Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор состояния вопроса, цель и задачи диссертационной работы 17
1.1. Основное условие обеспечения безопасной эвакуации людей из зданий и сооружений в случае пожара 17
1.2. Анализ состояния вопроса разработки требований пожарной безопасности к проектированию путей эвакуации из помещений на основе определения необходимого времени эвакуации людей при пожаре 19
1.3. Выводы по первой главе, цель и задачи исследования 43
ГЛАВА 2. Аналитическое исследование зависимостей изменения оптических свойств газовой среды при пожаре в помещении применительно к условиям эвакуации людей 46
2.1. Анализ оптических параметров газовой среды и объекта различения и их применение в расчетах предельно допустимой для эвакуации людей оптической концентрации дыма 46
2.2. Разработка анкеты для определения предельно допустимой дальности видимости в помещении при пожаре 58
2.3. Разработка аналитической схемы перемещения задымленной зоны в помещении во время пожара 61
2.3.1. Факторы, влияющие на перемещение дыма в помещении 61
2.3.2. Выбор термодинамической системы 63
2.3.3. Основные уравнения аналитической схемы перемещения задымленной зоны в помещении во время пожара 67
2.4. Задачи экспериментального исследования 74
2.5. Выводы по второй главе 74
ГЛАВА 3. Методика экспериментального исследования задымления помещения во время пожара 76
3.1. Разработка прибора для измерения прозрачности газовой среды 76
3.1.1. Обоснование выбора метода измерений и основных элементов прибора 76
3.1.2. Разработка конструкции прибора 81
3.1.3. Градуировка прибора 85
3.1.3.1. Теоретические предпосылки градуировки 85
3.1.3.2. Экспериментальная градуировка 87
3.2. Методика проведения измерений 88
3.2.1. Измерение прозрачности газовой среды в объеме помещения 88
3.2.2. Измерение температуры газовой среды в объеме помещения 90
3.2.3. Измерение концентрации кислорода и токсичных продуктов горения в объеме помещения 90
3.2.4. Измерение потери массы пожарной нагрузки, определение массовой скорости выгорания 91
3.3. Методика проведения огневых экспериментов 92
3.3.1. Характеристика экспериментальных помещений 92
3.3.2. Условия проведения огневых экспериментов 100
3.4. Исследование предельно допустимой дальности видимости в задымленном помещении с помощью анкетирования 106
3.5. Выводы по третьей главе 108
ГЛАВА 4. Обобщение результатов экспериментального исследования и их применение для обеспечения требований пожарной безопасности при проектировании путей эвакуации из производственных помещений 109
4.1. Анализ результатов экспериментов, характеризующих опасность задымления помещения для находящихся в нем людей 109
4.1.1. Предельно допустимое значение показателя ослабления света дымом при пожаре 109
4.1.1.1. Предельно допустимая дальность видимости в помещенииво время пожара 109
4.1.1.2. Величина предельно допустимого значения показателя ослабления света дымом с учетом влияния токсичных продуктов горения на органы зрения человека 112
4.1.2. Скорость опускания слоя дыма в помещении 115
4.1.3. Изменение величины показателя ослабления света дымом во время пожара 122
4.1.4. Массовая скорость выгорания исследованных жидкостей 129
4.1.5. Коэффициент дымообразования исследованных жидкостей 131
4.1.6. Доминирующий опасный фактор пожара при горении исследованных жидкостей 135
4.2. Сравнение полученных результатов с результатами других исследователей 143
4.3. Предложения по использованию результатов диссертационной работы для обеспечения требований пожарной безопасности при проектировании путей эвакуации из производственных помещений 149
4.3.1. Методика расчета необходимого времени эвакуации людей из помещений, в которых применяются ЛВЖ и ГЖ с коэффициентом дымообразования Dm 280 Нп -м2 /кг 149
4.3.2. Предложения по нормированию дымообразующей способности жидкостей 155
4.3.3. Предложения по обозначению эвакуационных выходов световыми указателями 156
4.4. Оценка погрешности расчета необходимого времени эвакуации людей при задымлении помещения 158
Выводы по диссертационной работе 165
Список литературы 167
Приложения
- Анализ состояния вопроса разработки требований пожарной безопасности к проектированию путей эвакуации из помещений на основе определения необходимого времени эвакуации людей при пожаре
- Разработка анкеты для определения предельно допустимой дальности видимости в помещении при пожаре
- Исследование предельно допустимой дальности видимости в задымленном помещении с помощью анкетирования
- Доминирующий опасный фактор пожара при горении исследованных жидкостей
Введение к работе
В современных строительных нормативно-технических документах стало больше внимания уделяться вопросам обеспечения безопасности людей при возникновении пожаров в зданиях. Так, с 1 января 1998 года введены в действие строительные нормы и правила СНиП 21-01-97* "Пожарная безопасность зданий и сооружений" [90], основным отличием которых от действовавших ранее СНиП 2.01.02-85* "Противопожарные нормы" [88] является приоритетность требований, направленных на обеспечение безопасности людей при пожаре, по отношению к другим противопожарным требованиям. В соответствии с этим нормативным документом в зданиях должны быть предусмотрены конструктивные, объемно-планировочные и инженерно-технические решения, обеспечивающие в первую очередь возможность эвакуации людей до наступления угрозы их жизни и здоровью вследствие воздействия опасных факторов пожара. Однако ряд вопросов, касающихся необходимого времени эвакуации людей в случае пожара в нормативных документах проработан недостаточно из-за отсутствия научно-обоснованных методик расчета и некоторых исходных данных. В первую очередь это относится к процессу задымления помещения при пожаре.
