Požadavky požárně bezpečnostního řešení staveb bioplynových stanic Ing. Petr Junga, Ph.D., Ing. Petr Trávníček, Ph.D. Mendelova univerzita v Brně, Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky, Zemědělská 1, 613 00 Brno, tel.: +420 545 132 374, e-mail: petr.junga@mendelu.cz Abstrakt Cílem příspěvku je analyzovat současný stav v oblasti právních a normativních požadavků, týkajících se požárně bezpečnostního řešení staveb bioplynových stanic. V rámci výsledků jsou prezentovány vybrané klíčové části celkového požárně bezpečnostního řešení konkrétní bioplynové stanice. Skutečnosti zjištěné při posouzení konkrétní řešené bioplynové stanice jsou interpretovány a odůvodněny. V závěru jsou shrnuta zjištěná fakta. Klíčová slova: požární prevence, požárně bezpečnostní řešení, stavba, bioplynová stanice Úvod Požární bezpečnost staveb lze definovat jako schopnost stavby maximálně omezit riziko případného vzniku a šíření požáru a v případě požáru zabránit ztrátám na životech a zdraví lidí, zvířat a majetku. Požární bezpečnosti staveb je dosahováno především jejich vhodným urbanistickým, dispozičním, konstrukčním a materiálovým řešením, požárně bezpečnostními opatřeními a požárními technickými zařízeními (např. automatická signalizace, stabilní hasicí zařízení apod.). Požární bezpečnost staveb je kodifikována soustavou technických norem ČSN 73 08xx Požární bezpečnost staveb. Mezi základní požárně bezpečnostní požadavky na stavební objekty patří zajištění bezpečné evakuace osob a zvířat z hořícího nebo požárem ohroženého objektu na volné prostranství nebo do požárem neohroženého prostoru. Dále se sem patří bránění vzniku a šíření požáru mezi jednotlivými požárními úseky uvnitř objektu a šíření požáru mimo stavbu (na sousední objekty). Důležitým požadavkem je i zajištění účinného a bezpečného zásahu požárních jednotek. Pro splnění požadavků požární bezpečnosti je nutné provést požárně bezpečnostní řešení stavby, které zahrnuje především rozdělení stavby do požárních úseků, stanovení požárního a ekonomického rizika, stanovení požárně bezpečnostních opatření a stupně požární bezpečnosti, posouzení požární odolnosti konstrukcí a druhu konstrukcí podle stanoveného rizika, stanovení počtu evakuovaných osob a řešení únikových cest, stanovení odstupových vzdáleností, vymezení příjezdových cest, nástupových ploch, zásahových cest uvnitř objektu a technického vybavení pro protipožární zásah. Zemědělské stavby jsou účelovými stavbami pro plnění specifických funkcí. Z hlediska typologického rozlišujeme stavby pro živočišnou výrobu, stavby pro rostlinnou výrobu (agrotechniku) a stavby pro zemědělské služby a techniku. Tyto stavby jsou obvykle seskupeny dle zaměření produkce do souborů staveb, které mohou být buďto jednoúčelové (nejčastěji) nebo víceúčelové. Urbanistické řešení souborů zemědělských staveb musí být takové, aby zamezovalo šíření požáru mezi jednotlivými objekty a jejich částmi. Rovněž musí být zajištěny podmínky pro evakuaci osob a zvířat a účinný protipožární zásah. Zemědělské soubory a objekty jsou členěny na jednotlivé požární úseky, které jsou od sebe odděleny
