ПРИМЕР РАСЧЕТА ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ ИЗ ЗДАНИЯ ПРИ ПОЖАРЕ И РАСЧЕТНОЕ ВРЕМЯ ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРЕ

Главным способом защиты людей от вредных факторов пожара является вывод персонала и населения из зоны возгорания или помещения, в котором велика вероятность появления огня. Такой комплекс мероприятий называется эвакуацией.

Пути движения человека в чрезвычайной ситуации обозначаются на этапе проектирования строений. Конструктивные решения при планировании зданий регламентируются строительными нормами и правилами.

Вынужденное перемещение населения в безопасную зону во время пожара – это основная задача при возгорании, для выполнения которой необходимо создать наиболее благоприятные условия в процессе разработки планировок сооружения.

Основные параметры процесса эвакуации

При принудительном удалении людей из помещений используются характеристики, имеющие первостепенное значение для организации эффективного спасения населения.

Плотность людского потока

Этот элемент определяется как усредненная длина участка пути, выделенная под одного человека. Она измеряется в метрах на человека (м/чел.). Это линейная плотность. Для жилых домов она составляет 1м/чел. и более.

D=Lшага+ Lстопы, где

D – линейная скорость;

Lшага – ширина шага в метрах;

Lстопы – длина стопы в метрах.

Также вычисляется абсолютная плотность (выражается в чел./м2). Рассчитывается эта величина путем деления суммы людей на площадь, которую они занимают. Как правило, этот параметр используется для расчета проходимости путей и выходов.

Величина характеристики колеблется от 12 чел./м2 в зданиях общежитий, офисов; до 25 чел./м2 – для ДОУ, детских садов, школ.

Иногда плотность потока определяется делением площади, заполненной людьми, на общую площадь прохода. Результат вычисления дает понимание степени загруженности путей эвакуируемыми людьми.

Для теоретических выкладок используют термин «расчетная плотность потока», это максимально возможное значение параметра. Оно не должно достигать предельных величин, которые подразумевают, что при его достижении возможны травмы тела или удушение.

Скорость движения

Обычно перемещение человека по прямой плоскости производится со скоростью 15–17 м/мин. Этот параметр с учетом высокой насыщенности эвакуационных путей принимается на уровне 16 м/мин. При маленькой загруженности проходов движение убыстряется.

Формула определения скорости потока в таком случае:

V=n– (D–0,1), где

n – количество шагов в минуту, приравнивается к 100.

При максимальной загруженности движение по лестнице вверх производится со скоростью 8 м/мин., а в обратном направлении –10 м/мин.

Пропускная способность выходов

Величина этого параметра определяется подсчетом количества человек, преодолевших выход шириной один метр за минуту.

Расчетная удельная пропускная способность определяется опытным путем, учитывается минимальное значение этой характеристики.

Для вычислений берется:

• 50 чел./м–мин. для проема шириной полтора метра;
• 60 чел./м–мин. для дверей с увеличенным размером.

Размеры эвакуационных выходов

На основании СНиП П-Л.2-62 определяется диапазон значений ширины прохода для сооружений разного назначения:

• по нормам в детсадах, общеобразовательных школах, домах инвалидов и престарелых – не менее 1,35 м;
• на предприятиях, офисных зданиях нижняя граница – 1,2 м;
• лестничные марши должны быть шире 0,9 м.

Присваивая значение этим параметрам, учитывали, что:

• расстояние от рабочего места до выхода должно укладываться в нормы, указанные в СНиП, или быть меньше;
• суммарная ширина проходов и выходов соответствует предписаниям или превышает их;
• количество выходов определяется в сумме два и больше;
• размеры лестниц и проходов должны соответствовать нормативным требованиям.

Приложение N 2

к пункту 10
Методики

Упрощенная аналитическая модель движения людского потока (определение расчетного времени эвакуации людей из помещений и зданий по расчету времени движения одного или нескольких людских потоков через эвакуационные выходы от наиболее удаленных мест размещения людей)

С изменениями и дополнениями от:

12 декабря 2011 г., 2 декабря 2015 г.

Расчетное время эвакуации людей t
из помещений и зданий устанавливается по расчету времени движения одного или нескольких людских потоков через эвакуационные выходы от наиболее удаленных мест размещения людей.

При расчете весь путь движения людского потока подразделяется на участки (проход, коридор, дверной проем, лестничный марш, тамбур) длиной l
и шириной

. Начальными участками являются проходы между рабочими местами, оборудованием, рядами кресел и т.п.

