Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современное состояние проблемы обеспечения безопасности людей при пожарах 10
1.1.Анализ требований нормативных документов по обеспечению безопасности людей при пожарах и применению индивидуальных средств защиты органов дыхания и зрения (самоспасателей) 10
1.2. Анализ причин травмирования и гибели людей при пожарах в зданиях 15
1.3. Факторы, обуславливающие необходимость применения самоспасателей 21
1.4. Технические характеристики самоспасателей 22
1.5. Задачи и направления исследований 30
Глава 2. Разработка теоретических положений применения самоспасателей для повышения безопасности людей при пожарах в зданиях 31
2.1. Концепция применения самоспасателей 31
2.2. Разработка и анализ номенклатуры вероятностно- временных показателей, характеризующих эффективность использования самоспасателей 33
2.3. Разработка методики определения уровня обеспечения пожарной безопасности людей с учетом использования самоспасателей 38
2.3.1. Определение уровня пожарной безопасности людей при самостоятельной эвакуации 38
2.3.2. Определение уровня пожарной безопасности людей при несамостоятельной эвакуации 41
2.3.3. Определение уровня пожарной безопасности людей до начала их спасении пожарными подразделениями 42
2.3.4. Определение эффективности применения самоспасателей 44
2.4. Определение предельно- допустимых значений опасных факторов пожара при использовании самоспасателей 46
2.5. Определение вероятностно- временных показателей, характеризующих эффективность использования самоспасателей на основе обследования обьектов 49
ГЛАВА 3. Анализ факторов, определяющих эффективность применения самоспасателей для повышения безопасности людей, находящихся на этаже пожара ...54
3.1. Общие положения 54
3.2. Анализ динамики развития опасных факторов пожара в системе «горящее помещение- коридор» 54
3.3 Анализ факторов, определяющих эффективность использования самоспасателей при эвакуации по
коридорам 62
3.4. Анализ динамики развития опасных факторов пожара в системе «горящая квартира- лифтовый холл- смежная
квартира» 71
3.5 Анализ факторов, определяющих временную эффективность использования самоспасателей при невозможности эвакуации людей до начала их спасения пожарными подразделениями 80
ГЛАВА 4. Анализ факторов, определяющих эффективность использования самоспасателей при эвакуации по лестничным клеткам 81
4.1. Анализ динамики развития опасных факторов пожара в системе «горящее помещение - лестничная клетка» 81
4.2. Анализ факторов, определяющих временную эффективность использования самоспасателей при эвакуации по лестничным клеткам 99
ГЛАВА 5. Разработка методики обоснования оснащения зданий различного назначения самоспасателями 104
5.1. Методика обоснования эффективности применения и выбора типа самоспасателей 104
5.2. Пример обоснования применения самоспасателей и выбора типа самоспасателей 113
Выводы 119
Литература
- Факторы, обуславливающие необходимость применения самоспасателей
- Разработка и анализ номенклатуры вероятностно- временных показателей, характеризующих эффективность использования самоспасателей
- Анализ динамики развития опасных факторов пожара в системе «горящее помещение- коридор»
- Анализ факторов, определяющих временную эффективность использования самоспасателей при эвакуации по лестничным клеткам
Введение к работе
Актуальность темы:
Гибель и травмирование людей на пожарах в Российской Федерации имеет тенденцию к росту. Так в 2000 г. на пожарах погибло 16298 чел., травмировано 14034 чел., в 2001 г. - погибло 18321 чел., травмировано 14129 чел., в 2002 г. - погибло 19988 чел., а в 2003 г. погибло 19303 чел. и травмировано 14032 ч.
Общая тенденция увеличения показателей гибели и травмирования людей на пожарах в Российской Федерации обуславливает необходимость внедрения новых средств и способов обеспечения пожарной безопасности, направленных на сохранение жизни и здоровья людей при возможных пожарах в зданиях.
Одним из перспективных направлений решения данной проблемы является применение самоспасателей - индивидуальных средств защиты органов дыхания и зрения от опасных факторов пожара.
Актуальность применения средств защиты органов дыхания от действия продуктов горения при пожарах обусловлена тем фактом, что данная причина является доминирующей среди причин гибели людей. К примеру, согласно статистическим данным за 2003 г., гибель людей на пожарах в результате действия продуктов горения составляла 78.8% от общего числа погибших.
