Организация деятельности пожарной охраны / Puchkov - Pozharnaya bezopasnost 2014

Рис. 4.18. Схемы к определению коэффициента облученности:

а– площадка расположена на уровне земли; б – площадка в центре пламени;

в– площадка вне пламени

Впрактике имеют место случаи, когда излучение осуществляется несколькими поверхностями, например, через оконные проемы в зданиях I, II степеней огнестойкости [10] класса конструктивной пожарной опасности С0. Коэффициент облученности в этом случае определяется как произве-

дение коэффициента облученности φр для формы пламени приведенной к прямоугольнику, на отношение площади остекления ограниченного контуром излучающего фасада ∑ ост, к площади излучающего фасада и.ф.:

За контур излучающего фасада принимается прямоугольник с длиной равной длине пламени пл и максимальной высотой остекления этажа здания с учетом простенков ост между остекленными проемами.

Схемы к определению величины ∑ ост⁄и.ф. приведены на рис. 4.19.

271

Рис. 4.19. Принципиальные схемы остекления фасадов зданий (к определению ∑ ост⁄и.ф.):

окна к ширине окна с простенком между оконными проемами. Для открытых расходных складов и технологических установок, зданий IV, V степеней огнестойкости, зданий со сплошным ленточным однорядным остекле-

В табл. 4.6 приведены расчетные значения геометрических характеристик пламени определенные с учетом теоретических и экспериментальных исследований Ройтмана М. Я., Романенко П. Н., Даниленко А. С., Грушевского Б. В., Измаилова А. С.

272

Излучательная способность пламени

Для характеристики излучательной способности пламени при пожаре используется понятие среднеповерхностной плотности теплового излучения, которая зависит от типа пожара (пожар пролива, факельное горение, горение твёрдых горючих веществ), вида горючего вещества, размеров очага пожара и т. д.

Среднеповерхностная (интегральная) плотность теплового излучения, исходя из уравнения (4.3.11) зависит от степени 1 его черноты и температуры 1.

Для получения реальной температуры необходимо знать степень черноты на длине волны измерения. В пламенах источником свечения часто является сажа. Сажа имеет известную степень черноты (ε = 0,94-0,96), что, казалось бы, позволяет вычислить реальную температуру сгорания топлива. Но пламя является, как правило, «полупрозрачной» средой, и яркость пламени не соответствует яркости сплошного тела. Для измерения температуры пламени можно использовать спектральную пирометрию. Суть метода заключается в регистрации спектра излучения исследуемого объекта в широком диапазоне длин волн, сравнении его со спектром абсолютно черного тела и нахождении участка, где эти спектры подобны.

Необходимо отметить, что определение спектральной температуры корректно для тел с известной зависимостью излучательной способности от длины волны, в частности для серых тел (ε = const), причем абсолютное значение ε не имеет значения.

273

Следует также отметить, что степень черноты и температура пламени являясь взаимосвязанными величинами, зависят не только от физикохимических свойств веществ, но и от условий горения. Так, увеличение площади горения при недостатке воздуха, поступающего в зону горения, вызывает увеличение концентрации сажистых частиц в пламени и снижение его температуры, излучательная способность пламени при горении лесопиломатериалов в штабеле оказывается больше излучающей способности пламени бензина при горении в резервуаре [10].

Существующие на сегодняшний день методики определения среднеповерхностной излучательной способности пламени сведены к полигонным и реальным испытаниям с применением уравнения (4.3.19).

Рекомендуемые для расчетов значения среднеповерхностной излцчательной способности пламени, основанные на анализе экспериментальных данных [10], приведены в табл. 4.7.

Таблица 4.7

Значения среднеповерхностной (интегральной) интенсивности излучения пламени

Допускаемая интенсивность облучения

Значения допускаемой (минимальной) интенсивности облучения получены экспериментально Грушевским Б. В., Измаиловым А. С. Систематические исследования начали проводить на факультете инженеров противопожарной техники и безопасности ВШ МВД СССР в 1964 г. Для проведения исследований была смонтирована установка, представляющая собой излучатель, передвижной стол, на котором монтируется облучаемый образец и необходимая измерительная аппаратура (рис. 4.20).

Излучателем в опытной установке служила панель, смонтированная из горелок инфракрасного излучения типа ГИБЛ-1. Опытная установка имела два излучателя площадью 0,374 м2 и 1,5 м2. Малая панель имела 9, а большая 36 сблокированных газовых горелок инфракрасного излучения.

