Časopis 112 ROČNÍK XXII ČÍSLO 4/2023

V neděli 6. listopadu 2022 došlo V Chodově na Sokolovsku k ničivému požáru obchodu řetězce Penny. Škoda byla vyčíslena zhruba na 48 milionů korun. Taktického cvičení složek integrovaného záchranného systému prověřuje každé tři roky havarijní připravenost složek integrovaného záchranného systému, firmy ČEPRO a obce Střelice u Brna. V pondělí 6. února 2023 zasáhlo Turecko a Sýrii nejhorší zemětřesení za posledních 100 let. Celkem zahynulo více než 52 tisíc osob a více než 125 tisíc osob bylo zraněno. Česko vyslalo tým pro pátrání a záchranu osob ve městech. V roce 2023 se obnoví studium na Střední odborné škole požární ochrany. První studenti opět nastoupí do 1. ročníku Střední odborné školy požární ochrany v září 2023. 

Zavedením skladových sprinklerů s velkým průtokem se podstatně zvýšila hasební schopnost sprinklerových zařízení, kterými lze zajistit účinnou ochranu skladů prakticky bez omezení výšky skladování. Tyto změny, pro které jsou charakteristické výhody velké kapky ve výstřikovém proudu, ovlivnily i provedení sprejových hasicích zařízení určených pro protipožární zabezpečení tunelů. Uvedenou problematiku by měl na několika příkladech přiblížit tento článek. 

Požární zkouška hasební schopnosti ve skutečném měřítku


Údajně první zemí, v níž byla provedena ochrana silničního tunelu stabilním hasicím zařízením (SHZ), se stalo před padesáti lety Japonsko. V té době se nejčastěji v Japonsku, USA a Austrálii používala k protipožárnímu zabezpečení tunelů sprejová SHZ. Po roce 2000 se do popředí zájmu investorů a kompetentních orgánů dostala vysokotlaká mlhová SHZ. Ta mají v porovnání se sprejovými SHZ řadu obecně známých výhod. Nicméně překážkou v jejich rozšiřování je vyšší cena. Tím se otevřela cesta ke kompromisnímu řešení, které na základě poznatků ze sprinklerové ochrany skladů představují nově koncipovaná nízkotlaká mlhová SHZ a sprejová SHZ. 

Nízkotlaké mlhové SHZ   
V roce 2018 místní úřady v Singapuru vypsaly tender na modernizaci tunelu Kallang-Paya Lebar a tunelu Central Expressway. Jeho součástí byl požadavek na vybavení obou tunelů SHZ, aby mohl být zrušen zákaz používání těchto tunelů pro nákladní auto­mobily. Tunel Kallang-Paya Lebar patří s délkou 15 km k nejdelším tunelům v jihovýchodní Asii. Vlastníci tunelů požadovali co nejkratší dobu potřebnou pro montáž SHZ, účinnou ochranu osob v případě požáru a rychlé obnovení provozu v tunelech po požáru. Jednou z podmínek bylo respektovat malou kapacitu kanalizační sítě pro odvod vody použité k hašení. 

Jako optimální bylo vyhodnoceno nízkotlaké mlhové SHZ TUNPROTEC navržené dánskou firmou VID Fire-Kill ApS. Jednalo se o kompromisní řešení mezi vysokotlakým mlhovým SHZ a standardním sprejovým SHZ. V prvním případě vadila vyšší pořizovací cena a provozní náklady, v druhém zvýšené požadavky na množství vody potřebné k hašení. 

Ty se promítají do velikosti nádrže, strojovny, potrubí a čerpadel. Navržené mlhové hubice s tlakem 10 bar na hubici a dostřikem 6 m mají ve výstřikovém spektru 99 % kapek s průměrem menším než 1 mm. Prefabrikací potrubí a jeho osazením mlhovými hubicemi s prodlouženým dostřikem se podařilo zkrátit dobu nezbytnou k instalaci hasicího zařízení a zároveň o 35 % celkovou délku potrubí.

Podle výrobce má výstřikový mlhový proud dostatečnou hasební schopnost prokázanou požárními zkouškami ve skutečném měřítku. Uvádí se úspora hasicí vody až o 80 %. Čerpadla s elektrickým pohonem mají příkon maximálně 112 kW. U vysokotlakého mlhového SHZ by to bylo 1 080 kW. K řízení dodávky vody je navrženo celkem 1 200 zaplavovacích ventilových stanic. Ty se aktivují na základě signálu elektrické požární signalizace. K detekci požáru jsou navrženy hlásiče plamene. Popsané hasicí zařízení se dodává ve dvou modifikacích – pro tunely s rychlostí proudění vzduchu menší než 3,5 m/s a větší než 3,5 m/s. Nízkotlaké mlhové SHZ navržené pro tunely v Singapuru s délkou 5,9 km, výškou 5,9 m a šířkou 15,3 až 19 m je zónového typu s délkou zóny 25 m. Délka instalovaného prefabrikovaného rozváděcího potrubí je zhruba 100 km. 

