CC BY
41
КОНГ ХЫНГ ДИНЬ, аспирант кафедры комплексной безопасности в строительстве, Московский государственный строительный университет (Россия, 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26; e-mail: dinhconghung@mail.ru) А. Я. КОРОЛЬЧЕНКО, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры комплексной безопасности в строительстве, Московский государственный строительный университет (Россия, 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26) А. С. ОХРОМЕНКО, студент, Сибирский федеральный университет (Россия, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79; e-mail: artem-hrom@mail.ru)
УДК 614.842.612
ПОЖАРОТУШЕНИЕ ТОНКОРАСПЫЛЕННОЙ ВОДОЙ В ОТСЕКАХ ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ
Показано, что единственно возможным и эффективным способом подавления пожара в высотных зданиях является применение на начальной стадии его развития тонкораспыленной воды с размерами капель несколько десятков микрометров. Показано также, что применение тонкораспыленной воды позволяет насытить зону горения водяными парами за считанные секунды и быстро подавить пламя.
Ключевые слова: деление на отсеки; пожар; высотное здание; пожаротушение.
Пожары в высотных зданиях [1], характерные для многих стран мира, с трудом поддаются ликвидации. Это обусловлено ограниченным набором используемых средств тушения, а также трудностью доставки этих средств на высоту. К этим причинам добавляется еще одна—человеческий фактор: в высотных зданиях одновременно находится значительное число людей, а в присутствии людей применение многих средств тушения невозможно. Пожары в высотных зданиях, как правило, ликвидируются с помощью компактных струй воды.
Высотные здания обычно возводятся на основе железобетонных конструкций. В связи с этим одним из основных материалов, используемых в строительстве таких зданий, является бетон. Бетон относится к числу негорючих строительных материалов, поэтому строительные конструкции на его основе обладают в обычных условиях высоким пределом огнестойкости. При пожаре кратковременное воздействие высоких температур на бетон не успевает вызвать значительное нагревание его и находящейся под защитным слоем арматуры. Значительно опаснее резкое охлаждение нагретого бетона холодной водой, подаваемой на тушение пожара. Это неизбежно вызывает образование трещин, разрушение защитного слоя и обнажение арматуры. При длительном воздействии высоких температур бетон теряет свои прочностные свойства. Так, обычный бетон на портландцементе непригоден для эксплуатации при температурах выше 250 °С. Установлено, что при его нагреве до температур выше 250-300 °С происходит снижение прочности с разложением гидрата оксида кальция и разрушением цементного камня.
При дальнейшем повышении температуры прочность бетона существенно снижается. Это следует из экспериментальных и теоретических исследований НИИ-Железобетона, ВНИИПО МЧС Росии, Московского государственного строительного университета и из материалов международных организаций Европейского комитета по стандартизации (СЕК) и Международного комитета по исследованиям и инновациям в зданиях и сооружениях (С1В).
Вода, содержащаяся в бетоне, играет двоякую роль. Во-первых, при воздействии на бетон высоких температур в условиях пожара находящаяся в бетоне вода при испарении снижает скорость его прогрева, повышая тем самым предел его огнестойкости. Во-вторых, она способствует взрывообразному разрушению бетона при его интенсивном прогреве вследствие образования пара в порах бетона. Необходимым условием взрывообразного разрушения бетона является быстрое повышение температуры, например при непосредственном воздействии пожара на конструкцию. Так, при пожаре через 20-30 мин после воздействия огня на конструкцию из железобетона при наличии в нем воды бетон взрывообразно разрушается. При этом от обогреваемой поверхности откалываются куски площадью до 200 см3 и толщиной 0,5-1,0 см. Такое разрушение происходит на всей прогреваемой поверхности. Это приводит к уменьшению сечения конструкции и, как следствие, к потере ее несущей способности. Подобный эффект наблюдается при влажности бетона более 5 % и температурах 160-200 °С (эти условия способствуют максимальному давлению пара в порах). При влажности бетона 3,5-5,0 % разрушение может носить
© Динъ Конг Хынг, Королъченко А. Я., Охроменко А. С., 2013
Рис. 1. Схема установки пожаротушения тонкораспыленной водой: 1 — сосуд для хранения огнетушащего вещества; 2 — формирователь газожидкостной смеси (ГЖС); 3 —сифонная трубка; 4 — лента монтажная; 5 — болт дренажный; 6 — предохранительный клапан; 7 — пусковой баллон с газом-вытеснителем; 8 — запорно-пусковое устройство (ЗПУ); 9 — кронштейн для крепления пускового баллона; 10 — рукав высокого давления; 11 — штуцер промежуточный; 12 — распределительный трубопровод; 13 — сигнализатор давления (СДУ); 14 — потолочное перекрытие; 15 — питающий трубопровод; 16—узел направленной доставки; 17 — ороситель; 18 — блок оросителей; 19 — стандартный тройник; 20 — распределительный трубопровод; 21 — узел подключения устройства для заправки емкости составом ОТВ
местный характер. При влажности бетона менее 3 % взрывообразного разрушения его не происходит. Такой же эффект наблюдается при растянутом во времени температурном режиме нагрева. Установлено, что вид заполнителя бетона не влияет на его разрушение.
