пример ВКР. Анализ особенностей и разработка эффективных путей повышения пожарной безопасности предприятий автомобильного сервиса на примере

• Название: Анализ особенностей и разработка эффективных путей повышения пожарной безопасности предприятий автомобильного сервиса на примере
• Дата: 30.03.2023
• Размер: 1.72 Mb.
• Имя файла: пример ВКР.pdf
• Тип: Реферат; #1025410
• страница: 5 из 7

пожарной безопасности
На стадиях воспламенения и развития пожара, помимо изучения образования дыма и токсичных газов, мы должны проанализировать повышение температуры с течением времени (чтобы проверить, способны ли конструкции противостоять термическим воздействиям). Большинство жертв умирают от удушья и интоксикации из-за высокой концентрации продуктов сгорания (CO, CO
2
, HCN, Sox, NOx). Эти виды газов при высоких температурах могут вызывать ожоги, раздражение глаз и проблемы с дыханием, вызывая смерть, даже если человек не подвергался прямому воздействию пламени. Дым, цвет которого определяется материалами, участвующими в сгорании, имеет способность уменьшать видимость, что затрудняет спасение жертвы и помощь спасателей. Следовательно, на первом этапе развития пожара необходимо особое внимание уделить обеспечению безопасности конструкции во время развития пожара [28].
Чтобы обеспечить безопасные условия в помещении, важно изучить такие параметры, как огневая позиция, количество горючих материалов и протяженность вентиляционных отверстий, влияющих на возможное возникновение вспышки, что является значимым моментом после того, как пожар полностью развился.
Как только образуется вспышка, единственная процедура, которая может быть применена, — это держать под контролем огонь до тех пор, пока не погаснет пламя. На различные стадии, характеризующие развитие пожара
(до и после вспышки), влияют значения RHR (скорость выделения тепла), которые связаны с тепловой мощностью [кВт] и скоростью распространения

55 пламени. На RHR влияют скорость пламени, количество воздуха и скорость обмена, также важно определить значение RHR
lim
, которое, если оно не будет превышено, не позволит огню достичь вспышки.
Это связано с температурой, которая достигается в этой области: необходимо избегать температуры (около 500 °C), которая может разбить окна. Действительно, такое условие провоцирует добавление горючего реагента, который питает пламя. Если эту ситуацию невозможно предотвратить, стойкость конструкции должна быть обеспечена в течение определенного промежутка времени, чтобы спасательные отряды смогли работать в безопасных условиях во время развития пожара вплоть до его тушения [29-32].
Вот почему важно контролировать внутреннюю температуру во время фазы после вспышки.
3.3.2 Подходы для анализа пожара
Существует два различных подхода, которые могут быть применены для анализа пожара на этапе после вспышки. Первый исследует тепловые воздействия номинального огня на конструктивные элементы. Второй метод использует систему оценивания на основании показателей эффективности, категорию которого можно определить в соответствии с точностью, требуемой при оценке.
Согласно нормативам, описывающим возгорания, используют модели условного пожара, которые до сих пор широко применяются в некоторых странах (например, в Италии). Для моделирования условного пожара требуются основные входные данные — это время, тогда как единственными выходными данными является температура газов относительно времени T (t), без учета внешней структуры здания и пространственного распределения горючего.
Методика проведения исследования заключается в оценке развития изменений температуры пожара на основании графика (T-t), определенного регламентом EN 1991-1-2 [33]. В отношении пожарной нагрузки можно

