1. CHARAKTERYSTYKA POŻARU W POMIESZCZENIU
Opracował: dr inż.. Mariusz Maślak
1. CHARAKTERYSTYKA POŻARU W POMIESZCZENIU
Opracował: dr inż.. Mariusz Maślak
Definicja pożaru.
• Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 29 grudnia 1999 roku w sprawie
szczegółowych zasad organizacji krajowego systemu ratownictwa gaśniczego (Dz. U. Nr 111 poz. 1311) –
załącznik Nr 3:
Pożar to niekontrolowany proces spalania w miejscu do tego nieprzeznaczonym.
• PN-ISO 8421-1/AK:1997 „Ochrona przeciwpożarowa. Terminologia: terminy ogólne i dotyczące zjawiska
pożaru (dla potrzeb krajowych)”:
Pożar to:
- proces spalania charakteryzujący się emisją cieplną, któremu towarzyszy dym i/lub płomień,
- spalanie o niekontrolowanym przebiegu w czasie i przestrzeni.
• J. Wierciński – Przegląd Pożarniczy , Nr 2/1962:
Pożar to konflikt pomiędzy człowiekiem i ogniem działającym bezpośrednio na jego szkodę.
Pożar wewnętrzny – pożar rozwijający się i rozprzestrzeniający wewnątrz obiektu.
Pożar zewnętrzny – pożar rozwijający się i rozprzestrzeniający na zewnątrz obiektu lub poza
obszarem budynku.
Pożar przestrzenny – pożar obejmujący wiele obiektów, pożar lasów, traw, upraw itp.
Przez strefę pożarową, zgodnie z § 226 ust.1 cytowanego rozporządzenia, rozumie się „cały budynek lub jego
część oddzieloną od innych budynków lub innych części budynku elementami oddzielenia przeciwpożarowego, (...)
bądź też pasami wolnego terenu o szerokości nie mniejszej niż dopuszczalne odległości od innych budynków,
określone w § 271 ust. 1-7 (niniejszego rozporządzenia)”. Oddzieleniami przeciwpożarowymi są z reguły ściany
i stropy, jeśli są „wykonane z materiałów niepalnych, a występujące w nich otwory - obudowane przedsionkami
przeciwpożarowymi lub zamykane za pomocą drzwi przeciwpożarowych lub innego zamknięcia
przeciwpożarowego” (§ 232 ust. 1 cytowanego rozporządzenia).
• Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych jakim
powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 75, poz.690):
Strefą pożarową jest tu „przestrzeń wydzielona w taki sposób, aby w określonym czasie pożar nie przeniósł się na
zewnątrz lub do wewnątrz wydzielonej przestrzeni”
• Rozporządzenie Ministra Spraw wewnętrznych z dnia 3 listopada 1992 roku w sprawie ochrony przeciwpożarowej
budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz. U. Nr 92, poz. 460 z późniejszymi zmianami):
Strefa pożarowa (fire compartment).
Strefa pożarowa jest często identyfikowana z pomieszczeniem (o ile jej przegrody stanowią oddzielenia
przeciwpożarowe).
Fazy rozwoju pożaru.
Pożar zlokalizowany (localised fire) – jeśli warunki nie pozwoliły na wzrost temperatury do wartości
wystarczającej do osiągnięcia punktu rozgorzenia.
Pożary zlokalizowane, w których nie doszło jeszcze (lub nie doszło w ogóle) do osiągnięcia punktu rozgorzenia
noszą w literaturze nazwę pre-flashover fire, z drugiej strony pożary po przejściu w fazę pożaru rozwiniętego
określa się mianem post-flashover fire.
• zapłon (ignition),
• faza wzrostu (rozwoju) pożaru (propagation phase, rising phase, growth period) – nad miejscem zapłonu
powstaje płomień, rozgrzane powietrze wraz ze spalinami unosi się ku sufitowi, pod sufitem formuje się
warstwa gorących gazów o narastającej grubości, nie ogrzane a więc cięższe powietrze pozostaje w dolnej,
stopniowo kurczącej się, warstwie strefy pożarowej,
• rozgorzenie pożaru
(flashover) – samozapłon wszystkich palnych obiektów w strefie pożarowej, ma miejsce
gdy temperatura gazów spalinowych stanie się wystarczająco wysoka,
• pożar rozwinięty (fully developed fire) – faza intensywnego spalania, po osiągnięciu punktu rozgorzenia
następuje wyrównanie się wartości temperatury gazów spalinowych w całym pomieszczeniu,
• faza stygnięcia pożaru (cooling phase, decreasing phase, decay period) – powolny spadek temperatury gazów
spalinowych związany z wypaleniem się paliwa lub przerwaniem dostępu tlenu.
Wpływ warunków wentylacji strefy pożarowej.
• Pożary regulowane podażą dostępnego paliwa – (fuel controlled fire) – dostęp tlenu do strefy pożarowej nie
jest w żaden sposób limitowany. Prędkość spalania nie zależy od dopływu powietrza przez otwory tej strefy
(wybite okna, otwarte drzwi itp.), bo jest go zawsze tyle ile potrzeba. Jest ona zatem regulowana jedynie ilością
(podażą), rozmieszczeniem i właściwościami potencjalnego paliwa (materiałów palnych).
