2. Алгоритм выбора аупт

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ" (ФГУ ВНИИПО МЧС России)

 

 

СРЕДСТВА ПОЖАРНОЙ АВТОМАТИКИ. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ.

ВЫБОР ТИПА

РЕКОМЕНДАЦИИ

 

 

Представлен порядок расчетов автоматических систем противопожарной защиты, реализующих целевые задачи, решение которых предусматривается в ГОСТ 12.1.004. Приведены рекомендации по подготовке исходных данных защищаемого объекта. Описаны алгоритмы выбора автоматической установки пожаротушения. Изложены методики расчета времени развития пожара до наступления предельно допустимых значений опасных факторов пожара. Рассмотрен порядок выбора огнетушащего вещества, способа пожаротушения и быстродействия автоматической установки пожаротушения. Описан порядок выбора пожарных извещателей и особенности применения дымовых, тепловых пожарных извещателей и извещателей пламени. Представлены методики расчета, необходимые для размещения извещателей. Приведены справочные данные об основных свойствах огнетушащих веществ и горючих материалов.

Рекомендации предназначены для специалистов, занимающихся проектированием, монтажом и эксплуатацией систем пожарной автоматики, а также для инженерно-технических работников пожарной охраны.

 

Разработаны ФГУ ВНИИПО МЧС России.

 

 

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

1.1. Необходимость оборудования объектов автоматическими установками пожаротушения (АУПТ) или пожарной сигнализации (АУПС) определяется на основании требований НПБ 110, соответствующих СНиП, отраслевых перечней объектов или по требованию заказчика.

При этом следует также учитывать задачи, стоящие перед системой пожарной автоматики в соответствии с ГОСТ 12.1.004.

Тип автоматической установки пожаротушения, способ тушения, вид огнетушащих средств, тип оборудования установок пожарной автоматики (пожарные извещатели, приемно-контрольные приборы и приборов управления) определяются организацией-проектировщиком с учетом настоящих рекомендаций.

1.2. Исполнение автоматических установок пожаротушения и пожарной сигнализации должны соответствовать требованиям НПБ 88-2001*, ГОСТ 12.3.046, ГОСТ 12.4.009, ГОСТ 15150, ПУЭ и других нормативных документов, действующих в этой области.

1.3. При выборе типа АУПТ и АУПС следует учитывать:

- категорию объекта по пожарной опасности;

- физико-химические свойства и показатели пожарной опасности пожарной нагрузки на объекте;

- физико-химические и огнетушащие свойства огнетушащих веществ (ОТВ), возможности и условия их применения, которые указаны в приложении 1;

- конструктивные и объемно-планировочные характеристики защищаемых зданий, помещений и сооружений;

- стоимость обращающихся на объекте материальных ценностей;

- особенности технологического процесса.

При выборе АУПТ учитывают также:

- возможные типы АУПТ в зависимости от применяемых огнетушащих веществ (ОТВ) и быстродействия установок;

- капитальные вложения и текущие затраты на АУПТ.

1.4. Автоматические установки пожаротушения, предназначенные для защиты объектов, предусмотренных НПБ110, ведомственными перечнями, должны срабатывать на начальной стадии пожара.

Автоматические установки пожаротушения и пожарной сигнализации, проектирование которых осуществляется по требованию заказчика, должны обеспечивать безопасность людей в защищаемом объекте и по согласованию с заказчиком могут решать также одну из следующих задач:

- минимизация ущерба при тушении пожара материальным ценностям, находящимся в защищаемом помещении;

- сохранение целостности ограждающих конструкций защищаемого помещения и предотвращение распространения пожара за его пределы.

1.5. Рекомендации могут быть использованы при разработке технического задания на проектирование, технико-экономического обоснования проекта АУПТ для строящихся и реконструированных объектов. 

 

2. АЛГОРИТМ ВЫБОРА АУПТ

 

2.1. Алгоритм выбора АУПТ включает в себя следующие основные этапы:

- выбор и подготовка исходных данных;

- расчет критического времени развития пожара;

- выбор огнетушащего вещества, способа пожаротушения и типа АУПТ;

- обоснование основных параметров АУПТ;

- окончательный выбор АУПТ.

