5. Опасные факторы пожара и основные параметры пожара

5.1. Опасные факторы пожара

Опасными факторами пожара являются факторы пожара, воздействие которых может привести к травме, отравлению или гибели человека и (или) к материальному ущербу.

Опасными факторами, воздействующими на людей и материальные ценности, являются:

- пламя и искры;

- тепловой поток;

- повышенная температура окружающей среды;

- повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения;

- пониженная концентрация кислорода;

- снижение видимости в дыму.

К сопутствующим проявлениям опасных факторов пожара относятся:

• осколки, части разрушившихся зданий, сооружений, строений, транспортных средств, технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

• радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие в окружающую среду из разрушенных технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

• вынос высокого напряжения на токопроводящие части технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

• опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара;

• воздействие огнетушащих веществ.

5.2 Основные геометрические и физико-химические параметры пожара и формулы для их определения

Таблица 11

Основные параметры пожара и ОФП

№ п/п	Наименование параметров пожара и ОФП	Обозначения	Единицы измерения
1	Геометрические параметры	Обозначения	Единицы измерения
1.1	Площадь пожара, зоны горения и задымления (табл. 12).	Sп, Sг, Sз *	м2
1.2	Периметр площади пожара и задымления (табл. 12).	Pп, Pз *	м
1.3	Фронт площади пожара (направление наиболее интенсивного распространения горения по пожарной нагрузке) (табл. 12).	Фп *	м
1.4	Объем зоны горения и задымления	Vг, Vз	м3
1.5	Площадь обрушения и деформации конструкций, оборудования, технологических аппаратов и коммуникаций .	Sобр, Sдеф	м2
1.6	Длина обрушения и деформации конструкций, оборудования, инженерных коммуникаций	Lобр, Lдеф	м
1.7	Длина и высота факела пламени	Lф, Hф	м
1.8	Длина фронта, фланга, площади пожара	Lфр, Lфл
1.9	Площадь излучающей поверхности факела	Sиз.ф	м2
1.10	Положение нейтральной зоны по отношению к нижней части проемов (приточных или приточно-вытяжных) и плоскости пола	H	м

Примечание: в некоторых источниках пожарно – технической литературы могут применяться также следующие обозначения:

• площадь пожара, зона горения и задымления – F_п , F_г, F_з;

• периметр площади пожара и задымления – П_п ;

• фронт площади пожара – F_п.

Длина факела пламени

L_ф=C(V_мd_ф)^2/3(1)

где:

L_ф – средняя величина длины факела м.

C– коэффициент ≈ 16,4.

V_м– массовая скорость выгорания материалов (см. таблицу 15), кг/(м²с).

d_ф – характерный линейный размер пожара (основания факела), м.

Высота факела пламени

H_ф=L_фsinα(2)

где:

H_ф – наблюдаемая высота факела, м.

L_ф – средняя величина длины (высоты) факела, м.

α– угол наклона оси факела к горизонту, град.

Площадь излучающей поверхности при пожарах в зданиях

S_из.ф=K_прL_зд×(N_этH_эт+0,5H_эт); K_пр=ΣS_ок/S_ст (3)

где:

S_из.ф – м².

K_пр – коэффициент.

L_зд – длина здания, м.

N_эт– число горящих этажей в здании, шт.

H_эт– высота одного этажа, м.

ΣS_ок– суммарная площадь оконных проемов,м².

S_ст– площадь стен фасада здания,м².

Положение нейтральной зоны по отношению к нижней части проемов (приточных или приточно-вытяжных) и плоскости пола

– при газообмене через открытые нижние (приточные) и верхние (вытяжные) проемы.

Н_н.з= НS²_вρ_г / (S²_нρ_в+S²_вρ_г)+0,5Н_пр (4)

где:

Н_н.з– высота расположения нейтральной зоны от пола, м.

Н – расстояние между центрами приточных и вытяжных проемов (см. рис. 2), м.

