FirePASS science

Rostoucí globální zájem o ekologii, který vyústil do celosvětového zákazu výroby halogenových hasicích prostředků, podpořil rozsáhlý výzkum v oblasti nových, ekologicky přijatelných látek. Evidentně však bylo velmi obtížné vytvořit chemickou látku, která by splňovala všechna potřebná a často protichůdná očekávání.

Ideální látka musí být přirozeně velmi účinná při potlačování vznícení a hoření a současně musí být také šetrná k životnímu prostředí, stabilní a v průběhu použití i po něm netoxická pro lidi.

Prevence a řízení požáru se dlouho snaží vyrovnat s požárním „trojúhelníkem“, který se skládá z tepla, paliva a kyslíku. Tyto tři prvky jsou nutné k zapálení a k podpoře hoření.

Je také dobře známo, že dusík, který tvoří 79 % atmosférického vzduchu, může hoření výrazně ovlivnit. Molekuly dusíku při běžných teplotách plamenů (nižších než 1100 °C) nevydávají absorbované tepelné záření. Spíše dochází k tomu, že je proces proudění neustále odstraňuje ze zóny hoření. Kvůli tomu zvýšení koncentrace dusíku ve vzduchu způsobuje v poměru k hmotnosti nárůst celkové ztráty vyzařované tepelné energie, což utlumuje hoření. Navíc zvýšení obsahu dusíku v plynné směsi ovlivňuje její molekulárně kinetické vlastnosti, což omezuje dostupnost molekul kyslíku pro spalování.

Vynález technologie FirePASS® vychází z objevu provedeného během výzkumu prováděného v systému Hypoxic Room System vyráběného společností Hypoxico Inc. (www.hypoxie.cz) v New Yorku. Bylo zjištěno, že procesy vznícení a hoření v normobarickém hypoxickém prostředí se velmi liší od procesu vznícení a hoření, ke kterému dochází v hypobarickém prostředí normální nadmořské výšky se stejným dílčím tlakem kyslíku (tj. na vrcholu hory).

Například vzduch s dílčím tlakem kyslíku 114,5 mm (rtuťového sloupce) v nadmořské výšce 2700 m může snadno podporovat hoření svíčky nebo zapálení papíru. Pokud však vytvoříme odpovídající normobarické prostředí se stejným dílčím tlakem kyslíku (114,5 mm rtuťového sloupce), svíčka nebude hořet a papír se nezapálí. Dokonce i sirka zhasne okamžitě po spotřebování chemikálií v hlavičce, které obsahují kyslík. Následně bude tedy jakýkoli oheň přinesený do této dýchatelné hypoxické atmosféry okamžitě uhašen. Kerosin, plyn do zapalovače nebo propanový hořák se v tomto prostředí také nezapálí.

Toto překvapivé zjištění vedlo ke zřejmé otázce: „Proč dvě prostředí s identickými dílčími tlaky kyslíku (tj. se stejným počtem molekul kyslíku na konkrétní objem) ovlivňují procesy vznícení a hoření tak rozdílně?“

Odpověď je jednoduchá: „Rozdíl koncentrace kyslíku v těchto dvou prostředích snižuje dostupnost kyslíku pro podporu hoření. Dochází k tomu kvůli zvýšenému počtu molekul dusíku, které ovlivňují kinetické vlastnosti molekul kyslíku.“ Jinými slovy, zvýšená hustota molekul dusíku v normobarickém prostředí vytvoří „nárazníkovou zónu“, která omezuje dostupnost molekul kyslíku pro spalování. Porovnání kinetických vlastností obou plynů ukázalo, že molekuly dusíku jsou pomalejší a mají nižší míru penetrace (koeficient 2,5) než molekuly kyslíku.


Obrázek 1 představuje schématické zobrazení hustoty molekul kyslíku a dusíku v hypobarickém nebo přirozeném prostředí v nadmořské výšce 2,7 km. (Všechny ostatní plyny se kvůli zjednodušení následujících vysvětlení neberou v úvahu.) Modré kroužky představují molekuly kyslíku a zelené molekuly dusíku.


Obrázek 2 znázorňuje hustotu molekul v hypoxickém prostředí se stejným dílčím tlakem kyslíku (114,5 mm rtuťového sloupce), ale při standardním atmosférickém tlaku 760 mm rtuťového sloupce. Toto prostředí obsahuje přibližně 15 % kyslíku, což je naprosto dostatečné pro lidský život, ale nedostatečné pro podporu hoření.

Jak můžeme vidět, obě prostředí obsahují stejný objem molekul kyslíku na konkrétní objem. Relativní objem molekul dusíku vůči molekulám kyslíku je však v druhém případě v poměru 6:1 (obrázek 2) ve srovnání s poměrem 4:1 u vzduchu ve výšce (obrázek 1).


