Požár penzionu na Vysočině
s 6
Cvičný zásah při požáru v seniorcentru
s 8
Výcvik v polygonu ve Zbirohu
s 10
Elektromobily, jejich přínosy a rizika – 1. část
s 12
Exploze sprinklerového potrubí
s 16
Informační systém civilního nouzového plánování
s 20
Požadavky HZS ČR na prostředky státních hmotných rezerv
s 23
Cíle Evropské unie v oblasti odolnosti vůči katastrofám aneb jak společně zvládat budoucí mimořádné události
s 26
Příprava nových instruktorů preventivně výchovné činnosti u HZS Olomouckého kraje
s 28
Začal 13. ročník oceňování práce dobrovolných hasičů
s 30
Vítězové aknety Hasič roku 2022
s 32

Zavádění a užívání elektrických vozidel je spojeno s novými riziky požárů a výbuchů. Z tohoto důvodu je nezbytné, aby se uživatelé a zájemci o tato vozidla a v neposlední řadě příslušníci Hasičského záchranného sboru České republiky (HZS ČR) seznámili zejména s typy elektromobilů, jejich hlavními částmi a funkcemi, možnými riziky a jejich vznikem a bezpečnostními opatřeními. Cílem tohoto článku, který je rozdělen na dvě části, je přiblížit čtenářům základní poznatky k této problematice.

Evropská unie (EU) má jeden ze stěžejních cílů. Stát se klimaticky neutrálním kontinentem do roku 2050. Odhaduje se, že stávající automobilová vozidla se spalovacími motory generují přibližně čtvrtinu evropských skleníkových plynů. Uvedený cíl předpokládá, že by ho pomohlo splnit přibližně 30 milionů elektrických vozidel jezdících po silnicích do konce tohoto roku. Za tím účelem byla přijata směrnice evropského parlamentu a rady č. 2014/94/EU [1], která mimo jiné definuje „elektrické vozidlo“, „dobíjecí stanici“ (běžnou a vysoce výkonnou) a „povinnosti členských států k dosažení těchto cílů“. Vláda ČR přijala za tím účelem usnesení č. 941/2015 [2] a usnesení č. 469/2020 [3]. 

Typy elektrických vozidel
Vozidla na elektrický pohon jsou členěna na následující typy: bateriová elektrická vozidla (BEV), hybridní elektrická vozidla (HEV), plug-in hybridní elektrická vozidla (PHEV) a elektrická vozidla s palivovými články (EVPČ) [4]–[9].

Bateriové elektrické vozidlo (BEV)
BEV je elektromobil s čistě elektrickým pohonem a těmito hlavními částmi tohoto vozidla, viz obr. 1 a jejich stručná charakteristika.
Stručná charakteristika hlavních částí:

• elektrický trakční motor: využívá elektrickou energii z trakční baterie k mechanickému pohonu kol přes převodovku. Některé motory mají motorgenerátory umožňující při brzdění převádět kinetickou energii na elektrickou k dobíjení trakční elektrické baterie,
• regulátor elektrického výkonu: reguluje elektrickou energii z trakční baterie do elektromotoru, řídí rychlost a točivý moment elektrického trakčního motoru. Je ovládán nožním pedálem řidiče (ovládání rychlosti vozu a kolísání napětí na vstupu do elektrického motoru),
• DC/DC konvertor (měnič): převádí stejnosměrný proud ze sady trakčních baterií na tento proud s nižším napětím k provozu příslušenství vozidla a dobíjení pomocné baterie,
• systém chlazení: reguluje provozní teploty hlavních součástí (elektrického motoru, regulátoru elektrického výkonu atd.),
• pomocná baterie: je zdrojem pro příslušenství v elektrickém vozidle. Při výpadku sady trakčních baterií napájí elektromotor a při startování motoru pokles napětí,
• palubní nabíječka: používá se k přeměně AC napětí z nabíjecí zásuvky na DC napájení trakční baterie. Komunikuje též s nabíjecím zařízením a během nabíjení baterie sleduje její charakteristiky – napětí, proud, teplotu a stav nabití a reguluje nabíjecí proud,
• převodovka (elektrická): převádí mechanickou energii z elektrického motoru na pohon kol, 
• nabíjecí zásuvka: umožňuje připojení elektrického kabelu z externí nabíječky k nabíjení sady trakčních baterií,
• trakční baterie: ukládá elektřinu k pohonu elektrického trakčního motoru.
  
  Obr. 1 Hlavní části BEV [4]
   

Protože má elektrický pohon, neobsahuje součásti, které jsou typické pro vozidla na kapalná paliva: palivové čerpadlo, palivové potrubí, palivovou nádrž, nevypouští výfukové plyny z výfuku.

Hybridní elektrické vozidlo (HEV)
HEV jsou poháněna jedním nebo několika elektromotory napojenými na sadu trakčních elektrických baterií a spalovacím motorem na automobilový benzín nebo dieselové motorové palivo. Trakční baterie se však nenabíjí z externího elektrického zdroje, ale pouze regeneračním brzděním motorgenerátoru.

HEV sestává ze:

• spalovacího (zážehového) motoru: palivo, obvykle automobilový benzín, z palivové nádrže je vstřikováno do sacího potrubí nebo do spalovací komory motoru, kde se mísí se vzduchem a směs je zapalována jiskrou ze zapalovací svíčky,
• palivové nádrže: tato nádrž, umístěná na palubě vozidla, je plněna např. automobilovým benzínem,
• plnicího uzávěru palivové nádrže: přes tento uzávěr se doplňuje spotřebované palivo plnicí pistolí výdejního stojanu čerpací stanice,
• elektrického generátoru: generuje elektřinu při brzdění z rotujících kol vozidla, a tou zpětně nabíjí trakční baterie. Některá HEV k tomu užívají motorgenerátor, který má obě funkce, pohon a regeneraci,
• palubní nabíječky: viz BEV,
• regulátoru elektrického výkonu: viz BEV,
• DC/DC měniče (konvertoru): viz BEV,
• převodovky: viz BEV,
• systému chlazení: udržuje správný rozsah provozních teplot elektromotoru, výkonové elektroniky atd.,
• výfuku: odvádí výfukové plyny ze spalovacího motoru přes katalyzátor ke snížení koncentrace škodlivých emisí ze spalování motorového paliva.

