CC BY
56БЕЗОПАСНОСТЬ КРИТИЧЕСКИ ВАЖНЫХ И ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 621
ДЕКОМПОЗИЦИЯ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАЗВИТИЕ ГОРЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, В ЗАКРЫТЫХ АВТОСТОЯНКАХ
Ю.Д. Моторыгин, доктор технических наук, профессор; А.Б. Акимова.
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России
Рассмотрены физико-химические процессы развития горения автомобилей и распространения пожара на закрытых автостоянках. Проведен анализ факторов, влияющих на распространение пожара на территории автостоянок закрытого типа. Классификация факторов проведена по трем признакам: по расположению автомобилей на закрытых автостоянках, по характеристикам автостоянок закрытого типа и по наличию и исправности систем пожаротушения, которые применяются на территории автостоянок закрытого типа. Полученные результаты могут быть использованы для создания моделей анализа пожарной безопасности автостоянках закрытого типа.
Ключевые слова: автостоянка, транспортное средство, классификация, пожароопасные факторы
DECOMPOSITION OF FACTORS INFLUENCING FOR THE DEVELOPMENT OF COMBUSTION OF MOTOR VEHICLES IN CLOSED PARKING LOTS
Yu.D. Motorygеn; A.B. Akimova.
Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia
The physical processes of the development of a car fire and the spread of a fire in closed parking lots are considered. This article considers the analysis of the factors, affecting the spread of fire in the territory of closed parking lots. The classification of factors is based on three characteristics: the location of cars in closed parking lots, the characteristics of closed parking lots, and the availability and serviceability of fire extinguishing systems that are used in closed parking lots. The results obtained can be used to create models for analyzing fire safety in closed parking lots.
Keywords: parking, vehicle, classification, fire factor
Закрытые автостоянки представляют собой помещения с ограниченной площадью проемов, как правило, имеющие низкие потолки и большое количество сосредоточенной на небольшой площади мощной пожарной нагрузкой. Динамика развития пожаров на закрытых автостоянках существенно отличается от динамики развития пожаров на открытых объектах.
При пожаре в закрытом помещении на характер распределения температуры и тепловых потоков в основном оказывает влияние тепловое излучение.
9
Рассмотрим более подробно факторы, которые оказывают влияние на распространение пожара на территориях автостоянок закрытого типа. Факторы классифицированы по трем признакам:
1. По расположению автомобилей на автостоянке:
- фактор, связанный с расстоянием между автомобилями на автостоянке;
- фактор расположения автомобилей относительно друг друга.
2. По характеристикам автостоянки:
- фактор, связанный с габаритами автомобиля и автостоянки;
- фактор учета количества и структуры пожарной нагрузки.
3. По наличию и исправности систем пожаротушения:
- фактор использования эффективной системы пожаротушения.
Фактор расположения автомобилей относительно друг друга
Пожар между автомобилями распространяется путем передачи энергии пожара, излучением теплового потока, который, в свою очередь, оказывает воздействие на элементы отделки кузова легкового автомобиля, шины, а также салон, после разрушения остекления [1].
Транспортные средства на автостоянках могут располагаться относительно друг друга несколькими вариантами:
1) капот к капоту;
2) боковыми частями;
3) капот к боковой части;
4) багажник к багажнику;
5) капот к багажнику;
6) багажник к боковой части.
В зависимости от расположения автомобилей относительно друг друга, распространение пожара происходит по-разному: при расположении автомобилей боковыми частями относительно друг друга в разных экспериментах время распространения пожара менялось, от десяти до двадцати минут, при расположении транспортных средств «капот к капоту» пожар распространялся в течение пяти минут. При определении времени распространения пожара важно учитывать расположение транспортных средств относительно друг друга [1]. Американские исследования подтвердили, что с точки зрения распространения пожара одной из самых опасных частей легкового автомобиля, при расположении транспортных средств боковыми частями, являются автомобильные покрышки, на втором месте по пожарной опасности декоративная отделка бампера [1].
Фактор, связанный с расстоянием между автомобилями на автостоянке
Расстояния между автотранспортными средствами на автомобильных стоянках, как правило, существенно меньше противопожарных расстояний, что может привести к загораниям соседних транспортных средств [2]. На территории закрытой автостоянки распространению пожара между автомобилями способствуют небольшие расстояния между транспортными средствами. Легковое транспортное средство, которое находится на автостоянке, занимает около 25 м , с учётом подъездных путей. Расстояние между автотранспортом часто не превышают 1 м.