Однако этого можно избежать, применяя для пожаротушения системы тонкораспыленной воды с размером капель 150 мкм и менее. Капли подобного размера обладают высокой проникающей и охлаждающей способностью. Поэтому применение так называемого водяного тумана позволяет эффективно бороться с пожарами при расходе воды около 0,03 л/с на 1 м2.
Анализируя возможные средства и способы пожаротушения в высотных зданиях, мы пришли к выводу, что единственно возможным и эффективным способом подавления пожара является применение на начальной стадии его развития тонкораспыленной воды.
К идее использования воды в тонкораспыленном состоянии, подавления пламени мелкими каплями воды размером несколько десятков микрон привели попытки специалистов повысить огнетушащую эффективность воды. Применение тонкораспыленной воды позволяет насытить зону горения водяными парами за считанные секунды и быстро подавить пламя. Вода в таком состоянии занимает промежуточное положение между жидкостью и газом и сочетает в себе преимущества как жидкостного, так и газового тушения. Аэрозольное состояние воды достигается путем выброса воды под давлением через специальные, предназначенные для этой цели оросители. При сравнении существующих в настоящее время средств тушения (газовые составы, огнетуша-щие порошки, водопенные композиции, аэрозоль-
ные составы) приходится признать, что вода — это не только наиболее надежный и безопасный способ пожаротушения, но и самый распространенный: около 90 % всех пожаров ликвидируется с ее использованием. В то же время применение воды имеет целый ряд недостатков:
• неэффективное использование и слишком большой расход воды;
• возможность дополнительного ущерба (при ликвидации пожара в помещении находящееся в нем оборудование и материальные ценности затапливаются излишками воды);
• необходимость использования дополнительного оборудования и обеспечения первой категории надежности электроустановок.
Как отмечалось выше, применение систем тонкораспыленной воды дает возможность избежать этих недостатков. Развитие данного направления позволило создать системы автоматического пожаротушения для подавления очагов возгорания в течение 30-50 с от начала возникновения пожара, что дает основание считать такой способ одним из самых эффективных.
Перечень помещений, в которых применение тонкораспыленной воды эффективно, постоянно расширяется. Данный способ пожаротушения можно
Рис. 2. Схема тушения тонкораспыленной водой
64
{ББИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 №3
1100
1000
п 900
о 800
СЗ 700 600
сз & 500 400
(1) 300
Н 200 100
956
250
500
750
1000 1250
Время, с
1500
1750
2000
2250
Рис. 3. Изменение температуры при пожаре в торговом отсеке
386
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650
Время, с
Рис. 4. Влияние тонкораспыленной воды на температуру в торговом отсеке при пожаре при использовании модульной установки
использовать практически на любых объектах, и даже в жилых зданиях.
В высотных зданиях целесообразно применение модульных установок тонкораспыленной воды, обеспечивающих быстрое подавление пожара с минимальным расходом воды. Общий вид такой установки показан на рис. 1, а схема ликвидации пожара тонкораспыленной водой — на рис. 2.
Разработка системы ликвидации пожара в высотном многоэтажном здании состоит из нескольких этапов:
1) деление здания на противопожарные отсеки;
2) оценка свободно развивающегося пожара в отдельных отсеках с учетом пожарной нагрузки на этажах выделенных отсеков;
3) влияние тонкораспыленной воды на параметры пожара в отсеках высотного здания.