Это определяет необходимость проведения исследований по разработке научных основ проблемы оснащения самоспасателями зданий различного назначения.
Применение индивидуальных средств защиты органов дыхания и зрения от опасных факторов пожара (самоспасателей) предусмотрено положениями ГОСТ 12.1.004 « Пожарная безопасность. Общие требования» и СНиП 21-01 «Пожарная безопасность зданий и сооружений».
Вместе с тем, в настоящее время отсутствуют научно- обоснованные методики определения целесообразности применения самоспасателей и выбора типа самоспасателя в зданиях различного назначения.
Цель работы. Целью диссертационной работы являлась разработка
научных положений для обеспечения эффективного внедрения
индивидуальных средств защиты органов дыхания и зрения в практику обеспечения пожарной безопасности людей в зданиях различного функционального назначения.
Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующие задачи:
- разработать концепцию применения самоспасателей, отражающую цели применения, совокупность факторов, обуславливающих целесообразность применения данных средств и принципы их применения в зданиях различного назначения.
разработать номенклатуру вероятностно- временных показателей, характеризующих эффективность использования самоспасателей при пожаре. Определить и проанализировать факторы, которые влияют на данные показатели.
на основе обследования объектов определить диапазоны изменения вероятностно- временных показателей, характеризующих эффективность использования самоспасателей.
разработать комплекс методов, позволяющих определить уровень обеспечения пожарной безопасности людей с учетом использования самоспасателей при самостоятельной и несамостоятельной эвакуации, а также на стадии до начала их спасения пожарными подразделениями.
- сформулировать критерии оценки эффективности применения
самоспасателей на основе сравнения вероятностных и временных
показателей. Получить расчетные соотношения, позволяющие оценить
эффективность применения самоспасателей на основе временных
параметров развития пожара и эвакуации людей.
- сформулировать общие методологические положения определения
предельно- допустимых значений опасных факторов пожара при
использовании различных типов индивидуальных средств защиты органов
дыхания и зрения. Определить предельно- допустимые значения опасных
факторов пожара для самоспасателей, разработанных на основе положения
действующих норм пожарной безопасности.
на основе существующих методик прогнозирования развития опасных факторов пожара в системе «горящее помещение- коридор» и в системе «горящее помещение - коридор - лестничная клетка» провести комплекс расчетов, в рамках которых выявить основные факторы, определяющие временную эффективность использования изолирующих и фильтрующих самоспасателей.
- определить количественные характеристики горизонтальных и
вертикальных путей эвакуации, а также совокупность технических
решений, при которых применение фильтрующих и изолирующих
самоспасателей обеспечивает повышение минимальной критической
продолжительности пожара и необходимого времени эвакуации.
- разработать методику обоснования эффективности применения и
выбора типа самоспасателей для обеспечения пожарной безопасности
зданий.
Объект исследований: динамика развития опасных факторов пожара на путях эвакуации, индивидуальные средства защиты органов дыхания и зрения от опасных факторов пожара.
Методы исследований. В диссертационной работе использовались численные методы прогноза опасных факторов пожара , а также аналитические и экспериментальные методы оценки эффективности применения самоспасателей.
Предмет исследований: динамика изменения опасных факторов пожара для человека в индивидуальных средствах защиты органов дыхания, вероятностные и временные показатели оценки эффективности применения самоспасателей.
Научная новизна. Разработана концепция применения самоспасателей, в которой сформулированы цели применения данных средств, совокупность факторов, обуславливающих целесообразность их применения, а также принципы применения самоспасателей в зданиях различного назначения, реализация которых позволяет определить конкретные места размещения данных средств.
Разработана номенклатура вероятностно - временных показателей,
характеризующих эффективность использования индивидуальных средств
защиты. Данные показатели отражают конструктивные особенности
самоспасателей, степень подготовленности и индивидуальные возможности
человека по пользованию ими, а также особенности развития
термогазодинамических параметров пожара и степень защиты человека в самоспасателе от опасных факторов пожара.
Разработан метод определения уровня обеспечения пожарной безопасности людей с учетом использования самоспасателей. Данный метод позволяет оценить уровень обеспечения пожарной безопасности людей при их самостоятельной или несамостоятельной эвакуации (осуществляемой обслуживающим персоналом), а также до начала спасения с помощью пожарных подразделений.
