Otevřít

X. medzinárodná konferencia FIRECO 2013
Pokorný J., Monoši M.
POŽÁRNÍ INŽENÝRSTVÍ JAKO JEDNA Z CEST KE ZV݊ENÍ
BEZPE NOSTI KULTURNÍCH PAMÁTEK
Ing. Ji í Pokorný, Ph.D1., doc. Ing. MikulᚠMonoši, PhD2.
Anotace
P ísp vek se zabývá možnosti využití požárn inženýrských metod p i hodnocení
kulturních památek. Charakter t chto staveb a snaha o zachování jejich historické
autenti nosti, m že být p í inou vzniku konfliktních situací p i jejich posouzení
z hlediska požární bezpe nosti. Na p ípadové studii obrazárny jsou demonstrovány
n které z možností model požáru, které jsou jedním z možných nástroj p i použití
jiných ešení odchylných od standard , které reprezentuje stávající základna
technických p edpis . Stanovené požadavky budou asto kompromisem mezi
zajišt ním ur ité bezpe nostní úrovn , ovšem s ohledem na specifický charakter
t chto staveb.
Klí ová slova
Kulturní památky, požárn inženýrské metody, požární modely, p ípadová studie
Úvod
Ochrana kulturních památek proti negativním následk m požár je ve sv t již
dlouhodob diskutována a jednotlivé zem se snaží nalézt svou vlastní cestu pro
zajišt ní jejich bezpe nosti.
P í iny popisovaných aktivit a možná ešení jsou znázorn ny na obr. 1.
Na obr. 2 je znázorn na p vodní stavba Kostela svaté Kate iny v Ostrav –
Hrabové (stavba byla postavena p ibližn ve 14. století), který zcela vyho el v roce
2002. Replika kostela byla dokon ena v roce 2004. A koli se jedná o repliku velmi
zda ilou, z hlediska historické hodnoty se však již nejedná o p vodní stavbu, jde
„pouze o repliku“ a tedy absolutní ztrátu kulturní památky.
1
Ing. Ji í Pokorný, Ph.D, Hasi ský záchranný sbor Moravskoslezského kraje, Výškovická 40, 700 30
Ostrava – Záb eh, tel. +420 950 730 150, Email: [email protected]
2
doc. Ing. MikulᚠMonoši, PhD., Žilinská univerzita v Žiline, FŠI, Katedra požiarneho inžinierstva, Ul.
1. Mája 32, 010 26 Žilina, tel: +421 41 513 6758, E-mail: [email protected]
Tren ín, 2. – 3. mája 2013
413
Pokorný J., Monoši M.
X. medzinárodná konferencia FIRECO 2013.
Obr. 1 P í iny preventivních aktivit ochrany kulturních památek a možná ešení
Obr. 2 Kostel svaté Kate iny v Ostrav – Hrabové
414
Tren ín, 2. – 3. mája 2013
X. medzinárodná konferencia FIRECO 2013
Pokorný J., Monoši M.
V posledních letech se snahami o ochranu kulturních památek intenzivn
zabývá také eská republika. D kazem popisovaných aktivit je úzká spolupráce
Hasi ského záchranného sboru eské republiky s Národním památkovým ústavem,
který zajiš uje úkoly státní památkové pé e, a v n kterých p ípadech také p ímo s
vlastníky památek.
V p edchozích letech, zejména 2009 a 2010, byla do „kmenových norem“
požární bezpe nosti staveb, tedy SN 73 0802 [1] a SN 73 0804 [2], vložena
ustanovení, která u komplikovaných nebo rizikových stavebních objekt doporu ují
použití speciálních hodnotících postup , odborných expertíz. P i jejich zpracování se
doporu uje postupovat podle p íloh uvedených norem, které podrobn ji rozvádí
zásady postupu p i specifickém posouzení vysoce rizikových podmínek požární
bezpe nosti, podrobn ji pak podle ISO/TR 13387-2 Fire safety engineering - Part 2:
Design fire scenarios and design fires [3].
Rizikovost objekt , u kterých se doporu uje zpracování odborných expertíz, je
vymezena pouze rámcov . Jedná se o objekty vyšší než 60 m, prostory, kde dochází
ke shromážd ní velkého po tu osob a další blíže nespecifikované p ípady, kde se
použití t chto postup jeví jako opodstatn né. Kulturní památky tvo í nesporn
kategorii, která zde m že být za azena (viz obr. 1).
D vodem je skute nost, že kulturní památky mohou být z hlediska svého
dispozi ního, materiálového, konstruk ního nebo provozního charakteru významn
odlišné od staveb, se kterými se obvykle setkáváme. Navíc, práv vzhledem k jejich
historickému významu, jsou úpravy asto problematické, n kdy až nereálné.