• Pożary regulowane podażą dostępnego z otoczenia powietrza (tlenu)
- (ventilation controlled fire) – dostęp
tlenu do strefy pożarowej jest ograniczony. Wielkość otworów w strefie nie jest w stanie zapewnić dopływu
jego wystarczającej ilości. Pożar jest „przyduszany” przez brak tlenu. Prędkość spalania jest zatem
regulowana przez warunki wentylacji pomieszczenia i w przybliżeniu jest proporcjonalna do dopływu
powietrza przez otwory w przegrodach.
W pierwszym okresie pożar jest ograniczony do małej przestrzeni, nie brakuje tlenu (ze względu na małe
jeszcze zapotrzebowanie), jest go zatem zawsze tyle ile potrzeba. Jest to zatem pożar kontrolowany paliwem.
Powszechnie stosowane są określenia uproszczone, odpowiednio: pożary regulowane paliwem i pożary regulowane
wentylacją.
Jeśli pożar się rozwinie i rozprzestrzeni na całą strefę pożarową to wielkość otworów będzie limitować dostęp
tlenu i nie będzie go tyle ile potrzeba do podtrzymywania spalania. Taki pożar jest zawsze kontrolowany
wentylacją.
Zmiana charakteru pożaru z kontrolowanego paliwem na kontrolowany wentylacją jest jednym z warunków
jego rozgorzenia.
• przejście z fazy pożaru zlokalizowanego do
pożaru rozwiniętego, palą się wszystkie obiekty
palne zgromadzone w strefie pożarowej,
• przejście z pożaru regulowanego własnościami
paliwa na pożar regulowany przez warunki
wentylacji,
• nagła propagacja płomienia poprzez warstwę
gazów i par zgromadzonych pod sufitem,
osiągnięcie sufitu i rozprzestrzenienie się płomieni
na całą powierzchnię strefy pożarowej.
Rozgorzenie pożaru.
Podstawowe wymagania do stwierdzenia
rozgorzenia (D. Drysdale):
Rozgorzenie pożaru:
a) analogia hydrauliczna V. Babrauskasa,
b) mechanizm wymiany gazów w strefie pożarowej.
Bilans energetyczny pożaru.
(
)
0
,
,
=
+
+
+
−
g
r
v
c
v
p
Q
Q
Q
Q
Q
&
&
&
&
&
( )
fi
t
Q
RHR
&
=
[ ]
s
J
- szybkość uwalniania ciepła (rate of heat release - RHR) - wyrażona jako strumień
p
Q&
- strumień ciepła pochłonięty przez przegrody (partitions) wydzielające strefę pożarową
r
v
c
v
Q
Q
,
,
&
& +
- strumień ciepła uwolnionego przez istniejące w przegrodach otwory wentylujące strefę
pożarową, takie jak okna, drzwi itp. (vents), w szczególności:
c
v
Q
,
&
- przez konwekcję (convection),
r
v
Q
,
&
- przez promieniowanie (radiation),
g
Q&
- strumień ciepła pobieranego na ogrzanie zgromadzonego w strefie pożarowej zimnego powietrza
do temperatury spalin
g
Θ
gdzie:
Bilans masowy pożaru.
[
]
s
kg
b
a
f
m
m
m
&
&
&
+
=
f
m
&
- strumień masy gorących gazów wypływających ze strefy pożarowej,
a
m
&
b
m
&
- strumień masy powietrza napływającego do strefy pożarowej,
- strumień masy produktów tak zwanej pirolizy (pyrolysis = thermal decomposition) czyli
rozkładu termicznego substancji bez dostępu tlenu, w literaturze często używa się
zamiennie nazwy produkty spalania (burning), co nie jest do końca ścisłe (spalanie to
chemiczna reakcja łączenia się materiału palnego z tlenem, podczas której wydziela się
ciepło i światło).
gdzie:
Obciążenie ogniowe (fire load).
Obciążenie ogniowe to wyrażona w jednostkach SI całkowita energia powstająca podczas spalania materiałów
palnych zgromadzonych w określonej, ograniczonej przestrzeni (pomieszczeniu), wraz z materiałami palnymi
podłóg, sufitów, ścian wewnętrznych i przepierzeń oraz okładzin ściennych.
