Расчет времени блокирования путей эвакуации опасными

Лабораторная работа «Расчет времени блокирования путей
эвакуации опасными факторами пожара»
Порядок проведения расчета для определения времени блокирования путей
эвакуации опасными факторами пожара
Порядок проведения расчета определен в соответствии с методикой определения
расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных
классов функциональной пожарной опасности [1].
Производится экспертный выбор сценария или сценариев пожара, при которых
ожидаются наихудшие последствия для находящихся в здании людей. Для выделенных
сценариев рассчитывается время достижения каждым из опасных факторов пожара
предельно допустимого значения на путях эвакуации.
Критическое время по каждому из опасных факторов пожара определяется как
время достижения этим фактором предельно допустимого значения на путях эвакуации на
высоте 1,7 м от пола.
Предельно допустимые значения по каждому из опасных факторов пожара составляют:
по повышенной температуре – 70оС;
по тепловому потоку – 1400 Вт/м2;
по потере видимости – 20 м;
по пониженному содержанию кислорода – 0,226 кг/м3;
по каждому из токсичных газообразных продуктов горения
(СО2 – 0,11 кг/м3; СО – 1,16·10-3 кг/м3; HCL – 23·10-6 кг/м3).
Для каждого помещения время блокирования tбл:
т.г. O2
т.п.
t бл  min t пкр.в. , t Ткр , t кр
, t кр , t кр
(1.1)


t крп .в .
время достижения значения опасного фактора - потери видимости
t крТ
время достижения значения опасного фактора - температура
t
т .п .
кр
время достижения значения опасного фактора - теплового потока
t
т .г .
кр
время достижения значения опасного фактора - токсичные продукты горения:
t
O2
кр
( СО2, СО, HCl )
время достижения значения опасного фактора - потребление кислорода
Для помещений с соизмеримыми горизонтальными размерами критическое время
определяется как максимальное из критических времен для эвакуационных выходов из
данного помещения (время блокирования последнего выхода).
Аналитические соотношения для определения критической
продолжительности пожара
Для одиночного помещения высотой не более 6 м, удовлетворяющего условиям
применения интегральной модели, при отсутствии систем противопожарной защиты,
влияющих на развитие пожара, допускается определять критические времена по каждому
из опасных факторов пожара с помощью аналитических соотношений:
по повышенной температуре
𝑇
𝑡кр
=
𝐵
𝐴
∙ 𝑙𝑛 1 +
70−𝑡 0
273 +𝑡 0 ∙𝑧
1
𝑛
,
(1.2)
2
по потере видимости
п.в.
𝑡кр
=
𝐵
𝐴
∙ 𝑙𝑛 1 −
−1
𝑉∙𝑙𝑛 1.05∙𝛼 ∙𝐸
1
𝑛
,
𝑙пр ∙𝐵∙𝐷𝑚 ∙𝑧
(1.3)
по пониженному содержанию кислорода
−1
𝑂
𝑡кр2
=
𝐵
𝐴
∙ 𝑙𝑛 1 −
0.044
𝐵 ∙𝐿 𝑂
𝑉
2 +0.27 ∙𝑧
1
𝑛
,
(1.4)
по каждому из газообразных токсичных продуктов горения
т.г.
𝑡кр
=
𝐵
𝐴
∙ 𝑙𝑛 1 −
𝑉∙𝑋 −1
𝐵∙𝐿∙𝑧
353 ∙𝑐 ∙𝑉
1
𝑛
,
(1.5)
𝑝
где
𝐵=
- размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и
(1−𝜑)∙𝜂 ∙𝑄н
свободного объема помещения, кг;
Коэффициент полноты горения a в режиме пожара, регулируемом горючей
нагрузкойa  0,63  0,2  Xox ,a  1500  X6ox ,a .
