НОВЫЙ ПОДХОД К РАСЧЁТУ ВРЕМЕНИ БЛОКИРОВАНИЯ ПУТЕЙ ЭВАКУАЦИИ МОНООКСИДОМ УГЛЕРОДА ПРИ ПОЖАРЕ В ПОМЕЩЕНИИ

Пути эвакуации

УДК 614.841 DOI 10.25257/FE.2018.1.5-12

ПУЗАЧ Сергей Викторович

Доктор технических наук, профессор

Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия

E-mail: puzachsv@mail.ru

НГУЕН Тат Дат

Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия

E-mail: nguyentatdat1308@gmail.com

НОВЫЙ ПОДХОД К РАСЧЁТУ ВРЕМЕНИ

БЛОКИРОВАНИЯ ПУТЕЙ ЭВАКУАЦИИ МОНООКСИДОМ УГЛЕРОДА

ПРИ ПОЖАРЕ В ПОМЕЩЕНИИ

Авторами статьи предлагается новый теоретико-экспериментальный подход к расчёту времени блокирования путей эвакуации монооксидом углерода (СО) при пожаре в помещении. Разработанный подход позволяет учесть реальные свойства горючих материалов, находящихся в помещении, а также характеристики процесса дыхания и поглощения СО организмом человека во время его эвакуации. Показано, что использование существующего метода расчёта может привести к качествен- но и количественно некорректным результатам по определению возможности безопасной эвакуации людей для конкретных объёмно-планировочных решений зданий и сооружений.

Ключевые слова: пожар, моделирование, интегральная модель, монооксид углерода, карбоксигемоглобин, эвакуация, спасение.

О   травление продуктами горения является
основной причиной гибели людей на по-
жарах [1–3], поэтому математическое моделирование
который заключается в определении среднеобъёмных
плотностей токсичных газов в каждый момент време-
ни по их экспериментальным зависимостям от средне-
распространения токсичных продуктов горения явля-           объёмной температуры, полученным в разработанной
ется актуальной задачей [4].                                экспериментальной установке. Однако точность мето-
Время блокирования путей эвакуации токсич-           да расчёта в работах [10, 11] в значительной степени
ным продуктом горения равно промежутку времени              зависит от погрешности определения коэффициента
от начала пожара до момента времени достижения              теплопотерь в экспериментальной мелкомасштабной
плотностью этого газа её критического для человека          установке и в реальном полномасштабном помещении.
значения на высоте рабочей зоны путей эвакуации.                  Для устранения этого недостатка в статье [12]
Математические модели расчёта плотностей             с использованием экспериментальных данных, полу-
токсичных продуктов горения в помещении доста-              ченных на мелкомасштабной установке [10, 11], пред-
точно развиты для решения практических задач по-            ложен другой подход, в котором используются экспе-
жарной безопасности, в частности, расчёта пожарных          риментальные зависимости среднеобъёмных плотно-
рисков [5–9]. Однако исходные данные по образова-           стей токсичных газов от среднеобъёмной плотности
нию и критическим концентрациям токсичных про-              кислорода. При этом нет необходимости определять
дуктов горения носят приближённый характер и не             коэффициент теплопотерь и решать дифференциальные
отражают реальную термогазодинамическую картину             уравнения законов сохранения масс токсичных газов.
пожара в помещении.                                               В работе [13] показано, что принятая в науч-
Как показано в работах [10, 11], допущение           ной [8] и нормативной (Методика определения расчёт-
о том, что удельные коэффициенты выделения токсич-          ных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях
ных газов постоянны и не зависят от параметров, харак-      и строениях различных классов функциональной
теризующих термогазодинамическую картину пожара             пожарной опасности, 2009) литературе по пожарной
в каждый момент времени (концентрация кислорода,            безопасности величина критической плотности моно-
температура и т. п.) [4, 8], может привести к значитель-    оксида углерода ρCOкр =1,16⋅10–3 кг/м3 может сделать
ному снижению точности расчётов. В вышеуказанных            невозможной при определённых условиях безопас-
работах показано, что величины удельных коэффициен-         ную эвакуацию людей. В статье [13] предложен новый
тов выделения СО значительно изменяются по времени          подход к определению критической плотности СО,
с начала горения и их средние величины существенно          заключающийся в расчёте содержания карбоксиге-
зависят от периода осреднения по времени испытаний.         моглобина (HbCO) в крови человека и позволяющий
В статьях [10, 11] предложен новый подход            рассчитывать не только безопасное время, но и необхо-
к расчёту плотностей токсичных продуктов горения,           димое время спасения людей.

