Srovnání sprinklerového a mlhového stabilního hasicího zařízení

Stabilní hasicí zařízení je druh aktivní požární ochrany, která vyznamně zvyšuje úroveň zabezpečení objektů. K optimální funkci stabilního hasicího zařízení (SHZ) je potřeba určit vhodné hasivo ve vztahu k předpokládanému typu požáru. V našem experimentu jsme porovnali činnost a účinnost sprinklerového a mlhového stabilního hasicího zařízení.

Nejpoužívanějším typem hasiva je voda, jejíž hasicí schopnosti jsou velice univerzální. Nejčastěji se využívá voda ve své základní formě, jakožto sprchový proud u sprinklerového stabilního hasicího zařízení. Využít se dá také ve formě mlhy u mlhového vodního hasicího zařízení. Spotřeba vody je zde daleko menší a její využití k hašení je efektivnější. Zabrání se škodám způsobených smáčením majetku, což může mít v některých provozech velký význam. Vodní mlha využívá teorie malých kapek. To znamená, že kapky jsou daleko menší než u sprinklerů, tudíž jejich celková plocha je větší, rychleji se odpaří, čímž lépe pohltí tepelnou energii. Velkou nevýhodou tohoto systému je vysoká pořizovací cena, která je mnohdy mnohem vyšší než u sprinklerového SHZ. I proto se tento systém zatím v České republice příliš neprosadil. Avšak v některých objektech u nás již našel své uplatnění, například v Národní technické knihovně. V jiných zemích, např. v USA, Finsku, Švédsku nebo Norsku, je tento typ hašení více rozšířen a dá se předpokládat, že jeho rozšíření i u nás je jen otázkou času.

Porovnání výstřikových parametrů sprinklerového a mlhového stabilního hasicího zařízení

Mezi hlavní výstřikové parametry, které ovlivňují účinnost hašení, patří velikost vodní kapky, rychlost výstřikového proudu a intenzita dodávky.

Velikost vodní kapky
Průměr vodní kapky je u mlhového zařízení ovlivněn provozním tlakem v systému a konstrukcí mlhové hlavice/hubice. Při vyšším tlaku je průměr kapky menší. Limitem, při kterém přestává být velikost tlaku na průměr vodní kapky efektivní, je hodnota 200 bar. Při vyšším tlaku nedochází ke zlepšení hasicí schopnosti. Velikost kapek je u vysokotlaké mlhy 0,20–0,025 mm, u střednětlaké 0,40–0,20 mm a u nízkotlaké 1–0,4 mm. Velikost kapek sprchového proudu u sprinklerů se pohybuje v rozmezí 1–3 mm [1].

Rychlost výstřikového proudu
Tento parametr je taktéž závislý na konstrukci mlhové hlavice/hubice a tlaku. Rychlost výstřikového proudu musí být u mlhových hlavic nastavena tak, aby kapky doletěly až do zóny plamenného hoření a u hašení pevných látek až na jejich povrch, tudíž rychlost proudu nesmí být příliš nízká. Na druhé straně nesmí být rychlost ani příliš vysoká, aby nedocházelo k turbulentnímu proudění s dodávkou čerstvého vzduchu do ohniska požáru. Velká rychlost výstřikového proudu s kapkami většího průměru by mohla mít za následek i rozvíření hladiny hořlavé kapaliny nebo její větší rozlití po prostoru. Platí, že rychlost výstřikového proudu u vysokotlaké mlhy je výrazně vyšší než u sprinkleru.

Intenzita dodávky
U hašení vodní mlhou se intenzita dodávky nejčastěji udává v g/m³, l/min.m³ nebo l/min.m². K bezpečnému uhašení malého požáru je zapotřebí intenzita dodávky 170 g/m³, kdy se vytvoří dusivý efekt obdobný hašení inertním plynem. Při požáru o výkonu vyšším než 1 MW se už vyžaduje intenzita dodávky minimálně 350 g/m³. Těchto hodnot je vodní mlha schopna dosáhnout již při 70–85 °C, což dokazuje vysokou schopnost vodní mlhy účinně hasit požáry o velkém tepelném výkonu. Při teplotě 20 °C je vodní mlha schopna dosáhnout maximální hodnoty hustoty vodní páry jen 20 g/m³, jelikož při vyšší intenzitě se kapka ve vzduchu neudrží a vlastní vahou padá k zemi. Intenzita dodávky u vysokotlaké mlhové hubice se pohybuje kolem 0,5 l/min.m², zatímco u sprchového proudu sprinklerové hlavice začíná hodnota intenzity dodávky na 2,25 l/min.m² [2].

