Чем опасен дым в здании

Все знают, что пожар опасен, но чем именно?

Под открытым огнем, следует понимать: пламя, искры и тепловой поток.

Существует 6 основных опасных факторов пожара воздействующим на людей и имущество, к которым относятся:

3) повышенная температура окружающей среды;

4) повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения;

5) пониженная концентрация кислорода;

6) снижение видимости в дыму.

Кроме того могут иметь место опасные факторы, связанные с взрывом, происшедшим из-за пожара (ударная волна, пламя, обрушение конструкций) и разлет осколков, образование вредных веществ с концентрацией в воздухе существенно выше ПДК). Радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие в окружающую среду из разрушенных технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества. Вынос высокого напряжения на токопроводящие части технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества. Опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара и воздействие огнетушащих веществ.

Повышенная температура окружающей среды может вызвать разной степени ожоговые поражения дыхательных путей, кожи и глаз человека. Допустимая температура нагрева кожи 45 °С, после чего появляется боль. Человек может выдержать температуру окружающего воздуха 95–120 °С в течение 35–20 минут, 60–70 °С в течение 80–40 минут. При температуре воздуха около 150 °С происходит практически мгновенный ожог дыхательных путей.

Источник

Дым от пожара и его влияние на человека

Продукты горения, выделяемые при пожаре, очень токсичны. Они содержат до 100 химических соединений, оказывающих опасное воздействие на организм человека.

Дым – летуч и особо опасен

Дым – это смесь воздуха и продуктов сгорания, наиболее токсичными из которых являются оксид и диоксид углерода. Попадая в кровь с вдыхаемым воздухом, эти вещества очень быстро замещают кислород, вызывая кислородное голодание всех органов и систем.

К опасным факторам пожара относится и ухудшения видимости из-за образовавшегося едкого дыма. Из-за потери видимости люди не могут найти аварийные выходы. Ориентироваться в зоне возгорания становится невозможным. Кроме того, наличие в дыме частиц тлеющихся предметов разъедает глаза и слизистые. Максимальным значением по концентрации дыма и видимости в таких условиях равняется 20 м.

Что делать при активном распространении дыма?

• Не паниковать и вызвать пожарную бригаду;
• пригнувшись, двигаться к выходу;
• при сильном задымлении накрыться мокрой плотной тканью и продвигаться ползком;
• если густой дым не позволяет выбраться из помещения, при возможности выйти на балкон, защитившись от высокой температуры мокрым одеялом или ковром.

Зоны особого риска

Большое значение в спасении людей при пожаре имеет количество этажей, площадь и степень огнестойкости здания.

В помещении, заполненном дымом, видимость резко снижается и это препятствует эвакуации людей. Если возгорание произошло на нижних этажах многоэтажного дома, то дым перекрывает путь к спасению людей, живущих выше.

Пользоваться лифтом при пожаре очень опасно, так как в любой момент может отключиться электроэнергия и выбраться из ловушки будет невозможно.

Часто пожары происходят в домах с печным отоплением. Основными причинами этого являются неисправность печей, дымоходов. Огонь распространяется со скоростью 10 м/секунду и более, и дым охватывает помещение в считанные минуты. Содержание в воздухе даже 0,5% угарного газа может стать критическим для жизни человека.

Следы огненного произвола

Даже после тушения пожара находиться в пострадавшем помещении опасно. Уровень токсичных веществ в воздухе долгое время остается высоким, что неблагоприятно сказывается на здоровье человека.

Для того чтобы восстановить помещение после поражения огнем, нужно в первую очередь устранить все следы пожара – запах гари, сажу и копоть, в которых содержатся ядовитые смолы.

При проведении работ желательно использовать профессиональные чистящие средства и оборудование.

Отравление дымом

По данным статистики каждую минуту в мире умирают, отравившись дымом, 3 человека. Из-за возгорания лесов и торфяников в некоторых регионах России трудно спасаться от дыма даже в квартирах городов. Нередко возникают и пожары в самих домах. Осенью от сжигания опавших листьев многие владельцы садов тоже никак не хотят отказаться, загрязняя атмосферу и оказывая отравляющее действие не только на свой организм, а и на окружающих.

О причинах вредного воздействия дыма на организм в различных ситуациях (при пожарах, сжигании костров, сгорании пищи, пластика и других изделий из искусственных материалов), проявлениях отравления, первой помощи и лечении вы узнаете из этой статьи.