Скорость распространения пожара на автостоянке зависит от расположения автомобилей относительно друг друга. Довольно часто такое расстояние составляет от 0,3-0,6 м. В таких условиях действие стандартных систем пожаротушения может быть неэффективно. Так в работе исследователей из Новой Зеландии - Mohd Zahirasri, Mohd ^Ыг был проведен анализ автостоянок, предназначенных для парковки только легковых автомобилей. Целью данного исследования явилась разработка сценариев возникновения
10
и развития пожара с использованием вероятностного метода анализа пожарных рисков, а также экспериментальное исследование времени распространения пожара на соседние автомобили в закрытой автостоянке [3].
В проведенных экспериментах была использована модель пожара, в которой источник зажигания находился в салоне автомобиля, а очаг пожара - водительское сидение. Далее огонь распространился на торпеду, расположенную под окном переднего пассажирского сиденья. Это явление проиллюстрировано на рис. 1, где первое изображение показывает эксперимент через 4 сек. после возгорания, через 4 мин и 3 сек. (среднее изображение) начало гореть лакокрасочное покрытие на крыше автомобиля. На картинке справа видно, что через 4 мин 42 сек. огонь стал выходить из окна пассажирского сиденья первой машины. В исследовании были рассмотрены вопросы, касающиеся вероятности распространения пожара по территории всей автостоянки. А также рассчитывались отдельные интервалы времени, за которые пожар переходил с одного транспортного средства на другое. Кроме того, исследовались зависимости влияния пожарной нагрузки отдельных характеристик транспортных средств и скорости распространения пожара [3].
Рис. 1. Горение автомобиля
Таким образом, с помощью видеозаписи были получены данные о распространении пожара по автостоянке в зависимости от расположения автомобилей на том или ином расстоянии. При этом очаг пожара расположен на сиденье водителя автомобиля, который находится примерно в 2 м от соседнего транспортного средства. Далее огонь будет равномерно распространяться с постоянной скоростью до места выхода горения из окна пассажирского сиденья, то есть 0,7 м от соседнего транспортного средства, и прорываться, примерно через 4 мин 30 сек. [3].
В ходе выполнения проекта английскими учеными было проведено 11 экспериментов, в результате которых было сожжено более двадцати транспортных средств. Было выявлено, что распространению пожара на закрытых автостоянках способствуют расстояния менее чем 1 м. Хотя зачастую такое расстояние между автомобилями составляют 0,3-0,6 м [3].
Фактор, связанный с габаритами автостоянки
Высота помещения оказывает существенное влияние на температурный режим пожара. На рис. 2 представлен график зависимости температуры внутреннего пожара от высоты помещения автостоянки. На графике ^ - высота первого помещения автостоянки, h2 - высота второго помещения автостоянки. Из проведенных экспериментов следует, что в высоких помещениях скорость роста температуры выше, а максимальное значение температуры меньше, чем в помещениях малой высоты.
11
1пт°С
О 10 20 30 40 50 50 70
Рис. 2. Зависимость температуры внутреннего пожара от высоты помещения
(Ь!=3 м, h2=6 м)
В высоких помещениях значение температуры ниже, чем в помещениях с маленькой высотой. Это можно объяснить тем, что, несмотря на больший коэффициент притока воздуха в высоких помещениях, потери тепла из зоны горения сильнее. Развитие процесса горения сдерживает поступление воздуха и в объём самого помещения, и в зону горения. В помещениях с ограниченным притоком воздуха и низкой температурой горение происходит с недостатком кислорода. В притолочной зоне помещения при горении автотранспортного средства температура достигает 600-1 100 0С, при этом на уровне колес может не превышать 200 0С. При тушении пожаров нужно учитывать этот факт. При горении автомобиля на уровне окон температура обычно выше среднеобъемной. Максимальная температура наблюдается в зоне горения, по мере удаления от зоны температура снижается. Интенсивность газообмена во время пожара, возникшего на территории закрытой автостоянки, зависит от особенностей здания: высоты, количества проёмов, а также от площади пожара. С увеличением интенсивности газообмена массовая скорость выгорания при внутреннем пожаре повышается, после чего остаётся постоянной в течение некоторого времени. Температура пожара увеличивается с притоком воздуха в помещение автостоянки. Когда газообмен близок к условиям открытого пожара, то массовая скорость выгорания уже не зависит от размеров проёмов, а температура пожара достигает максимума [4].