Uplatn ní stávajících bezpe nostních standard , tedy také požadavk projek ních
norem požární bezpe nosti staveb, m že v kone ném d sledku vést ke stavbám
sice kvalitativn bezpe n jším, ovšem s mizivou historickou hodnotou. Takový
výsledek je pochopiteln nežádoucí.
Zde se nachází vhodná p íležitost pro využití požárn inženýrských metod.
Rámcový popis postupu p i požárn inženýrském hodnocení
Návrh postup p i odlišném zp sobu spln ní technických podmínek požární ochrany
je souborem zásad, které si kladou za cíl posoudit možný pr b h požáru a jeho
p sobení na své okolí. Zpravidla zahrnuje kvalitativní analýzu, kvantitativní analýzu,
posouzení výsledk analýzy podle kritérií bezpe nosti, zaznamenání a prezentaci
výsledk (viz obr. 3).
Tren ín, 2. – 3. mája 2013
415
Pokorný J., Monoši M.
X. medzinárodná konferencia FIRECO 2013.
Obr. 3 Postup ešení p i využití požárn inženýrských metod
P i hodnocení jsou v rámci kvalitativní a kvantitativní analýzy posouzena p edem
stanovená kritéria p ijatelnosti, p i emž vstupními údaji jsou p edepsané a
p edpokládané návrhové parametry.
Princip zpracování kvantitativní analýzy je založen na vým n informací mezi
Centrem globálních informací (datovou sb rnicí) a jednotlivými subsystémy SS1 až
SS5 (viz obr. 4). Sdílení dat mezi datovou sb rnicí a subsystémy umož uje
komplexní posouzení stavby z hlediska požární bezpe nosti.
Obr. 4 Znázorn ní subsystém p i ešení kvantitativní analýzy
416
Tren ín, 2. – 3. mája 2013
X. medzinárodná konferencia FIRECO 2013
Pokorný J., Monoši M.
Filosofie posouzení jednotlivých subsystém je obsahem technických norem ISO/TR
13387-X. Pro názornost bude nazna en princip ešení subsystém SS4 a SS5.
Subsystém SS4 se zabývá zejména hodnocením fází innosti aktivních požárn
bezpe nostních za ízení. Jedná se p edevším o dobu detekce, aktiva ní dobu a
dobu innosti hasicího za ízení. Obsahem bývá zpravidla také posouzení ú innosti
hasicího za ízení. [4]
Subsystém SS5 se umož uje volbu n které ze strategií evakuace osob a následn
rozvádí zásady pro jejich posouzení. Základními strategiemi se rozumí:
úplná evakuace osob z požárem zasaženého objektu,
áste ná evakuace osob do chrán ného prostoru v objektu, kde mohou
osoby setrvat a v p ípad pot eby dokon it bezpe n evakuaci jako
sou ást ízeného systému,
v p ípadech, kdy není evakuace z provozních d vod možná, musí být
umožn no setrvání osob na míst , p i emž konstrukce objektu musí
zajistit, aby toto místo z stalo trvale nebo po stanovenou dobu
bezpe ným místem,
záchrana jednotkou požární ochrany. [5]
Popis postupu p i požárn inženýrském hodnocení je detailn ji rozveden v jiných
literárních zdrojích (nap . [6], [7], [8], [9], [10], [11]) a jeho detailn jší popis není
p edm tem tohoto p ísp vku.
Fragment p ípadové studie obrazárny
V následujících odstavcích bude prezentován fragment p ípadové studie obrazárny
s využitím požárn inženýrského postupu.
Popis ešené geometrie a stavebního provedení
Hodnocen bude prostor obrazárny s výstavními sín mi a dalším zázemím o
p dorysném rozm ru 30/25 m, konstruk ní výšce 3,6 m a sv tlé výšce 3,0 m. Nosné
a obvodové konstrukce jsou tvo eny kombinaci kamenného a cihelného zdiva,
stropní konstrukce je d ev ná. Hodnocená ást objektu není d lena do požárních
úsek . Ohnisko požáru je umíst no p ibližn ve st edu místnosti obrazárny.
Zjednodušená geometrie hodnocené ásti objektu je schematicky znázorn ná na
obr. 5.
Tren ín, 2. – 3. mája 2013
417
Pokorný J., Monoši M.
X. medzinárodná konferencia FIRECO 2013.
Obr. 5 Zjednodušená geometrie posuzované ásti objektu
Cílem prezentované p ípadové studie je p iblížit rozvoj požáru v prostorách
obrazárny v dob 10 minut. Rozvoj požáru byl navržen podle k ivky t-kvadratického
požáru, kde rychlost uvol ování tepla je úm rná druhé mocnin asu. Sledován byl
nár st teploty a pokles vrstvy kou e.