При определении расчетного времени эвакуации людей длину и ширину каждого участка пути эвакуации для проектируемых зданий принимают по проекту, а для построенных — по фактическому положению. Длину пути по лестничным маршам, а также по пандусам измеряют по длине марша. Длину пути в дверном проеме принимают равной нулю. Проем, расположенный в стене толщиной более 0,7 м, а также тамбур следует считать самостоятельными участками горизонтального пути, имеющими конечную длину l
.

Расчетное время эвакуации людей t
следует определять как сумму времени движения людского потока по отдельным участкам пути t
по формуле:

где t
— время движения людского потока на первом (начальном) участке, мин;

Время движения людского потока по первому участку пути t
, мин, рассчитывают по формуле:

где l
— длина первого участка пути, м;

V
— скорость движения людского потока по горизонтальному пути на первом участке, м/мин (определяется по таблице П2.1
в зависимости от плотности D).

Плотность однородного людского потока на первом участке пути D
рассчитывают по формуле:

где N
— число людей на первом участке, чел.;

f — средняя площадь горизонтальной проекции человека, м
/чел. принимаемая в соответствии с пунктами 4
, 5
приложения N 5 к настоящей Методике;

— ширина первого участка пути, м.

Скорость v
движения людского потока на участках пути, следующих после первого, принимают по таблице П2.1
в зависимости от интенсивности движения людского потока по каждому из этих участков пути, которую вычисляют для всех участков пути, в том числе и для дверных проемов, по формуле:

где

,

— ширина рассматриваемого i-го и предшествующего ему участка пути, м;

,
— интенсивности движения людского потока по рассматриваемому i-му и предшествующему участкам пути, м/мин (интенсивность движения людского потока на первом участке пути
определяется по таблице П2.1
по значению
, установленному по формуле (П2.3)
).

Если значение q
, определяемое по формуле (П2.4)
, меньше или равно q
, то время движения по участку пути t
, мин, равно:

при этом значения q
, м/мин следует принимать равными:

16,5 — для горизонтальных путей;

19,6 — для дверных проемов;

16,0 — для лестницы вниз;

11,0 — для лестницы вверх.

Если значение q
, определенное по формуле (П2.4)
, больше q
то ширину

данного участка пути следует увеличивать на такое значение, при котором соблюдается условие:

При невозможности выполнения условия (П2.6) интенсивность и скорость движения людского потока по участку i определяют по таблице П2.1
при значении D = 0,9 и более. При этом следует учитывать время задержки движения людей из-за образовавшегося их скопления.

Интенсивность и скорость движения людского потока на разных участках путей эвакуации в зависимости от плотности

При слиянии в начале i-го участка двух и более людских потоков ( рис. П2.1
) интенсивность движения q
, м/мин, рассчитывают по формуле:

где q
— интенсивность движения людских потоков, сливающихся в начале i-го участка, м/мин;

— ширина участков пути слияния, м;

— ширина рассматриваемого участка пути, м.

Время задержки
движения людей на участке i из-за образовавшегося их скопления на границе с последующим участком (i+1) определяется по формуле:

где N — количество людей, чел.;

f — площадь горизонтальной проекции человека, м
/чел;

— интенсивность движения через участок i+1 при плотности 0,9 и более, м/мин;

— ширина участка, м, при вхождении на который образовалось скопление людей;

— интенсивность движения на участке i, м/мин;

— ширина предшествующего участка i, м.

Время существования скопления
на участке i определяется по формуле:

Расчётное время эвакуации по участку i, в конце которого на границе с участком (i+1) образовалось скопление людей равно времени существования скопления
. Расчётное время эвакуации по участку i допускается определять по формуле:

Приложение N 6

к пункту 12
Методики

Порядок

проведения расчета и математические модели для определения времени блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара

С изменениями и дополнениями от:

12 декабря 2011 г., 2 декабря 2015 г.

I. Порядок проведения расчета

Производится экспертный выбор сценария или сценариев пожара, при которых ожидаются наихудшие последствия для находящихся в здании людей.

Формулировка сценария развития пожара включает в себя следующие этапы:

выбор места нахождения первоначального очага пожара и закономерностей его развития;

задание расчетной области (выбор рассматриваемой при расчете системы помещений, определение учитываемых при расчете элементов внутренней структуры помещений, задание состояния проемов);

задание параметров окружающей среды и начальных значений параметров внутри помещений.