dostatečnými požárními odstupy (v případě objektů) a požárně dělícími konstrukcemi. Mezi samostatné požární úseky zemědělských staveb bývají vyčleňovány administrativní a hygienické objekty a zařízení; stáje (u vícepodlažních objektů každé jejich podlaží); senážní haly a věže; sklady sena a slámy (samostatné objekty i půdní sklady nad stájemi); míchárny krmiv; sklady obilí a jadrných krmiv; sklady ovoce, okopanin a zeleniny; linky posklizňové úpravy plodin; sušárny plodin; kolny a přístřešky pro stroje; kotelny; bioplynové stanice; sklady paliv a pohonných hmot; místnosti se stabilními teplovzdušnými agregáty; elektrorozvodny, náhradní zdroje elektrické energie a transformační stanice. Z hlediska požární bezpečnosti jsou nejrizikovějšími tzv. Bioplynové stanice (BPS), tj. technologické stavby pro bioplynové transformace. Jedná stavby, určené pro produkci bioplynu a jeho následné využití při kombinované výrobě tepla a elektrické energie. Účelem zařízení je především dodávka vyrobené elektrické energie do veřejné rozvodné sítě a využití produkovaného tepla v rámci provozu (vytápění objektů a sušení plodin) přímo v zemědělském areálu[1], [2]. Velikost požárních úseků vyplývá z výpočtového požárního zatížení úseku, hořlavosti požárně dělicích a nosných konstrukcí, požární výšky a počtu podlaží. Posouzení požární odolnosti stavebních konstrukcí se provádí dle metodiky stanovené soustavou tzv. Eurokódů, tj. ČSN EN 1990 až ČSN EN 1999. Odstupy jednotlivých požárních úseků jsou stanovovány podle výpočtu jejich požárního zatížení, v závislosti na délce a výšce obvodové stěny úseku a procentu požárně otevřených ploch (tj. otvorů)[1]. Materiál a metodika V České republice není v současnosti platný zvláštní právní předpis pro specifické posuzování požární bezpečnosti staveb BPS. Při posuzování je nutné vycházet z ČSN 73 0804 Výrobní objekty [3] a BPS hodnotit jako jeden výrobní komplex. Rovněž je nutné zohlednit stanovisko společnosti GAS pro výkon společných činností v plynárenství. Jedná se především o soulad s požadavky vyhlášky č. 21/1979 Sb. ve znění vyhlášky č. 395/2003 Sb. kterou se určují vyhrazená plynová zařízení [4] a dále pak zohlednění požadavků ČSN 75 6415 Plynové hospodářství čistíren odpadních vod [5] a ČSN 65 0201 Hořlavé kapaliny Prostory pro výrobu, skladování a manipulaci [6] a TPG G 205 01 Zařízení pro skladování plynů v plynné fázi [7]. Uvedené předpisy je nutné zohlednit i přesto, že v nich posuzovaný typ výrobního zařízení BPS není konkrétně řešen. Pro účel odborného článku byla vybrána konkrétní případová studie bioplynové stanice. Zastavovací situace řešené bioplynové stanice je prezentován na Obr. 1. Analyzovaná bioplynová stanice tvoří provozní soubor objektů a sestává se ze dvou primárních fermentačních nádrží, jedné sekundární fermentační nádrže, jímky na tekuté odpady (tj. na kejdu), nadzemních silážních žlabů, koncové skladovací jímky na digestát, zařízení pro úpravu a skladování bioplynu, strojovny s jednou kogenerační jednotkou, velínu s rozvodnou a trafostanice. V rámci technologického zařízení BPS je použita technologie NatUrgas dodávaná společností ENSERV. Maximální elektrický výkon řešené BPS je 999 kw a maximální tepelný výkon BPS je 883 kw. V návaznosti na BPS je umístěna nová kiosková transformační stanice DOFA 1.1 A (1 x 1250 kva), napojená na veřejnou distribuční síť 22 kv. Areál je vybaven stávajícím vedením vodovodu, které bylo prodlouženo k BPS a osazeno požárními hydranty pro případ možného využití jako zdroje požární vody. BPS je realizována v rámci zemědělského areálu v místě uvolněném po demolici starých, nevyužívaných zemědělských objektů. V návaznosti na BPS se nachází stávající objekty živočišné výroby a skladů. Z hlediska přístupnosti jsou kolem BPS vytvořeny nové zpevněné účelové komunikace a manipulační plochy, s napojením na stávající dopravní řešení areálu.
