42 Výměna plynů při požáru

Výměnou plynů při požáru rozumíme podmínky, za kterých z pásma hoření odchází zplodiny hoření (kouř) a podmínky, za kterých je do pásma hoření umožněn přívod čerstvého vzduchu.

V průběhu požáru podle jeho intenzity vzniká v pásmu hoření množství horkých zplodin (kouře), které vlivem svého vztlaku proudí vzhůru a do pásma hoření je přisáván čerstvý okolní vzduch. Vztlak kouře souvisí s obecnou fyzikální vlastností plynů a to s jejich rozpínavostí při zahřívání. Rozpínavost plynů způsobuje snížení jejich měrné hmotnosti, tedy dochází ke snížení jejich hustoty (menší hmotnostní množství ma 1 m³). Čím větší rozdíl v hustotě mezi kouřem a okolním vzduchem nastane, tím bude vztlak kouře vyšší a bude tedy rychleji stoupat vzhůru. Je tedy zřejmé, že rychlost proudění kouře směrem vzhůru přímo závisí na jeho teplotě. Rychlost výměny plynů ovlivňují kromě teploty kouře také další faktory jako mrazivé počasí, kdy se hustota vzduchu zvyšuje a tím narůstá i rozdíl hustot mezi okolním vzduchem a kouřem. Síla a směr větru jsou zásadním faktorem z hlediska intenzity výměny plynů zejména při lesních a polních požárech. Vítr může také významně ovlivňovat tlakové poměry v objektech a zvyšovat intenzitu výměny plynů zejména v případech, kdy otvory v konstrukcích, kterými je přisáván okolní vzduch do pásma hoření, jsou na návětrné straně a naopak otvory, kterými jsou odváděny zplodiy hoření, jsou na straně závětrné.

V běžných podmínkách požáru se vertikální rychlost proudění kouře postupně snižuje zejména vlivem mísení s chladnějším okolním vzduchem, který je do proudícího kouře přisáván. Další ochlazování kouře je způsobeno kontaktem s plochami stěn stropů a jiných konstrukcí. Čím vyšší vertikální sloupec horkého kouře v průběhu požáru vznikne, tím rychhlejší je jeho proudění směrem vzhůru. V některých případech, kdy dochází k extrémně rychlému vertikálnímu proudění kouře, hovožímě o tzv. komínovém efektu. Komínový efekt může vzniknout zejména u vícepodlažních objektů zejm. ve svislých instalačních šachtách nebo svislém vzduchotechnickém potrubí tedy vertikálních konstrukcích, které po zahřátí začnou fungovat obdobně jako komínové těleso. Za takových podmínek může být šíření požáru způsobené proudícími horkými zplodinami extrémně rychlé a intenzitě požáru v těchto případech také přispívá vysoká rychlost nasávaného vzduchu do pásma hoření. Objem přisávaného vzduchu do pásma hoření je roven objemu odcházejícího kouře a jsou tedy navzájem v přímé souvztažnosti. Tato souvztažnost je dánaprůběžným vyrovnáváním tlaku v pásmu hoření a vychází opět z obecných fyzikálních zákonitostí chování plynů. Vznik komínového efektu v objektech omezují zejména stavebně-technická opatření jako napříkad vhodně navržené požárně dělící konstrukce a požární ucpávky, kterými jsou instalační šachty protipožárně děleny do požárních úseků v jednotlivých podlažích. Ve vzduchotechnických potrubích se pro zabránění šíření kouře využívají kouřové klapky, které se při vzniku požáru samočinně uzavřou a brání tak šíření požáru.

V prraxi jsou známy případy vzniku komínového efektu i při velkých požárech lesů nebo po bombardování měst za druhé světové války, kdy obrovské množství hořkých zplodin vytvoří vysoký horký vertikální tubus, kterým zplodiny hoření proudily vysokou rychlostí do velké výšky. Tento komínový efekt způsoboval prudké nasávání okolního vzduchu do epicentra požáru a tento jev byl nazván jako ohnivá nouže.

Neutrální rovina

Pokud požár probíhá v uzavřených nebo částečně uzavřených prostorech, shromažďuje se horký kouř vlivem svého vztlaku pod stropem a postupně začíná prostor os shora zaplňovat. Pokud kouř není rozviřován např. přetlakovou ventilací, vytváří se zpravidla poměrně ostré rozhraní mezi horní zakouřenou včástí místnosti a její spodní nezakouřenou částí a toto rozhraní nazýváme "neutrální rovina" (obrázek č. ). V tomto úzkém rozhraní má kouř neutrální vztlak , tzn., neklesá ani nestoupá a její výška závisí pouze na množství kouře, který se v místnosti shromažďuje. Pokud kouř v určité výšce z prostoru uniká, stavebním otvorem ve stěně může být výška neutrální roviny daná horním okrajem tohoto otvoru. V případě, že prostor zasažený požárem je zcela uzavřený, kouř postupně zaplní celou místnost a neutrální rovina klesne až na úroveň podlahy.

Obrázek - Znázornění neutrální roviny (Zdroj Youtube)

Možnosti ovlivnění neutrální roviny

Výšku neutrální roviny při případném požáru se v některých objektech snažíme ovlivnit takovým způsobem, aby z prostoru zasaženého požárem byl umožněn únik ohrožených osob. Jedná se zejména o půdorysně rozlehlé objekty, kde se shromažďuje větší počet osob  a při vzniku požáru může být v důsledku zakouření značně snížená orientace. Z tohoto pohledu je optimální, když se výška neutrální roviny pohybuje nejníže v rovině těsně nad hlavou běžně stojícího člověka. Optimální výška neutrální roviny je konstrukčně a technicky ovlivňována zejména u staveb, kde se vyskytuje větší počet osob, např. v supermarketech, konferenčních sálech nebo jiných jektech určených pro shromažďování. Technicky můžeme neutrální rovinu ovlivnit zejména tzv. zařízením pro odvod kouře a tepla, které se instaluje ve střešní konstrukci. Jedná se o světlíky s automatickým ovládáním, které se při požáru automaticky otevírají tak, aby odvedly potřebné množství kouře z prostoru a byla tak zajištěna poloha neutrální roviny v požadované minimální výšce. Zařízení pro odvod kouře a tepla mohou být s přirozeným větráním (k odvětrání je využíváno pouze přirozeného vztlaku kouře) nebo s nuceným větráním (součástí zařízení je ventilátor) a dále mohou být v různém  tvarovém provedení.

S výškou neutrální roviny souvisí také značování únikových cest, kdy se veškeré značky označují směry úniku, popřípadě jiné důležité požárně-bezpečnostní prvky jako např. nouzové osvětlení únikových cest, umísťuji pod předpokládanou hranici neutrální roviny tak, aby byla zajištěna maximální možná orientace osob v prostoru zasaženého požárem.

Obrázky - Zařízení pro odvod kouře a tepla: