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 — площадь i-го проема помещения, м²;

h_i — высота i-го проема помещения, м;

— суммарная площадь проемов помещения, м²;

— приведенная высота проемов помещения, м;

П— проемность помещения, рассчитывается по формуле (К.1) или (К.2), м^0,5;

Р_i — общее количество пожарной нагрузки i-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_к — количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади тепловоспринимающих поверхностей помещения, кг/м²;

П_ср — средняя скорость выгорания древесины, кг/(м² · мин);

П_срi — средняя скорость выгорания i-го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/м² · мин);

— низшая теплота сгорания древесины, МДж/кг;

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

_ф — степень черноты факела;

Т₀ — температура окружающего воздуха, К;

Т_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, объемом V  10 м³

, (K.1)

для помещений с V > 10м³

. (К.2)

Из справочной литературы выбирают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала i-й пожарной нагрузки V_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 объемом V, равным объему исследуемого помещения

. (К.4)

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

(К.5)

где S— площадь пола помещения, равная V^0,667.

Сравнивают 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).

К.2.2 Расчет среднеобъемной температуры

Определяют максимальную среднеобъемную температуру Т_mах

для ПРН

T_max - T₀ = 224 ; (К.6)

для ПРВ в интервале 0,15  t_п  1,22 ч с точностью до 8 % Т_max = 1000С и c точностью до 5 %

(К.7)

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

, (K8)

где n_cр — средняя скорость выгорания древесины, кг/(м² · мин);

n_i — средняя скорость выгорания i -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

t_max = t_п,

где t_п — рассчитывают по формуле (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_mах, мин

для ПРН

; (К.13)

для ПРВ с точностью до 10 %

t_max = t_п,

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_п  1,22ч максимальное усредненное значение температуры поверхности стены с точностью до 3,5 % составляет 850 С.

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

для ПРН

(К.17)

для ПРВ

t_max = 1,1 t_п,

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 конструкции стен

; (К. 19)

для конструкций перекрытия

; (К.20)

б) при ПРВ:

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

; (К.21)

при 1,22  t_п  0,8 ч

=15 кВт/м²;

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

; (К.22)

при 1,22  t_п  0,8 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 помещения А_i;

- высоту проемов h_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 V и пожарной нагрузкой q определяют минимальную продолжительность начальной стадии пожара (НСП) t_НСП. Времени окончания НСП соответствует температура Т_в.

К. 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_в на восходящей ветви соответствовало значение t_НСП.

К.3.5 Определяют изменение среднеобъемной температуры в начальной стадии пожара

( Т - Т₀ ) / (Т_НСП - Т₀) = (t / t_НСП )², (К.27)

где Т_НСП ^— среднеобъемная температура в момент окончания НСП.

Среднее значение Т_НСП 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 помещения V= 14040 м³, площадь проемов А = 167 м², высота проемов h = 2,89 м. Общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, составляет 4,68 · 10⁴ кг, что соответствует пожарной нагрузке q = 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:

( Т - Т₀ ) / (Т_НСП - Т₀) = (t / t_НСП )² = [ 523 - 293 (t / 40)² ];

Т - 293=0,14 t².

Проемность помещения:

м^0,5.

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

м³/кг

Удельное критическое количество пожарной нагрузки:

q_кп.к = кг/м².

Удельное количество пожарной нагрузки:

кг/м².

Из сравнения q_к и q_кп.к получается, что

q_к = 14 > q_кп.к = 5,16

Следовательно, в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией.

Максимальная среднеобъемная температура на стадии объемного пожара:

К.

Характерная продолжительность пожара:

ч.

Время достижения максимальной среднеобъемной температуры:

t_mах = t_п = 24 мин.

Изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре:

;

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

Рисунок К.1 — Изменение среднеобъемной температуры по времени с учетом начальной стадии пожара

ПРИЛОЖЕНИЕ Л

(рекомендуемое)