Požadavky na požární větrání z pohledu projektanta VZT a praxe

Jak vyplývá z prvních úvodních vět, autoři poskytují další pohled na větrání chráněných únikových cest (CHÚC) a protipožární předpisy ve vzduchotechnice. Požáry způsobují škody a není problém pochopit, že je snaha je minimalizovat. Zda má tendence k „totální“ protipožární ochraně průkazný základ, obzvlášť z hlediska záchrany osob, je vhodnou otázkou do diskuze. Článek pokládá řadu i nepřímých otázek a dokumentuje rozporuplnost diametrálně odlišných požadavků na řešení větrání budov. Určitě by bylo na místě také diskutovat o problematice větrání CHÚC i z hlediska délky času při úniku touto cestou a porovnat z tohoto titulu působení vzniklé koncentrace škodlivin na lidský ­organizmus ve vazbě na přípustné koncentrace škodlivin. I v běžném a pracovním životě se realisticky předpokládá, že na člověka působí škodliviny a v některých zaměstnáních se připouštějí i určité zvýšené limity, které se označují za rizikové. To asi v určité míře platí i pro mimořádné události, jakou je i evakuace při požáru. Předpokládá se, že dříve stanovená intenzita výměny vzduchu koresponduje s hygienickými požadavky. Pak je na místě otázka, v čem a zda je kritérium přetlaku v CHÚC vhodné.
Rozhodně lze považovat článek za podnětný a inspirativní.

Recenzent: Vladimír Galád

Úvod

V časopise Topenářství instalace č. 7/2011 vyšel velmi zajímavý článek kolegů Šikuly a Drdy s názvem „Využití CFD modelování pro návrh přetlakového větrání chráněných únikových cest“. Článek se zabývá modelováním fyzikálních podmínek a vlastností přetlakového požárního větraní CHÚC. ­Autoři vyčíslují nutný objemový průtok vzduchu systému VZT tak, aby byl zachován požadavek norem na přetlak 25 Pa v prostoru CHÚC při otevřených dveřích. Toto množství vzduchu významně převyšuje hodnotu stanovenou podle požadované výměny vzduchu. Podstatným faktorem při návrhu a následné realizaci požárních systémů VZT jako celku je jejich funkčnost. Výsledky uvedené kolegou Šikulou a Drdou odpovídají praktickým stavům při spouštění těchto systémů a jejich zaregulování. V případě přijetí v článku uvedených hodnot, zajišťujících požadovaný přetlak, by rozměry systému VZT (potrubí rozvody, koncové elementy, požární ventilátor), zdroj energie (záložní zdroj, kabeláž apod.) a stavební dispozice pro VZT byly mnohonásobně (podle typu otvoru až o 80 %) větší, než při dimenzování soustavy VZT podle výměny vzduchu. To přichází v úvahu u přetlakového větrání CHÚC bez předsíní apod. V případě předsíní je systém složitější (je nutné systém navrhnout na požadované tlakové poměry mezi schodištěm CHÚC, předsíněmi a případně výtahovou šachtou), tudíž je nutné do stavby zaimplementovat další otvory a šachty. Složitost problému větrání CHÚC typu B s předsíněmi ilustruje obr. 1.

Vidíme zde řešení, které reaguje na požadavek jak průtoků vzduchu, tak na požadavek tlakových poměrů mezi předsíněmi a schodištěm. Z fyzikálního hlediska budou požadované parametry dodrženy za stacionárního stavu při všech zavřených dveřích. V případě otevření dveří ze schodiště do předsíně se tlakové poměry vyrovnají.

Pro názornost: celkové množství vzduchu je pro tuto CHÚC s předsíněmi 22 800 m^3·h^–1. Pro podlaží a chodbu, která umožňuje výstup na volný terén (chodba je součástí CHÚC a je od schodiště oddělena dveřmi) připadá při 15násobné výměně vzduchu cca 1300 m^3·h^–1. V případě zadání zachovat přetlak vzduchu mezi chodbou a okolními prostory, tedy i venkovním prostorem v min. požadavku 25 Pa, by podle článku a jeho recenze [1] byla nutná dávka přiváděného vzduchu do tohoto prostoru chodby (dveřní otvor 1150 × 2000 mm) jako do celého systému CHÚC (tj. schodiště včetně předsíní dohromady).

