Автор и источник
Автор Вице-президента АВОК и руководителя ППФ «АК» — Колубков Александр Николаевич
Комментарии к статье: «О СОВМЕСТНОЙ РАБОТЕ ВЕНТИЛЯТОРОВ ПОДПОРА И ДЫМОУДАЛЕНИЯ»
Общие замечания и исходные условия
Все написанное не учитывает множество факторов.
Гореть может что угодно.
Расчетный пожар как правило приводится к древесине.
Подробнее можно посмотреть в учебнике МГСУ.
Приточный воздух не нагревается.
Часть его идет на горение, Остальная часть на поддержание дымового слоя на 0,5-0,6 высоты коридора.
В сети 13 есть утечки на каждом этаже, в сети 21 подсосы, причем они не одинаковы не по массе, не по объему.
Есть путаница.
Цитата «подбирать вентиляторы ПД и ДУ по равной объёмной производительности на рабочем горячем режиме нельзя и испытывать такие системы надо по-другому».
Никто их и не подбирает кроме ВНИИПО на расчетном режиме.
Испытания проводятся на прогретом здании.
Вентиляторы приведены к нормальным условиям.
Объемный расход и массовый почти одинаковые.
Подсосы и давление на дверях
Рисунок 1 надо дополнить хотя- бы дверями квартир, через которые также будут идти подсосы.
Именно на этих дверях надо не более 150 Па. Это условно 100 кубов на дверь.
Остальной дисбаланс ляжет на эвакуационную дверь. При этом через нее нужно подсосать весь дисбаланс. По факту мы не можем на ней иметь больше 150 Па.
Работу системы надл смотреть и считать в защищаемом помещении (коридоре например) и учитывать только клапаны ДУ и ПД. То, что в сети не важно на чистом воздухе. Только так можно эвакуироваться. Продукты горения это воздух с частичками сажи. То есть дым. Далее смотрите учебник.
Динамика пожара и массы вентиляторов
Вячеслав Георгиевич перед этим считал ступенчато по росту температур массы.
У нас в презентации был график, показывающий соотношение масс вентиляторов в процессе развития пожара.
Примерно 0,5 кг/с это и есть дисбаланс (подсосы через двери квартир в коридоре). Дальше по мере роста температур массовые расходы почти совпадают.
Это по изм. 4 Колчев их приравнял, а до этого было 0,7.! Но у него нет подсосов!
Процесс горения и образование продуктов сгорания
В первую очередь необходимо понимать, что пожар представляет собой процесс окисления горючих веществ или материалов, поддерживаемый за счёт поступления кислорода (О2) в зону очага. В результате горения образуются продукты сгорания и выделяется тепловая энергия.
При неполном сгорании в продуктах горения может присутствовать угарный газ (СО), представляющий особую опасность. Без доступа воздуха в помещение, где возник пожар, поддержание и развитие очага пожара невозможно. Образующийся дым представляет собой смесь газов и частиц, которая характеризует процесс горения. В зависимости от того, при каких условиях возникло возгорание, что конкретно, и в какой части здания горит, описываются различные возможные характеристики развития пожара, которые ложатся в основу методологии расчета системы вытяжной противодымной вентиляции.
Иногда, требуется определять требуемый расход воздуха на пожаре, получающегося в результате состава продуктов сгорания на той же самой площади пожара. Методика этих расчетов описана во многих учебных пособиях и методических указаниях. На примере самого распространенного твердого горючего материала — обычной древесины приведем некоторые факты, которые необходимо знать.
Расчет воздуха, необходимого для полного сгорания древесины
Химический состав древесины выглядит примерно так: 6% водорода, 44% кислорода и 50% углерода. Поскольку это проценты от килограмма — это значит, что при сгорании древесины у нас в процессе горения древесины участвуют: 60 грамм водорода, 440 грамм кислорода и 500 грамм углерода. В процессе горения сохраняются все законы природы, предусматривающие сохранение материального, теплового и т.п. баланса. Предполагая, что коэффициент полноты сгорания равен единице можно определить состав продуктов сгорания. В состав продуктов сгорания войдут, во-первых, эти элементы: водород, кислород и углерод, но войдут в другом виде. Водород войдет в виде паров воды — H2O. Кислород войдет в составе молекулы воды — H2O. А углерод войдет в составе двуокиси углерода — CO2, до которого, мы предполагаем, углерод сгорит. Войдет, конечно, и то, что останется от воздуха, участвовавшего в процессе горения. Приняв такие условия перейдем к расчету количества воздуха, необходимого для сгорания на пожаре. Водород с окислится до воды — H2O. Исходяим из того, что на каждую грамм/молекулу водорода приходится 8 грамм/молей кислорода. Если водорода было всего 60 грамм, то кислорода потребуется в 8 раз больше. 60 на 8 — это 480 грамм. Поскольку 440 грамм уже заложено в химический состав древесины, значит для полного сгорания водорода до водяного пара нужно 480 грамм, то есть не хватает всего 40 грамм кислорода. Значит, из окружающего воздуха на процесс горения нужно получить всего 40 грамм кислорода. Мы знаем, что состав воздуха — кислород и азот, которые относятся по объему как 21/79. Если перевести это из процентов в весовые соотношения, то тогда окажется, что кислорода 23 % — это примерно 300 грамм. Тогда на азот в воздухе приходится 77 %. 1 кубометр воздуха при нормальных условиях (температура воздуха 0 градусов по шкале Цельсия или 273,15 по шкале Кельвина; атмосферное давление — 760 мм рт. ст.) весит почти 1,3 кг. Тогда, если в нем 300 грамм кислорода, значит оставшегося азота там один килограмм. И поэтому можно подсчитать количество воздуха, требуемое для полного сгорания водорода, содержащегося в древесине, — это 40, деленное на 300, переведенное из процентов в граммы, даст 134 литра воздуха или 0,134 м3. Вот такую малую толику водороду не хватает взять из воздуха для полного сгорания. Углерод будет присутствовать в продуктах сгорания в виде углекислого газа — CO2. По соотношению материальный баланс углерода и кислорода в молекуле — это 32/12. Значит, на каждый грамм углерода нужно примерно 2,67 грамма кислорода. Если было углерода 500 грамм, и они полностью сгорели, и сгорели до двуокиси углерода (до углекислого газа), то на сгорание этого количества углерода, потребуется 500 × 2,67 = 1335 грамм кислорода. А дальше, также по пропорции требуемое количество кислорода поделим на количество в одном кубометре. И получается, что для полного сгорания углерода во взятой нами древесине весом 1 килограмм требуется примерно четыре с половиной куба воздуха, точнее 4,46 м3.
