Teoria spalania i pożaru

 W AKCJI 1/2017
„Często przez okna te nie widać jeszcze płomieni, a tylko wydobywają się przez nie
kłęby brunatnego dymu z rdzawym odcieniem, co jest dowodem niekompletnego
spalania się dla braku tlenu i obecności w dymie jako składników – węglowodorów.
Owóż te gazy przy najmniejszym dopływie świeżego powietrza łacno wybuchają
płomieniem i mogą niespodziewanie dotkliwie poparzyć niebacznego prądownika” [1].
inż. Józef Tuliszkowski, 1909
Teoria spalania i pożaru
– najnowsze badania i stare prawdy. Cz. III
mł. bryg. mgr inż. Szymon Kokot-Góra
Absolwent SGSP, studiów podyplomowych BHP w CIOP-PIB oraz studiów pedagogicznych na UWM. Organizator wielu
międzynarodowych warsztatów, w tym prestiżowych warsztatów IFIW w 2014 r. w Olsztynie. Współautor książki Podstawy
zabezpieczenia i ratowania strażaków podczas wewnętrznych działań gaśniczych. Wiceprezes SITP Oddział w Olsztynie, pomysłodawca i organizator 3 dotychczasowych edycji cyklicznej Międzynarodowej Konferencji „Pożary wewnętrzne”. Założyciel
strony www.cfbt.pl, pasjonat pożarnictwa. Od 1 września 2016 r. rozpoczął 5-letni kontrakt, jako starszy oficer ds. szkolenia
w CERN Fire Brigade, gdzie będzie służył jako pierwszy polski strażak w historii jednostki
K
ończąc cykl artykułów poruszający tematykę teorii
spalania i rozwoju pożarów,
chciałbym nawiązać do naszego
polskiego klasyka i ojca krajowego pożarnictwa, Józefa Tuliszkowskiego. Nasz Rodak, w swej książce
sprzed ponad 100 lat, bardzo trafnie
i jednoznacznie opisał problematykę zagrożeń występujących przy
spalaniu niezupełnym i niecałkowitym, a zatem w warunkach deficytu tlenu. Owo zrozumienie fundamentalnego wpływu dostępu tlenu do strefy spalania na dynamikę
rozwoju pożaru i obecne zagrożenia nigdy nie uległo dezaktualizacji, a wręcz nabrało nowego znaczenia w erze wszechobecnych syntetyków w naszych domostwach czy
miejscach pracy. Mam dużą satysfakcję, mogąc sięgać do tak znamienitych źródeł, aby poprzeć mą postawioną w tytule tezę, że najnowsze badania dodały jedynie pewnej
14
dozy szczegółu i pozwoliły głębiej
zrozumieć to, co nasi pradziadowie
wiedzieli już dawno.
Zapotrzebowanie
wodne
Zanim wrócimy do omawiania zjawisk pożarowych, spełnię swoją
obietnicę z cz. II artykułu i przybliżę Czytelnikom zagadnienia związane z zapotrzebowaniem wodnym
do gaszenia pożarów. Jak wspomniałem, istnieją obecnie proponowane przez ekspertów formuły do kalkulacji zapotrzebowania
na wodę, noszące znamiona dosyć
starannie przeprowadzonego procesu dedukcji, który zaowocował
ich stworzeniem. Oczywiście nasuwa się myśl, że nie ma na miejscu
zdarzenia czasu na tego typu skomplikowane obliczenia. Niemniej zauważmy, że dosyć proste kalkulacje
mogą dawać ogólne wyobrażenie
odnośnie do rzędu wielkości i po-
zwolić kierującemu akcją na podjęcie pierwszych decyzji, a następnie
ich ciągłą ewaluację. Mogą również
być pomocą w formie wydrukowanych tabel (tab. 1). Przykładowo, jeśli pożar nie przekracza powierzchnią 600 m2, możemy z dużym powodzeniem stosować zasadę 5 l/min
na każdy m2 pożaru. Powiedzmy,
że mamy do czynienia z pożarem
w willi, gdzie powierzchnia objęta
spalaniem (pożar w pełni rozwinięty) wynosi w momencie przybycia
straży pożarnych około 200 m2. Prosta kalkulacja pozwoli nam stwierdzić, że sytuacja pożarowa wymaga podania 1000 l/min na ten pożar. Oznacza to, że jeśli 3 zastępy
przywiozły łącznie 10 m3 wody,
starczy jej na 10 minut gaszenia.
