Časopis 112 ROČNÍK XXIII ČÍSLO 1/2024

Ve čtvrtek 27. dubna 2023 byl oznámen požár v areálu společnosti KOVOŠROT GROUP CZ, s. r. o, v Kladně. Vznikl ve středu plochy skladovaných vraků ve výšce 10 m. Rychle se šířil i do spodní části hromady a vyvíjel vysoké množství toxických zplodin hoření i sálavé teplo. Na místě bylo skladováno asi 5 000 t autovraků. V říjnu se v MSK uskutečnilo mezinárodní cvičení CZECH MODEX 2023 v rámci Mechanismu civilní ochrany Unie za účasti zahraničních modulů, jejichž aktivity jsou spojeny s povodněmi a jsou zaměřeny na vysokokapacitní čerpání vody. V Jeseníku proběhla závěrečná konference projektu „Společné řešení krizového řízení a spolupráce bezpečnostních složek v rámci uprchlické vlny osob z Ukrajiny na česko-polské hranici“, který se realizuje v rámci programu Interreg V-A Česká republika – Polsko. HZS JČK a MSK v rámci preventivně výchovné činnosti využívá trojrozměrné vzdělávací prostředí. Jeho zapojení do přípravy obyvatelstva cílí na mladou generaci. 

Zateplování objektů je odvětvím, které v posledních letech zaznamenalo dynamický rozvoj. Požadavky na zateplovací systém ETICS (External Thermal Insulation Composite System) stanovené v normách požárního kodexu ČSN 73 08xx ho posuzují s ohledem na třídu reakce na oheň a požární výšku objektu, množství uvolněného tepla z jednoho m² plochy či index šíření plamene po povrchu. Ve vztahu k ETICS lze tedy konstatovat, že současné požadavky těchto norem respektují primární cíle požární bezpečnosti staveb.

V případě vzniku požáru ETICS jde především o omezení jeho šíření ve vertikálním směru a zabránění rozšíření požáru mezi požárními úseky, je-li stavba do požárních úseků dělena. Ohrožení osob není způsobeno pouze tepelnými účinky probíhajícího požáru, ale taktéž toxicitou vznikajících zplodin hoření. V případě požáru ETICS dochází mimo jiné k hoření či tepelnému rozkladu fasádního izolantu, a tím k uvolňování zplodin hoření, které mohou pronikat otevřenými otvory v obvodových konstrukcích objektu (např. okna, balkonové dveře, světlíky), a způsobit tak intoxikaci osob. Hlavním cílem provedených zkoušek bylo kromě určení požárně technických charakteristik také stanovení toxické vydatnosti plynných zplodin hoření nebo tepelného rozkladu nejběžněji používaných fasádních izolantů v rámci zateplování objektů v České republice.

Zapojení měříicí sestavy

Experiment

V současné době v České republice neexistuje zkušební norma, která by řešila stanovení a vyhodnocení toxicity fasádních izolantů. Z tohoto důvodu byla pro účely použita metodika zkušební laboratoře Technického ústavu požární ochrany (TÚPO) [1]. Tato zkušební metoda slouží ke stanovení toxické vydatnosti plynných zplodin tepelného rozkladu nebo hoření (stanovení toxicity). Jde o metodu s fyzikálním požárním modelem kouřové komory a s plynovou kyvetou FTIR (Fourier transform infrared), jejíž principy vychází z mezinárodně uznávaných technických postupů vyplývajících z normativních předpisů, kterými jsou:

• ČSN EN ISO 5659 – 2 Plasty – vývoj dýmu – Část 2: Stanovení optické hustoty v jednoduché komoře,
• ČSN EN 17084 Železniční aplikace – Protipožární ochrana drážních vozidel – Zkouška toxicity materiálů a komponent,
• ČSN EN 45545-2 Drážní aplikace – Protipožární ochrana drážních vozidel – Část 2: Požadavky na požární vlastnosti materiálů a součástí.

