Pożar: Definicja, Przyczyny, Rozwój i Zapobieganie

Pożar to zjawisko, które w naturze jest niekontrolowane i często niepożądane. Czym tak naprawdę jest pożar i jakie zjawisko możemy określić w ten sposób? Pożarem nazywamy niekontrolowany proces spalania, który nastąpił samoczynnie i w sposób nieplanowany, w miejscu i czasie, w których nie powinien był powstać. Jest on definiowany jako niekontrolowany proces spalania, któremu towarzyszy wydzielanie się dymu, energii oraz światła.

Podstawowe zasady spalania i powstawania pożaru

Pożar stanowi bezpośredni skutek jednoczesnego wystąpienia wszystkich elementów z tzw. trójkąta spalania. Teoria pożaru opiera się na trójkącie spalania, który mówi, że warunkiem zainicjowania i podtrzymania pożaru jest jednoczesne występowanie trzech czynników:

• Ciepło - to źródło energii, które podnosi temperaturę palnego materiału do poziomu zapłonu.
• Tlen - niezbędny do podtrzymania reakcji.
• Paliwo - czyli materiał palny, substancja, która może ulec spalaniu.

W ostatnich latach dostrzeżono również znaczenie czwartego elementu, jakim jest obecność wolnych rodników, czyli cząsteczek zawierających niesparowane elektrony. Stymulują one rozwój reakcji łańcuchowej rozkładu oraz spalania.

Wielkość pożaru jest uzależniona głównie od dostępności tlenu i paliwa. Brak któregokolwiek ze składników powoduje, że pożar gaśnie.

Przyczyny powstawania pożarów

Pożar powstaje w wyniku zaistnienia sprzyjających czynników. Wyróżniamy dwa podstawowe czynniki wywołujące pożar: przyczyny naturalne oraz działania ludzkie.

Naturalne przyczyny pożarów

Do przyczyn naturalnych zaliczamy zjawiska takie jak wyładowania elektryczne podczas burzy, które mogą spowodować zapalenie się pożaru. Z kolei, katastrofy naturalne takie jak burze z piorunami, susze czy fale upałów również znacząco przyczyniają się do powstawania pożarów, zwłaszcza w lasach i na obszarach wiejskich. W takich przypadkach, naturalne czynniki łączą się z często trudnymi do przewidzenia warunkami atmosferycznymi, co sprawia, że kontrola nad takimi pożarami jest wyjątkowo trudna. Warto zaznaczyć, że zmiany klimatyczne nasilają częstotliwość oraz intensywność tych zjawisk, co dodatkowo komplikuje sytuację.

Działania ludzkie i materiały łatwopalne

Aktywność ludzka ma ogromny wpływ na ryzyko wystąpienia pożarów, zarówno w aspekcie ich zapobiegania, jak i niechcącego przyczyniania się do ich powstawania. Do przyczyn ludzkich zaliczamy m.in. nieostrożność w obchodzeniu się z ogniem (np. niedopałki papierosów), wady instalacji elektrycznych lub gazowych (np. zwarcie instalacji elektrycznej), a także umyślne podpalenia lub zaprószenie ognia czy samozapłon substancji łatwopalnej.

Obecność materiałów łatwopalnych w otoczeniu może znacząco przyspieszyć rozprzestrzenianie się ognia, tworząc warunki do szybkiego rozwoju pożaru. Materiały takie jak papier, tkaniny, niektóre rodzaje plastiku czy suche rośliny, ze względu na swoją strukturę i skład chemiczny, łatwo chwytają ogień i mogą służyć jako paliwo dla ognia. Ważne jest zrozumienie, że szybkość, z jaką ogień się rozprzestrzenia, zależy nie tylko od rodzaju materiału, ale również od jego rozmieszczenia i dostępności tlenu.

Klasyfikacja pożarów

Istnieje kilka sposobów klasyfikacji pożarów. Jedna z istotnych klasyfikacji obejmuje podział ze względu na rodzaj i miejsce występowania:

• Pożar ukryty - rozwijający się wewnątrz, np. stałych materiałów sypkich.
• Pożar wewnętrzny - mający miejsce wewnątrz obiektu, np. w budynku.
• Pożar przestrzenny - obejmujący wiele elementów, np. lasu, budynków, osiedla.