(1.6)
Xox,a – начальная концентрация кислорода в помещении очага пожара;
t0 - начальная температура воздуха в помещении, °C;
n - показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающего материала во
времени;
A - размерный параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания
горючего материала и площадь пожара, кг/сn ;
Z - безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения ОФП
по высоте помещения;
Qн - низшая теплота сгорания материала, МДж/кг;
Cр - удельная изобарная теплоемкость газа, МДж/кг;
φ - коэффициент теплопотерь (принимается по данным справочной литературы,
при отсутствии данных может быть принят равным 0,3);
η - коэффициент полноты горения (определяется по формуле 1.6);
V - свободный объем помещения, м3;
a - коэффициент отражения предметов на путях эвакуации;
E - начальная освещенность, лк;
lпр - предельная дальность видимости в дыму, м;
Dm - дымообразующая способность горящего материала, Нпм2 /кг;
L - удельный выход токсичных газов при сгорании 1 кг материала, кг/кг;
X - предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг м-3
(XCO2 = 0,11 кг/м3; XCO = 1,16 x 10-3 кг/м3; XHCl = 23 x 10-6 кг/м3);
LO2 - удельный расход кислорода, кг/кг.
Если под знаком логарифма получается отрицательное число, то данный ОФП не
представляет опасности.
Параметр z вычисляют по формуле:
ℎ
ℎ
𝑧 = ∙ 𝑒𝑥𝑝 1.4 ∙
при 𝐻 ≤ 6 м ,
(1.7)
𝐻
𝐻
где h - высота рабочей зоны, м;
H - высота помещения, м.
Определяется высота рабочей зоны:
ℎ = ℎпл + 1,7 − 0,5 ∙ 𝛿 ,
(1.8)
где hпл - высота площадки, на которой находятся люди, над полом
3
помещения, м;
δ - разность высот пола, равная нулю при горизонтальном его расположении, м.
Следует иметь в виду, что наибольшей опасности при пожаре подвергаются люди,
находящиеся на более высокой отметке. Поэтому, например, при определении
необходимого времени эвакуации людей из партера зрительного зала с наклонным полом
значение h следует находить, ориентируясь на наиболее высоко расположенные ряды
кресел. Параметры A и n вычисляют так:
для случая горения жидкости с установившейся скоростью:
𝐴 = 𝛹уд ∙ 𝐹, 𝑛 = 1,
(1.9)
где 𝛹уд- удельная массовая скорость выгорания жидкости, кг/(м2 x с);
для кругового распространения пожара:
𝐴 = 1.05 ∙ 𝛹уд ∙ 𝑉 2 , 𝑛 = 3
(1.10)
где V - линейная скорость распространения пламени, м/с;
для вертикальной или горизонтальной поверхности горения в виде
прямоугольника, одна из сторон которого увеличивается в двух направлениях за счет
распространения пламени (например, распространение огня в горизонтальном
направлении по занавесу после охвата его пламенем по всей высоте):
𝐴 = 𝛹уд ∙ 𝑉 ∙ 𝑏, 𝑛 = 2,
где
b - перпендикулярный к направлению движения пламени размер зоны горения, м.
При отсутствии специальных требований значения a и E принимаются равными 0,3
и 50 лк соответственно, а значение lпр = 20 м.
Алгоритм:
1. Определяется высота рабочей зоны (1.8) - ℎ = ℎпл + 1,7 − 0,5 ∙ 𝛿 .
2. Вычисляется параметр z по формуле (1.7) -𝑧 = 𝐻ℎ ∙ 𝑒𝑥𝑝 1.4 ∙ 𝐻ℎ при 𝐻 ≤ 6 м.
3. Рассчитывается размерный параметр А для кругового распространения пожара
(1.10) 𝐴 = 1.05 ∙ 𝛹уд ∙ 𝑉 2 , 𝑛 = 3
4. Рассчитывается коэффициент полноты горения a в режиме пожара, регулируемом
горючей нагрузкой (1.6) - a  0,63  0,2  Xox ,a  1500  X6ox ,a .
