Аналитические соотношения для определения критической продолжительности пожара

Для одиночного помещения высотой не более 6 м, удовлетворяющего условиям применения интегральной модели, при отсутствии систем противопожарной защиты, влияющих на развитие пожара, допускается определять критические времена по каждому из опасных факторов пожара с помощью аналитических соотношений:

по повышенной температуре

, (26)

по потере видимости

, (27)

по пониженному содержанию кислорода

, (28)

по каждому из газообразных токсичных продуктов горения

, (29)

где – размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг;

t₀ – начальная температура воздуха в помещении, °С;

n – показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающего материала во времени;

А – размерный параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания горючего материала и площадь пожара, кг/сⁿ;

Z – безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения ОФП по высоте помещения;

Q_н – низшая теплота сгорания материала, МДж/кг (Приложение Б);

С_р – удельная изобарная теплоемкость газа, МДж/кг (Приложение В);

j – коэффициент теплопотерь (принимается по данным справочной литературы, при отсутствии данных может быть принят равным 0,3);

h – коэффициент полноты горения (определяется по формуле 33);

V_св – свободный объем помещения, м³. Допускается принимать 80 % от геометрического объема;

α – коэффициент отражения предметов на путях эвакуации;

Е – начальная освещенность, лк;

l_пр – предельная дальность видимости в дыму, м;

D_m – дымообразующая способность горящего материала, Нп×м² /кг (Приложение Б);

L – удельный выход токсичных газов при сгорании 1 кг материала, кг/кг;

Х – предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг м^-3 (Х_СО2 =0,ll кг/м³; Х_СО = 1,16×10^-3 кг/м³; Х_HCL=23×10^-6 кг/м³);

L_О2 – удельный расход кислорода, кг/кг.

Если под знаком логарифма получается отрицательное число, то данный ОФП не представляет опасности.

Параметр Z вычисляют по формуле:

, (30)

где h – высота рабочей зоны, м;

Н – высота помещения, м.

Высота рабочей зоны определяется по зависимости:

, (31)

где h_пл – высота площадки, на которой находятся люди, над полом помещения, м;

d – разность высот пола, равная нулю при горизонтальном его расположении, м.

Величину С_р обычно находят по таблицам, в которых значения теплоемкостей приводятся для интервалов температур с началом отсчета 0 °С. Тогда среднюю теплоемкость для интервала температур от t₁ до t₂ можно определить по формуле:

(32)

Формула (32) позволяет вычислить средние теплоемкости при нелинейной зависимости теплоемкости от температуры.

Для нахождения средней теплоемкости можно использовать и уравнения, основанные на линейной зависимости теплоемкости от температуры, т.е. С = f(t). Линейные зависимости, позволяющие определить среднюю теплоемкость при изменении температуры от 0 °С до заданной для многих газов может быть определена по выражению:

(33)

где а и b – постоянные коэффициенты, зависящие от природы газа.

Коэффициент полноты горения η определяется по формуле:

(34)

где η_а – коэффициент полноты горения в режиме пожара, регулируемом горючей нагрузкой, определяемый по формуле:

(35)

Коэффициент К рассчитывается по формуле:

(36)

где

Х_ох,а – начальная концентрация кислорода в помещении очага пожара;

Х_ох,m – текущая концентрация кислорода в помещении очага пожара;

Ψ – скорость выгорания пожарной нагрузки, зависящей от вида развития пожара, кг/с;

L_ox – количество кислорода поглощающегося при сгорании одного килограмма пожарной нагрузки, кг/кг.

Скорость выгорания твердых и жидких материалов есть не что иное, как скорость поступления летучих веществ с поверхности горючих материалов (ГМ) в пламенную зону. Необходимо отметить, что летучие вещества есть горючие газы, которые образуются в результате термического разложения твердых ГМ (процесс пиролиза) или в результате испарения жидких ГМ. Таким образом, скорость выгорания твердых и жидких материалов есть величина, равная расходу горючих газов, поток которых с поверхности ГМ возникает в результате процессов термического разложения или испарения. Если ГМ представляет собой газообразное вещество (метан, пропан и т.д.), поступающее в помещение из отверстий в стенках трубопроводов или аппаратов, то скорость выгорания этого газа равна его расходу из отверстий и не зависит от природы этого газа.