1-18   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

В настоящей статье предложен новый метод          лорода, кг/м3;    – удельный коэффициент погло-
расчёта времени блокирования путей эвакуации СО         щения кислорода [8].
при пожаре в помещении, основанный на результа-               Основным достоинством предложенной форму-
тах работ [10–13]. Проведено сравнение результатов      лы (2) по сравнению с выражением (1) является от-
расчёта вышеуказанного времени, выполненного с ис-      сутствие необходимости экспериментального или
пользованием разработанного и существующего [5, 8]      теоретического определения коэффициента теплопо-
подходов, при существенно различающихся разме-          терь ϕ. Однако для помещения с открытыми проёма-
рах полномасштабных реальных помещений объектов         ми нарушается подобие между концентрационными
энергетики (гидро- и тепловые станции).                 полями СО и О2, так как через проём кислород посту-
пает в помещение, а концентрация монооксида угле-
рода в наружном воздухе равна нулю, поэтому в этом
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЁТА                      случае выражение (2) требует уточнения.
СРЕДНЕОБЪЁМНОЙ ПЛОТНОСТИ
МОНООКСИДА УГЛЕРОДА В ПОМЕЩЕНИИ
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЁТА

З   ависимость среднеобъёмной плотности СО                    КРИТИЧЕСКИХ ВРЕМЁН
от среднеобъёемной температуры при ϕ =              ВОЗДЕЙСТВИЯ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА
= const равна [10, 11]:                                                 НА ЧЕЛОВЕКА

ρCOср = ρ* LCO, (1)

где ρСОср – среднеобъёмная плотность СО, кг/м3; ρ* =

М ляет [13]:

ассовая доля HbCO в крови при изменя- емой по времени плотности СО состав-

=    характерная плотность, зависящая только от схе-
(3)
мы термогазодинамической картины пожара, тепло-
физических параметров пожара и горючего материа-
ла, кг/м3; LCO – удельный коэффициент выделения         где               – массовая доля гемоглобина, пере-
СО [8]; K = ƒ(Тср, Тв, ϕ) – коэффициент пропорцио-
нальности между среднеобъёмной плотностью ток-          шедшего в HbCO; MHbCO – масса HbCO, г; MHb – масса
сичного газа                                            гемоглобина, г; W – объёмная скорость вентиляции
лёгких, л/мин; τ – время от начала пожара, с; kW –
и отношением      , Дж/м3;                     – для    коэффициент, равный отношению объёмного расхода
воздуха, поступающего в альвеолы легких, к объём-
ной скорости вентиляции лёгких; µHb – молекулярная
условно герметичного помещения;                    –    масса гемоглобина, кг/кмоль; µСО – молекулярная мас-
са СО, кг/кмоль; n – число молекул СО в одной моле-
для помещения с открытым проёмом;      – низшая ра-     куле HbCO; ρСО – локальная плотность СО на уровне
бочая теплота сгорания горючего материала, Дж/кг;       органов дыхания человека, кг/м3;
Tср – среднеобъёмная температура газовой среды, К;            При рассмотрении критического времени воз-
Tв – температура воздуха в помещении перед пожа-        действия СО, которые соответствуют следующим сте-
ром, К; ϕ – коэффициент теплопотерь, равный доле        пеням тяжести отравления [14]:
теплоты, выделившейся в очаге горения и поступаю-             – τкр1 лёгкое отравление (      = 0,2);
щей в ограждающие конструкции помещения из всего              – τкр2 среднетяжёлое отравление (       = 0,5),
объёма помещения.                                       принимается, что:
Полученная формула (1) не содержит геометри-           – критическое время τкр1 определяет время
ческих размеров помещения и поверхностей горючих        безопасной эвакуации людей по воздействию СО
материалов и, следовательно, является справедливой      при пожаре;
в условиях как мелкомасштабного, так и крупномас-             – критическое время τкр2 характеризует про-
штабного пожара в помещении.                            межуток времени от начала пожара, после которого
Зависимость плотности СО от плотности кисло-     люди, находящиеся в помещении без средств защиты
рода (О2) в условно герметичном помещении в каждый      от СО (самоспасатели и т. п.), с большой вероятностью
момент времени от начала горения имеет вид [12]:        неспособны самостоятельно покинуть помещение.
Критическое время τкр3 по существующей ме-
(2)   тодике [5, 8] определяется как и τкр1 и равно про-
межутку времени от начала пожара до момента
достижения плотности СО её критического зна-
где     – плотность кислорода в атмосферном воз-        чения ρCOкр = 1,16⋅10–3 кг/м3 на высоте рабочей
духе, кг/м3;     – среднеобъёмная плотность кис-        зоны помещения.