2.2. Расчетное количество ОТВ вычисляют в соответствии с НПБ 88-2001*, ведомственными нормативными документами или действующими рекомендациями ВНИИПО для определенного типа объектов (высотные стеллажные склады, кабельные сооружения и др.). Определяют необходимость наличия резерва или запаса ОТВ.

Элементную базу АУПТ выбирают с учетом перечня продукции, подлежащей обязательной сертификации и действующих норм на проектирование АУПТ, например НПБ 88-2001*.

2.3. Окончательный выбор производят из условия минимизации затрат на создание установки или минимизации разницы D между ущербом от пожара У и затратами на АУП для конкретного объекта З (по согласованию с заказчиком):

D = У - З. (2.1.)

При этом учитывают капитальные вложения и эксплуатационные издержки потребителя при использовании единицы АУПТ. Кроме того, с учетом местных условий определяют ущерб от применения ОТВ в случае его негативного воздействия на материальные ценности защищаемого объекта.

По согласованию с заказчиком окончательный выбор АУПТ может производиться при условии минимизации расходов на создание установки.

 

3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ И ПОДГОТОВКЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

 

3.1. Устанавливают необходимость применения автоматической установки пожаротушения (АУПТ) в соответствии с п. 1.1 настоящих Рекомендаций.

Основанием для оснащения объекта АУПТ может быть также решение заказчика, изложенное в ТЗ, утвержденное в установленном порядке.

3.2. В соответствии с техническими характеристиками защищаемого объекта составляют перечень исходных сведений. При этом используют объемно-планировочные решения объекта, сведения о пожарной нагрузке и др.

Пример указанного перечня приведен в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1

 

Исходные сведения о защищаемом объекте

Наименование	Значения по помещениям
	1	¼	N *
Классификация защищаемых объектов по СНиП 21-01-97: по степени огнестойкости по конструктивной пожарной опасности по функциональной пожарной опасности
Перечень оборудования, находящегося в защищаемом помещении
Перечень горючих веществ (материалов) в помещении и соответствующий им класс или подкласс пожара по ГОСТ 27331
Категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности по НПБ 105
Класс взрывоопасных и пожароопасных зон по ПУЭ
Площадь объекта (помещения), м2
Огнестойкость строительных конструкций
Высота, длина, ширина, м Схема помещения
Объем, м3
Площади открытых проемов, м2 Расположение и площадь открытых проемов по высоте помещения, на потолке и в полу, м2
Температура наружного воздуха, °С: максимальная минимальная
Сведения о вентиляции помещения: приточная, вытяжная, приточно-вытяжная, кратность вентиляции
Температура в защищаемом помещении до загорания, °С
Начальная освещенность путей эвакуации, лк Коэффициент отражения (альбедо) предметов на путях эвакуации
Количество людей в защищаемом помещении, чел.
Схема путей эвакуации, ширина эвакуационных проходов, м
Максимальное электрическое напряжение оборудования, В Возможность отключения напряжения при пожаре
Предельно-допустимое избыточное давление в помещении, МПа
Высота отметки зоны нахождения людей над полом помещения
Разность высот пола
Стоимость материальных ценностей объекта (помещения)
* N - количество помещений.

 

С учетом местных условий в указанный перечень могут быть включены другие сведения о защищаемом объекте, например, характеристики запыленности и количества агрессивных веществ в атмосфере помещения, сейсмическая активность и др.

3.3. Определяют показатели пожарной опасности и физико-химические свойства производимых, хранимых и применяемых в помещении веществ и материалов. При необходимости используют информационно-справочные данные.

Результаты обобщают в табличной форме (табл. 3.2) или иным образом.

