Прогнозирование опасных факторов пожара

МЧС РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский институт государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий» ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ПОЖАРА Курс лекций для слушателей факультетов заочного обучения, переподготовки и повышения квалификации и платных образовательных услуг Екатеринбург 2017 Прогнозирование опасных факторов пожара [Текст] : курс лекций для слушателей факультетов заочного обучения, переподготовки и повышения квалификации и платных образовательных услуг/ сост. И. Г. Коснырева, Д. И. Терентьев, А. А. Сушкевич. – Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2016. – 58 с. Составители: Коснырева И. Г., доцент кафедры физики и теплообмена Уральского института ГПС МЧС России, к.х.н. Терентьев Д. И., доцент кафедры физики и теплообмена Уральского института ГПС МЧС России, к.х.н. Сушкевич А. А., заведующий кафедрой физики и теплообмена Уральского института ГПС МЧС России, к.т.н. Рецензенты: Филанович А. Н., доцент кафедры физики УрФУ имени первого президента России Б.Н. Ельцина, к.ф.-м.н. Кайбичев И. И., профессор кафедры математики и информатики Уральского института ГПС МЧС России, д.ф.-м.н. Курс лекций по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара» разработан в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего образования и предназначен для слушателей заочного обучения, переподготовки и повышения квалификации ФГБОУ ВО «Уральский институт ГПС МЧС России». Курс лекций одобрен на заседании методического совета института «__» декабря 2016 г., протокол № ___ . © ФГБОУ ВО «Уральский институт ГПС МЧС России», 2016 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………………………..……5 1. Исходные понятия и общие сведения о методах прогнозирования опасных факторов пожара в помещениях…………………………………….7 1. 1. Нормативная документация по расчетам опасных факторов пожара…………………………………………………………………………..7 1.2. Опасные факторы пожара в помещении………………………….……..7 1.3. Предельно допустимые значения опасных факторов пожара………....8 1.4. Критическое время пожара. Время блокирования эвакуационных путей…………………………………………………………………………...10 1.5. Методы прогнозирования опасных факторов пожара …..…................13 2. Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара в помещениях………………………………………………………...17 2.1. Уравнения пожара…………………………………………………….…17 2.1.1. Уравнение материального баланса пожара…………………………17 2.1.2. Уравнение баланса массы кислорода………………………………..19 2.1.3. Уравнение баланса массы токсичных продуктов горения……….20 2.1.4. Уравнение баланса нейтрального газа………………………………22 2.1.5. Уравнение баланса оптического количества дыма…………………23 2.1.6. Уравнение энергии пожара…………………………………………..24 3. Дополнительные уравнения математической модели пожара в помещениях…………………………………………………………………...27 3.1. Параметры, характеризующие горючую нагрузку в помещении……27 3.2. Теплофизические свойства горючей нагрузки………………………..29 3.3. Три стадии развития пожара……………………………………………32 3.4. Два режима пожара……………………………………………………...33 3.5. Зависимость полноты сгорания горючего материала от количества кислорода в помещении………………………………………………………34 3.6. Зависимость скорости выгорания горючей нагрузки от количества кислорода в помещении………………………………………………………36 3.7. Коэффициент теплопотерь. Тепловой поток в ограждения……….37 3.8. Плоскость равных давлений. Режимы работы проемов………...…39 3.8.1. Закон изменения внутреннего и наружного давлений газовой среды…………………………………………………………………………...39 3.8.2. Плоскость равных давлений………………………………………..42 3.8.3. Режимы работы проемов…………………….……………………….43 3.9 Перевод значений среднеобъемных параметров состояния газовой среды на уровень рабочей зоны…………………………………………..…44 4. Зонная и дифференциальная модели прогнозирования опасных факторов пожара…………………………………………………………………………47 4.1. Особенности проведения расчетов по зонной и дифференциальной моделям прогнозирования опасных факторов пожара…………………….47 4.1.1. Особенности расчетов по зонной модели………………………….47 3 4.1.2. Особенности расчетов по полевой модели………………………….49 Заключение…………………………………………………………………….51 Приложение………...…………………………………………………………53 Список литературы……………………………………………………………57 4 Введение Пожары среди чрезвычайных ситуаций различного типа занимают первое место в России по числу гибели людей. Ежегодно в стране происходит порядка 150 тыс. пожаров [9], которые сопровождаются очень высоким уровнем гибели и травмирования людей – примерно в три раза выше, чем в развитых странах. Поэтому повышение уровня пожаровзрывобезопасности является значимой проблемой на государственном уровне. Прогнозирование обстановки на пожаре и оценка реально возможной ситуации при возникновении пожара необходимы для разработки эффективных и экономически оптимальных противопожарных мероприятий, предупреждения и предотвращения возникновения пожаров, их своевременной локализации и ликвидации. Успех аварийноспасательных работ в зоне возникновения пожара обеспечивается заранее проведенным изучением особенностей участков и объектов в зоне вероятных возникновений пожаров, учитывая наихудший сценарий их развития. Прогнозирование опасных факторов пожара – это расчет динамики температурного и теплового режима развития пожара, количественных характеристик уменьшения содержания кислорода, увеличения токсичных газов и количества дыма в помещении, а также дополнительных характеристик пожара: смещение границы раздела между входящими потоками чистого воздуха и исходящими из помещения потоками нагретого задымленного газа (плоскость равных давлений); оценка кислородного режима пожара, от которого зависит доминирующий фактор интенсивности горения – свойства и количество горючей нагрузки («пожар, регулируемый нагрузкой») или количество поступающего в помещение воздуха («пожар, регулируемый вентиляцией»); определение количества тепла, выделяемого в зоне горения, которое расходуется на нагрев и разрушение ограждающих конструкций (пол, стены, потолок) и находящегося в помещении оборудования, а также многие другие факторы. Значение прогнозирования опасных факторов пожара для сотрудников пожарной охраны Научно-обоснованный прогноз динамики опасных факторов пожара применяют в следующих ситуациях:  при разработке рекомендаций по обеспечению безопасной эвакуации людей при пожаре;  при создании и совершенствовании систем сигнализации и автоматических систем пожаротушения;  при разработке и осуществлении инженерно-технических мероприятий, направленных на предотвращение возникновения 5 пожаров, сохранение здоровья людей, снижение материальных потерь и ущерба, наносимого природной среде;  при разработке оперативных планов тушения (планировании действий боевых подразделений на пожаре);  при оценке фактических пределов огнестойкости конструкций и сооружений;  при криминалистической и пожарно-технической экспертизе пожара;  при решении задач обнаружения людей;  для многих других целей. Современные методы прогнозирования опасных факторов пожара позволяют не только спрогнозировать возможную ситуацию при возникновении пожара на объекте, но также дают возможность воспроизвести картину развития реально произошедшего пожара. Это необходимо, например, при криминалистической или пожарнотехнической экспертизе пожара. В связи с переходом многих стран мира к гибкому объектноориентированному противопожарному нормированию математическое моделирование пожаров становится определяющим звеном при решении различных задач пожарной безопасности. Федеральное законодательство, в частности закон о техническом регулировании [1], обеспечивает законодательную базу для реализации на практике принципа гибкого нормирования. Особое место отводится задачам обеспечения безопасности людей при эвакуации и пожаротушении [4]. Тема 1: Исходные понятия и общие сведения о методах прогнозирования опасных факторов пожара в помещениях 6 ЛЕКЦИЯ 1 Вопросы лекции: 1.1. Нормативная документация по расчетам опасных факторов пожара 1.2. Опасные факторы пожара в помещении 1.3. Предельно допустимые значения опасных факторов пожара 1.4. Критическое время пожара. Время блокирования эвакуационных путей 1.5. Методы прогнозирования опасных факторов пожара 1.1. Нормативная документация по расчетам опасных факторов пожара Основными нормативными документами, регламентирующими расчеты динамики развития опасных факторов пожара в помещении, являются: 1) Федеральный закон Российской Федерации от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»; 2) Приказ МЧС РФ от 10.07.2009 № 404 (с изменениями от 14.12.2010) «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах»; 3) Приказ МЧС РФ от 30.06.2009 № 382 (с изменениями от 11.04.2011) «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности». 1.2. Опасные факторы пожара в помещении Согласно определению Нормативной документации [1], опасные факторы пожара – факторы, воздействие которых может привести к травме, отравлению или гибели человека и (или) к материальному ущербу. К опасным факторам пожара, воздействующим на людей и имущество, относятся: 1) пламя и искры; 2) тепловой поток; 3) повышенная температура окружающей среды; 4) повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения; 5) пониженная концентрация кислорода; 6) снижение видимости в дыму. Динамика этих явлений – так называемых первичных опасных факторов пожара в процессе развития пожара - рассматривается в курсе «Прогнозирование опасных факторов пожара». 7 К сопутствующим проявлениям опасных факторов пожара относятся: 1) осколки, части разрушившихся зданий, сооружений, строений, транспортных средств, технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества; 2) радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие в окружающую среду из разрушенных технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества; 3) вынос высокого напряжения на токопроводящие части технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества; 4) опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара; 5) воздействие огнетушащих веществ. Динамику изменения опасных факторов пожара во времени изучают путем моделирования ситуации и описания ее с помощью математических выражений, основанных на законах сохранения массы и энергии. 