Assessment of the level and type of immune response and the possibility of adaptive stimulation therapy using electromagnetic fields very high frequency Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Augustyn Chwaleba, Anatoly G. Jatsunenko1 Wlodymir P. Kamkov1 Jan Szczurko2 Jozef Szmitkowski3 Sergey A. Yatsunenko4 Stefan Wilczkowski3

1 Instytut Mechaniki Technicznej

Ukrainska Akademia Nauk i Agenda Badan Kosmicznych Dniepropietrowsk, Ukraina

2 Instytut Systemow Mechatronicznych Wojskowa Akademia Techniczna

3 Centrum Naukowo-Badawcze Ochromy Przeciwporazeniowej - PIB

4 Instytut Fizyki PAN

OCENA POZIOMU ODPORNOSCI I TYPU REAKCJI ADAPTACYJNEJ ORAZ MOZLIWOSCI TERAPII STYMULACYJNEJ STRESU Z WYKORZYSTANIEM POL ELEKTROMAGNETYCZNYCH BARDZO WIELKIEJ

CZ^STOTLIWOSCI

Assessment of the level and type of immune response and the possibility of adaptive stimulation therapy using electromagnetic fields very high frequency

Streszczenie

Diagnostyka stanu oiganizmu czlowieka z wykorzystaniem sygnalow elektrycznych wielkiej cz^stotliwosci polega na po-miarze parametrow elektrycznych (skladowych czynnej i biernej, przewodnosci elektrycznej) komorki lub zespolu komorek oraz plynu tkankowego (srodowiska humoralnego). Parametry te mierzy si§ za posrednictwem punktow biologicznie ak-tywnych (PBA) i wyraza w jednostkach umownych (j.u.) - wzgl^dnych w stosunku do parametrow wzorcow chorobowych. Wielokrotne badania na duzej grupie pacjentow zdrowych pozwolily ustalic „korytarz normy", ktory dla skladowej biernej przewodnosci elektrycznej (admitancji) zawiera si§ w przedziale (5R65) j.u., a dla skladowej czynnej w przedziale (60^75) j.u. Stres jest definiowany jako stan organizmu o charakterze emocjonalno - funkcjonalnym, zaburzaj^cym jego wlasciwe funkcjonowanie. Stres moze byc pochodzenia fizycznego (biologicznego) lub psychologicznego. Stres ma trzy fazy : obawy, strachu (faza stabilnosci odpornosciowej), wyczerpania. Dwie pierwsze fazy stresu charakteryzuj^. si§ tym, ze organizm samoczynnie uruchamia mechanizmy aktywacyjno - adaptacyjne. Faza wyczerpania jest rownoznaczna z chorob^, w wy-niku ktorej moze nast^pic zgon. W dwoch pierwszych fazach wartosci modulow skladowych czynnej i biernej admitancji s^. powyzej korytarza normy, natomiast w fazie wyczerpania towarzyszy zmniejszenie modulow skladowych admitancji dla wi^kszosci organow, a objawami stanu patologii s^. procesy puchni^cia i ogolnej arteriosklerozy.

Terapia stresu z wykorzystaniem pol elektromagnetycznych b.w.cz. ma charakter reaktywacyjny i polega na pobudzaniu i podtrzymaniu w organizmie reakcji adaptacyjnych. Celem terapii jest usprawnienie komunikacji informacyjnej mi^dzy narz^dami i ukladami wewn^trz organizmu a srodowiskiem zewn^trznym - skutkuj^cym podwyzszeniem odpornosci i normalizaj homeostazy organizmu. Przy terapii stymulacyjnej nalezy uwzgl^dnic cyklicznosc i dyskretnosc reakcji adaptacyjnych organizmu. Dlatego terapia stresu powinna miec charakter okresowy (dostosowany do biorytmu organizmu), a dawka pierwsza medium terapeutycznego powinna byc mala, a nast^pne powinny si§ roznic o (10^20)%. Terapia (podobnie jak stany zachorowan) powinna przebiegac wedlug algorytmu : informacja -> energia -> materia. Pierwsza dawka promieniowania elektromagnetycznego oddzialywuje na caly organizm - aktywuj^c wlasciwosci regulacyjne komorek, a nast^pnie wzmacniaj^. t§ aktywaj - dzialaj^c leczniczo. Ogolne i miejscowe reakcje adaptacyjne w czasie ich dlugotrwalego podtrzymania doprowadzaj^. do ich inercyjnej stabilizacji - poziom reaktywnosci organizmu dostosowuje si§ do nowych warunkow srodowiskowych. Oznacza to, ze czlowiek dostosuje si§ do otaczaj^cego srodowiska - co jest rownoznaczne ze skutecznym leczeniem.

Summary

Diagnosis of the human body using high frequency electrical signals consists in measuring the electrical parameters (active and passive components, electrical conductivity) of the cell or group of cells and tissue fluid (humoral environment). These parameters are measured through biologically active points (BAP) and are expressed in arbitrary units (a.u.) - relative to the parameters of disease patterns. Repeated tests on a large group of healthy patients have established „corridor standards," which for the passive component of the electrical conductivity (admittance) is in the range (51 ^ 65) already, and for the active component in the interval (60 ^ 75) a.u.

Stress is defined as a condition of the body of an emotional - functional character, disrupting its proper functioning. Stress may have physical (biological) or psychological origins.

Stress has three phases: anxiety, fear (stability phase of immunity), exhaustion. The first two phases of stress are characterized by the fact that the body automatically runs the activation - adaptive mechanisms. Exhaustion phase is synonymous with the disease - as a result death may occur. In the first two phases values of the constituent modules of active and passive admittance are above the norm, while at the stage of exhaustion values are accompanied by a reduction in the constituent modules of admittance to most organs, and symptoms of pathology are the processes of swelling and general arteriosclerosis. Treatment of stress with the use of RF & Microwave electromagnetic fields has a reactivation character and includes stimulating and sustaining adaptive reactions in the body. The aim of therapy is to improve communication of information between the organs and systems within the body and the external environment - resulting in an increase of immunity and normalization of homeostasis. Stimulation therapy should take into account the periodicity and the discretion of body's adaptive responses . Therefore, stress therapy should have periodic character (adapted to the biorhythm of the body), and the first dose of therapeutic medium should be small, and the next should be differ about (10 ^ 20)%. Therapy (as well as disease states) should be handled by the algorithm: information -> energy -> matter. The first dose of electromagnetic radiation affects the whole body - activating the regulatory properties of cells, and then reinforcing this activation - acting therapeutically. General and local adaptive responses during their long-term maintenance have led to their inertial stabilization - the level of reactivity of the organism adapts to new environmental conditions. This means that a person adapts to the surrounding environment - which is tantamount to effective treatment.

Slowa kluczowe: nowe technologie medyczne, choroby psychosomatyczne, stres, efekt antystresowy; Keywords: new medical technologies, psychosomatic illness, stress, antistress effect;

Wprowadzenie

Zgodnie z filozofi^. wschodu, czlowiek nie staje si§ zdro-wy uwalniaj^c si§ od choroby. Proste obserwacje swiadcz^. o tym, ze stanow zdrowia moze bye wiele. Prawidlowe s^. wyobrazania o zdrowiu jako o procesie calkowitego przy-stosowania organizmu do otaczaj^cego srodowiska.

Najbardziej stabilnym stanem organizmu z charakte-rystycznymi zmianami w organizmie, odpowiadaj^cym gornym granicom normy, bliskiej normie mlodego orga-nizmu jest stan podwyzszonej reaktywnosci.

Wspolczesnie opracowano szereg metod i sposobow oceny stanu funkcjonalnego organizmu i bezinwazyjnego sterowania tym stanem w celu ich profilaktyki i leczenia. S^. to nast^puj^ce diagnostyczne i terapeutyczne zestawy aparaturowo-programistyczne:

• zestaw do elektrograficznej punktowej ekspres-diagno-styki stanu funkcjonalnego organizmu ludzkiego, bazu-j^cy na wskaznikach okreslaj^cych poziom odpornosci i rodzaj reakcji adaptacyjnej organizmu;

• zestaw do informacyjno-punktowej terapii biorezo-nansowej z wykorzystaniem promieniowania elek-tromagnetycznego bardzo wielkiej cz^stotliwosci o subniskim poziomie g^stosci mocy.

W ramach diagnostyki i terapii stresu wykorzystuje si§ metodyk^ i aparatur^ do:

• monitorowania stanu funkcjonalnego centralnego i wega-tytywnego systemow nerwowych, roznych organow i sy-

stemow w warunkach pocz^tkowej fazy rozwoju stresu, a takze w fazie ostrego i chronicznego stresu;

• dynamicznej obserwacji poziomu odpornosci i rodza-ju reakcji adaptacyjnej w trakcie terapii stymulacyj-nej z wykorzystaniem promieniowania elektromag-netycznego b.w.cz.

Zadania stawiane przed metodyk^. i zestawem apara-turowo-programistycznym sluz^cym do diagnostyki i terapii stymulacyjnej stresu s^. nast^puj^ce:

• ocenie stan funkcjonalny wszystkich organow i systemow tkankowych ludzkiego organizmu;

• wyznaczye poziom reaktywnosci i rodzaj reakcji adaptacyjnej;

• wyprowadzie organizm z reakcji stresowej i przepro-wadzie go na bardziej przyjazne (wlasciwe) organi-zmowi reakcje energetyczne;

• podtrzymae stalose podstawowych parametrow srodowiska wewn^trznego organizmu, przede wszystkim, zapewnie oddzialywanie energo-informacyjne na pro-cesy biochemiczne.

Diagnostyka stresu podczas zaburzen funkcjonalnych organizmu z wykorzystaniem pol elektromagnetycznych

Istotn^. roznic^. proponowanych diagnostycznych ze-stawow aparaturowo-programistycznych od klasycznej Volowskiej diagnostyki jest wydzielenie z przewodnosci

elektrycznej zespolonej admitancji PBA dwoch sklado-wych: biernej i czynnej. Wykorzystanie wartosci sklado-wych admitancji zespolonej - biernej i czynnej w elek-trograficznej punktowej ekspres-diagnostyce pozwala jakosciowo i ilosciowo ocenic stan funkcjonalny badanego pacjenta, a takze, w przypadku obecnosci stresu, okreslic jego stadium rozwoju, z perspektywicznym okresleniem taktyki leczenia danego stanu.

Skladowa bierna charakteryzuje srodowisko we-wn^trzkomorkowe, a skladowa czynna charakteryzuje przestrzen mi^dzykomorkow^.. Mi^dzy srodowiskami wewn^trznym i zewn^trznym komorki caly czas wyst§-puj^. wzajemne oddzialywania, polegaj^ce na wymianie cz^stek materialnych, energii i informacji. Maj^c na uwadze fakt, ze procesy elektryczne zachodz^ce na po-ziomie komorki, podyktowane s^. pr^dem jonow, nale-zy zaznaczyc, ze mi^dzy wewn^trznym i zewn^trznym srodowiskami komorki do normalnego przebiegu zy-ciodajnych procesow powinien byc zachowany pewien gradient jonowy. W tym sensie niezgodnosc wartosci modulow skladowych admitancji zespolonej - biernej i czynnej w trakcie przeprowadzania elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki, okazuje si§ doskonalym naturalnym czynnikiem odzwierciedlaj^cym jakosc procesow zyciodajnych.

W wyniku przeprowadzonych badan, na duzej grupie pacjentow, udowodniono, ze wartosc skladowej czynnej jest w normie, jezeli przy jednoczesnym pomiarze punk-tow biologicznie aktywnych (PBA), b^dzie wi^ksza od wartosci skladowej reaktancyjnej o 5-15 jednostek umow-nych (j.u.). Korytarz normy modulow skladowej biernej odpowiada poziomowi 51-65 j.u., korytarz normy skladowej czynnej wynosi 60-75 j.u.

Stres jest definiowany jako stan organizmu o charak-terze emocjonalno-funkcjonalnym, zaburzaj^cym jego wlasciwe funkcjonowanie. Stres moze byc pochodzenia fizycznego (biologicznego) lub psychologicznego. Pierw-szy rodzaj stresu powodowany jest przez bodzce szkodliwe dla organizmu (tzw. Stresor) np. glod, zimno, wtargni^cie drobnoustrojow chorobotworczych. Stres psychologiczny powodowany jest przez czynniki zewn^trzne utrudniaj^ce (lub uniemozliwiaj^ce) zaspokojenie potrzeb, osi^gni^cie okreslonych wartosci.

Przy braku stresu: wartosci wskaznikow skladowych biernej i czynnej admitancji zespolonej elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki i wskaznika wegetatywne-go zabezpieczenia funkcji znajduj^. si§ w korytarzu normy.

Pierwszym etapem stresu (ogolnego syndromu adaptacyjnego) jest stan obawy. Jego rozwoj jest bardzo intensywny (srednio w ci^gu 6 godzin po oddzialywaniu czynnika stresogennego). Zgodnie z zasadami patofizjolo-gii, w czasie tego etapu zostaje zainicjowana pocz^tkowa mobilizacja ochronna organizmu. Jednym z podstawo-wych mechanizmow ochronnych organizmu jest wyrazna aktywacja systemu sympatoadrenalogiczngo. Charakteryzuje si§ tym, ze nast^puje zwi^kszenie i wzrost aktywno-

sci kory przysadki mozgowej, zmieniaj^. si§ wlasciwosci strukturalno-funkcjonalne mi^dzy innymi w^zlow limfa-tycznych.