Общая характеристика работы Актуальность темы. Важнейшей составляющей частью системы безопасности зданий и сооружений является система обеспечения безопасной эвакуации людей в экстремальных случаях и, в частности, при возникновении пожара. К сожалению, эта проблема до конца не решена. Опубликованные Центром по пожарной статистике Международного технического комитета по предотвращению и тушению пожаров (КТИФ) усредненные за ряд лет данные о гибели людей на пожарах в 34 странах мира [11] свидетельст-
вуют о том, что в России сложилась крайне неблагоприятная обстановка -среднее число погибших на пожарах на 1 млн. чел. населения за год одно из самых высоких в мире - более 100. Как отмечалось на заседании Правительственной комиссии Российской Федерации этот показатель в России в 5-12 раз выше, чем в развитых странах [78].
Согласно ГОСТ 12.1.004-91 "Пожарная безопасность. Общие требования" [19], устанавливающему общие требования пожарной безопасности к объектам различного назначения при разработке нормативных и нормативно-технических документов, а таюке при проектировании, реализации проектов и эксплуатации объектов, сооружение должно быть спроектировано таким образом, чтобы все находящиеся в помещении (здании) люди могли покинуть его в случае пожара до того, как опасные факторы пожара (ОФП) достигнут своих предельно допустимых значений (вызывающих, согласно определения, данного в этом нормативном документе, отравление, травмирование или гибель человека). Т.е. расчетное время эвакуации людей должно быть меньше необходимого времени эвакуации людей. Необходимое время эвакуации людей в соответствии с государственным стандартом определяется как произведение критической продолжительности пожара (времени достижения ОФП предельно допустимых значений) на коэффициент безопасности, равный 0,8.
С обоснованностью величины необходимого времени эвакуации людей при пожаре связан рациональный выбор объемно-планировочных и технических решений при проектировании зданий. Однако результаты расчетов необходимого времени эвакуации людей по потере видимости вследствие задымления помещения по методике этого стандарта в ряде случаев не согласуются с данными, полученными из описаний реальных пожаров и из отдельных экспериментальных работ. Это связано с рядом обстоятельств.
Так, требования ГОСТ 12.1.004-91 [19] опираются на результаты только отечественных исследований по определению необходимого времени эвакуации людей, а как показывает анализ, большая их часть посвящена изучению таких ОФП, как повышенная температура и газообразные токсичные продукты горения. Ряд аспектов динамики задымления помещений при пожаре, в том числе стратификации газовой среды (на задымленную и не задымленную зоны), влияния задымления на процесс эвакуации людей, остаются до конца не изученными и не используются при разработке требований пожарной безопасности к проектным решениям путей эвакуации.
К разряду малоизученных относится величина дымообразующей способности легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), другие вопросы. Практически все отечественные исследования дымообразующей способности проводились только с твердыми материалами, в результате чего ГОСТ 12.1.044-89 [20] относит такой показатель пожаровзрывоопасности, как коэффициент дымообразования, только к характеристике твердых материалы и не распространяет его на жидкости. Хотя из практики известно, что горение ряда жидкостей (дизельное топливо, толуол и др.) сопровождается интенсивным дымовыделением.
Требует уточнения используемая в расчетах путей эвакуации величина предельно допустимой оптической плотности дыма, т.к. различные исследователи (как отечественные, так и зарубежные) оперируют в своих методиках значениями этой величины отличающимися более чем на 200 %. В нормативных документах отсутствует однозначный подход к размерам и размещению световых указателей эвакуационных выходов.