Obr. 2 Hlavní části EVPČ [7]
Plug–in hybridní elektrické vozidlo (PHEV)
PHEV jsou poháněná spalovacím motorem a elektromotorem, který má na rozdíl od HEV sadu trakčních elektrických baterií nabíjitelnou z vnějšího zdroje elektřiny. Vozidlo běží na elektrický pohon, dokud není baterie téměř vybitá, následně se přepne na spalovací motor.

PHEV sestává ze:

• spalovacího motoru: viz HEV,
• palivové nádrže: viz HEV,
• plnicího uzávěru palivové nádrže: viz HEV,
• elektrického trakčního motoru: viz HEV,
• nabíjecí zásuvky: na palubě vozidla, viz BEV,
• sady trakčních baterií: viz BEV,
• DC/DC měniče (konvertoru): viz BEV,
• palubní nabíječky: viz BEV,
• regulátoru elektrického výkonu: viz BEV a HEV,
• převodovky: viz BEV a HEV,
• systému chlazení: viz BEV,
• výfuku: viz HEV.

Elektrické vozidlo s palivovými články (EVPČ)
EVPČ využívá technologii palivového článku ke generování elektřiny potřebné k pohonu elektromotoru. Baterie je dobíjena brzdovou energií a poskytuje podporu výkonu při krátkých akceleracích (obr. 2).

EVPČ sestává ze:

• elektrického trakčního motoru: pohání kola vozidla pomocí elektřiny generované z palivových článků a sady elektrických trakčních baterií. Je umístěn v přední části vozidla,
• sady palivových článků: sestava membránových elektrod užívajících vodík a kyslík k výrobě elektřiny (přibližně 370 článků). Je umístěna pod podlahou vozidla,
• baterie: VN baterie ukládá elektřinu generovanou regeneračním brzděním elektrického trakčního motoru. Je umístěna za zadními sedadly vozidla,
• DC/DC konvertoru (měniče): viz BEV,
• pomocné baterie: viz BEV,
• palivové tlakové nádrže (na vodík) s tlakem např. 70 MPa (700 bar) umístěné pod a za zadními sedadly vozidla. Tlaková nádoba má bezpečnostní ventil elektronicky řízený (obr. 3),
• plnicího hrdla (plnička): na ni se připojuje pistole z výdejního stojanu k plnění tlakových lahví vodíkem,
• regulátoru elektrického výkonu: řídí průtok elektřiny z palivových článků a trakčních baterií, a tím výkon elektrického trakčního motoru. Je v přední části vozidla pod kapotou,
• systému chlazení: reguluje provozní teploty palivových článků, elektromotoru, výkonové elektroniky atd.,
• převodovky: viz BEV.
  
  Obr. 3 Příklad provedení bezpečnostního ventilu tlakové nádoby (TATOV) a palivové tlakové nádrže na vodík [8]

Baterie elektrických vozidel
Elektrická vozidla mají v současné době Li-ion trakční (hnací) baterie nebo baterie s palivovými články. V následujícím textu je uvedeno vysvětlení základních poznatků týkajících se konstrukce těchto baterií a jejich funkce.

Lithium-iontový článek
Lithium-iontový článek sestává z:

• kladné katody: tu tvoří krystalky kovových 

oxidů, např. oxid lithium kobaltnatý (LiCoO₂), nebo fosforečnan lithium železnatý (LiFePO₄), oxid lithium manganičitý (LiMn₂O₄), oxid lithium nikl, kobalt, hlinitý (LiNiCoAlO₂), případně oxid lithium nikl mangan kobaltnatý (LiNi_xMn_yCO_zO₂). Proudovým kolektorem (sběračem) u této elektrody bývá Al-fólie,

• záporné anody: obvykle z grafitu, grafenu nebo oxidu lithium titaničného (Li₄Ti₅O₁₂). Proudovým kolektorem této elektrody bývá Cu-fólie,
• elektrolytu: roztoku složeného z organických karbonátů (ethylacetát, ethylmethylkarbonát, dimethylkarbonát, příp. diethylkarbonát, ethylenkarbonát, propylénkarbonát) a solí Li, obvykle fluoridu lithium fosforečného (LiPF₆), případně chloristanu lithného (LiClO₄) nebo fluoridu lithium boritého (LiBF₄). Elektrolyt naplňuje meziprostor mezi katodou a anodou,
• separátoru: obvykle je jím mikroporézní, polopropustný polyethylen (PE) nebo polypropylén (PP) s b.t. (125–130) °C či (155–160) °C, mající vyhovující chemickou stabilitu, mechanické vlastnosti a dostupnou cenu. Umožnuje transport Li+ iontů mezi elektrodami při nabíjení a vybíjení článku a slouží i jako pojistka při nadměrném zahřátí,
• přetlakového ventilu v kovové stěně krytu baterie a spínače, který chrání baterii před proudovými rázy a tím proti přehřátí. 

Tab. 1 Charakteristika palivových článků (PČ) podle elektrolytu [12]

Uvnitř článku jsou listům podobné elektrody, anody a katody, svinuty nebo skládány vzájemně se separátorem a elektrolytem buď do tvaru/formátu válcového pouzdra, nebo hranolu či vaku. Li-ion články jsou v trakční baterii elektromobilu propojeny sériově nebo paralelně, aby vytvořily modul s napětím do 60 V. Příslušný počet modulů se dále vzájemně propojuje do formy trakční baterie, aby bylo dosaženo potřebné kapacity: (10–100) kWh, (10–400) kWh nebo (500–4000) kWh.

Důležité je mít povědomí o oxidačně redukčních reakcích, které probíhají při nabíjení a vybíjení Li-iontových baterií. Uveďme příklad:

• redukce probíhající na katodě obsahující oxid kobaltu:  CoO₂ + Li⁺ + e^- → LiCoO₂
• oxidace probíhající na anodě obsahující interkalační sloučeninu grafitu s ionty Li:
• LiC₆ →  C₆ + Li+ + e^-
• oxidačně redukční reakce při vybíjení baterie:
• LiC₆ + CoO₂  → LiCoO₂ + C₆
• oxidačně redukční reakce při nabíjení baterie: zleva doprava při vybíjení a zprava doleva při nabíjení LiC₆ +CoO₂ ↔  C₆ + LiCoO₂ 

Při nabíjení baterie se ionty Li+ pohybují od kladné katody do záporné anody a při vybíjení od anody ke katodě, kde interkalují, tj. vstupují do elektrody a ukládají se v ní. Elektrony se současně pohybují z anody elektrickým obvodem zpět do katody. Při nabíjení vybité baterie je tento pohyb opačný.

