program kształcenia jest to układ odpowiednio dobranych modułów, ukierunkowanych na osiągnięcie przez studentów określonych celów wraz z pełnym oprzyrządowaniem dydaktycznym, na które składają się pakiety edukacyjne oraz zestawy testów kontrolnych (por. ryc. 3). 8 K. Symela, Przemiany w strukturze programów kształcenia zawodowego, [w:] Baraniak B. (red): Dobór treści kształcenia zawodowego, Tom I, Warszawa-Radom 1997, s Szerzej na temat istoty kształcenia modułowego: A. Urbanek, Edukacja dla bezpieczeństwa. Zarys metodyki szkolenia wojskowego, Słupsk 2013; A. Urbanek, Kształcenie modułowe w systemie akademickiej edukacji dla bezpieczeństwa - szanse i wyzwania, [w:] Kwiatkowski A., Urbanek A. (red.), Edukacja dla bezpieczeństwa - wybrane zagadnienia, Słupsk 2013; A. Urbanek, Modulové vyučovanie v systéme akademického vzdelávania v bezpečnosti - príležitosti a výzvy, [w:] Nové trendy vo vyučovaní spoločenskovedných predmetov v školách zameraných na bezpečnosť, Zborník vedeckých a odborných prác z medzinárodnej vedeckej konferencie, wyd. Akadémia Ozbrojených Síl gen. M. R. Štefánika, Liptovský Mikuláš U. Jeruszka, Ewolucja programów przedmiotów zawodowych, Warszawa 1998, s Rycina 3 Ogólna struktura modułowego programu kształcenia. Źródło: opracowanie własne na podstawie K. Symela, Przemiany w strukturze programów kształcenia zawodowego, [w:] Baraniak B. (red): Dobór treści kształcenia zawodowego, Tom I, Warszawa- Radom Zasadnicze różnice pomiędzy programem modułowym a tradycyjnym (przedmiotowym) polegają na tym, że ten pierwszy ukierunkowany jest przede wszystkim na wynik uczenia się, a nie na sam proces kształcenia, jak ma to miejsce w kształceniu modułowym. Moduły pozwalają ponadto na większą elastyczność w zakresie doboru treści kształcenia i dostosowania ich do faktycznych wymogów związanych z wykonywaniem perspektywicznego zawodu. Programy modułowe pozwalać powinny ponadto: na przygotowanie studentów do pracy zawodowej poprzez wykonywanie podczas nauki czynności specjalistycznych (zawodowych) podobnych do wykonywanych na typowych stanowiskach pracy, na integrację treści oraz na wiązanie wiadomości i umiejętności z przedmiotem nauczania będącym odzwierciedleniem określonej dyscypliny nauki, na pełną korelację treści kształcenia (co nie zawsze jest możliwe w układzie przedmiotowym), na ułatwienie doskonalenia zawodowego zarówno w formach stacjonarnych jak i niestacjonarnych (studia podyplomowe, kursy, samokształcenie, e-learning). Modułowy program kształcenia, podobnie jak zresztą program w ujęciu przedmiotowym, ma spełnić cztery zasadnicze funkcje 11 : 1) dydaktyczną - musi umożliwiać studentom zdobywanie nowych wiadomości i kształtowanie umiejętności oraz nawyków, które to składniki wiedzy będą wykorzystywane przez nich w różnych sytuacjach (przede wszystkim związanych z wykonywaniem zadań zawodowych), 2) wychowawczą - musi umożliwiać kształtowanie pożądanych postaw (kompetencji społecznych) związanych ze zdobywaniem wiedzy, ale w konsekwencji i postaw umożliwiających właściwą realizację zadań zawodowych, 3) metodyczną - musi ułatwiać nauczycielowi skuteczne kierowanie procesem uczenia się studenta, a temu drugiemu efektywne zdobywanie wiedzy w trakcie realizacji procesu dydaktycznego, 4) ogólnozawodową - musi ukazywać związki i zależności pomiędzy poszczególnymi modułami i uzyskiwanymi poprzez nie kwalifikacjami zawodowymi z czynnościami wykonywanymi docelowo na określonych stanowiskach pracy. W kształceniu modułowym, oprócz programów kształcenia o modułowym układzie treści, istotnego znaczenia nabierają 11 Por.: A. Urbanek, Kształcenie modułowe w systemie akademickiej edukacji dla bezpieczeństwa - szanse i wyzwania, wyd. cyt. 336

98 materiały wspomagające realizację zakładanych celów. Wśród nich na szczególną uwagę zasługują pakiety edukacyjne. W polskiej dydaktyce pojęcie to nie jest jednolicie rozumiane. K. Symela pod pojęciem tym rozumie ( ) zbiór materiałów dydaktycznych dla jednostki modułowej (lub jednostek modułowych) do nauczania zindywidualizowanego zawierający: materiał nauczania, instrukcje, oprogramowanie środków dydaktycznych, narzędzia kontroli umiejętności wejściowych oraz postępów uczących się 12. W. Skrzydlewski pojęcie to nieco rozszerza uważając, że pakiet edukacyjny (określany również jako pakiet dydaktyczny i multimedialny) to zestaw celowo dobranych komunikatów ikoniczno-symbolicznych, dostarczanych różnymi kanałami zmysłowymi (sensorycznymi), tworzący pewien kompleks źródeł wiedzy, zgodny z założeniami dydaktyczno-metodycznymi. Najważniejszymi składnikami pakietów edukacyjnych są jego zdaniem materiały drukowane i graficzne (na podłożu papierowym) oraz materiały multimedialne: wzrokowe, słuchowe i wzrokowosłuchowe 13. Dla potrzeb opracowanego modelu kształcenia przyjęto, odwołując się do powyższych definicji, że pakiet edukacyjny stanowić będzie zbiór materiałów dydaktycznych, powiązanych ściśle z modułowym programem nauczania, przeznaczonych do właściwej realizacji celów modułu lub jednostki modułowej. Pakiet ma przez mieć charakter kompleksowy i powinien obejmować materiały przeznaczone dla wszystkich uczestników procesu kształcenia, czyli nauczycieli i uczniów. Na pakiet edukacyjny składać się powinny materiał dydaktyczny (materiał, podłoże materialne, czyli nośnik komunikatu), środek przekazu oraz obudowa metodyczna, będąca instrukcją do jego wykorzystania (por. ryc. 4). Tak skonstruowany pakiet może być wykorzystywany również w kształceniu e-learningowym. Rycina 4 Struktura pakietu dydaktycznego. Źródło: opracowanie własne na podstawie Z. Kramek, Pakiety edukacyjne w kształceniu zawodowym, Radom Pakiet ukierunkowany jest na proces uczenia się uczniów zarówno podczas realizacji zajęć programowych jak i pracy samodzielnej (w tym również i samokształceniowej). Zatem materiały dla nauczycieli mają pomóc im przygotować i zorganizować proces kształcenia tak, aby uczeń mógł efektywnie nabywać nową dla niego wiedzę i zmieniać strukturę wiedzy posiadanej, zgodnie z celami operacyjnymi zawartymi w programie modułowym, w poszczególnych modułach i jednostkach modułowych. Wśród materiałów dydaktycznych wykorzystanych do tworzenia pakietów edukacyjnych wyróżnić można: materiały drukowane, zestawy ćwiczeniowe, nośniki treści audiowizualnych, nośniki treści informatycznych lub inne multimedia. 12 K. Symela, Kształcenie modułowe - projektowanie i wdrażanie w szkołach zawodowych, [w:] Kształcenie zawodowe w warunkach gospodarki rynkowej, pod red. S.M. Kwiatkowskiego, Warszawa 1994, s Szerzej: W. Skrzydlewski, Technologia kształcenia. Przetwarzanie informacji. Komunikowanie, Poznań Zestawy ćwiczeniowe mają z kolei umożliwić wizualizację treści nauczania oraz kształtowanie umiejętności praktycznych poprzez łączenie teorii z praktyką. Nośniki treści w wersji elektronicznej służą przede wszystkim do prezentacji zjawisk niedostępnych. Są nie tylko atrakcyjne, ale pozwalają również na wielokrotne powtarzanie różnych sekwencji i ich szczegółową obserwację i analizę. Stosowane są często jako instrukcje do materiałów drukowanych lub źródło treści o charakterze dźwięków i obrazów (różne sygnały dźwiękowe i materiały audiowizualne). Ze względu na kompleksowy charakter, pakiety edukacyjne mogą pełnić szereg funkcji 14 : wprowadzającą - mogą przygotować studentów do aktywnego zdobywania wiedzy w obrębie określonej jednostki modułowej bądź metodycznej, mogą wzbudzić u nich zainteresowanie, zaciekawienie bądź pozytywny stosunek do opanowanej przez nich treści, źródłową - mogą bowiem przenosić i przekazywać podstawowe informacje, będące przedmiotem kształcenia, weryfikującą - mogą dostarczać materiału do sprawdzenia trafności wysnuwanych przez studentów hipotez i wniosków (głównie podczas zajęć problemowych), zastosowawczą (praktyczną) - mogą ukazywać studentom w sposób poglądowy cały obszar praktycznych zastosowań teorii i twierdzeń naukowych, mogą też ułatwić przekształcenie nabywanej przez nich wiedzy teoretycznej w wiedzę operatywną, utrwalającą - mogą ułatwić syntezę i utrwalenie wiedzy oraz jej strukturyzację, ćwiczeniową - mogą umożliwić studentom opanowanie określonych umiejętności i nawyków praktycznego działania, kontrolną - mogą być stosowane jako narzędzie kontroli wstępnej, bieżącej, okresowej i końcowej, metodyczną - mogą dostarczyć nauczycielom i studentom wskazówek, jak za pomocą różnych źródeł wiedzy opanować nowe treści. Konstruktem teoretycznym, który posłużył również do opracowania modelu stała się koncepcja projektowania dydaktycznego. Projektowanie dydaktyczne to koncepcja dostarczająca modeli efektywnego przygotowania procesu dydaktycznego uwzględniająca konieczność jego ewaluacji i wykorzystania jej wyników do doskonalenia przyjętych rozwiązań. Założenia te mogą być wykorzystane zarówno do konstrukcji pojedynczych lekcji czy większych jednostek metodycznych, jak i do konstrukcji programów kształcenia, stąd też zwrócono uwagę na powyższą koncepcję opracowując założenia do konstrukcji modelu. Projektowanie dydaktyczne należy traktować jako zespół czynności (procedur, algorytmów) planistycznych, mających na celu stworzenie programu skutecznego nauczania. Projektowanie dydaktyczne oparte jest na kilku istotnych założeniach 15 : 1) Projektowanie dydaktyczne jest ukierunkowane na wspomaganie procesu uczenia się. Uczący się tworzą z reguły określone grupy, ale uczenie się zachodzi zawsze we wnętrzu pojedynczego uczestnika zajęć dydaktycznych. 2) Projektowanie może być doraźne i długofalowe. Projektowanie doraźne obejmuje to, co czyni nauczyciel przygotowując plan pojedynczej lekcji na ileś godzin przed przystąpieniem do niej. Projektowanie długofalowe dotyczy z kolei planowania i opracowania projektu ciągu lekcji i tematów składających się na daną sekwencję dydaktyczną. 3) Projektowanie dydaktyczne powinno być prowadzone środkami właściwymi podejściu systemowemu tzn., że każdy 14 Zob.: Z. Kramek, Pakiety edukacyjne w kształceniu zawodowym, wyd. cyt., s Por. R.M. Gagne, L.J. Briggs, W.W. Wager, Zasady projektowania dydaktycznego, Warszawa 1992, s

99 kolejny krok prowadzi do decyzji, która staje się wejściem do następnej fazy, co z kolei sprawia, że cały proces opiera się na solidnym fundamencie. 4) Systematycznie projektowane nauczanie może w dużym stopniu wpłynąć na rozwój jednostki i to zarówno w obszarze jej dyspozycji kierunkowych jak i instrumentalnych. 5) Projektowanie dydaktyczne musi opierać się na wiedzy o tym, jak ludzie się uczą. W projektowaniu należy brać pod uwagę warunki uczenia się, które należy stworzyć po to, aby osiągnąć zakładane efekty. Aby stworzyć określony projekt działu tematycznego bądź lekcji można korzystać z wielu modeli. W każdym jednak modelu występują cztery zasadnicze elementy: cele wykonawcze; materiały nauczania - uczenia się; narzędzia kontroli; proces ewaluacji. Rycina 5 Model projektowania kształcenia dydaktycznego. Źródło: opracowanie własne na podstawie R.M. Gagne, L.J. Briggs, W.W. Wager, Zasady projektowania dydaktycznego, Warszawa W projektowaniu procesu kształcenia na potrzeby edukacji na poziomie studiów wyższych można przyjąć schemat projektowania (rycina 5), składający się z następujących ogniw (etapów): 1) Określenia celu dydaktycznego (celu zadania dydaktycznego); 2) Analizy dydaktycznej zadania; 3) Określenia zachowań wejściowych uczestników zajęć; 4) Określenia celów operacyjnych dla jednostki dydaktycznej; 5) Opracowania zadań testu sprawdzającego; 6) Wyboru odpowiedniej strategii nauczania; 7) Opracowania materiałów dydaktycznych; 8) Kontroli zbierającej (diagnozy i korekty projektu). Etap I. Określenie celu dydaktycznego. Cel dydaktyczny to określony stan rzeczy, jaki zamierzamy osiągnąć w wyniku podejmowanej działalności dydaktycznej. Konstruktor projektu musi z celów ogólnych wyszczególnić cele szczegółowe, odpowiadające jednostce dydaktycznej, którą będzie projektował. Dla tej jednostki cel ten będzie celem ogólnym, który dopiero w kolejnych etapach projektowania ulegnie procesowi uszczegółowienia i nadania mu formy operacyjnej. W przypadku dobrze skonstruowanego programu, opartego na właściwej hierarchizacji celów, etap ten może się ograniczyć do przepisania celów z programu. Etap II. Analiza dydaktyczna zadania. Celem analizy dydaktycznej zadania jest określenie, jaki zakres wiedzy i umiejętności jest niezbędny do osiągnięcia zakładanego celu. Umożliwia ona ponadto znalezienie powiązań pomiędzy poszczególnymi jednostkami dydaktycznymi (celami), a także stanowi materiał merytoryczny do sprecyzowania operacyjnych celów projektowanej jednostki dydaktycznej. Należy posłużyć się w tym wypadku analizą proceduralną i deklaratywną 16. Analiza proceduralna służy do określenia zestawu umiejętności intelektualnych i praktycznych, niezbędnych do wykonania określonego zadania, do którego przygotowuje jednostka dydaktyczna (osiągnięcia celu). Analiza proceduralna powinna opierać się o schematy operacyjne poszczególnych zadań i wchodzących w ich zakres czynności szczegółowych. Powstaje w ten sposób lista czynności składających się na daną procedurę działania, umożliwiająca dopiero wyszczególnienie konkretnych umiejętności. Analizę można prowadzić na kilku poziomach uszczegółowienia zadania, aż do momentu wyszczególnienia operacji (czynności) elementarnych, realizowanych w trakcie poszczególnych zajęć i zagadnień. Analiza deklaratywna ma z kolei na celu określenie niezbędnego zakresu wiedzy teoretycznej umożliwiającej zarówno opanowanie poszczególnych umiejętności jak i efektywne wykonywanie nauczanych czynności. Analizę tę należy prowadzić w oparciu o treść zadania i odpowiadający jemu cel ogólny. W wyniku analizy powstaje lista pojęć i zasad w ich układzie hierarchicznym, których opanowanie winno poprzedzać opanowanie określonych umiejętności intelektualnych i praktycznych. Efektem końcowym analizy dydaktycznej zadania jest określenie celów szczegółowych w ich układzie hierarchicznym, zgodnie z przyjętą taksonomią. Etap III. Określenie zachowań wejściowych. Etap ten wykonuje się często równolegle z etapem 2. Chodzi w nim o określenie jak uczestnik zajęć jest przygotowany do podjęcia uczenia się danego materiału nauczania, jaki posiada zakres wiedzy i umiejętności, a także doświadczenia niezbędnych do jego opanowania. W etapie tym należy zwrócić uwagę na kolejność wynikania poszczególnych celów (ich hierarchiczny układ). Analiza zachowań wejściowych ma ułatwić selekcję materiału nauczania pod kątem jego przydatności do nauczania kolejnych umiejętności danej grupy uczestników procesu kształcenia. Ułatwia także zorganizowanie pracy własnej w taki sposób, aby uczetnicy kształcenia byli należycie przygotowani do kolejnych zajęć z danego cyklu, a przede wszystkim, by mogli nabytą wiedzę wykorzystać w praktyce. Przyczynia się także do należytego skorelowania poszczególnych zajęć w procesie planowania. 16 Proponuję przyjąć powyższą terminologię w oparciu o strukturę wiedzy człowieka. Człowiek dysponuje wiedzą deklaratywną (wiedza typu że ) stanowiącą zakodowany w pamięci układ wiadomości i wiedzą proceduralną (wiedza typu jak ) stanowiącą z kolei strukturalny, zakodowany w pamięci układ umiejętności (intelektualnych i praktycznych). 338

100 Etap IV. Określenie celów operacyjnych. Na tym etapie projektowania, należy celom ogólnym nadać postać celów wykonawczych (operacyjnych) 17. Cele operacyjne muszą być dostatecznie szczegółowe, aby można było dzięki nim ocenić, czy nauczanie zmierza w kierunku wytyczonego celu ogólnego. Celom nadaje się postać operacyjną: 1) żeby były dla wszystkich zrozumiałe; 2) żeby umożliwić (ułatwić) planowanie i zorganizowanie właściwych warunków nauczania - uczenia się; 3) żeby umożliwić pomiar osiągnięć uczestników szkolenia w celu stwierdzenia, czy osiągnięto dany cel. Celom operacyjnym przypisuje się ponadto następujące funkcje: umożliwiają jednoznacznie stwierdzić, czy nauczanie pozostaje w związku z osiąganiem celów; umożliwiają skupienie uwagi w trakcie planowania zajęć na opracowanie właściwych warunków uczenia się; ukierunkowują prace nad przygotowaniem narzędzi pomiaru; wspomagają uczestników zajęć w ich dążeniu do nauczenia się. Etap V. Opracowanie zadań testu sprawdzającego. Jest to jeden z niezmiernie ważnych etapów projektowania zajęć. Pomiar dydaktyczny spełnia w procesie dydaktycznym trzy zasadnicze funkcje: dydaktyczną, wyrażającą się w tym, że dzięki niemu uzyskujemy obiektywne wskaźniki osiągnięcia zakładanych celów zajęć; metodyczną, wyrażającą się tym, że uzyskujemy informacje co do przebiegu samego procesu, właściwego wyboru strategii nauczania jak i wykorzystywanych w jego trakcie środków i materiałów dydaktycznych. Prowadzona na bieżąco kontrola ułatwia dokonywania bieżącej korekty nauczania i dobrania właściwych zadań do samodzielnej pracy uczniów (samokształcenia); diagnostyczną, wyrażającą się w tym, że daje możliwość zdiagnozowania osiągnięć poszczególnych uczestników zajęć w ramach kolejnych etapów nauczania, a tym samym stwierdzić, czy nabyli oni odpowiedni zasób wiedzy i umiejętności niezbędnych z kolei do uczenia się nowych partii materiału nauczania. Zadania testu sprawdzającego muszą wynikać z celów operacyjnych, które już z założenia winny zawierać w swojej strukturze zachowania końcowe i standardy ich osiągnięcia. Opracowane zadania służą zarówno do realizacji przedsięwzięć związanych z bieżącą, okresową jak i końcową kontrolą wyników nauczania. Etap VI. Wybór odpowiedniej strategii nauczania - uczenia się. Przez strategię nauczania należy rozumieć znormalizowane cele oraz środki ich osiągnięcia, które przy wykorzystaniu odpowiednich metod zapewniają uczestnikom procesu kształcenia na optymalizację podjętych przez nich działań. Należy ją traktować jako swoisty plan pomagania uczestnikom zajęć w osiągnięciu zakładanych celów operacyjnych. Uwzględniając teorię kształcenia wielostronnego można wyróżnić następujące rodzaje strategii nauczania-uczenia się: informacyjną; problemową; 17 Cele operacyjne to opisy zachowań uczestników procesu dydaktycznego, jakie mają przejawiać po zakończeniu zajęć. Cele operacyjne określają to, co uczestnicy procesu dydaktycznego będą umieli robić po ukończeniu zajęć, a czego - jak się zakłada - nie potrafili wykonać przedtem. Chodzi tu zatem o efekty działań wyrażone w kategoriach ich zachowania się, stąd cele operacyjne określa się z wykorzystaniem czasowników operacyjnych. emocjonalną; operacyjną; badawczą. Związek pomiędzy strategią nauczania, sposobami uczenia się, metodami nauczania oraz składnikami treściowym przedstawia tabela 1. Lp. Tabela 1 Związek funkcjonalny strategii nauczania ze sposobami uczenia się, metodami nauczania i składnikami treściowymi. Strategie dzia ania Sposoby uczenia si Metody nauczania 1. informacyjna przyswajanie podaj ce opisowe Sk adniki tre ciowe 2. problemowa odkrywanie problemowe wyja niaj ce 3. emocjonalna prze ywanie eksponuj ce oceniaj ce 4. operacyjna dzia anie praktyczne praktyczne algorytmiczne 5. badawcza sprawdzanie heurystyczne weryfikacyjne Źródło: pracowanie własne na podstawie: W.M. Francuz, J. Karpiński, S. Sotomski, Metodyka praktycznego nauczania zawodu, Warszawa Wybierając określoną strategię należy konsekwentnie dostosowywać materiał nauczania, czynności nauczyciela i uczestników zajęć do określonych przez nią ogniw nauczania i uczenia się. Tak więc strategia nauczania decyduje zarówno o układzie funkcjonalnym zajęć, sposobie pracy ze studentem, pobudzanej w procesie kształcenia sfery poznawczo-emocjonalnej oraz psychomotorycznej, jak i formie wszystkich materiałów dydaktycznych. Etap VII. Opracowanie materiałów dydaktycznych. Terminem materiały dydaktyczne określa się zarówno dokumentację związaną z kształceniem jak i środki dydaktyczne wykorzystywane w trakcie zajęć. Etap ten obejmuje, w zależności od potrzeb, a przede wszystkim w zależności od doświadczenia i poziomu kompetencji nauczyciela, następujące czynności: opracowanie planu zajęć, który odzwierciedla ich organizację; konspektu, stanowiącego strukturalny układ materiału merytorycznego; scenariusza zajęć, stanowiącego układ czynności nauczyciela i studentów w poszczególnych ogniwach zajęć; wybór lub ewentualnie opracowanie autorskich środków i pomocy dydaktycznych. Etap IX. Kontrola zbierająca. Kontrola zbierająca to badanie efektywności zaprojektowanych zajęć bądź jednostki dydaktycznej, zatem należy ją traktować jako ważne narzędzie ewaluacji. Dostarcza ona danych, na podstawie których można dokonać korekty projektu na poszczególnych etapach jego realizacji. Danych tych dostarczają zarówno wyniki testu sprawdzającego, jak i wyniki ewentualnych hospitacji (najlepiej problemowych, ukierunkowanych na badanie efektywności poszczególnych ogniw zajęć). Kontrola zbierająca staje się zatem ważnym narzędziem ewaluacji. Projektowanie dydaktyczne to koncepcja, która jest bardzo przydatna nie tylko na potrzeby wypracowania założeń, koncepcji i opracowania dokumentacji jednostki metodycznej czy większej jednostki modułowej, ale i konstrukcji całego programu, przez co założenia przedstawionych powyżej procedur zostały uwzględnione przy konstrukcji programów kształcenia studentów na kierunku bezpieczeństwo narodowe. Proces kształcenia studentów zgodnie z przyjętym modelem Zgodnie z przyjętym modelem kształcenia studia na kierunku bezpieczeństwo narodowe trwają trzy lata. Rok akademicki podzielony jest na dwa semestry, a kształcenie podzielone jest na trzy etapy: 339

101 Etap I. ogólny - realizowany jest w pierwszym semestrze studiów i przeznaczony jest na realizację przedmiotów ogólnych (wspólne dla wszystkich specjalności); Etap II. kierunkowy - realizowany jest w drugim i trzecim semestrze i obejmuje zajęcia w ramach modułów kierunkowych (wspólne dla wszystkich specjalności), Etap III. specjalistyczny - obejmuje semestry od czwartego do szóstego, a planuje się w nim realizację zajęć w ramach modułów specjalistycznych (do wyboru przez studentów). Ogólną strukturę kształcenia przedstawia rycina 6. Na studia stacjonarne przewidziano do realizacji łącznie godzin zajęć dydaktycznych z nauczycielem (kontaktowych) oraz godzin zajęć obejmujących samodzielną pracę słuchaczy (nie kontaktowych). Łącznie na realizację programu przewiduje się godzin co odpowiada 180 punktom ECTS (1 pkt ECTS - 30 godzin zajęć). Oprócz zajęć programowych studenci mają możliwość uczestniczenia w innych zajęciach z oferty uczelni i nabyć dodatkowe 30 punkty ECTS. Zajęcia te obejmują między innymi: wykłady z oferty ogólnouczelnianej, dodatkowe zajęcia z wychowania fizycznego i języków obcych. Rycina 6 Struktura kształcenia studentów na kierunku bezpieczeństwo narodowe. Źródło: Program kształcenia na kierunku bezpieczeństwo narodowe, studia pierwszego stopnia, Słupsk Jak wspomniano wcześniej, etap I realizowany jest przede wszystkim w semestrze pierwszym (za wyjątkiem języka obcego). Jego celem jest zapoznanie studentów z podstawami nauk społecznych, czyli dziedziny, do której zalicza się nauki o bezpieczeństwie. Etap II realizowany jest w trakcie drugiego i trzeciego semestru studiów. W jego ramach prowadzone są zajęcia z modułów/przedmiotów zakwalifikowanych do grupy kierunkowych. Kierunkowe treści kształcenia są wspólne dla wszystkich specjalności. Ich realizacja pozwala na nabycie przez studentów podstaw wiedzy z zakresu nauk o bezpieczeństwie. Z kolei etap III realizowany jest od czwartego do szóstego semestru. Przyjmując zasadę od ogółu do szczegółu studenci specjalności zarządzanie kryzysowe poznają teoretyczne podstawy, prawne uwarunkowania i strukturę systemu zarządzania kryzysowego na poziomie gminy, powiatu i województwa, a także nabywają praktycznych umiejętności między innymi w oparciu o laboratorium Edukacyjne Centrum Zarządzania Kryzysowego i praktyki zawodowe odbywane w strukturach powiatowych systemu zarządzania kryzysowego. Grupa przedmiotów specjalistycznych w specjalności, podzielona została na 6 modułów i 18 przedmiotów zestawionych szczegółowo w tabeli 2. Numer modu u Tabela 2 Moduły i przedmioty kształcenia specjalistycznego w specjalności zarządzanie kryzysowe. Nazwa modu u 15 Podstawy zarz dzania kryzysowego 16 Zarz dzanie kryzysowe uj cie systemowe 17 Zasady ochrony ludno ci i infrastruktury 18 Systemy wspomagania zarz dzania kryzysowego 19 Organizacja zarz dzania kryzysowego 20 Zarz dzanie w sytuacjach kryzysowych Numer Nazwa jednostki modu owej jednostki modu owej 15.1 Zagro enia bezpiecze stwa powszechnego 15.2 Prawne podstawy zarz dzania kryzysowego 15.3 Medycyna katastrof 16.1 System zarz dzania kryzysowego 16.2 Krajowy system ratowniczo-ga niczy 16.3 Krajowy system ratownictwa medycznego 17.1 Ochrona ludno ci i infrastruktury krytycznej 17.2 Obrona przed broni masowego ra enia 17.3 Komunikowanie spo eczne w sytuacjach kryzysowych 18.1 Geograficzne systemy informacji przestrzennej 18.2 Systemy monitoringu zagro e 18.3 Organizacja dowodzenia i czno ci w sytuacjach kryzysowych 19.1 Organizacja dzia a ratowniczych w sytuacjach kryzysowych 19.2 Organizacja logistyki w sytuacjach kryzysowych 19.3 Organizacja wsparcia spo ecznego i psychologicznego w sytuacjach kryzysowych 20.1 Teleinformatyczne systemy wspomagania zarz dzania kryzysowego 20.2 Zarz dzanie kryzysowe w warunkach kl ski ywio owej 20.3 Zarz dzanie kryzysowe w warunkach zagro enia bezpiecze stwa i porz dku publicznego 21 Wyk ad monograficzny 21.1 Wyk ad monograficzny 22 Seminarium dyplomowe 22.1 Seminarium dyplomowe 23 Praktyka zawodowa 23.1 Praktyka zawodowa Źródło: Program kształcenia na kierunku bezpieczeństwo narodowe, studia pierwszego stopnia, Słupsk Istotnym elementem kształcenia praktycznego studentów są zajęcia laboratoryjne prowadzone w oparciu o laboratoriom Edukacyjne Centrum Zarządzania Kryzysowego. W sumie zajęcia laboratoryjne odbywają się w ramach 11 przedmiotów (tabela 3). Studenci mają łącznie 320 godzin zajęć laboratoryjnych, w ramach których przygotowują się do praktycznej realizacji zadań zawodowych w strukturach systemu zarządzania kryzysowego. Tabela 3 Zajęcia przeznaczone na przygotowanie zawodowe studentów w warunkach laboratoryjnych w specjalności zarządzanie kryzysowe. Lp. Jednostka modu owa Ilo godzin Semestr numer nazwa wyk ady wiczenia razem Obrona przed broni masowego ra enia V Komunikowanie spo eczne w sytuacjach V kryzysowych Geograficzne systemy informacji IV przestrzennej Systemy monitoringu zagro e V Organizacja dowodzenia i czno ci V w sytuacjach kryzysowych Organizacja dzia a ratowniczych w V sytuacjach kryzysowych Organizacja logistyki w sytuacjach V kryzysowych Organizacja wsparcia spo ecznego i VI psychologicznego w sytuacjach kryzysowych Teleinformatyczne systemy wspomagania V zarz dzania kryzysowego Zarz dzanie kryzysowe w warunkach kl ski VI ywio owej Zarz dzanie kryzysowe w warunkach VI zagro enia bezpiecze stwa i porz dku publicznego Razem: Źródło: Program kształcenia na kierunku bezpieczeństwo narodowe, studia pierwszego stopnia, Słupsk Jednostki modułowe obejmujące praktyczne przygotowanie zawodowe studentów podzielone zostały na trzy grupy: jednostki o charakterze podstawowym (stanowiące podstawę do nauczania kolejnych modułów: Geograficzne systemy informacji przestrzennej, Teleinformatyczne systemy wspomagania zarządzania kryzysowego); jednostki o charakterze modułowo-zadaniowym (ich celem jest przygotowanie studentów do wykonywania poszczególnych zadań zawodowych w systemie zarządzania kryzysowego: Obrona przed bronią masowego rażenia, Komunikowanie społeczne w sytuacjach kryzysowych, Systemy monitoringu 340

102 zagrożeń, Organizacja dowodzenia i łączności w sytuacjach kryzysowych, Organizacja działań ratowniczych w sytuacjach kryzysowych, Organizacja logistyki w sytuacjach kryzysowych, Organizacja wsparcia społecznego i psychologicznego w sytuacjach kryzysowych); jednostki o charakterze podsumowująco-kompleksowym (ich celem jest sprawdzenie stopnia przygotowania studentów do realizacji zadań w zespołach zarządzania kryzysowego w symulowanych sytuacjach zagrożeń i sprawdzenia stopnia osiągnięcia przez nich efektów kształcenia: Zarządzanie kryzysowe w warunkach klęski żywiołowej, Zarządzanie kryzysowe w warunkach zagrożenia bezpieczeństwa i porządku publicznego). Podsumowanie i wnioski Jak wspomniane we wstępie, kształcenie studentów powinno obecnie nawiązywać do tradycji kształcenia uniwersyteckiego, ale odpowiadać również wymaganiom rynku pracy, co wymusza na uczelniach wyższych tworzenia modeli kształcenia opartych na solidnych podstawach dydaktyki. Doświadczenia w tym zakresie kadry naukowo-dydaktycznej Instytutu Bezpieczeństwa Narodowego Akademii Pomorskiej w Słupsku pozwalają na sformułowanie kilku istotnych uwag i wniosków: 1) Dobry i efektywny model kształcenia musi opierać się na solidnych podstawach teoretycznych znajdujących się w dorobku współczesnej dydaktyki oraz na dobrych praktykach stosowanych przez uczelnie wyższe w Europie. 2) Koncepcją wartą poświęcenia większej uwagi przy konstrukcji programów i organizacji procesu kształcenia jest niewątpliwie idea kształcenia modułowego stosowana z powodzeniem w kształceniu zawodowym w wielu krajach na świecie. 3) Przy konstrukcji modelu można skorzystać również z koncepcji projektowania dydaktycznego, dostosowując ją jednakże do wymogów europejskich i narodowych ram kwalifikacji. 4) Podstawę dobrego przygotowania zawodowego stanowić powinny zajęcia laboratoryjno-warsztatowe, w ramach których studenci powinni rozwiązywać problemy i realizować zadania zawodowe typowe dla stanowisk pracy, na których mogą znaleźć zatrudnienie po ukończeniu studiów. 5) Istotną rolę w proponowanym modelu odgrywają pakiety dydaktyczne, które dobrze opracowane mogą wykorzystane nie tylko w edukacji bezpośredniej, ale i kształceniu e-learningowym. [10] Słownik wyrazów obcych i obcojęzycznych Władysława Kopalińskiego, [11] Symela K., Kształcenie modułowe - projektowanie i wdrażanie w szkołach zawodowych, [w:] Kształcenie zawodowe w warunkach gospodarki rynkowej, pod red. S.M. Kwiatkowskiego, Warszawa [12] Symela K., Przemiany w strukturze programów kształcenia zawodowego, [w:] Baraniak B. (red): Dobór treści kształcenia zawodowego, Tom I, Warszawa-Radom [13] The European Qualification Framework for LLL - Recommendation of the European Parliament and of the Council of April 23, [14] Urbanek A., Zakres i charakter modernizacji infrastruktury dydaktycznej Katedry Bezpieczeństwa Narodowego Akademii Pomorskiej w Słupsku, [w:] Refl eksje nad bezpieczeństwem, S. Kozdrowski, A. Urbanek (red.), Kraków [15] Urbanek A., Dworzecki J., Kozdrowski S., Rozsah a charakter modernizacie didaktickiej infrastruktury bezpiecnosti Pomorskiej Akademie v Slupsku, [w:] Riešenie krízových situácií prostredníctvom simulačných technologii, Zborník vedeckých a odborných prác z medzinárodnej vedeckej konferencie, wyd. Akadémia Ozbrojených Síl gen. M. R. Štefánika, Liptovský Mikulás [16] Urbanek A., Edukacja dla bezpieczeństwa. Zarys metodyki szkolenia wojskowego, Słupsk [17] Urbanek A., Kształcenie modułowe w systemie akademickiej edukacji dla bezpieczeństwa - szanse i wyzwania, [w:] Kwiatkowski A., Urbanek A. (red.), Edukacja dla bezpieczeństwa - wybrane zagadnienia, Słupsk [18] Urbanek A., Modulové vyučovanie v systéme akademického vzdelávania v bezpečnosti - príležitosti a výzvy, [w:] Nové trendy vo vyučovaní spoločensko-vedných predmetov v školách zameraných na bezpečnosť, Zborník vedeckých a odborných prác z medzinárodnej vedeckej konferencie, wyd. Akadémia Ozbrojených Síl gen. M. R. Štefánika, Liptovský Mikuláš [19] Ustawa z dnia 27 lipca 2005r. - Prawo o szkolnictwie wyższym (Dz.U. z 2005r., Nr 164, poz ze zmianami). Bibliografia [1] Autonomia programowa uczelni. Ramy kwalifi kacji dla szkolnictwa wyższego, MNiSW, Warszawa [2] Francuz W.M., Karpiński J., Sotomski S., Metodyka praktycznego nauczania zawodu, Warszawa [3] Gagne R.M., Briggs L.J., Wager W.W., Zasady projektowania dydaktycznego, Warszawa [4] Jeruszka U., Ewolucja programów przedmiotów zawodowych, Warszawa [5] Kramek Z., Pakiety edukacyjne w kształceniu zawodowym, Radom [6] Multimedialny słownik języka polskiego PWN, pl. [7] Od Europejskich do Polskich Ram Kwalifi kacji - Model Polskich Ram Kwalifi kacji, MEN, Warszawa [8] Program kształcenia na kierunku bezpieczeństwo narodowe, studia pierwszego stopnia, Słupsk [9] Skrzydlewski W., Technologia kształcenia. Przetwarzanie informacji. Komunikowanie, Poznań

103 Załącznik nr 1 Efekty dla kierunku kształcenia bezpieczeństwo narodowe Symbol Efekty kszta cenia dla kierunku studiów bezpiecze stwo narodowe. Po uko czeniu studiów pierwszego stopnia na kierunku studiów bezpiecze stwo narodowe absolwent: WIEDZA K_W01 K_W02 K_W03 K_W04 K_W05 K_W06 K_W07 K_W08 K_W09 K_W10 K_W11 K_W12 K_U01 K_U02 K_U03 K_U04 K_U05 K_U06 K_U07 K_U08 K_U09 K_U10 K_U11 K_U12 K_K01 K_K02 K_K03 K_K04 K_K05 K_K06 K_K07 ma podstawow wiedz o charakterze nauk o bezpiecze stwie i innych nauk spo ecznych zwi zanych z bezpiecze stwem i ich miejscu w obr bie pokrewnych dyscyplin naukowych, w tym zna podstawowe poj cia stosowane w naukach o bezpiecze stwie i pokrewnych dyscyplinach naukowych ma podstawow wiedz na temat systemu bezpiecze stwa narodowego, wyst puj cych w jego ramach struktur, organów i instytucji oraz przypisanych im zada i kompetencji oraz instytucji mi dzynarodowych maj cych wp yw na system bezpiecze stwa Rzeczypospolitej Polskiej, podstawowych wyzwa i zagro e bezpiecze stwa, a tak e zasad ochrony i obrony Rzeczypospolitej Polskiej i jej obywateli przed wszelkiego rodzaju zagro eniami ma podstawow, interdyscyplinarn wiedz o relacjach mi dzy strukturami i instytucjami systemu bezpiecze stwa w skali krajowej i instytucjami mi dzynarodowymi kreuj cymi rodowisko bezpiecze stwa europejskiego, transatlantyckiego i globalnego, a tak e wiedz na temat ró nych dziedzin bezpiecze stwa i wyst puj cych mi dzy nimi relacji i zale no ci ma podstawow wiedz o powinno ciach, zadaniach i dzia alno ci organizacji rz dowych, pozarz dowych, instytucji spo ecznych, jednostek samorz du terytorialnego i obywateli na rzecz szeroko rozumianego bezpiecze stwa i wyst puj cych mi dzy nimi wi zi, uwarunkowaniach bezpiecze stwa w skali lokalnej, regionalnej i globalnej wraz z wszystkimi wyzwaniami i zagro eniami dla pozimnowojennego rodowiska bezpiecze stwa i wspó czesnego cz owieka ma podstawow wiedz o ludzkim wymiarze bezpiecze stwa, prawach i wolno ciach cz owieka zarówno w czasie pokoju jak i wojny, jego zagro eniach wynikaj cych z rozwoju cywilizacyjnego i post puj cego procesu globalizacji i podmiotach realizuj cych zadania na rzecz ochrony praw cz owieka i zapewnienia mu bezpiecze stwa we wszystkich jego wymiarach zna w podstawowym zakresie metody, techniki i narz dzia pozyskiwania danych, badania bezpiecze stwa oraz rozwi zywania problemów praktycznych zwi zanych z bezpiecze stwem w jego wymiarze ludzkim, spo eczno ci lokalnej i narodowym stosowane w obr bie nauk o bezpiecze stwie i innych dyscyplin zajmuj cych si wybranymi aspektami bezpiecze stwa oraz stosowanych w ró nych instytucjach bezpiecze stwa ma podstawow wiedz o normach moralnych i prawnych, formalnych i nieformalnych kodeksach etycznych, prawnych regulacjach narodowych i mi dzynarodowych oraz zasadach post powania obowi zuj cych w instytucjach bezpiecze stwa, w tym stosowanych przez inne podmioty partycypuj ce w realizacji zada na rzecz bezpiecze stwa w jego wymiarze mi dzynarodowym, narodowym i ludzkim ma wiedz o kierunkach i konsekwencjach zmian instytucji i struktur systemu bezpiecze stwa w skali lokalnej, narodowej, regionalnej i globalnej oraz warunkuj cych ich czynników ma wiedz na temat historycznych uwarunkowa wspó czesnego rodowiska i systemu bezpiecze stwa, w tym ró ne pogl dy (teorie) na temat bezpiecze stwa w ich aspekcie wspó czesnym i historycznym ma podstawow wiedz z zakresu ochrony w asno ci przemys owej i prawa autorskiego zna ogólne zasady i mo liwo ci podejmowania indywidualnych i spo ecznych inicjatyw na rzecz bezpiecze stwa personalnego i swojego najbli szego otoczenia oraz zasady tworzenia i rozwoju indywidualnych form przedsi biorczo ci zna podstawy teoretyczne i zasady praktycznego dzia ania w strukturach ró nych instytucji bezpiecze stwa, w których mo e znale zatrudnienie ko cz c kszta cenie w ramach wybranej przez siebie specjalno ci UMIEJ TNO CI potrafi prawid owo analizowa i wyja nia, wykorzystuj c metody, techniki i narz dzia stosowane w naukach o bezpiecze stwie i dyscyplinach pokrewnych, zjawiska o charakterze militarnym, politycznym, spo ecznym, ekonomicznym, informacyjnym, kryminalnym czy ekologicznym maj ce wp yw na bezpiecze stwo w skali personalnej, rodowiska lokalnego, bezpiecze stwa narodowego i mi dzynarodowego potrafi wykorzystywa w praktyce podstawow wiedz teoretyczn z zakresu nauk spo ecznych, ze szczególnym uwzgl dnieniem nauk o bezpiecze stwie oraz pozyskiwa dane niezb dne do badania i analizy zagro e i funkcjonowania systemu bezpiecze stwa, w tym jego poszczególnych podsystemów (kierowania i wykonawczych) potrafi w a ciwie analizowa przyczyny i przebieg ró nych sytuacji stanowi cych zagro enie dla bezpiecze stwa i decyduj cych o poziomie bezpiecze stwie w ró nych jego obszarach i wymiarach potrafi prognozowa, modelowa oraz dokona analizy i oceny ryzyka zagro e b d cych wynikiem procesów militarnych, politycznych, ekonomicznych, prawnych oraz wszelkich zjawisk przyrodniczych i zdarze wywo anych dzia alno ci cz owieka, a w tym aktów terroru i dzia alno ci kryminalnej, mog cych stanowi zagro enie i nosi znamiona sytuacji kryzysowych, wymagaj cych uruchomienia poszczególnych ogniw systemu bezpiecze stwa sprawnie pos uguje si normami prawa mi dzynarodowego i krajowego w celu rozwi zywania praktycznych problemów zwi zanych z ró nymi aspektami bezpiecze stwa wykorzystuje nabyt wiedz do rozstrzygania dylematów zwi zanych z bezpiecze stwem pojawiaj cych si w pracy zawodowej w strukturach szeroko rozumianej administracji bezpiecze stwa ze szczególnym uwzgl dnieniem instytucji, w których odbywa praktyk zawodow, a w tym posiada elementarne umiej tno ci praktycznego dzia ania w sytuacjach zagro enia zwi zane z prac w okre lonych instytucjach bezpiecze stwa, adekwatne do specjalno ci, w jakiej odbywa kszta cenie analizuje realne i potencjalne zagro enia dla bezpiecze stwa oraz proponuje w tym zakresie odpowiednie rozstrzygni cia z uwzgl dnieniem uwarunkowa prawnych, ekonomicznych i organizacyjnych rozumie i analizuje wszelkie zjawiska spo eczne, ekonomiczne, kulturowe, militarne, polityczne, przyrodnicze i inne z uwzgl dnieniem ich wp ywu na poziom bezpiecze stwa w jego wymiarze mi dzynarodowym, narodowym, spo eczno ci lokalnych i ludzkim posiada pog bion umiej tno przygotowania w j zyku polskim, z zachowaniem regu naukowych, prac pisemnych obejmuj cych problematyk szeroko rozumianego bezpiecze stwa, jak równie typowych dokumentów administracyjnych w sprawach bezpiecze stwa, a w tym dokumentów planistycznych oraz rozumie tre tych dokumentów sporz dzonych w jednym j zyku obcym posiada umiej tno przygotowania wyst pienia ustnego w sprawach zwi zanych z bezpiecze stwem w j zyku polskim i obcym, takiego jak np. komunikat, informacja dla prasy, o wiadczenie, referat, przemówienie, prezentacja multimedialna ma umiej tno ci j zykowe w zakresie nauk o bezpiecze stwie, w tym umie pos ugiwa si terminologi z zakresu bezpiecze stwa narodowego zgodnie z wymaganiami okre lonymi dla poziomu B2 Europejskiego Systemu Opisu Kszta cenia J zykowego posiada elementarne umiej tno ci praktycznego dzia ania w sytuacjach zagro enia zwi zane z prac w okre lonych instytucjach bezpiecze stwa, adekwatne do specjalno ci, w jakiej odbywa kszta cenie KOMPETENCJE SPO ECZNE rozumie potrzeb permanentnej edukacji i autoedukacji dla samorozwoju ogólnego i zawodowego, dba o w asny rozwój fizyczny i podtrzymywanie kondycji fizycznej w zakresie umo liwiaj cym prac w instytucjach bezpiecze stwa, szczególnie instytucjach mundurowych potrafi wspó dzia a i pracowa w zespo ach sk adaj cych si ze specjalistów z ró nych dziedzin wiedzy i struktur systemu bezpiecze stwa i pe ni w nich ró ne role potrafi wskaza priorytety s u ce do w a ciwej realizacji zada zwi zanych z bezpiecze stwem z uwzgl dnieniem dzia ania w sytuacjach kryzysowych dostrzega i identyfikuje problemy moralne oraz dylematy etyczne zwi zane z wykonywan prac na rzecz bezpiecze stwa, a tak e potrafi wskaza optymalne rozwi zania, zgodne z prawem, zasad gospodarno ci i kodeksem etyki zawodowej umie uczestniczy w przygotowaniu ró nych programów spo ecznych na rzecz bezpiecze stwa lokalnego potrafi korzysta z ró nych róde wiedzy i ró nych form edukacji doros ych oraz stosowa ró ne techniki samokszta cenia w celu uzupe niania i doskonalenia nabytej wiedzy potrafi my le i dzia a w sposób przedsi biorczy b d c przygotowanym do elastycznego podejmowania wyzwa zawodowych 342