Разработана методика обоснования эффективности применения и выбора типа самоспасателей для обеспечения пожарной безопасности зданий.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная методика определения уровня обеспечения пожарной безопасности людей с учетом использования самоспасателей позволяет принимать обоснованные решения о целесообразности оснащении объектов самоспасателями, выборе типа указанных средств и способов их размещения, разработать дополнительные и компенсирующие мероприятия по обеспечению пожарной безопасности людей при возникновении пожаров в зданиях, а также обеспечить безопасность маломобильных и немобильных групп населения.
Реализация на практике. Результаты исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, использованы при разработке Рекомендаций по оснащению объектов индивидуальными средствами защиты органов дыхания и зрения (самоспасателями).
Апробация работы. Основные положения работы доложены на:
V Научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов "Строительство-формирование среды жизнедеятельности", М.,2002 г.;
Первой и второй научно - практических конференциях "Пожарная безопасность зданий и сооружений", М., 2003г., 2004г.;
- Семинарах кафедры "Пожарная безопасность" Московского
Государственного Строительного Университета в 2002-2004гг.
Публикации. По результатам работы опубликовано 5 статей и сделано 5 докладов на научно-практических и научных конференциях. На защиту выносятся:
- концепция применения самоспасателей, в которой сформулированы
цели применения данных средств, совокупность факторов, обуславливающих
целесообразность их применения, а также принципы применения
индивидуальных средств защиты и спасения в зданиях различного
назначения;
номенклатура вероятностно - временных показателей, характеризующих эффективность использования самоспасателей;
- методы определения уровня обеспечения пожарной безопасности
людей с учетом использования самоспасателей при их самостоятельной или
несамостоятельной эвакуации (осуществляемой обслуживающим
персоналом), а также до начала спасения с помощью пожарных
подразделений;
- методика обоснования эффективности применения и выбора типа
самоспасателей для обеспечения пожарной безопасности зданий.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованной литературы и приложения. Работа содержит 124 страниц текста, иллюстрированного 65 рисунками, имеет 5 таблиц и 76 наименований цитируемой литературы.
Факторы, обуславливающие необходимость применения самоспасателей
Применение самоспасателей позволяет увеличить время безопасного пребывания людей в зданиях при пожарах. С учетом этого, как показывают анализ общих принципов обеспечения безопасности людей при пожарах, а также описания пожаров в зданиях с массовым пребыванием людей , необходимость применения самоспасателей обуславливается следующими основными факторами.
1 .Недостаточным уровнем вероятности успешной эвакуации, связанным с недостаточной подготовленностью к эвакуации из-за возраста и состояния здоровья людей, их плохой ориентацией в здании, большой протяженностью и сложной планировкой путей эвакуации, блокированием пожаром путей эвакуации, а также комплексом этих факторов.
2.Низкой вероятностью спасения, связанной с градостроительными и объемно — планировочными решениями, недостаточной оснащенностью подразделений пожарной охраны, отсутствием в здании конструктивных решений для обеспечения спасательных работ.
3. Возможностью совершения в здании поджога или теракта, а также возникновения чрезвычайной ситуации, при которых будут разрушены или заблокированы пожаром пути эвакуации. Возраст /56/, оказывает существенное влияние на возможность эвакуации при пожаре. Так многие лица, в особенности женщины и пожилые люди старше 65 лет попадают в состояние депрессии, если рядом никого нет. Особую проблему представляют эвакуация и спасение людей в зданиях повышенной этажности. Одной из важных частных проблем в этой области является защита людей с ограниченной дееспособностью, которым наиболее сложно эвакуироваться из зданий повышенной этажности при пожаре. Возникает вопрос о целесообразности использования при эвакуации специальных лифтов и обустройства на этажах зданий повышенной этажности временных огнестойких убежищ.
Эвакуация людей в безопасное место является заключительным и наиболее ответственным элементом в системе защиты людей в условиях пожара. В центре изучения вопросов личной безопасности Тачикава (Япония) проведено исследование с целью выявления главных факторов, регулирующих процесс эвакуации. В экспериментах приняли участие 237 граждан в возрасте от 8 до 80 лет. Установлено, что наиболее важным условием надлежащей безопасной эвакуации является предварительное ознакомление людей с путями и средствами эвакуации, которые к тому же должны быть оснащены четкими светящимися указателями. Пожилые люди передвигаются медленнее, и им сложно прислушиваться к той информации о порядке эвакуации, которая передается с помощью громкоговорителей и др. средств; пожилых людей следует сопровождать кому-либо из полностью дееспособных. Детей не следует оставлять одних в условиях пожара без руководства взрослых.