Wykorzystuj^c wyniki wieloletnich badan z zastoso-waniem elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki i ontogenicznego modelu organizmu ludzkiego, ktory jest podstaw^. elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki, nalezy stwierdzic, ze na etapie obawy wyst^puj^. nast^puj^-ce zmiany ogolnego syndromu adaptacyjnego. Nietypowe zmiany (mog^. byc charakterystyczne dla roznych systemow morfologiczno-funkcjonalnych, niezaleznie od przynalez-nosci ich do tego lub innego bloku modelu ontogenetyczne-go): wartosci skladowej czynnej powyzej korytarza normy. Te zmiany podczas elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki s^. spowodowane tym, ze zmiany zachodz^ce w organizmie na danym etapie, wyst^puj^. przede wszyst-kim na poziomie srodowiska humoralnego, w przestrzeni mi^dzykomorkowej. Przy czym w blokach tranzytowym, strukturalnym i adaptacyjnym systemu morfologicznego mog^. miec charakter wybiorczy- w zaleznosci od indywi-dualnych wlasciwosci organizmu pacjenta(celowe jest tutaj wspomniec o takiej kategorii jak, locus resistentio minoris - miejsce najmniejszego oporu). Zmiany typowe (odzwier-ciedlaj^. rodzaj ogolnego syndromu adaptacyjnego): wartosci wskaznikow skladowych reaktancyjnej jaki i czynnej, otrzymanych podczas badania systemu morfologicznego, odnosz^cych si§ do bloku adaptacyjnego organizmu prze-wyzszaj^. korytarz normy. Zwi^zane jest to z tym, ze na etapie reakcji na strach zachodz^. zmiany nie tylko funkcjonal-ne, ale zachodz^. tez zmiany biochemiczne i strukturalne. Badania za pomoc^. elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki dowodz^ ze typowe oznaki, charakteryzuj^ce etap strachu nie objawiaj^. si§ jednoczesnie. Doswiadczenie z diagnozowania stanow ostrych w pocz^tkowym etapie ich rozwoju pozwalaj^. wyodr^bnic wskazniki skladowych biernej i czynnej morfologicznego systemu limfatycznego organizmu najbardziej reagjce na zachodz^ce procesy.

Nalezy zauwazyc, ze juz na etapie niepokoju, na pod-stawie wskaznikow ogolnego adaptacyjnego syndromu otrzymanych z elektrograficznej punktowej ekspres-diag-nostyki, mozna s^dzic o tym, jak silny byl wplyw czynni-ka stresogennego na organizm czlowieka. Jezeli skladowa bierna systemu morfologicznego, odnosz^ca si§ do bloku adaptacyjnego nie przewyzsza 80 j.u. (energetyka napi^c, stany przedzapalne ) to wynik oddzialywania czynnika stresogennego oceniamy jako umiarkowany. W takiej sytuacji organizm, z zasady, jest zdolny w niedlugim okresie samodzielnie korygowac dany stan. Jesli wartosc wskaznika przewyzsza 80 j.u. - oddzialywanie czynnika stresogennego oceniamy jako silne. Rekomendowana jest niezwloczna interwencja medyczna - oddzialywanie me-dykamentami, fizjoterapeutycznie.

Stadium obawy: wartosci wskaznikow skladowych biernej i czynnej impedancji zespolonej elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki, charakteryzuj^cych system morfologiczny bloku adaptacyjnego powyzej kory-

tarza normy; skladowa czynna i wskaznik wegetatywnego zabezpieczenia funkcji szeregu systemów morfologicz-nych odnosz^cych si? do bloków transportowego, produk-tywnego i strukturalnego s^. powyzej korytarza normy.

W praktyce diagnozowanie etapu niepokoju, ze wzgl?du na jego charakter ostry i krótkotrwaly, nie jest zbyt cz?ste. Bardziej aktualnym, przy przewidzianych wizytach pacjentów w gabinetach lekarskich i rehabilita-cyjnych jest diagnozowanie nast?pnych etapów ogólnego syndromu adaptacyjnego. Etap niepokoju w czasie 1-2 dni przechodzi w nast?pny etap stresu - etap stabilnosci od-pornosciowej. Dla danego etapu charakterystyczne s^. ta-kie poj?cia jak eustres (stres lekki, np. podniecenie przed podj?ciem trudnego zadania, trema aktora lub sportowca przed wyst?pem) i distres. Eustres jest synonimem nor-malnego przebiegu procesu adaptacyjnego. Przykladem jego przebiegu mog^. bye procesy zachodz^ce w czasie treningów przy obci^zeniu adekwatnym do mozliwosci sportowca. Badania, przeprowadzane na sportowcach wy-czynowcach, dowodz^ ze przy braku skarg i wyraznych objawów klinicznych, wskazniki elektrograficznej punkto-wej ekspres-diagnostyki nie zawsze znajduj^. si? w koiyta-rzu normy. Tutaj pojawia si? takie poj?cie, jak „zaplata za adaptacj?" - przebiegaj^ce jako dose stabilne odchylenie ze strony systemu morfologicznego, posrednio odnosz^ce si? do ostatecznego celu trenowanego organizmu (np.: system przygotowywania -stopniowania wysilków, system wydolnosciov^iinney.Diagnozowanie eu^i^r^s^uzi^c^s^p^jp-nym opracowanijm puogozmów naprawc^dj odnosinig w wi?kszym stopniu do zagadnien medycyny sportowej niz medycynyn^^i^r^co^cj .

Stan dintrnsupdrugiepap - oapomosc w nianie g^^^^^ logicznym) mozna zobrazowae na przykladzie choroby chronicznej na etapie stabilnej remisji. Samopoczucie w tym staZc n^c^n^^c^P^^r^terg^z^ap^íic si? minim;Znomi skargami (pnoZn^ati^t^g systemu marfo lp^izonegazmie-nia si? dose dynamicznie) lub calkowitym ich brakiem.

W zwi^zku z tym, wskazniki elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki u pacjentów uwidoczniaj^. si? w war-tosci skladowych reaktywnej jak i czynnej impedancji ze-spolonej. Specyfika patologii okreslana jest na podstawie odchylen od normy wskazników systemu morfologicznego. Na etapie kompensacji pojedynczych wskazników elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki mog^. one miee charakter prognostyczny.

Stadium odpornosci: stres fizjologiczny - wartosci wskazników skladowych biernej i czynnej systemu mor-fologicznego (glównie - posrednio zaangazowane w proces adaptacyjny) powyzej korytarza normy; stres patologiczny

- wartosci wskazników skladowych biernej i czynnej systemu morfologicznego , bezposrednio zaangazowanych w proces adaptacyjny wyzej korytarza normy.

Jezeli czynnik stresogenny okazuje si? zbyt silnym lub organizm jest niezbyt stabilny, to wtedy nast?puje trzeci etap rozwoju ogólnego syndromu adaptacyjnego

- etap wyczerpania organizmu (wycienczania). W odróz-nieniu od poprzednich etapów, mobilizuj^cych organizm, silne i dlugotrwale oddzialywanie czynnika stresogenne-go prowadzi do choroby a nawet smierci organizmu. Eta-powi wycienczania towarzysz^. takze odpowiednie oznaki pochodz^ce z wartosci modulów elektrograficznej punktowej ekspre s- diagnostyki. Ten etap charakteiyzuje si? zmniejszeniem wartosci absolutnych wskazników skladowych reaktancyjnej i czynnej skladowych przewodnosci nespo kznea.PtjyMadem taktej natt5ipg^ii .tórej towarzy-^^t^^^ci c^i^fti^i^O^li^e^osy^^domu aZaptacyjnennmoze bye - proces puchni?cia, ogólna arteroskleroza. Praktyka pokazujn,ze pndadpojowpuillzgnocowanpuhetentro gra-ficzi punktaw- ^lospri^ ío-Uaí^sji^c^ alpóm ma zmzouz wartosé wskazników skladowych reaktancyjnej i czynnej, jak i znacz^ce zmniejszenie wskaznika wegetatywnego za-bezaieczzdia fizidwji. Takci sytnacj?moznuoobrazowaé za eamono1Pizk[insówprzgdzlawiaj^cych wyniki otrzymane w codziennej praktyce (rys. 1 i rys. 2).

Struktury komórkowe (norma 50-65)

Srodowisko humoralne (norma 60-75)

Wsk. weg. zab. funk.

Ryc. 1. Wynikielektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki pacjenta W.D. -stronalewa Fig. 1. The results point electrographic express-diagnostics of patient W.D. - left

Struktury komórkowe (norma 50-65)

Srodowisko humoralne (norma 60-75)

Wsk. weg. zab. funk.

Ryc. 2. Wyniki elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki pacjenta W.D. - strona prawa Fig. 2. The results point electrographic express-diagnostics of patient W.D. - right

Na rysunkach przedstawiono wyniki elektrogra-ficznej punktowej ekspres-diagnostyki ogolnych zmian miazdzycy. Z przeprowadzonych badan wynika, ze w okolo trzech czwartych badanych pacjentow systemy morfologiczne charakteryzuj^. si? zmniejszeniem wartosci skladowych biernej i czynnej elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki. W celu podkreslenia wyczerpania organizmu nalezy zaznaczyc, ze charakterystyczne obja-wy wyst^puj^. nie tylko we wskaznikach systemu morfo-logicznego a takze odnosz^. si? do blokow adaptacyjnego, transportowego i produktywnego ontogenetycznego mo-delu ludzkiego organizmu. Nie w mniejszym stopniu niz zmiany w systemach morfologicznym odnosz^. si? takze do bloku strukturowego: system morfologiczny tkanki kostnej, chrz^stki, naczyn krwionosnych, tkanki l^cznej, mi?sni i tkanki tluszczowe.

Stadium wycienczenia - skladowe reaktancyjna i czynna admitancji zespolonej elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki ponizej korytarza normy. W trak-cie calkowitego wycienczenia organizmu (stan ci?zkiej patologii organizmu) - wartosci wskaznikow skladowych biernej i czynnej, dla ponad polowy badanych systemu morfologicznego ponizej korytarza normy.

Analiza danych z reakcji adaptacyjnych ma bezpo-srednie powi^zanie z problemem stresu. Jednak, w zwi^z-ku z dynamik^. procesow zachodz^cych w czasie formo-wania tych reakcji, celowym srodkiem jest poznanie ich - przez porownania wynikow metody elektrograficznej punktowej ekspres-diagnostyki z innymi funkcjonalno-diagnostycznymi metodami, na przyklad wspolnie z ana-liz^. widmow^. fali elektromagnetycznej.

Perspektywa technicznej realizacji operacyjnego sprz?zenia zwrotnego w warunkach wspolczesnego roz-woju technologicznego okazuje si? realnym. Najlepsze firmy propomjce rozwi^zania aparaturowo-programi-styczne wykorzystywane w biologii i medycynie, ktore s^. skomputeryzowanymi generatorami funkcyjnymi do fizy-

koterapii. Te urz^dzenia przeznaczone s^. do dozowanego oddzialywania czynnika leczniczego na organizm czlo-wieka. Zasadniczo istnieje mozliwosc sterowania takim urz^dzeniem przez okreslony sygnal wejsciowy zmienia-j^cy parametry w czasie rzeczywistym. Z tego wynika, ze nieodzowne jest poszukiwanie sposobów i srodków do technicznych realizacji urz^dzen zdolnych przedstawiac wskazniki stanu systemów morfologicznych w czasie rze-czywistym.

Zapoznanie si? z rozwojem wspólczesnych funkcjo-nalno-diagnostycznych sposobów pozwala wnioskowac, ze perspektywicznym podejsciem do rozwi^zania dowol-nego zadania jest analiza widmowa fal elektromagnetycz-nych. Przekonanie o slusznosci takiego podejscia ma swo-je naukowe uzasadnienie. Potwierdza to odkrycie reakcji treningu i aktywacji, ilosciowo wyrazone zespolem badan organizmu i jego systemów. To odkrycie pozwolilo roz-wi^zac szereg zadan zwi^zanych z diagnostyk^. Przede wszystkim mozna okreslac rodzaj reakcji adaptacyjnej na podstawie pomiaru parametrów fali elektromagnetycznej. Zostal przebadany sygnal elektromagnetyczny , otrzyma-ny za pomoc^. czujnika akustycznego pulsu z cz?stotli-wosci^. dyskretyzacji 100 Hz z wykorzystaniem 12 kana-lowego analogowo-cyfrowego przetwornika.

Podczas badan z zastosowaniem analogowo-cyfrowe-go przetwornika udowodniono, ze skladowe harmoniczne widmowej analizy Fouriera maj^. rózne poziomy regu-lacyjne dla róznych podsystemów. W trakcie rozwijania si? róznych reakcji: stresu, treningu, spokojnej aktywacji, podwyzszonej aktywacji i przewyzszonej aktywacji w organizmie i jego podsystemach rozwijaj^. si? rózne zespoly zmian. Posluzylo to za podstaw? do wnioskowa-nia, ze róznice w charakterystykach cz?stotliwosciowych fal elektromagnetycznych w róznych reakcjach adapta-cyjnych wynikaj^. z zestawu zmian w organizmie, szcze-gólnie w jego adaptacyjnosci, wywolywaniem w móz-gu wyciszenia (ochronnego lub poza zakresowego) lub

wzburzenia (fizjologicznego) funkcjonalnej aktywnosci podsystemów, ich synchronizacji i aktywnej wymiany energetycznej. Maj^c na uwadze, ze organizm to zlozony system drganiowy, nalezy zalozye , ze zmiany charakte-rystyk czçstotliwosciowych, amplitud harmonicznych i widma Fouriera powinny odzwierciedlae zmiany funk-cjonalne organizmu.

Opisane rozwi^zania maj^ bezposrednie powi^za-nia z praktycznym zastosowaniem w praktyce klinicz-nej jak i w ekspres-diagnostyce adaptacyjnych mozli-wosci czlowieka.

Terapia stymulacyjna z wykorzystaniem pól elektromagnetycznych b.w.cz. i o subniskim poziomie gçstosci mocy

Terapia stymulacyjna - jest to terapia drog^. pobudza-nia i podtrzymywania w organizmie reakcji adaptacyjnych (reakcji treningu, spokoju i podwyzszonej aktywnosci), przede wszystkim pobudzanie reakcji aktywacji. Pobudza-j^c rozwój reakcji aktywacyjnej, tym samym podnosimy do górnych granic normy funkcjonaln^. aktywnose regula-cyjn^. podsystemów ochronnych organizmu, usprawniamy wzajemn^. komunikacjç informacyjn^. miçdzy organami i systemami wewn^trz organizmu oraz organizmu z ze-wnçtrznymi czynnikami otoczenia, podwyzszamy odpor-nose i normalizujemy jego homeostazç. W nastçpstwie organizm samoczynnie normalizuje stany funkcjonalne organów i systemów do poziomów charakterystycznych dla osoby zdrowej.