Пути эвакуации

МЕТОД РАСЧЁТА ВРЕМЕНИ                                           тать результаты в виде зависимостей ρСОср = ƒ(Tср) или
БЛОКИРОВАНИЯ ПУТЕЙ ЭВАКУАЦИИ                                        ρСОср = ƒ(   ). Для этого авторы данной статьи про-
МОНООКСИДОМ УГЛЕРОДА                                             вели численные эксперименты в целях сравнения ре-
зультатов расчётов ρСОср по формулам (1) и (2), а также

П редложенный метод расчёта времени бло- кирования путей эвакуации СО при исполь- зовании интегральной модели расчёта динамики ОФП с использованием полных систем уравнений инте- гральной и зонной моделей [15] для типовых помеще- ний гидро- и тепловых станций (ТЭС и ГЭС).

проводится следующим образом: Также для указанных выше помещений авторы

– определяется расчётная зависимость от вре- настоящей статьи произвели сравнение времён блоки- мени среднеобъёмной температуры (Tср = ƒ(τ)) или рования путей эвакуации СО по существующему [5, 8] среднеобъёмной плотности О2 ( = ƒ(τ)); и предложенному методам расчёта.

– находится зависимость среднеобъёмной плотности СО от времени с использованием экспе- риментальных зависимостей (ρСОср = ƒ(Tср) или ρСОср = ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

=ƒ( )), полученных в мелкомасштабной экспери- ДЛЯ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ментальной установке [10, 11];

– определяется зависимость локальной плот- ности СО от времени на уровне рабочей зоны путей эвакуации с помощью коэффициента неравномерно-

Б ыли рассмотрены типовые помещения ТЭС и ГЭС Вьетнама:

– ГЭС «Лай Чау» (Lai Chвu): кабельный зал сти концентрационных полей по высоте помещения [8]; 35Ч25Ч5,5 м;

– по величине локальной плотности СО рассчи- – ТЭС «Тхай Бинь» (Thбi Bмnh): кабельный тон- тывается накопление по времени массовой доли HbCO нель 30Ч2Ч3,1 м.

в крови человека с использованием уравнения (3); В качестве горючего материала использовали

– по достижению массовой долей HbCO вели- оболочку кабелей ПВХ [8]:

чины, соответствующей отравлению лёгкой или сред- ней степени тяжести, определяется, соответственно, = 25 МДж/кг;

безопасное время эвакуации τкр1 или спасения τкр2.

В случае использования зонной модели средне- ψуд = 0,0244 кг/(м2⋅с);

объёмные величины температуры и плотностей О2 и СО относятся к зоне припотолочного слоя. wл = 0,0071 м/с;

В таблице 1 приведены основные положения существующего [5, 8] и предложенного подходов LCO = 0,109;

к расчёту времени блокирования путей эвакуации монооксидом углерода. = 2,19,

В научной литературе отсутствуют экспери- ментальные данные по одновременно измеренным где ψуд – удельная массовая скорость выгорания полям температур и концентраций СО и О2 в полно- горючего материала, кг/(м2⋅с); wл – линейная ско- масштабных помещениях, которые позволяют обрабо- рость распространения пламени по поверхности ма- териала, м/с.

Критическое значение плотности СО по су-

Таблица 1 ществующим методикам расчёта равно ρСОкр =

Основные положения существующего = 1,16⋅10–3 кг/м3 [8].

и предложенного подходов к выполнению условия При спокойном дыхании, когда нет дополнитель- безопасной эвакуации и спасения людей ных воздействий на дыхательный центр, для взросло- по воздействию монооксида углерода го человека были приняты следующие показатели [14]:

– вес 75 кг;

Параметры монооксида углерода (СО)

– объёмная скорость вентиляции лёгких W =

Среднеобъёмная плотность = 5,25 л/мин,

Работы [5, 8] Работы [10, 11] Работа [12] – коэффициент, равный отношению объёмно-

Исходные данные** LСО – – го расхода воздуха, поступающего в альвеолы легких,

Уравнение закона к объёмной скорости вентиляции лёгких kW = 0,7.

Расчётная зависимость сохранения массы ρСОср = ƒ(Tср)* ρСОср = ƒ( )* Диффузионная способность лёгких по СО

СО в помещении равна [16]:

Критическое значение СО

– при спокойном дыхании

Работы [5, 8] Работа [13] DлСО = 20 мл/(мм рт.ст. ⋅ мин);

Эвакуация ρСОср = 1,16⋅10–3 кг/м3 – при физической нагрузке

Спасение – DлСО = 60 мл/(мм рт.ст. ⋅ мин).