Результаты оценки первых двух этапов приведены в работе [1]. Высотное многофункциональное здание делится по функциональному назначению на четыре горизонтальных отсека: первый (подзем-
ный) — гараж; второй — торговые этажи; третий — офисные этажи; четвертый—жилые помещения [1].
При свободном развитии пожара в течение первых 10 мин с момента его возникновения температура на этаже пожара достигает критических пределов — от 830 °С (в гараже) до 960 °С (в торговом отсеке). Применение тонкораспыленной воды для тушения пожара (как показывает моделирование) позволяет не только остановить рост температур (до 300-400 °С), но и предотвратить дальнейшее развитие пожара. Результаты моделирования условий развития пожара в отсеках [2-4] показаны на рис. 3 и 4.
Выводы
Как показывают расчеты, применение тонкораспыленной воды для тушения пожара обеспечивает минимизацию температур на начальной стадии его развития (до 350-400 °С), безопасных для железобетонных конструкций, и прекращение пожара при использовании необходимого количества воды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Динь Конг Хынг, Ворогушин О. О., Корольченко А. Я. Динамика развития пожаров в высотных зданиях // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 12. — С. 60-66.
2. Рекомендации по использованию программы БОБ с применением программ РугоБт 2010-12 и 8шокеУ1е'№. — Екатеринбург: Ситис, 2011. — 176 с.
3. Мак-ГраттанК.,ХостиккаС., ФлойдД. ПрограммаБОБ—версия5 : руководство пользователя. — Гейтерсбург, Мэриленд: Национальный институт стандартов и технологии США, 2007. — 201 с.
4. Кошмаров Ю. А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении. — М. : Академия ГПС МВД России, 2000. — 118 с.
Материал поступил в редакцию 17 января 2013 г.
THE INFLUENCE OF WATER MIST FIRE-EXTINGUISHING IN CASE OF FIRE IN HIGH-RISE BUILDING
DINH Cong Hung, Postgraduate Student of Department of Complex Safety in Construction, Moscow State University of Civil Engineering (Yaroslavskoye Shosse, 26, Moscow 129337, Russian Federation; e-mail address: dinhconghung@mail.ru)
KOROLCHENKO Aleksandr Yakovlevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Department of Complex Safety in Construction, Moscow State University of Civil Engineering (Yaroslavskoye Shosse, 26, Moscow 129337, Russian Federation)
OKHROMENKO Artem Sergeyevich, Student, Siberian Federal University
(Svobodnyy Avenue, 79, Krasnoyarsk 660041, Russian Federation; e-mail address: artem-hrom@mail.ru)
: English
ABSTRACT
Practice shows extinguishing fires in high-rise buildings is achieved by using a compact water on the outside of the building. Modeling fire to temperature in the rooms of the building is dangerous for concrete values. Therefore, the termination of a fire, the initial stage of the transition to a fire in an advanced stage. If there are people in buildings only way is to use a water mist systems. The application of this method allows, according to calculations, to stop the fire for 5-6th minutes after its occurrence, avoiding to the development of dangerous temperatures. Development of the extinguishing fire system in a tall building consists of several stages: the division of the building on fire compartments; evaluation freely developing fire in separate compartments with the greatness of the fire load on the floor isolated compartments; the impact on the parameters of water mist fire compartments skyscraper.
Keywords: subdivision; fire; high-rise building; firefighting.
REFERENCES
1. Dinh Cong Hung, Vorogushin O. O., Korolchenko A. Ya. Dinamika razvitiya pozharov v vysotnykh zdaniyakh [Dynamics of development of a fire in high-rise buildings]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 12, pp. 60-66.
2. Rekomendatsii po ispolzovaniyu programmy FDS s primeneniyem programm PyroSim 2010-12 i SmokeView [Recommendations for use of FDS program with application of the PyroSim 2010-12 and SmokeView programs]. Yekaterinburg, Sitis Publ., 2011. 176 p.
3. McGrattan K., Hostikka S., Floyd J., Baum H., Rehm R. Fire Dynamics Simulator (Version 5), Technical Reference Guide. NIST Special Publication 1018-5, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, 2007. 201 p.
4. Koshmarov Yu. A. Prognozirovaniye opasnykh faktorovpozhara vpomeshchenii [Forecasting of fire hazards in the case of indoor fire]. Moscow, State Fire Academy of Ministry of Interior of Russia Publ., 2000. 118 p.
66
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 TOM 22 №3