Řešený příklad

V rámci řešeného příkladu byl vytvořen CFD model obytného prostoru (obr. 1). Byl nadefinován výřez místnosti o rozměrech 3x3x2,6 m. Stěny ohraničující prostor byly nastaveny jako otevřené. Ve středu místnosti byl umístěn hořák jako zdroj hoření. Rychlost uvolňování tepla byla nastavena tak, aby simulovala požár křesla s dřevěným rámem a s polštářem z polyuretanu s látkovým potahem. Přímo nad středem hořáku ve výšce stropu byla umístěna v jednom případě sprinklerová visící hlavice typu TY-B K80 od firmy TYCO a v druhém případě vysokotlaká mlhová hlavice ULTRAFOG AB. Otevírací teplota v obou případech byla 68 °C. Nad hořákem byly umístěny termočlánky, které zaznamenávaly průběhy teplot během celé simulace. Celá simulace trvala 600 s. Zkoumal se vliv obou zařízení na průběh teploty v prostoru a zajímalo nás jejich vzájemné srovnání [3].

Původní idea, totiž naprogramovat reálný požár, při kterém by docházelo k odhořívání materiálu a k možnosti uhašení zdroje hoření, se ukázala jako těžko realizovatelná a podmínky bylo příliš složité nadefinovat. Proto byl naprogramován „modelový požár“, s definovaným výkonem hořáku v čase, avšak bez ohledu na vliv hasicího zařízení na samotný zdroj požáru (hořák nelze uhasit), a sledovali jsme vliv hasicích zařízení na průběh teploty v prostoru během požáru.

Výsledky výpočtu

Byly provedeny celkem tři simulace: volné hoření, s aktivovací sprinklerové hlavice a s aktivací mlhové hlavice. Termočlánky měřící teplotu byly umístěny ve výšce 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 a 1,5 m nad hořákem.

Jelikož hořák jako takový nelze uhasit, sledoval se vliv stabilního hasicího zařízení na teplotu po výšce místnosti. Pro porovnání průběhu teplot byl vybrán termočlánek T1, který byl umístěn půdorysně uprostřed ve výšce 0,4 m, tedy 0,2 m nad hořákem a 2,2 m pod hlavicí. Obě zařízení se aktivovala ve 115. sekundě. Okamžitě došlo k výraznému snížení teploty v T1. Následné zvýšení rychlosti uvolňování tepla z hořáku podle naplánovaného průběhu požáru zabránilo udržení nízké teploty v T1 během celé simulace. Můžeme si ale všimnout, že sprinkler udržel nízkou teplotu po delší dobu než mlhová hlavice. Při použití vodní mlhy byla nejvyšší naměřená teplota 1016 °C v čase 271 s. Při použití sprinkleru byla nejvyšší teplota v T1 790 °C v čase 190 s. Nižších maximálních teplot bylo tedy dosaženo při použití sprinkleru. Musíme si ale všimnout, že mlha lépe než sprinkler reaguje v oblasti nejvyššího tepelného výkonu hořáku, jelikož doba, po kterou dochází k maximálním hodnotám v T1 je výrazně kratší než při použití sprinkleru. Sprinkler reaguje zase lépe v oblastech nízkého tepelného výkonu hořáku.

Dalším parametrem, který lze porovnat, je spotřeba vody. Jelikož známe tlak na hlavici, K-faktor a dobu spuštění, můžeme ji bez obtíží spočítat. Sprinklerová hlavice během simulace spotřebovala 645 litrů, zatímco mlhová hlavice jen 216 litrů.

Závěr

Při použití obou hasicích zařízení došlo ke snížení teploty v T1 během celé aktivity zařízení oproti volnému hoření. Účinky zařízení se ale poněkud lišily. Rozdíl byl jistě způsoben odlišnými výstřikovými parametry hlavic. Domnívám se, že kapky sprchového proudu sprinkleru se díky vyššímu průměru lépe dostávaly do ohniska hoření, což při nižším výkonu hořáku mělo lepší účinky na snížení teploty v bodě T1. Mlha zase těžila z teorie malých kapek, kdy při vysokém tepelném výkonu hořáku odebírala tepelnou energii lépe než sprinkler.

Tabulka: Parametry hasících hlavic

VÁCLAV HRUŠKA

Literatura:
1) RYBÁŘ, P. Stabilní hasicí zařízení vodní a pěnová, edice PKPO č. 1. Praha: 2015.
2) RYBÁŘ, P. Mlhová stabilní zařízení pro protipožární ochranu objektů a technologií (1. Část) (online). Dostupné z: https://www.tzb-info.cz/ pozarni-bezpecnost-staveb/16205-mlhova-stabilni-hasici-zarizeni-pro-protipozarni-ochranu-objektu-a-technologii-1-cast.
3) WALD, František a kol. Modelování dynamiky požáru při návrhu konstrukcí – Příručka k programu FDS. Praha: ČVUT v Praze – Fakulta stavební, 2015.

Bc. Václav Hruška (*1994)
– absolvoval bakalářské studium na Fakultě stavební ČVUT, obor požární bezpečnost staveb. Nyní studuje magisterské studium, obor integrální bezpečnost staveb tamtéž.