5. Вычисляется свободный объем помещения V = 0,8 * Vпомещения (допускается
принимать его равным 80% геометрического объема)
6. Рассчитывается размерный комплекс В, зависящий от теплоты сгорания материала
353 ∙𝑐 ∙𝑉
и свободного объема помещения 𝐵 = (1−𝜑)∙𝜂𝑝 ∙𝑄
н
7. Расчет критического времени по повышенной температуре (1.2)
1
𝑛
𝐵
70 − 𝑡0
𝑇
𝑡кр =
∙ 𝑙𝑛 1 +
𝐴
273 + 𝑡0 ∙ 𝑧
8. Расчет критического времени по потере видимости (1.3)
п.в.
𝑡кр
𝐵
𝑉 ∙ 𝑙𝑛 1.05 ∙ 𝛼 ∙ 𝐸
=
∙ 𝑙𝑛 1 −
𝐴
𝑙пр ∙ 𝐵 ∙ 𝐷𝑚 ∙ 𝑧
−1
1
𝑛
9. Расчет критического времени по пониженному содержанию кислорода (1.4)
−1
𝑂
𝑡кр2 =
𝐵
0.044
∙ 𝑙𝑛 1 −
𝐵 ∙ 𝐿𝑂2
𝐴
𝑉 + 0.27 ∙ 𝑧
1
𝑛
4
10. Расчет критического времени по каждому из газообразных токсичных продуктов
−1
1
𝑛
𝐵
𝑉∙𝑋
т.г.
горения (1.5) 𝑡кр
= ∙ 𝑙𝑛 1 −
𝐴
𝐵∙𝐿∙𝑧
11. Определяется время блокирования tбл (1.1)
т.г. O2
т.п.
.
t бл  min t пкр.в. , t Ткр , t кр
, t кр , t кр


5
Данные для расчета:
Ширина помещения
= 4м
Длина помещения
= 5м
Высота помещения
= 3м
Высота площадки, на которой находятся люди, над полом
помещения,
hпл =0, м;
Разность высот пола, равная нулю при горизонтальном его расположении,
δ =0, м.
Начальная температура воздуха в помещении
t0 = 20 °C
Для расчета времени блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара в
соответствии с Методикой [1], применены следующие данные справочной литературы, не
зависящие от типа помещения:
Обозначение
Cр
n
φ
XOX,a
a
E
lпр
XCO2
XCO
XHCl
Наименование
Значение
удельная изобарная теплоемкость газа
(воздуха)
показатель
степени, учитывающий
изменение
массы
выгорающего
материала во времени
коэффициент теплопотерь
начальная концентрация кислорода в
помещении очага пожара
коэффициент отражения предметов на
путях эвакуации
начальная освещенность
предельная дальность видимости в
дыму
предельно допустимое содержание СО2
в помещении, кг м-3
предельно допустимое содержание СО в
помещении, кг м-3
предельно допустимое содержание HCl
в помещении, кг м-3
0,001МДж/кг
Источник
[2]
3
[1]
0,3
0,21
[1]
[3]
0, 3(по умолчанию)
[4]
50 лк (по умолчанию)
20 м (по умолчанию)
[4]
[4]
0,11кг/м3
умолчанию)
1,16·10-3 кг/м3
умолчанию)
23·10-6кг/м3
умолчанию)
(по [4]
(по [4]
(по [4]
И данные для расчета, зависящие от типа помещения:
Обозначение
Qн, МДж/кг
, кг/с*м2
Наименование
низшая теплота сгорания материала
удельная массовая скорость выгорания горючего материала
V, м/с
линейная скорость распространения пламени
Dm, Нп * м2/кК
дымообразующая способность горящего материала
LCO2,кг/кг
удельный выход СО2 при сгорании 1 кг материала
6
LCO,кг/кг
удельный выход СО при сгорании 1 кг материала
LHCl,кг/кг
удельный выход HCl при сгорании 1 кг материала
LO2, кг/кг
удельный расход кислорода
Численные значения Qн,
, V определены в зависимости от типа помещения в
соответствии с [4];
Численные значения Dm , LCO2 , LCO , LHCl , LO2 определены в зависимости от типа
помещения в соответствии с [5].