104 Załącznik nr 2 Przykładowy opis modułu (jednostki modułowej, przedmiotu) Nazwa modu u/ przedmiotu Zarz dzanie w sytuacjach kryzysowych / Zarz dzanie kryzysowe w warunkach kl ski ywio owej Nazwa jednostki prowadz cej przedmiot: Instytut Bezpiecze stwa Narodowego/Zak ad In ynierii Bezpiecze stwa Modu :21 kierunek specjalno specjalizacja semestr/y poziom kszta cenia/forma kszta cenia bezpiecze stwo zarz dzanie kryzysowe nienauczycielska szósty studia pierwszego stopnia narodowe Nazwisko osoby prowadz cej (osób prowadz cych) dr in. Krzysztof Rogowski, mgr in. Zbigniew Olszówka, mgr Maciej Zaorski forma studiów stacjonarne/ niestacjonarne Formy zaj Liczba godzin Liczba punktów ECTS N (nauczyciel) S (student) Wyk ady 15(10) 15(20) 1 przygotowanie do egzaminu 12(17) zadania dodatkowe 3(3) wiczenia laboratoryjne 30(20) 30(40) 2 praca zaliczeniowa 15(25) analiza problemu badawczego 10(10) kolokwium zaliczeniowe 5(5) Razem 45(30) 45(60) 3 Formy zaliczenia Wyk ad: nauczyciel (15/10 godzin); student (15/20 godzin) egzamin/ocena za zadania dodatkowe. wiczenia: nauczyciel (30/20 godzin; student (30/40 godzin) kolokwium/praca zaliczeniowa/ analiza problemu badawczego/praca w grupach/analiza zdarze krytycznych. Metody dydaktyczne: wyk ad: bezpo redni udzia nauczyciela akademickiego (15/10godzin): wyk ad informacyjny, wyk ad problemowy, metody wymagaj ce samodzielnej pracy studenta (15/20 godzin): sporz dzanie notatek, gromadzenie i studiowanie literatury przedmiotu, przygotowanie do zaliczenia przedmiotu, sporz dzenie wykazu bibliograficznego do przedmiotu. wiczenia laboratoryjne: bezpo redni udzia nauczyciela akademickiego (30/20 godzin): prezentacja materia ów przygotowanych przez studentów, dyskusja, prezentacja pracy zaliczeniowej, metody wymagaj ce samodzielnej pracy studenta (30/70 godzin): przygotowanie materia ów na zaj cia z nauczycielem, wykonanie pracy zaliczeniowej z zakresu zarz dzanie kryzysowe w warunkach kl ski ywio owej, przygotowanie do kolokwium zaliczeniowego. Okre lenie przedmiotów wprowadzaj cych wraz z wymogami wst pnymi: Wymagania formalne: uko czony pozytywnie pi ty semestr. Wymagania wst pne: student ma podstawow wiedz z zakresu wiedzy o pa stwie, podstaw prawnych zarz dzania kryzysowego systemów zarz dzania kryzysowego, posiada opanowan umiej tno wypowiadania si w mowie z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych i w formie pisemnej, potrafi korzysta z literatury przedmiotu, potrafi pracowa w grupie. Cele przedmiotu: Wyk ady: zapozna z podstawow wiedz na temat unormowa prawnych dotycz cych dzia a ogniw systemu zarz dzania kryzysowego w sytuacjach kl sk ywio owych, zapozna z wiedz na temat metod i form oraz procedur ogniw systemu zarz dzania kryzysowego w sytuacjach kl sk ywio owych zapozna z literatur przedmiotu z uwzgl dnieniem najnowszych wydawnictw. wiczenia laboratoryjne: nauczy sposobów wyszukiwania, analizowania, oceniania, selekcjonowania i integracji informacji pochodz cych z ró nych róde, formu owania na ich podstawie wniosków potrzebnych do realizacji zadania oraz kszta ci u studentów umiej tno okre lania priorytetów s u cych realizacji okre lonego przez siebie lub innych zadania, nauczy formu owania opinii krytycznych na temat systemu zarz dzania sytuacjami kryzysowymi w warunkach kl sk ywio owych (na podstawie wiedzy naukowej i do wiadczenia) oraz kszta ci umiej tno prezentacji swoich pogl dów w tej sprawie, nauczy sposobów badania istotnych problemów zwi zanych z zagro eniami kryzysowymi w warunkach kl sk ywio owych, nauczy sposobów integrowania wiedzy z ró nych dyscyplin w zakresie bezpiecze stwa narodowego, a w tym przeprowadzenia krytycznej analizy i interpretacji ró nych róde wiedzy na ten temat, przygotowa do aktywnego udzia u w realizacji planów zabezpieczenia sytuacji kryzysowych stwarzaj cych zagro enie w warunkach kl sk ywio owych, nauczy sposobów przygotowywania poprawnych pod wzgl dem metodologicznym prac pisemnych obejmuj cych swoim zakresem podstawowe zagadnienia zwi zane z bezpiecze stwem zarz dzania kryzysowego w warunkach kl sk ywio owych, kszta towa u studentów wiadomo potrzeby permanentnej edukacji i autoedukacji dla samorozwoju ogólnego i zawodowego. Tre ci programowe: Wyk ady: istota i taksonomia zagro e, podstawy prawne zarz dzania kryzysowego w warunkach wyst pienia kl ski ywio owej, zadania elementów zarz dzania kryzysowego w warunkach wyst pienia kl ski ywio owej, proces planowania w zarz dzaniu kryzysowym w warunkach wyst pienia kl ski ywio owej. wiczenia laboratoryjne: zastosowanie i wykorzystanie w praktyce planów zarz dzania kryzysowego, dokumentów sformalizowanych i innych dost pnych materia ów oraz systemów wspomagania zarz dzania kryzysowego, wykonanie dokumentów i zaplanowanie pracy Zespo u Zarz dzania Kryzysowego, praktyczne przedstawienie za pomoc systemów informatycznych i na mapach opracowanych rozwi za, wykonywanie i prowadzenie dokumentów s u b dy urnych, sprawozdawczych i kierowania /pisemnie i na mapach/, przedstawienie i wyg oszenie zamiaru i decyzji starosty w sytuacji wyst pienia kl ski ywio owej, zastosowanie dost pnych rodków czno ci do przekazywanie zada dla wykonawców. 343

105 Efekty kszta cenia: Sposób zaliczenia oraz formy i podstawowe kryteria W01 ma podstawow wiedz o relacjach mi dzy oceny/wymagania egzaminacyjne strukturami ogniw systemu zarz dzania kryzysowego w A. Sposób zaliczenia: sytuacjach kl sk ywio owych, o ich powinno ciach, egzamin zadaniach i dzia alno ci na rzecz szeroko rozumianego B. Formy i kryteria zaliczenia: bezpiecze stwa w warunkach kl sk ywio owych oraz o Wyk ad: ludzkim wymiarze bezpiecze stwa w warunkach kl ski kolokwium semestralne/test pisemny ywio owej, W02 zna w podstawowym zakresie metody, techniki i narz dzia pozyskiwania danych, monitoring zagro e i ich analizy, oceny ryzyka ich wyst pienia w warunkach kl sk ywio owych oraz podstawy teoretyczne i zasady praktycznego dzia ania w strukturach ró nych instytucji bezpiecze stwa, w których mo e znale zatrudnienie ko cz c kszta cenie w ramach wybranej przez siebie specjalno ci, U01 potrafi wykorzystywa w praktyce wiedz teoretyczn oraz pozyskiwa dane niezb dne do badania i analizy zagro e i funkcjonowania ogniw systemu zarz dzania kryzysowego w sytuacjach kl sk ywio owych oraz wyszukiwa, analizowa, ocenia, selekcjonowa informacje pochodz ce z ró nych róde, formu owa na ich podstawie wnioski, opinie krytyczne i pogl dy potrzebne do realizacji zadania, U02 potrafi sporz dzi plan zabezpieczenia sytuacji kryzysowej stwarzaj cej zagro enie bezpiecze stwa w warunkach kl sk ywio owych oraz zespo owo rozwi zywa problemy wynikaj ce z sytuacji kryzysowych stwarzaj cych zagro enie bezpiecze stwa na stanowiskach pracy w szeroko rozumianej administracji bezpiecze stwa, U03 posiada pog bion umiej tno przygotowania w j zyku polskim, z zachowaniem regu naukowych, prac pisemnych obejmuj cych problematyk zarz dzania kryzysowego w warunkach kl sk ywio owych, jak równie typowych dokumentów administracyjnych w sprawach organizacji zarz dzania kryzysowego w warunkach kl sk ywio owych z zachowaniem norm prawa krajowego i mi dzynarodowego, K_01 potrafi wspó dzia a i pracowa w zespo ach sk adaj cych si ze specjalistów z ró nych dziedzin wiedzy i struktur systemu bezpiecze stwa oraz wskaza priorytety s u ce do w a ciwej realizacji zada zwi zanych z organizacj zarz dzania kryzysowego w warunkach kl sk ywio owych. wiczenia laboratoryjne: kolokwium zaliczeniowe analiza problemu badawczego praca zaliczeniowa Okre lenie oceny zaliczeniowej na podstawie: Wyk ady: obowi zuje ocena zaliczeniowa na podstawie sk adników zamieszczonych w poni szej tabeli: skala ocen dla wyk adu (Ow) kod suma ocena semestralna ocena ko cowa kolokwium /test W_01 W_02 80% 80% zadania dodatkowe W_02 20% 20% wiczenia: obowi zuje semestralne zaliczenie z ocen. Ocena semestralna i ostateczna jest redni wa on wyliczan w oparciu o sk adniki podane w poni szej tabeli: skala ocen dla wicze (Oc) kod ocena ko cowa praca zaliczeniowa U_03 40% analiza problemu badawczego U_01 i U_02 40% kolokwium zaliczeniowe U_01 U_03 20% Egzamin: obejmuje pe ny zakres przedmiotu realizowany w formie wyk adów i wicze oraz samodzielnej pracy studentów: suma skala ocen dla symbol egzaminu egzamin W_01,W_02 U_01, U_02, U_03, ocena semestralna Ko cowa ocena za : Wyk ad 30% + wiczenia 70% ocena ko cowa 100% 100% Matryca efektów kszta cenia dla przedmiotu Numer (symbol) efektu kszta cenia Odniesienie do efektów kszta ceni dla programu Odniesienie do efektów kszta cenia dla obszaru W_01 K_W03 K_W04 K_W05 S1P_W03 S1P_W04 S1P_W05 W_02 K_W06 K_W12 S1P_W06 U_01 K_U02 S1P_U02 K_U03 S1P_U03 U_02 K_U04 K_U12 S1P_U04 U_03 K_U05 S1P_U05 K_U09 S1P_U09 K_01 K_K02 S1P_K02 K_K03 S1P_K03 Wykaz literatury A. Literatura wymagana do ostatecznego zaliczenia zaj (zaliczenia): 1. Plany zarz dzania kryzysowego miast i starostw województwa pomorskiego. 2. Kitler W., Metodyka przygotowania i prowadzenia wicze, TWO, Warszawa Ziarko J., Jolanta Walas-Tr bacz J., Podstawy zarz dzania kryzysowego, Cz. 1. Zarz dzanie kryzysowe w administracji publicznej, K Fico K. In ynieria zarz dzania kryzysowego, BEL Studio, Warszawa Wo ejszo J. Metodyka przygotowania i prowadzenia wicze z dowództwami. AON Warszawa Sienkiewicz Ma yjurek K., Krynojewski F. R, Zarz dzanie kryzysowe w administracji publicznej, Warszawa Grocki R., Zarz dzanie kryzysowe, Dobre praktyki, Warszawa Nowak E., Zarz dzanie logistyczne w zarz dzaniu kryzysowym, AON Warszawa Instrukcja w sprawie zasad ewakuacji masowej ludno ci i mienia. 10. Strony internetowe bbn.gov.pl; msz.gov.pl; mon.gov.pl; mswia.gow.pl; aon.edu.pl; (w szczególno ci internetowe). 11. Augustyn S., Praca mened era programów kryzysowych w fazach zapobiegania i przygotowania, Wyd. AON, W-wa Barier B., Atlas wielkich zagro e, WNT Warszawa Go biewski J., Zarz dzanie kryzysowe w wietle wymogów bezpiecze stwa, Wyd. SAPSP Kraków Go biowski J., Podr cznik menad era programów kryzysowych, Kraków Ustawy i rozporz dzenia z zakresu stanów nadzwyczajnych, itp. B. Literatura uzupe niaj ca 1. Fico K., Logistyka kryzysowa procedury, przemiany, potencja, Warszawa Nowak W., Nowak E., Podstawy logistyki w sytuacjach kryzysowych z elementami zarz dzania logistycznego. 3. Lisowski A., Skutki wyst powania wybranych zagro e naturalnych i ich percepcje w Polsce, UW Warszawa Marczak J. Samoorganizacja spo ecze stwa powszechnego. Samoobrona powszechna III RP, Wyd. AON, Warszawa Wolanin J., Krawczy ska S. Hierarchizacja ryzyk. Zarz dzanie bezpiecze stwem. Wybrane zagadnienia ochrony ludno ci, Wyd. ED Warszawa Wolanin J. Wybrane problemy zarz dzania ryzykiem, Zarz dzanie bezpiecze stwem na poziomie lokalnym, Wyd. E Warszawa ebrowski E. Niespokojna planeta. Najwi ksze kataklizmy w historii ludzko ci, Wyd. Amber Warszawa Kontakt dr in. Krzysztof Rogowski 344

106 Uvedení vyhrazených elektrických zařízení do provozu Commissioning of Electrical Equipment Ing. Bc. Miroslav Valta, MBA Dr. Ing. Jana Maturová, LL.M. PYROKONTROL trading & consulting Chvalkov 8, Trhové Sviny Abstrakt Vzhledem k nabytým zkušenostem jako znalec, osoba odborně způsobilá v požární ochraně a prevenci rizik, a revizní technik vyhrazených elektrických zařízení, se ve svém příspěvku budu zabývat výchozími revizemi vyhrazených elektrických zařízení z praktického úhlu pohledu. Zejména pak náležitostmi, na které by se při požární prevenci provozu vyhrazených elektrických zařízení měli soustředit jak osoby odborně způsobilé, tak kontrolní orgány HZS nebo IP. Klíčová slova Nebezpečí; riziko; elektrická zařízení; provoz; výchozí revize. Abstract Given the experience acquired as a competent person in fire protection engineering and inspection of selected electrical equipment in the article I examine the underlying inspection of electrical equipment from a practical point of view. Especially on essentials, which would be used for fire prevention operation of specialty electrical equipment should focus as persons qualified and supervisory bodies of FRS. Keywords Danger; risk; electrical equipment; service; initial revision. Úvod Na úvod si dovolím uvést základní pojmy, se kterými se v oblasti vyhrazených elektrických zařízení pracuje a jejich definice. Výrobek Výrobkem jakákoliv věc, která byla vyrobena, vytěžena nebo jinak získána bez ohledu na stupeň jejího zpracování a je určena k uvedení na trh jako nová nebo použitá. 1 Stanovené výrobky Jsou výrobky, které představují zvýšenou míru ohrožení oprávněného zájmu a u kterých proto musí být posouzena shoda; ministerstva a jiné ústřední správní úřady mohou výjimečně a ve veřejném zájmu, například pro odstraňování důsledků havárií nebo živelních pohrom, rozhodnout, že po dobu trvání tohoto veřejného zájmu konkrétní výrobek se nepovažuje za stanovený výrobek. 2 Technické požadavky na výrobek Jsou technické specifikace obsažená v právním předpisu, technickém dokumentu nebo technické normě, která stanoví požadované charakteristiky výrobku, jakými jsou úroveň jakosti, užitné vlastnosti, bezpečnost a rozměry, včetně požadavků na jeho název, pod kterým je prodáván, úpravu názvosloví, symbolů, zkoušení výrobku a zkušebních metod, požadavky na balení, označování výrobku nebo opatřování štítkem, postupy posuzování 1 Písmeno a), 2 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. 2 Písmeno a), odstavce (1), 12 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. shody výrobku s právními předpisy nebo s technickými normami, výrobní metody a procesy mající vliv na charakteristiky výrobků. 3 Nebo jiné požadavky nezbytné z důvodů ochrany oprávněného zájmu nebo ochrany spotřebitele, které se týkají životního cyklu výrobku poté, co je uveden na trh, popřípadě do provozu, např. podmínky používání, recyklace, opětovného použití nebo zneškodnění výrobku, pokud takové podmínky mohou významně ovlivnit složení nebo povahu výrobku nebo jeho uvedení na trh, popřípadě do provozu. 4 Technické předpisy Technickým předpisem pro účely zákona č. 22/1997 Sb., je právní předpis, obsahující technické požadavky na výrobky, popřípadě pravidla pro služby nebo upravující povinnosti při uvádění výrobku na trh, popřípadě do provozu, při jeho používání nebo při poskytování nebo zřizování služby nebo zakazující výrobu, dovoz, prodej či používání určitého výrobku nebo používání, poskytování nebo zřizování služby. 5 Technické dokumenty Technickým dokumentem se pro účely plnění informačních povinností podle 7 zákona č. 22/1997 Sb., rozumí dokument, který obsahuje technické požadavky na výrobek, a není technickým předpisem viz. výše ani technickou normou, a který by mohl vytvořit technickou překážku obchodu. 6 České technické normy Česká technická norma je dokument schválený Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, pro opakované nebo stálé použití, vytvořený podle tohoto zákona č. 22/1997 Sb., a označený písmenným označením ČSN, jehož vydání bylo oznámeno ve Věstníku Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (dále jen "Věstník Úřadu"). Česká technická norma není obecně závazná. 7 Česká technická norma poskytuje pro obecné a opakované používání pravidla, směrnice nebo charakteristiky činností nebo jejich výsledků zaměřené na dosažení optimálního stupně uspořádání ve vymezených souvislostech. 8 Prohlášení o shodě Stanovený výrobek, má-li být uveden na trh, popřípadě do provozu, musí nebo může být v rozsahu a za podmínek stanovených nařízením vlády opatřen stanoveným označením, dalšími označeními, a pokud tak stanoví nařízení vlády, musí být k němu vydáno nebo přiloženo ES prohlášení o shodě nebo jiný dokument. 9 3 Odstavec 1., písmene h), 2 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. 4 Odstavec 2., písmene h), 2 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. 5 Odstavec (1), 3 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. 6 Odstavec (2), 3 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. 7 Odstavec (1), 4 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. 8 Odstavec (3), 4 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. 9 Odstavec (2), 13 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. 345

107 Splnění požadavků bezpečnosti se považuje za splněné u výrobků, které jsou výrobky stanovenými k posuzování shody. 10 Právní a ostatní předpisy k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci Jsou předpisy na ochranu života a zdraví, předpisy hygienické a protiepidemické, technické předpisy, technické dokumenty a technické normy, stavební předpisy, dopravní předpisy, předpisy o požární ochraně a předpisy o zacházení s hořlavinami, výbušninami, zbraněmi, radioaktivními látkami, chemickými látkami a chemickými přípravky a jinými látkami škodlivými zdraví, pokud upravují otázky týkající se ochrany života a zdraví. 11 Organizace státního odborného dozoru Je právnická osoba zřízená Ministerstvem práce a sociálních věcí k výkonu státního odborného dozoru nad bezpečností vyhrazených technických zařízení. 12 Tuto funkci vykonává Technická inspekce České republiky (dříve Institut technické inspekce České republiky, se sídlem U Balabenky 6, Praha 8, IČO: Vyhrazená technická zařízení Vyhrazenými technickými zařízeními jsou zařízení se zvýšenou mírou ohrožení zdraví a bezpečnosti osob a majetku, která podléhají dozoru podle tohoto zákona. Jsou to technická zařízení tlaková, zdvihací, elektrická a plynová. 13 Podle stupně nebezpečnosti se vyhrazená technická zařízení zařazují do tříd, popřípadě skupin a stanoví se způsob prověřování odborné způsobilosti organizací, podnikajících fyzických osob a fyzických osob k činnostem na těchto zařízeních. 14 Vyhrazená elektrická technická zařízení Jsou: zařízení pro výrobu, přeměnu, přenos, rozvod a odběr elektrické energie a elektrické instalace. 15 určená k ochraně před účinky atmosférické nebo statické elektřiny. 16 Elektrická instalace Je definována jako sestava vzájemně spojených elektrických předmětů (zařízení) mající koordinované charakteristiky sloužící k plnění jednoho nebo několika úkolů. 17 Revize Jde o všechna opatřeni, kterými se ověřuje shoda hotové elektrické instalace s příslušnými požadavky HD Obsahuje prohlídku, zkoušení a vypracování zprávy Odstavec 7, přílohy č. 2 vyhlášky Ministerstva práce a sociálních věcí č. 73/2010 Sb., o vyhrazených elektrických technických zařízeních. 11 Odstavec (1), 349 zákona č. 262/2009 Sb., zákoníku práce zákona č. 174/1968 Sb., o státním odborném dozoru nad bezpečností práce. 13 Odstavec (1), 6b zákona č. 174/1968 Sb., o státním odborném dozoru nad bezpečností práce. 14 Odstavec (2), 6b zákona č. 174/1968 Sb., o státním odborném dozoru nad bezpečností práce. 15 Odstavec a), 2, vyhlášky Ministerstva práce a sociálních věcí č. 73/2010 Sb., o vyhrazených elektrických technických zařízeních. 16 Odstavec b), 2, vyhlášky Ministerstva práce a sociálních věcí č. 73/2010 Sb., o vyhrazených elektrických technických zařízeních. 17 Článek , ČSN IEC : Mezinárodní elektrotechnický slovník - Část 826: Elektrické instalace. 18 Článek 6.3.1, ČSN Elektrické instalace nízkého napětí - Revize. Prohlídka Jde o přezkoumání elektrické instalace s využitím všech smyslů a veškerého důvtipu, aby se zjistilo, zda je tato instalace řádné provedena. 19 Zkoušení Jde o realizaci opatření, s jejichž pomocí se ověřuje účinnost elektrické instalace. Její součásti je pomoci vhodných měřicích přístrojů určováni těch hodnot, které není možno zjistit prohlídkou (tzn. součástí zkoušení je i měření). 20 Uvádění vyhrazených elektrických zařízení do provozu Výchozí revize Nová elektrická zařízení je možno uvést do provozu jen tehdy, byl-li jejich stav z hlediska bezpečnosti ověřen výchozí revizí, popřípadě ověřen a doložen dokladem v souladu s požadavky stanovenými zvláštními předpisy. 21 Za takový doklad se považuje prohlášení o shodě 22 u stanovených výrobků. 23 Každá instalace musí být, pokud je to prakticky možné, během své výstavby anebo po dokončení předtím, nežli ji uživatel uvede do provozu, revidována. Revize se provádí též po dokončení oprav, pokud nestačí prověření kontrolou. 24 Výchozí revize se provede po ukončení celkové rekonstrukce na těch částech elektrického zařízení, na které byly práce prováděny. V ostatních případech je nutno rekonstruovaná elektrická zařízení uvést do provozu jen tehdy, byl-li jejich stav ověřen výchozí revizí. 25 Provoz bez provedené výchozí revize Elektrická instalace nebo jejich části, které ze závažných společenských, národohospodářských nebo technologických důvodů nemohou být během provádění rekonstrukce bez napětí po celou dobu trvání prací, lze v průběhu těchto prací provozovat bez provedení výchozí revize. V těchto případech je nutné na částech elektrického zařízení, na kterých byly práce prováděny a které je nutno uvést do provozu, provést taková opatření a kontroly, aby nebyla ohrožena bezpečnost. 26 Základním právním předpisem pro všechny druhy vyhrazených technických zařízení je zákon č. 174/1968 Sb., o státním odborném dozoru nad bezpečností práce, s účinností od , v platném znění od Ve smyslu písmene a), odstavce (1), 6c zákona č. 174/1968 Sb., o státním odborném dozoru nad bezpečností práce, je zakotvena povinnost organizace a podnikající fyzické osoby zajistit při uvádění do provozu a při provozování vyhrazených technických zařízení bezpečnostní opatření a provedení prohlídek, revizí a zkoušek ve stanovených případech, nevztahuje-li se na ně platné nařízení vlády pro stanovené výrobky, což jsou podle písmene a), odstavce (1), 12 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů, výrobky, které představují zvýšenou míru ohrožení oprávněného zájmu a u kterých proto musí být posouzena shoda; ministerstva a jiné ústřední správní úřady mohou výjimečně a ve veřejném zájmu, například pro odstraňování 19 Článek 6.3.2, ČSN Elektrické instalace nízkého napětí - Revize. 20 Článek 6.3.3, ČSN Elektrické instalace nízkého napětí - Revize. 21 Článek 2.1, ČSN Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení. 22 Viz. definice pojmu v odstavci Prohlášení o shodě. 23 Viz. definice pojmu v odstavci Stanovené výrobky. 24 Článek , ČSN Elektrické instalace nízkého napětí - Revize. 25 Článek 2.2, ČSN Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení. 26 Článek 2.2, ČSN Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení. 346

108 důsledků havárií nebo živelních pohrom, rozhodnout, že po dobu trvání tohoto veřejného zájmu konkrétní výrobek se nepovažuje za stanovený výrobek. Od 1. června 2010 vstoupila v účinnosti nová prováděcí vyhláška Ministerstva práce a sociálních věcí č. 73/2010 Sb., o stanovení vyhrazených elektrických technických zařízení, jejich zařazení do tříd a skupin a o bližších podmínkách jejich bezpečnosti (vyhláška o vyhrazených elektrických technických zařízeních), vydána na základě ustanovení písmen a) a b), odstavce (1), 7b zákona č. 174/1968 Sb., o státním odborném dozoru nad bezpečností práce. Dle přílohy č. 1, vyhlášky Ministerstva práce a sociálních věcí č. 73/2010 Sb., o vyhrazených elektrických technických zařízeních, jsou vyhrazená elektrická technická zařízení zařazována do třídy I. (skupiny A-E) nebo třídy II. (skupiny A-J). Zařazení zařízení do tříd a skupin určuje v příloze č. 2, vyhlášky Ministerstva práce a sociálních věcí č. 73/2010 Sb., o vyhrazených elektrických technických zařízeních následné bližší podmínky k bezpečnosti zařízení. V odstavci 3, přílohy č. 2 vyhlášky Ministerstva práce a sociálních věcí č. 73/2010 Sb., o vyhrazených elektrických technických zařízeních je uvedeno, že u vyhrazeného elektrického zařízení musí být před jeho uvedením do provozu osvědčena jeho bezpečnost v rozsahu a za podmínek stanovených právními a ostatními předpisy k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, které podle odstavce (1), 349 zákona č. 262/2009 Sb., zákoníku práce jsou předpisy na ochranu života a zdraví, předpisy hygienické a protiepidemické, technické předpisy, technické dokumenty a technické normy, stavební předpisy, dopravní předpisy, předpisy o požární ochraně a předpisy o zacházení s hořlavinami, výbušninami, zbraněmi, radioaktivními látkami, chemickými látkami a chemickými přípravky a jinými látkami škodlivými zdraví, pokud upravují otázky týkající se ochrany života a zdraví a v souladu s technickou (průvodní) dokumentací zařízení. Toto osvědčení provádí revizní technik s platným osvědčením příslušeného druhu a rozsahu vydaného organizací státního odborného dozoru, kterou je dle 1 zákona č. 174/1968 Sb., o státním odborném dozoru nad bezpečností práce, právnická osoba zřízená Ministerstvem práce a sociálních věcí k výkonu státního odborného dozoru nad bezpečností vyhrazených technických zařízení, tuto funkci vykonává v současné době Technická inspekce České republiky (dříve Institut technické inspekce České republiky), se sídlem U Balabenky 6, Praha 8, IČO: , na základě 9 vyhlášky č. 50/1978 Sb., o odborné způsobilosti v elektrotechnice. V odstavci 7, přílohy č. 2 vyhlášky Ministerstva práce a sociálních věcí č. 73/2010 Sb., o vyhrazených elektrických technických zařízeních je uvedeno, že splnění požadavků bezpečnosti se považuje za splněné u výrobků, u výrobků, které jsou výrobky stanovenými k posuzování shody podle jiného právního předpisu, kterým je zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů, ve znění pozdějších předpisů, nařízení vlády č. 17/2003 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na elektrická zařízení nízkého napětí. V praxi toto ustanovení opět znamená, že na stanovených výrobcích není nutné provádět samostatně výchozí revizi, protože jejich bezpečnost byla prověřena výrobcem na základě prohlášení o shodě. Nařízení vlády č. 101/2005 Sb., o podrobnějších požadavcích na pracoviště a pracovní prostředí, v článku své přílohy obecně deklaruje, že elektrická zařízení musí být navržena, vyrobena, odborně prověřena a vyzkoušena před uvedením do provozu a provozována tak, aby se nemohla stát zdrojem požáru nebo výbuchu a zaměstnanci musí být odpovídajícím způsobem chráněni před nebezpečím úrazu způsobeného elektrickým proudem, elektrickým obloukem nebo účinky statické elektřiny. Stejně tak vyhláška ČÚBP č. 48/1982 Sb., kterou se stanoví základní požadavky k zajištění bezpečnosti práce a technických zařízení, se ve své 11. části obecně zabývá elektrickými zařízeními. V odstavci (1) 194 je uvedena povinnost, že elektrická zařízení musí být před uvedením do provozu odborně prověřena a vyzkoušena. České technické normy, byť nejsou podle odstavce (1), 4 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů, obecně závazné, jsou dle odstavce (1), 349 zákona č. 262/2009 Sb., zákoníku práce, právními a ostatními předpisy k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a tím jsou pro účely ověřování bezpečnosti tímto ustanovením provázány s platným právním řádem ČR. Relevantními normami, upravujících oblast výchozích revizí vyhrazených elektrických technických zařízení, jsou: Článek 2.1, ČSN Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení uvádí, že nová elektrická zařízení je možno uvést do provozu jen tehdy, byl-li jejich stav z hlediska bezpečnosti ověřen výchozí revizí, popřípadě ověřen a doložen dokladem v souladu s požadavky stanovenými zvláštními předpisy. Za takový doklad se považuje prohlášení o shodě u stanovených výrobků. Stanovený výrobek, má-li být uveden na trh, popřípadě do provozu, musí nebo může být v rozsahu a za podmínek stanovených nařízením vlády opatřen stanoveným označením, dalšími označeními, a pokud tak stanoví nařízení vlády, musí být k němu vydáno nebo přiloženo ES prohlášení o shodě nebo jiný dokument ve smyslu odstavce (2), 13 zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů. V praxi toto ustanovení opět znamená, že na stanovených výrobcích není nutné provádět samostatně výchozí revizi, protože jejich bezpečnost byla prověřena výrobcem na základě prohlášení o shodě. Článek 2.2, ČSN Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení uvádí, že výchozí revize se provede po ukončení celkové rekonstrukce na těch částech elektrického zařízení, na které byly práce prováděny. V ostatních případech je nutno rekonstruovaná elektrická zařízení uvést do provozu jen tehdy, byl-li jejich stav ověřen výchozí revizí. Článek 2.3, ČSN Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení uvádí, že za nová ani rekonstruovaná elektrická zařízení pro účely výchozí revize se nepovažuje rozšíření existujícího elektrického obvodu nízkého napětí (do 1000 V střídavého a 1500 V stejnosměrného napětí), které nevyžaduje změnu jištění. Zprávu o výchozí revizi nahrazuje v tomto případě záznam o kontrole s podpisem pověřeného pracovníka. Článek 2.4, ČSN Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení uvádí, že pro účely nezbytných měření a zkoušek je možné uvést elektrická zařízení pod napětí ještě před ukončením výchozí revize. Musí však být provedena taková opatření, aby uvedením pod napětí nebyla ohrožena bezpečnost. To znamená, že pro účely provedení výchozí revize podle ČSN je možné krátkodobé připojení instalace k rozvodné síti i bez elektroměru. Článek 2.7, ČSN Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení uvádí, že elektrické zařízení nebo jeho části, na kterých byly v průběhu jejich užívání provedeny práce charakteru oprav, které mohou mít vliv na bezpečnost, je možno dále provozovat jen tehdy, jestliže stav elektrického zařízení nebo jeho části byl prověřen kontrolou a o kontrole byl vyhotoven záznam s podpisem pověřeného pracovníka. Norma pro postupy k provádění revizí, ve smyslu základní ČSN Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení, je uvedena v úvodním ustanovení této normy, kde je uvedeno, že pro provádění revizí elektrických instalací v budovách se používá 347

109 ČSN ed. 2:2004. Tato norma pozbyla účinnosti a byla nahrazena v plném rozsahu ČSN , která je v platnosti dodnes. Článek , ČSN Elektrické instalace nízkého napětí - Revize uvádí, že každá instalace musí být, pokud je to prakticky možné, během své výstavby anebo po dokončení předtím, nežli ji uživatel uvede do provozu, revidována. Revize se provádí též po dokončení oprav, pokud nestačí prověření kontrolou podle článku 2.7, ČSN Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení, kde je uvedeno, že elektrické zařízení nebo její části, na kterých byly v průběhu jejich užívání provedeny práce charakteru oprav, které mohou mít vliv na bezpečnost, je možno dále provozovat jen tehdy, jestliže stav elektrického zařízení nebo jeho části byl prověřen kontrolou a o kontrole byl vyhotoven záznam s podpisem pověřeného pracovníka. Příloha C, ČSN Elektrické instalace nízkého napětí - Revize uvádí pokyny k uplatnění pravidel stanovených v článku 6. - Výchozí revize, jako povinné úkony prohlídky a zkoušení. Použitá literatura [1] Zákon č. 174/1968 Sb., o státním odborném dozoru nad bezpečností práce, s účinností od , v platném znění od [2] Zákon č. 262/2006 Sb., zákoník práce, s účinností od , v platném znění k [3] Zákon č. 309/2006 Sb., kterým se upravují další požadavky bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v pracovněprávních vztazích a o zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při činnosti nebo poskytování služeb mimo pracovněprávní vztahy (zákon o zajištění dalších podmínek bezpečnosti a ochrany zdraví při práci), ze dne 23. května 2006, v platném znění k [4] Zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů, s účinností od , v platném znění od [5] Nařízení vlády č. 378/2001 Sb., kterým se stanoví bližší požadavky na bezpečný provoz a používání strojů, technických zařízení, přístrojů a nářadí, ze dne , s účinností od [6] Nařízení vlády č. 101/2005 Sb., o podrobnějších požadavcích na pracoviště a pracovní prostředí, ze dne 26. ledna 2005, s účinností od [7] Zákon číslo 133/1985 Sb., o požární ochraně, s účinností od , v aktuálním znění s poslední úpravou k [8] Vyhláška Českého úřadu bezpečnosti práce a Českého báňského úřadu č. 50/1978 Sb., o odborné způsobilosti v elektrotechnice, s účinností od , v platném znění od [9] Vyhláška Ministerstva vnitra č. 246/2001 Sb., vyhláška o požární prevenci, s účinností od [10] Vyhláška Ministerstva práce a sociálních věcí č. 73/2010 Sb., o stanovení vyhrazených elektrických technických zařízení, jejich zařazení do tříd a skupin a o bližších podmínkách jejich bezpečnosti (vyhláška o vyhrazených elektrických technických zařízeních), s účinností a platném znění od [11] Vyhláška Ministerstva vnitra č. 23/2008 Sb., o technických podmínkách požární ochrany staveb, s účinností od , aktualizovaná k [12] ČSN Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení - vydáno 1. března [13] ČSN Z1 - Elektrotechnické předpisy. Revize elektrických zařízení - vydáno 1. srpna [14] ČSN Z2 - Elektrotechnické předpisy. Revize elektrických zařízení - vydáno 1. dubna [15] ČSN Z3 - Elektrotechnické předpisy. Revize elektrických zařízení - vydáno 1. dubna [16] ČSN Z4 - Elektrotechnické předpisy - Revize elektrických zařízení - vydáno 1. září [17] ČSN ed. 2 - Elektrické instalace nízkého napětí - Část 1: Základní hlediska, stanovení základních charakteristik, definice - vydáno 1. května [18] ČSN ed. 2 - Elektrické instalace nízkého napětí - Část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti - Ochrana před úrazem elektrickým proudem - vydáno 1. srpna [19] ČSN ed. 2 Z1 - Elektrické instalace nízkého napětí - Část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti - Ochrana před úrazem elektrickým proudem - 1. dubna [20] ČSN Elektrické instalace nízkého napětí - Část 6: Revize - vydáno 1. září [21] ČSN IEC Mezinárodní elektrotechnický slovník - Část 826: Elektrické instalace - vydáno 1. srpna