Причины отравления дымом

При пожаре опасность представляет не только открытый огонь. Отравление дымом тлеющих материалов при пожаре наступает из-за попадания дыма через дыхательные пути. Отравляющее действие обеспечивают в первую очередь два вещества в нём:

Наличие цианида в составе дыма связано с тем, что он имеется в строительных материалах.

Углекислый газ блокирует гемоглобин, нарушая тем самым снабжение кислородом различных органов, развивается кислородное голодание. Цианид нарушает энергетический обмен в структуре тканей и клеточное дыхание.

При горении различных материалов образуются раздражающие газы, которые, соединяясь с водой, образуют разъедающие растворы — азотную, серную и сернистую кислоты, аммиак. Они вызывают повреждение (химический ожог) слизистых дыхательных путей, сужение мелких бронхов и накопление в лёгких жидкости.

В дыме может находиться высокотоксичный газ фосген, образующийся при контакте содержимого огнетушителя с горячей поверхностью.

Можно ли отравиться дымом, сидя у костра? Оказывается, дым от костра столь же губителен для организма, как дым сигарет. При вынужденном приготовлении пищи на костре в организм ежедневно поступает количество смол, равноценное выкуриванию 2 пачек сигарет. Дети и беременные женщины наиболее подвержены отравлению дымом от костра. Они страдают хроническими заболеваниями дыхательной системы, больными рождаются младенцы. От дыма развивается катаракта.

При сжигании мусора, опавших листьев также таится опасность: в мусор попадают пластиковые бутылки, трава с придорожным загрязнением соляркой, бензином и так далее.

Особую опасность представляют отравления дымом от горения пластика, поролона, резины, красок и лаков, фанеры — образующиеся при этом фосген и диоксин, вызывают злокачественные заболевания, а цианиды способствуют развитию сильнейших аллергических реакций.

В сырую погоду токсические вещества соединяются с водяными парами, зависают в воздухе, оседают на слизистой дыхательных путей.

Отравление дымом от сгоревших в кастрюле мяса или рыбы даёт образующаяся смесь угарного газа (CO) и углекислого газа (CO2). Часто жертвами становятся дети, родители которых забывают об оставшейся на плите кастрюле и уходят из дома, или любители «зелёного змия».

Симптомы отравления дымом

Основными признаками отравления дымом являются:

При отравлении дымом симптомы могут появиться спустя несколько часов, но тяжесть может нарастать очень быстро, представляя опасность для жизни.

Раздражающие газы вызывают жгучего характера боли в глотке и грудной клетке, упорный кашель. В течение суток появляется синюшный оттенок кожи, развивается одышка с последующим отёком лёгких.

При тяжёлой степени отравления дыхание частое и поверхностное, появляются судороги, развивается дыхательная и сердечно-сосудистая недостаточность. Может быть, непроизвольное мочеиспускание. Смерть наступает от остановки дыхания и сердца.

При массивных лесных пожарах в близлежащих населённых пунктах многих людей разных возрастов могут беспокоить недомогание, плохое общее самочувствие, нарушения со стороны сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

Первая помощь при отравлении дымом

Жизнь пострадавшего часто зависит от оказанной ему помощи. Что же нужно делать при отравлении дымом? Для начала надо вызвать «скорую помощь» или обратиться в близлежащее лечебное учреждение. До приезда специалистов надо начать оказание первой помощи.

Первая помощь при отравлении дымом включает следующие мероприятия.

Лечение после отравления дымом

Вопрос о дальнейшем лечении решит врач после осмотра. После госпитализации пациенту обеспечивают длительное дыхание кислородом, который вытесняет углекислый газ из соединения его с гемоглобином. В течение трёх часов устанавливают режим гипервентиляции — концентрация кислорода во вдыхаемом воздухе составляет около 80%, а затем её снижают до 50%. В особо тяжёлых случаях лечение проводят в барокамере с повышенным давлением кислорода.

Проводится симптоматическое лечение в зависимости от тяжести состояния. Если есть показания, то используются:

В качестве итога можно сделать следующие выводы — дымом можно отравиться при различных ситуациях: при пожаре в помещении или в лесу, от костра при сжигании мусора или во время приготовления пищи из-за сгорания пищевых продуктов в кастрюле. Особую опасность представляет дым от сгорания пластика. Симптомами отравления являются слабость, покраснение лица, одышка, учащение пульса, головная боль. При проявлениях отравления следует оказать первую помощь, а в тяжёлых случаях следует обратиться за медицинской помощью.

