3. Газовый обмен на пожаре.

Газовый обмен на пожаре – это движение газообразных масс, вызываемых движением нагретых газообразных продуктов сгорания (теплового разложения) от зоны горения и атмосферного воздуха к зоне горения.

Основными и существенными параметрами, определяющими газовый обмен на пожаре, являются:

• скорость движения воздуха или продуктов сгорания - скорость газообмена;

• интенсивность газового обмена;

• коэффициент избытка воздуха.

Управление газовыми потоками при тушении пожара является важным оперативно-тактическим действием, выполняемым с целью создания условий, способствующих успешному тушению пожара и проведению спасательных работ.

Нагретые продукты горения в зоне реакции из-за меньшей плотности по сравнению с плотностью поступающего в помещение воздуха поднимаются вверх, создавая избыточное давление. В нижней части помещения из-за снижения парциального давления кислорода в воздухе, участвующего в реакции окисления, создается разряжение. Высота в помещении, на которой давление в его объеме равно наружному или давлению в соседнем с горящим помещением, называется уровнем равных давлений. Нетрудно предположить, что выше этого уровня помещение заполнено дымом, ниже - концентрация продуктов горения не препятствует нахождению личного состава пожарных подразделений без средств защиты органов дыхания. Если на уровне равных давлений в помещении провести условную плоскость, то ее можно назвать плоскостью равных давлений.

При пожаре в помещении наступает момент, когда плоскость равных давлений опускается ниже высоты проема, при этом часть проема работавшего только на приток к зоне горения свежего воздуха, начинает работать и на выпуск продуктов горения, снижая тем самым интенсивность поступления свежего воздуха к зоне горения.

Чем ниже располагается плоскость равных давлений, тем больший объем занимает зона задымления, возникает опасность распространения продуктов горения в смежные с горящим помещения, возникновение в них очагов пожаров за счет теплосодержания газовой смеси.

Опускание плоскости равных давлений может произойти и от неправильного действия личного состава пожарных подразделений, администрации объекта. Например, нарушение соотношения площадей приточных и вытяжных проемов, которое может быть в процессе боевого развертывания и проникновения ствольщиков к зоне горения.

Чтобы успешно бороться с пожарами, личный состав пожарных подразделений должен знать способы управления газовыми потоками на пожаре.

Первый способ-управление аэрацией здания, т.е. усиление естественного воздухообмена в нем, что можно достичь изменением площадей приточных и вытяжных проемов, т.е. открывая или закрывая существующие в здании окна, двери, проделывания отверстия в ограждающих конструкциях, устанавливая перемычки.

Однако, следует иметь ввиду, что площади приточных и вытяжных проемов в помещении должны находиться в определенном соотношении. Установлено, что наилучшим соотношением является такое, при котором площадь вытяжных проемов превышает в 1,5 - 2 раза площадь приточных проемов.

Второй способ-применение принудительной вентиляции с использованием пожарных дымососов (вентиляторов), устанавливаемых как на нагнетание воздуха, так и на удаление продуктов сгорания.

Третий способ-применение личным составом пожарных подразделений соответствующих огнетушащих средств. Это воздушно-механическая пена средней или высокой кратности, распыленная вода и др.

Газовый обмен при наружных пожарах.

При наружных пожарах схема газового обмена характерна наличием восходящего столба или движущейся колонной газообразных продуктов сгорания. Высота столба определяется перепадом давлений нагретых продуктов сгорания и атмосферного воздуха.

В зависимости от скорости ветра может увеличиваться скорость выгорания, а следовательно, и интенсивность газового обмена. Кроме того, скорость газообмена зависит от разности температур продуктов сгорания и окружающего атмосферного воздуха. Чем разность температур больше, тем больше разница между объемным весом газообразных продуктов сгорания и окружающего атмосферного воздуха. Разность объемных весов является основной движущей силой в образовании и скорости газового обмена. Ветер увеличивает скорость движения при газовом обмене, заполняя движущую силу разности объемных весов и внося коррективы в направление движения. На скорость движения газообразных масс при газовом обмене существенное влияние оказывает также атмосферное давление. Чем больше атмосферное давление, тем меньше скорость газообмена. При наружных пожарах скорость газообмена зависит и от выпадения атмосферных осадков.

