Прогнозування температурного режиму та газообміну на початкової стадії пожежі

Розгляд витягу з розкладу виклику сил та засобів Мелітопольського гарнізону на пожежі, аварії та надзвичайні ситуації дозволяє припустити, що основні сили та засоби, що будуть приймати участь у гасінні пожежі прибувають на 15¸20 хвилині її розвитку. Найбільший вплив на людей оказують небезпечні фактори пожежі (температура та токсичні продукти горіння) на початкової стадії пожежі. Тому приймаємо рішення про проведення розрахунку температурного режиму пожежі у приміщенні на 5, 10 та 15 хвилинах

Розміри торговельної зали 40∙40∙4, постійно відкриті два дверних прорізи розмірами 2,4∙3,5 м. Віконні отвори на сходовій клітині третього поверху кількості 2 штуки розміром 1,5∙1,5 м відкриваються на чотирнадцятої хвилині розвитку пожежі. Віконні отвори розташовані на рівні 8 м від підлоги другого поверху.

Рішення

1. Визначаємо параметри, що характеризують особливості горіння. Приймаємо, що основний матеріал - бавовна:

– масова швидкість вигоряння u_m⁰ = 0,318 кг·м ^-2 ∙хв^-1 ;

– нижча робоча теплота згоряння деревини Q_н^р =15700 кДж∙кг^-1;

– питома теоретична витрата повітря v⁰_п.=3,95 м³∙кг^-1;

– питомий теоретичний об`єм продуктів згоряння v⁰_п.г.= 4,62 м³∙кг^-1;

– коефіцієнт хімічного недопалу деревини h =0,97.

2. Визначаємо можливу площу пожежі на обрані моменти розвитку пожежі з проведених розрахунків

2.1. На час розвитку t₁ = 5 хв.

– радіус розвитку пожежі на t₁

R₁ = 0,5 · v_л · t₁ = 0,5 · 0,7 · 5 =1,75 м.

– площа пожежі на t1

S_n1 = p · R₁² = 3,14· 1,75² = 9,6 м² ;

2.2. На час розвитку t₂ = 10 хв.

– радіус розвитку пожежі на t2

R₂ = 0,5 · v_л · t₂ = 0,5 · 0,7 · 10 =3,5 м.

– площа пожежі на t2

S_n2 = p · R₂² = 3,14· 3,5² = 38,5 м² ;

2.3. На час розвитку t₃ = 15 хв.

– радіус розвитку пожежі на t₃

R₃ = 5 · v_л + v_л (t₃ – 10) = 5 · 0,7 + 0,7 (15-10) = 7 м

– площа пожежі на t3

S_n3 = p · R₃² = 3,14· 7² = 153,9 м² ;

3. Визначаємо загальну площу відкритих отворів S_отв та площу отворів, що працюють на всмоктування повітря S_прит на четвертій, восьмій, чотирнадцятій та сімнадцятій хвилинах розвитку пожежі.

Виходячи з умов розвитку пожежі, приймаємо, що на четвертій та восьмій п’ятій хвилині розвитку повітрообмін здійснюється дві через відкриті двері,

S_отв.4,8 = n∙а_дв∙ h_дв = 2∙2,4∙3,5 = 16,8 м².

З чотирнадцятій хвилині розвитку пожежі підсмоктування свіжого повітря здійснюється через відкриті двері в торгової залі, а викид продуктів горіння через додатково відкриті два віконних отвору розміром 1,5∙1,5 м

На четвертій, восьмій хвилинах повітрообмін відбувається за першою схемою, тому приймаємо:

На чотирнадцятій та сімнадцятій хвилинах повітрообмін відбувається за другою схемою, з підсмоктуванням повітря скрізь двері та викидом продуктів горіння з димових люків тому приймаємо:

S_прит = 16,8 м², а S_вик= 2·1,5·1,5= 4,5 м²

Данні зводимо у таблицю.

Таблиця 2 – Динаміка розвитку пожежі та умов газообміну.

Час розвитку пожежі t_пож, xв...	Площа пожежі S_пож , м².	Площа отворів, що працюють на підсмоктування S_прит , м².	Площа отворів, що працюють на викид диму S_вик , м².
	9,6	5,6	11,2
	38,5	5,6	11,2
	153,9	16,8	4,5

4. Визначаємо коефіцієнт надлишку повітря.

4.1. Визначаємо номер кривої:

на п’ятій й хвилині

на десятій хвилині

на п’ятнадцятій хвилині.

4.2. Визначаємо тип кривої:

, .