S_н,S_в– общие площади соответственно нижних (приточных) и верхних (вытяжных) проемов, а также отверстий, через которые осуществляется газовый обмен (см. рис. 2),м².

- при газообмене через нижние приточно-вытяжные проемы (отверстия).

(5)

где:

ρ_в, ρ_г– плотность соответственно наружного воздуха и продуктов сгорания, кг/м³.

Н_пр– высота наибольшего приточного проема (см. рис.2 и рис. 3), м.

Рисунок 2. Рисунок 3.

продолжение таблицы 11

№ п/п	Наименование параметров пожара и ОФП	Обозначения	Единицы измерения
2	Скорость
2.1	Распространения горения по пожарной нагрузке (линейная)	Vл	м/с
2.2	Скорость роста (увеличения), средняя (табл. 14):
	2.2.1. Площади пожара	VS	м2/с
	2.2.2. Периметра площади пожара	Vp	м/с
	2.2.3. Фронта площади пожара (распространения горения по фронту)	Vф	м/с
2.3	Распространения дыма по лестничным клеткам, шахтам лифтов и другим инженерным коммуникациям	Vз	м/с
2.4	Восходящих потоков в тепловой конвективной колонке над пожаром при горении на открытом пространстве	Vк	м/с
2.5	Выгорания пожарной нагрузки:
	2.5.1. Массовая	Vм	кг/с, кг/(м2с)
	2.5.2. Объемная	Vо	м3/с,
	2.5.3. Линейная (объемная) при горении жидкости в резервуарах	Vж	мм/с, см/ч

Средняя скорость выгорания:

Массовая (или объемная)

V_м= М_im_о/ (τ_iS_п); V_м= М_iρ_сКρ_сН_сл/ τ_г (6)

где:

V_м– скорость выгорания (см. таблицы 15), кг/(м²с).

М_i– доля сгоревшего материала к определяемому моменту времени.

m_о– начальная масса пожарной нагрузки кг,м².

τ_i– продолжительность пожара к определяемому моменту времени, с.

S_п– площадь участка пожара, на котором происходит выгорание материала,м².

ρ_с– плотность пожарной нагрузки в объеме слоя, кг/м².

Кρ_с– плотность распределения пожарной нагрузки в объеме слоя.

Н_сл– высота слоя пожарной нагрузки, м.

τ_г– продолжительность пожара (горения) к моменту убыли начальной массы пожарной нагрузки, равной М_i, с.

Линейная при горении жидкости в резервуаре

V_ж=Н_ж/τ_г (7)

где:

V_ж– линейная скорость выгорания жидкости (см. таблицу 16), мм/с.

Н_ж– понижение уровня жидкости за время горения, мм.

продолжение таблицы 11

№ п/п	Наименование параметров пожара и ОФП	Обозначение	Единицы измерения
3	Хронометрические параметры (время)
3.1	Продолжительность свободного развития пожара (до подачи первых средств тушения):	τсв	Мин
3.2	Время локализации	τлок	Мин
3.3	Время ликвидации	τлик	Мин
3.4	Расчётное время тушения	τр	Мин

Свободное развитие пожара (от начала возникновения горения до подачи первых средств тушения)

τ_св= τ_д.с+τ_сб+τ_сл+τ_бр.1; τ_сл= 60L/V_сл (8)

где:

τ_д.с – промежуток времени от начала возникновения пожара до сообщения о нём;

τ_сб– время сбора личного состава боевых расчетов по тревоге – 1 мин.

τ_сл– время следования подразделений на пожар, мин.

τ_бр.1– время боевого развертывания подразделения по введению первых средств тушения (ствола, стволов, и др.) – принимается по нормативам пожарно-строевым и опыту тушения пожаров, мин.

L– длина пути следования подразделений от пожарной части до места пожара, км.

V_сл – средняя скорость движения пожарных автомобилей (принимается 45 км/чна широких улицах с твердым покрытием и 25 км/ч на сложных участках), км/ч.