Vodíkový palivový článek
Palivový článek je elektrochemický článek převádějící chemickou energii H₂ a O₂ na elektřinu oxidačně redukční reakcí. Palivové články generují elektřinu pouze při souvislém dodávání obou plynů. Palivový článek sestává z:

• záporné elektrody, anody, na které probíhá oxidace přiváděného vodíku, difundujícího na katalyzátor, na H+ a e^-, obvykle z částic Pt nebo Ti nanesených na nosných uhlíkových prášcích s orientací do elektrolytu,
• kladné elektrody, katody, na které probíhá redukce přiváděného kyslíku ze vzduchu a Li+ iontů, difundujících elektrodou na katalyzátor (obvykle Ni) orientovaném do elektrolytu,
• elektrolytu: látka mezi anodou a katodou, která vede ionty z jedné elektrody na druhou, např. koncentrované roztoky hydroxidu draselného (KOH) ve vodě, roztavený uhličitan sodný (Na₂CO₃) nebo draselný (K₂CO₃) (provozní teplota přibližně 650 °C), kyselina fosforečná (H₃PO₄) s provozní teplotou (150–200) °C, 
• tenké prodyšné polymerní membrány (PEM) nebo pevných oxidů (např.  vápníku, CaO nebo zirkonu, ZrO) s provozní teplotou zhruba 800–1000 °C (obr. 4 a tab. 1).

Obr. 4 Funkční schéma PČ s elektrolytem H3PO4 a PEM membránou [11]
 

Pro názornost lze opět uvést příklad oxidačně redukčních reakcí, např.:
v palivových článcích s elektrolytem kyseliny fosforečné:

• oxidační reakce na anodě: 2 H₂(g) → 4 H⁺ + 4 e^-
• redukce na katodě: O₂ (g)+ 4 H⁺ →  2  H₂O
• celková reakce v článku: 2H₂ + O₂ → 2 H₂O

ve vysokoteplotních palivových článcích s elektrolytem pevných oxidů: 

• oxidační reakce na anodě: H₂ + O^₂- →  H₂O + 2 e-
• redukce na katodě: O₂ + 4 e^- → 2 O^2-
• celková reakce v článku: 2H₂ + O₂ →  2 H₂O

v palivových článcích s roztaveným uhličitanem:

• oxidační reakce na anodě: 

          CO₃^2- + H₂ →  H₂O + CO₂ + 2e^-2 

• redukce na katodě: CO₂ + 1/2 O₂  + 2e^- →  CO₃^2-
• celková reakce v článku: H₂ + 1/2 O₂ →  H₂O

Jeden palivový článek v aplikované velikosti generuje napětí 0,6–0,7 V při plném jmenovitém zatížení. Proto jsou jednotlivé palivové články zapojeny do série k docílení velikosti napětí potřebné pro pohon elektromotoru. 

Pokračování článku naleznete v časopisu 112, 8/2023.

Ing. Otto DVOŘÁK, Ph.D., foto archiv autora
 

Literatura    
[1]    SMĚRNICE EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY č. 2014/94/EU ze dne 22. 10. 2014 o zavádění infrastruktury pro alternativní paliva.
[2]    USNESENÍ VLÁDY ČR ze dne 20. 11. 2015 č. 941 o Národním akčním plánu čisté mobility.
[3]    USNESENÍ VLÁDY ČR ze dne 27.4.2020 č. 469 o aktualizaci Národního akčního plánu čisté mobility.
[4]  Electric Vehicles Explained. Windsor Motor Group. 2023. Dostupné také z: https://www.windsor.ie/electric-hybrid/electric-vehicles-  explained/
[5]    What is EV (Electric Vehicle)? TWI Ltl.2023.  Dostupné také z: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-an-ev
[6]    Types of Electric Cars and Working Principles. Omazaki Group. 2023. 
[7]    How Do All-Electric Cars Work? AFDC.2023 Dostupné také z: https://www.afdc.energy.gov/vehicle/how-do-all-electric-cars-work
[8]    RIVARD, E. at all Hydrogen Storage for Mobility. Materials 2019, 12 (12). Dostupné také z: https://doi.org/10.3390/ma12121973.
[9]    Yao Ahoton at all: Electrochemical Cells and Storage Technologies to Increase Renawable Energy  Store in Cold Climatic Conditions-      A critical Assessment. MDPI, 2022. Dostupné také z:  https://www.mdpi.com/1996-1073/15/4/1579
[10]    https://www.iso.org/search.html?q=Electrical%20road%20 vehicles
[11]    Fuel Cell Basic. Dostupné z: https://americanhistory.si.edu/fuelcel.ls/basics.html
[12]    Fire Safety of Lithium – Ion Batteries in Road Vehicles. RISE Report, 2019.
 

V časopisu 112, 4/2019 jsme se věnovali korozi potrubí vodních stabilních hasicích zařízení (SHZ) a dopadům na jejich provozuschopnost. Připomněli jsme škody způsobené zaplavením chráněného prostoru vodou a navýšení provozních nákladů souvisejících s výměnou zkorodovaného potrubí. V souvislosti s explozemi potrubí sprinklerových zařízení, ke kterým došlo v posledních letech, je tato problematika stále aktuální. Co bylo jejich příčinou, které faktory vznik exploze ovlivňují a jaká opatření k ochraně zdraví osob se v zahraničí přijímají, by měl osvětlit tento článek.