Читайте также:

Влияние кофе на печень

Влияние пчелиного подмора на поджелудочную железу

Влияние пива на поджелудочную железу

Влияние алкоголя на печень и поджелудочную железу

Влияние антибиотиков на поджелудочную железу

Источник

Задымление от пожаров

Условия тушения пожара в большинстве случаев одинаковые. Любое здание строится по технологии с использованием одних и тех же материалов. Однако, на производствах операция усложняется техническими решениями и разно-образием производственных процессов.

Помещения могут содержать минеральные волокна, стекловату, полиуретановые или полистирольные поверхности, целлюлозные материалы, а также горючие жидкости. Вдыхание дыма, образующегося при возгорании химических веществ, оказывает губительное воздействие на все системы организма.

Что собой представляет дым при пожаре

Каждый спасатель должен знать, что дым от возгорания – «аэрозоль», т. е. взвесь частиц (твердых, жидких) в газообразной среде. На основании этого утверждения делаются выводы о физических свойствах данной субстанции.

Дым опасен прежде всего наличием смертельных для организма ядов. К ним относят оксиды углерода и азота, сероводород, углекислоту, формаль-дегиды, акролеины. Довольно часто пожары сопровождаются выделением угарного газа и синильной кислоты.

Таким образом, дым от пожара – смесь частиц, образующихся в результате горения материалов и веществ. И то, как именно он повлияет на человека, зависит от очага возгорания и распространения огня. На начальных этапах горения всегда есть шанс спасти людей, получивших некритическую дозу яда.

Характеристики

Любые задымления от пожаров характеризуют по цвету дыма, что делает возможным распознание горящих материалов. Согласно ГОСТ Р 54081-2010, оптические методы разведки («на глаз») используются так же эффективно, как и последующий анализ состава продуктов горения.

С течением времени свойства дыма изменяются, что говорит об изменении пожарной обстановки (знак для руководителя тушения возгорания о смене стратегии).

Основные характеристики дыма приводятся в таблице.

Молочные и разноцветные (нетипичные) оттенки дыма говорят о повышенной опасности ядов, которые проникают в организм как через дыхательные пути, так и кожу. Токсикологическое действие дыма в условиях города рассмотрено известным американским медиком Хейки Саволайнен (статья).

Состав

Дым по химическому составу представляет собой смесь разнообразных газов. С учетом того, что воздух состоит из азота (78%) и кислорода (21%), на начальных этапах горения их концентрация будет существенно снижаться.

Увеличивается объем окисей за счет выделения в процессе горения углекислого газа. Химическая формула дыма в конечном счете будет зависеть от концентрации газов и продуктов горения, а также их соотношения.

На заметку. Современные дымоизвещатели позволяют анализировать источник горения на расстоянии и в режиме онлайн без ложных срабатываний. Это возможно благодаря оптическим системам открытого типа. О том, что это такое, разъясняется в статье.

Влияние дыма на организм человека

Дым и смог небезопасны даже в условиях лесных пожаров на открытых местностях. Яды, выделяемые в процессе горения, оказывают токсичное (смертельное) действие на все органы человека.

Несмотря на то что восстановить состояние до нормы удается в течение первых суток, выводить системные яды приходится несколько дней или даже недель. Иногда требуется пройти полное клиническое обследование, например, при хронических болезнях легких, сердца и печени.

Ситуация усложняется тем, что когда человек сталкивается с удушающими газами, он непременно открывает окна, чтобы почувствовать себя лучше. Однако, такая тактика недальновидна. Тело, испытывающее кислородное голодание (неполное обогащение крови), еще может трезво соображать и действовать рефлекторно.

Кожный покров и слизистые оболочки

Оксид углерода (угарный газ) выделяется при пожарах в больших объемах, причем вне зависимости от того, какой материал горит – дерево, нефтепродукты или ткань. Он сам себя воспроизводит, когда огонь достигает нетронутого участка квартиры. Все дело в меньшей температуре объекта по сравнению с газовым облаком пламени.

Углекислый газ раздражает носоглотку (кашель, першение) и блокирует тканевое дыхание, так как связывается с гемоглобином. Человек начинает вдыхать воздух ртом, что приводит к еще большим последствиям. Длительное нахождение в помещении, заполненном оксидом, заканчивается летально.