Фактор учета количества и структуры пожарной нагрузки
Массовая скорость выгорания зависит от агрегатного состояния горючего вещества или материала, начальной температуры и других условий, а для выгорания горючих и легковоспламеняющихся жидкостей она определяется интенсивностью испарения, также существенное влияние на нее оказывает концентрация кислорода (окислителя) в окружающей среде. Массовая скорость выгорания твердых веществ зависит от вида горючего, его размеров, величины свободной поверхности и ориентации по отношению к месту горения; температуры пожара и интенсивности газообмена. Главным признаком любого пожара является горение материалов и веществ, составляющих пожарную нагрузку. После возникновения горения, фронт пламени распространяется по материалам пожарной нагрузки автостоянки. Распространение пламени сопровождается постепенным увеличением задымления помещения, а также увеличением температуры, которые, в свою очередь, зависят от распределения пожарной нагрузки, воздухообмена [5].
На рис. 3 показаны основные пожароопасные элементы автомобиля. Количество и пожароопасные характеристики горючей нагрузки автомобиля зависят от класса и типа автомобиля.
12
Рис. 3. Материалы, составляющие большую часть пожарной нагрузки автомобиля
Автомобиль состоит из огромного количества материалов. В настоящее время полимеры составляют 19 % веса легкового автомобиля. На рис. 4 наглядно показано, из каких материалов состоит легковой автомобиль: 62 % приходится на сталь, 19 % на полимеры, 12 % на цветные металлы, 3 % приходится на лаки и краски, 3 % на стекло и 1 % на жидкости.
■ сталь ■ цветные металлы ■ полимеры: пластики, эластомеры, др. ■ лкм ■ стекло ■ жидкости
Рис. 4. Соотношение материалов легкового автомобиля
Проведенный анализ показал, что в отличие от открытых автостоянок, на закрытых местах хранения автотранспорта основными факторами являются структурирование горючей нагрузки, наличие конструктивных решений, обеспечивающих пожарную безопасность [4]. Автотранспортное средство можно разделить на ярковыраженные отсеки: в первом отсеке сосредоточение горюче-смазочных материалов, изолирующих компонентов электросети, горючих элементов перемещения горюче-смазочных материалов: второй отсек -сосредоточение отделочных материалов, горючие элементы автомобильных сидений; третий отсек - автомобильная покрышка и элементы отделки багажника. Пожарная нагрузка учитывает общее количество теплоты, которое выделяется после того, как все воспламеняющиеся материалы и предметы сгорают.
13
Фактор использования эффективной системы пожаротушения
Применение эффективной системы автоматического пожаротушения на автостоянках закрытого типа снижает величину пожарных рисков, но возникают ситуации, когда работа автоматических установок пожаротушения на территории закрытых автостоянок только замедляет распространение пожара, но не обеспечивает локализации и полной ликвидации пожара [6]. Это подтверждают исследования пожаров, произошедших в автостоянках закрытого типа, в результате которых зафиксированы случаи уничтожения за одно событие 5, 15 и более 30 автомобилей. Пожар в помещениях стоянки и хранения автомобилей сопровождается выделением большого количества дыма, что может привести к летальным исходам. В случае если автостоянка встроена в здание иного назначения, едкий дым может нанести вред людям, находящимся в этом здании.
Помимо прямого материального ущерба от сгоревших транспортных средств, существует опасность причинения косвенного ущерба путем оседания сажи на элементы отделки помещения и предметы интерьера. Тушение пожаров распыленной водой, подаваемой автоматической установкой пожаротушения (АУП), в помещениях стоянки и хранения автомобилей осложняется наличием в них большого количества пожарной нагрузки в замкнутом объеме, небольших (0,3-0,8 м) расстояний между транспортными средствами, горючих материалов в местах, закрытых от прямого воздействия распыленной воды (подкапотное пространство, колесные арки, остекление кабин и др.). В этих условиях локализация пожара может быть достигнута путем экранирования теплового потока от горящего объекта распыленной водой.
Для тушения автомобилей на рассматриваемых объектах при удельной пожарной нагрузке от 181 до 1400 МДж/м параметры пожаротушения должны быть следующими: интенсивность орошения защищаемой площади не менее чем от 0,12 до 0,18 л/(с м ); расход не менее 30 л/с; минимальная расчетная площадь орошения спринклерной АУП не менее 120 м ; продолжительность подачи воды не менее 60 мин; максимальное расстояние между оросителями 4 м (для спринклерных АУП, АУП с принудительным пуском, спринклерно-дренчерных АУП) [6].
