Возникновение пожара и его распространение возможно при наличии:

1. Горючего материала;
2. Источника воспламенения достаточной мощности;
3. Кислорода.

Протекание и распространение пожара в значительной мере определяются составом горючего материала, подводом и концентрацией кислорода и обусловленной этими факторами температурой горения. Развитие пожара можно разделить на следующие фазы:

1. Фаза возгорания;
2. Последующая фаза тления;
3. Воспламенение (резкий переход от тления к активному горению в зоне возгорания);
4. Фаза перехода к полномасштабному пожару;
5. Завершающая фаза остывания.

При горении образуются значительные количества продуктов сгорания (окислов), дыма и тепловой энергии, которые скапливаются под крышей здания и распространяются как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.

Важнейшая задача противодымной вентиляции состоит в том, чтобы удалить из здания продукты сгорания. Эти вещества могут быть более или менее токсичными в зависимости от состояния и свойств очага загорания. В течение нескольких минут большие массы дыма могут заполнить все помещение, где возник пожар. Газообразные продукты сгорания сначала распространяются лишь по части помещения, они поднимаются к потолку и образуют слой, который первое время еще не смешивается с находящимся ниже холодным воздухом. Только при более сильных пожарах газовая "подушка" распространяется от потолка к полу помещения. Как только она достигнет обслуживаемой зоны помещения, необходимо принимать экстренные меры по спасению людей и ликвидации пожара.

Определение тепловой нагрузки на конструкции зданий и сооружений во время пожара приводится далее в соответствии со стандартом DIN 18230, части 1 и 2. Там сказано следующее: тепловая нагрузка при пожаре q (единица измерения — кВт•ч/кг) соответствует количеству теплоты, выделяемому всеми горючими материалами в зоне пожара, деленному на расчетную площадь А этой зоны в м2. Ее можно представить в виде следующего уравнения:

При оценке возгораемости следует учитывать все горючие строительные, производственные и складские материалы, включая упаковку и отделку. Точные данные для расчета приведены в вышеназванном стандарте. Стандарт DIN 18230 и содержащееся в нем уравнение служат для определения требуемой огнестойкости строительных элементов в зоне пожара. Тем не менее, существуют расхождения между положениями стандарта и схемой принятия решений, проиллюстрированной на рисунке.

Противодымной вентиляцией зачастую требуется оборудовать лишь часть помещений, а не всю расчетную зону пожара. Поэтому при определении параметров противодымной вентиляции расчетная площадь А зоны пожара не всегда совпадает с площадью зоны загорания в данном здании. На практике при проектировании противодымной вентиляции следует учитывать только некоторые помещения, площадь которых меньше, чем полученная строительными расчетами зона возможного возгорания. Каждая из отдельных зон возгорания должна быть исследована в количественном и в качественном аспектах, т.е. следует определить массы отдельных горючих материалов Мi (кг) и значения теплоты их сгорания (кВт•ч/кг). После этого получаем тепловую нагрузку при пожаре, отнесенную к определяемой площади очага пожара АR:

Расчетная тепловая нагрузка при пожаре qr для незащищенных материалов получается после оценки c учетом коэффициента выгорания mi:

Принимаемая в расчетах минимальная тепловая нагрузка при пожаре равна 25 кВт•ч/кг. Коэффициент выгорания mi используется непосредственно при расчете противодымной вентиляции. Он учитывает вид, форму и структуру конкретного горючего материала, а также его поведение при возгорании. Так, например, известно, что незащищенная от пожара бумага, картон, ткань и т.п. сгорают быстрее, чем предметы из дерева или других плотных материалов. Значения коэффициента выгорания mi в зависимости от материала, его теплоты сгорания и плотности укладки колеблются в пределах от 0,2 до 1,7. Точные значения рассмотренных величин приведены в Приложении 1 к DIN 18230.

Независимо от размеров помещения и тепловой нагрузки при пожаре в приводимых расчетах противодымной вентиляции до сих пор исходили из кратности воздухообмена, равной n=10 ч-1. Этот 10-кратный воздухообмен вызывает у специалистов противопожарной службы скорее неудовольствие, чем удовлетворение, так как при таком его значении представляется сомнительным быстрое снижение концентрации дыма в помещении.

