Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Požární bezpečnost a toxicita zplodin hoření při požárech a jejich hašení – II. díl

Datum: 8.10.2018  |  Autor: Ing. Otto Dvořák, Ph.D., ČVUT Praha, pracoviště UCEEB  |  Recenzent: doc. Ing. Petr Kučera, Ph. D., VŠB TU Ostrava

Druhý díl tohoto článku stručně informuje o matematických modelech k předpovědi toxické vydatnosti plynných zplodin hoření materiálových výrobků, seznamuje s legislativou EU k požární bezpečnosti staveb a v závěru konstatuje nezbytnost pokračování ve výzkumu a vývoji dotčené problematiky.

1. díl článku naleznete ZDE.

5. Předpověď toxické vydatnosti plynných zplodin hoření pomocí matematických modelů

Z literatury je stále patrná intenzivní snaha výzkumných pracovišť exaktně stanovit toxickou vydatnost plynných zplodin hoření materiálů a materiálových výrobků (stavebních hmot/výrobků, hmot/výrobků vnitřního vybavení staveb nebo součástí elektrických zařízení) jako toxickou složku jejich požárního nebezpečí. Problematiku řeší požární věda a požárně technické inženýrství již více než 50 let. Mnoho druhů materiálů a výrobků bylo testováno různými zkušebními metodami. Ve zplodinách hoření byly hledány „supertoxikanty“ typu dibenzo-p-dioxinů (PCDDs), dibenzofuranů (PCDFs), polycyklických aromatických uhlovodíků (PAHs), polychlorfenolů (PCPhs), polychlorbenzenů (PCBzs). Byly studovány vlivy zkušebních podmínek hoření na toxicitu, karcinogenitu a teratogenitu plynných zplodin. Známé jsou práce např. H. L. Kaplana [12], D. A. Pursera [13], B. C. Levina [14], G. E. Hartzella [15] atd.

V uplynulých desetiletích byly vyvinuty různé modely simulující: v laboratoři vznik plynných zplodin hoření (ZH) v různých stádiích skutečných požárů, toxický účinek ZH na člověka expozicemi laboratorních zvířat, celkovou toxickou vydatnost spalin. V současné době je patrná shoda vyjadřovat celkovou toxickou vydatnosti plynných zplodin hoření materiálů pomocí předpovědi hodnot Letální koncentrace 50 (LC50) a/nebo Inhibiční koncentrace 50 (IC50), jako množství materiálu v gramech na 1 m3 prostoru zakouřeného požárem, které musí shořet, aby se docílil efekt mortality/imobility u 50 % zkušebních zvířat exponovaných vznikajícím kouřem/plynnými zplodinami hoření po určitou dobu. Pro předpověď toxické vydatnosti výpočtem z matematických modelů jsou dále potřebné hodnoty koncentrací LC50 (obvykle v ppm pro 30 min expozici a 14denní post-expozici) hlavních toxikantů – složek plynných zplodin hoření.

Pojem „toxická vydatnost“ byl odvozen z pokusů na zvířatech, zejména na krysách. Předpokládá se, že smrtelná expoziční dávka (LD) krys se blíží této dávce pro člověka. Vyjadřuje se pomocí expozičních dávek, které usmrtí 50 % krys vystavených účinku zplodin hoření za stanovených podmínek. Smrtelná expoziční dávka závisí na expoziční koncentraci a době jejího působení. Expoziční doba se obvykle vyjadřuje v minutách. Koncentrace konkrétního plynu (složky zplodin hoření) se vyjadřuje buď objemovými nebo hmotnostními jednotkami, často v ppm, μl/l, nebo v mg toxikantu na gram látky, u zplodin hoření přímo v gramech hmotnostního úbytku spáleného materiálu na 1 m3 zamořeného prostoru. Smrtelná expoziční koncentrace (LC) se vyjadřuje jako množství hořlavého materiálu v gramech na jeden m3 ovzduší a jednotku celkové frakční účinné dávky.

5.1 Modely dusivých plynů

Udušení je hlavní příčinou smrti při požárech. Dusivá látka je toxická látka vyvolávající hypoxii (úbytek kyslíku dodávaného tkáním nebo jimi využívaného), což vede ke snížení aktivity centrální nervové soustavy se ztrátou vědomí a nakonec ke smrti. Účinky těchto toxických látek závisí na akumulovaných dávkách, tj. jak na koncentraci, tak na době působení. S rostoucí dávkou roste závažnost účinků. Oxid uhelnatý a kyanovodík jsou mezi toxickými plynnými zplodinami hoření nejvíce prostudovány a nejlépe pochopeny z hlediska své schopnosti vyvolat imobilitu a smrt těch, kdo jim byli vystaveni.

Celková frakční účinná dávka FED (viz ISO 13344, tab. č. 6) se vyjadřuje rovnicí

vzorec 1 (1)
 

kde

Ci
koncentrace toxické složky i ve zplodinách hoření v ppm jednotkách,
(C.t)i
jako součin koncentrace toxikantu i a expoziční doby t v jednotkách (ppm.min) vyjadřuje expoziční dávku, způsobující očekávaný toxikologický účinek (obvykle smrt nebo ztrátu mobility).
 

