3. Газообмін при пожежі в огородженні

Параметри G_п, G_г – витрати повітря, що поступає в приміщення, та витрати газів з приміщення залежать від умов (температура, концентрація), що змінюються в часі. Саме ці залежності і визначають у вигляді рівнянь.

При пожежах в огородженні найчастіше горять тверді горючі матеріали. Такі пожежі проходять певні фази, які розподіляються умовами газообміну і розподілом температури. Інтенсивність газообміну при пожежах в огородженні залежить від природи горючого матеріалу, відношення площі пройомів до площі пожежі і конструкції пройомів.

Тиск у нижній зоні приміщення нижче тиску у зовнішньому середовищі, а тиск у верхній зоні приміщення вище тиску у зовнішньому середовищі. Між нижньою і верхньою існує нейтральна зона, висоту якої можна розрахувати, знаючи загальну висоту приміщення, густину повітря і густину суміші продуктів горіння з повітрям при даних умовах, а також сумарну площу верхніх у сумарну площу нижніх отворів.

Виникнення пожежі викликає перерозподіл газових потоків.

Нагріті гази частково збираються під перекриттям, а частково видаляються крізь верхні отвори. Частина суміші продуктів горіння з повітрям охолоджується стінами і стелею, опускається вздовж стін донизу і знов потрапляє у зону горіння. Таким чином, у приміщенні підтримується постійна циркуляція, яка веде до поступового підвищення середньооб’ємної температури.

Різниця густини нагрітого газу (_г) і густини зовнішнього повітря (_пов) приводить до того, що стовп повітря має масу більшу ніж стовп нагрітих газів тих же розмірів. За законом сполучених ємностей повітря втікає у нижню зону приміщення, відтісняючи нагріті гази догори.

Різницю тиску стовпів зовнішнього повітря і нагрітих газів можна підрахувати з рівняння:

Р = Н·_пов - Н·_г = Н·(_пов - _г), де

Р - напір;

Н - висота стовпа.

Якщо повітря із зовнішнього середовища крізь нижній отвір втікає у приміщення, значить тиск біля нижнього отвору нижчий, ніж тиск назовні. З іншого боку, крізь верхні отвори нагрітий газ виходить з приміщення назовні. Отже, біля верхніх отворів тиск у приміщенні більший, ніж назовні. Але назовні він у даний момент однаковий: що внизу, що вгорі.

Значить, у верхній частині приміщення тиск вищий, ніж тиск у нижній:

Р_в  Р_н.,

причому Р_н плавно переходить у Р_в. А раз так, то десь у приміщенні існує площина, для якої тиск дорівнює тиску назовні.

Ця площина називається нейтральною зоною. Положення нейтральної зони залежить від відношення розмірів нижніх і верхніх пройомів.

Суму відстаней нейтральної зони від центрів верхніх та нижніх отворів можна вважати висотою приміщення. Тоді:

h_н = ; h_в = .

або

h_н = ; h_в = ,

f_в та f_н – площини верхніх та нижніх отворів.

Швидкість руху газу в пройомах верхніх на нижніх можна розрахувати за формулами:

та

• - коефіцієнт витрати повітря крізь отвір;

v - швидкість потоку у отворі, м/с;

f_пр- площа отвору (пройому), м².

Фактичну масову витрату повітря та газу відповідно:

та

Густина диму залежить від природи горючих речовин і від умов газообміну. Зміну концентрації диму, що виділяється визначають за формулою:

• z - коефіцієнт димоутворення речовини, що горить (кількість твердих продуктів згоряння при спалюванні 1 кг даного горючого матеріалу, г);

• v¹_м - зведена масова швидкість вигоряння, кг/м²×сек;

• V- об’єм приміщення;

• F_П – площа пожежі.

Отже ми можемо розрахувати концентрацію диму, тільки знаючи цю концентрацію в попередній момент часу Z + Z. Такі розрахунки називають ітераціями. Внаслідок пожежі концентрація диму на початкових фазах поступово збільшується. Темп росту задимленості визначається об’ємом приміщення, об’ємом диму, що виділяється в одиницю часу, та об’ємом диму, що видаляється в одиницю часу крізь отвори.