Таким образом, совершенствование требований пожарной безопасности, предъявляемых к проектным решениям путей эвакуации, на основе учета опасности задымления помещения при пожаре и повышения достоверности
методики расчета необходимого времени эвакуации людей является актуальной задачей, способствующей оптимальному проектированию, строительству и безопасной эксплуатации производственных и зальных помещений.
Цель и задачи работы. Цель диссертационной работы заключается в совершенствовании научной базы и нормативных положений для создания правил обеспечения пожарной безопасности при проектировании, строительстве и эксплуатации предприятий на основе повышения эффективности расчета динамики задымления производственного помещения при пожаре и учета влияния опасности задымления на необходимое время эвакуации людей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи:
провести анализ и выявить недостатки учета требований пожарной
безопасности к объемно-планировочным решениям сооружений на основе
известных отечественных методик расчета необходимого времени эвакуа
ции людей из помещений;
разработать и реализовать методики выполнения измерений и проведе
ния крупномасштабных огневых экспериментов по исследованию простран
ственно-временного изменения оптической плотности газовой среды и вре
мени появления предельно допустимых значений температуры, токсичных
продуктов горения, снижения концентрации кислорода при горении ЛВЖ и
ГЖ в помещении;
обосновать основные параметры оценки опасности задымления поме
щения для эвакуации людей - предельно допустимые значения дальности ви
димости при пожаре, оптической концентрации (оптической плотности) ды
ма, установить значения дымообразующей способности жидкостей; опреде
лить, в каких случаях предельно допустимое значение оптической плотности
дыма появляется в помещении раньше других ОФП;
получить зависимости для расчета динамики распространения дыма в объеме помещения исходя из скорости опускания слоя дыма и изменения во времени показателя ослабления света в слое дыма;
получить более обоснованные зависимости для расчета необходимого времени эвакуации людей из задымленного помещения при пожаре, как одного из основных критериев в регламентации требований пожарной безопасности к размерам путей эвакуации при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений;
разработать предложения по совершенствованию требований пожарной безопасности к объемно-планировочным и техническим решениям путей эвакуации из производственных помещений.
Научная новизна работы.
На основании обобщения результатов проведенных крупномасштабных экспериментов разработаны предложения по совершенствованию требований пожарной безопасности к путям эвакуации людей из производственных помещений, позволяющие оптимизировать проектные решения, проводить экспертную оценку проектов.
Получены новые функциональные зависимости, описывающие динамику задымления помещения во время пожара, получено значение предельно допустимого для эвакуации людей показателя ослабления света дымом (ПОСД) с учетом раздражающего воздействия продуктов горения на органы зрения человека.
Впервые получены данные по величине коэффициента дымообразования шести ЛВЖ и ГЖ.
Впервые установлена зависимость времени появления предельно допустимых значений ПОСД и температуры от величины коэффициента дымообра-
зования горючей загрузки (ЛВЖ и ГЖ), которая позволяет систематизировать применение требований пожарной безопасности и дифференцировать расчет путей эвакуации в процессе проектирования производственных помещений.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные в диссертационной работе методические рекомендации по расчету путей эвакуации людей из производственных помещений с учетом задымления во время пожара (содержащие методику определения необходимого времени эвакуации людей, способы размещения и размер световых указателей эвакуационных выходов, классификацию горючей загрузки в зависимости от величины дымообразующей способности ЛВЖ и ГЖ, расширенный перечень помещений, подлежащих оборудованию световыми указателями эвакуационных выходов) использованы ГУП "Моспромпроект" при разработке проектных решений промышленных и транспортных объектов г. Москвы - комплексов производственных и административно-бытовых зданий районных тепловых станций (Перово, Кунцево, ГПЗ № 1), гаражно-ремонтного комплекса автобазы спецтранспорта; Управлением № 3 ГУГПС МЧС России при экспертизе проектов закрепленных производственных зданий и сооружений.
Полученные экспериментальные данные по коэффициентам дымообразо-вания веществ использованы в рекомендациях ВНИИПО "Расчет необходимого времени эвакуации людей из помещений при пожаре" и в учебном пособии Академии ГПС "Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении", по критическому значению показателя ослабления света дымом - в учебном пособии "Основы пожарной безопасности".
