Stranica 1

PONAŠANJE FASADNIH SUSTAVA S RAZLI ČITIM TOPLINSKO IZOLACIJSKIM MATERIJALIMA U POŽARU Dubravka Bjegović (1), Ivana Banjad Pečur (1), Bojan Milovanović (1), Marija Jelčić Rukavina (1), Marina Alagušić (1)

(1) Zavod za materijale, Građevinski fakultet, Sveučilište u Zagrebu

Sažetak Nužnost smanjenja globalne potrošnje energije i smanjenja štetnog utjecaja na okoliš

rezultirala je različitim zakonskim okvirima kojima se nastoji postići smanjenje potrošnje energije za grijanje i hlađenje u zgradarstvu, koje sa 40 % ukupne potrošnje energije predstavlja najvećeg svjetskog potrošača energije. Smanjenje potrošnje energije u zgradarstvu postiže se, prvenstveno, toplinskom izolacijom vanjske ovojnice zgrada. Toplinska izolacija vanjske ovojnice zgrada podrazumijeva upotrebu različitih vrsta toplinsko izolacijskih materijala, koji ukoliko nemaju zadovoljavajuću reakciju na požar (gorivi materijali), značajno povećavaju rizik od širenja požara po ovojnici i na susjedne katove zgrade, ako do istog dođe u samoj zgradi ili neposredn u blizini zgrade.

Potaknuti navedenom problematikom, Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu zajedno sa stručnim i znanstvenim partnerima proveo je međunarodni seminar znanstveno – stručnog karaktera pod nazivom „Fasade u požaru“, u sklopu kojeg su na djelovanje požara ispitana tri naizgled identična povezana sustava za vanjsku toplinsku izolaciju (ETICS – engl. External Thermal Insulating Composite System) , ali s različitim toplinsko izolacijskim materijalima (ekspandirani polistiren, ekspandirani polistiren s horizontalnim barijerama od mineralne vune i mineralna vuna). Članak opisuje utjecaj požara na navedene fasadne sustave s obzirom na vizualna opažanja tijekom ispitivanja.

1. UVOD Prisutna nesigurnost opskrbe energentima i očigledan štetan utjecaj čovječanstva na okoliš,

doveli su do podizanja svijesti o nužnom i hitnom globalnom smanjenu potrošnje energije i ublažavanju štetnog utjecaja na okoliš. Od sveukupne neracionalne potrošnje energije, 40 % potrošnje te energije otpada na toplinsku energiju za grijanje i hlađenje u zgradarstvu, što istovremeno rezultira sa 36 % ukupne emisije CO2eq plinova. Zbog navedenih činjenica, Europska komisija je sektor zgradarstva prepoznala kao područje od presudnog značaja za učinkovito upravljanje energijom u cijeloj Europi. U skladu s time, donešena je preinaka Direktive o energetskom svojstvu zgrada, Directive 2010/31/EU on the energy performance of buildings – EPBD II [1], koja predstavlja glavni instrument prema kojem države članice Europske Unije (EU) prilagođuju svoje zakonodavstvo s ciljem poboljšanja energetskog svojstva zgrada. Republika Hrvatska je prihvatila EPBD direktivu (Directive 2002/91/EC) i njezinu preinaku EPBD II te preuzela obveze njima definirane [2].

Radi obveza koja je EU definirala, a Republika Hrvatska preuzela, potrebno je na najučinkovitiji (i najbrži) mogući način postići postavljene ciljeve. Najučinkovitiji način očigledno je energetski poboljšati najvećeg potrošača energije, a to je upravo zgradarstvo. Navedeno je doprinijelo tome da ‘’Gospodarenje energijom i očuvanje topline’’ postane 6. temeljni zahtjev za građevine [3].

