Тепловой режим на пожаре

Возникновение и скорость протекания тепловых процессов зависят от интенсивности тепловыделения в зоне горения, т.е. от теплоты пожара. Количественной характеристикой изменения тепловыделения на пожаре в зависимости от различных условий горения служит температурный режим. Под температурным режимом пожара понимают изменение температуры во времени. Определение температуры пожара как экспериментальным, так и расчетным методами чрезвычайно сложно. Для инженерных расчетов при решении ряда практических задач температуру пожара определяют из уравнения теплового баланса. Баланс тепла на пожаре составляется не только для определения температуры пожара, но и для выявления количественного распределения тепловой энергии. В общем случае тепловой баланс пожара для данного момента времени может быть представлен следующим образом:

Q_п = Q_пг+Q_к+Q_л

где Q_п - тепло, выделяющееся на пожаре, кДж;

Q_пг- тепло, содержащееся в продуктах горения, кДж;

Q_к- тепло, передаваемое из зоны горения конвекцией воздуху, омывающему зону, но не участвующему в горении, кДж;

Q_л– тепло, передаваемое из зоны горения излучением.

Для открытых пожаров установлено, что доля тепла, передаваемого из зоны горения излучением и конвекцией, составляет 40-50% от Q_п. Оставшаяся доля тепла (60-70% от Q_п) идет на нагрев продуктов горения. Таким образом, 60-70% от теоретической температуры горения данного горючего материала дадут приближенное значение температуры пламени. Температура открытых пожаров зависит от теплотворной способности горючих материалов, скорости их выгорания и метеорологических условий. В среднем максимальная температура открытого пожара для горючих газов составляет 1200 - 1350°С, для жидкостей – 1100 - 1300°С и для твердых горючих материалов органического происхождения – 1100 - 1250°С.

При внутреннем пожаре на температуру влияет больше факторов: природа горючего материала, величина пожарной нагрузки и ее расположение, площадь горения, размеры здания (площадь пола, высота помещения и т.д.) и интенсивность газообмена (размеры и расположение проемов). Рассмотрим подробнее влияние перечисленных факторов.

Пожар можно разделить на три характерных периода по изменению температуры: начальный, основной и заключительный.

Начальный период - характеризуется сравнительно невысокой среднеобъемной температурой.

Основной период - в течение его сгорает 70-80 % общей нагрузки горючих материалов. Окончание этого периода происходит, когда среднеобъемная температура достигает наибольшего значения или уменьшается не более чем до 80% от максимального значения.

Заключительный период - характеризуется убыванием температуры вследствие выгорания пожарной нагрузки.

Рис 9.1. Изменение температуры внутреннего пожара во времени: 1 - кривая конкретного пожара; 2 - стандартная кривая

Поскольку скорость роста и абсолютное значение температуры пожара в каждом конкретном случае имеют свои характерные значения и особенности, введено понятие стандартной температурной кривой (рис. 21.2), обобщающей наиболее характерные особенности изменения температуры внутренних пожаров. Стандартная температура описывается уравнением:

t_п^ст = 345 lg(8t+1)

или

t_п^cт = 500t^0,15

На температурный режим внутренних пожаров влияют:

а) Величина пожарной нагрузки.

С увеличением пожарной нагрузки время достижения максимальной температуры возрастает.

б) Влияние природы пожарной нагрузки.

Чем Qнр выше, тем быстрее растет t_п.

в) Влияние интенсивности газообмена t_п =φ(Iг):

Приток воздуха в помещение, где происходит пожар, увеличивает температуру его при неизменной площади пола и величине пожарной нагрузки. При условиях газообмена, близких к открытым пожарам, когда массовая скорость выгорания не зависит от размеров проемов, температура пожара достигает максимума и почти такая же, как и при открытом пожаре.

Интенсивность газообмена определяется, с одной стороны, конструктивными особенностями здания, с другой стороны - размерами самого пожара, которые определяют скорость роста и абсолютное значение массовой скорости выгорания, а следовательно и t_п.

г) Влияние высоты помещения.

В высоких помещениях скорость роста температуры выше, а максимальное значение температуры меньше, чем у помещений малой высоты (Н₁ > Н₂). Это объясняется тем, что в первом случае коэффициент избытка воздуха выше, чем во втором, и потери тепла из зоны горения больше.

Из приведенных данных следует, что по интенсивности газообмена, определяющей скорость роста и максимальное значение температуры пожаров, все помещения можно разделить на две группы:

1) с низкотемпературным режимом пожара, у которого F₁/F_пола<1/12 (НТР);

2) с высокотемпературным режимом пожара, у которого F₁/F_пола>1/12 (ВТР). Здесь процесс горения развивается как на открытых пожарах или близких к ним. Различие температур пожара в помещениях с низкотемпературным и высокотемпературным режимами в среднем составляет 200 - 250 °С.