Движение дыма. Силы, обуславливающие движение дыма. Понятие нейтральной плоскости.

Люди гибнут при пожарах в зданиях т.к. не в состоянии добраться до безопасного места (успевают подействовать опасные факторы пожара). Это рассматривается в расчете маршрута эвакуации. Различают слагаемые времени эвакуации: t_p - время от момента возгорания до момента обнаружения пожара, t_a - время от момента обнаружения пожара до начала мероприятий по эвакуации и t_rs - время, затрачиваемое на перемещение в место относительной безопасности. Эвакуация будет успешной, если будет выполнено условие:

где t_u - время от момента возгорания до момента формирования условий, несовместимых с выживанием. Время t_p и t_a в значительной степени зависят от состояния сознания человека. Успешной эвакуации можно способствовать: средствами раннего обнаружения, путем выбраковки материалов, которые могли бы привести к быстрому росту пожара. Надежно спроектированными маршрутами эвакуации(незадымленных долгое время).

Силы, обеспечивающие движение дыма внутри здания, создаются за счет: а) выталкивающей силы, возникающей из-за разностей внутренней и внешней температур окружающей среды; б) выталкивающей силы, обусловленной самим пожаром; в) влияния внешнего ветра и движения воздуха; г) системой регулирования воздуха внутри помещения. а. Перепад давления, обусловленный естественными выталкивающими силами.

С естественными выталкивающими силами (создаются самим пожаром), в высоких зданиях существует эффектом дымовой трубы (может возникнуть мощное движение холодного воздуха вокруг здания, этим движением дым забрасывается в области, в которых его появление не предполагалось. Пожар в нижней части здания повышенной этажности может вызвать весьма быструю задымленность в верхних этажах здания).

В высоких зданиях, содержащих вертикальные пространства (шахты лифтов), перепады внутренней и наружной температур вызовут перепады давления, обусловленные выталкивающей силой(эффект дымовой трубы). Если температура внутри здания распределена равномерно и будет выше температуры внешней, тогда возникнет естественный подсос воздуха самыми нижними слоями и выталкивание самых верхних слоев. H высота шахты, которая открывается только внизу, при наружной температуре T0 и внутренней температуре Ti. Если внешнее давление на уровне земли равно р0, то давление на высоте H внутри и вне здания составит:

Pi и P₀ - плотности воздуха при Ti и T₀ соответственно. Таким образом, разность давлений между внутренним и внешним пространствами у вершины здания составит

Т.е давление внутри здания будет выше, чем давление снаружи. Если в шахте имеются проемы внизу и вверху, тогда при условии Тi > Т₀ возникнет восходящий поток воздуха, причем там, где P0 = Рi установится нейтральная плоскость. На любой высоте h над нейтральной плоскостью, разность внутреннего и внешнего давлений определяется по формуле

Над нейтральной плоскостью воздух (или дым) будет стремиться выйти наружу из шахты, ниже этой плоскости воздух стремиться во внутрь и создает восходящее движение внутри шахты. Если внешняя температура выше температуры внутри здания, тогда возникнет противоположная ситуация.

Гидростатический напор,который будет обеспечивать течение задымленного воздуха через шахту, можно подсчитать, если принять, что этот воздух подчиняется соотношению pV = nRT, если относительная молекулярная масса задымленного воздуха приблизительно равна относительной молекулярной массе воздуха (0,0289 кг/моль); тогда

Из этого выражения можно подсчитать скорость течения задымленного воздуха. Для вычисления движения дыма необходимо знать высоту нейтральной плоскости. h1 и h2 расстояния от нейтральной плоскости до нижних и верхних проемов соответственно

где A₁, и A₂ - площади поперечных сечений для нижнего и верхнего проемов соответственно. Чем больше значение A₂, тем выше будет расположена нейтральная плоскость над нижним проемом.

б. Давление, непосредственно формируемое пожаром. Пожар в помещении приводит к повышению температур и создает выталкивающие силы, приводящие к вытеснению раскаленных газов, через верхнюю часть всякого вентиляционного проема. Выражение, из которого можно получить предполагаемый диапазон значений Δp:

где - T_f температуру в помещении, охваченном пожаром, K; T₀ – температура окружающей среды. K; A_w - площадь проема, м²; - скорость горения, кг/мин.

