Časopis 112 ROČNÍK XIX ČÍSLO 6/2020

V rubrice POŽÁRNÍ OCHRANA nabízíme rozbor požáru v Kladně. Dále se dočtete, jaké využití mají termokamery pro účely zjišťování příčin vzniku požárů. Ve Chrudimi mají nový vyšetřovací automobil. Informujeme vás o využití CFD simulací při vyšetřování kriminálních činů. Smrtící bílý prášek fentanyl, co vše o něm (ne)víme? V rubrice INTEGROVANÝ ZÁCHRANNÝ SYSTÉM přinášíme informace z mezinárodní konference v Kalifornii. V rubrice OCHRANA OBYVATELSTVA A KRIZOVÉ ŘÍZENÍ si přečtete o tom, že HZS ČR převzal darem 130 000 speciálních nanofiltrů do textilních roušek. Co nám přinese dohoda o automatizované výměně dat? Dále si přečtete, jaká byla přijata opatření proti pandemii Covid-19 v Evropě i ve světě. ERCC řešilo repatriace občanů EU ze třetích zemí a pomoc státům s cyklónem v Oceánii. V rubrice INFORMACE vás pod titulkem „Hasí celá rodina“ budeme seznamovat s rodinami hasičů. V Příloze časopisu vychází Poválečný vývoj profesionální požární ochrany a vznik HZS ČR 

Článek popisuje možnost využití CFD simulací, tedy souboru metod a matematických postupů používaných pro počítačovou simulaci proudění tekutin, při vyšetřování kriminálních činů spojených s úniky a výbuchy nebezpečných plynů. Možnost využití CFD simulací je demonstrována na případu vraždy z dubna 2014, která měla být zamaskována výbuchem zemního plynu. Numerickými simulacemi lze přijatelně popsat šíření hořlavého plynu v uzavřených prostorech, identifikovat místa vzniklých místních kritických koncentrací a stanovit doby, kdy došlo k vytvoření výbušných koncentrací plynné směsi u případných účinných iniciačních zdrojů. 

Osudným se stal pro seniorku narozenou v roce 1938 11. duben 2014. Večer kolem 20.00 hodin ji navštívil doma v Teplicích pachatel pod záminkou žádosti o radu při zakoupení dárku pro jejího vnuka – jeho kamaráda. Ve skutečnosti chtěl v jejím bytě přespat. Žena ho znala, proto ho pustila do domu, jenže ho odmítla nechat přespat. Strhla se hádka. Chtěla, aby odešel, jinak přivolá policii. Pachatel ženu strčil, ta se udeřila hlavou o rám dveří z chodby do kuchyně, začala silně krvácet a křičet, že zavolá policii. Odešla si ránu na hlavě umýt do koupelny. Obr. 1 Půdorysné schéma bytuPachatel ze strachu z přivolání policie vběhl do kuchyně. Z kuchyňské linky vzal nůž a zezadu nožem zasadil seniorce sedm bodných ran. Zavražděnou seniorku přesunul do kuchyně, kde ji posléze znásilnil. Přes mrtvolu přehodil deku, pustil si televizi, pojedl a snažil se usnout. [1]
Druhý den 12. dubna 2014 sňal deku z mrtvé ženy a položil ji zpátky na gauč. Ráno otočil všech pět ventilů plynového sporáku v kuchyni do polohy otevřeno a na sekretáři v zadní chodbičce mezi kuchyní a obývacím pokojem zapálil voskovou svíčku. Výbuchem chtěl zamaskovat stopy vraždy [1]. Naštěstí k výbuchu nedošlo. Koncentrace zemního plynu ve směsi se vzduchem u možných iniciačních zdrojů nedosáhla spodní meze výbušnosti. Unikající zemní plyn uzavřela policejní hlídka po vyražení vstupních dveří bytu, kterou kontaktovala dcera seniorky.

Místo činu, zdroj úniku plynu a iniciační zdroje
Událost se odehrála ve dvoupokojovém bytě, ve kterém se nacházela kuchyň, obývací pokoj, pracovna, technická místnost, vstupní chodba, koupelna a WC. Na obr. 1 je schéma bytu s rozmístěním místností. Pro výpočty jsou důležitými faktory teplota a barometrický tlak v bytě v době, kdy došlo k úniku zemního plynu. Při ohledávání bytu nebyly tyto parametry měřeny, proto je pro následné výpočty uvažována teplota 25 °C a barometrický tlak 98,65 kPa. Tyto hodnoty byly vybrány v souvislosti s dále popisovaným průtočným množstvím jednotlivých vařidlových hořáků.