Otázka při návrhu zní, je toto z hlediska prostorových nároků a ceny pořizovacích nákladů VZT reálné a má tento požadavek opodstatnění? Otázku potřebnosti tohoto opatření nemůže projektant VZT rozhodnout, nicméně i z laického pohledu je zřejmě, že ona obrovská dávka vzduchu, představující 263násobnou výměnu vzduchu je nereálná. Jak by po stránce technického řešení v takovém případě vypadal celý systém VZT? Proto, aby mohl zajistit v každém okamžiku přetlak i při otevření různých dveří do okolních prostorů, by byl nejen mnohonásobně rozměrově větší, ale byl by také vybaven soustavou regulovatelných otvorů, které by byly ovládány servopohony, a které by musela ovládat EPS. Z praktického hlediska si to lze těžko představit, už jen z toho důvodu, že evakuace osob při požáru je děj velmi nevyzpytatelný (dopředu nelze nic auto­matizovat) a reakce servopohonů na např. měřené tlakové rozdíly je v čase tak pomalá (včetně změny otáček ventilátoru), že než by systém zareagoval, tak by byly již dveře zavřené apod., osoby by byly z daného prostoru již pryč. Celý systém by se dostal do nerovnovážného stavu a přetlak by prakticky nezajistil žádný. Teoretické řešení by mohlo být v decentralizaci systému, ale výsledek je opět nejistý a pořizovací náklady, včetně požadavků na architektonicko-stavební řešení, neúnosné.

Cílem tohoto článku není komentovat články požárních norem a definovat technická řešení profese VZT, ale upozornit na vynucené zvyšování pořizovacích nákladů stavby a to nejen v části VZT, ale i navazujících profesí včetně stavebně-architektonického řešení. U zdravotnických provozů k tomu přistupuje i praktická neslučitelnost požadavků PBŘ a technického řešení systémů VZT, např. čisté prostory.

Požadavky požárně bezpečnostního řešení (PBŘ)

Požadavky na systémy VZT aplikované ve zdravotnické výstavbě, ale nejen v ní, jsou obsaženy v normách: image:22

• ČSN 730835 Požární bezpečnost staveb – Budovy zdravotnických zařízení a sociální péče [2]
• ČSN 730802 Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty [3]
• ČSN EN 12101-6 Zařízení pro usměrňování pohybu kouře a tepla – Část 6: Technické podmínky pro zařízení pracující na principu rozdílu tlaků – sestavy [4]

Tyto předpisy určují v rámci kladného stanoviska dotčeného orgánu ZHS příslušného kraje požadavek na technické řešení daného požárního systému VZT. Jakékoliv nedodržení normami požadovaných parametrů má za následek zamítavé stanovisko HZS a tím zamítnutí stavebního povolení nebo nemožnost následné kolaudace stavby a jejího užívání. Výčet jednotlivých konkrétních požadavků je tak rozsáhlý, že by jeden samostatný článek na jejich vyjmenování a praktický dopad do návrhu a realizace nestačil. V rámci zpracování projektových dokumentací pro stavební povolení, výběr dodavatele a realizaci stavby jsme se v posledních třech letech setkali s následujícími požadavky, které poměrně zásadně ovlivňují návrh a pořizovací náklady stavby. Mezi tyto požadavky patří:

• Větrání CHÚC podle [3] článku 9.4.2 až 9.4.9 a případně podle [4] (dělení CHÚC na jednotlivé typy, tomu odpovídající požadavky na výměny a přetlaky vzduchu včetně umístění distribučních prvků).
• Zdravotnická zařízení skupiny LZ2 podle [2] článku 8.1.2 (rozdělení prostorů LZ2 do skupin a, až h, podle zdravotnického typu, např. prostory ARO, JIP, operační trakt, lůžkové jednotky apod.).
• Stavební konstrukce podle [2] článku 8.3 a 8.3.1 pro prostory LZ2 skupiny a, (lůžkové jednotky), b, (ARO a JIP) a c, (operační oddělení) platí tab.1 „Specifické klasifikační požadavky pro nové objekty i změny staveb“, kde se jedná o to, že „volně vedené potrubní rozvody včetně jejich izolace musí splňovat třídu reakce na oheň B-s1 d0, pro objekty do dvou nadzemních podlaží se jedná o třídu C-s1)“. Prakticky se jedná o to, že tyto potrubní rozvody musí být tvořeny látkami těžce hořlavými, bez vývinu kouře a bez odkapávání hořících částic (d0 je žádné odkapávání, d1 je omezené odkapávání).
  Běžně používané a cenově dostupné potrubní rozvody profese ZTI z plastu, Cu potrubí rozvodů chladiva včetně izolace, rozvody chladné vody opatřené izolací Armaflex (kontaktní izolace na bázi kaučuku), nesplňují díky své izolaci požadavek na definovanou třídu reakce na oheň podle [2].
• Podle [2] článku 8.1.5 požadavek na nucené větrání prostorů oddělujících prostory skupiny LZ2 (podle článku 8.1.2. b, a c,) od ostatních požárních úseků, které musí být odděleny prostorem umožňujícím samostatné větrání, které při požáru zajistí v tomto prostoru oproti přilehlým prostorům přetlak v rozmezí 25 až 50 Pa, nebo větrání s dodávkou vzduchu nejméně v 15 x/h, a to podobu nejméně 30 minut.

