Применение полевого моделирования динамики пожара для подтверждения нераспространения пожара между конкретными зданиями

Санкт-Петербургский университет 

ГПС МЧС России  

Доклад старшего научного сотрудника ИЦЭП 

Лобовой Софьи Федоровны

-Противопожарные расстояния между зданиями, сооружениями согласно положениям 

ст. 69 N123-ФЗ должны обеспечивать нераспространение пожара на соседние здания, сооружения (система противопожарной защиты объекта ст. 5, 59 N123-ФЗ )

-Конкретные значения противопожарных расстояний между отдельными объектами защиты содержатся в Приложении к Федеральному закону N123-ФЗ и в нормативных документах по пожарной безопасности, в частности в СП4.13130.2013

- В СП 4.13130.2013 (с Изменением N 1) содержится методика обоснования уменьшения противопожарных расстояний между жилыми и общественными зданиями. Согласно требованиям п. А.1.1 Приложения А СП 4.13130.2013, методика определения безопасных противопожарных расстояний между зданиями предназначена для расчетной оценки возможности сокращения противопожарных расстояний до величины не менее чем 6 м

- Для расстояний менее 6 м (10 м) для оценки огневого воздействия следует использовать метод полевого моделирования с определением локальных плотностей радиационных тепловых потоков при пожаре. При этом должны также учитываться механизмы переноса тепла посредством конвекции и теплопроводности

9-ти этапный метод оценки противопожарного расстояния

- Выбор вероятного сценария пожара, реализующий наихудшие условия с точки зрения теплового воздействия на горючие материалы наружных конструкций зданий;

- Определение скорости тепловыделения и эффективной температуры и излучательной способности пламени;

- Расчёт мощности излучения пламени для соответствующего топлива;

- Расчет высоты пламени;

- Определение коэффициента конфигурации между облучаемым и излучаемым объектами;

- Вычисление падающего лучистый теплового потока;

- Сравнение рассчитанного теплового потока с критическим тепловым потоком для воспламенения горючих материалов облучаемой конструкции;

- Повтор расчет, учитывающего влияние ветра на высоту пламени, на коэффициент конфигурации для пламени и облучаемого объекта с подветренной стороны;

- Если рассчитанный лучистый тепловой поток > порога воспламенения/повреждения горючих материалов, входящих в состав внешних конструкций объектов, и расстояние не может быть увеличено, то оценка возможности использования открытой конструкции с более огнестойким материалом или использование водяного орошения

Программы специального назначения для моделирования пожаров -  программные комплексы SOFIE, Firе Dynamics Simulator (FDS), код Fire3D, СИГМА-ПБ, OpenFoam

Программы общего пользования: PHOENICS/FLAIR, Ansys - FLUENT, KAMELEON FireEx, STAR-CD и др.

Информацию о программах, которые можно использовать для моделирования динамики пожара, также можно найти на сайте:  http://www.firemodelsurvey.com/FieldModels.html. На данном сайте содержится описание программ, используемые модели и цели их использования. 

В частности, программа FDS находится в топе представленных программных продуктов и позиционируется как активно поддерживаемая и развиваемая

Препроцессоры для FDS – PyroSim, Fenix, BlenderFDS, Fogard и др.

Существует ряд проблем, связанных с неопределенностью построения численной модели рассматриваемых объектов, что напрямую оказывает влияние как на получаемые результаты так на их доказательный уровень:

1) Мощность очага пожара, определяемая видом пожарной нагрузки

2) Стадия пожара (начальная, развитая)

3) Время теплового воздействия

4) Организация воздухообмена в помещении

5) Климатические условия (наличие ветра, температура окружающей среды и т.д.)

Для учета всех необходимых требований к оценке нераспространения пожара между объектами защиты с помощью полевого моделирования используется следующий порядок проведения численного эксперимента

В качестве аварийных ситуаций рассматриваются сценарии пожара, при которых реализуются наихудшие условия, определяемые наибольшей мощностью тепловыделения при пожаре и, соответственно, наибольшей интенсивностью теплового воздействия.

Данные условия создаются посредством моделирования развитой стадии пожара, когда принимается, что пожар охватывает все помещения на этаже, либо приниматься охват пламенем всех наружных сторон здания и кровли

Поскольку в расчете рассматриваются наихудшие условия и оценивается максимальный падающий тепловой поток, то время моделирования определяется выходом мощности на стационарный максимальный уровень и задается расчетчиком, без привязки ко времени прибытия пожарных подразделений

Время допускается учитывать, когда есть определенное количество топлива, например, в наружной установке

На примере использования программы PyroSim

Вид территории объекта

Расположение датчиков падающего теплового потока

Максимальные расчетные тепловые потоки сравниваются с допустимыми значениями тепловых потоков для горючих материалов на внешней поверхности конструкций общественного здания и зданий гаража и склада:
-материалы из ПВХ
-металлопластик
-материалы за остеклением

В качестве критического значения теплового потока для материалов конструкций зданий гаража и склада принимается значение равное 8 кВт/м2

Для проведения анализа возможности распространения пожара между объектами, т.е. возможности зажигания горючих материалов падающим тепловым потоком, использовались справочные данные, приведенные в Приложении 4 Методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах, утв. приказом МЧС РФ от 10 июля 2009 г. N 404

Распределение теплового потока на внешней поверхности конструкции здания 

Максимальное значение теплового потока в области расположения горючих материалов на внешней поверхности фасада здания (оконный проем) 

Сравнивая результаты моделирования и справочные данные, видно, что полученные расчетные значения падающего теплового потока на горючие материалы внешних конструкций и материалов за остеклением здания при аварийной ситуации №1 (пожар в гараже и на складе) превышают допустимые значения тепловых потоков. Результаты сравнения для всех аварийных ситуаций представлены в таблице

Подтверждение нераспространения пожара между конкретными зданиями с помощью полевого моделирования - это универсальный инструмент, позволяющий количественно проанализировать эффективность противопожарной преграды в виде противопожарного расстояния между объектами различных классов функциональной пожарной опасности и наружными установками 

Существующие современные программы облегчают проведение данной оценки 

Однако, необходимо помнить об существующей неопределённости в задании начальных, граничных условий.
В каждом конкретном случае необходимо проведения обоснования выбора тех или иных параметров моделирования:
-форма горящей области,
-ветровая нагрузка,
-воздухообмен в помещении очага пожара,
-вид пожарной нагрузки.

Выбор должен быть таким, при котором обеспечивается рассмотрение максимального теплового воздействия при пожарах на всех рассматриваемых объектах