Stranica 2

Poboljšanje energetske učinkovitosti zgrada predstavlja sveobuhvatan proces, koji povezuje različite tehničke struke. Da bi zgrade bile energetski učinkovite, i one postojeće i one nove, potrebno je toplinski poboljšati njihovu vanjsku ovojnicu i koristiti učinkovite sustave grijanja i hlađenja. Toplinsko poboljšanje vanjske ovojnice zgrada niz je građevinskih mjera koje imaju za cilj smanjenje prolaska topline, smanjenje infiltracije i eksfiltracije vlage i zraka te povećanje estetske vrijednosti građevina. Odnosno, toplinsko poboljšanje vanjske ovojnice zgrade mora osigurati da zgrada funkcionira kao cjelina, kao organizam, bez štetnih posljedica po samu konstrukciju i po zdravlje ali i sigurnost korisnika te zgrade.

Jedan od najčešće korištenih načina postizanja i zadovoljavanja uvjeta uštede energije i toplinske zaštite vanjske ovojnice je upotreba povezanih sustava za vanjsku toplinsku izolaciju, odnosno ETICS sustava. Samo na području Srednje Europe se godišnje ugradi približno 120 – 130 milijuna m2 ETICS sustava, što čini oko 75 % ukupne ugradnje ETICS sustava na europskoj razini. Od navedene količine ugrađenog ETICS sustava godišnje, približno 85 % se izvodi sa slojem gorive toplinske izolacije, konkretno ekspandiranim polistirenom, odnosno EPS-om [4].

1.1 Požar Požar je samopodržavajući proces gorenja koji se nekontrolirano širi u prostoru [5]. Njegovu mogućnost nastanka i daljnjeg širenja treba svesti na najmanju moguću mjeru. Samo u Njemačkoj godišnje 600 ljudi smrtno strada u požaru, i pri tome je gušenje toksičnim dimom glavni uzrok smrti. 75 % od navedenih 600 godišnje smrtno stradalih ljudi stradalo je u požarima koju su nastali u njihovim domovima. Godišnje je 6.000 ljudi ozbiljno ozlijeđeno a 60.000 manje teško ozlijeđeno u požarima u Njemačkoj. Ukupni troškovi uzrokovani požarom u 2000. godini u Njemačkoj su iznosili 6 milijardi € [6]. U Republici Hrvatskoj statistički pokazatelji navode da je u 2011. godini bilo ukupno 2600 požara u građevinama što je rezultiralo sa 49 ljudskih žrtava i materijalnom štetom u iznosu od 205.356,904 kuna [7]. Navedne brojke su zastrašućuje, stoga je s razlogom ‘’Sigurnost u slučaju požara’’ definiran kao 2. temeljni zahtjev za građevinu [3]. Primjenom toplinsko izolacijskih materijala nezadovoljavajuće reakcije na požar, što podrazumijeva gorive materijale, povećava se rizik od širenja požara po fasadi i prijenos požara na druge etaže. Na Slici 1. prikazano je nekoliko primjera požara u zgradama koji su se proširili po fasadi.

Slika 1: Primjeri požara u visokim zgradama koji su se proširili vertikalno po fasadi

Stranica 3

Kriteriji koje fasadni sustavi trebaju zadovoljiti kako bi spriječili širenje požara se razlikuju od zemlje do zemlje, a u većini slučajeva ovise o nekoliko faktora, koji uključuju visinu zgrade, broj korisnika u zgradi, blizinu susjednih zgrada kao i samu namjenu zgrade [9].

Potaknuti problematikom požara koja dodatno dolazi do izražaja zbog masovne neadekvatne energetske obnove zgrada u EU, pa tako i u Hrvatskoj, Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, europska udruga Fire Safe Europe i Hrvatska udruga za zaštitu od požara (HUZOP) organizirali su međunarodni seminar ‘’Fasade u požaru’’ znanstveno - stručnog karaktera. Organizatori su u sklopu seminara proveli i javno ispitivanje otpornosti fasada na požar, s ciljem da se pokaže kako fasade mogu značajno utjecati na širenje požara te kako je izuzetno važno voditi računa o reakciji na požar materijala kojim se toplinski izoliraju zgrade te da je ponašanje fasada u požaru potrebno ispitivati na uzorcima stvarne veličine (eng. Full scale) koji nabolje prikazuju njihovo stvarno ponašanje u takvim uvjetima.