110 Horľavý prach vo farmaceutickom priemysle Combustible Dust in the Pharmaceutical Industry Ing. Miroslava Vandlíčková, Ph.D. Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta bezpečnostného inžinierstva Ul. 1. mája 32, Žilina, Slovenská republika Miroslava.Vandlickova@fbi.uniza.sk Abstrakt Farmaceutický priemysel predstavuje ako jedno z mnohých priemyselných odvetví nebezpečenstvo výbuchu horľavého prachu, ktorý môže vznikať vo výrobných prevádzkach v dôsledku prítomnosti niektorých horľavých tuhých látok. Znalosť fyzikálno - chemických vlastností, požiarno - technických charakteristík takýchto horľavých prachov a možností potlačenia alebo odľahčenia výbuchu do značnej miery napomáha predchádzať závažnym mimoriadnym udalostiam sposobeným výbuchom horľavého prachu. Článok sa zaoberá nebezpečenstvom výbuchu horľavých farmaceutických prachov, bezpečnou manipuláciou horľavých tuhých látok vo farmaceutických prevádzkach a základnými ochrannými opatreniami na potlačenie alebo odľahčenie výbuchu. Kľúčové slová Požiar; výbuch; horľavý prach; protivýbuchová ochrana; farmaceutický priemysel. Abstract The pharmaceutical industry, like one of many other industries, represents a danger of combustible dust explosion that could arises in many production facilities due to the presence of particular combustible solids. Knowledge of physico - chemical properties, fire - technical characteristics of such combustible dust and the possibility of dust explosion suppression or elimination, largely helps to prevent serious incidents caused by flammable dust explosions. The article deals with the danger of pharmaceutical combustible dust explosion, safe handling of combustible solids in pharmaceutical facilities and with basic protective treatments of dust explosion suppression or elimination. Keywords Fire; explosion; combustible dust; explosion protection; pharmaceutical industry. Úvod Na základe mnohých mimoriadnych udalostí spojených s výbuchom horľavého prachu v rôznych priemyselných prevádzkach sa tejto problematike aktívne venuje pozornosť už niekoľko rokov. Jednou z najzávažnejších mimoriadnych udalostí, ktorá nastala vo farmaceutickom priemysle, bol výbuch horľavého prachu v roku 2003 vo výrobnej prevádzke West Pharmaceutical Services v meste Kinston, v štáte Severná Karolína v USA. Továreň slúžila na výrobu gumených farmaceutických zátiek, injekčných striekačiek a ďalšieho zdravotníckeho materiálu. Výbuch si vyžiadal šesť mŕtvych, desiatky zranených, stovky ľudí stratilo zamestnanie a vyčíslená škoda na majetku sa vyšplhala na niekoľko miliónov dolárov. Príčinou bol výbuch jemného horľavého prachu plastov, ktorý sa nahromadil nad závesným stropom vo výrobnej časti továrne. Nebezpečenstvo výbuchu horľavého prachu však hrozí nielen pri výrobe gumeného či plastového zdravotníckeho materiálu, ale aj pri výrobe samotných liečiv v tabletovej či granulátovej forme. Keďže výbuchy horľavých prachov majú väčšinou za následok rozsiahle materiálne škody, a v nemalom počte prípadov vážne poškodenia zdravia či dokonca nie výnimočne početné straty na ľudských životoch, je nutné neustále venovať bezpečnosti v tejto oblasti veľkú pozornosť. Na to, aby sa v prevádzkach s výskytom takýchto materiálov vedeli prijať adekvátne bezpečnostné opatrenia, je nutné poznať fyzikálno - chemické vlastnosti a požiarno - technické charakteristiky daných prachov. 1 Vlastnosti a požiarno-technické charakteristiky prachov Nebezpečenstvo výbuchu spojeného s používaním horľavých rozpúšťadiel ako sú napr. acetón, izopropylalkohol, metanol, atď. používaných pri filmovom poťahovaní tabliet a čistiacich procesoch liečiv je pomerne dobre známe a kontrolované. Avšak nebezpečenstvo výbuchu horľavého prachu spojeného s používaním tuhých farmaceutických látok sa dostáva do popredia o niečo pomalšie a býva mu venovaná menšia pozornosť. [1] Aby mohol nastať výbuch horľavého prachu, sú potrebné súčasne prítomné nasledujúce prvky: horľavý prach, iniciačný zdroj zapálenia, kyslík (vzduch), rozptýlenie horľavých prachových častíc a ich výskyt v uzavretom priestore (napr. v nádobe, miestnosti, vo výrobnom alebo spracovateľskom zariadení). Základný rozdiel medzi materiálom v celistvom stave a jeho prachom je v tom, že častice prachu majú oveľa väčší merný povrch a v jeho dôsledku aj väčšiu reaktivitu. Tiež tepelná vodivosť prachu v usadenom stave sa dosť výrazne odlišuje od tepelnej vodivosti celistvej látky. Tepelná vodivosť prachov je nízka a blíži sa tepelnej vodivosti izolačných materiálov. To je spôsobené prítomnosťou vzduchu medzi jednotlivými čiastočkami prachu [2]. Z pohľadu protipožiarnej a protivýbuchovej prevencie môžeme medzi požiarno-technické charakteristiky prachov zaradiť napr. nasledujúce parametre, ktoré sa zisťujú experimentálnymi skúškami: dolná medza výbušnosti, maximálny výbuchový tlak, maximálna rýchlosť nárastu tlaku, výbuchová konštanta K St, minimálna iniciačná energia, teplota vzplanutia usadeného prachu, teplota vznietenia usadeného prachu, teplota horenia usadeného prachu, teplota vznietenia rozvíreného prachu, limitný obsah kyslíka. Pre mnohé horľavé prachy sú zistené požiarno-technické charakteristiky uvedené v odbornej literatúre, avšak je potrebné mať na zreteli, že hodnoty sú uvádzané ako intervaly väčšieho rozsahu a majú viac-menej informatívnu úlohu. Charakter horľavých prachov a ich bezpečnostné parametre závisia vždy od konkrétnej technológie a manipulácie s danou látkou, od veľkosti častíc, od vlhkosti, od koncentrácie oxidačnej látky, atď. [3]. 2 Horľavé prachy vo farmaceutickom priemysle Vo farmaceutickom priemysle väčšina tuhých zlúčenín, ktoré už nepredstavujú stabilné oxidy, môže potenciálne predstavovať nebezpečenstvo výbuchu horľavého prachu. Možno sem zahrnúť prírodné organické materiály, syntetické organické materiály a rovnako tiež drobné kovové častice prachu. Na posúdenie nebezpečenstva výbuchu spojeného s používaním pevných látok je potrebné poznať presné hodnoty vyššie spomínaných parametrov. Tieto požiadavky sa líšia v závislosti od operácie, ktorá je vykonávaná s danou látkou. Tab. 1 zahŕňa namerané dáta najtypickejších požiarno-technických charakteristík vybraných materiálov, ktoré sú bežne používané vo farmaceutickom priemysle ako pomocné látky. Ak ide o materiál citlivý na zapálenie elektrostatickým výbojom (napr. ak má minimálnu iniciačnú energiu menšiu ako 25 mj), sú relevantné elektrostatické vlastnosti ako napr. vnútorný odpor či hustota elektrického náboja daného farmaceutického prachu. 349

111 Medzi procesy farmaceutického priemyslu, pri ktorých sa môže vyskytnúť nebezpečenstvo výbuchu horľavého prachu, patrí napr. zmiešavanie látok, granulácia, sušenie, mletie, tabletovanie, poťahovanie tabliet filmom, zber prachu, atď. Tab. 1 Vybrané vlastnosti najbežnejšie používaných farmaceutických pomocných látok [1] Vlastnosti vybraných farmaceutických pomocných látok Výbuchová Minimálna Minimálna Pomocná látka konštanta iniciačná energia, iniciačná teplota, K St MIE [mj] MIT prachu [ C] Celulóza Cetát celulózy Kukuričný škrob Dextrín Želatína 23 > Arabská guma 56 > Monohydrát laktózy 81 > Bezvodá laktóza Kovové stearáty Metylcelulóza > Organické farbivá Kyselina steárová Cukor Kľúčové faktory a ochranné opatrenia pred výbuchom horľavého prachu vo farmaceutickom priemysle Efektívna kontrola a posúdenie nebezpečenstva výbuchu spojeného s výrobou liečiv v liekovej forme je úzko spätá s aplikáciou a dodržiavaním nasledujúcich bodov: - zhodnotenie materiálov vstupujúcich do výrobného procesu, - identifikácia častí výroby, kde by mohla byť potenciálne vytvorená horľavá atmosféra s prítomnosťou prachu tuhých látok vyskytujúcich sa vo výrobe liečiv, - identifikácia potenciálnych iniciačných zdrojov, - definícia základov bezpečnosti pre danú operáciu hneď v úvode projektu alebo procesu, - efektívna komunikácia potenciálneho nebezpečenstva a stratégie kontroly personálu zúčastnenému danej operácie a rovnako tretej strane ako napr. architektom, inžinierom, dodávateľom zariadení, atď., - dokumentácia základných podmienok bezpečnej prevádzky. [1] Opatrenia, ktoré zabraňujú samotnému výbuchu explozívnej zmesi sa označujú ako aktívna prevencia pred výbuchom, môžu byť primárne (vylúčenie vzniku výbušných atmosfér) a sekundárne (vylúčenie akéhokoľvek možného zdroja iniciácie). [4] Pasívna ochrana zahŕňa konštrukčné opatrenia, ktoré obmedzujú účinky výbuchu na bezpečnostnú úroveň. V tab. 2 sú zhrnuté typické základy bezpečnosti pre niektoré farmaceutické procesy s vyskytujúcim sa horľavým prachom. Záver V oblasti zaistenia bezpečnosti pred výbuchom na úrovni Európskej únie platí smernica 94/9/EC Európskeho parlamentu a rady o aproximácii vnútroštátnych právnych predpisov členských štátov, týkajúcich sa zariadení a ochranných systémov určených na použitie v potenciálne výbušnej atmosfére, označovaná tiež ako ATEX 100 (Atmospheres Explosibles). Druhou základnou časťou direktívy ATEX je smernica 99/92/EC o minimálnych požiadavkách na zlepšenie bezpečnosti a ochrany zdravia zamestnancov vystavených riziku výbušných prostredí. Všeobecne sa označuje ako ATEX 137. Tab. 2 Základy bezpečnosti pre niektoré farmaceutické procesy s vyskytujúcim sa horľavým prachom [5] Základ bezpečnej prevádzky Prevencia vzniku horľavej atmosféry (kontrola množstva horľavého prachu) Prevencia vzniku horľavej atmosféry (vháňanie inertného plynu) Eliminácia potenciálnych iniciačných zdrojov Zariadenie odolné explózii Odľahčenie explózie Potlačenie explózie Požadovaný test/testy dolná medza výbušnosti (LEL) minimálna koncentrácia kyslíka (LOC) minimálna iniciačná energia (MIE) minimálna iniciačná teplota (MIT) testovanie samoohrevu materiálu maximálny výbuchový tlak (p max ) výbuchová konštanta (K St ) maximálny výbuchový tlak (p max ) výbuchová konštanta (K St ) maximálny výbuchový tlak (p max ) Poznámky použitie miestneho odsávacieho vetrania na odstránenie prachu v miestach uvoľňovania a zabránenie tvorby mrakov horľavého prachu; potrebná je informácia o ľahkosti tvorby mraku horľavého prachu na určenie požadovaného zrieď. prúdu vzduchu inertný plyn znižuje koncentráciu kyslíka pod minimálnu hodnotu potrebnú na podporu horenia získať informácie o citlivosti horľavého prachu k zapáleniu zdrojmi ako napr. elektrostatické výboje, iskry, ohrev a samoohrev; sú prijaté vhodné opatrenia na vylúčenie takýchto zdrojov zapálenia zariadenie (reakčná nádoba) a príslušenstvo postavené tak, aby odolalo maximálnemu výbuchovému tlaku produkty horenia sú odvedené prostredníctvom prieduchov, aby sa obmedzilo zvyšovanie tlaku na reakčnú nádobu pri iniciácii explózie je pridaná látka vhodná na potlačenie explózie, aby sa zabránilo zvýšeniu tlaku na steny reakčnej nádoby V slovenskom práve majú tieto smernice podobu v nariadeniach vlády č. 393/2006 Z.z., resp. 117/2001 Z.z. Nariadenie vlády 393/2006 Z.z. stanovuje zamestnávateľom požiadavky a postup pri zaistení bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci v prostredí s nebezpečenstvom výbuchu. Nariadenie vlády 117/2001 Z.z. stanovuje výrobcom zariadení a ochranných systémov požiadavky a postup pri kategorizácii, certifikácii a všeobecnom uvádzaní na trh výrobkov alebo ochranných systémov určených do prostredia s nebezpečenstvom výbuchu. Okrem toho existujú európske normy, ktoré boli vydané aj ako slovenské technické normy a zaoberajú sa problematikou ochrany pred výbuchom. Vývojárov a výrobcov ochranných systémov sa dotýkajú ďalšie normy, ktoré súvisia s potlačením, odľahčením a zabránením prenosu výbuchu. [6] Použitá literatúra [1] Ebadat, V.: Dust Explosion Hazards in Pharmaceutical Facilities. Pharmaceutical Processing [Online] 24. október [cit. 2. jún 2015]. dostupné na: pharmpro.com/articles/2012/10/dust-explosion-hazardspharmaceutical-facilities. [2] Damec, J.: Nebezpečí výbuchu průmyslových prachů (2. Část), In: 150 Hoří, 1993, č.6, s. 7 [3] Kořínek, K.: Požárně technické charakteristiky prachů a jejich význam v technické praxi. Výzkumný ústav 350

112 bezpečnosti práce. Knihovna BOZP, čítárna [online], 22. december 2006, [cit. 2. Jún 2015]. Dostupné na pozarni_ochrana/prach_vybuchy_pozary.html. [4] Štroch, P.: Procesy hoření a výbuchu. ŽU v Žiline: EDIS, s. ISBN [5] Ebadat, V.: Mitigating Dust Hazards in Oral Solid Dosage Facilities [Online] 19. január [cit. 2. jún 2015]. dostupné na: /2012/013/. [6] Podniky sa snažia vyhnúť riešeniu problematiky ochrany pred výbuchom [online], AT&P 11/2010, [cit. 2. jún 2015]. Dostupné na atp_2010/pdf/atp pdf. 351

113 Účinnosť a spoľahlivosť elektrickej požiarnej signalizácie Efficiency and Reliability of Fire Alarm Systems Ing. Miroslava Vandlíčková, Ph.D. Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta bezpečnostného inžinierstva Ul. 1. mája 32, Žilina, Slovenská republika Miroslava.Vandlickova@fbi.uniza.sk Abstrakt Elektrická požiarna signalizácia (EPS) je veľmi dôležitou súčasťou komplexnej ochrany majetku i zdravia človeka, pretože tvorí dôležitý prvok pri úspešnom zdolávaní požiarov. EPS je tvorená niekoľkými časťami, pričom samotnú detekciu požiarov realizujú hlásiče na základe rôzneho vstupného signálu. Článok sa zaoberá ich rozdelením, charakterizáciou, a rovnako ich účinnosťou a spoľahlivosťou pri požiaroch v rôznych typoch budov. Kľúčové slová Požiar; požiarno-technické zariadenie; elektrická požiarna signalizácia; detektor; hlásič. Abstract Fire alarm system (FAS) is a very important part of a complex protection of human property and health because of being an important element of the successful firefighting. FAS consists of several parts, and the own fire detection is realized by fire detectors based on various input signals. The article deals with the dividing of the fire alarm systems, their characterization, as well as their efficiency and reliability at fires in various types of buildings. Keywords Fire; fire protection system; fire alarm systems; detector; alarm. Úvod Elektrická požiarna signalizácia patrí medzi požiarno-technické zariadenia, ktoré plnia svoju nezastupiteľnú úlohu pri identifikácii miesta požiaru, pri skrátení času od vzniku po ohlásenie požiaru (EPS), pri odvode tepla a dymu z horiaceho priestoru, pri lokalizácii a uvedení požiaru pod kontrolu, pri riadení evakuácie, atď. [1] Elektrická požiarna signalizácia slúži na preventívnu ochranu objektov pred požiarom tak, že opticky a akusticky signalizuje vznik a miesto požiaru. EPS samočinne alebo prostredníctvom ľudského činiteľa urýchľuje odovzdávanie informácií o požiari osobám určeným na vykonávanie požiarneho zásahu, prípadne uvádza do činnosti zariadenia, ktoré bránia rozšíreniu požiaru, resp. priamo vykonávajú protipožiarny zásah. Má charakter pomocného zariadenia, ktoré je jedným z prostriedkov protipožiarneho istenia objektu. [2] 1 Rozdelenie a charakteristika EPS Elektrická požiarna signalizácia je spravidla zariadenie, ktoré musí obsahovať ústredňu, hlásiče požiaru, zariadenie signalizácie požiaru, zariadenie na prenos požiarnej signalizácie a napájacie zariadenie. Elektrická požiarna signalizácia musí identifikovať najmenej jeden fyzikálny jav alebo chemický jav spôsobený požiarom v stráženom priestore, akusticky alebo opticky signalizovať poplach v stráženom priestore alebo v jeho okolí a ovládať zariadenia, ktoré sú na ňu napojené. Ústredňa elektrickej požiarnej signalizácie (ďalej len ústredňa ) je zariadenie, ktoré najmä dodáva elektrickú energiu iným častiam elektrickej požiarnej signalizácie, prijíma, vyhodnocuje a vysiela signály, sleduje správnu funkčnosť a signalizuje poruchu elektrickej požiarnej signalizácie. Ústredňa musí najmä trvalo vyhodnocovať situáciu v stráženom priestore, kontrolovať svoj technický stav a signalizovať poruchu alebo zmenu technického stavu a zobrazovať stav: 1. signalizovania požiaru, 2. signalizovania poruchy, 3. dezaktivácie, 4. skúšania, 5. pokoja. Hlásič požiaru je zariadenie s najmenej jedným snímačom monitorujúcim nepretržite alebo v opakovaných časových intervaloch aspoň jeden fyzikálny jav alebo chemický jav súvisiaci s požiarom, pričom poskytuje ústredni najmenej jeden zodpovedajúci signál. V stavbe chránenej elektrickou požiarnou signalizáciou sú hlásiče požiaru umiestnené v stráženom priestore. [3] Hlásiče EPS sa delia na mechanické hlásiče (musia byť spustené mechanicky) a automatické hlásiče (automaticky sa spúšťajú pri zmene fyzikálnych parametrov). Automatické hlásiče môžu byť optické, tepelné, dymové, ionizačné. 2 Účinnosť a spoľahlivosť EPS Mnohé výsledky získané v oblasti stanovenia účinnosti elektrickej požiarnej signalizácie zostávajú väčšinou evidované v laboratórnych správach a vnútorných zdrojoch, ktoré sa mnohokrát nedostanú pred verejnosť. Preto štúdií, ktoré sa venujú tejto problematike, je zatiaľ v databázach obmedzené množstvo. Podľa Thomasa [4] koncept efektivity potrebný v tomto kontexte je jednoducho popísaný na obr. 1. Ú innos Efektivita Spo ahlivos Obr. 1 Koncept efektivity v oblasti EPS Výsledky zahraničných štúdií (Warrington Fire Research Study vo Veľkej Británii, The Australian Fire Engineering Guidelines v Austrálii, kompilácia požiarnej štatistiky pre Tokyo v Japonsku a výsledkov zo štúdie in situ požiarno-technických zariadení v Japonsku podľa autora Watanabe), ktoré pojednávajú o odhadoch spoľahlivosti jednotlivých druhov hlásičov, možno vidieť v tab

114 Tab. 1 Publikované odhady spoľahlivosti pre jednotlivé druhy hlásičov (pravdepodobnosť úspechu [%]) [5] Ochranný systém N = neuvedené Warrington Delphi UK (Delphi Group) tlenie plamenné horenie Fire Eng Guidelines Australia (expertný prieskum) tlenie plamenné horenie/ flash over Podľa PD :2003 sa účinnosť jednotlivých druhov hlásičov pohybuje v rozmedzí 50-90%. Všeobecná hodnota spoľahlivosti skriniek požiarnych hlásičov, elektroinštalácie a sirén sa v rámci EPS pohybuje od 95 do 100 %. (tab. 2) Tab. 2 Údaje spoľahlivosti jednotlivých druhov hlásičov a častí EPS podľa normy PD :2003 [6] V tab. 3 možno vidieť odhady spoľahlivosti pre hlásiče dymu podľa Halla v jednotlivých typoch budov. Tab. 3 Odhad spoľahlivosti pre hlásiče dymu v jednotlivých typoch budov [5] Záver Japonské štúdie Tokyo - protipožiarne oddelenie Dáta získané z analýzy dostupných informácií o spoľahlivosti a účinnosti elektrickej požiarnej signalizácie sú Watanabe detektor tepla / domáce alarmy dymu /74 N N systémový detektor dymu / lúčové detektory dymu / nasávacie detektory dymu 86 N 90 95/95 N N Požiarne hlásiče a detekčné systémy Zlepšenie pravdepodobnosti včasnej detekcie v budovách použitím automatických požiarnych hlásičov a alarmov Spoľahlivosť skriniek požiarnych hlásičov, elektroinštalácie a sirén Spoľahlivosť detektorov Obecná hodnota Obecná hodnota Dym Teplo Oheň 0,5 to 0,6 0,95 to 1 0,9 0,5 0,9 Typ budovy Stredná hodnoty spoľahlivosti [%], n=10 Byty 69,3 Hotely/Motely 77,8 Internáty 86,3 Verejné zhromažďovacie priestory 67,9 Obchody a kancelárie 71,7 Sklady 68,2 Priemysel a výroba 80,2 Domovy dôchodcov 84,9 Detské domovy a domovy pre maloletých 84,0 Školy a vzdelávacie zariadenia 76,9 Nemocnice a polikliniky 83,3 Väznice 84,2 Domovy pre mentálne postihnutých 87,5 vysoko hodnotným zdrojom pre ďalšie navrhovanie a projektovanie takýchto požiarno-technických zariadení, pre zlepšenie ich vlastností a funkcií. Oblasť účinnosti elektrickej požiarnej signalizácie je komplexnejšou problematikou a zahŕňa spoluprácu mnohých odborníkov z praxe, ako aj samotných výrobcov hlásičov a ostatných súčastí EPS. Mnohé hodnoty spoľahlivosti a účinnosti elektrickej požiarnej signalizácie však nepredstavujú reálne získané informácie, ale iba odhady odborníkov v danej oblasti EPS založené na expertnom posúdení dostupných informácií. Dôvodom je malá publikovateľnosť získaných informácií, ktoré v mnohých prípadoch slúžia iba na vnútorné účely konkrétnych výrobcov. Elektrická požiarna signalizácia môže vo väčšine prípadov pri vypuknutí požiaru zachrániť značnú časť majetku rovnako ako zdravie či život ľudí, pokiaľ je aktivovaná vždy, keď je potrebné. Z tohoto dôvodu sa vyžaduje, aby pracovala s čo najvyššou účinnosťou, aby možná záchrana ľudského zdravia, života a majetku prevýšila finančné náklady spojené so zakúpením a montážou takéhoto typu požiarnotechnického zariadenia do jednotlivých typov budov. Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe Zmluvy č. APVV Použitá literatúra [1] Vandlíčková, M.: Účinnosť požiarno-technických zariadení. In Požární ochrana 2014, Sborník příspěvků z mezinárodní konference, Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství. ISBN ISSN [2] Elektrická požiarna signalizácia. [online], [cit. 5. Jún 2015]. Dostupné na -signalizacia/. [3] Predpis č. 726/2002 Z. z. Vyhláška Ministerstva vnútra Slovenskej republiky, ktorou sa ustanovujú vlastnosti elektrickej požiarnej signalizácie, podmienky jej prevádzkovania a zabezpečenia jej pravidelnej kontroly. Zo dňa [cit. 5. Jún 2015]. Dostupné na zakonypreludi.sk/zz/ [4] Thomas, I.R.: Effectiveness of Fire Safety and Systems. Journal of Fire Protection Engineering 2002, 12: 63, Vol. 12, May 2, [5] Bukowski, R. at all: Estimates of the Operational Reliability of Fire Protection Systems. In Fire Protection Strategies for 21 st Century Building and Fire Codes Symposium. Society of Fire Protection Engineers and American Institute of Architects. September 17-18, 2002, Baltimore, MD, s [6] Application of fi re safety engineering principles to the design of buidlings - Probabilistic risk assessment. British Standards. PD :2003. ISBN , r

115 Zákonné povinnosti pro zajištění bezpečnosti lakovacích kabin z hlediska nebezpečí požáru nebo výbuchu Legal Obligations to Ensure the Safety of Powder Spray Booths for Hazards of Fire or Explosion Ing. Eva Veličková VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, Ostrava - Výškovice eva.velickova@vsb.cz Abstrakt Lakovací kabiny stejně, jako každé jiné strojní zařízení, představuje pro své okolí určité riziko, které může být příčinou usmrcení nebo zranění osob a poškození majetku nebo životního prostředí. Proto musí každé provozované zřízení odpovídat příslušným směrnicím a normám. Základní předpis, z kterého je třeba při zajištění bezpečnosti osob i majetku vycházet je Zákon 262/2006 Sb. zákoník práce ze dne 21. dubna Podle tohoto zákona je zaměstnavatel povinen zajistit bezpečnost a ochranu zdraví zaměstnanců při práci s ohledem na rizika možného ohrožení jejich života a zdraví. Klíčová slova Lakovací kabina; harmonizovaná norma; riziko; legislativa. Abstract A powder spray booth as well as any other machinery poses to their surroundings certain risks, which may cause death or injury to persons and damage to property or the environment. Therefore, any establishment operated comply with relevant directives and standards. The basic rule from which it is necessary to ensure the safety of persons and property based on the Law 262/2006 Coll. Labor Code dated 21 April According to this law, the employer is obliged to ensure the safety and health of workers at work with regard to the possible risk to their lives and health. Keywords Powder spray booth; the harmonized standard; Risk; Legislation. Úvod Povinností zaměstnavatele podle zákoníku práce je vytvářet bezpečné a zdraví neohrožující pracovní prostředí a pracovní podmínky vhodnou organizací bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a rovněž přijímat opatření k předcházení rizikům pomocí opatření vyplývajících jak z předpisů k zajištění BOZP a tak z opatření zaměstnavatele. Tato opatření mají za úkol předcházet rizikům, odstraňovat je anebo minimalizovat působení neodstranitelných rizik. Povinnosti zaměstnavatele ve vztahu k bezpečnosti práce Zaměstnavatel je povinen vyhledávat všechna nebezpečí a zjišťovat jejich příčiny a zdroje. Na základě tohoto zjištění vyhledávat a hodnotit rizika a poté přijímat opatření k jejich odstranění nebo alespoň provádět taková opatření, aby se práce stala méně rizikovou. Dále je zaměstnavatel povinen pravidelně kontrolovat úroveň bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, zejména stav výrobních a pracovních prostředků a vybavení pracovišť a také úroveň rizikových faktorů pracovních podmínek, a dodržovat metody a způsob zjišťování a hodnocení rizikových faktorů podle zvláštního právního předpisu. Zaměstnavatel je povinen vést dokumentaci o vyhledávání a vyhodnocování rizik i o přijatých opatřeních. Při přijímání i provádění technických, organizačních a jiných opatření k prevenci rizik je zaměstnavatel povinen vycházet z těchto zásad: - omezovat vznik rizik, - odstraňovat rizika u zdroje jejich původu, - přizpůsobovat pracovní podmínky tak, aby bylo omezeno působení negativních vlivů práce na zdraví zaměstnanců, - nahrazovat nebezpečné technologie, výrobní a pracovní prostředky, suroviny a materiály méně nebezpečnými nebo méně rizikovými, - omezovat počtu zaměstnanců vystavených působení rizikových faktorů pracovních podmínek překračujících nejvyšší hygienické limity a omezit i počet dalších rizik, - plánovat při provádění prevence rizik s využitím techniky, organizace práce, pracovních podmínek, sociálních vztahů a vlivu pracovního prostředí, - přednostně uplatňovat prostředky kolektivní ochrany před riziky oproti prostředkům individuální ochrany, - provádět opatření směřujících k omezování úniku škodlivin ze strojů a zařízení, - udílet vhodné pokyny k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci. Zaměstnavatel je povinen přizpůsobovat opatření měnícím se skutečnostem, kontrolovat jejich účinnost a dodržování a zajišťovat zlepšování stavu pracovního prostředí a pracovních podmínek. Zaměstnavatel je povinen zajistit zaměstnancům školení o právních a ostatních předpisech k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a soustavně vyžadovat a kontrolovat jejich dodržování. Školení je zaměstnavatel povinen zajistit při nástupu zaměstnance do práce, a dále při změně pracovního zařazení, nebo druhu práce, při zavedení nové technologie nebo změny výrobních a pracovních prostředků nebo změny technologických anebo pracovních postupů, a dále také v případech, které mají nebo mohou mít podstatný vliv na bezpečnost a ochranu zdraví při práci. Zaměstnavatel je povinen určit obsah a četnost školení o právních a ostatních předpisech k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, způsob ověřování znalostí zaměstnanců a vedení dokumentace o provedeném školení. Vyžaduje-li to povaha rizika a jeho závažnost, musí být školení pravidelně opakováno; v případech výše uvedených změn musí být školení provedeno bezodkladně. Zaměstnavatel je povinen organizovat nejméně jednou ročně prověrky bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a zjištěné nedostatky odstraňovat. [ZÁKON 262/2006 Sb. zákoník práce ze dne 21. dubna 2006 ČÁST PÁTÁ BEZPEČNOST A OCHRANA ZDRAVÍ PŘI PRÁCI]. K bezpečnosti jak pracovníka při práci, tak samotného zařízení se vztahuje celá řada předpisů, přičemž po vstupu ČR do Evropské unie musíme vycházet také z platné evropské legislativy. Podle SMĚRNICE EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY 2001/95/ES ze dne 3. prosince 2001 o obecné bezpečnosti výrobků jsou výrobci povinni uvádět na trh pouze bezpečné výrobky. Pokud jde o hlediska, na která se vztahují příslušné vnitrostátní právní předpisy, považuje se výrobek za bezpečný v případě, že 354

116 neexistují žádná zvláštní ustanovení Společenství, kterými se upravuje bezpečnost dotyčného výrobku, je-li ve shodě se zvláštními vnitrostátními právními předpisy členského státu, na jehož území je uváděn na trh, pokud jsou tyto předpisy vypracovány v souladu se Smlouvou, a stanovují požadavky na ochranu zdraví a bezpečnost, které musí výrobek splňovat, aby mohl být uveden na trh. Pokud jde o rizika a kategorie rizik, na která se vztahují příslušné vnitrostátní normy, předpokládá se, že je výrobek bezpečný, je-li ve shodě s nezávaznými vnitrostátními normami přejímajícími evropské normy, na něž Komise zveřejnila odkazy v Úředním věstníku Evropských společenství. Členské státy zveřejní odkazy na dotyčné vnitrostátní normy. [SMĚRNICE EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY 2001/95/ES ze dne 3. prosince 2001 o obecné bezpečnosti výrobků]. Podle SMĚRNICE EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY 2006/42/ES ze dne 17. května 2006 o strojních zařízeních a o změně směrnice 95/16/ES výrobce nebo jeho zplnomocněný zástupce před uvedením strojního zařízení na trh nebo do provozu zajistí, aby splňovalo příslušné základní požadavky na ochranu zdraví a bezpečnost. Musí zajistit posouzení rizika s cílem určit požadavky na ochranu zdraví a bezpečnost, které platí pro strojní zařízení. Strojní zařízení pak musí být navrženo a konstruováno s přihlédnutím k výsledkům posouzení rizika. Opakujícím se postupem posuzování a snižování rizika výrobce nebo jeho zplnomocněný zástupce: - určí meze strojního zařízení, což zahrnuje jeho předpokládané použití a jakékoliv jeho důvodně předvídatelné nesprávné použití, - určí nebezpečí, která mohou vyplývat ze strojního zařízení, a s tím spojené nebezpečné situace, - odhadne rizika při zohlednění závažnosti možného poranění nebo škody na zdraví a pravděpodobnost jejich výskytu, - vyhodnotí rizika s cílem určit, zda je v souladu s cílem této směrnice nutné snížení rizika, - vyloučí nebezpečí nebo sníží rizika spojená s tímto nebezpečím použitím ochranných opatření v tomto pořadí: 1. vyloučit nebo co nejvíce omezit nebezpečí, 2. pokud nelze nebezpečí vyloučit, učinit nezbytná ochranná opatření, 3. uvědomit uživatele o jakémkoli přetrvávajícím nebezpečí vyplývajícím z jakýchkoli nedostatků přijatých ochranných opatření, upozornit na případnou potřebu zvláštní odborné přípravy a specifikovat potřebu osobních ochranných prostředků. Dále výrobce nebo jeho zplnomocněný zástupce zajistí, aby byla k dispozici technická dokumentace, poskytne potřebné informace, např. návod k používání, provede příslušné postupy k posouzení shody a vypracuje ES prohlášení o shodě a zajistí, aby toto prohlášení bylo přiloženo ke strojnímu zařízení, a také připojí označení CE. V členských státech jsou považována strojní zařízení opatřená označením CE a ES prohlášením o shodě s předepsaným obsahem za splňující požadavky směrnice 2006/42/ES. Strojní zařízení vyrobené v souladu s harmonizovanou normou, na níž byl odkaz zveřejněn v Úředním věstníku Evropské unie, je považováno za zařízení, které splňuje základní požadavky na ochranu zdraví a bezpečnost podle příslušné harmonizované normy. Komise zveřejní v Úředním věstníku Evropské unie odkazy na harmonizované normy. [SMĚRNICE EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY 2006/42/ES ze dne 17. května 2006 o strojních zařízeních a o změně směrnice 95/16/ES (přepracované znění)]. Normy Česká technická norma je dokument schválený pověřenou právnickou osobou pro opakované nebo stálé použití, vytvořený podle zákona 22/1997 Sb. a označený písmenným označením ČSN, jehož vydání bylo oznámeno ve Věstníku Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Česká technická norma není obecně závazná. Česká technická norma se stává harmonizovanou českou technickou normou, přejímá-li plně požadavky stanovené evropskou normou nebo harmonizačním dokumentem, které uznaly orgány Evropského společenství jako harmonizovanou evropskou normu, nebo evropskou normou, která byla jako harmonizovaná evropská norma stanovena v souladu s právem Evropských společenství společnou dohodou notifikovaných osob. Pro specifikaci technických požadavků na výrobky, vyplývajících z nařízení vlády nebo jiného příslušného technického předpisu, může Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví po dohodě s ministerstvy a jinými ústředními správními úřady, jejichž působnosti se příslušná oblast týká, určit české technické normy, další technické normy nebo technické dokumenty mezinárodních, popřípadě zahraničních organizací, nebo jiné technické dokumenty, obsahující podrobnější technické požadavky - určené normy. Ve Věstníku Úřadu jsou oznámeny harmonizované české technické normy, určené normy a jejich změny nebo zrušení. V oznámení je také uveden technický předpis, k němuž se tyto normy vztahují. Splnění harmonizované české technické normy, určené normy nebo splnění zahraniční technické normy přejímající v členských státech Evropské unie harmonizovanou evropskou normu, nebo splnění jejich částí je považováno v rozsahu a za podmínek stanovených v technickém předpisu za splnění požadavků stanovených technickými předpisy, k nimž se tyto normy nebo jejich části vztahují. Úřad zveřejňuje ve Věstníku Úřadu odkaz na evropskou normu uveřejněnou podle práva Evropských společenství Komisí Evropského společenství v Úředním věstníku Evropských společenství, která splňuje podmínky této směrnice. [Předpis č. 22/1997 Sb. Zákon o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů ze dne 24. ledna 1997]. Požadavky na strojní zařízení Při navrhování a výrobě strojního zařízení a při vypracovávání návodu k používání musí výrobce nebo jeho zplnomocněný zástupce vzít v úvahu nejen předpokládané použití strojního zařízení, ale rovněž jakékoli důvodně předvídatelné nesprávné použití. Strojní zařízení musí být navrženo a konstruováno tak, aby se předešlo jinému než běžnému použití, pokud by takové použití mohlo způsobit riziko. Návod k používání musí případně upozornit uživatele na nesprávné způsoby použití strojního zařízení, k nimž může podle zkušeností dojít. Strojní zařízení musí být navrženo a konstruováno tak, aby bralo v úvahu omezení, jimž je obsluha vystavena při nezbytném nebo předpokládaném používání osobních ochranných prostředků. Strojní zařízení musí být dodáváno s veškerým zvláštním vybavením a příslušenstvím, které umožní seřízení, údržbu a používání strojního zařízení bez rizika. Co se týká problematiky výbuchu práškových barev v lakovacích kabinách, musí být strojní zařízení navrženo a konstruováno tak, aby se zabránilo jakémukoli nebezpečí vzniku požáru nebo přehřátí, anebo výbuchu způsobenému samotným strojním zařízením nebo plyny, kapalinami, prachem, párami nebo jinými látkami vznikajícími nebo používanými ve strojním zařízení. Pro případ výbuchu musí strojní zařízení vyhovovat ustanovením zvláštních směrnic, a to především Směrnice 94/9/ES Evropského parlamentu a Rady ze dne 23. března 1994 o sbližování právních předpisů členských států týkajících se zařízení a ochranných systémů určených k použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. 355

117 Výrobce musí učinit následující opatření: - je-li to možné, zabránit vytváření výbušného prostředí, které by mohlo vznikat v samotných zařízeních nebo ochranných systémech nebo se z nich šířit, - zabránit vznícení výbušného prostředí se zřetelem k vlastnostem všech elektrických a neelektrických zdrojů vznícení, - pokud přesto může dojít k výbuchu, který by mohl přímo nebo nepřímo ohrozit osoby, případně domácí zvířata nebo majetek, aby byl výbuch okamžitě potlačen a/nebo aby byl omezen rozsah účinku výbuchových plamenů a výbuchový tlak na dostatečnou úroveň bezpečnosti. Zařízení a ochranné systémy musí být navrhovány a vyráběny po náležité analýze možných provozních poruch tak, aby byly pokud možno vyloučeny nebezpečné situace. Je nutno brát v úvahu jakékoli důvodně předvídatelné nesprávné použití. Zařízení a ochranné systémy, které podléhají zvláštním podmínkám kontroly a údržby, musí být navrženy a provedeny s ohledem na tyto podmínky. Zůstanou-li rizika i navzdory všem přijatým opatřením k zajišťování bezpečnosti při navrhování, bezpečnostním opatřením a doplňujícím ochranným opatřením, je nutno zajistit potřebná výstražná upozornění, včetně výstražných zařízení. Značení veškerého strojního zařízení musí být čitelné a nesmazatelné a musí obsahovat alespoň tyto údaje: - obchodní firmu a úplnou adresu výrobce a případně jeho zplnomocněného zástupce, - označení strojního zařízení, - označení CE, - označení série nebo typu, - výrobní číslo, pokud existuje, - rok výroby, tj. rok, ve kterém byl ukončen výrobní proces. Je-li strojní zařízení navrženo a konstruováno pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu, musí být odpovídajícím způsobem označeno. Na strojním zařízení musí být rovněž uvedeny úplné informace o jeho typu a informace podstatné pro jeho bezpečné používání. Informace a výstrahy na strojním zařízení by měly být přednostně uvedeny v podobě snadno srozumitelných symbolů nebo piktogramů. Písemné nebo ústní informace a výstrahy musí být uvedeny v úředním jazyce či jazycích Společenství, které mohou být určeny v souladu se Smlouvou členským státem, v němž má být strojní zařízení uvedeno na trh nebo do provozu, a na žádost mohou být doplněny verzemi v jiném jazyce či jazycích Společenství, kterým obsluha rozumí. [SMĚRNICE EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY 2006/42/ES ze dne 17. května 2006 o strojních zařízeních a o změně směrnice 95/16/ES (přepracované znění)]. Zajištění bezpečnosti v lakovnách Pro konkrétní provedení opatření k zajištění bezpečnosti jakéhokoliv strojního zařízení slouží normy. Tyto evropské normy jsou vypracovány na základě mandátu uděleného CEN Evropskou komisí a Evropským sdružením volného obchodu a slouží k zajištění shody se základními požadavky směrnic EU pro zajištění bezpečnosti. Uvedením těchto norem v Úředním věstníku Evropské unie pod příslušnou směrnicí a převzetím jako národních norem alespoň jedním členským státem, je splnění normativních ustanovení těchto norem, v rozsahu daném předmětem normy, předpokladem shody s příslušnými základními požadavky této směrnice a přidružených předpisů EFTA. Pro zajištění bezpečnosti strojních zařízení se vychází ze Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2006/42/ES ze dne 17. května 2006 o strojních zařízeních a o změně směrnice 95/16/ES, která nahradila Směrnici Evropského parlamentu a Rady 98/37/ES (98/37/EC) ze dne 22. června 1998, o sbližování právních předpisů členských států týkajících se strojních zařízení, změněná směrnicí Evropského parlamentu a Rady 98/79/ES (98/79/EC) ze dne 27. října 1998, o diagnostických zdravotnických prostředcích in vitro. Zajištění bezpečnosti v lakovnách se podle platné legislativy řídí uvedenými harmonizovanými normami, přičemž splnění požadavků těchto norem je jedním ze způsobů prokázání shody se stanovenými základními požadavky příslušných směrnic, které jsou uvedeny v následující tabulce. Tab. 1 Harmonizované normy týkající se bezpečnosti v práškových lakovnách s odkazem na příslušné směrnice Harmonizovaná norma ČSN EN ISO Bezpečnost strojních zařízení - Všeobecné zásady pro konstrukci - Posouzení rizika a snižování rizika ČSN EN A1 Bezpečnost strojních zařízení - Požární prevence a požární ochrana ČSN EN A1 Lakovny - Stříkací kabiny pro nanášení organických práškových nátěrových hmot - Bezpečnostní požadavky ČSN EN Stabilní elektrostatické zařízení pro nanášení hořlavých práškových nátěrových hmot - Bezpečnostní požadavky ČSN EN Elektrostatické ruční stříkací zařízení - Bezpečnostní požadavky - Část 2: Ruční stříkací zařízení pro hořlavé práškové nátěrové hmoty ČSN EN ed. 2 Výbušná prostředí - Prevence a ochrana proti výbuchu - Část 1: Základní koncepce a metodika ČSN EN ISO Bezpečnost strojních zařízení - Bezpečnostní části ovládacích systémů - Část 1: Všeobecné zásady pro konstrukci ČSN EN ISO Bezpečnost strojních zařízení - Bezpečnostní části ovládacích systémů - Část 2: Ověřování platnosti ČSN EN ISO Bezpečnost strojních zařízení - Integrované výrobní systémy - Základní požadavky ČSN EN A1 Bezpečnost strojních zařízení - Požární prevence a požární ochrana ČSN EN A1 Stroje pro dodávání a cirkulaci nátěrových hmot pod tlakem - Bezpečnostní požadavky ČSN EN 1953 Rozprašovací a stříkací zařízení pro nátěrové hmoty - Bezpečnostní požadavky ČSN EN A1 Lakovny - Kombinované stříkací kabiny - Bezpečnostní požadavky ČSN EN ed. 4 Výbušné atmosféry - Část 0: Zařízení - Obecné požadavky ČSN EN Neelektrická zařízení pro prostředí s nebezpečím výbuchu - Část 1: Základní metody a požadavky ČSN EN Elektrická zařízení pro prostory s hořlavým prachem - Část 4: Typ ochrany pd ČSN EN A1 Stanovení výbuchových charakteristik rozvířeného prachu - Část 4: Stanovení mezní koncentrace kyslíku LOC rozvířeného prachu ČSN EN A1 Stanovení výbuchových charakteristik rozvířeného prachu - Část 3: Stanovení dolní meze výbušnosti LEL rozvířeného prachu ČSN EN A1 Stanovení výbuchových charakteristik rozvířeného prachu - Část 2: Stanovení maximální rychlosti nárůstu výbuchového tlaku (dp/dt) max rozvířeného prachu ČSN EN A1 Stanovení výbuchových charakteristik rozvířeného prachu - Část 1: Stanovení maximálního výbuchového tlaku p max rozvířeného prachu Směrnice 2006/42/ES 2006/42/ES 2006/42/EC 94/9/ES 94/9/ES 94/9/ES 2006/42/ES 2006/42/ES 2006/42/ES 98/37/ES 2006/42/ES 2006/42/ES 94/9/ES 2006/42/EC 94/9/EC 2006/42/EC 94/9/ES 94/9/EC 94/9/EC 94/9/ES 94/9/ES 94/9/ES 94/9/ES Lakovací kabiny Lakovací kabiny mohou být s obsluhou uvnitř kabiny, s obsluhou mimo kabinu, s obsluhou nebo bez obsluhy se stojany pro automatické stříkací zařízení mimo kabinu případně uvnitř kabiny. Systém pro odlučování prášku, který se neusadil na výrobku, může být uzavřený nebo otevřený. Uzavřený odlučovací systém (obr. 1) je samostatně uzavřený systém pro odlučování prášku tvořen filtrem nebo cyklónem, který je propojen pomocí potrubí s práškovou stříkací kabinou. 356