продолжение таблицы 11

№ п/п	Наименование параметров пожара и ОФП	Обозначения	Единицы измерения
4	Газообмен
4.1	Интенсивность	Iг.о	кг /м2 с
4.2	Удельный объем газового обмена	Vг.о	м3/мин
4.3	Скорость газового обмена при пожарах в зданиях	Vг.о	м/с
4.4	Расход (массовый) приточного воздуха, поступающего в зону горения через открытые проемы или путем инфильтрации	Gв	кг/с

Интенсивность газового обмена:

I_г.о= G_в/ S_п (9)

G_в= μ

где:

I_г.о– Интенсивность газового обмена, кг/(м²с).

G_в– расход приточного воздуха, поступающего в зону горения через открытые проемы или путем инфильтрации, кг/с.

S_п– площадь пожара,м².

μ – коэффициент расхода воздуха через проемы (щели) 0,62.

g– ускорение свободного падения 9,81, м/с².

ΔР_н– избыточное давление воздуха у наружного ограждения (оконного проема) или в лестничной клетке на уровне дверного проема, Па (кгс/м²).

ρ_в– плотность наружного воздуха при пожаре (см. таблицу 17), кг/м².

ΣS_пр– суммарная площадь проемов (щелей, отверстий),м².

Удельный объем газообмена

V_го = S_п V_м W_r ; м³/с(10)

где:

S_п– площадь пожара,м².

V_м– массовая скорость выгорания, (кг/м²с).

W_г– объёмное количество газообразных масс (воздуха и продуктов сгорания), участвующих в образовании газообмена при сжигании единицы пожарной нагрузки,м³/кг.

Скорость газового обмена при пожарах в зданиях

V_го=(11)

где:

V_го– скорость газового обмена, м/с.

G– ускорение свободного падения, м/с².

Δp– перепад давлений в помещении, где происходит пожар, Па (кгс/м²).

ρ_г– усредненная плотность массы продуктов сгорания с воздухом, кг/м³.

продолжение таблицы 11

№ п/п	Наименование параметров пожара и ОФП	Обозначения	Единицы измерения
5	Давление
5.1	Полное динамическое ветровое	Pв	Па (кг с/м2)
5.2	Избыточное ветровое (или разрежение)	ΔPв	Па (кг с/м2)
5.3	Перепад при пожарах в зданиях	ΔPпом; ΔPзд	Па (кг с/м2)
5.4	То же, на открытом пространстве	ΔPн	Па (кг с/м2)
5.5	Избыточное газов в объеме горящего и смежных помещений	ΔPг	Па (кг с/м2)

Ветровое полное динамическое

Р_в=ρ_вV²_в/2g(12)

где:

Р_в– Па(кгс/м²).

ρ_в– плотность наружного воздуха (см. таблицу 17), кг/м³.

V_в– скорость ветра, м/с;

g– ускорение свободного падения 9,81, м/с²;

ρ_г– усредненная плотность массы нагретых продуктов сгорания с воздухом (см. таблицу 17), кг/м³.

Н_г– высота восходящего потока газообразных продуктов сгорания, м.

Ветровое избыточное (или разряжение)

ΔР_в=Кρ_вV²_в / 2g(13)

К – аэродинамический коэффициент;

Перепад при пожарах в зданиях

ΔР₁=h₁(ρ_в-ρ_г) ; ΔР₂=h₂(ρ_в-ρ_г) ΔР₁ (14)

где:

h_1, h₂– расстояние от плоскости равных давлений (Н_нз) до центра приточных и вытяжных проемов (см. рис. 3), м.

ΔР₁ , ΔР₂− перепад давления на уровне приточного и вытяжного проемов (см. рис. 2), Па (кгс/м²).

Перепад при пожарах на открытых пространствах

ΔР_н=Н_г(ρ_в-ρ_г); (15) ΔР_н – Па (кгс/м²);

где Н_г– высота восходящего потока газообразных продуктов сгорания, м.