Czy to wystarczy, aby ugasić taki
pożar? To oczywiście zależy od kilku czynników, niemniej pozostańmy na tę chwilę przy wydajności.
1000 l/min jesteśmy w stanie podać
W AKCJI 1/2017 z 2 linii gaśniczych zakończonych
prądownicami typu turbo o maksymalnej wydajności 500 l/min lub
z trzech linii z prądownicami o Qmax
= 400 l/min. Rodzi się jednak kolejne pytanie: czy jesteśmy w stanie
za pomocą dwóch (trzech?) prądów
gaśniczych jednocześnie podać
wodę na niemal całą powierzchnię pożaru? [2].
Badania wykonywane w Szkole
Głównej Służby Pożarniczej dowodzą, że zależnie od warunków, badana prądownica typu turbo jest
w stanie pokryć wodą powierzchnię większą nawet od 100 m2 [3].
Czynnikami zwiększającymi powierzchnię są między innymi: bliskość do linii ognia, wyższe ciśnienie czy odpowiedni kąt bryłowy
rozproszenia prądu gaśniczego.
To nasuwa konkluzję – jeśli podajemy wodę do wnętrza obiektu, jesteśmy mocno ograniczeni, jeśli chodzi
o powierzchnię działania. Oddziaływanie termiczne każe zachować
dystans i stosować mniejsze kąty
rozwarcia dla osiągnięcia większego zasięgu. Oznacza to, że najczęściej w obiektach mieszkalnych
nie jesteśmy w stanie działać optymalnie, wybierając po prostu największą wydajność podawanych
prądów. Trzeba zatem zwiększyć
liczbę linii, a zmniejszyć ich wydajność, aby nie marnować wody i unikać zalewania. Do tego potrzeba
większej liczby strażaków oraz żelaznej dyscypliny, bowiem jej brak
doprowadzi do zmarnowania dużych ilości wody i szybkiego jej wyczerpania. Jest to problem zarówno taktyczny, jak i dotykający sfery wyszkolenia. Zresztą te obszary
(i nie tylko!) od zawsze są ze sobą
ściśle związane.
Pierwsze kalkulacje
Pamiętajmy też, że mówimy o modelowej i stosunkowo prostej sytu-
Powierzchnia
pożaru (Apoż)
Obiekty
mieszkalne
Obiekty
przemysłowe
Obiekty inne
m
l/min
l/min
l/min
20
280
604
336
40
380
860
499
60
454
1057
629
80
516
1224
741
100
569
1372
842
150
680
1687
1061
200
772
1953
1250
250
851
2189
1420
300
923
2402
1575
350
987
2599
1720
400
1047
2782
1856
450
1103
2954
1985
500
1155
3117
2107
600
1252
3421
2338
700
1339
3701
2553
800
1420
3961
2755
900
1496
4207
2946
1000
1567
4439
3128
2000
2126
6321
4644
3000
2541
7773
5852
4000
2884
9002
6895
5000
3181
10087
7830
2
Tab. 1. Zestawienie kalkulacji zapotrzebowania na wodę do celów gaśniczych w oparciu
o przykładowe powierzchnie pożarowe. Kolorem i kursywą podano dane jedynie w celu
porównania – tego typu sytuacje pożarowe nie zdarzają się lub zdarzają bardzo rzadko
(np. obiekty przemysłowe o powierzchni 20 m2)
acji, w której bierzemy pod uwagę
jedynie pożar i jego gaszenie. W realnych warunkach znaczenie będą
też miały warunki wymiany gazowej (ile gazów odpływa z pożaru, a ile powietrza do niego napływa) czy występowanie wiatru. Ten
temat zostanie poruszony w dalszej części. Niemniej okazuje się,
