Sprinklerové systémy v administrativních budovách z jiného úhlu pohledu

Stabilní hasicí zařízení (SHZ) se řadí do skupiny aktivní požární ochrany, jež velmi vysoce zvyšuje úroveň požární bezpečnosti staveb. Hlavním cílem požární bezpečanosti je zabránit ztrátám na životech lidí, zvířat, ale také zabránit co největším škodám na majetku.

Aby bylo dosaženo v budovách těchto cílů, je třeba vzhledem k předpokládanému typu a průběhu požáru zvolit vhodné hasivo, jež má každé v daných podmínkách své výhody a nevýhody. V současné době je jednoznačně nejpoužívanějším hasivem voda. Nejenže je velmi univerzálním hasicím prostředkem, ale je také netoxická a hlavně snadno dosažitelná.

Ve většině vyspělých zemí Evropy v současné době probíhá vývoj v oblasti technických řešení a transformace související se sociálními a demografickými změnami. Vývoj v oblasti samočinných SHZ prochází neustále hektickými změnami. Každý prostor má svá specifika a administrativní budovy obecně potřebují specifické řešení v oblasti samočinných SHZ.

V těchto prostorech mnohdy vznikají velké škody na majetku, a proto i řešení v oblasti samočinných SHZ má svá důležitá specifika. Ráda bych se více zaměřila na porovnání návrhových parametrů sprinklerových hlavic v administrativní budově.

Stabilní hasicí zařízení

Stabilní hasicí zařízení se řadí mezi nejvýznamnější aktivní požárněbezpečnostní zařízení. Jeho úkolem v objetu je potlačení, nebo dokonce i zlikvidování požáru v jeho počáteční fázi. SHZ se odlišuje od ostatních požárněbezpečnostních zařízení tím, že jako jediné dokáže aktivně hasit požár, tedy přerušovat proces hoření, a tím snižovat i hodnoty parametrů požáru, mezi které patří např. plocha požáru, výška plamene či teplota hoření.

SHZ bývá navrhováno jako samočinné, tudíž velkou výhodu u těchto zařízení představuje to, že je schopné zahájit hasební zásah bez lidského faktoru, a to ve velmi krátké době po vzniku požáru. SHZ, které bývá navrženo nejčastěji jako sprinklerové, má při svém zásahu velkou spotřebu hasební látky, již v tomto případě představuje požární voda.

Proto u těchto zařízení musí být v objektu navržena zásobní nádrž. V této souvislosti lze SHZ navrhovat také jako polostabilní hasicí zařízení (PHZ), které pomocí nainstalované armatury umožňuje napojení mobilní techniky s možností střídání cisteren, nebo doplňkové hasicí zařízení (DHZ), jež je napojené pouze na veřejný vodovod s trvalou dodávkou vody, ale bez zásobní nádrže.

Druhy stabilních hasicích zařízení

U staveb se čím dál více setkáváme s provozy, které nesmí být hašeny vodou, tudíž jsou v těchto objektech používána zařízení, která využívají jiný druh hasiva. SHZ se tedy rozděluje takto:

• sprinklerová stabilní hasicí zařízení
• mlhová stabilní hasicí zařízení
• sprejová stabilní hasicí zařízení
• pěnová stabilní hasicí zařízení
• plynová stabilní hasicí zařízení
• prášková stabilní hasicí zařízení
• aerosolová stabilní hasicí zařízení

Sprinklerové SHZ

V objektech bývá navrhováno nejčastěji, spadá do kategorie vodní SHZ, kdy je k hašení použita voda obvykle ve formě sprchového proudu, jehož velikost udávají hlavice umístěné na konci rozvodných armatur tzv. sprinklery. Tato zařízení jsou navrhována jako samočinná, tudíž pro jejich aktivaci není potřeba lidského faktoru.

Jsou navrhována na likvidaci požáru v jeho počáteční fázi, kdy jsou do činnosti uvedeny pomocí tzv. otevírací teploty (u sprinklerů je nejběžnější nastavení na 68 °C, na kterou reaguje tavná pojistka umístěná ve sprinklerové hlavici). Při iniciaci požáru jsou tedy uvedeny do činnosti pouze ty sprinklery, které se zahřejí na předem stanovenou otevírací teplotu, tudíž ty, které se nacházejí v blízkosti ohniska požáru.

