Mlhová stabilní hasicí zařízení pro protipožární ochranu objektů a technologií (3. část)
Mlhová stabilní hasicí zařízení jsou vyhrazenými druhy stabilních hasicích zařízení (SHZ), která naházejí stále širší uplatnění v ochraně objektů a technologií. Hasicí účinky vycházejí z teorie malé kapky. Třídílný seriál uvádí historii vývoje mlhových SHZ v ČR a ve světě, hlavní komponenty, systémové řešení, specifiku navrhování, rozsah použití a typické aplikace včetně prostředků pro ruční hašení vodní mlhou. Jde o komplexně pojatou informaci reflektující dosažený stav v oblasti hašení vodní mlhou a očekávané vývojové trendy. V závěrečné části třídílného seriálu se podíváme na metody pro stanovení hasicí schopnosti, na rozsah použití mlhových SHS a na prostředky pro ruční aplikaci vysokotlaké mlhy. Nechybí samozřejmě avizovaný seznam literatury a závěr.
Metody pro stanovení hasicí schopnosti
ČSN P CEN/TS 14972 uvádí pouze zkoušky, na základě kterých lze dosáhnout deklarace potlačení a uvedení požáru pod kontrolu. Z této deklarace vyplývá, že je nutná vždy asistence jednotky požární ochrany. Tím jsou zdůvodněny i delší doby hašení 30 min a 60 min. Uvedená technická specifikace neobsahuje žádnou konkrétní zkušební metodu pro deklaraci uhašení požáru. Pouze obecně koncipovaný požárně inženýrský přístup. Ne náhodou se za kritérium úspěšné zkoušky hasicí schopnosti považuje uhašení požáru, ale mlhové SHZ, které toto kritérium splní, má „pouze“ deklaraci potlačení a uvedení požáru pod kontrolu. Důvodem tohoto konzervativního přístupu je velké množství nejrůznějších druhů mlhových SHZ a nedokonalost stávajících zkušebních metod, které nemohou úplně postihnout nejrůznější aplikace. Jejich zpřesnění by měla přinést další revize citovaného normativního dokumentu. Vždy je třeba mít na zřeteli, že na rozdíl od sprinklerových zařízení, hasí mlhová zařízení požár s minimální intensitou dodávky bez rezervy, která by eliminovala rozdíly mezi zkušebními a reálnými podmínkami.
Zkoušky hasicí schopnosti resp. příslušné zkušební postupy (dále jen ZP) definuje citovaná technická specifikace pro deklaraci uvedení požáru pod kontrolu a potlačení požáru pro následující aplikace:
- ZP pro hořlavé kapaliny.
- ZP pro objemové hašení úseku, který obsahuje následující metody:
- zkouška hasicí schopnosti na malém zkušebním ohni nádrže,
- zkouška hasicí schopnosti na malém zkušebním ohni s výstřikem paliva,
- zkouška hasicí schopnosti – účinek umístění zkušebního ohně,
- zkouška hasicí schopnosti – velký zkušební oheň nádrže.
- ZP pro kabelové kanály.
- ZP pro kancelářské prostory – střední nebezpečí, skupina OH1.
Pro představu je uvedený zkušební postup pro kancelářské prostory. Zkouška se provádí ve zkušební místnosti o rozměrech 3,040 m × 1,840 m a výšce 2 m případně vyšší. Zástavbové předměty o celkové hmotnosti 221 kg představují charakteristické vybavení kanceláře. Zkušební oheň má tepelný výkon 30 kW.
Obr. 16 Zkušební objekt pro ověřování hasicí schopnosti nebezpečí OH1 – kanceláře
Kritériem hodnocení zkoušky je:
- rozsah zničeného a zuhelnatělého materiálu a stěnových panelů,
- počet hořlavých předmětů na stole poškozených žárem,
- průměrná teplota plynů.
Pokud má mlhové SHZ při zkoušce hasicí schopnosti vyhovět musí být škody způsobené požárem při zkoušce mlhového SHZ menší než u referenčního sprinklerového zařízení. Také průměrná teplota plynů u stropu musí být nižší.