Полученные экспериментальные данные и разработанные методические рекомендации по расчету путей эвакуации людей из производственных помещений с учетом задымления во время пожара реализованы в учебном
процессе в Мытищинском филиале Московского государственного строительного университета и в Академии ГПС МЧС России.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на 12 научно-практических и научно-технических конференциях, симпозиумах, в том числе: на научно-технической конференции "Совершенствование средств и способов ликвидации пожаров, аварий и катастроф" (Москва, 1992 г.), XII Всероссийской научно-практической конференции "Научно-техническое обеспечение противопожарных и аварийно-спасательных работ" (Москва, 1993 г.), научно-практической конференции "Использование достижений науки и техники в предупреждении, раскрытии и расследовании преступлений" (Саратов, 1994 г.), научно-технической конференции "Научно-технические решения и разработки по предотвращению и ликвидации пожаров" - "Формула безопасно-сти-94" (Москва, 1994 г.), XIII Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность-95" (Москва, 1995г.), научно-практической конференции "Проблемы пожарной безопасности" (Киев, 1995 г.), Международном симпозиуме "Партнерство во имя жизни - снижение риска чрезвычайных ситуаций, смягчение последствий аварий и катастроф" (Москва, 1998 г), XV научно-практической конференции "Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков" (Москва, 1999), Всероссийской научно-практической конференции "Перспективы деятельности органов внутренних дел и государственной противопожарной службы" (Иркутск, 2000), XVI научно-практической конференции "Крупные пожары: предупреждение и тушение" (Москва, 2001), Всероссийской научно-практической конференции "Деятельность правоохранительных органов и Государственной противопожарной службы" (Иркутск, 2002), научно-практической конференции "Современные технологии и средства обеспечения пожарной безопасности" в
рамках VIII Международного форума "Технологии безопасности" (Москва, 2003).
Публикации.
По результатам исследования опубликовано 16 статей.
Объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений; изложена на 198 листах машинописного текста, содержит 36 рисунков и графиков, 9 таблиц, 6 приложений.
На защиту выносятся:
предложения по совершенствованию требований пожарной безопасно
сти к объемно-планировочным и техническим решениям путей эвакуации из
производственных помещений, включающие: методику определения необхо
димого времени эвакуации людей при задымлении помещения для различ
ных величин пожарной нагрузки, размеров помещений, площадей пожара,
классификацию горючей загрузки в зависимости от величины дымообра
зующей способности ЛВЖ и ГЖ, расширенный перечень помещений, подле
жащих оборудованию световыми указателями эвакуационных выходов, раз
меры и способы размещения световых указателей;
методики выполнения измерений и проведения огневых экспериментов по исследованию пространственно-временного изменения оптической плотности газовой среды и времени появления предельно допустимых значений температуры, токсичных продуктов горения, снижения концентрации кислорода при горении ЛВЖ и ГЖ в помещении;
новые зависимости для расчета динамики задымления помещения при пожаре, полученные в результате экспериментальной проверки адекватности применения разработанной теоретически схемы определения скорости опускания слоя дыма и обобщения экспериментальных данных по временному
изменению ПОСД;
основные параметры для оценки опасности задымления помещения — численные выражения предельно допустимых для эвакуации людей значений ПОСД и дальности видимости при пожаре,
впервые полученные экспериментально численные значения коэффициентов дымообразования шести ЛВЖ и ГЖ;
впервые полученная зависимость времени появления предельно допустимых значений ПОСД и температуры от величины коэффициента дымообразования горючей загрузки (ЛВЖ и ГЖ).
Анализ состояния вопроса разработки требований пожарной безопасности к проектированию путей эвакуации из помещений на основе определения необходимого времени эвакуации людей при пожаре
Первые огневые эксперименты (Иваново, Балаково, Волжский) по исследованию развития пожара (сжигались обрезки пиломатериалов, угары, корд, дизельное топливо) показали, что, несмотря на малую площадь горения по сравнению с площадью и объемом помещения в первые минуты пожара в помещении возникала весьма высокая температуры. Так, при го-рении угаров в помещении площадью 170 м (площадь, занимаемая угара-ми, составляла 8,8 % от площади пола) через две минуты горения температура на уровне роста человека составила около 220 С [42]. В другом экс-перименте в производственном помещении площадью 680 м сжигался корд (площадь, занимаемая кордом, также составляла 8,8 % от площади пола) температура на уровне роста человека составила: через 1 минуту - 70 С, через 2 минуты - 120 С, в то время как опасная для человека температура - 70 С [58, 84, 92 и др.]. Аналогичные результаты были получены и в экспериментах при сжигании обрезков древесины. Огневые испытания фрагментов железобетонных зданий на огнестойкость, проведенные ВНИИПО, показали, что уже через несколько минут после начала пожара среднеобъемная температура может достигать 200 С и более [42].