Podstatou měření pomocí infračervené spektroskopie za pomocí FTIR spektrometru je absorpce infračerveného záření při průchodu vzorkem. Tato metoda umožňuje nedestruktivním způsobem stanovit molekulární složení neznámých látek a také jejich koncentraci. Pro měření koncentrace toxikantů byl použit FTIR spektrometr MATRIX-MG2 s dvoumetrovou plynovou kyvetou o objemu 200 ml a regulací teploty (25–180 °C) od firmy Optik Instruments, s. r. o. Pro vlastní měření byla plynová kyveta propojena se zdrojem plynu / plynné směsi, kterým byla jednoduchá (kouřová) komora. Propojení bylo realizováno teflonovými hadicemi, které tvoří společně s částicovými filtry vyhřívanou cestu plynů, vyhřívanou na normou požadovanou teplotu 180 ± 10 °C. Z plynové kyvety byl tok plynů veden silikonovými hadičkami přes čerpadlo a rotametr vně laboratoře. Reálné zapojení měřicí sestavy je na obr. 1. Podle požadavků normy [2] byla měřena koncentrace následujících plynů: oxid uhelnatý CO, oxid uhličitý CO₂, oxidy dusíku NO_x, bromovodík HBr, chlorovodík HCl, kyanovodík HCN, fluorovodík HF a oxid siřičitý SO₂. Touto metodou nebyly zjišťovány toxikanty na bázi organických sloučenin.

Pro účely měření byly použity dva scénáře fyzikálního požárního modelu, a to s hustotou tepelného toku 25 kW/m² se zkušebním plamenem a 50 kW/m² bez zkušebního plamene (označení v textu pouze jako 25 kW/m² a 50 kW/m²) v souladu s uvedenými normami [2], [3]. Před zkouškou byly vzorky vždy z pěti neexponovaných stran zabaleny do ochranné hliníkové folie, chránící vzorek před rozpadnutím, a zváženy. Testovaný vzorek byl umístěn do držáku v kouřové komoře, kde byl jeho povrch vystaven účinkům zdroje sálavého tepla. Vzorky plynů byly odebírány kontinuálně po celou dobu zkoušky a zaznamenávány na PC s příslušným softwarem. U každého vzorku byla prováděna celkem tři měření za podmínek opakovatelnosti.

Pro zkoušky byly vytipovány materiály, které se používají v rámci realizace ETICS a jsou na trhu běžně dostupné. Bylo pořízeno celkem 15 fasádních izolantů, ze kterých byly připraveny vzorky o rozměrech 75 × 75 × 15 mm. Jednalo se o materiály na bázi polystyrenu (vzorky označené PS), na bázi minerálních vláken (vzorky řady MV), dřevovláknité materiály (vzorky označené DV), polyuretanové desky (PUR) a desky z fenolické pěny (FP). Přehled vybraných fasádních izolantů je uveden v tab.1. Všechny vzorky byly před zkouškou klimatizovány.

Tab. 1 Přehled použitých fasádních izolantů

Výpočet konvenčního indexu toxicity

Konvenční index toxicity CIT_G je bezrozměrná veličina, která je vyjádřena níže uvedenou rovnicí. Výsledné hodnoty koncentrací potřebné k následnému dosazení do rovnice pro výpočet konvenčního indexu toxicity v souladu s normami byly vypočítány jako aritmetický průměr ze tří měření pro hodnoty koncentrací ze 4. a 8. minuty. Tento výpočet je nastavený na parametry železničního vagonu [2]. Hodnota CIT 0,9 je limitní pro materiály používané v interiérech kolejových vozidel.