W zależności od rodzaju materiałów palnych i charakterystyki spalania, ogień dzieli się na siedem kategorii:

• Pożar klasy A: odnosi się do pożaru ciał stałych. Substancja ta jest zwykle organiczna i generalnie powoduje spalanie żaru podczas spalania, np. drewno, węgiel, bawełna, wełna, konopie, papier.
• Pożar klasy B: Pożar ciekłej lub stopionej substancji stałej, takiej jak nafta, olej napędowy, ropa naftowa, metanol, etanol, asfalt, parafina.
• Pożar w klasie C: dotyczy pożaru gazowego, takiego jak gaz, gaz ziemny, metan, etan, propan, wodór.
• Pożar klasy D: odnosi się do ognia metalowego, takiego jak potas, sód, magnez, stop aluminium i magnezu.
• Ogień klasy E: ogień na żywo, czyli pożar, w którym obiekt zostaje spalony pod napięciem.
• Pożar klasy F: Pożar przedmiotów kuchennych (takich jak oleje zwierzęce i roślinne) w naczyniach do gotowania.
• Pożar klasy K: Pożar typu olej jadalny. Średnia szybkość spalania oleju jadalnego jest większa niż oleju węglowodorowego. W porównaniu z innymi rodzajami pożarów płynnych, pożary olejów jadalnych są trudne do ugaszenia, dlatego dzieli się je na osobną kategorię.

Rozwój pożaru i jego fazy

Rozwój pożaru to całokształt zjawisk towarzyszących procesowi spalania, przebiegających często w przestrzeniach oddalonych od strefy spalania. Oznacza to, że rozwój pożaru obejmuje nie tylko zmiany zachodzące podczas procesów spalania w strefie spalania, ale także wszelkie zjawiska i procesy wywołane przez tę strefę, w szczególności wymianę gazową, gęstość zadymienia, zmianę stężeń toksycznych produktów spalania i rozkładu termicznego, a także zmianę temperatury gazu. Należy pamiętać, że pożar rozwija się także w momencie, kiedy mimo iż powierzchnia pożaru nie powiększa się, następuje wzrost temperatury gazów znajdujących się w pomieszczeniu ogarniętym pożarem.

Każdy pożar posiada właściwości rozwoju, zwane fazami rozwoju pożaru. Wyróżnia się cztery fazy:

1. PFP (pierwsza faza rozwoju) - źródło zapalenia, dochodzi do powolnego przyrostu temperatury.
2. DFP (druga faza rozwoju) - rozprzestrzenianie się płomienia i wydzielanie ciepła. W fazie tej występuje rozgorzenie, którego warunkiem jest dostateczny dopływ powietrza zawierającego tlen, niezbędny w procesie spalania. Temperatura w tej fazie osiąga 500-600°C.
3. TFP (trzecia faza rozwoju) - gwałtowny wzrost temperatury aż do osiągnięcia maksymalnej wartości. W pomieszczeniu występuje zwykle nadciśnienie i niedobór tlenu, a toksyczne produkty rozkładu rozprzestrzeniają się na znacznym obszarze budynku. W fazie tej pożar przechodzi do tzw. stanu prawie stacjonarnego, co oznacza, że w pewnym momencie szybkość spalania jest praktycznie stała.
4. CFP (czwarta faza rozwoju) - następuje wypalanie się zgromadzonego materiału palnego. Pożar przybiera postać żarzenia, temperatura gwałtownie spada.

Jeśli dojdzie do zapalenia paliwa, płomienie oraz gorący dym zaczynają rozprzestrzeniać się od podłogi po powierzchnię sufitu. Po przekroczeniu temperatury 600°C może dojść do przerzucenia ognia na znacznie dalsze odległości od źródła ognia i ogarnięcia całego pomieszczenia bądź budynku przez pożar.