System okresowych reakcji adaptacyjnych pozwala wyjasnie mechanizm adaptacyjny organizmu dla malych zmian czynników stresogennych. Na dowolny organizm oddzialywuj^. rózne czynniki, pod wzglçdem ilosciowym i jakosciowym. Mechanizm adaptacji organizmu dla ma-lych zmian czynników oddzialywuj^cych okazuje siç naj-korzystniejszy, poniewaz podczas reakcji na male zmiany straty energetyczne s^. minimalne. Okresowose reakcji zwiçksza efektywnose i ekonomicznose adaptacji, wy-jasnia obecnose zmian dyskretnych oraz róznic podczas przejscia z jednej reakcji w drug^.

System adaptacyjnych niespecyficznych reakcji (ogólnych i miejscowych) i system areaktywnosci, roz-wój których podporz^dkowuje siç okresowym iloscio-wo-jakosciowym prawom, staje siç podstaw^. rozwoju w organizmie stanów dyskretnych, realnych mechani-zmów wielostopniowej regulacji homeostazy. W kazdej chwili w organizmie zachodz^. reakcje, nastçpuje charak-terystyczny zespól zmian, okreslanych rodzajem reakcji, a objawia siç nowym poziomem reaktywnosci.

Autorzy opracowuj^. metodç wielopoziomowego okresowego systemu regulacji organizmu, w celu usta-nowienia mechanizmów samoregulacji za pomoc^. infor-macyjno-punktowej terapii biorezonansowej z wykorzy-staniem promieniowania elektromagnetycznego b.w.cz. o subniskim poziomie gçstosci strumienia mocy. Takie oddzialywanie wzmacnia reakcje adaptacyjne calego or-

ganizmu, samo staje siç czynnikiem leczniczym, opty-malizuje przeprowadzenie dowolnej terapii tradycyjnymi preparatami leczniczymi, przyczyniaj^c siç do zmniejsze-nia dawek leku.

Hierarchia stymulacyjnego oddzialywania informa-cyjno-punktowej terapii biorezonansowej przedstawia siç nastçpuj^co: informacja - energia - materia.

Dowolna zmiana patologiczna rozpoczyna siç od zmian na bardzo subtelnym poziomie systemu biologicz-nego tam, gdzie zostaje naruszona równowaga na poziomie informacyjnym. Wlasnie z tego powodu stosuje siç informacyjno-punktow^ terapiç biorezonansow^. Pro-mieniowanie elektromagnetyczne b.w.cz., o subniskim poziomie gçstosci strumienia mocy, oddzialuje na naj-delikatniejsze struktury energo-informacyjne organizmu, przywracaj^c ich funkcje regulacyjne. Analogiczne oddzialywanie maj^. preparaty i biostymulatory pochodzenia roslinnego, zawieraj^ce w sobie informacyjn^. i material^. skladow^. Takie oddzialywanie jest mozliwe na poziomie komórek jak i na poziomie organu, systemu organów i organizmu w calosci.

W ten sposób ustanawiana jest synchronicznose pracy systemów regulacyjnych organizmu, w stanie równowagi dynamicznej, co prowadzi do pelnowartosciowego funk-cjonowania organizmu i systemów komórkowych.

Terapia stymulacyjna ma na celu indywidualny dobór mocy i dawki oddzialywania promieniowania elektromagnetycznego b.w.cz. o subniskim poziomie gçstosci strumienia mocy, preparatów i biostymulatorów roslinnego pochodzenia, na organizm ukierunkowanych na stopnio-we polepszanie pracy systemów ochronnych i podsystemów regulacyjnych organizmu, i ma zastosowanie:

• w czasie zdrowienia;

• przy aktywnej profilaktyce;

• w czasie leczenia róznych zachorowan;

• w ochronie organizmu przed szkodliwym oddzialy-waniem dowolnych czynników;

• w czasie wzmozonych obci^zen psychoemocjonal-nych jak i fizycznych;

• w celu spowolnienia procesów starzenia;

• w celu zwiçkszenia efektywnosci sportowców. Regulowana terapia stymulacyjna (najistotniejszym

w niej nie jest srodek, a sposób jego aplikacji) oparta jest na zasadach reakcji zywych systemów.

Drog^. doswiadczaln^. udowodniono, ze struktury in-formacyjne organizmu reaguj^. na zmianç dawki w grani-cach 10-20 %, co jest wlasnie okreslane progiem czulosci zywych systemów. Taka zmiana dawki wywoluje w organizmie rózne poziomy reakcji, wlasciwe róznym reakcjom adaptacyjnym (trening, aktywnose i inne). Udowodniono, ze zaaplikowanie drugiej dawki, w przedziale od 3 do 6 godzin, tez trafia na biorytmy fazowe. Jesli przy pierwszej dawce oddzialywujemy na nerwogenn^, informacyjn^. skla-dow% to przy drugiej na humoraln^, material^. skladow^. Po drugie, bardziej mocne oddzialywanie, wzmacnia po-cz^tkowe zmiany w tym kierunku, który doprowadza do

rozwoju pelnowartosciowej reakcji, a w nast?pstwie do bardziej efektywnego oddzialywania leczniczego.

W ten sposób, na pocz^tku oddzialujemy na caly orga-nizm, aktywizujemy regulacyjne systemy i na tej podsta-wie podejmujemy konkretne rozwi^zania zadania leczniczego. Kazdy organizm pracuje tylko, w mniej lub bardziej w^skim korytarzu poziomów reakcji, który staje si? dla niego przyzwyczajeniem, i dlatego nalezy przeprowa-dzic wielk^. i dlug^. prac?, zeby zmienic granice korytarza energetycznego. Ogólne i miejscowe reakcje adaptacyjne w czasie dlugiego ich podtrzymywania, pózniej przyjmuj^. wlasciw^. sobie inercj?. Zazywanie róznych dawek leku lub niesystematyczne oddzialywanie z wykorzystaniem promieniowania elektromagnetycznego b.w.cz. subniskie-go poziomu g?stosci strumienia mocy lub tez zazywanie preparatów farmakologicznych przez bardzo krótki okres jest niedopuszczalne, poniewaz do osi^gni?cia wystarcza-j^co stabilnego efektu nieodzowne jest okresowe powta-rzanie oddzialywania wedlug okreslonego algorytmu.

Koncepcja sterowania stanem funkcjonalnym organi-zmu za pomoc^. promieniowania elektromagnetycznego b.w.cz. o subniskim poziomie g?stosci sprzyja oddzialy-waniu na aktywacyjne zdrowienie, profilaktyk? aktywa-cyjn^. i wlasn^. (regulacyjn^) terapi?, która:

• wzmacnia efekt dowolnego sposobu leczenia;

• sprzyja zmniejszeniu dawek preparatów tradycyjnych;

• podtrzymuje efekt terapeutyczny.

W ten sposób, metoda terapii stymulacyjnej z wyko-rzystaniem promieniowania elektromagnetycznego zakre-su b.w.cz. subniskiego poziomu g?stosci strumienia mocy, która pozwala hormonizowac prac? wszystkich systemów organizmu zwi?kszaj^c jego odpornosc, jest nieskompli-kowana do kontroli, indywidualna dla kazdego pacjenta i ma szerokie perspektywy zastosowania w praktyce me-dycznej. Tak^. drog^. medycyna aktywacyjna zblizyla si? do leczenia róznych zachorowan, i takie leczenie mozna nazwac wlasciwym, dlatego, ze przeprowadza go nie preparat i nie lekarz a sam organizm. Róznica nie jest zawarta w tym, kto leczy, a w wyniku: po samoregulacji efekt leczenia jest lepszy i trwa dluzej.

Zakoñczenie

Sedno sprawy w nowym podejsciu do zagadnien pro-filaktyki i leczenia róznych zachorowan, w tym tez i te-rapii stresu, z wykorzystaniem proponowanej aparatury zawiera si?:

• w ukierunkowanym oddzialywaniu na PBA syste-mu akupunkturowego organizmu czlowieka promie-niowaniem elektromagnetycznym zakresu b.w.cz. o subniskim poziomie g?stosci strumienia mocy, co pozwala , przez naprawienie zaburzen w strukturze sygnalów informacyjnych powstaj^cych w komór-kach, organach, systemach tkankowych i w calym organizmie, ustabilizowac rozbalansown^. energo-informacyjn^. homeostaz?;

• we wzmocnieniu mechanizmow kompensacyjnych i mozliwosci adaptacyjnych organizmu drog^. wno-szenia waznej informacji do organizmu ludzkiego drog^. systemu akupunkturowego.

Wzmocnienie mozliwosci korelacyjnych i adapta-cyjnych organizmu ludzkiego - to podstawowe i glowne zadanie proponowanej metody diagnozowania i terapii z zastosowaniem nowej medycznej technologii z wyko-rzystaniem promieniowania elektromagnetycznego zakre-su b.w.cz. o subniskim poziomie g^stosci mocy.

Metoda i aparatura omowiona w artykule szczegolnie przydatna moze byc w diagnostyce i terapii stresu u ratow-nikow, pracuj^cych w warunkach permanentnego stresu.

Literatura

1. Pylypenko O.V., Yatsunenko A.G., Hryniuk V.A., Kamkov V.P., Punkturnaya elektrograficheskaya ekspress-diagnostika funktsionalnogo sostoy-aniya organizma cheloveka (Prakticheskoe ruko-vodstvo). Dnepropetrovsk: ITM NANU i NKAU, 2006. - 238 c.;

2. Pylypenko O.V, Yatsunenko A.G., Hryniuk VA., Kamkov VP.: Biorezonansnaya informatsionno-punktur-naya terapiya s isnolzovaniem elektromagnitnykh voln (Prakticheskoe rukovodstvo). Dnepropetrovsk: ITM NANU i NKAU, 2006. - 248 s.;

3. Devatkov N.D., Holant M.B., Betsky O.V.: Peculiarities od Medico-Biological Application of Millime-tric Waves (in Russian), Moscow: Institute of Radio Physics and Electronics of the Russian Academy of Sciences, 1994. c. 164.;

4. Chwaleba A., Yatsunenko A.G., Szczurko J, Vintman Z.L.: Therapeutic and diagnostic devices based on very high frequency and extremely low intensity electromagnetic radiation, X Mi^dzynarodowej Konfe-rencji " Covremennye informatsionnye i elektron-nye tekhnologii" - "SIET-2009", Odessa 18-22 maja 2009, Materialy konferencyjne, s. 176.;

5. Chwaleba A., Yatsunenko S.A., Podciechowski M., Yatsunenko A.G., Vintman Z.: Wymagania stawiane wspdlczesnej aparaturze stosowanej w energio-in-formacyjnych medycznych technologiach. XII Szko-la komputerowego wspomagania projektowania, wy-twarzania i eksploatacji, Materialy konferencyjne. Warszawa 2008, s. 243-247.;

6. Kamkov V.P., Yatsunenko A.G., Vintman Z.L, Para W., Szczurko J., Metodyka bezinwazyjnej punktowej immunodiagnostyki z zastosowaniem aparatury „Ra-med-ekspert", XIII Mi^dzynarodowa Szkola Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji, Jurata 11-15 maja 2009, Materialy konferencyjne, ISBN 978-83-61486-13-8, s. 163-170.;

7. Chwaleba A., Yatsunenko A. G., Szczurko J.: Zastoso-wanie modeli mechatronicznych zjawisk biorezonan-sowych wystqpujqcych w organizmie ludzkim w diag-

nostyce i terapii medycznej,Mechanik Nr 7/2010, PL ISSN 0025-6552, Index 36522X, s. 492-495.

Augustyn Chwaleba

prof. elektronik; specjalnosc metrología elektryczna - prze-twarzanie informacji pomiarowej; w ostatnim dwudzie-stoleciu zajmuje siç wykorzystaniem elektroniki i technik pomiarowych w medycynie; autor lub wspólautor okolo 200 publikacji - w tym : szeregu ksi^zek, artykulów i re-feratów, kilkunastu patentów, wielu opracowan aparatury kontrolno - pomiarowej.

Anatoly G. Yatsunenko

radiofizyk; specjalizuje siç w opracowywaniu aparatury mikrofalowej glównie na uzytek medycyny; jest glównym metrologiem Instytutu Mechaniki Technicznej Ukrainskiej Akademii Nauk; autor lub wspólautor okolo 140 publika-cji, ponad 60 patentów i 50 opracowan konstrukcyjnych aparatury mikrofalowej.

Volodymyr P. Kamkov

dr n. med. - internista; pracuje jako docent w Instytucie Mechaniki Technicznej Ukrainskiej Akademii Nauk i Instytucie Medycyny Konwencjonalnej i Niekonwencjonal-nej w Dniepropietrowsku; jest autorem i wspólautorem 4 monografii i okolo 100 artykulów i referatów.

Jan Szczurko

dr n. tech. - dyscyplina mechanika, specjalnosc-diagnostyka techniczna; adiunkt w Instytucie Sy-stemow Mechatromicznych Wydzialu Mechatroni-ki Wojskowej Akademii Technicznej; jest autorem i wspolautorem kilkudziesiçciu artykulow i refera-tow.

Sergey A. Yatsunenko - dr fizyki; specjalizuje siç w ba-daniach wlasciwosci optycznych polprzewodnikow; jest adiunktem w Instytucie Fizyki PAN; jest autorem i wspolautorem ponad 40 publikacji i patentu.

Jözef Szmitkowski

dr inz. elektryk - specjalnosc metrologia elektryczna; adiunkt w . Centrum Naukowo - Badawczym Ochrony Prze-ciwpozarowej - PIB; zajmuje siç analiz^. symulacyjn^. pol temperaturowych oraz detekj zagrozen ratownikow w trakcie akcji; jest autorem lub wspolautorem kilkudzie-siçciu artykulow i referatow.

