DYNAMIKA POŻARU A BEZPIECZEŃSTWO KONSTRUKCJI

Na przestrzeni ostatnich kilku lat liczba pożarów w Polsce znacząco się zmieniała. Rok 2022 był
pod tym względem rekordowy. To właśnie wtedy Państwowa Straż Pożarna odnotowała ponad
93 tys. wezwań. Rok 2025 okazał się w tym zakresie równie intensywny.

W obiektach mieszkalnych w 2025 r. odnotowano niemal 18 tysięcy pożarów. Warto zauważyć, że ponad 66 proc. najbardziej tragicznych przypadków, a więc takich, które skutkowały ofiarami śmiertelnymi, miało miejsce właśnie w budynkach mieszkalnych. W konsekwencji tylko w sezonie grzewczym na przełomie lat 2025 i 2026 ranne zostały 303 osoby, a 59 straciło życie. Jeszcze bardziej przerażające statystyki prezentują się w ujęciu rocznym w latach 2021–2024: w pożarach zginęło 295–421 osób, a 2000–2300 zostało rannych.

Są to oczywiście dane, które nadal budzą niepokój i każą się zastanawiać nad ich źródłem. Pomimo szeregu kampanii społecznych przyczyny pożarów ciągle się powtarzają – są one spowodowane nieostrożnością osób zarówno dorosłych, jak i nieletnich, wadami lub niewłaściwą eksploatacją urządzeń i instalacji elektrycznych oraz wadami i złą obsługą urządzeń grzewczych, a także nadal, niestety, podpaleniami. To wszystko sprawia, że zagadnienie bezpieczeństwa pożarowego obiektów mieszkalnych jest wciąż aktualne i wymaga działań na wielu płaszczyznach, począwszy od prewencji, rozwiązań technicznych zwiększających poziom bezpieczeństwa obiektów budowlanych, a także prawnych.

Charakterystyka termiczna pożarów
Dynamika rozwoju pożarów w pomieszczeniach zależy od szeregu czynników, do których zaliczyć można rodzaj oraz ilość materiałów palnych, wymiary, a także powierzchnię samego pomieszczenia i jego usytuowanie, ponadto zaś wielkość otworów wentylacyjnych. W początkowej fazie pożaru temperatura w pomieszczeniu rośnie zależnie od rodzaju materiałów oraz ilości materiałów palnych, stopnia ich rozdrobnienia i zapalności, również geometrii samego pomieszczenia i dopływu powietrza oraz kilku mniej istotnych czynników. W tej fazie nierównomiernie przebiegają procesy spalania i pirolizy [5, 7].

Prowadzone dotychczas obliczenia teoretyczne oraz obserwacje pożarów dowodzą, że dynamika pożarów w pomieszczeniach zamkniętych ulega zmianie w czasie ich rozwoju. Zasadniczo można wyróżnić cztery fazy pożaru. Często jednak przyjmuje się, że występują trzy fazy różniące się szybkością zmian parametrów, ze względu na małą dynamikę rozwoju pożaru podczas jego pierwszej fazy [4].

Faza pierwsza
Od momentu zainicjowania pożaru często określana fazą pre-flashover lub też przedrozgorzeniową. W fazie tej temperatura pożaru jest niska, a strefa spalania znajduje się blisko miejsca inicjacji pożaru. Od chwili zainicjowania pożaru spalający się materiał ogrzewa otoczenie, powodując rozprzestrzenianie się ognia.

Faza druga
Jest okresem w pełni rozwiniętego pożaru – post-flashover. Pożar osiąga pełny rozwój przez objęcie płomieniem całego pomieszczenia lub przez wniknięcie w głąb materiału palnego. Etap ten charakteryzuje są najwyższą temperaturą, sięgającą 1200°C. W tej fazie wszystkie materiały palne znajdujące się w pomieszczeniu ulegają spalaniu z niemal jednakową intensywnością, co powoduje, że temperatura prawie się nie zmienia.

Faza trzecia
Jest to okres wygasania (stygnięcia), umownie określany jako faza pożaru, której początek wyznacza spadek temperatury do 80 proc. wartości maksymalnej. Strefa spalania zmniejsza swoje rozmiary, maleją strumienie cieplne i masowa szybkość spalania, a w konsekwencji następuje spadek temperatury.

