Обеспечение безопасности людей при пожарах в зданиях посредством применения cамоспасателей. Часть 3. Результаты испытаний и их обсуждение

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

С. В.Заикин

начальник конструкторско-техноло-гического отдела ЗАО "Теплоогне-защита", г. Сергиев Посад, Россия

С. А. Бушманов

аспирант Московского государственного строительного университета, г. Москва, Россия

УДК 614.894:006.354

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ В ЗДАНИЯХ ПОСРЕДСТВОМ ПРИМЕНЕНИЯ САМОСПАСАТЕЛЕЙ. Часть 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ*

Приведены результаты эксперимента по использованию средств индивидуальной защиты органовдыхания и зрения (самоспасателей) для людей, самостоятельно эвакуирующихся из здания во время пожара, которыми согласно "Техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности" (Федеральный закон № 12Э-ФЗ) должны оснащаться здания и помещения классов функциональной пожарной опасности Ф1.1, Ф1.2, Ф2.1, Ф2.2, Ф3.1, Ф3.2, Ф3.4, Ф4.1, Ф4.2, Ф4.3, Ф5.1.

Ключевые слова: самоспасатель; эвакуация; спасение; фактическое и необходимое времена эвакуации людей при пожаре.

Введение

По методике эксперимента, рассмотренной в предыдущей статье (часть 2. Объекты испытаний. Методика эксперимента), проведены испытания, в ходе которых регистраторами были измерены фактические значения времен эвакуации из учебного корпуса и общежития, а также рассчитаны значения времен блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара (ОФП).

Моделирование динамики опасных факторов пожара

Для описания термогазодинамических параметров пожара в учебном корпусе и общежитии применена одна из трех детерминистических моделей, а именно полевая. Интегральная (однозонная) и зонная (с числом зон две и более) математические модели не позволяют в полной мере прогнозировать пространственно-временную динамику значений опасных факторов пожара при развитии пожаров. Поэтому приоритетность использования полевой модели пожара в данном случае обусловлена тем,

* Окончание. Начало см. журнал "Пожаровзрывобезопасность" №2и3за 2011 г.

что она позволяет получать локальные значения замеряемых величин в определенных точках независимо от сложности конструктивного и объемно-планировочного исполнения здания. В дополнение к этому дифференциальный (полевой или CFD) метод дает возможность учитывать работу систем противопожарной защиты. Полевая математическая модель пожара основана на уравнениях, выражающих законы сохранения массы, импульса, энергии и масс компонентов в малом рассматриваемом объеме.

Для проведения эксперимента были выбраны следующие места возникновения очагов пожара: в учебном корпусе — кабинет директора на первом этаже; в здании общежития — помещение кладовой на первом этаже. При расчете была использована полевая математическая модель пожара, реализованная с помощью программного комплекса Fire Dynamics Simulator (FDS) 5.3.0.

Как упоминалось выше, наиболее опасный сценарий развития пожара по учебному корпусу — возгорание в кабинете директора (мебель и бумага, рассредоточенные по площади комнаты), расположенном на первом этаже в непосредственной близости к выходу из здания. В область моделирования включены все помещения в уровнях первого, второ-

© Заикин С. В., Бушманов С. А., Парфёненко А. П., Белосохов И. Р., 2011

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2011 ТОМ 20 №4

25

Таблица 1. Критические значения ОФП

Параметр Критическое значение

Температура, °С 70

Тепловой поток, Вт/м2 1400

Дальность видимости, м 20

Концентрация, кг/м3:

СО 1,16 • 10 -3

СО2 0,11

HCl 23 • 10-6

О2 0,226

Рис. 1. Расчетные схемы пожара: а — отм. ±0.000; б — отм. +3.500; в — отм. +7.000

Рис. 2. Расчетные схемы пожара: а — отм. ±0.000; б — отм. +2.500; в — отм. +5.000

го и третьего этажей здания. Время моделирования сценария — 1020 с.