Použité modely požáru
Rozvoj požáru a pohyb kou e v posuzované ásti objektu byl simulován modelem
CFAST (Consolidated Model of Fire Growth and Smoke Transport, verze 6) a FDS
(Fire Dynamik Simulator, verze 5) [12].
Model CFAST je dvouzónový matematický model požáru vyvinutý NIST (National
Institute of Standards and Technology, Maryland, USA), který umož uje stanovit
zejména vývoj a distribuci kou e, zplodin ho ení, teplotu v posuzovaném prostoru,
teplotu konstrukcí v závislosti na p íslušném požárním scéná i atd. (viz
http://cfast.nist.gov).
Model FDS je model typu pole založen na teorii dynamiky proud ní tekutin (CFD)
vyvinutý NIST (National Institute of Standards and Technology, Maryland, USA),
který umož uje stanovit adu parametr doprovázejících rozvoj požáru a to pro díl í
„objemy“ prostoru. Model využívá k ešení Navier-Stokesovy rovnice, které jsou
vhodné k hodnocení tok
se zohledn ním transportu kou e a tepla (viz
http://www.fire.nist.gov/fds).
Výše uvedené požární modely používají jako nástroj pro vizualizaci numerických
výpo t software Smokeview.
418
Tren ín, 2. – 3. mája 2013
X. medzinárodná konferencia FIRECO 2013
Pokorný J., Monoši M.
Posouzení n kterých parametr požáru modelem CFAST
Nár st teploty a postupný pokles vrstvy kou e v prostorách obrazárny jsou
znázorn ny na obr. 6.
Obr. 6 Znázorn ní zm ny teploty a úrovn kou e v prostorách obrazárny
Je z ejmé, že v dob 600 s inila teplota v prostoru obrazárny p ibližn
K poklesu vrstvy kou e na úrove 2,5 m dochází p ibližn v ase 230 s.
100 C.
asový pr b h nár stu teploty a poklesu vrstvy kou e je znázorn n na obr. 7.
Obr. 7
asový pr b h nár stu teploty a poklesu vrstvy kou e
Tren ín, 2. – 3. mája 2013
419
Pokorný J., Monoši M.
X. medzinárodná konferencia FIRECO 2013.
Pom rn p íznivý pr b h sledovaných parametr , tedy nár stu teploty a poklesu
vrstvy kou e, je zp soben zejména nízkým rizikem v hodnoceném prostoru. Hodnota
nahodilého požárního zatížení obrazáren pn = 15 kg.m-2 (viz p íloha A, tab. A.1 SN
73 0802).
Posouzení n kterých parametr požáru modelem FDS
Nár st teploty a postupný pokles vrstvy kou e v prostorách obrazárny jsou
znázorn ny na obr. 8.
Obr. 8 Znázorn ní zm ny teploty a úrovn kou e v prostorách obrazárny
Vzhledem k charakteru software FDS bylo nutné sledované parametry hodnotit na
více místech prostoru. Byl zvolen st ed místnosti, nad ohniskem požáru, a krajní ást
místnosti. Porovnání sledovaných parametr na t chto místech, umožní vytvo it si
reáln jší p edstavu o výsledcích simulace.
V dob 600 s inila teplota ve st edu místnosti (nad ohniskem) p ibližn 400 C.
K poklesu vrstvy kou e na úrove 2,5 m dochází v tomto míst p ibližn v ase 35 s.
Zm na parametr , které byly sledovány, je ve st edu místnosti obrazárny velmi
výrazná a odlišná od software CFAST.
V dob 600 s inila teplota v krajní ásti místnosti p ibližn 120 C. K poklesu vrstvy
kou e na úrove 2,5 m dochází v tomto míst p ibližn v ase 180 s. Stanovené
parametry v krajní ásti místnosti jsou do zna né míry podobné hodnotám získaným
modelem CFAST.
Ší ení kou e v prostorách obrazárny je znázorn no na obr. 9.
420
Tren ín, 2. – 3. mája 2013
X. medzinárodná konferencia FIRECO 2013
Pokorný J., Monoši M.
Obr. 9 Znázorn ní ší ení kou e v prostorách obrazárny
Možnosti software FDS jsou však podstatn širší. Teplotu je možné sledovat na
podélných nebo p í ných ezech v libovolném míst , nap . ohniskem požáru.
Sou asn je možné „prostorov “ hodnotit pokles viditelnosti v prostoru na ur itou
hodnotu. Ukázka teploty v míst ohniska požáru a poklesu viditelnosti na 5 a 10 m je
znázorn na na obr. 10.
