РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ нераспространения пожара между зданием и автомобилем

Расчетное обоснование проводится на основании требований:

ч. 2 ст. 69 Федерального закона от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»;

ч. 6 ст. 15 Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Способ обоснования противопожарных расстояний в соответствии с ч. 6 ст. 15 Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ – моделирование сценария возникновения опасных процессов и явлений, а именно: моделирование пожара при наиболее неблагоприятных погодных условиях (теплый период года, штиль).

Цель проведения расчетного обоснования – провести моделирование пожара между зданиями (объектами) и оценить условия нераспространения пожара на соседнее здание (объект).

Критерии оценки условий нераспространения пожара – пожар считается нераспространяющим горение на здание, если одновременно выполняются следующие условия:

- падающий тепловой поток от пожара на окна здания или иные конструкции из горючих материалов не превышает величину критической плотности падающих тепловых потоков (не происходит воспламенение горючих элементов оконных блоков);

- падающий тепловой поток, проходящий через открытые окна здания, не превышает величину критической плотности падающих тепловых потоков (не происходит воспламенение тканевых материалов оконных занавесей).

Область применения расчетного обоснования:

Настоящее расчетное обоснование распространяется на противопожарные разрывы между проектируемым жилым домом и существующей трансформаторной подстанцией, между проектируемым жилым домом и проектируемой открытой автомобильной парковкой на прилегающей к дому территории по адресу: г. Ливны, ул. К. Маркса, 147. Результаты, приведенные в расчетном обосновании, действительны для рассматриваемого объекта защиты и не могут быть распространены на другие объекты защиты.

Для расчета использовалась полевой метод моделирования динамики развития ОФП при пожаре.

Полевая модель реализуется программой Национального института стандартов и технологий США NIST: FDS 6.6 и графический интерфейс к ней PyroSim 2019.

FDS (Fire Dynamic Simulator) реализует вычислительную гидродинамическую модель (CFD) тепломассопереноса при горении. FDS численно решает уравнения Навье-Стокса для низкоскоростных температурно-зависимых потоков, особое внимание уделяется распространению дыма и теплопередаче при пожаре. Модель представляет собой систему уравнений в частных производных, включающую уравнение сохранения массы, момента и энергии, и решается на трехмерной регулярной сетке. Тепловое излучение рассчитывается методом конечных объемов на этой же сетке. Для моделирования движения дыма, спринклеров и распыла топлива используются лагранжевы частицы.

Основной целью FDS на протяжении своего развития было решение прикладных задач пожаробезопасности и в тоже время обеспечение инструментом для изучения фундаментальных процессов при пожаре.

Математическая модель FDS базируется на использовании дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих пространственно-временное распределение температуры и скоростей газовой среды в помещении, концентраций компонентов газовой среды (кислорода, продуктов горения и т.д.), давлений и плотностей.

При использовании LES в качестве модели сгорания обычно используется модель доли в смеси (mixture fraction). «Доля в смеси» в данном смысле - скалярная величина, представляющая массовую долю одного или более компонентов газа в данной точке потока. По умолчанию рассчитываются два компонента смеси: массовая доля несгоревшего топлива и массовая доля сгоревшего топлива (т.е. продуктов сгорания).

Лучистый теплообмен включен в модель посредством решения уравнения переноса излучения для серого газа и, для некоторых ограниченных случаев, с использованием широкодиапазонной модели. Уравнение решается с помощью метода аналогичного методу конечных объемов для конвективного переноса, соответственно отсюда и название «метод конечных объемов» (FVM). Коэффициенты поглощения сажей и дымом вычислены с помощью узкополосной модели RADCAL. Капли жидкости могут поглощать и рассеивать тепловое излучение. Это крайне важно при использовании распыляющих спринклеров, но имеет значение и для других спринклеров. Коэффициенты поглощения и рассеивания основаны на теории Ми.

Подробнее о математической модели FDS можно прочитать в Техническом руководстве [3].

Модель FDS подверглась подробным оценочным исследованиям, проводимыми специалистами Национального института стандартов и технологий США (NIST) и других организаций. Подробнее о валидации FDS можно прочитать в валидационном руководстве [5].

Рассматривается возникновение пожара в передней части автомобиля, припаркованного на автомобильной парковке возле жилого дома. Размеры очага пожара приняты равными 1,375х0,75 м (моторный отсек).

Согласно экспериментальным данным, пиковое значение тепловой мощности очага пожара при пожаре автомобиля, равное 1,5-8,5 МВт достигается через 20-40 мин.