После проведения этих опытов сложилось мнение о том, что доминирующим ОФП является температура и целесообразно необходимое время эвакуации определять именно по появлению в здании высокой температуры. Вследствие того, что данные, полученные в ходе вышеназванных огневых экспериментов, не давали реальной основы для расчета времени появления опасных для жизни человека температур в начальный период развития пожара, такая методика на первом этапе была теоретически разработана М.Я.Ройтманом [84]. Он предложил использовать уравнение баланса тепла на пожаре - количество тепла, идущее на нагрев воздуха, приравнивалось количеству тепла, аккумулированные воздухом в помещении:
Подход к решению проблемы, предложенный М.Я.Ройтманом, хотя и имел ряд недостатков (в частности, из-за того, что формулы были выведены теоретически, зависимости некоторых величин, входящих в них, не подтверждены экспериментальными данными, например, значение коэффициента (1-ф) - может изменяться в пределах от 1,0 до 0,1, внося значительную погрешность в расчеты), позволил впервые в нашей стране создать теорию расчета необходимого времени эвакуации людей и заложил основы для будущих исследований.
Более обстоятельно поля температур при пожаре в помещении были исследованы М.П.Башкирцевым [8]. На основе теории подобия и теплового моделирования им были получены уравнения для расчета температуры, правда, для уже развившегося пожара, а для обеспечения безопасной эвакуации людей необходимо иметь данные по нарастанию температур именно в начальный период развития пожара.
В ряде последующих исследований ставилась цель конкретизации расчета времени появления критических значений температур для определения необходимого времени эвакуации людей. Причем каждая методика учитывала специфические особенности только определенной группы зданий.
И.Н.Кривошеевым [42] были проведены на модели и фрагменте клуба специальные исследования начальной стадии развития пожара в зрелищных предприятиях с развитой колосниковой сценой. Им были получены формулы для определения температур в сценической коробке и в зрительном зале в начальной стадии развития пожара. Например, зависимость температуры в расчетной точке зрительного зала от координат этой точки и среднеобъемной температуры в помещении автор описал уравнением:
Полученные И.Н.Кривошеевым зависимости пригодны только для клубов и театров с присущей им сложной конфигурацией зрительско-сценической части, характеризующейся тем, что зрительный зал и сцена имеют разную высоту и соединяются между собой портальным проемом. Распространить зависимости на здания иного назначения невозможно.
Отсутствие универсального математического метода, позволяющего рассчитывать ткр по температуре, приводило к тому, что исследователи разрабатывали математическую модель, жестко связанную с особенностями одной группы объектов, но которую было нельзя, даже введя какие либо изменения, применить к другой группе объектов.
Так, Т.Г.Меркушкина, проведя эксперименты на макете, опытном павильоне, цирке Шапито из брезентовых парусин и пневматических объектах из синтетических материалов, получила дифференциальное уравнение, при решении которого можно определить среднеобъемную температуру в заданный момент времени [59]
Разработка анкеты для определения предельно допустимой дальности видимости в помещении при пожаре
Величина предельно допустимой дальности видимости при пожаре определяется не только физиологией зрения людей, но и психологией их поведения на пожаре. Именно с этим обстоятельством связано отсутствие единого мнения исследователей по оценке количественной величины критической дальности видимости (таблица 2.1).
Под предельно допустимой дальностью видимости при пожаре следует понимать расстояние в метрах, на котором человек может различить сквозь дым указатель эвакуационного выхода и которое он может преодолеть в задымленной атмосфере, в результате чего он покинет помещение, где происходит пожар [77].
Как указывалось в разделе (2.1), не все аспекты, связанные с определением предельно допустимой дальности видимости в задымленном помещении, доступны прямому наблюдению, поэтому для решения задачи был применен метод анкетирования экспертов. Анкетирование, как метод получения информации, не нов. К нему неоднократно обращались исследователи. В настоящее время этот метод не только не утратил своей актуальности, но и получил наиболее широкое применение. Социологи, например, с помощью анкетирования и интервьюирования получают около 90% всей информации [33, 64,116].
В работах [62, 116] приводится техника постадийного развертывания анкеты, состоящей из пяти вопросов: первый - это фильтр, предназначенный для того, чтобы выяснить, осведомлен ли опрашиваемый о проблеме вообще и думал ли он о ней; второй - направлен на выяснение того, как опрашиваемый, в общем, относится к данной проблеме; третий - предназначен для получения ответов по конкретным моментам проблемы (закрытый вопрос); четвертый - помогает выявить причины мнения опрашиваемого и употребляется в полузакрытой форме; пятый - направлен на выявление силы этого мнения, его интенсивно сти и применяется в закрытой форме. При постадийном развертывании вопроса фактический интерес представляет один вопрос, одна информация. Однако не всегда целесообразно для получения одной информации применять такую схему в анкетах [62]. Поэтому разработанная автором анкета (см. Приложение 1) состояла из трех вопросов и заканчивалась так называемой "паспортичкой", которая характеризовала анкетируемых [44]. В качестве экспертов выступали специалисты Государственной противопожарной службы.