Расчет 1 (Обществ.здания; мебель+линолеум ПВХ (0,9+0,1)
1.Высота рабочей зоны:
=
2.Параметр
3.Параметр
=
4. Коэффициент полноты горения
a  0,63  0,2  Xox ,a  1500  X6ox ,a
5. Свободный объем помещения Vсв. = 0,8 * Vпомещения = 0,8 * 5*4*3 = 48 м3.
6. Параметр
=
7.Расчет критического времени по повышенной температуре
=
1/ 3=
{
·ln 1,136}1/ 3= {
·0, 1275}1/ 3=
=44,2 c
8. Расчет критического времени по потере видимости
= {
·ln (1,054)}1/ 3=32,82 с.
9. Расчет критического времени по пониженному содержанию кислорода
=
= 42,9c
10.Расчет критического времени по каждому из газообразных токсичных продуктов
горения
7
10.1. По СО2:
=
=
Под знаком логарифма отрицательное число
опасности
10.2 По СО:
=
= -3,44, значит
не представляет
=
= 109,4 с.
=
10.3 По НCl:
Под знаком логарифма недопустимая операция – деление на ноль, значит
представляет опасности.
не
11 Определяется время блокирования tбл
т.г. O2
т.п.
t бл  min t пкр.в. , t Ткр , t кр
, t кр , t кр
= min{ потеря видимости, температура, токсичные
продукты горения: СО2, СО, HCl, пониженное содержание кислорода, тепловой
поток}=32,82с


Расчет 2 (Здание 1-2 степени огнестойкости: мебель+ бытовые изделия)
1.Высота рабочей зоны:
=
2.Параметр
3.Параметр
=
4. Коэффициент полноты горения
a  0,63  0,2  Xox ,a  1500  X6ox ,a
5. Свободный объем помещения Vсв. = 0,8 * Vпомещения = 0,8 * 5*4*3 = 48 м3.
6. Параметр
=
7.Расчет критического времени по повышенной температуре
=
1/ 3=
{
·ln 1,136}1/ 3= {
15,29 c
8. Расчет критического времени по потере видимости
= {
·ln (1,009)}1/ 3=6,3с
9. Расчет критического времени по пониженному содержанию кислорода
·0, 1275}1/ 3=
8
=
= 14,8c
10.Расчет критического времени по каждому из газообразных токсичных продуктов
горения
10.1. По СО2:
=
=
=
Под знаком логарифма отрицательное число
опасности
10.2 По СО:
= -0,11, значит
не представляет
=
Под знаком логарифма отрицательное число
опасности
10.3 По НCl:
= -0,109, значит
не представляет
=
=
Под знаком логарифма отрицательное число = -0,033, значит
не представляет
опасности.
Определяется время блокирования tбл
т.г. O2
т.п.
t бл  min t пкр.в. , t Ткр , t кр
, t кр , t кр
= min{ потеря видимости, температура, токсичные
продукты горения: СО2, СО, HCl, пониженное содержание кислорода, тепловой
поток}=6,3с


Литература
1.
Методика
определения
расчетных
величин
пожарного
риска
в
зданиях,
сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности».
Приложение к Приказу МЧС РФ от 30.06.2009 г. № 382 (Зарегистрировано в Минюсте РФ
9
6.08.2009 № 14486).
2.
Cправочное пособие «Влажный воздух»: НП АВОК «Инженеры по отоплению,
вентиляции,
кондиционированию
воздуха,
теплоснабжению
и
строительной
теплофизике», Москва, 2004
3.
Термодинамические
свойства
кислорода:
ГСССД
Серия монографии В. В. Сычев, Л. Л. Вассерман, В. Л. Козлов, Г. А. Спиридонов, В. А.
Цымарпый М.: Издательство стандартов, 1981
4.
ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная
безопасность. Общие требования.
5.