1.3. Предельно допустимые значения опасных факторов пожара Опасные факторы пожара оценивают по определенному критерию – предельно допустимым значениям параметров состояния среды в зоне пребывания людей (или в рабочей зоне). Предельно допустимое значение опасного фактора пожара (ПДЗ ОФП) – значение опасного фактора пожара, воздействие которого на человека в течение критической продолжительности пожара не приводит к травме, заболеванию или отклонению в состоянии здоровья за нормативно установленный промежуток времени, а воздействие на материальные ценности не приводит к потере ими целевых функций (например, ограждающей и/или несущей способности строительных конструкций) или потребительских качеств. Под критической продолжительностью пожара понимается время, в течение которого достигается предельно допустимое значение опасного фактора пожара. Предельно допустимые значения опасных факторов пожара получены в результате обширных медико-биологических исследований. Этими исследованиями установлен характер воздействия всех опасных факторов пожара на людей в зависимости от значений их количественных характеристик. Известно, что нормальная концентрация составляет 23,15 масс %, или примерно 270 г О2 в одном кубометре воздуха (объемные единицы). Установлено, что если концентрация кислорода уменьшится вдвое по сравнению с нормальной концентрацией его в воздухе, то есть будет составлять 135 г О2 в одном кубометре воздуха, то нарушается деятельность сердечно-сосудистой системы и органов дыхания человека, а также теряется способность реальной оценки событий. При уменьшении концентрации кислорода в 3 раза по сравнению с нормальной, то есть при 8 xO  7 масс % , 2 у человека останавливается дыхание и через 5 минут останавливается работа сердца [12]. В условиях пожара имеет место совместное действие опасных факторов пожара на человека. Вследствие этого их опасность многократно увеличивается. Относительно жизни и здоровья человека принято рассматривать следующие предельно допустимые значения опасных факторов пожара (таблица 1). Таблица 1 Предельно допустимые значения опасных факторов пожара [2] Опасные факторы пожара, Предельно обозначение допустимое значение, единицы измерения Повышенная температура t 70 оС 1400 Вт/м2 Тепловой поток Q Потеря видимости lвид Пониженное содержание кислорода O Токсичные газообразные продукты горения: Повышенное содержание оксида углерода  CO 20 м 0,226 кг/м3 2 0,00116 кг/м3  CO Повышенное содержание хлористого водорода  H Cl Повышенное содержание двуокиси углерода 0,11 кг/м3 2 2310-6 кг/м3 При рассмотрении воздействия опасных факторов пожара на элементы конструкций и оборудование используются критические значения параметров, характеризующих термическое воздействие пожара на них. Например, при оценке воздействия пожара на железобетонные конструкции используется понятие критического значения температуры арматуры этих конструкций. Обычно считается, что при нагревании до температуры, равной 400 – 450 оС, происходит разрушение железобетонной конструкции. При оценке воздействия пожара на остекление предполагается, что при температуре газовой среды в помещении, равной 300 – 350 оС, будет происходить разрушение остекления. Для современных пластиковых окон эта величина будет на 100 о С выше. При рассмотрении воздействия опасных факторов пожара на людей используют понятия «критическое время пожара по каждому из опасных факторов пожара» и «время блокирования эвакуационных путей». 9 1.4. Критическое время пожара. Время блокирования эвакуационных путей Критическое время  кр по каждому из опасных факторов пожара определяется как время достижения этим фактором предельно допустимого значения на путях эвакуации на высоте уровня рабочей зоны (УРЗ), который рассчитывают по формуле: (1) hурз  hпл  1,7  0,5 , где h урз – уровень рабочей зоны, м ; hПЛ – высота площадки, на которой находятся люди, над полом помещения, м;  – разность высот пола, равная нулю при горизонтальном ее расположении, м (рисунок 1). Рисунок 1. Разные варианты расположения уровня рабочей зоны (УРЗ) Пусть параметры газообразной среды (опасные факторы пожара) меняются с течением времени развития пожара согласно графикам на рисунке 2. b) а) 10 d) с) Рисунок 2. Изменение параметров газообразной среды в зависимости Т – критическое время для температуры – от времени развития пожара. кр ПВ – время достижения газообразной средой в помещении 70оС;  кр критическое время по потере видимости – время, когда из-за задымленности в помещении видимость в дыму становится менее 20 м; О  кр2 – критическое время по пониженному содержанию кислорода – время, когда парциальная плотность кислорода становится менее 0,226 СО – критическое время по оксиду углерода СО – время, когда кг/м3;  кр СО парциальная плотность оксида углерода превышает 0,00116 кг/м3;  кр 2 – критическое время по двуокиси углерода СО2 – время, когда парциальная плотность двуокиси углерода превышает 0,11 кг/м3. При этом под парциальной плотностью газа  i (кислорода, оксида углерода, двуокиси углерода или другого газа) понимают плотность данного газа в заранее определенном объеме при условии, что все 11 остальные компоненты газовой смеси из объема удалены. То есть если определяем парциальную плотность кислорода О2 в помещении, то мысленно удаляем из этого помещения все остальные компоненты газообразной среды: азот N2, оксиды СО и СО2, а также все остальные газы, которые входят на данный момент в состав воздушной среды помещения (за исключением, конечно, кислорода О2). Концентрацию i-го газа, входящего в состав газовой смеси xi , находят как отношение его парциальной плотности  i к плотности всей газовой смеси  : (2)  xi  i .  Размерность плотностей – парциальной и общей – кг/м3. Согласно рисунку 2? критическое время – время достижения опасными факторами пожара своих предельно допустимых значений Т = 5 минут, по потере соответственно равны: по температуре –  кр ПВ =25 минут, по пониженному содержанию видимости (менеt 20 м) –  кр О СО – не достигает кислорода –  кр2 =15 минут, по оксиду углерода СО  кр своего предельно допустимого значения, по двуокиси углерода СО2 – СО  кр 2 =20 минут. Время блокирования эвакуационных путей  блок определяется как минимальное время из критических времен для отдельных опасных факторов пожара: (3) О2 СО СО2   Т ПВ  блок  min  кр ,  кр ,  кр ,  кр ,  кр  , с.   Согласно данным рисунка 2,  блок  min5, 25, 15, 20= 5 мин = 300 с. Время блокирования эвакуационных путей  блок = (4) 5 минут, или 300 секунд, и определяется опасным фактором пожара – повышенной температурой газовой среды. При необходимости, исходя из типа пожарной нагрузки и вида помещения, разрабатываются противопожарные мероприятия по увеличению времени блокирования эвакуационных путей. Необходимое время эвакуации  эв – время с момента возникновения пожара, в течение которого люди должны эвакуироваться в безопасную зону без причинения вреда их жизни и здоровью в результате воздействия 12 опасных факторов пожара. Зависит от времени блокирования эвакуационных путей. При расчете используется понижающий коэффициент запаса времени – чтобы эвакуация людей была завершена до начала блокирования эвакуационных путей, а размерность времени переводят из секунд в минуты:  эв  0,8 блок 60 (5) , где  эв – необходимое время эвакуации;  блок – время блокирования эвакуационных путей, рассчитанное по формуле (3) – в секундах. 1.5. Методы прогнозирования опасных факторов пожара Методы прогнозирования опасных факторов пожара отличаются типом математической модели, положенной в основу расчетов. На сегодняшний момент их три: интегральная, зонная, полевая (дифференциальная). В основу интегральной модели пожара положено усреднение всех рассчитываемых параметров газообразной среды по объему (за исключением температуры – она усредняется по массе газовой среды в помещении) и используются формулы, полученные на основе экспериментальных исследований пространственного распределения температур, концентраций продуктов горения, оптической плотности дыма и т. д. При этом рассчитываемые параметры записывают с нижним индексом m от немецкого слова «mittel» – средний (рисунок 3). Рисунок 3. Интегральная модель – схема пожара в помещении: 1 – дверь; 2 – окна; 3 – горючая нагрузка; Gг – расход уходящих газов; Gв – расход поступающего холодного воздуха; ψ – скорость выгорания горючей нагрузки 13 Расчеты динамики опасных факторов пожара жидких и твердых горючих веществ и материалов в помещении по этой модели ведут с помощью компьютерной программы INTMODEL (разработана на кафедре инженерной теплофизики и гидравлики Академии ГПС МЧС России, г. Москва), соответствующего блока в программе СИТИС ВИМ или КИС РТП (разработана в ФГБОУ ВО «Уральский институт ГПС МЧС России», автор – к.т.н., подполковник внутренней службы С.В. Субачев). Программа позволяет изменять начальные условия, режимы вскрытия проемов, работу систем приточно-вытяжной системы механической вентиляции, а также учитывать работу системы объемного тушения пожара инертным газом. Интегральные модели используются для решения задач, связанных с развитой стадией пожара: обеспечение огнестойкости строительных конструкций, объемное тушение инертным газом, когда размеры очага горения сравнимы с размерами помещения, потоки нагретых газов перемешивают газообразную среду помещения – то есть протекает стадия объемного пожара. Данную модель также применяют для предварительных расчетов с целью выявления наиболее опасного сценария пожара. Зонная модель при горении делит помещение на несколько зон (две или три) и позволяет получить информацию о размерах характерных пространственных зон, возникающих при пожаре в помещении, и средних параметрах состояния среды в этих зонах. Рисунок 4. Схема трехзонной модели пожара. I – припотолочный слой нагретого газа объемом V1 ; II – конвективная колонка над очагом горения объемом V2 ; III – зона холодного воздуха объемом V3 ; IV – зона наружного воздуха; p a – атмосферное давление. В качестве характерных пространственных зон выделяют: I – область восходящего над очагом горения потока нагретых газов (зона конвективной колонки) и II – припотолочную область нагретых газов, а 14 также III – область незадымленной холодной части пространства (рисунок 4). В двухзонной модели пожар в здании описывают усредненными значениями параметров задымленной зоны: ее объемом, температурой, оптической плотностью дыма, концентрацией кислорода и продуктов горения. В зонных моделях усреднение термодинамических параметров среды производится только по объему выделенных однородных зон. Зонные математические модели, по