Примечания:

Принимается в качестве условия, что в орга-

* – из эксперимента; ** – остальные исходные данные совпадают. низме взрослого человека средняя удельная масса

1-18   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

гемоглобина равна 135 г/л, средний объём крови сос- тавляет 5,25 л, средняя масса гемоглобина в крови человека – 708,8 г [17]

Молекулярная масса гемоглобина составляет 500 µHb = 68 800 кг/кмоль [17], для СО – µСО = 28 кг/кмоль.

T, єC

РЕЗУЛЬТАТЫ 200

ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

И ИХ АНАЛИЗ

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

П
τ, мин
ри расчёте с использованием полной си-
стемы уравнений интегральной модели [15]                                Рисунок 1. Зависимости среднеобъёмной температуры от времени
коэффициент теплопотерь ϕ в отличие от формулы (1)                                     с начала пожара (расчёт по интегральной модели [15]):
не задается постоянным, а определяется в процессе                                                  кабельный тоннель 30Ч2Ч3,1 м:
1 – закрытый проём; 2 – открытый проём;
расчёта с использованием уравнения теплопроводно-
кабельный зал 35Ч25Ч5,5 м:
сти внутри ограждающей конструкции.                                                           3 – закрытый проём; 4 – открытый проём
Зависимости среднеобъёмной температуры от
времени с начала пожара представлены на рисунке 1;
зависимости среднеобъёмной плотности СО от средне-                                ние плотности СО, полученной по формуле (1), с вели-
объёмной температуры – на рисунке 2; зависимости                                  чинами, рассчитанными по полной системе уравнений
среднеобъёмной плотности СО от изменения средне-                                  интегральной модели, можно считать удовлетвори-
объёмной плотности кислорода – на рисунке 3.                                      тельным для инженерного метода расчёта.
Из рисунка 2 (а, б) видно, что, несмотря на су-                                   Таким образом, масштабный фактор практи-
щественное отличие размеров помещений кабель-                                     чески не влияет на точность расчёта плотности СО
ных тоннелей и, следовательно, значительное раз-                                  по формуле (1).
личие температурного режима пожара (см. рис. 1),                                        Из рисунка 3, а видно, что, несмотря на суще-
зависимости среднеобъёмных плотностей СО от сред-                                 ственное отличие размеров помещений кабельных тон-
необъёмной температуры, полученные с использова-                                  нелей, зависимости среднеобъёмных плотностей СО
нием решения полной системы уравнений интеграль-                                  от изменения среднеобъёмной плотности О2 , полу-
ной модели (кривые 2, 3, 5, 6), а также уравнения (1)                             ченные с использованием решения полной системы
(кривая 1 и 7), совпадают друг с другом с погрешно-                               уравнений интегральной модели (кривые 2 и 3) для
стью, не превышающей 15 %, в диапазоне температур                                 условно герметичных помещений, а также уравне-
20–100 °С. При температурах более 100 °С отличие                                  ния (2) (кривая 1), совпадают друг с другом с пог-
в результатах расчётов достигает 17 % для условно                                 решностью, не превышающей 19 %.
герметичных помещений и более 40 % в случае по-                                         В случае помещений с открытыми проёмами
мещений с проемами.                                                               (см. рис. 3, б) вышеуказанная погрешность достига-
Однако авторов данной статьи при исследовании                               ет 1 100 %. Это объясняется тем, что в помещени-
интересовали температуры, не превышающие критиче-                                 ях с открытыми проемами выражение (2) неспра-
скую величину для человека 70 °С. Поэтому совпаде-                                ведливо, так как граничные условия в этом случае

0,025 0,02

0,02

0,015 ρСОср, кг/м3

ρСОср, кг/м3

0,015

0,01

0,01

0,005

0,005

1

0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 500 600

Tср, єС Tср, єС а б

Рисунок 2. Зависимости среднеобъёмной плотности СО от среднеобъёмной температуры: (расчёт по интегральной модели [15]):

а – закрытый проём: 1 – расчёт по формуле (1) при φ = 0,6; 2 – кабельный зал 35Ч25Ч5,5 м; 3 – кабельный тоннель 30Ч2Ч3,1 м;

б – открытый проём: 4, 8 – критическое значение ρCOкр ; 5 – кабельный зал 35Ч25Ч5,5 м; 6 – кабельный тоннель 30Ч2Ч3,1 м;

7 – расчёт по формуле (1) при φ = 0,3

Пути эвакуации

0,025 0,012

0,01

0,02

0,008 ρСОср, кг/м3

ρСОср, кг/м3

0,015

0,006

0,01

0,004

0,005
1 0,002
0           0,05                 0,1           0,15                0,2                      0    0,05     0,1           0,15             0,2             0,25
, кг/м3                                                                          , кг/м3
а                                                                                  б