Prvním varujícím případem byl požár vodíkové směsi, která unikla z potrubní soustavy sprinklerového zařízení (potrubí mezi ventilovou stanicí a sprinklery) v roce 2014 v Dánsku. Jak se později ukázalo, nešlo o ojedinělý případ. V roce 2020 došlo ke stejnému incidentu při údržbě sprinklerového zařízení v Městském divadle v Helsinkách. V norském Kristiansandu v roce 2022 došlo při vypouštění mokré sprinklerové soustavy ke dvěma explozím vodíkové směsi. Příčinou vytváření vodíku v potrubí je chemická reakce mezi ochrannou zinkovou vrstvou pozinkovaných trubek a kyslíkem. Tento jev, doprovázený nárůstem tlaku vodíku v potrubí, se označuje jako vodíková koroze [2]. Po úplném rozpuštění zinkové ochranné vrstvy pokračuje koroze vlastní ocelové trubky. Tím dochází ke snížení pevnosti trubky, její destrukci a úniku vodíku z potrubí do atmosféry. Pokud se v blízkosti nachází iniciační zdroj, může dojít ke vzplanutí vodíku nebo k jeho explozi a ohrožení zdraví osob. To je důvod, proč se na tuto problematiku související s používáním pozinkovaných trubek ve sprinklerových zařízeních zaměřila pozornost několika renomovaných expertních pracovišť. 

U mokré soustavy (potrubí je zavodněné tlakovou vodou) je zdrojem kyslíku voda, kterou se pod tlakem plní potrubí této soustavy. Kyslík obsahují i vzduchové bubliny nacházející se v potrubí v místech, která nelze úplně odvodnit. V nich se navíc shromažďuje sediment obsahující bakterie, které jsou zdrojem mikrobiologické koroze. K obnově kyslíku v mokré soustavě dochází při každém natlakování po požáru a zejména v rámci oprav a předepsaných kontrol.

U suché soustavy (potrubí je natlakované vzduchem) je kyslík obsažený ve vzduchu z kompresoru, jímž se soustava plní, v kondenzátu a zbytkové vodě, kterou nebylo možné ze soustavy vypustit. Kompresor se spíná při každém úbytku tlaku v potrubí suché soustavy pod stanovenou hodnotu. Tím se do potrubí dostává další kyslík. Z uvedeného je patrné, že vodíková koroze se týká pozinkovaných trubek bez ohledu na to, zda jde o soustavu mokrou, nebo suchou.

K dalším faktorům majícím vliv na vodíkovou korozi patří zejména:
Kyselost a zásaditost vody. Z pohledu vlivu na korozi se za optimální považuje pH 10-11. Při vyšším pH je průběh koroze až pětkrát rychlejší. Při pH vyšším než 10-11 dochází k podráždění kůže. Korozi urychluje rovněž voda s pH 2,5 až 10. Čím je tato hodnota menší, tím je rychlejší průběh biologické degradace. 

Tvrdost vody. Ta závisí na množství minerálů, zejména vápníku a hořčíku. To se odvíjí od geologického složení půdy. Na různých místech ČR je tvrdost vody různá. V Praze má například voda tvrdost až o 50 % vyšší než v Jihočeském kraji. Nejznámějším projevem tvrdé vody je vznik vodního kamene. Koroze zinkové ochranné vrstvy probíhá u tvrdé vody pomaleji než u vody měkké. Podle zkušební laboratoře Factory Mutual (FM) odolává korozi zinková vrstva o tloušťce 50 µm v případě destilované vody zhruba 2 roky, u říční vody 3-5 roků, u pitné vody měkké 5-13 roků a u pitné vody tvrdé 13-25 roků [5]. 

Teplota. Zvýšená teplota náplně potrubí například pod stropem, světlíky nebo nad horkými technologiemi a provozy zvyšuje reakci mezi kyslíkem a zinkem. Ta může být dvakrát rychlejší při zvýšení teploty vody o 10 °C [5].  

Stav náplně. U stojaté vody dochází k důlkové korozi v místech vyššího obsahu kyslíku. Jde o dlouhodobý proces. U proudící vody je pravděpodobnější plošná koroze. S tou se lze setkat jako s důsledkem pravidelných týdenních kontrol sprinklerového zařízení, kdy se do pozinkovaného potrubí mokré soustavy dostává nový kyslík.

Na výzkum reálného stavu sprinklerových zařízení z hlediska tvorby vodíku se v roce 2021 zaměřila německá organizace BVFA e.V. (Bundesverband Technischer Brandschutz). Podrobila zkoumání celkem 130 sprinklerových zařízení, u nichž se provádělo systematické měření koncentrace vodíku v mokrých a suchých potrubních soustavách. Dosavadní výsledky jsou varující. Vyplynulo, že v Německu jde o závažný problém širšího rozsahu, který souvisí s nárůstem používání pozinkovaného potrubí. Bylo zjištěno, že u mokrých soustav jsou koncentrace vodíku až pětkrát vyšší než u soustav suchých. U sprinklerových zařízení s mokrou soustavou a podílem pozinkovaného potrubí 40 % a více byla u zhruba 75 % mokrých soustav zjištěna koncentrace vodíku rovná nebo vyšší než 50 % spodní meze výbušnosti vodíku (4 %). Koncentrace vodíku rovná nebo vyšší, než je spodní mez výbušnosti vodíku, byla naměřena téměř u 65 % mokrých soustav. Nejvyšší koncentrace vodíku byly naměřeny v nejvyšších místech potrubí soustavy.

Poznatky o vodíkové korozi ukazují, že s ohledem na možné ohrožení zdraví osob je potřeba se zaměřit, v případě soustav s pozinkovaným potrubím, především na mokré soustavy, u nichž je vodíková koroze intenzivnější než u soustav suchých. To je zásadní změna oproti minulosti, kdy byla pozornost zaměřena naopak na soustavy suché. Tomu byly a doposud jsou přizpůsobeny i kontroly stavu potrubí, které se podle zkušební laboratoře VdS CEA 4001:2018 musí provádět po 12,5 letech u soustavy suché a po 25 letech u soustavy mokré. Tento přístup vyplýval z poznatků, které byly známé v době formulování návrhových požadavků v tomto dokumentu. (Pozn.: ČSN EN 12845:2018 v informativní příloze K uvádí pouze prohlídku po 25 letech!)