Obr. 1: Zastavovací situace bioplynové stanice Výsledky a diskuze S výjimkou silážních žlabů, jímky na tekuté odpady, koncového skladu digestátu a trafostanice jsou všechny ostatní části BPS integrovány do jednoho kompaktního objektu. Tento objekt je dvoupodlažní, s částečným zapuštěním do terénu, s délkou 42,75 m a 31,05m. Svislé i vodorovné nosné konstrukce jsou železobetonové, s výjimkou zastřešení zařízení pro úpravu a skladování bioplynu, které je z lehké, rámové, ocelové nosné konstrukce. Přízemní část integrovaného objektu je opatřena kontaktním fasádním sytémem ETICS s izolantem z EPS tř.100f tl. 100 mm. Tepelná izolace musí být uzavřena stěrkovou omítkou a je tedy bez negativního vlivu na požární odstupové vzdálenosti. V souladu s čl. 3.1.3. a 4. ČSN 73 0810 [8], musí povrchová vrstva vykazovat index šíření plamene i s = 0,00 mm/min, ETICS systém musí být prokazatelně třídy reakce na oheň B a pro založení spodního povrchu systému musí být použito materiálů s třídou reakce na oheň A1 nebo A2, tedy kovové lišty min. tl. 0,8 mm. Při splnění všech těchto podmínek lze tento ETICS systém považovat za nehořlavý DP1. Řešená bioplynová stanice je rozdělena do samostatných požárních úseků (SPÚ), které jsou dále posouzeny dle požadavků normy. Jedná se o SPÚ č. 1 - P1.01/N1 I., zahrnující 1 PP a 1 NP s téměř všemi částmi BPS (s výjimkou velína a strojovny s kogenerační jednotkou). Byla stanovena ekvivalentní doba požáru τ e 23,44 min, výroba zatříděna do skupiny 7, konstrukce vyhodnoceny jako nehořlavé DP1, stanoven I. stupeň požární bezpečnosti. Dalším je SPÚ č. 2 N1.01 II, zahrnující velín. Byla stanovena ekvivalentní doba požáru τ e 48,93 min, výroba zatříděna do skupiny 5, konstrukce vyhodnoceny jako nehořlavé DP1, stanoven II. stupeň požární bezpečnosti. Dále SPÚ č. 3 N1.02 I, zahrnující strojovnu s kogenerační jednotkou. Tento požární úsek hodnocen dle ČSN 73 0873 [9], jako plynová kotelna II. kategorie s tepelným výkonem 1177 kw a dle ČSN 65 0201 [6], jako provozovna s hořlavými
kapalinami. Byla stanovena ekvivalentní doba požáru τ e 32,13 min, výroba zatříděna do skupiny 5, konstrukce vyhodnoceny jako nehořlavé DP1, stanoven I. stupeň požární bezpečnosti. Rozdělení BPS do požárních úseků je prezentováno na Obr. 2. Obr. 2: Půdorys BPS s rozdělením do požárních úseků Všechny konstrukce BPS byly posouzeny z hlediska požární odolnosti. U SPÚ č. 1 s I. stupněm požární bezpečnosti, v skupině výrob 7, musí požární odolnost všech požárně dělicích konstrukcí, svislých i vodorovných nosných konstrukcí, činit minimálně REI 30 DP1, a to jak v úrovni 1. PP, tak i v úrovni 1. NP. Nosná konstrukce střechy a střešní plášť nemusí v tomto případě vykazovat žádnou požární odolnost, ani nevytváří žádný požárně nebezpečný prostor. U SPÚ č. 2 s II. stupněm požární bezpečnosti, v skupině výrob 5, musí požární odolnost všech požárně dělicích konstrukcí, svislých i vodorovných nosných konstrukcí, činit minimálně REI 30 DP1. Nosná konstrukce střechy je tvořena železobetonovým požárním stropem a střešní plášť plechovou krytinou, což znamená, že nevytváří