Sprinklerové zařízení se navrhuje ve většině případů na pokrytí celého objektu. Otevírací teplota je volena tak, aby odpovídala teplotním podmínkám okolí, do kterého jsou sprinklery navrženy.

Sprinklerové SHZ se navrhují na dvě základní rozvodné soustavy – mokrá soustava a suchá soustava. U mokrých soustav jsou rozvodná potrubí trvale naplněna vodou pod tlakem, tudíž se musí navrhovat do prostor, ve kterých nehrozí jejich zamrznutí. Oproti tomu suchá soustava, jež je naplněna tlakovým vzduchem, popř. inertním plynem, se do těchto prostor navrhovat musí.

Hranici mezi tlakovým vzduchem a vodou zajišťuje řídicí ventil. Do suché soustavy musí být instalován stálý přívod vzduchu (inertního plynu), který udržuje tlak v potrubní síti. Kombinací těchto obou soustav může být soustava smíšená, kdy v zimním období soustava funguje jako suchá a v ostatních obdobích bývá naplněna vodou.

Mezi hlavní komponenty sprinklerového SHZ patří tedy již zmiňované sprinklery (sprinklerové hlavice), u kterých je vyjádřen průtok vody tzv. K faktorem, jenž určuje průtok vody v l/min při tlaku 1 bar. Dalším komponentem je ventilová stanice, jejíž hlavní součástí jsou řídicí ventily. Tato jednotka řídí dodávky vody do sprinklerové soustavy.

Dalšími nezbytnými komponenty sprinklerové soustavy jsou čerpadla (odstředivá nebo ponorná) a potrubní rozvody, které jsou navrhovány především ocelové nebo plastové, a vodní nádrže, které se dle umístění rozdělují na nadzemní a podzemní. Nedílnou součástí tohoto systému je i elektrická požární signalizace (EPS) a požární zvony.

Výhody při instalaci SHZ

Instalace samočinných SHZ snižuje škody na majetku, resp. je snížena hodnota rizika, kterému je majetek vystaven. Omezením rizik roste hodnota majetku. Většinou tato řešení požadují i pojišťovny. S SHZ jsou chráněny také osoby, které se v objektu nacházejí.

V případě instalace těchto zařízení je vytvořeno příjemnější a bezpečnější prostředí pro práci, ubytování či nákupy. Další výhodou je také snížení emisí CO₂, kdy v případě požáru a využití SHZ dojde ke snížení množství tohoto skleníkového plynu, a nedochází tak ke kontaminaci okolního prostředí.

Srovnání sprinklerových hlavic

Tab. 1 vychází z tabulky 13a v ČSN EN 12845. Dle této tabulky třídíme budovy do třídy nebezpečí. Administrativní budovy, až na výjimky, spadají do třídy nebezpečí OH. Ihned v této tabulce můžeme porovnat důležité faktory pro návrh sprinklerových hlavic:

• intenzita dodávky vody
• typ sprinkleru
• K-faktor

Položme si dvě základní otázky:

• volba sprinkleru s K-faktorem 80 nebo 115 dle ČSN EN 12845?
• volba tzv. rezidenční sprinklerové hlavice podle amerických návrhových předpisů?

Předpisy pro navrhování

V každé civilizované zemi existuje normativní předpis pro navrhování sprinklerových systémů. V tomto krátkém srovnání bych se ráda věnovala ČSN EN 12845 a NFPA 13, což jsou předpisy používané v České republice a USA. Za zmínku určitě stojí i další „sprinklerové normy“, jako např. V ds CEA 4001 (Německo), BS 9251 (Velká Británie), prNS-INSTA (Skandinávie). I když jsou normy velmi podobné, každá má různá lokální specifika a národní upřesnění. Příkladem takového specifika může být předpis pro navrhování sprinklerového zabezpečení v dřevostavbách podle skandinávské normy.

ČSN

V České republice je výchozím dokumentem pro navrhování ČSN EN 12845 Stabilní hasicí zařízení – Sprinklerová zařízení – Navrhování, instalace a údržba. Na základě charakteru prostoru definovaného třídou nebezpečí získáme návrhové parametry systému, podle kterých následně projektujeme.