В процессе моделирования определялись значения опасных факторов пожара у эвакуационных выходов на высоте рабочей зоны (1,7 м от уровня пола). Контролируемые параметры пожара и их критические значения приведены в табл. 1.

Исходные данные. В качестве материала ограждающих конструкций принят бетон. Принята типовая пожарная нагрузка для кабинета (административное помещение): мебель + бумага (0,75 + 0,25).

Расчетные схемы пожара показаны на рис. 1. Полученные расчетные значения наступления критических значений ОФП приведены в табл. 2.

По сценарию пожара в здании общежития в качестве расчетного варианта рассматривается возгорание мебели и линолеума ПВХ в помещении кладовой на первом этаже здания. Принята типовая пожарная нагрузка для помещения кладовой (общественное здание): мебель + линолеум ПВХ (0,9 + 0,1). В область моделирования включены помещения всего здания. Время моделирования сценария — 720 с.

Таблица 2. Сводные данные наступления критических значений ОФП (времени блокирования путей эвакуации, с) по учебному корпусу

Обозна- Опасный фактор пожара

чения на рис. 1 Контрольная точка Концентрация СО Концентрация СО2 Тепловой поток Концентрация О2 Температура Потеря видимости

В1 Выход из помещения пожара (отм. +0.000) Н/б 93 42 84 44 34

В2 Выход из здания (отм. +0.000) Н/б 346 324 330 181 112

В3 Выход в ЛК1 (отм. ±0.000) Н/б 372 314 243 174 99

В4 Выход в ЛК1 (отм. +3.500) Н/б Н/б Н/б Н/б Н/б Н/б

В5 Выход в ЛК1 (отм. +7.000) Н/б Н/б Н/б Н/б Н/б Н/б

В6 Выход из аудитории (отм. +7. 000) Н/б 369 Н/б Н/б Н/б Н/б

Примечание. "Н/б" означает, что за время моделирования контрольная точка не блокируется ОФП.

26

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНаСТЬ 2011 ТОМ 20 №4

Таблица 3. Сводные данные наступления критических значений ОФП (времени блокирования путей эвакуации, с) по общежитию

Обозна- Опасный фактор пожара

чения на рис. 2 Контрольная точка Концентрация СО Концентрация СО2 Тепловой поток Концентрация О2 Концентрация НС1 Температура Потеря видимости

В1 Выход из помещения пожара (отм. +0.000) Н/б 120 76 102 49 57 48

В2 Выход из здания (отм. +0.000) Н/б 319 318 230 123 204 122

В3 Выход в ЛК1 (отм. ±0.000) Н/б 183 190 145 81 100 80

В4 Выход в ЛК1 (отм. +2.500) Н/б Н/б 673 Н/б 361 705 343

В5 Выход в ЛК1 (отм. +5.000) Н/б Н/б Н/б Н/б 374 684 242

В6 Выход из комнаты (отм. +5.000) Н/б Н/б Н/б Н/б 308 Н/б 306

В процессе моделирования замеряются значения опасных факторов пожара у эвакуационных выходов на высоте рабочей зоны (1,7 м от уровня пола). Контролируемые параметры пожара и их критические значения приведены в табл. 3. Расчетные схемы пожара показаны на рис. 2.

Как видно из данных, приведенных в табл. 2 и 3, фактором, определяющим значение необходимого времени эвакуации ^ б, является потеря видимости, наступающая в результате задымления. Тем самым аргументируется корректность использования в качестве индивидуальных средств защиты при пожаре основного функционального контингента зданий учреждений образования и науки самоспасателей фильтрующего типа.

Время прохождения пути эвакуации в обычных условиях

Данные по времени прохождения путей эвакуации испытателями в обычных условиях в учебном корпусе приведены в табл. 4а, по общежитию — в табл. 4б.

Таблица 4а. Продолжительность движения испытателей при эвакуации из учебного корпуса при отсутствии задымления и без применения самоспасателей

№ Ф. И. О.

