CC BY
166
УДК 007.51+658.5
Гвоздев Е.В., Клюев Е.А.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ В ЗДАНИЯХ ПОВЫШЕННОЙ ЭТАЖНОСТИ
В статье разработана методика расчета развития и тушения пожаров в зданиях повышенной этажности. Получены результаты определения времени нарастания опасной концентрации токсичных газов в объеме помещения и на определенной высоте, с помощью которых определяется время возникновения опасных значений отравляющих веществ в горящем помещении.
Ключевые слова: здание повышенной этажности, токсичность, этажность, опасные факторы.
Gvozdev E.V., Kliev Е.А.
IMPROVEMENT MEASURES EXTINGUISHING FIRES IN HIGH-RISE
BUILDINGS
The method of calculation of development and fighting fixes in high-rise buildings. Experi-mental determination of the rise time of a dangerous concentration of toxic gases in the room and at a certain height by which is determined by the time of occurrence in a burning room dangerous levels of toxic substances.
Keywords: building high-rise, toxicity, number of floors, hazards
Интенсивное строительство зданий повышенной этажности (ЗПЭ) является одним из приоритетных направлений в градостроительной деятельности крупных городов мира. Такой процесс развития городских агломератов обусловлен потребностью рационального использования выделенной под застройку земли, имеющей существенную стоимость, что ведет к повышению этажности застройки. Возведение высотных зданий становится символом цивилизации и экономического развития городов, без зданий,упирающихся в облака, уже невозможно представить современный мегаполис, где строительство зданий повышенной этажности становится все более популярным.
Тенденция повышения этажности зданий ставит перед службой пожаротушения МЧС России решение ряда сложных проблем по управлению тушением пожаров и спасанием людей. При возникновении и продолжительном развитии пожаров в этих зданиях могут создаваться следующие угрозы для находящихся в них людей:
— высокая температура;
— токсичные продукты сгорания и термического разложения;
— паника и другие опасные явления[1-3].
Отмечено, что для рассматриваемых типов зданий существуют определенные объективные причины, наличие которых ограничивает возможности в оказании немедленной помощи людям, жизнь которых подвергается опасности. К ним относятся:
— трудность подачи огнетушащих средств на высоту;
— недостаточная эффективность использования обычных средств спасания и средств спасания с высоты и т.д.
Как показывает анализ пожаров на подобных объектах, при самых неблагоприятных условиях возникновения пожара (в нижней зоне), отсутствии или отказе в работе систем жизнеобеспечения, уже на 10-й минуте с момента его возникновения, около 30% людей, находящихся в здании, нуждаются в профессиональной помощи. Однако к указанному времени пожарные подразделения только начинают
прибывать или еще находятся в пути следования к месту пожара.
Складывающаяся обстановка на месте пожара в высотном здании требует от первых прибывших подразделений противопожарной службы оказания немедленной помощи людям, находящимся в опасности. По этажности здания подразделяются на:
- малоэтажные — до 3 этажей;
— многоэтажные — от 4 до 9 этажей;
— многоэтажные — от 4 до 9 этажей;
- высотные — более 25 этажей.
По данным статистики, один пожар в здании 25 этажей вызывает в несколько раз больше жертв, чем в 9-15 этажном доме. Это вызвано тем, что почти половина людей не могут самостоятельно и своевременно эвакуироваться из-за паники, наличия физических недостатков, быстрого роста задымления путей эвакуации и повышенной температуры в коридорах и на лестничных клетках.
При пожаре в высотном здании люди, находящиеся выше 22-25 этажей, то есть в зоне недоступной для большинства пожарных автолестниц и коленчатых подъемников спасателей, обречены искать единственное место для спасения — на крыше зданиях[2;7].
По данным российских и зарубежных исследователей, к категории повышенного риска гибели при пожаре, в числе первых, относятся: дети, пожилые люди и инвалиды, которые не могут воспользоваться в полной мере всеми известными и имеющимися в горящем здании устройствами и путями эвакуации в безопасную зону. Уже после 5-6 минут спуска по лестничному проходу, у них наступает усталость, хотя за указанное время можно спуститься не более, чем на девять этажей. Многие из спускающихся по лестничной клетке горящего здания людей становятся жертвами дыма, который вначале ухудшает видимость, а затем люди погибают от отравления продуктами горения (57,2%) и воздействия температуры (24,4 %).