Массовая скорость выгорания Ψ зависит не только от свойств горючего материала. Скорость выгорания вещества в помещении может отличаться от его скорости выгорания и тепловыделения на открытом пространстве. Возможны два предельных режима горения материала в помещении.

Первый режим выгорания горючих материалов характеризуется наличием достаточного количества кислорода (воздуха). При таком режиме горение материала в помещении аналогично горению его на открытом воздухе. Режим пожара в этом случае называют пожаром, регулируемым нагрузкой (ПРН).

Второй предельно возможный режим выгорания горючего материала характеризуется тем, что кислорода в помещении мало и скорость тепловыделения лимитируется количеством поступающего извне кислорода (воздуха). Режим пожара в этом случае называют пожаром, регулируемым вентиляцией (ПРВ).

В реальных условиях в процесс развития пожара один режим выгорания может переходить в другой, т.е. вслед за ПРН наступает ПРВ и наоборот. Между ПРН и ПРВ имеют место промежуточные режимы.

Следует отметить, что скорость выгорания материала в определенной степени зависит от температуры газовой среды в помещении.

Скорость выгорания при ПРН вычисляется по формуле (6).

Если горючим веществом является жидкость, площадь горения полагается равной площади ее зеркала.

Площадь горения ТГМ вычисляется на основе экспериментальных данных о линейной скорости распространения пламени. В частности, при круговом распространении используется следующая формула:

, (37)

где V – скорость распространения пламени, м/с.

Для определения вида возможного пожара в помещении (ПРН или ПРВ) необходимо:

· определить объем помещения V, м³;

· рассчитать проемность помещений П, м^0,5, объемом V ≤ 10м³

(38)

для помещений с V > 10 м³

(39)

где ΣА_i – суммарная площадь проемов помещения, м²;

h_i – высота i-го проема помещения, м;

S – площадь пола помещения, м².

· выбрать из справочной литературы количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала i-й пожарной нагрузки V_oi, нм³/кг;

· рассчитать количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки

(40)

где P_i – общее количество пожарной нагрузки i-го компонента твердых горючих и трудногорючих материалов, кг;

· определить удельное критическое количество пожарной нагрузки q_кр.к, кг/м², для кубического помещения объемом V, равным объему исследуемого помещения

(41)

· вычислить удельное значение пожарной нагрузки q_к, кг/м², для исследуемого помещения

(42)

где А = ΣА_i – суммарная площадь проемов помещения, м²;

S – площадь пола помещения, равная V^0,667;

Q_Hi^P – низшая теплота сгорания i-го компонента материала пожарной нагрузки, МДж/кг.

· сравнить значения q_к и q_кр.к. Если q_к < q_кр.к, то в помещении будет пожар, регулируемый нагрузкой (ПРН); если q_к ≥ q_кр.к, то в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией (ПРВ).

Предельно допустимая дальность видимости в дыму l_пр, м, в обычных условиях связана с оптической плотностью дыма μ, Нп·м^-1, зависимостью

L_пр = 2,38/μ (43)

Следует иметь в виду, что наибольшей опасности при пожаре подвергаются люди, находящиеся на более высокой отметке. Поэтому, например, при определении необходимого времени эвакуации людей из партера зрительного зала с наклонным полом значение h следует находить, ориентируясь на наиболее высоко расположенные ряды кресел. Параметры А и n вычисляют так:

при горении жидкости с установившейся скоростью:

при n=1, (44)

где – удельная массовая скорость выгорания жидкости, кг/(м²×с);

при горении жидкости с неустановившейся скоростью:

при n=1,5 (45)

для кругового распространения пожара:

при n=3, (46)

где V – линейная скорость распространения пламени, м/с;

Для вертикальной или горизонтальной поверхности горения в виде прямоугольника, одна из сторон которого увеличивается в двух направлениях за счет распространения пламени (например, распространение огня в горизонтальном направлении по занавесу после охвата его пламенем по всей высоте):

, при n=2, (47)

где b – перпендикулярный к направлению движения пламени размер зоны горения, м.

При отсутствии специальных требований значения α и Е принимаются равными 0,3 и 50 лк соответственно, а значение l_пр=20 м.