Лесные пожары в еще большей степени разрушают слизистую – концентрированный газ при сжигании смол вызывает остановку сердца и печеночную недостаточность.

В основном дым действует на кожные покровы незаметно для человека. Может появиться жжение или чесотка. При вдыхании паров наиболее часто случаются небольшие ожоги носоглотки, воспаления глаз.

Однако, при наличии опасных для жизни ядов ситуация прямо противоположная – появляется сильная резь в глазах, временная слепота, отек носа и горла. Индивидуальная непереносимость приводит к обострению аллергии, развитию хронической астмы.

Важно. Раздражающее действие вызывают сернистый газ, пары органических соединений (деготь), муравьиная и уксусная кислота, формальдегиды.

Органы и функция дыхания

Кровь разносит токсичные соединения по всему организму, появляются боли не только в груди, но и в мышцах. Поэтому пострадавшим делают комплекс процедур – сердечно-легочную реанимацию и инъекционные процедуры.

Первые симптомы отравления дымом проявляются в виде учащения дыхания и жжения в горле. Объема воздуха, вдыхаемого через нос, становится недостаточно.

Далее проявляется больший отек носоглотки, возникает приступ удушья, который доходит до полуобморочной стадии. После потери сознания дыхание осуществляется самопроизвольно. Без защитной повязки человек не продержится и 5 минут, даже если очаг возгорания находится на нижнем этаже или в подвале.

Важно. Парализующее дыхание действие вызывают сернистый газ, аммиачные и хлористые соединения, фосген, оксид азота, мышьяковый водород (появляется спустя 2–10 ч), сероводород и синильная кислота.

Многие из веществ становятся причиной бронхитов, ларингитов, отека легких, застоя крови в альвеолах. Что делать если надышался дымом при пожаре?

Кровь

Дым разрушает часть красных кровяных телец, за счет чего кислородный обмен замедляется. Изменяется и состав плазмы. Развивается малокровие, давление резко снижается. В качестве веществ, парализующих функцию эритроцитов, называют бензольные соединения (ксилол, нитриты, толуол), оксид углерода, свинец и «смертельные» яды.

Нервная система

Дым воздействует на нервную систему избирательно и только в случае присутствия в газах нервно-паралитических (психотропных) или отравляющих веществ.

Действия химических соединений при попадании в организм различаются – одни притупляют сознание (сонливость, головокружение, боль, «сладкая» смерть), другие стимулируют.

Важно. Паралич нервных связей мозга и тела вызывают метил, фенол, сероуглерод, тетраэтилсвинец, хлор, сероводород, фосфор и его соединения, фосген, табун, зарин, зоман и т. д. Эти вещества наносят наибольший вред здоровью (вероятный летальный исход).

Что такое смог

Чем опасен пожар на ТЭЦ и других заводах? Под смогом от пожара подразумевают едкий туман, насыщенный продуктами горения, дымом и ультрадисперсными частицами, вызывающими патологии органов дыхания. Многие специалисты относят это явление в категорию экологических катастроф.

Причиной их образования становятся крупные пожарища, охватывающие территории в несколько сотен или тысяч м2. Иногда дымка от пожара образуется после катастроф на заводах, ТЭЦ, АЭС, крупных перерабатывающих предприятиях. Солнечный свет еще больше усугубляет ситуацию. Над территорией образуется парниковый эффект. А безветренная погода провоцирует отравление угарным газом.

Выделяют различные виды смога – от лесных и торфяных пожаров, сжигания мусора, горения промышленных материалов (уголь, топливо, выхлопные газы). По другой классификации дымка бывает серной (влажной), фотохимической (сухой белой), вулканической и ледяной.

Важно. При наличии смога помещение закрывают от доступа воздуха, особенно утром и вечером. Непрогретый газ конденсирует влагу, в которой растворяются токсины. Например, серный ангидрид становится серной кислотой.

Мониторинг задымления

Дистанционный мониторинг пожаров возможен благодаря тепловому и химическому анализу, в том числе посредством оптики и другой техники. Результатом исследова-ния служит карта дыма от пожаров. Ее просматривают в режиме статической картинки или из космоса со специального спутника.

В первом случае данные организуются в виде карты (физической, административной) с нанесением точек – очагов пожара. Во втором случае фото или видео отражается с высоты. На экране можно рассмотреть любую задымленность и облака.

