Интегральная модель пожара: программы для расчёта интегральной модели пожара

Уральский Институт ГПС МЧС России

Материалы учебного семинара

«РАСЧЕТ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПОЖАРНОГО РИСКА ДЛЯ

ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ»

Екатеринбург 19-21 мая 2009 года

ИНТЕГРАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ПОЖАРА.

ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ИНТЕГРАЛЬНОЙ МОДЕЛИ

ПОЖАРА

Субачев Сергей Владимирович

Старший преподаватель кафедры Пожарной безопасности в электроуста новках УрИ ГПС МЧС России, кандидат технических наук

Тема моего сообщения: «Интегральная модель пожара. Программы для расчета инте гральной модели пожара». Мы подробно рассмотрим суть данной модели, и существую щие на сегодня компьютерные программы, автоматизирующие процесс расчета инте гральной модели пожара.

Рассмотрим само название «интегральная модель пожара». Интегральная – потому что эта модель позволяет получить среднеобъёмные значения температуры, оптической плотности дыма, содержания кислорода, токсичных продуктов горения и др. в помещении при пожаре. Впервые эта модель была сформулирована в 1976 году профессором Кошма ровым, сотрудником кафедры инженерной теплофизики и гидравлики Академии ГПС

МЧС России.

Интегральная математическая модель пожара в помещении

Даная модель представляет собой систему обыкновенных дифференциальных урав нений, описывающих изменение среднеобъёмных параметров состояния газовой среды в помещении в процессе развития пожара, которые связывают между собой процессы газо обмена, теплообмена и другие. Эти уравнения основаны на фундаментальных законах

природы: закон сохранения массы, закон сохранения энергии, первый закон термодина мики для открытой термодинамической системы (Кошмаров Ю.А. Прогнозирова ние опасных факторов пожара в помещении: учебное пособие. – М.: Академия ГПС МЧС

России, 2000. – 118 с). То есть в принципе общая концепция модели довольно простая. Но при её реализации возникают некоторые сложности, которые мы рассмотрим ниже.

Основные уравнения

Представим схему пожара в помещении (рис.11.1). На рисунке показаны: помещение, горючий

Рис.11.1. Схема пожара. материал и два проема – один в нижней

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «Интегральная модель пожара. Программы для расчета интегральной модели пожара». Субачев С.В.

части помещения, другой в верхней.

1 – ограждения; 2 – проёмы; 3 – горящий материал;

Y – массовая скорость выгорания;

GГ – массовый расход уходящих газов;

GВ – массовый расход поступающего (холодного) воздуха

Если проём расположен ниже плоскости равных давлений (ПРД), то через него из атмосферы поступает холодный воздух в помещение. Через проём, расположенный в верхней части нагретые газы выходят наружу. Если ПРД пересекает проём, то нижняя часть проёма работает на отток, верхняя – на приток воздуха.

Здесь показана система уравнений:

dρ m                                                                         dρ 2
V      = ψ + GВ − G Г                                                      V        = ηL2ψ − x2G Г
dτ                                                                          dτ
d ⎛ pm ⎞
V    ⎜       ⎟ = ηQНψ + c pВТ В GВ − c pТ mG Г − Qw
dτ ⎝ k − 1 ⎠                                                                                  ⎛G ⎞
dμ m
V        = Dψ − μ m ⎜⎜ Г ⎟⎟ − kc Fw
dρ1                                                                         dτ              ⎝ ρm ⎠
V       = −ηL1ψ + x1В GВ − x1GГ
dτ

В левой их части везде дифференциал по времени, то есть, скорость. Допустим (пер вое уравнение), скорость изменения плотности. Если этот дифференциал умножить на объем, получается скорость изменения массы. Таким образом, первое уравнение можно описать так: скорость изменения массы воздуха в помещении равна скорости выгорания

(скорости газификации) горючего материала, плюс массовый приток воздуха извне, минус массовый отток воздуха через проем. Аналогично с энергией (второе уравнение): скорость изменения внутренней потенциальной энергии газа в помещении равна скорости тепло выделения при горении вещества, плюс внутренняя энергия газа поступающего снаружи в помещение, минус внутренняя энергия нагретых газов, вытекающих наружу и минус теп лопотери (теплоотдача в ограждающие конструкции, теплоотдача путем излучения и др.).