że pewne kalkulacje, uzupełnione
o codzienną praktykę z walki z pożarami, mogą dać nam doskonałe
wyobrażenie o potrzebach i wyzwaniach wynikających z konkretnych
sytuacji pożarowych. Ponadto kalkulacje tego typu wykorzystywane
są w różnych procesach z szeroko
rozumianej dziedziny ochrony przeciwpożarowej – przykładowo przy
projektowaniu obiektów, podczas
planowania operacyjnego w rejonie chronionym czy też w trakcie
długich akcji, gdyż właśnie do takich (dużych) pożarów zostały owe
formuły stworzone. I tu znów nawiążę do historii – nie odkrywam
bowiem na nowo dynamitu. Przykładowo, już w roku 1925 panowie:
Stanzig (Austria), Fossoult (Belgia)
oraz Folke (Dania) zaproponowali
jedną z pierwszych formuł kalkulacji zapotrzebowania na wodę, sugerując dla pożarów rozwiniętych
podawanie wody z wydajnością
0,5-5 l/min → m2 powierzchni pożaru.
Zauważmy tu dwie rzeczy. Po pierwsze: ta formuła również nawiązywała do powierzchni pożaru, a zatem
15
W AKCJI 1/2017
miała być prostą metodą szacowania. Po drugie: jest mocno nieprecyzyjna (10 x różnica możliwa dla tego
samego pożaru), niemniej pamiętajmy, że była jedną z pierwszych
prób usystematyzowania tej zawiłej problematyki [4].
Wsteczny ciąg
płomieni
Skoro omówiliśmy zjawisko rozgorzenia, a zatem przyjrzeliśmy się pożarowi w pełni rozwiniętemu, a także zastanowiliśmy się nad związanym z tym zapotrzebowaniem
na wodę do celów gaśniczych, czas
teraz powrócić do rozważań na temat zjawisk pożarowych. Przyjrzyjmy się wstecznemu ciągowi płomienia. Zjawisko zostało zauważone
już dawno (patrz cytat we wstępie
do cz. I artykułu – „W Akcji”, 5/2016)
i wiele osób podejmowało próbę
usystematyzowania go. Wszyscy
badacze zjawiska zgodnie zwracali uwagę na poniższe elementy:
• Pożar kontrolowany przez wentylację – spalanie nie może podtrzymywać się sam bez odpowiedniej ilości tlenu. Tlen zazwyczaj doprowadzany jest w formie
powietrza atmosferycznego. Kiedy pomieszczenie nie posiada
żadnych otworów wentylacyjnych służących do dostarczania
powietrza/tlenu, pożar zaczyna
zmniejszać swą intensywność.
• Niespalone produkty pirolizy
znajdujące się w pomieszczeniu.
• Zamknięta przestrzeń lub pożar
w ukrytej, ograniczonej przestrzeni – musi występować ograniczona konstrukcyjnie przestrzeń, taka
jak pokój lub inne pomieszczenie.
• Nagły dopływ powietrza/tlenu
– nagłe wykonanie otworu po-
Rys. 1. Diagram palności (wybuchowości). Poszczególne linie pokazują zawartość tlenu, gazu
obojętnego (azotu lub np. pary wodnej czy CO2) oraz gazu palnego (tu: metan). Widoczna
górna i dolna granica wybuchowości/palności (GGW i DGW)
16
zwala na dopływ świeżego powietrza do pomieszczenia.
• Gwałtowne spalanie produktów
pirolizy – następuje zapłon unoszących się produktów pirolizy,
a front (czoło) płomienia zaczyna przemieszczać się przez pomieszczenie.