Но это только в том случае, если спутник наблюдает за территорией в режиме реального времени, а не просто высылает статичную графику сомнительной давности. Так осуществляется дистанционный космический мониторинг.

Если говорить о самых доступных способах контроля задымлений, то их существует всего три.

Ресурсы для мониторинга задымлений:

На заметку. Как пользоваться сайтами – подробно описывается в Приложении. О том, какими еще бывают способы отслеживания дыма, читайте в монографиях.

Для предупреждения нежелательных последствий специалисты изучают свойства дыма, а также ведут мониторинг через спутниковые системы, что говорит о важности задачи для государства и общества в целом.

Источник

Опасность задымления при пожаре в высоких помещениях

G.D. Lougheed, ASHRAE (Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха)

G.V. Hadjisophocleus , ASHRAE (Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха)

В жилых, административных и торговых зданиях атриумы становятся все более популярными, поскольку это помещения привлекательного вида с естественным освещением и контролируемым микроклиматом. Однако атриумы ставят проблемы перед инженерами по пожарной безопасности по причине своей высоты и отсутствия междуэтажных разграничений, которые в обычных зданиях препятствуют распространению пожара от источника возгорания в другие зоны. Это касается и эвакуации людей из атриумов, так как пути эвакуации попадают в зону задымления.

В настоящей статье приводится краткий обзор средств дымоудаления из атриумов. Кроме того, имеется информация о последних исследованиях, относящихся к проектированию систем дымоудаления из высоких помещений.

Опасность задымления

Большинство людей, ставших жертвами пожаров, погибли не от ожогов, а оттого что задохнулись в дыму. В технике дымоудаления принято определение дыма как смеси продуктов сгорания, включающих газы и частицы твердых тел и жидкостей, с воздухом, проникающим извне [1]. Опасность, возникающая при задымлении зданий, состоит в следующем:

• Пониженный уровень кислорода, вызванный процессом горения, который может стать причиной асфиксии.

• Высокая температура продуктов сгорания, что опасно как для людей, находящихся в дыму, так и для тех, кто подвергается тепловому облучению от этой среды.

• Ухудшение видимости, что затрудняет эвакуацию людей и работу пожарных.

Ухудшение видимости является главной опасностью, которую следует учитывать при проектировании дымоудаления, особенно для обитателей тех помещений, которые не находятся непосредственно в зоне возгорания. В литературе по пожаротушению приведен диапазон допустимых уровней видимости [7]. Для людей, знакомых с планировкой здания и знающих путь к спасению, допустимый уровень видимости составляет 3–5 м, а для тех, кто плохо ориентируется, уровень видимости должен быть не менее 25 м.

Воздействие остальных источников опасности (токсичных газов, высокой температуры, пониженного уровня кислорода) существенно для тех людей, которые находятся близко к очагу пожара или в облаке дыма. Развернутое обсуждение вредного воздействия дыма, включая токсичные газы и предельно допустимые уровни для оценки вероятности наступления смертельного исхода или нетрудоспособности, приведено в [8].

Защита атриумов от задымления

Когда дым от пожара, возникшего в атриуме или в смежном с ним помещении, распространяется в другие помещения здания, возникает угроза для безопасной эвакуации людей. Эта угроза должна в первую очередь приниматься во внимание при проектировании системы дымоудаления. Противопожарные мероприятия должны ограничивать возникновение дыма и его распространение, обеспечивать надежный способ дымоудаления.

Различные подходы, применяемые по отдельности или в сочетании, способны ограничить вредное воздействие дыма на людей, снижая его выделение или изменяя направление его движения, что смягчает вредный эффект. Снижение уровня выделения дыма может быть достигнуто путем установки автоматических спринклерных головок и ограничением использования горючих материалов в здании или в конструкции пола атриума.

В дополнение к спринклерной системе используются методы пассивной защиты от задымления, которые сводятся к ограничению распространения дыма. Например, пути пожарной эвакуации могут быть отделены от атриума огнезащитными или дымозащитными ограждениями, что уменьшает опасность для людей при пожаре.