2. FASADE U POŽARU Međunarodni seminar ‘’Fasade u požaru’’ i javno ispitivanje u sklopu seminara, okupili su

više od 200 stručnjaka, predstavnika zakonodavne i izvršne vlasti, medija, industrije i uvaženih gostiju iz čak 26 zemlja Europe i svijeta. Seminar je bio pod pokroviteljstvom tadašnjeg predsjednika RH prof.dr.sc. Ive Josipovića te povjerenika Europske komisije za zaštitu potrošača mr.sc. Nevena Mimice. Javno ispitivanje fasadnih sustava u požaru provedeno je u Laboratoriju za toplinska mjerenja (LTM) u Stubičkoj Slatini. Ispitivanje je provedeno istovremeno na tri ispitna uzorka prema britanskoj normi BS 8414-1:2002 [10].

2.1 Konstrukcij a ispitnih uzoraka Norma BS 8414-1:2002 [10] definira ispitne uzorke kao fasadne uzorke određenih

dimenzija i određenog oblika. Riječ je o dvokrilnom zidu dimenzija 3,4×2,1 m i ukupne visine 8 m s otvorom u dužem krilu. Otvor simulira prozor stvarne zgrade (dimenzija 2,0×2,0 m) kroz koji iz unutrašnjeg prostora zgrade izbija požar i širi se po vanjskoj površini, odnosno fasadi. U otvoru je smješteno ložište koje simulira požar nakon faze rasplamsavanja (eng. Flashover), odnosno potpuno razvijeni požar. Ispitivane fasadne sustave nosi ziđe, pridržano temeljenim okvirnim čeličnim konstrukcijama (Slika 2 i Slika 3).

a) b)

c)

d)

Slika 2: Izrada uzoraka: a) čelična konstrukcija, b) ziđe, c) EPS, d) kamena vuna, MW

Stranica 4

2.2 Fasadni sustavi Budući da je primarna svrha ovog seminara bila pokazati, odnosno upozoriti, na različito

ponašanje fasadnih sustava s različitim toplinsko – izolacijskim materijalima u požaru, svaki od tri uzoraka je izveden s drugačijim toplinsko – izolacijskim materijalom u pogledu reakcije na požar (Slika 3).

Slika 3: Naizgled tri identična fasadna sustava, ali s različitim toplinsko – izolacijskim materijalima, neposredno prije početka ispitivanja

Ispitni uzorci su bili izvedeni s klasificiranim ETICS fasadnim sustavima koji su izvedeni prema preporukama proizvođača i prema pravilima struke za izvedbu ETICS sustava [11]. Korišteni su sljedeći klasificirani ETICS fasadni sustavi:

• Uzorak 1: toplinska izolacija od ekspandiranog polistirena (EPS) debljine 15 cm s akrilnom završnom žbukom, razreda reakcije na požar B-s2,d0

• Uzorak 2: toplinska izolacija od ekspandiranog polistirena (EPS) debljine 15 cm s akrilnom završnom žbukom, razreda reakcije na požar B-s2,d0, pri čemu je uznad otvora postavljena horizontalna protupožarna barijera od kamene vune (MW) visine 20 cm

• Uzorak 3: Negoriva toplinska izolacija od kamene vune (MW) debljine 15 cm s akrilnom završnom žbukom, razreda reakcije na požar A2-s1,d0

2.3 Osjetila za mjerenje temperature Za kontinuirano mjerenje razvoja temperature u fasadnim sustavima tijekom požara,

korišteni su kromel-alumel termočlanci tipa K promjera 1,5 mm koji su propisani ispitnom normom BS 8414-1:2002 [10]. Uz termočlanke propisane navedenom normom, postavljeni su i dodatni termočlanci istog tipa u fasadu kako bi se dobio detaljniji uvid u temperature i njihov razvoj po površini uzorka. Također su provedena i dodatna mjerenja temperature pločastim termometrima na određenim udaljenostima od površine fasade, mjernim ćelijama ispod drva za potpalu radi mjerenja gubitka mase drveta tijekom ispitivanja, cijelo ispitivanje praćeno je IC termografijom te su mjereni meteorološki uvjeti tijekom ispitivanja (smjer i brzina vjetra, temperatura zraka, vlažnost zraka).

