Методы расчета температурного режима пожара в помещениях зданий различного назначения.

К.1. Условные обозначения:

V- объем помещения, м³;

S- площадь пола помещения, м²;

А_i- площадьi-го проема помещения, м²;

h_i- высотаi-го проема помещения, м;

А=- суммарная площадь проемов помещения, м²;

- приведенная высота проемов помещения, м;

П- проемность помещения, рассчитывается поформуле (K.1)или (К.2), м^0,5;

Р_i - общее количество пожарной нагрузкиi-го компонента твердых горючих и трудногорючих материалов, кг;

q- количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади пола, кг/м;

q_кр.к- удельное критическое количество пожарной нагрузки, кг/м²;

q_k- количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади тепловоспринимающих поверхностей помещения, кг/м²;

П_ср- средняя скорость выгорания древесины, кг/(м²мин);

- средняя скорость выгоранияi-го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/(м²·мин);

- низшая теплота сгорания древесины, МДж/кг;

- низшая теплота сгоранияi-го компонента материала пожарной нагрузки, МДж/кг;

_ф- степень черноты факела;

Т₀- температура окружающего воздуха, К;

T_w- температура поверхности конструкции, К;

t- текущее время развития пожара, мин;

t_н.с.п - минимальная продолжительность начальной стадии пожара, мин;

- предельная продолжительность локального пожара при горении ЛВЖ и ГЖ, мин.

К.2 Определение интегральных теплотехнических параметров объемного свободно развивающегося пожара в помещении.

К.2.1 Определение вида возможного пожара в помещении.

Вычисляется объем помещения V.

Рассчитывают проемность помещений П, м^0,5, объемомV 10 м³

, (К.1)

для помещений с V> 10 м³

, (K.2)

Из справочной литературы выбирают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала i-й пожарной нагрузкиV_0i, нм³/кг.

Рассчитывают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки

, (К.3)

Определяют удельное критическое количество пожарной нагрузки q_кр.к, кг/м², для кубического помещения объемомV, равным объему исследуемого помещения

, (К.4)

Вычисляют удельное значение пожарной нагрузки q_k, кг/м², для исследуемого помещения

, (К.5)

где S -площадь пола помещения, равнаяV^0,667.

Сравнивают значения q_kи q_кр.к. Еслиq_k<q_кр.к, то в помещении будет пожар, регулируемый нагрузкой (ПРН); еслиq_k q_кр.к, ,то в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией (ПРВ).

К.2.2. Расчет среднеобъемной температуры.

Определяют максимальную среднеобъемную температуру Т_max

для ПРН

; (К.6)

для ПРВ в интервале 0,15 t_п1,22 ч с точностью до 8 %Т_max= 1000 °С и с точностью до 5 %

, (K.7)

где t_п- характерная продолжительность объемного пожара, ч, рассчитываемая по формуле

, (К.8)

где n_ср- средняя скорость выгорания древесины, кг/(м²·мин);

п_i- средняя скорость выгоранияi-го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/(м²·мин).

Вычисляют время достижения максимального значения среднеобъемной температуры t_max, мин

для ПРН

; (К.9)

для ПРВ

,

где t_п- рассчитывают поформуле (К.8).

Определяют изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре

, (К.10)

где Т₀- начальная среднеобъемная температура, °С;

t- текущее время, мин.

К.2.3. Расчет средней температуры поверхности перекрытия.

Определяют значение максимальной усредненной температуры поверхности перекрытия , °С

для ПРН

; (К.11)

для ПРВ с точностью до 8,5 % = 980 °С, с точностью до 5 %

. (К.12)

Вычисляют время достижения максимального значения усредненной температуры поверхности перекрытия t_max, мин для ПРН

; (K.13)

для ПРВ с точностью до 10 %

.

Определяют изменение средней температуры поверхности перекрытия

, (К.14)

где - начальная средняя температура поверхности перекрытия.

К.2.4. Расчет средней температуры поверхности стен.

Определяют максимальную усредненную температуру поверхности стен

для ПРН

, (К.15)

для ПРВ при 0,15 t_п< 0,8 ч с точностью до 10 %

, (К 16)

При 0,8 < t_п1,22 ч максимальное усредненное значение температуры поверхности стены с точностью до 3,5 % составляет 850 °С.