Выбор места нахождения очага пожара производится экспертным путем. При этом учитывается количество горючей нагрузки, ее свойства и расположение, вероятность возникновения пожара, возможная динамика его развития, расположение эвакуационных путей и выходов.

Наиболее часто при расчетах рассматриваются три основных вида развития пожара: круговое распространение пожара по твердой горючей нагрузке, линейное распространение пожара по твердой горючей нагрузке, неустановившееся горение горючей жидкости.

Скорость выгорания для этих случаев определяется формулами:

где

— удельная скорость выгорания (для жидкостей установившаяся), кг/(с·м
);

v — скорость распространения пламени, м/с;

b — ширина полосы горючей нагрузки, м;

t
— время стабилизации горения горючей жидкости, с;

F — площадь очага пожара, м
.

При наличии в помещении очага пожара установки автоматического пожаротушения, соответствующей требованиям нормативных документов по пожарной безопасности, при проведении расчетов значение скорости выгорания принимается уменьшенным в 2 раза.

С учетом раздела II
данного приложения выбирается метод моделирования, формулируется математическая модель, соответствующая данному сценарию, и производится моделирование динамики развития пожара. На основании полученных результатов 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 — 70°С;

по тепловому потоку — 1400 Вт/м
;

по потере видимости — 20 м (для случая, когда оба горизонтальных линейных размера помещения меньше 20 м, предельно допустимое расстояние по потере видимости следует принимать равным наибольшему горизонтальному линейному размеру);

по пониженному содержанию кислорода — 0,226 кг/м
;

по каждому из токсичных газообразных продуктов горения (СО
— 0,11 кг/м
; СО — 1,16·10
кг/м
; — 23·10
кг/м
).

Необходимо отметить, что при использовании полевой модели определение критического времени имеет существенные особенности, связанные с тем, что критическое значение в различных точках помещения достигается не одновременно. Для помещений с соизмеримыми горизонтальными размерами критическое время определяется как максимальное из критических времен для эвакуационных выходов из данного помещения (время блокирования последнего выхода).

Определяется время блокирования t
:

II. Классификация и область применения методов математического моделирования пожара

Для описания термогазодинамических параметров пожара применяются три основных группы детерминистических моделей: интегральные, зонные (зональные) и полевые.

Выбор конкретной модели расчета времени блокирования путей эвакуации следует осуществлять исходя из следующих предпосылок:

для зданий, содержащих развитую систему помещений малого объема простой геометрической конфигурации;

для помещений, где характерный размер очага пожара соизмерим с характерными размерами помещения и размеры помещения соизмеримы между собой (линейные размеры помещения отличаются не более чем в 5 раз);

для предварительных расчетов с целью выявления наиболее опасного сценария пожара;

зонный (зональный) метод:

для помещений и систем помещений простой геометрической конфигурации, линейные размеры которых соизмеримы между собой (линейные размеры помещения отличаются не более чем в 5 раз), когда размер очага пожара существенно меньше размеров помещения;

для рабочих зон, расположенных на разных уровнях в пределах одного помещения (наклонный зрительный зал кинотеатра, антресоли и т.д.);

для помещений сложной геометрической конфигурации, а также помещений с большим количеством внутренних преград (атриумы с системой галерей и примыкающих коридоров, многофункциональные центры со сложной системой вертикальных и горизонтальных связей и т.д.);

для помещений, в которых один из геометрических размеров гораздо больше (меньше) остальных (тоннели, закрытые автостоянки большой площади и т.д.);

для иных случаев, когда применимость или информативность зонных и интегральных моделей вызывает сомнение (уникальные сооружения, распространение пожара по фасаду здания, необходимость учета работы систем противопожарной защиты, способных качественно изменить картину пожара, и т.д.).

При использовании интегральной и зонной моделей для помещения, один из линейных размеров которого более чем в пять раз превышает хотя бы один из двух других линейных размеров, необходимо это помещение делить на участки, размеры которых соизмеримы между собой, и рассматривать участки как отдельные помещения, сообщающиеся проемами, площадь которых равна площади сечения на границе участков. Использование аналогичной процедуры в случае, когда два линейных размера превышают третий более чем в 5 раз, не допускается.