Ložište, odnosno drvo za potpalu, koje simulira izvor požara u stvarnoj zgradi, definirano je u ispitnoj normi BS 8414-1 :2002 [10].

Uzorak 1 Uzorak 2 Uzorak 3

Stranica 5

2.4 Provedba ispitivanja Ispitivanja prethodno opisanih fasadnih sustava provedena su u isto vrijeme, odnosno drvo

za potpalu u ložištu koje simulira izvor požara u unutrašnjosti zgrade, zapaljeno je na sva tri uzorka u isto vrijeme (ts). Ispitivanje je, sukladno normi BS 8414-1 :2002 [10], trajalo 60 minuta. Mjerenja na svakom pojedinom ispitnom uzorku provela je po jedna ugledna znanstveno – stručna institucija. Uz hrvatski Laboratorij za toplinska mjerenja LTM (Uzorak 1), dva ugledna međunarodna znanstvena partnera provela su mjerenja : ZAG – slovenski institut za graditeljstvo (Uzorak 2) i SP tehnički institut iz Švedske (Uzorak 3), čime je ovo ispitivanje dodatno dobilo na znanstvenoj težini i relevantnosti.

Budući da su svi fasadni sustavi zapaljeni u isto vrijeme (ts) i ispred njih se nalazio sat, vrlo se lako moglo i vizualno uočiti u kojem vremenskom periodu od trenutka zapaljena (ts) dolazi do vanjskog širenja požara po pojedinom uzorku, kada se počinje širiti crni dim izrazito neugodnog i jakog mirisa, u kojem trenutku dolazi do gašenja požara te kakav je učinak imao požar na fasadne sustave.

Vizualnim opažanjem zajedno s mjerenjem razvoja temperature termočlancima i termometrima, mjerenjem gubitka mase drva za potpalu mjernim ćelijama i IC termografijom, uz poznate meteorološke uvjete, dobivena je cjelokupna slika o ponašanju fasadnih sustava s različitom toplinskom izolacijom u požaru.

3. PRIKAZ PONAŠANJA FASADNIH SUSTAVA U POŽARU Rezultati dobiveni opisanim mjerenjima analizirati će se i prikazati u nacionalnim i stranim

znanstvenim časopisima te na međunarodnim konferencijama, a u nastavku su prikazana vizualna opažanja ponašanja fasadnih sustava tijekom ispitivanja.

Tablica 2: Vizualna zapažanja uzoraka tijekom ispitivanja

Partneri seminara ‘’Fasade u požaru’’

Paljenje svih ložišta u isto vrijeme ts

Razvoj požara u ložištu, izgaranje drveta za potpalu

Stranica 6

ts + 4 min: požar počinje zahvaćati Uzorak 1 ts + 7 min: požar je zahvatio sva tri uzorka te dolazi do razvoja dima na Uzorku 1

ts + 11 min: požar se proširio do vrha Uzorka 1 i uzrokovao potpunu degradaciju završne žbuke (lijevo – fotografija, desno – termogram). Požar na Uzorku 1 popraćen je padanjem gorućih kapljica.

ts + 17 min: uočava se razlika u širenju požara na Uzorku 2 i Uzorku 3

ts + 26 min: EPS na Uzorku 1 u potpunosti izgorio (i glavno i bočno krilo).