В последние годы во многих странах большой проблемой становится терроризм, наиболее часто, согласно статистическим данным, выражающийся в совершении криминальных взрывов и поджогов .
Противопожарная служба как одна из служб обеспечения общественной безопасности привлекается на места проявлений терроризма, что ставит перед противопожарной службой новые, ранее не решавшиеся ею, как правило, задачи.
Технические характеристики самоспасателей
Самоспасатель - средство индивидуальной защиты органов дыхания и зрения человека от опасных факторов пожара в течение заявленного времени защитного действия, при эвакуации из зданий, помещений при пожаре.
По принципу действия самоспасатели подразделяются на изолирующие и фильтрующие.
На первом месте по степени защиты от опасных факторов пожара стоят изолирующие резервуарные самоспасатели со сжатым воздухом, за ними следуют изолирующие самоспасатели с химически связанным кислородом и замыкают список фильтрующие самоспасатели.
Применение изолирующих самоспасателей не зависит от концентрации отравляющих газов и содержания кислорода в окружающей среде. Самоспасатели изолирующие предназначены для индивидуальной защиты органов дыхания и зрения людей от токсичных продуктов горения при эвакуации из помещений во время пожара (аварии). Изготавливаются следующие виды самоспасателей изолирующих:
1 .Самоспасатель с химически связанным кислородом - средство индивидуальной защиты органов дыхания и зрения человека, в котором выдыхаемый человеком воздух после очистки от двуокиси углерода и добавления кислорода повторно используется для дыхания.
Предназначенный для дыхания кислород содержится в химически связанном состоянии в виде твердого кислородосодержащего продукта.
2.Самоспасатель резервуарный со сжатым воздухом - средство индивидуальной защиты органов дыхания и зрения человека, в котором весь запас воздуха хранится в баллоне в сжатом состоянии.
3.Самоспасатель с постоянной подачей воздуха - самоспасатель резервуарный со сжатым воздухом, работающий по вентилируемой схеме дыхания, при которой при постоянной подаче воздуха вдох делается из-под капюшона, а выдох в капюшон.
4.Самоспасатель с легочно-автоматической подачей воздуха самоспасатель резервуарный со сжатым воздухом, работающий по открытой схеме дыхания, при которой вдох осуществляется из баллона, а выдох - в атмосферу.
Самоспасатели в зависимости от назначения подразделяются на самоспасатели общего и специального назначения. Первые предназначены для применения людьми, которые самостоятельно эвакуируются из помещений во время пожара, вторые - для применения обслуживающим персоналом зданий для проживания людей (гостиниц, кемпингов, мотелей, общежитий, школ-интернатов, домов для престарелых и инвалидов, детских домов и других зданий за исключением жилых домов), которые отвечают за организацию эвакуации людей из помещений во время пожара.
Основные технические характеристики самоспасателей следующие:
Условное время защитного действия (ВЗД) самоспасателя (мин) -период, в течение которого сохраняется защитная способность самоспасателя при испытании на стенде-имитаторе внешнего дыхания человека в режиме выполнения работы средней тяжести (легочная вентиляция 30 дмЗ/мин) при температуре окружающей среды (25 + 2) ОС.
Фактическое время защитного действия самоспасателя (мин) - период, в течение которого сохраняется защитная способность самоспасателя при испытании на стенде - имитаторе внешнего дыхания человека, в режиме от средней до тяжелой работы, при температуре окружающей среды от 0 до 70 ОС.
Разработка и анализ номенклатуры вероятностно- временных показателей, характеризующих эффективность использования самоспасателей
Оценка эффективности применения самоспасателей предполагает разработку номенклатуры показателей, отражающих вероятностно-временные показатели их использования.
Представляется целесообразным оперировать двумя группами показателей - вероятностными и временными.
Вероятностные показатели предназначены для оценки интегрального показателя - вероятности эффективного применения , т.е. вероятности того, что самоспасатель, предназначенный к использованию, будет одет, правильно приведен в действие, а также безотказно проработает в течение времени защитного действия.
Самоспасатели, предназначенные для конкретного человека, могут находиться непосредственно у человека, а также располагаться в помещении ( на рабочем месте, палате больницы и т.п.).