сравнению с интегральными моделями, более точно отражают реальную физическую картину локального пожара, протекающего на ранней стадии развития пожара, и, следовательно, дают более полные и достоверные результаты расчета для начальной стадии пожара. Поэтому их применяют при решении задачи обеспечения безопасной эвакуации людей, при создании и совершенствовании систем сигнализации и автоматических систем пожаротушения, решении многих других задач, связанных с начальной стадией пожара. Такие модели используют также для расчета динамики развития пожара в рабочих зонах, расположенных на разных уровнях в пределах одного помещения: наклонный зрительный зал кинотеатра, антресоли, и др. [10]. Полевая дифференциальная модель позволяет рассчитать для любого момента развития пожара значения всех параметров состояния во всех точках пространства внутри помещения. На рисунке 5 представлено распределение температур потока газовой смеси в развитой стадии пожара для помещения размерами 6х6х3 м. Рисунок 5. Распределение температур потока газовой смеси в помещении 6х6х3 м Из рисунка 5 можно, например, определить, что локальная температура в точке 2х2 м (размеры по периметру помещения), на высоте y = 1,0 м равна 300 оС. 15 Данная модель является наиболее сложной в математическом отношении. Ее основу составляет система уравнений в частных производных, которые описывают пространственно-временное распределение температур и скоростей газовой среды в помещении, концентраций компонентов этой среды (кислород, оксид и двуокись углерода и т. д.), давлений и плотностей. Дифференциальную модель пожара обычно применяют при расчете динамики опасных факторов пожара в помещениях сложной геометрической конфигурации, для помещений с системой галерей и примыкающих коридоров, тоннелей, закрытых автостоянок большой площади, уникальных сооружений, а также когда необходимо точно спрогнозировать работу систем противопожарной защиты, которые могут качественно изменить картину пожара. Расчеты динамики опасных факторов пожара жидких и твердых горючих веществ и материалов по зонной и дифференциальной моделям проводят с помощью соответствующих блоков компьютерных программ. Заключение по лекции 1 Перечисленные модели отличаются друг от друга объемом той информации, которую они могут дать о состоянии газовой среды в помещении и взаимодействующих с нею конструкций на разных этапах (стадиях) пожара. В этом отношении наиболее детальные сведения можно получить с помощью полевой модели. Предполагается, что, помимо выбора модели, наиболее подходящей для решения конкретной задачи, требуется предварительно удостовериться в том, что модель способна обеспечить достаточную степень достоверности результата расчета. Процедура этой проверки называется валидацией. В настоящее время продолжается развитие методов и моделей прогнозирования динамики ОФП, накапливается информация об их возможностях и степени достоверности. В дальнейшем это позволит эффективнее решать задачи по обеспечению пожарной безопасности. 16 ЛЕКЦИЯ 2 Тема 2: Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара в помещениях. Вопросы лекции: 2.1. Уравнения пожара 2.1.1. Уравнение материального баланса пожара 2.1.2. Уравнение баланса массы кислорода 2.1.3. Уравнение баланса массы токсичных продуктов горения 2.1.4. Уравнение баланса нейтрального газа 2.1.5. Уравнение баланса оптического количества дыма 2.1.6. Уравнение энергии пожара 2.1. Уравнения пожара Уравнения пожара описывают изменения среднеобъемных параметров состояния газообразной среды с течением времени. Искомыми функциями в них выступают среднеобъемные параметры состояния газообразной среды, независимым аргументом является время (). В результате расчетов по этим уравнениям получают реальную картину развития пожара – изменение температуры, количества кислорода и других опасных факторов пожара в зависимости от времени пожара. По этим уравнениям рассчитывают время блокирования эвакуационных путей, проводят разработку мероприятий по безопасной эвакуации людей и оперативных планов тушения. Выведем уравнения пожара на основе простых логических рассуждений. 2.1.1. Уравнение материального баланса пожара Уравнение материального баланса пожара – это закон сохранения массы газообразной среды. На рисунке 6 схематично представлены массовые газовые потоки в помещении при пожаре. Рисунок 6. Схема газовых потоков в помещении при пожаре: 17  – скорость выгорания горючей нагрузки (скорость образования газообразных продуктов горения); G Г – скорость оттока нагретых газов из помещения; GВ – скорость притока холодного воздуха в помещение. Согласно рисунку 6, изменение массы газообразной среды dМ за бесконечно малый промежуток времени d составит (6) dМ  GB    GГ , d Выбор знака +/- перед каждой величиной в правой части уравнения показывает, увеличивается или уменьшается масса газообразной среды в помещении за счет данного параметра. Например, приток свежего воздуха (+ GВ ) увеличивает массу газообразной среды внутри помещения. При наличии приточной или вытяжной вентиляции уравнение материального баланса примет вид: (7) dМ  G B    G Г  Gприток  Gотток , d где Gприток – скорость приточной вентиляции [кг/с]; Gотток – скорость вытяжной вентиляции [кг/с]. При тушении пожара газообразным огнетушащим веществом (ОВ) в уравнении материального баланса появится слагаемое GОВ – скорость притока огнетушащего вещества, [кг/с]: (8) dМ  G B    G Г  GОВ . d По уравнениям материального баланса и параметру  – скорости выгорания горючей нагрузки – рассчитывают температурный режим пожара, а также количество теплоты, выделяемое в зоне горения – Qпож . При этом используют простые уравнения взаимосвязи: массы газообразной среды М с плотностью газовой среды  и свободным объемом помещения (объемом газовой среды) V : M    V ; взаимосвязи всех основных параметров с помощью уравнения Клайперона: (9) p    R  T , где p – давление газообразной среды, Па;  – плотность газовой среды, кг/м; R – газовая постоянная, Дж/(кг·K) – в уравнении взята для воздушной среды и равная 18 R  где R   8,314 Дж /  моль  К   286,89 2,898  10  2 кг / моль R  8,314 Дж /  моль  К  – Дж , кг  К универсальная газовая 2 постоянная,   2,898  10 кг / моль – молекулярная масса воздуха; R во время пожара практически не меняется за счет образования в процессе горения тяжелых и легких газов, таких как CO2 и CO ; T – температура газообразной среды, К. На основе данных уравнений рассчитывают температурный режим пожара, который позволяет выделить три стадии развития пожара. 2.1.2. Уравнение баланса массы кислорода Массовые потоки кислорода и концентрации кислорода показаны на рисунке 7. При выводе формул для обозначения кислорода используется индекс " O2 " или индекс 1. Рисунок 7. Массовые потоки кислорода при пожаре M O2 – масса кислорода в помещении в момент времени пожара  ;  xO2 B  G B – увеличение массы кислорода в помещении за счет притока свежего воздуха, кг; xO – средняя массовая доля (концентрация) 2 кислорода в помещении; xO Г – массовая доля (концентрация) кислорода 2 в уходящих из помещения нагретых газах; xO B – массовая доля 2 (концентрация) кислорода в наружной атмосфере.  xO  nO  G Г – 2 2 уменьшение массы кислорода в помещении за счет оттока нагретых газов, кг; nO – коэффициент, учитывающий отличие концентрации кислорода в 2 19 уходящих из помещения нагретых газах от среднеобъемной концентрации xO кислорода: nO  2 Г  1 . Отличие nO2 от единицы незначительно [5]. 2 xO2     LO2 – уменьшение массы кислорода в помещении за счет расхода его на процесс горения, кг.  – коэффициент полноты сгорания горючей нагрузки. Рассчитывается в долях единицы, во время пожара находится в пределах 0,6÷0,99, величина переменная – при расчетах учитывают ее зависимость от количества окислителя в помещении;  – скорость выгорания горючей нагрузки, кг/с. L – скорость потребления O2 кислорода – количество кислорода, необходимое для сгорания (окисления) единицы массы горючего материала, кг/кг. Согласно рисунку 7, изменение массы кислорода dM O за 2 бесконечно малый промежуток времени d – уравнение баланса массы кислорода в помещении во время пожара будет иметь следующий вид: dM O2 d  xO2 B  G B  xO2  nO2  G Г     LO 2 (10) Уравнение 10 позволяет рассчитать изменение количества (массу) кислорода в помещении на любой момент времени пожара. В зависимости от количества окислителя ( O2 ) в помещении выделяют два режима горения материала. 2.1.3. Уравнение баланса массы токсичных продуктов горения К токсичным продуктам горения относятся оксид углерода CO , двуокись углерода CO2 , хлористый водород HCl , и пр. При выводе формул для обозначения токсичных продуктов горения используются индексы, соответствующие их химической формуле, или общий для всех индекс 2. Массовые потоки токсичного газа показаны на рисунке 8. 20 Рисунок 8. Массовые потоки токсичного газа Как видно из рисунка 8, масса токсичного газа в помещении меняется за счет двух потоков: 1)  L2 – увеличение массы токсичного газа в помещении в процессе горения, кг, где L2 - скорость образования токсичного продукта горения при сгорании 1 кг горючей нагрузки, кг/кг; 2)  x2 n2Gг – уменьшение массы токсичного газа с оттоком нагретых газов из помещения, кг, где x2  помещении; 2 m – средняя массовая доля токсичного газа в ρ2 – среднеобъемная парциальная плотность токсичного продукта горения, кг/м3; n2 – коэффициент, учитывающий отличие концентрации токсичного газа в уходящих газах от среднеобъемной концентрации этого газа. Рассчитывается по формуле x2 Г n2  x2 Г x2 , обычно n2  1; – концентрация токсичного продукта в уходящих из помещения нагретых газах. Уравнение баланса массы токсичного продукта горения: dM 2  L2  x2 n2Gг , d 21 (11) кг. где M 2 – масса токсичного продукта горения в момент времени  , Если рассматриваемый токсичный газ содержится в атмосферном воздухе и поступает в помещение объемом V с притоком свежего воздуха, то в уравнении добавится слагаемое  x2 B  GB – количество токсичного продукта, поступающего в момент времени пожара  в помещение с притоком наружного воздуха. Это может быть, например, двуокись углерода CO2 . 