Stranica 7

Požar zahvaća EPS na Uzorku 2 kroz pukotine koje su se pojavile iznad barijere

ts + 33 min: samogašenje požara na Uzorku 1 (izgorio cijeli fasadni sustav); emisija dima na Uzorku 2 od

kapljevine EPS-a koja se zapalila; samogašenje požara na Uzorku 3 (izgorilo drvo za potpalu)

ts + 40 min Iako je došlo do samogašenja požara, vatrogasci radi mjera predostrožnosti polijevaju uzroke vodom

Stranica 8

Slika 4: Izgled ispitnih uzoraka nakon gašenja požara

Na Slici 4 je vidljivo da je u požaru cijeli sloj toplinske izolacije Uzorka 1 izgorio (EPS). Na Uzorku 2 horizontalne barijere od mineralne vune su usporile širenje požara ali ukoliko vatrogasci ne reagiraju i ne ugase požar u određenom vremenu, plamen ‘’preskače’’ horizontalnu barijeru i vertikalno se širi po ostatku fasade. Također, Uzorak 2 naizgled nije bio značajno oštećen od požara dok ga vatrogasci iz prisutne vatrogasne postojbe, nakon što je došlo do samogašenja požara, radi mjere predostrožnosti nisu zalili vodom. Tada se jasno moglo uočiti da se EPS potpuno rastalio, dok je izvana od uzorka ostao samo završni sloj akrilne žbuke poput ‘’tanke zavjese’’, odnosno nastala je šupljina iza sloja žbuke. Također, uočeno je da je ta žbuka koju je pridržavala staklena (rabic) mrežica naslonila na čeličnu konstrukciju koja je služila za pridržavanje vanjskih termometara, te se pretpostavlja da bi u slučaju nepostojanja navedene konstrukcije i na tom uzorku sloj završne žbuke također u potpunosti pao s uzorka. Na Slici 4 je također jasno vidljivo da je Uzorak 3 ostao neoštećen uslijed požara. Konkretno, tijekom djelovanja požara jedino je gorio završni sloj organske (akrilne) žbuke, a nakon što je spomenuti sloj izgorio, požar se zbog negorive toplinske izolacije od MW dalje nije širio. Uočeno je također da je kamena vuna nakon gašenja požara ostala ostala kompaktna, osim tankog sloja cca 1 - 1,5 m iznad ložišta gdje se kamena vuna na dodir mrvila Tijekom ispitivanja na Uzocima 1 i 2 razvio se gusti crni dim koji zasigurno predstavlja dodatnu opasnost kako za korisnike požarom zahvaćenih zgrada tako i za vatrogasce prilikom spašavanja unesrećenih i gašenja požara, kao i pojavljivanje gorućih čestica koje su padale na tlo. Upravo te goruće čestice su, u slučaju Uzorka 2 proširile požar na tlo te izazvale gorenje krila uzoraka i nakon što je došlo do samogašenja požara u samom ložištu. Takve padajuće goruće čestice često su puta u praksi bile uzrok širenja požara na susjedne građevine te dovode u dodatnu opasnost vatrogasce i osobe tijekom evakuacije iz zgrada zahvaćenih požarom.

4. ZAKLJU ČAK Iako je Uzorak 2 (ETICS s toplinskom izolacijom od EPS-a i horizontalnim barijerama od

MW) naizgled imao, do određenog vremena, jednako ponašanje pod djelovanjem požara kao i Uzorak 3 (ETICS s toplinskom izolacijom od MW), nužno je razumijeti kako takve

Uzorak 1 Uzorak 2 Uzorak 3

Stranica 9

protupožarne barijere samo usporavaju širenje požara, ali one ne mogu učinkovito u potpunosti zaustaviti njegovo širenje. U slučaju da vatrogasci ne stignu u propisanom vremenu na mjesto nastanka požara, požar će nakon određenog vremena ‘’preskočiti’’ protpožarnu barijeru i proširiti se na susjedne katove. I kod ovakvih fasada kao na Uzorku 2, dolazi do emitiranja otrovnih plinova i dima, što je prema statistikama i glavni uzrok smrti ljudi u požaru.

