СП 11.13130.2009. Приложение А ИНТЕГРАЛЬНАЯ МЕТОДИКА

А.1

Введение

Необходимое время эвакуации людей определяется по времени, при котором значения опасных факторов пожара (повышенной температуры среды, дальности видимости в дыму, повышенных концентраций токсичных продуктов горения и пониженной концентрации кислорода) на высоте верхнего уровня рабочей зоны достигают критических для жизни людей (или их ориентации в пространстве) величин.

А.2

Последовательность расчета необходимого времени эвакуации людей из помещения при пожаре

Расчет необходимого времени эвакуации людей из помещения при пожаре производится в следующем порядке:

А.2.1

Рассчитывают отношение тепла, которое может выделиться при сгорании 1 кг горючего материала, к теплосодержанию воздуха в помещении до пожара m (1/кг):

m = η·Qнр/(cp0·Tm0·ρm0·V), (А.1)

где η - коэффициент полноты горения;

Qнр - низшая рабочая теплота сгорания горючего материала, Дж/кг;

cp0 - изобарная среднеобъемная теплоемкость газов в помещении до пожара, Дж/(кг·K);

ρm0 - среднеобъемная плотность газов в помещении до пожара, кг/м3;

V - свободный объем помещения, м3;

Tm0 - среднеобъемная температура среды в помещении до пожара, K.

Формула (А.1)

m = η·Qнр/(cp0·Tm0·ρm0·V), (А.1)

где η - коэффициент полноты горения;

Qнр - низшая рабочая теплота сгорания горючего материала, Дж/кг;

cp0 - изобарная среднеобъемная теплоемкость газов в помещении до пожара, Дж/(кг·K);

ρm0 - среднеобъемная плотность газов в помещении до пожара, кг/м3;

V - свободный объем помещения, м3;

Tm0 - среднеобъемная температура среды в помещении до пожара, K.

m = η·Q_н^р/(c_p0·T_m0·ρ_m0·V) (А.1)

где η - коэффициент полноты горения;

Qнр - низшая рабочая теплота сгорания горючего материала, Дж/кг;

cp0 - изобарная среднеобъемная теплоемкость газов в помещении до пожара, Дж/(кг·K);

ρm0 - среднеобъемная плотность газов в помещении до пожара, кг/м3;

V - свободный объем помещения, м3;

Tm0 - среднеобъемная температура среды в помещении до пожара, K.

А.2.2

Определяют комплекс Bi (кг/м3) для каждого i-ого газа:

Bi = η·Li/(m·V·(1 − φ)), (А.2)

где Li - масса i-ого газа, выделяющегося (поглощающегося) при сгорании единицы массы горючего материала (положительное число для токсичных продуктов горения и отрицательное для кислорода), кг/кг;

φ - безразмерный коэффициент потерь тепла на нагрев ограждающих конструкций помещения.

Формула (А.2)

Bi = η·Li/(m·V·(1 − φ)), (А.2)

где Li - масса i-ого газа, выделяющегося (поглощающегося) при сгорании единицы массы горючего материала (положительное число для токсичных продуктов горения и отрицательное для кислорода), кг/кг;

φ - безразмерный коэффициент потерь тепла на нагрев ограждающих конструкций помещения.

B_i = η·L_i/(m·V·(1 − φ)) (А.2)

где Li - масса i-ого газа, выделяющегося (поглощающегося) при сгорании единицы массы горючего материала (положительное число для токсичных продуктов горения и отрицательное для кислорода), кг/кг;

φ - безразмерный коэффициент потерь тепла на нагрев ограждающих конструкций помещения.

А.2.3

Определяют комплекс Bпв для случая потери видимости в дыму:

Bпв = (1 − φ)·m·V/(lпв·D), (А.3)

где lпв - предельная дальность видимости в дыму, м;

D - дымообразующая способность горящего материала, (Нп·м2/кг).

Формула (А.3)

Bпв = (1 − φ)·m·V/(lпв·D), (А.3)

где lпв - предельная дальность видимости в дыму, м;

D - дымообразующая способность горящего материала, (Нп·м2/кг).