Obr. 2 Pohled na umístění okna v chodbičce mezi koupelnou a techickou místností [2]	Obr. 3 Pohled na umístění plynového sporáku v kuchyni bytu [2]

V uvažovaném případě byla všechna okna bytu zavřená a nedocházelo k žádnému většímu proudění nebo mísení vzduchu průvanem. K výměně vzduchu docházelo pouze infiltrací, která byla umocněna netěsností jak vnitřního, tak vnějšího okna u stropu chodby mezi kuchyní a koupelnou (obr. 2). Tato netěsnost byla v CFD simulaci zohledněna jako meziokenní spára o šířce 4 mm po obvodu celého okna.

Klíčovými místnostmi byla kuchyň, kde se nalézal sporák na zemní plyn, spojovací chodba mezi kuchyní a obývacím pokojem, kde se nacházel první iniciační zdroj v podobě zapálené voskové svíčky, a koupelna, kde byla instalována plynová karma na ohřev vody.
Na místě byl zjištěn zdroj úniku zemního plynu (obr. 3), který byl realizován otevřením všech pěti ventilů plynového sporáku MORA 218 umístěným v kuchyni předmětného bytu [2].

Reálně však plyn unikal pouze z horních vařidlových hořáků, jelikož byl troubový hořák jištěn bezpečnostní termoelektrickou pojistkou [3]. Obr. 4 Vařidlový hořákTechnické parametry plynového sporáku pro následné výpočty byly použity z technické dokumentace výrobce „Návod k obsluze a údržbě plynových sporáků“. Stěžejním parametrem je průtočné množství unikajícího zemního plynu. Výrobce udává maximální průtočné množství jako celkovou spotřebu plynu 1,15 m3/h při přetlaku 1,8 kPa v plynovodní síti [3]. Tabulka udává průtoky jednotlivých vařidlových hořáků, se kterými se počítalo v CFD simulaci.

Matematický model byl zjednodušen pouze na únik metanu (CH4). Dalších šest plynných složek zemního plynu bylo možné zanedbat, jelikož šlo o tranzitní zemní plyn, který obsahuje 98,39 obj. % metanu, a výpočty se zbývajícími plynnými složkami by neúměrně prodlužovaly dobu výpočtu. Meze výbušnosti zemního plynu (metanu) jsou od 4,3 obj. % do 15 obj. % [2]. V technické praxi se také uvádí pojem nebezpečná koncentrace, což je 50 % dolní meze výbušnosti a označuje hranici, kdy můžeme vnímat ohrožení.

Hlava plynového hořáku je shora nasunuta na směšovač, který je upevněn pod vařidlovou deskou. Rozdělovač plamene (písmeno B – obr. 4) je nasazen na hořákovou hlavu a na rozdělovači je nasazeno víčko (písmeno A – obr. 4), středěné třemi výstupky [3]. Pro CFD simulaci bylo provedeno zjednodušení geometrie, kdy nebyly modelovány všechny součásti vařidlových hořáků, ale pouze vyústění plynových trysek a víčka vařidlových hořáků (písmena A a C – obr. 4).

Tab. Průtočná množství

Obr. 5 Pohled na umístění svíčky v chodbě a karmy v koupelněV popsaném bytě se našly dva případné iniciační zdroje. Jde o plamenné hoření svíčky umístěné v chodbičce mezi kuchyní a obývacím pokojem (obr. 5).
Druhý iniciační zdroj se nacházel v koupelně a jednalo se o plamen zapalovače karmy, tzv. věčný plamínek (obr. 5). Teplota plamene má dostačující iniciační energii k iniciaci popsané hořlavé směsi [2]. Tato dvě místa případných iniciačních zdrojů byla v CFD simulaci označena sledovacími body, ve kterých jsou zaznamenávány vypočtené objemové koncentrace metanu v definovaných časech.