118 U otevřeného odlučovacího systému (obr. 2) je odlučovač práškové nátěrové hmoty vybaven filtrem, volně vestavěným do práškové stříkací kabiny. Použitá literatura [1] Dostupné z: wagner-group-produtky/prumysl-praskove-lakovani-techn ologie/praskove-kabiny/praskove-kabiny_53ac6e6c9b0cd. html. Obr. 1 Lakovací kabina s uzavřeným odlučovacím systémem [1] Obr. 2 Lakovací kabina s otevřeným odlučovacím systémem [1] Závěr Cílem tohoto příspěvku bylo poskytnutí základních informací k bezpečnosti při provozování práškových lakovacích kabin především z hlediska protivýbuchové prevence. Proces tvorby norem v oblasti BOZP má své opodstatnění. Význam norem v této oblasti je v maximální míře zabezpečit ochranu života a zdraví osob i majetku, případně minimalizovat vzniklé ztráty. Podle nařízení vlády 176/2008 Sb. o technických požadavcích na strojní zařízení se má za to, že základní požadavek na ochranu zdraví a bezpečnost je splněn, pokud strojní zařízení splňuje příslušné ustanovení harmonizované EN nebo harmonizované ČSN, která přejímá harmonizovanou EN, případně zahraniční technické normy v členském státě EU, která přejímá harmonizovanou EN. 357

119 Osobní dohledový systém pro podporu výcviku a zvýšení bezpečnosti příslušníků a pracovníků složek IZS Personal Security System for the Support of the Training Process and Increasing the Safety of Members of the Integrated Rescue System Ing. Tomáš Veselý Ing. Pavel Smrčka, Ph.D. Ing. Lukáš Kučera Ing. Martin Vítězník Mgr. Zdeněk Hon, Ph.D. Ing. Jan Žižka Czech Technical University in Prague, Faculty of Biomedical Engineering, Joint Department of Biomedical Engineering CTU and Charles University in Prague Studničkova 7, Praha 2, Czech Republic tomas.vesely@fbmi.cvut.cz Abstrakt Článek popisuje bezdrátový biotelemetrický systém pro monitorování fyziologických a environmentálních dat hasičů a členů jednotek IZS v reálném čase během tréninku nebo zásahu. Cílem systému je zvýšení bezpečnosti členů zásahového týmu a podpora zefektivnění výcviku užitím chytré nositelné elektroniky v kombinaci se speciálními algoritmy a výpočty vedoucími k indikaci rizikových stavů (extrémní fyzická a psychická zátěž, stres, přehřívání, nebezpečné prostředí, ). Veličiny popisující osobní status jsou počítány pomocí biosignálů: tepová frekvence, pohybová aktivita, poloha těla, teplota a další. Další sada veličin jsou environmentální parametry jako teplota, vlhkost, vibrace, koncentrace výbušných plynů a další. Klíčová slova Síť WBAN; biotelemetrie; výcvikový proces; bezpečnost členů jednotek IZS. Abstract A wireless biotelemetrical system for real-time monitoring of physiological and environmental data of fireman and special rescue team members during the training and/or rescue operation is presented. The aim of the system is to increase personal security of the rescue team members and support for profiling of training process using the wireless smart sensor technology solution in combination with special algorithms and calculations leading to indicate risk states and generate alarms (extreme physical or psychical load, stress, body overheating, environmental hazard, etc.). Quantities describing personal status are calculated using information from the body: heart rate, physical activity, body position, temperature, etc. The other set of important quantities are environmental parameters, such as temperature, humidity, vibration, explosive gases concentration etc. Keywords Wireless body area network; biotelemetry; training process; safety of the integrated rescue system members. 1 Introduction In recent years there were several activities in developing mobile, small, compact and robust systems for monitoring and analyzing continuously and in real time, the environmental and/ or physiological data of the human body. Such a system must be body-worn, non-obtrusive, non-invasive and easy to use. It must transmit data in real-time using secure wireless technology. The implication and potential of these wearable health monitoring instruments are widespread (e.g., in aircraft, sport, in-home care, clinical monitoring, cardiac monitoring, patient transport and emergency worker monitoring, firemen and rescue squads etc.). Contemporary typical representative projects, systems and attempts, are listed below. LifeNet [1, 2] is a system of localization of firemen inside complex buildings. Fireman is disposing beacons to help him oriented inside the building. System is based on Microchip microcontrollers and uses radio frequency 868 MHz with possibility of sensing several values and transmit them over radio localization network. FIRE (Fire Information and Rescue Equipment) [3] system uses a network of sensors SmokeNet. Primary function of these sensors is a smoke detection inside the building. These sensors need to be installed in building rooms at close distances. During the fire inside the building is the network used for fire and fireman localization. Network operates at 2.4 GHz frequency. FireNet [4] is an ad-hoc network specially designed for sensor data transactions during firemen operations. Network has capability of reconfiguration in order to deliver data to desired target. Data are sensed from both firemen and their equipment and transmitted to fire commander. FireNet is also connected to Ethernet, so the fire department has online information about ongoing intervention, too. MiTag [5] sensing network is primarily designed for medical purposes. System uses two separate networks - Body Area Network (BAN) for sensor communication and MESH network for data transfers. MESH network uses repeaters for example inside the hospital in order to deliver data to visualization unit. ProeTex Project was, according to [6], EU s 6th Framework IST Integrated Project developing a textile and fiber based smart wearable sensor system, funded by European Community in years The project was focused on the development of smart textiles with built-in (wearable) sensors and creation of transmission systems to receive and process data from the sensors. A prototype system utilized standard devices for the measurements of both physiological and environmental parameters (ECG, thermocouple, accelerometers) as well as newly developed or tested sensors and technologies (e.g. piezo-textile sensors, textile antenna, wearable battery). As a result, the possibility to monitor user s health status, activity, position or environment was achieved and whole system was evaluated [7]. Soldier Inspect [8], a project of a spin-off company of Czech Technical University in Prague and Ministry of Defense of the Czech Rep., was focused on the monitoring of defense personnel. The system measures Heart Rate (HR), activity and skin temperature in order to evaluate both psychological and physical condition of the subject, estimate energy expenditure and present the results in a simplified overview. Zephyr BioHarness is a device measuring heart rate, indicative ECG, breath rate, skin temperature, posture/activity and GSR. Measured values are processed in the device and transmitted via 358

120 Bluetooth to a PC or a tablet in order to visualize the measured data. The system is capable of connecting a Bluetooth enabled tactical radio (e.g. Sepura Tetra) and utilize existing infrastructure to increase the range. These yet available products provide only partial functionality, they are closed and specialized typically to a small subset of special functions (for example heart rate monitoring, localization, smart textiles, etc.) and are based on the last-generation technology. The most promising and complex systems, are in project state and under development. 2 Methods Main goal of proposed system, operatively named FlexiGuard, is to provide relevant information about rescue squad members, especially fire-fighter, in order to adjust rescue operations and protect squad members. Solution is from beginning designed as modular biotelemetric system with adjustable parameters and optional individual configuration for each member. Because of the tendency in solution development to use newest microcontroller and sensing technologies, the lower consumption and more precise data are expected as main features of the system. 2.1 System concept Concept of system FlexiGuard consists of several units as shown on fig. 1. Data should be collected from various sensors, generally any kind of sensor equipped with appropriate industrial interface can be used (voltage output, SPI, I2C, etc.). Sensors are sending data to Modular Sensing Unit (MSU) through Body Area Network (BAN) with operational range up to 10m or through direct connection to an AD converter of the MSU. Each team member is equipped with his/her own MSU, set of sensors, and established BAN. All sensors can be placed freely or built directly into a rescue suit. Data from the team set of MSUs, respectively from particular team members are sent to Visualization Unit (VU) via mid-range ( m) wireless network. VU can be formed by any suitable commercial devices including military class laptop, smartphone, or tablet. System FlexiGuard provides wide spectrum of capabilities for data processing. On fig. 2 you can see typical personal set, consisting of MSU, sensor modules and visualization unit with running control software. In case of using sensor modules, its microcontroller can preprocess data (alternatively digitize them) to be able to send them through BAN, based on ANT protocol. Raw data from BAN and AD converter can be saved to local storage medium on the MSU, as well as processed on firmware layer of MSU (digitalization, compression, packetization, etc.) and send through Mid- range wireless network (consisting of modules of ZigBee standard, up to 250kb/s) to VU, which collects data from all MSUs (from the each proband). VU has better computing power then MSU, and most of the final data processing before visualization, analysis and alarm generation is done on software layer of VU. Fig. 2 Concept of data processing capabilities of system FlexiGuard 2.2 Body Area Network (BAN) Based on the criteria defined, a low power wireless intelligent sensor network has been designed and evaluated. The Body Area Network (BAN) utilizes star topology and communicates over ANT protocol in 2.4 GHz or alternatively 868 MHz band. The ANT technology has been selected due to its focus on extremely low power consumption, yet fulfilling requirements for the range and data throughput. A benefit is a compatibility with commercially available sensors (i.e. ANT+ HR monitors). The Modular Sensing Unit (MSU) (see Subsection 2.3) serves locally as the central device of the network, receiving, processing and forwarding the measured data. Each BAN node consists of the particular sensor element, which is connected (by analog or digital interface) to ARM Cortex-M0 MCU. The MCU handles the communication with the sensor (by means of SPI/I2C bus or A/D conversion) and organizes the network communication. A block diagram of the BAN node is shown in Fig. 3 and a photograph of functional sample on Fig. 4. All sensor nodes are ready to mounting to the body surface or for incorporation into work clothes (or for the combination of both mounting methods). Fig. 3 Block diagram of the wireless BAN node prototype Fig. 1 Modular concept of system FlexiGuard Fig. 4 A photograph of the one of the BAN nodes (activity sensor) 359

121 2.3 Modular sensing unit MSU MSU is designed for low cost and low power. It is designed to hold at least 40 hours in active mode, which results from consultations with the firefighter end-users. Hardware of the MSU is based on LPC17xx Cortex M3 microcontroller [10]. MSU is designed to be powered by single cell Li-Pol accumulator. DC/DC converter, working in both, step up and step down mode, stabilize output voltage to 3.3V. Each MSU is also equipped with the Li-Pol charger. Xbee ZB SMT module [9] provides communication with VU. Connectivity to net of sensor modules is ensured by AP2 RF Transceiver module. MSU is also equipped with micro SD card for optional local personal data saving and can be also connected to PC via USB. MSU s firmware is designed to keep unit in sleep and power saving mode as long as possible, but still be able to sense data, receive commands and configuration in desired data rates and sampling frequencies. In order to keep these requirements, MCU responses only to interrupts from its peripherals such as timer, sampler or data interfaces and sleeps in rest of the time. Another way to save some energy is variable MCU clock which is adapted to actual calculation requirements. a) Energy expenditure (see below), Physical activity of each proband and position of the body, Adaptive processing of the heart rate (HR), artifact rejection, Actual battery level of the each MSU, Body temperature, Multipoint measuring of the relative humidity under operating dress, Multipoint external temperature (body surface, environmental or under operating dress), Multi-sensor external detection of selected explosives and toxic gases, Breath rate using the sensor places in breathing mask, Detection of ionizing radiation, Breathe rate using the chest-belt sensors. a) b) b) Fig. 6 Visualization unit. a): screen of the used special military notebook with the monitoring software. b): main screen of the monitoring software with the detailed individual view of the measured signals, running on PC tablet Fig. 5 Modular Sensing Unit. a): block scheme of the MSU, b): photo of one of the functional variants of the MSU 2.4 Visualization unit Visualization unit (VU) is responsible for communication with MSU, real-time visualization, preprocessing and archiving of the measured data from each proband. The concept of the visualization unit is hardware-independent; prepared variants are: military notebook (see left picture on fig. 6), tablet PC and smartphone. The VU is equipped with the component based software (example screens are on fig. 6) with open API, which is prepared for the future extensions (advanced reconstruction and analyzing algorithms, communication with the rest of the infrastructure of the rescue team etc., depending on application needs of end-user group). Actual prototype of the VU is able to estimate in real-time from individual proband s data: Energy expenditure estimation algorithm. Estimation is based on Astrand-Ryhming nomogram [12]. Firstly, we calculate estimation of the actual oxygen consumption VO 2 [l.s -1 ] using the formula: 1 HR HRrest VO 2 l. s M VO2 max VO2 rest (1) HRmax HRrest VO 2 rest where M is the mass of the proband [kg], HR is the actual heart rate [beats/min], obtained using the proposed system in real time from each proband, HR rest is proband s rest heart rate, HR max is proband s maximal heart rate, obtained [15] using empirical formula: HRmax (0.67 AGE) (2) 360

122 where AGE is proband s age in years. Individual value of the VO 2max is one of the most important parameters in formula 1. There are several ways how to estimate (calibrate) this parameter; the simplest method is based on so-called Queens College step-test [14] - the proband steps up and down in defined conditions and in certain moments the heart rate is measured. The second, more exact way, is ergo-spirometer measurement on bicycle ergometer. The last parameter, VO 2rest is estimated as an average value under mediate physical load [13], different for women (3.4 ml/kg, so VO 2rest = 3.4 M) and men (3.6 ml/kg, so VO 2rest = 3.6 M). The energy expenditure estimation is then, using calculated VO 2 obtained by the formula: EE J.s VO 2 l.s EEqO 2 J.l (3) where EEqO 2 is an average energetic equivalent of the oxygen, EEqO 2 = 20.8 J.l -1, [13]. Fig. 7 Pilot testing on the fireman training equipment (Zbiroh) Fig. 8 Calibration of the energy expenditure algorithm in cardiorespiratory laboratory (IKEM Prague) 3 Results BAN module. The prototype of the BAN module has shown approximately average current consumption (0.47 ± 0.016) ma for 0.5 Hz message period. Such values yield to approximately 14 days of continuous operation on coin-size CR2032 battery. The last channel with the highest data rate has shown almost no packet loss. The compatibility tests (utilizing handheld radio, 145 MHz/433 MHz, 5 W, 50 % duty cycle) have shown no significant influence of both standard radio communication devices nor ZigBee technology utilized by the MSU. MSU module. Power consumption depending on type of active mode is around 30 ma. In mode of full computing power and continuous data streaming, power consumption rise up to 50 ma. It gives operation time more than 40 hours with 1600 mah Li-Pol. Communication in outdoor urban locations is possible to ranges around m. With possibility of routing [9], maximal communication range can be multiplied as many times as needed. Pilot measuring in firemen training equipment. The results of the pilot measuring on the special firemen training equipment in Zbiroh, CZ, showed the ability of the system to continuously and non-invasively measure and transfer physiological and environmental parameters from up to 12 probands simultaneously, see fig Discussion Measurements of signal range and data rate of used ZigBee modules also shows variable results with different antennas, however this measurements indicates that ZigBee modules has sufficient signal range in emergency squad applications. This observation implies that for VU would be optimal a larger antenna with higher gain, because there is not significant limitation of its size. On the other hand the personal monitoring unit tends to be as compact as possible, so this unit will be equipped with either flexible sticky antenna or rather wearable antenna implanted in firefighter s operational clothes. Design, effects of use and parameters of this type of antenna should be developed and tested with the respect to research results for example on Tampere University of Technology [11]. Another significant area of discussion is an integration of international standard for healthcare data transfers developed by Continua alliance. So far alliance certifies several types of medical/ healthcare devices: activity hub, adherence monitor, blood pressure monitor, cardiovascular monitor, glucose meter, peak flow monitor, pulse oximeter, strength meter, thermometer and weight scale. Carriers of this information are USB, Bluetooth, WAN, ZigBee and HRN. From these parameters is obvious that some data from personal monitoring unit (for example activity data, heart rate and blood oxygenation) could be transmitted in continua alliance format via ZigBee in order to standardize communications and open the system for another class of receivers other than developed visualization unit. 5 Conclusion A new platform of the smart sensor system for the personal security monitoring of a firemen and the rescue team members was presented. The system is ready for use and is equipped with the basic software support. The system is able to continuously transfer, visualize and analyze physiological and environmental variables from up to 12 probands (for example firemen) simultaneously and provide body security information (prevention from overload, actual information on personal status and status change due to extreme stress or injury). This information is presented in user-friendly form (red-orange-green traffic semaphores with the individually adjustable thresholds) and can be immediately used, for example to support decision-making or optimal individual profiling of the training process. In addition, each personal device keeps a complete record of the monitored signals in its internal memory for the off-line detailed analysis. Due to its modularity, it s possible to extend the system - add modules for other physiological or environmental quantities, add software modules for the special analyzing or communication algorithms etc. 361

123 Acknowledgement This work was supported by project No. VG , Ministry of the Interior of the Czech Republic. References [1] Klann, M. et al.: LifeNet: an Ad-hoc Sensor Network and Wearable System to Provide Firefighters with Navigation Support. In: Adjunct Proc. Ubicomp 2007, Innsbruck, Austria. [2] Klann, M.: Mobile Response Berlin: Springer, Tactical Navigation Support for Firefighters: The LifeNet Ad-Hoc Sensor-Network and Wearable Sys- tem, [3] Wilson, J. et al.: A wireless sensor network and Incident Command interface for urban fi refi ghting FOURTH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE ON MOBILE AND UBIQUITOUS SYSTEMS: NETWORKING & SERVICES. 2007, [4] Kewei, S.; Weisong, S.; Watkins, O.: Using Wireless Sensor Networks for Fire Rescue Applications: Requirements and Challenges. Electro/information Technology, 2006 IEEE International Conference on May 2006, [5] Tia, G. et al.: Wireless Medical Sensor Networks in Emergency Response: Implementation and Pilot Results IEEE Conference on May 2008, [6] Advanced e-textiles for Firefighters and Civilian Victims, [7] Curone, D.; Secco, E.; Tognetti, A.; Loriga, G.; Dudnik, G.; Risatti, M.; Whyte, R.; Bonfiglio, A.; Magenes, G.: Smart Garments for Emergency Operators: The ProeTEX Project. In: IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine, Vol. 14, No. 3 (May 2010), pp [8] Technology Documentation of Sensing and Processing Device (Intervention Monitor) Validated by a Prototype, (Research Report). Ministry of Defence of the Czech Republic, Praha (2009). [9] DIGI: XBee/XBee-PRO ZB SMT RF Modules [product manual, PDF]. January 2012, 155. [10] NXP: LPC1769/68/67/66/65/64/63 [datasheet, PDF]. Rev. 8. November 2011, 82. [11] Kelloma ki, T.: Effects of the Human Body on Single-Layer Wearable Antennas. Doctoral dissertation ISBN [12] Legge, B.J.; Banister, E.W.: The Astrand-Ryhming nomogram revisited. Journal of Applied Physiology, vol. 61, no. 3, pp , September 1 (1986). [13] Strath, S.J; Swartz, A.M.; Basset, D.R. jr., et al.: Evaluation of heart rate method for assessing moderate intensity physical activity. Med Sci Sports Exerc. 32, 9 Suppl (2000). [14] McARDLE, W.D. et al.: Reliability and iterrelationships between maximal oxygen uptake, physical work capacity and step test scores in college women. Medicine and Science in Sports, 4, p (1972). [15] Wilmore, J.H.; Costill, D.L.: Physiology of Sport and Exercise. 2 nd ed. Champaign, Illinois: Human Kinetics (1999). 362

124 Softwarové zabezpečení výuky studentů SP ochrana obyvatelstva na FLKŘ UTB ve Zlíně Software Support for Tuition of the Study Program Population Protection at Faculty of Logistics and Crisis Management, Tomas Bata University in Zlín prof. Ing. Dušan Vičar, CSc. Mgr. Danuše Ulčíková Ing. Jakub Rak Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta logistiky a krizového řízení Uherské Hradiště nám. T. G. Masaryka 5555, Zlín vicar@flkr.utb.cz, ulcikova@flkr.utb.cz, jrak@flkr.utb.cz Abstrakt Článek pojednává o softwarovém (SW) zabezpečení výuky studijního programu ochrana obyvatelstva na fakultě logistiky a krizového řízení. Popisuje jednotlivé využívané typy SW aplikací a dále také hardwarovou základnu, která je nezbytná pro provoz specializovaných učeben. Článek popisuje také filozofii výuky informační podpory ochrany obyvatelstva. Klíčová slova Ochrana obyvatelstva; vzdělávání; informační podpora; informační technologie. Abstract The paper discusses the supporting educational software for study program Protection Population in the Faculty of Logistic and Crisis Management. Moreover, the types of the software applications and the important hardware crucial fot the specialized laboratories operation are described. The last part focuses on the didactics of information support in the field of population protection education. Keywords Protection Population; Education; Information Support; Information technology. Úvod S rostoucím rozvojem IT technologií a zvyšováním jejich využitelnosti v různých oblastech lidské činnosti, vzrůstá i prostor pro jejich využití v oblastech ochrany obyvatelstva a krizového řízení. V těchto oblastech je možno IT technologie využít především pro rozvoj informační podpory, konkrétně komunikace, vizualizace, matematického zpracování dat - modelování, popřípadě dalších činností. Pro možnost efektivního využití IT technologií je však potřeba umět tyto technologie správně využívat a obsluhovat. K tomuto účelu slouží na Fakultě logistiky a krizového řízení laboratoře Aplikované informatiky kde se studenti seznamují s vybranými softwarovými a hardwarovými prvky informační podpory, ochrany obyvatelstva a krizového řízení. 1 Charakteristika studijního programu ochrana obyvatelstva na FLKŘ UTB ve Zlíně V roce 2009 byl na Fakultě logistiky a krizového řízení akreditován bakalářský studijní program Ochrana obyvatelstva, studijní obor Ochrana obyvatelstva. V následujícím roce byl tento studijní program otevřen v prezenční formě a byla tak zahájena nová etapa v rozvoji fakulty. Bakalářský studijní program Ochrana obyvatelstva vychází ze současných potřeb vyplývajících z možných ohrožení obyvatelstva v nevojenské oblasti zahrnující rovněž mezinárodní terorismus a sekundární, eventuální terciární důsledky globální hospodářské recese. Uvedené skutečnosti jsou důvodem k vytváření sofistikovaných, integrovaných, sdružených, celostátních a dalších systémů, jejichž hlavním cílem je poskytování ochrany a pomoci obyvatelstvu při mimořádných a jiných negativních situacích, majících příčinu v nevojenské oblasti. Znalosti získané studiem přírodovědných a společenskovědních disciplín společně s odbornými profilujícími předměty jsou zárukou pro výchovu profesně odborných pracovníků, schopných po ukončení studia zastávat různé funkce, které svou náplní práce mají bezprostřední vztah k ochraně obyvatelstva při mimořádných událostech, jejich prevenci, predikci, hodnocení a odstraňování případných následků. Výuka byla zahájena v průběhu akademického roku 2010/2011 v prezenční formě studia. Od samého začátku výuky bylo prosazováno zabezpečení výuky vysoce kvalifikovanými odborníky z řad akademických pracovníků a odborníků z praxe, kteří jsou zváni k přednášení výběrových přednášek a vedení praktických zaměstnání, při nichž mohou uplatnit a předat své bohaté praktické zkušenosti ze své profesionální praxe. V tomto smyslu dochází se zavedením uváděného studijního programu k výrazné obměně akademických pracovníků a posílení ústavu odborníky z oblasti ochrany obyvatelstva a krizového řízení a plánování. Paralelně dochází k rozvoji výukových zařízení - laboratoří. V roce 2012 byla přijata žádost UTB o dotaci na projekt OPVK Inovace a rozvoj výuky bezpečnosti se zaměřením na krizové řízení, který významnou měrou ovlivnil zvýšení materiálně technického, informačního a softwarového zabezpečení výuky. V roce 2013 byla připravena žádost o prodloužení platnosti akreditace bakalářského studijního programu Ochrana obyvatelstva se studijním oborem Ochrana obyvatelstva v prezenční formě. Na podzimním zasedání AK MŠMT proběhlo posouzení této žádosti a na základě souhlasného stanoviska ze dne bylo vydáno rozhodnutí o prodloužení platnosti akreditace do konce roku V současnosti byla podána žádost o rozšíření akreditace rozvíjeného studijního programu i na kombinovanou formu studia k projednání na zasedání AK MŠMT v měsíci září. 2 HW a SW zabezpečení výuky studijního programu ochrana obyvatelstva na FLKŘ UTB ve Zlíně Díky již zmíněnému rozvojovému programu se podařilo vytvořit ucelený celek specializovaného i běžně využívaného HW a SW vybavení. Kombinace obou vybavení je situována ve dvou učebnách informační podpory a to učebně Krizového managementu I. A učebně Krizového managementu II. Obě učebny obsahují stejný SW základ, liší se však svým HW vybavení a některým specializovaným SW vybavením. Výhodou řešení samostatných učeben je vytvoření samostatní počítačové sítě využitelné k propojení jednotlivých počítačových stanic a to i napříč oběma učebnami. 363

125 Hardware vybavení Hardwarové vybavení je v každé učebně rozdílné. Studenti tak mohou vyzkoušet více variant hardware a seznámit se jak s klasickým stolním PC tak také s PC typu All in one HP Omni 200 PC. Kromě PC jsou učebny dále vybaveny také zobrazovací technikou, konkrétně velkorozměrovými monitory s úhlopříčkou 65 a 50, které slouží pro velkoformátové zobrazení výstupů z používaných aplikací pro potřeby výuky a vizualizace procesů informační podpory krizového řízení. Dále jsou učebny samozřejmě vybaveny projektory pro potřeby projekce a učebna KM2 je vybavena interaktivní tabulí. Tato učebna disponuje také dispečerským pracovištěm operátora kamerového systému značky AXIS, které se skládá z celkem 9 IP kamer různých typů a SW pro jejich ovládání a zpracování výstupů (AXIS Camera Station). Učebna KM2 disponuje také systémem jednotného varování a vyrozumění VISO Terex, - Posim, - Emoff, - Riskan, - Obnova, - Practis. Obr. 2 Učebna KM1 Obr. 1 Učebna KM2 Tab.1 Přehled hlavního hardwarového vybavení na učebnách KM1 a KM2 KM1 26x PC - HP Omni 200 8x biometrická čtečka karet Precise 200 MC 26x USB čtečka čipových karet Omnikey x karta SafeNet Smart Card 400(m) 1x NEC MultiSync LCD-V652, LCD Monitor 65" KM2 22x PC - Fujitsu Siemens Esprimo 21x USB čtečka čipových karet Omnikey x karta SafeNet Smart Card 400(m) 1x interaktivní tabule Smart Board 1x set Modulárních ovládacích panelů - AXIS T8310 1x wifi router 1x varovný a vyrozumívací systém VISO x PC Lenovo IdeaCentre Q190 2x LCD minitor LG 50" SW TEREX (Teroristický expert) je SW nástroj určený pro prvotní rychlou prognózu dopadů a následků havárií s únikem nebezpečných chemických látek a explozí nástražných výbušných systémů, zejména při jejich teroristickém zneužití. Nedílnou součástí celého nástroje je komplexní databáze nebezpečných chemických látek obsahující informace o každé látce (např. chemické označení, fyzikální a chemické vlastnosti, doporučení první pomoci při kontaminaci osoby danou látkou, zásady ochrany či dekontaminace, požární projevy apod.). Samotný model je vytvořen jako počítačový program s návazností na geografický informační systém (GoogleMaps) pro přímé zobrazení výsledků v mapách. Aplikace POSIM verze 2.0 (POvodňový SIMulátor) slouží pro demonstraci a modelování stavů včetně následků velkých povodní přirozeného typu. POSIM je webová aplikace, která má jednotný přístup a nabízí dva základní režimy provozu resp. funkce: Aktuální stav, který zobrazuje situaci na vybraném výřezu mapového podkladu na základě dat (stavů a průtoků na měrných profilech), dostupných na standardním rozhraní pro vybranou oblast. Z pohledu prostředků vzájemné komunikace jsou obě učebny vybaveny společnou počítačovou sítí, které je připojena k síti internet. Pro případnou potřebu je k dispozici i bezdrátová síť standardu IEEE b (wifi). Pro vyšší přehlednost je hardwarové vybavení obou učeben uvedeno v tab. 1. Softwarové vybavení Z oblasti softwarového vybavení je na obou učebnách dostupná sada SW nástrojů od společnosti Tsoft a.s. Jedná se konkrétně o nástroje pro modelování účinků mimořádných a krizových situací, monitorování a simulaci povodňové situace, komunikaci orgánů krizového řízení, státní správy a samosprávy při obnově postiženého území, analýzu rizik, podporu a plánování cvičení, a především rozsáhlý nástroj pro komplexní informační podporu krizového řízení a ochrany obyvatelstva. Konkrétně se jedná o nástroje: Obr. 3 Limnigrafická stanice na řece Moravě doplněna o aplikaci pro monitoring výstupů měření Simulaci, kde je možné nahradit (editovat) skutečná data, a tudíž navodit na daném profilu průtok odpovídající vyšším stupňům povodňové aktivity nebo víceleté vody. Pak lze sledovat následky, které tento stav způsobí. Simulace využívá jednak skutečné mapy rozlivů vodního toku pro určité oblasti (Simulace 364

126 - Povodňová mapa) nebo umožňuje pracovat s příslušným parametrem objektu (Simulace - jednotlivé objekty). Znamená to, že součástí databáze objektů je i znalost, při jakém stavu či průtoku na odpovídajícím profilu je objekt ohrožen povodňovou vlnou. Současná verze tohoto nástroje využívá databázi objektů systému Emergency Office, kterým rovněž disponujeme. Emergency office (EMOFF) je standardní systém pro podporu informačních procesů při prevenci a řízení mimořádných událostí/ krizových situací. Systém EMOFF je modulární. Vhodnou kombinací modulů EMOFF je možno připravit pracoviště krizového manažera pro všechny úrovně řízení. SW nástroj RISKAN verze 2.0 je určen jak pro orientační, tak i detailní podporu tvorby analýzu rizik, přičemž použitá metodika nástroje je plně v souladu s obvyklými postupy, doporučovanými standardy nebo normami a nejlepší zkušeností v daném oboru. SW Riskan verze 2.0 představuje serverovou verzi nástroje kompatibilní s prostředím Windows. V rámci samotného procesu analýzy rizik pracuje SW Riskan s tzv. profily ve vztahu k analyzovanému objektu (předmětu). V každém profilu jsou hodnoceny tři základní bezpečnostní prvky (kritéria): aktivum, hrozba a zranitelnost, s možností hodnotit zranitelnost jednotlivých aktiv vůči jednotlivým hrozbám. Aplikace Obnova, verze 1.2, představuje SW nástroj využívající moderní technologie k podpoře vybraných procesů v rámci období obnovy a řešení škod a ztrát po odeznění negativních účinků mimořádné události / krizové situace. Účelem celé aplikace je informační podpora určená k hromadnému centralizovanému sběru a následné systémové sumarizace zjištěných škod a ztrát na postiženém území, vzniklých v důsledku působení mimořádné události/krizové situace, majících charakter majetku sloužícího k zabezpečení základních funkcí státu. Software na ověření znalostí studentů - PRACTIS - představuje SW nástroj pro podporu činností složek IZS a orgánů krizového řízení a ochrany obyvatelstva. Tento nástroj disponuje velkým stupněm vizualizace procesů a jejich logickým dělením a kontrolou plnění. Umožňuje v simulovaném modelu krizové situace realizovat formou procvičování rozhodovací schopnosti studentů k ověření jejich znalostí v oblasti krizového řízení a ochrany obyvatelstva. Tab.2 Přehled softwarového vybavení na učebnách KM1 a KM2 KM1 26x balíček PC SW včetně operačního systému Win 7 26x Terex - desktop 27x Výstup SW - Obnova, Emoff, Posim, Riskan, Practis - společná web aplikace 26x sada SW pro využití biometrických prvků a bezpečný přístup - SafeNet 26x QGIS desktop 2x ArcGIS - ArcInfo 10. 1x PTV Visum KM2 22x balíček PC SW včetně operačního systému Win 7 21x Terex - desktop 21x QGIS desktop 22x Výstup SW - Obnova, Emoff, Posim, Riskan, Practis - společná web aplikace 22x Riskan - desktopová verze 1x SW pro ovládání stanice VISO x AXIS Camera Station 21x sada SW pro využití biometrických prvků a bezpečný přístup - SafeNet Mimo výše uvedené SW nástroje je v laboratořích k dispozici také online výstup z limnigrafické stanice umístěné na řece Moravě v Uherském Hradišti (stanice. fiedler-magr.cz). Samotná limnigrafická stanice je v majetku Fakulty logistiky a krizového řízení. Jedná se o varovnou a protipovodňovou stanici složenou z telemetrické stanice M4016-G3 se zabudovaným GSM/ GPRS modemem, tlakového snímače výšky hladiny, náhradního dobíjecího akumulátoru a síťového napájecího zdroj. K nastavení a komunikaci se stanicí slouží SW Most a webové rozhraní. Obr. 4 Učebna KM1 - práce s QGIS a tenkým klientem GIS HZS ČR Pro výuku studentů jsou k dispozici další specializované software např. geografické informační systémy ArcGIS a Quantum GIS, nástroj pro modelování dopravních situací PTV VISION, který zahrnuje modely VISUM a VISSIM, nástroje pro bezpečný přístup k PC a autentizaci uživatele SafeNet atd. PTV VISION Model VISUM je softwarový systém pro dopravní plánování, modelování dopravní poptávky a network data management. Uplatňuje se zejména ve velkoměstském, regionálním, celostátním a národním plánování, je navržen pro multimodální analýzu, integruje všechny významné druhy dopravy do jednoho konzistentního síťového modelu. Funkční rozsah pokrývá celé spektrum pracovních postupů v dopravním plánování, to znamená od modelování dopravních sítí přes dopravní poptávku až k analýze prognózovaných dopravních proudů individuální dopravy. Model VISSIM dokáže simulovat řadu běžných, ale i unikátních geometrických a provozních podmínek, které se vyskytují v dopravní síti. Schopnost VISSIMu je definovat neomezené množství typů vozidel umožňuje uživateli plný rozsah multimodálních provozů. Základní metoda předpokládá, že doprava je stochasticky distribuována na pevně dané trasy od uživatele definovatelného počátečního bodu po cílový bod. Definice odbočovacích manévrů umožňuje distribuci dopravy v křižovatce nebo několika křižovatkách. Dynamické trasy umožňují dynamické přidělování dopravy na uživatelem specifikované trasy. Současně je možno pro potřeby výuky využívat software Statistika Base, který umožňuje počítat všechny běžné, obecně užívané popisné statistiky, mediány, módy, kvartily, percentily, průměry a standardní odchylky, intervaly spolehlivosti pro průměr, šikmost a špičatost (s příslušnými standardními odchylkami), harmonické průměry, geometrické průměry. Umožňuje výstup v grafickém provedení pomocí dostupných grafů, např. box grafy s průměrem a směrodatnou odchylkou, histogramy, 2D a 3D bodové grafy, grafy normálního, polo - normálního i centrovaného rozdělení, Q - Q grafy, P - P grafy a další. Závěr V současné společnosti hrají informační technologie významnou roli. Současně s jejich rozvojem dochází k jejich využití také v oblastech ochrany obyvatelstva a krizového řízení. Vzhledem k nutnosti zvyšování znalostí, dovedností ovládání a práce s těmito 365

127 technologiemi je nezbytné zavádět do současných studijních programů danou problematiku. Článek popisuje současný stav výuky ICT problematiky na Fakultě logistiky a krizového řízení, kde je tomuto tématu věnována nemalá pozornost. Na základě zkušeností z několikaleté výuky je možno vyvodit několik závěrů, přičemž mezi ty nejzásadnější patří nutnost neustálého sledování vývoje trendů a nástrojů informační podpory ochrany obyvatelstva a krizového řízení. Dále se jeví jako poměrně perspektivní využití běžně využívaných a komerčně dostupných nástrojů. Použitá literatura [1] Rak, J.; Ulčíková, D.: Laboratoře informační podpory ochrany obyvatelstva na fakultě logistiky a krizového řízení, Zkvalitnění systému vzdělávání a výzkumu v oblasti ochrany obyvatelstva, mezinárodní workshop, 27. března 2014, Uherské Hradiště, sborník příspěvků. Zlín, Univerzita Tomáše Bati, Fakulta logistiky a krizového řízení, 2014, 453 s. ISBN [2] Vičar, D.; Mašek, I.; Strohmandl, J.: Poslání a místo ústavu ochrany obyvatelstva FLKŘ v systému vzdělávání pro ochranu obyvatelstva, Zkvalitnění systému vzdělávání a výzkumu v oblasti ochrany obyvatelstva: mezinárodní workshop, 27. března 2014, Uherské Hradiště, sborník příspěvků. Zlín, Univerzita Tomáše Bati, Fakulta logistiky a krizového řízení, 2014, 453 s. ISBN

128 Snižování hořlavosti EPS izolací Reducing Flammability of EPS Insulations Ing. František Vörös konzultant Sdružení EPS ČR Na Cukrovaru 74, Kralupy nad Vltavou Abstrakt Izolace z pěnového polystyrenu (EPS) zaujímají významné místo při realizaci a renovaci budov. Jako každý termoplast, tak i EPS, jsou hořlavé. Pro aplikace EPS ve stavebnictví se aplikují bromované retardéry hoření, které způsobují tzv. samozhášivost. Další řešení spočívá v obložení EPS nehořlavými produkty - jako např. v systémech ETICS. Pokud dojde k požáru izolací, uvolňují se různě nebezpečné plyny. Budou prezentovány výsledky analýz těchto plynů, z nichž vyplývá, že interpretace škodlivosti nejsou v případě EPS v relaci se skutečnými výsledky. Klíčová slova Hořlavost plastů; retardéry hoření; zateplování budov pomocí pěnového polystyrenu (EPS); statistiky požárů a zplodiny hoření. Abstract Insulations based on expanded polystyrene (EPS) occupy an important place in the implementation and renovating of buildings. As each thermoplastic, the EPS grades are flammable. For the construction sector applications of EPS brominated flame retardants are applied, which cause that they are, so called, self-extinguishing. Another solution is lining of EPS by inflammable products - e.g. in the ETICS systems. If there is a fire of such insulation dangerous gases are released in various extent. Results of analyzes of these gases will be presented, which results suggest that the interpretation of the term "harmfulness" are not in relation with the actual results the case of the EPS. Keywords Flammability of plastics; flame retardants; building thermal insulation using expanded polystyrene (EPS); statistics of fires and combustion gases. Úvod Historický vývoj lidstva je spojen s postupným využíváním nových materiálů - obr Mio t 1950: 1.5 World 1977: : : : ~ : ~ : Obr. 2 Světová výroba plastů v období Zdroj: Plastics Europe [2] V loňském roce překročila světová produkce a spotřeba plastů hranici 300 mil.tun. Do roku 2020 má vzrůst spotřeba plastů na 400 mil.tun, do roku 2050 dokonce na 700 mil.tun. Jedna pětina výše uvedeného množství se aplikuje ve stavebnictví, menší množství v elektroprůmyslu a dopravních prostředcích, většina v obalech. Postavení EPS v rodině plastů Plasty se dělí na komoditní, inženýrské a speciální - množstevní podíly jsou patrné z obr. 3. High Performance Polymers Engineering Plastics Standard Plastics <1% (< 1 Mio t) < 10% (~ 23 Mio t) PS & EPS 7% 90% (~ 227 Mio t) PET 7% PP 23% PE 34% PUR 6% PVC 16% Obr. 3 Podíl jednotlivých skupin plastů na světové spotřebě - zdola: komoditní plasty, inženýrské plasty a speciální plasty s vysokou užitnou hodnotou. Zdroj: Plastics Europe [2] Obr. 1 Základní kameny kulturního vývoje aplikací produktů [1] V této hierarchii jsou nejnovějším materiálem plasty. Jejich vývoj zaznamenal exponenciální růst od druhé poloviny minulého století - obr. 2. První pěnový PS byl průmyslově vyroben na zakázku amerického ministerstva obrany v roce 1941 u firmy Dow [3]. Jednalo se o technologii vytlačování krystalového PS s nadouvadlem izobutylenem. V roce 1944 se vynikající izolační vlastnosti XPS desek modré barvy s freonovým nadouvadlem začaly využívat ve stavebnictví. Od roku 1963 byly desky pod obchodním názvem Styrofoam/Roofmate uvedeny na trh v Evropě. V roce 2009 se vyrobilo v Evropě 12 mil.m 3 XPS. Trh XPS roste ročně o 3-5 %. 367

