К ВОПРОСУ О ЗАЩИТЕ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ ПРИ ТУШЕНИИ ПОЖАРОВ В ЗДАНИЯХ

3-11   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

Артемьев Н. С., Бондаренко М. В., Джангиев Р. Н.

К ВОПРОСУ О ЗАЩИТЕ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ

ПРИ ТУШЕНИИ ПОЖАРОВ В ЗДАНИЯХ

В статье представлена методика расчёта ре, появляются намного раньше, чем на‑ изменения концентрации токсичных газов в го‑ ступает предел огнестойкости строи‑ рящем помещении в начальной стадии разви‑ тия пожара. Данная методика позволяет оце‑ тельных конструкций.

нить опасность нахождения пожарных в здании Контакт человека с открытым пламе‑ и состояние людей к моменту прибытия пожар‑ нем даже при очень кратком промежу‑ ных подразделений.

тке времени приводит к гибели. Однако та‑

Ключевые слова: концентрация токсичных ких случаев на пожарах очень мало.

веществ, безопасность людей на пожарах, ана‑ лиз тушения пожара. По данным американского учёного

Кауфмана, человек может выдержать тем‑

Artemyev N., Bondarenko M., Jangiev R. пературу 90–120 °C в течение нескольких

CONCERNING THE PROBLEM OF RESPIRATORY минут. Автор работы [3] утверждает,

TRACTS PROTECTION DURING THE EXTINGUISHMENT что для физически здоровых людей

OF STRUCTURAL FIRES в повседневной одежде допустимым

The article considers the methods пределом является период 10 минут calculating the change of toxic gases concentration in a burning building during an incipient stage при температуре 80–100 °C, а темпера‑ of a fire. The methods help evaluate the danger тура 49–54 °C является высшим преде‑ for fire-fighters to be present in the building лом температур, которым могут подвер‑ and people’s condition by the moment гаться пожарные в специальной одежде of fire units arrival.

и снаряжении. Последствием воздей‑

Keywords: toxic substances concentration, ствия высоких температур на организм people’s safety at fires, fire extinguishment analysis. человека являются термические травмы различной степени тяжести.

О  сновными опасными факторами
пожара, приводящими к гибели
людей, являются:
В продуктах горения, выделяющих‑
ся на пожарах, содержится от 50 до 100
видов химических соединений, которые
– открытый огонь;                                    могут оказывать токсическое воздейст‑
– повышенная температура воздуха;                    вие на человека. Продукты сгорания, вы‑
– токсичные продукты горения;                        деляемые при пожарах, можно разде‑
– понижение концентрации кислорода;                  лить на три основные группы: твёрдые
– обрушение повреждённых зданий                      частицы; нерастворимые газы; газы,
и сооружений;                                             растворимые в воде.
– взрывы веществ и материалов;                             Во время пожара в здании наи‑
– комбинированное воздействие                        большую опасность представляют ток‑
различных факторов.                                       сичные газы – такие как окись углерода,
При пожарах в зданиях гибель людей                   двуокись углерода, хлористый водород,
из-за обрушения конструкций происходит                    цианистый водород, альдегиды и акро‑
редко, так как условия, представляющие                    леин, – а также сопутствующий недо‑
опасность для жизни человека на пожа‑                     статок кислорода.

Спасение на пожарах

Окись углерода (СО) – продукт             Если человек продолжает вдыхать
неполного горения. Опасность этого га‑         воздух, насыщенный этим газом, то мо‑
за заключается в том, что он в 250 раз         лекулы окиси углерода связываются
прочнее соединяется с гемоглобином             с оставшимися молекулами гемоглоби‑
крови, чем кислород, образуя при               на. Образовавшийся карбоксигемогло‑
этом карбоксигемоглобин. Гемоглобин            бин не способен переносить кислород
крови не может легко освободиться              к органам и тканям организма, в ре‑
от окиси углерода в отличие от моле‑           зультате чего наступает кислородное
кул кислорода. Вследствие этого, когда         голодание. Нарушаются функции моз‑
кровь завершает свой круг в организме          га, сердца, координация и появляются
и возвращается в лёгкие, она несёт поч‑        судороги, в дальнейшем наступает
ти нетронутый запас окиси углерода.            остановка дыхания.