Таким образом мы можем подсчитать суммарный объем воздуха, требуемый для полного сгорания 1 килограмма древесины. Это сумма воздуха, требуемого для сгорания водорода и для сгорания углерода. Получается порядка 4,6 кубометра воздуха. Поскольку воздух весит примерно 1,3 кг на кубометр, перемножив эти две цифры, мы получим порядка 6 килограмм воздуха на килограмм древесины. Зная расход воздуха и в килограммах на килограмм, и в кубометрах на килограмм перейдем к оценке параметров состава продуктов сгорания. Масса водяного пара — это сумма массы водорода и кислорода, то есть 60 + 480 = 540 грамм. Плотность можно подсчитать как молекулярная масса/22,4 получается примерно 0,6 кг/м3. Объем водяного пара при 100 °C можно получить, поделив его массу на плотность. Это примерно 0,98 м3, то есть 980 литров водяного пара.
Вторым компонентом продуктов сгорания пойдет двуокись углерода, содержащая 500 грамм углерода и 1335 грамм кислорода. Суммарная масса порядка 1835 грамм. Подсчитав по той же формуле, определим плотность CO2 — примерно 2 грамма на 1 м3. И поделив 1835 на 2, получим порядка 930 литров. Вот главные составляющие продуктов сгорания при сгорании 1 килограмма древесины. Но в продукты сгорания еще пойдет оставшийся азот, который остался после того, как мы из воздуха взяли кислород на превращение древесины в продукты сгорания. Вот такие же нехитрые арифметические действия позволяют показать, что в 6 килограммах воздуха было 77 % азота, а поделив его на плотность, можно получить его объем. И так можно посчитать объем и состав продуктов сгорания, но это при двух условиях. Первое условие, которое, безусловно, выполняется, и здесь мы не грешим, используя законы природы, — это сохранение материального и энергетического баланса. И второе условие мы принимаем коэффициент полноты сгорания за единицу.
Дым, угарный газ и действия пожарных при тушении
Дым — это несгоревшие, неокислившиеся молекулы углерода, превращенные в твердые молекулы сажи диаметром от 5 до 50 микрон, а при некоторых пожарах сажа летит хлопьями до сантиметра. Это все зависит от условий тепломассообмена в зоне горения. А раз есть неполное сгорание углерода, остающегося в виде сажи, у нас есть основание предположить, что какое-то количество углерода в продуктах сгорания присутствует и в состоянии окиси углерода — не CO2, а CO. Его мы, к сожалению, не видим, но все, кто занимаются пожарной безопасностью, знают, что на пожарах люди прежде всего гибнут от наличия угарного газа в продуктах сгорания. Угарный газ или окись углерода присутствует практически на всех пожарах, связанных с горением твердых горючих веществ, почти на всех пожарах, связанных с горением жидкостей, а иногда даже при горении газов из-за нехватки воздуха появляется в пламени желтизна. Это все свидетельство того, что там есть несгоревший углерод в виде твердых частиц и уж тем более есть недоокислившийся углерод в виде окиси углерода. Если мы возьмем всего 2–3 % недожога то увидим, что CO хватает на то, чтобы погибло все живое не только вблизи, но и на расстоянии от очага горения, потому что его смертельная доза — порядка 1–2 %. При дисперсности 10 микрон, почти 8 частиц на мм3, — это совершенно непрозрачный плотный дым, который снижает видимость ситуации, особенно при внутренних пожарах.
Оказывается, что когда видим эти расчеты, приходим к выводу, что пожарным тоже нужно стремиться не к снижению интенсивности горения, а к увеличению интенсивности горения, то есть пожарный в борьбе с огнем должен раздувать пожар, как это парадоксально бы ни звучало. И это, между прочим, многие руководители тушения пожаров знают. Это общеизвестный прием и факт, когда опытный «тушила» имеет достаточно сил и средств, а обстановка на пожаре крайне тяжелая, особенно если речь идет о проблемах спасания пропавших на пожарах, иногда пожарный расчет принимает решение разбить оставшиеся оконные стекла, открыть неоткрытые двери, сделать проем, делать все, что всячески способствует оттоку продуктов сгорания из помещения и притоку воздуха на пожар. Тем самым он на какое-то время повышает нейтральную зону, то есть зону задымления, на какое-то время снижает температуру пожара за счет холодного притока воздуха, на какое-то время он улучшает видимость на пожаре, но при этом он осознает, что если его сил и средств не хватило, чтобы за эти несколько минут, отвоеванных у пожара, закончить успешно спасение, работы по спасанию попавших в пожар и не удалось потушить пожар, то дальше следует расплата за принятое решение — усиленный приток воздуха усилит процесс горения на пожаре, увеличит дымообразование, тепловыделение, скорость распространения и прочее, и прочее, и прочее.