Если в высотном здании пожар возникает на 12-15 этажах, то люди, из расположенных ниже этажей, могут быть спасены или эвакуированы по лестничным клеткам или с помощью
пожарных автолестниц и коленчатых подъемников. Однако огонь и дым быстро распространяется на верхние этажи здания. Дым поднимается по этажам со скоростью 4-8 м/мин, быстро заполняет все внутреннее пространство горящего здания. Увеличение скорости распространения дыма вверх может произойти в случае, если открываются окна или идет подток воздуха в верхние этажи через шахту лифта [1;2;6].
В целях решения вопросов, связанных с качественным обеспечением пожарной безопасности (ПБ) для рассматриваемых типов зданий, потребовалось определить объект, предмет, цель и задачи исследования.
Объект исследования — пожарная безопасность зданий повышенной этажности.
Предмет исследования — мероприятия по тушению пожаров в зданиях повышенной этажности.
Цель исследования — разработать методику расчета развития и тушения пожаров в зданиях повышенной этажности.
В соответствии с законодательством Российской Федерации, иными нормативными правовыми актами, устанавливающими обязательное исполнение требований ПБ, и нормативными документами добровольного применения (сводами правил, стандартами, нормами и т.д.) должно быть обеспечено на требуемом уровне — состояние ПБ.
Решение задач, связанных с качественным обеспечением пожарной безопасности в жилом секторе, будет выполнено за счет:
— создания системы обеспечения пожарной безопасности;
— разработки и реализации мероприятий, направленных на предотвращение пожаров и противопожарную защиту объектов защиты;
— разработки и реализации комплекса организационных и технических решений для должностных лиц, которые несут персональную ответственность в области ПБ
[3;4]. *
Анализ состояния пожарной опасности в зданиях повышенной этажности и в высотных зданиях должен включать:
— определение пожарной опасности использующихся для отделки веществ и материалов;
— изучение процесса работоспособности инженерных коммуникаций используемых, для жизнеобеспечения здания с точки зрения определения участков или мест, где сосредоточены горючие материалы или возможно образование возгораний;
— определение возможности образования источников зажигания;
— исследование различных вариантов аварий, путей распространения пожара и выбор проектной аварии;
— определение состава систем предотвращения пожара и противопожарной защиты;
— разработка мероприятий по повышению пожарной безопасности на отдельных пожароопасных участках[2].
Характерной особенностью при возникновении пожаров в зданиях повышенной этажности является большая скорость распространения дыма на верхние этажи по лестничным клеткам, вентиляционным каналам, местам прокладки трубопроводов. Это всегда вызывает опасность для людей, находящихся в здании, и требует проведения расчетов временного ресурса, необходимого для проведения работ по спасению людей и тушению пожаров.
Проведенные натурные эксперименты по изучению скорости распространения и пути задымления от продуктов горения в данных зданиях подтвердили получение следующих результатов:
— при возникновении горения в нижних этажах здания дымовые газы быстро поднимаются вверх по лестничной клетке, уже через 3-5 мин с момента возникновения пожара, задымлению подвергается вся лестничная клетка 16-этажного здания. Скорость движения дымовых газов вверх составляет 7-8 м/мин. Одновременно с задымлением лестничной клетки происходит проникновение дыма в коридоры, холлы, квартиры и другие помещения
верхних этажей здания повышенной этажности. Особенно быстрое и сильное задымление происходит в помещениях верхних этажей здания, расположенных с подветренной стороны по отношению к очагу пожара;
— под воздействием высокой температуры выходит из строя аппаратура управления лифтами и кабины лифтов блокируются в шахтах между этажами. Большая высота рассматриваемых объектов приводит к увеличению протяженности путей эвакуации в лестничных клетках и, соответственно, времени эвакуации людей. При этом время, необходимое для эвакуации людей, во много раз превышает время задымления здания при пожаре;
— в лестничной клетке создается «тепловая зона», преодоление которой представляет значительную опасность спасаемым людям, как правило, находящимся без средств специальной защиты;
— не всегда есть в рабочем состоянии клапаны системы дымоудаления, находящиеся в коридорах зданий, а вентиляторы не рассчитаны на удаление дымовых газов из помещений в требуемых объемах.