III. Интегральная математическая модель расчета газообмена в здании при пожаре

Для расчета распространения продуктов горения по зданию составляются и решаются уравнения аэрации, тепло- и массообмена как для каждого помещения в отдельности, так и для всего здания в целом.

Уравнения движения, связывающие значения перепадов давлений на проемах с расходами газов через проемы, имеют вид:

— расход газов через проем между двумя (j-м и i-м) смежными помещениями, кг/с;

— коэффициент расхода проема (
= 0,8 для закрытых проемов и
= 0,64 для открытых);

F — площадь сечения проема, м
;

— плотность газов, проходящих через проем, кг/м
;

— средний перепад полных давлений между j-м и i-м помещением, Па.

Направление (знак) расхода определяется знаком разности давлений

.

В зависимости от этого плотность
принимает различные значения.

Знак расхода газов (входящий в помещение расход считается положительным, выходящий — отрицательным) и значение
зависят от знака перепада давлений:

Для прогнозирования параметров продуктов горения (температуры, концентраций токсичных компонентов продуктов горения) в помещениях многоэтажного здания на этажах, расположенных выше этажа, на котором может возникнуть пожар, рассматриваются процессы распространения продуктов горения в вертикальных каналах (лестничные клетки, шахты лифтов, вентканалы и т.п.).

Вертикальную шахту по высоте разделяют на зоны, которые представляют узлы в гидравлической схеме здания. Зона по высоте может охватывать несколько этажей здания. В этом случае расход газа между зонами можно выразить формулой вида:

— характеристика гидравлического сопротивления на границе зон;

F — площадь поперечного сечения шахты;

k — коэффициент (допускается принимать равным 0,05 с
/м);

=9,81 м/с
— ускорение свободного падения;

— перепад давлений между узлами.

Здание представляют в виде гидравлической схемы, узлы которой моделируют помещения, а связи — пути движения продуктов горения и воздуха. Каждое помещение здания описывается системой уравнений, состоящей из уравнения баланса массы, уравнения сохранения энергии и уравнения основного газового закона (Менделеева — Клайперона).

Уравнение баланса массы выражается формулой:

— объем помещения, м
;

t — время, с;

— сумма расходов, входящих в помещение, кг/с;

— сумма расходов, выходящих из помещения, кг/с;

— скорость выгорания пожарной нагрузки, кг/с.

Уравнение сохранения энергии выражается формулой:

,
— удельная изохорная и изобарная теплоемкости, кДж/(кг·К);

,
— температуры газов в i-м и j-м помещениях, К;

— количество тепла, выделяемого в помещении при горении, кВт;

— тепловой поток, поглощаемый конструкциями и излучаемый через проемы, кВт.

Для помещения очага пожара величина
определяется по формуле:

— коэффициент полноты горения;

— низшая теплота сгорания, кДж/кг;

=
· — энтальпия газифицированной горючей нагрузки, кДж/кг;

— удельная теплоемкость продуктов пиролиза, кДж/(кг·К);

Т — температура продуктов пиролиза, К.

Для остальных помещений
=0.

Коэффициент полноты горения
определяется по формуле:

— коэффициент полноты горения в режиме пожара, регулируемом горючей нагрузкой, определяемый формулой:

Коэффициент К рассчитывается по формуле:

— начальная концентрация кислорода в помещении очага пожара, кг/кг;

— текущая концентрация кислорода в помещении очага пожара, кг/кг;

— количество кислорода, поглощаемого при сгорании 1 кг горючей нагрузки, кг/кг.

Уравнение Менделеева — Клайперона выражается формулой:

— давление газа в j-м помещении, Па;

— температура газа в j-м помещении, К;

R = 8,31 — универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);

М — молярная масса газа, моль.

Параметры газа в помещении определяются из уравнения баланса масс отдельных компонентов продуктов горения и кислорода и уравнения баланса оптической плотности дыма.

Уравнение баланса масс отдельных компонентов продуктов горения и кислорода:

,
— концентрация L-го компонента продуктов горения в i-м и j-м помещениях, кг/кг;

— количество L-го компонента продуктов горения (кислорода), выделяющегося (поглощающегося) при сгорании одного килограмма пожарной нагрузки, кг/кг.

Уравнение баланса оптической плотности дыма:

,

— оптическая плотность дыма в i-м и j-м помещениях, Нп·м
;

— дымообразующая способность пожарной нагрузки, Нп·м
/кг.