Таким же образом можно сформулировать и остальные уравнения. В литературе эти урав нения часто называют балансовыми: баланс массы, баланс энергии, баланс кислорода и так далее.

Вспомогательные зависимости

Конечно, представленная система уравнений – это всего лишь основа, так сказать

скелет интегральной модели. Каждое слагаемое этих уравнений расписывается более под робно, используются вспомогательные зависимости. Где-то они полуэмпирические, где то, наоборот, сугубо теоретические, основанные на зависимостях, характерных для иде альных газов. Здесь я привел несколько примеров:

• Уравнение Клапейрона для газовой среды помещения, которое связывает плотность, давление и температуру воздуха: pm = ρ m RmTm

Определяя плотность, получаем возможность определять температуру воздуха в по мещении.

Теплоотдача в ограждающие конструкции (полуэмпирические зависимости):

⎧

( )

⎪4,07 Fw 0,8dT − 0,00065dT 3 , при dT < 40 К

Qw = ⎨

( )

⎪11,63F 0,8dT − 0,00065dT 2 ⋅ exp[0,0023dT ], при dT > 40 К

⎩ w

• Расходы газов через проёмы:

GВ =

[

2 gρ a (ρ a − ρ m )∑ ξ i bi ( y* − yнi ) − ( y* − Z i )

1, 5 1, 5

]

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «Интегральная модель пожара. Программы для расчета интегральной модели пожара». Субачев С.В.

GГ =

[

2 gρ m (ρ a − ρ m )∑ ξ i bi ( yвi − y* ) − (Z i − y* )

1, 5 1, 5

]

⎧ yнi , при y* ≤ yнi , pm − p a ⎪ y* = h − Z i = ⎨ y* , при yнi < y* < yвi , g (ρ a − ρ m ) ⎪

⎩ yвi , при y* ≥ yвi .

• Удельная скорость выгорания: ψ УД = (ψ УД )0 К + 0,23(GВ + GПР ) (1 − K ) , где K – функция

L1 FГ режима пожара (ПРН-ПРВ).

Вспомогательные уравнения периодически изменяются, совершенствуются. И сейчас в новой методике, в новой редакции, они выглядит уже несколько по-другому.

Существует ещё масса различных зависимостей, которые описывают скорость горе ния с учётом полноты сгорания, скорость оседания дыма на поверхности стен и потолка, ослабление теплоотдачи в результате того, что газовая среда задымляется и интенсивность

излучения падает, замедление скорости горения в результате снижения концентрации ки слорода, замедление скорости горения в результате образования слоя золы и многие дру гие. Таким образом, в конечном итоге интегральная модель представляет собой не пять уравнений, а конечно гораздо больше.

Сложности интегральной модели

Но сложность разработки программ, реализующих интегральную модель, обуслов лена не столько количеством и сложностью вычислений, сколько наличием некоторых принципиальных, так сказать концептуальных проблем.

1. Существует проблема, связанная с определением высоты нейтральной плоско сти (ПРД). В знаменателе этой формулы находится разность плотностей воздуха внутри и снаружи помещения. Это приводит к тому, что уже в начальный момент времени (когда они равны), даже если рассматривать только одно помещение, возникает ошибка деления на ноль.

2. Идентификация гидравлической схемы здания. Если моделировать пожар в сис теме из нескольких помещений (этаж или какая-то часть здания), то необходимо состав лять гидравлическую схему здания (рис.11.2), то есть граф помещений, узлы которого мо делируют помещения, а связи ме жду узлами – проёмы (либо какие то каналы, воздуховоды, через ко торые возможен газообмен). При этом, определив параметры в i-ом узле гидравлической схемы, осу ществляется переход к i+1-му узлу этажа. Однако, при сведении ба ланса массы в i+1-ом узле схемы, баланс массы в i-ом узле наруша ется, и для того чтобы получить удовлетворительную точность ре шения балансовых уравнений для

Рис.11.2. Гидравлическая схема здания. здания в целом приходится органи зовывать итерационный процесс.

