Расчет необходимого времени эвакуации из помещения

Исходные данные:

Размеры помещения: 20×12×3 м.

Высота площадки, на которой находятся люди, над полом помещения: h_пл = 0 м.

Разность высот пола, равная нулю при горизонтальном его расположении: δ = 0 м.

Начальная температура воздуха: t₀ = 20 ºС.

Рассчитываем критическое время t_кр, ч, достижения предельно-допустимых значений ОФП, [3]:

1) по повышенной температуре (t_кр^Т, ч):

 

(10)

 

где В – размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг;

 

(11)

 

где С_р – удельная изобарная теплоемкость газа, МДж/кг^–1 (таблица 1);

V – свободный объем помещения, м³. Свободный объем помещения соответствует разности между геометрическим объемом и объемом оборудования или предметов, находящихся внутри. Если рассчитывать свободный объем невозможно, допускается принимать его равным 80 % геометрического объема;

 

V = V_г × 0,8. (12)

 

Таблица 1 – Предельно допустимые значения ОФП

ОФП, обозначение, размерность	ПДЗ
Температура t,^0C
Парциальная плотность, кг·м^-3: - кислорода ρ1 - оксида углерода ρ2 - диоксида углерода ρ2 - хлористого водорода ρ2	0,226 0,00116 0,11 23·10^-6
Оптическая плотность дыма μ, Непер·м^-1	2,38· l^-1
Тепловой поток, Вт/м^2

 

Подставляем в формулу (12) исходные данные, получаем

 

V = 20×12×3×0,8 = 576 м³ .

 

где φ – коэффициент теплопотерь;

η – коэффициент полноты горения;

Q – низшая теплота сгорания материала;

Полученные данные в формуле (12), подставляем в формулу (11),

 

кг;

 

А – размерный параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания горючего материала и площадь пожара, кг/с^–n. Для кругового распространения пламени по поверхности равномерно распределенного в горизонтальной плоскости горючего материала вычисляется следующим образом:

 

,

(13)

 

где v – линейная скорость распространения пламени по поверхности горючего материала;

 

А = 1,05×0,0014×4² =0,024 кг/с;

t₀ – начальная температура воздуха в помещении, °С;

n – показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающего материала во времени (таблица 1);

Z – безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения ОФП по высоте помещения.

Параметр Z вычисляют по формуле (при Н 6 м):

 

(14)

 

где h – высота рабочей зоны, м;

 

, (15)

 

где h_пл – высота площадки, на которой находятся люди, над полом помещения, м;

δ – разность высот пола, равная нулю при горизонтальном его расположении, м;

Н – высота помещения, м.

 

м.

 

,

 

мин.

 

2) по потере видимости (t_кр^В, мин):

 

(16)

 

где a – коэффициент отражения предметов на путях эвакуации;

Е – начальная освещенность, лк;

l _вид – предельная дальность видимости в дыму, м;

D_m – дымообразующая способность горящего материала;

 

мин.

 

3) по пониженному содержанию кислорода (t_кр^К, мин):

 

(17)

 

где L – удельный расход кислорода, кг/кг, т.е. расход кислорода на сгорание 1 кг горючего вещества (таблица 2);

 

мин.

 

4) по каждому из газообразных токсичных продуктов горения (t_кр^Г, мин)

 

(18)

где L_Г – удельный выход токсичных газов при сгорании 1 кг материала, кг/кг;

Х – предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг/м³;

 

.

 

Под знаком логарифма получается отрицательное число, следовательно, данный ОФП не представляет опасности.

 

мин.

Из полученных в результате расчетов значений критической продолжительности пожара выбираем минимальное:

 

t_кр = min {t_кр^Т, t_кр^п.в., t_кр^О2, t_кр^СО}; (19)

 

t_кр = t_кр^{п.в .} =1,98 мин.

Рассчитываем необходимое время эвакуации, t_нб, мин, по формуле:

 

, (20)

 

мин.

 

Критические значения ОФП определяем по Методике определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности [1] и Методике определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах (приложение к приказу МЧС России от 10.07.2009 № 404).

Таким образом, критическое значение температуры на уровне рабочей зоны равно 70 ⁰С. Для определения времени достижения температурой этого значения рассчитаем, какова же будет среднеобъемная температура, если на уровне рабочей зоны температура будет критической. Связь между локальными и среднеобъемными значениями ОФП по высоте помещенияимеет следующий вид [3]:

 

(ОФП – ОФП₀) = (ОФП_т– ОФП₀)·Z, (21)

 

где ОФП – локальное (предельно допустимое) значение ОФП;

ОФП₀ – начальное значение ОФП;

ОФП_т – среднеобъемное значение опасного фактора;

Значение Z берем из формулы (14);

Тогда при достижении на уровне рабочей зоны температуры 70⁰С среднеобъемная температура будет равна:

 

t_т = 11 + (70 – 11)/1,252= 58,1⁰С.