Первый вопрос анкеты носил адаптивный характер и давал возможность анкетируемым вспомнить опасные факторы пожара, случаи пожаров и обстановку на них, факты из своей практики, вопросы, которые возникали при проведении пожарно-технических обследований. Этот вопрос служил цели подготовки опрашиваемых к дальнейшим вопросам, что позволяло получать более надежную информацию. Второй вопрос является контрольным. Этот вопрос закрытый, альтернативный.
Контроль достоверности получаемой информации осуществлялся следующим образом: если анкетируемый давал на второй вопрос ответ - "для успешной эвакуации не обязательно видеть двери выходов, покинуть помещения можно держась на ощупь за стенку и идти вдоль нее", то в ответе на третий вопрос он должен бы указать цифру "0" метров. Отличную от нуля дальность видимости в задымленном помещении (ответ на третий вопрос) следует считать при обработке анкет достоверной величиной только в том случае, если на второй вопрос дан ответ "Б".
Вопросы, аналогичные третьему, нередко в анкетах являются шкальными. Т.е. задаются шкалы ответов и надо выбрать один из них. Так, например, в третьем вопросе данной анкеты можно было бы предложить отметить на шкале (скажем, 0, 1, 2, 3 ... 30 метров) величину дальности видимости в задымленном помещении.
Однако, на наш взгляд, это бы сковывало инициативу опрашиваемых в выборе ответа. Кроме того, по мнению ряда исследователей опрашиваемые чаще всего выбирают ответы, указанные в начале предлагаемого перечня [116].
Поэтому в третьем вопросе респондентам предлагалось самим написать величину дальности видимости в задымленном помещении в соответствующей графе.
Такой подход к разработке анкеты давал возможность получить объективную информацию по интересующему вопросу.
Дым представляет собой дисперсную систему, состоящую из твердых частиц, взвешенных в продуктах сгорания или смеси их с воздухом. Поэтому необходимо уточнить причины, способствующие переносу частиц, составляющих дым при пожаре.
В работе [79] указывается, что частицы, составляющие дым подвергаются воздействию двух противоположно направленных сил: сила тяжести, которая увлекает твердые частицы вниз и ведет к их оседанию, и сила аэродинамического сопротивления. Твердые частицы дисперсной фазы дыма с радиусом менее 1-Ю 5 м при падении быстро достигают постоянной скорости, при которой аэродинамическое сопротивление, действующее на частицу, становится равным числа тяжести, действующей на частицу. Если размер частицы таков, что эффекты, связанные с инерцией дисперсионной среды, еще не проявляются, то применим закон Стокса.
Исследование предельно допустимой дальности видимости в задымленном помещении с помощью анкетирования
Для определения предельно допустимого значения показателя ослабления дыма при пожаре надо учитывать не только физическую картину ослабления света слоем дыма в зоне наблюдения, но и изменение работы органов зрения под воздействием токсичных веществ, входящих в состав продуктов горения. Как указывается в п. 4.1.6 за время горения, соизмеримое со временем эвакуации людей из помещения, в продуктах горения содержатся только СО, СО2, N2, Ог. Характеристика воздействия этих газов на органы зрения человека содержится в работах [15, 102,113].
Кислород - сужение полей зрения и расширение зрачков под воздействием кислорода наблюдается только при повышенном содержании Ог (более 21%) в окружающей среде. Однако это явление не характерно для случая пожара, т.к. при горении в закрытом объеме процентное содержание кислорода уменьшается вследствие его расходования на поддержание реакции горения.
Азот - физиологически индифферентный газ. Замедление реакции человека и раздражение зрительных органов под воздействием N2 происходит только в том случае, если азот находится под давлением более 3,2 ати. Двуокись углерода - при концентрации СОг 7% и выше, наблюдается нарушение темновои адаптации, аккомодации органов зрения, возникает светобоязнь. Окись углерода - при повышении концентрации СО в окружающей среде наблюдается снижение остроты зрения, расстройства двойного и цветного зрения, сужение полей зрения, иногда стойкое поражение конвергенции и аккомодации, темновои адаптации, изменения глазного дна, слабость глазных мышц (табл. 4.1).
Таким образом, из вышеперечисленных веществ, выделяющихся при пожаре за время, соизмеримое со временем эвакуации людей, наиболее сильное воздействие на органы зрения человека оказывает окись углерода.