Его суть заключается в многократном повторении расчёта давлений во всех узлах схемы до тех пор, пока при допустимой погрешности решения давления во всех узлах схемы не перестанут изменяться.

Количество таких интеграций может получиться очень большим (оно увеличивается в зависимости от количества помещений почти в геометрической прогрессии). Поэтому нет ничего удивительного в том, что интегральное моделирование получило своё развитие

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «Интегральная модель пожара. Программы для расчета интегральной модели пожара». Субачев С.В.

только в период информатизации общества и масштабного оснащения компьютерами учебных и научно-исследовательских учреждений.

3. Очень важно то, что интегральная модель не имеет аналитического решения.

То есть невозможно просто подставить исходные данные в формулы и получить какой-то результат. Решение может быть получено только при помощи компьютерных программ с применением численных методов.

Численные методы:

• метод секущих;

• метод касательных;

• метод Эйлера;

• метод Рунге-Кутта и др.

Численные методы – это методы, основанные, грубо говоря, на подборе. То есть выбирается допустимая погрешность, и путём подбора, численными методами решается эта система уравнений. Ещё раз обращаю внимание на то, что в этом случае какая-то по грешность всегда присутствует, это недостаток самих численных методов.

Наличие всех этих сложностей при использовании интегральной модели привело к тому, что в ГОСТ 12.1.004-91, приложение №2 были внесены гораздо более упрощённые формулы для определения критической продолжительности пожара:

• по повышенной температуре:

⎡В ⎛ 70 − t0 ⎞⎤ n τ крТ = ⎢ ⋅ ln⎜⎜1 + ⎟⎟⎥

⎣ А ⎝ (273 + t0 ) ⋅ Z ⎠⎦

• потере видимости:

⎡ В ⎛ V ⋅ ln (1,05 ⋅ α ⋅ E ) ⎞ −1 ⎤ n τ крПВ = ⎢ ⋅ ln⎜⎜1 − ⎟ ⎥

⎢А ⎝ l пр ⋅ В ⋅ D ⋅ Z ⎟⎠ ⎥

⎣ ⎦

• по пониженному содержанию кислорода:

⎡ ⎛ ⎞ ⎤

−1 n

⎢     ⎜                      ⎟ ⎥
В
τ крО2 = ⎢ ⋅ ln⎜1 −                   ⎟ ⎥
0,044
⎢ А ⎜ ⎛ В ⋅ Lo2        ⎞ ⎟ ⎥
⎢     ⎜ ⎜       + 0.27 ⎟ ⋅ Z ⎟ ⎥
⎣⎢    ⎝ ⎝ V            ⎠ ⎠ ⎦⎥
• по содержанию токсичных продуктов горения:
⎡В ⎛        V ⋅X ⎞ ⎤
−1 n

τ кр = ⎢ ⋅ ln⎜⎜1 −

⎟⎟ ⎥ .

⎢⎣ А ⎝ В ⋅ LX ⋅ Z ⎠ ⎥⎦

353C PV

B=

(1 − ϕ )ηQ

• для случая горения жидкости с установившейся скоростью:

A =ψ ⋅ F; n = 1

• для линейного распространения пожара:

A = ψ ⋅ν ⋅ b; n = 2

• для кругового распространения пожара:

A = 1,05 ⋅ψ ⋅ν 2 ; n = 3

При этом несколько неудачное, по моему мнению, описание этих формул в ГОСТе привело к тому, что многие (если не сказать большинство) считают, что эти 4 формулы –

это и есть интегральная модель. Это, конечно, совершенно не верно. Они очень упрощен ные, не учитывают ни газообмен, ни с атмосферу, ни соседние помещения, ни работу сис тем дымоудаления. Не учитывается почти ничего, кроме физико-химических свойств го-

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «Интегральная модель пожара. Программы для расчета интегральной модели пожара». Субачев С.В.

рючей нагрузки и объёма помещения. Хотя, справедливости ради, надо сказать, что при некоторых равных условиях результаты совпадают с интегральной моделью.