Скорость газообмена обычно больше около зоны горения. Чем больше расстояние от зоны горения, тем меньше скорость горения и движения газов.

Изменить схему газообмена при наружном пожаре без его тушения нельзя. Скорость газообмена при наружных пожарах всегда больше, чем при внутренних.

Газовый обмен при внутренних пожарах.

При внутренних пожарах газовый обмен зависит от вентиляции помещения, высоты помещения, горючей нагрузки, архитектурно-планировочного решения здания.

Внутри горящего помещения создаются три зоны с различными давлениями:

• верхняя зона - с давлением газообразных продуктов сгорания выше атмосферного;

• нижняя зона - с давлением воздуха ниже атмосферного;

• нейтральная зона - с давлением равным атмосферному.

Чем ниже расположена нейтральная зона, тем больше зона задымления (верхняя) и концентрация дыма, а также больше возможностей для задымления соседних помещений.

На газовый обмен влияет не только открытие наружных проемов, но и их расположение, назначение, площадь, отношение площади пола к площади горения в горящем помещении.

По расположению проемы бывают нижние и верхние, однорядные и двухрядные, по назначению - приточные, вытяжные и приточно-вытяжные.

S₂

h₂

Н.З.

H

h₁

H_Н.З.

H_пр

S₁

Рис. 6. Расположение нейтральной зоны при газообмене через проемы расположенные на разной высоте.

Высота расположения нейтральной зоны в горящем помещении при газообмене через проемы расположенные на разной высоте определяется по формуле:

(1)

где: H_Н.З. – высота расположения нейтральной зоны, м;

H_ПР – высота наибольшего приточного проема, м;

h₁ – расстояние от оси приточного проема до верхней границы нейтральной зоны, м.

м (2)

H – расстояние между центрами приточных и вытяжных проемов, м;

S₁, S₂ – соответственно площади приточного и вытяжного проемов, м²;

ρ_в, ρ_пг – плотность соответственно атмосферного воздуха и газообразных

продуктов горения, кг/м³

Из этого уравнения можно сделать следующий вывод:

1. Чем больше расстояние между центрами приточных и вытяжных проемов (H), тем выше расположена нейтральная зона.

2. Нейтральная зона будет расположена ближе к тем проемам, площадь которых больше.

3. При равенстве площадей проемов и большой разнице плотности воздуха и продуктов горения нейтральная зона будет ближе к приточному проему.

С увеличением площади вытяжных отверстий значительно увеличивается скорость газообмена. Изменяя площадь проемов, можно изменить не только расположение нейтральной зоны, но и скорость выгорания.

Н.З.

H_Н.З.

H_пр

Рис. 7. Расположение нейтральной зоны при газообмене через проемы расположенные на одной высоте.

При открытых нижних проемах, т.е. когда они являются приточно-вытяжными, расположение нейтральной зоны определяют по формуле:

(3)

где: H_пр – высота наибольшего проема, м;

ρ_в, ρ_пг – плотность соответственно атмосферного воздуха и газообразных продуктов горения, кг/м³ (табл. 1.4, с. 22, Справочник РТП, 1987 г.).

Чтобы ограничить развитие пожара (уменьшить скорость выгорания) необходимо до минимума сократить площадь приточных отверстий, затем, для снижения скорости притока воздуха и увеличения скорости вытяжки дыма, следует площадь вентиляционных отверстий привести в соответствие с площадью приточных отверстий.

Наиболее рациональное соотношение:

(S₁/S₂) = 0,4 - 0,5 для помещений высотой до 3 м;

(S₁/S₂) = 0,7 - 1,0 для помещений высотой более 3 м.

В этих случаях нейтральная зона будет находиться выше рабочей зоны.

Таким образом, при внутренних пожарах можно изменить скорость и направление газовых потоков, а также удалить дым и снизить температуру среды путем отвода тепла (распыленной струи воды, воздушно-механической пены, изменения площадей проемов и т.п.).