Základní princip posuzování složky toxického nebezpečí, která se týká dusivých látek, bere v úvahu expoziční dávku každé toxické látky, tj. integruje stanovenou plochu pod každou křivkou koncentrace-čas. Je zřejmě, že rovnici (1) lze vyjádřit též v diferenčním tvaru

vzorec 2 (2)
 

s patrným významem jednotlivých nezávislých proměnných. Frakční účinné dávky (FED) se stanoví pro každou dusivou látku v každém jednotlivém přírůstku času.

Každý model má své výhody i nevýhody. V Evropě se prosazuje požární model podle DIN 53 436-1 [16].

Jako matematický model výpočtu FED se v praxi často aplikuje/publikuje model N-plynů (viz ISO 13344, tab. č. 6), vypracovaný Státním úřadem normalizace a technologie USA, resp. Purserův model FED [13], a ISO 13344,(viz tab. č. 6 v 1. dílu článku) podle rovnice (3) pro výpočet celkové FED při koncentraci oxidu uhličitého ve spalinách pod 1 % obj. v 1 m3 z 1 gramu vzorku:

FED = [CO] / LC50, CO + [HCN] / LC50, HCN + [HCl] / LC50, HCl + [Oi ] / LC50, Oi (3)
 

kde koncentrace toxikantů v hranatých závorkách jsou jejich číselné hodnoty dělené třiceti, LC50 jsou číselné hodnoty jejich smrtelných koncentrací 50, které byly statisticky stanoveny po dobu 30min expozice a 14denní postexpozice a Oi jsou koncentrace organických složek nebezpečných toxikantů v ppm.

Pokud je koncentrace CO2 ve spalinách nad 1 % obj., lze pro výpočet FED aplikovat rovnici (4):

FED = m.[CO] / ([CO2] − b) + (21 − [O2] / (21 − 5,4) +  [HCN] / 150 + [HCl] / 3700 +
        + [HBr] / 3000
(4)
 

kde koeficienty m a b vyjadřují relaci mezi oxidy uhlíku.

Pokud je [CO2] ≤ 5 % obj., je m = − 18 a b = 122 000. Když je [CO2] > 5 %, dosazují se m = 23 a b = − 38 600.

Koncentrace kyslíku se doplňuje v % obj., koncentrace ostatních toxikantů v ppm.

Rovnici (5) lze použít jako alternativu rovnice (4), zohledňující hyperventilační účinek CO2 na všechny ostatní toxikanty pomocí faktorů VCO2 a parametru  a.

FED = {[CO] / LC50, CO + [HCN] / LC50, HCN+ [HCl] / LC50, HCl + [AGi] / LC50,AG i +
        + [OIi] / LC50,OI i }.VCO2 + a
(5)
 

když faktory VCO2 a a jsou tabelovány stejně jako číselné hodnoty LC50-30minutové (viz ISO 13344, tab. č. 6, 1. díl) a tab. č. 7, [AGi] je koncentrace dusivého kyselého plynu, např. HCl, v ppm, [OIi] je koncentrace organické dráždivé látky v ppm,

Tab. č. 7 Závislost VCO2 a a na koncentraci CO2
CO2 [% obj.]VCO2a
≤ 2,510
3,01,250,1
4,01,40,2
5,01,50,25

Následující rovnici (6) odvodil Purser [13] využitím hodnot LC50 odvozených pro potkany Levinem a kol., Kaplanem a Hartzellem (viz ISO 13344, tab. č. 6 v 1. dílu).

FED = {[CO] / LC50, CO + [CN] / LC50, HCN + [Xi] / LC50, X + [Yi] / LC50, Y } . VCO2 + A +
        + (21 − [O2] / (21 − 5,4)
(6)
 

kde [CN] představuje koncentraci HCN korigovanou jednak na přítomnost jiných nitrilů, tak na ochranný účinek NO2 podle rovnice (7),

[CN] = [HCN] + (Σorganických nitrilů) − [NO2], (7)
 

kde je

[Xi]
koncentrace každého kyselého plynu v ppm,
[Yi]
koncentrace každého organického dráždivého plynu v ppm,
LC50, X
LC50 každého kyselého plynu v ppm,
LC50, Y
LC50 každého organického dráždivého plynu v ppm,
VCO2
násobný faktor pro CO2 , řídící hyperventilaci podle rovnice (8)
 

VCO2 = 1 + exp  (0,14.[CO2] − 1) / 2, (8)
 

A
acidózní faktor rovnající se ([CO2] . 0,05)
 

Hodnoty 30minutové LC50 jsou uvedeny v tab. č. 8, která platí pro rovnice (5) a (6).