В этой связи целесообразно оперировать показателем \ - «вероятность присутствия в помещении», где размещен предназначенный для них самоспасатель.
Так как человек, находящийся в помещении, в котором размещен предназначенный для него самоспасатель, может не воспользовались этим самоспасателем по забывчивости, вследствие паники и других причин, необходимо использовать показатель Ч - «вероятность применения».
С учетом того, что самоспасатель может быть одет, но не правильно приведен в действие, необходимо использовать показатель Ч з - «вероятность правильного приведения в действие».
Необходимо также использовать показатели надежности, регламентируемые нормативными документами: Ф ! - вероятность сохранения исправности самоспасателя за время нахождения его в состоянии ожидания применения; Ф 2 - вероятность безотказной работы самоспасателя за время защитного действия.
С учетом вышеизложенного вероятность эффективного применения Ч? для случая самостоятельной эвакуации будет определяться из соотношения: ip = ір,. Т2.-Т3.-Фі-Ф2 (2.1)
Показатель ] - «вероятность присутствия в помещении», где размещен предназначенный для них самоспасатель зависит от функционального назначения обьекта, режима работы находящихся в нем людей и др. факторов.
Так, если самоспасатель находится в больничной палате или в помещении класса функциональной пожарной опасности Ф 1. (многоквартирный жилой дом) и предназначен для находящегося в палате или помещении лежачего больного, то значение 4 1=1. Таким образом, вероятность эффективного применения Р для случая несамостоятельной эвакуации будет определяться из соотношения: = 2.- 3.-91-4)2 (2.2)
Если самоспасатель находится в помещении класса функциональной пожарной опасности Ф 4.3 ( офис банка и т.п.) и предназначен для находящегося в помещении служащего, то значение ЧР] может быть значительно меньше 1, поскольку служащий в течение рабочего дня может отлучаться из помещения ( на совещание, в туалет, для встречи посетителей и т.п.). Если находящиеся в офисе самоспасатели предназначены для посетителей, то величина Ч\ также не равна 1, поскольку посетитель часть времени находится за пределами помещения ( движется от проходной до помещения или обратно, отлучился в соседнее помещение, в туалет и др.).
Показатель Ч — «вероятность применения» при самостоятельном применении самоспасателя зависит от следующих факторов: -наличия в составе текста, транслируемого при оповещении людей о пожаре, указания на необходимость применения самоспасателей; -уровня практической подготовленности человека к применению самоспасателей, т.е. количества проведенных тренировок по применению самоспасателей после подачи сигналов или трансляции текстов системой оповещения и управления эвакуацией;
-количества воспринятой «обучающей » информации, получаемой на специальных занятиях в учебных заведениях или на курсах, от средств массовой информации, от объектовых источников информации (кабельного телевидения объекта и т.п.); -психологического состояния, возраста, здоровья человека.
Показатель 2 — «вероятность применения» при несамостоятельном применении самоспасателя ( например в случае, когда самоспасатель одевается на пациента больницы или дома престарелых обслуживающим персоналом) зависит от следующих факторов: -наличия в составе текста, транслируемого при оповещении людей о пожаре, указания на необходимость применения самоспасателей; -уровня практической подготовленности обслуживающего персонала к применению самоспасателей, т.е. количества проведенных тренировок по применению самоспасателей после подачи сигналов или трансляции текстов системой оповещения и управления эвакуацией.
Показатель Ч з - «вероятность правильного приведения в действие» зависит от следующих факторов: - конструктивных особенностей самоспасателей, которые определяют число и сложность выполнения манипуляций, которые должен совершить человек при приведении самоспасателей в действие; - количества проведенных практических тренировок по применению самоспасателей, в ходе которых контролировалась правильность их применения; -количества воспринятой «обучающей » информации, получаемой на специальных занятиях в учебных заведениях или на курсах, от средств массовой информации, от объектовых источников информации (кабельного телевидения объекта и т.п.); -психологического состояния, возраста, здоровья человека.
Данные факторы охватывают как случай самостоятельного применения, так и случай несамостоятельного применения.
Таким образом, показатель Рз зависит от особенностей конструкции самоспасателя. Следует отметить, что показатели Р2 и 3 объединяет то, что они оба зависят от общей группы факторов - количества проведенных практических тренировок, воспринятой «обучающей » информации, а также индивидуальных особенностей человека.