Этого значения среднеобъемная температура достигает, примерно, через 4,5 минуты после начала пожара (таблица 2).

 

Таблица 2 –Время достижения пороговых значений ОФП

Название и величина порогового значения опасного фактора пожара	Время достижения,мин
Критическая температура для остекления t=300^0C	-
Максимальная среднеобъемная температура газовой среды Tm = 286+273К=559К
Время прибытия первого подразделения на пожар t cл
Предельная парциальная плотность двуокиси углерода для безопасной эвакуации (ρmXсо2)пред=(ρсо2)пред = 0,11кг/м^3	-
Предельная парциальная плотность оксида углерода (ρmXсо)пред=(ρсо)пред = 1,16 10 ^-3кг/м^3	-
Предельная концентрация кислорода Хо2=14%
Критическая температура для ЭВМ tкрит=160^0С	7,6
Предельная температура газовой среды t = 70^0С
Критическая дальность видимости lкр = 11

 

Для успешной эвакуации людей дальность видимости при задымлении помещения при пожаре должна быть не менее расстояния от наиболее удаленного рабочего места до эвакуационного выхода. Дальность видимости на путях эвакуации должна быть не менее 11,3 м [1]. Дальность видимости определяем по формуле (5).

Отсюда, предельная дальность видимости на уровне рабочей зоны будет соответствовать следующему значению оптической плотности дыма:

 

l _пр =2,38/11,3 = 0,21 Нп/м

 

При этом среднеобъемный уровень задымленности будет равен:

 

μ _т = (μ_кp – μ₀)/ Z + μ₀ (22)

 

μ_т= (0,21 – 0)/1,252 + 0 = 0,16 Нп·м^-1

 

Предельная парциальная плотность кислорода на путях эвакуации составляет 0,226 кг/м³.

При достижении на уровне рабочей зоны парциальной плотностью О₂ этого значения, среднеобъемная плотность кислорода составит:

 

(ρ_О2)_т= ((ρ_О2)_кp – (ρ_О2)₀)/Z + (ρ_О2)₀ (23)

 

(ρ_О2)_т= (0,226 – 0,27)/1,252 + 0,27 = 0,234 кг·м^-3

 

Время достижения критического значения парциальной плотности кислорода составляет 5 минут.

Предельная парциальная плотность оксида углерода на путях эвакуации составляет 1,16·10^-3 кг/м³. При достижении на уровне рабочей зоны парциальной плотностью СО этого значения, среднеобъемная плотность оксида углерода составит:

 

(ρ_СО)_т= ((ρ_СО)_кp – (ρ_СО)₀)/Z + (ρ_СО)₀ (24)

 

(ρ_СО)_т= (1,16·10^-3 – 0)/1,252 + 0 = 0,0009 кг·м^-3

 

Такого значения среднеобъемная парциальная плотность СО за время расчета достигает за 6 минут.

Предельное значение парциальной плотности СО₂ на уровне рабочей зоны равно 0,11 кг/м³. При этом среднеобъемное значение плотности диоксида углерода будет равно:

 

(ρ_СО2)_т= ((ρ_СО2)_кp – (ρ_СО2)₀)/Z + (ρ_СО2)₀ (25)

(ρ_СО2)_т= (0,11 – 0)/1,252 + 0 = 0,09 кг·м^-3

Такого значения парциальная плотность СО₂ за время расчета не достигает.

Для определения значений парциальных плотностей газов использовалась формула:

 

ρ_i= ρ_тi ·Х_i (26)

 

Предельно допустимое значение теплового потока на путях эвакуации составляет 1400 Вт/м².

Средняя плотность теплового потока на путях эвакуации достигает своего критического значения через 5,7 минуты от начала пожара (таблица 2).

Как видим, быстрее всего критического значения достигает среднеобъемный уровень задымленности в здании, следовательно, τ_бл= τ_μ = 4 минуты.

В данном случае минимальным временим для эвакуации из помещения является предельная температура газовой среды t = 70⁰С, время достижения 2 мин.

Вывод: Для увеличения необходимого времени эвакуации помещения необходимо использовать в качестве огнетушащего вещества воду и хладон.