Šíření uniklého metanu a utváření místních výbušných koncentrací
Před samotnou numerickou simulací byl v programu Ansys DesignModeler vytvořen 3D model vnitřních prostor popisovaného bytu. V tomto 3D modelu byla následně vygenerována výpoč­tová síť, která 3D model rozdělila na 738 943 buněk, parametr pro určení kvality 3D buňky (míry její deformace) je 0,8 – kvalita této výpočtové sítě tedy vyhovuje. Jde o síťování částečně pomocí čtyř­stěnů „Tetrahedron“, díky kterému bylo možné vysíťovat velmi malé netěsnosti (ústí trysek) a ostré úhly pootevřených dveří a zachovat přitom optimální poměr mezi malou velikostí trysky, velkým okolním výpočetním prostorem a celkovým počtem buněk vytvořené výpočtové sítě, od které se odvíjí doba výpočtu. Na zbylé části řešeného prostoru byla použita síť ve formě krychlových buněk.

CFD simulace byla provedena v programu Ansys Fluent 15.0 [4], pro výpočet byl vybrán turbulentní matematický model k­ ε RNG, který je optimální pro tyto typy úloh, kde dochází ke slabým turbulentním prouděním v přechodném pásmu mezi laminárním a turbulentním prouděním [5].

Na pracovišti Technického ústavu požární ochrany v Praze byla provedena zkouška doby hoření uhořelé válcové parafínové svíčky fialové barvy, která byla nalezena na místě činu. Původní výšku svíčky před zapálením nebylo možné z důvodu jejího částečného odhoření a nemožné identifikace typu svíčky stanovit. Svíčky průměru 60 mm mají nejčastěji výšku 120 mm. Na českém trhu jsou však v prodeji taktéž svíčky o průměru 60 mm a výšce vysoké 100 mm (i když s menší četností). Z naměřených hodnot a z předpokládaných výšek svíčky 100 resp. 120 mm lze za předpokladu, že svíčka nebyla před zapálením pachatelem částečně uhořelá, vypočíst dobu hoření svíčky do okamžiku jejího uhašení. Doba hoření svíčky vysoké 100 mm byla vypočtena na 31 hodin a 17 minut a doba hoření svíčky vysoké 120 mm byla vypočtena na 39 hodin a 17 minut [2]. Z těchto důvodů byla provedena CFD simulace úniku plynu do čtyřicáté hodiny, kdy byla simulace zastavena. Z grafu (obr. 6), který ukazuje utváření místních koncentrací metanu na místech, kde byla postavena hořící svíčka, kde se nacházel plamínek plynové karmy a u stropu nad plynovým sporákem, je patrný prudký nárůst koncentrací přibližně do páté hodiny od začátku úniku. Od přibližně páté hodiny do dvacáté hodiny docházelo pouze k pozvolnému nárůstu koncentrace metanu a po přibližně dvacáté hodině od začátku úniku došlo k ustálení koncentrace metanu. U hořící svíčky došlo k vytvoření 1,95 obj. % koncentrace metanu, u plamínku karmy došlo k vytvoření 1,56 obj. % koncentrace metanu a u stropu nad plynovým sporákem došlo k vytvoření 2,60 obj. % koncentrace metanu.

Obr. 6 Utváření místních koncentracímetanu                    ve sledovaných místech	Obr. 7 Rozložení místních koncentrací metanu (obj.%) v páté hodině po začátku jeho úniku

Pozvolnější nárůst místních koncentrací v celém bytu mezi pátou a dvacátou hodinou byl zapříčiněn velkou rozlohou bytu, kdy docházelo k proudění metanu do celého bytu po dosažení zárubní dveří v kuchyni. Ustálení nárůstu koncentrací metanu na sledovaných místech mohlo být zapříčiněno odvodem metanu mimo prostor bytu přes netěsnosti u okna na chodbě u koupelny. S rostoucí koncentrací metanu u stropu bytu docházelo také k jeho většímu úniku mimo prostor bytu, v návaznosti na umístění netěsnícího okna. Na obr. 7 a 8 je viditelné rozložení koncentrací metanu v rozsahu 0 až 4,3 obj. %, v celém bytu v páté a dvacáté hodině po začátku jeho úniku. Výbušná koncentrace metanu se vytvořila pouze v blízkosti vařidlových hořáků. Dále došlo k hromadění metanu u stropu v kuchyni, kdy se následně hořlavý plyn začal přelévat do ostatních místností. Nejméně se metan začal hromadit v prostoru koupelny, kde byla instalována plynová karma, a to z důvodu netěsného okna v prostoru chodby a nízké úrovně zárubní dveří mezi chodbou a koupelnou, která bránila přelévání metanu do koupelny.

