ВЛИЯНИЕ АЛГОРИТМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ПОЖАРОТУШЕНИЯ И ПРОТИВОДЫМНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ НА ВРЕМЯ БЛОКИРОВАНИЯ ЭВАКУАЦИОННЫХ ПУТЕЙ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИЯХ ВЫСОКОСТЕЛЛАЖНОГО ХРАНЕНИЯ

Пожарная и промышленная безопасность (технические науки)

DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2021.5-4.387

УДК [614.844+697.92]:725.3

ВЛИЯНИЕ АЛГОРИТМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ

УСТАНОВОК ПОЖАРОТУШЕНИЯ И ПРОТИВОДЫМНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

НА ВРЕМЯ БЛОКИРОВАНИЯ ЭВАКУАЦИОННЫХ ПУТЕЙ

И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИЯХ

ВЫСОКОСТЕЛЛАЖНОГО ХРАНЕНИЯ

Суриков А.В., Калантарли А.Т., Рябцев В.Н., Лихоманов А.О.

Цель. На основе численного моделирования пожара в помещении склада с высот- ным стеллажным хранением определить оптимальный алгоритм взаимодействия автома- тических установок пожаротушения (АУПТ) и противодымной вентиляции (ПДВ) по времени блокирования эвакуационных путей и эффективности локализации пожара.

Методы. В работе применены теоретические методы исследования (анализ, синтез, сравнение), а также выполнено численное моделирование в расчетном программном комплексе Fire Dynamics Simulator.

Результаты. В результате численного моделирования пожара в помещении склада с высотным стеллажным хранением резинотехнических изделий размерами 60Ч50Ч14 м и высотой складирования пожарной нагрузки 12,5 м определен оптимальный алгоритм взаимодействия АУПТ и ПДВ по времени блокирования эвакуационных путей и эффек- тивности локализации пожара, а именно: оросители АУПТ размещаются только во внут- ристеллажном пространстве, при этом запуск противодымной вентиляции производится от АУПТ. Данная схема защиты позволяет локализовать очаг пожара без распростране- ния на соседние стеллажи и удерживать его мощность на минимальном уровне, а также увеличить время блокирования продуктами горения и термического разложения путей эвакуации в горизонтальной плоскости помещения на высоте 1,7 м в среднем в 1,3 раза и эвакуационного выхода в той же плоскости в 1,7–2,9 раза по сравнению с иными вари- антами взаимодействия АУПТ и ПДВ.

Область применения исследований. Полученные результаты могут быть использо- ваны для определения алгоритмов взаимодействия составных элементов систем пожар- ной автоматики при защите складов с высотным хранением материалов.

Ключевые слова: автоматическая установка пожаротушения, противодымная вен- тиляция, склад с высокостеллажным хранением, видимость при пожаре, эвакуационный путь, численное моделирование.

(Поступила в редакцию 29 июля 2021 г.)

Введение

В настоящее время для хранения товарно-материальных ресурсов все чаще использу- ются сложные технологичные склады с высокостеллажным хранением. Высокостеллажным хранением, или, как принято в нормативной терминологии «высотным стеллажным хране- нием», считается хранение на стеллажах веществ, материалов, продукции с высотой склади- рования свыше 5,5 м 1. Требования к возведению складских зданий с высотным стеллажным хранением установлены в ТКП 45-3.02-95-2008 2. Такие здания при условии отнесения их к категории В 3 следует проектировать одноэтажными I–IV степени огнестойкости с фона- рями (люками) или вытяжными шахтами на покрытии для дымоудаления.

Пожары на складах с высокостеллажным хранением характеризуются высокой интен- сивностью выделения тепла и дыма, большой продолжительностью и площадью пожара, что

Складские здания. Строительные нормы проектирования: ТКП 45-3.02-95-2008 (02250). – Введ. 28.05.08. –

Минск: Стройтехнорм, 2008. – 10 с.

См. сноску 1.

Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности:

ТКП 474-2013. – Введ. 29.01.13. – Минск: НИИ ПБиЧС, 2008. – 57 с.

Fire and industrial safety (technical sciences)

Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси, Т. 5, № 4, 2021

влечет крупный материальный ущерб. По этой причине защита таких объектов от пожаров остается одной из важнейших задач обеспечения их безопасности.

В числе технических средств противопожарной защиты складов с высокостеллажным хранением используются автоматические установки пожаротушения (АУПТ) и системы про- тиводымной вентиляции (ПДВ) 4, 5, 6. Наиболее часто применяются водяные спринклерные

АУПТ, а в качестве ПДВ – фонари (люки) или вытяжные шахты на покрытии для дымоуда- ления. В Беларуси необходимость применения АУПТ и ПДВ для противопожарной защиты объектов регламентируется соответствующими нормативными правовыми актами 7, 8. При- чем на ряде объектов, в частности в складских зданиях, необходимо предусматривать одно- временно АУПТ и ПДВ. Применение данных систем направлено на минимизацию негатив- ных последствий в результате пожара, в частности, на создание условий для эвакуации людей до наступления критических значений опасных факторов пожара (ОФП). К ОФП от- носят дым, пламя и искры, тепловой поток, повышенную температуру окружающей среды и концентрацию токсичных продуктов горения и термического разложения и пр. Практика оценки динамики пожара показывает, что потеря видимости в результате задымления во время пожара, как правило, наступает быстрее, чем достигаются критические значения дру- гих ОФП.