129 Historie dnes nejvíce používaného zpěňovatelného polystyrenu, vyrobeného suspenzní polymerací, začala u firmy BASF v roce 1949, kdy brněnský rodák Fritz Stastny náhodně objevil první Styropor. Uvádění na trh bylo zahájeno v roce Od prvních několika tun EPS z roku 1951 doznala světová výroba v roce 1960 hodnoty 35 tis.tun, v roce 1990 to již bylo 950 tis.tun. V dalších 5 letech se zvýšil počet výrobců na 60 s instalovanou kapacitou 2 miliony tun. V roce 2010 již necelá stovka výrobců dodala na světový trh 5,5 mil.tun EPS. Dominantní podíl přebírá Asie, dominantní aplikací se stávají izolace. Trvalý růst spotřeby EPS je dán především novými požadavky na izolace budov, které spotřebovávají 40 % energie a mají tedy na svědomí vysoké exhalace CO 2. Dle analytiků Tech Navio má celosvětově růst spotřeba všech izolací v období průměrně o 8,3 % ročně. Izolační materiály Situaci v aplikacích izolantů v Evropě lze demonstrovat obr. 4. Spotřeba plastových izolací by měla do roku 2018 růst průměrně o 7,7 % ročně. V EU dominuje v izolaci vnějších stěn systém ETICS - obr. 5. Tímto systémem již bylo izolováno přes 2 mil.m 2 budov, přičemž ročně se zatepluje více než 150 mil.m 2. Tloušťka použitých izolantů se postupně zvyšuje až k 300 mm. V těchto aplikacích se z 82 % jako izolant používá EPS. Hořlavost plastů Tuto část uvádím citací z knihy p. Masaříka: Plasty a jejich požární nebezpečí [5], vydané v Ostravě v roce 2003: Z hlediska své chemické podstaty jsou plasty materiály hořlavé a často přispívají ke vzniku a šíření požáru. Je proto zapotřebí se systematicky zabývat požární bezpečností plastů při jejich používání a přijímat účinná preventivní opatření. Toto úsilí vyžaduje znalosti o chování plastů při vzniku a průběhu hoření a o souvislostech mezi těmito jevy a složením plastů. Prostředkem pro posuzování požárního nebezpečí plastu jsou požárně technické charakteristiky, které chování plastů při vzniku a průběhu hoření vystihují. Požárně technické charakteristiky stanovujeme pomocí standardních zkušebních metod, jejichž zavádění a využívání je předpokladem komplexního posuzování plastů a jejich vhodného výběru pro konkrétní podmínky použití v praxi z hlediska požární bezpečnosti. Jednou z metod posouzení hořlavosti je stanovení kyslíkového čísla. Toto číslo odpovídá minimální koncentraci kyslíku v objemových procentech ve směsi kyslíku s dusíkem při teplotě C, která je právě schopna udržovat hoření za předepsaných podmínek zkoušky. Hodnoty pro vybrané plasty jsou uvedeny v tab. I, přičemž platí, že čím je hodnota kyslíkového čísla vyšší, tím je plast méně hořlavý. Obr. 4 Evropský trh s izolacemi v roce 2012 Tab. I Hodnoty kyslíkového čísla dle ISO (ASTM D 2863) pro vybrané plasty Polymer POM PE PMMA PP PS ABS Kyslíkové číslo 15,5 17,3 17,5 17,6 18,0 18,5 Polymer PBT PET PC PA6 PVC PTFE Kyslíkové číslo 21,5 22,0 24,0 24,5 24,5 95,0 Podíl EPS a XPS izolací z celkového trhu izolací tvoří v EU téměř jednu třetinu. Současná spotřeba EPS v Evropě se blíží 2 mil.tun, XPS desek kolem 0,4 mil.tun. Zatímco XPS se aplikují pouze ve stavebnictví, EPS výrobky vykazují ve stavebních aplikacích v EU 78 % podíl, v ČR dokonce 88 %. Do roku 2050 se předpokládá zvýšení světové spotřeby EPS ze současných 6 mil.tun na hodnoty mil.tun [4]. Retardéry hoření pro plasty Preventivním opatřením proti hořlavosti plastů je aplikace retardérů hoření. Retardéry můžeme rozdělit do tří skupin: - Látky, které se přidávají spolu s jinými přísadami do polymerů za účelem úpravy jejich vlastností (aditivní retardéry). Příkladem jsou XPS desky. - Látky, které jsou součástí reakční směsi při syntéze polymeru (polymeraci), vstupují do makromolekulárního řetězce polymeru a zůstávají v něm trvale chemicky vázány (reaktivní retardéry). Příkladem jsou EPS perličky. hydroxid hlinitý 16 % kysli ník antimonitý 19 % bromované retardéry ho ení 41 % organické fosfáty 24 % Obr. 5 Systém ETICS pro zateplování obálky budov Zdroj: Sdružení EPS ČR Obr. 6 Podíl hlavních typů retardérů hoření na spotřebě pro plasty Zdroj: Clariant 368

130 - Směsi látek nebo kombinace materiálů upravené do formy schopné vytvořit ochrannou vrstvu na povrchu výrobků z plastů (povrchové retardéry). Příkladem ze stavebnictví je vnější kontaktní zateplovací systém ETICS. Světová spotřeba retardérů hoření dosáhla v roce 2013 dle Ceresany 2 mil.tun a hodnoty 5,9 miliard USD. Do roku 2016 má spotřeba růst průměrně ročně o 5,4 % na 2,6 mil.tun. Na trhu je k dispozici přes 1400 typů retardérů hoření od stovky výrobců, z toho 75 bromovaných. Podíl hlavních skupin dle hmotnosti ve světě je patrný z obr. 6. Z hlediska obratu dominují bromované retardéry hoření, následované organickými fosfáty, kysličníkem antimonitým a hydroxidem hlinitým. K dosažení nehořlavosti plastů je nutné dávkovat více než 10 % retardérů hoření plus další synergické látky. Výrobci suroviny - zpěňovatelného PS - používají k retardaci bromovaná zhášedla v koncentraci do 0,7 % a produkt nazývají jako samozhášivý, tj. po odstranění plamene dojde k ukončení hoření. Takovýto materiál je resistentní proti malým zdrojům hoření (do 25 KW/m 2 ). Při zdroji hoření nad 50 KW/m 2 není rozdíl v chování EPS s retardérem a EPS bez retardéru hoření. Posledně jmenovaný polymer vykazuje dle výše uvedené normy třídu reakce nad oheň F. Tyto produkty mají omezené aplikace při izolacích budov, dané článkem ČSN EN Retardační účinek je založen především na reakci bromovodíku s aktivními radilály -OH a -H vznikajícími hořením v plynné fázi. Účinnost retardéru se zvyšuje přídavkem synergických látek dle know-how výrobců EPS. Obecně platí, že dokonale provedený vnější tepelně izolační kompozitního systému (ETICS) je z hlediska požáru bezpečný. Připomínám událost z roku 2013 s výbuchem plynu a následným požárem v bytovém domě ve Frenštátě pod Radhoštěm. Typový bytový dům, který byl kolaudován v roce 1973 a v roce 2009 byl dodatečně zateplen kontaktním systémem Baumit, byl v noci úmyslně zapálen, přičemž došlo k úmrtí 6 osob a ke zranění dalších 12 lidí. Z výsledků setření je patrné, že dokonalé provedení zateplení pomocí EPS nezpůsobilo rozšíření požáru a zabránilo tím zvýšení počtu obětí - obr. 7 Obr. 7 Dům ve Frenštátě pod Radhoště po výbuchu a následném požáru. Zdroj: L. Valeš Toxicita zplodin hoření EPS Když je EPS vystaven teplotě nad 100 C, začíná měknout, sublimovat a nakonec se taví. Při vyšších teplotách se vytvářejí plynné hořlavé produkty rozkladem taveniny. Teplota zapálení EPS je 360 C, u typů s retardéry hoření je to 370 C. Důležitou skutečností je, že EPS izolace je tvořena pouze 2-3 % polystyrenem a zbytek je vzduch. Teplota samovznícení roztaveného EPS bez retardéru hoření je 450 C. Kouř a kouřové emise jsou významným faktorem při likvidaci požárů. Již v 80-tých letech minulého století bylo vědecky zdokumentováno, že, i když při hoření EPS vzniká více tmavého kouře, toxicita uvolněných kouřových plynů je podstatně menší než je toxicita jiných běžně používaných materiálů. Toxicita plynů byla měřena pro dřevo - borovice, kamennou a ovčí vlnu, celulózu, korek, pět typů EPS a dva typy XPS. Nejnovější výsledky nákladného testování různých izolantů byly publikovány tab. II nebo obr. 5. Testy byly provedeny v laboratořích ve Švédsku dle EN : 2013 v testovací komoře dle EN ISO při teplotním zatížení 25 a 50 KW/m 2. Po zahájení testu a jeho trvání 240 a 480 vteřin byly analyzovány tyto produkty: CO 2, CO, HCN, NO X, SO 2, HCl, HF, HBr. Z naměřených hodnot byl spočítán CIT - konvenční index toxicity. Výsledky jsou uvedeny na obr. 8 pro dobu hoření 480 vteřin. Při době hoření 240 vteřin byl CIT u EPS, až na jednu výjimku nula. Tab. II Testované izolační materiály, jejich objemová hmotnost a konvenční index toxicity (CIT) při dvou teplotních zatížení po dobu hoření 480 sekund. Zdroj: Plastics Europe [2] Materiály Objemová hmotnost [kg/m 3 ] V závěrečném protokolu bylo konstatováno: CIT pro CIT pro 25 kw/m 2 50 kw/m 2 EPS bez retardéru hoření 18,9-21,9 0,01 0,01 EPS s HBCD 17,7-19,2 0,01 0,005 EPS s Polymeric FR 18,4-19,6 0,01 0,01 EPS šedý s HBCD, 2 produkty EPS šedý s Polymeric FR, 3 produkty 20,4-20,9 a 18,7-19,7 18,3-19,2; 20,5-21,3 a 20,7-21,9 0,01 0,01 0,01 0,01 XPS s HBCD 33,3-24,7 0,01 0,01 XPS s Polymeric FR 33,9-35,1 0,01 0,04 Izolace z celulózy, třída E (EN ) 64,8-87,7 0,14 0,09 Izolace z kamenné vlny, třída B ,08 0,72 Izolace z kamenné vlny, třída A pro ploché střechy 157 0,02 0,05 Izolace z kamenné vlny, třída A pro ETICS 105 0,02 0,04 Izolace z ovčí vlny, třída E 26 0,045 0,205 Dřevěný panel z borovice ,08 0,04 Korek ,075 0,11 LD vláknitá deska 12,1-13,5 0,155 0,10 - konvenční index toxicity (CIT) pro EPS a XPS se pohybuje mezi 0 až 0,04, - výsledky nejsou ovlivněny typem retardéru hoření, ani přídavkem grafitu v šedých typech EPS, - CIT u přírodních izolací je významně vyšší - 0,05 až 0,23, - CIT u izolací z kamenné vlny se pohybují mezi 0,01 až 0,13. Horší výsledky oproti EPS a XPS jsou zřejmě způsobeny úpravou vlastností kamenné vlny organickými látkami (dle prospektů v množství 2-4 %). Je skutečností, že při požáru vytváří EPS izolace více kouře než jiné materiály. Z toho důvodu se často mylně předpokládá, že kouř pochází z EPS, i když tyto výrobky v místě požáru nejsou přítomny. Při teplotách v rozmezí C nebyl prokázán z EPS s HBCD výskyt furanů a dioxinů. Při důkladných, vědecky sledovaných testech spalování EPS a XPS s HBCD na spalovně odpadů ve Würzburgu bylo změřeno, že při spalování se HBCD rozloží z 99,999 %. 369

131 Preventivní opatření při výstavbě a rekonstrukci budov z hlediska požárního nebezpečí jsou tedy účinná, i když podíl plastových aplikací v izolacích budov trvale roste. Z odpovědi Německé spolkové vlády na 35 otázek poslanců z frakce Zelených ze dne vyplývá, že podíl požárů v přítomnosti EPS činí 0,0038 %. V ČR se požáry s EPS neevidují. Ročně zahyne ve světě při požárech na každý milion obyvatel osob, v Evropě 12, v ČR 11 v roce Obr. 8 Grafické znázornění konvenčního indexu toxicity (CIT) pro hoření produktů v trvání 480 vteřin. Zdroj: Plastics Europe [2] Statistiky požárů Kolem 80 % požárů se vyskytuje v obytných budovách. V období došlo k růstu celosvětové spotřeby plastů o 31,2 %. Ve stejném období došlo ke snížení počtu úmrtí při požárech budov o 64 % v západní Evropě a o 66 % ve východní Evropě - obr. 9, 10. Nelze tedy přisuzovat požáry v budovách na konto aplikace plastů. Obr. 9 Počet úmrtí při požárech na milion obyvatel ve východní Evropě (Slovinsko, Maďarsko, ČR, Polsko a Řecko), Severní Americe a západní Evropě (shora). Zdroj: statistics Závěr Světové úsilí o postupné snižování spotřeby energií a exhalací CO 2 bude motorem pro výstavbu nových budov se spotřebou energií blízké nule a revitalizace, včetně zateplování stávajících budov. V tomto procesu budou hrát významnou roli EPS izolace. Ke snížení jejich hořlavosti, zejména v procesu realizace na stavbách, budou vyžadovány typy EPS s retardéry hoření. Proces aplikací samozhášivých EPS izolantů bude pokračovat i po zákazu používání retardéru hoření typu HBCD v souladu s aplikací nového ekologicky nezávadného retardéru hoření - Polymeric FR. Náhrada novým ekologicky přijatelným typem retardéru je technicky zvládnutá a čeká se pouze na plné najetí výrobních kapacit pro umožnění plné náhrady HBCD. V současné době již na českém trhu je k dispozici více než polovina EPS desek s novým retardérem hoření. Sdružení EPS ČR usiluje o totální přechod od EPS s HBCD ve 2. polovině roku 2015 s tím, že nové typy budou odlišeny jiným barevným značením - pokud je druhý pruh v barvě černé a po obou stranách je ohraničen dvěma silnými čarami, potom výrobek splňuje třídu reakce na oheň E a neobsahuje HBCD. Jako nezbytnost se jeví efektivní způsob třídění EPS odpadů a energetické využití typů EPS s HBCD, neboť skládkování nebude nadále možné. Udržitelnost EPS izolací e trvalou součástí inovačních aktivit výrobců suroviny i izolačních produktů [7]. Použitá literatura [1] Baunemann, R.: Stakeholderdialog und Verbraucherschutz, Tisková konference PE Deutschland, Frankfurt, [2] Dostupné z: [3] Vörös, F.: Plasty ve stavebnictví 9 - Polystyreny (PS), Materiály pro stavbu, 2014, č. 9, str. 29. [4] Vörös, F.: A look into the history and future of EPS insulation, Konference GIC 2013, , Aachen. [5] Masařík, J.: Plasty a jejich požární nebezpečí, Edice SPBI SPEKTRUM 31, Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, Ostrava ISBN [6] Vörös, F.: Snižování hořlavosti EPS izolací, Tepelná ochrana budov, 2015, č. 2, str. 7. [7] Vörös, F.: Sustainability of PS Foam, Konference Polymer Foam 2014, , Köln. Obr. 10 Výroba plastů v Německu versus počet úmrtí při požárech v Německu v období Zdroj: Plastics Deutschland [1] 370

132 Vývoj hasiva na bázi metakaolínu Development of Metakaolin Based Extinguishing Agent Ing. Václav Vystrčil Jan Karl Ing. Libor Ševčík MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav PO Písková 42, Praha 4 vaclav.vystrcil@tupo.izscr.cz, jan.karl@tupo.izscr.cz, libor.sevcik@tupo.izscr.cz Abstrakt Článek představuje další průběh testování hasební účinnosti a možností uplatnění metakaolínů a jejich směsí v oblasti požární represe. Jsou představeny výsledky zkoušek hašení požárů pevných látek (normovaných hranic dřeva) a hašení požárů polárních kapalin aktivovanými suspenzemi. Článek obsahuje srovnání různých koncentrací aktivované suspenze, suspenze bez aktivních látek a také čisté vody. Na závěr jsou představeny výsledky zkoumání vzniklé vrstvy. Klíčová slova Metakaolín; Geopolymer; Hasivo. Abstract The article presents the further process of testing extinguishing efficiency and the possibility of using metakaolins and their mixtures in fire repression. The test results of extinguishing solid materials (standardized woodpiles) as well as flammable polar liquids are shown. The article includes a comparison of various concentrations of the activated suspension, the suspension without the active ingredient, and also pure water. In conclusion, the results of examining the formed layer are shown. Keywords Metakaolin; Geopolymer; Extinguishing agent. Úvod V rámci výzkumného projektu č. VF Výzkum efektivnosti vybraných hasiv byl v roce 2012 zahájen dílčí výzkumný úkol (DVÚ) zabývající se vývojem hasiva na bázi metakaolínu. Cílem dílčího výzkumného úkolu bylo prověření hasební účinnosti metakaolínů, nalezení optimální koncentrace, případně doporučení takovéhoto hasiva pro určitou třídu požáru. Byly zkoušeny různé formy metakaolínů (prášek a vodní suspenze), jak již bylo prezentováno v uplynulých letech. V roce 2014 byla testována aktivovaná suspenze, tedy směs vodního skla, metakaolínu a vody. Na rozdíl od předchozích zkoušek byla provedena aktivace metakaolínu (LO5) vodním sklem (NAVOs). Vodní sklo způsobuje postupné rozpouštění metakaolínu (aktivace pro hašení), kdy po aplikaci výsledné suspenze dojde k vypaření vody v suspenzi obsažené a vzniku geopolymerní vrstvy. Tato vrstva by měla zabránit přístupu kyslíku k hořícímu materiálu, výsledný hasební efekt je izolační, společně s chladícím efektem vody, která se v průběhu aplikace suspenze vypařuje a tím odebírá teplo vznikající hašením. Scénáře provedených zkoušek Pro ověření účinnosti hašení byly provedeny Č. zk. Hasivo zkoušky hašení požárů pevných látek a hořlavých kapalin. Při zkoušce hašení pevných látek byl hořlavý soubor tvořen pro první zkoušku hranicí dřeva o rozměrech (0,5 x 0,5 x 1,3) m objekt 13 A. Vzhledem k neúspěšnosti první zkoušky (viz dále) byl pro další zkoušky zvolen objekt 5A, tedy hranice dřeva o rozměrech (0,5 x 0,5 x 0,5) m. Vlhkost dřeva se pohybovala v rozmezí (10 až 15) %. Hranice dřeva byla umístěna na kovovém stojanu. Pod hranicí dřeva se nacházel tác o rozměrech (0,6 x 0,6) m, kde byla voda do výše 3 cm a těsně před zapálením zkušebního objektu bylo do tácu nalito cca 1,5 litru heptanu pro rozhoření. Ve 2. minutě byl kovový tác vytažen pomocí železného háku. V 8. minutě bylo započato hašení. Při zkoušce hašení hořlavých kapalin byl hořlavý soubor tvořen 9 l acetonu nalitými do zkušební kovové vany o vnitřním průměru 565 mm, výšce stěny 150 mm a tloušťce stěny 1,2 mm (zkušební objekt typu B). Vana měla na zadní straně umístěnou vertikální stěnu, o tloušťce 2,5 mm, délce 600 mm a výšce 300 mm. Tato stěna slouží k zachycení hasiva a umožnění stékání na povrch hořící kapaliny. Zkoušky hašení byly provedeny se suspenzemi složenými z metakaolínu, vodního skla a vody. Testy byly provedeny pro dvě různé koncentrace. Pro 15% suspenzi a poté pro 37,5% suspenzi. Poměr metakaolínu a vodního skla byl 1:3. Dále bylo provedeno několik slepých pokusů. Pro možnost srovnání byla provedena hasební zkouška vodou. Pro posouzení efektu aktivace metakaolínu byla provedena zkouška hašení suspenzí obsahující pouze vodní sklo. Metakaolín byl v této směsi nahrazen vodou. Přesné složení směsí viz tab. č. 1. Tab. 1 Složení zkoušených hasebních směsí Složka 15% suspenze Množství složky [g] 37,5% suspenze slepý pokus (vodní sklo) Výsledky provedených zkoušek: Celkem bylo provedeno 9 zkoušek, které byly provedeny dle výše uvedených scénářů. Vyhodnocována byla doba hašení a množství spotřebovaného hasiva. Přehled všech provedených zkoušek i s naměřenými výsledky je uveden v následující tabulce. Tab. 2 Přehled provedených zkoušek, včetně výsledků slepý pokus (voda) voda metakaolín (LO5) vodní sklo (NaVOs) Objekt Hmotnost HP před [kg] Hmotnost HP po [kg] Spotřebované hasivo [kg] Doba hašení [s] Zkoušející osoba 1 voda 13A 9,46 3,46 6 neuhašeno Hasič č. 1 2 voda 5A 9,46 7,4 2,06 23 Hasič č. 2 3 slepý pokus (vodní sklo) 5A 9,36 6,98 2,38 20 Hasič č % suspenze 5A 9,36 7,06 2,3 21 Hasič č. 2 5 voda 5A 9,42 6,44 2,98 31 Hasič č % suspenze 13A 9,4 3,4 6 neuhašeno Hasič č ,5% suspenze 5A 9,44 7,46 1,98 17 Hasič č ,5% suspenze 5A 9,40 7,18 2,22 24 Hasič č ,5% suspenze B 7,46 3,44 4 neuhašeno Hasič č

133 Na následujících fotografiích je ukázka průběhu zkoušek pro jednotlivá hasiva. Obr. 9 Začátek zkoušky s aktivovanou suspenzí Obr. 10 Průběh hašení aktivovanou suspenzí Obr. 1 Počátek hašení vodou Obr. 2 Průběh hašení vodou Obr. 11 Průběh hašení aktivovanou suspenzí Obr. 12 Zkušební objekt po ukončení zkoušky aktivovanou suspenzí Obr. 3 Průběh hašení vodou Obr. 5 Počátek hašení směsí vody a vodního skla Obr. 4 Zkušební objekt po hašení vodou Obr. 6 Průběh hašení směsí vody a vodního skla Během zkoušek se potvrdil vznik geopolymerní vrstvy na povrchu hořící látky (viz obr. č. 12), avšak nepotvrdil se vliv této vrstvy na účinnost hašení, jak lze pozorovat z naměřených hodnot, viz tab. č. 2. Při hašení požárů pevných látek nebyla pozorována výrazně odlišná hasební odlišnost od samotné vody. Hašení požárů hořlavých kapalin nebylo aktivovanou suspenzí úspěšné. Geopolymerní vrstva vzniká na stěnách a dnu nádoby, nikoliv však na povrchu hořící kapaliny. Studium geopolymerní vrstvy Po provedení zkoušek a vizuálním posouzení vzniklé geopolymerní vrstvy byla tato vrstva podrobena ve spolupráci s Ústavem anorganické chemie AV ČR důkladnějšímu zkoumání, zda vzniká v souvislé vrstvě a zda je homogenní. Vybraný hranol byl podrobněji prozkoumán pomocí řádkovacího elektronového mikroskopu. Obr. č. 13 dokumentuje celkový pohled na vzniklou geopolymerní vrstvu na povrchu dřevěného hranolu s vyznačením jednotlivých vzniklých vrstev. Obr. 7 Průběh hašení směsí vody a vodního skla Obr. 8 Zkušební objekt po provedení zkoušky směsí vody a vodního skla Obr. 13 Složení jednotlivých částí geopolymerní vrstvy Následující obrázky dokumentují detailní pohledy na jednotlivé části geopolymerní vrstvy. Obr. č. 14 ukazuje detailní pohled na svrchní homogenní vrstvu, která by měla mít největší vliv na hasební účinnost. Obr. č. 15 ukazuje detailní pohled na porézní geopolymerní mezivrstvu. 372

134 Obr. 14 Detail homogenní polymerní vrstvy Obr. 15 Detail porézní geopolymerní mezivrstvy Závěr Přestože SEM analýza potvrdila vznik geopolymerní vrstvy s celistvou strukturou, která by měla způsobit zabránění přístupu kyslíku k povrchu hořícího materiálu a tím zabránit hoření, provedenými zkouškami hašení se její vliv na hasební účinnost u požárů pevných látek neprojevil. U požárů hořlavých kapalin vrstva nevzniká na hladině hořící kapaliny, proto taktéž hasební účinnost neovlivní. Provedenými zkouškami se tedy nepodařilo potvrdit zvýšenou hasební účinnost aktivovaných suspenzí oproti čisté vodě ani pro požáry pevných látek, ani hořlavých kapalin. Z tohoto důvodu nebylo v současné době pokračováno v dalších zkouškách. Seznam citované literatury [1] Suchý, O. a kol., Vývoj hasiva na bázi metakaolínu. Dílčí výzkumná zpráva řešení DVÚ č. 6 výzkumného projektu č. VF Praha: MV-GŘ HZS ČR, Technický ústav PO,

135 Carbon Monoxide Hazards in Residential Buildings Dr. Eng. Marek Woliński Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Warszawa Słowackiego Str. 54/54, Warsaw, Poland Abstract Paper presents sources of carbon monoxide poisoning hazards in residential buildings. Symptoms and results of CO influence on human body are discussed. Preventive means against that hazards are presented as well as the most important rules of first aid in case of CO intoxication. Keywords Carbon monoxide; residential building; inhabitants; poisoning; hazards. Introduction Cases of CO poisoning (and in worse - resulting in fatalities) are mainly joined with heating period in winter and incorrectly working furnaces or chimneys. Indeed, data presented by Fire Brigade in Poland reports in last few years similar number of such incidents (at the level of ), with decreasing number of fatalities (in heating season 2014/2015 at the level of 59 persons) [1]. Such a data suggest that asphyxiations in heating season are constant element of our reality, but incorrectly working furnaces are not the only reason for this problem. Carbon monoxide sources in the course of dwelling house exploitation During normal exploitation of dwelling house different fuels are used for living purposes. These are: - gaseous fuels as natural gas, LPG mixture, - liquid fuels as heating oil, kerosene, petrol, - solid fuels as wood, coal, briquettes. All these fuels contain in its composition carbon. Used burners or furnaces, with accompanying installations, should secure safe and economical combustion. However, it depends on man - the user - if these conditions will be fulfilled. Oxidation of carbon to the carbon dioxide is a rather simple (in notation) chemical reaction: C + O 2 = CO 2 However, if insufficient amount of air will be supplied to the fuel, or if there will be no proper mixing of air with fuel, the combustion will be incomplete. And in flue gas products of incomplete combustion will be present, e.a. carbon monoxide, which is generated according to the reaction: C + ½ O 2 = CO Such incomplete combustion, with CO generation, is a reason of significant losses (oxidation of carbon to CO releases only about 30 % of that heat amount, which could be released due to carbon oxidation to CO 2 [2]), and makes real threat for life and health of people - as could be seen in statistical data provided by Fire Brigade [1]. The most characteristic example of such phenomena is the flame of burner in gas cooker: which is pale blue, when the burner is correctly adjusted (with optimum air inlet) or orange-yellow - when the combustion is incomplete (with insufficient air inlet). However, burners in gas cooker are only one of possible sources of carbon monoxide creation in dwelling house. In general, every furnace or burner could be responsible for the problem if during operation utilizes air (oxygen) from the compartment in which are situated: - coal - fired furnaces, - oil - fired furnaces, - gas - fired furnaces with open combustion chamber, - gas water - heaters, - air heaters/infrared radiators, - above mentioned gas cookers, - typical fireplaces (for example, experimental investigations [3] shown increase of carbon monoxide concentration in room with working fireplace to the level of even 20 ppm, and contents of this gas in flue gases from the fireplace at the level of even 3000 ppm), - fireplaces operated with ecological liquid fuels, - car engines, when started and kept in motion in closed garages. Carbon monoxide influence on human organism Published data show that typical contents of carbon monoxide in atmospheric air does not exceed 0.1 ppm, and in habitable rooms - 5 ppm [4]. CO is colourless, odourless gas, of density close to the air density. Carbon monoxide density similar to the air makes, that these two gases mix easily. And in result - CO together with atmospheric air penetrates human respiratory system, from where is absorbed to blood circulation. As hemoglobin binds carbon monoxide over 200 times more faster than oxygen, carboxyhemoglobin originating instead oxyhemoglobin obstructs transport of oxygen to organs and tissues. It results in certain injuries of brain, central nervous system, coronary vessels, heart. Every person staying in the room of increased CO content is exposed to a such danger. However, the most threatening consequences (and in earliest way) will be felt by the weakest persons: - newborns, babies, children, - pregnant women, - persons well on in years, - persons suffering from heart defects with accompanying bronchi or pulmonary diseases, or respiratory system insufficiency. Statistical data [5] show that: - CO concentration in air at the level of ppm results in light headache, when exposure lasts 2-3 hours, ppm causes strong headache after 1 hour of exposure, ppm results in permanent coma after 2 hours of exposure, ppm causes death after 2 hours, ppm causes death after 20 minutes, ppm causes loss of consciousness after 2-3 breathing in and death after about 3 minutes. It is also important, that loss of coordinated actions possibilities is coming after 5 minutes of exposure at carbon monoxide concentration at the level of ppm. The most characteristic symptoms of carbon monoxide intoxication are [5, 6]: - apathy, reduced concentration, - reduced manual efficiency (and coordination of movements), - headache, 374

136 - nausea and vomiting, - disorder of balance, vision and hearing, - general weakness, tiredness, - irritation and overexcitability, - difficulties in breathing, - accelerated heartbeat, dilation of blood vessels, feeling of pulsation in temples, arterial blood pressure decrease, - feeling of anxiety, - limbs numbness, - convulsions, - involuntary urination and bowels evacuation. In case of acute CO poisoning pink pigmentation of skin could be visible, but symptoms of chronic poisoning are [5]: - grey - sallow complexion, - dull facial expression, - impaired memory, - loss of all feeling in fingers, - cautious movements astride ( walk like a penguin ). Carbon monoxide intoxication could also causes such complications as [6]: - bacterial pulmonary complications due long lasting loss of consciousness, - kidney injuries and reversible injuries of liver, - severe pains connected with inflammatory condition of sciatic nerve, nerve of tibia or fibular nerve, - disorder of speech, total or partial loss of speech, vision, hearing, sense of smell, - nagging headache and dizziness, - cardiac infarction (usually in 10 days after intoxication). Prevention As it was mentioned above, source of carbon monoxide formation is incomplete combustion (in conditions of oxygen deficiency). This way the basic manner for carbon monoxide intoxication prevention is making impossible the CO formation - by securing the possibility of the fresh air inflow to furnace or burner, and then by securing the free carry away of fumes. In practice it could be achieved by: - carrying out periodic inspections of ventilation installation and chimney flues, as well as cleaning of air grates and chimney flues (according to requirements described in [7]), - often airing or at least setting ajar (or usealing) of window in the room in which open flame is used, - keeping air grates and air intakes to rooms uncovered, and systematic control of air current in air grates, - installation and conservation of heating equipment only by authorized persons, - using of appliances only with proper trading admissions, technically fit and according to manufacturer recommendations, - control of operation efficiency of ventilation installation in room after windows exchange for new, more tight, - adequate arrangement of CO sensors, at least at sleeping part of apartment/house, - restraining from use of garbage, plastic waste etc., as fuel, - restraining from leaving of car with running engine in the garage, even if garage door is open. Also, one should not neglect first symptoms of CO intoxication (difficulties in breathing, headaches, dizziness, nausea and vomiting, accelerated heartbeat). If there CO intoxication suspicion exist, the first aid for the injured should be secured, consisting in: - taking out, to the open air (or at least in securing of fresh air inflow), - loosing of the clothes, laying of injured person in safe position (ensuring permeability of the respiratory tract), - immediate execution of artificial respiration and heart massage - if injured person taken to the open air is not breathing, - calling rescue service (112, or in Poland: Fire Brigade, ambulance). Summary Carbon monoxide intoxications in residential building results from using of burners or furnaces, taking air (oxygen) from the room in which are working - with inadequate ventilation of room and improper carrying out of fumes. Such poisoning gives rather characteristic symptoms, but they can be neglected by victim at the early stage (or simply can be unnoticed - when sleeping). Lack of reaction for described symptoms or lack of outside help lead to decease, due to rapidly developing loss of coordinated action possibilities and therefore inability to leave independently the room with atmosphere enriched with CO. That s why the most effective (and less expensive) way of avoidance of health and live losses due to carbon monoxide poisoning is intoxication prevention by means of keeping burners and furnaces in appropriate conditions and care of proper functioning of the ventilation installation in building. References [1] ( ). [2] Staniszewski, B.: Termodynamika. PWN, Warszawa 1978 (in Polish). [3] Kotulek, G.; Kukfisz, B.; Woliński, M.: Badanie emisji tlenku węgla przy zastosowaniu żeliwnych wkładów kominkowych. Materiały VII Międzynarodowej Konferencji Bezpieczeństwo Pożarowe Obiektów Budowlanych Warszawa, , str (in Polish). [4] Green, W.: An introduction to Indoor Air Quality: Carbon Monoxide(CO). United States Environmental Protection Agency ( ). [5] Kaiser, K.: Tlenek i dwutlenek węgla w pomieszczeniach. Rynek Instalacyjny 9/2010 (in Polish). [6] Kwiecień - Obara, E.: Zatrucie tlenkiem węgla. toksykologialublin.pl/resources/zatrucie+tlenkiem+w. pdf ( ) (in Polish). [7] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów. Dz. U. Nr 109 z 2010 r., poz. 719 (in Polish). 375

137 Vývojové trendy protipožárních systémů v proudových stíhacích letounech Československa a České republiky od roku 1948 Developments of Fire Extinguisher Systems in Jet Fighter Planes of Czechoslovakia and Czech Republic since 1948 Ing. Ondřej Zavila, Ph.D. 1 Bc. Rudolf Chmelík 2 1 VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, Ostrava - Výškovice 2 Vojenský útvar 7214 Čáslav, 211. taktická letka Chotusice 1, Čáslav ondrej.zavila@vsb.cz, chmelikrudolf@seznam.cz Abstrakt Protipožární systém je v dnešní době běžnou součástí technické výbavy dopravních, vojenských i většiny sportovních letadel. Nebylo však tomu tak vždycky. Protipožární systémy letounů a jejich historický vývoj představují velmi důležitou a neprávem opomíjenou kapitolu historie letectví i požární ochrany. Tento článek nabízí alespoň malou část dochovaných informací a technických zajímavostí, na nichž je založena dnešní protipožární ochrana letadel. Článek je specificky zaměřen na trendy vývoje hasicích zařízení v proudových stíhacích letounech, které byly zařazeny do výzbroje Československé armády, Československé lidové armády a Armády České republiky od roku 1948 až do současnosti. Klíčová slova Armáda České republiky; Československá armáda; Československá lidová armáda; halon; oxid uhličitý; proudový stíhací letoun; hasicí zařízení; vývojový trend. Abstract Nowadays stable fire extinguishing device represents standard part of technical equipment of transport planes, military planes and major group of sporting planes. However, this has not always been the case. Aircraft fire-fighting systems and its historical developments represent very important and wrongly neglected part of aviation and fire protection history. This article offers at least several pieces of information and technical curiosities that current aircraft fire protection systems are based on. The article is focused on specific problem of developments of stable fire extinguishing devices in military jet fighter planes of Czechoslovakian army, Czechoslovakian popular army and Czech army since 1948 until now. Keywords Czech army; Czechoslovakian army; Czechoslovakian popular army; halon; carbon dioxide; jet fighter plane; fire extinguisher system; developments. Úvod Mezi nejzávažnější mimořádné události, ke kterým může na palubě jakéhokoliv letounu dojít, patří požár. Aby se zabránilo fatálním ztrátám na lidských životech a letecké technice, jsou v současné době letouny již standardně vybavovány prvky zabraňujícími vzniku a šíření požáru. Jedním z těchto prvků je hasicí zařízení. Hasicí zařízení v letounu představuje soustavu technických komponentů, jejichž úkolem je ve vzájemné součinnosti uhasit požár vzniklý na některé části letounu, a to jak na zemi, tak i ve vzduchu za letu. Tato soustava v současné době obvykle sestává z indikátoru požáru, nádoby nebo nádob s hasivem, dopravního potrubí, rozprašovacích trysek nebo kolektorů, a případně dalších doplňujících armatur. Předmětem protipožární ochrany bývají nejčastěji motorové jednotky, záložní energetické jednotky, elektronické bloky, prostory pro vedení teplého vzduchu ke klimatizaci, brzdy a podvozkové šachty. Vzniklý požár je potřeba co nejrychleji uhasit, aby nedošlo pokud možno k ohrožení posádky letounu a také ke změně vlastností konstrukčních materiálů, z nichž je letoun konstruován, vlivem intenzivního tepelného namáhání. Důsledkem tepelného namáhání některé části letounu při požáru by mohlo být narušení pevnosti této části a její následná deformace nebo destrukce (např. odlomení křídla). Stejně jako mnoho jiných věcí i hasicí zařízení v letounech mají svou historii a vývoj. Navzdory své důležitosti však bývají v odborné i historické literatuře neprávem opomíjeny. Dokladem toho je fakt, že odborná literatura z oblasti letectví uvádí pouze velmi kusé informace a nahodilé zmínky o těchto systémech. Dokonce i letové příručky pro piloty jednotlivých typů letounů se omezují pouze na nejnutnější základní pokyny vedoucí k manuální nebo automatické aktivaci těchto systémů. Podrobnější informace lze nalézt dnes již pouze v interní technické dokumentaci k danému typu letounu, která je však velmi obtížně dostupná. Některé technické dokumentace, zvláště ke starším typům letounů, již dnes prakticky není možno v archivech veřejných institucí dohledat. Z těchto i dalších důvodů lze tematickou a informační náplň následujících odstavců klasifikovat jako velmi unikátní! Historie vždy byla, je a bude zdrojem inspirace, zkušeností a úcty k současné úrovni technického pokroku, přinejmenším v tomto technickém odvětví. Proudové stíhací letouny ve výzbroji ČSA, ČSLA a AČR Armáda bránící území dřívějšího Československa a posléze dnešní České republiky za dobu své existence několikrát změnila název. V letech nesla název Československá branná moc, v letech Československá armáda (dále jen ČSA), v letech to byla Československá lidová armáda (dále jen ČSLA), v letech opět Československá armáda (ČSA) a od 1. ledna 1993 do současnosti je to Armáda České republiky (dále jen AČR). V duchu těchto názvů se také hovoří o leteckých silách těchto armád dle časového období jejich existence [3]. V dosavadní historii českého, resp. československého proudového létání se vystřídalo celkem 12 typů stíhacích proudových letounů různých verzí (viz obr. 1). Prvním z nich byl původně německý proudový stíhací letoun Messerschmitt Me-262 Schwalbe (české označení Avia S-92, resp. dvoumístná Avia CS-92) a doposud posledním pak švédský letoun Saab JAS-39 Gripen. V mezidobí působení těchto dvou strojů disponovaly armádní letecké síly České republiky, resp. Československa typy Jakovlev Jak-23, Mikojan-Gurjevič MiG-15, Mikojan-Gurjevič MiG-17, Mikojan-Gurjevič MiG-19, Mikojan-Gurjevič MiG-21, Mikojan-Gurjevič MiG-23, Mikojan-Gurjevič MiG-29, Suchoj Su- 22, Aero L-39 Albatros a Aero L-159 Alca. 376

138 Messerschmitt Me-262 Schwalbe (česky vlaštovka ) byl po skončení 2. světové války renovován z konstrukčních pozůstatků a dokumentace po německých okupantech do podoby stroje s označením Avia S-92 a Avia CS-92. Avia S-92 byla jednomístná stíhací varianta původně německého proudového stíhacího letounu Messerschmitt Me-262A. Avia CS-92 byly dvoumístná cvičná varianta původně německého letounu Messerschmitt Me-262B. Obě varianty tohoto letounu představovaly první proudový stíhací stroj působícími ve službách letectva tehdy ještě Československé branné moci (viz výše). Působily zde v letech Bylo vyrobeno celkem v obou variantách pouze 12 kusů (9 kusů Avia S-92 a 3 kusy Avia CS-92) [16, 17]. Jakovlev Jak-23 (v kódu NATO označení Flora ) s československým kódovým označením S-101 byl původně ruský jednomístný proudový stíhací letoun. V leteckých silách ČSA působil v letech Bylo dodáno pouze 12 kusů, avšak ty byly brzy technicky překonány nastupujícím typem letounu Mikojan-Gurjevič MiG-15 [7, 16, 17]. Mikojan-Gurjevič MiG-15 (v kódu NATO označení Fagot, resp. verze UTI označována Midget ) byl proudový stíhací letoun sovětské výroby sloužící v leteckých silách ČSA a ČSLA v 10 různých verzích (MiG-15, MiG-15bis, MiG-15 SB, MiG-15bis SB, MiG-15 R, MiG-15bis R, MiG-15 T, MiG-15bis T, MiG-15 UTI, MiG-15 UTI-P) v letech [9, 16, 18, 21]. Mikojan-Gurjevič MiG-17 (v kódu NATO označení Fresco ) byl proudový stíhací letoun sovětské výroby sloužící v leteckých silách ČSLA ve 2 různých verzích (MiG-17F, MiG-17PF) v letech Oproti svému předchůdci byl již vybaven přídavným spalováním (tzv. forsáž ) a palubním radiolokátorem [16, 18, 22]. Mikojan-Gurjevič MiG-19 (v kódu NATO označení Farmer ) byl proudový stíhací letoun sovětské výroby sloužící v leteckých silách ČSLA ve 4 různých verzích (MiG-19S, MiG-19P, MiG-19PM, MiG-19SF) v letech Byl to první nadzvukový stíhací letoun, který kdy byl ve výzbroji naší armády [10, 11, 16, 18, 23]. Mikojan-Gurjevič MiG-21 (v kódu NATO označení Fishbed ) byl proudový stíhací letoun sovětské výroby sloužící v leteckých silách ČSLA a AČR v 10 různých verzích (MiG-21F-13, MiG-21PF, MiG-21PFM, MiG-21R, MiG-21MA, MiG-21MF, MiG- 21MFN, MiG-21U, MiG-21US, MiG-21UM) v letech Byl to první stíhací letoun, který kdy byl ve výzbroji naší armády schopen překonat dvojnásobek rychlosti zvuku [12, 13, 16, 18]. Mikojan-Gurjevič MiG-23 (v kódu NATO označení Flogger ) byl proudový stíhací letoun sovětské výroby sloužící v leteckých silách ČSLA a AČR ve 4 různých verzích (MiG-23BN, MiG-23MF, MiG-23ML, MiG-23U) v letech Byl to první stíhací letoun, který kdy byl ve výzbroji naší armády s měnitelnou geometrií křídel [14, 16, 18]. Mikojan-Gurjevič MiG-29 (v kódu NATO označení Fulcrum ) byl proudový stíhací letoun sovětské výroby sloužící v leteckých silách ČSLA a AČR ve 2 různých verzích (MiG-29A, MiG-29UB) v letech Těchto letounů bylo dodáno ještě do původního Československa celkem 20 kusů (18 kusů jednomístných MiG-29A a 2 kusy dvoumístných MiG-29UB). Po rozpadu Československa zůstalo ve službách České republiky již pouze 10 kusů (9 kusů Mig- 29A a 1 kus MiG-29UB) [15]. Suchoj Su-22 (v kódu NATO označení Fitter-K, resp. Fitter-G ) byl proudový stíhací bombardovací letoun sovětské výroby s měnitelnou geometrií křídel sloužící v leteckých silách ČSLA a AČR ve 2 různých verzích (Su-22M-4, Su-22UM-3) v letech [20]. Aero L-39 Albatros je podzvukový proudový cvičný, stíhací a bitevní letoun české výroby sloužící v leteckých silách ČSLA a AČR v 6 různých verzích (L-39C, L-39V, L-39ZO, L-39ZA, L-39Z/ART, L-39MS) od roku 1971 až dosud [1, 16, 18]. Aero L-159 Alca je podzvukový proudový cvičný, stíhací a bitevní letoun české výroby sloužící v leteckých silách AČR ve 3 různých verzích (L-159A, L-159T1, L-159B) od roku 1999 až dosud [2, 8]. Saab JAS-39 Gripen je nadzvukový proudový stíhací, bitevní a průzkumný letoun švédské výroby sloužící v leteckých silách AČR ve 2 různých verzích (JAS-39C, JAS-39D) od roku 2005 až dosud [5, 6]. V rámci leteckých sil československé a později české armády působily i další proudové letouny, avšak tyto neměly stíhací určení a nespadají proto do obsahového rámce tohoto článku. Jednalo se o letouny: Iljušin Il-28 (dvoumotorový bombardovací letoun sovětské výroby, v kódu NATO označení Beagle ), Suchoj Su-7 (bitevní a bombardovací letoun sovětské výroby, v kódu NATO označení Fitter-A ), Suchoj Su-25 (bitevní letoun sovětské výroby určený pro blízkou leteckou podporu pozemních vojsk, v kódu NATO označení Frogfoot ) a Aero L-29 Delfín (cvičný letoun české výroby) [16, 18]. Obr. 1 Kompletní výčet typů armádních proudových stíhacích letounů používaných od roku 1948 k ochraně vzdušného prostoru Československa, resp. současné České republiky: (1) Messerschmitt Me-262A alias československá Avia S-92, (2) Jakovlev Jak-23, (3) Mikojan-Gurjevič MiG-15UTI, (4) Mikojan-Gurjevič MiG-17PF, (5) Mikojan-Gurjevič MiG-19S, (6) Mikojan-Gurjevič MiG-21MF, (7) Mikojan-Gurjevič MiG-23MF, (8) Mikojan-Gurjevič MiG-29A, (9) Suchoj Su-22M-4, (10) Aero L-39 Albatros, (11) Aero L-159 Alca, (12) Saab JAS-39 Gripen Hasicí zařízení v proudových stíhacích letounech ČSA, ČSLA a AČR Není bez zajímavosti, že první dva proudové stíhací letouny československých ozbrojených sil, tj. Messerschmitt Me-262 Schwalbe (s československým kódovým označením Avia S-92, resp. Avia CS-92) a Jakovlev Jak-23 (s československým kódovým označením S-101), žádné hasicí zařízení ani jiné aktivní protipožární prvky neměly! Létání na těchto typech tedy muselo být s ohledem na riziko vzniku požáru velmi nebezpečné. Všechny následující typy letounů již protipožární výbavou disponovaly [4, 7]. 377