• Czoło płomienia wędruje, przyspieszając w stronę otworu wentylacyjnego, wydostaje się z pomieszczenia, gdzie zapala wymieszane wstępnie z powietrzem
gazy, skutkując powstaniem kuli
ognia i nadciśnieniem.
Bazując na tym, można sformułować następujący opis zjawiska:
„Ograniczona wentylacja podczas
pożaru wewnętrznego może prowadzić do produkcji dużych ilości
niespalonych produktów pirolizy.
Kiedy nagle stworzony jest otwór,
napływające powietrze tworzy
prąd grawitacyjny i zaczyna mieszać się z niespalonymi produktami pirolizy, tworząc palną mieszaninę gazów w pewnych częściach
pomieszczenia. Jakiekolwiek źródło zapłonu, takie jak np. żar, może
zapalić tę palną mieszaninę, skutkując w niezwykle gwałtownym
spalaniu gazów/produktów pirolizy skierowanym na zewnątrz
przez otwór i tworząc kulę ognia
(fireball) na zewnątrz pomieszczenia”.
Następujące objawy mogą
ostrzec strażaków przed potencjalnym ryzykiem wystąpienia zjawiska wstecznego ciągu płomieni:
• Pożar może przyjąć pulsujący
charakter. Okna i drzwi są pozamykane, ale dym wydostaje się
ze szczelin wokół nich i zostaje z powrotem zasysany do wewnątrz. Niektóre płaszczyzny
(pojedyncze szyby o dużej powierzchni) mogą „falować” (wyginać się nieznaczenie) pod wpływem zmian ciśnienia wewnątrz.
• Nie widać płomieni w pomieszczeniu.
• Drzwi i okna są nagrzane (użyj termowizji!).
• Świszczące dźwięki pojawiają się wokół drzwi i okien.
Jeśli czas trwania pożaru w odizolowanym pomieszczeniu jest dłuższy, mogło dojść do zgromadzenia
się znacznej ilości palnych gazów.
• Szyby w oknach są odbarwione i mogą być popękane od ciepła.
r e k l a m a
W AKCJI 1/2017 Ruch dymu
Produkowane we Francji
2430/2015
EN-15090
KI
EK E
LE
KKI
E
OCHRONA I KOMFORT
26 cm, wysoka cholewka
L
Najważniejszym objawem obserwowanym w praktyce i potwierdzanym od lat jest ruch dymu na zewnątrz
i z powrotem do wewnątrz, co daje wrażenie, że „budynek oddycha”. Aby zapobiec zagrożeniom wynikającym z tej sytuacji, można zdecydować się na kilka
rzeczy. Przede wszystkim należy rozważyć aplikację
mgły wodnej bez dotleniania pożaru. Służą do tego
różnego rodzaju urządzenia, począwszy od relatywnie niedrogich lanc mgłowych (Fognail, Mist-er Killer),
poprzez agregaty wysokociśnieniowe (RotFire 150
bar czy Oertzen 250 bar), po drogie urządzenia typu
Cobra czy Nimbus, podające oprócz wody ścierniwo
zdolne do przecinania praktycznie wszelkich materiałów. Jeśli nie dysponujemy tego typu sprzętem, można za pomocą pił czy pilarek wyciąć niewielki otwór
i podać mgłę z prądownicy turbo, pamiętając wówczas, aby wsunąć linię dosyć głęboko, by uniknąć zasysania powietrza (tlenu) wraz ze strugą wody i tłoczenia go do wnętrza. Oczywiście dobry efekt może
przynieść wspomniane już wcześniej w tym cyklu artykułów stworzenie wylotu w wysokim punkcie, któremu musi towarzyszyć zabezpieczenie prądem gaśniczym na okoliczność zapłonu gazów wydostających się na zewnątrz.
Zarówno zagadnienie backdraftu, jak i kolejnego
z omawianych zjawisk, jakim jest wybuch dymu, wymaga zrozumienia współzależności pomiędzy występującymi w mieszaninie gazami palnymi, gazami niepalnymi (obojętnymi czy też pasywnymi) i tlenem.
