1

2

пожар называется локальным; если произошел полный охват всего поме­щения — объемным.
По своей природе процесс горения представляет собой химическую реакцию между горючим веществом и окислителем, которая протекает с выделением тепла. Часть тепла расходуется в зоне химических реакций на нагрев продуктов горения, часть- передается в окружающую среду в виде излучения, юнвекцйрЁИ теплопроюдности, часть— идет на нагрев горючих материалов и поддержание горения. Во время пожара присутствуют все три вида теплообмена. Однако их соотношение может быть разным в зави­симости отвидапожара, стадии его развития, свойств горючего вещества.

Рис. 1. Основные процессы, протекающие на пожарах.
Теплопроводность определяет время прогрева горючих материалов под действием теплового потока до температуры воспламенения и, следо­вательно, скорость распространения пожара. При установившемся горении теплопроводность определяет поведение строительных и ограждающих конструкций при пожаре*
Конвективный теплообмен значимо присутствует на всех стадиях пожаров. Как известно он обусловлен движением потоюв нагретых газов. Плотность газообразных продуктов горения значительно меньше плотно­сти воздуха вследствие высотой температуры. Это вызывает подъемную силу, под действием которой они перемещаются вверх. На открытых по­жарах эти юсходящие потоки практически не влияют на распространение

пламени науровне земли. Характер их движения (ламинарный или турбу­лентный) определяет условия образования смеси горючих газов с окисли-тел ем и п ар аметр ы процесса гор ени я.
При пожарах в помещениях влияние конвекции зависит от стации пожара, интенсивности тепловыделения в очаге, геометрии помещения и др. факторов. Напримф, при недостаточной вентиляции, под потолком может скапливаться теплый воздух. Очаг пожара в самом начале его раз­вития, как правило, является точечным с небольшой интенсивностью теп­ловыделения. В этом случае разность плотностей восходящих газов и воз-духапо высоте помещения быстро убывает. Кроме того, факел, формируе­мый восходящими потоками, интенсивно охлаждается веледствие разбав-ления воздухом. Все это приводит ктому,что подъемная сил а уменьшает­ся и может стать недостаточной для преодоления сил вязкого сопротивле­ния ещедо того как газовый потокдостигнетпотолка. В тех случаях, когда такая силу ацияреализуется, происходит зад фжка фабатывания пожарных извещателей, помещение задымляется практически равномфно по всей высоте,что затрудняетэвакуацию людей.
По мере развития процесса горения темпфатура газов в конвектив­ной колонке повышается, ее высота увеличивается и достигает потолка. Газы растекаются вдоль потолка, вызывая конвективный перенос тепла в строительные конструкции. Постепенно в конвективные потоки вовлекает­ся весь объем воздух а, находящегося в помещении и начинают прогревать­ся горючие матфиалы, находящиеся далеко от очага пожара. Если федне-объемная температура газовой феды превысит темпфатуру воспламене­ния горючих матфиалов, может произойти мгновенный охват пламенем всего помещения. Это явление называется объемной вспышкой.
Чфез различные щели, технологические и вентиляционные отвф-стия, пустоты в стенах и пфекрытиях потоки нагретых газов проникают в

4

пруте помещения, способствуя распространению пожара по зданию, за­трудняют ил и делают невозможной эвакуацию людей.
Излучение является определяющим видом передачи тепла на по жаре Т.К. era действие может проявляться на больших расстояниях. При прохо­ждении теплового потокачерез газовую среду он ослабляется врезультате нототения и рассеяния лучистой энергии. Например, атмосферный воз-ч, содержащий частидйпыли и влаги во взвешенном состоянии, а также проммшленныедымыимеют коэффициентослабленияО.2-^03 •
I la внутренних пожарах, в помещениях с низким потолюм (обьнно
1И1СС 3 м) пламя вместе с конвективной колонкой быстро достигает потол-
Ш И отклоняется в горизонтальном направлении. В результате этого уве-
ИЧиннстся тепловой поток, действующий на материалы, расположенные
I ели тепловой поток превышает критическую величину, то, через
'оцененное время его действия, при появлении источника зажигания,
иучисмый  материал  мгновенно воспламеняется. Зависимость времени
ItCtUl «меч i i"i in я (т„) отвеличинытеплового по тока описывается формулой:
хв = ~—я                                                            (1)
(Ч~Чкр)
i к'    I. и    импирические коэффициенты: А=А,36'Ю , и=1,61; I/    падающий тепловой поток, кВт/м ; г/,,,    критический тепловой поток, кВтА» . Иеличппа с/щ зависит от вида горючего материала. Например для !1)й древесины она составляет 10-4-12 кВт/м , для обугленной -16-ь20, 1< II     12 кВт/м , В отсутствие источника зажигания может произойти енмоюспламепение повфхности. Так сосновая древесина самовос-ИРМММСЯ при теплоюм потоке 33,5 кВт/мг через 120с;хлопчатобумаж-Нипишши ткань при теплоюмпотоке29,8 кВт/м -через9с.