Количественных данных по изменению работы органов зрения у лиц, подвергшихся воздействию пожара, нет. Для определения критического значения показателя ослабления дыма при пожаре, учитывающего воздействие токсичных продуктов горения на органы зрения, руководствуясь соображениями безопасности, можно задаться максимальными результатами, полученными при медицинском обследовании лиц, подвергавшихся хроническому воздействию СО. Это обуславливается следующим: для того, чтобы при малом времени экспозиции произвести на организм человека эффект, аналогичный хроническому отравлению, необходима на много большая концентрация токсичного вещества. Так, предель-но допустимая концентрация СО - 20 мг/м , однако при длительности работы в атмосфере, содержащей окись углерода, не более 1 часа, концентрация СО может быть повышена до 50 мг/м3, при длительности работы не более 30 минут - до 100 мг/м3, а при длительности работы не более 15 минут - до 200 мг/м3 [15].
Наряду с этим следует отметить, что воздействие СО на органы зрения человека при пожаре, за время горения, соизмеримое со временем эвакуации людей, может усиливаться воздействием СОг и при повышении давления - N2. Кроме того, в работе [58] указывается, что токсичные вещества, образующиеся при неполном сгорании материалов, повышают чувствительность организма к воздействию СО. Например, к числу таких веществ при горении полиамида относятся эмфатические и ароматические углеводороды, цианистый водород, индол, корбазол, пиррол, питедрин, акридин; при горении поливинилхлорида - хлористый водород, фосген.
Поэтому использование в расчетах для определения критического значения показателя ослабления дыма при пожаре максимальных значений количественных изменений в работе органов зрения, полученных в результате медицинского обследования лиц, подвергавшихся хроническому воздействию СО, является допустимым. Пример максимального отклонения работы органов зрения от нормы под воздействием хронического отравления окисью углерода, приведен в работе [113]. При обследовании 36 рабочих, продолжительное время работавших в атмосфере, загрязненной генераторным газом, содержащим СО, обнаружено понижение остроты зрения до 0,8. Следует учесть и тот факт, что с возрастом изменяется острота зрения. Так, по данным работы [95] если остроту зрения человека в 20 лет принять за 100 %, то в 40 лет она составит 90 %, в 60 лет 74 %.
Исследование остроты зрения проводится с помощью таблиц Головина-Сивцева, состоящей из 12 рядов знаков различной величины. Но исследование остроты зрения можно проводить и с помощью знаков одинаковой величины (кольца Ландольта) [95]. Для этого приближают или удаляют знаки от исследуемого, устанавливая пороговое расстояние правильного ответа Г. Отношение этой величины к расстоянию Г, показывает остроту зрения испытуемого V:
Для определения скорости опускания слоя дыма во 2 главе настоящей работы в результате аналитического расчета были предложены две формулы (2.46) и (2.48). Сравнение результатов экспериментов с данными формулами, полученными теоретически, показывает, что для корректного описания процесса опускания слоя дыма в помещении во время пожара необходимо введение корректив в ряд значений, используемых в формулах и поправочных коэффициентов.
Проанализируем параметры, входящие в эти формулы. Как отмечалось ранее, дым при пожаре в помещении переносится за счет конвекции. На реальных пожарах по оценкам специалистов [23 121 и др.] конвективная составляющая находится в пределах 75-85 % от величины всего теплового потока. Численное значение конвективной составляющей в процессе развития пожара изменяется. По мере заполнения дымом объема помещения и уменьшения прозрачности газовоздушной среды, конвективная составляющая увеличивается. В связи с тем, что для каждого конкретного случая трудно учесть изменение величины конвективной составляющей теплового потока, она принимается в дальнейших расчетах постоянной и равной 80% от всего теплового потока. В формулах (2.42) и (2.43) величина расхода газов в струе (Lp) выражается в м3/ч, а количество выделяемого конвекного тепла в ккал/ч. Для перевода данных значений в систему СИ введем соответствующие числовые коэффициенты [103] для перехода в СИ. Кроме того, в расчетных формулах следует учесть коэффициент химического недожога, величина которого зависит от количества кислорода, необходимого для полного сгорания единицы массы горючего. Многими исследователями в расчетах пожаров в помещениях величина коэффициента химического недожога принимается равной 0,9 .
Доминирующий опасный фактор пожара при горении исследованных жидкостей
Так, стандарт предусматривает применение коэффициента дымообразо-вания для оценки пожароопасности только твердых веществ, а, как доказано экспериментами, горение ряда легковоспламеняющихся и горючих жидкостей сопровождается интенсивным дымовыделением. Поэтому в номенклатуру показателей пожароопасности ЛВЖ и ГЖ целесообразно включить и коэффициент дымообразования.