Pro aplikační oblasti, kde není stanoven zkušební postup se doporučuje vycházet z metody požárního inženýrství. Pokud jde o zkoušky, na základě kterých se má deklarovat uhašení požáru provedou se zkoušky hasicí schopnosti za podmínek maximálně shodných s podmínkami při reálném požáru. Zkouškami se ověřují nejrůznější požární scénáře při různých parametrech mlhového SHZ. Cílem je nalézt jeho optimální provedení pro danou aplikaci.
Rozsah použití mlhových SHZ
Mlhová SHZ představují další z řady možných technologií hašení. Mají prokazatelné předností. Nelze však nevidět a podceňovat ani zásadní omezení jejich použití. Jednoduše proto, že ani v tomto případě se nejedná o univerzální hasicí zařízení.
K výhodám, zejména pokud jde o vysokotlaká mlhová SHZ, patří:
- vysoká hasicí schopnost s krátkým časem uhašení především hořlavých kapalin v uzavřených prostorech,
- ve srovnání se sprinklerovou ochranou mají nižší spotřebu hasicí vody, a tudíž nižší požadavky na zařízení pro zásobování vodou, konkrétně nádrže na vodu. U vysokotlakých mlhových SHZ to může být až 90 % a u nízkotlakých až 70 %,
- menší rozměry potrubí, což usnadňuje jejich montáž ve stávajících stavbách, jako jsou kulturní památky, hotely apod.,
- jsou esteticky akceptovatelná z hlediska architektonických požadavků na řešení interiéru a otevřených podhledů,
- vodní mlha na sebe váže produkty hoření, což usnadňuje jejích průběžné odvádění z chráněného úseku; to se uvádí jako přednost např. při ochraně IT,
- vodní mlha jako hasivo je:
- ekologicky nezávadná,
- zdravotně nezávadná,
- za určitých podmínek málo vodivá,
- nenechává žádné zbytky po hašení,
- v maximální míře se využije pro hašení bez následných škod promáčením,
- voda se nachází v přírodě – je relativně levná,
- mlhová SHZ splňují zvýšené požadavky na ochranu přírodních zdrojů vody,
- jsou v souladu s trendem udržitelnosti tím, že účinně hasí požár, čímž se snižuje tvorba emisí CO2.
K omezením použití mlhových SHZ a zejména vysokotlakých mlhových SHZ patří:
- nejsou vhodná pro prostory s velkým objemem a s výškou vyšší než 5 m až 7 m; u konkrétního systému to nemusí platit,
- nejsou vhodná pro hašení látek, které reagují s vodou, jako jsou reaktivní kovy, amidy kovů, sulfidy, karbidy, hybridy, silany, kyanatany a další,
- mají relativně nižší hasicí schopnost při hašení venkovních požárů a požáru s malým tepelným výkonem,
- v chráněném prostoru se nedoporučuje samočinné odvětrání kouře a tepla,
- rychlost proudění v chráněném úseku by neměla být vyšší než 5 m/s;
- obvykle mají deklaraci uvedení požáru pod kontrolu a potlačení požáru; výjimečně uhašení požáru,
- i malé odchylky u reálných instalací oproti podmínkám zkušebním mohou negativně ovlivnit požadovaný cíl ochrany,
- zvláštní pozornost je třeba věnovat jejich použití při hašení hloubkových požárů doprovázených žhnutím a skrytých ohnisek požáru.
U vysokotlakých mlhových SHZ je třeba počítat o 20 % až 50 % vyššími pořizovacími náklady než u srovnatelných sprinklerových SHZ. Rozhodující položkou je cena potrubí, sekčních ventilů a hubic resp. automatických hlavic. Především z důvodu vysokých požadavků na tlakovou pevnost a odolnost proti korozi. Ta se eliminuje používáním nerez oceli nejvyšší kvality.
Při návrhu je třeba, v každém jednotlivém případě, vyhodnotit ohrožení osob a v případě potřeby navrhnout odpovídající opatření. Zejména pokud se do chráněného prostoru vypouští i plyn – viz kap. 5, Ochrana osob.