Рисунок 3. Зависимости среднеобъёмной плотности СО от изменения среднеобъёмной плотности кислорода

(расчёт по интегральной модели [15]):

а – закрытый проём: 1 – расчёт по формуле (2); 2 – кабельный зал 35Ч25Ч5,5 м; 3 – кабельный тоннель 30Ч2Ч3,1 м;

б – открытый проём: 4, 8 – критическое значение ρCOкр ; 5 – кабельный зал 35Ч25Ч5,5 м; 6 – кабельный тоннель 30Ч2Ч3,1 м;

7 – расчёт по формуле (2); – изменение среднеобъёмной плотности кислорода, кг/м3

существенно отличаются от аналогичных условий в ус-                                             горения принимаются по опубликованным данным
ловно герметичном помещении.                                                                    для условий одноразового воздействия на эвакуи-
Следовательно, масштабный фактор практи-                                                  рующихся в течение нескольких минут при средних
чески не влияет на точность расчёта плотности СО                                                физических нагрузках и по критерию сохранения
по формуле (2) только в случае условно герметичного                                             ими способности реально оценивать окружающую
помещения.                                                                                      обстановку, уверенно принимать и выполнять соот-
Зависимости массовой доли HbCO от времени                                                 ветствующие решения.
с начала пожара в случае средней массы гемогло-                                                       Время перехода от лёгкой степени отравления
бина в организме взрослого человека представлены                                                к средней ∆τ2 находятся в диапазоне 0,62–2,51 мин
на рисунке 4.                                                                                   (см. табл. 2), поэтому нормативное требование к кри-
В таблице 2 приведены полученные с исполь-                                                тической концентрации СО не выполняется, так как
зованием предложенного и существующего [5, 8] ме-                                               менее чем за 3 мин человек не сможет самостоятельно
тодов расчёта критические времена воздействия СО.                                               покинуть помещение.
В соответствии с нормативной литературой                                                        Время блокирования путей эвакуации СО τкр3 ,
(СП 11.13130.2009 «Места дислокации подразделений                                               полученное с использованием существующего под-
пожарной охраны. Порядок и методика определения»)                                               хода [5, 8], согласно данным в таблице 2 мо-
критические концентрации токсичных продуктов                                                    жет быть больше соответствующей величины τкр1,

1 1
1
0,9                                                                                              0,9
0,8                                                                                              0,8
0,7                                                                                              0,7
0,6                                                                                              0,6
4
0,5                                                                                              0,5
0,4                                                                                              0,4
0,3                                                                                              0,3
3
0,2                                                                                              0,2
0,1                                                                                              0,1

0         100              200               300     400           500                           0   100    200        300         400             500           600
, кг/м3                                                                            , кг/м3
а                                                                                  б

Рисунок 4. Зависимости массовой доли карбоксигемоглобина от времени с начала пожара:

а – закрытый проём: 1 – кабельный зал 35Ч25Ч5,5 м; 2 – кабельный тоннель 30Ч2Ч3,1 м;

3 – лёгкое отравление; 4 – среднетяжёлое отравление б – открытый проём: 4, 8 – среднетяжёлое отравление; 5 – кабельный зал 35Ч25Ч5,5 м;

6 – кабельный тоннель 30Ч2Ч3,1 м; 7 – лёгкое отравление

1-18   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

Таблица 2

Критические времена воздействия СО

Критические времена воздействия СО, мин

Помещение ∆τ1 , мин* ∆τ2 , мин** τкр1 τкр2 τкр3 закрытый проём 5,15 6,48 5,44 0,29 1,33

Кабельный зал 35Ч25Ч5,5 м открытый проём 5,76 8,27 –*** –*** 2,51 закрытый проём 2,23 2,85 1,81 –0,42 0,62

Кабельный тоннель 30Ч2Ч3,1 м открытый проём 2,91 4,60 3,82 0,91 1,69

Примечания:

* ∆τ1 = τкр3 – τкр1 – разница по времени между критическими временами эвакуации, полученными с использованием существующего и пред- ложенного подходов;