Výsledky

V následující kapitole jsou prezentovány naměřené výsledky jednotlivých laboratorních měření. Vzhledem k velkému počtu zkušebních vzorků byly pro prezentaci výsledků vybrány nejběžněji používané materiály, jeden zástupce z řady polystyrenů a jeden z řady minerálních vat. A to vždy ten vzorek, u kterého byly naměřeny nejvyšší počty toxikantů, resp. jejich nejvyšší koncentrace. Výsledky měření jsou uváděné jako průměrné ze tří měření. Podrobné vyhodnocení sestává z popisu chování vzorků v průběhu měření, dále jsou výsledky uvedené ve formě tabulek obsahujících koncentrace naměřených toxikantů ve 4. a 8. minutě (v jednotkách ppm). Grafické znázornění výsledků stanovení toxické vydatnosti plynných zplodin je kombinované s dvěma osami „y“ vyjadřující závislost koncentrace daného toxikantu na čase. Na levé ose „y“ je vždy uvedena koncentrace CO₂, na pravé pak koncentrace ostatních naměřených toxikantů. Pro zajímavost jsou uvedeny fotografie vzorků před a po zkouškách. Nárůst koncentrace na začátku jednotlivých měření je způsobený tím, že ve vyhřívané cestě nedošlo ke kompletnímu odvětrání zplodin z předchozího měření. Tento fakt neměl vliv na celkové výsledky měření. Podrobné výsledky dalších vzorků jsou uvedeny v technické zprávě s výsledky řešení „Stanovení toxické vydatnosti plynných zplodin tepelné degradace fasádních izolantů“, která je k nahlédnutí na stránkách TUPO: https://www.hzscr.cz/clanek/menu-vyzkum-a-vyvoj-vyzkumne-projekty.aspx.

Polystyren PS3

Při obou podmínkách měření (25 kW/m² a 50 kW/m²) docházelo po vystavení vzorku tepelné radiaci k jeho přechodu z pevné fáze do kapalné za současného vývinu produktů tepelného rozkladu reprezentovaného bílým kouřem. Vzniklá kapalná fáze polystyrenu na dně hliníkové fólie byla dále tepelně namáhaná a docházelo k pokračujícímu tepelnému rozkladu za vývinu světlého kouře. Při tepelném toku 25 kW/m² se zkušebním plamínkem se ve zplodinách hoření vyskytly jenom CO a CO₂. Vzorky během měření hořely. Při tepelném toku 50 kW/m² bez zkušebního plamínku se ve zplodinách hoření vyskytly jenom CO a CO₂ a vzorky během měření také hořely. Hodnoty koncentrací CO byly pro obě podmínky měření prakticky stejné, ale koncentrace CO₂ u měření za podmínek 25 kW/m² se zkušebním plamínkem byly vyšší než u měření za podmínek 50 kW/m² bez zkušebního plamínku (tab. 2, obr. 2, 3 a 4).

Tab. 2 Koncentrace toxikantů ve 4. a 8. minutě pro vzorek PS3

Obr.4 PS3 - Pohled na vzorky před a po měřeních (zleva:25 kW/m², 50 kW/m²

Minerální vata MV2

Při obou podmínkách měření (25 kW/m² a 50 kW/m²) docházelo po vystavení vzorku tepelné radiaci ke změně barvy jeho povrchu a mírnému vývinu kouře světlé barvy. Povrch do 1. minuty zbělal a s probíhajícím časem černal. U vzorků vystavených podmínkám 25 kW/m² bylo černé zbarvení povrchu markantnější než u vzorků s podmínkami 50 kW/m². Docházelo tedy pouze k tepelnému rozkladu vzorků, resp. pojiv v nich obsažených bez projevů plamenného hoření. Při tepelném toku 25 kW/m² se zkušebním plamínkem došlo kromě výskytu CO a CO₂ také k výskytu HCN, který byl detekován až v druhé polovině měření, čímž přispěl k výpočtům CIT_G v 8. minutě. Při výše uvedených podmínkách měření vzorky nehořely. Při tepelném toku 50 kW/m² bez zkušebního plamínku došlo k výskytu toxikantů CO, CO₂, HCN a NO. HCN se vyskytoval ve zplodinách hoření během celé doby měření, a tím přispěl k výpočtům CIT_G ve 4. i 8. minutě. NO se začal vyskytovat až ve druhé polovině měření a ovlivnil výpočet CIT_G až v 8. minutě. Koncentrace CO₂ u měření za podmínek 25 kW/m² se zkušebním plamínkem byly vyšší než u měření za podmínek 50 kW/m² bez zkušebního plamínku (tab.3, obr. 5, 6 a 7).