По мфе увеличения геометрических размеров очага при развитии пожара в помещении, уменьшается количество воздуха, поступающего в конвективную колонку. Возрастает количество продуктов неполного сго­рания и оптическая плотность дыма. Соответственно доля излучения в пе­редаче теплау меньшается, а конвекции— юзрастает.
Для поддержания горения на пожаре необходим постоянный приток свежего юздуха в зону химических реакций и удаление из нее образую­щихся продуктов. Этот процесс называется газообменом. При пожарах на открьпом пространстве происходит газообмен зоны химических реакций с окружающей средой. Он лимитируется практически только диффузией окислителя. При пожарах впомещениях газообменом фактически является вентиляция помещения через проемы в ограждающих конструкциях, вы­званная и регулируемая процессами горения и теплообмена. В то же время, чем болыперасход поступающего воздуха, тем более интенсивно протека­ет процесс горения, выше интенсивность тепловыделения, быстрее разви­вается пожар.
Таким образом, процессы горения, тепло- и газообмена являются взаимосвязанными. Следствия этих трех процессов определяют то, что на­зывается обстановкой на пожаре. Так, интенсивность тепловыделения оп­ределяет возможность и скорость распространения пожара путем нагрева веществ и материалов до температуры воспламенения или самовоспламе­нения. Под действием тепловых потоков строительные конструкции теря­ют несущую способность. Это приводит к их обрушению, травмированию и гибели людей, а также затрудняет ведение боевых действий. Газообмен влияет на интенсивность тепловыделения при сгорании горючего вещест­ва. Но самое главное, он определяет количество и состав газообразных продуктов горения. Это те факторы, которыеобуславливаютотравлениеи гибель людей, задымление путей эвакуации. Газы, выбрасываемые из го-

5

6

рящих помещении, имеют высолю темпфатуру, что приводит к предва­рительному подогреву сгораемых мвтсрналови увеличению смэрости рас­пространения пожара. Кроме того, интенсивность поступления воздуха в помещение может быть недостаточной для полного сгорания газов, выде­ляемых горящим веществом. Тогда образование и воспламенение горючей смеси происходит также за пределами первоначального очага. В таких случаях новые очаги пожара могут возникать, причем одновременно, в са­мых неожиданных местах здания.
Зоны пожаров.
Все пространство, в котором протекает пожар, и юкруг него принято делить на три зоны.
Зона горения— это часть прослранства, в котором происходит про­цесс горения, как в гомогенном, так и в гетерогенном режимах. При пожа­рах газов и жидкостей зоной горения считается объем видимого пламени. Горение твердых горючих материалов (ТГМ), в силу ряда причин, рас­смотренных выше, может быть беспламенным (гетер о генным), У некото­рых ТГМ (табака, хлопка, войлока и др.) этот вид горения является преоб­ладающим. В этих случаях зона горения совпадает с поверхностью горе­ния. Для большинства же ТГМ на по жаре характерно наличие обоих видов горения. Их соотношение зависит от степени выгорания материала, а так­же отдоступа воздуха к поверхности, с которой выделяются газообразные проду кты п ирол и за.
На внутренних пожарах при полном охвате пламенем помещения зо­ной горения считается весь его объем. До этого момента, т.е. на стадии распространения пожара, в зону горения включаются объем пламени и тлеющие участки материала.
Зона теплового воздействия- это часть пространства, примыкающая к зоне горения, в которой процессы теплообмена приводят к заметному