K možnostem, jak předejít ohrožení osob v důsledku vodíkové koroze, patří zejména:

• Omezit používání pozinkovaných trubek.
• Omezit množství kyslíku jeho naředěním dusíkem u mokré soustavy nebo natlakováním suché soustavy dusíkem, případně v ní vytvořit podtlak. (Pozn.: podle FM je u ocelového nepozinkovaného potrubí naplněného vzduchem průběh koroze desetkrát rychlejší než u potrubí naplněného dusíkem [1]).  
• Na kritických místech potrubí instalovat přetlakové a odvodňovací armatury.
• Monitorovat stav potrubí.
• Stanovit podmínky pro zavodňování mokrých soustav a plnění suchých soustav inertním mediem, obvykle dusíkem. 

Zařízení pro plnění suché soustavy dusíkemNa základě dosavadních zjištění reagovala na problematiku vodíkové koroze německá zkušební laboratoř a autorizovaná osoba VdS dvěma poznám­kami uvedenými v technických podmínkách VdS CEA 4001:2021-01. 

Poznámka 1: Národní a mezinárodní zprávy o škodách a výsledky výzkumu ukazují, že se v pozinkovaných trubkách použitých v mokrých soustavách může vytvářet vodík. To by mohlo vést u potrubí zeslabeného korozí k prudkému úniku vodíku nebo k jeho explozi, zejména v průběhu údržby a při rekonstrukčních pracích. Praktický výzkum tohoto problému nebyl ještě ukončen. Všeobecný zákaz používání uvnitř pozinkovaných trubek v mokrých soustavách může být vydán v dohledné době. Před přijetím případného zákazu by se mělo vycházet z relevantních zdrojů informací a případné pochybnosti by měly být projednány s příslušnými orgány.

Poznámka 2: Ocelové pozinkované trubky se nedoporučují pro použití v suchých soustavách z důvodu potenciálního rychlejšího průběhu koroze. 

Z uvedených poznámek vyplývá, že se VdS dosud nerozhodlo zakázat používání pozinkovaných trubek v mokrých sprinklerových soustavách. Druhá poznámka nezmiňuje soustavy s dusíkovou náplní a s podtlakem, což patrně souvisí s tradičně konzervativním přístupem této instituce. Nicméně VdS problematiku vodíkové koroze řeší a reaguje na ni řadou opatření:

• U sprinklerových zařízení s pozinkovanými trubkami v mokré soustavě jednou za týden kontrolovat tlak. Zvýšený tlak může být způsoben vodíkem.
• Osoby provádějící údržbu sprinklerového zařízení musí být seznámeny s možným ohrožením zdraví vyplývajícím z tvorby vodíku v mokré soustavě.
• Pro údržbu pozinkovaného potrubí v mokrých soustavách se musí použít nářadí vhodné pro práci v explozivním prostředí. Zvláštní pozornost se musí věnovat vrtání otvorů pro odvodňovací armatury.
• Provádět kontrolu pH vody použité k plnění soustavy. Za optimální se považuje pH 10. Vyšší hodnoty pH mohou vést k poškození pryžových těsnění. Navíc korozi urychlují.
• K měření koncentrace vodíku použít plynový detektor, kterým lze zjistit dosažení spodní meze výbušnosti.
• Při pracích na potrubní soustavě zajistit adekvátní odvětrání prostoru. Práce mohou být na potrubí zahájeny až po jeho úplném odvodnění, kdy se žádný vodík nemůže uvolnit do atmosféry.
• Během odvodňování potrubní soustavy se musí věnovat pozornost jakémukoli iniciačnímu zdroji, který by způsobil vzplanutí nebo výbuch ucházejícího vodíku. Tuto práci mohou provádět jenom zaškolené osoby montážní firmy schválené VdS.

Zásadní přístup k uvedené problematice za­ujala zkušební laboratoř FM. Ta se systematicky věnuje výzkumu a vývoji sprinklerové ochrany s několikaletým předstihem oproti jiným zkušebním laboratořím. Důvodem je, že jde současně o pojistitele s celosvětovým kreditem, který koncipuje pojistné podmínky na základě analýzy databáze majetkových škod a jejich příčin. FM vydala již v roce 2001 technické podmínky FM 2-1 týkající se prevence a kontrol vnitřní koroze ve sprinklerových zařízeních. V roce 2016 byly tyto technické podmínky doplněny o doporučení nepoužívat pozinkované trubky v mokrých soustavách, zmíněny soustavy s vakuem a uvedeny podmínky pro montáž dusíkových generátorů. Po poslední revizi z roku 2022 byly tyto technické podmínky doplněny o informace týkající se použití dusíkových generátorů v mokrých soustavách sprinklerových zařízení a použití ocelových trubek se zvýšenou odolností vůči korozi.

Potrubí suché soustavy po deseti letech provozu	Únik vody v důsledku důlkové koroze

Z hlediska použití pozinkovaných trubek za­ujalo FM v dokumentu FM 2-1 vydaném v roce 2022 následující stanovisko: 

• U mokrých soustav s dusíkem se nemají používat trubky s vnitřním pozinkováním. Soustava musí být na nejvyšším místě opatřena přetlakovým ventilem. 
• U suchých, předstihových a zaplavovacích soustav bez dusíkové náplně se mají použít trubky s polymerovou ochrannou vrstvou nebo trubky pozinkované. Černé trubky bez protikorozní úpravy lze použít jenom v suché soustavě s podtlakem. Na nejnižším místě soustavy se musí instalovat odvodňovací ventily k odstranění veškeré vody, která by mohla zůstat v suché soustavě po aktivaci sprinklerového zařízení nebo po zkouškách.  Odvodňovací ventily musí být průchodné. Kondenzát je potřeba pravidelně vypouštět, aby se zabránilo jeho kumulaci. 
• Ke spojování potrubí se nemají používat mechanické spojky s válcovanou drážkou. Ty zadržují vodu, kterou nelze při odvodňování soustavy vypustit. 
• Je potřeba pravidelně kontrolovat těsnost potrubí soustavy. 
• Svařované trubky by se měly namontovat tak, že šev trubek bude na spodní straně, avšak minimálně 45° od svislé osy trubky. Pokud se nachází níže (směrem k podlaze), může být místem zvýšené koroze.
• Je potřeba pravidelně vypouštět z potrubí usazeniny a kaly. Ty jsou obvykle  zdrojem mikrobiologické koroze.

