Файл: Закономерности развития пожара его параметры и сопровождающие явления.docx

люди находились в среде, заполненной дымом и токсичными газами. Экспериментальным путем установлена зависимость видимости от плотности дыма, например, если предметы при освещении их групповым фонарем с лампочкой в 21 Вт видны на расстоянии до 3м (содержание твердых частичек углерода 1,5г/м³ )-дым оптически плотный; до 6м (0,6-1,5г/ м³ твердых частичек углерода ) - дым средней плотности; до 12м (0,1-0,6г/ м³ твердых частичек углерода) - дым оптически слабый. За небольшими исключениями, дым образуется на всех пожарах. Дым уменьшает видимость, тем самым он может задержать эвакуацию людей, находящихся в помещении, что может привести к воздействию на них продуктов сгорания, причем в течение недопустимо длительного периода времени. При этих обстоятельствах люди могут быть поражены вредными составляющими дыма, даже находясь в мес­тах, удаленных от очага пожара. Влияние пониженного содержания кислорода и вдыхаемых, горячих газов становится весьма значительными лишь поблизости от пожара.

Традиционно дым, состоящий из микрочастиц, рассматривается отдельно от газообразных продуктов

сгорания, хотя ясно, что методически поступать таким образом неправомерно.

Дым, состоящий из мелкодисперсных частиц, образуется в результате неполного сгорания. Он образуется как при беспламенном, так и при пламенном горении, хотя характер частиц и формы их образования весьма различны. Дым при тлении аналогичен тому, который получается, когда любой углеродсодержащий материал нагревается до температур, вызывающих химическое разложение и эволюцию летучих продуктов горения. Фракции с большим молекулярным весом конденсируются по мере их перемешивания с холодным воздухом, что приводит к образованию тумана, состоящего из мельчайших капель смолы и высококипящих жидкостей. Эти капли стремятся в условиях спокойной среды слипаться, образуя мелкие частицы со средним диаметром, порядка одного микрона, и осаждаются на поверхностях, образуя маслянистый остаток. По своему характеру дым при пламенном сгорании материалов отличается от дыма при тлении. Он состоит почти целиком из твердых частиц. В то время, как небольшая часть этих частиц может быть образована при выходе из твердого материала в условиях воздействия на этот материал мощного теплового потока, большая часть частиц образуется в газовой фазе в результате неполного сгорания и высокотемпературных реакций пиролиза при низких концентрациях кислорода. Следует заметить, что дым, состоящий из твердых частиц, может также образоваться, если исходным горючим материалом является газ или жидкость. В условиях полного сгорания горючее превращается в устойчивые газообразные вещества, но это достигается при

---

пламенном диффузионном горении нечасто, если вообще когда-либо имеет место. При типичном пожаре перемешивание происходит за счет турбулентных восходящих потоков, в которых наблюдаются значительные перепады концентраций. В областях с низкой концентрацией кислорода некоторая часть летучих продуктов может участвовать в ряде реакций пиролиза. В результате этих реакций образуются ряд высокомолекулярных соединений, таких, как полициклические ароматические углеводородные соединения и полиацетилены, которые являются очагом сажи внутри пламени. Именно присутствие в пламени сажи придает диффузионному пламени его желтоватое свечение. Эти мельчайшие частицы (10-100 нм в диаметре) могут подвергаться окислению внутри пламени, но при недостаточно высоких температурах и концентрации кислорода они стремятся увеличиться и спекаться, образуя, таким образом, более крупные частицы, которые покидают области высокой температуры пламени в виде дыма. Важнейшую роль в этом процессе играет химический состав горючего, послужившего основой дымообразования. Небольшое число чистых горючих веществ горит несветящимся пламенем и не образует дым. Другие горючие вещества, при идентичных условиях, образуют значительные выходы частиц дыма в зависимости от их химического состава. Горючие вещества насыщенные кислородом такие, как этиловый спирт и ацетон, образуют при сгорании меньше дыма, чем углеводородные соединения, из которых они образуются. Таким образом, в условиях свободного горения насыщенные кислородом горючие вещества, такие, как древесина и полиметилметакрилат, образуют существенно меньше дыма, чем угле­водородные полимеры, такие, как полиэтилен и полистирол. Из пары последних полимеров полистирол производит при горении намного больше дыма, так как летучие вещества, возникающие при распаде этого полимерного соединения, состоят в основном из стирола и его олигомеров, которые по природе являются ароматическими соединениями.

---

Особое значение зона задымления и изменение ее параметров во времени имеет на внутренних пожарах, при пожарах в зданиях и помещениях.

На открытых пожарах дым, как правило, поднимается выше зоны действия людей и редко оказывает большое влияние на выполнение тактико-технических действий. Положение зоны задымления, зависит в основном от размеров площади пожара и метеорологических условий. Силы, обеспечивающие движение дыма внутри здания, создаются за счет следующих факторов: а) выталкивающей силы, возникающей из-за разностей внутренней и внешней температур окружающей среды; б) выталкивающей силы, обусловленной самим пожаром; в) влияния внешнего ветра и движения воздуха; г) системой регулирования воздуха внутри помещения.