Rozprzestrzenianie się ognia

Pożar może rozprzestrzeniać się na trzy różne sposoby:

1. Konwekcja - to transport ciepła poprzez dym, podgrzane gazy lub powietrze. Polega na przemieszczaniu się powstających gazów pionowo w górę budynku, a ich miejsce zajmuje zimne powietrze, które po pewnym czasie jest również ogrzewane, czyli także przemieszcza się w górę. Konwekcja powoduje gromadzenie się dymu w górnych partiach pomieszczeń.
2. Przewodzenie - to proces transportu ciepła przez ciała stałe. Dochodzi do niego, kiedy poprzez podgrzanie kawałka metalu, ciepło zostaje przeniesione stopniowo na jego drugi koniec. Proces ten jest związany z ruchem atomów w materiale. Zderzając się z innymi atomami, przekazują im część swojej energii (ciepła), powodując, że temperatura materiału stopniowo wzrasta. Przewodzenie jest szczególnie niebezpieczne w budynkach posiadających konstrukcje stalowe, ponieważ wzrost temperatury tych elementów powoduje obniżenie ich wytrzymałości.
3. Promieniowanie cieplne - to transport ciepła przy użyciu materiału. Transport w tym przypadku następuje w linii prostej i rozchodzi się we wszystkich kierunkach. Efekty promieniowania są odczuwalne i widoczne w momencie dotarcia promieniowania do materiału. Dlatego promieniowanie powstające przy pożarze dużego budynku może spowodować pożar budynków, które znajdują się kilkadziesiąt metrów od niego.

Inny rodzaj klasyfikacji, związany z rozwojem pożaru, to podział na pożary:

• Limitowany przez wentylację (niewystarczająca ilość powietrza do zapewnienia spalenia zupełnego).
• Limitowany przez ilość paliwa (wystarczająca ilość powietrza, szybkość rozwoju pożaru zależy od szybkości przemieszczania się płomieni).

Zagrożenia związane z pożarem - rola dymu

Główne zagrożenia związane z pożarem to oddziaływanie termiczne, bezpośrednie oddziaływanie płomieni, oddziaływanie toksyczne produktów zawartych w dymie, obniżenie zawartości tlenu oraz zmniejszenie widzialności, co uniemożliwia przeprowadzenie sprawnej ewakuacji użytkowników budynku. Dym jest szczególnym zagrożeniem związanym z pożarem. Warto zaznaczyć, że w większości pożarów to nie oddziaływanie ognia jest przyczyną śmierci ofiar, lecz zatrucia wywołane dymem.

Właściwości i skład dymu

Według normy PN-B-02856:1989, dym to „faza produktów rozkładu termicznego i spalania produktów rozpraszających światło, składająca się z cząstek, które mogą stanowić kropelki cieczy, fragmenty ciała stałego oblepione cieczą, fragmenty ciała stałego lub substancją smolistą” [3]. Rozwijając to pojęcie, można powiedzieć, że dym to mieszanina złożona z fazy stałej (niedopalonych części stałych), ciekłej (aerozoli pary wodnej) oraz gazowej (gazowych produktów spalania), która może przybierać barwę białą, szarą bądź czarną, w zależności od udziału poszczególnych faz.

Właściwości dymu, takie jak gęstość i barwa, wpływają na stopień ograniczenia widoczności na drogach ewakuacyjnych. Gorsza widoczność powoduje dłuższy czas ewakuacji, a tym samym dłuższy kontakt z niebezpiecznymi gazami. Wymagane jest, aby gęstość dymu nie przekraczała wartości, która umożliwi poruszanie się z prędkością 0,3 m/s. Prędkość ta jest teoretyczną prędkością poruszania się w ciemności. Przyjmuje się, że utrudnienie ewakuacji następuje przy widoczności poniżej 4 m.

Właściwości toksyczne dymu

Istotnym zagrożeniem rozprzestrzeniającego się dymu są jego właściwości toksyczne. Podczas procesu spalania w obiekcie budowlanym wydzielają się cząsteczki niespalonych materiałów palnych oraz gazy toksyczne, do których należą m.in. cyjanowodór HCN, chlorowodór HCl, bromowodór HBr, fluorowodór HF, tlenki azotu NOx. Oprócz tych produktów, w budynku wydzielają się duże ilości gazów dusząco-drażniących, które mogą przedostawać się do organizmu ludzkiego drogą oddechową, ale także poprzez absorpcję przez skórę i przenikanie do układu pokarmowego. Wpływ tych gazów jest zależny od czasu ekspozycji oraz stężenia danej substancji. Do najbardziej niebezpiecznych gazów duszących należy tlenek węgla CO, powstający w dużych ilościach, powodujący utratę świadomości i przytomności. Podczas pożaru mogą się wydzielać także inne związki, do których można zaliczyć fosgen CoCl₂, tlenki siarki SO₂ i SO₃, fosfowodór, fenol C₆H₅OH, formaldehyd, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, dioksyny.