139 Letoun Mikojan-Gurjevič MiG-15 byl vybaven protipožárním systémem, který sestával se 4 bimetalických membrán vyhodnocujících hodnotu statické reakční teploty ºC v motorovém prostoru u konců spalovacích komor a okolí turbín, 2 tlakových lahví o objemu 3 litry (2,2 kilogramů) s hasivem v podobě oxidu uhličitého v kapalné fázi, trubkových rozprašovacích kolektorů a dalších doplňujících armatur. Požár byl signalizován rozsvícením tabla v pilotní kabině, kde pilot následně manuálně aktivoval hasicí zařízení [9, 21]. Letoun Mikojan-Gurjevič MiG-17 byl vybaven protipožárním systémem, který sestával se 4 bimetalických membrán vyhodnocujících hodnotu statické reakční teploty 180 ± 20 ºC v motorovém prostoru u konců spalovacích komor a okolí turbín, 2 tlakových lahví o objemu 3 litry (2.2 kilogramů) s hasivem v podobě oxidu uhličitého v kapalné fázi, trubkových rozprašovacích kolektorů a dalších doplňujících armatur. Požár byl signalizován rozsvícením tabla v pilotní kabině, kde pilot následně manuálně aktivoval hasicí zařízení. Jednalo se tedy o systém shodný s Mikojan-Gurjevič MiG-15, pouze s odlišnými kalibracemi teplotních hlásičů [22]. Letoun Mikojan-Gurjevič MiG-19 byl vybaven protipožárním systémem, který sestával se 3 bimetalických membrán vyhodnocujících hodnotu statické reakční teploty 200 ± 50 ºC v motorovém prostoru, 1 tlakové lahve o objemu 3 litry (2.2 kilogramů) s hasivem v podobě oxidu uhličitého v kapalné fázi, trubkových rozprašovacích kolektorů a dalších doplňujících armatur. Požár byl signalizován rozsvícením tabla v pilotní kabině, kde pilot následně manuálně aktivoval hasicí zařízení. Jednalo se tedy o systém podobný jako u Mikojan-Gurjevič MiG-15 a MiG-17, pouze s odlišnými kalibracemi teplotních hlásičů. Není bez zajímavosti, že první verze tohoto letounu, tedy MiG-19S, nebyly vybaveny žádným hasicím zařízením. Měly pouze soustavu pro signalizaci požáru v oblasti motorových jednotek. Pilot se tedy po zjištění požáru za letu mohl zachránit pouze katapultáží [10, 11, 19]. Letoun Mikojan-Gurjevič MiG-21 byl vybaven protipožárním systémem, který sestával z plamenného ionizačního hlásiče detekujícího výskyt plamene v motorovém prostoru, 1 tlakové lahve o objemu 2 litry s hasivem v podobě tzv. směsi 7 (směs bez-vodného oxidu uhličitého, brommethylu a bromethylu), 2 ocelových rozprašovacích kolektorů umístěných na přehradách motoru a dalších doplňujících prvků a armatur. Požár byl signalizován rozsvícením tabla v pilotní kabině, kde pilot následně manuálně aktivoval hasicí zařízení [12, 13]. Letoun Mikojan-Gurjevič MiG-23 byl vybaven protipožárním systémem, který sestával z 2 liniových hlásičů teplot v motorové části, 1 tlakové lahve o objemu 3 litry s hasivem FREON 114V2 vytlačovaným vzduchem, 2 rozprašovacích kolektorů a dalších doplňujících prvků a armatur. Požár byl signalizován rozsvícením tabla a akustickou signalizací v pilotní kabině, kde pilot následně manuálně aktivoval hasicí zařízení [14]. Letoun Mikojan-Gurjevič MiG-29 byl vybaven protipožárním systémem, který sestával z plamenných ionizačních hlásičů v motorových gondolách a okolí skříně náhonu, 1 tlakové lahve o objemu litry s hasivem FREON 114V2 vytlačovaným vzduchem nebo novější alternativou FE 36, rozprašovacích kolektorů a dalších doplňujících prvků a armatur. Požár byl signalizován do 3 sekund po vypuknutí požáru rozsvícením tabla a akustickou signalizací v pilotní kabině, kde pilot následně manuálně aktivoval hasicí zařízení zvlášť pro levý nebo pravý motor, nebo pro skříň náhonu. Pilot musel dobře volit cílový prostor hašení, protože hasicí zařízení bylo pouze jednorázové [15]. Letoun Suchoj Su-22 byl vybaven protipožárním systémem, který sestával z plamenného ionizačního hlásiče detekujícího výskyt plamene v motorovém prostoru, 1 tlakové lahve o objemu 4 litry s hasivem CHLADON 114V2 vytlačovaným plynným dusíkem, 3 rozprašovacích titanových kolektorů a dalších doplňujících prvků a armatur. Požár byl signalizován blikáním podsvíceného tabla a akustickou signalizací v pilotní kabině, kde pilot následně manuálně aktivoval hasicí zařízení. Protipožárními ochrannými prvky byly kromě motorové části vybaveny také ocasní část trupu, palivové nádrže v trupu a palivové nádrže v křídlech. Okolo motorové části byl instalován tzv. ochranný plášť proti vysokým teplotám. Mezi tento plášť a motor se přiváděl chladící vzduch. Do palivových nádrží v křídlech a trupu byl nad hladinu paliva přiváděn plynný dusík pod tlakem kilo-pascalů z 2 tlakových lahví o objemu 16 litrů umístěných v pevné části křídla. Podvěsné palivové nádrže žádný takový ochranný prvek neměly. Použití hasícího systému bylo jednorázové [20]. Letoun Aero L-39 Albatros je vybaven protipožárním systémem, který sestával z 6 teplotních (termo-diferenciálních) hlásičů rozdělených do 2 sérií reagujících na rychlý nárůst teploty v motorovém prostoru, 1 tlakové lahve o objemu 2 litry s hasivem Halon 2402, trubkových rozprašovacích kolektorů, elektrické instalace, a dalších doplňujících prvků a armatur. Požár je signalizován podsvíceným tablem a akustickou signalizací v obou pilotních kabinách, kde kterýkoliv z obou pilotů následně manuálně aktivuje hasicí zařízení [1]. Letoun Aero L-159 Alca je vybaven protipožárním systémem, který sestával se 3 liniových hlásičů teplot (reagujících na nárůst teploty v motorovém prostoru) kolem pomocné energetické jednotky a hydraulických filtrů, 1 tlakové lahve o objemu 2 litry s hasivem Halon 1301, trubkových rozprašovacích kolektorů a dalších doplňujících prvků a armatur. Požár je signalizován podsvíceným tablem a akustickou signalizací v obou pilotních kabinách, kde kterýkoliv z obou pilotů následně manuálně aktivuje hasicí zařízení [2]. Letoun Saab JAS-39 Gripen je vybaven protipožárním systémem, který sestával z lineárního pneumatického hlásiče požáru liniového typu (reagujícího v případě nárůstu teploty celého hlásiče na 200 ºC nebo lokálního nárůstu teploty na 540 ºC) v motorovém prostoru a v prostoru pomocné energetické jednotky, 1 tlaková lahev s hasivem Halon 1301 o hmotnosti 0.45 kg a výtlačným médiem v podobě plynného dusíku (pouze pro hašení požáru pomocné energetické jednotky), trubkových rozprašovacích kolektorů a dalších doplňujících prvků a armatur. Požár je signalizován podsvíceným tablem a akustickou signalizací v pilotní kabině. Pokud se jedná o požár v prostoru pomocné energetické jednotky, jeho hašení se zahájí automaticky do 10 sekund po vyhlášení poplachu. Pokud se jedná o požár uvnitř motoru na zemi i za letu, uplatňuje se postup tzv. studeného protočení motoru. Jedná se o proceduru, kdy pilot vypne motor a provede jeho protočení s uzavřeným palivovým kohoutem (bez přívodu paliva do motorové jednotky). Jestliže se podaří požár uhasit, je možno se pokusit znovu motor nahodit za plného přísunu paliva. Ve vzduchu je potřeba k vykonání této procedury mít dostatečnou rezervu výšky a udržovat dostatečnou rychlost letu, aby nedošlo k pádu letounu. Pokud požár přetrvává, pilot se musí z letounu katapultovat [5]. Další podrobnosti o protipožárních systémech především letounů, které jsou stále v aktivní službě AČR, již zasahují do oblasti vojenského tajemství AČR, proto se autoři rozhodli je v této studii neuvádět. Vývojové trendy Z výše uvedeného výčtu faktů a dalších informací získaných rešeršní činností na dané téma lze definovat vývojové trendy protipožárních systémů v proudových stíhacích letounech ČSA, ČSLA a AČR za posledních téměř 70 let, a to v následujících bodech: 1. Zvýšila se rychlost a spolehlivost detekce požáru v letounech. 2. Zvýšila se efektivita hašení požáru v letounech, a to výběrem účinnějších hasiv (od oxidu uhličitého se přešlo k halonům a freonovým hasivům). 378

140 3. Snížilo se množství hasiva v letounech (díky lepším hasebním vlastnostem hasiv). 4. Snížila se hmotnost hasicích systémů (díky volbě vhodnějších hasiv a optimalizaci jejich distribuce do chráněných částí letounu). 5. Zvýšila se odolnost materiálů používaných pro konstrukci protipožárních ucpávek a přepážek. 6. Zjednodušily se postupy a úkony pilota v případě vypuknutí požáru na palubě letounu, a to až do podoby úplné automatizace. 7. Od pyromechanických principů aktivace hasicích zařízení v letounech se přešlo na principy pyrotechnické. 8. Zvýšila se bezpečnost a spolehlivost pyropatron spouštějících hasicí zařízení v letounech. 9. Zvýšila se úroveň vedení technické dokumentace a záznamů o údržbě a provozu letounů. 10. Oproti době dřívější, není úkolem protipožárních systému již chránit pouze život pilota, ale také letoun samotný. Závěr Historie letectví i historický vývoj pohledu na bezpečnost a požární ochranu v letectví se za posledních 70 let výrazně změnil. Ohlédneme-li se za generacemi pilotů, mechaniků, leteckých inženýrů a veškerého ostatního leteckého personálu, kteří bojovali za svobodu a suverenitu svých zemí během 2. světové války a několik prvních desetiletí po ní, můžeme jim s klidným srdcem vzdát zaslouženou úctu a respekt. Díky jejich odvaze, inteligenci, odhodlání, lásce k létání a na jejich zkušenostech mohla vyrůst bezpečnost a požární ochrana v letectví až do dnešní podoby. Na historii a vývoj protipožárních systémů v letectví by se dozajista nemělo zapomínat, neboť obsahují vysvětlení spousty principů a pravidel, díky nimž se bezpečnost létání stále zvyšuje. Budíš čest a úcta všem, kteří se za dnešní úroveň nejen požární bezpečnosti v letectví svými činy zasloužili! Poděkování Autoři by rádi poděkovali panu Ing. Janu Sykorovi z Vojenského historického ústavu Praha a panu pplk. Ing. Luďku Čičmancovi, Ph.D. z Univerzity obrany v Brně za pomoc při dohledávání technických informací o československých proudových stíhacích letounech z období po 2. světové válce, panu Ing. Petru Bitalovi, Ph.D. z Vysoké školy báňské - technické univerzity Ostrava za pomoc při identifikaci a specifikaci systémů detekce požáru umístěných v předmětných letounech, panu kpt. Jiřímu Vojtíkovi za unikátní technické informace a osobní vzpomínky na letounu MiG-19S a další typy, a panu Jaroslavu Koldovi z letiště Dolní Benešov - Zábřeh za poskytnutí technické dokumentace k hasicímu zařízení letounu MiG-19 z osobního archivu. Použitá literatura [1] AERO VODOCHODY.: Technická dokumentace pro letounu L-39 ZA. Vodochody, [2] AERO VODOCHODY A.S.: Technická příručka pro provoz a údržbu: Ostatní systémy L-159 a L-159T1. Vodochody, [3] Armáda České republiky.: Historie. Wikipedie [online] [cit ]. Dostupné z: Arm%C3%A1da_%C4%8Cesk%C3%A9_republiky. [4] Brown, E.: Křídla Luftwaffe. Vyd. 1. Plzeň: Laser, 1998, 176 s. ISBN [5] FMTS HALMSTAD.: A/C 39CD Cz - Tech. publication nr.1: Gripen Type Course Halmstad, [6] JAS-39C/D Gripen.: 21. ztl Čáslav [online] [cit ]. Dostupné z: [7] Krumbach, J.; Vraný, J.; Hurt, Z.: Ilustrovaná historie letectví: Supermarine Spitfire Mk. IX a XVI, Jakovlev Jak-15, -17 a -23, Avia BH vyd. Praha: Naše vojsko, 1986, 136 s. Edice Triáda. [8] Letoun Z-159: směrnice pro technickou obsluhu a provoz č. GK -021 A. Praha, [9] MiG-15: all variants/vsechny verze. Prag: 4 Pub. Co, ISBN [10] MiG-19: day interceptor. 1st ed. Prag: Mark I Ltd, ISBN [11] MiG-19P: all-weather interceptor variants MiG-19P, PG, PM, PML, Shenyang J-6A, Nanchang J-6B, Guizhou J-61V. 1st ed. Prag: Mark I Ltd, ISBN [12] MiG-21F/U: MiG-21, F, F-13, U, Shenyang J-7, Chengdu J-7I/F-7A, J-7II/F-7B, Guizhou JJ-7/FT-7. 1st ed. Prague: 4, ISBN [13] MiG-21: F, PF, PFM (SPS), R, SM, SMT, MF, bis, U, UM. Praha: 4, ISBN [14] MiG-23MF, MiG-23ML: Stíhací verze. 1. vyd. Praha: 4, ISBN [15] MiG-29: all variants/vsechney verze. Prague: 4 Publishing Co, ISBN [16] Němeček, V.: Československá letadla (II) ( ). 3. vyd., přepracované a rozšířené. Praha: Naše vojsko, 1984, 248 s. [17] Němeček, V.: Vojenská letadla 4: období vyd. Praha: Naše vojsko, 1979, 208 s. [18] Němeček, V.: Vojenská letadla 5: letadla současnosti. 1. vyd. Praha: Naše vojsko, 1982, 432 s. [19] Řezňák, L.: Ocelový hřebec MiG-19 a československé letectvo vyd. Cheb: Svět křídel, 2008, 582 s. ISBN [20] Su-22: M-4, UM-3K [text, fotografie, kresby a výkresy Jiří Bašný... et al.]. 1. vyd. Praha: 4, ISBN [21] Vraný, J.; Krumbach, J.: Ilustrovaná historie letectví: Mikojan-Gurjevič MiG-15, Lavočkin La-5 a La-7, Fokker D VII. 1. vyd. Praha: Naše vojsko, 1985, 152 s. Edice Triáda. [22] Vraný, J.; Hurt, Z.: Ilustrovaná historie letectví: Mikojan MiG-17, Hawker Hurricane Mk. I, Spad S VII / XII / XIII. 1. vyd. Praha: Naše vojsko, 1989, 160 s. Edice Triáda. ISBN [23] Vraný, J.; Hurt, Z.; Hornát, J.; Skála, S.: Ilustrovaná historie letectví: Bristol Beaufi ghter, Mikojan-Gurjevič MiF-19, Letov Š vyd. Praha: Naše vojsko, 1991, 144 s. Edice Triáda. ISBN

141 Simulation of Fire Radiative Heat Flux through Compartment Openings Using FDS POŽÁRNÍ OCHRANA 2015 Darko Zigar, M.Sc. 1 Dusica Pesic, D.Sc. 1 Ion Anghel, D.Sc. 2 Ing. Nikola Misic 1 1 University of Nis, Faculty of Occupational Safety of Nis Čarnojevića 10A, Niš, Serbia 2 Police Academy, Fire Officers Faculty Bucharest, Romania dusica.pesic@znrfak.ni.ac.rs, darko.zigar@znrfak.ni.ac.rs, ion_anghel2003@yahoo.com, nikola.misic@znrfak.ni.ac.rs Abstract In fire safety science, thermal radiation is commonly recognized as the dominant mode of heat transfer which determines the growth and spread of a number of fires. Radiation from a fire poses a potential threat for the occupants and the adjacent buildings. In general, fires from compartments spread through exterior openings due to radiation of fire flame and plume. For this reason, it is very important to predict the radiative heat flux distribution through compartment s openings. In this paper, Fire Dynamics Simulator (FDS) package and its Finite Volume Method for radiative transport are used to study the thermal radiation from the compartment fire through its opening. The simulations were carried out for the opening with its different width and height proportions (i.e. w < h; w = h; w > h). The heat flux fields at the different distances from opening were investigated. The obtained results show that with the increase of the opening dimensions, the radiative heat fluxes also increase. Keywords Test room; window dimensions; fire; radiative heat flux. Introduction Heat generated by fire, can be transported by radiation, convection and conduction. Fire radiation heat represents a threat for the human health and most common way of fire spread from burning building to adjacent buildings. Therefore, heat radiation from fire flame and plume is one of the most important parts of a fire risk analysis. Fire jeopardizes the occupants inside and outside fire compartment. Fire related injuries include smoke inhalation, skin burns, etc. Burn injuries are reversible or permanent depending upon the degree of burn (based on exposure heat flux, heat dose or duration of exposure), [7]. The limiting criteria for safe exposure of people to radiant heat have been determined by many standards [2, 4]. Namely, the criterion used to determine the safety distance to people exposure from fire radiant heat indicates that there is reasonable consensus among the various standards that an exposure for 30 seconds to 5 kw/m 2 heat flux represents a threshold limit for causing serious injury. On the other hand, ignition due to radiation is the most common way of fire spread between adjacent buildings. Fire spread depends on fire severity, distance between buildings, fire resistance of external walls, percentage of opening in the exposed wall, and ratio of width to height or height to width of buildings. The parameters that influence the heat transfer by radiation from a burning building to a receiving surface of adjacent building are projections of flames from openings, the emissivity of flame and the configuration factor, as well as the distance between buildings, [6]. Radiative heat flux at the exposed facade of adjacent building is very important parameter for fire spread. There is no internationally accepted methodology for design of the buildings that takes into account the external fire spreading between buildings. In most national building codes and calculation methods for fire spread, a value of 12.5 kw/m 2 is adopted as the maximum tolerable level of radiation at the exposed facade to external fire [1, 5, 8]. For these reasons, it is very important to predict the radiative heat flux fields both inside the fire compartment and through compartment s openings. In this paper, Fire Dynamics Simulator (FDS) Large Eddy Simulation (LES) method was used to investigate the intensities of heat radiation of fire as one of the more important way of heat transfer in its fully development stage. The main purpose of this research has been to explore impact of room window dimensions on intensities of radiative heat fluxes. The simulations were carried out for one test room with different window dimensions in order to investigate the development of fire, the occurrence of flashover, fire spread toward the opening as well as radiative heat flux fields. Methodology Numerical method FDS, developed by National Institute of Standards and Technology, is nowadays a popular Computational Fluid Dynamics (CFD) tool in fire related researches. It solves numerically Navier- Stokes equations for thermally driven flow. The governing equations are the basic conservation of mass, momentum and energy equations for a thermally expandable, multi-component mixture of ideal gases, as follow [3]: Conservation of mass: ''' u m b (1) t Conservation of individual gaseous species: ''' ''' Y Y u D Y m m b, (2) t Conservation of momentum: u uu p g fb ij (3) t Conservation of energy which is written in terms of the sensible enthalpy: Dp ''' ''' '' hs hsu q q b q (4) t Dt where ρ is density, u is three components of velocity, u = [u, v, w] T, T is temperature, D α is diffusion coefficient, Y α is mass fraction of αth ''' species, m b, is production of species α by evaporating particles, p is pressure, g is acceleration of gravity, f b is external force vector, ''' τ ij is stress tensor, h s is sensible enthalpy, q is heat release rate per ''' unit volume from a chemical reaction, q b is energy transferred to '' the evaporating droplets, q is conductive and radiation heat fluxes, ε is dissipation rate, and t is time. Radiative transport equation Energy transport consists of convection, conduction and radiation. Convection of heat is accomplished via the solution of the basic conservation equations. Gains and losses of heat via conduction and radiation are represented by the divergence of the heat flux vector in the equation of energy conservation, [3]. The 380

142 Radiative Transport Equation (RTE) for an absorbing/emitting and scattering medium is: s I x, s x, s x, I x, s B x, (5) s x, 4 ss, I xs, ds 4 where I λ (x,s) is radiation intensity at wave length λ, s is direction vector of the intensity, κ(x,λ) and σ s (x,λ) are local absorption and scattering coefficients, respectively, and B(x,λ) is emission source term. The integral on the right hand side describes the in-scattering from other directions. In the case of a non-scattering gas the RTE becomes: s I x, s x, Ib x I x, s (6) where I b (x) is source term given by the Planck function. Given that the spectral (λ) dependence cannot be solved accurately in practical simulations, the radiation spectrum is divided into a relatively small number of bands and a separate RTE is derived for each band, as follows: s In xs, x, 1 (7) n Ib,n x In xs, n...n where I n is intensity integrated over the band n, and κ n is appropriate mean absorption coefficient inside the band. The source term can be written as a fraction of the blackbody radiation: where σ is the Stefan-Boltzmann constant. When the intensities corresponding to the bands are known, the total intensity is calculated by summing over all the bands: Even with a reasonably small number of bands, solving multiple RTEs is very time consuming. To reduce computational costs, the default radiation model in FDS assumes that the radiation is dominated by the non-scattering continuous radiation emission from the soot generated by the fire and therefore assumes the radiation behaves as a grey gas. The spectral dependence is lumped into one absorption coefficient (N = 1) and the source term is given by the blackbody radiation intensity: The radiant heat flux vector I b,n n 4 F, T I I min is defined as: q r x 4 s I x, s ds (8) The gas phase contribution to the radiative loss term in the energy equation is, as follows: '' r Model configuration FDS requires the input parameters as follows: building geometry, computational cell size, location of the ignition source, fuel type, heat release rate, thermal properties of a walls, ceiling, floor and furniture, opening dimensions, ambient conditions etc. The computational domain (5.4 m wide, 9.0 m long and 5.0 m high) with a building segment was designed for CFD simulations. The test room located at the first floor had dimensions of 5.2 m x 4.6 m x 2.6 m and the open window at the height of 0.9 m from the floor. The walls and ceiling of the room were coated with gypsum max N n n 1 xs, I xs, b x T x 4 q '' r '' ' ' ' x x U x I b x ' ' x I x, s x ds q 4 ; U 4 (9) boards. The fire load mass of room consisted of two couches, three chairs (all made from upholstered cushions), table and cupboard (all made from pine) and synthetic carpet, [9]. Thermal properties of materials used for simulations are given in Tab. 1. Space around the building was designed as outer space without a wind. Tab. 1 Thermal properties of materials Material Thickness [m] The heat release rate (HRR) of a fire is generally quantified by the fire source area and heat release rate per unit area. For this investigation, the fire source with dimensions 0.6 m x 0.6 m was one of the couches with HRR of 360 kw. When applying LES simulation, the grid size is a key parameter which has to be considered very carefully, because it should be appropriate to produce reliable simulation results. The size of the grid cell generally depends on the heat release rate of the fire source and the air properties. These factors are combined to give a characteristic fire diameter D*, which is defined as follow, [3] 5 * Q D (10) ct p g where Q is heat release rate, c p is specific heat, ρ is ambient air density, T is ambient air temperature, and g is acceleration due to gravity. In general, the better the numerical solution of the equations is obtained, when the finer the numerical grid is. For this investigation, the grid was uniform (0.1 m) and the number of grid cells was (54 x 90 x 50 in the x, y and z-direction, respectively). The duration of the simulations was seconds. The simulations were carried out from the window opening with its different width and height proportion (i.e. w < h; w = h; w > h). The window had the dimensions: 0.8 m x 1.2 m (case w < h), 1.2 m x 1.2 m (case w = h) and 1.6 m x 1.2 m (case w < h). The heat flux fields of the fire flame and plume inside the room and at the different distances from the room window were numerically investigated. Results and discussion Density [kg/m 3 ] Conductivity [W/mK] Ignition temp. [ C] Heat evapor. [kj/kg] Gypsum panel Pine Cotton (upholster cushion) Synthetic carpet Numerical results for opening dimensions 0.8 m x 1.2 m (case w < h) The obtained results of fire development in the room and its spreading through window are shown in Fig. 1. Fig. 1 Fire development in time instance: (a) 560 s; (b) 650 s 2 381

143 As it is shown in Fig. 1, the flashover was occurred in 560 seconds from the start of simulation. However, due to the small dimensions of the window, the low quantity of the ambient air was entered the room. The combustion of flammable materials was occurred in conditions of the low ventilation. Namely, there was the lack of oxygen (O 2 ) necessary to achieve complete combustion, the quantity of O 2 was decreased and the fire self-extinguished in 650 seconds when the O 2 concentration in the room was decreased to the level of 12 %. The radiative heat flux fields in vertical plane x = 2.6 m and at distances of 1 m and 2 m from the room window are shown in Fig. 2. The radiative heat flux fields in vertical plane x = 2.6 m and at distances of 1 m, 2 m and 3 m from the window, in 503 seconds from the simulation start, are shown in Fig. 4. Fig. 4 Radiative heat flux fields: (a) x = 2.6 m;(b) 1 m from window; (c) 2 m from window; (d) 3 m from window Fig. 2 Radiative heat flux fields: (a) x = 2.6 m; (b) 1 m from window; (c) 2 m from window The maximum values of the radiative fluxes were reached after the flashover, in 565 seconds from the beginning of simulation. As it can be seen in Fig. 2, the maximum value of the heat flux of the fire flame and plume inside the room and near the window was 96.5 kw/m 2. This flux value was reached bellow the ceiling of the room and in the upper part of the window. The maximum values of the radiative heat flux at the distances of 1 m and 2 m from the window were 9.2 kw/m 2 and 4.2 kw/m 2, respectively. The simulation results indicate that there is not the risk of fire spreading to adjacent building. Therefore, the exposed people are threatened from fire flame radiation both inside the room and at the distance of 1 m from the window. Numerical results for opening dimensions 1.2 m x 1.2 m (case w = h) The simulation results of fire development inside and outside the room are shown in Fig. 3. As it can be seen in Fig. 4, due to greater dimensions of the window and higher ventilation in the room, the fire was intensified and the height of the outer fire flame was about 4.8 m. Consequently, there are the higher values of the radiative heat flux than the ones in the case with smaller dimensions of the room window. The maximum value of the radiative heat flux in vertical plane (x = 2.6 m) was 150 kw/m 2. The maximum values of the radiative heat flux at the distances of 1 m, 2 m and 3 m from the window were 31.5 kw/m 2, 11.2 kw/m 2 and 7.2 kw/m 2, respectively. The obtained results indicate that, in this case, there is the risk of fire spread to the adjacent building if it is located at the distances that are less than 2 m from the fire room. On the other hand, the exposed people are threatened from the fire radiation both inside the room and outside at all distances from the room window. Numerical results for opening dimensions 1.6 m x 1.2 m (case w > h) The obtained results of fire development inside and outside the room are shown in Fig. 5. Fig. 5 Fire development in time instance: (a) 150 s; (b) 1200 s Fig. 3 Fire development in time instance: (a) 306 s; (b) 1200 s In this case, due to the larger quantities of the air in the room, the flashover was occurred about 200 seconds from the start of simulation. Due to greater dimensions of the window and larger air inflow in the room, self-extinguishing of the fire was not occurred. It is obvious that, in the conditions of higher ventilation as a consequence of increased dimensions of the window, the fire was more intensified. The flashover was occurred in 150 seconds from the simulation start. The window fire flame had the height more than 4.8 m. Consequently, there were the highest values of the radiative heat flux inside and outside the room. The radiative heat flux fields in vertical plane x = 2.6 m and at the different distances from the window, in 670 seconds from the start of simulation, are shown in Fig. 6. The maximum values of the radiative heat flux in plane x = 2.6 m were 250 kw/m 2. This heat flux is higher than the radiative heat fluxes in the other two cases (96.5 kw/m 2 and 150 kw/m 2, respectively). Its maximum values at the different distances from the window (i.e. 1 m, 2 m, 3 m and 4 m) were 56.5 kw/m 2, 21.5 kw/m 2, 11.7 kw/m 2 and 4.7 kw/m 2, respectively. 382

144 Fig. 6 Radiative heat flux fields: (a) x = 2.6 m; (b) 1 m from window; (c) 2 m from window; (d) 3 m from window; (e) 4 m from window In this case, the simulation results indicate that there is the risk of fire spreading to adjacent building if it is located at the distances which are less of 3 m from the fire room. On the other hand, the exposed people are threatened from the fire radiation both inside the room and outside at distances which are less than 4 m. [2] EN 1473, European Standard on the Installation and Equipment for Liquefied Natural Gas - Design of On-shore Installations, 2005., Technical Committee CEN/TC 282, Brussels. [3] McGrattan, K.; Hostikka, S.; Floyd, J.; Baum, H.: Mell RRW, McDermott R, Fire Dynamics Simulator (version 5.4) Technical reference guide. National Institute of Standards and Technology, Washington. [4] NFPA.: Standard for the Production, Storage, and Handling of liquefied Natural Gas (LNG), 2006., National Fire Protection Association, Quincy, MA. [5] NFPA 80A.: Recommended Practice for Protection of Buildings from Exterior Fire Exposure National Fire Protection Association, Quincy, MA. [6] Pesic, D.; Zigar, D.; Živković, LJ.; Živković, N.; Blagojević, M : Separation distance between buildings in function of fire protection. International scientific conference "Challenges and threats to public order and safety", Police Academy "Alexanrdu Ioan Cuza", Bucharest, [7] Raj, P.K : A review of the criteria for people exposure to radiant heat flux from fires, Journal of hazardous materials 159, [8] Tehnička preporuka za zaštitu od požara stambenih, poslovnih i javnih zgrada Savezni zavod za standardizaciju, Beograd. [9] Zigar, D.: Raspodela toplotnog zračenja plamena kroz otvore prostorije, 2006., Fakultet zaštite na radu, Niš. Conslusion FDS LES method was used to investigate the radiation heat flux intensities of fire flame and plume in the room and its fields at different distances from the room s window. Described scenario was intended to assess the risk from radiation on both the occupants and the fire spreading to adjacent buildings. The obtained results were shown that the fire intensity increases while the time of the flashover occurrence decreases with the increasing of window dimensions. The reason for this is the presence of the higher quantity of the air in the room with greater window dimensions and the more intense combustion of flammable materials. The results were shown that with the increase of the window dimensions, the radiative heat fluxes also increase. Regarding radiative heat flux dependence on the height, it can be concluded that the highest values of the radiative heat flux are registered bellow the room ceiling, as well as in the upper part of the window, at the height from 1.5 m to 3.6 m, what is accordance with fire flame geometry. It can be also concluded that the radiative heat flux intensities decrease with the increase of the distances from the room window. The simulation results indicate that the radiation heat fluxes are dependent on fire development, the flashover occurrence, the smoke quantity, and the fire flame and plume flow through the room window. However, there are many other factors that affect radiation heat transfer during the compartment fire, such as the external wind direction and velocity. Quantification of these aspects of the described problem could be subject of further investigations. References [1] Approved Document B.: Section B4 - External fire spread, The Building Regulations 1991, 2000., Department of the Environment and the Welsh Office, HMSO, London. 383

145 Tlakový účinok výbuchu nástražného výbušného systému a možnosti eliminácie následkov jeho pôsobenia Blast Effect of Improvised Explosive Devices and the Possibility of its Consequences Elimination Ing. Zuzana Zvaková Ing. Lucia Figuli, PhD. Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta bezpečnostného inžinierstva Ul. 1. mája 32, Žilina, Slovenská republika Zuzana.Zvakova@fbi.uniza.sk, Lucia.Figuli@uniza.sk Abstrakt Možnosť domácej výroby niektorých typov výbušnín vytvára príležitosť pre ich zneužitie. Z toho dôvodu narastá potreba ochrany ľudských životov a majetku pred účinkami explózie nástražných výbušných systémov. Pri výbuchu vzniká najviac škôd pôsobením tlaku. Tlakový účinok výbuchu, najmä pôsobenie maximálneho tlaku vzdušnej rázovej vlny, spôsobuje na stavebných objektoch škody rôzneho rozsahu. Dochádza od poškodenia sklenených výplní až k vzniku ťažkých škôd či úplnému zničeniu objektov. Rozsah škôd závisí od vlastností objektu, vlastností prostredia v ktorom dochádza k výbuchu a vlastností nástražného výbušného systému. Ďalším dôležitým faktorom je vzdialenosť medzi referenčným objektom a miestom výbuchu. V článku popisujme možnosti eliminácie tlakového účinku výbuchu vo vzťahu k referenčnému objektu, pričom sa zameriavame na vytvorenie bezpečnostných zón v okolí objektu a zvýšenie jeho odolnosti. Kľúčové slová Nástražné výbušné systémy; vzdušná rázová vlna; následky výbuchu; protivýbuchová ochrana. Abstract The possibility of domestic production of certain types of explosives creates an opportunity for their abuse. Consequently, a growing need for protection of human lives and property against the effects of the explosion of improvised explosive devices. The most damage is created by the present pressure. Pressure effect of explosion, especially the maximum pressure of air blast wave causes damage of varying size on building. There are various level of demage: from the glass fenestration damaged to the heavy damage or total destruction of objects. Level of damage depends on the properties of objects, properties of environment in which an explosion takes place and on the properties of improvised explosive devices. Another important factor is the distance between the reference object and the place of explosion. Papes describes the possibility of the eliminating of the pressure blast effect in relation to the reference entit and is focused on the establition of safety zones around the building and the increase of its resistance. Keywords Improvised explosive device; blast wave; explosion consequences; antiblast protection. Úvod Ochrana života, zdravia a majetku je neoddeliteľnou súčasťou ľudského života. Technický a technologický rozvoj, možnosti komunikácie a zdieľania informácii spolu s vývojom svetovej bezpečnostnej situácie, smerujú aj k potrebe chrániť pred podomácky zostrojenými nástražnými výbušnými systémami. Do popredia sa dostáva oblasť protivýbuchovej ochrany a výskum možností zvyšovania odolnosti objektov pred tlakovým účinkom výbuchu. Riziká spojené s použitím podomácky zostrojeného NVS sa už netýkajú len objektov kritickej infraštruktúry a objektov osobitnej dôležitosti. Pred takýmito rizikami je potrebné chrániť aj bežne dostupné miesta, najmä tie, kde sa dlhodobo zhromažďuje veľké množstvo ľudí. Takýmito objektmi sú športoviská, nákupné centrá či kultúrne inštitúcie a spoločenské podujatia. V našom príspevku sa zameriavame na následky pôsobenia tlakového účinku výbuchu a možnosti ich eliminácie. Popisujeme škody vznikajúce pôsobením tlaku pri výbuchu konkrétnych typov NVS. V závere príspevku uvádzame možnosti, ktorých implementovanie zvyšuje úroveň ochrany objektov pred tlakovým účinkom výbuchu. Priebeh vzdušnej rázovej vlny a tlakový účinok explózie Nástražný výbušný systém (NVS) je zariadenie tvorené výbušným predmetom, výbušninou, zápalnou látkou alebo pyrotechnickým výrobkom a funkčnými prostriedkami iniciácie. Nástražný výbušný systém je spravidla ukrytý alebo má obal, ktorý skrýva jeho pravý účel [4]. Pri výbuchu nástražného výbušného systému, ktorého súčasťou sú trhaviny vysokej účinnosti (TNT, Semtex, ANFO a pod.) dochádza k vzniku vzdušnej rázovej vlny. Tlakový účinok generovaný pri výbuchu spôsobuje rozsiahle škody na ľudskom živote a majetku. Priebeh vzdušnej rázovej vlny je zobraný na obr. 1. Obr. 1 Graf priebehu rázovej vlny [8] P 0 začiatočná (nulová) hodnota tlaku rázovej vlny (tlak okolia), P + maximálna hodnota tlaku (tzv. pretlak) vyvolaný výbuchom, P - minimálna hodnota tlaku (tzv. podtlak - záporná časť) vyvolaná výbuchom, t A čas nástupu rázovej vlny, t d (P)t P + P 0 P - t A Trvanie pozitívnej fázy t d čas trvania rázovej vlny. Pozitívny impulz rázovej vlny t+t A d Negatívny impulz rázovej vlny Trvanie negatívnej fázy t d Pri zisťovaní následkov pôsobenia tlakového účinku výbuchu má výrazný vplyv maximálna dosiahnutá hodnota tlaku, tzv. pretlak v čele vzdušnej rázovej vlny. Účinok pretlaku na stavebné objekty je možné zjednodušene rozdeliť do 8 úrovní (tab. 1), pričom nultá úroveň popisuje stav, kedy nedochádza k žiadnym škodám a siedma úroveň popisuje úplné zničenie objektu vrátane masívnych železobetónových stavieb. t 384