Zkoušky hasební schopnosti byly provedeny v roce 2018 ve zkušebním tunelu San Pedro v Anes ve Španělsku. Prokázaly splnění požadavku zadavatele, uvést zkušební oheň s maximálním uvolněným teplem 250 MW pod kontrolu s menším množstvím shořelého materiálu než při použití sprejového zařízení. Současně byly splněny požadavky NFPA 502 na ochranu zdraví osob. Další požární zkoušky ve skutečném měřítku prováděla švédská zkušební laboratoř RISE Fire Research ve zkušebním tunelu dlouhém 1,8 km v Runehamaru. Při těchto zkouškách byla prokázána schopnost navrženého SHZ uvést pod kontrolu zkušební oheň 100 MW třídy A a zkušební oheň 30 MW třídy B. 

Tab. 1 Hlavní parametry vybraných vodních SHZ [10]

Sprejové SHZ  
V roce 2010 se rozhodl švédský úřad pro dopravu (STA) pro modernizaci severní spojky stockholmského obchvatu s délkou 55 km. Zadávací podmínky, kromě jiného, obsahovaly požadavek na vysokou spolehlivost instalovaných požárně bezpečnostních zařízení, korozivní odolnost a nízké provozní náklady. 

Experti vycházeli z premisy, že požární nebezpečí tunelů je obdobné jako nebezpečí skladování. Intenzita dodávky vody, jako jeden z klíčových parametrů ovlivňující hasební schopnost, byla stanovena podle úspěšných projektů protipožárního zabezpečení trajektů převážejících kamiony. Jedná se o tzv. systém RO-RO, který představuje hromadnou plovoucí velkokapacitní garáž s kamiony. Pro tuto specifickou aplikaci se navrhuje intenzita dodávky vody 10 mm/min. Systém RO-RO představuje vyšší požární nebezpečí než požár kamionu v tunelu. Jak z hlediska rozložení požárního zatížení, tak i rychlosti proudění vzduchu a zplodin hoření.

Rychlost uvolňování tepla HRR při požární zkoušce sprejového SHZ s hubicí TN-25 (1), TN-17 (2), TN-17 (3), T-25 (4), a SW-24 (5). Pozn.: při zkouškách(1), (4), a (2), (3), byly rozdílné tlaky na hubici.Pozornost byla zaměřena i na cenovou náročnost navrhovaného systému ochrany. Použitím jednoho rozváděcího potrubí a stranových sprejových hubic s prodlouženým dostřikem se snížila délka instalovaného potrubí o 70 %. Významnou úsporu přineslo použití ocelových trubek s oboustrannou protikorozní povrchovou úpravou plastovou vrstvou místo dražšího potrubí z antikorozního materiálu. 

Na základě zadávacích podmínek byla oslovena firma Johnson Controls (dříve TYCO), která má v oblasti sprinklerové ochrany skladů dlouholeté zkušenosti. Ta navrhla pro tuto aplikaci stranové (horizontální) sprejové hubice TN-17 a TN-25 s prodlouženým dostřikem a velkým průtokem. Prakticky jde o modifikaci sprinkleru ESFR K25 bez tepelné pojistky. Ve výstřikovém proudu, na rozdíl od mlhových hubic, jsou velké kapky s vysokou kinetickou energií schopné zajistit intenzivní ochlazování hořících povrchů. Sprejová hubice TN-17(240) má při tlaku jednoho baru průtok 240 l/min a sprejová hubice TN-25 (360) 360 l/min.
Příklad stanovení teplot v tunelu počítačovým modelem při aktivaci vysokotlakového mlhového SHZ
Navržené sprejové SHZ bylo podrobeno požárním zkouškám v měřítku 1:4 v tunelu Toernskogstunu ve Stockholmu a ve skutečném měřítku ve zkušebním tunelu v Runehamaru. Požární zkoušky byly hodnoceny jako úspěšné. Dokonce při intenzitě dodávky 7 mm/min oproti návrhové intenzitě 10 mm/min.
 
Na základě výsledků požárních zkoušek se došlo k závěru, že při použití sprejových hubic TN-17 a TN-25 stačí aktivovat jenom jednu zónu, aby se dosáhlo stejné hasební schopnosti jako u vysokotlakého mlhového SHZ, u kterého se aktivují tři zóny. V návrhových požadavcích na sprejové SHZ s hubicemi TN-17 a TN-25 je zásobování vodou navrženo pro dodávku vody do dvou zón pro případ, že by došlo k požáru kamionu nacházejícího se na hranicích dvou zón. K detekci požáru je použita elektrická požární signalizace Zettler MZX Laser Plus s optickým lineárním hlásičem a vyhodnocovací laserovou jednotkou. Délka jedné zóny je 20 až 25 m.