Uvedené požadavky mimo řešení CHÚC (tato problematika je popsána již v úvodu tohoto textu) poměrně zásadně ovlivňují návrh provozních VZT systémů obsluhující dané prostory.

Problematika splnění požadavku na celistvost a nehořlavost volně loženého potrubí je v současně době velmi aktuální a je živě diskutována na mnoha projektech. Vždyť vedení instalací technických zařízení v prostorech jako jsou ARO, JIP a operační sály je nezbytnou součástí vybavení těchto prostorů. Bez těchto instalací tyto prostory být funkční ani nemohou. Požadavek normy je velmi tvrdý a při dogmatickém výkladu toho, co je volně vedené potrubí a co je „nehořlavá“ celistvost (potrubí ve skladbě např. ocel + kaučuková izolace + požární izolace nebo plastové potrubí + požární izolace nebo předizolované Cu potrubí + požární izolace atd. podle normotvůrce celistvost nesplňuje, neboť obsahuje min. jednu část, která je hořlavá), jsou některé rozvody prakticky ne­uskutečnitelné. U rozvodů chladu je možné klasickou kaučukovou izolaci nahradit např. izolací Foamglas, která je ale cca 2x dražší než běžná kaučuková. Nahradit některá plastová potrubí za ocelová nejde z důvodu požadavků na „hygienické provedení“ rozvodů.

V současnosti se ukazuje, že je velký problém vyhovět požadavkům na nucené větrání podle článku 8.1.5 (požární větrání v nemocničních provozech). Problém vzniká již při dispozičním řešení uvedených prostorů a s tím spojenými provozními potřebami a činnostmi prováděnými zdravotnickým personálem. Zde vzniká rozpor mezi požadavky uživatele na běžný provoz a řešením prostoru vyplývajícího z PBŘ. Např. požadovaný prostor pro umístění evakuovaných osob (jsou definovány požadavky v m²/ lůžko apod.), který je z hlediska evakuace nezbytný, ale za normálního provozu nejde využít jiným způsobem. Prakticky z toho vyplývá, že dispoziční řešení upravené dle požadavků PBŘ není optimální pro normální provoz budovy a vytváří prostory, které jsou za normálního provozu nevyužité. Dále vznikají problémy se zázemím prostorů ARO, JIP a operačních sálů, kde je problematické umístění provozního skladu do zázemí těchto čistých prostorů, když tento sklad tvoří samostatný požární úsek (PÚ). Podle bodu 8.1.5 musí být tento PÚ od čistého prostoru oddělený požárním větráním. Z toho vyplývá, že chodby těchto prostorů jsou požárně větrány. Mnohdy se jedná o objemově rozlehlé prostory. Ukázka nutného technického řešení VZT je uvedena na obr. 2.

Zde je zobrazený výřez půdorysu čistého prostou JIP se zakreslenými rozvody VZT. Červená barva zobrazuje přívodní větev, modrá odvodní a zelená požární větrání podle článku 8.1.5. Z výřezu je zřejmé, že v této části půdorysu rozvodům dominuje systém požárního větrání, který je i proporcionálně větší než sy­stém provozního větrání a klimatizace.

S návrhem zařízení podle uvedených požadavků jsou spojeny i problémy s potrubními rozvody jak provozních, tak požárních systémů VZT. Systém vzduchotechniky pro požární větrání, který bylo nutné aplikovat v praxi a je částečně zobrazený na obr. 2 je ve schématu uvedený na obr. 3.

Ze schématu je patrné, že systém je tvořený soustavou dýmových klapek, servopohonů, ventilátorů s frekvenčními měniči a množstvím čistých nástavců s umístěnými HEPA filtry. Systém nebylo technicky možné vytvořit jiným způsobem (decentralizace systému po jednotlivých podlažích nebyla možná s ohledem na odstupové vzdálenosti nasávacích otvorů od výplní otvorů na fasádě). Jako velmi složité a náročné se ukázalo naprogramování systému MaR.

Hodnocení

Bereme-li v úvahu, že stavby zdravotnických provozů (v současnosti nejen ty) jsou vybaveny mnoha systémy technických zařízení včetně rozvodů VZT, jsou podhledy těchto objektů již plné provozních instalací nutných k funkčnímu užívání těchto prostorů. Dalším zvyšováním prostorových nároků na vedení instalací spojených s PBŘ stavby jsou tyto prostory buď tak plné, že po realizaci již neumožňují prakticky žádnou údržbu těchto rozvodů, nebo musí být instalační prostory zvětšeny. S větším nárokem na obestavěný a z hlediska provozu nevyužitý prostor rostou i samotné pořizovací náklady stavby.