Таблица 1

Воздействие окиси углерода на человека в зависимости от концентрации и продолжительности действия

Продолжительность   Содержание карбокси‑
Концентрация СО, %                                                         Эффект
воздействия, мин   гемоглобина в крови, %
0,005                                           10                 Нет эффекта
0,01                                           20                   Слабый
0,02
60–70              Летальный исход
0,08                   60–120
0,10                     60                    40              Сильное отравление
0,16
60–70
0,50                     20                                     Летальный исход
1,0 1

Отравление окисью углерода и не‑                Двуокись углерода (СО2) – газ
достаток кислорода являются причиной           без цвета и запаха, который образуется
гибели около 80 % людей на пожарах.            при любом пожаре, где происходит горе‑
Установлено, что концентрация окиси            ние органических материалов. Опасность
углерода повышается при увеличении             двуокиси углерода состоит в том, что, во-
пожарной нагрузки. На 37 % пожаров             первых, увеличение её концентрации в воз‑
она достигает 0,48 %. Опасной для че‑          духе автоматически снижает количество
ловека считается степень насыщения             кислорода, во-вторых, она активизирует
окисью углерода 50 % гемоглобина кро‑          дыхательный центр в организме человека,
ви, при ней наблюдается потеря соз‑            что приводит к увеличению частоты дыха‑
нания, и самостоятельная эвакуация             ния, острой дыхательной недостаточности,
человека из горящего помещения ста‑            гипервентиляции лёгких, дыхательному
новится невозможной.                           алкалозу вплоть до летального исхода.

3-11   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

Таблица 2

Вероятный физиологический эффект при повышении концентрации СО2

Продолжительность

Концентрация СО2 в воздухе, % Эффект воздействия, мин

0,5 480 Учащение дыхания

3,2 60–120

4,0

Летальный исход

5,0

8–10

Несколько минут

10–12

Цианистый водород (HCN) – наи‑                          В условиях пожара нарастает не‑
более токсичный газ, выделяющийся                       достаток кислорода в горящем помеще‑
при пожарах. Его действие заключается                   нии. Нахождение человека в среде с низ‑
в прекращении доступа кислорода в тка‑                  кой концентрацией кислорода приводит
ни тела человека. Симптомами резкого                    к недостаточному снабжению кислоро‑
отравления цианистым водородом явля‑                    дом головного мозга, его повреждению.
ется раздражение слизистой оболочки
дыхательных путей, ослабление сердеч‑                                                        Таблица 3
ной деятельности с затруднением дыха‑                      Влияние понижения концентрации
ния. Наиболее опасен цианистый водо‑                        кислорода в воздухе на человека
род в начальной стадии пожара, так как
Кислород, %   Реакция организма на гипоксию
на стадии развитого пожара, когда по‑
являются высокие температуры, циани‑                                     Ухудшение двигательной
17        функции, нарушение координа‑
стые соединения быстро распадаются.
ции, внимания, мышления
Минимальная летальная концентра‑
Затруднение дыхания, голово‑
ция цианистого водорода в атмосфере со‑                      15           кружение и головная боль,
ставляет 0,005 %. При этом способность                                  потеря мускульного контроля
к движению теряется через три минуты,                                  Учащение пульса и числа вдохов,
а смерть наступает через восемь минут.                       12            утомляемость, бессилие,
Дым на пожаре состоит из нахо‑                                     необратимые процессы в мозге
дящихся в воздухе несгоревших частиц                                      Рвота, паралич движения,
состояние опьянения
углерода и аэрозолей. При пламенном
Нарушение сознания,
горении веществ и материалов дыма                                         повреждение центральной
выделяется гораздо меньше, чем при бес‑
нервной системы, судороги,
пламенном. Дым обладает физиологиче‑                                          потеря сознания
ским и психологическим воздействием
на человека. Физиологическое воздей‑                         Практика тушения пожаров пока‑
ствие заключается в том, что на его ча‑                 зывает, что опасные факторы в боль‑
стицах конденсируются токсичные газы,                   шинстве случаев возникают в первые
которые, попадая в организм, поража‑                    десять минут. Поэтому для оценки
ют дыхательные пути, глаза, вызывают                    токсикологической опасности для чело‑
страх и панику.                                         века важно знать возможное увеличение

Спасение на пожарах

концентрации различных газов в тече‑ Wпом – объём помещения, в котором ние 10 минут с момента возникнове‑ происходит горение, м3.

ния пожара. 5. Удельная теплоёмкость тепло‑

Для определения времени нарас‑ выделения в горящем помещении тания концентрации токсичных газов в объёме помещения на определённой высоте необходимо произвести следую‑ , щие расчёты [1, 2]:

1. Площадь пожара в характерные моменты времени в горящем здании. где Qуд тв

– удельная теплоёмкость тепло‑

Данная методика описана в работе [6]. выделения в горящем помещении,

2. Поверхность теплообмена в поме‑ кВт/м2; τп – продолжительность пожара щении, где происходит горение с момента его возникновения до опре‑ делённого времени развития, мин.

Sто = Sпол + Sпер + Sстн - Sп, 6. Среднеобъёмная концентра‑ ция наиболее токсичного газа в горя‑ где Sпол, Sпер, Sстн, соответственно, пло‑ щем помещении на определённый мо‑ щадь пола, перекрытия и стен помещения, мент времени а Sп – площадь пожара в помещении, м2.