Оптическая плотность дыма при обычных условиях связана с расстоянием предельной видимости в дыму формулой:

Для помещений без источника тепла система уравнений (П6.6)
, (П6.7)
и (П6.8)
упрощается и представляется в виде:

Первое уравнение связывает перепады давлений на соединяющих помещение проемах с расходом газа через эти проемы. Второе выражает постоянство объема для данного помещения. Таким образом, для всего здания требуется решать систему, состоящую из (
+
)·
нелинейных уравнений вида (П6.12)
и
·
линейных уравнений вида (П6.13)
. Здесь
и
— соответственно, число горизонтальных и вертикальных связей на этаже;
— число узлов;
— число этажей.

Система уравнений, включающая в себя уравнения ( П6.6)
, (П6.7)
для помещения очага пожара и (П6.12)
, (П6.13)
для остальных помещений и уравнение (П6.11)
, описывающая гидравлическую схему здания, решается численно методом итерации в совокупности с методом секущих.

Основные уравнения для определения температуры газа и концентрации продуктов горения в помещениях здания получены из уравнений сохранения энергии и массы.

Температура газа в помещении, где отсутствует очаг пожара, определяется из уравнения теплового баланса, которое можно получить из уравнения сохранения энергии (П6.7)
. Формула для определения температуры газа в j-м помещении здания в «n»-й момент времени:

— сумма источников (стоков) тепла в объеме j-гo помещения и тепла, уходящего в ограждающие конструкции;

— приведенный коэффициент теплоотдачи;

Т
— начальная температура в помещении;

— площадь поверхности ограждающих конструкций в j-м помещении.

Коэффициент теплоотдачи
может быть рассчитан по эмпирической формуле:

Концентрация отдельных компонентов газовых смесей в помещениях здания вычисляются из уравнения баланса массы данного компонента (П6.12)
. Концентрация L-го компонента продуктов горения в j-м помещении в «n»-ый момент времени определяется уравнением:

Оптическая концентрация дыма в помещениях определяется из балансового уравнения (П6.19)
. Натуральный показатель ослабления среды в j-ом помещении в «n»-й момент времени определяется уравнением:

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

по потере видимости:

по пониженному содержанию кислорода:

по каждому из газообразных токсичных продуктов горения:

— размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг;

— начальная температура воздуха в помещении, °С;

n — показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающего материала во времени;

А — размерный параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания горючего материала и площадь пожара, кг/с
;

Z — безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения ОФП по высоте помещения;

— низшая теплота сгорания материала, МДж/кг;

— удельная изобарная теплоемкость дымовых газов, МДж/(кг·К) (допускается принимать равной теплоемкости воздуха при 45°С);

— коэффициент теплопотерь (принимается по данным справочной литературы, при отсутствии данных может быть принят равным 0,55);

— коэффициент полноты горения (определяется по формуле П6.9
);

V — свободный объем помещения, м
;

а — коэффициент отражения предметов на путях эвакуации;

Е — начальная освещенность, лк;

— предельная дальность видимости в дыму, м;

— дымообразующая способность горящего материала, Нп·м
/кг;

L — удельный выход токсичных газов при сгорании 1 кг материала, кг/кг;

X — предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг/м
(
;
=1,16·10
кг/м
;
=23·10
кг/м
);

— удельный расход кислорода, кг/кг.

Если под знаком логарифма получается отрицательное число, то данный ОФП не представляет опасности.

Параметр z вычисляют по формуле:

h — высота рабочей зоны, м;

Н — высота помещения, м.

Определяется высота рабочей зоны:

— высота площадки, на которой находятся люди, над полом помещения, м;

— 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 А и n вычисляют так:

для случая горения жидкости с установившейся скоростью:

=

· =1 ,

— удельная массовая скорость выгорания жидкости, кг/(м
·с);

для случая горения жидкости с неустановившейся скоростью:

для кругового распространения пожара:

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):

b — перпендикулярный к направлению движения пламени размер зоны горения, м.

При отсутствии специальных требований значения а и Е принимаются равными 0,3 и 50 лк соответственно, а значение
=20 м.

IV. Математическая двухзонная модель пожара в здании

При решении задач с использованием двухзонной модели пожар в здании характеризуется усредненными по массе и объему значениями параметров задымленной зоны:

Т — температура среды в задымленной зоне, К;

— оптическая плотность дыма, Нп/м;

х
— массовая концентрация i-того токсичного продукта горения в задымленной зоне, кг/кг;

х
— массовая концентрация кислорода, кг/кг;

Z — высота нижней границы слоя дыма, м.