 

Таблица 3.2

 

Показатели пожарной опасности и свойства материалов

 

Наименование	Значения по помещениям			Примечание
	1	¼	N *
Вид, физико-химические свойства Количество, кг				По справочным данным (по паспорту)
Пожарная нагрузка, МДж×м-2				по НПБ 105
Величина и характер распределения пожарной нагрузки: сосредоточенная рассредоточенная				По данным объекта
Низшая теплота сгорания, МДж×кг-1				Табл. 1, прил. 1
Удельная массовая скорость выгорания, кг×м-2×с-1				Табл. 1, прил. 1
Линейная скорость распространения пламени по поверхности горючего материала, м×с-1				Табл. 2, прил. 1
Перпендикулярный к направлению движения пламени размер зоны горения, м				По данным объекта
Температура вспышки ЛВЖ, ГЖ менее 90 °С или более 90 °С				По справочным данным (по паспорту)
Температура кипения ЛВЖ менее 50 °С
Среднее значение горизонтальной скорости распространения пламени по поверхности материала, м×с-1				**
Среднее значение вертикальной скорости распространения пламени по поверхности материала, м×с-1				**
Дымообразующая способность горящего материала, Нп×м2×кг-1				Прил. 2, табл. 5
Расход кислорода на кг горящего материала				Прил. 2, табл. 6
Предельно-допустимое содержание данного газа в атмосфере помещения (Х), кг×м-3				= 0,11; ХСО=0,16×10-3; ХHCL=23×10-6
Индекс схемы развития пожара				**
Индекс токсичного продукта горения				**
Тип расчетной схемы развития пожара				По данным объекта
Приведенная продолжительность начальной стадии пожара				рис. 4.1, 4.2
* N - количество помещений. ** - по данным рекомендаций "Расчет необходимого времени эвакуации людей из помещений при пожаре" (М.: ВНИИПО, 1989. - 22 с.)

 

4. РАСЧЕТ КРИТИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ РАЗВИТИЯ ПОЖАРА

В зависимости от особенностей защищаемого помещения (наличие людей, минимизация ущерба от пожара, исключение его распространения) определяют критическую продолжительность (время) развития пожара для одного или нескольких вариантов:

- обеспечения своевременной эвакуации людей;

- развития пожара до начальной стадии;

- предотвращения распространения пожара за пределы помещения.

4.1. Расчет критического времени пожара, необходимого для обеспечения своевременной эвакуации людей, проводят по методике, изложенной в ГОСТ 12.1.004.

Задача заключается в выборе схемы пожара, которая приводит к наиболее быстрому развитию одного из опасных факторов пожара (ОФП).

Развитие ОФП зависит от вида горючих веществ и материалов и площади горения, которая, в свою очередь, обуславливается свойствами самих материалов, а также способом их укладки и размещения.

4.1.1. Выбор схемы пожара.

Первоначально выбирают возможные расчетные схемы развития пожара, которые могут быть реализованы при пожаре на защищаемом объекте. Для каждой схемы вычисляют комплексы A, n; B, z.

4.1.1.1. Каждая расчетная схема характеризуется значениями комплекса А и n, которые зависят от формы поверхности горения, характеристик горючих веществ и материалов и определяются следующим образом:

а) для горения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, разлитых на площади S:

- при горении жидкости с установившейся скоростью горения

А = yS, n = 1, (4.1)

где y - удельная массовая скорость выгорания, кг×м^-2×с^-1;

А - размерный параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания горючего материала и площадь пожара, кг×с^-n ;

n - расчетный параметр (показатель степени), учитывающий изменение массы выгоревшего материала во времени;

- при горении жидкости с неустановившейся скоростью горения

А = 0,67yS/, n = 1,5, (4.2)

где t_ст - время установления стационарного режима выгорания жидкости.

Значение t_ст принимают в зависимости от температуры кипения жидкости:

до 100 °С - 180 с;

от 101 до 150 °С - 240 с;

более 150 °С - 360 с.