2.1.4. Уравнение баланса нейтрального газа Нейтральный газ – это газ, не участвующий в реакциях окисления при пожаре. Нейтральным газом является входящий в состав воздуха химически инертный азот N 2 (окисляется только при очень высоких температурах), а также огнетушащие вещества. При выводе формул для N 2 используется индекс, обозначения нейтрального газа соответствующий его химической формуле, для огнетушащего вещества – индекс "OB" или общий для всех нейтральных газообразных веществ индекс "3". Массовые потоки нейтрального газа показаны на рисунке 9. Рисунок 9. Массовые потоки нейтрального газа x3  3 3 m – средняя массовая доля нейтрального газа в помещении; – средняя парциальная плотность нейтрального газа, кг/м3; n3 – коэффициент, учитывающий отличие концентрации нейтрального газа в уходящих газах от среднеобъемной концентрации этого газа. 22 Рассчитывается по формуле n3  x3 Г x3 , где x3 Г – концентрация нейтрального газа в уходящих из помещения нагретых газах, согласно формуле x3 Г  x3  n3 . Как видно из рисунка 9, масса нейтрального газа в помещении  x3 B  GB меняется за счет двух потоков: – увеличение массы нейтрального газа в помещении с притоком свежего воздуха в помещение, кг;  x3n3Gг – уменьшение массы нейтрального газа с оттоком нагретых газов из помещения, кг. Уравнение баланса нейтрального газа рассчитывается по формуле: dM 3  x3 B  G B  x3 n3Gг , d (12) где M 3 – масса нейтрального газа в момент времени  , кг; 2.1.5. Уравнение баланса оптического количества дыма При выводе формул для обозначения дыма используют индекс 4. Схематично изменение количества дыма в помещении при пожаре представлено на рисунке 10. Рисунок 10. Схема дымовых потоков при пожаре  – среднеобъемная оптическая концентрация (плотность) дыма, Нп/м; D – дымообразующая способность горючего материала, скорость выгорания горючей нагрузки, 23 кг с ; n4 Нп  м 2 ;– кг – коэффициент, учитывающий отличие оптической концентрации дыма в уходящих газах от среднеобъемного значения оптической концентрации дыма и равный n4  Г FW Г ; m – средняя оптическая концентрации дыма в уходящих газах, Нп/м; – площадь поверхности ограждений (потолка FПОЛ , стен поверхности FПОТОЛОК , пола FСТЕНЫ ), м2. Рассчитывается как сумма всех площадей ограждений по формуле FW  FПОЛ  FСТЕНЫ  FПОТОЛОК ; k C – коэффициент седиментации (скорость осаждения) частиц дыма на поверхностях ограждающих конструкций, Нп/с. Как видно из рисунка 10, масса дыма в помещении меняется за счет двух потоков:  D  – количество дыма, образованное при сгорании горючего  n4 G г – уменьшение оптического материала в единицу времени;  m количества дыма в газовой среде помещения за счет оттока газов;  kC FW – уменьшение оптического количества дыма в газовой среде помещения за счет осаждения его на ограждающие конструкции помещения. Уравнение баланса оптического количества дыма записывается в следующем виде:  n4 d (  V )  D   Gг  kC FW d m 2.1.6. Уравнение энергии пожара Схема тепловых потоков на пожаре приведена на рисунке 11. 24 (13) Рисунок 11. Схема тепловых потоков при пожаре Уравнение энергии пожара рассчитывает скорость изменения внутренней тепловой энергии газовой среды в помещении за единицу времени в рассматриваемый малый промежуток времени dτ – формула dU P (14)    QH   i Г   C p BTB G B  C pTm mGГ  QW d Левая часть уравнения dU – скорость изменения внутренней d энергии газовой среды U в помещении за единицу времени, Дж/с; Правая часть уравнения: η – коэффициент полноты сгорания горючего материала; Q нр – низшая рабочая теплота сгорания горючего материала, Дж/кг; ψ – скорость выгорания горючей нагрузки, кг/с; iг – энтальпия продуктов газификации, Дж; Срв – изобарная теплоемкость воздуха, поступающего в помещение, Дж/(кг·K); Тв – температура воздуха, поступающего в помещение, K; Gв – расход воздуха, поступающего в помещение через проемы, кг/с; Ср – среднее значение изобарной теплоемкости газов, уходящих из помещения, Дж/(кг·K); Тm – среднемассовая температура газовой среды в помещении (температура газов, уходящих из помещения), K; Gг – расход газов, уходящих из помещения, кг/с; 25 – тепловой поток в ограждающие конструкции – стены, пол, потолок, другие ограждения, Вт. Qw Слагаемые правой части уравнения (14) и на рисунке 11:    QHP  – количество тепла, выделившегося при горении в единицу времени в газовую среду – скорость тепловыделения;  iГ  – поток энергии (тепла) в помещение, поглощаемый или выделяемый в результате пиролиза или испарения – возгонки горючего материала; iг – энтальпия продуктов газификации;  C p BTBGB – сумма внутренней тепловой энергии поступающего за единицу времени воздуха и работы проталкивания, которую совершает внешняя атмосфера;  C pTm mGГ – потери тепла с оттоком нагретых газов; – помещения m m коэффициент, равный отношению энтальпии уходящих из нагретых газов к среднеобъемной энтальпии: C p Г Т Г C p  Tm ( T Г – температура уходящих из помещения нагретых газов). Обычно m  1;  QW – суммарные потери тепла из-за поглощения его ограждающими конструкциями (пол, потолок, стены, оборудование, мебель и т.п.) и из-за излучения через проемы. Заключение по лекции 2 Представленная выше система уравнений описывает свободное развитие пожара. В уравнениях пожара искомыми (неизвестными) функциями являются среднеобъемные параметры газовой среды, а независимой переменной является время. Кроме этих переменных величин, уравнения содержат целый ряд других физических величин, заданных «условиями однозначности», а также обусловленными свойствами горючего материала. Конкретный вид дополнительных уравнений устанавливают путем привлечения сведений из теории конвективного и лучистого теплообмена, теории газообмена помещения с окружающей атмосферой через проемы из-за различия плотностей наружного воздуха и газовой среды внутри помещения, теории горения. 26 ЛЕКЦИЯ 3 Тема 3: Дополнительные уравнения математической модели пожара в помещениях. Вопросы лекции: 3.1. Параметры, характеризующие горючую нагрузку в помещении 3.2. Теплофизические свойства горючей нагрузки 3.3. Три стадии развития пожара 3.4. Два режима пожара 3.5. Зависимость полноты сгорания горючего материала от количества кислорода в помещении 3.6. Зависимость скорости выгорания горючей нагрузки от количества кислорода в помещении 3.7. Коэффициент теплопотерь. Тепловой поток в ограждения 3.8. Плоскость равных давлений. Режимы работы проемов 3.8.1. Закон изменения внутреннего и наружного давлений газовой среды 3.8.2. Плоскость равных давлений 3.8.3. Режимы работы проемов 3.9 Перевод значений среднеобъемных параметров состояния газовой среды на уровень рабочей зоны 3.1. Параметры, характеризующие горючую нагрузку в помещении На рисунке 12 представлена схема помещения – вид сбоку. По центру – горючая нагрузка, очаг возгорания и пламенная зона; 1 и 2 – проемы: дверь и окна соответственно. Рисунок 12. Схема помещения – вид сбоку. ГН – горючая нагрузка 27 Помещение и горючая нагрузка (ГН) характеризуются следующими параметрами: Vгеом  l1  l 2  H – геометрический объем помещения, где l1 , l 2 , H – длина, ширина и высота помещения соответственно (м); 1-й проем – двери (обычно открыты на начало пожара); y В – расстояние от пола до верхнего среза дверного проема; – ширина дверного проема; 2-й проем – окна; y H – расстояние от пола до нижнего среза каждого оконного проема; b y В – расстояние от пола до верхнего среза каждого оконного проема;  b – суммарная ширина всех оконных проемов помещения; вид горючей нагрузки – твердая горючая нагрузка (ТГН); жидкая горючая нагрузка (ЖГН); газообразная (в данном курсе не рассматривается); S ГН – размеры горючей нагрузки на начало пожара, м2. Для твердой горючей нагрузки размеры горючей нагрузки на начало пожара рассчитывают по формуле (15) S ГН  l1  l2 , ГН ГН где l1 и l 2 – длина и ширина горючей нагрузки (рисунки 3 и 4), ГН ГН м. Для жидкой горючей нагрузки размеры горючей нагрузки на начало пожара и площадь горения принимают равной площади ее зеркала: (16) S ГН    r 2 , где r – радиус зеркала разлившейся жидкости (рисунок 4). б) а) Рисунок 13. Площадь горючей нагрузки на начало пожара (площадь горения): а) твердой горючей нагрузки; б) жидкой горючей нагрузки. M 0 – количество горючей нагрузки на начальный момент времени, кг; 28  – коэффициент теплопотерь – учитывает долю поглощенного полом, стенами, потолком и оборудованием тепла от выделившегося в зоне горения. 3.2. Теплофизические свойства горючей нагрузки (табличные величины, определенные экспериментально) P – низшая рабочая теплота сгорания горючей нагрузки – QH количество выделившегося тепла при сгорании 1 кг горючей нагрузки, Дж . Определяется как количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг кг или 1 м3 реального (рабочего) горючего материала при избытке кислорода (например, горение на открытом воздухе) с образованием водяных паров (без их конденсации); определяется экспериментально для каждого вещества; для большинства горючих веществ эта величина известна (нормальные условия) и приведена в справочной литературе; LO – потребление кислорода – количество кислорода (кг), 2 необходимое для сгорания (окисления) 1 кг горючей нагрузки, (размерность кг кг кг обозначает в числителе – количество кг кислорода, в кг знаменателе – на 1 кг горючей нагрузки); LCO , LCO – выделение двуокиси и оксида углерода при сгорании 2 1 кг горючей нагрузки, кг ; кг Состав токсичных продуктов горения и термического разложения зависит от химического состава горючих материалов и условий горения. При пожарах горят различные органические вещества и материалы: древесина, ткани, топливо, резина, декоративно-отделочные материалы, другие, в состав которых входят углерод, водород, кислород, азот и многие другие сложные соединения из них. При их полном сгорании образуются следующие основные газообразные продукты сгорания: двуокись углерода, оксид углерода, вода, молекулярный азот, оксиды азота, хлористый водород и др. В простейшем случае рассматривают одноступенчатую химическую реакцию с образованием двух основных токсичных газообразных веществ: двуокиси и оксида углерода, химическая реакция образования которых протекает с выделением тепла (рисунок 14). В более сложных ситуациях рассматривают весь спектр токсичных продуктов горения. 29 Рисунок 14. Реакции окисления углерода: (1) – протекает на начальных стадиях пожара при избытке кислорода; (2) – протекает при недостатке кислорода в зоне горения. D – дымообразующая способность – оптическое количество дыма, которое Нп  м 2 образуется в очаге горения, . с Непер (Нп) – логарифмическая безразмерная единица – натуральный логарифм отношения двух одноименных физических величин. При горении, помимо газо- и парообразных продуктов сгорания, могут образовываться и твердые вещества в виде шлаков и мелких дисперсных частиц, состоящих из сажи и твердых оксидов. Из-за небольшого объема и массы эти частицы находятся во взвешенном состоянии и увлекаются из зоны горения конвективными потоками, за счет чего и образуется дым. Цвет дыма зависит от его состава: дым, содержащий сажу, имеет черный цвет; большое количество паров воды – белый; а, например, содержащий оксиды магния – серый.  – скорость выгорания горючей нагрузки – количество горючего материала, перешедшего в газообразное за единицу времени  , кг/с;  0 – удельная массовая скорость выгорания горючей нагрузки, кг 2 м с ; Л – линейная скорость распространения пламени по поверхности горючей нагрузки, м ; с  – полнота сгорания горючей нагрузки. Определяется как отношение количества теплоты, фактически выделившейся при сгорании 1 кг горючей нагрузки, к теплоте его сгорания. Коэффициент полноты сгорания в начальной стадии пожара  0 (при достаточном количестве кислорода в помещении) определяют согласно нормативной документации [3], по формуле: (17) 6  0  0,63  0,2  xO2  1500  xO , 2 где xO – концентрация кислорода в помещении на начало пожара (или 2 другого вещества, которое является окислителем для горючей нагрузки). 30 Для нормальных начальных условий концентрация кислорода в атмосфере и помещении – 23,15 масс% (20,9476 об%) и  0  0,91. Вместо xO в формуле может стоять концентрация любого другого 2 окислителя, из-за которого может начаться возгорание горючего материала. Окислители – вещества или материалы, обладающие способностью вступать в реакцию с горючими веществами, вызывая их горение, а также увеличивать его интенсивность. Газообразная среда в помещении характеризуется следующими параметрами: V - свободный объем помещения (м3) – это объем газообразной среды в помещении. Рассчитывается как разность между геометрическим объемом и объемом оборудования или предметов, находящихся внутри помещения. Устанавливается экспериментально. Если это невозможно, то для оценочных расчетов принимают равным 80% от геометрического объема помещения: V  0,8  Vгеом  0,8  l1  l2  H . T – температура газообразной среды, К; U – внутренняя энергия, Дж;  – оптическая плотность газовой среды (натуральный показатель ослабления света в дисперсной среде), Нп/м (Нп – Непер); связана с дальностью видимости lвид эмпирическим соотношением  – плотность газовой среды, кг/м;  2,38 ; lвид p – давление газообразной среды, Па; p нар – давление наружной атмосферы, Па; xO2 , xCO , xCO 2 – концентрации компонентов газовой среды в помещении – кислорода, оксида и двуокиси углерода соответственно, масс%; G В – скорость притока свежего воздуха в помещение (массовая), кг/с; G Г – скорость оттока нагретых газов из помещения (массовая), кг/с; 31 3.3. Три стадии развития пожара Три стадии развития пожара приведены на рисунке 15. Рисунок 15. Изменение температуры газообразной среды в помещении, I , II , III – стадии пожара I – нарастание температуры (начало пожара); II – квазистационарный режим; III – снижение температуры (затухание). Для каждой из этих стадий характерно свое соотношение между притоком свежего воздуха G B и оттоком нагретых газов G Г из помещения: I стадия – нарастание температуры, которое сопровождается уменьшением среднеобъемной плотности газообразной среды со временем пожара. На этой стадии GB  G Г – количество уходящих через проемы нагретых газов больше, чем количество поступающего в помещение свежего воздуха. То есть на начальной стадии пожара преобладает отток нагретых газов из помещения. Это различие во время пожара будет тем значительнее, чем выше скорость нарастания температуры в объеме помещения; II стадия – квазистационарный режим горения – температура воздуха в помещении почти не меняется T  const (по этому признаку и дано название стадии горения – примерно постоянный режим горения). При этом режиме GB  G Г . Квазистационарный или установившийся режим пожара характеризуется тем, что расход уходящих из помещения нагретых газов приблизительно равен скорости поступления в помещение свежего воздуха; III стадия пожара характеризуется падением температуры в помещении. Плотность газовой среды внутри помещения увеличивается и поэтому GB  G Г . То есть при снижении температуры в помещении 32 количество уходящих из помещения нагретых газов меньше, чем количество поступающего в помещение свежего воздуха вместе с количеством выгорающих веществ. При затухании преобладает приток свежего воздуха в помещение. 3.4. Два режима пожара Названия режимов даны в зависимости от того, каким параметром лимитируется (определяется) скорость выгорания горючего материала – рисунок 16. I режим пожара – пожар, регулируемый нагрузкой (ПРН), то есть свойствами горючей нагрузки. Характеризуется наличием достаточного количества кислорода (воздуха). Горение материала аналогично его горению на открытом воздухе. Рисунок 16. Режимы пожара: ПРН – пожар, регулируемый нагрузкой; ПРВ – пожар, регулируемый вентиляцией В дальнейшем при развитии пожара кислород расходуется на горение и его количество в помещении заметно уменьшается, что приводит к замедлению процессов окисления материала. Через промежуточный режим пожар переходит в новую стадию. II режим пожара – пожар, регулируемый вентиляцией (ПРВ). Характеризуется тем, что кислорода в помещении мало и скорость горения определяется количеством поступающего извне воздуха. В реальных условиях один режим выгорания горючей нагрузки может переходить в другой. А между этими режимами – пожаром, регулируемым нагрузкой ПРН, и пожаром, регулируемым вентиляцией ПРВ, существует промежуточный режим – смешанный. График на рисунке 16 коррелирует с рисунком 15 – графиком изменения температуры газообразной среды в помещении. На первой стадии пожара при наличии достаточного количества кислорода происходит практически полное окисление горючего материала 33 до образования CO2 (рисунок 14), H 2 O и других продуктов полного сгорания. Эти реакции идут с большим тепловыделением (рисунок 14), и в помещении происходит быстрое нарастание температуры. CO2 – тяжелый газ: молекулярные массы основных компонентов воздуха (в атомных единицах массы – а.е.м.)  O  32 ,  N  28 , а у 2 двуокиси углерода 2 CO2  44 . CO2 опускается вниз и накапливается у пола помещения. Для второй стадии горения характерно малое количество окислителя и реакции горения протекают не полностью – с преимущественным образованием промежуточных продуктов горения, например CO . Реакция протекает с гораздо меньшим количеством тепловыделения (рисунок 14), рост температуры в помещении приостанавливается, горение переходит во вторую стадию – квазистационарный режим пожара (см. рисунок 15). CO легче кислорода: CO  28 . Он поднимается вверх над факелом горения вместе с конвекционными потоками нагретых газов и накапливается у потолка, постепенно опускаясь вниз и заполняя все помещение. Данный газ представляет собой взрывоопасную смесь, так как при наличии притока свежего воздуха в воздушной смеси мгновенно пройдет реакция полного окисления до CO2 с достаточно большим взрывным выделением теплоты: CO  O2  CO2 + 283 кДж/моль (разность количества теплоты между 1-й и 2-й реакциями – см. рисунок 14). Учитывая вышесказанное, отметим, что от количества кислорода в помещении будут также зависеть параметр горючей нагрузки  – полнота сгорания горючего материала и  – скорость выгорания горючей нагрузки – они будут меняться в зависимости от количества окислителя в помещении. 3.5. Зависимость полноты сгорания горючего материала от количества кислорода в помещении Полнота сгорания горючего материала  зависит от режима пожара (рисунок 11) и определяется по эмпирической формуле   0 k  xO2 В (G В   аWВ ) LO 2  (1  k ) где  – полнота сгорания горючего материала; 34 (18)  0 – коэффициент полноты сгорания в начальной стадии пожара. Для оценочных расчетов коэффициента используют формулу (17); k – коэффициент, характеризующий режим пожара. Является функцией, зависящей от среднеобъемной концентрации кислорода в помещении xO – рисунок 16. 2 Пожар в начальной стадии – пожар, регулируемый нагрузкой ПРН, k  1 и полнота сгорания горючего материала по формуле (18)    0 . Развитая стадия пожара с низким содержанием кислорода в помещении – пожар, регулируемый вентиляцией ПРВ, k  0 и полнота сгорания горючего материала в основном будет зависеть от скорости поступления воздуха через проемы G В и концентрации кислорода в нем – xO и будет определяться только вторым слагаемым в формуле (18). 2В Для промежуточного режима – переход от стадии ПРН к ПРВ – коэффициент полноты сгорания горючего материала  определяют по полной формуле (18). xO – концентрация кислорода в поступающем воздухе; 2В G В – расход воздуха, поступающего через проемы, (кг/с);  a – плотность наружного воздуха (атмосферы); WВ – объемная (м3/с) скорость поступления свежего воздуха в помещение через приточную вентиляцию; LO – скорость потребления кислорода, кг/кг; 2  – скорость выгорания горючей нагрузки. а) 35 б) Рисунок 17. Зависимость коэффициента, характеризующего режим пожара а) от времени пожара; б) от количества кислорода в помещении. концентрация кислорода в атмосфере xa – Аналогичная зависимость от режима пожара будет и для скорости выгорания горючей нагрузки. 