Приложение 5. Методы определения времени от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара и расчетного времени эвакуации

Приложение 5

Методы определения времени от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара и расчетного времени эвакуации

I. Метод определения времени от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара

Время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара определяется путем выбора из полученных в результате расчетов значений критической продолжительности пожара минимального времени:

. (П5.1)

Критическая продолжительность пожара по каждому из опасных факторов определяется как время достижения этим фактором критического значения на путях эвакуации на высоте 1,7 м от пола. Критические значения по каждому из опасных факторов составляют:

- по повышенной температуре - +70 °С;

- по тепловому потоку - 1400 Вт/м ²;

- по потере видимости - 20 м;

- по пониженному содержанию кислорода - 0,226 кг·м ^-3;

- по каждому из токсичных газообразных продуктов горения (CO ₂ - 0,11 кг·м ^-3; СО - ; HCl - ).

Для описания термогазодинамических параметров пожара могут применяться три вида моделей: интегральные, зонные (зональные) и полевые.

Выбор конкретной модели расчета времени блокирования путей эвакуации следует осуществлять, исходя из следующих предпосылок.

Интегральный метод:

- для зданий, содержащих развитую систему помещений малого объема простой геометрической конфигурации;

- для помещений, где характерный размер очага пожара соизмерим с характерными размерами помещения и размеры помещения соизмеримы между собой (линейные размеры помещения отличаются не более, чем в 5 раз);

- для предварительных расчетов с целью выявления наиболее опасного сценария пожара.

Зонный (зональный) метод:

- для помещений и систем помещений простой геометрической конфигурации, линейные размеры которых соизмеримы между собой (линейные размеры помещения отличаются не более, чем в 5 раз), когда размер очага пожара существенно меньше размеров помещения;

- для рабочих зон, расположенных на разных уровнях в пределах одного помещения (площадки обслуживания оборудования, внутренние этажерки и т. д).

Полевой метод:

- для помещений сложной геометрической конфигурации, а также помещений с большим количеством внутренних преград (например, многосветные пространства с системой галерей и примыкающих коридоров);

- для помещений, в которых один из геометрических размеров гораздо больше (меньше) остальных (тоннели, закрытые галереи и т. д.);

- для иных случаев, когда применимость или информативность зонных и интегральных моделей вызывает сомнение (уникальные сооружения, распространение пожара по фасаду здания, необходимость учета работы систем противопожарной защиты, способных качественно изменить картину пожара и т. д.).

В настоящее время для проведения расчетов распространения опасных факторов пожара в здании получили широкое распространение программные продукты, реализующие полевые и зонные модели расчета времени блокирования путей эвакуации. К наиболее широко используемым программным продуктам, реализующим указанные выше модели, следует отнести FDS 6 (Fire Dynamic Simulator - Программа для моделирования динамики развития пожара), моделирующий полевую модель, и CFAST 6 (Consolidated Model of Fire and Smoke Transport - Обобщенная модель распространения огня и дыма), моделирующий зонную модель. Необходимо отметить, что данные программные продукты имеют открытый исходный код и распространяются бесплатно. Перечень необходимых исходных данных для задания свойств очага пожара, выделения дыма и токсичных газообразных продуктов горения в указанных выше программных продуктах на основании документов [10, 19-21] представлен в Прил. 1 к настоящему Пособию.

Вместе с тем, применение данных программных продуктов не исключает проведения расчетов распространения опасных факторов пожара в зданиях посредством других программных средств указанной области применения.

Необходимо отметить, что при использовании полевой модели определение критической продолжительности пожара по условию достижения каждым из опасных факторов пожара предельно допустимых значений в зоне пребывания людей (рабочей зоне) имеет существенные особенности, связанные с тем, что критическое значение в различных точках помещения достигается не одновременно. Для помещений с соизмеримыми размерами время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара допустимо определять как максимальное из соответствующих времен для эвакуационных выходов из данного помещения (время блокирования последнего выхода).