Rozgorzenie
Zjawiskiem najczęściej towarzyszącym przejściu z pierwszej do drugiej fazy pożaru jest tzw. rozgorzenie (flashover). To określenie po raz pierwszy zostało wprowadzone przez brytyjskiego naukowca P.H. Thomasa w 1960 r. i użyte do opisu teorii rozwoju pożaru do momentu, w którym staje się on w pełni rozwinięty. Jak widać na rysunku 1, czas trwania rozgorzenia jest stosunkowo krótki w porównaniu z czasem trwania poszczególnych faz pożaru, dlatego też jest ono powszechnie uznawane za „zdarzenie”, a nie odrębną fazę pożaru [1]. Powszechnie uważa się, że do mechanizmów napędowych zjawiska rozgorzenia należą przede wszystkim wpływ sumy strumieni cieplnych, konwekcyjnego i radiacyjnego, rodzaj zastosowanej w pomieszczeniu wentylacji, a także wymiary geometryczne pomieszczenia. jednym z najistotniejszych parametrów jest czas od momentu powstania pożaru do wystąpienia zjawiska rozgorzenia.

W badaniach przeprowadzonych w małej skali, w których paliwem było drewno sosny ułożone w stosach, ustalono, że [2]:
a) czas do zaistnienia zjawiska rozgorzenia minimalnie zależy odkształtu pomieszczenia, rozmiaruotworów wentylacyjnych oraz sposobu rozłożenia paliwa (ciągłość);
b) na czas wystąpienia rozgorzeniamają wpływ takie parametry jakusytuowanie oraz źródło zapłonu, wysokość lokalizacji paliwa, gęstość paliwa oraz materiał pokryciaściennego;
c) centralna lokalizacja źródła zapłonu powoduje skrócenie czasu dowystąpienia rozgorzenia ze względu na szybkie rozprzestrzenianiepłomienia w pierwszej fazie rozwoju pożaru.
Na podstawie badań wykonanychw Fire Research Station w Wielkiej Brytanii, w których testowano kilka pożarów w pełnej skali, otrzymano szereg wyników przedstawionych w tabeli 1. Wynika z nich, że na wystąpienie zjawiska flashover ma wpływ gęstość materiału, z którego wykonane są ściany w pomieszczeniu.

Drugim istotnym kryterium dotyczącym zjawiska rozgorzenia jest minimalna temperatura górnej warstwy gazów w pomieszczeniu. Szeroko prowadzone w tym zakresie badania wykazują, że trudno jest dokładnie ustalić wartość tego parametru [6, 8]. W dużym uproszczeniu można jednak założyć, że minimalne warunki potrzebne do wystąpienia zjawiska flashover są następujące:
• temperatura górnej warstwy gazów –600°C;
• strumień ciepła na poziomie podłogi – 20 kW/m².
Podsumowując, zjawisko rozgorzenia (flashover) stanowi jedną z głównych przyczyn śmiertelnych wypadków wśród strażaków oraz ofiar pożarów. W ułamku sekundy pomieszczenie zamienia się w pułapkę o temperaturze uniemożliwiającej przeżycie.

W nowoczesnych domach, pełnych tworzyw sztucznych i przeszklonych powierzchni, czas od zapłonu do rozgorzenia może się gwałtownie skrócić, nawet do kilku minut, co stanowi śmiertelne niebezpieczeństwo dla mieszkańców i ratowników.