B_пв = (1 − φ)·m·V/(l_пв·D) (А.3)

где lпв - предельная дальность видимости в дыму, м;

D - дымообразующая способность горящего материала, (Нп·м2/кг).

А.2.4

Вычисляют для каждой рабочей зоны безразмерный параметр высоты верхнего уровня рабочей зоны размещения людей в помещении:

Z = (h + 1,7 − 0,5·γ)/H·exp(1,4·(h + 1,7 − 0,5·γ)/H), (А.4)

где Z - безразмерный параметр неравномерности распределения опасных факторов пожара по высоте помещения;

h - высота отметки (размещения площадки), на которой находятся люди в помещении, м;

H - высота помещения, м;

1,7 - высота рабочей зоны (средний рост человека), м;

γ - разность отметок пола в помещении, равная нулю при горизонтальном его расположении, м.

Формула (А.4)

Z = (h + 1,7 − 0,5·γ)/H·exp(1,4·(h + 1,7 − 0,5·γ)/H), (А.4)

где Z - безразмерный параметр неравномерности распределения опасных факторов пожара по высоте помещения;

h - высота отметки (размещения площадки), на которой находятся люди в помещении, м;

H - высота помещения, м;

1,7 - высота рабочей зоны (средний рост человека), м;

γ - разность отметок пола в помещении, равная нулю при горизонтальном его расположении, м.

Z = (h + 1,7 − 0,5·γ)/H·exp(1,4·(h + 1,7 − 0,5·γ)/H) (А.4)

где Z - безразмерный параметр неравномерности распределения опасных факторов пожара по высоте помещения;

h - высота отметки (размещения площадки), на которой находятся люди в помещении, м;

H - высота помещения, м;

1,7 - высота рабочей зоны (средний рост человека), м;

γ - разность отметок пола в помещении, равная нулю при горизонтальном его расположении, м.

А.2.5

Оценивают безразмерные показатели опасности температуры (σт), потери видимости в дыму (Gпв) и токсичных продуктов горения или кислорода (Ci) для критических значений соответствующих опасных факторов пожара:

σт = (Tкр − Tm0)/Tm0, (А.5)

Ci = (Xкрi − Xm0i)/(Bi − Xm0i), (А.6)

Gпв = Bпв·ln(1,05·α·E), (А.7)

где σт - безразмерный показатель опасности температуры;

Ci - безразмерный показатель опасности для i-ого газа;

Gпв - безразмерный показатель опасности для случая потери видимости в дыму;

Xm0i - среднеобъемная концентрация i-ого газа в помещении до пожара, кг/м3;

Xкрi - критическая концентрация i-ого газа для жизни человека, кг/м3;

Tкр - критическая для жизни людей температура среды в помещении при пожаре, K;

α - коэффициент отражения поверхностей (предметов) на путях эвакуации;

E - начальная освещенность поверхностей в помещении, лк.

Формула (А.5)

σт = (Tкр − Tm0)/Tm0, (А.5)

σ_т = (T_кр − T_m0)/T_m0 (А.5)

Формула (А.6)

Ci = (Xкрi − Xm0i)/(Bi − Xm0i), (А.6)

C_i = (X_крi − X_m0i)/(B_i − X_m0i) (А.6)

Формула (А.7)

Gпв = Bпв·ln(1,05·α·E), (А.7)

где σт - безразмерный показатель опасности температуры;

Ci - безразмерный показатель опасности для i-ого газа;

Gпв - безразмерный показатель опасности для случая потери видимости в дыму;

Xm0i - среднеобъемная концентрация i-ого газа в помещении до пожара, кг/м3;

Xкрi - критическая концентрация i-ого газа для жизни человека, кг/м3;

Tкр - критическая для жизни людей температура среды в помещении при пожаре, K;

α - коэффициент отражения поверхностей (предметов) на путях эвакуации;

E - начальная освещенность поверхностей в помещении, лк.