** ∆τ2 = τкр2 – τкр1 – промежуток времени перехода от лёгкой степени отравления к средней;

*** плотность СО не достигла критического значения за время пожара.

определённой на основе предложенного метода,                                        Использование существующего метода расчё-
на ∆τ1 = 0,91 мин.                                                           та [5, 8], основанного на понятии критической плот-
Кроме того, предложенный подход в случае ка-                          ности СО, может привести к качественно и количе-
бельного зала с открытым проёмом (см. табл. 2) по-                           ственно некорректным результатам по определению
казал, что может произойти отравление человека лёг-                          возможности безопасной эвакуации людей для кон-
кой и средней степени тяжести, в то время как согласно                       кретных объёмно-планировочных решений зданий
существующему методу расчёта плотность СО не до-                             и сооружений.
стигает критического значения за всё время пожара.                                  Предложенный подход впервые даёт возмож-
Предложенный новый теоретико-эксперимен-                              ность рассчитать промежуток времени от начала
тальный подход к расчёту времени блокирования пу-                            пожара, после которого люди, находящиеся в по-
тей эвакуации СО при пожаре в помещении в отличие                            мещении без средств защиты от СО (самоспасатели
от существующего [5, 8] позволяет учесть реальные                            и т. п.), с большой вероятностью неспособны само-
свойства горючих материалов, находящихся в по-                               стоятельно покинуть помещение, и существует воз-
мещении, а также характеристики процесса дыхания                             можность их спасения при транспортировке в безо-
и поглощения СО организмом человека во время его                             пасную зону, т. е. фактически определить время спа-
эвакуации.                                                                   сения людей.

ЛИТЕРАТУРА
1. Белешников И. Л. Судебно-медицинская оценка содержа-                      10. Пузач С. В., Сулейкин Е. В. Новый теоретико-экспери-
ния цианидов в органах и тканях людей, погибших в условиях по-               ментальный подход к расчёту распространения токсичных газов
жара: автореф. дис. ... канд. мед. наук: 14.00.24 / Белешников Игорь         при пожаре в помещении // Пожаровзрывобезопасность. 2016. Т. 25,
Леонидович. СПб., 1996. 24 с.                                                № 2. С. 13–20. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.02.13-20
2. Иличкин В. С. Токсичность продуктов горения полимер-                      11. Пузач С. В., Акперов Р. Г. Экспериментальное определе-
ных материалов: Принципы и методы определения. СПб.: Химия,                  ние удельного коэффициента образования монооксида углерода
1993. 136 с.                                                                 при пожаре в помещении // Пожаровзрывобезопасность. 2016. T. 25,
3. NFPA 269. Standard test method for developing toxic potency         № 5. С. 18–25. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.05.18-25
data for use in fire hazard modeling. Quincy, MA: National Fire Protection         12. Пузач С. В., Нгуен Тат Дат Экспериментально-теоре-
Association, 2003. P. 269-1–269-18.                                          тический подход к расчету концентраций моноксида углерода и
4. Пузач С. В., Смагин А. В., Лебедченко О. С., Абакумов Е. С.         показателя токсичности при пожаре в условно герметичном поме-
Новые представления о расчете необходимого времени эвакуации                 щении // Пожаровзрывобезопасность. 2017. Т. 26, № 2. С. 36–43.
людей и об эффективности использования портативных фильтру-                  DOI: 10.18322/PVB.2017.26.02.36-43
ющих самоспасателей при эвакуации на пожарах. Монография.                          13. Пузач С. В., Нгуен Тат Дат Новый подход к расчёту кри-
М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. 222 с.                                    тических времен воздействия монооксида углерода на человека
5. Абашкин А. А., Карпов А. В., Ушаков Д. В., Фомин М. В.,             при пожаре в помещении // Безопасность жизнедеятельности. 2017.
Гилетич А. Н., Комков П. М., Самошин Д. А. Пособие по примене-               № 1 (193). С. 48–56.
нию «Методики определения расчётных величин пожарного риска                        14. Фаткуллин К. В., Гильманов А. Ж., Костюков Д. В. Клини-
в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функцио-                ческое значение и современные методологические аспекты опреде-
нальной пожарной опасности». 2-е изд., испр. и доп. М.: ВНИИПО,              ления уровня карбокси- и метгемоглобина в крови // Практическая
2014. 226 с.                                                                 медицина. 2014. № 3 (79). С. 17–21.
6. NFPA 92B. Technical Committee Reports. Technical Guide for                15. Пузач С. В. Методы расчёта тепломассообмена при пожа-
Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Areas. Quincy,            ре в помещении и их применение при решении практических задач
MA: National Fire Protection Association, 1990. 118 р.                       пожаровзрывобезопасности. Монография. М.: Академия ГПС МЧС
7. McGrattan K., Klein B., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics         России, 2005. 336 с.
Simulator (Version 6). NIST Special Publication 1019. Gaithersburg:                16. Внутренние болезни. В 10 кн. Кн. 6. Болезни дыхательных
National Institute of Standards and Technology, 2013. 149 p.                 путей. Болезни почек и мочевых путей / пер. с англ. А. И. Синопаль-
8. Кошмаров Ю. А. Прогнозирование опасных факторов по-                 никова, Д .Г. Катковского, В. А. Косаренкова; под ред. Е. Браун-
жара в помещении. Учебное пособие. М.: Академия ГПС МВД Рос-                 вальда, К. Дж. Иссельбахера, Р. Г. Петерсдорфаидр. М.: Медицина,
сии, 2000. 118 с.                                                            1995. 416 с.
9. Tanaka T., Yamada S. BRI2002. Two layer zone smoke transport              17. Физиология человека. Учебник / под ред. В. М. Покров-
model. Chapter 1. Outline of the model. Fire Science and Technology.         ского, Г. Ф. Коротько. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина,
2004. Vol. 23. No. 1. P. 1–44. DOI: 10.3210/fst.23.1                         2003. 656 с.
Материал поступил в редакцию 11 ноября 2017 года.