žádný požárně nebezpečný prostor. Dle ČSN 73 0818 [10], se v celém hodnoceném objektu BPS může vyskytovat max. 6 osob, které mohou využít dvou schodišť, a to ocelové schodiště z místnosti technologie čerpání a míchání a venkovní ocelové schodiště, navazující na venkovní ocelovou rampu. Schodiště v místnosti technologie čerpání a míchání se nachází v prostoru požárního úseku č. 1 v I. stupni požární bezpečnosti. Dle ČSN 73 0804 [3], tab. 10, pol. 10, není třeba posuzovat jeho požární odolnost. Venkovní ocelové schodiště na rampu slouží pro méně než 10 osob, a proto dle ČSN 73 0804 [3], čl. 9.10, není nutno posuzovat jeho požární odolnost. Požární pásy jsou v případě posuzované BPS vyžadovány pouze na hranici požárních úseků místnosti strojovny a kogenerace, který je dle ČSN 65 0201 [6], posuzován jako provozovna s hořlavými kapalinami. Dále jsou vyžadovány rovněž v ostatních požárních úsecích prostoru kogenerace. Pro skupinu výrob 7 musí mít požární pásy šířku min. 2000 mm a požární
odolnost minimálně EI 30 DP1, což železobetonové stěny splňují. Fasádní ETICS systém musí být v místech požárních pásů proveden z minerální izolace. Je nutno provést posouzení odstupových vzdáleností od jednotlivých průčelí či jejich částí. Na základě výsledků lze konstatovat, že nepřekračují hranici 6,49 m. Střešní plášť nevytváří požárně nebezpečný prostor, stejně tak není nutno stanovovat odstup s ohledem na možnost přenosu požáru padajícími hořícími konstrukcemi. Koncový sklad digestátu a jímka tekutých odpadů jsou považovány za prostory bez požárního rizika (podle závazných údajů od dodavatele technologie se zde nachází nehořlavá kapalina, ze které se již nevyvíjí žádná nebezpečná či hořlavá plynná složka) a žádný požárně nebezpečný prostor tedy nevytvářejí. Pro stanovení odstupů od celého stavebního a technologického souboru bioplynové stanice (s výjimkou koncového skladu a jímky tekutých odpadů, které jsou považovány za prostory bez požárního rizika) byla použita metodika z TPG 205 01 [7]. Tento předpis ve svém čl. 4.7.2.4 stanoví pro jímání plynu tzv. bezpečnostní okruh v rozsahu 6,5 m od půdorysného průmětu všech částí technologického zařízení. Podle stejného článku TPG 205 01 [7], je pak tento bezpečnostní okruh totožný s požárně nebezpečným prostorem ve smyslu ČSN 73 0804 [3]. Téměř shodný bezpečnostní okruh (6,0 m) vyžaduje pro celou technologii BPS i čl. 13.4 ČSN 75 6415 Plynové hospodářství čistíren odpadních vod [5]. Tato norma stanovuje rovněž i minimální vzdálenost hořáku zbytkového plynu (tzv. fléry), a to v rozsahu minimálně 15 m od všech okolních nadzemních objektů. Hořák přebytečného plynu je v tomto případě umístěn na železobetonové stropní konstrukci nad velínem a je považován za součást technologie. Za předpokladu instalace zařízení jištění proti zapálení hořáku v případě signalizace úniku plynu není požadavek na vzdálenost 15 m od nadzemních objektů vzhledem k objektu vlastní bioplynové stanici uplatněn. Patnáctimetrová vzdálenost mezi flérou a všemi ostatními nadzemními objekty však musí být bezpodmínečně dodržena. Část výpočtu odstupových vzdáleností je prezentována v Tab. 1. Tab. 1: Část výpočtu odstupových vzdáleností Varianta stavební objekt hustotou tep. toku Odstup 1. odstup - 1.PP - dveře 250 x 230 cm 2. odstup - 1.PP - otvor 120 x 220 cm 3. odstup - 1.NP - stěna prostoru navážení 1 4. odstup - 1.PP - stěna prostoru navážení 2 5. odstup - 1.NP - odsiř. zařízení - podélná stěna 6. odstup - 1.NP - odsiř.