б) для кругового распространения пламени по поверхности равномерно распределенного в горизонтальной плоскости горючего материала:

А = 1,05y, n = 3, (4.3)

где v_л - линейная скорость распространения пламени по поверхности горючего материала;

в) для вертикальной или горизонтальной поверхности горения в виде прямоугольника, одна из сторон которого увеличивается в двух направлениях за счет распространения пламени (например, горизонтальное направление огня по занавесу после охвата его пламенем по всей высоте):

А = y v_лb, n = 2, (4.4)

где b - размер зоны горения, перпендикулярный направлению движения пламени;

г) для вертикальной поверхности горения, имеющей форму прямоугольника (горение занавеса, одиночных декораций, горючих или облицовочных материалов стен при воспламенении снизу до момента достижения пламенем верхнего края материала):

А = 0,667yv_гv_в, n = 3, (4.5)

где v_г - среднее значение горизонтальной скорости распространения пламени;

v_в - среднее значение вертикальной скорости распространения пламени;

д) для поверхности горения, имеющей форму цилиндра (горение пакета декораций или тканей, размещенных с зазором):

А = 2,09y v_гv_в, n = 3. (4.6)

Для вычисления комплексов B и z определяют геометрические характеристики защищаемого помещения. К ним относятся его геометрический объем, приведенная высота и высота каждой из рабочих зон.

4.1.1.2. Вычисление комплексов В и z.

Определяют геометрический объем на основе размеров и конфигурации помещения. Приведенную высоту вычисляют как отношение геометрического объема к площади горизонтальной проекции помещения. Высоту рабочей зоны h рассчитывают по формуле

h = h_отм + 1,7 - 0,5d, (4.7)

где h_отм - высота отметки зоны нахождения людей над полом помещения;

d - разность высот пола; d = 0 - при его горизонтальном расположении.

Находят значения комплексов В и z:

В = ; (4.8)

, при h £ 6 м, (4.9)

где B - размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг;

z - безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения ОФП по высоте;

V - объем объекта (помещения), м³;

Q - низшая теплота сгорания, мДж×кг^-1;

h - высота рабочей зоны, м;

Н - высота объекта, м;

j - коэффициент теплопотерь,

h - коэффициент полноты горения.

С_р - удельная изобарная теплоемкость газа, МДж×кг^-1.

4.1.1.3. Развитие ОФП.

Каждой рассмотренной выше расчетной схеме присваивают порядковый номер (индекс j). Вычисляют значение критической продолжительности пожара (t_крj) по условию достижения каждым из ОФП предельно допустимых значений в зоне пребывания людей (рабочей зоне):

а) по повышенной температуре

, (4.10)

где Т₀ - начальная температура в помещении до начала пожара;

б) по потере видимости

, (4.11)

где a - коэффициент отражения (альбедо) предметов на путях эвакуации;

E - начальная освещенность путей эвакуации, лк;

D - дымообразующая способность горящего материала, Нп×м²×кг^-1 (значения приведены в табл. 3, прил. 2);

l_пр - предельная дальность видимости в дыму, м.

При отсутствии специальных требований значения a и Е принимаются равными соответственно 0,3 и 50 лк;

в) по пониженному содержанию кислорода

. (4.12)

где - удельный расход кислорода, кг×кг^-1 (прил. 2, табл. 4);

г) по предельно допустимому содержанию каждого из газообразных токсичных продуктов горения

. (4.13)

где X - предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг×м^-3 ( = 0,11 кг×м^-3; X_СО = 1,16×10^-3 кг×м^-3; X_HCL = 23×10^-6 кг×м^-3);

L - удельный выход токсичных газов при сгорании одного кг материала, кг×кг^-1 (значения приведены в прил. 2, табл. 4).

Если под знаком логарифма получается отрицательное число, то данный ОФП не представляет опасности.

Последующий расчет производят для наиболее опасного варианта развития пожара, который характеризуется наибольшим темпом нарастания ОФП в рассматриваемом помещении.

Для этого выбирают наиболее опасные схемы развития пожара, для которых определяют критическую продолжительность пожара ():

= min. (4.14)

Находят количество выгоревшего к моменту материала

m_j = A_j. (4.15)

Каждое значение m_j в выбранной j-й схеме сравнивают с общей массой горючего материала на защищаемом объекте М. Расчетные схемы, для которых m_j > М, исключают из дальнейшего рассмотрения.