Это привело к тому, что в литературе и, особенно, в интернете многие говорят, что

интегральная модель – очень грубая, очень упрощенная, не позволяет адекватно модели ровать развитие пожара, учитывать работу противопожарных систем и определять дина мику развития ОФП. А компании, занимающиеся моделированием пожаров и расчетом пожарных рисков, оперируя этим, предлагают своим клиентам более дорогие, полевые модели.

Не думайте, что я вас отговариваю от использования полевых моделей, они доста точно мощные и позволяют решать многие задачи. Я просто хочу сказать, что у каждого

класса моделей есть своя область применения. И говорить, что интегральная модель заве домо гораздо хуже полевой нельзя, в некоторых случаях её применение более целесооб разно. Тем более, очень часто даже в самых мощных системах моделирования применя ются упрощённые модели распространения пожара, которые при решении некоторых за дач сильно снижают адекватность моделирования.

Общая структура моделей пожара

Если посмотреть на общую структуру всех моделей пожаров

(рис.11.3) (интегральных, зонных, дифференциальных, то есть поле вых, как их сейчас называют), их следовало бы назвать не «модели пожара», а «модели термо динамических и газодина мических процессов, происходя щих при горении вещества, на

Рис.11.3. Общая структура моделей пожаров в помещениях. некоторой известной площади».

Потому что в них нет модели распространения пожара по площади. Точнее есть, но они очень примитивны: площадь пожара принимается либо постоянной (например, горение горючей жидкости на постоян ной площади), либо применяется элементарный геометрический подход, когда площадь пожара представляется в форме круга, квадрата и т.п. Причем в таком случае часто даже не учитываются размеры помещения, например, площадь пожара увеличивается в форме круга, радиус которого растёт бесконечно, в течение всего периода моделирования.

Поэтому, выбирая тот или иной метод моделирования для решения конкретных за дач, необходимо не только учитывать область применения этих моделей, но и то, как эти модели реализованы, позволяют ли имитационные системы адекватно отражать реальную логику событий.

Кстати, интегральная модель (не четыре формулы ГОСТа, а классическая интеграль ная модель, реализованная в программе), тоже в свое время проверялась на адекватность, то есть сравнивались результаты моделирования с экспериментальными данными

(рис.11.4). И, как видите, результаты по многим параметрам сходились вполне достойно.

Поэтому, повторюсь, нельзя говорить, что интегральная модель хуже или лучше каких-то других моделей. Просто у каждой модели своя область применения.

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «Интегральная модель пожара. Программы для расчета интегральной модели пожара». Субачев С.В.

Рис.11.4. Проверка адекватности интегральной модели.

Область применения интегральной модели

Этот вопрос отражен в Методике оценки риска для объектов общественного назна чения.

1) Для помещений, где характерная площадь пожара соизмерима с характерным раз мером помещения, и размеры помещения соизмеримы между собой (линейные размеры помещения отличаются не более, чем в пять раз). Конечно, недопустимо применять инте гральный метод при моделировании пожара, например, в туннеле, когда длина строения в несколько раз больше, чем ширина.

2) Для зданий и сооружений, содержащих развитую систему помещений относитель но малого объема, применение данного метода вполне целесообразно.

Удобно применять интегральный метод для расчета динамики опасных факторов пожара, допустим на этаже гостиницы, содержащем несколько десятков помещений.

Можно все данные закладывать в интегральную модель и просчитывать. Полевыми мето дами тоже можно сделать расчеты, но время и трудоемкость будет на несколько порядков больше.

3) При проведении имитационного моделирования для случаев, когда учёт стохасти ческого (вероятностного, случайного) характера пожара является более важным, чем точ ное и детальное прогнозирование его характеристик. Например, для предварительных расчётов с целью выявления наиболее опасного сценария пожара. Тем более что сейчас технологии позволяют вводить в программу многие вероятностные зависимости: про изойдет или не произойдет распространение пожара в соседнее помещение, когда будет достигнут предел огнестойкости строительных конструкций, сработает ли система дымо удаления и так далее.