При проектировании АУП на автостоянках расчет параметров их работы проводится в соответствии с действующими нормативными документами.
Однако указанные нормативные документы не учитывают индивидуальные пожароопасные свойства и конструктивное исполнение объектов горючей нагрузки (например, особенности конструкции автомобилей), а также их расположение по площади помещения, оказывающих непосредственное влияние на процесс развития и распространения пожара, а также на время и эффективность тушения распыленной водой.
Параметры установок пожаротушения определяются в соответствии с общепринятой градацией помещений, что приводит к неоднозначности выбора интенсивности тушения.
Существуют случаи, когда причиной распространения пожара по территории закрытой автостоянки является неисправность автоматической системы пожаротушения. Так, например 7 апреля 2019 г., в Москве система автоматического пожаротушения не сработала на закрытой парковке, это стало причиной распространения огня. Несколько машин загорелись в воскресенье днем, площадь пожара составляла 500 м2. Кроме того, пожарные эвакуировали более 400 человек.
25 февраля 2020 г. в г. Челябинске на подземной парковке сгорели два автомобиля, еще несколько автомобилей были задеты огнем. Причиной распространения пожара послужил тот факт, что автоматическая сигнализация и система оповещения о пожаре находились в отключенном состоянии. Система дымоудаления и система автоматического пожаротушения не сработали.
Особое внимание следует уделять парковке электромобилей. Тушение пожаров литий-ионных аккумуляторов является непростой задачей. Пожароопасность литий-ионных аккумуляторов обусловлена наличием в аккумуляторе катода, который в основном состоит
14
из литий-кобальтового оксида [5]. Возгорание литий-ионных аккумуляторов происходит внутри батарейного блока, куда доступ средств пожаротушения сильно затруднен [ 7]. Если для тушения автомобилей с двигателями внутреннего сгорания существует отработанная методика, а автостоянки оснащены соответствующими системами пожаротушения, то c электромобилями этот вопрос открыт и требует изучения [8]. Литий очень активно вступает в реакцию с водой, поэтому попытка потушить электромобиль водой может привести к печальным последствиям [9]. Лучше всего для тушения электромобилей использовать пену, однако если при тушении электромобиля применяется вода, то пожарным, из-за выделения токсичных веществ при реакции лития с водой, необходимы средства индивидуальной защиты органов дыхания. Пожарные в Нидерландах, для тушения электромобилей привозят дополнительный бокс с водой, в который помещают автомобиль на двое-трое суток. В инструкциях по эксплуатации электромобилей Tesla рекомендуется применять для тушения электромобилей 11 356 л воды для батареи, после чего помещать сгоревший электромобиль на трехдневный карантин. В течение трех дней требуется присматривать за электромобилем, поскольку аккумулятор может загореться повторно. Для решения этого вопроса перспективным является сотрудничество производителей автомобилей на литий-ионных аккумуляторах с разработчиками систем пожаротушения [8]. В настоящее время, полноценной, общедоступной статистики по возгораниям литий-ионных аккумуляторных батарей не ведется, возможно, такую статистику ведут сами производители [10].
Использование эффективных средств автоматического пожаротушения, разработка новых способов противопожарной защиты помещений автостоянок закрытого типа, а также своевременная их проверка играют огромную роль в области предотвращения распространения пожара между транспортными средствами.
В работе была проведена декомпозиция факторов, влияющих на распространение пожаров на закрытых объектах хранения автотранспорта. Исследование статистико-эмпирических данных возникновения и развития крупных пожаров на закрытых автостоянках демонстрирует, что представленные факторы являются наиболее значимыми при изучении вопросов предотвращения распространения пожара по территории автостоянки закрытого типа.
Литература
1. Орлов О.И., Вогман Л.П., Горшков В.И. Особенности развития и тушения пожаров в подземных автостоянках // Школа молодых ученых и специалистов МЧС России - 2015: сб. статей по материалам научно-практической конференции. Железногорск, 2015. С. 104-110.
2. Бутенко Ю.Л., Свительник А.В. Противопожарные расстояния между автотранспортными средствами на открытых пространствах // Пожарная и техносферная безопасность: проблемы и пути совершенствования. 2019. С. 220.
