Минимальная интенсивность облучения Jmin для твердых материалов

Материал	Значения Jmin , кДж/м2· с при времени облучения в мин.
	3	5	15
Древесина (сосна), влажность W=12% с шероховатой поверхностью	21	17,5	10,5
Древесина, окрашенная голубой и светло-коричневой масляной краской по строганной поверхности	26,6	23,4	17,5
Хлопок-волокно	11	9,7	7,5
Слоистый пластик	21,7	19,2	13,4
Пергамин	22,7	19,9	17,5

Таблица 14

Минимальная интенсивность облучения Jmin для жидких веществ

Температура самовоспламенения жидкости в С	Значения Jmin , кДж/м·2· с при времени облучения в мин.
	3	5	15
250	26,2	21,7	10,5
300	35	26,2	21
350	35,7	31,5	24,5
400 и более	40	35,7	28

Видно, что продолжительность воздействия теплового излучения оказывает существенное влияние на величину J_min . При определении безопасных расстояний между зданиями, сооружениями применительно к наиболее часто наблюдаемой при пожарах температуре T_ф=1350K рекомендуется принимать J_min=21 кДж/м²· с, что соответствует введению в действие сил и средств пожаротушения по истечении 5 минут.

Обозначая , соотношение (3.13) можно привести к виду

(3.15)

Если выполняется условие , что может иметь место при горении жилых и промышленных зданий и других объектов, значения коэффициента K принимают согласно табл.15.

Таблица 15

Значения коэффициента k

Температура пламени, К		Значения коэффициента К в зависимости от величины Jmin , кДж/м2с
	7		14	21	28	35
1000	0,91		0,64	0,55	0,46	0,37
1100	1,12		0,79	0,66	0,56	0,46
1200	1,34		0,96	0,79	0,68	0,55
1300	1,57		1,12	0,93	0,79	0,64
1400	1,85		1,32	1,05	0,94	0,77
1500	2,12		1,50	1,23	1,07	0,87
1600	2,24		1,72	1,40	1,22	1,00
1800	3,10		2,15	1,78	1,50	1,25

Следует отметить, что при температуре T_ф=1350K и интенсивности облучения J_min=21Дж/м²· c коэффициент K=1 и .

Площадь F_ф при горении зданий, сооружений, штабелей пиленого леса принимают прямоугольной, т.е. F_Ф=ab, где a – ширина пламени, b – его высота.

В деревянных зданиях со сплошным остекленением ширину пламени полагают равной ширине здания; в зданиях с оконными проемами и несгораемыми стенами – равной суммарной ширине оконных проемов. Высоту пламени принимают для деревянных зданий равной высоте здания до конька крыши, для зданий с несгораемыми стенами – равной удвоенной высоте оконных проемов (поэтажно).

При горении штабеля пиленого леса длиной «a» высоту пламени «b» полагают в 2.53 раза превышающей высоту штабеля.

При горении резервуаров с нефтепродуктами площадь пламени представляют в виде равнобедренного треугольника, нижнее основание которого «а» и высота «b» равны 1,4 диаметра резервуара для легковоспламеняющихся и 1,2 диаметра – для горючих жидкостей, при этом .

Условия конкретных пожаров, связанные с конструктивными особен-ностями зданий, сооружений, различиями в значениях температуры T_ф, атмосферными условиями, учитываются с помощью поправок табл.16. При пользовании этой таблицей подразумевается, что общий процент уменьшения безопасных расстояний между смежными объектами не должен превышать 100%.

Таблица 16

Значения поправок, учитывающих конкретные условия пожаров, при определении безопасных расстояний между зданиями

№	Факторы, влияющие на величину безопасного расстояния	Надбавка	Уменьшение
		в %
1	Повышение температуры факела пламени свыше 1050С на каждые 100С	15
2	Уменьшение температуры факела пламени ниже 1050С на каждые 100С		15
3	Скорость господствующего ветра превышает 4,5 м/с	25
4	Наличие автоматических или стационарных систем пожаротушения		20
5	Отсутствие сгораемых материалов в наруж-ных ограждающих конструкциях		20
6	Наличие в смежных зданиях деревянных оконных переплетов	20
7	Подземное расположение емкостей с легко-воспламеняющимися и горючими жидкостями		50

На рис. 13 пунктиром показана схематизация факела пламени F_ф для случаев горения: 1- деревянный дом, 2- штабель леса, 3- резервуар с горючей жидкостью.

Рис. 13. Схематизация факела пламени

а – ширина факела, b – высота факела, h – высота штабеля, Ø – диаметр резервуара

Как отмечалось, в связи с широким использованием в народном хозяйстве продуктов нефтехимии, участились пожары, связанные с возгоранием резервуаров с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями, разливов этих жидкостей по поверхности земли, воды.