От себя ещё хочу добавить некоторые аспекты применения интегральной модели.

• Она позволяет прогнозировать развитие пожара, учитывая работу противопо жарных систем, не только в начальной, но и в развитой стадии и на стадии тушения

пожара (пожаротушение, дымоудаление, достижение пределов огнестойкости, открытие закрытие дверей и окон, разрушение остекления и др.). Даже в самой первой версии инте гральной модели, созданной Кошмаровым, учитывалось замедление горения в результате

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «Интегральная модель пожара. Программы для расчета интегральной модели пожара». Субачев С.В.

снижения концентрации кислорода, то есть можно было моделировать тушение пожара углекислым газом или азотом.

• Для комплексного анализа газообмена в здании при пожаре. Интегральным мето дом гораздо проще проанализировать структуру и характер газообмена здания в целом.

Интересно, что, например, не всегда открытие окон при пожаре приводит к снижению за дымления в помещении. Иногда, наоборот, при открытии окон за счет вентиляции опас ные факторы пожара заносятся в помещение. В Академии ГПС МЧС России сейчас даже появилась такая дисциплина – тактическое вентилирование. Курсантов учат методологии предварительного анализа и понимания газообмена в здании в целом, с учётом работы дымососов, вентиляции и так далее, чтобы не допускать ошибок при организации туше ния пожара и эвакуации людей. Интегральная модель в таких вопросах оказывает боль шую помощь.

• Для оценки эффективности различных вариантов противопожарных систем, раз личных вариантов расположения горючей нагрузки, выбора оптимальных конструктив ных и планировочных решений. При использовании интегральной модели расчеты произ водятся довольно быстро, поэтому можно без труда рассмотреть большое множество раз личных вариантов планировки, рассмотреть разные сценарии развития пожара и выбрать наиболее оптимальные решения противопожарной защиты.

Программы интегральных моделей
Теперь давайте рассмотрим программы, которые реализуют интегральную модель
(табл.11.1). Таких программ немного. Вообще, созданием программ интегрального моде лирования занимается мало специалистов.
Таблица 11.1
Программы, реализующие интегральную модель пожара
Страна разра-
Наименование                                         Примечание
ботки
ARGOS           Дания            Несколько помещений
ASET            США              Одно помещение
ASET-B          США              То же, на языке Фортран
BRANZFIRE       Новая Зеландия Несколько помещений. Включает распространение
пламени, несколько источников зажигания и механи ческую вентиляцию
BRI-2           Япония/США       Распространение дыма в многоэтажном здании с не сколькими помещениями
CCFM.VENTS США                   Несколько помещений с вентиляцией
CiFi            Франция          Несколько помещений
COMPBRN-III США                  Одно помещение
COMF2           США              Одно помещение, взрывы
DACFIR-3        США              Салон самолета
DSLAYV          Швеция           Одно помещение
FASTlite        США              Ограниченная версия CFAST
FFM             США              Одно помещение, взрывы
HEMFAST         США              Горение обстановки (мебель и др.) в помещении
HYSLAV          Швеция           Одно помещение, взрывы
IMFE            Польша           Одно помещение с вентиляцией
MRFC            Германия         Несколько помещений. Определение распространения
дыма и температурных нагрузок на конструкции
NBS             США              Одно помещение, взрывы
NRCC1           Канада           Одно помещение
УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»
19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.
Доклад «Интегральная модель пожара. Программы для расчета интегральной модели пожара». Субачев С.В.
OSU                  США                    Одно помещение
POGAR                Россия                 Одно помещение
RFIRES               США                    Одно помещение, взрывы
SFIRE-4              Швеция                 Одно помещение, взрывы
SICOM                Франция                Одно помещение
SMKFLW               Япония                 Моделирование распространения дыма по зданию
SP                   Великобритания         Одно помещение, взрывы
WPI-2                США                    Одно помещение
WPIFIRE              США                    Несколько помещений
ZMFE                 Польша                 Одно помещение
Здесь приведены ссылки, где можно получить всю эту информацию:
• http://www.bfrl.nist.gov/
• http://www.firemodelsurvey.com
• Olenick, S.M. An Updated International Survey of Computer Models for Fire and Smoke /
S.M. Olenick, D.J. Carpenter // Journal of Fire Protection Engineering. – 2003. – Vol.13. – May. – P.87–
110.