Инженерные средства дымоудаления

Дымоудаление может осуществляться путем вытяжки дыма из атриума как с помощью зенитных проемов, так и путем устройства системы вытяжной вентиляции, что позволяет снизить концентрацию дыма в верхней зоне и ограничить его распространение в другие (смежные) помещения. Проектирование системы дымоудаления для атриумов основано на принципе многозональной модели. При пожаре высокотемпературные продукты сгорания образуют восходящую струю. Попутное подмешивание окружающего воздуха к струе увеличивает ее объем и массу. Под потолком помещения формируется стратифицированный слой дыма. По мере накопления

дыма толщина слоя увеличивается, его нижняя граница опускается, и, в конце концов, дым может полностью «затопить» атриум. Восходящая дымовая струя, слой дыма под потолком и окружающий более холодный воздух, не вовлеченный в струю, образуют три отдельные зоны в объеме атриума (рис. 1). Инженерный расчет основывается на балансовых уравнениях массообмена и энергообмена между зонами.

На основе экспериментальных данных была разработана система уравнений, позволяющая оценивать свойства дымовой струи, толщину дымового слоя под потолком, усредненные характеристики слоя: температуру, концентрацию газов, оптическую прозрачность. На этих эмпирических зависимостях основывается методика расчета системы дымоудаления, приведенная в руководствах по проектированию [1, 2, 9].

Влияние поддува

Задача системы механического дымоудаления состоит в том, чтобы поддерживать нижнюю границу дымового слоя выше некоторого заданного уровня – выше путей эвакуации или самых верхних коммуникационных проемов с соседними помещениями. Для атриумов, когда пространство между потолком и допустимой нижней границей дымового слоя минимально, поддув воздуха в верхнюю зону может повлиять на эффективность механической системы дымоудаления.

Наиболее распространенный подход к проектированию системы дымоудаления для атриумов основан на статической модели пожара (табл. 1), т. е. тепло- и дымовыделения от пожара считаются постоянными. Предполагается, что система дымоудаления, эффективная при расчетных условиях устойчивого пожара, окажется эффективной и в период, когда разгорается огонь. Статическая модель пожара описывается несложными алгебраическими уравнениями, с помощью которых легко определить параметры потока дыма, включая массовый расход в восходящей струе и соответствующую производительность системы дымоудаления, требуемую для обеспечения заданного минимального уровня задымления верхней зоны.

Явление поддува заключается в том, что чистый воздух из-под дымового слоя вовлекается в зону всасывания вытяжного вентилятора. При этом уменьшается эффективность дымоудаления и может возникнуть скопление дыма на периферии верхней зоны, в местах пребывания людей (рис. 2).

Удаление дыма из атриума

Явление поддува в системе дымоудаления

В недавно завершенном проекте, финансируемом ASHRAE (RP-899) для изучения указанного явления, Национальный Комитет по научным исследованиям (США) использовал метод физического моделирования в сочетании с CFD-моделью [10, 11, 12]. При этом были разработаны критерии для определения допустимой величины слоя дыма под вытяжными отверстиями и расстояния между отверстиями [13].

Для уменьшения эффекта поддува рекомендуется использовать систему механического дымоудаления с несколькими вытяжными отверстиями. При этом максимальный массовый (объемный) расход удаляемого через отверстия воздуха лимитируется заданной глубиной слоя дыма в верхней зоне. Один из возможных способов определения расхода через вытяжные отверстия используется в Великобритании для систем дымоудаления с естественным побуждением [14]. Расчетный массовый расход в вытяжном отверстии определяется по формуле

(1)

m_max – максимальный массовый расход в вытяжном отверстии без поддува, кг/с;

T_s – абсолютная температура в дымовом слое, К;

T_o – абсолютная температура окружающего воздуха, К;

d – глубина слоя дыма под вытяжными отверстиями, м;

b – коэффициент, характеризующий расположение вытяжных отверстий (безразмерный);

Согласно ограниченным данным, приведенным в публикации, рекомендуется принимать значение b=2,0 для вытяжных отверстий, расположенных на потолке вблизи стен или на стенах вблизи потолка, b=2,8 для вытяжных отверстий, расположенных на потолке вдали от стен.

Влияние отражения струи дыма от потолка

Наряду с эффектом поддува возникает явление отражения струи дыма, «натекающей» на потолок, что также сказывается на эффективности системы механического дымоудаления. Нормативом NFPA 92B (2000) предлагается задавать расчетную глубину слоя дыма под потолком таким образом, чтобы включить зону распространения отраженной струи. В соответствии с этим рекомендуется принимать минимальную толщину слоя дыма равной 10–20% высоты помещения.

