CC BY
104
1/2П11 ВЕСТНИК _1/2011 МГСУ
ПРИМЕНЕНИЕ ТОНКОРАСПЫЛЕННОЙ ВОДЫ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ В ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЯХ
FIRE EXTINGUISHING IN TALL BUILDINGS BY USING WATER MIST SYSTEMS
Д.А. Корольченко, В.Ю. Громовой, O.O. Ворогушин D.A. Korolchenko, V.U. Gromovoy, O.O. Vorogushin
ГОУ ВПО МГСУ
Проанализирована пожарная опасность высотных зданий. Сопоставлены возможные способы тушения пожара в зависимости от функционального деления высотного здания и на основании представленного механизма тушения, доказана эффективность применения тонкораспыленной воды.
Fire hazard in tall buildings was analyzed. Possible ways to extinguish the fire depending on functional division of a tall buildings were compared and on the basis of submitted fire suppression mechanism was proved the application effectiveness of water mist systems.
В настоящее время Московской комплексной инвестиционной программой «Новое кольцо Москвы» определено построить до 2015 г. 60 высотных многофункциональных комплексов, в том числе 100 высотных зданий более 30 этажей.
Высотные здания в силу своей специфики имеют большую степень потенциальной пожарной опасности по сравнению со зданиями нормальной этажности [1].
Для высотных зданий характерны быстрое развитие пожара по вертикали и интенсивное задымление эвакуационных путей, лифтовых шахт, лестничных клеток (наиболее интенсивно происходит задымление верхних этажей). Пожары, происходящие в высотных зданиях, часто приводят к многочисленным человеческим жертвам по причине большой сложности обеспечения безопасной эвакуации и спасательных работ. При пожаре возможен выход из строя лифтового оборудования и систем противопожарной защиты.
На верхних этажах большую сложность представляет разведка пожара, спасение людей и подача средств тушения.
Запроектировав для высотного здания спринклерную АУПТ мы сталкиваемся с рядом проблем, которые на практике так и не находят рационального и экономически оправданного решения, как то:
- огромный расход воды на внутреннее пожаротушение, который не возможно обеспечить ресурсом городской сети;
- критическое повреждение материальных ценностей в случае запуска системы;
- пролив нижерасположенных этажей с затоплением электрооборудования и нарушением работоспособности систем жизнеобеспечения объекта.
Альтернативой традиционной спринклерной АУПТ является система пожаротушения ТРВ.
ВЕСТНИК МГСУ
1/2011
В общем случае, механизм тушения пламени тонкораспыленной водой может быть представлен следующим образом [3]: частицы воды, попадая в высокотемпературную зону горения, температура которой составляет в среднем 12000 С, частично испаряются в ней, а некоторое количество капель пролетает зону горения и попадает на горящую поверхность, охлаждая ее. При испарении в зоне горения объем образующегося пара в 1640 раз превышает начальный объем капель. При этом, водяной пар изменяет соотношение между газообразными продуктами горючего вещества, поступающими с горящей поверхности, и кислородом воздуха. Механизм прекращения горения при введении разбавляющих огнету-шащих веществ в помещение, в котором происходит пожар, заключается в понижении объемной доли кислорода. При введении разбавляющих веществ в помещении повышается давление, происходит вытеснение воздуха и вместе с ним кислорода, увеличивается концентрация негорючих и не поддерживающих горение газов, парциальное давление кислорода падает. Все это приводит к снижению скорости диффузии кислорода к зоне горения, уменьшается количество вступающих в реакцию горючих паров и газов, снижается количество выделяющегося тепла в зоне реакции. При определенной концентрации разбавляющих огнетушащих веществ в воздухе помещения, температура горения снижается и становится меньше, чем температура потухания, и горение прекращается. Практика и опыт тушения пожаров показывают, что пламенное горение большинства горючих материалов прекращается при снижении концентрации кислорода в воздухе помещения до 1416 %. Для того чтобы парообразование проходило более интенсивно, необходимо чтобы как можно большая поверхность воды подвергалась нагреву. Для этого требуется разбить воду на капли более маленького диаметра. В результате общая площадь воды увеличится. Приращение общей площади поверхности воды при уменьшении диаметра капель можно отследить по следующим данным:
Рисунок 1. - сравнение диаметра капель из обычного оросителя и оросителя ТРВ
Таблица 1. - приращение суммарной площади поверхности капель в зависимости от их
размера
«АЛЛЯ т оь^адго
гпе^мкг™
восямяЛ ттгиим
I онн ГЧИ1,-1 нд* ВОДА
йысокогеллвлсинп
р»лнер ■ А1ШШ Гчмгн!