Nízkotlaká a středotlaká mlhová SHZ se prosazují v aplikacích typických pro sprejová SHZ jako je ochrana kabelových kanálů, zkušeben motorů, strojoven, plynových turbin nebo zauhlovacích mostů.
K typickým aplikačním oblastem vysokotlakých mlhových SHZ patří především dosavadní sprinklerové aplikace pro nebezpečí OH1–OH4 jako jsou hotely, kanceláře, archivy, knihovny, divadla, garáže, IT, shromažďovací prostory a kulturní památky. Z dalších možností je to zpracování hořlavých kapalin, ochrana hangárů, papírenských, obráběcích a tiskařských strojů, fritéz, větrných elektráren, letadel a kolejových vozidel, vrtných plošin nebo podzemních velitelských stanovišť a arktických stanic.
Velmi rozšířené jsou námořní aplikace jako ochrana kajut a strojoven námořních lodí.
Významnou aplikační oblast představují mlhová SHZ pro zvýšení požární odolnosti stavebních konstrukcí a zamezení šíření sálavého tepla.
Doposud lze zaznamenat konzervativní přístup k použití mlhových SHZ. Kromě jiného i proto, že jen málo mlhových SHZ má deklaraci uhašení požáru, což představuje handicap v porovnání s plynovými hasicími zařízeními. Ke konzervativnímu přístupu vedou i dlouholeté zkušenosti se sprinklerovou ochranou. U mlhových SHZ, zejména vysokotlakých systémů, jako u každé nové technologie, jsou obavy vycházející z malého počtu přesvědčivých referencí a neúměrného kontraproduktivního zveličování výhod těchto hasicích zařízení jejich výrobci.
I přes výhrady ze strany specialistů na sprinklerovou ochranu a obvyklou nedůvěru k nové technologii je patrný výrazný rozvoj vysokotlakých mlhových SHZ. Zejména z důvodu jejich předností. To potvrzují zkušenosti z Itálie, Velké Británie a skandinávských zemí, kde byly již instalované stovky mlhových SHZ. Tento trend je zřejmý i z údajů finské firmy Marioff, která instalovala vysokotlaké mlhové SHZ typu HI-FOG ve více než 100 hotelech a na cca 1000 lodích. Ročně vyrábí jenom tento výrobce přes 1 milion vysokotlakých hubic a samočinných hlavic (stav k 31. 3. 2011).
Obr.17 Ochrana Národní technické knihovny vysokotlakým mlhovým SHZPříklady mlhových SHZ
Ochrana hotelových pokojů – nebezpečí OH1
Při demonstrační ukázce požáru hotelového pokoje provedené ve zkušebním středisku firmy Marioff se srovnávala hasicí schopnost referenčního sprinklerového zařízení a vysokotlakého mlhového SHZ. Zkušebním objektem byla místnost o ploše 18,75 m2 se standardním vybavením obvyklým pro dvoulůžkový hotelový pokoj. U referenčního sprinklerového zařízení byly použité dva sprinklery VIKING, jeden v pokoji a druhý v předsíni, s celkovým průtokem 199 l/min a návrhovou intenzitou dodávky 5 mm.min−1. Vysokotlaké mlhové SHZ bylo opatřené horizontálním vysokotlakým mlhovým sprinklerem HI-FOG 2000 s průtokem 25,3 l/min. Ohnisko zkušebního ohně bylo pod postelí. Oba typy sprinklerů se aktivovaly za cca 7 min. Škody způsobené požárem na vybavení pokoje byly evidentně menší při hašení vysokotlakým mlhovým SHZ. Max. teplota u stropu při hašení referenčním sprinklerovým SHZ byla 155 °C a při hašení mlhovými sprinklery 95 °C. Zkušební oheň nebyl ještě zcela uhašen pod lůžkem, nicméně dohašení by bylo možné přenosným hasicím přístrojem. Spotřeba vody za 15 min, kdy se ukázka ukončila, byla cca 2 980 l u sprinklerového referenčního zařízení a 380 l při hašení mlhovým sprinklerem HI-FOG.