В свою очередь перечисленные параметры выражаются через основные интегральные параметры задымленной зоны с помощью следующих формул:

где m, m
— общая масса дыма и соответственно i-го токсичного продукта горения в задымленной зоне, кг;

m
— масса кислорода в задымленной зоне, кг;

Q
— энтальпия продуктов горения в задымленной зоне, кДж;

S — оптическое количество дыма, Нп·м
;

— плотность дыма при температуре Т, кг/м
;

V
— объем задымленной зоны, м
;

Н, А — высота и площадь помещения, м;

с
— удельная теплоемкость дыма, кДж/(К·кг).

Динамика основных интегральных параметров задымленной зоны определяется интегрированием системы следующих балансовых уравнений:

общей массы компонентов задымленной зоны с учетом дыма, вносимого в зону конвективной колонкой и дыма удаляемого через проемы в соседние помещения:

где t — текущее время, с;

G
, G
— массовый расход дыма соответственно через конвективную колонку и открытые проемы в помещении, кг/с;

энтальпия компонентов задымленной зоны с учетом тепла, вносимого в зону конвективной колонкой, теплоотдачи в конструкции и уноса дыма в проемы:

где Q
, Q
, Q
— тепловая мощность, соответственно, вносимая в задымленную зону конвективной колонкой, удаляемая с дымом через открытые проемы и теряемая в конструкции, кВт;

массы кислорода с учетом потерь на окисление продуктов пиролиза горючих веществ:

— полнота сгорания горючего материала, кг/кг;

— скорость выгорания горючего материала, кг/с;

— потребление кислорода при сгорании единицы массы горючего материала, кг/кг;

оптического количества дыма с учетом дымообразующей способности горящего материала:

где
— дымообразующая способность горючего материала, Нп/(м
·кг).

массы i-го токсичного продукта горения:

где L
— массовый выход i-го токсичного продукта горения, кг/кг.

Масса компонентов дыма G
, вносимых в задымленную зону конвективной колонкой, оценивается с учетом количества воздуха, вовлекаемого в конвективную колонку по всей ее высоте до нижней границы слоя дыма. В инженерных расчетах расход компонентов дыма через осесимметричную конвективную колонку на высоте нижнего уровня задымленной зоны Z (в зависимости от того, какая область конвективной колонки или факела погружена в задымленную зону) задается полуэмпирической формулой:

где Q — мощность очага пожара, кВт.

Динамика параметров очага пожара определяется развитием площади горения с учетом сложного состава горючих материалов, их расположения, места возникновения очага пожара и полноты сгорания:

Потери тепла в ограждающие конструкции рассчитываются с учетом температуры горячей струи Т
, скорости и излучательной способности струи, омывающей конструкции и прогрева самой i-й конструкции Т
() по толщине у. Для этого численно интегрируется нестационарное уравнение Фурье:

с граничными и начальными условиями:

где
— соответственно конвективный и лучистый коэффициент теплоотдачи, Вт/(м
·К);

— толщина ограждающей конструкции, м;

С(Т) — теплоемкость материала конструкции при температуре Т(у), Дж/(кг
·°К);

(Т) — теплопроводность материала конструкции при температуре Т(у), Вт/(м·°К);

— температура соответственно обогреваемой части конструкции и среды у необогреваемой поверхности, К;

— плотность материала конструкции, кг/м.

Тепловые и массовые потоки через проем в каждый момент времени рассчитываются с учетом текущего перепада давления по высоте проема, состава и температуры газовой среды по обе стороны проема (схема расчета на рис. П6.1
). Так, массовый расход дыма из помещения очага пожара в соседнее помещение рассчитывается следующим образом:

где В — ширина проема, м;

— аэродинамический коэффициент проема;

Р()-Р
() — разница давлений в помещениях на высоте h;

— плотность дыма в задымленной зоне соседнего помещения при температуре дыма Т.

Пределы интегрирования Y
и Y
выбираются в пределах створа проема, слоя дыма помещения очага пожара и там, где избыточное давление
Р=(Р(h)-Р(h
))>0, как это указано на рис. П6.1
.