Tab. č. 8 Hodnoty 30min LC50 pro krysy  [ISO 13344, tab. č. 6, v 1. dílu]
Plynná zplodina hoření30min LC50 [ppm]
CO5700
HCN165
HCl3800
HBr3800
HF2900
SO21400
NO2170
Akrolein150
Formaldehyd750

Konkrétnější představu o riziku vdechování plynů, které se frekventovaně vyskytují ve zplodinách hoření si lze učinit podle následující tabulky s hodnotami jejich Přípustných expozičních koncentrací (PEL – celosměnové, časově vážené průměry koncentrací plynů/par v pracovním ovzduší, přípustné po dobu pracovní doby) a Nejvyšších přípustných koncentrací (NPK-P – nejvyšší přípustné koncentrace v pracovním ovzduší, kterým nesmí být pracovník vystaven při práci ani krátkodobě) v souladu s předepsanými předpisy k ochraně zdraví při práci [17].

Tab. č. 9 Mezní hodnoty PEL a nejvyšších přípustných koncentrací (NPK-P) v ovzduší na pracovištích
LátkaPEL
[mg/m3]
NPK-P
[mg/m3]
CO (oxid uhelnatý)30150
CO2 (oxid uhličitý)900045000
NOx (oxidy dusnatý a dusičitý)1020
SO2 (oxid siřičitý)510
HCL / HBr / HF (chlorovodík / bromovodík / fluorovodík)8 / n / 1,515 / 6 / 2,5
HCN (kyanovodík)310
P2O5 (oxid fosforečný)12
HCHO (formaldehyd)0,51
CH3CHO (acetaldehyd)50100
CH9CHCN (akrylonitril)26
C9H19 (benzo-a-pyren)0,0050,025

U oxidu uhelnatého je dávka (objemový zlomek × čas) vyvolávající imobilitu 0,035 min [12].

U kyanovodíku dávka vyvolávající imobilitu není konstantní, ale mění se v závislosti na objemovém zlomku [13]. Empirická analýza údajů získaných pro objemové zlomky v rozpětí od 30 × 10−6 do 400 × 10−6 svědčí o tom, že FED lze vypočítat pomocí exponenciální funkce, rovnice (9)

vzorec 9 (9)
 

kde XHCN je průměrný objemový zlomek HCN přes časový přírůstek Δt [ISO 13571, viz tab. č. 6 v 1. dílu].

Pro objemové zlomky menší než 30 × 10−6 se doporučuje níže uvedený vztah (10):

vzorec 10 (10)
 

Jestliže objemový zlomek oxidu uhličitého přesáhne 0,02, lze předpokládat, že účinné expoziční dávky dusivých látek vzrostly v důsledku hyperventilace v poměru exp (XCO2 / 0,05), kde XCO2 se rovná objemovému zlomku oxidu uhličitého.

Řada publikovaných prací prokázala mj., že tvorba zplodin hoření (chemické složení a množství kouře) pro stejnou látku/materiál silně závisí na podmínkách tepelného rozkladu/hoření, zejména na teplotě a přístupu vzduchu, viz např. [12], a IEC 60695, viz tab. č. 6 v 1. dílu článku. Je zřejmé, že důsledkem je též rozdílná toxická vydatnost zplodin hoření.

5.2 Modely dráždivých plynů

Dráždění smyslů a/nebo horních cest dýchacích stimuluje nervové receptory v očích, nosu, krku a horních cestách dýchacích. Účinky, které se zdají záviset pouze na koncentraci, vedou k neustálému svědění v očích a k silným bolestem způsobujícím celkové obtíže v horních cestách dýchacích. Základní princip posuzování té složky analýzy toxického nebezpečí, která se týká dráždivých plynů, bere v úvahu pouze koncentraci každé dráždivé látky. Frakční účinné koncentrace (FEC) se stanoví pro každou dráždivou látku v každém jednotlivém přírůstku času podle rovnice (11) [13].

FEC = (φHCl/FHCl) + (φHF/FHF) + (φHBr/FHBr) + (φSO2/FSO2) + (φNO2/FNO2) +
        + (φakrolein/Fakrolein) + (φformaldehyd/Fformaldehyd) + Σ(φiritant/Firitant)i
(11)
 

kde je

φ
průměrná koncentrace příslušné dráždivé látky vyjádřená v μl/l,
F
koncentrace dráždivého plynu v μl/l ohrožující schopnost osoby uskutečnit evakuaci s tolerovanými hodnotami v následující tabulce č. 6.
 