При рассмотрении сценариев, связанных со сгоранием газо-, паро- или пылевоздушной смеси в помещении категории А или Б, условная вероятность поражения человека в этом помещении принимается равной 1 при сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в этом помещении до завершения эвакуации людей и 0 после завершения эвакуации людей.

При наличии в помещении очага пожара установки автоматического водяного и пенного пожаротушения, соответствующей требованиям нормативных документов по пожарной безопасности, при проведении расчетов значение скорости выгорания допускается принимать уменьшенным в 2 раза.

При проведении расчетов распространения опасных факторов пожара линейную скорость распространения пламени в первые 10 мин от начала возникновения пожара допускается принимать равной 50% от ее максимального значения.

При ограничении помещения, в котором находится очаг пожара, противопожарными преградами с заполнением проемов противопожарными дверями допускается принимать, что опасные факторы пожара из помещения очага пожара после завершения эвакуации людей из рассматриваемого помещения не распространяются в течение интервала времени, равного разности предела огнестойкости противопожарных дверей и суммы расчетного время эвакуации людей из помещения очага пожара при j-м сценарии пожара и интервала времени от начала реализации j-го сценария пожара до начала эвакуации людей из помещения очага пожара:

 _{локализации}=EI-(t _Pj+ _Н,Эj), (П5.2)

где EI - предел огнестойкости противопожарных дверей; t _Pj - расчетное время эвакуации людей из помещения очага пожара при j-м сценарии пожара;  _Н,Эj - интервал времени от начала реализации j-го сценария пожара до начала эвакуации людей из помещения очага пожара.

Для помещения очага пожара, удовлетворяющего критериям применения интегрального метода, критическую продолжительность пожара t _кр (с) по условию достижения каждым из опасных факторов пожара предельно допустимых значений в зоне пребывания людей (рабочей зоне) можно оценить по формулам:

по повышенной температуре:

; (П5.3)

по потере видимости:

; (П5.4)

по пониженному содержанию кислорода:

; (П5.5)

по каждому из газообразных токсичных продуктов горения:

; (П5.6)

, (П5.7)

где T ₀ - начальная температура воздуха в помещении, °С; В - размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг; n - показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающего материала во времени; А - размерный параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания горючего вещества и площадь пожара, кг/с ⁿ; Z - безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения опасного фактора пожара по высоте помещения; Q - низшая теплота сгорания материала, МДж/кг; C _P - удельная изобарная теплоемкость воздуха, МДж/кг; - коэффициент теплопотерь; - коэффициент полноты горения; V - свободный объем помещения, м ³; - коэффициент отражения предметов на путях эвакуации; Е - начальное освещение, лк; l _ПР - предельная дальность видимости в дыму, м; D _m - дымообразующая способность горящего материала, Нп·м ²/кг; L - удельный выход токсичных газов при сгорании 1 кг горючего вещества, кг/кг; Х - предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг/м ³; - удельный расход кислорода, кг/кг.

Свободный объем помещения соответствует разности между геометрическим объемом и объемом оборудования или предметов, находящихся внутри. При отсутствии данных допускается свободный объем принимать равным 80% геометрического объема помещения.

Если под знаком логарифма получается отрицательное число, то данный опасный фактор пожара не представляет опасности.

Параметр Z определяется по формуле:

, при H6 м, (П5.8)

где h - высота рабочей зоны, м; H - высота помещения, м.

Высота рабочей зоны определяется по формуле:

, (П5.9)

где h _ПЛ - высота площадки, на которой находятся люди, над полом помещения, м; - разность высот пола, равная нулю при горизонтальном его расположении, м.

Следует иметь в виду, что наибольшей опасности при пожаре подвергаются люди, находящиеся на более высокой отметке. Поэтому при определении необходимого времени эвакуации следует ориентироваться на наиболее высоко расположенные в помещении участки возможного пребывания людей.