п/п испытателя

Время, с

включения в самоспасатель выхода в ЛК выхода из ЛК в коридор 1-го этажа выхода из коридора в вестибюль 1-го этажа выхода из здания через вестибюль

1 Испытатель 1 - 35 59 73 81

2 Испытатель 2 - 27 45 58 66

3 Испытатель 3 - 25 48 64 73

4 Испытатель 4 - 23 37 50 57

5 Испытатель 5 - 28 50 67 70

6 Испытатель 6 - 30 58 73 81

7 Испытатель 7 - 25 50 66 72

8 Испытатель 8 - 27 54 71 79

9 Испытатель 9 - 29 59 76 85

10 Испытатель 10 - 34 66 86 96

Время прохождения пути эвакуации при задымлении и физические показатели добровольцев-испытателей после прохождения задымленного участка

Время движения (фактическое время эвакуации) измерялось в контрольных точках. Измерения проводились при использовании трех разных типов самоспасателей. Данные по средним показателям движения и физиологического состояния людей во время спасения из учебного корпуса приведены в табл. 5а, из общежития — в табл. 5б.

Результаты и их обсуждение

Для оценки влияния использования самоспасателей на продолжительность эвакуации результаты испытаний сведены в табл. 6а и 6б. Время блокирования выходов из здания учебного корпуса непо-

Таблица 4б. Продолжительность движения испытателей при эвакуации из общежития при отсутствии задымления и без применения самоспасателей

№ Ф. И. О. Время, с

п/п испытателя включения в самоспасатель выхода из здания

1 Испытатель 1 - 25

2 Испытатель 2 - 26

3 Испытатель 3 - 27

4 Испытатель 4 - 33

5 - - -

6 Испытатель 6 - 34

7 Испытатель 7 - 35

8 Испытатель 8 - 38

9 Испытатель 9 - 36

10 Испытатель 10 - 42

0869-7493 ООЖАРООЗРЫООБЕЗООАСНПСТЬ 2011 ТОМ 20 №4

27

Таблица 5а. Средние показатели движения и физиологического состояния людей при спасении из учебного корпуса

Время включения в само- Скорость движения, м/с Факти- Медицинские показатели после эвакуации Субъективная

№ п/п Тип самоспасателя по горизонтальному по ЛК по горизонтальному ческое время эвакуации, с Артериальное давление Частота Особые реакции, % оценка, по 10-балль-

спасатель, с участку без задымления участку с задымлением систолическое диасто-лическое пульса, уд./мин ной системе

1 Без самоспасателя - 1,48 1,25 - 76 119 70 70 - -

2 Газодымозащитный комплект ГДЗК 36,6 1,83 1,10 1,30 113 141 83 76 Запах 8,75

3 Универсальный фильтрующий малогабаритный самоспасатель (УФМС) "Шанс-Е" 43 1,77 0,98 1,25 124 141 75 78 Намин 8,85

4 Газодымозащитный комплект ГДЗК-У 37,5 1,74 1,16 0,85 114 138 76 79 - 9,55

Таблица 5б. Средние показатели движения и физиологического состояния людей при спасении из общежития

Время Скорость движения, Фактиче- Медицинские показатели после эвакуации Особые реакции, Субъективная

№ п/п Тип самоспасателя включения в самоспа- ское время эвакуации, с Артериальное давление Частота оценка по 10-балльной

сатель, с м/с систолическое диастоли-ческое пульса, уд./мин % системе

1 Без самоспасателя - 1,3 33 128 79 75 Нет -

2 Газодымозащитный комплект ГДЗК 37 1,1 77 134 77 77 Нет 9,5

3 Универсальный фильтрующий малогабаритный самоспасатель (УФМС) "Шанс-Е" 35 1,2 81 136 81 77 Нет 9,5

4 Газодымозащитный комплект ГДЗК-У 39 1,4 72 126 76 73 Нет 9,7

Таблица 6а. Итоговые результаты испытаний в здании учебного корпуса

№ Тип самоспасателя Время вклю- Необходимое время эвакуации, с (гбл  0,8) Фактическое