Výsledky z dalších zkoušek hasicí schopnosti provedených firmou Marioff pro nebezpečí OH1 kam, kromě hotelových pokojů, patří kanceláře, jsou uvedené v tab. 4. Zkoušky se prováděly zvlášť s čerpacím zařízením typu GPU a SPU. I to hasicí schopnost ovlivňuje. Referenční sprinklerové zařízení se sprinklery VIKING s rychlou tepelnou odezvou bylo navržené s intenzitou dodávky 5 mm.min−1. První sprinkler se aktivoval za 1 min 32 s. Teplota u stropu byla max. 500 °C.
| Zkouška | Zkušební objekt | Tepelný výkon [kW] | Vysokotlaké mlhové sprinklery HI FOG 1000 |
|---|---|---|---|
| 1 | místnost 20 m2 s otvorem 1 m × 2 m | 11206 | 1 × závěsný K 6,4 |
| 2 | místnost 40 m2 s otvorem 2 m × 2 m | 18504 | 2 × závěsný K 6,4 |
| 3 | místnost 20 m2 + předsíň, otvor 2 m × 2 m | 10869 | 2 × horizontální K 4,3 + závěsný K 2,5 |
| 4 | místnosti 20 m2 – volný rozvoj požáru | – | – |
| Zkouška | Aktivace sprinkleru [s] | Teplota [°C] | Škody ve srovnání s referenčním sprinklerovým zařízením |
|---|---|---|---|
| 1 | 90 | 250 | Nižší |
| 2 | 80 | 200 | Relativně nejvyšší škoda na lůžkách, znovuvzplanutí po 30 min. K rozšíření požáru na další předměty nedošlo. |
| 3 | 75 ohnisko pod postelí, 88 ohnisko ve skříni | 180 70 | Podstatně nižší, škody pouze ve skříni. |
| 4 | celkové vzplanutí za 10 min | 600 °C u stropu za 5 min, 1200 °C za 13 min | Volný rozvoj požáru |
Při volném rozvoji požáru s ohniskem pod lůžkem došlo v desáté minutě k celkovému vzplanutí a totální škodě zástavbových předmětů. Teplota a koncentrace toxických zplodin hoření za této situace jsou neslučitelné se životem.
Přínos vysokotlakého mlhového SHZ je zřejmý jak ve srovnání s volným rozvojem požáru, tak i s referenčním sprinklerovým zařízením. Uvedené výsledky se musí ve vztahu k reálné instalaci brát jako orientační. V konkrétních podmínkách nemusí být úspora vody k hašení tak vysoká a při nedodržení návrhových požadavků může dokonce dojít i k neuhašení požáru.
Obr. 18 Výsledek demonstrační zkoušky hašení hotelového pokoje sprinklerovým a vysokotlakým mlhovým SHZV obdobné dispozici byly provedené ohňové zkoušky s vysokotlakými mlhovými sprinklery řady 2000 typu C 20 Xx (K4,1), S 10 XX (K3,5) a C 12 XX (K1,9). K hašení se použilo čerpací zařízení SPU. Ačkoliv měly vysokotlaké mlhové sprinklery menší K faktor VdS zvýšila plochu chráněnou jedním sprinklerem u pokojového závěsného sprinkleru ze 16 m2 na 22,5 m2. U horizontálního sprinkleru z 20 m2 na 25 m2 a u sprinkleru pro předsíň z 12,25 m2 na 16 m2. Současně u těchto vysokotlakých mlhových sprinklerů řady 2000 byla snížená přípustná výška místnosti z 5 m na 3,5 m u pokoje a z 3 m na 2,5 m u předsíně. V této souvislosti je třeba uvést, že interpretaci výsledků ohňových zkoušek může provádět pouze autorizovaná osoba.
Kromě vysokotlakých mlhových SHZ nabízí řada dodavatelů pro ochranu sprinklerového nebezpečí LH, OH1, OH2 a OH3 nízkotlaká nebo středotlaká mlhová SHZ u nichž je zásobování vodou provedené levnějšími odstředivými čerpadly. Jako příklad lze uvést mlhové zařízení Aquamist firmy TYCO. Je opatřené hubicemi typu ULF AM 24, ULF AM 29 a ULF AM 27. Toto SHZ má deklarovanou hasicí schopnost pro nebezpečí OH1.
