CC BY
87
ТУШЕНИЕ ПОЖАРОВ
Д. А. Корольченко
канд. техн. наук, заведующий кафедрой Московского государственного строительного университета, г. Москва, Россия
В. Ю. Громовой
аспирант Московского государственного строительного университета, г. Москва, Россия
g
О. О. Ворогушин
ассистент Московского государственного строительного университета, г. Москва, Россия
УДК 614.844.2
ПРИМЕНЕНИЕ ТОНКОРАСПЫЛЕННОЙ ВОДЫ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ В ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЯХ
Проанализирована пожарная опасность высотных зданий. Сопоставлены возможные способы тушения пожара в зависимости от функционального назначения высотного здания. Представлен механизм тушения тонкораспыленной водой (ТРВ). Доказана эффективность применения системы пожаротушения ТРВ.
Ключевые слова: тонкораспыленная вода; водяной туман; подавление горения; пожаротушение; высотные здания; системы тонкораспыленной воды высокого давления; задымление.
В настоящее время согласно Московской комплексной инвестиционной программе "Новое кольцо Москвы" запланировано до 2015 г. построить 60 высотных многофункциональных комплексов, в том числе 100 зданий высотой более 30 этажей.
Высотные здания в силу своей специфики отличаются высокой степенью потенциальной пожарной опасности по сравнению со зданиями нормальной этажности [1]. Для них характерно быстрое развитие пожара по вертикали, а также интенсивное задымление эвакуационных путей, лифтовых шахт, лестничных клеток и особенно верхних этажей. Пожары, возникающие в высотных зданиях, часто приводят к многочисленным человеческим жертвам из-за больших трудностей в обеспечении безопасной эвакуации и проведении спасательных работ. Одной из таких трудностей является возможный выход из строя при пожаре лифтового оборудования и систем противопожарной защиты.
При развитии пожара на верхних этажах большую сложность представляет разведка обстановки на пожаре, спасение людей и подача средств тушения. В связи с этим одна из задач, требующих решения, заключается в выборе системы пожаротушения при проектировании высотных зданий [2].
При выборе для высотного здания спринклерной АУПТ мы сталкиваемся с рядом проблем, которые на практике так и не нашли рационального и экономически обоснованного решения, как то:
• огромный расход воды на внутреннее пожаротушение, который невозможно обеспечить ресурсами городской сети;
• критическое повреждение материальных ценностей в случае запуска системы;
• пролив нижерасположенных этажей с затоплением электрооборудования и нарушением работоспособности систем жизнеобеспечения объекта. Альтернативой традиционной спринклерной
АУПТ является система пожаротушения тонкораспыленной водой (ТРВ).
В общем случае механизм тушения пламени тонкораспыленной водой может быть представлен следующим образом [3]: частицы воды, попадая в высокотемпературную (порядка 800 °С) зону горения, частично испаряются в ней, а некоторая часть капель, минуя зону горения, достигает горящей поверхности и охлаждает ее. При испарении ТРВ в зоне горения образуется пар объемом, в 1640 раз превышающим начальный объем капель. При этом водяной пар (так называемый водяной туман) изменяет соотношение между поступающими с горящей поверхности газообразными продуктами горючего вещества и кислородом воздуха.
Механизм прекращения горения при введении разбавляющих огнетушащих веществ в помещение, в котором происходит пожар, заключается в снижении объемной доли кислорода. При введении раз-
© Корольченко Д. А., Громовой В. Ю., Ворогушин О. О., 2011
бавляющих веществ в помещении повышается давление, происходит вытеснение воздуха и вместе с ним кислорода, увеличивается концентрация негорючих и не поддерживающих горение газов, парциальное давление кислорода падает. Все это приводит к снижению скорости диффузии кислорода к зоне горения, уменьшению количества вступающих в реакцию горючих паров и газов, а также тепла, выделяющегося в зоне реакции. При определенной концентрации разбавляющих огнетушащих веществ в воздухе помещения температура горения снижается до значений ниже температуры потухания, и горение естественно прекращается.
Практика и опыт тушения пожаров показывают, что пламенное горение большинства горючих материалов прекращается при снижении концентрации кислорода в воздухе помещения до 14-16 % об. Для более интенсивного парообразования необходимо, чтобы как можно большая поверхность воды подвергалась нагреву. Для этого требуется раздробить воду на капли очень маленького диаметра, и в результате общая площадь поверхности воды увеличится. Приращение этой площади при уменьшении диаметра капель можно отследить по данным, приведенным на рисунке и в табл. 1.