146 Tab. 1 Následky spôsobené tlakovým účinkom výbuchu Úroveň poškodenia 0 Žiadne škody 1 Škody malého rozsahu 2 Škody stredného rozsahu 3 Značné škody 4 Veľké škody 5 Veľmi veľké škody 6 Veľmi veľké až totálne škody 7 Totálne zničenie objektu Rozsah tlaku (kpa) <0;0,5) - <0,5;5) <5;10) <10;20) <20;50) <50;90) <90;150) <150; ) Popis predpokladaných následkov poškodenie zasklenia, striech a tenkých priečok rôznych stupňov, deformácie a poškodenia rámov a závesov dverí a okien, vznik menších škôd v štruktúre objektu poškodenie ľahkých stavieb, vznik trhlín v murovaných priečkach, poškodenie obloženia v hlavných spojoch a vážne škody železobetónových stropných dosiek zrútenie ľahkých drevených konštrukcií, vytrhnutie dverí zo zárubní a okien z rámov, čiastočné zrútenie múrov a striech budov, čiastočné poškodenie stavieb prízemnej zástavby rodinných domov, poškodenie betónových a škvarobetónových stenových nevystužených panelov a vznik trhlín v nosných prvkoch murovaných konštrukcií značné poškodenie mestských viacpodlažných stavieb, poškodenie vnútorných ľahkých priečok, pád drevených telefónnych stĺpov, narušenie oceľového rámu budovy a jeho oddelenie od základov, pád nenosných priečok, vážne poškodenia nosných prvkov murovaných konštrukcií a prepadnutie striech, poškodenie nevystužených tehlových stien a prevrátenie naložených vlakových vagónov pád menej odolných kamenných, tehlových a drevených stavieb a zrútenie časti nosných prvkov murovaných konštrukcií. Poškodenie elektrickej siete a poškodenie ľahkých železobetónových stavieb, poškodenie normálnych vonkajších tehlových stien a vážne poškodenie stien a zastrešení objektov zo železobetónu alebo oceľového skeletu a vážne trhliny v murive objektov s masívnymi tehlovými stenami poškodenie železobetónových stien, prerazenie steny z tvárnic, deštrukcia objektov s masívnymi tehlovými a železobetónovými stenami a úplné zničenie murovaných konštrukcií. Dochádza k úplnému zničeniu stavieb s výnimkou železobetónových stavieb špeciálnej konštrukcie, vznikajú trhliny v betóne a dochádza k pádu ťažkých drevených stavieb je poškodenie železobetónových stavieb špeciálnej konštrukcie, poškodenie oceľových mostov, ťažké poškodenie až zrútenie masívnych železobetónových stavieb a prerazenie železobetónovej steny. Rozsah škôd, ku ktorým pri výbuchu dochádza, je ovplyvnený nasledujúcimi faktormi: - vlastnosti nástražného výbušného systému a použitej výbušniny, - vlastnosti prostredia v ktorom je NVS umiestnený, - vlastnosti referenčného objektu alebo chráneného priestoru a - vzdialenosť NVS od referenčného objektu alebo chráneného priestoru. Z uvedených štyroch skupín faktorov je možné vhodnými opatreniami ovplyvniť najmä tri, a to vlastnosti prostredia a chráneného záujmu ako aj vzdialenosť NVS od chráneného záujmu. Vlastnosti použitého nástražného výbušného systému je nemožné pri ochrane obyvateľastva pozmeniť. Ako už bolo povedané účinok NVS závisí od typu použitej trhaviny a jej hmotnosti. Minulosti sa počítalo s použitím TNT, ale vzhľadom na reštrikčné opatrenia EU v poslednom období je najpoužívanejšou explozívnou látkou ANFO (dusičnan amóny a motorový olej). NVS sú vačšinou uložené vo forme trubkovej bomby, opasku, kufríku až po nálož uloženú v rôznych typoch áut. Od formy uloženia sa odvíja aj ich hmotnosť. V tab. 2 je uvedené množstvo vojenskej trhaviny Trinitrotoluén (TNT) v najviac používaných typoch nástražných výbušných systémoch a minimálna vzdialenosť objektu od NVS. Minimálna vzdialenosť je taká, v ktorej objekt zkonštruovaný z bežných stavebných materiálov, je schopný preniesť vzniknuté zaťaženie, bez poškodenia nosnej konštrukcie. Tab. 2 Typy NVS a im prislúchajúca minimálna vzdialenosť od budovy konštruovanej z bežných stavebných materiálov [2] Typ NVS Hmotnos výbušniny kg Minimálna vzdialenos od budovy m Trubicová výbušnina 2,3 21 Samovražedný opasok 4,5 27 Samovražedná vesta 9 34 Príru ná batožina/kufor Vozidlo typu coupé Vozidlo typu sedan Vozidlo typu mikrobus Dodávka/ ahké nákladné vozidlo Cisterna aha s návesom Eliminácia následkov pôsobenia tlakového účinku výbuchu Na ochranu objektov pred nástražnými výbušnými systémami sa používajú systémy ochrany objektu, zabraňujúce umiestneniu NVS v objekte a jeho okolí, prípadne systémy umožňujúce detekciu výbušnín a nástražných výbušných systémov. Tlakový účinok výbuchu je možné eliminovať: - úpravou okolia referenčného objektu resp. chráneného priestoru (vlastnosti objektu, vlastnosti okolia a vzdialenosť medzi chráneným priestorom a NVS), - úpravou konštrukcie referenčného objektu resp. objektov v chránenom priestore. Pre výber a implementovanie jednotlivých bezpečnostných opatrení je dôležité poznanie rozsahu škôd, ku ktorým môže dôjsť pri explózii jednotlivých druhov NVS v rôznych vzdialenostiach od chráneného priestoru. Poznaním priebehu vzdušnej rázovej vlny vznikajúcej pri výbuchu konkrétneho typu NVS je možné vybrať z opatrení slúžiacich na vytvorenie bezpečnostných zón alebo zvýšenie odolnosti referenčného objektu. Doterajšie štúdie a matematické modely sa zameriavajú na priemyselne a technologicky správne vyrobené stabilné výbušniny. Ako už bolo spomenuté, tento druh trhavín nie je bežne dostupný. Viac ako 95 % všetkých teroristických činov sa stane s použitím rôznych typov ANFO trhavínn (Ammonium Nitrate - Fuel Oil) [5]. Z tohto dôvodu sa príspevok zameriava najmôä na ANFO trhaviny. V tab. 3 uvádzame predpokladaný rozsah škôd pre vybrané typy NVS. Hodnoty boli zistené analyticky, použitím matematických vzťahov [3, 7], ktoré sú vhodné pre výpočet maximálneho tlaku vznikajúceho pri výbuchu ANFO trhavín. Vzdialenosti uvedené v tab. 3 sú vypočítané pre podomácky vyrobenú trhavinu ANFO so 6% - ným zastúpením motorového oleja. 385

147 Tab. 3 Následky explózie vybraných druhov NVS Rozsah škôd Trubicová výbušnina Samovražedný opasok Samovražedná vesta Príručná batožina/kufor Vozidlo typu coupé Na obr. 2 sú jednoducho graficky znázornené jednotlivé kategórie následkov (zóny) pre trubicový NVS obsahujúci podomácky vyrobenú trhavinu ANFO 6 %. Poznanie následkov ku ktorým môže dôjsť v rôznych vzdialenostiach od miesta explózie, napomáha pri tvorbe systému ochrany objektu a návrhu riešení pre tvorbu okolia referenčného objektu. 7 Obr. 2 Predpokladaný rozsah škôd v závislosti od vzdialenosti od miesta výbuchu NVS Úprava chráneného priestoru a jeho okolia Jednou z úprav blízkeho okolia chráneného priestoru je možnosť vytvorenia bariéry. V civilnom sektore je potrebné umiestňovať bariéry, ktoré sú nenápadné, estetické a v chránenom priestore nepôsobia rušivo. Bariéry vytvárajú bezpečnostné zóny tým, že usmerňujú pohyb osôb a vozidiel v chránenom priestore a jeho okolí. Takýmto spôsobom zaisťujú, že do vymedzeného priestoru nebude umiestnený nástražný výbušný systém, ktorého explózia by spôsobila neakceptovateľné straty. Podľa charakteru prostredia a potrieb ochrany sa používajú nasledujúce bariéry: -verejné osvetlenie, -obrubníky, 6 -zeleň - kvetináče, stromy -lavičky, 4 Škody malého rozsahu Škody stredného rozsahu Značné škody -bezpečnostné alebo dekoratívne zábrany, Veľké škody Vzdialenosť [m] Veľmi veľké škody Veľmi veľké až totálne škody ,5 4,5 3 2, ,6 3, ,3 4, ,2 5, ,4 3 4,5 9, Vzdialenos [m] - nálož 1 - Škody malého rozsahu 2 - Škody stredného rozsahu 3 - Zna né škody 4 - Ve ké škody 5 - Ve mi ve ké škody 6 - Ve mi ve ké až totálne škody 7 - Totálne zni enie objektu 5 3 -odpadkové koše. Vo vojenstve je v súčasnosti využívaný prístup, kedy si do tzv. cesty rázovej vlny kladené prekážky. Využívajú sa tu kamenné, 2 1 betónové alebo pieskové bariéry. Podľa typu materiálu a účelu použitia sú volené spôsoby stavby bariéry - použitie klietok tvorených oceľovým drôtom alebo iným materiálom [4]. Funkcionalita bariér môže byť aktívna alebo pasívna. Pasívne prvky slúžia ako zábrana pred umiestnením NVS. Aktívne môžu byť použité aj prvky - bariéry odolné proti účinkom výbuchu. Príkladom je použitie odpadkových košov tlmiacich účinky výbuchu (obr. 3). Obr. 3 Odpadkové koše odolné proti výbuchu [1] Úprava vlastností stavebného objektu V prípade opatrení určených na zvýšenie odolnosti samotného objektu hovoríme najmä o ochranných obkladoch, nástrekoch a odolných otvorových výplniach. Súčasným moderným riešením, pre ochranné obklady a nástreky, je metóda prídavného materiálu. Odolnosť existujúcej budovy je zvýšená pomocou prídavných materiálov. Používajú sa polymérový nástrek, zdvojená konštrukcia, Aigis's TABREShield Building Protection System umožňujúci zvýšiť pasívnu ochranu zraniteľných miest. Ďalej sa používajú tepelno-izolačné vrstvy (sklenená vata, grafitová vata, tvrdený polyester, tehlový alebo drevený obklad) [6]. Odolnosť otvorových výplní je daná použitými materiálmi a ich konštrukčným riešením. Pri ochrane objektu môžu byť použité prvky (okná, dvere, zasklenie a pod.) certifikované na požadovanú triedu protivýbuchovej odolnosti. Certifikované prvky, boli pri skúškach podľa príslušných technických noriem, vystavené tlakovému účinku generovaného explóziu určeného množstva nálože vojenskej trhaviny TNT. Niektoré normy, napr. STN EN , umožňujú použitie inej trhaviny, tak aby vyvolala ekvivalentný tlakový účinok. Pokiaľ sú na objekte použité prvky plášťovej ochrany, ktoré nie sú certifikované ako odolné proti výbuchu, nie je známa ich reakcia na zaťaženie vzdušnou rázovou vlnou. Záver Príspevok je zameraný na protivýbuchovú ochranu a odolnosť objektov pred tlakovým účinkom explózie. V krátkosti sme popísali vzdušnú rázovú vlnu, ktorá vzniká pri výbuchu a následky jej pôsobenia na stavebné objekty. V článku uvádzame základne typy nástražných výbušných systémov a množstvo trhaviny, ktoré je možné do nich umiestniť. V poslednej časti príspevku uvádzame možnosti eliminácie následkov spôsobených vzdušnou rázovou vlnou. Ich použitie závisí od požiadaviek vyplývajúcich z procesu riadenia rizík referenčného objektu a povahy objektu. Ochranné prostriedky sme rozdelili na dve základné skupiny. Ako prvé uvádzame prostriedky určené na vytvorenie bezpečnostných zón v chránenom priestore a jeho okolí. Tieto prostriedky usmerňujú pohyb osôb a vozidiel, čím zabraňujú možnému páchateľovi umiestniť NVS, následky ktorého výbuchu nie je možné akceptovať. Ďalšou funkciu týchto prvkov je tlmenie tlaku v prípade výbuchu a zabránenie jeho voľného šírenia v priestore. Druhou skupinou sú prostriedky určené na zvýšenie 386

148 odolnosti referenčného objektu. Tieto majú v prípade výbuchu zabezpečiť, že konštrukcia objektu dokáže preniesť špecifické zaťaženie, ku ktorému dochádza pôsobením vzdušnej rázovej vlny. Poznanie priebehu a relevantných vlastností vzdušnej rázovej vlny vznikajúcej pri výbuchu je dôležité pri návrhu efektívnych a komplexných systémov ochrany objektov. Tvorba bezpečnostných zón je náročný proces, ktorý je možné len veľmi ťažko aplikovať pri existujúcich objektoch. Pri výstavbe a rekonštrukcii objektov, ktoré môžu byť cieľom útoku s použitím nástražných výbušných systémov, je potrebné myslieť na protivýbuchovú ochranu a podľa možností aplikovať dostupné ochranné prvky. Príspevok bol spracovaný v rámci projektu VEGA 1/0175/14 IDENTIFIKÁCIA ČINITEĽOV A INDIKÁTOROV ZMIEN BEZPEČNOSTNEJ SITUÁCIE V BEZPEČNOSTNOM PROSTREDÍ PRE POTREBY PROJEKTOVANIA PREVENTÍVNYCH STRATÉGIÍ A ICH FINANCOVANIE. Použitá literatúra [1] Energetics Technology Ltd. [online] máj Dostupné na: [2] FEMA Risk Management Series, Risk Assessment. [on line]. U.S. Department of Homeland Security [ ]. Dostupné na: assets/documents/4608. [3] Henrych, J Dynamika výbuchu a jeho užití, Academia, Praha [4] Jangl, Š.; Kavický, V.: Ochrana pred účinkami výbuchov výbušnín a nástražných výbušných systémov. Žilina: Jana Kavická - KAVICKY, s. ISBN [5] Kavický, V.; Jangl, Š.; Gašpierik, L : Terorizmus - hrozba doby. Citadella, ISBN [6] Kavický, V.: Účinok výbuchov nástražných výbušných systémov na odolnosť objektov. [dizertačná práca] Žilina [7] Kavický, V. [et al.]., 2014.: Analysis of the field test results of ammonium nitrate: fuel oil explosives as improvised explosive device charges. In: Structures under shock and impact XIII: [13 th international conference, SUSI 2014: New Forest, United Kingdom, 3 June 2014 through 5 June 2014]. - Southampton, Boston: WITpress, ISBN ISSN [8] Manual to Mitigate Potential Terririst Attacks Against Building. [Online] October xlibrary/assets/st/st-bips-06.pdf. 387

149 Možnosti modelování simulovaných požáru v uzavřeném prostoru prováděných ve výcvikovém zařízení na plynná paliva ve Zbirohu The Possibilities of Modelling Fire in an Enclosure Performed in the Training Facility for Gaseous Fuels in Zbiroh Ing. Jan Žižka Ing. Petra Bursíková, Ph.D. prof. Dr. Ing. Aleš Dudáček VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, , Ostrava-Výškovice jan.zizka@sck.izscr.cz, Petra.Bursikova@grh.izscr.cz, ales.dudacek@vsb.cz Abstrakt Příspěvek je zaměřen na možnosti modelování průběhu výcviku hasičů při požáru ve výcvikovém zařízení HZS ČR ve Zbirohu pomocí CFD modelů a numerického stanovení parametrů charakterizující prostředí v uzavřeném prostoru při výcviku. Je zde popsán výcvikový trenažér na plynná paliva a postupy výcviku hasičů. Experimentálně byly stanoveny parametry charakterizující prostředí v průběhu výcviku ve vybraných prostorech a naměřené teploty byly porovnány s vypočtenými. Klíčová slova Flashover kontejner; experiment; požár; CFD program; numerická simulace. Abstract The paper focuses on the modelling capabilities the fires during training fire-fighters in the training facility of the Fire and Rescue Service in Zbiroh using CFD models and numerical determination of parameters characterizing the environment in an enclosure during training. There is described a training simulator for gaseous fuels and training procedures of fire-fighters. They were experimentally determined parameters characterizing the environment in the course of training in the selected areas and measured temperatures were compared with those calculated. Keywords Flashover container; experiment; fire; CFD program; numerical simulation. Úvod Využívání počítačových modelů pro simulaci požárů v uzavřených prostorech od počátku 21. století významně vzrůstá. Zásadní vliv na tuto skutečnost má především složitost nově projektovaných staveb, rychlý vývoj výpočetních technologií, nové poznatky v oblasti volného rozvoje požáru, a v neposlední řadě fakt, že výsledky požárního modelování mohou být využitelné k návrhu vhodného požárního zabezpečení budov s ohledem na možné požární scénáře. Nejdiskutovanější otázkou v souvislosti s matematickými požárními modely je to, do jaké míry jsou výsledky modelování platné neboli validní. Ověřování a hodnocení požárních modelů, tedy jejich důvěryhodnost, kvalita a použitelnost, je jednoznačně jednou z nejklíčovějších oblastí výzkumu pro bezpečnostní inženýry a organizace zabývající se výzkumem v oblasti požární ochrany. Moderním trendem je využívat matematické modely požáru při projektování požární bezpečnosti staveb a rekonstrukci požárních scénářů za účelem zjišťování příčin požárů. Pokud je provedeno vhodné ověření a hodnocení požárního modelu, tak máme jistotu, že daný model bude odpovídat myšlenému účelu, a že se můžeme spolehnout na přesnost výsledků. Požár je dynamický proces, při kterém vzniká nepřeberné množství interakcí. V České republice (ČR) tvoří asi jen pětinu všech zásahů jednotek požární ochrany (dále jen JPO) a požáry v uzavřených prostorech představují jen menší část z těchto událostí. Zásahy hasičů v podmínkách požáru v uzavřeném prostoru patří mezi jedny z nejsložitějších a nejnebezpečnější z široké škály jejich zásahových činností. Na tyto činnosti je nutné hasiče systematicky připravovat. Výcvik v podmínkách požáru v uzavřeném prostoru je v současnosti velmi rozšířeným druhem odborné přípravy. Umožňuje hasičům získat potřebné znalosti a osvojit si praktické dovednosti k bezpečnému a efektivnímu zdolávání požáru v prostorech uzavřeného objektu. Za tímto účelem bylo v letech ve Zbirohu vybudováno zařízení simulující reálné podmínky požáru, které dovoluje provádět výcvik blížící se realitě tak, jak jen je to s ohledem na přijatelnou úroveň bezpečnosti a únosnost ekonomických nákladů možné. Cílem výcviku je zprostředkovat frekventantům v kontrolovaných podmínkách zkušenost, tj. umožnit jim použít získané znalosti a dovednosti v situaci blízké skutečnosti. V letech proběhla v tomto zařízení série experimentálních měření s různými dílčími cíli, jejichž společným jmenovatelem bylo získávání hodnot charakterizující tepelné prostředí blízké podmínkám panujícím u skutečných požárů, Analýza naměřených dat slouží ke zkvalitnění výcvikových metod, respektujících bezpečnost zasahujících hasičů a provozování tohoto zařízení s přijatelnými náklady. Článek popisuje výcvikové zařízení flashoverových kontejnerů ve Zbirohu (dále jen FOK), a průběh simulovaného požáru uvnitř zařízení při experimentálním měření provedeném v roce 2011 pro komoru č. 1. Zabývá se především validací matematických modelů požáru, resp. experimentálních zkoušek prováděných ve FOK. Popis výcvikového trenažéru ve Zbirohu Popis víceúčelového výcvikového areálu ve Zbirohu, konkrétně výcvikového zařízení flashoverových kontejnerů (FOK) byl podrobně popsán v článku [4] zveřejněném ve Sborníku vědeckých prací VŠB - TU Ostrava 2012 a je předmětem obsahu některých vybraných příspěvků uveřejněných v tomto sborníku (Sborník vědeckých prací VŠB - TU Ostrava 2015). Jedná se o příspěvky, které byly zpracovány na základě experimentálních měření provedených v prostorách právě tohoto zařízení v letech 2011 až Obr. 1 Model výcvikového trenažéru FOK Zbiroh 388

150 FOK se nachází ve výcvikovém areálu ve Zbirohu, v areálu 3. záchranné roty Záchranného útvaru HZS ČR. Zařízení má podobu několika různých typů pracovišť pro výcvik jednotek HZS krajů, kde lze simulovat podmínky při požáru v uzavřeném prostoru. Model FOK pro výcvik likvidace požáru v uzavřeném prostoru s vyznačením sledovaných prostorů je zachycen na obr. 1. Výcvikový trenažér je sestaven z upravených ISO kontejnerů třídy 1AA, dvaceti a čtyřiceti stopových, běžně používaných v dopravě, doplněných o ocelové kryté schodiště a nástupní ochoz. Úpravy kontejnerů spočívaly v jejich dělení, osazení okny, dveřmi, větracími komínky a otvory a v odstranění některých stěn kontejnerů. Konstrukce všech kontejnerů je samonosná. Ve všech kontejnerech je betonová dlažba 300 x 300 x 33 mm usazená do pískového lože tloušťky 20 mm. Ve stěnách a střeše kontejnerů jsou vytvořeny otvory pro okenní a dveřní rámy a větrací komínky. Dveřní a okenní křídla jsou svařena z ocelových profilů, výplň je z ocelového plechu tloušťky 1,8 mm. Jsou osazeny pákovými uzavíracími mechanismy. Větrací otvory jsou osazeny plechy s nastavitelnou polohou pro regulaci přívodu vzduchu k hořákům. Pro vytvoření plamenů pro nácvik hasebního zásahu a simulaci podmínek požáru v uzavřeném prostoru jsou v jednotlivých komorách instalovány hlavní hořáky na kapalný propan. Regulace výkonu hořáků je prováděna řízením přívodu propanu pomocí kulových kohoutů se servopohony ovládanými tlačítky na rozvaděči. Výkon hořáků je přestavením otevírání kulových kohoutů volitelný ve třech stupních - 30 %, 60 % a 90 %. Technické parametry jsou převzaty z [2]. Palivem pro výcvikový trenažér je propan, jehož vybrané parametry jsou uvedeny v tab. 1. Tab. 1 Vybrané vlastnosti paliva (propanu) [2] Parametr Hodnota Výhřevnost 93,57 MJ/m 3 Meze výbušnosti 2,12-9,35 % Přetlak plynu - kapalná fáze 500 kpa Přetlak plynu - plynná fáze 200 kpa instalovaný maximální příkon 412 mn 3 /hod kw Popis testovaných prostorů Popisovaná experimentální měření ve FOK Zbiroh probíhala v komoře č. 1, jak je vyznačeno na obr. 1. Komora č. 1 tvoří prostor vzniklý sestavou dvou přepravních ISO kontejnerů třídy 1AA, jehož vybrané technické parametry jsou uvedeny na obr. 2 a 3. Prostor je primárně určen pro nácvik efektivní dodávky hasební látky ve formě tzv. 3D vodní mlhy. Materiály a metody Na základě předchozích zkušeností získaných při velkorozměrových požárních experimentech a zkušebním provozu zařízení bylo navrženo rozmístění jednotlivých snímačů teploty a hustoty tepelného toku. Pozice snímačů je znázorněna na obr. 2 a 3. Obr. 3 Řez komory č. 1 s rozmístěním čidel Ke snímání teplot v prostoru komory č. 1 bylo použito celkem 34 plášťových termočlánků NiCr/Ni (typ K) o průměru 1,0; 1,5 a 2,0 mm a dále 22 termočlánků vyrobených z termočlánkového drátu typu K (HH-K-24). Termočlánky byly rozmístěny na pozicích S0 až S6, viz obr. 2 a obr. 3. Výškové umístění termočlánků na jednotlivých pozicích bylo řešeno s ohledem na získání hodnot pro co nejpřesnější určení rozložení teplotního pole. Instalace byla provedena na ocelových stojanech a na řetězech, uchycených na strop komory č. 1, na spodním konci zatížených ocelovým závažím. Termočlánky na pozicích S0-1 až S0-4 byly propojeny s měřící ústřednou Almemo S, termočlánky umístěné na pozicích S1 - S6 s měřící ústřednou Almemo M. Pro měření hustoty tepelného toku bylo použito radiometrů SCHMIDT-BOELTER SBG01. Umístění je označeno písmenem R. Byla snímána hustota tepelného toku dopadajícího z různých směrů, jak je uvedeno v tab. 3. Radiometry byly upevněny na stojan. Chlazení radiometrů bylo řešeno samospádem. Data z radiometrů byla zaznamenávána měřící ústřednou Almemo M. Tab. 3 Rozmístění radiometrů v průběhu měření v komoře č. 1 Výrobní číslo Max. hodnota hustoty tepelného toku [kw/m 2 ] Orientace radiometru (vzhledem k podélné ose kontejneru) Výška [mm] SN vertikální SN horizontální SN sklon SN zadní SN vlevo Součástí zmiňovaných experimentů byly pro popisovaný prostor provedeny dvě zkoušky. Každá zkouška byla ještě rozdělena do třech částí, vždy pro maximální nastavený provozní výkon hořáku 30 %, 60 % a 90 %. Ty byly následně porovnány s různými typy matematických modelů. Zvolené hodnoty provozního výkonu odpovídaly výkonům používaným při dosavadním výcviku ve FOK. Polohy otvorů pro ventilaci v době prováděného měření v komoře č. 1 jsou uvedeny v tab. 4. Obr. 2 Půdorys komory č. 1 s rozmístěním čidel Tab. 4 Konfigurace otvorů v komoře č. 1 Otvor Vstupní vrata kontejner 1 Vstupní vrata kontejner 2 Boční dveře kontejner 1 Boční dveře kontejner 2 Boční dveře kontejner 2 - průchod do kontejneru 3a Klapka větracích komínků kontejnerů 1 a 2 Otvor pro přisávání vzduchu pod hořákem (výška otvoru 270 mm) Konfigurace Otevřeno Otevřeno Zavřeno Otevřeno Zavřeno Zavřeno Otevřeno 389

151 Zkouška č. 1 - Flashover Smyslem zkoušky bylo pokusit se navodit v komoře jev zvaný flashover (FO) a to při výkonech 30 %, 60 % a 90 % maximálního výkonu spalovacího zařízení. Pro rychlé rozpoznání vzniku FO byla na danou pozici v každé komoře umístěna dřevěná paleta. Dřevěná paleta reprezentovala hořlavý materiál v prostoru komory, jenž se při dosažení podmínek blízkých pro vznik FO vznítila. Při zkoušce byla použita dřevěná paleta s označením BE HT o rozměrech 1100 x 1100 x 170 mm. Rozmístění čidel na paletě je na obr. 4. Počítačové simulace požárních zkoušek pomocí CFD programů Pro matematické modelování experimentálních zkoušek ve výcvikovém zařízení Zbiroh byly použity CFD programy a to Fire Dynamics Simulator 5 (FDS), resp. jeho uživatelská a grafická nástavba PyroSim 2010 a program Smartfire v4.3. Simulace pomocí programu FDS byla provedena v rámci diplomové práce L. Juřenčáka [1]. Pro simulaci hoření v komoře byl využit způsob založený na znalosti množství uvolněného tepla (HRR - Heat Release Rate) v prostoru přes soubor zařízení NOZZLES, jenž jsou nastaveny na typ FUEL SPRAY. Jedná se o celek 41 trysek, které rozprašují částice kapalného propanu, jež jsou následně spalovány. Obr. 6 Řez komorou č. 1 v programu PyroSim s rozmístěním měřící techniky [1] Obr. 4 Umístění radiometrů a termočlánků na paletě v komoře č. 1 Zkouška č. 2 Cílem druhé zkoušky bylo měřením získat hodnoty vybraných fyzikálních veličin určující podmínky vyskytující v dané komoře při provozování zařízení. Každá zkouška pro komory č. 1 zahrnovala 4 cykly po 5 aktivacích hlavního hořáku. Průběh aktivací hořáku je znázorněn na obr. 5. Výkon ho áku [%] 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Aktivace ho áku as [s] Obr. 5 Aktivace plynových hořáků v průběhu zkoušky č. 2 v komoře č. 1 Doba aktivace hlavního hořáku byla vždy 3 s, doba mezi aktivacemi 12 s (v tomto intervalu je při vlastním výcviku prováděn hasební zásah). Doba mezi cykly byla 10 s (při výcviku po tuto dobu probíhá výměna frekventantů na jednotlivých pozicích). 90% 60% 30% Programem FDS byly vypočteny modely s rozdílnou hodnotou rychlosti uvolňování tepla a to 30 %, 60 % a 90 % maximálního výkonu hořáku, což bylo 6,014 MW. Výpočet byl proveden nejen pro výkon hořáků 5,4 MW (90 % maximálního výkonu hořáku). Ten totiž nebyl dostatečný pro to, aby byly v komoře dosaženy teploty odpovídající teplotám naměřeným pří experimentálních zkouškách. Po detailním zvážení byl výpočet proveden pro výkon hořáku 9,45 MW [1]. Tento výkon byl zvolen jednak proto, že při provedené analýze citlivosti modelu vůči HRR, vykazoval model při tomto výkonu hořáku podstatně lepší shodu s experimentálními daty než při výkonech nižších. Druhým aspektem výběru výkonu hořáku 9,45 MW byla hypotéza, která byla postavená na teorii, že do hořáku v komoře mohlo být dodáváno takové množství propanu, jenž by při jeho spálení vydalo výkon téměř 10 MW. Ve výcvikovém zařízení je totiž dodáván propan celkem do třech hořáků o teoretickém příkonu v palivu 10,5 MW. Během experimentálních zkoušek pracoval jen jeden hlavní hořák (příkon v palivu cca 6 MW), jenž byl umístěn právě ve využívané komoře. Pokud by tedy došlo k technické závadě na trase rozvodu propanu, mohlo by být do hořáku v komoře přiváděno více propanu než by teoreticky mělo. Obr. 7 Průběh experimentální zkoušky č. 1 Program Smartfire v4.3 byl použit pro simulaci experimentálních zkoušek ve výcvikovém zařízení Zbiroh s hodnotou rychlosti uvolňování tepla 90 % maximálního výkonu hořáku (5,4 MW). Cílem byla simulace teplotního pole uvnitř komory č. 1 a jeho porovnání s experimentálně zjištěnými hodnotami. 390

152 Geometrie komory č. 1 je zobrazena na obr. 8. Materiály povrchu objektů jsou ocel, beton a dřevo. Jejich vlastnosti jsou obsaženy v interní databázi programu a při výpočtu se chovají jako vodivé objekty. Program popisuje požár jako objemový zdroj tepla, kdy se definuje uživatelem rychlost uvolňování tepla při hoření (HRR) v jednotkách kw. Tuto hodnotu lze získat z literatury nebo z experimentu. Tento parametr může mít konstantní hodnotu, nebo se může měnit s časem. V případě hoření unikajících plynných látek dosáhne rychlost uvolňování tepla ve velmi krátkém časovém okamžiku konstantní hodnoty teplota [ C] flashover 90 % HRR 9,45 MW HRR 5,4 MW Obr. 8 Geometrie komory č. 1 v programu Smartfire Přítomnost hořícího propanu v komoře byla reprezentována dvěma objekty (MULTISTAGE FIRE) jeden objekt byl umístěn v zadní části komory a druhý pod stropem po celé jeho délce, viz obr. 8. Program Smartfire obsahuje automatický generátor sítě, který poskytuje doporučenou strategii síťování. Tento interaktivní systém umožňuje i její ruční editaci. Automatické síťování vychází z pravidel tvorby sítě a parametrů určujících, jak vhodná je síť pro určité scénáře modelování požárů. Výpočetní oblast byla vysíťována buňkami. Úloha byla počítána jako časově závislá s časovým krokem 0,5 s a celková doba simulace byla 20 s. Na následujících grafech je porovnán vypočtený a experimentálně zjištěný časový vývoj teplotního pole v definovaných pozicích, ve kterých byly při experimentu umístěny termočlánky, viz obr. 9 a as [s] Obr. 10 Porovnání teplot na termočlánku S2 (nahoře) a S4 (dole) ve výšce 1,28 m Z výsledků je patrné, že nastavení výkonu hořícího propanu na hodnotu 5,4 MW není vhodné při popisu experimentálně zjištěných teplot. Simulace byly provedeny i s hodnotou výkonu 9,45 MW, která byla převzata z diplomové práce L. Juřenčáka [1]. Model s touto hodnotou výrazně lépe simuluje teploty v komoře č. 1 při hoření propanu. Při hodnocení shody a odlišnosti od experimentálních dat je třeba brát v úvahu, že při zadávání scénáře požárů jsou vždy přijata určitá zjednodušení, která mají vliv na výsledky výpočtů. Byl simulován i průběh druhé experimentální zkoušky (4 cykly po 5 aktivacích hlavního hořáku) v programu Smartfire, ale ukázalo se, že aktivace a deaktivace objektu (MULTISTAGE FIRE) lze provést pouze dvakrát. Z tohoto důvodu se nakonec od validování této experimentální zkoušky upustilo. Obr. 11 Rozložení teplot v komoře č. 1 v čase 20 s při výkonu 9,45 MW Obr. 9 Porovnání teplot na termočlánku S1 (nahoře) a S3 (dole) ve výšce 2,23 m 391

153 Závěr Byly provedeny simulace experimentálních zkoušek ve výcvikovém zařízení Zbiroh v programu FDS/Pyrosim a programu Smartfire. Z výsledků porovnání dat naměřených při experimentu s údaji předpověděnými počítačovými modely se ukázalo, že oba dva počítačové programy dokážou věrně simulovat experimentální zkoušku, pokud se výkon hořícího heptanu nastaví na hodnotu 9,45 MW, která byla zvolena na základě analýzy citlivosti vůči HRR v programu FDS. Vazba na projekt Tento příspěvek vznikl za podpory grantu SGS č. SP2015/136. Poděkování Autoři děkují za technickou podporu a spolupráci při experimentu všem, kteří se na jeho přípravě a průběhu podíleli, zejména pak pracovníkům a příslušníkům FBI VŠB-TU Ostrava, FBMI ČVUT v Praze, GŘ HZS, TÚPO GŘ HZS, HZS Plzeňského kraje, HZS Středočeského kraje, HZS Jihočeského kraje a HZS Hlavního města Prahy a ZÚ HZS ČR. Použitá literatura [1] Juřenčák, L.: Validace výsledků experimentálních zkoušek požáru ve výcvikovém zařízení Zbiroh. Diplomová práce. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, s. [2] Larva, F.: Údaje o technologickém zařízení ve výcvikovém zařízení ve Zbirohu, Ing. František Larva, Praha, červen [3] Tomášek, A.: Výcvikový a pozorovací trenažér, etapa I a II, Průvodní a technická zpráva k projektové dokumentaci pro stavební povolení, Ing. Vlastimil Gothard, MV GŘ HZS ČR, červen 2010, 23 s. [4] Bernartíková, Š.; Dudáček, A.; Žižka, J.; Jánošík, L.: Monitoring prostředí ve flashover kontejneru při simulaci požáru v uzavřeném prostoru, Sborník vědeckých prací VŠB - TU Ostrava, Řada bezpečnostní inženýrství, Ostrava 2012, 10 s. 392

154 Popis prostředí základních výcvikových prostor výcvikového zařízení pro simulaci požáru v uzavřeném prostoru ve Zbirohu Describing of Conditions in Chambers of the Facility Aimed for the Hot Training of Fire-Fighters - The Czech Republic Fire and Rescue Service Fire Fighting Trainer in Zbiroh Ing. Jan Žižka Ing. Jan Hora prof. Dr. Ing. Aleš Dudáček VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, Ostrava-Výškovice jan.zizka@sck.izscr.cz, jan.hora@vsb.cz, ales.dudacek@vsb.cz Abstrakt Článek prezentuje výsledky experimentálního stanovení teplotního pole a hustot tepelného toku ve výcvikovém zařízení pro simulaci požáru v uzavřeném prostoru. Experimentální měření probíhala v prostorech výcvikového trenažéru HZS ČR ve Zbirohu, které utvářejí základní výcvikové scénáře pro likvidaci požáru v uzavřeném prostoru. Článek popisuje konstrukci, dispozici a vybavení těchto prostor, použitou metodiku měření a postup zkoušek. Jsou uvedeny a diskutovány naměřené hodnoty teplotního pole a hustot tepelného toku ve vztahu k tepelné bilanci v zařízení a jeho provozu při výcviku hasičů. Klíčová slova Flashover kontejner; experiment; hustota tepelného toku; teplota. Abstract This article presents the results of experimental examination of temperature field and heat flux density in a facility aimed for the training of fire-fighters - fire fighting trainer of The Czech Republic Fire and Rescue Service in Zbiroh. Experimental measurements were carried out in a chamber No. 3 and space of stairs of the fire fighting trainer. There are described the design and equipment of this parts of the facility mentioned above, used method of measurement and test procedure in this article. Moreover attention is given measured values of temperature field and heat flux density and following discussion. In conclusion, gained values are discussed and recommendations for further measurements aimed at acquiring other findings concerning thermal loads on fire-fighters in the course of training are presented. Keywords Fire in Confined Space; Flashover; Experiment Heat Transfer; Radiation; Fire Dynamics; Heat Flux. Úvod Zásahy hasičů v uzavřených prostorech patří mezi nejsložitější a nejnebezpečnější. Hasiči jsou při nich velmi často vystaveni extrémním podmínkám, které reprezentují vysoké teploty a vysoká hustota tepelného toku, možný výskyt nebezpečných látek v ovzduší a snížená schopnost orientace vyvolaná obsahem pevných částeček v kouři, neznámou geometrií prostoru a neznámým rozmístěním zařizovacích předmětů. Proto je nutné pro rychlou a bezpečnou likvidaci požárů v uzavřených prostorech je nutné hasiče systematicky připravovat. Výcvik v podmínkách požáru v uzavřeném prostoru je v současnosti velmi rozšířeným druhem odborné přípravy. Umožňuje hasičům získat potřebné znalosti a osvojit si praktické dovednosti k bezpečnému a efektivnímu zdolávání mimořádných událostí v geometricky odlišných prostorech uzavřeného objektu. Původně švédský systém odborné přípravy se postupně rozšířil téměř do celého světa. V Evropě je využíván ve všech vyspělých státech EU, např. Švédsku, Finsku, Německu, Polsku, Velké Británii, Francii a v posledních letech i v ČR. Výcviková zařízení májí zkvalitnit odbornou přípravu jednotek PO a vytvořit podmínky pro bezpečný výkon služby v souladu s 70 a 72 zákona č. 133/1985 Sb., o požární ochraně [3], 77 zákona č. 361/2003 Sb., o služebním poměru příslušníků bezpečnostních sborů [4] a jejich prováděcími předpisy. Výcvik je prováděn v zařízení simulující reálné podmínky požáru, v tzv. flashover kontejnerech (FOK). Zde je možno hasiče bezpečně vystavit reálným podmínkám požáru v uzavřených prostorech a jevům s nimi spojenými. FOK zároveň umožňují pozorování průběhu požáru a demonstraci a vytváří prostor pro systematické ověřování a zavádění nových taktických postupů a věcných prostředků u jednotek PO v rámci celé ČR. FOK je svou podstatou plně využitelný pro výzkum v oblastech požární dynamiky, požární taktiky a sdílení tepla. V současné době fungují na území ČR dvě zařízení (Školní a výcvikové zařízení v Brně a výcvikové zařízení ve Zbirohu), která jako palivo používají kapalný propan. Použití propanu umožňuje provést ve velice krátkém časovém úseku opakovaně simulaci požadovaných podmínek vyskytujících se při požáru v uzavřeném prostoru, jeho další výhodou je poměrně čistý provoz bez vzniku pevných odpadů. Pro splnění všech požadovaných funkcí a cílů musí FOK fungovat bezpečně a spolehlivě. Zařízení FOK Zbiroh je v České republice jediné svého druhu, kde bylo možné realizovat velkorozměrové experimenty zaměřené na zkoumání různých aspektů dynamiky požáru ve vnitřním prostoru. Rozhodující je v tomto ohledu velikost, dispozice a geometrie prostorů, výkon zařízení a míra podobnosti podmínek, které ve FOK panují při spalování kapalného propanu, s podmínkami při skutečném požáru ve vnitřním prostoru. V červnu 2015 bylo provedeno zatím poslední experimentální měření ze série velkorozměrových zkoušek, jejichž cílem je zvýšení bezpečnosti a ochrany hasiče při výcviku a následně i zásahu v uzavřeném prostoru a která se zde již od roku 2011 každý rok pravidelně provádějí. Jedním z mnoha dílčích cílů bylo měřením získat hodnoty vybraných fyzikálních veličin charakterizujících prostředí jednotlivých výcvikových prostorů uvnitř FOK, konkrétně v komoře č. 3 a schodiště, které jsou předmětem diskuse tohoto příspěvku a volně navazují na závěry jednotlivých experimentů provedených ve FOK Zbiroh v letech 2011 až Zjištěné hodnoty poslouží především jako podklad pro návrh, či případnou inovaci výcvikových metod ve FOK, respektujících bezpečnost zasahujících hasičů a provozování zařízení s přijatelnými náklady. Popis výcvikového trenažéru ve Zbirohu Popis víceúčelového výcvikového areálu ve Zbirohu, konkrétně výcvikového zařízení FOK byl podrobně popsán literatuře [5, 11, 12, 14] a je předmětem obsahu některých vybraných příspěvků uveřejněných v tomto sborníku (Sborník vědeckých prací VŠB - TU Ostrava 2015). Jedná se o příspěvky, které byly zpracovány na 393

155 základě experimentálních měření provedených v prostorách právě tohoto zařízení v letech 2011 až FOK se nachází ve výcvikovém areálu ve Zbirohu, v areálu 3. záchranné roty Záchranného útvaru HZS ČR. Zařízení má podobu několika různých typů pracovišť pro výcvik jednotek HZS krajů, kde lze simulovat podmínky při požáru v uzavřeném prostoru. Model FOK pro výcvik likvidace požáru v uzavřeném prostoru s vyznačením sledovaných prostorů je zachycen na obr. 1. Obr. 1 Model výcvikového trenažéru FOK Zbiroh Výcvikový trenažér je sestaven z upravených ISO kontejnerů třídy 1AA, dvaceti a čtyřiceti stopových, běžně používaných v dopravě, doplněných o ocelové kryté schodiště a nástupní ochoz. Úpravy kontejnerů spočívaly v jejich dělení, osazení okny, dveřmi, větracími komínky a otvory a v odstranění některých stěn kontejnerů. Konstrukce všech kontejnerů je samonosná. Ve všech kontejnerech je podlaha z betonové dlažby 300 x 300 x 33 mm usazené do pískového lože tloušťky 20 mm. Ve stěnách a střeše kontejnerů jsou vytvořeny otvory pro okenní a dveřní rámy a větrací komínky. Dveřní a okenní křídla jsou svařena z ocelových profilů, výplň je z ocelového plechu tloušťky 1,8 mm [2]. Ovládání křídel je pákovými uzavíracími mechanismy. Větrací otvory jsou osazeny plechy s nastavitelnou polohou pro regulaci přívodu vzduchu k hořákům. Pro vytvoření plamenů pro nácvik hasebního zásahu a simulaci podmínek požáru v uzavřeném prostoru jsou v jednotlivých komorách instalovány hlavní hořáky na kapalný propan. Regulace výkonu hořáků je prováděna řízením přívodu propanu pomocí kulových kohoutů se servopohony ovládanými tlačítky na rozvaděči. Výkon hořáků je přestavením otevírání kulových kohoutů volitelný ve třech stupních - 30 %, 60 % a 90 %. Palivem pro výcvikový trenažér je propan, jehož vybrané parametry jsou uvedeny v tab. 1. Komora č. 3 představuje jednoduchý, lineární prostor určený pro nácvik efektivní dodávky hasební látky ve formě tzv. 3D vodní mlhy, kde je energetický zdroj přímo proti zasahujícím hasičům a svou geometrií a rozměry se přibližuje např. sklepním kójím nebo jednoduchým chodbám. Tento prostor tvoří jeden přepravní ISO kontejner třídy 1AA. Schodiště je vytvořeno z plných ocelových plechů, stejně jako samostatné stupně a podesta, a propojuje dva samostatné přepravní ISO kontejnery umístěné v různých nadzemních podlažích. Kontejnery jsou navzájem propojený jednou lomeným schodištěm s podestou v úrovni mezi jednotlivými podlažími. Vchod na schodiště je z kontejneru umístěném ve 2 NP. Schodiště ústí do spodního kontejneru, který samostatně tvoří komoru č. 3. V případě využití výcvikového scénáře je za východem ze schodiště nainstalovaná otočná přepážka, která odděluje prostor hořáku a schodiště od ostatních prostor komory č. 3 (viz obr. 2 až 4). Materiály a metody Popisovaná experimentální měření proběhla v komoře č. 3 a v prostoru schodiště FOK, jejichž vybrané technické parametry lze odečíst ze schémat na obr. 2 až 4. Použité prostory jsou primárně určeny pro nácvik efektivní dodávky hasební látky ve formě tzv. 3D vodní mlhy. Na základě předchozích zkušeností získaných při velkorozměrových požárních experimentech bylo navrženo rozmístění jednotlivých snímačů teploty a hustoty tepelného toku. Výškové pozice termočlánků na jednotlivých sloupcích společně pro prostory komory č. 3 a schodiště jsou uvedeny v tab. 2. Tab. 2 Výškové pozice termočlánků umístěných na jednotlivých sloupcích prostoru komory č. 3 a prostoru schodiště Sloupec Sloupec Výška od termočlánků Výška od termočlánků podlahy podlahy Sx SH Sx SH ANO ANO 280 ANO ANO ANO 480 ANO ANO ANO 680 ANO ANO ANO 780 ANO ANO ANO 880 ANO ANO ANO ANO ANO ANO Výcvikový prostor komory č. 3 se zakreslenou pozicí umístění jednotlivých čidel je znázorněna na obr. 2. Tab. 1 Vybrané vlastnosti paliva (propanu) [1] Parametr Hodnota Výhřevnost 93,57 MJ/m 3 Meze výbušnosti 2,12-9,35 % Přetlak plynu - kapalná fáze 500 kpa Přetlak plynu - plynná fáze 200 kpa instalovaný maximální příkon 412 mn 3 /hod kw Obr. 2 Půdorys komory č. 3 s rozmístěním čidel Kontejnery jsou v okolí hořáků chráněny tepelnou izolací Sibral tloušťky 50 mm, která je překryta ocelovými plechy tloušťky 1 mm. Mezi stojkami jeklové konstrukce jsou ke kontejneru po 500 mm přivařeny vodorovné ocelové pásky 40 x 3 mm zabraňující sesedání tepelné izolace. Technické parametry jsou převzaty z [2]. Popis testovaných prostorů Jednotlivá experimentální měření ve FOK Zbiroh, která jsou předmětem tohoto příspěvku, probíhala v komoře č. 3 a na schodišti. 394