Вместе с тем, объединение Р2 и з в общий показатель возможно только для идентичных самоспасателей при условии использования унифицированного текста, транслируемого при оповещении людей о пожаре, в котором содержатся указания на необходимость применения самоспасателей. Показатели надежности ф і и ф 2 определяются только конструктивными особенностями изделий.
Временные показателей, характеризующих эффективность использования индивидуальных средств защиты, предназначены для оценки возможности самоспасателей защитить эвакуирующегося человека от опасных факторов пожара с учетом того, что на одевание и приведение самоспасателя в действие будет затрачено определенное время. Это обусловлено тем, что за указанный интервал времени значения опасных факторов пожара увеличатся, и человек, использующий самоспасатель, может оказаться в более неблагоприятных для эвакуации условиях, чем если бы он начал эвакуироваться раньше без использования самоспасателя .Аналогичным образом, если обслуживающий персонал затратит время на одевание самоспасателей пациентам больницы или дома престарелых, то он может потерять необходимое для их эвакуации время.
В этой связи представляется целесообразным использовать показатель фактическое время приведения в действие - t ф , который равен интервалу времени от момента обнаружения пожара или получения сигнала оповещения о пожаре до момента приведения самоспасателя в действие. Данный показатель в случае несамостоятельного применения самоспасателя учитывает также и время, за которое обслуживающий персонал подойдет к человеку, на которого будет одет самоспасатель.
Анализ динамики развития опасных факторов пожара в системе «горящее помещение- коридор»
Анализ факторов, определяющих эффективность применения самоспасателей при эвакуации по коридору ( рис.3.1) , в который выходят продукты горения из горящего помещения, проводился на основе методики, изложенной в ГОСТ 12.1.004, путем сравнения времен достижения опасными факторами пожара предельно-допустимых значений для людей без самоспасателей, и для людей в фильтрующих и изолирующих самоспасателях.
В рамках численного эксперимента, базирующегося на методике ГОСТ 12.1.004 в части описания распространения продуктов горения в коридоре при пожаре в помещении и определения значений критической продолжительности пожара по условию достижения каждым ОФП предельно- допустимых значений, проведено сравнение значений критической продолжительности пожара при эвакуации людей без самоспасателей, а также при эвакуации людей в фильтрующих и изолирующих самоспасателях.
При математических расчетах горючая нагрузка очага пожара ( по составу и количеству) принималась соответствующей офисному помещению площадью 10 м2 . Данное помещение отмечено на схеме значком пламени. Стены помещения кирпичные, перекрытия — железобетонные. Подвесные потолки принимались негорючими - типа «Амстронг», смонтированные на скрытых металлических каркасах. Высота подвесных потолков помещения -2,8 м от пола. Полы помещения - деревянные паркетные, отделка стен -обои. Дверь в помещение очага пожара с размерами 0,9x2 м выходит в коридор К шириной 2,0 м и длиной L. Высота подвесных потолков в коридоре также принята равной 2,8 м. В торцах коридора имеется выходы в лестничные клетки А и Б.
В основу моделирования распространения продуктов горения из помещения в коридор положен следующий сценарий и физическая картина пожара.
Пламя от источника зажигания распространяется по офисной мебели (стол, стулья, открытый шкаф с бумагами). Динамика развития очага пожара определяется скоростью распространения фронта пламени 2 см с" в горизонтальном направлении и 20 см с 1 в вертикальном направлении 1X1. Максимальная высота расположения горючих материалов принималась равной 1.6 м. При площади очага пожара в плане 2,5 м и с учетом развитой по вертикали поверхности горения максимальная теоретическая мощность пожара соответствует 2,0 МВт.
Над очагом пожара формируется факел пламени и восходящий поток продуктов горения (свободная конвективная колонка). Выделяющееся при горении тепло частично излучается, нагревая горючую нагрузку, а частично уносится с горячими газами конвективной колонки. Продукты горения, поднимаясь, вовлекают в движение окружающий воздух. Таким образом, массовая производительность колонки с высотой растет, а температура, оптическая плотность дыма, концентрация токсичных продуктов соответственно снижаются.