274

9

Рис. 4.20. Схема лабораторной установки:

1 – панель с горелками инфракрасного излучения; 2 – опытный образец; 3 – рамка для крепления опытного образца; 4 – передвижной стол;

5 – барабан для намотки тросика; 6 – тросик; 7 – направляющие для передвижения стола; 8 – электронный потенциометр; 9 – вытяжной зонт; 10 – шкала для определения расстояний от панели до образца; 11 – вентилятор

Сущность эксперимента заключалась в следующем – после включения газовых горелок актинометром фиксировалась интенсивность облучения в геометрическом центре рамки. Затем актинометр извлекался и на его место устанавливался образец. При этом фиксировалось время с момента установления образца до наступления его самовоспламенения или воспламенения, а также температуры на обогреваемой и необогреваемой поверхностях. Показателем самовоспламенения служила искра на поверхности образца, а показателем самовоспламенения – вспышка продуктов разложения при поднесении источника зажигания на расстоянии 1 см от облучаемой поверхности.

Эксперименты показали, что допускаемая (минимальная) интенсивность облучения зависит от материала, состояния его поверхности, плотности, длительности действия источника излучения и условий теплообмена облучаемого тела. Полученные данные для твердых материалов в зависимости от продолжительности облучения приведены в табл. 4.8.

Как видно из табл. 4.8, допускаемая интенсивность облучения зависит от времени, что позволяет нормировать величину противопожарного разрыва в зависимости от времени введения сил и средств на тушение пожара.

275

Таблица 4.8

Допустимая (минимальная) интенсивность облучения для твердых веществ

Анализ полученных экспериментальных данных, позволил разработать рекомендации по определению расчетных значений допустимой интенсивности облучения с учетом назначения зданий и сооружений, а также времени введения сил и средств пожаротушения. Расчетные значения допустимой для облучаемого объекта плотности теплового потока представлены в табл. 4.9.

276

4.4.Эвакуация людей из зданий и сооружений

вслучае пожара

Исходные понятия и определения

Пожар в здании – чрезвычайное происшествие, состоящее в возникновении и развитии процесса неконтролируемого горения, при котором образуются поражающие факторы и создается угроза их воздействия на население, материальные ценности здания и на окружающую среду.

На начало XXI в. в странах земного шара регистрируется до 7 млн пожаров ежегодно, на которых погибает около 70 тыс. человек, до 1 млн человек получают травмы, а потери от пожаров и затраты на борьбу с ними достигают 1 % валового национального продукта стран мирового сообщества. В России в расчете на 1000 человек населения происходит на 40 % пожаров больше, чем в мире в среднем, а количество людей, погибших на них, в расчете на 100 тыс. чел., в 9–10 раз больше, чем в среднем по другим странам мира.

Но ГОСТ 12.1.004 [11] требует, чтобы «допустимый уровень пожарной опасности для людей должен быть не более 10–6 воздействия опасных факторов пожара, превышающих предельно допустимые значения, в год

врасчете на каждого человека». Следовательно, статистические данные показывают, что в нашей стране фактический уровень пожарной опасности для людей превышает нормативный уровень более чем в 1000 раз! И это

вто время как требованиями пожарной безопасности [2] декларируется «приоритетность требований, направленных на обеспечение безопасности людей при пожаре, по сравнению с другими противопожарными требованиями». Поэтому сегодня, как и тысячи лет прежде, для людей эвакуация остается естественным способом самим спасти себя в современных чрезвычайных ситуациях.

Вразвитии пожара в помещении обычно выделяют три стадии:

–начальная стадия – от возникновения локального неконтролируемого очага горения до полного охвата помещения пламенем; при этом средняя температура среды в помещении имеет невысокие значения, но внутри и вокруг зоны горения температура такова, что скорость тепловыделения выше скорости отвода тепла из зоны горения, что обусловливает самоускорение процесса горения;

–стадия полного развития пожара – горят все горючие вещества

иматериалы, находящиеся в помещении; интенсивность тепловыделения от горящих объектов достигает максимума, что приводит и к быстрому нарастанию температуры среды помещения до максимальных значений;

–стадия затухания пожара – интенсивность процесса горения в помещении снижается из-за расходования находящейся в нем массы горючих материалов или воздействия средств тушения пожара (рис. 4.4.1).

277

Однако в любом случае, как показывает уравнение «стандартного пожара» [10], температура в очаге пожара через 1,125 мин достигает значения 365 °С. Поэтому очевидно, что возможное время эвакуации людей из помещений не может превосходить продолжительности начальной стадии пожара.

Рис. 4.4.1. Расчетный температурный режим в помещении клинической больницы [12, 13]: 1 – без учета тушения; 2 – с учетом тушения

В начальной стадии развития пожара опасными для человека факторами являются: пламя, высокая температура, интенсивность теплового излучения, токсичные продукты горения, дым, снижение содержания кислорода в воздухе, поскольку при достижении определенных уровней они поражают его организм, особенно при синергическом воздействии.