Из оставшихся расчетных схем выбирают наиболее опасную, для которой критическая продолжительность пожара минимальна:

m_j = min . (4.16)

Полученное значение t_кр и есть критическая продолжительность пожара для расчетной схемы обеспечения безопасности людей.

Определяют время, необходимое для эвакуации людей:

= К_б » 0,8 . (4.17)

По методике, приведенной в ГОСТ 12.1.004 определяют время эвакуации людей из защищаемого объекта _.

Значение должно удовлетворять следующему неравенству:

£ . (4.18)

4.2. Расчет критического времени пожара на начальной стадии.

В соответствии с ГОСТ 12.3.046-91 АУПТ должна срабатывать до окончания начальной стадии пожара.

Минимальную продолжительность начальной стадии пожара t_нсп в помещении определяют в соответствии с ГОСТ 2.1.004 следующим методом.

4.2.1. Рассчитывают количество приведенной пожарной нагрузки (g) по формуле

, (4.19)

где g_i - количество приведенной пожарной нагрузки, состоящей из i-го горючего и трудногорючего материала.

Значение g_i вычисляют по формуле:

, (4.20)

где - количество горючего и трудногорючего i-го материала на единицу площади, кг×м^-2;

- теплота сгорания i-го материала, мДж×кг^-1.

4.2.2. Вычисляют продолжительность начальной стадии пожара по формулам:

а) для помещения объемом V £ 3^.10³ м³

t_нсп = ; (4.21)

б) для помещения объемом V > 3^.10³ м³

t_нсп = , (4.22)

где - минимальная (приведенная) продолжительность начальной стадии пожара (с), в зависимости от объема помещения определяется графически по данным рис. 4.1 или 4.2;

 

 

H = 6,6; 1-g = (2,4-14) кг×м^-2; 2-g = (67-110) кг×м^-2; 3-g = 640 кг×м^-2;

H = 7,2 м; 1-g =( 60-66) кг×м^-2; 2-g = (82-155) кг×м^-2; 3-g = 200 кг×м^-2;

H = 8 м; 1-g=60 кг×м^-2; 2-g = (140-160) кг×м^-2 ; 3-g = (210-250) кг×м^-2;

H = 4,8; g = (169-70) кг×м^-2

 

Рис. 4.1. Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара в помещении в зависимости от объема помещения высоты помещения и количества приведенной пожарной нагрузки

 

 

Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара в помещении в зависимости от объема помещения высоты помещения и количества приведенной пожарной нагрузки:

1-H = 3 м; 2-H = 6 м; 3-H = 12 м

 

- средняя скорость потери массы пожарной нагрузки в начальной стадии пожара,

кг×м^-2×с^-1, вычисляют по формуле

=, (4.23)

где - скорость потери массы в начальной стадии пожара i-го материала пожарной нагрузки, кг×м^-2×с^-1;

- средняя теплота сгорания пожарной нагрузки, мДж×кг^-1, вычисляют по формуле

; (4.24)

v - линейная скорость распространения пламени, м×с^-1.

Допускается в качестве величины v брать максимальное значение для составляющих пожарную нагрузку материалов.

Значения величин v, y_i, для основных горючих материалов приведены в прил. 2.

4.2.3. Критическое время на начальной стадии пожара может быть принято равным минимальной продолжительности начальной стадии пожара t_нсп:

= t_нсп. (4.25)

С целью минимизации ущерба от пожара критическое время может быть уменьшено с учетом коэффициента безопасности К_б

= К_бt_нсп. (4.26)

4.3. Обоснование критического времени для предотвращения распространения пожара за пределы защищаемого объекта.

В ряде случаев по требованию заказчика проектирование АУПТ производится с целью предотвращения распространения пожара за пределы защищаемого объекта. Обычно это достигается при сохранении целостности элемента конструкции защищаемого объекта с минимальной огнестойкостью.

При этом продолжительность пожара в защищаемом объекте определяется по ГОСТ 12.1.004 и другим действующим нормативным документам.