G_пв = B_пв·ln(1,05·α·E) (А.7)

где σт - безразмерный показатель опасности температуры;

Ci - безразмерный показатель опасности для i-ого газа;

Gпв - безразмерный показатель опасности для случая потери видимости в дыму;

Xm0i - среднеобъемная концентрация i-ого газа в помещении до пожара, кг/м3;

Xкрi - критическая концентрация i-ого газа для жизни человека, кг/м3;

Tкр - критическая для жизни людей температура среды в помещении при пожаре, K;

α - коэффициент отражения поверхностей (предметов) на путях эвакуации;

E - начальная освещенность поверхностей в помещении, лк.

А.2.6

Рассчитывают интегральные показатели опасности температуры (Rт), токсичных продуктов горения или кислорода (Ri) и потери видимости в дыму (Rпв) по формулам:

Rт = 1 + σт/Z, (А.8)

Ri = (1 − Ci/Z)^−1, (А.9)

Rпв = (1 − Gпв/Z)^−1. (А.10)

Отрицательное значение интегрального показателя опасности температуры, потери видимости в дыму, токсичных продуктов горения или кислорода означает, что данный опасный фактор пожара при данном варианте пожара не представляет опасности для жизни людей и в дальнейших расчетах не учитывается.

Формула (А.8)

Rт = 1 + σт/Z, (А.8)

R_т = 1 + σ_т/Z (А.8)

Формула (А.9)

Ri = (1 − Ci/Z)^−1, (А.9)

R_i = (1 − C_i/Z)⁻¹ (А.9)

Формула (А.10)

Rпв = (1 − Gпв/Z)^−1. (А.10)

R_пв = (1 − G_пв/Z)⁻¹ (А.10)

А.2.7

Устанавливают ведущий (появляющийся раньше других) опасный фактор пожара для людей:

R = min(Rт; Ri; Rпв). (А.11)

Формула (А.11)

R = min(Rт; Ri; Rпв). (А.11)

R = min(R_т; R_i; R_пв) (А.11)

А.2.8

Рассчитывают критическую массу горючего материала Mкр (кг) для анализируемого помещения:

Mкр = 1/((1 − φ)·m)·ln(R). (А.12)

Формула (А.12)

Mкр = 1/((1 − φ)·m)·ln(R). (А.12)

M_кр = 1/((1 − φ)·m)·ln(R) (А.12)

А.2.9

Найденное значение Mкр сравнивают со всей массой горючей нагрузки в помещении Mф, которая может быть охвачена пламенем при данной схеме развития пожара. Если выполняется условие

Mкр > Mф, (А.13)

то рассматриваемая схема для людей, находящихся на заданном, а также нижележащих уровнях по высоте помещения, не опасна и для этих уровней далее не учитывается.

Если условие (А.13) не выполняется, то данный вариант развития пожара представляет опасность для людей и расчет следует продолжить, используя полученное значение критической массы горючей нагрузки (ГН).

Формула (А.13)

Mкр > Mф, (А.13)

M_кр > M_ф (А.13)

А.2.10

Для каждого из возможных вариантов развития пожара в помещении определяют параметры A и n. При наличии в помещении нескольких видов ГН и (или) нескольких возможных способов ее размещения следует определить соответствующее количество вариантов (расчетных схем) развития пожара и присвоить им индексы - порядковые номера. Каждый j-й вариант характеризуется двумя параметрами Aj и nj, которые определяются по формулам:

А.2.10.1

Для случая стационарного горения легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) или горючих жидкостей (ГЖ) на постоянной площади (оборудованной средствами, предотвращающими растекание жидкости):

A1 = ψ·Sп, n1 = 1 (А.14)

где ψ - удельная массовая скорость выгорания, кг/(м2·с);

Sп - площадь пожара, м2.

Формула (А.14)

A1 = ψ·Sп, n1 = 1 (А.14)

где ψ - удельная массовая скорость выгорания, кг/(м2·с);

Sп - площадь пожара, м2.