Można je wyjaśnić na przykładzie uproszczonego
modelu: metan/azot/tlen pokazanego na diagramie (rys. 1) [5]. Metan symbolizuje tu palne gazy,
których jest całe mnóstwo w dymie i które mają różne właściwości.
Na pierwszy rzut oka diagram (rys. 1) wydaje się
skomplikowany, ale to pozorna trudność. Niebieska
linia to linia stężenia tlenu, biegnąca od 21% do 0%.
Linia czerwona to linia stężenia stechiometrycznego
gazu palnego w mieszaninie z powietrzem. Pokazuje
ona mieszaninę idealną, w której spalanie będzie cał-
1 centralny, łatwy
w użyciu zamek wymienny,
przypinany do buta
zatrzaskiem.
Wygodny w użyciu
Aluminiowy
podnosek,
o 50% lżejszy
od metalu
W 100% nieprzepuszczająca
wilgoci i oddychająca membrana
SYMPATEX® dla optymalnego
komfortu i oddychalności
Podeszwa INOX
dla ochrony przed
przebiciami
89-203 Zamość k. Bydgoszczy
ul. Poznańska 16-18, tel. 800 278 178
e-mail: [email protected], www.eurodis.pl
17
W AKCJI 1/2017
Rys. 2. Wykres obrazujący zależność poziomu Dolnej Granicy Wybuchowości od temperatury
gazów na przykładzie metanu. Im wyższa temperatura substancji, tym mniej jej potrzeba, aby
uległa zapaleniu i aby spalanie trwało [6]
kowite. Szary obszar to różne palne
mieszaniny: tlenu, gazów palnych
oraz pasywnych (zwanych balastem termalnym). Ów szary obszar
interesuje nas najbardziej, w szczególności po prawej stronie linii powietrza. Granice palności są na normalnym poziomie oraz występuje
wystarczające do spalania stężenie
tlenu. Gdy wzrośnie stężenie paliwa, wówczas mieszanina może
stać się niepalna (stężenie powyżej
GGW). Jeśli jednak ilość paliwa się
zmniejszy (gazy zostaną odprowadzone), mieszanina może ponownie wejść w zakres palności. Pamiętajmy też, że na granice wybuchowości danej substancji wpływ
ma również temperatura – im jest
ona wyższa, tym zakres jest większy (wyższa górna i niższa dolna
granica wybuchowości). Pośrednio
oznacza to, że w wyższej temperaturze potrzeba mniejszej ilości paliwa, aby spalanie miało charakter
ciągły. Jednak poszerzenie się gra18
nic palności nie jest aż tak istotne
jak to, że wraz ze wzrostem temperatury w pożarach wewnętrznych
wzmaga się powstawanie produktów pirolizy, co przekłada się na łatwiejsze osiąganie przez owe gazy
zakresu palności.
Wybuch dymu
Tematyka palności dymu pozwala
nam przejść płynnie do ostatniego
ze zjawisk, jakie chciałem omówić.
Ale czym jest właściwie wybuch
dymu? Może to zabrzmi banalnie,
ale jest… dokładnie tym, co sugeruje nazwa. Zjawisko może wystąpić w pomieszczeniach czy przestrzeniach, w których zaczął się
proces spalania, ale nie ma stałego dostępu powietrza, poza nieszczelnościami. W miarę wzrostu
temperatury ciała stałe zaczynają
emitować gazy pożarowe (proces
pirolizy), a gorąca warstwa zadymienia obniża się do podłogi, obejmując paliwa. Dynamika procesu
spada i pożar osiąga względnie stały stan. Trwa produkcja gazów pożarowych. Sytuacja identyczna do tej
zapowiadającej zjawisko backdraftu, jednak z drobną różnicą. Przez
nieszczelności do pomieszczenia
dostaje się tlen i zaczyna się mieszanie paliwa z tlenem. W pewnym
momencie pojawia się skuteczne
źródło zapłonu i dochodzi do wybuchu. Zatem wybuch dymu jest
to nagłe spalenie się mieszaniny
produktów rozkładu termicznego
oraz pirolizy z tlenem powietrzem.