Vysokotlaký mlhový SHZ Marioff pro sprinklerové nebezpečí OH1 – kanceláře
Bylo provedeno 12 ohňových zkoušek ve zkušební místnosti s výškou 2,5 m, 3,5 m a 4 m. Všechny zkušební ohně byly uvedeny pod kontrolu vysokotlakými hlavicemi s K faktorem 4,1 při tlaku 80 bar s následným ručním dohašením po 30. minutě. U referenčních sprinklerů byl K faktor 60 a intenzita dodávky 5 l/min.m2. Rozsah poškození a teploty byly příznivější u vysokotlakého mlhového SHZ než u referenčního sprinklerového zařízení. Pro nejhorší scénář, s výškou stropu 2,5 m a požár s ohniskem mezi čtyřmi sprinklery, byla teplota při sprinklerové ochraně v u stropu 348 °C a při hašení vodní mlhou 204 °C. Pokud jde o rozsah poškození, pak u mlhového zařízení se s výškou místnosti nepatrně snižovalo z 39,1 % na 33,9 %. U standardní sprinklerové ochrany se s výškou místnosti naopak zvyšovalo z 39,5 % na 58,6 %.
Na základě výsledků z těchto zkoušek provedlo VdS za stanovených omezujících podmínek jejich rozšíření i na hotely, školy a restaurace.
Obr.19 Ochrana kulturních památek – vlevo provedení přenosného stojanu s vysokotlakou mlhovou hubicí, vpravo ochrana interiéru Vysokotlaké mlhové SHZ Marioff pro sprinklerové nebezpečí OH3 – archivy, sklady knih, obchody
Při intensitě dodávky 3,8 mm/min vykazovalo předmětné mlhové SHZ lepší výsledky než referenční sprinklerové zařízení s intensitou dodávky 8 mm/min. Celková spotřeba vody u vysokotlakého mlhového SHZ byla 4100 l a u sprinklerového zařízení 17 700 l.
Vysokotlaké mlhové SHZ Marioff pro sprinklerové nebezpečí OH2 – hromadné garáže osobních automobilů
Zkoušky byly provedeny v reálném měřítku ve zkušební místnosti o výšce 3 m s osobními automobily stojícími vedle sebe v obvyklých odstupech. Srovnávala se hasicí schopnost vysokotlakého mlhového zařízení s referenčním sprinklerovým zařízením. Při prvním scénáři bylo ohnisko požáru pod vysokotlakým sprinklerem, při druhém bylo mezi čtyřmi vysokotlakými sprinklery s K 1,8. Intensita dodávky vody referenčního sprinklerového zařízení byla 5 l/min.m2. Na základě 6 ohňových zkoušek bylo konstatováno, že úroveň ochrany oběma systémy je ekvivalentní. Vysokotlaké SHZ v navržené konfiguraci spolehlivě potlačilo požár při všech zkouškách do 30 min. Tlak na mlhových sprinklerech byl 110 bar. Při žádné zkoušce nedošlo k prasknutí oken. Požár se nerozšířil na sousední automobily a nedošlo ke škodám na stavební konstrukci. Teplota v místnosti nepřekročila u mlhového zařízení 150 °C a u sprinklerového zařízení 200 °C. Náročnější scénář představovalo hašení ohniska požáru pod jedním sprinklerem. Mlhové zařízení v tomto případě vykazovalo horší výsledky. Došlo k poškození laku a pneumatik.
Obr. 20 Vysokotlaký mlhový hydrantový systémMlhové SHZ UF pro ochranu kuchyňských fritéz
Byla provedena série ohňových zkoušek podle ISO 15371 s cílem ověřit vhodnost vysokotlaké vodní mlhy pro hašení fritéz. Při zkouškách se dosáhlo uhašení navrženými hubicemi v závislosti na tlaku za cca 4 s až 10 s.