Параметры А и n определяются следующим образом:

- для случая горения жидкости с установившейся скоростью:

A= _FF, при n=1; (П5.10)

- для случая горения жидкости с неустановившейся скоростью:

, при n=1,5; (П5.11)

- для случая кругового распространения пламени по поверхности горючего вещества или материала:

, при n=3; (П5.12)

- для вертикальной или горизонтальной поверхности горения в виде прямоугольника, одна из сторон которого увеличивается в двух направлениях за счет распространения пламени:

, при n=2, (П5.13)

где  _F - удельная массовая скорость выгорания вещества, кг/(м ²·с); F - площадь пролива жидкости, м ²;  _СТ - время установления стационарного режима горения жидкости, с; v - линейная скорость распространения пламени, м/с; b - перпендикулярный к направлению движения пламени размер зоны горения, м.

При отсутствии данных значение  _СТ может быть принято в зависимости от температуры кипения жидкости [18]:

- для жидкостей с температурой кипения до 100 °С - 180 с;

- для жидкостей с температурой кипения от 101 до 150 °С - 240 с;

- для жидкостей с температурой кипения более 150 °С - 360 с.

Случай факельного горения в помещении может рассматриваться как горение жидкости с установившейся скоростью с параметром А равным массовому расходу истечения горючего вещества из оборудования и показателем степени п равным 1.

При отсутствии специальных требований значения и Е принимаются равными 0,3 и 50 лк соответственно, а l _ПР - 20 м.

При расположении людей на различных по высоте площадках критическую продолжительность пожара следует определять для каждой площадки.

II. Метод определения расчетного времени эвакуации

Расчетное время эвакуации людей t _p из помещений и зданий устанавливают по расчету времени движения одного или нескольких людских потоков через эвакуационные выходы от наиболее удаленных мест размещения людей непосредственно наружу или в безопасную зону.

Расчетное время эвакуации определяется только для эвакуационных путей и эвакуационных выходов, параметры которых (минимальная ширина и высота) соответствуют требованиям нормативных документов по пожарной безопасности.

При определении расчетного времени эвакуации учитывается пропускная способность всех имеющихся в помещениях, на этажах и в здании эвакуационных выходов.

При расчете весь путь движения людского потока подразделяют на участки (проход, коридор, дверной проем, лестничный марш, тамбур) длиной l _i и шириной  _i Начальными участками являются проходы между рабочими местами, оборудованием, рядами кресел и т. п. При определении расчетного времени эвакуации учитывается пропускная способность всех имеющихся в помещениях, на этажах и в здании эвакуационных выходов.

При определении расчетного времени длину и ширину каждого участка пути эвакуации для проектируемых зданий и сооружений принимают по проекту, а для существующих - по факту. Длину пути по лестничным маршам, а также по пандусам измеряют по длине марша. Длину пути в дверном проеме принимают равной нулю. Проем, расположенный в стене толщиной более 0,7 м, а также тамбур следует считать самостоятельными участками горизонтального пути, имеющими конечную длину l _i.

Расчетное время эвакуации людей t _p следует определять как сумму времени движения людского потока по отдельным участкам пути t _i по формуле

t _P=t ₁+t ₂+t ₃+_+t _i, (П5.14)

где t ₁ - время движения людского потока на первом (начальном) участке, мин; - время движения людского потока на каждом из следующих после первого участка пути, мин.

Время движения людского потока по первому участку пути t _i, мин, определяется по формуле

, (П5.15)

где l ₁ - длина первого участка пути, м; v ₁ - скорость движения людского потока по горизонтальному пути на первом участке, м/мин (определяют по табл. П5.1 в зависимости от плотности D).

Плотность однородного людского потока на первом участке пути D ₁, определяется по формуле

, (П5.16)

где N ₁ - число людей на первом участке, чел.; f - средняя площадь горизонтальной проекции человека, м ², принимаемая равной 0,125;  ₁ - ширина первого участка пути, м.

Скорость v ₁ движения людского потока на участках пути, следующих после первого, принимают по табл. П5.1 в зависимости от интенсивности движения людского потока по каждому из этих участков пути, которая определяется для всех участков пути, в том числе и для дверных проемов, по формуле

, (П5.17)

где - ширина рассматриваемого i-го и предшествующего ему участка пути, м; - интенсивности движения людского потока по рассматриваемому i-му и предшествующему участкам пути, м/мин.