Obrázek 3 znázorňuje vnější ovzduší na úrovni výšky hladiny moře s vyšším dílčím tlakem kyslíku (159,16 mm rtuťového sloupce), který se liší od vzduchu nacházejícího se v nadmořské výšce 2,7 km (114,5 mm rtuťového sloupce). Je nutné poznamenat, že vnější ovzduší v jakékoli části zemské atmosféry (od výšky hladiny moře po vrchol Mount Everestu) obsahuje koncentraci kyslíku 20,94 %. Vnější ovzduší na úrovni výšky hladiny moře je však pod výrazně vyšším tlakem: S rostoucím počtem molekul plynu v konkrétním objemu se vzdálenost mezi molekulami zmenšuje a dostupnost kyslíku pro podporu hoření není nijak ovlivněna.


Specialisté společnosti FirePASS objevili a studovali fenomén potlačení vznícení a uhašení plamenů v normobarickém prostředí z dýchatelného hypoxického vzduchu (se sníženým obsahem kyslíku). Praktické využití těchto studií vedlo k vývoji a patentování protipožárního systému FirePASS® (Fire Prevention And Suppression System).

Systém FirePASS® uspokojuje všechny zásadně důležité požadavky, které jsou vyžadovány od alternativ Halonu 1301, například: 

  •  účinnost hašení požáru,
  •  ochrana před dalším vznícením,
  •  potenciál k poškození ozónové vrstvy,
  •  potenciál globálního oteplování,
  •  atmosférická životnost,
  •  hladina hasicích reziduí,
  •  elektrická vodivost,
  •  žíravost kovů,
  •  snášenlivost s polymerickými materiály,
  •  stálost při dlouhodobém skladování,
  •  toxicita chemické látky a produktů z jejího spalování a rozkladu,
  •  rychlost rozptylu,
  •  požadavky BOZP.

Běžné hořlavé materiály, pevné i kapalné, nelze při normálním barometrickém tlaku (na úrovni výšky hladiny moře) zapálit v prostředích s obsahem kyslíku, který je nižší než 16 %. Lidé však mohou snadno snášet atmosféru s obsahem kyslíku sníženým na 12–16 % (místo 20,94 %) a nijak to neohrožuje jejich zdraví (kliknutím sem zobrazíte referenční údaje).

Abychom mohli lépe ilustrovat rozdíl mezi funkcemi dvou na kyslíku závislých systémů, plamene a lidského těla, můžeme se podívat na schématický diagram „Křivka saturace hemoglobinu kyslíkem a křivka zhasínání plamene v normobarickém hypoxickém prostředí“.

Červená křivka představuje snižování intenzity hoření. To odpovídá výšce stabilního plamene a závisí na obsahu kyslíku v experimentálním prostředí. Hodnota 100 % odpovídá maximální výšce plamene při obsahu atmosférického kyslíku 20,94 %. Pod 18 % O2 vidíme pokračující lineární úbytek výšky.

Modrá křivka zobrazuje závislost saturace hemoglobinu kyslíkem na dílčím tlaku kyslíku ve vdechovaném vzduchu. Vzhledem k tomu, že křivka rychle stoupá s rostoucím procentem kyslíku, hemoglobin bude saturován na více než 90 % při expozici alveolárnímu po2 nad 60 mm (odpovídá nadmořské výšce 3300 m a 14 % O2 v normobarickém hypoxickém vzduchu). Je nutno poznamenat, že pouze dílčí tlak kyslíku určuje saturaci hemoglobinu v kapilárách alveol. Veškerý následný přenos a metabolismus kyslíku závisí výlučně na rovnováze mezi potřebou kyslíku a jeho dostupnosti prostřednictvím kardiovaskulárního systému. Dílčí tlak neutrálních ředících plynů nemá na tyto fyziologické procesy v podmínkách výšky hladiny moře žádný vliv. Naproti tomu dostupnost a reaktivita kyslíku v procesu hoření výrazně závisí na molekulárních koncentracích jiných, dokonce i inertních, ředících plynů.

Slučivost O2 s hemoglobinem závisí pouze na jeho dílčím tlaku, zatímco kinetika hoření závisí na podílu kyslíku v plynné směsi. (Reference)

Vytvoření takové dýchatelné atmosféry s nízkým obsahem kyslíku (hypoxie) v prostředí obývaným lidmi zcela zabrání vznícení a spalování, čímž likviduje nebezpečí zapálení jakéhokoli ohně. Na druhou stranu, hypoxický vzduch, který se okamžitě uvolní z tlakové nádoby nebo se přivádí potrubím do normálně větraných budov, v krátké době uhasí jakýkoli oheň v obsazeném prostoru a současně odvádí spaliny a zajišťuje dýchatelnou atmosféru pro lidi, kteří se na daném místě nacházejí.