Исследования, проведенные в рамках проекта RP-899, показали, что использование нескольких

вытяжных отверстий позволяет свести к минимуму эффект поддува и уменьшить расчетную величину глубины слоя дыма под потолком. Данные, полученные при физическом моделировании и на CFD-модели, показали, что существует минимум глубины указанного слоя дыма. Как следует из полученных данных, минимальное значение глубины дымового слоя составляет примерно 10% высоты атриума.

Свойства дыма

Дым оказывает вредное воздействие на людей во время эвакуации. Как было показано выше, опасность при задымлении возникает в связи с повышенной температурой, выделением токсичных газов, ухудшением видимости. Известны различные методы определения интенсивности дымления, высоты дымового облака, концентрации газов, температуры и оптической плотности (ухудшения видимости). Эти методы включают расчеты по алгебраическим уравнениям, приведенным в справочнике NFPA 92B (2000), физическое и компьютерное моделирование.

Для высоких атриумов объем задымления в значительной мере определяется подсасыванием окружающего воздуха к дымовой струе. В результате дымовой слой, формирующийся под потолком в зоне действия вытяжной системы, оказывается «разбавленным», что снижает его потенциальную опасность.

Распределение экспериментальных и расчетных точек при исследовании концентрации CO₂

Распределение экспериментальных точек и данных CFD-модели по концентрации CO₂ в дымовом слое

Отражение дымовой струи от потолка и эффект поддува могут также оказывать влияние на глубину дымового слоя. Однако для высоких атриумов существенным является вопрос – представляет ли опасность проникновение дыма в смежные помещения.

Концентрация газовых составляющих в дымовом слое при пожаре в атриуме может быть определена с использованием алгебраического уравнения, приведенного в NFPA 92B (2000) [1]. Уравнение имеет следующий вид:

(2)

Yi – массовая доля i-компонента в задымлении, кг i/кг дыма;

fi – коэффициент, учитывающий долю i-компонента в горючих материалах, кг i/кг «топлива»;

Q – суммарное тепловыделение, кВт;

V – объемная производительность вытяжной системы, м 3 /с;

r ₀ – плотность окружающего воздуха, кг/м 3 ;

X a – коэффициент полноты сгорания, максимальное значение 1;

D Hc – удельная теплота полного сгорания, кДж/кг.

В физической модели, где для имитации пожара использовались пропановые горелки [15], единственным исследуемым продуктом сгорания был углекислый газ (CO2). На рис. 3 показано сравнение измеренной концентрации CO2 и рассчитанной по уравнению (2). Расчетная концентрация CO2 оказалась выше измеренной в дымовом слое. Это дает основание предположить, что алгебраическое уравнение можно использовать для осторожных оценок концентрации дымовых газов.

Усредненная концентрация CO2 в дымовом слое определялась также с использованием CFD-модели. Результаты сравнения этих расчетов и измерений приведены на рис. 4. В рассмотренном диапазоне значений совпадение результатов можно считать удовлетворительным.

Сравнение расчетных и экспериментальных данных по задымлению ограничивалось только CO2. Однако этот подход может быть распространен и на другие газовые составляющие продуктов сгорания, например, CO. Результаты проведенных исследований показывают, что для определения концентрации газовых компонентов в продуктах сгорания можно использовать алгебраические уравнения и CFD-модели.

В справочнике NFPA 92B (2000) приводится также алгебраическое уравнение для оценки оптической плотности (видимости) в слое задымления во время работы системы вентиляции:

(3)

D – оптическая плотность дыма, OD/м;

Dm – массовая оптическая плотность, м 2 /кг;

Q – суммарное тепловыделение, кВт;

V – объемная производительность вытяжной системы, м 3 /с;

X a – коэффициент полноты сгорания, максимальное значение 1;

D Hc – удельная теплота полного сгорания, кДж/кг.

Так как газовые горелки, использованные в экспериментальных исследованиях [15], почти не выделяют дыма, замеры оптической плотности не проводились. По этой причине не представляется возможным сопоставить расчетные и экспериментальные данные. Однако, поскольку ухудшение видимости в дымовом слое является тем фактором опасности, который первым достигает критического значения [16], иллюстративная оценка оптической плотности все же была выполнена.

Параметр «массовая оптическая плотность» в уравнении (3) зависит от состава горючих материалов, режима горения, условий вентиляции и в зависимости от этих факторов может изменяться в широких пределах [16, 17]. Оптическая плотность дыма для двух вариантов состава горючих материалов показана на рис. 5. Значения массовой оптической плотности для целлюлозных материалов и смеси углеводородов и целлюлозы взяты по данным [17] и NFPA 92B (1995) [18] соответственно.