A₁ = ψ·S_п, n₁ = 1 (А.14)

где ψ - удельная массовая скорость выгорания, кг/(м2·с);

Sп - площадь пожара, м2.

А.2.10.2

Для случая горения свободно растекающихся ЛВЖ и ГЖ:

A2 = ψ·g/2·δ, n2 = 2, (А.15)

где g - расход вытекающей жидкости, м3/с;

δ - толщина слоя растекающейся жидкости, м.

Формула (А.15)

A2 = ψ·g/2·δ, n2 = 2, (А.15)

где g - расход вытекающей жидкости, м3/с;

δ - толщина слоя растекающейся жидкости, м.

A₂ = ψ·g/2·δ, n₂ = 2 (А.15)

где g - расход вытекающей жидкости, м3/с;

δ - толщина слоя растекающейся жидкости, м.

А.2.10.3

Для случая кругового распространения пламени по равномерно распределенным на площади твердым веществам и материалам, когда время охвата пламенем любой из ее сторон превышает 60 с:

а) при наклоне поверхности ГН к плоскости горизонта не более 30° (например, покрытие пола или ряды кресел на нем):

A3 = 1,05·ψ·ϑл^2, n3 = 3, (А.16)

где ϑл - средняя скорость распространения пламени по ГН, м/с;

б) при наклоне поверхности ГН к плоскости горизонта более 30° (например, одиночный занавес или облицовочное покрытие стены):

A4 = 0,0667·ψ·ϑв·ϑг, n4 = 3, (А.17)

где ϑв, ϑг - скорости распространения пламени по ГН вверх и в горизонтальном направлении соответственно, м/с.

Формула (А.16)

A3 = 1,05·ψ·ϑл^2, n3 = 3, (А.16)

где ϑл - средняя скорость распространения пламени по ГН, м/с;

A₃ = 1,05·ψ·ϑ_л², n₃ = 3 (А.16)

где ϑл - средняя скорость распространения пламени по ГН, м/с;

Формула (А.17)

A4 = 0,0667·ψ·ϑв·ϑг, n4 = 3, (А.17)

где ϑв, ϑг - скорости распространения пламени по ГН вверх и в горизонтальном направлении соответственно, м/с.

A₄ = 0,0667·ψ·ϑ_в·ϑ_г, n₄ = 3 (А.17)

где ϑв, ϑг - скорости распространения пламени по ГН вверх и в горизонтальном направлении соответственно, м/с.

А.2.10.4

Для случая горения горизонтальной полосы твердых горючих материалов:

A5 = 0,5·k·a·ϑл·ψ, n5 = 2, (А.18)

где k - число направлений распространения пламени на полосе твердых горючих материалов;

a - ширина горящей полосы твердых горючих материалов, м.

Формула (А.18)

A5 = 0,5·k·a·ϑл·ψ, n5 = 2, (А.18)

где k - число направлений распространения пламени на полосе твердых горючих материалов;

a - ширина горящей полосы твердых горючих материалов, м.

A₅ = 0,5·k·a·ϑ_л·ψ, n₅ = 2 (А.18)

где k - число направлений распространения пламени на полосе твердых горючих материалов;

a - ширина горящей полосы твердых горючих материалов, м.

А.2.10.5

Для случая горения твердых веществ и материалов в виде пакета параллельных вертикальных поверхностей (например, декорации, ткани на вешалках):

A6 = 2,09·ψ·ϑв·ϑг, n6 = 3. (А.19)

Формула (А.19)

A6 = 2,09·ψ·ϑв·ϑг, n6 = 3. (А.19)

A₆ = 2,09·ψ·ϑ_в·ϑ_г, n₆ = 3 (А.19)

А.2.11

Рассчитывают критическую продолжительность пожара для всех не исключенных из рассмотрения вариантов развития пожара τкрj (с):

τкрj = (Mкрj/Aj)^(1/nj), (А.20)

где j = 1, 2, 3, 4, 5 - порядковые номера (индексы) опасных вариантов (схем) развития пожара.