Нужны изменения и других положений ГОСТ 12.1.044-89. В стандарте вещества по дымообразующей способности подразделяются на три группы: с малой дымообразующей способностью - коэффициент дымообразования до 50 м -Нп/кг включительно; с умеренной дымообразующей способностью - коэффициент дымооб разования от 50 до 500 м -Нп/кг включительно; с высокой дымообразующей способностью - коэффициент дымообра зования от 500 м -Нп/кг. Как показали проведенные исследования ЛВЖ и ГЖ целесообразно по величине дымообразующей способности разделить на две группы: с коэффициентом дымообразования до 280 Нп-м /кг включительно (когда диктующим ОФП является высокая температура); с коэффициентом дымообразования от 280 Нп-м /кг (когда диктующим ОФП является потеря видимости на путях эвакуации). Такой подход позволит более объективно определять и выбирать ОФП для производства расчетов и выбора систем противопожарной защиты [54, 56]. Результаты исследования позволили разработать рекомендации по обозначению эвакуационных выходов.
Действующие нормативы [91] предусматривают (пункт 7.65), что выходы из производственных помещений без естественного освещения, где МО-гут находиться более 50 человек, или имеющие площадь более 150 м , должны быть отмечены световыми указателями, присоединенными к сети аварийного освещения. Естественным освещением считается освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях [91]. Однако, работа на промышленных предприятиях может осуществляться не только в одну, но и в две, и даже в три смены, в зависимости от технологии производства. Т.е. в те период суток, когда естественное освещение практически отсутствует. Безопасность должна обеспечиваться на протяжении всего времени пребывания людей на рабочих местах.
Как указывалось в разделе 2.1, светильники, как рабочего, так и эвакуационного освещения устанавливаются в верхней зоне помещения. Но мере заполнения помещения дымом при пожаре, светильники, установленные в верхней зоне, могут быть закрыты слоем дыма, что существенно уменьшает освещенность в помещении, и препятствует эвакуации людей, поскольку объекты различения - двери эвакуационных выходов, становятся не различимы на фоне стен.
Поэтому следовало бы расширить действие пункта 7.65 СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение" [91] по установке световых указателей для ориентации людей при пожаре в производственных помещениях категорий А, Б, В независимо от наличия естественного освещения в тех случаях, когда работа осуществляется в две и более смен.
Размеры световых указателей в отечественных нормативных документах жестко не регламентируются. Так, нормы пожарной безопасности НПБ 160-97 [69] предусматривают для обозначения двери эвакуационного выхода применять соответствующий знак (№ 6) квадратной формы семи типоразмеров: от 50x50 мм до 400x400 мм. Однако объект наблюдения различим глазом в следующих случаях: а) когда контраст между яркостью фона и объекта больше или равен порогу контрастной чувствительности глаза (этот фактор подробно описан во 2 главе); б) когда угловой размер объекта больше или равен пороговому значе нию. Порогом углового размера является угол р (рис. 4.20). При пожаре, когда дым, заполняет помещение, светильники, установленные В верхней зоне закрываются слоем дыма, а дым между наблюдателем и световым указателем ослабляет световой поток от указателя, В результате чего яркость указателя существенно изменятся. При этих условиях включается аппарат ночного зрения, что ведет к изменению порога видимого углового При проведении измерений всегда существует разница между наблюдаемым значением и ее истинным значением, называемая погрешностью измерений [3, 5, 21, 72]. Истинное значение величины, определяемой в результате эксперимента, всегда остается неизменным, поэтому погрешности эксперимента могут быть оценены лишь приближенно. В связи с преобладанием систематических погрешностей над случайными, последними пренебрегаем. Суммарная погрешность определения каждого исследуемого в работе параметра складывалась из величин, обусловленных дискретным характером опытных данных, погрешности тарировки измерительного прибора, погрешности вторичного прибора. При определении погрешности измерения ПОСД учитывались следующие максимальные системные погрешности: связанные с электрическим питанием измерительной системы - 1 % (раздел 3.1 настоящей работы); выявленные в ходе тарировки прибора для измерения прозрачности газовой среды - 2 % (раздел 3.1 настоящей работы); связанные с погрешностью самопишущего прибора - 0,5% (раздел 3.1 настоящей работы); связанные с погрешностью пишущего узла и снятия данных с ленты при обработке - 0,7 % [29]. При определении погрешности измерения температуры газовой среды во время экспериментов учитывались следующие максимальные значения систематических погрешностей:
