9.2 Критичний час розвитку пожежі в огорожі

При пожежі в огорожі тепло і масообмін обмежені огороджуючими конструкціями, тепло і дим накопичуються в приміщенні, а тому зона теплового впливу і зона задимлення змінюються. Зона задимлення характеризується зниженим вмістом кисню та підвищеним вмістом токсичних речовин, а зона теплового впливу характеризується критичною температурою, при якій відбуваються фізичні зміни матеріалу. Отже з розвитком пожежі настане момент часу, коли все приміщення буде охоплено цими зонами і перебування в них людей буде неможливе. Такий час називають критичним часом розвитку пожежі.

Критичний час розвитку пожежі – час від виникнення горіння до настання теплового удару або зниження концентрації кисню нижче гранично припустимих значень. Критичний час розвитку є функцією об’єму приміщення, площі пожежі, теплоти згоряння, масової швидкості горіння.

Час настання критичного стану по температурі може бути розраховано виходячи з рівняння теплового балансу. Частина загального тепла, що виділилося при пожежі, витрачається на нагрівання стін приміщення за рахунок променистої теплопередачі Q_пром. Інша частина Q_{підг. проц.} витрачається на підготовчі процеси, що протікають в горючій речовині при її підготовці до горіння (попередній нагрів, розкладання, випаровування). Частина тепла Q_кон, витрачається на нагрівання холодного повітря, що надходить у зону горіння, і на нагрівання продуктів горіння. Сума цих трьох складових дорівнює загальній кількості тепла, що виділяється при пожежі.

Q_пож = Q_пром + Q_{підг. проц.} + Q_кон

Q_пром + Q_{підг. проц.} ≈ kQ_пож

k – коефіцієнт тепловтрат, який визначає частку тепла пожежі, що витрачається на нагрівання конструкцій приміщення та самої горючої речовини, і дорівнює:

Тоді тепловий баланс можна переписати:

Q_пож = Q_кон + kQ_пож

(1-k)Q_пож =Q_кон

Q_пож = τ_пож *η* v_m *S_nож * Q_н^/

Q_кон =V_прим C_p(T_пож - T_o)

(1-k) ηQ_н^/ S_пож v_m t_пож =V_прим C_p(T_пож - T_o).

Якщо площа пожежі практично стала (при горінні рідин), то розрахунок критичного часу до досягнення критичної температури в приміщенні проводиться по формулі

Якщо прийняти k = 0.21, С_р= 1,29 кДж/(кг*К), t_кр = 70^оС, а  t₀ = 20^оС, то можна записати

Для приміщень, в яких горять тверді горючі матеріали, площа пожежі з часом розвитку збільшується і визначається радіусом розвитку пожежі, який, в свою чергу, залежить від квадрату лінійної швидкості поширення горіння та квадрату часу розвитку пожежі. Отже, з урахуванням цієї залежності критичний час перебування людей визначається як:

форма розвитку пожежі – кругова (осередок пожежі в центрі приміщення)

форма розвитку пожежі – напівколо (осередок пожежі біля стінки)

форма розвитку пожежі – чверть кола (осередок пожежі в куті приміщення)

де      v_l - лінійна швидкість поширення горіння, м/хв.;

         v_m – масова швидкість вигоряння

         Q^/_н – масова теплота згоряння горючого матеріалу;

        Η – коефіцієнт хімічного недопалу.

Так як в формулу по визначенню k входить площа горіння, яка при горінні ТГМ змінюється з часом, тому після рішення задачі проводять перевірку на збіжність результатів методом послідовних наближень.

Критичний час розвитку пожежі можна визначити також по зниженню концентрації кисню в повітрі приміщення. При зниження концентрації кисню в повітрі до 17% відбувається втрата свідомості, при зниженні концентрації нижче 14- 15 % наступають в організмі людини необоротні процеси, і може наступити смерть.

Швидкість зниження концентрації кисню в приміщенні, в якому відбувається пожежа, залежить від об’єму повітря, необхідного для повного згоряння одиниці кількості речовини, від площі горіння, масової швидкості вигоряння, від об’єму приміщення. Якщо вважати, що нормальна життєдіяльність організму припиниться при вигорянні 21-14 = 7 % кисню, що відповідає 7*4.76 = 33.32 % повітря по обсязі, то умова кисневого балансу для помешкання, в якому горить горюча речовина запишеться

0,3332 V _прим = v_п⁰ v_m S_пож ητ_кр.

де      V_прим - повний об’єм приміщення, м³;

S_пож - площа горіння, м²;

v_m - масова швидкість вигоряння речовини, кг/(м² хв.);

Час до настання критичного стана може бути аналітично визначене як

Для приміщень, в яких горять тверді горючі матеріали, з урахуванням збільшення площі пожежі з часом можна записати:

форма розвитку пожежі – кругова (осередок пожежі в центрі приміщення)

форма розвитку пожежі – напівколо (осередок пожежі біля стінки)

форма розвитку пожежі – чверть кола (осередок пожежі в куті приміщення)

Звичайно, при зниженні концентрації кисню в повітрі приміщення змінюються і параметри горіння речовини, так що виведені залежності носять умовний вид, але, використовуючи їх можна приблизно визначити нормативний час початку бойових дій по рятуванню людей на пожежі.

Висновок: планувати будівництво пожежних підрозділів на об'єктах і в населених пунктах, проводити навчання командного й особового складу необхідно виходячи з того, що час вільного розвитку пожежі не може бути більше критичного часу для об'єкту, у якому знаходяться люди. При упорядкуванні планів пожежогасіння необхідно проводити попередній аналіз можливої обстановки пожежі.

Під температурним режимом пожежі розуміють зміну температури пожежі в часі. За температуру пожежі в огорожі приймають середньооб’ємну температуру газового середовища в приміщенні.

Існує три основні моделі, що описують температурний режим при пожежі в огорожі:

1. Диференційна модель тепло та масообміну пожежі в огорожі;

2. Інтегральна модель розрахунку температури пожежі, що розвилася.

3. Зонна модель розрахунку температури і швидкості наростання температури над крапковим джерелом горіння

Найбільш повною є диференційна модель, в якій енергетичний і матеріальний баланс пожежі представлені у вигляді диференційних рівнянь. Диференційна модель дозволяє визначати температуру пожежі на будь якій стадії розвитку пожежі. Точність отриманих результатів залежить від прийнятих при розрахунках припущень. При достатньо повному охопленні умов тепло та масообміну може бути отриманий досить точний результат. Робота з диференційною моделлю сполучена з використанням складних математичних розрахунків і потужної обчислювальної техніки. і тому на практиці використання диференціальної моделі зустрічається дуже рідко.

Значно частіше для прогнозування температурного режиму при пожежі в огорожі використовують інтегральну або зонну моделі розвитку пожежі. Розглянемо іх докладніше.