4.3. Визначаємо коефіцієнт надлишку повітря по номограмі - a_п1. (Рис. 1, додаток 1).

Таблиця 3 – Визначення коефіцієнту надлишку повітря

Час розвитку пожежі t_пож	S_прит/S_пож.1	S_пож,1 /S_підл	Номер та тип кривої	Коефіцієнт надлишку повітря a_п
	1/1,71	1/166,7	крива № 6 переривчаста	6,0
	1/6,88	1/41,6	крива № 5 переривчаста	4,0
	1/9,16	1/10,4	крива № 4 переривчаста	3,5

5. Проводимо розрахунок питомого фактичного об`єму продуктів горіння по формулі :

6. Визначаємо масову швидкість вигоряння на визначений час розвитку пожежі по формулі :

7. Проводимо розрахунок об`ємної теплоємності середовища в приміщенні на визначений час розвитку пожежі за формулою:

8. Визначаємо приведений ступінь чорноти системи на визначений час розвитку пожежі за формулою:

9. Визначаємо повну площу поверхні конструкцій S_огор будівлі сценічної частини та торговельної зали

S_огор = 2(a_і×b_і + a_і×h_і + b_і×h_і) = 2(40∙40+40∙40+40∙4) = 6720 м².

10. Проводимо розрахунок адіабатичної температури горіння деревини за визначених умов по формулі:

11. Визначаємо середньооб`ємну температуру в приміщенні на визначений час розвитку пожежі за формулою

Розрахована температура пожежі Т_пож.1 = 205,9 К менше 298 К, це позначає, що середньооб’ємна температура в приміщенні на 5 хвилині пожежі не змінилася t_пож.1 = 20⁰С .

t_пож.2 = Т_пож.2 –273= 317,62-273 = 44,6⁰С .

t_пож.3 = Т_пож.3 –273= 403,3-273 = 130,3⁰С .

Результати розрахунку температурного режиму пожежі зводимо до таблиці та будуємо графік зміни температурного режиму пожежі.

12. Визначаємо висоту нейтральної зони в приміщенні на визначений час розвитку пожежі.

В період вільного розвитку пожежі газообмін відбувається через відкриті дверні отвори, тому висоту нейтральної зони розраховуємо по формулі:

де Н - повна висота прорізу, через який здійснюється повітрообмін, м;

Т_пг - температура продуктів горіння (середньооб’ємна температура пожежі), K;

Т₀ - температура повітря, К.

На 5 хвилині розвитку пожежі (середньооб’ємна температура в приміщенні не змінилася)

На 10 хвилині розвитку пожежі (середньооб’ємна температура в приміщенні не змінилася)

В ході проведення розвідки відкриваються віконні отвори на сходовій клітині третього поверху кількості 2 штуки розміром 1,5∙1,5 м.

На 15 хвилині розвитку пожежі висота нейтральної зони при цьому визначається за формулою:

де S_прит - площа прорізів, що працюють на приплив, м²;

S_вих - площа прорізів, що працюють на викид продуктів горіння, м²;

Н - відстань між центрами припливних і витяжних прорізів, м;

h_прит - висота прорізу, що працює на приплив від підлоги приміщення, м.

Відстань між центрами припливних і витяжних прорізів визначаємо як різницю міх висотою другого та третього поверху та половину висоти отворів що працюють на приплив повітря та викид продуктів горінні.

Н = 2h_поверх- 0,5(h_прит +h_вик) = 2·4 – 0,5(2,4+1,5) = 6,05 м.

На 15 хвилині розвитку пожежі

Таблиця 4 – Температурний режим та висота нейтральної зони в приміщенні

Час розвитку пожежі, хв.	Адіабатична температура пожежі, ⁰С.	Середньооб’ємна температура пожежі, ⁰С.	Висота нейтральної зони, м.
	484,1		1,2
	714,1	44,6	1,2
	868,2	130,3	1,5

Рис. 1 – Температурний режим пожежі

Рис.2 – Умови газообміну на пожежі

Висновок: виходячи з результатів розрахунку можна зробити висновок, що температурний режим пожежі на початкової стадії її розвитку не заважає проведенню евакуації відвідувачів та обслуговуючого складу універмагу, але проведення оперативних дій з розвідки пожежі необхідно проводити у засобах захисту органів дихання. Оперативні дії по гасінню пожежі та захисту приміщень які розташовані на третьому поверсі можливо проводити без використання ізолюючих протигазів при умові відкриття віконних отворів на сходових клітинах та випуску диму, що одночасно приведе до зниження температури пожежі.