- zařízení - příčná stěna 7. odstup - 1.NP - okno 110 x 150 cm 8. odstup - 1.NP - dveře 120 x 230 cm Výška Délka Otevř. plocha [m2] % otev. ploch [%] Doba p. τe Pr.in. t.toku [kw/m2] Odst. d 2,30 2,50 5,75 100,00 23,44 76,57 2,38 2,20 1,20 2,64 100,00 23,44 76,57 1,57 4,00 13,70 43,60 100,00 23,44 76,57 6,09 4,00 5,90 23,60 100,00 15,00 59,37 3,99 3,50 22,00 77,35 100,00 20,00 70,07 6,49 3,50 15,00 52,50 100,00 20,00 70,07 5,64 1,50 1,10 1,65 100,00 23,44 76,57 1,26 2,30 1,20 2,76 100,00 23,44 76,57 1,60 Odst. ds Z hlediska únikových cest a evakuace je možno konstatovat, že ze všech požárních úseků BPS či jednotlivých místností těchto úseků k dispozici vždy jedna nechráněná úniková cesta vedoucí na volné prostranství. Použití pouze jedné nechráněné únikové cesty je v souladu s požadavky ČSN 73 0804 [3]. V souladu s ustanovením čl. 10.16.6 této normy, musí být všechny dveře z místností či z požárních úseků se skupinou provozů 5 až 7 otevírány ve směru úniku a to bez ohledu na to, zda u nich úniková cesta začíná nebo končí. Všechny dveře nacházející se na průběhu únikových cest musí svým provedením splňovat požadavky čl.
5.5.9 ČSN 73 0810 [8], což znamená, že ve směru úniku musí mít kování umožňující v případě úniku jejich ruční či samočinné otevření (bez použití klíčů a jakýchkoliv nástrojů) i když jsou dveře běžně zamčené či jinak zajištěné (např. proti vloupání). Jedná se o tzv. panikovou kliku, která musí vyhovovat požadavkům ČSN EN 179 [11], která bude osazena na dveřích z místnosti technologie čerpání a míchání, ze strojovny kogenerace a z velína. Na základě požadavku čl. 13.8 ČSN 75 6415 [5], musí být dveře ze strojovny do venkovního prostoru nehořlavé a otevíravé ve směru úniku. Tyto dveře musí být opatřeny nápisy s označením strojovny a zákazem vstupu nepovolaným osobám a bezpečnostními značkami č. NB.1.42 s nápisem "Zákaz kouření a přístupu s otevřeným plamenem" a č. NB.3.04 s nápisem "Nebezpečí výbuchu hořlavých plynů a par". Posouzení únikových cest je prezentováno v Tab. 2. Tab. 2: Posouzení únikových cest Varianta nechráněná (navážení) nechráněná (čerpadla) Cesta 1. úniková cesta 1. úniková cesta Počet osob Úsek Typ úniku Skut. délka Skut. šířka tu vyp. tu max. te Min šířka Vyh. [A/N] 2/0/0 1. úsek nah. 35 15,00 1,10 0,76 1,50 1,02 0,55 ano 2/0/0 1. úsek nah. 35 12,00 0,80 0,72 0,75 1,02 0,80 ano Z hlediska zařízení pro protipožární zásah byla stanovena potřeba požární vody dle ČSN 73 0873 [9]. Dle článků 1, 2 a následujících v této normě, vyplívají požadavky na vodovodní řad min. DN 100, minimální hydrostatický zásobovací přetlak 0,2 MPa, vzdálenost hydrantu do 150 m od BPS, vzdálenost hydrantů mezi sebou min. 300 m, průtok Q= 6 l/s. Dle