Пути эвакуации

Sergei PUZACH

Grand Doctor of Philosophy in Engineering Sciences, Professor

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia

E-mail: puzachsv@mail.ru

NGUYEN Tat Dat

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia

E-mail: nguyentatdat1308@gmail.com

NEW APPROACH TO TIME CALCULATION OF BLOCKING EVACUATION ROUTES

BY CARBON MONOXIDE IN CASE OF INDOOR FIRE

ABSTRACT
Purpose. A new theoretical-experimental approach                      plants has also been presented. It was found out that
concerning calculating the time of blocking escape routes                    in a cable room with an opening, human poisoning
by carbon monoxide in case of indoor fire has been                           of light and medium severity can occur, while according
proposed. The developed approach allows taking into                          to the existing calculation method, the density of carbon
account the real properties of combustible materials in                      monoxide does not reach a critical value for the entire
the room, the scale factor (the size of premises), as well                   duration of the fire.
as the characteristics of respiration process and                                    Research application field. The proposed calculation
absorption of carbon monoxide by a human body during                         method can be used to determine the time of blocking
the evacuation or rescue.                                                    evacuation routes by carbon monoxide in any public and
Methods. Theoretical and experimental methods                         industrial buildings and structures when checking the
of gas dynamics and heat and mass exchange, as well as                       fulfillment of the conditions for safe evacuation of people
the theory of carbon monoxide absorption by a human                          and calculating fire risks as well.
body, are used to determine the time of blocking escape                              Conclusions. The use of the existing method of
routes by carbon monoxide. Cable sheath made of                              calculating the time of blocking evacuation routes by
polyvinyl chloride has been considered as a combustible                      carbon monoxide based on the concept of carbon monoxide
material.                                                                    critical density can lead to qualitatively and quantitatively
Findings. The results of numerical experiments                        incorrect results in determining the possibility of safe
comparing the critical times of a man exposure to carbon                     evacuation of people for specific space-planning decisions
monoxide obtained by using the existing approach and                         in buildings and structures.
the developed formulae relating to the dependence of                                 The proposed approach makes it possible for
the average volume density of carbon monoxide on                             the first time to calculate both the time of blocking the
the average volume temperature and the change in the                         evacuation routes by carbon monoxide and the time
average volume oxygen density have been presented.                           of rescuing people exposed to carbon monoxide.
The numerical solution of the complete system of
equations of the integral model during evacuation from                            Key words: fire, modeling, integral model, carbon
typical cable rooms situated in hydro and thermal power                      monoxide, carboxyhaemoglobin, evacuation, rescue.