INTMODEL

Более подробно расскажу о Российских разработках. Первая программа – это

INTMODEL, которая была разработана в ВИПТШ МВД России в 1995 году (рис.11.5, а).

Обратите внимание, сама модель появилась в 1976 году, а первая программа, которая её реализовывала, появилась только через 20 лет. Она имеет, в основном, научный характер,

создавалась для проверки работоспособности интегральной модели, для сравнения с экс периментальными данными. В ней заложено только одно помещение, только прямоуголь ной формы. Площадь, занятая горючей нагрузкой, тоже только прямоугольная и только в центре помещения. Источник зажигания один и только в центре, пожар распространяется вкруговую, но учитывается размер площадки. Учитывается также приточная и вытяжная вентиляция, пожаротушение углекислым газом или азотом. Учитывается газообмен через два проёма (дверь и окно).

а) б)

Рис. 11.5. а) – Программа INTMODEL; б) – Программа Пузача С.В.

Начальником кафедры инженерной физики и гидравлики Академии ГПС Пузачем

Сергеем Викторовичем разработана программа, которая называется «Интегральные, зон ные и полевые методы расчета динамики опасных факторов пожара». На рисунке 11.5 (б)

– скриншот (снимок экрана) этой программы. Судя по исходным данным, видимо здесь дублируется та же программа INTMODEL, просто обновлен интерфейс. А также имеется возможность применить зонную или полевую модель, приводится аналитическое решение

(по формулам, которые заложены в ГОСТ).

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «Интегральная модель пожара. Программы для расчета интегральной модели пожара». Субачев С.В.

СИТИС: Блок 1

Далее – программа, которая также реализует упрощенную методику, которая зало жена в ГОСТе. Называется СИТИС: Блок 1 (ООО СИТИС, 2008 г.). Конечно, эти четыре формулы можно посчитать и просто в Excel'е, но если вы хотите организовать на более высоком уровне работу по расчету динамики ОФП, можно воспользоваться этой про граммой.

Приведенный пример

(рис.11.6) – это демоверсия, которая доступна на сайте компании «СИТИС». Для более удобного ввода исходных данных

(конфигурации помещений) можно использовать растровую подложку. Кроме этого вводятся свойства горючего материала (есть встроенная база данных

Рис. 11.6. СИТИС: Блок 1 типовых горючих нагрузок с

их свойствами), высота рабочих площадок и другое. На каждом этаже может быть не сколько помещений, в каждом помещении может быть несколько площадок. В ГОСТе вы сота рабочей зоны принимается 1,7 метра, но если в помещении несколько уровней, то

можно автоматически посчитать динамику пожара на различных уровнях. Допустим, ки нозал: первый ряд и одиннадцатый ряд. Для сравнения динамики вводим данные, нажи мается «Расчет» и на вкладке «Результат» отображаются графики опасных факторов по жара и можно проанализировать критическую продолжительность пожара по каждому из этих опасных факторов пожара. Так же возможен анализ в цифровой форме.

КИС РТП

Еще одна программа, о которой я хотел рассказать – это КИС РТП (компьютерная имитационная система разви тия и тушения пожаров в зда ниях), разработанная в Ураль ском институте ГПС МЧС

России (рис.11.7). Она реали зована не по ГОСТовской ме тодике, а по классической ин тегральной модели, то есть с решением дифференциальных

Рис. 11.7. КИС РТП уравнений численными мето дами. И предполагает более

свободный ввод данных: помещения произвольной формы, произвольное количество ис точников зажигания, несколько различных видов горючих нагрузок (одновременно), про извольное количество элементов приточной и вытяжной вентиляции, систем пожароту шения (водой, углекислым газом, азотом), различные пределы огнестойкости горючих и

негорючих стен и перегородок. Есть также база данных горючих нагрузок. Для противо пожарных систем можно выбрать один из нескольких условий включения: при опреде ленном задымлении (имитируется работа дымовых извещателей), температуре (тепловых извещателей), ручное включение и др. В процессе моделирования пожара можно управ лять этими системами (включать-выключать вентиляцию, осуществлять пожаротушение и

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «Интегральная модель пожара. Программы для расчета интегральной модели пожара». Субачев С.В.