Na Uzorku 3 (ETICS s toplinskom izolacijom od MW) oštećen je tek završni sloj od organske tankoslojne žbuke, a požar se nije proširio na susjedne katove što je bitan faktor u zgradama u kojima je u slučaju požara ključna sigurna i brza evakuacija velikog broja ljudi.

Dobiveni rezultati ukazuju na realnu opasnost od požara te je stoga potrebno podići razinu svijesti stručne javnosti, donositelja odluka i široke javnosti o utjecaju fasada na rizik od pojave i širenja požara u zgradama, pogotovo tijekom energetskih obnova. Neupita je važnost boljeg razumijevanja utjecaja različitih fasadnih sustava na razinu zaštite od požara u zgradama, osobito s obzirom na to da su ispitivanja kojima se građevni proizvodi i sustavi svrstavaju u pojedine razrede reakcije na požar neprikladni za fasade u stvarnoj veličini (eng. Full scale).

Energetska učinkovitost i zaštita od požara ne smiju i ne moraju jedna drugu isključiti.

ZAHVALA Zavod za materijale Građevinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu se zahvaljuje

suorganizatorima ovog seminara, Hrvatskoj udruzi za zaštitu od požara (HUZOP) i europskoj udruzi Fire Safe Europe, Laboratoriju za toplinska mjerenja (LTM), slovenskom Institutu za graditeljstvo (ZAG) te švedskom institutu SP koji su proveli navedena ispitivanja, na profesionalnoj suradnji i pomoći da se ovaj međunarodni seminar i ispitivanje provedu u djelo na najvišoj znanstvenoj i stručnoj razini. Također, velika zahvala se upućuje i Knauf Insulation d.o.o., Rockwool Adriatic d.o.o. te Wienerberger Ilovac d.o.o. na doniranom materijalu za potrebe provedbe ovog ispitivanja.

LITERATURA [1] Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of May 2010 on the energy

performance of buildings (recast) (2010), Official Journal of the European Union, L 153/13

[2] European Commission: Report from the Commission to the European Parliament and the Council, Progress by the Member States towards Nearly Zero – Energy Buildings, 2013, COM/2013/0483 final/2*/

Stranica 10

[3] Zakon o gradnji (NN153/13)

[4] Pasker, R. (2014), ‘’European harmonized standardization of External Thermal Insulation Composite Systems (ETICS)’’, presented at the CEN Construction Sector Network Conference, 18 June 18 2014, Brussels, Belgium

[5] Zakon o zaštiti od požara (NN 92/10)

[6] German Fire Protection Association, Advisory Committee on Technology and Science, Task Group Fire Safety Research: We need to do something about 600 fatalities and 6 billion € per year! A strategy for advancing fire safety research in Germany – a position paper by the German Fire Protection Association [English translation of key points], 04. Dezember 2003

[7] Nacionalna strategija zaštite od požara za razdoblje od 2013. do 2022. godine (NN 68/13)

[8] Milovanović, Bojan; Jelčić Rukavina, Marija; Drakulić, Miodrag (2014), ‘’Problematika požara u vanjskoj ovojnici zgrade’’, 9. Dani ovlaštenih inženjera građevinarstva, Zagreb, Hrvatska komora inženjera građevinarstva

[9] BRE Global, A comparison of BS 8414-1 & -2, draft DIN 4102-20, ISO 13785-1 & -2, EN 13823 and EN ISO 11925-2, 28 June 2012, Report number CC 275194 issue 2

[10] BS 8414-1:2002 Fire performance of external cladding systems. Test methods for non-loadbearing external cladding systems applied to the face of building

[11] HUPFAS – Smjernice za izradu sustava za vanjsku toplinsku izolaciju – ETICS

http://www.hupfas.hr/smjernice-izrade-etics-sustava.html (prosinac 2014)