Jest to proces spalania kinetycznego, co oznacza, że paliwo (gazy pożarowe) oraz utleniacz (tlen z powietrza) są ze sobą wstępnie wymieszane, co znacznie przyspiesza
przebieg reakcji i nadaje jej wybuchowy charakter, pozwalając również osiągnąć wyższą temperaturę. To z kolei powoduje większy
przyrost ciśnienia, bowiem każdy
gaz, podnosząc swoją temperaturę, zwiększa swoją objętość, czyli
tworzy nadciśnienie.
Cechą odróżniającą zjawisko
od wstecznego ciągu płomienia
jest to, że nie ma miejsca zmiana
warunków wentylacji, a powietrze
przedostaje się przez nieszczelności. Warto pamiętać, że gorące
gazy powodują powstanie nadciśnienia, niemniej kiedy wystygną
(powstrzymanie procesu spalania
w wyniku braku tlenu), zaczynają się kurczyć. W tym momencie
może powstać niewielkie podciśnienie i może dochodzić do sączenia się powietrza do wnętrza wypełnionego dymem. Dodatkowo
niektóre paliwa (np. drewno i materiały drewnopochodne) zawierają tlen w swoim składzie chemicznym i jest on uwalniany w procesie pirolizy i rozkładu termicznego.
Wybuch dymu jest również możliwy w innym pomieszczeniu niż
to z ogniskiem pożaru.
W AKCJI 1/2017 Niespalone
produkty pirolizy
Często słyszy się teorie mówiące, że to tlenek węgla jest odpowiedzialny za palność dymu i oba
omawiane zjawiska. Faktycznie,
CO jest gazem palnym, jednak zakres jego palności wynosi około 1275%. W pożarach niedowietrzonych
stężenie tlenku węgla osiąga najczęściej poziomy około 1,9-4,3%,
zatem sam tlenek węgla nie może
sam być paliwem, które spalając
się, powoduje zjawiska pożarowe.
Badania pożarowe pokazały realne
stężenia gazów w pożarach i dzięki temu zidentyfikowano inny mechanizm powstawania zjawisk pożarowych. O ile CO może odgrywać
poboczną rolę, o tyle głównym winowajcą są tu niespalone produkty
pirolizy (węglowodory), stąd posiłkowanie się przykładowo metanem
dla pokazania uproszczonego mechanizmu tych zjawisk jest jak najbardziej uzasadnione.
W literaturze można znaleźć informacje o tym, że przykładowo dla
wystąpienia dynamicznego zjawiska backdraftu węglowodory (HC)
muszą osiągać stężenie >10%. Można poprzez analogię wywnioskować, że skoro przy zjawisku wybuchu dymu stężenia CO są zbyt
niskie, to kluczową rolę odegra
stężenie HC. Jest ono tym wyższe,
im bardziej nieodwietrzony jest pożar – bowiem wtedy spalanie jest
mniej dynamiczne, co przekłada się
na wyższe stężenie gazów pożarowych w warstwie zadymienia [7].
musi zazwyczaj przejść w ustabilizowany stan wygasania przy zachowaniu względnie wysokiej temperatury, pozwalającej na ciągłą produkcję gazów pożarowych (około
200°C). Im wyższa jest temperatura, tym bardziej prawdopodobne
wystąpienie zjawiska. Nie jest wymagany dostęp powietrza. Zjawisko to jest bardzo prawdopodobne,
gdy gazy pożarowe mogą przesączać się i migrować do zamkniętych
przestrzeni, strychów itd. Warto zauważyć, ze podwyższona temperatura dymu nie jest warunkiem niezbędnym – doświadczenia w małej
skali pozwalają wywołać zjawisko
przy temperaturze dymu równej
już około 40°C!
