Šachty pro rozvody technických instalací představují z hlediska vertikálního šíření požáru v budovách značné riziko. Již v počátečních fázích požáru jsou pro živý organismus citelným nebezpečím produkty hoření, a to jak ve viditelné podobě kouře, tak často i v neviditelné podobě toxických zplodin. Ty pak mohou ohrozit i v malých koncentracích osoby, případně zvířata i v polohách značně vzdálených od ohniska požáru.
Instalační rozvody (kabely, potrubí, tepelné izolace potrubí) jsou dnes téměř vždy na bázi plastů, které se vyznačují vysokou hořlavostí, výrazným vývinem kouře včetně toxických zplodin, odkapáváním hořících částí, rychlou ztrátou tuhosti (zejména potrubí větších průřezů) při zvýšených teplotách apod. Instalační šachty ve stávajících objektech, zejména panelové výstavbě, ale i v novostavbách, jsou velmi často požárně nevyhovující a lokální požár v budově se může stát velmi rychle požárem velkorozměrovým, jak to dokládá příklad skutečného požáru v další kapitole.
Příklad skutečného požáru
Požárem byl zasažen panelovým bytový dům o osmi nadzemních podlažích (NP) se dvěma vstupy a přibližně čtyřiceti byty v Čelákovicích u Prahy (v roce 2007). Důvodem požáru bylo vzplanutí potravinářských tuků na elektrickém sporáku v bytě v 7. NP. Majitelka opustila byt asi na dvacet minut a při jejím návratu bylo bezprostřední okolí sporáku v plamenech a prostor byl silně zakouřený.
Po otevření okna a přístupu čerstvého vzduchu došlo krátce po té k rychlému prostorovému vzplanutí (tzv. flashover efekt). Majitelka může mluvit o velkém štěstí, jelikož utrpěla jen drobná zranění a podařilo se jí uniknout. Požár zasáhl bytové umakartové jádro, následně celý byt a instalační šachtou se dále rozšířil do 8. NP, kde způsobil škody na právě rekonstruovaném bytě. Dále se požár šachtou rozšířil na dřevěnou konstrukci dvouplášťové střechy s živičnou krytinou. V době příjezdu jednotek požární ochrany byla požárem zasažena již téměř celá plocha střechy. Aplikací hasiva (voda, pěna) na střechu a proléváním instalačních šachet se hasiči snažili eliminovat další šíření požáru, čímž se následně nevyhnutelně zvyšovaly sekundární škody promáčením v celém domě včetně přízemí. Objekt byl následně několik měsíců neuživatelný. Rozhodující vliv na rychlé šíření požáru mělo nedostatečné protipožární zajištění instalační šachty, propojující bytové jednotky a střechu, ale též nefunkční zařízení pro protipožární zásah (nástěnné protipožární hydranty, přenosné hasicí přístroje).
Konstrukční řešení instalačních šachet
Šachty mohou být řešeny z hlediska požárního zabezpečení ve třech základních konstrukčních variantách (obr. 2a, b, c), a to jako šachta:
– průběžná,
– horizontálně členěná,
– kombinovaná.
Průběžná šachta (obr. 2a) – „komín“ vytváří po své výšce samostatný požární úsek, oddělený od navazujících prostor požárně dělicí konstrukcí (šachtovou stěnou s požární odolností) a požárními uzávěry (dvířky) v rámci revizního přístupu k instalacím. Prostupy instalací pláštěm šachty musí být protipožárně dotěsněny.
Horizontálně členěná šachta (obr. 2b) – spočívá v provedení požárních přepážek v instalačním prostoru v úrovni požárních stropů. Instalační prostor se stává součástí požárního úseku (např. bytové jednotky), kterým prochází na rozdíl od průběžné šachty, kdy jsou instalační prostor a sousední prostor vzájemně požárně odděleny. Svislý plášť šachty, revizní dvířka a instalační prostupy jsou v tomto případě bez požárních požadavků.