Если перепад давлений незначительный, он может усилить утечку дыма в другие части здания при прочих благоприятных для развития пожара условиях.

в. Перепады давления, обусловленные ветром. Естественный ветер может вызвать перераспределение давления вокруг оболочки здания, которое будет в состоянии повлиять на движение дыма в здании.

Обдув здания ветром приведет к высоким значениям давления на наветренной стороне и может вызвать движение воздуха внутри здания в направлении подветренной стороны, где давление ниже. Формула, при расчете напорных систем для регулирования дыма:

где u - скорость ветра, м/мин; Т0 - температура окружающей среды К, дающая перепад Δр, Н/м2.

г. Перепады давления, вызванные системами приточно-вытяжной вентиляции. При неработающих вентиляторах система воздушных каналов действует как система каналов, через которые удаляется дым. Устраняют это путем автоматического отключения системы, а также ее можно спроектировать так, чтобы она регулировала отвод дыма из здания, в то же время обеспечивая защиту других помещений.

47 Интенсивность дымообразования при пожаре. Назначение систем регулирования дыма.

Если известен дымовой потенциал D₀ горючего, тогда интенсивность дымообразования может быть выраженакак D, где - скорость горения, г/с. Размерность интенсивности дымообразования з*м³/с, равная числу кубических метров дыма единичной оптической плотности, выделяемого в секунду.

На ранних этапах закрытого пожара, продукты сгорания будут разбавляться по мере их подъема в восходящем факеле, затем он будетдеформирован потолком. Раскаленный дым, будет затем растекаться в горизонтальном направлении (припотолочная струя) пока не найдет отверстие, через которое он мог бы продолжать свое движение вверх или пока он не встретится с вертикальной преградой, которая будет препятствовать дальнейшему движению и вызовет разворот слоя дыма и его утолщение, ограниченное потолком и стенами помещения. Скорость нарастания толщины слоя дыма будет зависеть от скорости горения и от объема воздуха, который поступает в факел пожара перед тем, как он войдет в припотолочный слой дыма. Скорость, с которой воздух поступает в факел пожара

где - Pf периметр пожара, м; у - расстояние между полом и подстилающей поверхностью слоя дыма под потолком, т. е. высота чистого воздуха, м (рис. 11.8); ρ₀ - плотность окружающего воздуха, кг/м3; Т₀ и Т_f - температуры соответственно окружающего воздуха и факела пожара, К.

Вычисление интенсивности удаления дыма требуется чтобы избежать задымленности помещений с большим скоплением людей, таких как торговые центры. Целью этих усилий является недопущение снижения уровня слоя дыма ниже критической высоты.

Уменьшение высоты нижнего слоя дыма со временем

 

Поскольку плотность меняется обратно пропорционально температуре, то можно добиться удаления значительных объемов дыма.

 

Время, необходимое для того, чтобы слой дыма осел на высоте y над полом:

Рf ~ периметр пожара, вспыхнувшего в закрытом помещении, А - площадь пола, Н - высота помещения. Вентиляционные люки должны быть открыты для того, чтобы задержать слой дыма на высоте у от пола. Если слой дыма осел, тогда оптическую плотность внутри этого слоя:

где - скорость выгорания, кг/с а D₀ — эффективная стандартная оптическая плотность, зависящая от материалов и условий горения.

К настоящему времени создан ряд математических моделей, с помощью которых можно рассчитать движение дыма внутри зданий. Все модели относятся к небольшому пожару, который не создает значительного потока выделявшихся газов, выходящих из помещения, где возник пожар.

 

Системы регулирования дыма

Существует ряд ситуаций, в которых регулирование дыма может быть использовано в качестве меры предотвращения угрозы жизни людям и сохранности имущества. Для безопасности людей необходимо обеспечивать условия, при которых маршруты эвакуации и лестничные клетки были бы обездымлены. Этого можно добиться с помощью устройства дымовытяжной вентиляции или с помощью подачи под давлением свежего воздуха на маршруты эвакуации (многоэтажные здания). Регулирование дыма также играет важную роль с точки зрения сохранности материальных ценностей. Это особенно относится к громадным, не разделенным на помещения одноэтажным зданиям, где может возникнуть угроза быстрого распространения дыма (и огня) по всему зданию.