Исследованиями отечественных и зарубежных ученых установлено, что максимальная температура, кратковременно переносимая человеком в сухой атмосфере, составляет 149 °С, во влажной атмосфере вторую степень ожога вызывало воздействие температуры 55 °С в течение 20 с и 70 °С при воздействии в течение 1 с; а плотность лучистых тепловых потоков 3500 вт/м2 вызывает практически мгновенно ожоги дыхательных путей и открытых участков кожи; концентрации токсичных веществ в воздухе приводят к летальному исходу: окиси углерода (СО) в 1,0 % за 2–3 мин, двуокиси углерода (СО2) в 5 % за 5 мин, цианистого водорода (HCN) в 0,005 % практически мгновенно; при концентрации хлористого водорода (HCL) 0,01–0,015 % останавливается дыхание; при снижении концентрации кислорода в воздухе с 23 % до 16 % ухудшаются двигательные функции организма, и мускульная координация нарушается до такой степени,

278

что самостоятельное движение людей становится невозможным, а снижение концентрации кислорода до 9 % приводит к смерти через 5 мин.

Совместное действие некоторых факторов усиливает их воздействие на организм человека (синергический эффект). Так, токсичность окиси углерода увеличивается при наличии дыма, влажности среды, снижении концентрации кислорода и повышении температуры. Синергический эффект обнаруживается и при совместном действии двуокиси азота и понижении концентрации кислорода при повышенной температуре, а также при совместном воздействии цианистого водорода и окиси углерода.

Рис. 4.4.2. Динамика задымления моллов (коридоров) на уровнях подземного пространства торгового комплекса [10,13]:

1, 2 – нижнего; 3, 4, 5 – верхнего

Особое воздействие на людей оказывает дым. Дым представляет собой смесь несгоревших частиц углерода с размерами частиц от 0,05 до 5,0 мкм. На этих частицах конденсируются токсичные газы. Поэтому воздействие дыма на человека также имеет, по-видимому, синергический эффект.

Вырываясь из помещения, опасные факторы пожара, прежде всего дым, стремительно распространяются по коммуникационным путям зда-

ния (рис. 4.4.2).

Первые нормативные значения времени, в течение которого опасные факторы пожара не будут достигать критических уровней воздействия на людей на последовательных этапах их эвакуации (из помещения, с этажа, по лестничной клетке из здания в целом), были предложены лишь в 1972 г. Их появление было стимулировано постановлением Совета Министров

СССР, поставившим задачу «разработать новые нормы проектирования

279

путей и времени эвакуации людей в случае пожара из жилых, общественных и промышленных зданий с целью повышения безопасности людей…». «С этой целью на ряде опытных пожаров, проведенных на моделях и на натурных объектах, измерялись температуры, концентрации продуктов горения, задымление помещений и другие обстоятельства, которые могут неблагоприятно повлиять на человека. Такие опыты под руководством Н. А. Стрельчука были проведены В. А. Пчелинцевым, М. Я. Ройтманом, М. П. Башкирцевым, И. Н. Кривошеевым». Предложенные нормативные значения допустимого (необходимого tнб) времени были реализованы в разделе 2 приложения 1 «Определение расчетного и необходимого времени эвакуации людей» СНиП II–2–80 «Противопожарные нормы». Следует иметь в виду, что при назначении этих нормативных значений предполагалось начало распространения опасных факторов в фазе интенсивного пожара, т. е. с момента самоускорения горения, а не с момента его начала.

В настоящее время успешно развиваются методы математического моделирования начальной стадии пожара (зонная, интегральная, полевая модели), с использованием мощного аппарата современной компьютерной техники. «Современные методы прогнозирования ОФП не только позволяют «заглядывать в будущее», но и дают возможность снова «увидеть» то, что уже когда-то где-то произошло. Основные уравнения, из которых состоит математическая модель пожара, вытекают из фундаментальных законов природы – первого закона термодинамики, закона сохранения массы и закона сохранения импульса» [10]. Несмотря на широкую известность этих классических законов, уравнения пожара в самом общем виде были впервые сформулированы лишь в 1976 г.

Поведение людей до начала эвакуации

Большинство людей, вынужденных эвакуироваться из здания, находятся вне помещения, где возник пожар, и не могут непосредственно наблюдать момент возгорания и развитие пожара. По данным анкетных опросов людей, переживших пожар, можно сделать вывод, что чаще всего люди узнают о пожаре из устных сообщений (35 % опрошенных), увидев пламя (21 %) или по запаху дыма (18 %), остальные – как-то иначе [12, 13, 14].

Неизвестны случаи, чтобы пожар был обнаружен по шуму. Опрос людей, которые слышали шум, производимый при пожаре, показал, что они не приняли его за сигнал об опасности, поскольку объяснили его себе бытовыми причинами (шумные соседи, гуляющая компания, хулиганские выходки и т. п.). Запах гари также не сразу принимается за сигнал об опасности, поскольку первоначально объясняется другими причинами, например, подгоревшими продуктами в соседних помещениях или сжиганием мусора где-то поблизости от здания. Даже устные сообщения не всегда воспринимаются как сигнал о действительной и близкой опасности.

280