56 определить максимально достигаемую температуру пожара. Следовательно, можно определить фазу вспышки (переход из начальной стадии пожара в объемную), которую важно избегать, устанавливая максимальное ограничение по времени (t lim
) на основе объема O
2
в рассматриваемой области. Также необходимо определить максимально допустимую эквивалентную нагрузку на имеющиеся материалы, то есть количество материала, сгораемое за этот промежуток времени. Инженер-проектировщик определяет вышеупомянутую эквивалентную нагрузку, с целью не превышать значение RHR
lim
, установленное нормами. Такой метод не принимает во внимание ни тип деятельности организации, ни тип горючего, но его можно легко применять, потому что любой тип пожара может быть связан изменением температуры на основании графика (T-t). Иногда эта методика считается слишком сложной по сравнению с требуемыми условиями надежности. В крайнем случае, можно использовать другой подход – «Проектирование противопожарной безопасности», который способен прогнозировать динамическое развитие пожара посредством применения моделей оценки.
Этот метод используется в разных странах (особенно в англоязычных), тогда как в Италии он не является обязательным, и инженер может использовать его по своему усмотрению. Этот метод исследует тепловые воздействия по отношению к физическим моделям и может использоваться для описания любого типа пожара с помощью моделей развития пожара, которые могут быть либо упрощенными, либо усовершенствованными (в них используются кривые RHR (t) тепловыделения, которые не имеют ограничений для их применения и может привести к моделированию CFD - методам вычислительной гидродинамики). По этим кривым можно определить, как пожар и его последствия детально влияют на здание, оборудование и людей. Основным преимуществом оценочного метода является исключительная гибкость, позволяющая моделировать сложные типы пожаров с предварительной оценкой некоторых входных параметров

57
(расположение оцениваемой области, тип и количество горючего вещества, вентиляции, кривая RHR: скорость высвобождения тепла/время нагрева и т.д.), которым должны быть присвоены переменные данные в зависимости от типа модели. Поэтому точность результатов расчета зависит от величины значения рабочей модели и входных данных. Для достижения максимальной точности необходимо ввести ограничение применяемого подхода: экспериментальная проверка используемой модели иногда может являться проблемой из-за разрушительного характера испытаний, которые должны быть выполнены. Более того, комплексные модели требуют длительной оценки и временных интервалов [34-35].
3.3.3 Планирование систем противопожарной безопасности на
ранней стадии проектирования
В качестве примера рассмотрим конкретный случай и, используя оценочный метод, определим, что развитие пожара контролируется как видом горючего, так и воздушной средой. Основная задача исследования заключается в том, чтобы провести общий анализ и определить, какие значения рассматриваемых параметров, таких как пожарная нагрузка и скорость выделения тепла, приводят к пожару: (i) воздействие температуры, которая, если не превышена, гарантирует стабильность конструкций
(запланированных согласно параметрам REI) во время проведения мероприятий по обеспечению безопасности; (ii) установка в этой области температур, которые в случае превышения тепловых потоков, должны поддерживаться под контролем, чтобы гарантировать механическую устойчивость конструкций. Из этого следует, что для инженера- проектировщика важно применить подход к планированию проекта помещения с автоматическими системами пожаротушения.
Анализ уровня безопасности конструкций проводится путем сравнения кривой графика (T-t) во время фазы после вспышки (предписывающий метод) и естественной кривой (метод, учитывающий изменения значений нагрузки горючего «q» и скорость выделения тепла «О»).

58
Когда кривая графика (T-t) ISO 834 [36] представляет более низкие температуры, чем у естественных кривых, стабильность структур не может быть гарантирована. Результаты, которые были определены на основе разновидности типа здания, «q» и «O», дали возможность реализовать график, способный предоставить необходимую информацию архитекторам при установке противопожарных систем. Действительно, если график описывает эти системы, можно снизить температуру при наличии пожара, чтобы гарантировать стабильность конструкции и позволить спасательным отрядам работать в безопасных условиях, пока происходит тушение пожара.
Проведенный анализ был полезен для получения графика, основанного на типе здания и значениях «q» и «O». Это может являться руководством для архитектора для того, чтобы на ранней стадии проектирования выполнить планирование, учитывающее необходимые противопожарные системы безопасности для рассматриваемой конструкции (в отношении наиболее важных из существующих нормативов) [37].
3.3.4 Методика исследования, основанная на данных температуры
пожара и сопротивления конструкции здания
Во время этого исследования был изучен пожар в строении, используемом для ремонта и обслуживания автомобилей. Размер конструкции составляет 32

21

5 м (L
1

L
2

Z), стены были сделаны из бетона
(плотность стены = 2300 кг м
-3
, удельная теплоемкость c p
= 913 Дж, кг
-1
К
-1
и проводимость = 1,45 Вт м
-1
K
-1
). Структура характеризуется 5 окнами
1.20

2.00 м (подоконник в 2 м от земли) и 2 дверями 3.20

3.50 ми 2,40

3,50 м (B
1

B
2
) соответственно 25 000 кг древесины были размещены на поверхности площадью 100 м
2
с теплотворной способностью H = 17,5 МДж
Кг
-1
(рисунок 19).