На основе представленной информации сделаны выводы о том, что температура и плотность задымления в горящих помещениях и на путях эвакуации зданий повышенной этажности (высотных зданиях) являются основными факторами, которые необходимо учитывать при определении последовательности спасания людей и тушения пожара.
Для определения времени нарастания опасной концентрации токсичных газов в объеме помещения и на определенной высоте необходимо провести расчеты, подтвержденные экспериментами в следующей последовательности.
1. Определяется площадь пожара в интересуемые моменты времени в горящем здании. Порядок определения описан в работах [1;6].
2. Рассчитывается поверхность теплообмена в помещении, где происходит горение:
Бто — ($пол + ^пер + $стн) ^пДм ), (1)
где: 3. Определяется масса сгоревшей пожарной $пол; р5 ^стн — площади пола, перекрытия нагрузки на определенный момент времени рази стен помещения — (м2); вития пожара: _ площадь пожара; — (м2).
Мсм — ^п • Vm • ^п, (кг),
где:
Ум — массовая скорость выгорания пожарной нагрузки, для зданий повышенной этажно-
2
Тп — время с момента возникновения пожа-
(2)
ра до интересуемого момента времени его развития.
4. Определяется параметр Ф, характеризующий теплообмен в горящем помещении:
Ф =
(3)
где:
П — коэффициент полноты сгорания пожарной нагрузки, равный 0,97;
— низшая теплота сгорания пожарной нагрузки, равная 14600 кдж/кг;
Срн — теплоемкость воздуха в помещении до пожара, равная 1,005 кдж/кг;
Тн — начальная температура воздуха в по-
П • Мсм • Ян
Срн • Тн • рн • №поы'
мещении до пожара, (С°);
рн — начальная плотность воздуха в помещении до пожара, равная 1,205 кг/м3;
Щпоы — объем помещения, в котором пропс-
3
5. Определяется среднеобъемная концентрация наиболее токсичного газа в горящем помещении на определенный момент времени:
Cm¡ — Cv
, Meo • Мен • Р, , а,
+ ТГ75-777-WM ),
,„,„ , (4)
103 • Рн • WпotlK/ "
Р — коэффициент, который определяется по начальная концентрация токсичного графику в зависимости от величины Ф (рисунок 1).
6. Определяется концентрация токсичного газа (СО) на уровне рабочей зоны пожарного:
где:
Сн
газа (СО) в помещении до пожара, (г/м
Мсо — количество токсичного газа (СО), выделяемое при горении пожарной нагрузки в помещении (кг), (0,015);
Cv — Ст •-1 + —т (г/м3) (5)
у т 1 + ае-у(2-у) 7
Для решения этого уравнения необходимо и Ь: вначале определить значения коэффициентов а
1 Q
а — -^ВД™ + 1), (6)
и "П^уд ^пом
1'ДС: ЯПОм
ИСХОДИТ ГОрСНИС, (м)
высота помещения, в котором про-
Ь =
лтв
С уд
17,27 + 2,16^
Безразмерное значение параметра у можно рассчитать по формуле:
(7)
Я
рз
0,5 Нгч
(8)
где: Я
горящего помещения. Делая расчеты по опреде-высота рабочей зоны, равная 1,5-1,7м. лению Су на различные моменты времени раз-По величине Су осуществляется вывод о воз- вития пожара, можно построить график зави-можной концентрации токсичных газов внутри симости Су = /(тга).
рз
Рисунок 1 - Зависимость коэффициента @ от параметра Ф
В месте пересечения графика с прямой зна- рог времени, когда необходимо защищать орга-
чений, опасных для жизни концентраций (СО) ны дыхания и зрения пожарных и спасаемых
(проекцией на ось времени), можно получить средствами индивидуальной защиты. Парамет-
время возникновения опасных значений отрав- ры исследуемых квартир приведены в таблицах
ляющих веществ в горящем помещении. Это по- 1 6.