п/п чения в самоспасатель, с по потере видимости по температуре время эвакуации, с

1 Без самоспасателя - 89 144 76

2 Газодымозащитный комплект ГДЗК 36,5 89 144 113

3 Универсальный фильтрующий малогабаритный самоспасатель (УФМС) "Шанс-Е" 43,0 89 144 124

4 Газодымозащитный комплект ГДЗК-У 37,5 89 144 114

Таблица 6б. Итоговые результаты испытаний в здании общежития

№ п/п Тип самоспасателя Время включения в самоспасатель, с Необходимое время эвакуации, с (1бл  0,8) Фактическое время эвакуации, с

1 Без самоспасателя - 97 33

2 Газодымозащитный комплект ГДЗК 37 97 77

3 Универсальный фильтрующий малогабаритный самоспасатель (УФМС) "Шанс-Е" 35 97 81

4 Газодымозащитный комплект ГДЗК-У 39 97 72

28

0869-7493 ЛОЖАРООЗРЫООБЕЗОЛАСНОСТЬ 2011 ТОМ 20 №4

средственно наружу показано на рис. 3, а, а общежития — рис. 3, б.

Как видно из табл. 6а и 6б, без использования самоспасателей люди эвакуируются из здания раньше, чем наступает время блокирования ОФП выхода из здания. При эвакуации из учебного корпуса с использованием самоспасателей эвакуационный выход из здания через вестибюль блокируется дымом раньше, чем люди успевают покинуть здание учебного корпуса. Эти результаты ставят вопрос о времени целесообразного начала использования людьми самоспасателей.

С этих позиций актуально сопоставление двух общеизвестных определений:

• эвакуация представляет собой процесс организованного самостоятельного движения людей наружу из помещений, в которых имеется возможность воздействия на них опасных факторов пожара;

• спасение представляет собой вынужденное перемещение людей наружу при воздействии на них опасных факторов пожара или при непосредственной угрозе этого воздействия.

Это сопоставление показывает, что в отличие от эвакуации спасение осуществляется при воздействии опасных факторов пожара, т. е. когда

^эв > ^н.б.

В этом случае может быть целесообразным использование средств индивидуальной защиты органов дыхания и зрения, что позволит продлить допустимое время эвакуации на период эффективной индивидуальной защиты органов дыхания и зрения tи з или до момента формирования критических уровней воздействия иных факторов пожара t^ф, защиту от которых указанные средства не могут обеспечить. При этом время эвакуации должно включать время на одевание средств индивидуальной защиты tоД. Таким образом, допустимое время эвакуации при использовании средств индивидуальной защиты органов дыхания и зрения t!|в определяется соотношением

t = t

+ t р + t од

< tоф = t

^ I „я — ^ и

+ t и

Соотношения (2) и (3) показывают, что необходимость использования средств индивидуальной защиты органов дыхания и зрения определяется условием (2), а целесообразная продолжительность их использования — соотношением (3). Поэтому первостепенной задачей является анализ возможных значений tн б на этапах эвакуации в зависимости от места возникновения пожара.

Этапность эвакуации, являющаяся следствием естественного поведения людей в чрезвычайных ситуациях — стремления удалиться от источника опасности, и имеющихся для этого возможностей,

Рис. 3. Предельная дальность видимости в контрольной точке В2 (выход из здания) на высоте рабочей зоны 1,7 м от уровня пола (отм. ±0.000): а — по учебному корпусу в момент времени t = 112с; б — по зданию общежития в момент t = 122 с

обеспечиваемых структурой эвакуационных путей здания и средствами их защиты от воздействий ОФП, определяет сценарии анализируемых пожароопасных ситуаций.