Необходимая для оценки перепада давления по створу проема зависимость давления от высоты в i-ом помещении (с учетом задымленной зоны этого помещения) оценивается как:

где Р
— текущее давление в i-ом помещении на нулевой отметке (или приведенное к нулевой отметке, если уровень пола помещения выше нулевой отметки);

— плотность воздуха при начальной температуре Т
;

Z
— текущая высота незадымленной зоны в i-ом помещении.

Рассчитанные параметры тепломассообмена в проеме используются как граничные условия для соседнего помещения.

V. Полевой метод моделирования пожара в здании

Основой для полевых моделей пожаров являются уравнения, выражающие законы сохранения массы, импульса, энергии и масс компонентов в рассматриваемом малом контрольном объеме.

Уравнение сохранения массы:

Уравнение сохранения импульса:

Для ньютоновских жидкостей, подчиняющихся закону Стокса, тензор вязких напряжений определяется формулой:

где
— статическая энтальпия смеси;

H
— теплота образования k-го компонента;

— теплоемкость смеси при постоянном давлении;

— радиационный поток энергии в направлении х
.

Уравнение сохранения химического компонента k:

Для замыкания системы уравнений (П6.43) — (П6.47)
используется уравнение состояния идеального газа. Для смеси газов оно имеет вид:

где R
_{— универсальная газовая постоянная;}

М

— молярная масса k-го компонента.

Расчет допустимой продолжительности эвакуации

Значение этой характеристики обуславливается величиной критической продолжительности пожара. В свою очередь, последний параметр зависит от разных переменных. Производится вычисление времени достижения опасных значений для основных угрожающих факторов по формуле, учитывающей параметры повышения температуры, с учетом:

• скорости движения пожара, задымленности;
• снижения количества кислорода в атмосфере.

Время продолжения пожара по глубине видимости, токсичности гораздо выше указанных и не учитываются в выкладках.

Затем из полученных расчетных величин выбирают наименьшее и рассчитывают предельное значение периода эвакуации по формуле:

tэвак=m*tmin, где tmin – минимальное критическое время пожара, а m – число, определяемое по таблице, учитывающее уровень защиты строения, производственные процессы, наличие горючих или токсичных материалов.

Таблица некоторых значений коэффициента

Расчет времени эвакуации

При вычислении периода, за который будет произведен вывод народа из здания, весь путь делится на короткие прямые отрезки с одинаковыми характеристиками. Плотность потока считается равномерной на всех участках и достигающей наибольших значений.

Расчет общего времени проводится в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91.

Период вывода людей наружу из строения вычисляют по длине путей и проходимости проемов и лестниц. При расчете плотности потоков считаются равномерными и равными максимально возможным значениям.

Время начала эвакуации зависит от нескольких параметров:

• состояния эвакуируемого (физическое, психологическое, эмоциональное);
• срабатывания сигнальных установок;
• действий руководителя и должностных лиц;
• навыков сотрудников, наличия тренингов;
• планировки здания.

В итоге время перемещения людей по эвакуационным путям определяется как сумма периодов движения по каждому отрезку плюс время задержки от начала возгорания до выхода на улицу первых спасаемых.

Пример расчета эвакуации

Возьмем маленький зал для мероприятий, расположенный на 1 этаже строения. Площадь помещения 91 м2, имеется 9 рядов по 13 кресел. Дополнительно есть еще 4 ряда с 6, 7, 9 и 11 стульями.

Выход производится через два проема, ширина первого – 1,2 метра, второго – 2,4 м. Проходы имеют ширину 1,2 метра. Длина основного ряда – 6,5 м, ширина – 0,9 м.

Расстояние от последнего ряда до выхода – 11,7 м. Площадь f=0,125 м2.

Общее количество зрителей N=150, но учитывая симметричность расположения мест в зале, берем половину людского потока и принимаем N=75.

Тогда плотность получается D=0,42 чел./м2, скорость движения V=23,76 м/мин., интенсивность передвижения q=9,98 м/мин. Пропускная способность Q=6 м2/мин.

Рассчитаем время, за которое люди выйдут из ряда:

t0=Lр/V0=3,25/23,76=0,14 мин., где Lр – длина ряда.

Теперь вычислим интенсивность сбора всех людей в один поток:

q=Q*m/b=6*12/1,25=57,6 м/мин., где m – количество рядов, а b – ширина прохода.

Учитывая, что после выхода зрителей из рядов и сбора в проходе скорость всех зрителей выравнивается, а плотность потока становится максимальной, рассчитаем ее по формуле:

По таблице определяем интенсивность движения qmax=16,3 м/мин.