Prostředky pro ruční aplikaci vysokotlaké mlhy
Kromě popsaných stabilních hasicích zařízení na vodní mlhu lze toto hasivo aplikovat i ručními prostředky jako jsou vysokotlaké pistolové proudnice, nebo hydratované systémy. V prvním případě jsou obvykle součástí vysokotlakého zařízení pro rychlý zásah na některých cisternových automobilových stříkačkách, v druhém jde o požárně bezpečnostní zařízení, která jsou součástí stavby. V případě ochrany památek lze připomenout přenosné stojany na hašení mlhou, nebo modulová čerpací zařízení na vysokotlakou mlhu stabilního typu.
Obr. 21 Nízkotlaká mlhová hubice (vlevo) a vysokotlaká mlhová pistolová proudnice jako součást zařízení pro rychlý zásah na CAS opatřená pěnovým nástavcem (vpravo)Závěr
Mlhová SHZ nepředstavují převratnou nebo univerzální hasicí technologii. Na straně druhé jde o hasicí technologii, která v konkrétních oblastech použití má prokazatelné přednosti. Ty budou důvodem, zejména v případě vysokotlakých mlhových SHZ, pro její další rozšiřování i mimo oblasti typické pro sprinklerovou ochranu, kde se již prosazuje. V každém jednotlivém případě je třeba postupovat obezřetně a respektovat návrhové požadavky a omezení vyplývající z certifikátů a návrhových manuálů. Nezbytnou opatrnost v implementaci mlhového hašení potvrzují i specialisté na tuto problematiku.
Seznam literatury
- P. Rybář, Stabilní hasicí zařízení vodní a pěnová, edice PKPO č. 1, Praha 2015,
- P. Rybář, Stabilní hasicí zařízení, plynová, prášková, aerosolová a inertizační, provozuschopnost a účinnost SHZ, edice PKPO č. 2, Praha 2016,
- Dr. J. Vaari a Dr. M. Tuomisaari, Study on operation area, VTT, Finland, 2008,
- Report „Demo Fire Test of Hotel Room“, Lohja, 2011, Finland,
- ČSN P CEN/TS 14972 Stabilní hasicí zařízení – Mlhová zařízení – Navrhování a instalace,
- NFPA 750:2010 Standard on Water Mist Fire Protection Systems,
- Hanuaska and Back, Halons Alternative Fire Protection Systems, an Overview of Mist Fire Suppression Systéms Technology, Hughes Assoiciates, Inc. Columbia, MD 1993,
- Fire Protection Handbook, NFPA, 19 vydání,
- Bericht uber die Löschuntersuchungen der Niederdruck-Wassernebel-Fuerlöschanlage Total Walter Feurschutz GmbH im Kleinen Brandstollen der DMT-Versuchgrube Tremonia Dortmund, č. 20/28,1995,
- Soubor přednášek IWMA 2008–2014,
- VdS – Mezinárodní konference k SHZ, Kolín nad Rýnem, 2006-2016,
- Dr. Schremmer, prezentace, konference VdS, 1998,
- www.hzscr.cz/soubor/priklady-pouziti- SHZ-pdf.aspx,
- Firemní dokumentace Marioff, TYCO, Siemens, UlraFog, Danfoss, Aquasys, Victaluic, Skanska, Klika, Rosenbauer, Minimax.
- V. Macák, Hašení vodní mlhou, Knižnice požární ochrany, svazek 2, Praha 1961.
Water mist fixed firefighting systems are dedicated types of stationary fire extinguishers, which are increasingly widespread in the protection of objects and technologies. Extinguishing effects are based on the theory of a small drop. The three-part series presents the history of fog water mist development in the Czech Republic and the world, the main components, the system solution, the design specifics, the range of applications and typical applications including the hand watermist fire extinguishing equipment . It is a comprehensive concept that reflects the state of water mist elimination and the prospective trends. In the final part of the three-part series, we will look at the methods for determining the extinguishing capacity, the scope of application of the water mist FFS and the manual application of high-pressure water mist.