продолжение таблицы 11

№ п/п	Наименование параметров пожара и ОФП	Обозначения	Единицы измерения
6	Плотность
6.1	Теплового потока:
	6.1.1 Падающего на поверхность облучаемого материала (объекта)	q т.п	Вт/м2
	6.1.2 Критического, вызывающего возгорание пожарной нагрузки	qкр	Вт/м2
6.2	Дыма, снижающая видимость в горящем и смежных помещениях, при освещении электрическим фонарем:	ρд	кг/м3
	6.2.1 До 3 м (большая)	ρд.б	-
	6.2.2 От 3 до 6 м (средняя)	ρд.ср	-
	6.2.3 От 6 до 12 м (слабая)	ρд.сл	-

Плотность теплового потока

q_т.п = β V_м S_п Q_н /(3,6ΣS_т.о)(16)

где:

q_т.п– Вт/м², кДж/(м²ч).

β – коэффициент химического недожога (см. таблицу 18) 0,8-1,0.

V_м– массовая скорость выгорания (см. таблицу 15), кг/(м²ч).

S_п– площадь пожара в помещении,м².

Q_н– низшая массовая теплота сгорания (см. табл. 15 и табл. 16), кДж/кг.

ΣS_т.о– суммарная поверхность теплообмена (стен, перекрытия, пола, колонн и т. д.),м².

продолжение таблицы 11

№ п/п	Наименование параметров пожара и ОФП	Обозначения	Единицы измерения
7	Пожарная нагрузка
7.1	Масса (количество)	мп.н.	кг/м2
7.2	Потеря массы (выгорание)	Mп.н.	кг
7.3	Доля потери массы (выгорания) в любой момент времени	Mi	кг/кг, м3/м3
7.4	Средняя плотность	Ρп.н	кг/м3
7.5	Плотность распределения по высоте слоя и площади помещения (земельного участка)	K ρo	-
7.6	То же, и суммарной площади отдельных участков помещения или территории (сосредоточения)	K ρc	-

Масса (количество)

m_п.н = m_о / Ѕ_пол; ; m_п.н = m_о / Ѕ_уч (17)

где:

m_п.н – масса горючих и трудногорючих материалов (пожарной нагрузки), кг/м².

m_о– масса пожарной нагрузки, распределенная по всей площади помещения или отдельных участков кг.

Ѕ_пол– площадь пола помещения,м².

Ѕ_уч– площадь участка,м².

Потеря массы (выгорание)

М_п.н= G_в τ_г;; М_п.н= Ѕ_п V_м τ_г; М_п.н= Ѕ_п V_о τ_г; М_п.н= V_м τ_г; М_п.н= V_о τ_г.(18)

где:

G_в – расход приточного воздуха в помещении, где происходит пожар, кг/с, м³/с.

τ_г– продолжительность горения (пожара), с.

Ѕ_п– площадь пожара в зоне горения,м².

V_м– массовая скорость выгорания (см. табл. 15 и табл. 16) кг/(м²с), кг/с.

V_о– объемная скорость выгорания (см. таблицу 16)м³/(м²с),м³/с.

М_п.н– масса сгоревшей пожарной нагрузки кг,м³.

m_о– начальная масса пожарной нагрузки кг,м³.

М_п.н– потеря (убыль) массы пожарной нагрузки при пожаре кг,м³

Доля потери массы (выгорания) в любой момент времени

М_i= М_п.н / m_о(19)

Плотность распределения по высоте слоя и площади помещения (земельного участка)

Кρ_о= m_о/(ρ_оН_слЅ_пол) (20)

где:

m_о– масса пожарной нагрузки, распределённая по площади помещения или отдельного участка, кг.

ρ_о– средняя плотность материалов, входящих в состав пожарной нагрузки, кг/м³.

Н_сл– средняя высота слоя пожарной нагрузки, м.

Ѕ_пол– площадь пола помещения или отдельного участка,м².

Плотность распределения по высоте слоя и суммарной площади отдельных участков помещения или территории (сосредоточенная нагрузка)

Кρ_с = m_о/(ρ_с Н_сл ΣS_уч)(21)

где ΣS_уч– суммарная площадь участков, на которых распределена пожарная нагрузка,м².