Uvedené podmínky včetně podmínek pro použití plastových trubek byly zapracovány do dokumentu FM 8-2:2022, který stanovuje návrh požadavků na projektování a údržbu sprinklerových zařízení. 

Zákaz používání pozinkovaných trubek v mokrých soustavách v žádném případě nezpochybňuje vnější protikorozní ochranu trubek zinkováním. Ta má pro ochranu ocelových konstrukcí a prvků před atmosférickou korozí nesporný přínos a výhody proti jiným způsobům ochrany.

Pokud jde o vnitřní protikorozní ochranu, zavedlo FM v dokumentu FM 2-1 termín „Polymer Enhanced Steel Pipe“. Jde o trubky, které splňují podmínku, že jejich odolnost vůči korozi je minimálně stejná jako u pozinkovaných trubek. Tyto trubky akceptuje FM jako alternativní náhradu za pozinkované trubky nebo podstatně dražší trubky z korozivzdorné oceli. Vyrábějí se pod obchodním označením Fendium v plně automatizovaném závodě ve Wittenbergu. VdS a FM je schválilo včetně technologického postupu výroby. Konstanta C pro výpočet tlakových ztrát podle Hazen-Williamsovy rovnice je u těchto trubek 140. U černých trubek bez vnitřní povrchové ochrany má hodnotu 100 a u pozinkovaných trubek 120 [7]. Vyšší hodnota konstanty C umožňuje navrhovat menší průměry potrubí a velikost čerpadel. Garantovaná životnost těchto trubek je deset let. Předpokládá se jejich použití zejména v suchých, předstihových a zaplavovacích potrubních soustavách sprinklerových zařízení a v nízkotlakých mlhových zařízeních. 

Zadržení vody ve válcované drážce	Zadržení vody v řezané drážce

V souvislosti s problematikou koroze lze připomenout stanovisko Bafsa (British Automatic Fire Sprinkler Association Ltd.): „Kombinace kyslíku a vlhkosti vytváří podmínky pro vznik koroze ocelových trubek. Další environmentální faktory jako přítomnost bakterií, tvrdost vody, použití inhibitorů koroze a rozpuštěný kyslík a oxid uhličitý ovlivňují průběh koroze. Vzájemné působení uvedených faktorů je potřeba posuzovat komplexně. Místo pozinkovaných trubek upravených hloubkovou galvanizací za tepla by se měly použít trubky ocelové černé (bez vnitřní povrchové úpravy). V každém případě by se neměly používat v prostředí s teplotou vyšší než  60 °C. Za dostatečnou protikorozní úpravu nelze považovat vnější nátěry červenou barvou, které slouží jen k identifikaci potrubí?“ [11]. Určitě překvapí, že toto stanovisko vydala Bafsa již v roce 2010.

Závěr
Důsledky koroze se projeví v mokrých soustavách sprinklerových zařízení až po delší době netěsností potrubí doprovázenou únikem vzduchu, vody nebo vodíkové směsi. V krajním případě může dojít k požáru nebo explozi vodíku. Sprinklerové zařízení pak musí být odstaveno na dlouhou dobu z provozu, což vede ke snížení předpokládané úrovně ochrany majetku a pro majitele objektu je spojeno s nečekaným a neúměrným navýšením provozních nákladů. V případě působení vodíkové koroze nelze nezmínit potenciální ohrožení zdraví osob. V této souvislosti je potřeba poukázat na normu ČSN EN 12845:2019, která zatím neřeší problematiku koroze v dostatečné míře. Jako nedostatečné lze uvést zejména požadavky na tloušťku stěny trubky, termíny kontrol stavu potrubí po 25 letech a jejich uvedení v nezávazné informativní příloze, jakož i chybějící podmínky pro použití pozinkovaných trubek a suchých soustav s inertním plynem nebo vakuových soustav. V neposlední řadě vyloučení možnosti používat za stanovených podmínek plastové potrubí. 

Ing. Pavel RYBÁŘ, foto archiv autora

Seznam literatury
[1]    P. Rybář, Koroze sprinklerových zařízení, časopis 112, 4/2019.
[2]    J. Nikola, Galvanised pipes in sprinkler systems internationally the use, Outlook-2,  2022.
[3]    ČSN EN 12845 Stabilní hasicí zařízení-Sprinklerová zařízení-Navrhování. Instalace, údržba.
[4]    VdS CEA 4001 Richtlinien fuer Sprinkleranlagen, Planung, und Einbau. 
[5]    VdS 3891 2021-04 (01) Galvanised Pipework in Sprinkler Systems.
[6]    VdS 2091, Maitenance of oparetional readiness of water extinguishing systems.
[7]    FM Global, Propety Loss Prevention Data Sheets 2-1, Corrosion in Automatic Sprinkler Systems, 2022.
[8]    Finish Safety and Chemicals Agency (Tukes), Hydrogen explosion caused the Helsinki City Theatre Incident 25.01.2021, https:// tukes.fi.
[9]    CH. Gill,Tacling corrosion in active fire protection systems, Outlook-2, 2022.
[10]    B. Tyler, Dispelling Common Myth, Outlook-2, 2022. 
[11]    Information File, Steel tube and fittings for sprinkler systems, Bafsa, 2010, Issue 1 BIF No 8E.
 

Pro potřeby informační podpory v oblasti havarijního a krizového plánování využívá HZS Kraje Vysočina (HZS VYS) informační systém civilního a nouzového plánování (IS CNP). Jde o neveřejnou webovou aplikaci vyvíjenou a spravovanou vlastními silami na oddělení ochrany obyvatelstva a krizového řízení. Systém je naprogramovaný ve skriptovacím jazyce PHP freamworkem Nette a jako databázový systém se využívá MySQL. Uživatelé do IS CNP vstupují přes intranetové stránky HZS VYS.

Úvodní stránka Informačního systému civilního nouzového plánování (IS CNP)

IS CNP je rozdělen do několika modulů s názvy:

• Kontakty,
• Krizové plánování,
• Havarijní plánování,
• Strategické objekty,
• Kalendář událostí,
• Karty obcí,
• Kontroly.