Из полученных в результате расчетов значений критической продолжительности пожара выбирают минимальное:

Необходимое время эвакуации людей t_нб, мин, из рассматриваемого помещения рассчитывают по формуле:

t_нб = 0,8 t_кр/60 (48)

При расположении людей на различных по высоте площадках необходимое время эвакуации необходимо определять для каждой площадки.

Свободный объем помещения определяется как разность между геометрическим объемом и объемом оборудования или предметов, находящихся внутри. Если рассчитать свободный объем невозможно, то допускается принимать его равным 80% геометрического объема.

При проектировании зальных помещений необходимое время эвакуации (для обеспечения ее своевременности) с учетом их объема и расстояний от наиболее удаленной точки зала до ближайшего эвакуационного выхода следует принимать по таблицам 9 и 10.

Пути эвакуации из спортивных залов с трибунами для зрителей и других зрительных залов в зданиях класса пожарной опасности С0 должны обеспечивать эвакуацию за необходимое время, приведенное в таблице 9.

При объеме зального помещенияW более 60 тыс. м³ необходимое время эвакуации из него следует определять по формуле

, (49)

но не более 6 мин.

Таблица 9

Необходимое время эвакуации людей из зальных помещений

Назначение залов	Объём залов, тыс. м3	Степень огнестойкости здания
Расстояние, не более, м / необходимое время эвакуации, не более, мин
до 5	св. 5 до 10	св. 10
1. Залы ожиданий для посетителей, кассовые, выставочные, танцевальные, отдыха и т.п.	30/2,0	45/3,0	55/3,5	I, II
20/1,5	30/2,0	-	III, IV
15/1,0	-	-	V
2. Обеденные, читальные - при площади каждого основного прохода из расчета не менее 0,2 м3 на каждого эвакуирующегося по нему человека	65/2,0	-	-	I, II
45/1,5	-	-	III, IV
30/1,0	-	-	V
3. Торговые при площади основных эвакуационных проходов, % площади зала:
25 и более	70/1,5	90/2,0	100/2,5	I, II
50/1,0	60/1,5	-	III, IV
35/0,8	-	-	V
менее 25	35/1,5	40/2,0	50/2,5	I, II
20/1,0	30/1,5	-	III, IV
15/0,7	-	-	V

Необходимое время эвакуации, рассчитанное по формуле (49), должно уменьшаться на 35% при расположении эвакуационных выходов на половине высоты помещения и на 65% при их расположении на высоте, составляющей 0,8 высоты зального помещения. При промежуточных или меньших значениях необходимое время следует принимать по интерполяции, а при больших – по экстраполяции.

Необходимое время эвакуации людей со сцены (эстрады) следует принимать не более 1,5 мин, а число эвакуируемых людей определять из расчета 1 чел. на 2 м² площади планшета сцены (эстрады).

Таблица 10

Необходимое время эвакуации людей из зальных помещений с колосниковой сценой и без нее

Назначение залов	Необходимое время эвакуации, не более, мин, при объеме помещения*, тыс. м3
до 5
Зрительные залы в театрах, клубах, домах культуры и другие залы с колосниковой сценой	1,5		2,5	2,5	-
Зрительные, концертные, лекционные залы и залы собраний, выставочные залы и другие залы без колосниковой сцены (кинотеатры, крытые спортивные сооружения, цирки, столовые и др.)			3,5		4,5
*При промежуточных объемах необходимое время эвакуации следует определять по интерполяции. Примечания: 1. Необходимое время эвакуации людей с балконов, а также с трибун, размещённых выше отметки, равной половине высоты помещения, уменьшается вдвое по сравнению с данными, приведенными в таблице. 2. Время эвакуации людей из залов и фойе или коридоров, обслуживающих залы, принимается равным необходимому времени эвакуации людей из залов, приведенному в таблице, увеличенному на 1 мин. При этом следует учитывать, что эвакуация людей из залов и фойе или коридоров начинается одновременно. 3. Необходимое время эвакуации людей из помещений зданий III и IV степеней огнестойкости, приведенное в таблице, уменьшается на 30%, а из помещений зданий V степени огнестойкости – на 50%.

Время эвакуации по незадымленным лестничным клеткам в расчет времени эвакуации из здания t_нбзд не следует принимать.