Aby zapobiegać wybuchom
dymu, należy chłodzić i rozrzedzać gazy pożarowe (mgłą wodną,
najlepiej aplikowaną lancami – bez
dopuszczania powietrza). Sprawdzi się też wentylacja sekwencyjna – kolejne, metodyczne oddymianie przestrzeni odizolowanych
od płonących pomieszczeń, do których dym sączył się przez nieszczelności. Źródła zapłonu stanowią
zagrożenie (płomień, żar, gorąca
powierzchnia), zatem należy odizolować je od gazów pożarowych
– ugasić i schłodzić źródła zapłonu
i/lub usunąć dym. Możliwe jest też
użycie gaśnicy proszkowej. Drobiny proszku wyłapują wolne rodniki i uniemożliwiają powstanie płomienia, niezbędnego do zaistnienia
omawianego zjawiska.
Wpływ wiatru
Na koniec wypada poruszyć jeszcze
jedno istotne zagadnienie, jakim
Zapobieganie
wybuchom dymu
W jakich warunkach spalania możliwe jest zaistnienie zjawiska wybuchu dymu? Na to pytanie właściwie
już odpowiedziano. Są to warunki
niedowietrzenia pożaru i braku dynamicznej wymiany gazowej. Pożar
Rys. 3. Wykres obrazujący wpływ wiatru na pożar (linia czerwona) i porównanie przebiegu
z pożarem bez wpływu wiatru (linia niebieska). Zarówno sprawienie kurtyny (założenie
na okno), jak i jej zwinięcie (zdjęcie z okna) wiążą się z bardzo dużą zmianą warunków
pożarowych [8, 9]
19
W AKCJI 1/2017
jest wpływ wiatru na pożar i zachodzące w nim zjawiska. W naszym
kraju nadal jest mało artykułów
na ten temat, a problematyka jest
często niezauważana w szkoleniu i doskonaleniu zawodowym.
Na początku tegorocznej serii artykułów dla czasopisma „W Akcji”
poruszałem już ten temat, pisząc
o wentylatorach i wentylacji. Zdawkowe wzmianki w krajowej literaturze nazywają owo zjawisko „uderzeniem aerodynamicznym”. Polega
ono na tym, że silny prąd powietrza uderza w środowisko pożaru
wewnętrznego, powodując intensywne i turbulentne przemieszczanie się gazów. Jest to oczywiste zagrożenie, bowiem zarówno skutkuje w zadymieniu wcześniej czystych
obszarów, jak też (co również opisałem serii artykułów) przyspieszenie przepływu powoduje zwiększenie ilości ciepła przekazywanego
na drodze konwekcji. Zagadnieniu
uderzenia aerodynamicznego poświęcono na świecie szereg badań,
ponieważ jest to zjawisko bardzo
niebezpieczne zarówno dla osób
cywilnych, jak i samych strażaków.
Prowadząc testy porównawcze między pożarami poddawanymi wpływowi silnego wiatru a pożarami
bez tego wpływu, udało się zaobserwować kilka prawidłowości, zobrazowanych na rys. 3. Przedstawia
on moc pożaru (szybkość wydzielania ciepła) w funkcji czasu. Czerwona linia obrazuje pożar poddawany
oddziaływaniu silnego wiatru, niebieska natomiast przedstawia pożar przebiegający bez tego dodatkowego czynnika. Widać od razu
bardzo wyraźną różnicę w poziomach emitowanego ciepła. Dodatkowo zakrycie okna specjalną
kurtyną (WCD – Window Control
Device), a następnie odsłonięcie
tego okna jest wyraźnie widoczne na wykresie i udowadnia ewi20
dentny wpływ zjawiska uderzenia
aerodynamicznego na środowisko
pożaru. Przerywane linie wskazują momenty otwarcia okna, użycia
specjalnej kurtyny blokującej przepływ, a następnie jej zdjęcia. Problem wiatru przy działaniach jest
poważny – w takich okolicznościach
zginęło na świecie wielu strażaków.