Třída nebezpečí

Rozlišujeme celkem 4 třídy nebezpečí, které se dále dělí do podrobnějších podkategorií. Známe následující třídy nebezpečí s příslušnou zkratkou:

• malé LH
• střední OH
• vysoké / výroba HHP
• vysoké / skladování HHS

Stejné výchozí rozdělení jako ČSN EN 12845 využívá např. německá norma pro navrhování SHZ V ds CEA 4001.

Návrhové parametry

V závislosti na třídě nebezpečí určujeme další parametry návrhu:

• intenzitu dodávky vody
• účinnou plochu
• dobu činnosti
• K-faktor
• RTI neboli index tepelné odezvy
• minimální tlak před sprinklerem
• plochu jištěnou jedním sprinklerem
• dobu činnosti

NFPA 13

NFPA 13 je americká federální norma pro navrhování sprinklerových systémů.

Třída nebezpečí

V NFPA 13 se podle materiálů jejich třídy hořlavosti a HRR dělí jednotlivé prostory do čtyř tříd rizika:

• nízké LH
• střední (normální) OH
• vysoké EH
• zvláštní SOH

Navrhování

Při navrhování systémů SHZ se nevychází z třídy nebezpečí, jako je tomu v případě ČSN, nebo V ds, ale rozhoduje konkrétní využití prostoru. Z jeho výpočtu jsou následně určeny parametry:

• intenzita dodávky vody
• účinná plocha
• doba účinnosti
• K-faktor
• RTI neboli index tepelné odezvy
• minimální tlak před sprinklerem

Rozdíly mezi návrhovými předpisy

NFPA 13 a ČSN EN 12845 má několik rozdílů, v NFPA 13 se nevychází ze třídy nebezpečí, ale z charakteru využití prostoru. Další odlišností je, že NFPA 13 nestanovuje RTI (index tepelné odezvy). Hlavice dělí podle tvaru výtokového proudu, které jsou následně přiřazovány k jednotlivým stupňům jištění. Dále udává speciální požadavky pro umístění sprchových hlavic typu W u stropu. W = souměrný tvar výstřikového proudu.

Samotnou kapitolou je existence NFPA 13D a NFPA 13R, které definují pravidla navrhování rezidenčních sprinklerů. Pravidla pro navrhování rezidenčních sprinklerů se daří z amerických předpisů implementovat do návrhových předpisů jednotlivých států v západní a severní Evropě. České předpisy implementace rezidenčních sprinklerů pravděpodobně čeká.

Návrhové parametry sprinklerových hlavic

Na návrhové parametry sprinklerových hlavic se dá nahlížet různými způsoby, důležitý náhled nám dává tab. 2.

Řešený příklad

V rámci diplomního semináře jsme se studentem řešili zajímavý příklad v rámci simulace FDS. Jedná se o místnost (kancelář) v administrativní budově. Dovolím si zde publikovat zajímavé výstupy z tohoto programu.

Řešený simulovaný příklad se koná ve fiktivní administrativní budově a je řešen za pomoci CFD modelu v simulaci FDS. Byla vytvořena běžná zasedací místnost, ve které podle požárního scénáře během víkendu vypukne menší požár. V objektu během víkendu nikdo není, dojde tedy k aktivaci a následnému uhašení pomocí stabilního hasicího systému. Požár byl modelován ve třech variantách:

• na stole – nejpříznivější varianta
• v rohu místnosti
• pod stolem – nejméně příznivá varianta

Iniciátorem požáru je sálavá plocha umístěná na spodní straně papírových kvádrů, které podle požárního scénáře spolu se stolem slouží jako palivo. Sálavá plocha o maximální hodnotě HRR = 18,1 kW uvolňuje teplo jako požár plastového koše s papíry. Čas měření simulace byl stanoven na 300 s. Modelovaný prostor byl zařazen do třídy nebezpečí OH (Ordinary hazard).

Do zasedací místnosti byly navrženy 4 sprinklerové hlavice, ve dvou případech byly navrženy závěsné hlavice podle normativních předpisů na území ČR, pouze s rozdílnými parametry K – faktoru – viz tab. 2. Ve třetím případě je navržena hlavice rezidenční, kterou české předpisy zatím neevidují a jejíž návrh vycházel z předpisů platných v USA. Parametry jednotlivých hlavic jsou obsaženy v tab. 2.