3. Mohd Tohir, Mohd Zahirasri_Final PhD Thesis. / Multiple Vehicle Design Fire Scenarios in Car Parking Buildings // Associate Professor Michael Spearpoint, Professor Charles Fleischmann. 2015. p. 156-158.
4. Моторыгин Ю.Д. Моделирование пожароопасных режимов в электросети автомобилей для принятия решения при проведении пожарно-технической экспертизы // Пожаровзрывобезопасность. 2016. Т. 25. № 9. С. 45-51.
5. Плотников В.Г., Чешко И.Д., Кондратьев С.А. Пожарная опасность литий-ионных аккумуляторов и низковольтных источников питания на их основе // Расследования пожаров. 2014. № 4. С. 53-58.
6. Устройство для автоматического пожаротушения распыленной водой в помещениях стоянки и хранения автомобилей / О.И. Орлов [и др.] // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. 2018.
15
7. Roeland Bisschop, Ola Willstrand, Francine Amon, Max Rosengren // Fire Safety of Lithium-Ion Batteries in Road Vehicles. 2019. р. 33-34.
8. Колчин В.В., Крутолапов А. С. Пожарная безопасность электромобилей // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2018.
9. Casey C. Grant Responding to Electric Vehicle Battery Fires // Third International Conference on Fire in Vehicles, October 1-2, 2014, Berlin, Germany. 2014. р. 231.
10. Елисеев Ю.Н., Мокряк А.В. Анализ пожарной опасности литий-ионных аккумуляторных батарей // Науч.-аналит. журн. «Вестник С.-Петерб. ун-та ГПС МЧС России». 2020. № 3. С. 14-17.
References
1. Orlov O.I., Vogman L.P., Gorshkov V.I. Osobennosti razvitiya i tusheniya pozharov v podzemnyh avtostoyankah // Shkola molodyh uchenyh i specialistov MCHS Rossii - 2015: sb. statej po materialam nauchno-prakticheskoj konferencii. Zheleznogorsk, 2015. S. 104-110.
2. Butenko Yu.L., Svitel'nik A.V. Protivopozharnye rasstoyaniya mezhdu avtotransportnymi sredstvami na otkrytyh prostranstvah // Pozharnaya i tekhnosfernaya bezopasnost': problemy i puti sovershenstvovaniya. 2019. S. 220.
3. Mohd Tohir, Mohd Zahirasri_Final PhD Thesis. / Multiple Vehicle Design Fire Scenarios in Car Parking Buildings // Associate Professor Michael Spearpoint, Professor Charles Fleischmann. 2015. p. 156-158.
4. Motorygin Yu.D. Modelirovanie pozharoopasnyh rezhimov v elektroseti avtomobilej dlya prinyatiya resheniya pri provedenii pozharno-tekhnicheskoj ekspertizy // Pozharovzryvobezopasnost'. 2016. T. 25. № 9. S. 45-51.
5. Plotnikov V.G., Cheshko I.D., Kondrat'ev S.A. Pozharnaya opasnost' litij-ionnyh akkumulyatorov i nizkovol'tnyh istochnikov pitaniya na ih osnove // Rassledovaniya pozharov. 2014. № 4. S. 53-58.
6. Ustrojstvo dlya avtomaticheskogo pozharotusheniya raspylennoj vodoj v pomeshcheniyah stoyanki i hraneniya avtomobilej / O.I. Orlov [i dr.] // Vestnik Voronezhskogo instituta GPS MCHS Rossii. 2018.
7. Roeland Bisschop, Ola Willstrand, Francine Amon, Max Rosengren // Fire Safety of Lithium-Ion Batteries in Road Vehicles. 2019. r. 33-34.
8. Kolchin V.V., Krutolapov A.S. Pozharnaya bezopasnost' elektromobilej // Pozharnaya bezopasnost': problemy i perspektivy. 2018.
9. Casey C. Grant Responding to Electric Vehicle Battery Fires // Third International Conference on Fire in Vehicles, October 1-2, 2014, Berlin, Germany. 2014. S. 231.
10. Eliseev Yu.N., Mokryak A.V. Analiz pozharnoj opasnosti litij-ionnyh akkumulyatornyh batarej // Nauch.-analit. zhurn. «Vestnik S.-Peterb. un-ta GPS MCHS Rossii». 2020. № 3. S. 14-17.
16