сл
ймиерю ШКЛр ■
НИфГ КЛЛ1М
1.4 л 10"
1.ИЦГ
10"
£'уНН.1|1И|1Н
лгледддь
Е1ИН13Л1Ги_11Ч
ЧРПИШ [<ти|
fl.fi
№
1/2П11 ВЕСТНИК
_угогт_МГСУ
Неиспарившиеся частицы воды достигают поверхности горящего вещества, температура которой равна температуре кипения (у жидкостей) или температуре экзотермического разложения (у твердых материалов). Попадая на высоконагретую поверхность, частицы воды испаряются снижая при этом температуру этой поверхности и уменьшая поступление горючего в зону горения. Как известно, вода обладает значительной теплотой испарения, и именно это ее свойство является основным для процесса тушения огня. Вода способна поглотить 0,335 МДж при нагреве 1 литра с 20 °С до 100 °С. Дополнительно будет поглощено еще 2,257 МДж при переходе этого объема воды в пар. Таким образом, огнетушащее действие распыленной воды обусловлено следующими эффектами:
- эффект охлаждения зоны химической реакции за счет тепла, поглощаемого при нагреве и парообразовании;
- эффект флегматизации зоны горения парами воды;
- эффект охлаждения горящей поверхности за счёт поглощения тепла при взаимодействии воды и поверхностного слоя горящего вещества;
- эффект разделения продуктов испарения или разложения горючего вещества и зоны пламени.
Системы автоматического пожаротушения тонкораспыленной водой высокого давления используют средство пожаротушения гораздо эффективнее, что позволяет значительно сократить размеры помещений оборудования для хранения и утилизации средства пожаротушения, а за счет малого количества воды, затрачиваемой на тушение, возможный наносимый ущерб от неё значительно меньше, чем от других систем. Это позволяет применять системы раннего обнаружения пожара, не опасаясь возможности их ложного срабатывания. Кроме того, значительный плюс по сравнению с газовыми системами пожаротушения заключается в том в том, что не требуется дожидаться пока из помещения эвакуируются посетители и персонал (т. е.срабатывание системы пожаротушения начинается при меньшем очаге пожара, что повышает её надёжность и эффективность). Пар создаваемый системой тушения тонкораспылённой водой заполняет труднодоступные пространства, в отличие от спринклерных систем, значительно понижается температура на защищаемом объекте, снижается интенсивность прогрева строительных конструкций препятствуя наступлению их предельных состояний. Системы тушения тонкораспылённой водой имеют более высокие показатели дымоподавления в сравнении со спринклерными системами, и кроме того, экранируют тепловой поток от пламени, что в совокупности дает значительное преимущество для эвакуирующихся.
Нами было проведено исследование, целью которого являлось сравнить эффективность применения установок ТРВ и установок с применением других огнетушащих веществ, схожих по механизму тушения.
Обобщив представленную информацию, можно сделать вывод о том, что из всех представленных на рынке автоматических систем пожаротушения, системы ТРВ наиболее полно реализуют обозначенные выше цели.
В соответствии с современной нормативной базой, в России для строящихся высотных зданий, предусматривается обязательная разработка специальных технических условий на противопожарную защиту [5,6]. Кроме того, нормативами регламентируется применение как агрегатных установок ТРВ, так и модульных.
Оснащение высотного здания модульными установками пожаротушения тонкораспыленной водой позволит:
ВЕСТНИК 1/2011
а) сделать систему пожаротушения независимой от ресурсов городской водопроводной сети;
б) существенно повысить надежность систем автоматического пожаротушения за счет упрощения и уменьшения количества компонентов;
в) значительно понизить стоимость системы за счет исключения дорогостоящих насосных агрегатов и узлов насосной станции;
г) на порядок сократить энергопотребление установок.