Zkoušky prokázaly, že zvolené sprejové SHZ dosahuje vyššího stupně ochrany osob, a to jak z hlediska viditelnosti, tak i sálavého tepla. Při žádné z provedených požárních zkoušek se oheň nerozšířil na sousední detekční blok dřevěných palet.

Obdobný koncept ochrany tunelu zvolila firma Reliable. Ten je popsán v případové studii zaměřené na návrh stabilního hasicího zařízení určeného pro ochranu nového dvoutubusového tunelu M4 v Sydney. Tunel má délku asi 15 km. I tento výrobce využil poznatky z vývoje nových sprinklerových technologií pro ochranu skladů. 

Pro ochranu tunelu bylo navrženo sprejové hasicí zařízení se sprejovými hubicemi TNL-280. Prakticky se jedná o závěsné sprinklery s prodlouženým dostři­kem bez tepelné pojistky s průtokem 400 l/min při jednom baru. Velký průtok a speciálně tvarovaný tříštič vytváří výstřikový proud s velkými kapkami a vysokou kinetickou energii. Obdobně jako u dříve popsaných hubic TN-17 a TN-27. Jelikož se jedná o hubice s velkou plochou pokrytí, je možné snížit jejich počet, zkrátit dobu montáže a snížit pořizovací náklady. Plocha pokrytí jednou hubicí se uvádí 30,5 m2. U standardního sprinkleru je to 9 m2. Neopominutelnou výhodou je nízký tlak na hubici 0,5 –1,2 bar. Intenzita dodávky vody je 10 mm/min.

U tunelu v Sydney je celkem 517 zón o délkách přibližně 30 m. Z důvodu agresivního prostředí v tunelu je potrubí opatřeno speciální vnitřní a vnější protikorozní ochranou a vnější protireflexní vrstvou. Zónové zaplavovací ventily (deluge) s membránovou komorou spouští operátor ručně na základě hlášení elektrické požární signalizace. K detekci požáru jsou navrženy optické kabelové hlásiče.

Tab. 2 Parametry hubice TN-17 a TN-25

Specifika vodních SHZ pro ochranu (silničních) tunelů
Pro protipožární zabezpečení silničních tunelů se obvykle navrhují SHZ:

• sprinklerová,
• sprejová, 
• nízkotlaká mlhová, 
• vysokotlaká mlhová. 

Jednotlivá SHZ se liší skladbou komponent. To se týká především výstřikových koncovek (sprejových nebo mlhových hubic), zaplavovacích ventilových stanic, sekčních ventilů mlhových zařízení a způsobu detekce a spouštění SHZ. 

Hubice se liší pracovním tlakem, průtokem, plochou pokrytí a spektrem kapek ve výstřikovém proudu. U mlhových zařízení převažují kapky s menším průměrem než 1 mm a u sprejových zařízení kapky s průměrem větším než 1 mm. Ty mají vyšší kinetickou energii, a tím i možnost lépe proniknout na hořící povrchy a zajistit jejich intenzivní ochlazení. Výhodou malých kapek je schopnost jejich přeměny na páru. To obecně vede k vyšší hasební schopnosti mlhového výstřikového proudu, menší intenzitě dodávky, a tudíž i nižším požadavkům na zásobování vodou (velikost nádrží a strojoven). V případě silničních tunelů to platí v omezené míře, jelikož jde o prostor s intenzivním prouděním vzduchu. 

I v této specifické aplikaci žádné SHZ nelze považovat za jednoznačně optimální. Každé má své výhody a nevýhody. Volba SHZ je potom otázkou kompromisu a zadávacích kritérií. Jako nejméně vhodná se zatím ukazují sprinklerová SHZ se sprinklery s průtokem 160 l/min při 1 baru. Mimo jiné z důvodu možného otevření více sprinklerů, než je potřeba. Za hraniční pro použití sprinklerového zařízení v tunelu se uvádí rychlost proudění vzduchu v tunelu nižší než 2–3 m/s. Lze předpokládat, že použitím sprinklerů s K240 a K360 může do budoucna dojít k většímu rozšíření sprinklerových zařízení k ochraně silničních tunelů. Tento předpoklad mohou potvrdit jenom požární zkoušky hasební schopnosti. V případě vysokotlakých mlhových SHZ, u kterých je závislost pohybu mlhového oblaku na rychlosti proudění vzduchu v tunelu ještě větší, jde o podmínku vyplývající z normy ČSN EN 14972-1.