Tab. č. 10 Hodnoty F pro dráždivé látky [ISO 13571, viz tab. 6 v 1. dílu článku]
Dráždivá látkaF [ppm]
Akrolein30
Oxid siřičitý150
Formaldehyd250
Oxid dusičitý250
Fluorovodík500
Bromovodík1 000
Chlorovodík1 000
5.3 Modely pro odhad konvenčního indexu toxicity

Norma ČSN EN 45545-2:2013+A1:2015 [viz tab. č. 6 v 1. dílu článku] specifikuje mj. dvě zkušební metody a matematický model odhadu celkové toxické vydatnosti plynných zplodin hoření pomocí konvenčního indexu toxicity (CIT) pro tři skupiny výrobků (uvedených v seznamu, neuvedených v seznamu a pro kabelové hořlavé izolační materiály).

vzorec 12 (12)
 

kde je

ci
hmotnostní koncentrace i-tého plynu emitovaná do kouřové komory nebo trubicové pece za podmínek zkoušky [mg/g],
Ci
referenční koncentrace [mg/m3] i-tého plynu na bázi hodnot IDLH (Immediately Dangerous to Life and Health) limitů, viz https://www.cdc.gov/niosh/idlh/intridl4.html a následující tab. č. 10.
IDLH
maximální expoziční koncentrace na pracovišti, jejíž 30min působení na osobu by neměla způsobit vznik/působení symptomů narušení jejího úniku do volného prostoru,
k
konstanta vypočtená způsobem stanoveným výše uvedenou ČSN EN 45545-2:2013+A1:2016, viz 1. díl článku, tab. 6). Tato norma též specifikuje hodnoty RK plynů, viz následující tab. č. 11.
 

Tab. č. 11 Referenční koncentrace (RK) plynů
PlynRK [mg/m3]
CO1 380
CO272 000
HCl75
HBr99
HF25
HCN55
NOx38
SO2202

ČSN EN 45545-2:2013+A1:2016 předepisuje volbu zkušební metody podle typu zkoušeného materiálu.

Stručně ke zkušebním metodám pro stanovení koncentrací hlavních toxikantů ci:

zkušební metoda 1:

zkušební zařízení podle ČSN EN ISO 5659-2 [18] a chemické analýzy plynných zplodin hoření vzorkovaných z kouřové komory pomocí plynové kyvety FTIR podle ISO 19702 (viz tab. č. 6 v 1. dílu článku) ve 4. a 8. minutě zkoušky a určením CIT jako průměru ze tří opakovaných měření,

zkušební metoda 2:

Předepsaným zkušebním zařízením je trubicová elektr. pec podle NF X 70-100-2 [20], chemická analýza 8 plynů (CO, CO2, HCl, HF, HBr, HCN, SO2, NOx ) z trubice podle NF X 70-100-1 [19], výpočet CIT podle rovnice (12).

5.4 Model úbytku hmoty

Koncentrace toxikantů ve zplodinách hoření jako funkce času může být v některých případech obtížně stanovitelná k výpočtu FED podle rov. (3) výše. Nicméně i v tomto případě je princip FED stále využitelný pomocí znalosti hodnot:

úbytku hmotnosti látky/materiálu/finálního výrobku hořením, objemu uzavřeného prostoru, do kterého se emise zplodin hoření rozptylují, letálních koncentrací resp. dávek zkušebně stanovených.

Smrtelná koncentrace LC50 [g/m3] podle předpovědi pro 30min expozici a 14denní post expozici lze pro daný zkušební vzorek vypočítat ze vztahu (13), [ISO 13344, viz tab. č. 6 v 1. dílu článku]

LC50 = Δm / (FEDcelk. Vzk. komory) (13)
 

kde je

Δm
kumulovaný úbytek hmotnosti hořlavé látky/materiálu hořením v [g],
Vzk. komory
je v [m3]
 

Frakční účinná dávka FED je odhadnutelná z následujícího vztahu (14)

vzorec 14 (14)
 

kde je

Ci
koncentrace zplodin hoření i [g/m3] za daný časový interval expozice Δt [min] a určená podle rovnice (15)
 

Ci = Δm [g] / V [m3] (15)
 

(C.ti) je součin naměřené hodnoty letální koncentrace LC50 [g.m−3.min], viz rovnice (14) výše, a doby trvání expozice t [min], za kterou byla stanovena, nebo koncentrace vyvolávající imobilitu (C.ti) = ½ (LCt)i opět v [g.m−3.min]

5.5 Neobvykle vysoká toxicita

Zkoušky ze 70. a 80. let prováděné na pokusných zvířatech za účelem zjištění, zda existují potenciální interakce mezi jednotlivými složkami/toxikanty ZH, a zda jsou ve ZH běžně přítomny tzv. suprajedy, prokázaly mj., že existují pouze mírné interakce mezi těmito složkami a že přítomnost suprajedů není běžná. To umožnilo další hodnocení toxické vydatnosti směsí ZH realizovat s dostatečnou přesností na základě chemické analýzy ZH a toxikologických dat jednotlivých složek dříve naměřených na zvířatech. Neobvykle vysoká toxicita se vztahuje k výrobkům, u nichž se uplatňují toxické účinky obvykle se při požárech nevyskytující (tj. jiné než dušení nebo dráždění). Výrobky s neobvykle vysokou toxicitou ZH nejsou považovány za významné při požárech. Extrémní toxická vydatnost naznačuje, že toxicita výrobků na jednotku hmotnosti je mnohem větší než toxicita obvyklých zplodin hoření. Do současné doby nebyl zaznamenán příklad požáru, v němž by nebezpečí bylo důsledkem extrémní toxické vydatnosti. Takumi Tkasuga [21] popisuje výsledky studie tvorby dibenzo-p-dioxinů (PCDDs), dibenzofuranů (PCDFs), polycyklických aromatických uhlovodíků (PAHs), polychlorfenolů (PCPhs), polychlorbenzenu (PCBzs), dále benzenu, toluenu, xylenu (BTX), oxidu uhelnatého (CO) spalováním granulátu z polyethylenu (PE), polyethylentereftalátu (PET), nylonu, novinového papíru, polypropylenu (PP), akylonitril-butadien-styrenu (ABS) a polyvinylchloridu (PVC) v proudu vzduchu v křemenné trubici o průměru 25 mm a délce 1000 mm, umístěné v elektr. peci s teplotou 900 °C. Výsledky naměřených koncentrací toxikantů jsou vedeny v následující tabulce č. 12.