Рассмотрим эти факторы:

а. Перепад давления, обусловленный естественными выталкивающими силами. Наряду с естественными выталкивающими силами, кото­рые создаются самим пожаром, в высоких зданиях необходимо счи­таться с эффектом «дымовой трубы». Пока температура дыма будет выше температуры окружающего воздуха, дым будет подниматься. Энергия, необходимая для движения восходящих потоков, создается пожаром. Эти потоки и будут доминирующими в движении дыма вблизи от пожара. В высоких зданиях, содержащих вертикальные пространства (лестничные клетки, шахты лифтов и т.д.), перепады внутренней и наружной температур вызовут перепады давления, обусловленные выталкивающей силой, что известно как эффект «дымовой трубы». Если температура внутри здания распределена равномерно и будет выше температуры внешней (температуры окружающей среды), тогда возникнет естественный подсос воздуха самыми нижними слоями и выталкивание самых верхних слоев.

Рис. 1. 5. Иллюстрация эффекта «дымовой трубы»,

---

сопровождаемого циркуляционными по­токами

(т₀-внешняя температура, Т_i- внутренняя температура)

а - Т₀ <. Т_i; б Т₀-> Т_i

В реальных зданиях, конечно, имеется множество небольших щелей утечки воздуха в конструкциях окон и дверей, даже когда они закрыты. Эти небольшие щели образуют как бы распределенные по зданию проемы. Над нейтральной плоскостью воздух (или дым) будет стремиться выйти наружу из воображаемой шахты, в то время как ниже этой плоскости образуется втекающий поток, который в свою очередь создает восходящее движение внутри шахты (рис.1.5.а). Но, если внешняя температура выше температуры внутри здания, как будет в случае оснащенных кондиционерами зданиях в странах с жарким климатом, тогда возникнет противоположная ситуация (рис.1.5.б). Воздух будет стремиться на дно таких шахт и в случае возникновения пожара, исходное направление дыма может оказаться противоположным по сравнению с тем, что предлагалось. Значение эффекта «дымовой трубы» состоит в том, что благодаря его влиянию может возникнуть весьма мощное движение относительно холодного дыма вокруг здания повышенной этажности, причем этим движением задымленный воздух забрасывается в такие области, в которых появление дыма и не предполагалось (рис.1.6.). Пожар в нижней части здания повышенной этажности может вызвать весьма быструю задымленность в верхних этажах здания. б. Давление, непосредственно формируемое пожаром. Пожар в помещении приводит к повышению температур, что в свою очередь создает выталкивающие силы, приводящие к вытеснению раскаленных газов, образующихся при пожаре, через верхнюю часть всякого вентиляционного проема или через другие подходящие пути утечки газовоздушной смеси.

Перепад давлений в данном случае относительно незначительный, но он может усилить утечку дыма в другие части здания при прочих благоприятных для развития пожара условиях.

в. Перепады давления, обусловленные ветром. Естественный ветер может вызвать перераспределение давления вокруг оболочки здания, которое будет в состоянии повлиять на движение дыма в здании. Распределение внешнего давления зависит от многочисленных факторов, включая скорость и направление ветра, высоту и геометрию здания.

---

Рис. 1. 6. Влияние эффекта «дымовой трубы» на движение дыма в здании повышенной этажности

(Т_; > Т₀) - Ниже нейтральной плоскости существует тенденция вовлечения задымленного воздуха в центральный ствол, в то время как выше этой плоскости образуется вытекающий поток (сравни рис.1.5.а) Вклад этих факторов может оказаться вполне достаточным, чтобы резко ослабить действие прочих сил (как естественных, так и искусственных), которые оказывают влияние на движение дыма. Вообще говоря, обдув здания ветром приведет к высоким значениям давления на наветренной стороне и может вызвать движение воздуха внутри здания в направлении подветренной стороны, где давление ниже. На распределение давления на поверхности здания сильное влияние оказывают непосредственное примыкание соседних зданий и геометрия самого здания. Общераспространенным случаем является изолированное одноэтажное сооружение, например торговый центр, связанный с многоэтажной башней административным корпусом. Картина распределения ветра вокруг здания такой особой геометрии может быть исключительно сложной и распределение давления на по­верхности крыши торгового центра будет резко меняться при измене­нии скорости и направления ветра. Таким образом, в то время как есть возможность защитить одноэтажную часть торгового центра от задымления во время пожара, целиком полагаясь на естественную вентиляцию через дымовые люки в крыше, размещение и выбор типа конструкции люков должны быть основаны на распределении давления, которое следует ожидать на крыше торгового центра. Если при некоторых Ñ

---