Расчетные значения оптической плотности дыма

На рис. 5 построена кривая оптической плотности в зависимости от тепловыделений, отнесенных к объемному расходу вытяжки (Q/V). Малые значения Q/V типичны для высоких атриумов с образованием слоя дыма под потолком. В этом случае дым в значительной мере разбавлен за счет подсосов воздуха к восходящей струе, что снижает оптическую плотность. Для высоких атриумов, где допустимая глубина дымового слоя обеспечивается большой производительностью вытяжной вентиляции, оптические параметры задымления будут в пределах безопасного уровня, обычно рекомендуемого в соответствующей литературе.

Выводы

Основы проектирования систем дымоудаления для атриумов изложены в справочных руководствах [1, 2]. При проектировании систем механического дымоудаления с ограничением глубины дымового слоя под потолком следует учитывать влияние эффектов поддува и отражения дымовой струи для гарантированного предотвращения задымления зон с пребыванием людей. Кроме того, для определения параметров задымленной области (температуры, оптической плотности, концентрации токсичных веществ) можно пользоваться алгебраическими уравнениями, приведенными в NFPA 92B (2000). В высоких атриумах при условии использования высокопроизводительной системы дымоудаления концентрация вредностей и видимость в слое задымления верхней зоны останутся в пределах допустимого уровня.

Литература

1. NFPA 92B. Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Areas. Национальная ассоциация пожарной безопасности. Куинси, 2000.

2. Klote J. K., Milke J. A. Design of Smoke Management Systems. ASHRAE. Атланта, 1992.

3. Webb W. Системы дымоудаления – работают ли они? Fire Protection Engineering, летний выпуск, 2000.

4. Evans D. Уникальный метод проектирования дымоудаления. Fire Protection Engineering, летний выпуск. 2000.

5. Milke J. Использование моделей в проектировании систем дымоудаления. Fire Protection Engineering, летний выпуск, 2000.

6. Klote J. H. Обзор систем дымоудаления атриумов. Fire Protection Engineering, летний выпуск, 2000.

7. Tamura G. T. Smoke Movement and Control in High Rise Buildings. Национальная ассоциация пожарной безопасности. Куинси, 1994.

8. Purser D. Toxicity Assessment of Combustion Products. Справочник SFPE по пожарной безопасности. Национальная ассоциация пожарной безопасности. Куинси, 1995.

9. Morgan H. P. и др. Design methodologies for smoke and heat exhaust ventilation. BRE 368, Construction Research Communication Ltd, Лондон, 1999.

10. Lougheed G. D., Hadjisophocleus G. V. Исследования эффективности механических систем дымоудаления атриумов. ASHRAE Transactions Volume 103(2): 519–533. 1997.

11. Hadjisophocleus G. V., Lougheed G. D., Cao S. Численный анализ эффективности систем дымоудаления атриумов. ASHRAE Transactions Volume 105(1): 699–715. 1999.

12. Lougheed G. D. и др. Исследование систем дымоудаления атриумов на крупномасштабных физических моделях. ASHRAE Transactions Volume 105(1): 676–698. 1999.

13. Klote J. H. Новые разработки для систем дымоудаления атриумов. ASHRAE Transactions Volume 106(1). 2000.

14. CIBSE. ТМ19:1995. Relationships for smoke control calculations. Институт инженерного оборудования зданий. Лондон, 1995.

15. Lougheed G. D., Hadjisophocle-

us G. V. Опасность задымления при пожаре в высоких помещениях. ASHRAE Transactions Volume 107. 2001.

16. Milke J. Оценка первых исследований опасности задымления при пожаре в помещениях большого размера. ASHRAE Transactions Volume 106(1). 2000.

17. Tewarson A. Генерация тепла и образование химических соединений в пламени. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Второе издание. Национальная ассоциация пожарной безопасности. Куинси, 1995.

18. NFPA 92B. Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Areas. Национальная ассоциация пожарной безопасности. Куинси, 1995.

19. Klote J. K. Method of predicting Smoke Movement in Atria with Application to Smoke Management. NISTIR 5516. Национальный институт стандартизации и технологии. Геттисберг, 1994.

Перепечатано c сокращениями из журнала ASHRAE.

Переведено с английского О. П. Булычевой.

Источник