REFERENCES
1. Beleshnikov I.L. Sudebno-meditsinskaia otsenka soderzhaniia               5. Abashkin A.A., Karpov A.V., Ushakov D.V., Fomin M.V.,
tsianidov v organakh i tkaniakh liudei, pogibshikh v usloviiakh pozhara      Giletich A.N., Komkov P.M., Samoshin D.A. Posobie po primeneniiu
[Forensic medical assessment of the content of cyanide in the organs         “Metodiki opredeleniia raschetnykh velichin pozharnogo riska v
and tissues of people who died in a fire. Abstract of the PhD in Med.        zdaniiakh, sooruzheniiakh i stroeniiakh razlichnykh klassov
Sci. diss.]. Saint Petersburg, 1990. 24 p.                                   funktsional'noi pozharnoi opasnosti”. 2-e izd., ispr. i dop. [Book on
2. Ilichkin V. C. Toksichnost' produktov goreniia polimernykh         application “Method of determining the estimated values of the fire
materialov: Printsipy i metody opredeleniia [Toxicity of combustion          risk in buildings, construction and structures of various classes of
products of polymeric materials. Principles and methods of                   functional fire hazard”. 2nd revised and corrected ed.]. Moscow, All-Russian
determination]. Moscow, Khimiia Publ., 1993. 136 p.                          Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia Publ,
3. NFPA 269. Standard test method for developing toxic potency        2014. 226 p.
data for use in fire hazard modeling. Quincy, MA: National Fire Protection          6. NFPA 92B. Technical Committee Reports. Technical Guide for
Association, 2003, pp. 269-1–269-18.                                         Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Areas. Quincy,
4. Puzach S.V., Smagin A.V., Lebedchenko O.S., Abakumov E.S.          MA: National Fire Protection Association, 1990. 118 р.
Novye predstavleniia o raschete neobkhodimogo vremeni evakuatsii                    7. McGrattan K., Klein B., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics
liudei i ob effektivnosti ispol'zovaniia portativnykh fil'truiushchikh       Simulator (Version 6). NIST Special Publication 1019. Gaithersburg:
samospasatelei pri evakuatsii na pozharakh [New ideas about the              National Institute of Standards and Technology, 2013. 149 p.
calculation of necessary time of evacuation of people and the                       8. Koshmarov Yu.A. Prognozirovanie opasnykh faktorov pozhara
effectiveness of using a portable filter self-rescuers during evacuation     v pomeshchenii [Prediction of fire dynamics factors in the room].
at fires]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ.,            Moscow, Academy of the State Fire Service of the Ministry of Internal
2007. 222 p.                                                                 Affairs of Russia Publ., 2000. 118 p.

1-18   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

9. Tanaka T., Yamada S. BRI2002. Two layer zone smoke transport           14. Phatkullin K.V., Gilmanov A.Zh., Kostyukov D.V. Clinical
model. Chapter 1. Outline of the model. Fire Science and Technology,      importance and modern methodological aspects of determining the level
2004, vol. 23, no. 1, pp. 1–44. DOI: 10.3210/fst.23.1                     of carboxy- and methaemoglobin in blood. Prakticheskaya meditsina,
10. Puzach S.V., Suleykin E.V. New united theoretical and           2014, no. 3 (79), pp. 17–21. (in Russ.).
experimental approach to the calculation of the distribution of toxic           15. Puzach S.V. Metody rascheta teplomassoobmena pri pozhare
gases in case of fire in the room. Pozharovzryvobezopasnost, 2016,        v pomeshchenii i ikh primenenie pri reshenii prakticheskikh zadach
vol. 25, no. 2, pp. 13–20. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.02.13-20             pozharovzryvobezopasnosti [Methods for calculating the heat and
(in Russ.).                                                               mass transfer in a fire at the premises and their application in solving
11. Puzach S.V., Akperov R.G. Experimental determination of         practical problems of fire safety]. Moscow, State Fire Academy of
the specific coefficient of release of carbon monoxide during a fire      EMERCOM of Russia Publ., 2005. 336 p.
in the room. Pozharovzryvobezopasnost, 2016, vol. 25, no. 5, pp. 18–25.         16. Harrison’s principles of internal medicine, 11th ed. Ed. by
DOI: 10.18322/PVB.2016.25.05.18-25 (in Russ.).                            E. Braunwald, Kurt J. Isselbacher, Robert G. Petersdorp. New York,
12. Puzach S.V., Nguyen Tat Dat. Experimental and theoretical       McGraw Hill Book Company, 1987. 791 p. [Russ. ed.: Vnutrennie bolezni.
approach for calculation of carbon monoxide concentration                 V 10 kn. Kn. 6. Bolezni dykhatel'nykh putei. Bolezni pochek i mochevykh
and toxicity index during fire in conventionally hermetic room.           putei. Trans. by A. I. Sinopalnikov, D .G. Katkovsky, V. A. Kosarenkov;
Pozharovzryvobezopasnost, 2017, vol. 26, no. 2, pp. 36–43.                ed. by E. Braunvald, K. J. Isselbacher, R. G. Petersdorf. Moscow,
DOI: 10.18322/PVB.2017.26.02.36-43 (in Russ.).                            Meditsina Publ., 1995. 416 p.].
13. Puzach S.V., Nguyen Tat Dat Critical time of exposure                 17. Fiziologiya cheloveka, 2-e izd. [Human Physiology, 2nd ed.
of carbon monoxide on human at a fire in a room. Bezopasnost              Ed. by V. M. Pokrovskii, G. F. Korotko]. Moscow, Meditsina Publ., 2003.
zhiznedeyatelnosti, 2017, no. 1 (193), pp. 48–56. (in Russ.).             656 p.