Wpływ zjawiska pożaru na konstrukcje – studium przypadku
Pod koniec grudnia 2024 r. na warszawskiej Pradze-Południe doszło do pożaru w czteropiętrowym budynku mieszkalnym, wchodzącym w skład dziesięciu budynków mieszkalnych z lat 30. XX w. Z dostępnej szczątkowej dokumentacji wynika, że budynek posiadał ściany zewnętrzne wykonane z cegły ceramicznej pełnej ogrubości 38 cm. Ściany wewnętrzne powstały również z cegły, natomiast stropy międzykondygnacyjnezbudowano jako gęstożebrowe stropy Ackermana z pustakami ceramicznymi o wysokości 20 cm. Co ważne,do pożaru doszło w nocy, a jego prawdopodobną przyczyną było zaprószenie ognia. W momencie przyjazdu namiejsce zdarzenia Państwowej Straży Pożarnej pożar był w fazie rozwiniętej, co oznacza, że temperaturaw strefie podsufitowej osiągnęła wartość powyżej 800°C. Z dostępnych informacji i zdjęć wynika, że cały lokalznajdujący się na trzeciej kondygnacjibył objęty pożarem, a płomienie wydostawały się przez okna na zewnątrz.W wyniku pożaru Powiatowy Inspektor Nadzoru Budowlanego wyłączył z użytkowania trzy lokale – pozalokalem, w którym doszło do pożaru, także lokale bezpośrednio znajdujące się nad i pod nim, oceniając, że zagrażają one bezpieczeństwu.

Na początku stycznia 2025 r. przeprowadzona została wizja lokalna w celu określenia stanu wszystkich elementów konstrukcyjnych w lokalu, w którym powstał pożar. W wyniku pożaru doszło do całkowitego odspojenia okładzin ściennych i sufitowych właściwie we wszystkich pomieszczeniach lokalu. Jednocześnie doszło do lokalnego zniszczenia – ścięcia dolnych półek pustaków w styku z pionowymi ściankami z jednoczesnym odsłonięciem otuliny zbrojenia. W konsekwencji odsłonięcie stali zbrojeniowej doprowadziło do znaczącej redukcji jej nośności. Jednocześnie w wyniku pogorszenia właściwości materiałowych sztywność elementów konstrukcyjnych uległa redukcji.

Podsumowanie
Zarówno konstrukcje żelbetowe, jak i te wykonane z materiałów ceramicznych powszechnie uważane są za bezpieczne i naturalnie odporne na działanie pożaru, w odróżnieniu od konstrukcji stalowych i drewnianych. Nawet w przypadku braku uwzględnienia jakichkolwiek elementów związanych z odpornością ogniową (co jest pewne z uwagi na okres budowy opisywanego obiektu) bez problemu osiągają one odporność ogniową REI 60 [3]. Dzięki temu niezmiernie rzadko dochodzi do sytuacji, w której ulegają one całkowitemu zniszczeniu. Jak jednak widać w opisywanym przypadku, jeżeli nastąpi splot niekorzystnych zdarzeń skutkujących znacznym wydłużeniem czasu alarmowania, może dojść do poważnego uszkodzenia elementów konstrukcyjnych, które wymagają drogiej i jednocześnie długotrwałej naprawy. Bez wątpienia ilość materiałów palnych w lokalach mieszkalnych przy jednoczesnym spóźnionym alarmowaniu powoduje, że pożar, osiągając fazę w pełni rozwiniętego, jest niezmiernie niebezpieczny zarówno dla ludzi, jak i dla konstrukcji samego obiektu.

Literatura:

Lee S., Harada K., A Simplified Formula For Occurrence of Flashover And Corresponding HeatRelease Rate, „Procedia Engineering” 2013, nr 62.
Thomas P.H., Fires and flashover in rooms –a simplified theory, „Fire Safety Journal” 1980/81, nr 3.
Kowalski R., Konstrukcje żelbetowe w warunkach pożarowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2019.
Skowroński W., Teoria bezpieczeństwa pożarowego konstrukcji metalowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.
Konecki M., Problemy modelowania rozwoju pożaru w pomieszczeniu, „Archiwum Spalania”2002, vol. 2, nr 1, s. 67–91.
Babrauskas V., Estimating Room Flashover Potential, „Fire Technology” 1980, nr 16, s. 94–103.
Ogrodnik P., Wykorzystanie recyklingowych materiałów ceramicznych w konstrukcjach budowlanych odpornych na warunki pożarowe, Wydawnictwo Szkoły Głównej Służby Pożarniczej, 2018.
Bednarek Z., Ogrodnik P., Pieniak D., Laboratory method of evaluation of influence high temperatures on maintenance parameters of the
reinforced concrete systems compounds, „Eksploatacja i Niezawodność” 2010, nr 3(47).

Archiwum: autora