Spadek stężenia tlenu

Zagrożeniem dla ludzi podczas pożaru jest spadek stężenia tlenu, pochłanianego podczas procesu spalania. Po kilku minutach od powstawania pożaru stężenie tlenu osiąga 10%, przy czym minimum niezbędne do przeżycia jest przyjęte w wysokości 6% [1]. Niebezpieczny spadek stężenia tlenu może wystąpić nawet na znacznych odległościach od źródła ognia, ponieważ tlen jest pochłaniany nie tylko w bezpośrednim spalaniu paliwa, ale także przy dopalaniu cząstek, które znajdują się w rozprzestrzeniającym się dymie.

Temperatura dymu

Wielkość pożaru i czas jego trwania mają wpływ na temperaturę powstającego dymu. Kontakt z dymem o temperaturze powyżej 120°C jest bezpośrednim zagrożeniem dla człowieka. Należy pamiętać jednak, że dym o niższej temperaturze jest lżejszy od powietrza w pomieszczeniu i unosi się do góry, gromadząc się w strefie pod sufitem [1]. Przy braku odpowiedniej wentylacji, gromadzący się pod sufitem dym może osiągnąć takie wielkości, że temperatura w strefie przebywania ludzi przekroczy dopuszczalny poziom.

Przemieszczanie się dymu

Dym, będąc nośnikiem ciepła, może dać początek nowemu ognisku pożaru. Podczas rozprzestrzeniania się w budynku, dym przesuwa się pionowo w górę poprzez drogi ewakuacyjne i przestrzenie między kondygnacjami. W momencie dotarcia do poziomej przeszkody (sufitu) dym zaczyna rozprzestrzeniać się poziomo. Podczas zwiększania się ilości dymu oraz natrafiając na kolejne przeszkody pionowe (ściany), dym stopniowo przemieszcza się w dół, wypełniając kolejne warstwy pomieszczenia.

Do podstawowych czynników wywołujących przemieszczanie się dymu w obiekcie budowlanym należą:

• Efekt kominowy.
• Ciepło emitowane w trakcie pożaru.
• Warunki atmosferyczne, w szczególności wiatr i temperatura.
• Działanie systemów mechanicznego transportu powietrza.

W pomieszczeniu objętym pożarem wytworzone nadciśnienie, w połączeniu z występującymi nieszczelnościami przegród, powodują wydostawanie się dymu na zewnątrz. W pomieszczeniu dochodzi do wytworzenia dwóch stref ciśnienia, które są oddzielone płaszczyzną neutralną, o ciśnieniu równym ciśnieniu panującemu na zewnątrz pomieszczenia. W wyniku ciągu kominowego dochodzi do gradientu ciśnienia, związanego z różnicą temperatury wewnątrz i na zewnątrz budynku. Gradient ten można przedstawić za pomocą wzoru:

ΔP = 3600(1/Tz - 1/Tw)h [1]

gdzie:

• ΔP - gradient ciśnienia wywołany różnicą temperatur [Pa]
• Tz - temperatura zewnętrzna [K]
• Tw - temperatura wewnątrz budynku [K]
• h - wysokość ponad płaszczyzną neutralną [m]

Biorąc pod uwagę, że przepływ dymu zależy od różnicy ciśnień, należy dążyć do stworzenia warunków, które będą sprzyjały kontrolowanemu przepływowi powietrza i dymu podczas pożaru. Zalecane jest, aby w obszarach objętych pożarem ciśnienie było niższe od panującego w jego bezpośrednim otoczeniu, co zapobiegnie przenikaniu dymu i gorących gazów do kolejnych stref.