Условия хранения, транспортировки таких жидкостей и горючих газов, различные аварийные ситуации, параметры пожаров рассматриваются в монографии В.В.Яковлева [32].

Следует отметить, что при оценке интенсивности теплового излучения горящего разлива нефтепродуктов имеют место определенные затруднения. Они связаны как с трудностями вычисления углового коэффициента облученности при сложной форме излучающей поверхности (цилиндрическая поверхность), так и с необходимостью учета задымления пламени и поглощения теплового излучения воздухом при его распространении на значительные расстояния при больших размерах пожара.

Согласно рекомендациям работы [32], интенсивность теплового облучения объекта (мишени), расположенного на расстоянии от центра горящего разлива нефтепродуктов, кДж/м²с, определяется по соотношению:

, (3,16)

где W - тепловая эмиссия, то есть среднеповерхностная интенсивность излучения пламени, кДж/м²с;

- угловой коэффициент облученности мишени;

- коэффициент, учитывающий поглощение теплового излучения воздухом.

Принимают, что при горении бензина и керосина ярко светящая зона пламени с температурой ~1150 и значением W=110…130 кДж/м²с составляет ~20 % площади поверхности пламени. Остальную часть занимает затененная дымом и сажей зона с температурой ~800 и значением W=30 кДж/м²с. При горении нефти или дизельного топлива значения W могут составлять 70…100 кДж/м²с и 20…30 кДж/м²с для яркой и задымленной зон пламени соответственно.

Среднее значение тепловой эмиссии пламени вычисляют по соотношению:

, (3.17)

где и - интенсивность теплового излучения яркой и задымленной частей пламени.

Величину углового коэффициента облученности определяют по соотношению:

(3.18)

где - составляющие этого коэффициента в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно. Здесь:

,

где ; ; ;

В этих соотношениях:

S - площадь разлива нефтепродуктов, м^2;

R - расстояние от центра разлива до мишени, м;

- диаметр горящего разлития, приведенного по форме к кругу, м;

- высота пламени, м;

- массовая скорость выгорания нефтепродуктов, кг/м² с;

- плотность воздуха, кг/м³;

м/с² – ускорение свободного падения;

Необходимо отметить, что согласно данным работы [32], высота пламени горящих разливов нефтепродуктов, как правило, не превосходит 10…30 м.

Коэффициент определяют по следующим зависимостям:

(3.19)

Соотношения (3,12), (3,16) являются основой для получения приближенных решений [25].

Для получения инженерных рекомендаций воспользуемся соотношением (1.35) для оценки количества тепла, выделяемого с единицы площади пожара в единицу времени, называемого теплотой пожара

,

где qn – теплота пожара, кДж/м² ·с;

Qсг – теплота сгорания, кДж/кг;

Vm – массовая скорость выгорания, кг/м^{2 ·}с (или кг/ м² час);

 - коэффициент недожога.

Значения qn, Q_сг , Vm приведены в табл.3; коэффициент недожога  составляет 0,8 – 0,9 для веществ, богатых углеродом (нефть, мазут, рубероид и др.), при горении древесины  = 0,85.

Интенсивность облучения J_* ,кДж/м² с, на расстоянии R, м, от горящего объекта можно оценить по соотношению

J_*=æ , (3.20)

где q _п – теплота пожара ,кДж/м²·с (табл. 3);

R_* – характерный размер факела пламени, м.;

æ – численный коэффициент

Коэффициент æ в формуле (3.20) играет важную роль. С одной стороны он является своеобразным аналогом произведению коэффициентов в соотношении (3.12), с другой – учитывает взаимозависимость величин «теплота пожара» и «тепловая эмиссия пламени». С учетом последнего обстоятельства за величину в формуле (3.20) принимают характерный размер факела пламени.

На основании расчетов по формулам (3.12) и (3.16) и экспериментальных данных принимают для горящих зданий, сооружений, штабелей пиленого леса, резервуаров с нефтепродуктами значения коэффициента æ = 0,08 и величины R_* = - где площадь F_Ф определяется согласно рекомендациям по пользованию соотношением (3.15). При горении разливов легковоспламеняющихся и горючих жидкостей по поверхности земли, воды принимают значения æ = 0,02 и R_* = , где – средний диаметр разлива, м; 10 м – высота пламени; S - площадь разлива, м^2. При этом изменение коэффициента æ от значения 0,08 до значения 0, 02 связанно с видом излучающей тепло поверхности пламени (цилиндрическая поверхность), влияющим на величину углового коэффициента облученности и на расстояние R между излучающей и облучаемой элементарными площадками, см §3.1.