Расчет необходимого времени эвакуации людей из помещений при пожаре:
Рекомендации.- М.: ВНИИПО МВД СССР, 1989
НПБ 104-03 "Системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах в
зданиях и сооружениях"
Таблица 1 Данные для расчета, зависящие от типа помещения [5]
Тип помещения
1
1.Учебные аудитории
1.1.Лекционная аудитория
1.2. Аудитория для практических
занятий
2.Компьютерные классы (15 комп)
3.Спортивные помещения
3.1. Большой спортивный зал, зал
настольного тенниса
3.2. Вне Университета
3.3. Гимнастический зал
3.4. Зал аэробики
3.5. Раздевалка
3.6. Тренажѐрный зал
4. Специализированные учебные
аудитории
4.1. Военная кафедра
4.2. Специализированная
лаборатория
4.3. Специализированная
мастерская
Qн,
МДж/кг низшая
теплота
сгорания
материала
[1]
2
, кг/с*м2удельная
массовая
скорость
выгорания
горючего
материала
[1]
V, м/слинейная
скорость
распространения
пламени
[1]
3
4
Dm, Нп *
м2/кКдымообразующая
способнос
ть
горящего
материала
[5]
5
LCO2,кг/кг
удельный
выход
СО2 при
сгорании
1 кг
материала
[5]
6
LCO,кг/кг удельный
выход СО
при
сгорании
1 кг
материала
[5]
LHCl,кг/кгудельный
выход HCl
при сгорании
1 кг
материала
[5]
LO2, кг/кгудельный
расход
кислорода
[5]
7
8
9
14.0
14.0
0,0137
0,0137
0.015
0.015
47,7
1,478
0,03
0,0058
1,369
20,9
0,0076
0,0125
327,0
0,375
0,0556
0,0054
1,95
13,9
0,0225
0,0151
64,1
0,724
0,0205
0,0005
1,191
13,9
13,9
13,9
23,3
13,9
0,0225
0,0225
0,0225
0,013
0,0225
0,0151
0,0151
0,0151
0,0835
0,0151
64,1
64,1
64,1
129,0
64,1
0,724
0,724
0,724
0,467
0,724
0,0205
0,0205
0,0205
0,0145
0,0205
0,0005
0,0005
0,0005
0,0
0,0005
1,191
1,191
1,191
3,698
1,191
14,0
14,0
0,0152
0,0152
0,0163
0,0163
53,0
53,0
1,423
1,423
0,023
0,023
0,0001
0,0001
1,218
1,218
14,0
0,0152
0,0163
53,0
1,423
0,023
0,0001
1,218
2
1
4.4. Мастерская рисунка, живописи,
по проектированию
4.5. Мастерская скульптуры
4.6. Мастерская по обработке
материалов (дерево)
4.7. Мастерская по обработке
материалов (металл)
4.8. Сервисная мастерская
4.9. Швейная мастерская
4.10. Лингафонный кабинет
4.11. Телестудия
5. Учебно - вспомогательные
помещения
5.1. Актовый зал
5.2. Зал заседаний
5.3. Читальный зал
5.4. Абонемент
5.5. Фонд, архив
5.6. Препараторская
5.7. Музей
6. Административные (офисные)
помещения
6.1. Кабинет руководителя
6.2. Кабинет сотрудника
6.3. Общая преподавательская
6.4. Помещение структурного
подразделения
6.5. Приемная
6.6. Методический кабинет
6.7. Студенческий клуб
14,0
2
3
0,0152
4
0,0163
53,0
5
6
1,423
7
0,023
0,0001
8
1,218
9
14,0
14,0
0,0152
0,0152
0,0163
0,0163
53,0
53,0
1,423
1,423
0,023
0,023
0,0001
0,0001
1,218
1,218
14,0
0,0152
0,0163
53,0
1,423
0,023
0,0001
1,218
14,0
14,0
34,8
20,9
0,0152
0,0152