59
Рисунок 19 - Модель помещения основного здания СТО
В данном исследовании рассматривается здание из бетона (таблица 1 показывает, что это здание типа C), где представлен минимальный уровень мер защиты с риском класса II (обычный риск) и уровнем производительности класса III, который требуется в соответствии с исследуемой структурой. Следуя методологии расчета запланированная удельная пожарная нагрузка q f,d составляет 973,5 МДж м
-2
, следовательно, предел огнестойкости конструкций REI 90 (5400 с).
Были приняты следующие условия: (i) уровень производительности III для конструктивных элементов здания, который способен гарантировать спасательным отрядом работу в надлежащих безопасных условиях; (ii) риск типа II, соответствующий области с типичными условиями риска, с точки зрения вероятности возникновения пожара, скорости распространения пожара и возможности спасательных отрядов держать его под контролем;
(iii) минимальные меры противопожарной защиты в отношении регулирования.
Правила устанавливают минимальные требования безопасности путем принятия предписывающих мер, когда оценка риска проводится законодательно. Это детерминированный подход, который не дает возможности провести количественную оценку уровня пожарной

60 безопасности, и это ограничение возникает в сложных конструкциях.
Стандартная кривая графика ISO 834, подходящая для гражданских сооружений, которые характеризуются целлюлозными материалами, помогает определить условия, когда температура повышается в соответствии с уравнением (16):
10 345 log (8 1) 20
Tg
x t


  
(16)
Вышеупомянутые условия, которые определяют предел огнестойкости, позволяют оценить максимальную температуру, выявленную в этой области, и интервал времени, в течение которого огонь достигает данной температуры. Этот метод не учитывает фазу воспламенения и фазу, в течение которой огонь разгорается при резком повышении температуры t = 0 с, что соответствует вспышке. Температуры, выявленные с помощью этого метода, являются максимальными температурами, которые нельзя превышать, чтобы гарантировать стабильность конструкции [38].
Кривая графика, если углеводороды сгорают, описывается уравнением
(17):
0.167 2.5 1080 (1 0.325 0.675
)
20
t
t
Tg
e
e



 


(17)
Такая кривая используется для описания пожаров и оценки огнестойкости конструктивных элементов, где температура может расти быстрее, чем температура стандартной кривой графика.
Таким образом, достигаются более высокие значения температур (как у горючих жидкостей).

61
3.3.5 Подход, основанный на эффективности: естественные
графики пожара через упрощенные модели
В упрощенных подходах, основанных на характеристиках, анализ риска возникновения пожара проводится количественным путем по формуле, которая позволяет определить температуру горячего газа Tg (t) относительно времени от фазы воспламенения до фазы тушения пожара. Другими факторами, влияющими на пожар, являются система вентиляция «О», тепловая инерция стен «В» и пожарная нагрузка «q», характеризующаяся площадью. Упрощенные естественные кривые являются динамическими по сравнению с кривыми графиками (T-t) по характеристике природных пожаров, и они требуют простых математических вычислений. Процесс пожара предполагает, что в какой-то момент температура газа является однородной на исследуемом участке, и это ограничивает их применение только на этапе после вспышки. Для оценки температуры за промежуток времени при наличии растущего пожара в зданиях, лишенных вентиляционных отверстий, можно использовать следующие параметрические модели согласно уравнению 18:
Кривая A: max
(1
)
max
( )
max (
)
t
t
t
Tg t
T
e
t




(18)
(
)
max
(1
)
d O
m n O
T
b c
e
q
 
 
   

(19)
(
)
max
(1
)
d O
m n O
T
b c
e
q
 
 
   

(20)
И где пожарная нагрузка q, измеренная в макал (м
-2
), оценивается по уравнению (21):