Kombinovaná šachta (obr. 2c) je řešením spojujícím obě předchozí varianty, tj. šachta je požárně oddělená jak ve vertikálním, tak v horizontálním směru. V každém podlaží tedy vzniká v rámci v rozsahu šachty dílčí požární úsek a tento prostor obdobně jako u horizontálně členěné šachty již ve své podstatě šachtou není. Jako kombinované šachty jsou někdy navrhovány např. elektroinstalační šachty (elektroměry, slaboproud) ve společných částech bytových domů a ve svém důsledku to pak může například znamenat osazení dřevěných protipožárních dveří (druh konstrukce DP3) místo kovových dveří (DP1). Chybné konstrukční řešení však vrací těmto variantám šachtový charakter. Šachty se často doplňují betonovými přepážkami v úrovni stropů, které též omezují akustické mosty mezi jednotlivými podlažími. Betonová přepážka může částečně i omezit vertikální šíření požáru, ale není-li spolu s přepážkami provedeno spolehlivé protipožární potrubní a kabelové zatěsnění, nebo jsou-li přepážky při výměnách instalací poškozeny a neopraveny, vertikálnímu šíření ohně a spalin komínovým efektem se nezabrání (obr. 1).
Hořlavost a požární odolnost
Hořlavost je technický ukazatel vyjadřující, do jaké míry přispívají k intenzitě požáru jednak samotné materiály, jednak též stavební výrobky (např. zateplovací systémy). Dříve používanou a dnes již neplatnou klasifikaci „stupeň hořlavosti“ (A, B, C1, C2, C3) nahradila podrobnější jednotná evropská klasifikace třída reakce na oheň (A1, A2, B, C, D, E, F). Stupnice charakterizuje materiály od třídy A1, zcela nepřispívající k intenzitě požáru, až po materiály třídy F, výrazně se podílející na intenzitě požáru. Případný dolní index fl u těchto tříd značí podlahovou krytinu, index L tepelné izolace potrubí a index ca kabely. Třída reakce na oheň bývá doplněna údajem o vývoji kouře s1, s2, s3 (smoke), planoucích kapek d0, d1, d2 (droplets) a v případě kabelů údajem o kyselosti zplodin a1, a2, a3 (acidity). S narůstajícím číslem doplňujícího údaje se zvyšuje tvorba doprovodných komponentů hoření (kouře, kapek, kyselosti), tj. nižší číslo udává požárně příznivější výrobek. Třída reakce na oheň je pak např. pro rostlé dřevo klasifikována jako D – s2, d0, nebo např. legislativní požadavek B2ca – s1, d0 pro volně vedené kabely napájející požárně bezpečnostní zařízení v objektech (u kabelů je odlišně pouze jedna třída reakce na oheň A a dvě třídy B1, B2).
Požární odolnost se na rozdíl od hořlavosti nevztahuje na materiály, ale na konstrukční prvky. Jedná se o dobu v minutách, po kterou jsou schopny nosné a požárně dělicí konstrukce odolávat účinkům požáru bez porušení své funkce, tj. dobu od začátku požární zkoušky po dosažení sledovaných mezních stavů.
Základní mezní stavy požární odolnosti:
● R – únosnost a stabilita konstrukčních prvků,
● E – celistvost (trhliny, otvory) povrchu požárně dělicí konstrukce,
● I – izolační schopnost požárně dělicí konstrukce (mezní teploty na neohřívaném povrchu),
● W – tepelný tok na neohřívaném povrchu požárně dělicí konstrukce (omezení sálavého tepla),
● S – kouřotěsnost (týká se nejčastěji požárních dveří).
Plošné požárně dělicí konstrukce (stěny, stropy) mezi požárními úseky musí obecně vykazovat mezní stavy REI (nenosné konstrukce EI), je-li stěna zároveň stěnou obvodovou, mohou být mezní stavy REW (EW). Požární uzávěry mezi požárními úseky (např. průběžnou šachtou a bytem) EW, ústí-li požární uzávěry do chráněné únikové cesty, musí vykazovat EI, popř. EI-S, tj. s těsněním proti průniku kouře u elektroinstalačních šachet.
Druh konstrukce (DP1, DP2 nebo DP3) vytváří společně s mezními stavy a dobou v minutách kompletní údaj o požární odolnosti prvku. Zjednodušeně lze druhy konstrukcí popsat následovně:
● DP1 – konstrukce nezvyšující intenzitu požáru v požadované době požární odolnosti. Jedná se nejčastěji o zcela nehořlavé konstrukce nebo i konstrukce obsahující hořlavé materiály uzavřené mezi materiály nehořlavé, u kterých je zabráněno jejich vzplanutí, např. železobetonová stěna (i sendvičová s vnitřní tepelnou izolací z pěnového polystyrenu), keramická příčka, SDK stěna, kovový požární uzávěr (dveře).