Metody gaszenia i urządzenia gaśnicze

Aby powstrzymać reakcję spalania i ugasić pożar, należy wyeliminować przynajmniej jeden z elementów trójkąta spalania. Można usunąć materiał palny, odciąć dopływ tlenu lub obniżyć temperaturę. Oczywiście najlepsze efekty daje jednoczesne usunięcie dwóch lub trzech elementów, co ma miejsce m.in. podczas stosowania mgły wodnej.

Środki gaśnicze

Gaszenie ognia polega przede wszystkim na stosowaniu środków gaśniczych. Do podstawowych środków gaśniczych wykorzystywanych do gaszenia pożarów należą:

• Woda - w postaci zwartego strumienia, kropel czy mgły wodnej, jest najpopularniejszym i najłatwiej dostępnym rodzajem środka gaśniczego. Najskuteczniejsze jednak będzie zastosowanie środka gaśniczego, który łączy eliminację źródła ciepła, odcięcie tlenu i obniżenie temperatury. Takim przykładem jest mgła wodna i urządzenia, które ją wykorzystują, np. systemy gaszenia mgłą wodną.
• Pianki.
• Proszki gaśnicze.
• Gazy gaśnicze - np. dwutlenkiem węgla lub argonem, stosuje się do gaszenia pożarów w obiektach z cennymi sprzętami (np. serwerownie), gdzie użycie wody mogłoby spowodować większe szkody niż sam pożar.
• Piasek.

Istnieje wiele rodzajów proszkowych środków gaśniczych, które można ogólnie podzielić na trzy kategorie:

1. Suchy proszek na bazie wodorowęglanu sodu (potasu) - do gaszenia pożarów w łatwopalnych cieczach, gazach i urządzeniach pod napięciem; jest to chemiczny suchy proszek BC. Suchy proszek BC może ugasić pożary klasy B i C.
2. Suchy proszek na bazie fosforanu amonu, fosforanu diamonu, fosforanu amonu i jego mieszaniny - stosowany do gaszenia pożarów łatwopalnych ciał stałych, łatwopalnych cieczy, łatwopalnych gazów i naładowanego sprzętu; jest to chemiczny suchy proszek ABC (np. ABC suchy proszek 50%, ABC suchy proszek 90%). Suchy proszek ABC może zgasić pożary klasy A, B i C.
3. Suche proszki na bazie chlorku sodu, chlorku potasu, chlorku sodu, węglanu sodu - służą do gaszenia pożarów metali lekkich. To jest suchy proszek chemiczny BCD.

Urządzenia gaśnicze

Urządzenia gaśnicze stosowane do walki z pożarem to m.in. różnego rodzaju systemy gaśnicze (np. instalacje tryskaczowe, zraszacze przeciwpożarowe czy systemy gaszenia gazem), które automatycznie wykrywają pożar i gaszą go już w początkowej fazie.

Oprócz stałych urządzeń gaśniczych stosowane są również mobilne urządzenia przeciwpożarowe - jak np. gaśnice czy agregaty gaśnicze. Występują one w kilku rodzajach w zależności od rodzaju wykorzystywanego środka gaśniczego i przeznaczone są do gaszenia różnych typów pożaru (m.in. gaśnice do elektroniki wykorzystujące gazy chemiczne).

Zapobieganie pożarom i działania ratunkowe

Najbardziej niebezpieczne i katastrofalne w skutkach są pożary budynków wysokich, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej.

Systemy ochrony przeciwpożarowej i wentylacja pożarowa

Konieczne jest zastosowanie systemów ochrony przeciwpożarowej budynku, które muszą uwzględnić wszelkie zagrożenia wynikające z właściwości fizykochemicznych dymu oraz jego rozprzestrzeniania się. Specjaliści w dziedzinie bezpieczeństwa podkreślają, że zaawansowane systemy wykrywania pożarów są niezbędne do szybkiego identyfikowania zagrożenia i minimalizowania szkód. Nowoczesne technologie, takie jak detektory dymu oparte na analizie obrazu czy sensory termiczne, umożliwiają wczesne wykrycie niebezpieczeństwa, zanim rozwinie się ono w pełnoobjawowy pożar. Regularne przeglądy i konserwacja tych systemów są równie ważne, aby zapewnić ich niezawodność w krytycznym momencie.