Z pohledu profese VZT v současné době začínají systémy zajišťující PBŘ svým rozsahem dohánět, ne-li i zastiňovat nutné provozní systémy. Systémy požárního větrání se po stránce čistoty a hygienických požadavků na čisté prostory s těmito prostory neslučují. V případě, že nebudou splněny základní požadavky na systémy pro čisté prostory (stupně filtrace a umístění filtrů, těsnost systému apod.), hrozí reálné nebezpečí kontaminace částicemi emitujícími z požárních systémů těchto „požárně chráněných“ čistých prostorů. Aby toto hygienické riziko bylo eliminováno, je nutné provádět velmi drahá opatření.

Na obr. 4 je ukázka nárůstu nákladů na požární systémy VZT uplatněné na projektech zdravotnické výstavby a prostory podle LZ2. Jedná se prakticky podle druhu oddělení a stavebních dispozic o shodné objekty. Liší se však dobou vzniku, takže u každého z nich byly uplatněny jiné požární normy. Je tu patrný 10% nárůst nákladů na systémy VZT pro zabezpečení požadavků PBŘ u projektů po roce 2010. Tento nárůst je způsobený zejména požadavky a z nich vyplývajících komplikací uvedených v odstavci 8.1.5. a 8.3.1. podle [2]. Další zvýšení nákladů je ještě v jiných částech stavby, zejména ve stavebně-architektonickém řešení, EPS, MaR a silnoproudu (náhradní zdroj). Navíc je třeba uvážit, že přestože ve většině případů instalací nebude požární větrání za dobu své životnosti ani jednou aktivováno, je třeba jej udržovat v pohotovosti. Provozovatel objektu, dosti zatížený údržbou provozních systémů ­budovy, bude ještě nucen pravidelně revidovat, oprašovat a přezkušovat další, a bohužel dosti složité, technické zařízení.

Závěr

Vzhledem k popsaným skutečnostem a faktu, že při zpracování dokumentace je provozně optimální řešení objektu silně deformováno požadavky PBŘ a ze strany projektantů PBŘ je vyžadováno dogmatické dodržování těchto požadavků uvedených v příslušných normách požární ochrany, je podle našeho názoru nutné otevřít diskuzi, kde je hranice mezi bezpečnou ochranou zdraví a majetku osob v budovách a efektivním zabezpečením evakuace osob, a kde začíná platit, že se stavba nestaví pro užívání a pobyt osob, ale pro požárně bezpečností řešení.

Při řešení problémů v rámci zpracování jednotlivých částí dokumentace na různé stavby s kolegy požárními specialisty je nám většinou na naše dotazy odpovězeno, že: „dané řešení norma vyžaduje a přes to nejede vlak“. Avšak nikdy nebyla odborná veřejnost seznámena s efektivností a přínosem požadovaných řešení z hlediska požární bezpečnosti, nebyla předložena jakákoliv studie nebo statistika, která by uváděla vyhodnocení přínosu zpřísněných požadavků. Kolik osob tato opatření statisticky zachránila oproti době a stavbám, kdy tato opatření neplatila? Jsou investiční náklady vynucené PBŘ stavby vynaloženy efektivně? Vezmeme-li v úvahu stavbu za 1 miliardu a budeme předpokládat, že zajištění PBŘ stavby znamená 10 až 15 % z celkové investice, je tato investice skutečně účinná? Trend není bohužel ojedinělý v ČR, např. na Slovensku je ve zdravotnické výstavbě vyžadován absurdní požadavek na zajištění chodu požárního ventilátoru po dobu 120 min. (max. doba evakuace a nástup hasičů je 60 min.).

Na úplný závěr všem přejeme, aby nikoho v žádné budově nepotkalo setkání s požárem, a aby se nemusela námi složitě zkonstruovaná zařízení vůbec prověřovat v reálných podmínkách.

Literatura

[1] Šikula O., Drda M.: Využití CFD modelování pro návrh přetlakového větrání chráněných únikových cest, Technické vydavatelství Praha, Topenářství instalace, ročník 45, č. 7/2011, s. 50–54, ISSN 1211-0906.
[2] ČSN 73 0835 Požární bezpečnost staveb – Budovy zdravotnických zařízení a sociální péče.
[3] ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty.
[4] ČSN EN 12101-6 Zařízení pro usměrňování pohybu kouře a tepla – Část 6: Technické podmínky pro zařízení pracující na principu rozdílu tlaků – Sestavy.

---

Requirements for fire ventilation sy­stem design from the perspective of the HVAC designer and practice

The authors reflect upon some of the requirements for the fire protection of buildings, especially the design of pressurized ventilation of protected escape routes. Some requirements do not appear to be justified and the costs of compliance are relatively high. Meeting some of the requirements is even almost impossible.

Keywords: fire protection, ventilation system, escape routes