3.6. Зависимость скорости выгорания горючей нагрузки от количества кислорода в помещении Скорость выгорания горючей нагрузки в зависимости от режима пожара представлена формулой    0 0 S ГН  k  xO2 В G В LO 2 (1  k ) (19) где  0 – удельная скорость выгорания горючего материала на открытом воздухе; S ГН – площадь горения (площадь горючей нагрузки). Если горючий материал – жидкость, то площадь горения S ГН равна площади ее зеркала. Для начальной стадии пожара – ПРН, коэффициент k  1 и скорость выгорания горючей нагрузки  будет определяться только начальными условиями горения – первое слагаемое в формуле (19)    0 0 S ГН . Для развитой стадии пожара и малого количества кислорода в помещении (см. рисунок 16) коэффициент k  0 и скорость выгорания горючей нагрузки определяется количеством поступившего в помещение 36 воздуха G В и рассчитывается по параметрам второго слагаемого в формуле (19):   xO 2 В G В LO 2 . Для смешанного (переходного из ПРН в ПРВ) режима скорость выгорания рассчитывают по полной формуле (19). В целом скорость выгорания горючей нагрузки зависит от: 1) природы горючего материала. Однако если горючим материалом является газообразное вещество (метан, пропан, другое), поступающее в помещение из отверстий в стенках трубопроводах или аппаратов, то скорость выгорания этого газа  не зависит о природы газа и равна его скорости оттока из отверстий; 2) температуры газообразной среды в помещении; 3) от количества окислителя (например, O2 ) в помещении – рассмотрено выше. 3.7. Коэффициент теплопотерь. Тепловой поток в ограждения При определении уровня пожаровзрывоопасности производственного или жилого помещения и разработке эффективных противопожарных мероприятий необходим прогноз поведения строительных конструкций, а также оценка теплового воздействия на оборудование и материальные ценности. Поскольку ограждающие конструкции поглощают только часть тепловой энергии, которая выделяется при горении горючих материалов (см. рисунок 18), суммарный тепловой поток в ограждения будет равен (20) QW  Qстены  Qпол  Qпотолок    Qпож , Рисунок 18. Мощность тепловыделения и тепловые потоки в ограждения 37 – суммарный тепловой поток в ограждения; QW Qстены , Qпол , Qпотолок – тепловые потоки в стены, пол, потолок; Qпож – скорость тепловыделения – количество тепла, выделившегося в единицу времени при горении горючего материала. Зависит от стадии пожара – рисунок 9 и количества кислорода в помещении – рисунок 12-б. Количество тепла, которое выделяется в результате протекания химических реакций в пламенной зоне в единицу времени, может быть рассчитано по формуле (21) Qпож    Qнр , где η – коэффициент полноты сгорания горючего материала; Qнр – низшая рабочая теплота сгорания горючего материала, Дж/кг;  – коэффициент теплопотерь – учитывает долю поглощенного конструкциями тепла от выделившегося в зоне горения. Величина коэффициента  существенно меняется со временем развития пожара и зависит от: 1) размеров помещения и его проемов; 2) материала ограждений и его теплофизических свойств; 3) размеров, массы и свойств горючей нагрузки. Согласно формуле (20), коэффициент теплопотерь  равен (22) Q  W . Qпож Для различных пожаров и стадий их развития диапазон изменения доли поглощенного конструкциями тепла от выделившегося в зоне горения может находиться в пределах 0,2  0,75 . Его величина меняется с течением развития пожара и существенно зависит от температуры в помещении. Согласно нормативной документации [3], для оценочных расчетов коэффициент теплопотерь  принимают равным 0,3. Расчет тепловых потоков в ограждения основан на опытных данных. На практике применяют эмпирические и полуэмпирические (смешанные – эксперимент и расчеты) методы, с помощью которых проводятся расчеты теплоотвода в ограждения [5, 7]. 38 3.8. Плоскость равных давлений. Режимы работы проемов Управление газовыми потоками при тушении пожара – оперативнотактическое действие для создания условий успешного тушения пожара и проведения спасательных работ. За счет управления газообменом на пожаре можно уменьшить размеры зоны задымления, изменить направление распространения горения, что, в свою очередь, будет влиять на скорость процессов горения и распространения пламени. 3.8.1. Закон изменения внутреннего и наружного давлений газовой среды Причиной движения газов через проемы является перепад давлений p – разность между давлением внутри помещения и давлением в окружающей атмосфере. Перепад давлений происходит из-за того, что при пожаре плотность нагретой газовой среды внутри помещения существенно меньше плотности холодного наружного воздуха. Кроме того, внутри помещения давление нагретых газов неравномерно распределяется по высоте помещения. Общий закон распределения давления столба жидкости или газа в зависимости от высоты (обозначим высоту через вертикальную координату y ): p   g y . При выводе закона изменения внутреннего и наружного давлений в зависимости от высоты помещения используют два логических допущения – рисунок 19: Рисунок 19. Схема помещения для закона изменения давлений 39 h (половина высоты помещения) давление 2 внутри помещения равно среднеобъемному давлению p m (индекс "m" от немецкого "mittel" – средний, означает, что взято среднеобъемное 1) на высоте помещения значение рассматриваемого параметра), давление снаружи помещения – атмосферному p a ; 2) на текущий момент времени среднеобъемная плотность газовой среды внутри помещения  m и плотность наружного воздуха  a постоянны по высоте помещения. Тогда закон изменения давлений по высоте помещения для произвольной координаты y будет записан в следующем виде: 1) для наружного давления (атмосфера): (23) h p нар  p a   a g (  y ) , 2 где p нар – наружное давление газообразной среды – давление вне помещения при пожаре, которое изменяется в зависимости от произвольной координаты высоты помещения – координаты y ; p – атмосферное давление; a  a – плотность наружного воздуха (атмосферы); h – половина высоты помещения; 2 g – ускорение свободного падения, равное 9,8 м с 2 ; 2) для давления внутри помещения: (24) h pвнутр  p m   m g (  y ) , 2 где pвнутр – давление газообразной среды внутри помещения, которое изменяется в зависимости от произвольной координаты высоты помещения – координаты y ; p m – среднеобъемное давление – давление газообразной среды, усредненное по всему объему помещения;  m – среднеобъемная плотность газообразной среды внутри помещения. Отметим, что законы распределения давлений внутри и снаружи помещения – формулы (23) и (24) – изменяются вдоль вертикальной оси 40 Oy по линейному закону. В этих уравнениях только одна переменная – произвольная высота y . Поскольку при пожаре плотность нагретой газовой среды внутри помещения существенно меньше плотности холодного наружного воздуха m  a , графики распределения наружного и внутреннего давлений по высоте помещения будут иметь различный наклон – на него влияют параметры плотности  m или  a (таблица 2, рисунок 20). Угол наклона графика изменения наружного давления больше, чем угол наклона линии изменения давления газовой среды внутри помещения. В таблице 2 приведены расчеты давлений внутри и снаружи помещения и схематичные графики изменения давлений с учетом наклона прямых. Таблица 2 Расчеты по формулам (23) и (24) для построения эпюры давлений Расчетная Давление, Па высота y , м внутри помещения наружное давление y  0 пол h 2 y  h потолок y h pвн  p m   m g (  y ) 2 h pвн  p m   m g 2 h p нар  p a   a g (  y ) 2 h p нар  p a   a g 2 pвн  pm pнар  pa pвн  pm   m g графики h 2 p нар  p a   a g h 2 Пользуясь расчетами, приведенными в таблице 2, строим эпюру распределения наружного и внутреннего давлений газовой среды в зависимости от высоты помещения. 41 Рисунок 20. Эпюра давлений В точке, где пересекаются линии графических зависимостей, давления внутри помещения и наружного давления равны, на этом уровне можно провести плоскость – это плоскость равных давлений (ПРД). 3.8.2. Плоскость равных давлений Плоскость равных давлений (ПРД), или нейтральная плоскость, – это плоскость, где давление внутри помещения равно наружному давлению. * Ее координата обозначается y (м). Чтобы получить закон ее изменения, необходимо приравнять правые части уравнений (23) и (24) и заменить произвольную координату y на * искомую – y . В результате получим выражение для координаты плоскости равных давлений: y*  pm  pa h  . 2 g (a  m ) (25) Согласно уравнению (25), высота координаты плоскости равных * давлений y зависит от параметров состояния газообразной среды внутри помещения: среднеобъемного давления p m и среднеобъемной плотности газообразной среды внутри помещения  m . Атмосферное давление p a и плотность наружного воздуха  a от времени пожара не зависят и на изменение положения плоскости равных давлений не влияют. Со временем развития пожара высота плоскости равных давлений меняется. В начальной стадии развития пожара, когда преимущественно образуется тяжелый газ CO2 высота плоскости равных давлений смещается вниз. В развитой стадии пожара при недостатке кислорода в помещении 42 идет неполное окисление с преимущественным образованием оксида углерода CO – более легкого газа, и высота плоскости равных давлений увеличивается. На пожаре эта плоскость видна – выше нее идет отток задымленных газов из помещения, а ниже нее – приток свежего воздуха в помещение. 3.8.3. Режимы работы проемов Одна из причин движения воздушных масс – разность давлений: движение газообразной среды происходит из зоны повышенного давления в зону пониженного давления. Тепловые и массовые потоки через проем в каждый момент времени рассчитывают с учетом текущего перепада давления по высоте проема, состава и температуры газовой среды по обе стороны проема. Наружное p нар и внутреннее pвнутр давления рассчитывают по формулам (23) и (24) и строят эпюру давлений. Предположим, на определенный момент времени пожара эпюра давлений имеет вид, соответствующий рисунку 21. p – разность значений внутреннего и наружного давлений. 1) область выше плоскости равных давлений: pнар  pвн и разность давлений p  pвн  pнар , поэтому выше плоскости равных давлений проем работает на отток нагретых задымленных газов из помещения; 2) область ниже плоскости равных давлений: pнар  pвн и разность давлений p  pнар  pвн , поэтому ниже плоскости равных давлений проем работает на приток свежего воздуха в помещение. Рисунок 21. Режимы работы проема 43 При пожаре параметры состояния газовой среды в помещении изменяются во времени, следовательно, изменяются расходы поступающего воздуха и уходящих газов. Кроме того, в процессе развития пожара могут вскрываться новые проемы, которые в начале пожара были закрыты, лопается остекление при температурах 300 – 400 оС; при температуре порядка 450 оС разрушаются пластиковые окна. Усложняющим фактором для расчетов положения плоскости равных давлений является ветер: на наветренной стороне возникает область повышенных давлений, на подветренной – область пониженных давлений. Поэтому в формулы (23) и (24) включают слагаемое, которое учитывает скорость движения ветра вблизи здания. 3.9 Перевод значений среднеобъемных параметров состояния газовой среды на уровень рабочей зоны Интегральная математическая модель позволяет определить динамику развития среднеобъемных параметров газообразной среды (то есть параметров, усредненных по высоте и объему помещения). Однако существуют формулы, которые позволяют перевести среднеобъемные параметры на уровень рабочей зоны.