Формула (А.20)

τкрj = (Mкрj/Aj)^(1/nj), (А.20)

где j = 1, 2, 3, 4, 5 - порядковые номера (индексы) опасных вариантов (схем) развития пожара.

τ_крj = (M_крj/A_j)^{1/n_j} (А.20)

где j = 1, 2, 3, 4, 5 - порядковые номера (индексы) опасных вариантов (схем) развития пожара.

А.2.12

Устанавливают наиболее опасный вариант развития пожара для рассматриваемого уровня расположения людей и определяют для него критическую продолжительность пожара:

τкр = min(τкрj). (А.21)

Формула (А.21)

τкр = min(τкрj). (А.21)

τ_кр = min(τ_крj) (А.21)

А.2.13

Определяют необходимое время эвакуации людей из помещения при пожаре τнб (с):

τнб = 0,8·τкр. (А.22)

Формула (А.22)

τнб = 0,8·τкр. (А.22)

τ_нб = 0,8·τ_кр (А.22)

А.3

Исходные данные для расчета

Точность определения необходимого времени эвакуации людей по предлагаемой методике во многом зависит от объективности выбора исходных данных, входящих в расчетные зависимости.

Конструктивно-планировочное решение и функциональное назначение помещения определяют:

- свободный объем помещения V (в затруднительных случаях допускается принимать свободный объем равным 0,8 геометрического);

- высоту помещения H (если потолок помещения не плоский, высота определяется как отношение геометрического объема к площади пола);

- высоту каждого уровня расположения людей h;

- возможные варианты развития пожара, а также материал ГН, способ ее размещения и фактическую массу для каждого варианта;

- начальную температуру воздуха в помещении Tm0 (определяется по нормативным документам или результатам конкретных измерений, а в затруднительных случаях принимается Tm0 = 293 K);

- коэффициент отражения предметов на путях эвакуации α;

- начальную освещенность поверхностей в помещении E, лк.

Необходимые для расчета характеристики ГН (удельная скорость выгорания ψ, скорости распространения пламени ϑл, ϑг, ϑв, низшая теплота сгорания Qнр, коэффициент полноты горения η, состав токсичных продуктов горения и удельное выделение каждого из них Li, дымообразующая способность горючего материала D) определяются по данным пожарно-технической литературы или в результате экспериментов. Если ГН представляет собой композицию различных материалов, допускается расчет необходимых показателей пожарной опасности ГН по соответствующим характеристикам этих материалов с учетом их процентного содержания в композиции. При отсутствии данных об удельном выделении одного или нескольких токсичных продуктов сгорания ГН соответствующие ОФП допускается не учитывать. При отсутствии данных о теплоте сгорания материалов, коэффициенте отражения предметов на путях эвакуации и начальной освещенности в помещении допускается принимать Qнр = 50 МДж/кг, α = 0,3 и E = 50 лк. Критическую для жизни людей температуру среды в помещении при пожаре принимают равной Tкр = 343 K.

Критические концентрации токсичных продуктов горения Xкрi принимаются по литературным данным для условий одноразового воздействия на эвакуирующихся в течение нескольких минут при средних физических нагрузках и по критерию сохранения ими способности реально оценивать окружающую обстановку, уверенно принимать и выполнять соответствующие решения. Для наиболее распространенных продуктов горения критические концентрации газов равны: окись углерода XCO = 0,00116 кг/м3; двуокись углерода XCO2 = 0,11 кг/м3; хлористый водород XHCl = 0,023·10^−3 кг/м3; цианистый водород XHCN = 0,2·10^−3 кг/м3; фосген XCOCl2 = 0,2·10^−3 кг/м3; окислы азота XNO2 = 1·10^−3 кг/м3; сероводород XH2S = 1,1·10^−3 кг/м3. Предельная концентрация кислорода XO2 = 0,226 кг/м3. При отсутствии данных о критических концентрациях других токсичных продуктов соответствующие опасные факторы пожара допускается не учитывать.