Układy wentylacji pożarowej są coraz częściej stosowane jako podstawa zabezpieczenia przeciwpożarowego różnego typu budynków. Najważniejsze elementy zabezpieczenia przeciwpożarowego w budynkach stanowi odpowiednio opracowany oraz zarządzany system wentylacyjny, który ma na celu zapewnienie obiegu powietrza o określonej intensywności. Funkcją tego systemu jest nie tylko przewietrzanie, lecz także sukcesywne usuwanie dymu, ciepła i toksycznych gazów z pomieszczeń oraz dróg ewakuacyjnych. Sposobem ograniczającym szybkie rozprzestrzenianie się ognia po przekroczeniu 600°C jest zastosowanie wentylacji pożarowej, która usuwa dym, nie dopuszczając do gromadzenia się jego dużych ilości. W przypadku występowania wentylacji pożarowej w początkowej fazie pożaru ewakuacja zostanie przeprowadzona sprawnie.

Edukacja i świadomość pożarowa

Analiza przyczyn pożarów wskazuje, że wiele z nich można by uniknąć, stosując odpowiednie środki ostrożności. Świadomość i edukacja są fundamentem w kształtowaniu odpowiedzialnych zachowań, które mogą znacząco zmniejszyć liczbę pożarów.

Przykłady takich działań to:

• Bezpieczne obchodzenie się z ogniem na otwartym powietrzu.
• Prawidłowe użytkowanie urządzeń elektrycznych.
• Dbałość o regularne przeglądy instalacji gazowych i kominowych.

Regularne kontrole instalacji elektrycznej oraz unikanie przeciążenia gniazdek elektrycznych to podstawowe działania, które znacząco zmniejszają ryzyko wystąpienia pożaru. Przykładowo, w jednym z badań przypadków, przeprowadzonym przez straż pożarną, wykazano, że niemal 40% pożarów domowych miało swoje źródło w niewłaściwie eksploatowanych instalacjach elektrycznych.

W kontekście zapobiegania pożarom, niezwykle ważna jest również edukacja i świadomość pożarowa mieszkańców. Szkolenia z zakresu bezpieczeństwa pożarowego, zarówno w domach, jak i miejscach pracy, potrafią znacząco podnieść poziom bezpieczeństwa. Przytoczenie przykładu z Australii, gdzie programy edukacyjne skierowane do dzieci i dorosłych znacząco przyczyniły się do zmniejszenia liczby pożarów, pokazuje, jak ważne jest budowanie świadomości na temat zagrożeń pożarowych i sposobów ich unikania.

Z kolei, nieodpowiedzialne zachowania, takie jak wyrzucanie niedopałków papierosów w miejscach, gdzie mogą one łatwo zapalić suche trawy czy liście, czy też podpalenia - zarówno umyślne, jak i wynikające z nieświadomości zagrożeń - stanowią poważne zagrożenie. Współpraca społeczności lokalnych z służbami ratowniczymi w zakresie edukacji i działań prewencyjnych jest nieoceniona w minimalizowaniu ryzyka pożarów.

Postępowanie po wybuchu pożaru

Po wykryciu ognia, natychmiastowa reakcja jest decydująca dla ograniczenia szkód i ochrony życia. W pierwszej kolejności należy ewakuować wszystkie osoby z zagrożonego obszaru, zachowując spokój i porządek, aby uniknąć paniki. Ważnym aspektem jest również informowanie odpowiednich służb ratunkowych o zdarzeniu, podając dokładny adres, rodzaj pożaru oraz informacje o ewentualnych osobach poszkodowanych lub zaginionych. Szybka i precyzyjna komunikacja może znacząco przyspieszyć czas reakcji i skuteczność działań ratunkowych.

Oprócz działań bezpośrednich, ważne jest również zaplanowanie ewakuacji i regularne przeprowadzanie ćwiczeń, aby wszyscy obecni w budynku byli świadomi procedur postępowania w przypadku pożaru. Zapewnienie odpowiednich dróg ewakuacyjnych, oznakowanie ich i utrzymanie w stanie gotowości może uratować życie.

tags: #ile #mj #aby #powstal #pozar