Stefan Wilczkowski

dr inz. - specjalnosc chemia pozarnicza. Sekretarz Rady Naukowej Centrum Naukowo-Badawczego Ochrony Prze-ciwpozarowej - PIB. Autor 17 patentow oraz wielu opracowan i artykulow z zakresu chemii pozarniczej.

dr inz. Renata DOBRZYNSKA

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Wydzial Techniki Morskiej i Transportu Katedra Technicznego Zabezpieczenia Okr^tow

TOKSYCZNOSC PRODUKTOW ROZKLADU TERMICZNEGO

I SPALANIA PIANEK POLIURETANOWYCH STOSOWANYCH DO WYROBU MEBLI TAPICEROWANYCH

The toxicity of products of thermal decomposition and combustion of polyurethane foams used in manufacturing of upholstered furniture

Streszczenie

Podczas pozaru czlowiek narazony jest na dzialanie mieszaniny toksycznych gazow takich jak: tlenek w^gla, dwutle-nek w^gla, cyjanowodor, dwutlenek azotu, chlorowodor, dwutlenek siarki, itd. Wydzielane s^. one podczas rozkladu termicznego i spalania materialow znajduj^cych si§ w pomieszczeniu obj^tym pozarem. Najwi^ksze zagrozenie tok-syczne podczas pozaru pomieszczen mog^. stanowic meble tapicerowane. Przyczyn^. zagrozenia toksycznego w czasie pozaru mog^. byc produkty rozkladu termicznego i spalania pianek poliuretanowych stosowanych do wyrobu mebli tapicerowanych. Wyniki badan wskazuj^, ze juz w pocz^tkowej fazie rozwoju pozaru pianek poliuretanowych st^ze-nia tlenku w^gla i cyjanowodoru s^. cz^sto smiertelne dla czlowieka. Obecnie obowi^zuj^ce w budownictwie przepisy nie wymagaj^. oceny toksycznosci produktow rozkladu termicznego i spalania materialow stosowanych w budyn-kach mieszkalnych. Tymczasem dane statystyczne dotycz^ce ofiar pozarow wskazuj^. na znaczny procentowy udzial smiertelnosci spowodowanej dymem i toksycznosci^. produktow pozaru. W zwi^zku z tym istnieje potrzeba opracowa-nia metody oceny ilosciowej toksycznego zagrozenia pozarowego. Parametrem oceny materialow z punktu widzenia stwarzanego przez nie pozarowego zagrozenia toksycznego moze byc krotnosc przekroczenia st^zenia granicznego produktow rozkladu termicznego i spalania jednostki masy materialu spalonego w danych warunkach termicznych w pomieszczeniu o okreslonej obj^tosci. Zastosowanie w praktyce krotnosci przekroczenia st^zenia granicznego pro-duktow rozkladu termicznego i spalania materialow do oceny toksycznego zagrozenia pozarowego pozwoli na dobor odpowiednich materialow wyposazenia wn^trz, moze wplyn^c na zmniejszenie poziomu pozarowego zagrozenia toksycznego pomieszczen oraz umozliwi przeprowadzenie bezpiecznej ewakuacji ludzi z pomieszczen obj^tych pozarem w pocz^tkowej jego fazie.

Summary

During the fire the man is exposed to a mixture of toxic gases such as: carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen cyanide, nitrogen dioxide, sulphur dioxide, hydrogen chloride, etc. They are emitted during thermal decomposition and combustion of materials which they are in the room of the fire. The highest fire toxic hazard is caused by upholstered furniture. The cause of the toxic fire hazard may be the products of thermal decomposition and combustion of polyurethane foams used in manufacturing of upholstered furniture. Results of the research indicate that already in the initial phase of fire progress of polyurethane foams the concentration of carbon monoxide and hydrogen cyanide are often lethal for humans. Valid in building at present recipes do not require the evaluation of toxicity of products thermal decomposition and combustion materials used in habitable buildings. Meanwhile, statistic data concerning victims of fires indicate a significant percentage of mortality caused by smoke and fire products toxicity. In this connection, is a need to develop a method of quantitative evaluation. Parameter of quantitative evaluation of materials in view of toxic fire hazards may be exceed multiplication factor of critical concentration of products of thermal decomposition and combustion materials in room of specific volume after burning under specific thermal conditions material mass unit. Practical application of the exceed multiplication factor of critical concentration of products of thermal decomposition and combustion materials of quantitative evaluation of materials, would decrease fire toxic hazard level in rooms and it permits on selection of suitable materials of equipment interiors, to in initial phase of fire to assure people safe evacuation from fire rooms.

Slowa kluczowe: toksycznosc produktow pozaru, toksyczne zagrozenie pozarowe, bezpieczenstwo pozarowe; Keywords: toxicity of fire products, fire toxic hazard, fire safety;

Wprowadzenie

Toksycznosc produktow rozkladu termicznego i spa-lania materialu zalezy od skladu chemicznego jego pod-stawowego skladnika, natury chemicznej roznego rodzaju dodatkow, plastyfikatorow i wypelniaczy uzytych w celu osi^gni^cia poz^danych jego wlasciwosci uzytkowych oraz od warunkow, w jakich ten rozklad termiczny i spa-lanie zachodzi [12].

Obecnie na rynku jest bogaty wybor pianek poliure-tanowych, ktore stosowane s^. do wyrobu mebli tapice-rowanych. Wyniki badan wlasnych wskazuj^ ze mog^. one podczas pozaru powodowac powazne zagrozenie dla zdrowia i zycia ludzi, ze wzgl?du na emisj? toksycznych gazow - glownie tlenku w?gla i cyjanowodoru, ktorych st?zenia juz w pocz^tkowej fazie rozwoju pozaru s^. cz?sto smiertelne dla czlowieka . Ponadto, znajdu-j^ce si? w meblach tapicerowanych pianki poliuretano-we z dodatkiem srodka ogniouodporniaj^cego, podczas bezplomieniowego rozkladu termicznego mo g^. wydzie-lac duze ilosci dymu, ktory moze utrudniac lub nawe-uniemozliwic bezpieczn^. ewakuacj? [5]. Tymczasem przepisy obowi^zuj^ce w budownictwie nie stawiaj^. wy-magan materialom stosowanym do wyposazenia wn?trz w mieszkaniach, zapewniaj^cych pozarowe bezpieczen-stwa toksyczne [10]. W zwi^zkuztymdowyrobumebli tapicerowanych przeznaczonych do mieszkan, mozna stosowac dowolne pianki poliuretanowe bez wzgl?du na toksycznosc ich produktow rozkladu termicznego i spalania. Jakie s^. tego konsekwencje wskazuj^. dane statystyczne dotycz^ce ofiar pozarow pomieszczen mieszkalnych. Znaczny procentowy udzial smiertelnosci spowodowanej jest dymem i toksycznosci^. produktow pozaru (60% - 80%) [1,6,7,9,11].

Badania toksycznosci produktow rozkladu termicznego i spalania pianek poliuretanowych stosowanych do wyrobu mebli tapicerowanych

W celu okreslenia zagrozenia powodowrnzgo tok-sycznosci^. produktow rozkladu termicznego i spalania pianek poliuretanowych stosowanych do wyrobu mzbli tapicerowanych przeprowadzono badania wlasne tapi-cerskich pianek poliuretanowych b?d^cych produktami handlowymi dost?pnymi na polskim rynku (pianka PU 1 - Pianka PU 12). Badania przeprowadzono metod^. wg PN-B-02855 [8]. Metoda ta jest przeznaczonn do klasy-fikacji materialow. Na podstawie wynikow badan okresla si? czy produkty rozkladu termicznego i spalania bada-nych materialow s^. umiarkowanie toksyczne, toksyczne, czy bardzo toksyczne. Jest to zatem metod;- jako&iowa i nie daje podstaw do okreslenia rzeczywistego zagrozenia pozarowego. Jednak otrzymane wyniki badan mozna zastosowac rowniez do oceny ilosciowej tok-yczneko za-grozenia pozarowego.

Zasada metody polega na ilosciowym, chemicz-nym oznaczeniu produktow rozkladu term-maneek lob spalania materialow decyduj^cych o toksycznosci sro-

dowiska pozaru. Rozklad termiczny i spalanie probek przeprowadza si? w piecu z programowan^ w trzech temperaturach: 450oC, 550oC i 750oC. W czasie badan okresla si? st?zenia tlenku w?gla, dwutlenku w?-gla, chlorowodoru, cyjanowodoru, dwutlenku azotu i dwutlenku siarki. Na tej podstawie wyznacza si? emi-sj$ wiasciwq (Ei) wymienionych produktow rozkladu termicznego i spalania. Emisja wlasciwa oznacza mas? toksycznego produktu wytworzon^. w czasie rozkladu termicznego i spalania jednostki masy materialu w da-nych warunkach badania:

77 mt . -s

E = — > g g mP

(1)

gdzie:

Ei - emisja wlasciwa i-tego toksycznego produktu rozkladu

termicznego i spalania, g . g-1 mi - masa i-tego toksycznego produktu rozkladu termicz-

nego i spalania, g mp - masaprobkibadanego materialu, g

Wartosci srednie emisji wlasciwej produktow rozkladu termicznego i spalania wybranych pianek poliuretanowych przedstawionow Tabeli1.

Aby stwierdzic, czy st?zenia gazow wydzielaj^cych si? podczas rozkladu termicznego i spalania pianek poliu-retanowych mog^. byc szkodliwe dla zdrowia lub zycia ludzi narazonych na ich dzialanie, nalezy je odniesc do ich st?zen granicznych. Stgzenie graniczne LC 30,- danej sub-stancji toksycznej oznacza st?zenie powoduj^ce smierc 50% populacji przy 30 minutowej ekspozycji (Tabela 2).

Tabela 2.

St£zeniagraniczneproduktowrozkladutermicznego i spalania materialow

Table 2.

Criticalconcentration ofproductsofthermaldecom-position and combustion of materials

Produkty rozkladu termicznego i spalania (Products of thermal decompo-sitionand combustion) St^zeniagraniczne LC 50/ (Critical concentration)

g. m-3 ppm

Tlenek w?gla CO 3,75 2999

Dwutlenek w?gla CO2 196,4 99963

Cyjanowodor HCN 0,16 133

Dwutlenek azotu no2 0,205 100

Chlorowodor HCl 1 614

W celu oceny toksycznosci produktow rozkladu termicznego i spalania badanych pianek poliuretanowych wyznaczono krotnoscprzekroczenia stgzenia granicznego (Xg_) i-tego produktu rozkladu termicznego i spalania 1 kg materialu spalonego w danych warunkach termicz-nych w pomieszczeniuo obj?tosci 30 m3 (Vpom):

Tabela 1.

Emisja wlasciwa produktow rozkladu termicznego i spalania pianek poliuretanowych

Table 1.

Emission of products of thermal decomposition and combustion of polyurethane foams

Lp. Material (Material) Temperatura rozkladu termicznego, oC (Thermal decomposition temperature) Emisja wlasciwa produktow rozkladu termicznego i spalania, g/g (Emission of products of thermal decomposition and combu stion)

CO CO2 HCN NO2 HCl

1 pianka PU 1 450 0,068 0,010 0,0002 0,0000 0,0005

550 0,143 0,092 0,0006 0,0000 0,0002

750 0,015 1,492 0,0015 0,0001 0,0017

2 pianka PU 2 450 0,018 0,004 0,0004 0,0000 0,0018

550 0,055 0,123 0,0023 0,0000 0,0015

750 0,060 1,319 0,0056 0,0000 0,0101

3 pianka PU 3 450 0,015 0,014 0,0085 0,0000 0,0033

550 0,050 0,271 0,0472 0,0000 0,0052

750 0,039 0,534 0,0621 0,0001 0,0119

4 pianka PU 4 450 0,022 0,010 0,0008 0,0000 0,0033

550 0,066 0,125 0,0089 0,0000 0,0039

750 0,018 0,934 0,0065 0,0003 0,0034

5 pianka PU 5 450 0,061 0,077 0,0199 0,0001 0,0048

550 0,178 0,130 0,0201 0,0001 0,0057

750 0,091 1,834 0,0698 0,0001 0,0126

6 pianka PU 6 450 0,077 0,127 0,0020 0,0000 0,0056

550 0,053 0,256 0,0115 0,0000 0,0091

750 0,048 1,246 0,0113 0,0000 0,0115

7 pianka PU 7 450 0,090 0,166 0,0005 0,0000 0,0006

550 0,215 0,406 0,0151 0,0000 0,0002

750 0,045 1,401 0,0057 0,0005 0,0011

8 pianka PU 8 450 0,113 0,119 0,0003 0,0000 0,0005

550 0,214 0,436 0,0038 0,0000 0,0014

750 0,095 3,166 0,0124 0,0000 0,0052

9 pianka PU 9 450 0,012 0,020 0,0007 0,0000 0,0042

550 0,068 0,126 0,0061 0,0000 0,0044

750 0,071 0,903 0,0123 0,0001 0,0077

10 pianka PU 10 450 0,001 0,002 0,0006 0,0000 0,0022

550 0,074 0,261 0,0084 0,0000 0,0243

750 0,275 1,662 0,0385 0,0000 0,0078

11 pianka PU 11 450 0,036 0,020 0,0006 0,0000 0,0014

550 0,106 0,322 0,0064 0,0000 0,0006

750 0,073 1,558 0,0022 0,0000 0,0072

12 pianka PU 12 450 0,025 0,289 0,0006 0,0000 0,0013

550 0,138 0,289 0,0083 0,0000 0,0013

750 0,065 1,188 0,0130 0,0000 0,0091

n Abywamnekbezpieczenstwatoksycznegopodczas poza-

x —_' (2) ru byl spelniony:

gr _ '~Vpom • lc50 xgr _ , < 1 (3)

Wyniki przedstawiono w Tabeli 3.

Tabela 3.

Krotnosc przekroczenia stçzenia granicznego produktow rozkladu termicznego i spalania pianek poliuretanowych

Table 3.