Теперь рассчитаем q для первого участка:

При этом плотность D1=0,05 м2/м2, а скорость движения потока V1=100 м/мин.

Повторим для второго отрезка пути:

q2=q1+Дq=4,8+4,8=9,6 м/мин., где Д – коэффициент, равный 12.

Значение D2=0,10 м2/м2, а скорость V2=80 м/мин.

D3=0,3 м2/м2, V3=47 м/мин.

Сравниваем с qmax=16,3 м/мин. Оно превышает это значение. Значит, движение людей должно происходить с интенсивностью q3=14,4 м/мин. При этом плотность будет составлять D1=D3=0,3 м2/м2, а скорость V1=V3=47 м/мин.

Максимальное время движения вычислим по формуле:

где Lост=11,7–1,8=9,9 м, потому что длина ряда минус длина посчитанных участков составляет оставшееся расстояние.

Подставляем значения и получаем расчетное время:

В соответствии с рекомендациями СНиП РК3.02-02-2001 нормативный период вывода людей из здания не должен превышать двух минут.

Это пример расчета времени эвакуации людей при пожаре, показывающий, что в данном зале обеспечены условия для безопасного вывода зрителей в соответствии с нормативными документами.

Вычисления помогают разработать функциональные планировки. Но практика показывает, что при обеспечении безопасности сотрудников нельзя полагаться на расчеты. Важную роль играет оборудование зданий установками пожаротушения и оповещения. Важны и оперативные приказы руководства предприятия, действия административных работников, проведение профилактических обучающих мероприятий.

Документ: Типовой расчет времени эвакуации людей при пожаре

Особенности вынужденной эвакуации

Во время подготовки вывода людей с территории, охваченной огнем, надо учитывать специфику процесса. Так как, по данным статистики, максимальное число пострадавших от пожара наблюдается в случаях, когда в зоне возгорания оказалась большая масса населения (театры, торговые центры, рестораны).

Первая отличительная черта вынужденной эвакуации состоит в том, что даже в начале возгорания людям грозит воздействие опасных факторов горения: пламя, тепловые потоки, задымление. Поэтому уже на этапе проектирования сооружений предусматриваются пути выхода, которые позволяют уложиться в нормативное время эвакуации при пожаре.

Вторая особенность проявляется при начале движения, когда масса людей одновременно направляется к выходам. В результате заполняются проходы, увеличивается плотность расположения людей в них. Как итог, снижается скорость, возрастает период покидания строения по сравнению с расчетным временем эвакуации людей при пожаре.

Безопасность процесса характеризуется его продолжительностью. Показателем эффективности перемещения людей служит время, в течение которого в период катастрофы можно покинуть объект.

Эвакуационные пути и выходы

Во время вынужденного движения обнаруживается, что не все двери ведут на улицу, поэтому в СНИП П-А.5-62 оговариваются термины «эвакуационный путь» и «эвакуационный выход».

Выходом для удаления людей с территории, охваченной огнем, называется проем, ведущий наружу. Также дверь может вести в другое помещение, которое надо пересечь для выхода из сооружения. Остальные проемы не учитываются.

Эвакуационные пути – это маршруты к выходам наружу, огнестойкость их должна быть III степени и выше, а категории опасности на уровне А, Б, В.

Производя нормативный расчет эвакуации людей при пожаре, не надо учитывать пути движения через лифты, эскалаторы, траволаторы и другие механизмы, для работы которых необходим действующий источник энергии, так как во время пожара они могут быть обесточены.

Существуют еще запасные выходы, не использующиеся в обычной ситуации. Но во время эвакуации больших масс люди направляются к тем дверям, через которые они входили в помещение, из-за этого расчет путей эвакуации при пожаре на объектах с большим количеством клиентов производится без учета запасных выходов.

Порядок проведения расчета

На первом этапе узнаем уровень огнестойкости строения, категорию его пожарной безопасности. Затем рассчитываем критическое время продолжительности горения.

Далее вычисляем критический период возгорания по убыванию количества кислорода в атмосфере.

Выбираем наименьшее значение времени продолжительности пожара, рассчитываем допустимую продолжительность вывода людей.

В конце сравниваем допустимое и расчетное время. В результате получаем ответ на вопрос «возможна ли безопасная эвакуация из аварийного здания».