Фактори, що впливають на температуру пожежі в огородженні

Температура пожежі в огородженні істотно залежить від множини факторів. Динаміку розвитку пожежі визначає тепловиділення, що супроводжує процес горіння, тобто теплота пожежі та умов газообміну.

теплота пожежі – це кількість тепла, що виділяється в зоні горіння за одиницю часу.

де      η - коефіцієнт повноти згоряння, який залежить від умов газообміну;

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

S_nож  - площа пожежі, м² ;

Q_н^/ - теплота згоряння, кДж/кг.

Масова швидкість вигоряння та площа пожежі, яка, в свою чергу, визначається лінійною швидкістю поширення, залежать від часу розвитку пожежі, температури та інтенсивності газообміну. Таким чином, кількість тепла, що виділяється на пожежі, а, отже і температура пожежі істотно залежать від організації вентиляції між приміщенням і зовнішнім середовищем. Зв’язок між температурою пожежі і інтенсивністю газообміну дуже складний і залежить від конкретних властивостей речовини, що горить, та особливостей приміщення, де відбувається пожежа.

Якщо повітрообмін у приміщення не обмежений, то інтенсивність горіння збільшується, зростає температура в зоні реакції горіння. З іншого боку, це повітря має достатньо низьку температуру, тому температура пожежі буде падати. Який саме з цих двох факторів буде найбільше суттєвим, залежить від конкретної ситуації.

У загальному випадку температура пожежі в огородженні є функцією:

·        об’єму приміщення (V_прим­↑ Т_пож↓ );

·        кількості пожежного навантаження (Р_пож↑­ Т_пож­↓);

·        виду горючої речовини (теплоти згоряння речовини Q_н, масової швидкості вигоряння речовини v_m, швидкості поширення горіння v_l↑­ Т_пож­);

·        тепловтрат на нагрівання конструкцій (Q_констр­↑ Т_пож↓);

·        часу розвитку горіння,

·        площі пожежі (S_пож↑­ Т_пож↑­­);

·        інтенсивності газообміну;

·        температури повітря, що надходить в приміщення (Т_о↓ Т_пож↓).

9.5 Основні положення зонної моделі температурного режиму

Зонна модель розрахунку температури припускає, що при горінні матеріалу в приміщенні утворюється декілька зон, в яких протікають різноманітні фізичні процеси, пов'язані з тепло- і массопереносом (рис. 9.4).

Рис. 9.4

Перша зона - зона горіння, в якій протікає безпосередньо згоряння матеріалів, виділення енергії у вигляді променистої енергії і нагрітих продуктів горіння. У цій зоні температура весь час розвитку пожежі залишається постійною і дорівнює температурі горіння. Температура всередині факелу залежить від теплотворної здатності горючої речовини і масової швидкості вигоряння.

У розрахунках зону горіння приймають як крапкове джерело тепла. У тих випадках, коли площа горіння значна і не може бути прийнята як фізична точка, то зону горіння опускають нижче рівня поверхні і вибирається «уявна» точка горіння (рис.9.5).

Рис. 9.5

Прийнято вважати, що відстань, на яку переноситься уявна точка горіння, – 1,5 діаметру осередку пожежі:

h_уявн. = 1,5 d_пож.

 

Друга зона - це димогазова колонка, яка має форму переверненого конуса, що починається на місці "крапкової" пожежі.

Прийнято вважати, що радіус колонки визначається як 18 відсотків від її висоти:

R = 0,18 H

У димогазовій колонці протікають основні процеси масопереносу. Розігріті продукти горіння швидко піднімаються під дією гравітаційних сил в верхні прошарки приміщення. При цьому в нижній частині димогазової колонки за рахунок високої швидкості прямування потоку відбувається активне підсмоктування холодного повітря в нагрітий потік, поступово концентрація продуктів горіння і їх температура знижуються. У середній і верхній частині димогазової колонки підсмоктування холодного повітря практично не відбувається.

Температуру безпосередньо в димогазовій колонці можна визначити як:

де       – теплота пожежі, кВт;

h_к – висота димогазової колонки, м;

t_о - початкова температура середовища в приміщенні, ^оС.

Час досягнення теплового імпульсу перекриття продуктами горіння з зони горіння можна визначити як:

Третя зона – прошарок біля стелі. У приміщеннях з обмеженою висотою (менш 6 метрів) димогазова колонка розбивається на поверхні перекриття і продукти горіння рівномірно розтікаються в горизонтальному напрямку. У прошарку біля стелі нагріті продукти горіння практично не перемішуються з холодним повітрям приміщення, але товщина цього прошарку в ході горіння постійно наростає. Товщина шару продуктів горіння під стелею приймається 1 відсоток від висоти колонки:

h_ст = 0,01H.

Максимальна температура в третій зоні знаходиться безпосередньо на межі з димогазовою колонкою. При віддаленні від неї температура знижується. Поле температур в верхній частині приміщення у стелі описується рівнянням:

Четверта зона - зона холодного повітря. У цій зоні на початковому етапі пожежі знаходиться основна маса окислювача, який дифундує в зону горіння і підтримує розвиток пожежі.

Між усіма виділеними зонами протікають процеси тепло і масопереносу. Горючі речовини й окислювач реагують між собою в першій зоні, тут утворюються продукти горіння, відбувається виділення енергії у вигляді теплоти пожежі. В другій зоні відбувається масоперенос і перенос енергії з першої зони в прошарок біля стелі, де продукти горіння й енергія накопичуються. В прошарку біля стелі протікає активний теплообмін між продуктами горіння і поверхнею будівельних конструкцій - перекриттям приміщення. Між зоною холодного повітря і продуктів згоряння теж протікає процес тепло і масообміну. Сама холодна зона є резервом окислювача й одночасно піддається нагріванню тепловим випромінюванням від нагрітих продуктів згоряння та розжарених будівельних конструкцій. Кінцевим результатом цього тепло- та масообміну є повне заповнення продуктами згоряння об’єму приміщення і практично рівномірне нагрівання їх.

Використання зонної моделі допомагає визначити температуру над джерелом пожежі на будь-якій висоті, розрахувати швидкість підйому продуктів згоряння і наростання температури. Зонна модель дає гарні результати при розрахунку температури в частині приміщення біля стелі і часу підйому температури в цій частині приміщення до значень, при яких повинні спрацювати системи пожежної автоматики.

Газообмін при пожежі

Газообмін на пожежі вирішальним чином впливає на розвиток пожежі, її тепловий режим, швидкість і напрямок поширення горіння в приміщенні. Але газообмін також грає визначальне значення і в забезпеченні безпеки людей, які знаходяться всередині будинку, їх рятуванні, і забезпеченні умов для організації і проведення бойових дій по гасінню пожеж.