Конвективная колонка, поднимаясь над очагом пожара, достигает подвесного потолка, разворачивается и растекается по нему веерной струей. Веерная струя, набегающая на стену разворачивается вниз и затормаживается под воздействием подъемных сил. Формируется задымленная зона комнаты. После опускания задымленной зоны ниже верхнего среза открытого проема (двери) часть дыма поступает в коридор, а через нижнюю часть проема поступает воздух, поддерживающий горение. Мощность пожара устанавливается на уровне, определяемом вентиляцией.
Подпотолочная струя распространяется вдоль коридора в обе стороны от помещения очага пожара и вовлекает из подстилающего слоя воздух или (после образования задымлённой зоны) дым. Достигнув торцов коридора, струя затормаживается, разворачивается вниз и пополняет относительно холодный подстилающий слой дыма. Формируется задымленная зона коридора. По мере снижения нижнего уровня задымленной зоны в коридоре первые остывшие порции дыма вовлекаются образующимся возвратным течением к очагу пожара.
При этом значения показателей опасных факторов пожара (ОФП) на уровне головы человека возрастают.
В ходе расчетов варьировались значения длины коридора L ( общая длина по обе стороны от очага пожара) и ширина открытия дверного проема горящего помещения В. При этом расстояние от дверей горящего помещения до ближнего конца коридора принималось равным 3 м.
На рис.3.3 представлены результаты моделирования температурного режима при пожаре в предположении, что дверь из помещения очага пожара в коридор полностью открыта. Длина коридора принята равной 40 м. Линии 1 и 2 соответствуют средней температуре задымленной зоны соответственно помещения очага пожара и коридора. Относительно быстрое возрастание температуры продуктов горения (см. линию 1) в первые секунды пожара обуславливается распространением пламени по вертикальным поверхностям мебели. Слой дыма опускается до высоты роста человека (условная высота, принятая равной 1,7 м) на 20 с (см. линию 3). Первые порции дыма поступают в коридор несколькими секундами раньше (см. линию 2). Из-за развитой поверхности теплоотдачи и подмешивания воздуха усредненная температура задымленной зоны коридора не превышает 70 С и излучение от слоя дыма не представляет опасности для эвакуирующихся.
Струя дыма опускается до высоты роста человека, находящегося у выхода А на 30 секунде, но только через минуту ее температура достигает предельно допустимого значения (см. линию 4). Участок коридора между горящим помещением и лестницей Б по показателю повышенной температуры в первые 10 мин не блокируется (см. линию 5). Для удобства определения момента блокирования на этом и других рисунках предельно допустимое значение соответствующего ОФП указано горизонтальной прямой.
Анализ факторов, определяющих временную эффективность использования самоспасателей при эвакуации по лестничным клеткам
Комплекс проведенных выше расчетов динамики развития опасных факторов пожара в лестнтичной клетке при открытом дверном проеме из коридора в лестничную клетку показал следующее.
Минимальное значение критической продолжительности пожара для лестничных клеток различной этажности реализуется по потере видимости. С учетом этого представляется целесообразным для повышения эффективности применения самоспасателей использовать аварийное освещение лестничных клеток, что позволит избежать потери видимости при эвакуации по ним.
С учетом этого фактор потери видимости не обсуждался при анализе эффективности применения самоспасателей. То есть критическая продолжительность пожара по потере видимости принималось равной как при эвакуации людей без самоспасателей, так и при эвакуации людей в самоспасателях и не учитывалась при сравнении.
Как и главе 3 эффективность применения самоспасателей определялась на основе расчета увеличения минимальной критической продолжительности пожара, т.е. разности минимальных значений критической продолжительности пожара при эвакуации людей без самоспасателей и в самоспасателях (фильтрующих и изолирующих).
Расчеты показали, что блокирование опасными факторами пожара верхнего этажа лестничной клетки происходит практически сразу после начала пожара. При этом, если этаж очага пожара находится непосредственно под верхним этажом, критические значения основных опасных факторов пожара - потеря видимости, недостаток кислорода и увеличение содержания СО реализуются практически одновременно через 2 минуты от начала пожара (рис 4.8). Поскольку расчетное время эвакуации с этажа также составляет около 2 минут, это исключает возможность безопасной эвакуации людей с верхнего этажа без самоспасателей.
При увеличении разницы отметок верхнего этажа и этажа пожара происходит некоторое увеличение времени блокирования опасными факторами пожара верхнего этажа. В частности критическая продолжительность пожара по СО реализуется через 3.5 мин при разнице отметок верхнего этажа и этажа пожара равной 8 этажам (рис.4.21). При этом основные опасные факторы пожара также реализуются практически одновременно.