Значения пиковой мощности очага пожара в автомобилях [9]

Тепловая мощность очага пожара при горении одного и двух автомобилей [8].

Параметры реакции горения приняты по типовой пожарной нагрузке «Автомобиль» согласно Пособию по расчету пожарного риска в общественных зданиях [7].

С запасом безопасности принимается, что пиковая тепловая мощность очага пожара, равная 6 МВт, растущая по параболическому закону, достигнет своего значения через 10 мин (600 с) и будет постоянной до окончания расчета (900 с, или 15 мин). Горение происходит сосредоточенно из очага пожара площадью около 1 м.кв., расположенного в ближайшей к жилому дому части автомобиля (моторный отсек).

Принимается, что в расчетный период времени количество нагрузки достаточно, и выгорание нагрузки не снижает мощность пожара. Также принимается, что горение происходит при достаточном количестве кислорода.

В качестве критериев распространения пожара на здание жилого дома приняты следующие:

- достижение температуры на внешнем остекленном фасаде не менее 250 гр. (температура воспламенения большинства горючих органических материалов, применяемых в жилье [10, 12]);

- достижение падающего теплового потока значения в 7,5 кВт/м.кв., при котором возможно воспламенение хлопкового волокна, используемого для занавесей в оконных проемах жилого дома [13].

В модель включено окружающее жилой дом пространство, в том числе автомобильная парковка, с размещенными на ней автомобилями, а также часть фасада жилого дома.

Время моделирования принято 900 сек (600 сек – время прибытия пожарных подразделений в городе, 300 сек – время боевого развертывания).

Размеры моделируемой части окружающего пространства 12,375х7,5х7,5 метров. Внешний вид модели приведен на рисунках ниже.

Общий вид модели.

Трехмерная симуляция условного пожара из программы Smokeview.

Анализ результатов моделирования пожара по Сценарию №2 показал, что опасные факторы пожара, принятые в качестве критериев, не превысили своих критических значений, при которых на облучаемом объекте возможно воспламенение пожарной нагрузки (горючие материалы в оконном проеме жилого дома).

За расчетное время (900 сек), наибольшее значение температуры в оконном проеме не превысило 90 гр. (критическое значение 250 гр.), а падающий тепловой поток не превысил 4 кВт/м.кв. (критическое значение 7,5 кВт/м.кв.).

Таким образом, расчет показал, что распространения пламени между проектируемым зданием жилого дома и автомобильной парковкой при рассмотренных условиях не произойдет.

1. Федеральный закон от 30.06.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

2. Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

3. NIST Special Publication 1018-1. Fire Dynamics Simulator. Technical Reference Guide. Volume 1: Mathematical Model - NIST, 2016.

4. NIST Special Publication 1018-2. Fire Dynamics Simulator. Technical Reference Guide. Volume 2: Verification. - NIST, 2008. 

5. NIST Special Publication 1018-3. Fire Dynamics Simulator. Technical Reference Guide. Volume 3: Validation. - NIST, 2008.

6. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учебное пособие. – М.: Академия ГПС МВД России, 2000. – 118с.

7. Пособие по применению «Методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различного класса функциональной пожарной опасности». 2-е изд., испр. и доп. М.: ВНИИПО, 2014 – 226 с.

8. Younggi Park, Jaiyoung Ryu and Hong Sun Ryou. Experimental Study on the Fire-Spreading Characteristics and Heat Release Rates of Burning Vehicles Using a Large-Scale Calorimeter. Energies 2019, 12, 1465.

9. M K Cheong, M Spearpoint, and C M Fleischmann. Using the peak heat release rate to determine the fire risk level of road tunnels. Proc. IMechE Vol. 222 Part O: J. Risk and Reliability. JRR169 IMechE, 2008.

10. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ. изд.: в 2 кн. Кн.1 / А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н. Кравчук и др. – М., Химия, 1990. – 496 с.

11. Wei Sun, Fei You and Ping Li. Fire Hazard Assessment of Typical Flammable Liquid Oils in Wind Turbine Nacelle. The Proceedings of 11th Asia-Oceania Symposium on Fire Science and Technology.

12. Молчадский И.С. Пожар в помещении. – М.: ВНИИПО, 2005. – 456 с.

13. Кошмаров Ю.А., Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. Учебник. — Москва: ВИПТШ МВД СССР, 1987. — 440 с.