0,0177
0,0076
0,0163
0,0163
0,0137
0,0125
53,0
53,0
381,0
327,0
1,423
1,423
0,764
0,375
0,023
0,023
0,1
0,0556
0,0001
0,0001
0,0073
0,0054
1,218
1,218
3,312
1,95
16,2
16,2
14,5
14,5
14,5
26,6
16,2
0,0123
0,0123
0,011
0,011
0,011
0,033
0,0123
0,0293
0,0293
0,0103
0,0103
0,0103
812,8
0,0293
175,6
175,6
49,5
49,5
49,5
88,1
175,6
0,817
0,817
1,1087
1,1087
1,1087
1,912
0,817
0,041
0,041
0,0974
0,0974
0,0974
0,262
0,041
0,0143
0,0143
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0143
1,574
1,574
1,154
1,154
1,154
2,304
1,574
14.0
14.0
14.0
14.0
0,021
0,021
0,021
0,021
0,022
0,022
0,022
0,022
53,0
53,0
53,0
53,0
1,434
1,434
1,434
1,434
0,043
0,043
0,043
0,043
0,0
0,0
0,0
0,0
1,161
1,161
1,161
1,161
14.0
14.0
14.0
0,021
0,021
0,021
0,022
0,022
0,022
53,0
53,0
53,0
1,434
1,434
1,434
0,043
0,043
0,043
0,0
0,0
0,0
1,161
1,161
1,161
3
1
7. Научно - исследовательское
помещение
7.1. Аспирантская
7.2. НИЛ
8. Служебные помещения
8.1. АТС
8.2. Гараж (бокс)
8.3. Гараж (бокс-ремонтный)
8.4. Бойлерная
8.5. Буфет
8.6. Вахта
8.7. Венткамера
8.8. Гардероб
8.9. Касса
8.10. Кинопроекторная
8.11. Коридор, лестничная клетка,
холл
8.12. Котельная (нефть)
8.13. Лифт, лифтовая шахта
8.14. Медицинский пункт
8.15. Подсобное помещение
8.16. Подсобное помещение
структурного подразделения
8.17. Производственное помещение
8.18. Санузел
8.19. Серверная
8.20. Склад (по типу назначения)
8.21. Столовая
8.22. Электрощитовая
8.23. Прочее
2
3
4
14,0
14,0
0,0129
0,0129
0,042
0,042
31,7
31,7
31,7
13,8
13,8
14,0
13,8
23,3
14,0
20,9
14,7
0,0233
0,0233
0,0233
0,0145
0,0145
0,021
0,0145
0,013
0,0137
0,0076
0,0145
44,2
20,9
26,6
13,8
13,8
15,4
14,7
30,7
14,28
13,8
20,9
13,8
5
6
7
8
9
53,0
53,0
0,642
0,642
0,0317
0,0317
0,0
0,0
1,161
1,161
0,0068
0,0068
0,0068
0,0108
0,0108
0,022
0,0108
0,0835
0,015
0,0125
0,0108
487,0
487,0
487,0
270,0
270,0
53,0
270,0
129,0
47,7
327,0
82,0
1,295
1,295
1,295
0,203
0,203
1,434
0,203
0,467
1,478
0,375
1,285
0,097
0,097
0,097
0,0022
0,0022
0,043
0,0022
0,0145
0,03
0,0556
0,0022
0,0109
0,0109
0,0109
0,014
0,014
0,0
0,014
0,0
0,0058
0,0054
0,006
2,64
2,64
2,64
1,03
1,03
1,161
1,03
3,698
1,369
1,95
1,437
0,02410
0,0076
0,033
0,0344
0,0344
885
0,0125
812,8
0,0465
0,0465
438,0
327,0
88,1
270,0
270,0
3,104
0,375
1,912
0,203
0,203
0,161
0,0556
0,262
0,0022
0,0022
0,0
0,0054
0,0
0,014
0,014
3,24
1,95
2,304
1,03
1,03
0,0061
0,0145
0,0244
0,0129
0,0145
0,0076
0,0145
0,004
0,0108
0,0071
0,034
0,0108
0,0125
0,0108
41,0
82,0
521,0
72,4
270,0
327,0
270,0
0,771
1,285
0,65
0,759
0,203
0,375
0,203
0,169
0,0022
0,1295
0,068
0,0022
0,0556
0,0022
0,0
0,006
0,0202
0,0008
0,014
0,0054
0,014
1,158
1,437
2,19
1,439
1,03
1,95
1,03