Высота уровня рабочей зоны h урз рассчитывается по формуле (1). Исходя из параметров помещения рассчитывают безразмерный параметр Z : Z h урз h e ( 1, 4 h урз h ) (26) где h – высота помещения. Вместо уровня рабочей зоны h урз в формуле (26) может стоять любая произвольная высота помещения y , на которой необходимо рассчитать значение параметра газообразной среды. Локальное значение опасного фактора пожара для выбранной высоты рассчитывают по формуле ОФП  ОФП 0  (ОФП m  ОФП 0 )  Z , (27) где ОФП – локальное значение опасного фактора пожара (например, для уровня рабочей зоны); ОФП 0 – начальное значение опасного фактора пожара – то есть для времени пожара   0 ; 44 ОФП m – среднеобъемное значение опасного фактора пожара для текущего момента времени (в связи со сложностью расчетов получают с помощью компьютерных программ INTMODEL, СИТИС ВИМ, КИС РТП или других); Z – безразмерный параметр, рассчитанный по формуле (26). Пример расчета: В помещении с размерами 30 * 25 * 5,5 температурный режим, рассчитанный по одной из компьютерных программ, меняется следующим образом: 1 2 3 Время пожара  , мин 20 27 39 50 o Температура Tm , C Пол в помещении горизонтальный и не имеет возвышений и площадок. Рассчитать динамику изменения температурного режима на уровне рабочей зоны для этого помещения. Решение: Высота уровня рабочей зоны в помещении: h урз  hпл  1,7  0,5  0  1,7  0  1,7 м . Высота помещения h  5,5 . Безразмерный параметр Z : Z hурз h e ( 1, 4 hурз h ) 1,7 (  e 5,5 1, 41, 7 ) 5, 5  0,476 . Согласно формуле (27) рассчитаем температуру T на высоте уровня рабочей зоны: T  T0  (Tm  T0 )  Z Результаты расчетов приведены в таблице 3. Таблица 3 Температурный режим пожара на уровне рабочей зоны Время пожара  , мин Температура 1 2 3 20 27 39 50 Tm , oC Расчет температуры на УРЗ по формуле T  T0  (Tm  T0 )  Z - T  20  (27  20)  0,476  23,3 T  20  (39  20)  0,476  29,0 T  20  (50  20)  0,476  34,3 45 Температура на УРЗ T , oC 20 23,3 29,0 34,3 Заключение по лекции 3 Скорость выгорания горючей нагрузки может зависеть не только от свойств горючего материала, но и от запаса кислорода в помещении и других условий. Прежде всего, выделяют два предельных режима горения материала в помещении: пожар, регулируемый нагрузкой, и пожар, регулируемый вентиляцией. Реализация этих режимов горения определяется текущей концентрацией кислорода в помещении Степень и характер влияния свойств горючей нагрузки на динамику опасных факторов пожара далеко не всегда однозначны и, в свою очередь, зависят от других параметров, тесно связанных между собой. Например, взаимосвязаны процессы расхода кислорода на горение и процессы газообмена с окружающей средой. Все эти факторы влияют на полноту сгорания горючей нагрузки, а значит на температурный режим пожара и через него на скорость газификации горючей нагрузки, т.е. на саму скорость выгорания. Подобные аналогии можно провести между практически любыми факторами, определяющими режим пожара. Продолжающиеся теоретические и экспериментальные исследования процессов выгорания горючего материала рано или поздно приведут к более полному пониманию сложных взаимосвязанных процессов, ответственных за пиролиз твердых горючих материалов и испарение жидких горючих материалов при пожаре в помещениях. 46 ЛЕКЦИЯ 4 Тема 4: Зонная и дифференциальная модели прогнозирования опасных факторов пожара Вопросы лекции: 4.1. Особенности проведения расчетов по зонной и дифференциальной моделям прогнозирования опасных факторов пожара 4.1.1. Особенности расчетов по зонной модели 4.1.2. Особенности расчетов по полевой модели 4.1. Особенности проведения расчетов по зонной и дифференциальной моделям прогнозирования опасных факторов пожара В основе расчетов параметров пожара по зонной и дифференциальной моделям пожара лежат те же законы сохранения, что и для интегральной модели: закон сохранения массы, импульса, первый закон термодинамики. Отметим, что интегральная модель пожара – это система обыкновенных дифференциальных уравнений, в которых искомые функции – среднеобъемные параметры состояния среды, а независимый аргумент – время  . Для данной модели все расчетные формулы представлены в [3]. 4.1.1. Особенности расчетов по зонной модели Зонная модель позволяет получить информацию о размерах характерных пространственных зон, возникающих при пожаре в помещении, и средних параметрах состояния среды в этих зонах. После воспламенения горючих веществ образуются нагретые газообразные продукты горения, которые имеют меньшую плотность, чем окружающий воздух. Они устремляются вверх, образуя над очагом горения конвективную колонку. Она имеет вид конуса над очагом горения. Нагретые газы достигают горизонтальной поверхности перекрытия, соударяются с ней и растекаются по потолку веерным потоком – рисунок 22. Достигая стен помещения, этот поток стекает вниз, образуя зону нагретого припотолочного слоя дыма. По мере развития толщина его увеличивается вследствие постоянного поступления в припотолочный слой нагретых продуктов горения и воздуха из конвективной колонки. 47 Рисунок 22. Схема образования припотолочного слоя нагретых газов где YВ – высота дверного проема; YК – координата нижней границы припотолочного слоя нагретых газов (считая от пола). Со временем развития пожара и увеличением количества нагретых задымленных газов у потолка помещения, опускается вниз; G В – поток воздуха, поступающий в конвективную колонку из зоны холодного воздуха, имеет практически постоянные параметры состояния, равные начальным условиям. Зонная модель ограничивается расчетами только для начальной стадии пожара – пока граница припотолочного слоя, непрерывно опускаясь, не достигнет верхнего края дверного проема. В этот промежуток времени нагретые газы только накапливаются в припотолочной зоне, а из дверного проема идет вытеснение холодного воздуха из зоны III. Расчеты по зонным моделям прекращают, когда нижняя граница зоны II опускается ниже верхней границы дверного проема: YК  YВ . С наступлением этой фазы начинается отток нагретых газов из помещения через дверной проем. Происходит смешение всех зон, нарушение их границ и, как следствие, усреднение параметров газообразной среды по всему объему помещения. Разделив помещение на однородные зоны (см. рисунок 6), в каждой из этих областей решаются уравнения, выражающие законы сохранения, усредненные параметры припотолочного слоя дыма и высоту нижней границы припотолочного слоя нагретых газов YК в зависимости от времени. Например, температура в сечении конвективной колонки может быть рассчитана по уравнению (28): (28) Q (1  1 ) T  T0  пож , Сp G 48 где Qпож – количество тепла, которое выделяется в пламенной зоне (рассчитывается аналогично расчетам интегральной модели пожара); – коэффициент, учитывающий долю поглощенного 1 ограждениями тепла от выделившегося Qпож в очаге горения; С p – изобарная теплоемкость газа. Координата границы припотолочной зоны YК рассчитывается по уравнению (29) dYК 53     Y  0, d К где  и  – функции состояния, рассчитанные из начальных условий газообразной среды и помещения [5]. Из приведенных уравнений видно, что расчеты по зонной модели пожара более сложные и громоздкие, однако они оправданы при решении тех задач, которые позволяют сделать данные модели. 4.2. Особенности расчетов по полевой модели Термогазодинамическая картина пожара внутри помещений со сложной геометрией отличается существенной нестационарностью и трехмерностью и не может быть получена с помощью интегральных или зонных моделей пожара. Основные допущения, принимаемые в зонных моделях, такие как равномерно прогретый припотолочный слой, симметричная конвективная колонка и ряд других, не соответствуют сложной термогазодинамической картине рассматриваемых модельных пожаров [5]. Полевая дифференциальная модель позволяет рассчитать для любого момента развития пожара значения всех локальных параметров состояния во всех точках пространства внутри помещения. Основой для полевых моделей являются уравнения, выражающие законы сохранения массы, импульса, энергии в рассматриваемом малом контрольном объеме. Это система уравнений в частных производных, которые описывают пространственно-временное распределение температур и скоростей газовой среды в помещении, концентрации компонентов этой среды – кислорода, оксида и двуокиси углерода, оптической плотности дыма, давлений, плотностей. В уравнения включены реологический закон НавьеСтокса, закон теплопроводности Фурье, закон диффузии, закон радиационного переноса, дифференциальное уравнение теплопроводности, которое описывает процесс нагревания ограждающих конструкций, k−ε модель турбулентности, различные дополнительные уравнения для вычисления коэффициентов турбулентного переноса энергии, импульса и компонентов газовой среды. 49 В полевой модели помещение тоже разбивается на зоны. Но число областей значительно больше − от 1000 до 1000000 в зависимости от поставленной задачи. Для каждой зоны решают уравнения, основанные на законах сохранения. Искомыми функциями в этой модели являются плотность и температура среды, скорость движения газа, концентрации компонентов газовой среды, оптическая плотность дыма в каждой зоне. Независимыми аргументами являются координаты х, у, z и время  . Уравнения полевой модели позволяют также рассчитать распространение дыма и распределение температуры в каждой точке помещения. Уравнения и численные алгоритмы подробно изложены в монографии С.