изменению состояния материалов и конструкции, а также делают невоз­можным пребывание людей без средств тепло вой защиты.
Наот1фытых пожарах граница зоны тепло го го во зд ей ствия опреде­ляется главным образом интенсивностью излучения. Тепло, передаваемое конвекцией, в основном уходит в верхние слои атмосферы и не влияет на обстановку напожаре. Поэтому наоткрытых пожарах безопасные расстоя­ния (противопожарные разрывы) рассчитывают по величине лучистого те­плового потока,предельно-допустимого дляданного сгораемого материала или конструкции.
На внутренвдр пожарах зона теплового воздействия ограничена строительными конструкциями. Факел пламени, вырывающийся из про­емов, облучает фасад здания и конструкции^расположенные выше. Приня­то считать, что при развившемся пожаре пламя достигает середины выше­расположенного этажа. Если горятдва или больше этажей, расположенных один над другим, пламя вытягивается. Это объясняется тем, что газы, по­ступающие в факел из каждого этажа, не успевают сразу смешиваться с воздухом и горючая смесь образуется во время их движения в конвектив­ной колонке. Граница зоны теплою го возд ей ствия, определяемая конвек­тивными потоками в здании, зависит от вентиляции здания. Чем сильнее газы, выходящие из помещения с очагом пожара разбавляются воздухом, тем ниже их температураи корочезонатеплоюго воздействия.
Зона задымления- часть пространства, примыкающая к зоне горения и заполненная дымовыми газами в концентрациях, создающих угрозу жиз­ни и здоровью людей или затрудняющих действия пожарных подразделе­ний. Протяженность зоны задымления определяется конвективными пото­ками газов, выходящих из зоны горения.
Угроза здоровью и жизни людей создается при увеличении оптиче­ской плотности дымадо предельного значения, достижении предельно до-

7

8

пустимой концентрации токсичных компоненте в дыма. Оптическая плот­ность D характеризует степень ослабления света при прохождении через слой дыма определенной толщины. Она выражается как десятичный лога­рифм отношения интенсивности лучей света в воздухе/0 к их интенсивно­сти /д.послепрохождения слоя дыма толщиной х:
D=lgl0/lx.                                                        (2)
Как правило, при измерении D для характеристики плотности дыма принимают х yj 1 м. Чем выше оптическая плотность, тем меньше расстоя­ние, на котором человек видит сквозь слой дыма. Если объект освещается спереди (т.е. человек видит его в отраженном свете), то дальность его ви­димости в дыму L практически обратно пропорциональна оптической плотности I) на I м:
L=\ID,m                                                          Щ
При освещении сзади контур объекта виден набольшемрасстоянии:
L=2$/D,m                                                       (4)
Дым, выделяемый при пожаре, обьино имеет£> > 10. Соответствен­но, видимость в таких условиях составит всего 10 ♦ 25 см. На путях IN куациш Людей взданиях видимость/, должна быть не менее 5м, что соот­ветствует оптической плотности (при х = 1м) равной 0,2. Для выполнения этого требования выделяющийся в очаге дым необходимо разбавлять воз­духом в50 раз.
На открытых пожарах положение зоны задымления зависит от пло­щади пожараи скорости ветра.При скорости ветраменьше2 м/сдыму\о дит вверх, а при скорости ветраболее 8 м/с - прижимается К земле, но ин­тенсивно разбавляется воздухом. В обоих случаях дым прamiiчески не оказывает влияния на действия людей. Т.о. наоткрытых пожарах зона за­дымления проявляется при скорости ветраот2 до 8 м/с,

На внутренних пожарах дым является наиболее опасным фактором. Размеры зоны задымления в помещении (здании) зависят отусловий рас­пространения газовых потоков и газообмена очага пожара с внешней сре­дой.
Параметры пожаров.
При исследовании, а также решении практических задач, связанных с профилактикой и тушением пожаров необходимо знание их параметров.
Продолжительность (время) пожара - т„. Продолжительностью пожара называется время с момента его возникновения до прекращения процесса горения. Процесс горения может прекратиться самопроизвольно (самозатухание пожара), в результате выгорания горючего или применения огнетушащих веществ. В последнем случае т„ складывается из времени свободного развития и времени тушениш.'
Площадь пожара - S„. Площадью пожара называется площадь про­екции зоны горения на горизонтальную или вертикальную плоскость. Как правило, используется проекция зоны горения на горизонтальную плос­кость. Горение жидкостей и газов является гомогенным. Горшие ТГМ мо­жет протекать как в гомогенном, так и в гетерогеном режимах. Поэтому в площадьпожаравключаютсяучастки поверхности, на которых происходит как гомогенное, так и гетерогенное горение.
Составляющая площади пожара, над которой существует пламя -^юмогЗависитотпритока воздуха в зону горения. При небольших размерах факела приток юздуха обеспечивает образование горючей смеси практи­чески во всем его объеме. Тогда 5ЮМ0Г = Sn. По мере распространения по­жара, края фронта пламени удаляются друготдругаи воздуху все труднее проникать в зону горения. В результате этого внутри факела образуется область, в которой выделяющимся газообразным продуктам пиролиза не хватает о кисли тел я для сгорания.