Первый этап — помещение. Здесь возможны два варианта:

• первый — люди находятся в помещении очага пожара, эвакуационные пути второго этапа эвакуации еще свободны от воздействия ОФП, которые не успели на них распространиться из помещения очага пожара;

• второй — люди находятся в помещении, которое не является очагом пожара, и возможность их эвакуации из помещения определяется уровнем воздействия ОФП перед выходом из их помещения со стороны эвакуационных путей второго этапа эвакуации, на которые ОФП распространяются из помещения очага пожара на этом этаже.

Второй этап — эвакуационные пути этажа. Здесь также возможны два варианта:

• первый — на этаже расположено помещение очага пожара (очевидно, что этот вариант — продолжение второго варианта первого этапа);

• второй — этаж не является местом расположения помещения — очага пожара, поэтому ОФП

0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2011 ТОМ 20 №4

29

распространяются со стороны эвакуационных путей третьего этапа—через лестничную клетку. Эвакуационные пути второго этапа эвакуации могут быть свободны от воздействия ОФП либо подвержены воздействию ОФП со стороны одного из выходов на третий этап эвакуации.

Третий этап — эвакуационные пути по лестницам, ведущим непосредственно наружу или через вестибюль первого этажа (по лестничной клетке или открытой лестнице). В зданиях образовательных учреждений, при ограничении их этажности, как правило, девятью этажами (здания вузов), применяются обычные лестничные клетки типов: Л1 — с остекленными или открытыми проемами в наружных стенах на каждом этаже; Л2 — с естественным освещением через остекленные или открытые проемы в покрытии. Могут применяться внутренние открытые лестницы между вторым и первым этажами и наружные открытые лестницы для эвакуации в зданиях детских дошкольных учреждений.

Соответственно указанным вариантам необходимо определить вероятные значения tиб для последовательных этапов эвакуации людей из помещений наружу, что позволяет оценить целесообразность

использования средств индивидуальной защиты органов дыхания и зрения, поскольку их "заблаговременное" одевание в случае отсутствия необходимости использования может привести к потере тех самых минут (^д) в начале эвакуации, которые эквивалентны недостающим секундам для завершения своевременной эвакуации.

Выводы

В результате экспериментов установлено, что время надевания (приведения в действие) самоспасателей составило в среднем 35-43 с, что не превысило нормативного значения 60 с. По субъективному восприятию людей все испытываемые типы самоспасателей получили хорошую оценку. Установлено, что верхнее артериальное давление после испытаний с использованием самоспасателей по сравнению с эвакуацией без них повысилось на 11 %, нижнее — на 5 %, а частота пульса увеличилась на 6 %. Пульс у всех испытуемых до и после испытания находился в 1-й зоне МЯН, что соответствует спокойной езде на велосипеде. У включенных в самоспасатели людей при прохождении задымленных участков скорость движения уменьшилась на 36 %.

Материал поступил в редакцию 27 сентября 2010 г. Электронные адреса авторов: sa.bushmanov@gmail.com;

иа1кт.^пеи@гатЬ!вг. ги; parf01@inbox.ru.

Издательство «ПОЖНАУКА»

Представляет новую книгу

А. А. Антоненко, Т. А. Буцынская, А. Н. Членов.

ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ: учебно-справочное пособие / Под общ. ред. д-ра техн. наук А. Н. Членова. -М.: ООО "Издательство "Пожнаука", 2010. - 210 с.

В учебно-справочном пособии изложены основы современного подхода к проблеме комплексного обеспечения безопасности объектов хозяйствования с помощью технических средств и систем; приведены сведения о технической эксплуатации комплексных систем безопасности, а также справочно-методическая информация для решения практических задач по эксплуатации. Дано основное содержание эксклюзивной разработки — ГОСТ Р 53704-2009 "Системы безопасности комплексные и интегрированные", входящего в отраслевой комплект нормативно-технической документации по данной проблеме.

Книга предназначена для практических работников в области систем безопасности и может быть использована как учебное пособие для подготовки и повышения квалификации специалистов соответствующего профиля.

121352, г. Москва, а/я 43; тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: mail@firepress.ru

30

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНаСТЬ 2011 ТОМ 20 №4