Obr. 8 Rozložení místních koncentrací metanu (obj.%) ve 20.00 hodině po začátku jeho úniku	Obr. 9 Rozložení výbušné koncentrace 27 hodin po začátku úniku metanu

K otevření ventilů plynového sporáku došlo mezi 07.00 až 09.00 hodinou, to znamená, že zemní plyn do vnitřních prostor bytu unikal 25 až 27 Obr. 10 Rozložení nebezpečné koncentrace 27 hodin
po začátku niku metanuhodin. Na obr. 9 a 10 jsou viditelná místa, kde se vytvořila výbušná (4,3 obj. %) a nebezpečná koncentrace (2,15 obj. %) metanu, v době 27 hodin po začátku úniku plynu, tedy v době těsně před vstupem policistů do předmětného bytu, kteří zastavili únik plynu. Výbušná koncentrace metanu se utvořila pouze v blízkosti vařidlových hořáků, nebezpečná koncentrace se však utvořila téměř v celém bytě, hlavně v kuchyni a obývacím pokoji. V chodbě u koupelny se nebezpečná koncentrace metanu utvořila pouze u stropu a v koupelně se neutvořila vůbec.

Závěr
CFD simulací lze podrobně specifikovat v libovolných časových intervalech až do příchodu policistů (a tudíž otevření dveří a oken) šíření výbušné a nebezpečné koncentrace zemního plynu, a tím určit nebezpečí výbuchu, což je v souvislosti s vyšetřováním případu velmi důležitá informace. V CFD simulaci nebyla zahrnuta infiltrace zbylých zavřených oken a vstupních dveří oddělujících vnitřní prostory bytu od okolního prostředí a nebyly do ní zahrnuty změny teplot vně a uvnitř bytu, barometrického tlaku a tlaku zemního plynu v plynovodním potrubí, jejichž hodnoty se v průběhu celého dne mění.

Z uvedené studie vyplývá, že při samotném úniku nehrozilo přímé nebezpečí výbuchu. V blízkosti plamene svíčky však došlo k vytvoření nebezpečné koncentrace. Nebezpečí výbuchu tak výrazně vzrostlo, když došlo k otevření vstupních dveří předmětného bytu, kdy se policisté pohybovali po bytě a ohledávali místo činu před jeho odvětráním. Při těchto činnostech dochází k celkovému narušení dosavadních probíhajících fyzikálních dějů, které ovlivňují proudění a difuzi. Dochází k různým dalším zavířením a výměnám plynů změnami teplot a tlaků. Zahrnutí popsaných skutečností (před a po vstupu policistů do bytu) do CFD simulace by vyžadovalo další detailní studii všech vzniklých proměnných, která by byla buď časově velmi náročná, nebo by v některých případech nebyla vůbec možná.

Použitá literatura
[1] REDAKCE. Za vraždu seniorky bude ve vězení 18 let. In: Teplický deník.cz [online]. Teplice: Teplický deník, 2014, 10. 12. 2014 [cit. 2019-09-04]. Dostupné z: https://teplicky.denik.cz/zlociny­ a-soudy/za­ vrazdu­ seniorky­ bude­ ve­ vezeni-18-let-20141210.html
[2] SANŽA ŠAFRÁNEK, Ondřej. Odborné vyjádření, Technický ústav požární ochrany: Č.j.: MV-63373-2/TÚPO-2014. Praha, 2014.
[3] Plynový sporák MORA 218: Návod k obsluze a údržbě plynových sporáků. ZVS­ MORAVIA, k.p., Hlubočky­ Mariánské údolí, 1983.
[4] Ansys, Inc. ANSYS FLUENT 14.5 – User’s Guide, 2013.
[5] TULACH, Aleš, Miroslav MYNARZ, Petr LEPÍK a Milada KOZUBKOVÁ. The possibilities to determine critical concentrations of gas in buildings. Vytápění, Větrání, Instalace. 2015, 24 (4), 198-202. ISSN 12101389.


kpt. Ing. Aleš TULACH, HZS Olomouckého kraje, kpt. Ing. Ondřej SANŽA ŠAFRÁNEK,Technický ústav požární ochrany,
Ing. Miroslav MYNARZ, Ph.D., prof. RNDr. Milada KOZUBKOVÁ, CSc.,VŠB – Technická univerzita Ostrava

Print  E-mail  X Corp.   Facebook