Таблица 1 Параметры квартир
Параметры горящих квартир Номер квартир
Квартира 1 Квартира 2 Квартира 3 Квартира 4
Высота, м 3,3 3,3 3,3 3,3
Ширина, м 10 10 8,0 6,0
Длина, м 12 10 10 10
Пожарная нагрузка, кг 55 55 55 55
Параметры, характеризующие развитие пожаров в квартирах различной площади, еред-необъемная температура и концентрация (СО)
в горящих помещениях приведены в таблицах 2 5.
Таблица 2 - Параметры пожара в первой квартире
Время развития пожара, (мин) Площадь пожара, 2 Масса сгоревшей пожарной нагрузки, (кг) Концентрация СО в квартире, (кг/м3) Среднеобъемная температура, (С°)
5 12,6 0,96 0,00003 310,3
10 50,2 7,67 0,00003 398,9
15 100,5 23,03 0,0011 510,2
20 120 36,67 0,0017 577,8
Время, с момента возникновения пожара до наступления опасных для здоровья и жизни человека поражающих факторов в горящих квартирах различной площади, показано в таблицах 2-5.
Установлены пределы допустимой концентрации (СО) для человека в помещении, которая не должна превышать 0,0012кг/м3, а допустимая температура для человека без специальных средств защиты должна быть не более 70° С
[1-3;7].
Представленные табличные значения величин изменения концентрации окиси углерода в горящих квартирах различной площади указывают на то, что уже на 14-17 минуте с момента возникновения пожара наступает опасность отравления людей, находящихся в квартирах общей площадью 60-100 м2, а температура в квартирах, уже на 2-3 минуте пожара, будет выше допустимой для жизни человека.
Таблица 3 - Параметры развития пожара во второй квартире
Время развития пожара, (мин) Площадь пожара 2 Масса сгоревшей пожарной нагрузки, (кг) Концентрация СО в квартире, (кг/м3) Среднеобъемная °
5 12,6 0,96 0,00004 310,3
10 50,2 7,67 0,00004 413,5
15 100,5 23,03 0,0013 537,6
20 100 30,55 0,0020 603,3
Таблица 4 - Параметры развития пожара в третьей квартире
Время развития пожара, (мин) Площадь пожара 2 Масса сгоревшей пожарной нагрузки, (кг) Концентрация СО в квартире, (кг/м3) Среднеобъемная °
5 12,6 0,96 0,00005 320,4
10 50,2 7,67 0,00005 445,5
15 80 18,33 0,0014 550,4
20 80 24,44 0,0019 590,5
Таблица 5 - Параметры развития пожара в четвертой квартире
Время развития пожара, (мин) Площадь пожара 2 Масса сгоревшей пожарной нагрузки, (кг) Концентрация СО в квартире, (кг/м3) Среднеобъемная температура, (С°)
5 12,6 0,96 0,00007 329,5
10 50,2 7,67 0,00007 475,5
15 60 13,75 0,0014 550,4
20 60 18,33 0,0019 590,5
Пожары в жилых ЗПЭ секционного типа распространяются со скоростью 0,8-1,2 м/мин за счет присутствия пожароопасной нагрузки в квартирах. Автоматическая система пожарной сигнализации, по причине плохого ее обслуживания, может находиться в неисправном состоянии. Продукты горения, поступающие в объем лестничной клетки, могут иметь температуру, превышающую ее опасные значения для жизни и здоровья людей.
Так, при площади пожара 12,6 м2 в квартире общей площадью 120 м2, уже через 5 минут
Следовательно, первое подразделение пожарной охраны, прибыв к месту пожара и проводя разведку в верхних этажах ЗПЭ, должно работать с защитой органов дыхания и зрения. На этаже пожара в квартирах и других помещениях создаётся плотное задымление и высокая среднеобъемная температура. Находящиеся там люди могут получить отравления продуктами сгорания, могут получить поражения верхних дыхательных путей от воздействия высокой температуры. Многим, неспособным самостоятельно эвакуироваться, потребуется экстренная помощь пожарно-спасательных подразделений
среднеобъемная температура достигает 310°С,
а через 20 минут с момента возникновения по°
щения уже охвачены огнем (таблица 6).