Exceed multiplication factor ofcriticalconcentrationofproductsofthermaldecompositionandcombustion

of polyurethane foams

Lp. Material (Material) Temperatura rozkladu termicznego, oC (Thermal decomposition temperature) Krotnosc przekroczenia stçzenia granicznego (Exceedmultiplication factor of critical concentration)

1 pianka PU 1 CO CO2 HCN NO2 HCl

450 0,6 0,002 0,04 0,000 0,02

550 1,3 0,016 0,13 0,000 0,01

750 0,1 0,253 0,31 0,016 0,06

2 pianka PU 2 450 0,2 0,001 0,08 0,000 0,06

550 0,5 0,021 0,48 0,000 0,05

750 0,5 0,224 1,17 0,000 0,34

3 pianka PU 3 450 0,1 0,002 1,77 0,000 0,11

550 0,4 0,046 9,83 0,004 0,17

750 0,3 0,091 12,94 0,014 0,40

4 pianka PU 4 450 0,2 0,002 0,17 0,003 0,11

550 0,6 0,021 1,85 0,004 0,13

750 0 2 0 159 1,35 0,049 0,11

5 pianka PU 5 450 0,5 0,013 4,15 0,011 0,16

550 1,6 0,022 4,19 0,013 0,19

750 14,54 0,012 0,42

0,8 0,311

6 pianka PU 6 450 0,7 0,022 0,42 0,000 0,19

550 0,5 0,043 2,40 0,002 0,30

750 0,4 0,211 2,35 0,002 0,38

7 pianka PU 7 450 0,8 0,028 0,10 0,000 0,02

550 1,9 0,069 3,15 0,000 0,01

750 0,4 0,238 1,19 0,078 0,04

8 pianka PU 8 450 1,0 0,020 0,06 0,000 0,02

550 1,9 0,074 0,79 0,000 0,05

750 0,8 0,537 2,58 0,000 0,17

9 pianka PU 9 450 0,1 0,003 0,15 0,000 0,14

550 0,6 0,021 1,27 0,002 0,15

750 0,6 0,153 2,56 0,015 0,26

10 pianka PU 10 450 0,0 0,000 0,12 0,001 0,07

550 0,7 0,044 1,76 0,001 0,81

750 2,4 0,282 8,01 0,006 0,26

11 pianka PU 11 450 0,3 0,003 0,12 0,002 0,05

550 0,9 0,055 1,33 0,002 0,02

750 0,6 0,264 0,46 0,004 0,24

12 pianka PU 12 450 0,2 0,049 0,13 0,001 0,04

550 1,2 0,049 1,73 0,001 0,04

750 0,6 0,202 2,72 0,007 0,30

Na podstawie otrzymanych wynikow mozna stwier-dzic, ze badane pianki poliuretanowe vroc^iekjripod^cc^i^s? rozkladu termicznego i s^ania dwuOonek w^g^ ewutlo-nek azotu i chlorow odor w ilosciach, ktore nie zagrazaj^. zyciu czlowieka. Sz esc badanych pianek poliuretanowych moze podczas pozaru powodowac toksyczne zagrozenie pozarowe ze wzglodu na emisj? tlenku w^gla. W ich przy-padku krotnosc przekroczenia st^zenia granicznego CO jest wi^ksza od 1, a to oznacza, ze warunek pozarowego

retanowej, to wbrew pozorom nie jest duzo. Tylko w sie-d^p^isku fotela topieeoowanego o wymiarach 45x45x7,5 cm moze onafdowac fie ca oMo Op kg do 1,5 kg pianki poliuretanowej. W zwi^zku z tym niezwykle istotne jest, aby stosowac w meblach tapicerowanychi taU:ie pianki po-liuretanowe, ktore w pocz^tkowej fazie roZwoju pozaru nie b^d^. wydzielaly gazow w smiertelnydi zlla czlowieka st^zeniach i umozliwi^. mu bezpieczn^ ewZkuacj? z po-mieszczenia obj^tego pozarem.

Rys. 1.Krotnosc przekroczenia st^zenia granicznego tlenku w^gla Fig. 1. Exceed multiplication factor of critical concentration of carbon monoxide

g 3,0 2,5

>

2,0

O 0,5

550 750

Temteratura rozkfadu termicznego, oC

I pianka PU 1 I pianka PU 2 pianka PU 3 I pianka PU 4 I pianka PU 5 pianka PU 6 I pianka PU 7 I pianka PU 8 pianka PU 9 I pianka PU 10 pianka PU 11 pianka PU 12

Ryc. 1. Krotnosc przekroczenia st^zenia granicznego tlenku w^gla Fig. 1. Exceed multiplication factor of critical concentration of carbon monoxide

Rys. 2. Krotaosc prieOrocieaif st^zeaif urgaiciaeuo cyjgaowodoru Fig. 1. Exceed multiplication factor of critical ecaceakrfkica of hydrogen cygaide

■ pianka PZ i

■ pianka PZ l liania PZ l

■ liania PZ 4

■ liania PZ 5 liania PZ 6

■ liania PZ 7 Ipiania PZ 8

piania PZ 9

■ piania PZ iO piania PZ ii piania PU il

Temperatura rozktadu termicznego, oC

Rys. 2. Krotnosc przekroczenia st^zenia granicznego cyjanowodoru Fig. 2. Exceed multiplication factor of critical concentration of hydrogen cyanide

bezpieczenstwa toksycznego nie jest spelniony (Rys. 1). Najwi^ksze zagrozenie dla zycia ludzkiego moze podczas pozaru badanych pianek poliuretanowych powodowac emisja cyjanowodo rn. Po spaleniu 1 kg wi^kszosci badanych pianek w pomieszczeniu o obj°tosci 30 m3 ste^issut^«; graniczne cyjaoowodoru zoetame prze kroczone wMofaot-nie (Rys. 2). Nalezy zwrocic uwag§, ze 1 kg pianki poliu-

Wnioski

• Tapicerskie pianki poliuretanowe pi^oduktami

handlowymi dost^pnymi na polskim ryriku mog^. stwa-rzac powazne zagroze nie toksyczne w czasie jpo zaru. k Na-weiokszezcgrozewepodazaepoeam pianek po-liuretanowych stosowanych do wyrobu mebli tapi-

1,5

1,0

0,0

cerowanych moze powodowae emisja tlenku wçgla i cyjanowodoru.

• Stçzenia tlenku wçgla i cyjanowodoru wydzielanych podczas rozkladu termicznego i spalania pianek poliuretanowych przekraczaj^. stçzenia graniczne tych gazów, co moze powodowae smiertelne zagrozenie w czasie pozaru.

• Krotnose przekroczenia stçzenia granicznego po-zwala na dokonanie oceny toksycznego zagrozenia pozarowego.

Literatura:

1. Asgary A., Ghaffari A., Levy J., Spatial and temporal analyses of structural fire incidents and their causes: A case of Toronto, Canada, Fire Safety Journal 45 (2010) 44-5l;

2. Dobrzynska R., Ocena poziomu zagrozenia toksyczne-go pomieszczen mieszkalnych na statku w poczqtkowej fazie rozwoju pozaru. Perspektywy rozwoju systemów transportowych, Materialy VIII Konferencji Okrç-townictwo i Oceanotechnika Szczecin: Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecinskiej, 200б s. 67-15;

3. Dobrzynska R., Ocena zagrozenia toksycznego w czasie pozaru ukiadów tapicerskich stosowanych do wyrobu mebli tapicerowanych, Archiwum Spalania Vol. 10 (2010) nr 1-2 s. 1-9;

4. Dobrzynska R., Selection of outfitting and decorative materials for ship living accommodations from the point of view of toxic hazard in the initial phase of fire, Polish Maritime Research Vol. 1б, No 2 (2009), s. 72-14;

5. Dobrzynska R., Wpiyw ilosci srodków ogniouodpor-niajqcych na wydzielanie toksycznych produktów rozkiadu termicznego pianek poliuretanowych, XLII

Zjazd Naukowy Polskiego Towarzystwa Chemiczne-go I Stowarzyszenia Inzynierow I Technikow Prze-myslu Chemicznego, Rzeszow 1999;

6. Irvine D.J., McCluskey J.A., Robinson I.M., Fire hazards and some common polymers. Polymer Degradation and Stability 67 (2000) 383-396

7. Kobes M., Helsloot I., de Vries B., Post J.G.: Building safety and human behaviour in fire: A literature review, Fire Safety Journal 45 (2010) 1-11

8. PN-88/B-02855. Metoda badania wydzielania toksycznych produktow rozkladu i spalania materialow

9. Polka M., Piechocka E., Co czyha we wnçtrzu?, Prze-gl^d pozarniczy (2008) 8, str. 28-31;

10. Rozporz^dzenie Ministra Infrastruktury z dn. 12 mar-

ca 2009 r. w sprawie warunkow technicznych, jakim powinny odpowiadac budynki i ich usytuowanie (Dz. U. nr 56, poz. 461 z pozn. zm.)

11. Stec A.A., Hull T.R., Fire toxicity, University of Central Lancashire, UK 2010;

12. Sychta Z., Spowolnienie procesu rozkiadu termicznego i spalania materiaiow podstawowym warunkiem bezpieczenstwa pozarowego obiek-tow technicznych. Prace Naukowe Politechniki Szczecinskiej nr 570, Szczecin, 2002.

dr inz. Renata DOBRZYNSKA

jest adiunktem w Katedrze Technicznego Zabezpiecze-nia Okrçtow Wydzialu Techniki Morskiej i Transporta Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie. Glown^. tematyk^. jej zainteresowan na-ukowych jest inzynieria bezpieczenstwa pozarowego ze szczegolnym uwzglçdnieniem toksycznosci produktow pozaru.

Dr.-Ing. Hauke SPETH

Institute for Fire and Rescue Technology in Dortmund

END-USER ORIENTED RESEARCH: ABOUT THE BENEFITS FOR LOCAL SAFETY AND SECURITY

Badania zorientowanne na uzytkownika koncowego: korzysci dla bezpieczenstwa i ochrony spolecznosci lokalnej

Summary

Research activities within the field of civil safety and security are comparatively new tasks for German fire brigades and disaster management authorities. For a long time, the field has been dominated by military demands and aimed strongly towards military results. The changes in the global safety situation have over the last decade brought a significant increase in financial support for civil research activities, e. g. within the 7th European Framework Programme or several national programmes. Most of these programmes require the co-operation of research institutions, industrial partners and endusers. In Germany, fire brigades are organised on a municipal level. The municipalities are responsible for fire prevention and suppression, counties and county boroughs are responsible for disaster management. There is no centralised fire brigade on the level of the states (Länder) or even the national level: The Länder are responsible for the legal framework and certain central support measures such as officer's training. The national level plays a role in civil protection only in case of tension or defence. Therefore, no central research institutions for fire and rescue tasks exist on these levels, and the legal framework does not address the necessity of research on the municipal level. Nevertheless, several German fire brigades show own activities and participate in various programmes. The presentation will discuss which positive effects these activities have on the fire brigades. Also, it will deal with the questions how the strongly decentralised structures of the fire brigades can despite be used to obtain a common picture of the demands the end-users have regarding topics to be addressed: Only showing activities in the area of research today will enable the end-users to have a strong impact on the development of the technology which will be in use ten years from now.

Streszczenie

Dzialania badawcze w zakresie bezpieczenstwa cywilnego i bezpieczenstwa s^. stosunkowo nowym zadaniem dla nie-mieckiej strazy pozarnej i sluzb zarz^dzania kryzysowego. Od dluzszego czasu, ten obszar byl zdominowany przez po-trzeby wojska i silnie skierowany ku wojskowym wynikom. Zmiany w sytuacji globalnego bezpieczenstwa, w ci^gu ostatniej dekady, przyniosly znaczny wzrost wsparcia finansowego dla cywilnych dzialan badawczych, np. w ramach 7. Europejskiego Programu Ramowego lub poszczegolnych programow krajowych. Wi^kszosc z tych programow wymaga wspolpracy instytucji badawczych, partnerow przemyslowych i uzytkownikow koncowych. W Niemczech straz pozarna jest zorganizowana na poziomie gmin. Gminy s^. odpowiedzialne za zapobieganie i gaszenie pozarow, a powiaty i gminy powiatowe s^. odpowiedzialne za zarz^dzanie kryzysowe.

Nie ma scentralizowanej strazy pozarnej na szczeblu krajow zwi^zkowych (Länder) lub nawet na poziomie krajowym: Kraje Zwi^zkowe (Länder) s^. odpowiedzialne za ramy prawne oraz niektore glowne srodki wsparcia, takie jak szkolenie oficerow. Krajowy poziom odgrywa wazn^. rol§ w zakresie ochrony ludnosci tylko w sytuacjach napi^c lub obrony. Dla-tego tez niescentralizowane instytuty badawcze pracuj^ce dla dziedziny ochrony przeciwpozarowej i ratownictwa istniej^. wlasnie na na tym poziomie podzialu administracyjnego, a prawne ramy nie s^. ograniczone koniecznosci^. badania na poziomie gminy.

Jednak wiele niemieckich jednostek organizacyjnych strazy pozarnej wykazuje si§ duz^. aktywnosci^. i uczestniczy w roz-nych programach. Niniejszy artykul omowi, jakie pozytywne efekty dla strazy pozarnej maj^. tego rodzaju dzialania. Postara si§ takze omowic jak silnie zdecentralizowane struktury strazy pozarnej obrazuj^. wspolne potrzeby uzytkownikow koncowych. Ich aktywnosc na polu badan pozwoli im miec duzy wplyw na rozwoj technologii, ktora b^dzie stosowana w ci^gu nast^pnych 10 lat.