Безопасное расстояние между зданиями, сооружениями можно найти с помощью соотношения (3.20), разрешая его относительно R

R_кр = R_* , (3.21)

где Rкр - искомое безопасное расстояние, м;

J_min - минимальная интенсивность облучения, превышение которой приводит к возгоранию облучаемого объекта, кДж/м²·с

Как уже отмечалось, при определении безопасных расстояний между зданиями рекомендуется принимать J_min=21 кДж/м²·с, что соответствует введению в действие сил и средств пожаротушения по истечению  5 минут [8].

При пользовании данным соотношением условия конкретных пожаров учитываются с помощью поправок №№ 3…7 табл. 16 .Поправки №№ 1 и 2 учтены в значениях теплоты пожара q_п.

В качестве примера на рис. 14 представлены результаты расчета по соотношению (3.16) изменения интенсивности теплового потока с расстоянием при горении разлива нефти площадью 1000 м² без учета задымления пламени при значении W=70 кДж/м²с (кривая 1) и с учетом задымления (кривая 2) при W=30 кДж/м²с (W=0,8·20+0,2·70=30кДж/м²с). Здесь же для сравнения пунктиром (кривая 3) нанесены значения определенные по соотношению (3.20). В обоих расчетах за значение принималось расстояние от центра горящего разлива.

Рис. 14 сравнение результатов расчета изменения интенсивности теплового потока с расстоянием при горении разлива нефти, по соотношениям (3.16) и (3.20).

Согласно рисунку видно, что в приближенных расчетах использование соотношения (3.20) вполне допустимо и оправдано.

Важное значение имеет оценка воздействия теплового излучения на человека. В табл.17 приведены данные по величинам J_min , при которых наблюдаются тепловые поражения человека различной степени тяжести.

Таблица 17

Критерии поражения человека тепловым излучением

Степень поражения	Значения Jmin , кДж/м2· с, в зависимости от времени облучения
	3 сек	1020	Длительное воздействие
Болевые ощущения	10,5	4,2	1,26
Ожог	35	10,5	4,2

На рис.15 приведена J_min–t диаграмма, где t- время облучения, разделяя-ющая области терпимой и нестерпимой боли (критерий, близкий ожогу второй степени [10]). Из-за разброса, обусловленного индивидуальными различиями, на рисунке нанесены две кривые, в промежуток между кото-рыми попадают 50% всех наблюдений.

Рис.15. Болевой порог при лучистом ожоге незащищенной кожи

Видно, что облучение тепловым потоком J_min<1,4 кДж/м²·с, в частности J_min<1,26 кДж/м²·с, не вызывает болевых ощущений независимо от времени облучения. Это объясняется усилением притока крови, что препятствует повышению температуры под поверхностью кожи до порогового уровня, равного 44,8 ⁰С. Следует отметить, что при продолжительности облучения t> 90 100 с, график J_min=J_min(t) приводит к критерию постоянного теплового потока интенсивностью J_min, а при малой продолжительности воздействия примерно постоянным оказывается произведение U=J_min*t –то есть тепловой импульс.

Анализ данных табл.17 и рис.15 показывает: при длительном воздейс-твии значение J_min =1,26 кДж/м²·с является безопасным критерием, а значе-ние J_min = 4,2 кДж/м ² ·с - критерием ожогового поражения человека. Для сравнения, действие солнечного излучения на человека летом на широте Великобртании аналогично действию теплового излучения интенсив-ностью кДж/м²· с [25].

Зона теплового воздействия пожара определяется по воздействию теп-лового излучения на человека. При этом различают предельно допустимое R_п.д и безопасное R_без расстояния. Первое из них R_п.д при продолжи-тельности пожара t >(1,5 2) мин находят по соотношению (3.21) при зна-чении J_min= 4,2 кДж/м² с, второе- при значении J_min = 1,26 кДж/м²·с. На-хождение человека свыше 1,5 2 минут на расстояниях R<R_пд от горящего объекта опасно, так как могут иметь место ожоги различных степеней тяжести, в том числе и смертельные; нахождение на расстояниях R>R_без безопасно.

Пример. Определить интенсивность теплового облучения на расстоянии 20м от горящего деревянного дома, длина которого равна 22,5 м, высота 10 м.

Решение. 1. Находим характерный размер факела пламени

R_* = м

2. По соотношению (3.20) находим искомую интенсивность облучения J_*,принимая согласно табл. 3 теплоту пожара q_п = 260 кДж/м2·с.

J_*= кДж/м² ·с

Пример. Определить противопожарный разрыв между двумя деревянными зданиями, длина которых равна 10 м, высота 6,4 м.

Решение.1. Противопожарный разрыв находим по соотношению (3.21), принимая значения

R_* = м, J_min =21кДж/м² ·с

R_min м

2. В соответствии с данными табл.16 противопожарный разрыв должен быть увеличен на 20% (наличие деревянных оконных переплетов); таким образом

R _п.д = 1,2 R_min = 1,2 * 8 = 9,6 м.