156 Výcvikový prostor schodiště a pozice umístění čidel je na obr. 3, 4. chladicí vody a vlastní radiometry s výjimkou jejich čelních ploch byly chráněny tepelnou izolací a stínící reflexní Al fólií. Data z radiometrů byla zaznamenávána měřící ústřednou Almemo M. Pro měření hustoty tepelného toku v prostoru schodiště byly použity dva radiometry SCHMIDT-BOELTER SBG01 umístěny ve výškách 500 a 1200 mm, v horizontální poloze, 0 vzhledem k podélné ose horního kontejneru schodiště. Tab. 3 Rozmístění radiometrů v průběhu měření v komoře č. 3 Obr. 3 Půdorys prostoru schodiště s rozmístěním čidel Výrobní číslo Max. měřicí rozsah (hustota tepelného toku [kw/m 2 ]) Orientace radiometru (vzhledem k podélné ose kontejneru) Výška [mm] SN horizontální SN sklon SN vertikální SN zadní SN vlevo Každá část experimentu pro určený sledovaný prostor byla rozdělena do tří zkoušek podle nastaveného provozního výkonu hořáku. Ten odpovídal 30 %, 60 % a 90 % maximálního výkonu hořáku. Zvolené hodnoty provozního výkonu odpovídaly výkonům používaným při dosavadním výcviku ve FOK. Každá zkouška pro prostor komory č. 3 zahrnovala 4 cykly po 5 aktivacích hlavního hořáku. Doba aktivace hlavního hořáku byla vždy 4 s, doba mezi aktivacemi potom 26 s (v tomto intervalu je při vlastním výcviku prováděn hasební zásah). Doba mezi cykly byla 30 s (při výcviku po tuto dobu probíhá výměna frekventantů). Průběh aktivací hořáku je znázorněn na obr. 5. Obr. 4 Detail půdorys prostoru schodiště s rozmístěním čidel Monitorování prostoru komory č. 3 Ke snímání teplot v prostoru komory č. 3 bylo použito celkem 44 plášťových termočlánků NiCr/Ni (typ K) a 12 termočlánků vyrobených z termočlánkového drátu typu K (HH-K-24) o průměru 0,5 mm. Pro monitorování prostoru schodiště pak bylo použito celkem 40 plášťových termočlánků NiCr/Ni (typ K) a 90 termočlánků vyrobených z termočlánkového drátu typu K (HH-K-24) o průměru 0,5, 1,0 a 1,5 mm. Termočlánky byly rozmístěny na pozicích zakreslených ve schématu na obr. 2 až 4 označených symbolem STx, SH, případně Sx (sloupce s více termočlánky nad sebou) resp. Tx (jednotlivé termočlánky). Výškové umístění termočlánků na jednotlivých pozicích bylo zvoleno s ohledem na získání hodnot pro dostatečně přesné určení rozložení teplotního pole bez omezení činnosti cvičících hasičů. Instalace byla provedena na ocelových stojanech a na řetězech, uchycených na strop komory č. 3 a schodiště, na spodním konci zatížených ocelovým závažím. Před zahájením zkoušek byla zkontrolována správná pozice a funkčnost jednotlivých termočlánků. Měřící ústředny byly umístěny vně kontejneru tak, aby byla zajištěna jejich jednoduchá a bezpečná obsluha a ochrana před případnými povětrnostními vlivy. Pro měření hustoty tepelného toku bylo použito radiometrů SCHMIDT-BOELTER SBG01 umístěných v komoře č. 3 v blízkosti místa zasahujících hasičů (vedle pozice lektora). Umístění je označeno písmenem R. Byla snímána hustota tepelného toku dopadajícího z různých směrů, jak je uvedeno v tab. 3. Radiometry byly upevněny na stojan ve výšce mm nad podlahou. Chlazení radiometrů bylo řešeno samospádem vody přivedené z nádrže umístěné na střeše kontejneru ve 2. NP výcvikového zařízení. Vedení výstupního signálu, přívod a odvod Obr. 5 Aktivace plynových hořáků v průběhu zkoušek v komoře č. 3 Před zahájením vlastního měření proběhl jeden zkušební cyklus při 30 % maximálního nastaveného výkonu. Polohy otvorů pro ventilaci v době prováděného měření v komoře č. 3 jsou uvedeny v tab. 4. Tab. 4 Konfigurace otvorů v komoře č. 3 Otvor Vstupní vrata komory č. 3 První boční dveře vpravo od vstupních vrat (vstup do volného prostoru) Druhé boční dveře vpravo od vstupních vrat (vstup na schodiště) První boční dveře vlevo od vstupních vrat (vstup do volného prostoru) Druhé boční dveře vlevo od vstupních vrat (vstup do komory č. 2) Otvor pro přisávání vzduchu pod hořákem (výška otvoru 260 mm) Konfigurace otvoru Otevřeno Otevřeno Zavřeno Otevřeno Zavřeno Otevřeno 395

157 Každá zkouška pro prostor schodiště zahrnovala 16 cyklů tvořených vždy aktivací hlavního hořáku po dobu 6 s, s následným časovým úsekem 54 s (v tomto časovém úseku je při vlastním výcviku prováděn hasební zásah). Uvedené časy byly odvozeny z výcvikového scénáře používaného pro prostor schodiště. Před zahájením vlastního měření proběhla jedna zkušební aktivace hořáku při 30 % maximálního nastaveného výkonu. Konfigurace otvorů pro ventilaci v době prováděného měření v prostoru schodiště je uvedena v tab. 5. Mediány hustoty tepelného toku z jednotlivých radiometrů orientovaných různými směry v rovině podélné osy komory č. 3 a radiometru směrovaného vlevo z pohledu od vstupních vrat ukazují následující grafy na obr. 8. Tab. 5 Konfigurace otvorů v prostoru schodiště Otvor Vstupní vrata nástupního kontejneru ve 2. NP Boční dveře vpravo od vstupních vrat (vstup do volného prostoru) Druhé boční dveře vpravo od vstupních vrat (vstup na schodiště) Boční okno vpravo od vstupních vrat (vstup do volného prostoru) Boční okno na podestě schodiště Otvor pro přisávání vzduchu pod hořákem (výška otvoru 260 mm) Konfigurace otvoru Otevřeno Otevřeno Zavřeno Otevřeno Zavřeno Otevřeno Obr. 8 Mediány hustoty tepelného toku v komoře č. 3 při výkonech 30, 60 a 90 % Výcvikový prostor schodiště V prostoru byly sledovány mediány hodnot rozložení teplotního pole v jednotlivých řezech schodišťového prostoru, jak je uvedeno na obr. 9, při provozních výkonech hořáku 30 %, 60 % a 90 %. Výsledky Zpracování naměřených dat bylo provedeno v programech MS Excel. Výcvikový prostor komory č. 3 Obr. 6 a 7 znázorňují hodnoty mediánů teplot v prostoru. Na obr. 6 jsou hodnoty mediánů spočítány pro dobu aktivace hlavního hořáku, tedy 4 s. Na obr. 7 potom následují 4 s po vypnutí hořáku. Vyobrazení je provedeno pomocí grafů, na kterých lze vidět vyplněné kontury teplotního pole v 2D řezu 3D prostoru při 30 %, 60 % a 90 % maximálního výkonu hlavního hořáku. Grafy na obr. 6 a 7, z důvodu lepší přehlednosti, nevyjadřují ve směru osy x poměrnou velikost komory č. 3 vzhledem k výškovému rozmístění termočlánků, ale jen relativní vzájemnou polohu. Obr. 9 Detailní schéma prostoru schodiště s vyznačenými sledovanými řezy teplotního pole Obr. 6 Rozložení mediánů teplot v podélné ose komory č. 3 při výkonech 30, 60 a 90 % v době aktivovaného hořáku Znázornění rozložení mediánů teplot v prostoru je provedeno pomocí obrázků (viz obr. 10 a obr. 11), na kterých lze vidět vyplněné kontury teplotního pole v 2D řezu 3D prostoru při 30 %, výkonu hlavního hořáku. Na obr. 10 je vidět změna rozložení mediánů teplot v řezu B v průběhu aktivace hořáku. Na obr. 11 je pak hodnota mediánů změny rozložení teplotního pole po dobu aktivace hořáku. Záznam je proveden po 1 s, levý graf na obr. 10 tedy zobrazuje rozložení teplot v čase 1 s po zapálení hořáku a pravý graf totéž v okamžiku vypnutí hořáku. Grafy na obr. 10 až 13 z důvodu lepší přehlednosti nevyjadřují ve směru osy x poměrnou šířku schodišťového prostoru vzhledem k výškovému rozmístění termočlánků, ale jen relativní vzájemnou polohu. Obr. 7 Rozložení mediánů teplot v podélné ose komory č. 3 při výkonech 30, 60 a 90 % v době 4s po zhasnutí hořáku Obr. 10 Rozložení mediánů teplot v řezu B při výkonu 30 %, v průběhu aktivace hořáku po 1 s 396

158 Obr. 11 Rozložení mediánů teplot v řezu B při výkonu 30 %, po vypnutí hořáku v časovém úseku 6 s V grafu na obr. 15 je znázorněno rozložení mediánů teplot naměřených termočlánky umístěnými pod stropem v čase aktivace hořáku, v čase jeho vypnutí a na konci sledovaného časového intervalu. V grafu jsou vidět vyplněné kontury teplotního pole v 2D řezu podélnou osou schodišťového prostoru při 30 % výkonu hlavního hořáku. Mediány hustoty tepelného toku z jednotlivých ukazují následující grafy na obr. 16. Obr. 12 Rozložení mediánů teplot v řezu H při výkonu 30 %, v průběhu aktivace hořáku po 1 s Obr. 16 Mediány hustoty tepelného toku v kontejneru při výkonech 30, 60 a 90 % Obr. 13 Rozložení mediánů teplot v řezu H při výkonu 30 %, po vypnutí hořáku v časovém úseku 6 s Pro porovnání jsou na obr. 12 a 13 zpracovány hodnoty mediánů rozložení teplotního pole v řezu H. Mediány maximální a minimální teploty naměřené na termočláncích umístěných pod stropem v ose x (od vstupu do schodišťového prostoru směrem k hořákům jak je vyznačeno na obr. 9), jsou uvedeny v grafu na obr. 14. Uvedené hodnoty jsou odečteny z časového intervalu 6 s aktivace hořáku a 6 s po vypnutí hořáku. Graf je dále doplněn o mediány všech naměřených teplot na jednotlivých termočláncích v tomto časovém intervalu (12 s). Obr. 14 Rozložení mediánů teplot v podélné ose schodišťového prostoru při výkonu 30 % a v časovém intervalu 12 s Obr. 15 Rozložení mediánů teplot v podélné ose schodišťového prostoru při výkonu 30 % ve vybraných časech Diskuse Výcvikový prostor komory č. 3 Impulsní chod hořáku při pokusu vedl ke značnému kolísání naměřených hodnot teplot a hustot tepelného toku. Proto bylo pro sestavení grafů použito mediánů, jako míry centrální tendence bez ovlivnění extrémními hodnotami. Z hodnot uvedených v grafu na obr. 7 je zřetelně vidět výrazně menší rozdíl mezi teplotami při výkonu hořáku 60 % a 90 % než mezi teplotami při výkonu hořáku 30 % a 60 %. Toto je pravděpodobně vyvoláno nedostatečným přívodem vzduchu pro spalování propanu přímo v oblasti hořáku a jeho postupným hořením až ve větší vzdálenosti od hořáku. To dokládá i podrobnější rozbor hustot tepelného toku uvedených na obr. 9. Z čelního směru v horizontální rovině (0 ) je vidět výrazný nárůst hustoty tepelného toku mezi výkonem hořáku 30 %, 60 % a 90 %. Při úhlu radiometru 90 je patrný rozdíl v naměřených hodnotách při výkonu 30 % a 60 %, při výkonu 60 % a 90 % je rozdíl v naměřených hodnotách minimální. Porovnání naměřených hodnot 4 s po zhasnutí hořáku při výkonech 30 %, 60 % a 90 % na všech radiometrech uvedenou domněnku potvrzuje. Z rozložení teplotního pole znázorněného v grafech na obr. 6 a obr. 7 je patrné formování oblasti plamene a horkých plynů na vyšších úrovních. Na rozložení teplotního pole v podélném řezu komorou (obr. 6 a 7) má vliv stratifikace plynů, kdy v horní části komory jsou odváděny horké plyny ven ze zařízení a ve spodní části je přiváděn chladný vzduch. Výcvikový prostor schodiště Impulsní chod hořáku při pokusu vedl ke značnému kolísání naměřených hodnot teplot a hustot tepelného toku. Proto bylo pro sestavení grafů použito mediánů, jako míry centrální tendence bez ovlivnění extrémními hodnotami. Z hodnot uvedených v grafu na obr. 10 je zřetelně tvar a rozložení teplot v oblasti proudu horkých plynů. Typické zóny v pravé horní části a vlevo ve střední části profilu vznikají v důsledku společného působení gravitace a dostředivých sil vznikajících při změně směru proudění. Chladná oblast ve středu profilu v grafech na obr. 10 a 13 je důsledkem absence čidel ve střední části schodiště. Čidla zde nemohla být instalována, neboť by byla stržena při pohybu zasahujících v další částí experimentu. I přes tuto vědomou chybu je zřejmé, že stratifikace plynů se projevuje vznikem rozhraní, které má v konečném důsledku podobu obecných ploch měnících s v čase v důsledku průběžně se měnícího společného působení různě vektorově orientovaných 397

159 sil určujících proudění plynů. Z grafů na obr. 10, 13 a 14 je dále patrné, že spalování propanu v prostoru schodiště je řízené ventilací a v závislosti na nastaveném kyslíkovém deficitu dochází ke spálení celkového množství do prostoru dodaného kapalného propanu v době přibližně 20 s od zahájení dodávky plynu do zařízení. Kyslíkový deficit je také patrně příčinou relativně nižších teplot - pohybujících se v intervalu C, ve srovnání s teplotami dosaženými v komoře 1 a 3. Nejvyšší teploty byly naměřeny pod stropem v intervalu vzdáleností mm a mm. Průběh změny hustoty tepleného toku neodpovídá předpokladům a je v současnosti předmětem dalšího zkoumání. Závěr Na základě získaných dat lez konstatovat, že v zařízení panují podmínky blízké podmínkám skutečného požáru ve vnitřním prostoru s obdobnou geometrií a dispozicí. Současně lze tvrdit, že i nastavený výkon v zařízení odpovídá výkonům, kterých dosahuje požár ve vnitřním prostoru ve fázi těsně před celkovým vzplanutím. Současně data získaná při experimentu zpřesňují a konkretizují představy a zákonitostech a podmínkách požáru ve vnitřním prostoru. Na základě provedeného experimentu je možné získané poznatky aplikovat v podobě návrhu bezpečných výcvikových postupů hasičů ve FOK a stanovit cíle dalšího experimentálního zkoumání dynamiky požáru v reálném měřítku. [9] Drysdale, D.: An Introduction to Fire Dynamics, New York, USA: John Wiley & Sons, LTD, s. ISBN [10] Quantiere, J.G.: Pricples of Fire Behavior, Delmar Publishers, 1st edition, New York, USA, ISBN , 257 s. [11] Bernatíková, Š.; Dudáček, A.; Žižka, J.; Jánošík, L.; Kučera, P.: Monitoring prostředí ve flashover kontejneru při simulaci požáru v uzavřeném prostoru, Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava. Řada bezpečnostní inženýrství s. ISSN [12] Strakošová, E.: Závěrečná zpráva projektu SGS SP2013/187, Ostrava, VŠB - TU Ostrava, 2013, 61 s. [13] Grimwood, P.: Euro fi refi ghter, Lindley, Huddersfield, West Yorkshire: Jeremy Mills, 2008, xvii, 352 p. ISBN [14] Balner, D.; Hora, J.; Strakošová, E.: Vliv aplikace vodního proudu na tepelné podmínky ve FOK Zbiroh. In: Sborník příspěvků z konference Požární ochrana Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2014, s. 17. ISBN , ISSN Vazba na projekt Tento příspěvek vznikl za podpory grantu SGS č. SP2015/136. Poděkování Autoři děkují za technickou podporu a spolupráci při experimentu všem, kteří se na jeho přípravě a průběhu podíleli, zejména pak pracovníkům a příslušníkům FBI VŠB-TU Ostrava, FBMI ČVUT v Praze, GŘ HZS, TÚPO GŘ HZS, HZS Plzeňského kraje, HZS Středočeského kraje, HZS Jihočeského kraje a HZS Hlavního města Prahy a ZÚ HZS ČR. Použitá literatura [1] Larva, F.: Údaje o technologickém zařízení ve výcvikovém zařízení ve Zbirohu, Ing. František Larva, Praha, červen [2] Tomášek, A.: Výcvikový a pozorovací trenažér, etapa I a II, Průvodní a technická zpráva k projektové dokumentaci pro stavební povolení, Ing. Vlastimil Gothard, MV GŘ HZS ČR, červen 2010, 23 s. [3] Zákon 133/1985 Sb. o požární ochraně, In: Sbírka zákonů 1985, částka 34, str (1985). [4] Zákon 361/2003 Sb. o služebním poměru příslušníků bezpečnostních sborů, In: Sbírka zákonů 2003, částka 121, str (2003). [5] Žižka, J.: Soubor experimentálních zkoušek při simulovaném požáru v podmínkách uzavřeného prostoru provedených ve výcvikovém zařízení Zbiroh. Diplomová práce. Ostrava: VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, 2012, 136 s. [6] Arbeitsmedizin. Sozialmedizin. Präventivmedizin. Dortmund, Bundesrepublik Deutschland: 1997, č. 32/4, strana : Schopper.Jochum, S., Schubert, W., Hocke, M.: Vergleichende Bewertung de Trageverhaltens von Feuerwehr-Einsatzjacken (Phase I). [7] Bengtsson, L.G.: Enclosure fi res, First Publisher, Sweden, Karlstad, Räddnings Verket Swedish Rescue Services Agency, 2001, 192 s, ISBN , U30-647/05. [8] Bitala, P.: Některé aspekty detekce požáru z pohledu integrace požárně-bezpečnostních zařízení, disertační práce, Ostrava, VŠB - Technická Universita Ostrava, s. 398

160 Zkoušky požární odolnosti dílců tunelového ostění z lehkého betonu Fire Resistance Test Tunnel Lining Samples of Lightweight Concrete Ing. Isabela Bradáčová, CSc. 1 doc. Ing. Petr Kučera, Ph.D. 1 Ing. Jaroslav Dufek 2 1 VŠB - TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství Lumírova 13, Ostrava - Výškovice 2 PAVUS, a.s. Prosecká 412/74, Praha 9 - Prosek isabela.bradacova@vsb.cz, petr.kučera@vsb.cz, dufek@pavus.cz Abstrakt Článek informuje o dílčích výsledcích vývoje lehkého betonu (LC) pro konstrukce tunelového ostění řešeného v rámci projektu TA Je zaměřen na zkoušky vzorků tunelového ostění z LC pro různá teplotní namáhání, odlišná zatížení, ostění v provedení s/bez polypropylenových vláken a zkoušky vzorků s/bez obkladového dílce. Klíčová slova Lehký beton; zkoušení; tunelové ostění; požární odolnost. Abstract The article reports on the partial results of the development of the lightweight concrete (LC) for the construction of the tunnel lining solved within the project TA It focuses on testing of samples of the tunnel lining of made from LC, for different temperature, different loads, lining made with/without polypropylene fibres and tests of samples with/without cladding panels Plán výběru vzorků a termíny dosud provedených zkoušek Pro zkoušení požární odolnosti dílců tunelového ostění byla po dohodě řešitelů projektu v první fázi vybrána sestava čtyř zkušebních vzorků (A1, A2, B1, B2), volba pátého vzorku bude upřesněna po vyhodnocení výsledků dosud odzkoušených vzorků. Vzorky volbou tloušťky dílce, výztuží a popř. zatížením korespondují s tunelem Blanka v Praze (dílce A) a tunelem Komořany na silničním okruhu kolem Prahy (SOKP) - dílce B. Pro požární scénáře byly vybrány tři teplotní křivky: normová - předepsána ČSN [2] pro silniční tunely, Eureka - užívána v ČR pro železniční tunely [3] a uhlovodíková - doporučená pro požáry hořlavých kapalin a uplatněna při návrhu tunelu Blanka. Tab. 1 Přehled vzorků tunelového ostění z LC Datum zkoušky Vzorek Teplotní křivka Zatížení Obkladový dílec PP vlákna Rozměry [m] A1 uhlovodíková bez zatížení půl vzorku půl vzorku 2,5 x 3 x 0, A2 uhlovodíková se zatížením (800 kn/m) půl vzorku půl vzorku 2,5 x 3 x 0, B1 normová se zatížením (1 200 kn/m) ne půl vzorku 2,2 x 3,2 x 0, B2 Eureka bez zatížení ne půl vzorku 2,2 x 3,2 x 0,4 Keywords Lightweight concrete; testing; tunnel lining; fire resistance. Úvod Motivem pro podání projektu TAČR Požárně odolné konstrukce pro tunelové stavby s využitím lehkého betonu Liapor byla úvaha o využití dobrých tepelně izolačních vlastností lehkého betonu při ochraně nosné výztuže ostění tunelových staveb před vysokými teplotami působícími na ostění při požáru. Vývoj je proto zaměřen především na požárně technické vlastnosti lehkého betonu s využitím nejen v tunelových stavbách, ale i v jiných odvětvích stavebního průmyslu. Na projektu se podílejí Lias Vintířov, lehký stavební materiál k.s., VŠB TU Ostrava, ČVUT v Praze, PAVUS, a.s. a Pontex, spol. s r.o. Cíle projektu: 1) metodika návrhu a zkoušení LC pro požárně odolné konstrukce, doplnění chybějících údajů pro LC v Eurokódu 2 [1], 2) metodika a testování konstrukcí z LC pro požárně odolné konstrukce, 3) porovnání výsledků zkoušek vzorků tunelových ostění ve zkušebně s výsledky výpočtů požární odolnosti konstrukcí, 4) vypracování zásad pro navrhování a provádění tunelových konstrukcí z LC. Graf 1 Zatěžovací teplotní křivky [4] Graf 2 Teplotní křivka Eureka [3] 399

161 Výroba vzorků v Lias Vintířov Vzorky tunelového ostění byly vyrobeny v květnu 2014 z lehkého betonu Liapor třídy LC 35/38 XF4 a řádně vyztuženy konstrukční a manipulační výztuží. Uvnitř vzorků jsou rozmístěny termočlánky takto: u dílců A ve 4 výškových úrovních a v hloubkách 30, 60, 110, 160, 210, 420 mm od ohřívaného povrchu. U dílců B odlišně ve 3 výškových úrovních a v hloubkách 30, 60, 110, 160, 210, 420 mm od ohřívaného povrchu. Termočlánky dílců B jsou rozmístěny stejně jako u zkušebních dílců z hutného betonu použitých při zkouškách ostění pro tunel 513 (Komořany na SOKP) [5]. Betonáž každého z dílců byla provedena ve vodorovné poloze ve dvou polovinách - v levé polovině vzorku bez vláken, v pravé polovině vzorku lehký beton s vlákny (PP vlákna, průměr 20 μm, délka 12 mm), množství vláken 0,9 kg/m 3. Betonáž dílců byla provedena ve vodorovné poloze (při zkoušce jsou vzorky ve svislé poloze). Předpoklad zrání vzorků před zkouškou byl stanoven na minimální dobu tří měsíců. První zkouška proběhla v září viz tab. 1. Předpokládaná vlhkost vzorků před zkouškou měla být 4 % obj. Příprava a provedení zkoušek požární odolnosti ve velkém měřítku Zkoušky požární odolnosti vzorků ostění tunelů z lehkého betonu ve velkém měřítku (3 m x 3 m x 0,45 m) byly prováděny ve zkušebních pecích odpovídajících požadavkům ČSN EN Vlastní zkoušky zatížených/ nebo nezatížených prvků se provádí podle ČSN EN Zkoušení požární odolnosti nenosných prvků - Část 1: Stěny, resp. ČSN EN Zkoušení požární odolnosti nosných prvků - Část 1: Stěny V akreditované zkušební laboratoři - Požární zkušebně PAVUS, a.s. bylo dosud možné zkoušet požární odolnost stěnových prvků tunelovou teplotní křivkou pouze do běžných zatížení, tj. do přibližně při zatížení do 20 t (200 kn). Na tzv. sloupové peci je možné vyvinout zatížení na prvek až do výše 500 t (5 000 kn), avšak ostatní technické parametry zkušební pece neumožňují provádět na této peci zkoušky podle tunelové křivky. Vzhledem k zadání úkolu, který požadoval zkoušet vzorky jak podle tunelové křivky, tak při předpokládaném zatížení až do 200 t (2 000 kn), musel být vyvinut, navržen a realizován speciální zkušební rám, který by odolal uvedeným silám a to bez významných deformací. Případná deformace vlastního zkušebního rámu by mohla mít negativní vliv na výsledky zkoušek. Jak je výše uvedeno, byly při zhotovování zkušebních dílců ostění tunelů A1, A2, B1, B2 do vzorků již při jejich výrobě instalovány termoelektrické články, v předem stanovených místech proto, aby mohly být měřeny teploty v různých vzdálenostech od ohřívaného povrchu (povrch na straně požáru) až po neohřívanou stranu a to v čase působení požáru. Při návrhu zatěžovacího rámu se vycházelo z následujících požadavků: Použitelnost rámu (kompatibilita) u stávající stěnové pece v hale PO1, která umožňuje zkoušení požární odolnosti také uhlovodíkovou i tunelovou křivkou. Celková hmotnost rámu by neměla překročit nosnost stávající manipulační techniky (jeřáb) v hale PO1. Deformace rámu při jeho plném zatížení nesmí překročit únosnou mez, která byla stanovena na 3 mm. Využitelnost a kompatibilita stávajícího hydraulického zatěžovacího systému (čerpadla). Z těchto požadavků byly zpracovány 2 varianty návrhů. Varianta I uvažovala s pohyblivým spodním trámem a hydraulickými válci pod úrovní podlahy. Varianta II uvažovala s pohyblivým horním trámem a hydraulickými válci v horní části, nad zkoušeným vzorkem. Při posuzování všech výhod a nevýhod jednotlivých variant byla nakonec zvolena varianta II. Byl zpracován návrh provedení rámu (obr. 1) a napěťová analýza (obr. 2). Obr. 1 Návrh s pohyblivým horním trámem a hydraulickými válci v horní části, nad zkoušeným vzorkem Obr. 2 Napěťová analýza ve sloupech a horním trámu zkušebního rámu Kromě výběru vzorků a provedení zkoušek požární odolnosti ve velkém měřítku, které byly prováděny v Požární zkušebně PAVUS, a.s., byly v laboratoři Kloknerova ústavu ČVUT Praha, prováděny zkoušky pevnosti různých receptur LC v závislosti na teplotě a to na malých vzorcích, viz [6]. Zkouška vzorku B.2 - teplotní křivka EUREKA, vzorek nezatížený, ½ s vlákny, ½ bez vláken. Jako první ze vzorků ve velkém měřítku byl zkoušen vzorek B.2, který představoval část ostění tunelu - stěnu z vyztuženého betonu. Jmenovitý rozměr vzorku byl mm (šířka) mm (výška) 400 mm (tloušťka). Z pohledu na neohřívanou stranu pece byla levá svislá polovina vzorku s vlákny, pravá svislá polovina vzorku bez vláken. Schéma rozmístění termoelektrických článků a míst, ve kterých byla měřena deformace, ukazuje obr

162 Legenda: TC pro měření povrchových teplot Tprům a Tmax pro část s vlákny; TC pro měření povrchových teplot Tmax pro část s vlákny; TC pro měření povrchových teplot Tprům a Tmax pro část bez vláken; TC pro měření povrchových teplot Tmax pro část bez vláken; A F TC pro měření teplot uvnitř vzorku, ve vzdálenostech mm od tepelně exponovaného povrchu; Ao Eo místa měření vodorovných deformací. Na základě výsledků této zkoušky byla provedena zkoumání, jejichž cílem bylo objasnění příčiny chování vzorku. Výsledky jednoznačně potvrdily významný pozitivní vliv vláken na chování vzorku z LC v podmínkách požáru. Na druhou stranu se potvrdil významně negativní vliv vlhkosti na chování vzorku LC bez vláken a obtížné dosažení nižší vlhkosti uvnitř takto velikých vzorků. Zkouška vzorku B.1 - teplotní křivka normová, vzorek se zatížením (1 200 kn/m), ½ vzorku s vlákny, ½ bez vláken. Rozměry vzorku a rozmístění TC bylo shodné jako u vzorku B.2. Zkouška byla provedena a naměřená vlhkost betonu bez vláken byla před zkouškou 4,75 % a 7 % pro beton s vlákny. Od 6.min bylo pozorováno odprýskávání částí betonu, které probíhalo po celou dobu zkoušky. Ve 43. min částečně odprýskalo betonové krytí ocelových výztuží na vzorku bez vláken a došlo k jejich odhalení. V 69. min bylo možno pozorovat odhalené výztuže na obou typech betonu. V 75. min se objevila na neohřívané straně vzorku bez vláken prasklina. Zkouška byla ukončena v 91. min. Obr. 3 Schéma rozmístění termoelektrických článků a míst, ve kterých byla měřena deformace Vzorky byly vyrobeny v květnu 2014 a do provedení zkoušky ( ) uběhlo 134 dnů. Naměřená vlhkost byla 7,4 % u betonu s vlákny a 7,0 % u betonu bez vláken. Přestože byla dodržena minimální doba zrání a vysoušení betonu před zkouškou požární odolnosti, která je 90 dnů, dosáhnout nižší vlhkosti na takto velikém vzorku se nepodařilo. Před zkouškou panovaly z tak vysoké vlhkosti veliké obavy. Chování vzorku bez vláken v průběhu zkoušky potvrdilo oprávněnost obav a předčilo i očekávání. Od první minuty a v průběhu celého ohřevu bylo slyšet oprýskávání a odlupování betonu. Ve 49. minutě se v části vzorku bez vláken objevila prasklina, v 64.minutě došlo k destrukci vzorku a vzniku oválného otvor o rozměrech cca 250 mm x 200 mm, došlo k porušení kritéria celistvosti. Zkouška byla ukončena, otvor se dále zvětšoval. Stav vzorku B.2 po zkoušce ukazuje obr. 4. Obr. 5 Pohled na neohřívanou stranu vzorku v 91. min - čas ukončení zkoušky Obr. 4 Stav vzorku B.2 v 70 minutě zkoušky Obr. 6 Pohled na ohřívanou stranu po ukončení zkoušky 401

163 Zkouška vzorku A.1 - teplotní křivka uhlovodíková, vzorek bez zatížení, ½ vzorku s vlákny, ½ bez vláken, část vzorku bez vláken byla chráněna předsazenými panely o tloušťce 55 mm, s dutinou mezi ostěním a panelem o velikosti 50 mm. Vzhledem k výsledkům zkoušek vzorku B.2, dalším zjišťováním, hodnocením a předchozím zkušenostem, dospěl řešitelský tým k návrhu ověřit chování ostění tunelu chráněného předsazenými obkladovými panely. Každý panel byl kotven k ostění pomocí 6ti ocelových kotev M12, které byly chráněny proti účinkům požáru. Rozměry vzorku a rozmístění TC bylo shodné jako u předchozích vzorků. Zkouška byla provedena Naměřená vlhkost betonu bez vláken byla před zkouškou 4,20 %, betonu s vlákny 4,23 %. Od 3. min byl pozorován začátek odprýskávání částí betonu, které ustalo ve 12. min. Ve 28. min se opět ozvalo odprýskávání částí betonu. Ve 120. min ustaly veškeré slyšitelné zvuky ozývající se ze vzorku vč. odprýskávání; ve 148. min nejsou na vzorku viditelné žádné mechanické změny ani nejsou slyšet žádné zvuky; ve 182. min byla zkouška ukončena. Ve 3. min. začíná odprýskávání částí betonu s vlákny z ohřívaného povrchu vzorku. Ve 13. min. ustaly veškeré slyšitelné zvuky ozývající se ze vzorku vč. odprýskávání. Kromě vytékání vody z určitých míst vzorků nebyly až do 181. min. pozorovatelné žádné mechanické změny. Zkouška byla ukončena. Obr min - pohled na neohřívanou stranu - čas ukončení zkoušky Obr min - pohled na neohřívanou stranu - čas ukončení zkoušky Obr. 10 Pohled na ohřívanou stranu po zkoušce Příklad průběhu teplot uvnitř vzorku v jednotlivých vrstvách / tloušťkách ukazuje obr. 11. TEPLOTY UVNIT VZORKU A2 s vlákny (vrstvy 1 4) Obr. 8 Pohled na ohřívanou stranu po zkoušce Zkouška vzorku A.2 - teplotní křivka uhlovodíková, vzorek se zatížením 800 kn/m, ½ vzorku s vlákny, ½ bez vláken, část vzorku bez vláken byla chráněna předsazeným panelem tloušťky 55 mm, s dutinou 50 mm. Rozměry vzorku a rozmístění TC bylo shodné jako u předchozích vzorků. Zkouška byla provedena Hmotnostní vlhkost naměřená před zkouškou byla 4,1 % u betonu bez vláken a 4,0 % u betonu s vlákny as (min) Obr. 11 Příklad průběhu teplot uvnitř vzorku teplota ( C) 402

164 Dosažené požární odolnosti Kritérium Vzorek A1 Vzorek A2 Vzorek B1 Vzorek B2 Křivka teplotního namáhání uhlovodíková uhlovodíková normová EUREKA Nosnost R Mezní svislé smrštění 181 min, bez porušení 90 min, bez porušení Nehodnoceno, Nehodnoceno, Mezní rychlost svislého nezatížený vzorek 181 min, bez porušení 90 min, bez porušení nezatížený vzorek smrštění Celistvost E Bavlněný polštářek 181 min, bez porušení 181 min, bez porušení 90 min, bez porušení 63 min Průchod měrky spár 181 min, bez porušení 181 min, bez porušení 90 min, bez porušení 63 min Trvalé plamenné hoření 181 min, bez porušení 181 min, bez porušení 90 min, bez porušení 63 min Izolace I Průměrná teplota 181 min, bez porušení 181 min, bez porušení 90 min, bez porušení 63 min, (bez dosažení*) Maximální teplota 181 min, bez porušení 181 min, bez porušení 90 min, bez porušení 63 min (bez dosažení *) *) Kritérium "izolace" se automaticky pokládá za porušené, poruší-li se kritérium "celistvosti" (viz ČSN EN Zkoušení požární odolnosti - Část 1: Základní požadavky, čl ). Závěr Přestože řešení projektu nebylo dosud ukončeno, výsledky dosud provedených experimentů a výsledky zkoušek přinesly cenné poznatky o chování LC v podmínkách požáru. Dále se řeší a vyhodnocují vlivy jednotlivých faktorů jako je vlhkost, zatížení, velikost vzorku apod. na požární odolnost. Zjištěné skutečnosti také napomohou k názoru o možnostech využívání simulačních a výpočtových programů pro odhady požární odolnosti konstrukcí z LC a míry spolehlivosti těchto výpočtů. [10] Bradáč, J.: Protokol o zkoušce požární odolnosti č. Pr n, ze dne , vydal PAVUS, a.s., Požární zkušebna Veselí n. Lužnicí. [11] ČSN EN Zkoušení požární odolnosti - Část 1: Základní požadavky. [12] ČSN EN Zkoušení požární odolnosti nenosných prvků - Část 1: Stěny. [13] ČSN EN Zkoušení požární odolnosti nosných prvků - Část 1: Stěny. Dedikace Experimentální program i článek vznikly za podpory grantového projektu TAČR TA s názvem Požárně odolné konstrukce pro tunelové stavby s využitím lehkého kameniva Liapor. Použitá literatura [1] ČSN EN :2006 Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí - Část 1-2: Navrhování konstrukcí na účinky požáru. [2] ČSN :2013 Projektování tunelů pozemních komunikací. [3] ČSN :2002 Železniční tunely. [4] Bradáčová, I.; Kučera, P.: Concrete Structures Restoration from the Fire Safety Point of View. Advanced Materials Research Vol. 688 (2013) pp (2013) Trans Tech Publications, Switzerland, doi: / AMR [5] Závěrečná zpráva hodnocení požární odolnosti betonového ostění tunelu. Praha, září Objednatel Skanska BS a.s., Praha, ČR. [6] Šimůnek, I.; Rydval, M.: Hodnocení vlivu extrémně vysokých teplot na vlastnosti stavebních materiálů, příspěvek na konferenci Požární ochrana 2015, VŠB - Technická univerzita Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, SPBI Ostrava [7] Bradáč, J.: Protokol o zkoušce požární odolnosti č. Pr n, ze dne , vydal PAVUS, a.s., Požární zkušebna Veselí n. Lužnicí. [8] Bradáč, J.: Protokol o zkoušce požární odolnosti č. Pr n, ze dne , vydal PAVUS, a.s., Požární zkušebna Veselí n. Lužnicí. [9] Bradáč, J.: Protokol o zkoušce požární odolnosti č. Pr n, ze dne , vydal PAVUS, a.s., Požární zkušebna Veselí n. Lužnicí. 403

165 Experimental Study on Increasing Retention Time of Inert Gases by Changing the Composition of Mixture Dr. Waldemar Wnek Dr. Rafal Porowski Dr. Przemyslaw Kubica The Main School of Fire Service ul. Slowackiego 52/54, Warszawa, Poland Abstract Gas extinguishing effectiveness depends on retention time - maintaining a fire-extinguishing gas concentration for the required time, at required hight. Too early increase in oxygen concentration can cause a recurrence of fire and destruction of protected property. Distribution of oxygen concentrations depends on the density of the extinguishing gas. We presented some experimental results of selected retention time of inert gases by changing the composision of the mixture. It has been found that the use of the extinguishing gas density close to the density of the air to promote the uniform distribution concentrations. Introduction Fire extinguishing technology using inert gases is well known and wide used around the world to protect high valuable property and sensitive for other extinguishing agents. Extinguishing technology by gases is done by fixed extinguishing systems. Such systems are connected to building construction and equipped with proper amount of inert gases in containers, pipelines and nozzles to discharge gas into the protected area. Activation of gaseous fixed extinguishing systems is provided automatically directly after fire detection. Discharged inert gas can be effective if it is provided that the proper concentration of the gas is maintained inside the protected area by the time defined as retention time. Due to the difference of density between inert gas and surrounding area, after discharging process it can be noticed that the extinguishing gas is flowing out and the air is flowing in at various velocity. Such velocity depends on leaks inside the compartment, density of inert gas and the movement of other gases inside protected area. parts of protected compartment. In the upper parts of compartment the air is flowing inside. In case of inert gases lighter than air, e.g. nitrogen, the flow direction is opposite. The mechanism responsible for outflow of gases is difference of hydrostatic pressures of the mixture of inert gas inside the protected area and surrounding air. Three layers are created as following: layer of extinguishing gas at lower part of protected area, transition layer and layer of surrounding air at upper part of protected area. Fig. 1 shows such layers in the experimental set-up during this study. Transition layer mainly depends on difussion process, turbulence caused by kinetic energy of gas paticles after the discharge and convective air movement. Model of mixing during retention requires the unique and complex distribution of inert gas in whole protected area. The air flowing into the protected area dillutes the mixture and decreases the concentration. This model is used for compartments equipped with ventilaion systems making the air movement, as shown on Fig. 2. Fig. 2 Schematic model pf mixing during retention c(t) - concentration of extinguishing gas; d(t) density of the gas-air mixture Experimental set-up Our experimental set-up consisted of single experimental chamber of 0,6 x 0,6 x 2 m equipped with fixed extinguishing system, concentration probes, inert gas container and data acquisition system. Fig. 3 shows the experimental set-up. Fig. 1 Schematic model of no mixing during retention There are two fundamental models of inert gas behaviour after discharge from the nozzle, which are no mixing during retention as well as mixing during retention. The first one is about gas heavier than air is falling down and flowing out through the leaks in the lower Fig. 3 Experimental set-up of inert gas discharge and measurement of the composition of mixture The aim of this study was to look into increasing retention time of inert gases by changing the composition of the mixture. Tab. 1 gives more details on various inert gases used in our experimental study. 404