● DP2 – obdobně jako konstrukce DP1 nezvyšují intenzitu požáru v požadované době požární odolnosti, avšak zejména u složených konstrukcích může nosnou konstrukci vytvářet i hořlavá konstrukce (např. dřevěná kostra), je-li opláštěna nehořlavým materiálem, např. dřevěná stěna s protipožárním opláštěním, dřevěný trámový strop s násypem a omítkou na rákosovém podhledu.
● DP3 – konstrukce nesplňující požadavky na DP1 ani DP2. Jedná se nejčastěji o hořlavé konstrukce, např. dřevené požární uzávěry (dveře), střechy a stropy s viditelnými trámy, nebo prvky, u kterých se tato hořlavá nosná konstrukce při požární zkoušce obnaží.
Je-li například u kovových revizních dvířek (DP1) dosažen při požární zkoušce mezní stav celistvosti E v 73. minutě a izolační schopnost I ve 31. minutě, pak se požární odolnost udává nejnižší dosaženou hodnotou, tj. EI 30 DP1. O druhu konstrukce rozhoduje výrobce v technickém listě daného výrobku rovněž na základě požární zkoušky. Pro běžné instalační šachty vytvářející samostatný požární úsek (rozhoduje II. a vyšší stupeň požární bezpečnosti) se např. v bytových jednotkách požární odolnost požaduje nejčastěji pro plášť EI 30 DP1, pro revizní dvířka EW 15 DP1, tj. nehořlavá konstrukce šachtové stěny a kovová protipožární dvířka.
Těsnění instalačních prostupů v požárně dělicích konstrukcích
Těsnění prostupů hraje klíčovou roli ve všech konstrukčních variantách šachet (obr. 2a, b, c). Místo instalačního prostupu požárním stropem nebo stěnou představuje vždy lokální narušení, tj. z hlediska mezních stavů požární odolnosti jde o narušení celistvosti (mezní stav E) a izolační schopnosti (mezní stav I) konstrukce. Kvalitní a hlavně funkční zajištění těchto „slabých“ míst je nezbytné pro eliminaci rizika vzniku jevu, který můžeme nazvat „požární most“, zcela obdobně jako je tomu ve stavební fyzice u mostů tepelných, vlhkostních nebo akustických. Obdobně mohou požární mosty vznikat v plošných požárně dělicích konstrukcích v místě dilatačních, konstrukčních spár apod. Po odhoření požárně neutěsněné instalace zůstane v konstrukci otvor, kterým se dále může šířit oheň a zplodiny (obr. 3a–3d).
Systémově utěsněný prostup (ucpávka) musí vykazovat požární odolnost shodnou s požární odolností konstrukce, ve které se ucpávka nachází, a to včetně mezních stavů. Nepožaduje se však vyšší požární odolnost než devadesát minut [2]. Např. v nosné požárně dělicí konstrukci s mezními stavy REI (případně v nenosné požární příčce EI) musí mít ucpávka rovněž parametry EI. Ucpávky zajišťují zpravidla instalace na bázi plastických hmot, a to nejčastěji pro:
a) potrubí kanalizace (třída reakce na oheň B až F) světlého průřezu > 8000 mm2 v případě vertikálního potrubí (tj. ø >100 mm) a světlého průřezu > 12 500 mm2 v případě horizontálního potrubí (ø >126 mm),
b) potrubí s trvalou náplní vody či jiné nehořlavé látky (B až F) světlého průřezu > 15 000 mm2 (ø >138 mm),
c) potrubí sloužící k rozvodu vzduchu stlačeného, nestlačeného, případně jiných nehořlavých plynů včetně VZT rozvodů (B až F), světlého průřezu > 12 000 mm2 (ø > 123 mm),
d) kabelové rozvody tvořené svazkem vodičů, pokud prostupují jedním otvorem, mají izolace (povrchové úpravy) šířící požár a jejich hmotnost je větší než 1 kg/m (netýká se kabelů s „retardovanými“ plášti).