Tab. č. 12 Koncentrace toxikantů (ng/g vzorku) v plynných zplodinách hoření plastů a novinového papíru při 900 °C ve vzduchu (21 % O2) [21]
ToxikantBlankPEaPETbNylonNovin. papírPPcABSdPVCe
HCl584000000
HCNLRLgLRLg12000000730001000000LRLg
CO (ppm)133102073079040049170
%CO2 (v/v)<0.21.41.50.90.81.11.00.4
%O2 (v/v)20.918.819.419.620.019.119.620.4
Suma PCDFs0.0210.0430.140.0140.230.0650.00512
Suma PCDDs0.0310.0320.170.060.150.0470.0583.4
Suma PCBs0.0740.160.120.0770.150.180.0080.19
Suma PCDD/DFs+PCBs0.130.240.430.150.530.290.1416
hTEQf0.581.24.30.0725.40.950.59130
Difenyl30012000017013000050000370000650450
Dibenzofuran2784001713000390001400036028
DibenzodioxinLRLgLRLgLRLgLRLgLRLgLRLgLRLgLRLg
BenzenLRLg26000000LRLg1200000028000007300002300000LRLg
ToluenLRLg33000LRLg200000170000380007500060000
XylenLRLgLRLgLRLgLRLgLRLgLRLgLRLgLRLg
Naftalen10000120000076002200000780000260000064004300
AcenaftylenLRLg1300000LRLg1500000270000140000036026
AcenaftenLRLg6800LRLg1100039001300062100
9H-Fluoren590130000260170000440002200005801300
Fenantren500670000410760000250000940000860410
Antracen36014000026019000049000240000280280
Fluorantracen604900006156000018000052000036051
Pyren13038000012050000016000062000020094
Benzo[a]antracenLRLg85000LRLg89000290001200005837
CryseneLRLg95000LRLg100000380001300006820
Benzo[b]fluorantracen50140000371500004800018000010040
Benzo[k]fluorantracenLRLg45000LRLg42000140005800022LRLg
Benzo[a]pyrenLRLg140000LRLg1600003800017000022LRLg
Indeno[1,2,3-cd]pyrenLRLg86000LRLg1100002800014000018LRLg
Benzo[g,h,i]perylenLRLg120000LRLg1400003300013000011LRLg
Dibenzo[a,h]antracenLRLg9300LRLg9000370014000LRLgLRLg
Součet 16 PAHs120005000000870067000002000000750000094006700
Limity detekce: HCN<3000, PCD/DF(4-5Cl) <0,001, (6-7Cl, co-PCBs) <0,002, (8Cl) <0,005, BTX<3000, PAHs<10 na ng/g-vzorku
apolyethylen, bpolyethylentereftalát, cpolypropylen, dakrylonitryl-butadien-styrenový plast, ePVC, fpgTEQ/g-základní vzorek, gMez zaokrouhlování výsledků, hekvivalent toxicity

Specifické riziko představují, jak již bylo uvedeno výše, retardéry hoření na bázi bromu (např. polybromované difenylethery (PBDF), hexabromcyklododekan (HBCD), bromované bisfenoly (např. TBBP-A), které se užívaly/užívají u plastů (pro speciální určení) ke snížení jejich zapalitelnosti (běžnými zdroji zapálení), k docílení samozhášivosti (po odstranění působení vnějšího zdroje zapálení) a snížení hořlavosti (např. zvýšením kyslíkového čísla).

Evropská unie sice zakázala výrobu polybromovaných bifenylů (ty se však více či méně stále vyskytují u importovaných výrobků) a výrobu dalších typů BFR´s postupně omezuje, množství vyrobených BFR´s jsou v EU však velká a úměrně tím i požární rizika od požárů velkých množství retardovaných plastů tohoto typu.

6. Legislativní zajištění problematiky

Dosud se však nepodařilo v příslušných legislativních a technických předpisech a normách uspokojivě řešit toto nebezpečí pro osazenstvo budov, shromažďovacích prostor a dopravních prostředků omezením těch druhů materiálů/výrobků, které při hoření generují velké množství dráždivých a toxických plynů.