Obr. 10 Znázorn ní teploty v míst ohniska požáru a poklesu viditelnosti
Tren ín, 2. – 3. mája 2013
421
Pokorný J., Monoši M.
X. medzinárodná konferencia FIRECO 2013.
Shrnutí
V rámci p ípadové studie byly hodnoceny n které z pr vodních jev , které
doprovázejí požár v prostorách obrazárny. Pro hodnocení byl využit zónový model
požáru a model požáru typu pole. A koli jsou modely požáru typu pole zjevn
perspektivn jší, je z ejmé, že zónové modely požáru, mohou i dnes najít své uplatn ní.
Nezajímavá není rovn ž doba provedených simulací jednotlivými software. P i
použití zónového modelu CFAST nep ekro ila doba simulace 60 s, v p ípad modelu
FDS inila tato doba p ibližn 30 hodin.
Záv r
Je neoddiskutovatelné, že kulturní památky mají charakteristické rysy, které se
promítají také v oblasti požární bezpe nosti. A koli jejich stavebn technické ešení
zpravidla neodpovídá, a st ží také m že odpovídat, stávajícím technickým
standard m, skýtá jejich provedení z hlediska požární ochrany nejen stránky
negativní, ale do ur ité míry také pozitivní (nap . masivní stavební konstrukce,
obvodové a nosné konstrukce t ídy reakce na ohe A1). Možná pozitiva mohou být
p i jejich úpravách využita.
V rámci stavebních úprav je možné požární bezpe nost t chto staveb do ur ité míry
vylepšit. Výsledek však bude pravd podobn vždy ur itým kompromisem mezi
stávajícími technickými standardy a zachováním jejich historické hodnoty.
Specifický charakter kulturní památek m že, a asto i bude, vyžadovat uplatn ní
specifických hodnotících postup , mezi které je možné za adit také metody
požárního inženýrství. Ukázka použití požárních model na fragmentu p ípadové
studie obrazárny, pouze populární formou demonstruje n které jejich možnosti.
Literatura:
[1]
SN 73 0802 Požární bezpe nost staveb – Nevýrobní objekty. Praha: Ú ad pro
technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2009.
[2]
SN 73 0804 Požární bezpe nost staveb – Výrobní objekty. Praha: Ú ad pro
technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2010.
[3]
ISO/TR 13387-2 Fire safety engineering - Part 2: Design fire scenarios and
design fires. Geneva: International Organization for Standardization, 1999.
[4]
ISO/TR 13387-7 Fire safety engineering - Part 7: Detection, activation and
suppression. Geneva: International Organization for Standardization, 1999.
[5]
ISO/TR 13387-8 Fire safety engineering - Part 8: Life safety – Occupant
behaviour, location and condition. Geneva: International Organization for
Standardization, 1999.
[6]
HZS R, Postup p i odlišném zp sobu spln ní technických podmínek požární
ochrany [online] URL: <http://www.hzscr.cz/clanek/jak-resit-odlisny-zpusobsplneni-technickych-podminek-stanoveny-csn-73-0802.aspx> [cit. 2013-02-27].
422
Tren ín, 2. – 3. mája 2013
X. medzinárodná konferencia FIRECO 2013
Pokorný J., Monoši M.
[7]
ISO/TS 16733 Fire safety engineering – Selection of design fire scenarios and
design fires. Geneva: International Organization for Standardization, 2006.
[8]
KU ERA, P., KAISER, R. Úvod do požárního inženýrství. Edice SPBI
SPEKTRUM, sv. 52. Ostrava: Sdružení požárního a bezpe nostního
inženýrství, 2007. s. 170. ISBN 978-80-7385-024-1.
[9]
KU ERA, P., KAISER, R., PAVLÍK, T., POKORNÝ, J.: Metodický postup p i
odlišném zp sobu spln ní technických podmínek požární ochrany. EDICE SPBI
SPEKTRUM 56. Ostrava: Sdružení požárního a bezpe nostního inženýrství,
2008, 201 s., ISBN 978-80-7385-044-9.
[10] KU ERA, P., KAISER, R., PAVLÍK, T., POKORNÝ, J.: Požární inženýrství –
Dynamika požáru. EDICE SPBI SPEKTRUM 65. Ostrava: Sdružení požárního a
bezpe nostního inženýrství, 2009, 152 s., ISBN 978-80-7385-074-6.
[11] SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Fourth Edition. Quincy:
National Fire Protection Association, 2008. ISBN-10: 0-87765-821-8, ISBN-13:
978-0-87765-821-4.
[12] Fire Modeling Information at NIST [online]. URL: <http://www.nist.gov/firemodeling.cfm?sort=date&first=2> [cit. 2013-02-27].
Tren ín, 2. – 3. mája 2013
423