Sam miałem okazję kierować pracami zespołu tworzącego analizę
ze zdarzenia, w którym wiatr spowodował dynamiczny rozwój pożaru w kurniku. Tlenie przeszło w rozgorzenie w ciągu kilkudziesięciu sekund. Strażacy, uciekając z pożaru,
doznali obrażeń – 3 zostało poparzonych, a 2 kolejnych – przytrutych dymem.
Oczywiście nic nie zastąpi dokładnego rozpoznania zdarzenia,
niemniej, aby zmierzyć się z wiatrem, można wypróbować kilka
sposobów. Wspomniana kurtyna
to jeden z nich, drugim jest wentylacja nadciśnieniowa, niestety
nieskuteczna od prędkości wiatru powyżej kilkunastu km/h (zależnie od warunków: skuteczności
wentylatora, kąta natarcia wiatru
na otwór okienny, wielkości okna
itp.). Kolejny sposób to wykorzystanie 2 współpracujących linii w natarciu: jednej do gaszenia, a drugiej
– do wentylacji hydraulicznej zgodnie z kierunkiem natarcia. Strażacy
w USA wymyślili też specjalne urządzenie – zakrzywioną rurę do podawania wody na pożar z piętra poniżej przez okno (np. „Hero Pipe”).
Podsumowanie
Skomplikowana natura zjawisk
pożarowych oraz towarzyszących
im działań strażaków powoduje konieczność ciągłego doskonalenia
zawodowego w dziedzinie zwalczania pożarów. Jedynie łącząc teorię
z praktyką, możemy budować skuteczne szkolenie, bowiem gaszenie
pożarów nie odbywa się w laboratorium, ani nie jest zwykłym polewaniem wody na ogień. Jest obszarem pomiędzy tymi skrajnościami, dlatego obszar pomiędzy
czystą teorią i nieskomplikowaną
praktyką jest sferą, w której powinno się obracać również szkolenie zawodowe.
Kończąc cykl artykułów związanych z szeroką i interdyscyplinarną
dziedziną pożarów wewnętrznych,
dziękuję za uwagę, licząc, że lektura była interesująca, a Czytelnik
zyskał chęć dalszego rozwoju wiedzy i umiejętności. W myśl znanego strażackiego porzekadła: „Dlaczego tak dużo ćwiczymy? Bo kiedy dzwonią dzwonki, certyfikaty
można wyrzucić do kosza”.
Do zobaczenia na szkoleniach!q
Piśmiennictwo
1. Tuliszkowski J.: Walka z pożarami dla
użytku miast mniejszych, gmin, dworów, wsi i osad. Warszawa 1909.
2.Grimwood P.: A study of 5401 UK
building fires 2009-2012 comparing
firefighting water deployments against
resulting building fire damage. GCU
2015.
3. Jackowska A.: Badanie geometrii powierzchni gaszenia wybranych stanowisk gaśniczych. Praca magisterska,
SGSP, 2011.
4. Adeler H.: Deductions from Research
on the Use of Water. „NFPA Quarterly”,
April 1947; Vol. 40/4.
5.Hartin E.: Gas explosions. www.cfbt-us.com.
6. Bengtsson L.G.: Enclosure Fires. Swedish Rescue Services Agency 2001.
7.Fleischmann C.M., Pagni P.J., Williamson R.B.: Quantitative Backdraft
Experiments. „Fire Safety Science”,
1994, 4: 337-348, http://www.iafss.
org/publications/fss/4/337/view.
8.Hartin E.: Wind driven fires: Tactical
problem. www.cfbt-us.com.
9.Fire Protection Research Foundation
report: Fire Fighter Tactics Under Wind
Driven Conditions. National Institute
of Standards and Technology, May
2010 (revised October 2013).