Необходимо подчеркнуть, что увеличение критической продолжительности пожара по СО (определяющий фактор для обеспечения безопасной эвакуации) в промежуточных этажах по сравнению с верхним этажом составляет от 1 до 3 минут при небольшой этажности здания (рис.4.8, 4.15) , и совершенно незначительно для высоких зданий (рис.4.21).
Это говорит о возможности одновременного и быстрого блокирования значительно количества промежуточных этажей окисью углерода в многоэтажных зданиях.
Следует отметить, что даже при полностью открытом дверном проеме значения температур на различных этажах лестничной клетки не превышают критических. Этот факт позволяет сделать вывод о возможности эффективного применения для эвакуации по лестничным клеткам изолирующих самоспасателей. Т.е. при наличии аварийного освещения применение изолирующего самоспасателя позволит обеспечить безопасную эвакуацию по всем этажам лестничной клетки в течение не менее 15 минут от начала пожара.
Увеличение минимальной критической продолжительности пожара для фильтрующего самоспасателя определяется разностью tKp2 - tKpco.
Как видно из рисунка 4.8 и 4.15, при разнице отметок верхнего этажа и этажа пожара до 5 этажей величина t 2 - tKpco составляет не более 20 с.
При разнице отметок верхнего этажа и этажа пожара до 8 этажей, как видно из рисунка 4.21, величина tKp2 - tKpC0 составляет от 90 с до 150 с на промежуточных этажах. Вместе с тем, разница tKp2 - tKpC0 для нижних этажей также незначительна. В частности, эта величина на уровне 3 и 9 этажей составляет не более 20 с.
Данное обстоятельство обуславливает необходимость тщательного анализа возможности использования фильтрующих самоспасателей при эвакуации по лестничным клеткам. В частности, как видно из рис.4.21, эвакуация с 8 этажа в фильтрующем самоспасателе может быть успешной только при условии, что эвакуирующийся человек минует 3 этаж не позднее, чем через 7 минут от начала пожара.
Аналогичным образом, для людей, которые эвакуируются с 9 этажа позднее, чем через 4 минуты от начала пожара, применение фильтрующего самоспасателя позволяет увеличить минимальную критическую продолжительность пожара не более чем на 20 с.
Таким образом, для людей, которые эвакуируются с 3-9 этажей со значительным запозданием, применение фильтрующего самоспасателя позволяет увеличить минимальную критическую продолжительность пожара не более чем на 20 с.
Для людей, которые эвакуируются с 1-2 этажей, применение фильтрующего самоспасателя позволяет увеличить минимальную критическую продолжительность пожара на 120 с.
Полученные результаты отражают наиболее критичные из возможных условий эвакуации по лестничным клеткам, когда дверь из коридора в лестничную клетку на этаже пожара полностью открыта.
В соответствии с требованиями п. 6.18 СНиП 21-01 двери лестничных клеток, ведущие в общие коридоры, должны иметь приспособления для самозакрывания (доводчики) и уплотнения в притворах.
При обеспечении выполнения данного требования на стадии эксплуатации здания динамика изменения опасных факторов пожара в лестничной клетке будет отличаться от полученных выше данных.
С целью выявления общих закономерностей распространения опасных факторов пожара в лестничной клетке при закрытом дверном проеме на этаже пожара проведен комплекс расчетов, при которых очаг пожара находился на 1 этаже девятиэтажного здания, а дверной проем был закрыт приспособлением для самозакрывания. Модель развития пожара и размещение очага пожара принимались аналогичными изложенным выше.
Использование устройств для самозакрывания (доводчиков), как показывает практика, позволяет обеспечить ширину открытия дверного проема не более В = 0.1 м даже при недостаточно отрегулированном доводчике, попадании между дверным полотном и коробкой посторонних предметов, а также при деформации двери вследствие ее нагрева и прогорания при пожаре.
С учетом этого в расчетах ширина открытия дверного проема принималась В = 0.1 м.
Результаты расчетов времени блокирования лестничной клетки девятиэтажного здания различными ОФП обобщены на рис. 4.22. С учетом того, что величины температуры и углекислого газа на различных этажах не превосходили предельно - допустимого значения, данные по динамике температуры и С02 на рисунке не представлены.