62 1000
i
i
i
g h
q
A




(21)
Скорость выделения тепла О вычисляется по формуле (22):
0.5
eq
h
O
Av
At

(22)
Vi
eq
i
V
A
h
h
A



(23)
И коэффициенты «a, b, c, d, m, n» зависят от типа конструкций, и их значения приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Значения коэффициентов «a, b, c, d, m, n» для различных структур, характеризующих исследуемую область
Тип здания a b c d m n
A
1800 250 692 17 0.13 0.67
B
1800 250 623 11 0.14 0.38
C
1800 250 933 70 0.04 0.43
D
1800 250 633 26 0.13 0.70
E
1800 250 685 26 0.14 0.91
А - кирпичное здание; В - здание со стенами из бетона; C - здание со стенами из облегченного бетона или изоляционного материала; D - здание с
50% стен из бетона или кирпичной кладки, а остальные 50% из облегченного бетона; E - здание с 50% стен из облегченного бетона, 30% из бетона или кирпичной кладки, а остальные из теплоизоляционных панелей.
Кривая B: при поверхности пола менее 500 м
2
, с максимальной высотой
4 м, где горючий материал может быть ассимилирован с бумагой или

63 деревом. В этом случае, когда температура увеличивается, используется уравнение (24):
0.2 *
1.7 *
1.9 *
1325 (1 0.324 0.204 0.472
)
t
t
t
Tg
e
e
e




 


(24)
В уравнении 24 значения скорости выделения тепла «O», тепловой инерции стенок «b» (уравнение 25) и безразмерного коэффициента G
(уравнение 26) имеют место: b
W
PW
C





(25)
2 2
(1900 / 0.04) ( / )
G
O b


(26)
Пожарная нагрузка q t, d
(уравнение 27):
,
,
f d
t d
t
q
A
q
A


(27)
'
t
t G
 
(28)
Когда температура снижается, используются уравнения (29) и (30): max
'
0.5
t
h

max max 625 ( *
*
)
Tg
T
t
t




(29) max
0.5
'
2
h
t
h


max max max 250 (3
*
) ( *
*
)
Tg
T
t
t
t


 


(30)
,
max
'
0.0002
t d
q
t
G
O



(31)

64
Исходя из данных уравнений, можно вычислить изменение температуры и ее влияние на конструкции во время пожара.
3.3.6
Определение
класса
огнестойкости
конструкций
относительно величины пожарной нагрузки
Предел огнестойкости - это несущая способность конструкции, которая указывает на ее способность сохранять достаточное механическое сопротивление при наличии огня. Это можно описать с помощью параметра
REI (EN 13501-2) [39], который определяет время (в минутах), в течение которого конструкция сохраняет: (i) механическое сопротивление; (ii) устойчивость к пламени и горючим газам; (iii) теплоизоляция. Такое значение может быть определено через номинальное значение удельной пожарной нагрузки (уравнение 32):
,
i
i
i
i
f k
i
g H m
q
A


 


(32) где g i
- масса i-го горючего материала [кг];
H
i
- теплотворная способность ниже, чем у i-го горючего материала
[МДж кг
-1
]; m
i
- это коэффициент участия в сжигании i-го горючего материала (он равен 0,80 для древесины и других целлюлозных материалов и 1,00 для всех других горючих материалов);
ψ
i
- фактор, ограничивающий участие в сжигании i-го горючего материала (он равен 0 для материалов, хранящихся в контейнерах, предназначенных для защиты от огня, 0,85 для материалов, хранящихся в несгораемых контейнерах, которые не были запланированы для защиты от огня, и 1,00 во всех остальных случаях);
А - общая площадь пола [м
2
].
Затем следует оценить величину пожарной нагрузки (уравнение 33):

65
,
,k
1 2
f d
f
q
q
n
q
q
  




(33) где δ
q1
- это фактор, который учитывает риск возникновения пожара в отношении размера зоны;
δ
q2
- это коэффициент, который учитывает риск возникновения пожара в отношении вида деятельности, осуществляемой в этой области;
δ
n
- это значение фактор, который учитывает различные принятые меры защиты.
Учитывая q
f,d
, можно определить соответствующий класс сопротивления REI. Оценивая значение REI, можно определить временные рамки для конструкций, которые после превышения здания, подверженного пожару, не могут гарантировать его прочность и обеспечивать безопасные условия для оперативных подразделений, работающих в этой среде.