Cílem příkladu bylo porovnat efektivitu a celkové chování jednotlivých hlavic za požáru vymodelovaného v různých částech místnosti. Celkem bylo provedeno 12 simulací v softwaru FDS, dovolím si zde prezentovat jen ty nejdůležitější výstupy.

Výsledky výpočtu

Výsledky výpočtu reflektují tři základní grafy průběhu HRR, neboli rychlosti uvolňování tepla v závislosti na čase. Pro každou lokaci požáru byl vynesen jeden graf, na kterém je průběh HRR při použití jednotlivých hlavic ve srovnání se situací bez použití SHZ.

Všechny požáry končí vyhořením paliva, pro modelování následků požáru by bylo potřeba daleko komplexnější požár. Přesto na grafech dobře vidíme, že ve všech případech instalace SHZ zabránila většímu šíření požáru. Rozdíl mezi hlavicemi s odlišnou hodnotou K-faktoru není na grafu téměř patrný a až při podrobné analýze dat se dá rozdíl pozorovat.

Ve výsledku můžeme konstatovat, že hlavice s vyšším K-faktorem lépe potlačuje účinky požáru, avšak pro aplikaci v administrativních budovách je tento rozdíl nepatrný. Rezidenční sprinklerová hlavice má vždy rychlejší reakci, a to díky speciální konstrukci hlavice. Celková účinnost rezidenční hlavice na požár v modelovaných situacích lze hodnotit ve srovnání se závěsnými hlavicemi jako lepší.

Závěr

Samočinné SHZ sprinklerové je v dnešní době velmi účinný prostředek hašení velkého množství objektů. V tomto příspěvku jsem se zaměřila na hašení požáru v administrativních budovách. Porovnání sprinklerových hlavic ukazuje možnosti navrhování v závislosti na parametrech hlavic. V případě návrhu SHZ v administrativní budově zařazené do třídy nebezpečí OH, lze vždy navrhovat hlavici s K-faktorem = 80. Je nutné však vždy přihlédnout k požárnímu zatížení. Instalaci rezidenčních sprinklerů lze doporučit v administrativních budovách menšího typu, které se svým charakterem blíží rezidenčnímu objektu. Rezidenční sprinklery bych nedoporučila pro administrativní budovy s open-space.

Literatura

[1] Rybář, P.: Stabilní hasicí zařízení – vodní a pěnová, Praha, Profesní komora požární ochrany, 2015, ISBN 978-80-260-7372-7

[2] Kratochvíl, V., Navarová, Š., Kratochvíl, M.: Požárně bezpečnostní zařízení ve stavbách, Ostrava, 2011, ISBN 978-80-7385-103-3

[3] ČSN EN 12845 Stabilní hasicí zařízení – Sprinklerová zařízení – Navrhování, instalace, údržba, 2009

[4] HI-FLOG Water mist fire protection, online, 2017

[5] Koubková I., Zámiš J.: Porovnání návrhových parametrů sprinklerových hlavic v administrativní budově, sborník Zapálení 2020, ČVUT – Stavební fakulta, 2020

Tab. 1 Tabulka pro navrhování sprinklerových hlavic

Třída nebezpečí	Intenzita dodávky vody	Typ sprinkleru	K-faktor
LH	2,25	Normální, sprejový, stropní, zapuštěný, sprejový s plochým výstřikem, polozapuštěný, zakrytý a stranový	57
OH	5	Normální, sprejový, stropní, zapuštěný, sprejový s plochým výstřikem, polozapuštěný, zakrytý a stranový	80 nebo 115
HHP a HHS stropní nebo střešní sprinklery	≤10	Normální, sprejový	80, 115 nebo 160
	>10	Normální, sprejový	115 nebo 160
HHS regálové sprinklery u vysokých skladů		Normální, sprejový a sprejový s plochým postřikem	80 nebo 115

 

Tab. 2 Parametry porovnávaných sprinklerových hlavic

Tabulka sprinklerů
	Proměnné parametry						Konsttantní parametry
	K-faktor	RTI	Flowrate	Offset	Spray angle		Operration pressure	Activation Temperature
Závěsný 1						50	0,35
					70
	80	50	47	0,05				68
Závěsný 1						50	0,35
					70
	115	50	68	0,05				68
Rezidenční						60	0,35
					90
	99	29	58	0,20				68