n
i
,...,
1
=
( )
[ ]
MJ
∫
∑
∑
∞
=
=
α
χ
=
=
=
0
1
1
,
,
4
,
18
n
i
n
i
i
i
i
i
eff
c
i
fi
fi
G
H
G
dt
t
Q
Q
&
i
G
[ ]
kg
- masa i-tego materiału palnego w strefie pożarowej,
i
c
i
i
eff
c
H
H
,
,
,
χ
=
[
]
kg
MJ
- efektywne ciepło spalania (effective calorific value) i-tego materiału palnego zgromadzonego
w strefie pożarowej, zredukowane (szacowany współczynnik redukcyjny
) w stosunku
do wartości
(net calorific value) charakterystycznej dla spalania w warunkach idealnych
(wartość
dla poszczególnych materiałów palnych ustalana jest w laboratoryjnym
badaniu kalorymetrycznym, podczas gdy wartość
odpowiada nieidealnym warunkom
spalania w pożarach rzeczywistych),
1
≤
i
χ
i
c
H
,
i
c
H
,
i
eff
c
H
,
,
4
,
18
,i
c
i
H
=
α
- współczynnik przeliczeniowy będący ilorazem ciepła spalania
badanego materiału
i ciepła spalania „znormalizowanego” drewna, czyli
i
c
H
,
[
]
[
]
kg
kcal
4400
kg
MJ
4
,
18
=
Takie określone pomieszczenie na ogół utożsamia się z wydzieloną z budynku strefą pożarową. A zatem jeśli
w strefie pożarowej znajduje się
rodzajów materiałów palnych, to:
gdzie:
Gęstość obciążenia ogniowego (fire load density).
[
]
2
m
MJ
A
Q
q
=
t
t
f
f
A
Q
q
A
Q
q
=
≠
=
f
A
A
=
- a więc w odniesieniu do całkowitej powierzchni podłogi (floor),
t
A
A
=
Jeżeli jednak pożar jest zlokalizowany i nie rozgorzał w całej strefie pożarowej to przyjmuje się faktyczną
powierzchnię, na której zebrane są materiały palne.
- w odniesieniu do całkowitej powierzchni (total) wszystkich przegród ograniczających strefę
pożarową (ścian, podłogi i sufitu).
ale:
Może być określane na dwa wzajemnie różne sposoby:
Wartości
,
i
zalecane w normie PN-EN 1991-1-2 do stosowania w analizie
bezpieczeństwa pożarowego.
f
q
~
q
u
k
f
q
,
f
q
~
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
2
m
MJ
q
u
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
2
m
MJ
k
f
q
,
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
2
m
MJ
Rodzaj
pomieszczenia
jako kwantyl:
80%
90%
95%
Mieszkania
780
234
948
1085
1217
Szpitale
230
69
280
320
359
Pokoje hotelowe
310
93
377
431
484
Biblioteki
1500
450
1824
2087
2340
Biura
420
126
511
584
655
Szkoły
285
85,5
347
397
445
Sklepy
600
180
730
835
936
Teatry, kina
300
90
365
417
468
Dworce autobusowe,
kolejowe itp.
100
100
122
139
156
Wartości
według ECCS.
k
f
q
,
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
2
m
MJ
k
f
q
,
Rodzaj pomieszczenia
Mieszkania
Sypialnie
630
Pokoje gościnne
510
Biura
Pomieszczenia
techniczne
720
Administracja
640
Szkoły
Podstawowe
(junior level)
370
Średnie (middle
level)
400
Wyższe (senior
level)
260
Szpitale
Sale z chorymi
80
Hotele
Pokoje hotelowe
420
(
)
u
u
H
H
i
c
i
cu
025
,
0
01
,
0
1
,
,
−
−
=
[
]
kg
MJ
Korekta ciepła spalania w przypadku materiału zawilgoconego.
u
- wyraża procentowy udział wilgoci w suchej masie.
gdzie:
Wpływ warunków wentylacji strefy pożarowej na intensywność spalania.
eq
v
v
fi
h
A
m
,
092
,
0
=
&
Według K. Kawagoe:
Według M. Law:
(
)
Ω
−
−
=
036
,
0
1
18
,
0
e
d
w
h
A
m
v
v
fi
&
fi
m
&
[
]
s
kg
b
m
&
v
A
[ ]
2
m
eq
v
h
,
[ ]
m
- szybkość (intensywność) pirolizy (pyrolisys rate), czyli ilość materiałów palnych zamieniana
na gazy spalinowe na sekundę, równoważna
z równania bilansu masowego pożaru,
zwana zamiennie (niezbyt ściśle) szybkością spalania (burning rate),
- całkowita powierzchnia wszystkich pionowych (w ścianach – okna, drzwi itp.) otworów
wentylujących strefę pożarową (vents),
- uśredniona wysokość pionowych otworów wentylujących strefę pożarową.
v
v
v
t
h
A
A
A
−
=
Ω
d
w,
[ ]
m
- odpowiednio szerokość (width) i głębokość (depth) strefy pożarowej.
Współczynnik otworów (opening factor):
[ ]
0,5
m
t
eq
v
v
A
h
A
O
,
=
Empiryczne kryterium rozgorzenia pożaru P. H. Thomasa (Thomas’s flashover criterion):
Pożar rozgorzeje jeśli szybkość uwalniania ciepła (strumień uwalnianego ciepła):
cr
cr
RHR
Q
=
&
(
)
[
]
s
MJ
t
t
v
v
t
cr
cr
OA
A
h
A
A
RHR
Q
378
,
0
0078
,
0
378
,
0
0078
,
0
+
=
+
=
=
&