Reference

1 Gusstaffson C, Gennser M, Oernhagen H, Derefeldt G. Effects of normobaric hypoxic confinement on Visual and Motor Performance. Aviat. Space Environ Med. 1997 ;68 : 985-92

Metody: 22 subjektů bylo po dobu 3 a 11–14 dní vystaveno různým hladinám normobarické hypoxie (13,14 a 15 kPa O2) prokládaným obdobími normoxie. V jednotlivých experimentech bylo osm subjektů rozděleno do dvou týmů, které pracovaly v nepřetržitých šestihodinových směnách. Subjekty prováděly testy prostorové orientace, vizuální reakční doby, paralelního zpracování a motorických schopností. Jednou nebo dvakrát za 24 hodin se prováděly výkonnostní testy a vyplňovaly dotazníky.

Výsledky: Všechny subjekty vykazovaly dobrou snášenlivost akutního snížení dílčího tlaku kyslíku. V průběhu času docházelo v důsledku učení v mnoha výkonnostních testech ke zlepšení bez ohledu na sníženou hladinu kyslíku. U žádné testované hladiny kyslíku nebylo pozorováno snížení výkonnosti nebo schopnosti učit se.

Závěry: Hladiny kyslíku až k hodnotě 14 kPa (odpovídá 13,3 % O2 v normobarickém hypoxickém vzduchu) nevykazují žádný vliv na vizuální a motorický výkon v průběhu testu.

  1. Textbook of Medical Physiology (Sixth ed., Arthur C. Guyton, M.D., W.B. Saunders Company, Philadelphia. 1982).

ÚČINKY HYPOXIE

Poměr plicní ventilace se obvykle výrazně nezvyšuje, dokud nedojde k překročení výšky zhruba 2400 metrů. V této výšce klesla arteriální kyslíková saturace přibližně na 93 %. Na této úrovni chemoreceptory významně zareagovaly. Ve výšce nad 2400 metry stimulační mechanismus chemoreceptoru postupně zvyšuje ventilaci, dokud se nedosáhne přibližně 4900 až 6100 metrů. V této nadmořské výšce ventilace dosáhne maxima v hodnotě přibližně 65 procent nad normálem, pokud je daná osoba pouze akutně vystavena vysoké nadmořské výšce. (Několik dní expozice však zvyšuje ventilaci o 300 %.)

AKLIMATIZACE NA NÍZKOU ÚROVEŇ PO2

Osoba přebývající ve vysoké nadmořské výšce (nebo v oblasti s nízkou hladinou kyslíku) po několik dní, týdnů nebo let se postupně aklimatizuje na nízkou úroveň PO2, takže jí způsobuje méně a méně škodlivých účinků na těle a daná osoba také postupně dokáže více a více pracovat nebo vystoupit do ještě vyšších nadmořských výšek...

[1] Zvýšená plicní ventilace. Při bezprostředním vystavení účinkům nízké úrovně PO2 zvyšuje hypoxická stimulace chemoreceptorů alveolární ventilaci na maximální hodnotu přibližně 65 %. Jedná se okamžitou kompenzaci vysoké nadmořské výšky a sama o sobě umožňuje dané osobě vystoupat o několik tisíc metrů výše, než by bylo možné bez zvýšené ventilace. Když potom tato osoba zůstane ve velmi vysoké nadmořské výšce po několik dní, ventilace se postupně zvýší na 3–7násobek normálu. Základní příčinou tohoto postupného nárůstu je následující: Okamžité zvýšení plicní ventilace o 65 % při vzestupu do vyšší nadmořské výšky vypustí velká množství oxidu uhličitého, sníží úroveň PO2 a zvýší hodnotu pH tělesných tekutin. Obě tyto změny utlumí dýchací centrum a tím brání stimulaci hypoxií. Během následujících dvou až pěti dnů však teto útlum odezní, což dýchacímu centru umožní, aby nyní s plnou silou reagovalo na stimulaci chemoreceptorů vyplývající z hypoxie a ventilace se zvýší na přibližně 3–7násobek normálu. Příčina tohoto klesajícího útlumu je neznámá, ale existují důkazy, že je spojena se sníženým množstvím iontů hydrouhličitanu v mozkomíšním moku a možná také se sníženým množstvím iontů hydrouhličitanu v mozkové tkáni. Tyto změny potom zvyšují hodnotu pH v tekutinách obklopujících chemosenzitivní neurony dýchacího centra a tím zvyšují aktivitu centra...