Nezřídka opomíjenou je doba zpoždění typická pro nezavodněná (suchá) potrubí, tj. doba mezi otevřením zaplavovacího (sekčního) ventilu a výstřikem vody z hubic. Zpoždění ve výstřiku by mělo být co nejkratší, jelikož má negativní vliv na hasební schopnost zařízení. Kritériem pro stanovení akceptovatelného zpoždění výstřiku u sprejových SHZ zónového typu (kabelové kanály, silniční tunely) jsou zkoušky hasební schopnosti. 

Zásadní podmínkou je, že dodavatel zvoleného SHZ musí být držitelem protokolu ze zkoušky hasební schopnosti a mít návrhový manuál (DIOM). Ten musí reflektovat výsledky uvedených zkoušek platné pro specifickou skladbu komponent, ze kterých se ověřované SHZ sestává. Tento požadavek vyplývá z citované normy na navrhování mlhových hasicích zařízení ČSN EN 14972-1. Jeho splnění je zásadní podmínkou i pro posouzení shody SHZ autorizovanou osobou. Je na zadavateli, aby obdobně postupoval i v případě sprejových SHZ. Pouze požární zkoušky mohou prokázat, jakou hasební schopnost má konkrétní SHZ v každé specifické aplikaci. V žádném případě to nemohou být nejrůznější expertní posouzení i s vědomím nákladnosti požárních zkoušek, zejména zkoušek ve skutečném měřítku. Za reálné lze v současné době v této souvislosti považovat snížení počtu požárních scénářů, a tím požárních zkoušek ve skutečném měřítku využíváním relevantních počítačových modelů. 

V případě zmíněných sprejových hubic TN-17 (K240) a TN-25 (K360) předcházelo jejich schválení zhruba 12 požárních zkoušek ve skutečném měřítku. Pro představu požární zatížení pro jednu požární zkoušku s HRR 30 MW tvoří 420 dřevěných palet. Současně je 5 m od tohoto bloku umístěno dalších 21 palet, které se označují jako cílové (detekční). Ty slouží k posouzení možného rozšíření ohně na sousední hořlavé objekty. V případě reálného požáru na sousední automobily. 

Z provedených požárních zkoušek jednoznačně vyplynulo, že sprejové SHZ s hubicemi TN-17 a TN-25 mělo podstatně vyšší hasební schopnost než hasicí zařízení se sprejovými hubicemi SW-24 a sprinklery SW-24. Maximální uvolněné teplo při použití sprejových hubic TN dosáhlo po aktivaci zařízení 13,9 MW-16,5 MW oproti potenciálním 30 MW. Tyto výsledky korespondují s počtem shořelých palet, který je indikátorem hasební schopnosti ověřovaných SHZ. Při zkouškách s TN hubicemi shořelo 53 až 113 palet a při zkouškách s hubicemi SW-25 (K160) to bylo 181 palet. Při žádné ze šesti požárních zkoušek s hubicemi TN-17, TN-25, SW-24 a sprinklery SW-24 (K160) nepřekročila teplota u stropu 800 0C. Při zkoušce s volným rozvojem požáru to bylo 1 366 0C.

Požární zkoušky hasební schopnosti různých druhů vodních SHZ vycházejí ze scénáře požáru plně naloženého nákladního automobilu s HRR 30 MW (obvyklý požár osobního automobilu), 50 MW (velký požár nákladního automobilu) a 100 MW (obzvlášť velký požár nákladního automobilu). Otázkou je, jak jsou tato SHZ účinná v případě požáru s Li-ion bateriemi. Podle publikovaných informací sprinklerová ochrana dokáže snížit HRR o zhruba 34 až 45 %, nicméně nebyla při provedených zkouškách Li-ion baterií dostatečně účinná, aby byl zkušební oheň potlačen. Závažnou okolností v případě požáru Li-ion baterií je obvykle prudký rozvoj požáru v jeho druhé fázi  a znovuvzplanutí po uhašení požáru. Za pozitivní při použití  sprinklerového zařízení k ochraně Li-on baterií lze tudíž považovat snížení tepelného namáhání stavební konstrukce a v některých případech zlepšení viditelnosti v chráněném prostoru. 

Je zřejmé, že je před námi řada otevřených otázek, na které může odpovědět jenom systematický vývoj, jehož nedílnou součástí budou požární zkoušky hasební schopnosti ve skutečném měřítku. Uvedené příklady SHZ dokladují, jak ochrana skladů sprinklery s velkým průtokem a plochou pokrytí pozitivně ovlivňuje SHZ navrhovaná pro protipožární ochranu silničních tunelů. Do popředí zájmu zadavatelů se tak dostávají nízkotlaká mlhová a sprejová hasicí zařízení, u nichž lze dosáhnout nižších pořizovacích a provozních nákladů než u vysokotlakých mlhových zařízení.

Ing. Pavel RYBÁŘ, foto archiv autora

Print  E-mail  X Corp.   Facebook