Slowa kluczowe: straz pozarna, ochrona przeciwpozarowa, uzytkownik koncowy, badania, Republika Federalna Niemiec;

Keywords: fire service, fire protection, end-user, research, Federal Republic of Germany;

Research activities in the field of civil safety and security are comparatively new tasks for German fire brigades and disaster management authorities. For a long time, the field has been dominated by military demands and strongly aimed towards military results and solutions. The actors in this field traditionally have in the past received quite intense financial grants. Civil applications often have been modifications or spin-offs of military technologies. Nevertheless, the changes to this research field have been significant in the last decades. The change of the global safety situation have brought a significant increase in financial support for civil safety and security research activities, e. g. within the 7th European Framework Programme or several national programmes such as the programme "Research for Civil Security" funded by the German Federal Government. In future, the support for civil safety and security research still will increase. With "Horizon 2020", the European Commission has launched another large-scale funding programme which will enable a cross-border and multi-disciplinary research over several years. But research shall not be done for its own purpose, but has to be based on the needs and demands of the end-users. Therefore, most of these programmes mandatorily require the co-operation of (university or non-university) research institutions with both industrial partners and end-users. Besides, it is stated that scenario-driven research approaches will be supported stronger. However, this ideal state of co-operation is in Germany not reached until today in safety and security research. While research institutions and industrial partners are used to the methods and procedures of research funding, most organisations participating in the systems of disaster management still have to adapt to the system of calls, tenders and grants. Taking a closer look at the structure of disaster management in general and fire brigades in special, the reason for this can be understood better.

Structure of Fire Brigades and Disaster management in Germany

After World War 2, Germany was designed and rebuilt as a federal republic, so the political and administrative systems show a strongly decentralised structure. Additionally, there is a clear separation between police and non-police tasks and their operations. The consequence is a comparatively complex system of roles and responsibility also in the area of disaster management which is based on the principles of federalism and subsidiarity. The Fire Brigades are organised on a municipal level. The municipalities are by law responsible for both fire prevention and suppression; counties and county boroughs are responsible for establishing a disaster management system and obtaining an emergency medical service. Even in case of large-scale incidents, incident command will therefore always remain on the level of a county or county borough.

There is no centralised fire brigade on the level of the 16 German states (Länder) or even at the national level: The states are responsible for setting up the legal framework and certain central support measures such as high-level co-ordination in case of incidents, officer's training or financial / technical support for highly specialised forces. In consequence, this leads to 16 different fire service and disaster management laws. The national level plays a role in civil protection only in case of tension or defence, supports certain high-level trainings and gives financial / technical support to the states. Therefore, there is no central research institution for fire and rescue tasks on the national level in Germany, and the legal framework of the states also does not address the necessity of safety and security research on the municipal level.

„Solution looking for a problem ... ?"

Despite the problems pointed out above, only showing today activities in the area of research will enable the fire brigades to give a strong impact on the development of the technology which will be in future use several years from now. Several German fire brigades therefore do show own research activities and participate in various programmes. Innovations can be successful when they will find acceptance among the end-users. Thus, it is on the one hand consequent to participate in research programmes. But since Fire Brigades are municipally organized, there are many brigades, but all of a relatively small size compared to organisations of the states or national agencies or institutions. Thus, it is difficult to be steadily active in the field of research. Additionally, the tense financial situation in the majority of German municipalities often is a reason for not participating in research projects. Obviously, one is then in danger of lose track to the state of art of technical developments. Besides, the present funding instruments will in any way be used by those being able to establish cooperation consortia and produce tenders to research calls. Obtaining a more or less passive role, Fire Brigades often are taken into a consortium in a relatively late stage when they will not be able to influence the contents of the cooperation. As a result, it can frequently be observed that new technical solutions are developed which in the end do not meet and have never met the needs of the end-users or do not correspond to the structures of disaster management.

Benefit of a common approach

One way to overcome the obstacles mentioned above is to cooperate. In the state of North-Rhine Westphalia (NRW), the Federation of Professional Fire Brigades Chiefs (Arbeitsgemeinschaft der Leiter der Berufsfeuerwehren - AGBF) for this purpose has established a permanent working group "Research" in which Fire Brigades with an interest in safety and security research topics can exchange their experiences. A position paper showing the research needs and demands of the end-users

has currently been developed as one of the first results of the working group. This paper shall help potential industrial or scientific partners to recognize the needs of the Fire Brigades already in a very early concept stage of a consortium. Furthermore, the working group carries out information events to inform potential partners about the structure of Fire Brigades and their research needs and demands. Additionally, the German Fire Protection Association (GFPA, Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes e. V. - vfdb) is an important national and international platform to establish contacts between fire brigades and industry or universities. Last not least the German Fire Brigades Association (Deutscher Feuerwehrverband - DFV) has recognized the importance of research for fire brigades and has placed this topic as a key assignment within its steering committee.

Federalism can work well

All efforts to cooperate shall not aim towards centralised structures in which research work is structured with regards to contents or distributed to certain fire brigades. This would on the one hand not fit to the decentralised structures of the German fire brigades. On the other hand, it would be a contradiction to the character of science itself where progress always is achieved in a healthy competition of various institutions. We have to concentrate on defining our research needs and demands on a broad and common basis and influencing the future funding programmes with regards to both content and general conditions.

Institute for Fire Service and Rescue Technology (IFR)

The City of Dortmund Fire Brigade (FDDO) is active within the field of research for more than ten years now and has, so to say, carried out safety and security research even before this term has been invented. With a staff of approx. 750 professional and 850 voluntary members, FDDO is the 6th largest fire brigade in Germany and provides safety for about 600.000 inhabitants of Dortmund. IFR has been established as a research institute within the fire brigade in 2006 and currently focuses its research on information and communication technology, me-chatronical and robotical systems as well as on decision support instruments. Starting with end-user expertise in several single projects, IFR now looks back on 16 national and international projects and has developed a structure which combines both scientific work and end-user expertise. Scientists, some of them with a background in fire-fighting, closely work together with fire fighters or officers with a broad all-day operational expertise. Since IFR also has an appropriate administrative background, the institute is also able to handle co-ordination tasks such as the leadership of a consortium or the management of the permanent working group "Research" of AGBF NRW.

Some project examples: AirShield, NIFTi and ANCHORS

IFR has been involved in the national project Air-Shield1 and is involved as full partner in the EU project NIFTi2 (Natural Homan-Robot Co-operation in Dynamic Environment) and acts as full partner and co-ordinator of the German consortium in the French-German cooperation ANCHORS3 (Ad-hoc Network for Crisis Management and Hostile Environment Sensing).

Fig. 1. AirShield: Quadrocopter as part of the AirShield Swarm during the practical demonstration

The focus of NIFTi lies on a simplified and intuitive interaction between humans and robots, for which both unmanned ground (UGV) and aerial vehicles (UAV) are used.

AirShield aimed towards designing an autonomous swarm of several UAV which can be used for measurements of hazardous substances. The command and control task for a human operator should be limited to an absolutely necessary minimum, so that the swarm can perform several operations (measuring path, area coverage, holding position and distance) on its own. IFR has been active in defining use-cases and scenarios and has performed several practical test operations in field. The AirShield project has been completed with the end of 2011 and has demonstrated the feasibility of the concept in various exercises. FDDO will keep two quadrocopters from the AirShield projectand currently is working on bringing themfrom the demonctration phase into an ocerational use for bll-day emetgency operation wilh e 24/7 availabihty

' Mj

Fig. 2. ANCHORS (left) andNIFTi(right): Unmanned ground and aerial vehicles in combined operations

1 http://www.airshield.de/

2 http://www.nifti.eu/

3 http://www.anchors-project.org/

ANCHORS aims at larger-scale scenarios and will combine the operations of UAV swarms with UGV operations. The basic idea is to let UAV enter large-scale contaminated areas on a carrier (anchor) platform which will transport the UGV swarm as close as possible to the incident scene where the UAV will then be released to perform their operation. During the operation, the UGVs will return to their anchor platform to have their batteries automatically recharged. Since the flight time of UAVs is limited to a maximum of 30 minutes depending on the load they carry, response and return times can be minimized and operational air time is kept high. It will be able to access and assess highly dangerous scenes by using the ANCHORS system without bringing personnel into dangerous situations. Even though the project still is in the research phase, FDDO will also draw a direct profit since parts from the system will remain with FDDO in operation. Besides, being active as coordinator already in very early stages of the project definition has made it possible to give the right impact to the project in order to meet the demands and structures of disaster management. This increases the probability that the system one day finds its way into real operations.

Benefit beyond Disaster Management

Being active in the field of security research can also have impacts beyond the plain development of new technologies for operations. By cooperating in research consortia, further business partners draw a profit from these works either because they can be integrated into the works or because the may act as further suppliers of technology. This can, depending on the structure of the consortia, have an impact on a region as well and may for a city lead to a lo-cational advantage - not only due to an increased operational capability of the Fire Brigade, but also due to scientific reputation in case a scientific cluster will develop.

dr ing. Hauke Speth

absolwent wydzialu Mechanicznego Uniwersytetu w Aachen (1998).

W 2003 r. uzyskal stopien doktora inzyniera na tym sa-mym Uniwersytecie. Od 1994 r. zwi^zany ze straz^. pozar-pocz^tkowo z jej strukturami ochotniczymi. Byl koor-dynatorem wielu projektów realizowanych w dziedzinie bezpieczenstwa. Obecnie, od 2011 r. pracuje na stanowi-sku dyrektora Institute for Fire and Rescue Technology w Dortmundzie.

st. kpt. mgr inz. Rafa! POROWSKI1 mgr inz. Wojciech RUDY

Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpozarowej

Panstwowy Instytut Badawczy

prof. dr hab. inz. Andrzej TEODORCZYK

Wydzial Mechaniczny, Energetyki i Lotnictwa

Politechnika Warszawska

ANALIZA METOD BADAWCZYCH GRANIC WYBUCHOWOSCI CIECZY PALNYCH

Analysis of experimental methods for explosion limits of flammable liquids

Streszczenie

W artykule tym dokonano przegl^du metod oraz stanowisk badawczych sluz^cych do okreslania granic wybuchowosci cieczy palnych. Zaprezentowano tu stanowiska i metody zalecane przez mi^dzynarodowe standardy, takie jak PN-EN, czy ASTM. Opisano rowniez prowadzone dotychczas wybrane prace naukowe w zakresie badan eksperymentalnych granic wybuchowosci cieczy palnych. Artykul ten stanowi przegl^d dost^pnych metod badawczych oraz aparatury do prowadze-nia pomiarow granic wybuchowosci cieczy palnych na potrzeby bezpieczenstwa w przemysle.

Abstract

This paper presents a state of the art on testing methods and experimental facilities for determination explosion limits of vapors from combustible liquids. The paper presents facilities and testing methods recommended by international standardization authorities, e.g. PN-EN and ASTM standards. Also a survey of experimental research works on explosion limits of flammable liquids is given. The paper summarizes the available testing methodologies and facilities which can be necessary for proper determination of vapors flammability in the process industries.

Slowa kluczowe: granice wybuchowosci, ciecze palne, spalanie cieczy, wybuchowosc; Keywords: explosion limits, flammable liquids, combustion of liquids, explosibility;

Wprowadzenie

Z uwagi na bezpieczenstwo transportu i magazyno-wania substancji palnych, parametry wybuchowosci, takie jak granice wybuchowosci, minimalna energia zaplo-nu, czy minimalna temperatura zaplonu s^. od wielu lat badane przez instytuty badawcze na calym swiecie, jak równiez stosowane jako kryteria bezpieczenstwa w kartach charakterystyk paliw samochodowych i lotniczych, w tym równiez paliw cieklych [1-2]. Obowi^zek posia-dania przez producentów i dystrybutorów kart charakte-rystyk substancji niebezpiecznych dla paliw samochodo-wych i lotniczych zapewnia odbiorcom tych paliw wiedz? o potencjalnych zagrozeniach pozarowo-wybuchowych, a takze ulatwia proces projektowania i doboru technicz-nych systemów zabezpieczen zwi^zanych z transportem oraz magazynowaniem tych paliw. Brak posiadanej wie-dzy na ten temat zwi?ksza ryzyko wyst^pienia zdarzen

1 Autorzy w równych cz?sciach (1/3) przyczynili si? do po-wstania artykulu.

niepoz^danych, niejednokrotnie o katastroficznych skut-kach, tj. pozarów, czy wybuchów, do których moze dojsc podczas niewlasciwego magazynowania, uzytkowania, czy tez transportu paliw [3].

Metody badawcze

Jedn^. z metod eliminowania zagrozen zwi^zanych z wybuchem substancji palnych jest zapobieganie tworze-niu si? atmosfery wybuchowej gazów i/lub par z powie-trzem [3]. Aby uzyskac w wyniku badan wiarygodne i po-równywalne wyniki nalezy ujednolicic metod? badawczy tj. wykorzystywan^. aparatur? i procedury. W tym celu wprowadzono normy badawcze dokladnie opisuj^ce spo-sób, w jaki okreslane powinny byc granice wybuchowosci gazów i par zarówno st?zeniowe [4], jak i temperaturowe [5]. W celu unikania zagrozenia wybuchem nalezy sto-sowac odpowiednie srodki zapobiegaj^ce tworzeniu si? atmosfery wybuchowej. W tym celu konieczne jest okre-slenie granic wybuchowosci substancji palnych. Granice wybuchowosci zalez^. od wielu czynników, takich jak:

• wlasciwosci substancji palnych,

• temperatura i cisnienie pocz^tkowe,

• rozmiar i ksztalt urz^dzenia badawczego,

• zrodla zaplonu (rodzaj i energia),

• kryterium dla oznaczania granicy (kryterium dla sa-mopodtrzymuj^cego si§ spalania).

Z uwagi na fakt, iz nie jest mozliwe okreslanie gra-nic wybuchowosci dla wszystkich substancji palnych przy pomocy jednej metody badawczej, standardy dopuszcza-j^. wykorzystanie roznych metod w zaleznosci od rodzaju substancji. Norma PN-EN 1839 [4] dopuszcza i opisuje dwie metody okreslania st^zeniowych granic wybuchowosci gazow i par cieczy:

• metody T, tzw. metody „rury",

• metody B, tzw. metody „bomby".