Směrnice o stavebních výrobcích (CPD – Construction Products Directive) vstoupila v platnost v členských státech Evropské unie (EU) v prosinci 1991. Hlavním účelem CPD bylo odstranit technické překážky obchodu pro výrobce výrobků v rámci Evropy, a to vývojem a přijímáním evropských technických specifikací (harmonizované normy pro výrobky a evropská technická schválení), a umožnit tak výrobcům výrobků prodávat své výrobky v celé Evropě splněním jednotné společné evropské technické specifikace uznané a přijaté všemi členskými státy, testovat a dodržovat různé vnitrostátní normy v každém členském státě. Tuto směrnici nahradilo Nařízení evropského parlamentu a rady CPR (Construction Products Regulation) č. 305/2011, kterým se stanoví harmonizované podmínky pro uvádění stav. výrobků na trh s upřesněními v Nařízeních komise EU č. 568/2014 a č. 574/2014. Čl. 15 tohoto nařízení doporučuje, aby se při posuzování vlastností stav. Výrobků přihlíželo i k zdravotním a bezpečnostním hlediskům, které souvisejí s jejich používáním v průběhu celého jejich životního cyklu.

Evropský systém klasifikace stavebních výrobků a reakce na oheň specifikují následující související normy:

  • ČSN EN 13501-1: 2010 Požární klasifikace stavebních výrobků a stavebních prvků – Část 1: Klasifikace pomocí testovacích dat z testů reakce na oheň
  • ČSN EN 13501-2 :2017 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb – Část 2: Klasifikace podle výsledků zkoušek požární odolnosti kromě vzduchotechnických zařízení
  • ČSN EN 13501-3 + A1: 2010 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb – Část 3: Klasifikace podle výsledků zkoušek požární odolnosti výrobků a prvků běžných provozních instalací: požárně odolná potrubí a požární klapky
  • ČSN EN 13501-4: 2017 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb – Část 4: Klasifikace podle výsledků zkoušek požární odolnosti prvků systémů pro usměrňování pohybu kouře
  • ČSN EN 13501-5:2017 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb – Část 5: Klasifikace podle výsledků zkoušek střech vystavených vnějšímu požáru
  • ČSN EN 13501-6: 2018 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb – Část 6: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň elektrických kabelů
  • ČSN EN ISO 1182: 2010 Zkoušení reakce na oheň stavebních výrobků – Zkouška nehořlavosti
  • ČSN EN ISO 1716: 2010 Zkoušení reakce výrobků na oheň – Stanovení spalného tepla
  • ČSN EN 13823 + A1: 2018 Zkoušení reakce na oheň stavebních výrobků – Stavební výrobky s výjimkou podlah vystavených tepelnému napadení jedním vypalovacím předmětem (SBI)
  • ČSN EN ISO 11925-2: 2010 Zkoušení reakce na oheň – Zapalitelnost stavebních výrobků vystavených přímému nárazu plamene – Část 2: Zkouška zdroje jedním plamenem
  • ČSN EN 13238: 2010 Zkoušení reakce stavebních výrobků na oheň – Postupy při kondicionování a obecná pravidla pro výběr substrátů.

Klasifikace pocházející z těchto zkušebních metod jsou začleněna do stavebních předpisů členských států EU a používají se jako nástroje pro regulaci úrovní požární bezpečnosti v budovách a v jejich okolí v případě požáru. Klasifikace reakce na oheň, která v současné době existuje u stavebních výrobků, však neberou v úvahu výrobu a dopad toxických produktů spalování na osoby v budovách a kolem budov, protože v době definování systému klasifikace reakce na oheň neexistovaly žádné regulační požadavky na toxicitu v Evropě.

S ohledem na závažnost problematiky EU komise nechala vypracovat studii s cílem vyhodnotit potřebu regulace v rámci nařízení (EU) č. 305/2011 o toxicitě kouře generovaného ze stavebních výrobků při požárech. Oslovila dotazníky 32 členských států EÚ a řešení se zúčastnilo 17 evropských organizací. Studie [22] shrnuje následující závěry:

  1. Rozhovory ukázaly, že chybí jasná definice terminologie, např. Inženýrství požární bezpečnosti, zranění a usmrcení osob. Každá nová evropská iniciativa by měla být zaměřena též na shromažďování údajů a vypracování koherentních statistik o požárech na úrovni EU.
  2. Požární předpisy: Členské státy uznávají, že všechny kouře jsou toxické a že mají řadu vlastních předpisů na ochranu obyvatelstva. Sedm členských států odkazovalo na předpisy o toxicitě kouře ze stavebních výrobků; pět z nich (Belgie, Francie, Litva, Polsko a Švédsko) je oznámilo EK jako nařízení.
  3. Statistika týkající se požáru: Typ a formát shromážděných údajů se v jednotlivých členských státech liší a v současné době nejsou shromažďovány statistické údaje o toxicitě kouře, a proto nelze hodnotit účinnost možných opatření. Existuje obecná shoda, že pokud se požaduje statistika, pak shromáždění na evropské úrovni v koordinovaném a harmonizovaném systému založeném na standardizovaných pojmech a definicích je rozhodující.
  4. Ačkoli neexistuje dostatek shody o tom, co zajišťuje požární inženýrství, a také že neexistují dostatečné údaje pro plnější implementaci požárního inženýrství, přináší výhody, pokud se používá jako nástroj pro prokázání souladu s vnitrostátními požadavky.
  5. Právní předpisy: Obdržené odpovědi nesouhlasí ze 100 % s tím, že je nutná regulace toxicity kouře ze stavebních výrobků. Pokud se to prokáže, je třeba provést regulaci v dohodnutém evropském systému pro testování a klasifikaci s předpisy a požadavky na vnitrostátní úrovni.
  6. Odpovědi na dotazník ukázaly, že právní předpisy na úrovni EU byly považovány za pozitivní. Větší využití stávajících právních předpisů a alternativních bezpečnostních přístupů však bylo také považováno za důležité pro případný dopad jakýchkoli dodatečných právních předpisů. Pokud by byla legislativa považována za vhodnou, bylo by nutné podrobně analyzovat analýzy nákladů, přínosů a dopadů a náklady a přínosy stávajících předpisů a alternativních aktivních a pasivních metod by musely být zváženy a musely by se řešit otázky spojené s toxicitou tvorby kouře budováním obsahu.
  7. Bylo mnoho připomínek, které se zabývaly užitečností oddělování stavebních výrobků a zdůrazňovaly, že pokud by se právní předpisy týkající se toxicity kouře ze stavebních výrobků považovaly za vhodné, měly by být součástí holistického přístupu k požáru a účinnosti opatření.
  8. Právní základ: Podle odpovědi respondenti se domnívají, že by se omezily výhody z regulace specificky pro toxicitu kouře ze stavebních výrobků. Někteří respondenti věřili, že by mohlo dojít k většímu přínosu, pokud by se ve všech členských státech řešila problematika hořlavosti (a tedy í toxicity kouře) zařízení a vybavení.
  9. V nových nebo pozměněných stávajících předpisech je třeba zvážit potenciální nebezpečí kouře obecně, včetně toxického kouře, pronikání nebo vznik v oblastech považovaných za bezpečné zóny a / nebo únikové cesty.
  10. Účinky na uvádění stavebních výrobků na trh: Existuje obecná shoda, že regulace toxicity kouře ze stavebních výrobků by mohla zvýšit jejich náklady a potenciálně odstranit některé výrobky z trhu. Dále bylo dohodnuto, že by se mělo počkat, zda nařízení bude mít dopad na výrobky tím, že povede ke zlepšení a vývoji nových výrobků.

Závěr

Systém požárního testování a klasifikace, který byl v roce 1990 zaveden směrnicí o stavebních výrobcích (CPD) a později nařízením o stavebních výrobcích (CPR) v roce 2011, nemá přesný mechanismus specifikující, jak budou výrobky reagovat na skutečné požáry. Průmysl stavebních výrobků se rychle rozvíjí, takže je velmi důležité, aby systém požárního testování a klasifikace držel krok s reálnými riziky ve stavbách. CPR netestuje a nespecifikuje toleranční limity pro toxické nebezpečí kouře se smrtelnými následky od požáru. Hasiči jsou znepokojeni zvyšujícími se intenzitami kouře při požárech budov. Musí se klást větší důraz na prevenci toxicity a korozivity kouře pro požární bezpečnost budov a životního prostředí. To vyžaduje pokračování ve výzkumu a vývoji v této oblasti, což je zájem a i úkol nejenom pro EU jako celek, ale i pro ČR.

Poděkování

Práce vznikla za finanční podpory MŠMT v rámci programu NPU I č. LO1605-UCEEB- fáze udržitelnosti a projektu MV ČR, č. VI20162019034 „Výzkum a vývoj ověřených modelů požáru a evakuace osob a jejich praktické aplikace při posuzování požární bezpečnosti staveb“ na UCEEB ČVUT v Praze.