У

10

Наоткрытых пожарах дальнейшее распространение фронта пламени сопровождается разделением факела на несколько более мелких. Высота пламени при этом уменьшается, а площадь проекции (т.е. S„) возрастает. Гор ениеТГМ на открытых пожарах в гетеро генный режим переходит в ре­зультате выгорания горючего. Т.е. площадь открытых пожаров ТГМ уве­личивается, главным образом засчетроста5гомог(рис.2).

Рис. 2. Распространение открытого пожара ТГМ.
На внутренних Пожарах часто встречается ситуация, когда нехватка кислорода приводит к ограничению объема пламени. Наступает момент, когда площадь, над которой возможно пламенное горение (SroM0I.), ограни­чена притоком воздуха, а общая площадь пожара увеличивается за счет ростаплощади гетерогенного горения(5,ге1.фОГ).

Рис. 3. Распространение пожара в помещении
Площадь поверхности горешя - Snl. Этот параметр характеризует реальную площадь горючего, которая участвует в горении, т.е. выделяет горючие газы при пиролизе или испарении, а также взаимодействует с

окислителем в гетерогенном режиме. Площадь поверхноста горения опре-дел яет интен си вно сть выд ел ения тепл а на по жар е.
Линейная скорость распространения пожара ~ г„ (м/с, м/мин). Под этим параметром понимают путь, который на данном объекте проходит фронт пламени в единицу времени.. Величина % определяет площадь по­жара наданньй момент. Она зависит от вида горючего, характеристик по­жарной нагрузки, видапожараи др. факторов.
Наибольшей скоростью распространения пламени обладают газы т.к. в гомогенных системах она определяется скоростью химической реакции (при кинетическом горении) или скоростью диффузии окислителя (при диффузионном горении). В предварительно перемешанных газовых смесях при дефлаграционном горений ул составляет от 0,5 до 50 м/с, при детона­ционном горении она может достигать скорости звука в данном газе.
Для юнден сиро ванных горючих (жидкостей и твердых материалов) скорость распространения пламени определяется временем образования над поверхностью концентрации пара или газообразных продуктов пиро­лиза, равной НКПР. Чем выше начальная температура материала, тем меньше времени затрачивается на создание горючей смеси, тем больше v„. При температурах выше температуры воспламенения пламя распространя-етсяуженепо поверхности материала, апо парогазовой смеси.Например, для жидкостей с температурой ниже температуры воспламенения щ в большинстве случаев не превышает 0,05м/с, а для жидкостей, имеющих температуру выше температуры воспламенения,онадостигает0,5м/с и бо­лее.
У твердых горючщ материалов (ТГМ) большое влияние на % оказы­вает также направление распространения пламени. Так скорости распро-страненияпо вертикальным поверхностям сверху внизи снизу вверх могут