В случае использования систем противодымной вентиляции с естественным побуждением размеры отверстий выбираются согласно ожидаемой тепловой нагрузке в помещении. Эта зависимость обычно учитывается и при определении необходимой кратности воздухообмена в системах противодымной вентиляции с искусственным побуждением. Таким образом, при определении кратности воздухообмена нельзя не учитывать тепловую нагрузку. В помещениях, где возможно загорание материалов с сильным дымообразованием, следует повышать кратность воздухообмена. К таким объектам относятся, например, изделия из резины, смолы и пластмассы.

На рисунке приведены рекомендуемые значения кратности воздухообмена в зависимости от высоты помещения и преобладающей тепловой нагрузки при пожаре. При расчете требуемой кратности исходили из того, что концентрация газообразных продуктов сгорания (ki2) в помещении через 15 минут после включения установки противодымной вентиляции должна опуститься ниже 25%. Пятнадцатиминутный отрезок времени был выбран потому, что в обычном случае этого достаточно, чтобы эвакуировать людей и начать активное тушение пожара. Следует принимать во внимание распространение дыма, поскольку оно оказывает большое влияние на условия видимости в помещении.

На рисунке представлена ориентировочная зависимость температуры в горящем помещении от времени. На том же графике приведены средние значения критических температур для обычного протекания пожара. В связи с этим возникает вопрос, какие значения температуры, особенно температуры дымовых газов, следует использовать при расчете параметров противодымной вентиляции. В связи с многообразием действующих при пожаре факторов невозможно установить однозначную связь между тепловой нагрузкой и температурой в горящем помещении. Однако можно найти зависимость между тепловой нагрузкой и эквивалентной продолжительностью пожара, которая определяется стандартом DIN 18230. При расчете эквивалентной продолжительности пожара tä (выраженной в минутах) используются коэффициенты w и c:

tä = c х qr х w

Тепловой коэффициент w учитывает условия вентиляции при пожаре. В зависимости от особенностей противодымной вентиляции и интенсивности удаления продуктов сгорания, а также от достижимой в определенных условиях кратности воздухообмена, при расчете параметров противодымной вентиляции с искусственным побуждением можно использовать значения w от 2,2 до 3.2. Коэффициент с учитывает влияние поглощения теплоты стенами горящего помещения. Рекомендуется принимать значение с от 0,15 до 0,25 мин•м2/(кВт•ч), причем наибольшее значение соответствует максимальному поглощению теплоты стенами. Если поглощение теплоты стенами во время пожара может прекратиться, например, из-за разрушения окон, можно использовать коэффициент с = 0,15.

Производя указанные расчеты при проектировании систем противодымной вентиляции с искусственным побуждением, следует помнить о том, что значения отдельных коэффициентов определены приблизительно. Тем не менее, их следует применять при расчете в качестве ориентировочных критериев. Исходя из этих принципов, для пожара, развивающегося без посторонних воздействий, можно по эквивалентной продолжительности пожара приблизительно определить ожидаемое повышение температуры или температуру газообразных продуктов сгорания, пользуясь приведенной на рисунке кривой. Как показывают результаты исследований тепловых нагрузок и особенностей зданий и сооружений, эквивалентная продолжительность пожара для большинства видов построек колеблется между 20 и 55 мин., так что при расчетах следует принимать температуру дымовых газов в горящем помещении равной примерно 750–950°С. Температура в горящем помещении будет значительно ниже, если с самого начала использовать противодымную вентиляцию. В этом случае среднюю температуру в зоне пожара tm (°С) определяют по эмпирической формуле, в которую входит кратность теплообмена:

Эта температура приблизительно равна температуре удаляемого воздуха и поэтому может быть использована для определения термостойкости оборудования противодымной вентиляции. В этой формуле: tа= эквивалентная продолжительность пожара в мин., tm = средняя температура в горящем помещении в °С, qr = расчетная тепловая нагрузка при пожаре в кВт•ч/кг, n =кратность воздухообмена в ч-1, l = объем помещения в м3.

Расчет систем противодымной вентиляции можно делать только в соответствии с действующими законами и стандартами. Поэтому он всегда требует сотрудничества проектировщика с органами строительного надзора. Таким образом, приведенные ниже этапы расчета и критерии можно рассматривать только в качестве проектного предложения.



Версия для печати