Modul Kontakty tvoří databáze s kontaktními údaji na všechny starosty a místostarosty obcí (jméno, příjmení, mobilní telefon, e-mail), kontaktními údaji na členy krizových štábů (KŠ) kraje i obcí s rozšířenou působností (ORP) a všech bezpečnostních rad. Výstup databáze se využívá v havarijním plánu a krizovém plánu kraje, krizových plánech ORP, kartách obcí a kartách mimořádných událostí (MU). V IS CNP je také možné vyexportovat dokumenty ve formátu MS Excel, starostové podle ORP, KŠ podle ORP, tajemníci bezpečnostních rad, starostové v zóně havarijního plánování (ZHP) Jaderné elektrárny Dukovany. Výstupy využívá krajské operační a informační středisko.

Modul Krizové plánování obsahuje nástroj pro provedení analýzy rizik území kraje a jednotlivých ORP. Jednoduchými formuláři na základě zadaných kritérií vypočítá míru ohrožení daného území jednotlivými nebezpečími. Výstupem je kvantifikace jednotlivých identifikovaných nebezpečí na nepřijatelná, podmínečně přijatelná a přijatelná rizika. Systém provádí výpočet rizik automaticky na základě nastavených vzorců podle dokumentu „Analýza rizik pro úroveň krajů a obcí s rozšířenou působností – Metodický postup ANALÝZA“. Výstupy analýzy rizik se využívají v dalších částech IS CNP, zejména pro tvorbu havarijního plánu a krizového plánu kraje a krizových plánů ORP. Analýzu rizik lze také vygenerovat do souboru MS Excel. Další částí modulu Krizové řízení je tvorba krizového plánu kraje a krizových plánů ORP. Všechny plány se v IS CNP zobrazují jako běžné webové stránky, které je možné pomocí nástrojů uložit v podobě offline webových stránek spustitelných v jakémkoli webovém prohlížeči. Takto uložené verze se mohou předat dalším subjektům. Na in­trane­to­vých stránkách krajského úřadu Kraje Vysočina jsou ke stažení například pro starosty obcí a složky IZS.

Modul Havarijní plánování slouží k tvorbě havarijního plánu kraje a vnějších havarijních plánů. Součástí tohoto modulu je také posouzení rizika vzniku závažné havárie v Kraji Vysočina u objektů s podlimitním množstvím nebezpečné látky vytvořeného na základě Pokynu generálního ředi­tele HZS ČR č. 35/2017 (112, 9/2018). Výstup z po­souzení rizika podlimitních objektů se využívá v havarijním plánu kraje a lze jej vygenerovat do tabulky formátu pro MS Excel. Na základě posou­zení rizik jsou generovány havarijní karty pro podlimitní objekty. Pro tvorbu havarijních karet se využívají údaje z posouzení rizika, modulu Kontakty a GIS. Karty jsou generovány ve formátu MS Excel. Obdobně jsou tvořeny i karty (MU), jako jsou zvláštní povodně, únik nebezpečné látky v ZHP nebo likvidace velkochovů při zasažení africkým morem prasat (AMP).

Krizové plánováníStrategické objekty jsou objekty, jejichž chod je klíčový především z hlediska ochrany života a zdraví obyvatel, udržení bezpečnosti, provozu prvků kritické infrastruktury nebo životního prostředí. Seznam strategických objektů je vytvořený na základě dokumentu Ministerstva průmyslu a obchodu „Postup pro vytvoření seznamu strategických objektů a určení jejich priorit a pro definici scénářů narušení dodávek elektrické energie velkého rozsahu“. Nástroj vytvořený pro tvorbu kategorizovaného seznamu strategických objektů obsahuje přehled všech strategických objektů. V přehledu je možné vyhledávat konkrétní objekty a filtrovat je podle priority, kategorie a územního odboru, do kterého spadají. Nástroj umožňuje jednoduchým formulářem údaje o objektech doplňovat, aktualizovat nebo vybraná data exportovat do MS Excel.

Kalendář událostí byl vytvořen jako reakce na řešení MU související s řešením epidemie covidu-19, kdy bylo potřeba sledovat nařízení pro činnost HZS VYS, usnesení vlády České republiky, příjem a předávání materiálu nebo činnost HZS ČR. Kalendář slouží k zaznamenávání vývoje a řešení MU. Jde o podporu KŠ HZS VYS. Uvedené údaje je možné zobrazovat formou kalendáře nebo tabulky. Do kalendáře mohou nahlížet a zapisovat operační skupiny územních odborů i KŠ HZS VYS.

Přehled strategických objektůKarty obcí zobrazují veškeré údaje vedené v IS CNP k jednotlivé obci. Jedná se o údaje o počtu obyvatel (údaje jsou přebírány z Českého statistického úřadu), kontakty na starostu, místostarostu obce, u ORP na bezpečností radu a krizový štáb, strategické objekty, ohrožující objekty, vodní díla, prvky kritické infrastruktury, koncové prvky varování a vyrozumění a stálé úkryty. 

Modul Kontroly slouží k ukládání protokolů a zaznamenávání kontrol prováděných u obcí a práva a povinnosti právnických a podnikajících fyzických osob na základě § 33 zákona č. 240/2000 Sb., o krizovém řízení a o změně některých zákonů (krizový zákon), ve znění pozdějších předpisů.

Závěr
IS CNP umožňuje přehledně shromažďovat a spravovat potřebná data a informace na jednom místě nebo vést přehled změn a aktualizací. Využíváním výstupů z databází vedených v IS CNP pro tvorbu plánovací dokumentace a jejich propojení je zajištěna rychlejší aktualizace a jednotnost všech údajů. Například po změně údajů na starostu obce v modulu Kontakty je tento údaj ihned přepsán v krizovém plánu kraje, krizovém plánu ORP, havarijním plánu kraje, vnějším havarijním plánu, kartě pro MU, kartě pro AMP a kartě obce. Sdílení údajů usnadňuje práci mezi dokumenty vedených na úrovni ORP a kraje. 