продолжение таблицы 11

№ п/п	Наименование параметров пожара и ОФП	Обозначения	Единицы измерения
9	Температура пожара
9.1	Факела пламени при горении на открытом пространстве	Тф	оС, (К)
9.2	Среднеобъёмная среды в горящем помещении	Тср	оС, (К)
9.3	Продуктов сгорания на выходе из очага горения	Тг	оС, (К)
9.4	Температурный режим (изменение температуры во времени и в пространстве)	Тτ	оС, (К)
10	Теплота пожара (количество излучаемой теплоты, интенсивность излучения факела пламени)	Qп qф	Вт/м2, кДж/(м2ч)

Теплота пожара

Q_п=Q_нV_мβ (22)

где:

Q_п– количество тепла, выделяемого в единицу времени с единицы площади пожара (см. таблицу 15 и таблицу 16) Вт/м², кДж/.

Q_н– низшая теплота сгорания горючих веществ и материалов, кДж/кг.

V_м – массовая скорость выгорания пожарной нагрузки, кг/м² ч.

β – коэффициент химического недожога (см. таблицу 18).

Таблица 12

Формулы для определения основных геометрических параметров пожара в зависимости от его формы

Определяемая	Форма площади пожара
	круговая	угловая	прямоугольная
Площадь пожара	Sп = πR2 Sп = 0,785 D2	Sn = 0,5 αR2	Sп=ab При развитии в двух направлениях Sп=a(b1+b2)
Периметр пожара	Рп=2 πR	Рп=R (2+α)	Рп=2(a+b) При развитии в двух направлениях Рп=2[a+(b1+b2)]
Фронт пожара	Фп=2πR	Фп=αR	Фп=na

Таблица 13

Формулы для определения площади пожара в зависимости от формы, продолжительности и скорости распространения горения

Время распространения горения, мин	Уравнение площади пожара при распространении горения по форме
	круговой	угловой	прямоугольной
τ1≤10	Sп = π (0,5Vл. τ1)2	Sп =0,5α(0,5Vл τ1)2	Sп =nα0,5Vл τ1
τ1>10 τ2 =τcв-10	Sп = π (5Vл.+ Vл τ2)2	Sп =0,5α(5Vл+ Vлτ2)2	Sп =nα(5Vл+ Vлτ2)
τ п = τ –(10+ τ 2)	Sп = π (5Vл+ +Vлτ2+0,5Vл τп)2	Sп =0,5α(5Vл+ +Vлτ2+0,5Vл τп)2	Sп =nα(5Vл+ Vлτ2+0,5Vл τп)

Примечание:

τ₁, τ₂ – продолжительность распространения горения от начала его возникновения, мин;

τ_св – продолжительность распространения горения от начала его возникновения до подачи первых средств тушения (свободное развитие пожара), мин;

τ_п – продолжительность локализации пожара по площади τ_лок, мин;

п – количество направлений распространения пожара при одинаковом значении линейной скорости. При различных значениях линейной скорости распространения горения общая площадь определяется суммой площадей пожара на каждом направлении

α – угол, внутри которого происходит развитие пожара, рад (1 рад = 57^о).

Графические иллюстрации возможных простых форм пожаров приведены на рисунках 6 и 7.

Таблица 14

Формулы для определения скорости роста площади, периметра и фронта пожара

	Уравнение скорости роста площади, периметра и фронта пожара
	круговой	угловой	прямоугольной
Скорость роста площади пожара	Vs= Sп/τ
	Vs=πV2лτ	Vs=0,5αV2лτ	Vs=naVл
Скорость роста периметра пожара	Vp=Рп/τ
	Vp=2π Vл	Vp=Vл(2+α)	Vр=2b/τ Vр =2Vл
Скорость роста фронта пожара	Vф=Фп/ τ		He изменяется
	Vф=2π Vл	Vф= α Vл