U potrubí menších průměrů, než je uvedeno u předchozích bodů a) až c), nebo pokud jde o nehořlavá potrubí, postačí dotěsnění prostoru mezi požárně dělicí konstrukcí a instalací nehořlavou hmotou (A1, A2 – např. dobetonováním), tak aby byla zajištěna celistvost a požární odolnost konstrukce. Zcela nepřípustné je dopěnění prostupu montážní (hořlavou) PUR pěnou. V případě protipožárních PUR pěn použitelnost také není možná, jelikož pěny vykazují třídu reakce na oheň B. Pro nehořlavá potrubí jsou výrobci vyvíjeny ucpávky zejména z hlediska eliminace teplot na rozžhaveném povrchu instalace. Pro hořlavá potrubí dle předchozích bodů a), b) platí zásady:
● realizace ucpávek vždy v případě prostupu do chráněné únikové cesty (tj. bez ohledu na průřezovou plochu),
● pro vybrané provozy jsou min. průřezové plochy poloviční (shromažďovací prostory, zdravotnické stavby, objekty s více než dvaceti podlažími),
● realizace ucpávek pro vzájemně „blízké prostupy“ (obr. 4) vzdálené < 300 mm a světlého průřezu > 2000 mm2 (ø > 50mm).
Systémově těsněné prostupy jsou „vyhrazená požárně bezpečnostní zařízení“, která musí být aplikována montážní firmou proškolenou výrobcem systému. Každý prostup musí být označen identifikačním štítkem, popř. musí být vedena kvalitní evidence – pasport, a to zejména pro obtížně přístupné ucpávky, popř. ucpávky, kde štítky aplikovat z estetického hlediska nelze. Předepsaná je rovněž každoroční revize stavu ucpávek.
Jak z názvu vyplývá, cílem ucpávek je uzavřít (ucpat) otvory v požárně dělicích konstrukcích potřebných pro průchod kabelových a trubních instalací při požáru. Ucpávky jsou vyvíjeny však i pro nehořlavá potrubí (např. ocelové či plechové potrubí), kde sice nehrozí ztráta tuhosti a odhoření instalace, ale rizikové jsou zejména vysoké povrchové teploty rozžhaveného potrubí na odvrácené (chráněné) straně. V těsnicích systémech se využívají hmoty aktivované principem intumescence, tj. zvětšení svého objemu (vypěněním), jsou-li vystaveny účinku tepelného namáhání (intumescentní tmely, stěrky, pěny, grafit, laminát apod.). Podle toho, jaký otvor a jaké prvky jsou těsněny, ucpávky lze rozdělit na:
● měkké ucpávky – minerální izolace s povrchovými intumescentními tmely či nátěry,
● tvrdé ucpávky – protipožární malty a cihličky,
● rozebíratelné ucpávky – manžety, sáčky (pytlíky), elastické cihličky a zátky,
● speciální ucpávky – flexibilní prvky pro náročné aplikace (např. energetika).
Lze se setkat s názory, proč prostupující instalace složitě a nákladně těsnit, když postačí prostupující prvky jednoduše a levně zazdít či obetonovat. Dále jsou uvedeny základní vlastnosti protipožárních těsnicích systémů (ucpávek), jejichž nevyužití by dříve či později znamenalo vznik požárního mostu:
● schopnost uzavření prostupu v případě odhoření instalace,
● omezení povrchových teplot na nehořlavém potrubí na odvrácené straně požárně dělicí konstrukce díky tepelněizolačnímu efektu ucpávky,
● možnost dilatačních pohybů instalací prostupujících ucpávkou,
● možnost výměny či doplnění instalací během životnosti objektu.
MAREK POKORNÝ
obr. a foto archiv autora
Literatura:
1) ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty. ÚNMZ, 2009.
2) ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb – Společná ustanovení. ÚNMZ, 2009.
3) Kučera, P. – Kaiser, R.: Úvod do požárního inženýrství. Edice SPBI 52. Ostrava: SPBI, 2007. 173 s.
4) Klote, J. – Forney, G.: Zone Fire Modelling With Natural Building Flows and a Zero Order Shaft Model. USA, Gaithersburg, 1993. NISTIR 5251. 36 s.
5) NIST. Internetové stránky [online]. Dostupné z: http://fire.nist.gov/fds/.
6) Zhang, J. Y. – Lu, W. Z. – Huo, R. – Feng, R.: A New Model for Determining Neutral-plane Position in Shaft Space of a Building under Fire Situation. Building and environment.
Ing. Marek Pokorný (*1981)
je absolventem Fakulty stavební ČVUT v Praze, v současné době zde na katedře konstrukcí pozemních staveb pokračuje v doktorandském studiu v oblasti požární bezpečnosti staveb. Od roku 2007 je na katedře konstrukcí pozemních staveb zaměstnán jako odborný asistent. Podrobněji se zabývá matematickým modelováním požárů a příležitostně spolupracuje jako projektant požárně bezpečnostního řešení staveb.