Интенсивность движения людского потока на первом участке пути q=q _i-1 определяют по табл. П5.1 по значению D ₁, установленному по формуле (П5.16).

Таблица П5.1

Интенсивность и скорость движения людского потока на разных участках путей эвакуации в зависимости от плотности потока

Плотность потока D, м 2/м 2	Горизонтальный путь		Дверной проем, интенсивность q, м/мин	Лестница вниз		Лестница вверх
	Скорость v, м/мин	Интенсивность q, м/мин		Скорость v, м/мин	Интенсивность q, м/мин	Скорость v, м/мин	Интенсивность q, м/мин
0,01	100	1,0	1,00	100,0	1,0	60,0	0,60
0,05	100	5,0	5,00	100,0	5,0	60,0	3,00
0,10	80	8,0	8,70	95,0	9,5	53,0	5,30
0,20	60	12,0	13,40	68,0	13,6	40,0	8,00
0,30	47	14,1	16,50	52,0	15,6	32,0	9,60
0,40	40	16,0	18,40	40,0	16,0	26,0	10,40
0,50	33	16,5	19,60	31,0	15,6	22,0	11,00
0,60	28	16,3	19,05	24,5	14,1	18,5	10,75
0,70	23	16,1	18,50	18,0	12,6	15,0	10,50
0,80	19	15,2	17,30	13,0	10,4	13,0	10,40

0,90 и более

15

13,5

8,50

8,0

7,2

11,0

9,90

Примечание. Интенсивность движения в дверном проеме при плотности потока 0,9 и более, равная 8,5 м/мин, установлена для дверного проема шириной 1,6 м и более, а при дверном проеме меньшей ширины интенсивность движения следует определять по формуле

q _i=2,5+3,75·.

Если значение q _i, определяемое по формуле (П5.17), меньше или равно q _max, то время движения по участку пути t _i, мин, равно

, (П5.18)

при этом значения q _max, м/мин, следует принимать равными:

- 16,5 - для горизонтальных путей;

- 19,6 - для дверных проемов;

- 16,0 - для лестницы вниз;

- 11,0 - для лестницы вверх.

Если значение q _i, определенное по формуле (П5.17), больше q _max, то ширину  _i данного участка пути следует увеличивать на такое значение, при котором соблюдается условие

q _iq _max. (П5.19)

При невозможности выполнения условия (П5.19) интенсивность и скорость движения людского потока по участку i определяют по табл. П5.1 при значении D=0,9 и более. При этом следует учитывать время задержки движения людей из-за образовавшегося скопления.

Время задержки t _зад движения на участке i из-за образовавшегося скопления людей на границе с последующим участком (i+1) определяется по формуле

, (П5.20)

где N - количество людей, чел.; f - площадь горизонтальной проекции, м ²; q _D - интенсивность движения через участок (i+1) при плотности 0,9 и более, м/мин;  _i+1 - ширина участка, м, при вхождении на который образовалось скопление людей; q _i - интенсивность движения на участке i, м/мин;  _i - ширина предшествующего участка i, м.

Время существования скопления t _ск на участке i определяется по формуле

, (П5.21)

Расчетное время эвакуации по участку i, в конце которого на границе с участком (i+1) образовалось скопление людей, равно времени существования скопления t _ск. Расчетное время эвакуации по участку i допускается определять по формуле

. (П5.22)

При слиянии в начале участка i двух и более людских потоков (рис. П5.1) интенсивность движения q _i м/мин, определяется по формуле

, (П5.23)

где q _i-1 - интенсивность движения людских потоков, сливающихся в начале участка i, м/мин;  _i-1 - ширина участков пути слияния, м;  _i - ширина рассматриваемого участка пути, м.

Если значение q _i, определенное по формуле (П5.23), больше q _max , то ширину  _i данного участка пути следует увеличивать на такое значение, чтобы соблюдалось условие (П5.19).

Рис. П5.1. Слияние людских потоков:
1 - начало участка i