Tab. 3 Koncentrace toxikantů ve 4. a 8. minutě pro vzorek MV2

Obr. 7  MV2 - pohled na vzorky před a po měřeních (zleva: 25 kW/m², 50 kW/m²

 

Výsledky CIT_G

Z přiloženého grafu porovnání hodnot CIT_G za podmínek 25 kW/m² vyplývá, že všechny hodnoty konvenčního indexu toxicity jsou velmi nízké (obr. 8). U všech vzorků jsou podle předpokladu hodnoty vždy vyšší v 8. minutě (v grafu šedý sloupec). Nejnižší hodnoty CIT_G byly zaznamenány u vzorku MV4, dále u vzorků na bázi polystyrenu (PS1–PS5) a také u dalších vzorků z minerálních vláken (MV1– MV3). Vyšší hodnoty CIT_G jsou zřejmé u dřevovláknitých vzorků (DV1 a DV3). Nejvyšší hodnoty pak vykazuje jediný zástupce ze skupiny fenolických pěn (vzorek FP).

Z přiloženého grafu porovnání hodnot CIT_G za podmínek 50 kW/m² (obr. 9) je na první pohled zřejmé, že hodnoty konvenčního indexu toxicity jsou nejnižší u MV4, PS1–PS5, u kterých jsou dokonce nižší (nebo rovny) než při 25 kW/m². Tato skutečnost je dána chováním těchto vzorků během měření, kdy při 50 kW/m² docházelo častěji k jejich vznícení a plamennému hoření. Přehled chování vzorků v průběhu měření týkající se jejich vznícení je uveden v tab. 4.

Tab. 4 Porovnání vznícení vzorků během měření

Závěr

Cílem experimentu bylo stanovit toxickou vydatnost plynných zplodin hoření nebo tepelného rozkladu vybraných fasádních izolantů. Pro laboratorní měření bylo vybráno celkem 15 fasádních izolantů, ze kterých byly připraveny zkušební vzorky. Vzhledem k tomu, že pro stanovení toxicity fasádních izolantů v současné době neexistuje zkušební předpis, byla pro tento účel použita metoda fyzikálního požárního modelu používaná pro drážní vozidla. I když je použitá metoda primárně určena pro zkoušení materiálů a komponent v železniční dopravě, je možné ji s úspěchem použít i pro stanovení toxicity fasádních izolantů, a to zcela určitě z hlediska identifikace vyvíjených toxikantů včetně jejich koncentrací. Konvenční index toxicity CIT_G lze brát jako měřítko, které je primárně vztažené k podmínkám požáru drážních vozidel. Výsledné hodnoty tohoto indexu jednotlivých materiálů jsou i přes tuto skutečnost velmi nízké. Zajímavým poznatkem bylo zjištění, že u zkušebních vzorků MV1–MV4, u nichž byly deklarovány stejné vlastnosti (zejména součinitel tepelné vodivosti), byl zaznamenán rozdíl v produkci konkrétních toxikantů (kyanovodík – HCN), což je zcela evidentně dáno rozdílným výrobním procesem, resp. rozdílným složením materiálů ve vztahu k použitým pojivovým přísadám.

Závěrem je možné konstatovat, že zkoušené fasádní izolanty splnily z hlediska toxicity přísné požadavky vyplývající ze zkušebních předpisů pro železniční přepravu. Tyto požadavky jsou navíc stanovovány pro materiály a komponenty umístěné v interiéru, na rozdíl od požáru fasádních izolantů umístěných v rámci uceleného systému ETICS vně objektu.

kpt. Ing. Romana FRIEDRICHOVÁ, Ph.D., Technický ústav požární ochrany, foto archiv Technického ústavu požární ochrany

Seznam použitých zdrojů

1. RŮŽIČKA, Milan. Metodika TÚPO č. 01–09: postup B: Stanovení toxické vydatnosti plynných zplodin tepelného rozkladu/hoření – metoda s fyzikálním požárním modelem kouřové komory a s plynovou kyvetou FTIR. 2021, 19 s.

2. ČSN EN 17084 Železniční aplikace – Protipožární ochrana drážních vozidel – Zkouška toxicity materiálů a komponent. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, srpen 2022.

3. ČSN EN 45545-2 Drážní aplikace – Protipožární ochrana drážních vozidel – Část 2: Požadavky na požární vlastnosti materiálů a součástí. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, únor 2021.

Print  E-mail  X Corp.   Facebook