11

различаться в 10 раз, а по горизонтальным и вертикальным поверхностям -в 5-6 раз.
Площадь пожара в реальных условиях зависит не только от скорости распространения пламени по поверхности ТГМ, но и от скорости его пере­хода с одного предмета на другой. Поэтому на v„ влияет также характер размещения горючих изделий и материалов на объекте, интенсивность те­плового излучения, направление и скорость газовых потоков. При рассре­доточенной пожарной нагрузке интенсивности излучения от горящего предмета может быть недостаточно для воспламенения материалов сосед­них предметов. Тогда по жар не распространится на всю площадьобъектаи о стан ется л о кап ьн ым.
Величина v„ зависит также от состава газовой среды, поступающей в зону горения. Так, на внутренних пожарах, по мере развития процесса го­рения, концентрация кислорода в газовой ср еде уменьшается, температура пламени и, соответственно, его излучательная способность снижаются. Это приюдит к уменьшению скорости распространения пламени по по­верхности горючего. Вместе с тем, температура газоюй среды в помеще­ниях часто достигает температуры воспламенения материаловдо того как пожар охватит все помещение. В этих случаях перед фронтом пламени об­разуется газоюздушная смесь на нижнем концентрационном пределе, по которой пламя распространяется со скоростью до 50 м/с, т.е. практически мгно венно. Это явление называется объемной (общей) вспышкой.
Таким образом, линейная скоростьраспространения пламени зависит оточень многих факторов, прогнозировать которые чрезвычайно сложно. По этому при пожарно-технических расчетах используют усредненные значения vn, полученные в результате анализа параметров пожаров нараз-личных объектах.

В ряде случаев, вместо v„ болееудобно использовать скорость роста площади пожар а—у,. Ее значения также получают врезультате статистиче­ского анализапараметровпожаровнаоднотипных объектах.
Массовая скорость выгорашя. По физическому смыслу этот пара­метр представляет собой скорость газификации горючего. Он показывает, какая масса ТГМ или жидкости при горении переходит в газообразное со­стояние в единицу времен!}. Очевидно, что чем больше площадь поверхно­сти, с которой происходит газовыделение, тем выше потеря массы. Поэто­му различают массовую скорость выгорания абсолютную - vM (кг/с, кг/мин), приведенную - v'„ = vjs„ [кг^с-ivr), кг/(мин-м )] и удельную -v„ =v%JSnl [кг/(с-м ), кгДмин-мг)].
Для жидкостей приведенная и удельная массовые скорости выгора­ния равны, поскольку Sn m SnT. Твердые горючие материалы, как правило, обладают развитой поверхностью. В этом случае »* .$>« , Чем больше от­ношение SaJS„, тем сильнее различаются у' и у , Для практических рас­четов, как правило, используют приведенную массовую скорость выгора­ния т.к. значения5пг дляреальной пожарной нагрузки, имеющей развитую поверхность, определитьочень сложно.
Массовая скорость выгорания зависит от очень многих факторов: вида горючего, характеристик пожарной нагрузки, условий горения. На­пример, массовая скорость выгорания одного и того же вещества при по­жаре в помещении может быть в несколько раз выше, чем на открытом пожаре, не смотря наочевидный недостаток воздуха. Для ТГМ она суще­ственно зависит от соотношения SnrJS„. При увеличении Snr/S„ до опреде­ленного предела она возрастает, а затем снижается вследствие затруднен­ности доступа кислород а к скрытым участкам поверхности горения.

13

14

(GJ к теоретически необходимому для сгорания материала с массовой скоростью v„(GB°):
a = GJG°.                                                      (6)
Теоретически необходимый расход воздуханаходится по формуле:
G° = vMVB°pB                                                          (7)
где: VB° - теоретический объем воздуха, м"7кт;
рв - плотность воздуха, кгАг1. По величине а. можно оценить концентрацию кислорода(ср,) в про­дуктах горенияиз выражения:
а —21/(21 -срк)                                                   (8)
Если при развитии пожара срк понизится до значения, предельного для горения данного горючего материала, то резкий приток воздуха может вызвать объемную вспышку и выброспламени в смежноепомещение.
Пожарная нагрузка. Динамика и параметры пожаров во многом за­висят от сюйств и количества горючих материалов, находящихся на объ­екте. Дляучета этого фактора используется параметр, называемый пожар­ной нагрузкой - РПН. Она представляет собой суммарную массу горючих веществ и материалов, приходящихся на 1 м2 площади их размещения S, т.е.:
Рм = ZM/5, кг/м2                                              (9)
где М[ — масса i-ro горючего материала, кг.
Пожарную нагрузку разделяют на постоянную и временную. Посто­янную нагрузку составляют сгораемые элементы строительных конструк­ций зданий и сооружений. Состав временной пожарной нагрузки зависит от назначения и характера использования помещения (объекта). Например пожарную нагрузку деревянного жилого дома составляют в основном строительные конструкции, а также предметы мебели и быта. Масса строительных конструкций остается постоянной в течение длительного

15

16