Jak stwierdza powyzsza norma, na ogol metoda T daje szerszy zakres wybuchowosci, niz metoda B. Roz-nice w wartosciach si^gaj^. nawet do 10 %. W metodzie T naczynie badawcze jest cylindryczne, badana mieszani-na wprowadzana jest od dolu do gory, do momentu, gdy mieszanina w naczyniu zostanie calkowicie zast^piona now^. W mieszaninie inicjuje si§ zaplon przy pomocy se-rii iskier indukcyjnych i obserwuje, czy zachodzi zjawisko oderwania plomienia, na co najmniej 100 mm od prze-rwy iskrowej lub zaobserwowano tzw. zjawisko poswiaty osi^gaj^ce szczyt rury lub na wysokosc co najmniej 240 mm. Zawartosc badanej substancji w powietrzu zmienia si§ krokowo, az do ustalenia dolnej lub gornej granicy wybuchowosci, w skrocie odpowiednio DGW i GGW. Apa-ratura badawcza do tej metody sklada si§ z nast^puj^cych elementow [4]:

• zbiornika badawczego - pionowy, cylindryczny wy-konany ze szkla lub innego przezroczystego materia-lu o srednicy wewnçtrznej 80 mm i min. dlugosci 300 mm;

• zrodla zaplonu - seria iskier indukcyjnych pomiç-dzy dwiema elektrodami umieszczonymi w odleglo-sci 60 mm nad dnem zbiornika. Czas wyladowania iskrowego to 0,2 z energi^. wyladowania ok. 10 W;

• urz^dzenia do sporz^dzania mieszanin;

• urz^dzenia do regulacji temperatury;

• wyposazenia zabezpieczaj^cego.

Schemat stanowiska badawczego do pomiarow granic wybuchowosci par cieczy palnych wg metody T przedsta-wiono na Rysunku 1.

Ze wzglçdu na poprawnosc badania wymagane jest, aby uzyte substancje mialy odpowiedni^ czystosc, nie mniejsz^. niz 99,8 % wyrazone jako ulamek molowy. Nie-dopuszczalna jest obecnosc wody lub oleju.

W metodzie B urz^dzenie badawcze jest sferyczne lub cylindryczne (stosunek dlugosci do srednicy musi za-wierac siç w przedziale 1 a 1,5) o pojemnosci co najmniej 0,005 m3. W mieszaninie inicjuje siç zaplon i mierzy nad-cisnienie spowodowane zaplonem, ktore charakteryzuje wybuchowosc danej mieszaniny. Aparatura badawcza sklada siç z nastçpuj^cych elementow:

• zbiornika badawczego,

• urz^dzenia zaplonowego emituj^cego seriç iskier indukcyjnych lub przepalaj^cy siç drut topikowy,

• urz^dzenia do przygotowywania mieszaniny metody cisnien cz^stkowych;

• ukladu pomiaru cisnienia - przetwornik cisnienia, wzmacniacz, urz^dzenie rejestruj^ce;

10 j

sa

V//////A

M

7

6 i

/A//////////////M

Opis (Specification)

1 Zbiomik badawczy (Research tank)

2 Elektrody (Electrodes)

3 Zawor trojdrozny (Three-way valve)

4 Zbiomik do mieszania (Mixing tank)

5 Urz^dzenie dozuj^ce (Dosing device)

6 Transformator wys okonapi^ ciowy (High voltage transformer)

7 Przekaznik czasowy (Time transmitter) S Urz^dzenie do utrzymywania temperatury (Thermostat)

9 Substancja palna (Combustible substance)

10 Powietrze (Air)

11 Zasilanie (Power)

Ryc. 1. Schemat stanowiska badawczego do oznaczania stçzeniowych granic wybuchowosci metody T. Fig. 1. Scheme of apparatus for determination of explosion limits by T method.

• ukladu pomiaru temperatury;

• wyposazenia zabezpieczaj^cego.

Sahemat ttanowiskabadawczego dd pomiarów granic \obuchowoscioarcieczy palnych wg metody B przedsta-wiono na Rysunku 2.

Ryc. 2. Stanowiskodooznaczania stçzeniowychgranic

wybuchowosci metody Bopoj.20litrów, stosowane wPolitechnice Warszawskiej [4].

Fig. 2. 20-litre sphere for determination of explosion limits by B method, used by Warsaw University of Technology [4].

Ciecze palne mog^. stwarzac zagrozenie wybuchem w wyniku ich parowania oraz utworzenia atmosfery wybuchowej z powietrzem. W celu oceny prawdopodobien-stwa powstania atmosfery wybuchowej konieczne jest zatem poznanie temperaturowych granic wybuchowosci cieczypalnych.Granicetezalez^wszczególnosci od:

• wlasciwosci cieczy palnej (prçznosci pary, skladu chemicznego cieczy),

• cisnienia pocz^tkowego,

• wielkosci i ksztaltu naczynia oraz procentowego jego wypelnienia cieczy,

• zródla zaplonu (rodzaju i energii),

• kryterium samo-rozprzestrzeniaj^cego siç spalania.

Temperaturowa granica wybuchowosci cieczy jest za-zwyczaj nizsza niz jej temperatura zaplonu. Dla czystych substancji róznica moze dochodzic do 10 K natomiast dla mieszanin nawet do 25 K. Niektóre ciecze mog^. miec granice wybuchowosci, ale nie posiadaj^. temperatury zaplonu dlatego charakteryzuj^. siç temperaturow^. granice wybuchowosci. Aparatura badawcza do pomiaru temperaturowych granic wybuchowosci sklada siç z [5]:

• naczynia badawczego bçd^cego pionowym cylin-drycznym zbiornikiem o srednicy wewnçtrznej po-

miçdzy 80 a 100 mm i wysokosci pomiçdzy 300 a 500 mm, wykonanym ze szkla odpornego na cis-nienie 10 bar;

• komory grzewczej/chlodz^cej z cyrkulaj powietrza i izolowanej od podloza o objçtosci co najmniej 10-krotnosci objçtosci naczynia badawczego i wspól-czynniku wymiany powietrza co najmniej 10 wy-mian powietrz na godzinç;

• urz^dzenia zaplonowego, tj. seria iskier indukcyjnych pomiçdzy dwiema elektrodami;

• mieszadla magnetycznego zanurzonego w badanej cieczy;

• barometru o dokladnosci pomiaru do 0,1 kPa.

Schemat stanowiska badawczego do pomiarów tem-peraturowych granic wybuchowosci par cieczy palnych przedstawiono na Rysunku 3.

Ryc. 3. Stanowisko do pomiaru temperaturowych granic wybuchowosci cieczy palnych stosowane w Politechnice Warszawskiej [5].

Fig. 3. Apparatus for determination of explosion limits used by Warsaw University of Technology [5].

Wedlug metody badawczej opisanej w standardzie PN-EN 15794 [5], kryterium zaplonu (samo rozprzestrze-niaj^cego siç spalania) jest:

• wizualna obserwacja oderwania siç plomienia na co najmniej 100 mm od iskiernika lub;

• osi^gniçcie szczytu naczynia lub;

• alternatywnie jako zaplon mozna uznac wzrost temperatury o 1 K zmierzony przez termoparç umiesz-czon^. w fazie gazowej.

Przy okreslaniu dolnej lub gornej temperaturowej granicy wybuchowosci nalezy stosowac krok temperatu-rowy rowny 5 K, az do osi^gniçcia wyniku negatywnego, nastçpnie stosowac kroki temperaturowe 1 lub 2 K, az do

osiegni?cia wyniku negatywnego. Ostatnia wartosc tem-peratury, przy której nie zaobserwowano zaplonu podczas, gdy dla nast?pnej lub poprzedzajecej zaplon byl mozliwy, jest temperature zaplonu. Potwierdzenie wyniku powinno byc przeprowadzone co najmniej w jednym dodatkowym badaniu.

Przeglqd prac badawczych

St?zeniowe granice wybuchowosci badane se juz od wielu lat [6-8]. Zgodnie z ogólnie przyj?tym kryterium, mieszanina paliwa z utleniaczem jest mieszanine palne, gdy zapalona za pomoce zewn?trznego zródla zaplonu umozliwia utworzenie plomienia, który b?dzie mógl si? przez nie przemieszczac [2]. Jednakze, doswiadczalnie stwierdzono, ze nie kazda mieszanina paliwa i utleniacza jest palna. Istnieje zatem granicznie ubogie i granicznie bogate mieszaniny, które okreslaje granice obszaru pal-nosci tych mieszanin. Wielokrotnie stwierdzono podczas badan, ze granice te zaleze od fizycznych warunków prze-prowadzania eksperymentów [9]. Pierwsze definicje oraz propozycje standaryzacji metody okreslania granic wybuchowosci wystepili Coward i Jones w roku 1952 [6]. Zaproponowali oni, aby okreslanie granic wybuchowosci odbywalo si? w pionowej rurze testowej o srednicy we-wn?trznej ok. 50 mm i dlugosci ok. 1,5 m, zamkni?tej na górze i otwartej na dole i poleczonej z atmosfere. Zgodnie z zaproponowanym kryterium, jesli po zaplonie w dolnej cz?sci rury plomien przemiesci si? wzdluz calej jej dlugosci, wówczas uznaje si?, ze mieszanina jest palna. Jesli plomien zgasnie wczesniej, to mieszanin? uznaje si? za niepalne. Poniewaz zaproponowana aparatura nie byla stabilizowana termicznie, nadawala si? jedynie do bada-nia granic wybuchowosci cieczy, które stosunkowo latwo parowaly w temperaturze pokojowej. Schemat stanowiska badawczego przedstawiono na Rysunku 4

Ryc. Fig. 4

4. Schemat stanowiska badawczego do pomiaru

granic palnosci gazow i par [6]. . Testing apparatus for determination of explosion limits of gases and vapors [6].

Zmodyfikowane stanowisko badawcze wykorzystywal Zabetakis [7], przez co mozliwe bylo badanie granic wybuchowosci w temperaturach do 2030C. Stabilizacja termicz-na polegala na umieszczeniu standardowej rury badawczej w zbiorniku wypelnionym powietrzem o regulowanej temperaturze. Podczas swoich badan Zabetakis [8] zaobserwo-wal wplyw srednicy rury na górn^ granicç wybuchowosci. W momencie, gdy srednicç zwiçkszono dwukrotnie, GGW obnizala siç, podczas gdy DGW pozostawala stala.

Badania autorów pracy [6] wykazaly równiez, ze dla niektórych substancji (halogeny) standardowa rura ba-dawcza nie pozwala na okreslenie granic wybuchowosci, natomiast zwiçkszaj^c srednicç rury dwukrotnie okazy-walo siç, ze dana substancja jest palna. Stanowisko badawcze o zwiçkszonej srednicy nie zostalo jednak wpro-wadzone jako standardowe. W roku 1972 zbudowano na zlecenie firmy Kodak 5 l stanowisko badawcze do okreslania stçzeniowych granic palnosci gazów i par cieczy w powietrzu [14]. Stanowisko badawcze zostalo potem ustandaryzowane jako ASTM E-681 [9]. Stanowisko to skladalo siç ze stabilizowanego termicznie (do 1500C) zbiornika badawczego o ksztalcie kulistym oraz pojemno-sci 5 litrów. Zbiornik badawczy wyposazono w mieszad-lo magnetyczne oraz uklad zaplonowy polozony ponizej srodka zbiornika. Norma ASTM E-681 opisuje równiez podobny zbiornik o pojemnosci 12 litrów, który móglby byc uzyty do badan nad substancjami, które nie zapalily siç w zbiorniku 5 l. Schemat stanowiska przedstawiono na Rysunku 5.

Ryc. 5

Fig.

Stanowisko badawcze wg ASTM E-681, zbiornik o pojemnosci 5 litrów [9]. 5. Testing apparatus according to ASTM E-681, with 5-liter vessel [9].

Na Rysunku 6 przedstawiono porównanie uzyskanych wyników przy wykorzystaniu dwóch powyzej opisanych stanowisk badawczych [14]. Z kilkoma wyj^tkami rózni-ce pomiçdzy otrzymanymi wynikami s^. niewielkie.

Ryc. 6. Porownanie wynikow z dwoch roznych stanowisk badawczych: BM i ASTM E-681 [14]. Fig. 6. Comparison of results from two different testing apparatus: BM and ASTM E-681 [14].

Podobna aparatura badawcza, opisana w ASTM E-681 zostala przedstawiona w standardzie ASTM E-1232, dotycz^cym okreslania temperaturowych granic wybuchowosci cieczy [10]. Badania przeprowadzone przez Cowarda i Jonesa w pionowej rurze [6] posluzyly do stworzenia niemieckiej normy DIN 52649 [14]. Standard ten opisuje uzycie cylindrycznego, szklanego, pionowego zbiornika o dlugosci 300 mm i srednicy wewnçtrznej 60 mm. Wykorzystuje siç tam zaplon iskrowy z elektrodami umieszczonymi 60 mm nad doln^. powierzchni^. urz^-dzenia. W zakresie podwyzszonych temperatur uzywa siç stabilizacji temperaturowej gor^cym powietrzem oplywa-j^cym zbiornik badawczy. Mieszaninç gazow^. tworzy siç

metody przeplukiwania strumieniem natomiast mieszani-nç par z powietrzem przy uzyciu dodatkowego parownika. Metoda ta posluzyla za podstawç normy PN-EN 1839 [4]. Dalsze modyfikacje tej normy doprowadzily do zwiçksze-nia srednicy naczynia badawczego do 80 mm (metoda T) oraz wprowadzily sferyczne urz^dzenie badawcze (metoda B) o pojemnosci co najmniej 5 litrow. Zaplon w tym urz^dzeniu sferycznym realizowany jest poprzez drut to-pikowy lub seriç iskier [4].

Standard opisuj^cy okreslanie granic wybuchowosci par cieczy i gazow w podwyzszonych cisnieniach i temperaturach to ASTM E-918 [11]. Standard ten dopuszcza badanie granic wybuchowosci dla cisnienia do 13,8 bar

1,3

■8

1

A

I 08

Э 0.6

S M

I

;a i>

—-'LFL

.......UFL ;

Щ

У

\ HEPTAN

(HEPTANE)

-4L

.......UFL !

f t i

/

/

\

V .....TOLUEN

(TOLUENE)

о a« ttw at» 0.08

Stçzenie [ulamek molowyj (Concentration [mole fraction])

1.2

is I a tgi

Ï 0j

fr 0.6

S 014

a

:a «

-LPL

.......UFL i

1 ; t t

S /

\

V ........." METANOL

(METHANOL)

« 002 aw ciœ o.oi

St-çsenie [ulamek molowyj (Concentration [mole fraction])

U

a

I os

Ix«

1 ft4

& m

J 02

ö

0

-Ш,

. .......UFL :

> !