Вид капель, полученных из обычного оросителя (а) и оросителя ТРВ (б)
Таблица 1. Приращение суммарной площади поверхности капель в зависимости от их размера
Вид капли Размер капли, мм Количество капель в 1 л воды Суммарная площадь поверхности капель, м2
• Капля, полученная из обычной спринклерной установки 1,00 1,9 • 105 0,6
Водяной туман (установка низкого давления) 0,10 1,9 • 109 60
ОД ОД Тонкораспыленная вода (установка высокого давления) 0,01 1,9 • 1012 600
Неиспарившиеся частицы воды достигают поверхности горящего вещества, температура которой равна температуре кипения жидкостей или температуре экзотермического разложения твердых материалов. Попадая на высоконагретую поверхность, частицы воды испаряются, снижая при этом ее температуру и препятствуя поступлению горючего в зону горения. Как известно, вода обладает значительной теплотой испарения, и именно это ее свойство играет основную роль в процессе тушения огня. Вода способна поглощать 0,335 МДж при нагреве 1 л с 20 до 100 °С. При переходе этого объема воды в пар дополнительно будет поглощено еще 2,257 МДж. Таким образом, огнетушащее действие распыленной воды обусловлено следующими эффектами:
• охлаждения зоны химической реакции за счет тепла, поглощаемого при нагреве и парообразовании;
• флегматизации зоны горения парами воды;
• охлаждения горящей поверхности за счет поглощения тепла при взаимодействии воды и поверхностного слоя горящего вещества;
• разделения продуктов испарения (или разложения горючего вещества) и зоны пламени.
В системах автоматического пожаротушения тонкораспыленной водой высокого давления огнету-шащее вещество используется более эффективно, чем в других системах, что позволяет значительно сократить размеры помещений для хранения модулей пожаротушения. Кроме того, за счет малого количества воды, затрачиваемого на тушение, возможный наносимый ущерб от нее будет значительно меньше, чем при использовании других систем. Это позволяет применять системы раннего обнаружения пожара, не опасаясь возможности их ложного срабатывания. Пар, создаваемый системой тушения тонкораспыленной водой, заполняет труднодоступные пространства в отличие от спринклер-ных систем; значительно снижает температуру на защищаемом объекте; уменьшает интенсивность прогрева строительных конструкций, препятствуя тем самым наступлению их предельных состояний по огнестойкости. Системы тушения тонкораспыленной водой имеют более высокие показатели ды-моподавления в сравнении со спринклерными системами и, кроме того, позволяют экранировать тепловой поток от пламени, что в совокупности дает значительное преимущество для эвакуирующихся.
Следует также отметить значительное преимущество систем пожаротушения ТРВ перед газовыми, которое заключается в том, что для введения системы в действие не требуется дожидаться, пока из помещения эвакуируются посетители и персонал. Таким образом, срабатывание системы начинается
Таблица 2. Эффективность применения средств тушения в зависимости от функционального назначения здания (пожарного отсека)
Вид помещений Газовые составы Огнетушащие порошки Газоаэрозольные составы Вода С02 ТРВ
Торговые залы и помещения - - + - ++ - +
Помещения предприятий общественного питания - + + + + - + + +
Офисные помещения + + + + + ++
Библиотеки, архивы -+ -+ + -+ ++
Помещения с электроустановками + + -+ + -+ ++ ++
Гостиничные комплексы - -+ -+ + - ++
Жилые помещения + + -+ -+ + ++ ++
Обозначения:--не тушит; - + — тушение неэффективно; + — тушение возможно; ++ — тушение эффективно.
на ранней стадии развития пожара, что повышает ее надежность и эффективность применения.
Нами было проведено исследование, цель которого — сравнить эффективность применения установок ТРВ и установок с применением других огне-тушащих веществ, схожих по механизму тушения (табл. 2).
Обобщив вышесказанное, можно сделать вывод, что из всех представленных на рынке автоматических систем пожаротушения применение систем ТРВ — наиболее универсальный способ пожаротушения.