ČSN 73 0875 [12], není u této stavby povinnost zřízení elektrické požární signalizace (EPS). Pro jednotlivé úseky byly dle ČSN 73 8004 čl 13.9 a přílohy 4. vyhlášky č. 23/2008 Sb. [13], stanoveny potřebné počty přenosných hasících prostředků (PHP). Výpočet PHP pro SPÚ č. 3 N1.02 I. Strojovna s kogenerací, je prezentován v Tab. 3. Tab. 3: PHP dle požadavků vyhl. č. 23/2008 Sb. pro SPÚ č. 3 N1.02 I. Počet Typ Počet hasících jednotek Hasící schopnost 3 PG6 6 21A,113B Závěr Cílem práce bylo zdůraznit specifika požárně bezpečnostního řešení bioplynových stanic, a to z hlediska existence a uplatňování zákonných a normativních podkladů. V experimentální kapitole byly prezentovány vybrané části požárně bezpečnostního řešení BPS. Z hlediska zjištěných výsledků lze konstatovat, že v rámci legislativního rámce požárně bezpečnostního posuzování staveb, neexistuje předpis, který by byl specifický pro stavbu tohoto typu. Při posuzování je nutné postupovat dle normativů platných pro podobné typy staveb a některé metodické postupy musí být při posuzování modifikovány. Při vlastním požárním posouzení konkrétní bioplynové stanice bylo zjištěno, že nejrizikovějšími se jeví prostory strojovny s kogenerací, zařízení pro úpravu a skladování bioplynu a velín. Konkrétní posuzovaný provozní soubor je z hlediska stavebně konstrukčního, i z hlediska strojní technologie koncipován tak, že vyhovuje zákonným i normativním požadavkům požární bezpečnosti a v dané lokalitě mohl být umístěn bez zvláštních opatření. Důležitým se jeví především existence areálového vodovodního řadu, jako zdroje požární vody i vhodné situování celé BPS vzhledem k ostatním objektům.
Použitá literatura [1] LIBRA, J., (2005): Stavby pro odpadové hospodářství. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 15 17. ISBN 80-7157-861-4. [2] HUČKO, M. a kol., (1987): Zemědělské stavby. SNTL Nakladatelství technické literatury, 91 101. ISBN 04-715-87. [3] ČSN 73 0804:2010 Požární bezpečnost staveb Výrobní objekty. [4] Vyhláška č. 21/1979 Sb. Českého úřadu bezpečnosti práce a Českého báňského úřadu kterou se určují vyhrazená plynová zařízení a stanoví některé podmínky k zajištění jejich bezpečnosti, ve znění vyhlášky č. 395/2003 Sb. [5] ČSN 75 6415:2001 Plynové hospodářství čistíren odpadních vod. [6] ČSN 65 0201:2003 Hořlavé kapaliny Prostory pro výrobu, skladování a manipulaci. [7] TPG G 205 01 Zařízení pro skladování plynů v plynné fázi. [8] ČSN 73 0810:2009 Požární bezpečnost staveb Společná ustanovení. [9] ČSN 73 0873:2003 Požární bezpečnost staveb Zásobování požární vodou. [10] ČSN 73 0818:1997 Požární bezpečnost staveb Obsazení objektů osobami. [11] ČSN EN 179:2008 Stavební kování - Nouzové dveřní uzávěry ovládané klikou nebo zařízením s tlačnou plochou pro používání na únikových cestách - Požadavky a zkušební metody. [12] ČSN 73 0875:2011 Požární bezpečnost staveb - Stanovení podmínek pro navrhování elektrické požární signalizace v rámci požárně bezpečnostního řešení. [13] Vyhláška č. 23/2008 Sb. o technických podmínkách požární ochrany staveb, ve znění vyhlášky č. 268/2011 Sb.