Вычисляют время достижения максимального значения усредненной температуры поверхности стен t_max, мин

для ПРН

; (К.17)

для ПРВ

Определяют изменение средней температуры стен

, (К.18)

где - начальная средняя температура поверхности стен.

К.2.5. Расчет плотности эффективного теплового потока в конструкции стен и перекрытия (покрытия).

Определяют максимальную усредненную плотность эффективного теплового потока в строительные конструкции , кВт/м²:

а) при ПРН:

для конструкций стен

; (К.19)

для конструкций перекрытия

; (К.20)

б) при ПРВ:

для конструкций стен при 0,8 > t_п> 0,15 ч

; (K.21)

при 1,22 t_п0,8 ч

= 15 кВт/м²;

для конструкций перекрытий (покрытий) при 0,8 > t_п> 0,15 ч

; (К.22)

при 1,22 t_п0,8 ч

= 17,3 кВт/м².

Вычисляют время достижения максимальной усредненной плотности теплового потока в конструкции для ПРН и ПРВ:

для конструкций стен

. (К.23)

для конструкций перекрытия (покрытия)

. (К.24)

Определяют изменение средней плотности теплового потока в соответствующие конструкции

. (К.25)

К.2.6. Расчет максимальных значений плотностей тепловых потоков, уходящих из очага пожара через проемы помещения, расположенные на одном уровне, при ПРВ.

Максимальную плотность теплового потока с продуктами горения, уходящими через проемы, рассчитывают по формуле

. (К.26)

К.3. Расчет температурного режима в помещении с учетом начальной стадии пожара при горении твердых горючих и трудногорючих материалов.

К.3.1. По данным пожарно-технического обследования или проектной документации определяют:

- объем помещения V;

-площадь проемов помещенияА_i;

-высоту проемовh_i;

- общее количество пожарной нагрузки каждого вида горючего твердого материала Р_i;

- приведенную высоту проемов h;

- высоту помещения h;

- общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, Р.

К.3.2. По результатам экспериментальных исследований в соответствии с объемом помещения Vи пожарной нагрузкойqопределяют минимальную продолжительность начальной стадии пожара (НСП)t_НСП. Времени окончания НСП соответствует температураТ_В.

K.3.3. Рассчитывают температурный режим развитой стадии пожара.

К.3.4. По результатам расчета температурного режима строят зависимость среднеобъемной температуры в помещении в координатах температура - время так, чтобы значению температуры Т_Вна восходящей ветви соответствовало значениеt_НСП.

К.3.5. Определяют изменение среднеобъемной температуры в начальной стадии пожара

, (К.27)

где Т_НСП- среднеобъемная температура в момент окончания НСП.

Среднее значение Т_НСПпри горении пожарной нагрузки из твердых органических материалов принимается равным 250 °С.

Пример- Определение температурного режима пожара в помещении промышленного здания с учетом начальной стадии.

Данные для расчета.

Площадь пола S= 2340 м², объем помещенияV= 14040 м³, площадь проемовА= 167 м², высота проемовh= 2,89 м. Общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, составляет 4,68·10⁴кг, что соответствует пожарной нагрузкеq= 20 кг/м².

Расчет.

По результатам экспериментальных исследований продолжительность начальной стадии пожара:

t_НСП= 40 мин.

Температура общей вспышки в помещении:

Т_В= 250 °С.

Изменение температуры в начальной стадии пожара:

Проемность помещения:

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки:

м³/кг.

Удельное критическое количество пожарной нагрузки:

Удельное количество пожарной нагрузки:

Из сравнения q_k иq_кр.кполучается, что

q_k= 14 >q_кр.к= 5,16.

Следовательно, в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией.

Максимальная среднеобъемная температура на стадии объемного пожара:

Характерная продолжительность пожара:

Время достижения максимальной среднеобъемной температуры:

Изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре:

Изменение среднеобъемной температуры при пожаре с учетом начальной стадии пожара в помещении объемом V= 14040 м³, проемностьюП= 0,12 м^0,5, с пожарной нагрузкой, приведенной к древесине в количестве 20 кг/м², представлен на рисунке К.1:

Рисунок К. 1.