1 ! 1

\ /

N. .......- ACETON

(ACETONE)

0 0.Î 02 0.3 0.1

Stçzenie [ulamek mnln^yj (Concentration [mole fraction])

0 <102 0.0-1 0,06 1108 0 1 0.12 CM Stçzenie [uiamek molcn.vyj (Concentration [mole fraction])

Ryc. 7. Wplyw cisnienia na zakres granic wybuchowosci dla heptanu, toluenu, metanolu i acetonu [13]. Fig. 7. Pressure influence on explosion limits for heptane, toluene, methanol and acetone [13].

i temperatury do 2000C. Zbiornik badawczy jest cylin-dryczny o srednicy 76 mm i pojemnosci 1 litr. Zaplon na-stçpuje na skutek eksplozji drutu topikowego nad dnem zbiornika. Kryterium zaplonu jest wzrost cisnienia powy-zej 7% cisnienia poczetkowego.

Z kolei standard ASTM E-2079 [12] opisuje aparaturç i procedure badawczy uzywane do okreslania minimalne-go stçzenia tlenu lub innego utleniacza. Zbiornik powinien miec pojemnosc co najmniej 4 l, a zaplon mozliwy jest do realizacji poprzez 1 z 5 dopuszczalnych metod. Kryterium zaplonu jest identyczne jak w normie ASTM E-918.

Badaniem wplywu cisnienia na granice wybuchowo-sci róznych cieklych substancji zajmowal siç Arnaldos [13]. Wiçkszosc przebadanych przez niego substancji wy-kazalo silny wplyw cisnienia na zakres granic wybuchowosci, wiçkszy na GGW niz na DGW. Wplyw cisnienia na granice przedstawiono na Rysunku 7. Z przedstawio-nych danych wynika równiez, ze istnieje pewne cisnienie, ponizej którego plomien nie propaguje w mieszaninie. Dla heptanu, toluenu, metanolu i acetonu graniczne cisnienie wynosi odpowiednio: 0,101; 0,129; 0,106; 0,126 bar.

Niezwykle wazne wlasciwoscie cieczy palnych jest to, iz cisnienie czestkowe ich par zalezy scisle od temperatury. Najprostsze zaleznoscie leczece cisnienie czestkowe par z temperature zaproponowal Clapeyron:

ln Pvp = f

(1)

gdzie:

A, B to stale empiryczne dla róznych substancji, T to temperatura [K].

Zaleznosc cisnienia nasycenia par w funkcji temperatury dla wybranych cieczy palnych przedstawiono na Rysunku 8.

Ryc. 8. Zaleznosc cisnienia nasycenia par w funkcji tem-

peratury dla wybranych cieczy palnych (punkty - dane eksperymentalne, linie - rownania Cla-

peyrona) [14]. Fig. 8. Vapor pressure vs. temperature for selected flammable liquids (dots - experimental data, lines - Chaperons' equations) [14].

Poniewaz równanie (1) opiera siç na zalozeniu, ze pary cieczy se gazami idealnymi, to nie pokrywa calego zakresu temperatur z odpowiednie dokladnoscie Aby uzyskac dokladniejsze wyniki nalezy uzyc innych mode-li numerycznych. Modyfikacji równania Clapeyrona do-konal Antoine [23], poprzez wprowadzenie dodatkowej stalej empirycznej C. W niektórych pracach badawczych podawane se wartosci wspólczynników empirycznych dla postaci równania Antoine, w oparciu o logarytm dzie-siçtny, a nie naturalny lub dla jednostek innych niz SI np. w mm Hg, na co nalezy zwrócic szczególne uwagç przy korzystaniu z danych literaturowych. Standard PN-EN 15794 [5] podaje przeksztalcone równanie Antoine do szacowania granic wybuchowosci EP czystych substancji w formie przedstawionej ponizej:

EP = ■

B

A - logio(^iim • P0 • 0,01)

--C

(2)

Gdzk: ^iim to stçzeniowa granica wybuchowosci (w % obj.), P0 to cisnienie atmosferyczne w kPa.

W standardzie PN-EN 15794 podkresla siç, ze równanie (2) moze byc uzyte jedynie w celach wstçpnego okreslenia przyblizonych wartosci EP, jako poczetkowej temperatury badawczej. W publikacji opracowanej przez Reida [15] znajduje siç zbiór stalych równania Antoine dla wielu substancji. Przydatna jest równiez publikacja stwo-rzona przez Babrauskasa [14] oraz inne prace [16-19].

Temperature, przy której cisnienie nasycenia par pali-wa odpowiada dolnej stçzeniowej granicy wybuchowosci jest okreslane jako tzw. „lower explosion point" (LEP), a temperature, przy której cisnienie nasycenia par paliwa odpowiada górnej stçzeniowej granicy wybuchowosci jest okreslane jako „upper explosion point" (UEP) [5]. Zna-jec zatem postac równania Antoine dla danej substancji oraz wartosc DGW i GGW mozna obliczyc LEP oraz UEP. Takie podejscie ma jednak praktyczne zastosowanie jedynie dla czystych substancji. W przypadku mieszanin substancji wykazujecych rózne wartosci DGW i GGW, LEP i UEP mieszaniny bçde zmienne w funkcji stçzenia poszczególnych skladników. Mieszaniny nieidealne, któ-rych skladniki nie mieszaje siç ze sobe w dowolnej pro-porcji moge ponadto wykazywac ekstremum w funkcji stçzenia skladników, co oznacza ze istnieje takie stçze-nie skladników, dla których mieszanina ma mniejsze lub wiçksze wartosc LEP i UEP niz poszczególne skladniki rozpatrywane osobno. Mieszanine wykazujece minimum explosion point jest np. mieszanina oktanu i etanolu. Na Rysunku 9 przedstawiono wykres zaleznosci temperatury zaplonu (flash point) dla wybranych mieszanin dwusklad-nikowych w funkcji stçzenia poszczególnych skladników od 0% do 100% [20-22].

Róznice w rezultatach badan doswiadczalnych wyni-kaje z róznic w metodach badawczych, stosowanych urze-dzeniach oraz kryteriach zaplonu. Przy okreslaniu flash

Ryc. 9. Zaleznosc flash point od stçzenia dla mieszanin: cykloheksanol(xj) + fenol, oktan(xj) + etanol,

oktan(xj) + 1-butanol [20-22]. Fig. 9. Flash point dependence on concentration for mixtures: cyclohexanol (xj) + phenol, octane (xj) + ethanol, octane (xj) + 1-bunalnol [20-22].

point, kryterium zaplonu jest rozprzestrzenienie siç plo-mienia na calej powierzchni swobodnej cieczy, natomiast dla badania explosion point kryterium tym jest oderwanie siç plomienia na co najmniej 100 mm. Nie bez znaczenia pozostaje rowniez to, ze badanie explosion point odbywa siç w stabilizowanym termicznie urz^dzeniu badawczym natomiast dla flash point w urz^dzeniu, ktore grzane jest z okreslon^ prçdkosci^, przez co wystçpuje quasi-rowno-waga pomiçdzy cieczy i jej parami.

Istnieje kilka sposobow pozwalaj^cych na szacowanie granic wybuchowosci za pomoc^. zaleznosci empirycznych. Wiçkszosc z nich bazuje na stçzeniu stechiometrycznym X0, ktore pomnozone przez odpowiedni wspolczynnik dla okreslonych grup zwi^zkow powoduje otrzymanie wartosci gornej lub dolnej granicy wybuchowosci. Ze wzglçdu na warunki bezpieczenstwa w przemysle, wiçksze znaczenie ma parametr DGW i ten parametr jest przedmiotem wiçk-szego zainteresowania naukowcow.

Roznice w rezultatach badan doswiadczalnych wyni-kaj^. z roznic w metodach badawczych, stosowanych urz^-dzeniach oraz kryteriach zaplonu. Przy okreslaniu flash point, kryterium zaplonu jest rozprzestrzenienie siç plomienia na calej powierzchni swobodnej cieczy, natomiast dla badania explosion point kryterium tym jest oderwanie siç plomienia na co najmniej 100 mm. Nie bez znaczenia pozostaje rowniez to, ze badanie explosion point odbywa siç w stabilizowanym termicznie urz^dzeniu badawczym natomiast dla flash point w urz^dzeniu, ktore grzane jest z okreslon^ prçdkosci^, przez co wystçpuje quasi-rowno-waga pomiçdzy cieczy i jej parami.

Istnieje kilka sposobow pozwalaj^cych na szacowanie granic wybuchowosci za pomoc^. zaleznosci empirycznych. Wiçkszosc z nich bazuje na stçzeniu stechiometrycznym X0, ktore pomnozone przez odpo-wiedni wspolczynnik dla okreslonych grup zwi^zkow powoduje otrzymanie wartosci gornej lub dolnej granicy wybuchowosci. Ze wzglçdu na warunki bezpieczenstwa w przemysle, wiçksze znaczenie ma parametr DGW i ten parametr jest przedmiotem wiçkszego zainteresowania naukowcow.

Podsumowanie

W artykule tym dokonano przegl^du metod oraz sta-nowisk badawczych sluz^cych do okreslania granica wybuchowosci cieczy palnych. Zaprezentowano tu stanowi-ska i metody zalecane przez mi?dzynarodowe standardy, takie jak PN-EN, czy ASTM. Opisano równiez prowadzone dotychczas prace naukowe w zakresie badan ekspery-mentalnych granic wybuchowosci cieczy palnych. Wiedza w zakresie dost?pnych metodyk oraz aparatuy badawczej do pomiarów palnosci cieczy palnych stanowi podstaw? do prawidlowego doboru tej aparatury w laboratoriach badawczych, a dzi?ki temu przyczynic si? moze do pod-niesienia swiadomosci przemyslu w zakresie zagrozenia, jakie moze stwarzac nieprawidlowe stosowanie, magazy-nowanie, czy transport cieczy palnych.

Praca zostala sfinansowana w ramach projektu rozwojowego NCBiR nr NR10-0002-10/2010 pt. „Okreslenie parametrów flash point i explosion point dla wybranych paliw cieklych oraz ich wply-wu na bezpieczenstwo magazynowania i transportu tych paliw ".

Literatura

1. Mannan S., Lee's Loss Prevention in the Process Industries, vol. 2, 2007;

2. Law C.K., Combustion physics, Cambridge University Press, 2006;

3. Eckhoff R.K., Explosion hazards in the process industries, GPC, 2005;

4. PN-EN 1839, Oznaczanie granic wybuchowosci ga-zów i par, PKN, 2005.

5. PN-EN 15794, Oznaczanie punktów wybuchowosci cieczy palnych, PKN, 2010.

6. Coward H.F., Jones G.W., Limits offlammability of gases and vapors, Bulletin 503 Bureau of Mines, Pittsburg, 1952;

7. Zabetakis M.G., Scott G.S., Jones G.W., Limits of flammability of paraffin hydrocarbons in air, Ind. And Eng. Chem. 43, 1951;

8. Zabetakis M.G., Flammability characteristics of combustible gases and vapors, Bulletin 627, Bureau of Mines, 1965;

9. ASTM E-681, Standard test method for concentration limits of flammability of chemicals, ASTM;

10. ASTM E-1232, Standard test methodfor temperature

limit of flammability of chemicals, ASTM;

11. ASTM E-918, Standard practice for determining lim-

its of flammability of chemicals at elevated temperature and pressure, ASTM;

12. ASTM E-2079, Standard test methods for limiting

oxygen concentration in gases and vapors, ASTM;

13. Arnaldos J., Casal J., Planas-Cuchi E., Prediction of flammability limits at reduced pressures, Chemical Engineering Science 56, 2001;

14. Babrauskas V Ignition Handbook, SFPE, 2001;

15. Reid R.C., Prausnitz J.M., Sherwood T.K., The prop-

erties of gases and liquids, 4th edition, McGraw-Hill, New York, 1987;

16. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering,

2nd ed., Society of Fire Protection Engineers, Boston, 1995;

17. Merck, The Merck Index, 12th ed, Merck & Co., NJ,

1996;

18. http://webbook.nist.gov/chemistry/

19. http://www.lib.utexas.edu/thermodex/

20. Pintar A.J., Predicting lower and upper flammability

limits, Proc. Intl. Conf. on Fire Safety, vol. 28, Product Safety Corp., Sissonville WV, 1999;

21. Hilado C.J., A method for estimating limits offlam-

mability, Journal of Fire and Flammability 6, 1975;

22. Shimy A.A., Calculation flammability characteristics of hydrocarbon and alcohols, Fire Technology 6, 1970;

23. Antoine C., Tensions des vapeurs; nouvelle relation entre les tensions et les températures, Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences 107, 1888;

mgr inz. Ratal Porowski

w 2002r. ukonczyl studia w Szkole Glownej Sluzby Pozar-niczej w Warszawie. W roku 2010 ukonczyl studia dokto-ranckie na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. Temat rozprawy doktorskiej dotyczy badan doswiadczalnych i symulacji numerycznych przejscia do detonacji w mieszaninach gazowych. Pelni funkcjç kierownika Zespolu Laboratoriow Procesow Spa-lania i Wybuchowosci w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej PIB w Jozefowie.

mgr inz. Wojciech Rudy

doktorant w Instytucie Techniki Cieplnej Wydzialu MEiL Politechniki Warszawskiej. Zainteresowania naukowe: badania w spalaniu paliw oraz obliczenia numeryczne CFD w tym zakresie.

prof. dr hab. inz. Andrzej Teodorczyk

pracownik Instytutu Techniki Cieplnej Wydzialu MEiL Politechniki Warszawskiej, uznany ekspert miçdzynaro-dowy w dziedzinie spalania paliw oraz detonacji miesza-nin gazowych, prezes Polskiego Instytutu Spalania.