В. Пузача [5]. Чтобы наглядно представить рассчитанные значения параметров газообразной среды в каждой точке пространства внутри помещения, их приводят в виде схем и графиков для определенного времени развития пожара (рисунок 23). Рисунок 23. Схемы перемещения воздушных масс (а), поля скоростей перемещения воздушных масс (б), поля температур (в) и давления (г) [4] На рисунке 23 представлены схемы перемещения воздушных масс, поля скоростей их перемещения, температур и давления газообразной среды через 20 с от начала горения этилового спирта в продольном разрезе 50 помещения размерами 9.4х8х3.3 м. Диаметр поддона со спиртом D =2 м. В помещении один открытый проем 2,4х2,6 м расположен симметрично по ширине меньшей стены, и его нижний срез находится на уровне пола. На рисунках проем расположен в правом нижнем углу. Поскольку критическое время пожара в различных точках помещения достигается не одновременно, то при использовании этой модели расчета параметров пожара, критическое время пожара определяется как максимальное из критических времен для эвакуационных выходов из данного помещения, или время блокирования – как время блокирования последнего выхода. Дифференциальный метод расчета позволяет выявить закономерности тепломассообмена в помещениях со сложной геометрией, определить величину необходимого времени эвакуации людей, время срабатывания датчиков противопожарной сигнализации, спринклерных установок, фактический предел огнестойкости в помещениях такого типа [5]. Заключение Пожар – это сложный физико-химический процесс. Он состоит не только из процесса горения. Но также включает явления массо- и теплообмена, которые развиваются во времени и пространстве. Эти явления взаимосвязаны и характеризуются параметрами пожара: скоростью выгорания, температурой и т. д.; определяются рядом условий, многие из которых носят случайный характер. Для прогнозирования опасных факторов пожара в настоящее время используются: интегральные модели пожара – прогноз усредненных по объему значений параметров состояния среды в помещении для любого момента времени развития пожара; зонные модели пожара – прогноз размеров характерных пространственных зон, возникающих при пожаре в помещении, и средних значений параметров состояния среды в этих зонах для любого момента развития пожара; полевые (дифференциальные) модели пожара – прогноз пространственно-временного распределения температур и скоростей газовой среды в помещении, концентраций компонентов среды, давлений и плотностей в любой точке помещения на любой момент времени развития пожара. 51 Выбор конкретной модели расчета времени блокирования путей эвакуации проводят исходя из поставленной задачи исследований (раздел 7 данного пособия). В настоящее время накоплен большой объем экспериментальной и теоретической информации о закономерностях тепломассообмена при пожаре в помещениях с ограждающими конструкциями в виде параллелепипеда. Но влияние сложной геометрии помещения на параметры термогазодинамики мало изучено. Наиболее полный обзор методов и моделей приведен в статье И.С. Свирина «Обзор моделей распространения пожара в зданиях» [11]. Наиболее популярная программа, позволяющая проводить расчеты по любым моделям, – СИТИС [12]. 52 Приложение Параметры горючей нагрузки для жилых и нежилых помещений гражданских зданий [6] № 1 1 2 3 4 5 6 7 Наименование горючей нагрузки 2 Здание 1-2 степени огнестойкости; мебель + бытовые изделия Низшая рабочая теплота сгорания Qн р , МДж/кг 3 13,8 Здание 1-2 степени огнестойкости; мебель 14,7 + ткани Здание 3-4 степени огнестойкости; мебель 13,8 + бытовые изделия Здание 3-4 степени огнестойкости; 14,7 мебель+ткани Здание 1 степени огнестойкости; мебель 14,9 +ткани (0,75+0,25) Здание 3 степени огнестойкости; мебель 14,9 + ткани (0,75+0,25) Кабинет; мебель + 14,002 бумага (0,75+0,25) Удельное Линейная Удельное Удельная Удельное выделени Удельное скорость потребле скорость дымовыдел е выделени распрост ние выгорани ение двуокиси е окиси ранения кислород я Ψ0 , D, углерода углерода пламени а LО2, кг/(м2с) Нпм2/кг LСО2, Lсо, кг/кг vлин , м/с кг/кг кг/кг 4 5 6 7 8 9 0,0108 0,0145 270 0,203 0,0022 -1,03 0,0108 0,0145 82 1,285 0,0022 -1,437 0,0465 0,0344 270 0,203 0,0022 0,0465 0,0344 82 1,285 0,0022 -1,437 0,0125 0,0162 58,5 1.32 0,0193 -1,437 -1,03 0,04 0,0162 58,5 1,32 0,0193 -1,437 0,042 0,0129 53 0,642 0,0317 -1,161 130 0,686 0,0215 -1,15 53 1,434 0,043 -1,161 88,1 1,912 0,262 -2,304 47,7 1,478 0,03 -1,369 Помещение, 8 облицованное 18,1 0,0405 0,0143 панелями ДВП Административное 9 помещение; мебель + 14,002 0,022 0,021 бумага (0,75+0,25) Лекарственные препараты; этиловый 10 26,6 0,033 спирт + глицерин (0,95+0,05) Общественн. зд.; меб. + 11 14 0.015 0,0137 линолеум ПВХ (0,9+1) 53 1 3 4 5 6 7 14,5 0,0103 0,011 49,5 1.1087 13,8 0,0368 0,0145 57 1,57 0,024 23,3 0,0835 0,013 129 0,467 0,0145 -3.698 36 0,0184 0,0112 850 0,416 0.015 14,1 0,0151 0,0145 71,3 1.47 0,0349 -1,218 14 0,0163 0,0152 53 1,423 0,023 -1.218 15,4 0,004 0,0061 41 0.771 0,169 -1,158 15.8 0,0177 0,015 133,5 0,845 0,0425 -1,249 14,4 0,0154 0,0135 84,1 1,55 0,0367 -1,288 16,7 0,0071 0,0244 60,6 0,879 0,0626 -2.56 30,7 0,0071 0,0244 521 0,65 0,1295 -2,19 23 ткани (шерсть + нейлон) Резинотехнические изделия; резина, изделия из нее Окрашенные полы, стены; дерево + краска РХО (0,9+0,1) Выставочный зал, мастерская; дерево + ткани + краска (0,9+0,09+0.01) Издательство, типографии Каюта с синтетической отделкой; дерево + ткани + отделка Мебель; дерево + облицовка Промтовары; текстильные изделия Кабельный подвал/лоток; кабели АВВГ+ АПВГ Толуол 40,9 - 0,043 562 3,677 0,148 -3,098 24 Ксилол 41,2 - 0,09 402 3,657 0,148 -3,623 25 Бензин А76 43,2 - 0,0585 256 2,92 0,175 -3,405 26 Керосин 43,3 - 0,0415 438,1 2,92 0,148 -3,341 45,4 - 0,0425 620,1 3,163 0,122 -3,368 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 27 28 29 2 Библиотеки, архивы, книги, журналы на стеллажах Сценическая часть зрительного зала; древесина Верхняя одежда; ворс, Дизельное топливо; соляр Радиоматериалы; полиэтилен, -стирол, -пропил, гетинакс Электротехнические материалы; текстолит, карболит 8 9 0,0974 -1.154 -1.15 -2,99 34,8 0,0137 0,0177 381 0,764 0,10 -3,312 20,9 0,0125 0,0076 327 0,375 0,0556 1,95 54 Теплоноситель; турбинное масло ТП-22 Электрокабель АВВГ; 31 ПВХ оболочка + изоляция 1 2 Электрокабель АПВГ; 32 ПВХ оболочка + полиэтилен Телефонный кабельТПВ; 33 ПВХ + полиэтилен Сырье для нефтехимии; 34 нефть 30 41,9 25 3 - 0,03 0,0071 0,0244 4 5 243 0,70 0,122 -0,282 635 0,398 0,109 -2,19 6 7 8 9 36,4 0,0071 0,0244 407 0,903 0,15 -2,19 34,6 0,0022 0,0085 556 0,903 0,124 -2,19 44,2 - 0,0241 438 3,104 0,161 -3,24 35 Ацетон 29 - 0,044 80 2.293 0,269 -2.22 36 Этиловый спирт 27,5 - 0,031 80 1,937 0,269 -2,362 13,8 0.0396 0,0145 57 1,57 0,024 -1,15 13,8 0,0583 0,0145 57 1,57 0,024 -1,15 13,8 0.022 0,0145 57 1,57 0,024 -1,15 13,8 0,0375 0,0145 57 1,57 0,024 -1.15 16,1 0,0191 0,0117 80,5 1,055 0,072 -1,177 13,8 0,0585 0,0145 57 1,57 0,024 -1,15 13,8 0,0585 0,0063 61 1,57 0,024 -1,15 13,8 0,0585 0,014 53 1,57 0,024 -1,15 18,4 0,0167 0,0089 104 0,54 0,121 -1,205 Сырье для легкой 46 промышленности; хлопок 16,4 разрыхленный 0,0445 0,0213 0,6 0,57 0.0052 -2,3 3,37 0,36 0,0039 -1,83 37 38 39 40 41 42 Лесопильный цех 1-3 степени огнестойкости; древесина Лесопильный цех 4-5 степени огнестойкости; древесина Цех деревообработки; древесина Цех сушки древесины; древесина Производство фанеры; древесина + фанера (0,5+0,5) Штабель древесины; хвойный + листв. лес Хвойные древесные стройматериалы; штабель Лиственные древесные 44 стройматериалы; штабель Клееные 45 стройматериалы; фанера 43 47 Сырье для легкой промышленности; лен разрыхленный 15,7 0,05 55 0,0213 48 49 50 1 51 Сырье для легкой промышленности; хлопок 15,7 + капрон (0,75+0,25) Сырье для легкой промышленности; 21,8 шерсть Пищевая промышленность; 17 пшеница, рис, гречиха и мука из них 2 3 Сырье и изделия из 43 синтетического каучука 0,028 0,0125 4,3 1,045 0,012 -3,55 0,028 0,02 164 0,715 0,0153 -1,759 0,005 0,008 1096 0,812 0,163 4 5 6 7 8 0,0143 0,011 212 1,408 0,15 -2,985 -0,968 52 Склад льноволокна 15,7 0,071 0,0213 3,4 0,36 0,0039 -1,83 53 Склад хлопка в тюках 16,7 0,0042 0.0167 0,6 0,578 0,0052 -1,15 54 Склад бумаги в рулонах 15,1 0,005 0,008 41 0,6635 0,1077 -1,158 Провода в резиновой 55 изоляции типа КПРТ, ПТ, ВПРС 37,8 0,005 0,1917 850 0,416 0,015 -2,99 56 Склад оргстекла (ПММА) 26,4 0,008 0,0041 78 1,795 0,1266 -2,09 57 Кабель + провода 0,75 (АВВГ, АПВГ, ТПВ) + 0,25 (КПРТ, ПР, ШРПС) 33,5 0,0054 0,0622 612 0,655 0,0995 -2,389 58 Дерево + лаковое покрытие 0,95 древесина + 0,05 (ФЛ+РХО) 13,9 0,0151 0,0225 64,1 0,724 0,0205 -1,191 Автомобиль: 0,3 (резина, бензин) + 0,15 (ППУ, 59 искусственная кожа ПВХ) + 0,1 эмаль 31,7 0,0068 0,0233 487 1,295 0,097 -2,64 16,2 0,0293 0,0123 175,6 0,817 0,041 -1,574 60 Зал; 0,5 ДВП + 0,1 (ткань, искусственная кожа, ПВХ, ППУ) + 0,2 (дерево с покрытием) Тара: древесина + картон 61 + полистирол (0,5+0,25+0,25) 20,71 0,01 0,018 155 0,97 0,094 -1,52 Упаковка: бумага + картон + поли (этилен + стирол) (0,4+0,3+0,15+0,15) 23,54 0.004 0,132 172 0,679 0,112 -1,7 62 56 63 Индустриальное масло 42,7 64 Вешала текстильных изделий 65 - 0,043 480 1,07 0,122 -1,589 16,72 0,0078 0,0245 61 0,879 0,063 -2,56 Отделка; ковролин 15,397 0,021 0,013 150 1,225 0,207 -2,55 66 Мебель + бумага (0,8) + ковровое покрытие (0,2) 14,28 0,034 0,0129 72,4 0,759 0,068 -1,439 67 Занавес зрительного зала кинотеатра 13,8 0,05 0,0115 50 0,203 0,0022 -1,03 Список литературы Нормативная 1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности [Текст]: Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ. 2. Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах [Текст]: Приказ МЧС РФ от 10.07.2009 № 404 (с изменениями от 14 декабря 2010г). – М. Пожаровзрывобезопасность. – № 8. – 2009. – Стр. 7-12. 3. Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности [Текст]: Приложение №6 к Приказу МЧС России от 30.06.2009 № 382 (ред. от 02.12.2015г.) М. Пожаровзрывобезопасность. – № 8. – 2009. – Стр. 7-12. Основная: 4. Терентьев, Д.И. Прогнозирование опасных факторов пожара [Текст]: Курс лекций / Д.И. Терентьев, А.А. Субачева, Н.А. Третьякова и др. – Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2012. – 182 с. 5. Пузач, С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении 57 практических задач пожаровзрывобезопасности зданий [Текст]: монография / С.В. Пузач. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. – 336 с. 6. Кошмаров, Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении [Текст]: Учебное пособие / Ю.А. Кошмаров. – М.: Академия ГПС МВД России, 2000. – 118 с. 7. Пузач, С.В. Новые представления о расчете необходимого времени эвакуации людей и об эффективности использования портативных фильтрующих самоспасателей при эвакуации на пожарах[Текст]: Монография // Пузач С.В, Смагин А.В., Лебедченко О.С., [и др.] – М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. – 222с. 8. Сушко, Е.А. Разработка методики расчета рациональных режимов систем вентиляции производственных помещений [Текст]: / Е.А. Сушко, К.Н. Сотникова, С.Л. Карпов // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. 2011. №2 (22). С. 143-149. 9. Пожарная тактика. http://www.rcsz-tcc.ru/taktika/6.html 10. Статистика пожаров РФ. http://www.mchs.gov.ru 11. Свирин, И.С. Обзор моделей распространения пожара в зданиях [Текст]: / И.С. Свирин// Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2013. № 6. 12. СИТИС http://www.sitis.ru 58