Огонь переходит через оконные проемы на рамы и балконные двери вышерасположенных этажей, а затем внутрь этажа здания. Пламя и искры, поднимаясь вверх, поджигают сгораемые материалы на балконах и лоджиях, а также их облицовку из пластика. На балконах вышерасположенных этажей возникает горение, которое распространяется в квартиры.
для их вывода в безопасную зону.
В сложившейся ситуации возможна потеря ориентации у людей, находящихся на этажах, расположенных выше очага пожара. На лестничной клетке, на 2-3 этажа выше уровня пожара, создается область с высокой температурой дымовых газов, через которые пройти без специальной защиты открытых участков тела и органов дыхания почти невозможно.
Особенно сложная обстановка на пожаре создается в том случае, когда пожар возникает в ЗПЭ с массовым пребыванием людей (гостиницах, административных зданиях, больницах)
Таблица 6 - Параметры пожара в квартирах различной площади
Время развития Площадь пожара 2 Концентрация СО Среднеобъемная
пожара, (мин) в квартире, (кг/м3) °
5 12,6 (0,3-0,7) 10-4 310-330
10 50,2 (0,3-0,7) 10-3 398-476
15 60; 80 0,0014 550
100 0,0013-0,0011 510-538
60; 80; 0,0019 591
20 100 0,0020 603
120 0,0017 578
выше 17 этажа, куда не могут достать наиболее широко используемые 30; 45 и 50 метровые автолестницы и автомобильные коленчатые подъемники.
Вывод: тушение пожаров в ЗПЭ значительно отличается от локализации и ликвидации пожаров в обычных многоэтажных зданиях. Наличие большой высоты ЗПЭ характеризует воз-
никновение сложности и длительности проведения спасательных работ, возникновение трудности в подаче огнетушащих средств на верхние этажи здания, сосредоточения на пожаре большого количества основной и специальной пожарной техники и звеньев газодымозащитной службы (ГДЗС).
Литература
1. Теребнёв В.В., Подгрушный А. В., Артемьев Н. С. Пожаротушение в зданиях повышенной этажности. — М. — 2008. — 103 с.
2. Теребнев В.В., Артемьев Н.С., Троханов В.А. Противопожарная защита и тушение пожаров зданий повышенной этажности. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. - 261 с.
3. Чуприян А.П., Борзов Б.А., Матюшин A.B. Профилактика и тушение пожаров в высотных зданиях и зданиях повышенной этажности с вентилируемыми фасадами / Учебное пособие. — М. — 2016. 348 с.
4. Гвоздев Е.В. Рыбаков A.B. О методике оценки состояния пожарной безопасности на предприятии ОАО «Мосводоканал» // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты: научный журнал. — 2014. — №3 13 с. http://www.amchs.ru/index.php/nauj/ category/29-nauchnyj-zhurnal-2014g (дата обращения 23.11.2016).
5. Гвоздев Е.В. Моделирование деятельности специалистов по управлению системой пожарной безопасности предприятия / Е.В. Гвоздев,
A.B. Матюшин // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. — 2014. Выпуск № 6 (58). Режим доступа: http://ipb. mos.ru/ttb (дата обращения 23.11.2016).
6. Башаричев A.B. Применение новых информационных технологий в решении задач управления тушением пожаров и проведением спасательных работ в зданиях повышенной этажности : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.10 / Башаричев Алексей Владимирович; [Место защиты: Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России]. — Санкт-Петербург, 2011. — 173 е.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/2970
7. Родичев А.Ю. Модели и методы совершенствования системы управления эвакуацией людей из высотных зданий : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.10 / Родичев Алексей Юрьевич; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т ГПС МЧС России]. — Санкт-Петербург, 2011. — 111 е.: ил. РГБ ОД, 61 125/1323
Рецензент: доктор военных наук, профессор Мазаник А.И.