В соответствии с современной нормативной базой в России для строящихся высотных зданий предусматривается обязательная разработка специальных технических условий на противопожарную защиту [4, 5]. Кроме того, нормативами регламентируется применение как агрегатных, так и модульных установок ТРВ [6].
Оснащение высотного здания модульными установками пожаротушения тонкораспыленной водой позволит:
а) обеспечить независимость системы пожаротушения от ресурсов городской водопроводной сети;
б) существенно повысить надежность систем автоматического пожаротушения за счет упрощения и уменьшения количества компонентов;
в) значительно снизить стоимость системы за счет исключения дорогостоящих насосных агрегатов и узлов насосной станции;
г) на порядок сократить энергопотребление установок.
Для того чтобы наиболее эффективно с экономической и практической точек зрения использовать полезный ресурс систем тонкораспыленной воды для защиты высотных зданий, необходимы дополнительные исследования, план которых в упрощенном виде можно представить следующим образом:
1. Разработка математической модели тушения пожара мелкодисперсной жидкостью.
2. Проектирование трехмерной модели высотного здания с учетом распределения и характеристик пожарной нагрузки, параметров комплекса противопожарной защиты, на основе разработанной математической модели по средствам программного комплекса FDS (Fire Dynamic Simulator).
3. Подготовка и проведение натурных огневых испытаний установок тонкораспыленной воды для конкретных помещений с использованием результатов компьютерного моделирования.
4. Разработка концепции противопожарной защиты высотных зданий с учетом применения автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой на основе обобщения полученных данных.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Болодьян И. А., Хасанов И. Р., ГомозовА. В. Концептуальный подход к обеспечению пожарной безопасности высотного строительства и формирование противопожарных норм для высотных и многофункциональных комплексов // Современные системы и средства комплексной безопасности и противопожарной защиты объектов строительства : материалы 2-й науч.-практ. конф. — М. : Стройбезопасностъ, 2003. — С. 14-15.
2. Копылов Н. П. Сравнительный анализ противопожарных требований к высотным и многофункциональным зданиям в России и за рубежом // Пожарная безопасность многофункцио-
нальных и высотных зданий и сооружений : материалы XIX науч.-практ. конф. — М. : ВПИИПО, 2005.— С. 31-47.
3. Цариченко С. Г. Проблемы использования тонкораспыленной воды в автоматических установках пожаротушения //Алгоритм безопасности. — 2005. — № 5.
4. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федер. закон № 123-Ф3 от 22.07.2008 : принят Гос. Думой 04.07.2008 : одобр. Советом Федерации 11.07.2008 // Собр. законодательства РФ. — 2008. — №30; Российская газета. — 2008. — № 163.
5. СП2.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты : введ. 01.05.2009 ; утв. приказом МЧС РФ № 172 от 25.03.2009. — М. : ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009.
6. СП 5.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования : введ. 01.05.2009 ; утв. приказом МЧС РФ № 175 от 25.03.2009. — М. : ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009.
Материал поступил в редакцию 15 мая 2011 г. Электронные адреса авторов: da-vip@mail.ru; gromovoyvu@yandex.ru; oo.vorogushin@gmail.com.
Издательство «П0ЖНАУКА»
Представляет книгу
ОГНЕТУШИТЕЛИ.
УСТРОЙСТВО. ВЫБОР. ПРИМЕНЕНИЕ
Д. А. Корольченко, В. Ю. Громовой
В учебном пособии приведены классификация огнетушителей и конструкции основных их типов, средства тушения, используемые для зарядки огнетушителей, виды огнетушителей и правила их применения для ликвидации загораний различных веществ, рекомендации по расчету необходимого количества огнетушителей для разных объектов, по их размещению, хранению и техническому обслуживанию.
Рекомендации, содержащиеся в книге, разработаны на основе современных нормативных документов, регламентирующих конструкцию, условия применения, правила эксплуатации и технического обслуживания огнетушителей.
Учебное пособие рассчитано на широкий круг читателей: инженерно-технических работников предприятий и организаций, ответственных за оснащение объектов огнетушителями, поддержание их в работоспособном состоянии и своевременную перезарядку; преподавателей курсов пожарно-технического минимума и дисциплины "Основы безопасности жизнедеятельности" в средних и высших учебных заведениях; частных лиц, выбирающих огнетушитель для обеспечения безопасности квартиры, дачи или автомобиля.
121352, г. Москва, а/я 43; тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: mail@firepress.ru