3. Масса сгоревшей пожарной на‑ , грузки на определённый момент време‑ ни развития пожара где Сн – начальная концентрация ток‑

Мсм = Sп ⋅ ϑм ⋅ τп, сичного газа СО в помещении до по‑ жара, г/м3; Мсо – количество СО, вы‑ где ϑм – массовая скорость выгорания деляемое при горении в помещении, пожарной нагрузки, кг/м2 · ч; τп – вре‑ равное 0,015; β – коэффициент, который мя от момента возникновения пожа‑ определяется по графику в зависимости ра до определённого момента време‑ от величины Ф (см. рис. 1).

ни его развития.

4. Параметр Ф, характеризующий теплообмен в горящем помещении β

1,5

,

1,4

1,3 где η – коэффициент полноты сгора‑ ния пожарной нагрузки, равный 0,95– 1,2

0,97; Qнр – низшая теплота сгорания пожарной нагрузки, кДж/кг; Срн – 1,1

теплоёмкость воздуха в помещении
до пожара, кДж/кг; Тн – начальная                 0    0,5   1    1,5   2     2,5     3    Ф
температура воздуха в помещении
до пожара, °К; ρн – начальная плотность          Рисунок 1. Зависимость коэффициента β
воздуха в помещении до пожара, кг/м3;                         от величины Ф

3-11   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

7. Концентрация токсичного газа СО которые могут выделяться в горящем на уровне рабочей зоны пожарного помещении. По результатам этих рас‑ чётов необходимо построить графики

, изменения концентрации токсичного газа в горящем помещении в начальной ста‑ дии развития пожара (пример на рис. 2).

где а и в – коэффициенты, которые опре‑ Из графика можно определить момент деляются по формулам: наступления опасной концентрации ток‑ сичного газа, когда надо обязательно защищать органы дыхания пожарных

, при тушении пожара в данном помещении.

где Нпом – высота помещения, в котором Су, г/м3 происходит горение, м;

A Cпред у

0,006

.

0,005

0,004

8. Значение безразмерного параме‑ тра y определяется по формуле: 0,003

0 3 6 9 A1 12 Tп, мин

,

Рисунок 2. Изменение концентрации окиси углерода (CO) в горящем помещении:

А-А1 – момент наступления смертельной концен- где Нрз – высота рабочей зоны, равная трации окиси углерода в горящем помещении;

1,5–1,8 м. Cпред у

– предельная концентрация токсичного газа на уровне рабочей зоны пожарного

9. Средняя температура в горящем помещении определяется по формуле:

Примечания

1. По величине концентрации токсичного

. газа Су делается вывод об опасности для постра‑ давших и пожарных в горящем помещении.

2. Для определения темпа нарастания кон‑ центрации токсичного газа во времени необхо‑

Так как опасность токсичных газов димо провести не менее трёх расчётов по опре‑ делению величины Су.

при возникновении пожара резко воз‑ растает в течение первых 10 минут его развития, все расчёты необходимо При расследовании уголовных дел проводить за этот промежуток времени. о пожарах с гибелью людей всё чаще

Какой из токсичных газов наиболее задаётся вопрос: могли ли пожарные опасен при пожаре в данном помеще‑ спасти человека, находившегося в горя‑ нии, зависит от вида пожарной нагрузки. щем помещении? Если да, то вина за не‑

Поэтому целесообразно провести рас‑ правильные действия подразделений по‑ чёты по двум или трём токсичным газам, жарной охраны в случае гибели человека

Спасение на пожарах

ложится на их руководство. Для ответа              ние к месту нахождения пострадавшего
на этот вопрос должно быть учтено                  в горящем помещении. Приведённый
множество факторов: время от момен‑                в статье расчёт изменения концент‑
та обнаружения пожара до сообщения                 рации токсичных газов является одним
в пожарную часть; время прибытия пер‑              из этапов анализа тушения пожара
вого подразделения к месту пожара;                 и даёт возможность оценить со‑
время преодоления пожарными пути                   стояние людей в горящем помещении
от пожарного автомобиля до входа                   к моменту прибытия первого пожар‑
в горящее здание; время на продвиже‑               ного подразделения.

ЛИТЕРАТУРА
1. Ройтман М. Я. Противопожарное норми‑           4. Исхаков Х. И., Кисляк Ю. М. Исследо‑
рование в строительстве. – М.: Стройиздат, 1985.   вание условий труда личного состава при работе
2. Пожарная профилактика в строитель‑       на пожарах. – М.: ВИПТШ МВД СССР, 1979.
стве / Под ред. В. Ф. Кудаленкина. – М.: ВИПТШ           5. Ажаев А. Н., Лапшина Н. А. Функцио‑
МВД СССР, 1985.                                    нальное состояние организма человека в усло‑
3. Кузнецов Е. И. Определение границ пе‑    виях перегревания // Гигиена труда и профзаболе‑
реносимости тепловых нагрузок у человека //        вания. – 1971. – № 6. – С. 26–30.
Космическая биология и авиакосмическая меди‑             6. Повзик Я. С. Пожарная тактика. – М.:
цина. – 1968. – № 4. – С. 11–17.                   ВИПТШ МВД СССР, 1984.