т.п.), а также открывать и закрывать двери и окна. По результатам моделирования строят ся графики ОФП – среднеобъемных значений и значений на разных высотах (получаемых по формулам ГОСТ).

Эта программа вообще-то разрабатывалась в рамках другой работы – в качестве тре нажера по организации управления тушением пожара для обучения кур сантов. То есть непосредственно для оценки риска она не предусматрива лась. Но я хотел показать, что такие программы есть, и может быть в бу дущем, если в неё добавить модель эвакуации, то получится очень хоро ший комплекс для оценки пожарного риска в зданиях.

Тем более, в этой программе реализована новая универсальная ве роятностная модель распростране ния пожара по площади (рис.11.8).

Она позволяет моделировать разви-

Рис. 11.8. Вероятностная модель распространения пожара тие пожара не только в помещениях произвольной формы, с одновременным нахождением разных видов горючих нагрузок, но и распространение пожара по всему зданию с учетом проемов, дверей в них и т.д., скры тое распространение горения и выгорание горючей нагрузки.

Учитывается предел огнестойкости строительных конструкций, то есть, как только пожар доходит с одной стороны, включается «счетчик», и при наступлении предела огне стойкости, создаются источники зажигания на противоположной стороне и этим самым моделируется распространение пожара в соседние помещения. Горючие строительные элементы также можно использовать (то есть сгорает перегородка и пожар переходит в соседнее помещение).

Сравнивая, программы, которые реализуют интегральную модель, можно отметить, что если в самой первой программе (INTMODEL) было только одно помещение, только прямоугольное и прочие ограничения, о которых я говорил раньше, то в КИС РТП этих ограничений уже нет. Всё зависит только от мощности компьютера и соответствующего времени вычисления.

Если мы сравним результаты расчетов с помощью программы КИС РТП с расчетами

INTMODEL и с формулами, которые приняты в ГОСТе, то при определенных равных ус ловиях, результаты моделирования всех трех методик совпадают. Небольшие различия, конечно, есть, но общая картина происходящего, характер динамики развития пожара практически совпадают.

Литература

Хочу представить литературу. Если кто-то интересуется интегральной моделью, то более подробно она описана в учебном пособии Кошмарова Ю.А. И много информации

содержится в монографии Пузача, тоже очень рекомендую вам посмотреть. Там в прин ципе много моделей, и интегральная, и зонная, и дифференциальная. Интегральная пред ставлена в монографии с некоторыми поправками, с учетом новой информации, с экспе риментальными результатами

• Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении : учеб ное пособие. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2000. – 118 с.

• Моделирование пожаров и взрывов. Под ред. Н.Н. Брушлинского и

А.Я. Корольченко. − М.: Изд. «Пожнаука», 2000. − 492 с.

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «Интегральная модель пожара. Программы для расчета интегральной модели пожара». Субачев С.В.

• Пузач С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их при менение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности зданий: моногра фия. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. – 336 с.

• Субачев С.В. Совершенствование подготовки персонала противопожарной службы на основе технологий имитационного моделирования пожаров в зданиях: дис. канд. техн.

наук. – М., 2008. – 113 с.

• Дополнительно:

ƒ Гутов В.Н., Лицкевич В.В. Математическая модель развития пламенного горения в здании // Пожаровзрывобезопасность. − 1994. − Т.3. − №4. − С.58−65.

ƒ Есин В.М., Кошмаров Ю.А., Попов П.Н. Метод расчёта движения продуктов горе ния по зданию при пожаре // Пожарная профилактика : сб. науч. тр. − М. : ВНИИПО

МВД СССР, 1981. − С.79−88.

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «Интегральная модель пожара. Программы для расчета интегральной модели пожара». Субачев С.В.