Bibliografie

  1. https://www.bbc.com/news/uk-england-london-40272168.
  2. DVOŘÁK, O.: Možnosti zkušebního stanovení nebezpečí toxicity zplodin hoření hořlavých materiálových výrobků. Interní dokument ČVUT-UCEEB, 2015.
  3. NV č. 215/2016 Sb., kterým se mění NV č. 163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky, ve znění NV č. 312/2005 Sb.
  4. Celostátní databáze statistiky požárů v ČR vedené MV – GŘ HZS ČR.
  5. https://www.ctif.org/sites/default/files/ctif_report22_world_fire_statistics_2017.pdf.
  6. ISO/TR 9122-1:1989 Toxicity testing of fire effluents – Part 1: General.
  7. ISO 19706:2011 Guidelines for assessing the fire threat to people.
  8. https://www.iso.org/search.html?q=toxicity.
  9. https://www.iec.ch/search/?q=toxicity.
  10. https://standards.cen.eu/dyn/www/f?p=204:32:0::::FSP_ORG_ID,FSP_LANG_ID:7727,25&cs=1FEF67F837AB5DF18D5EAA68B39E48F76.
  11. http://www.unmz.cz/urad/vyhledavani-technickych-norem.
  12. KAPLAN, H. L. at all: Effect of combustion Gases on Escape Performance of the Baboon and Rat. Fire Sciences, 3 (4), pp. 228–244, 1985.
  13. PURSER, D. A.: Toxicity assessment of Combustion Products. SFPE Handbook of Fire Protect. Engineering, 2nd edition, NFPA, Quinay, MA, Sect. 2, pp. 85–146, 1995.
  14. LEVIN, B. C.: A summary of the NBS literature review on the chemical nature and toxicity of the pyrolysis and combustion products from seven plastics. Fire and Materials, 1987, 11, 143–157.
  15. HARTZEL, G. E.: Advances in Combustion Toxicology. Vol. 1–3, Lancaster, Pensylvania: TPC Inc., 1989
  16. DIN 53436-1:2015-12 Erzeugung thermischer Zersetzungsprodukte von Werkstoffen für ihre analytisch-toxikologische Prüfung – Teil 1: Zersetzungsgerät und Bestimmung der Versuchstemperatur.
  17. NV č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví zaměstnanců při práci, ve znění pozdějších předpisů.
  18. ČSN EN ISO 5659-2: 2017 Plasty – Vývoj dýmu – Část 2: Stanovení optické hustoty v jednoduché komoře.
  19. NFX 70-100-1: 2006 Fire tests. Analysis of gaseous effluents. Part 1: Methods for analysis gases produced by thermal degradation.
  20. NFX 70-100-2: 2006 Fire tests. Analysis of gaseous effluents. Part 2: Tubular furnace thermal degradation method.
  21. TAKUMI TKASUGA. Quantitative An analysis of Toxic Compounds from Combustion of some plastic materials and newspaper. Organohalogen Compounds, Vol. 60–65, Dioxin 2003, Boston, MA.
  22. Study to evaluate the need to regulate within the Framework of Regulation (EU) 305/2011 on the toxicity of smoke produced by construction products in fires. Final Report, EU commission, 2017.
 
Komentář recenzenta
doc. Ing. Petr Kučera, Ph. D., VŠB TU Ostrava
Dvoudílný článek se věnuje problematice toxicity zplodin hoření a jejich nebezpečí především při požárech ve stavebních objektech. Text nejprve upozorňuje na vývoj statistických údajů zejména o počtu usmrcených a zraněných osob v ČR a zahraničí. Poté seznamuje s aktuálními technickými předpisy, které se dotýkají zkoušení a hodnocení toxicity zplodin hoření a velmi podrobně seznamuje s postupy odhadu toxické vydatnosti plynných zplodin hoření prostřednictvím matematických modelů. Na závěr článek příhodně poukazuje na nezbytnost pokračování výzkumu v této problematice.
Předložená tématika je velmi aktuální, neboť probíhá celosvětová diskuse o stanovení úrovně bezpečnosti osob nacházejících se v prostorách ohrožených požárem. Pro posuzování procesů evakuace se hledají vhodné výpočtové postupy a přípustné limity zplodin hoření, které se následně zavádí do matematických modelů.
Autor čerpá z aktuálních, zejména zahraničních, literárních zdrojů a přináší odborné i laické veřejnosti zajímavé poznatky. Po formální stránce je text přehledný s přiměřenou obrázkovou přílohou; doporučuji ke zveřejnění.
English Synopsis
Fire safety and fire effluents toxicity during fires and their fighting – Part 2

The second part of this article briefly informs about mathematical models to predict the toxic incidence of gaseous combustion products, familiarizes itself with EU legislation on fire safety of buildings, and in conclusion notes the need to continue the research and development of the issue.

 

Hodnotit:  

Datum: 8.10.2018
Autor: Ing. Otto Dvořák, Ph.D., ČVUT Praha, pracoviště UCEEB   všechny články autora
Recenzent: doc. Ing. Petr Kučera, Ph. D., VŠB TU Ostrava



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)


Témata 2018

Partneři - Požár. bezpečnost staveb

Tabulky a výpočty

Odborní garanti

plk. Ing. Zdeněk Hošek, Ph.D.
Ministerstvo vnitra ČR
generální ředitelství Hasičského záchranného sboru ČR

Ing. Marek Pokorný, Ph.D.
Katedra konstrukcí pozemních staveb, Fakulta stavební ČVUT v Praze

Redakce TZB-info natočila

Vybrali jsme z konference Požární bezpečnost staveb 2016

 
 

14.11.2018 konference TZB-info o bytových domech

Připravujete rekonstrukci bytového domu, děláte PENB nebo audit? Jak na úspory za energie a zhodnocení domu? Unikátní publikace pro účastníky. Těšíme se na vás v Praze.

Program a přihláška