[2] Zvýšení hladiny hemoglobinu během aklimatizace. Hypoxie je hlavním podnětem pro zvýšení produkce červených krvinek. Obvykle se hematokrit při plné aklimatizaci na nízkou hladinu kyslíku zvyšuje z normální hodnoty 40–45 na průměrných 60–65 při průměrném zvýšení koncentrace hemoglobinu z normálních 15 g/% na přibližně 22 g/%. Kromě toho se také zvyšuje krevní objem, často až o 20–30 %, což vede k celkovému zvýšení cirkulujícího hemoglobinu až o 50–90 %. Naneštěstí je toto zvýšení hladiny hemoglobinu a krevního objemu pomalé a nemá téměř žádný účinek po dobu dvou až tří týdnů. Zhruba po měsíci dosáhne poloviny vývoje a plně se rozvine až po několika měsících. Snížená slučivost hemoglobinu s kyslíkem v hypoxických podmínkách. Během několika hodin poté, co je krev poprvé vystavena hypoxii ve vysokých nadmořských výškách, vznikají zvýšená množství fosfátových sloučenin uvnitř červených krvinek a některé z nich se slučují s hemoglobinem, aby se snížila jeho slučivost s kyslíkem, tj. aby se křivka saturace hemoglobinu kyslíkem posunula směrem k vyšším úrovním PO2... Jeden z nich, 2,3-difosfoglycerát (běžně nazývaný 2.3-DPG) je zvláště významný. Vzhledem ke snížené slučivosti s kyslíkem dodává hemoglobin kyslík do buněk tkáně s vyšší úrovní PO2. V nadmořských výškách do 4600 metrů tento účinek zvyšuje dodávku kyslíku o 10–20 %. V ještě vyšších nadmořských výškách však snížená slučivost s kyslíkem také snižuje zachycování kyslíku hemoglobinem v plicích a tím dochází ke snižování celkové dostupnosti kyslíku pro tkáně, což způsobuje více škody, než kolik užitku přináší zvýšená tendence k uvolňování kyslíku hemoglobinem na úrovni tkání.

[3] Zvýšená difúzní kapacita během aklimatizace Připomíná se, že normální difuzní kapacita pro kyslík prostřednictvím plicní membrány je přibližně 21 mi. na mm tlakového gradientu rtuťového sloupce za minutu a tato difúzní kapacita může během cvičení vzrůst až třikrát. K podobnému nárůstu difúzní kapacity dochází ve vysokých nadmořských výškách. Část nárůstu pravděpodobně vyplývá ze značně zvýšeného objemu plicní kapilární krve, která rozšiřuje kapiláry a zvyšuje povrch, přes který může kyslík difundovat do krve. Další část vyplývá ze zvětšení kapacity plic, což rozšiřuje oblast povrchu alveolární membrány. Poslední část je výsledkem zvyšování arteriálního tlaku v plících. Krev je tak tlačena do většího počtu alveolárních kapilár než obvykle – zejména v horních částech plic, které jsou za obvyklých podmínek hůře perfundovány.

[4] Oběhová soustava v aklimatizací zvýšené vaskularitě. Srdeční výkon se zvyšuje až o 20–30 % bezprostředně poté, co člověk vystoupí do vysoké nadmořské výšky, ale během několika dní se obvykle vrátí k normálu. Mezitím klesá průtok krve přes některé orgány, například kůži a ledviny, zatímco průtok přes svaly, srdce, mozek a další orgány, které obvykle vyžadují velké množství kyslíku, se zvyšuje. Kromě toho histologické studie zvířat, která byla vystavena nízkým hladinám kyslíku po dobu několika měsíců nebo let, vykazují značně zvýšenou vaskularitu (zvýšené množství a velikosti kapilár) hypoxických tkání. To pomáhá vysvětlit, co se stane s 20–30 procentním zvýšením objemu krve, a znamená to, že krev přichází do mnohem bližšího kontakt s buňkami tkáně než normálně.

[5] Buněčná aklimatizace. U zvířat přirozeně žijících v nadmořských výškách 4000–5100 metrů jsou mitochondrie a určité systémy buněčných oxidačních enzymů hojnější než u obyvatel na úrovni výšky hladiny moře. Předpokládá se proto, že aklimatizovaní lidé i tato zvířata mohou využívat kyslík mnohem účinněji, než jejich protějšky žijící na úrovni výšky hladiny moře.

 

Výhody protipožární ochrany FirePASS

  • zamezení vzniku požáru a jeho šíření
  • protipožární ochrana bez přerušení 
  • naprosté bezpečí pro lidi díky použití dýchatelného vzduchu 
  • snadná instalace a údržba
  • velmi malé nároky na prostor
  • žádná konstrukční omezení
  • žádná škoda vzniklá ohněm, uvolněnou vodou, pěnou nebo jinými hasicími prostředky

Watch our video demonstration

Play now