Таблица 2. Эффективность применения средств тушения в зависимости от функционального назначения здания (пожарного отсека)
Наименование помещений с пожарной нагрузкой Газовые составы Огнету-шащие порошки Газоаэрозольные составы Вода СО 2 Тонкораспыленная вода
Торговые залы и помещения - - + - + + - +
Помещения предприятий общественного питания - + + + + - + + +
Офисные помещения + + + + + + +
Библиотеки, архивы + - + - + + - + + +
Помещения с электроустановками + + - + + - + + + + +
Гостиничные комплексы - - + - + + - + +
Жилые помещения + + - + - + + + + + +
Обозначения: - не тушит, - + тушение неэффективно, + тушение возможно, ++ тушение эффективно
Для того чтобы наиболее экономически и практически эффективно использовать полезный ресурс систем тонкораспыленной воды для защиты высотных зданий, необходимы дополнительные исследования, план которых в упрощенном виде можно представить следующим образом:
1. Разработка математической модели тушения пожара мелкодисперсной жидкостью.
2. На основе разработанной математической модели по средствам программного комплекса FDS (Fire Dynamic Simulator) спроектировать трехмерную модель высотного здания с учетом распределения и характеристик пожарной нагрузки, а также параметров комплекса противопожарной защиты.
3. Используя результаты компьютерного моделирования, подготовить и провести натурные огневые испытания установок тонкораспыленной воды для конкретных помещений.
4. Обобщая полученные данные, разработать концепцию противопожарной защиты высотных зданий с учетом применения автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой.
1/2П11 ВЕСТНИК
_угогт_мгсу
Литература
1. Болодьян И.А., Хасанов И.Р., Гомозов A.B. Концептуальный подход к обеспечению пожарной безопасности высотного строительства и формирование противопожарных норм для высотных и многофункциональных комплексов // Современные системы и средства комплексной безопасности и противопожарной защиты объектов строительства. Материалы 2-й науч.-практ. конф. — М:. Стройбезопасностъ, 2003. —с. 14—15.
2. Копылов Н.П. Сравнительный анализ противопожарных требований к высотным и многофункциональным зданиям а России и за рубежом // Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений. Материалы XIX науч.- практ. конф. 4 3 — М.: ВПИИПО, 2005. с. 31-47.
3. «Проблемы использования тонкораспыленной воды в автоматических установках пожаротушения» - Цариченко С.Г., ж-л Алгоритм безопасности №5 2005г.
4. «Особенности применения АУПТ тонкораспылённой воды» - Пахомов В.П., ж-л Пожарная безопасность в строительстве (2009, дек.).
5. п. 2 ст. 78 Федерального Закона Российской Федерации от 22 июля 2008 года № 123-ФЭ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».
6. п. 1.4. СП 2.13130.2009 «Система противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты».
7. п. 5.4.4. СП 5.13130.2009 «Система противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования».
The literature
1. Bolodyan I.A., Khasanov I.R., Gomozov A.V. Conceptual approach to fire safety building construction and development of fire standards for tall and multi-functional complexes// Contemporary systems and means of integrated security and fire protection construction projects. Proceedings of the 2-nd scientific-practical conf. - M:.Stroybezopasnost, 2003. p. 14-15.
2. Kopylov N.P. Comparative analysis of fire safety requirements for tall and multi-functional buildings as in Russia and abroad // Fire Safety multifunction and tall buildings. Proceedings XIX scientific-practical conf. 4 3 - M: VPIIPO, 2005. p. 31-47.
3. "The problems of using water mist to the automatic fire extinguishing systems" - Tsarichenko S.G., mag. Algorithm security № 5 of 2005.
4. "Features of the water mist automatic fire extinguishing systems" - Pakhomov V.P., mag. Fire Safety in Construction (2009, December)
5. s. 2, art. 78 of the Federal Law of the Russian Federation dated 22 July 2008 № 123-FZ "Technical regulations for fire safety requirements."
6. s. 1.4. SP 2.13130.2009 "Fire protection system. Providing fire protection facilities.
7. s. 5.4.4. SP 5.13130.2009 "fire protection system. Fire alarm and fire extinguishing systems. Standards and design rules. "
Ключевые слова: тонкораспыленная вода, водяной туман, подавление горения, пожаротушение, высотные здания, системы тонкораспыленной воды высокого давления, задымление.
Keywords: water mist, water fog, fire suppression, fire extinguishing, high-rise buildings, high pressure water mist system, smoke
E-mail авторов: [email protected], [email protected],[email protected]
Рецензент: зав.кафедрой «Пожарная безопасность» МГСУ, докт.техн.наук, профессор
А.Я. Корольченко.