Do IS CNP mají pro čtení přístup všechny osoby přihlášené do intranetu HZS VYS. Pro možnost vkládání dokumentů, editování dat, úpravy textů a další funkcionality je ale nutné přihlášení přímo do samotného systému IS CNP. Přihlašovací údaje jsou šifrovány hašovací funkcí MD5 a každý uživatel má přiřazená určitá práva založená na jeho územní příslušnosti.

plk. Ing. Jaroslav BÁRTA, kpt. Bc. Pavel SÝKORA, HZS Kraje Vysočina, foto archiv HZS Kraje Vysočina

V únoru letošního roku bylo přijato doporučení Komise o cílech Evropské unie (EU) v oblasti odolnosti vůči katastrofám. Tento strategický dokument jasně specifikuje pět klíčových oblastí, na které se chce evropská civilní ochrana (CO) zaměřit v příštích letech až do roku 2030. Těchto pět cílů má posílit celkovou odolnost EU a tvoří základ pro posílení kolektivní schopnosti EU čelit dopadům budoucích katastrof a chránit občany, jejich životní podmínky a životní prostředí.

Státy EU čelí v současnosti mnoha výzvám a hrozbám. Přírodní i antropogenní katastrofy jsou stále častější, intenzivnější a složitější a jejich dopady jsou stále více mezioborové a přeshraniční. V době, kdy se ještě vzpamatováváme z následků pandemie covidu-19, se stále více projevuje klimatická změna v podobě mimořádně ničivých období požárů, sucha a povodní, které se rozšiřují po celé Evropě. Mezitím ruská agresivní válka proti Ukrajině vyvolává otřesy v celé Evropě i mimo ni. Abychom dokázali i v budoucnu všem těmto výzvám čelit, musíme zvýšit evropskou kolektivní odolnost a lépe porozumět měnícímu se rizikovému prostředí. 

Cíle v této oblasti posilují snahu EU učinit z odolnosti nový směr pro tvorbu její politiky. Agenda Evropské komise (EK) pro strategický výhled a cíle EK v oblasti odolnosti vůči katastrofám mají společný úkol, a to postavit odolnost do centra tvorby politiky EU. Obě iniciativy při vytváření současných rozhodnutí zohledňují budoucnost a při zvyšování odolnosti Evropy využívají výzkum, vytváření scénářů, analýzu trendů a další nástroje. 

Odolnost společnosti závisí na spolupráci řady aktérů s CO. V některých případech, jako je terorismus, válka a jiné úmyslné hrozby, je přijímáním opatření v oblasti prevence a připravenosti pověřen širší systém zvládání mimořádných událostí každého členského státu. Ten zahrnuje bezpečnostní složky a armádu. Cíle v oblasti odolnosti vůči katastrofám sice zůstávají specifické pro oblast civilní ochrany, ale doplňují a posilují soubor nástrojů EU pro odolnost v několika oblastech. 

Investice do zvyšování odolnosti přinášejí sociál­ní, ekonomické a environmentální výhody, které v řadě případů převažují nad náklady bez ohledu na to, zda a kdy dojde ke katastrofě. Návratnost investic je nejvyšší, pokud zahrnují prvky „inteligentní“ prevence. Mezi tyto prvky patří například systémy včasného varování před širší škálou rizik nebo řešení vycházející z přírody (zelené střechy, rybníky a mokřady), aby se zabránilo vzniku tepelných ostrovů, lesním požárům a povodním. Silnější součinnost mezi subjekty zabývajícími se klimatem, životním prostředím a civilní ochranou může zkvalitnit prevenci a přinést výhody jak pro obyvatele, tak pro planetu. 

Na podporu investic mohou členské státy čerpat finanční prostředky EU. Při navrhování „inteligentních“ preventivních investic, které pomohou chránit občany před katastrofami, přizpůsobit se změně klimatu, zabránit zhoršování životního prostředí a urychlit ekologickou transformaci, je k dispozici technická podpora z Mechanismu civilní ochrany Unie (UCPM). 

Pět cílů v oblasti odolnosti vůči katastrofám k posílení celkové odolnosti EU 
Konvergence vícenásobných a souběžných rizik, která se šíří přes hranice států, vyžaduje změnu myšlení na všech úrovních. Podle právního rámce, kterým se zřizuje UCPM, proto EU a členské státy společně stanovily pět cílů v oblasti odolnosti vůči katastrofám. Tyto cíle jsou společným základem na podporu opatření v oblasti prevence a připravenosti, pokud jde o katastrofy, které mohou mít dopady na více zemí. Každý z nich zahrnuje specifické cíle a stanoví společný program pro posílení kolektivní schopnosti EU čelit dopadům budoucích katastrof a chránit občany, jejich životní podmínky a životní prostředí. 

Tyto cíle jsou následující: 
1.    Předvídat – zlepšení posuzování rizik, jejich předvídání a plánování zvládání rizik katastrof; 
2.    Připravit se – zvýšení informovanosti obyvatelstva o rizicích a jeho připravenosti na ně; 
3.    Upozornit – zlepšení systémů včasného varování; 
4.    Reagovat – posílení kapacity UCPM pro odezvu; 
5.    Zabezpečit – zajištění spolehlivého systému civilní ochrany. 

V letošním roce by se mělo uvádět doporučení do praxe na úrovni EU i na vnitrostátní úrovni. To bude zahrnovat konkrétní kroky k realizaci stěžejních návrhů, ale také šíření informací o cílech v oblasti odolnosti vůči katastrofám, oslovení klíčových stran v členských státech a budování účinných vazeb na iniciativy EU a celosvětové iniciativy v oblasti odolnosti. 

V průběhu roku 2024 budou důkazy získané na základě nových scénářů katastrof a hlavní směry vyplývající z nadcházejícího evropského posouzení rizik v oblasti klimatu zohledněny v doporučeních týkajících se cílů v oblasti odolnosti vůči katastrofám. Na úrovni jednotlivých zemí by mělo být zahájeno vzájemné komplexní hodnocení plnění cílů v oblasti odolnosti vůči katastrofám.
 
V rámci širšího úsilí o posílení odolnosti hodlá EK podporovat budování kapacit a sdílení osvědčených postupů v oblastech, na které se vztahují cíle v oblasti odolnosti vůči katastrofám, mezi členskými státy, a to i prostřednictvím vzájemných hodnocení, finanční a technické pomoci a podpory evropských a globálních partnerů.
 

plk. Ing. Lenka ŠTIKOVÁ, MV-generální ředitelství HZS ČR, foto archiv MV-generálního ředitelství HZS ČR