Учитывая необходимость применения для защиты складов с высокостеллажным хра- нением как АУПТ, так и ПДВ, актуальным является вопрос о совместном использовании данных систем, т.к. они могут влиять на эффективность работы друг друга.

Существует два противоположных мнения специалистов в области технических средств противопожарной защиты в отношении алгоритма запуска ПДВ. Первое заключа- ется в том, что первичной должна быть активация спринклерной АУПТ с последующим за- пуском ПДВ от АУПТ, что соответствует требованиям действующих на территории Респуб- лики Беларусь норм проектирования9, 10. Аналогичный подход применяется и в Российской

Федерации. Так, согласно российским нормам в складах с высотным хранением ПДВ должна приводиться в действие от АУПТ с задержкой времени 4 ± 1 мин 11.

Второй подход заключается в том, что первоначально должна включаться ПДВ, при- чем это должно происходить от командного импульса, сформированного от дымовых пожар- ных извещателей (ДПИ) пожарной сигнализации, а уже потом активируется спринклерная

АУПТ.

Основным недостатком первого алгоритма запуска систем противопожарной защиты считается то, что вследствие ряда термогазодинамических процессов, происходящих в слое дыма при подаче в него воды из спринклерной АУПТ, значительная часть дымового аэрозоля опускается из припотолочного слоя, тем самым создавая значительную оптическую плот- ность среды на уровне глаз, что, в свою очередь, негативно сказывается на скорости эвакуа- ции людей из помещения.

О пожарной безопасности: Закон Респ. Беларусь от 15 июня 1993 г. № 2403-ХII: в ред. Закона Респ. Беларусь от 30.12.2015 № 334-З // Нац. реестр правовых актов Респ. Беларусь. – 2001. – № 3. – 2/391.

Пожарная безопасность. Общие требования: ГОСТ 12.1.004-91. – Взамен ГОСТ 12.1.004-85; введ. 17.12.91. –

М.: Изд-во стандартов, 1991. – 88 с.

См. сноску 1.

Пожарная автоматика зданий и сооружений: СН 2.02.03-2019. – Введ. 16.08.20 (с отменой на территории Респ.

Беларусь ТКП 45-4.02-317-2019). – Минск: М-во архитектуры и стр-ва Респ. Беларусь, 2019. – 86 с.

Противодымная защита зданий и сооружений при пожаре. Системы вентиляции: СН 2.02.07-2020. – Введ.

10.05.21 (с отменой на территории Респ. Беларусь ТКП 45-4.02-273-2012). – Минск: Стройтехнорм, 2021. – 20 с.

См. сноску 7.

См. сноску 8.

Системы противопожарной защиты. Установки водяного пожаротушения высотных стеллажных складов ав- томатические. Нормы и правила проектирования: СП 241.1311500.2015 – Введ. 01.09.15. – М.: ФГБУ ВНИИПО

МЧС России, 2015. – 19 с.

388 Journal of Civil Protection, Vol. 5, No. 4, 2021 https://journals.ucp.by/index.php/jcp

Пожарная и промышленная безопасность (технические науки)

В качестве недостатка второго алгоритма включения ПДВ отмечается, что при включении ПДВ в припотолочной области помещения, где размещаются спринклерные оросители АУПТ, возникает движение воздушного потока с некоторой скоростью, приво- дящее к изменению направления естественного восхождения конвективного потока от очага пожара, и тем самым создаются условия для повышения инерционности оросителей

(оросителя), в частности, расположенных непосредственно над очагом пожара [1; 2]. Сле- дует отметить, что в нормативной базе Республики Беларусь не отражено, как следует учи- тывать влияние воздушного потока, создаваемого ПДВ, на время срабатывания оросителя.

Кроме того, еще одним недостатком второго подхода является то, что запуск ПДВ от

ДПИ может происходить в результате их ложных срабатываний от аэрозолей, образование которых не связано с пожаром. Например, в гаражах-стоянках к ложному срабатыванию мо- гут приводить выхлопные газы автомобилей.

Сама по себе проблема взаимодействия АУПТ и ПДВ не является новой, и этому по- священо достаточное количество экспериментальных исследований [2–7]. Наиболее об- ширно проблема взаимодействия АУПТ и ПДВ рассмотрена в работах [5–7]. Учитывая все многообразие влияющих на взаимодействие ПДВ и спринклерных АУПТ факторов, установ- лено, что наиболее оптимальным инструментом определения эффективности применения данных систем при проектировании объектов, несомненно, является моделирование пожара с применением зонной или полевой моделей развития пожара [5]. Причем применение по- следней более целесообразно при проведении научных исследований.

В настоящей работе представлены результаты исследований с применением методов численного моделирования по определению зависимости необходимого времени эвакуации

(временной промежуток до достижения критических значений ОФП, в течение которого люди должны покинуть помещение, здание и т.д. 12) по потере видимости при различных ал- горитмах взаимодействия АУПТ и ПДВ на примере помещения склада с высокостеллажным хранением материалов.

Основная часть

Общее описание расчетных моделей. Для моделирования приняты следующие рас- четные сценарии взаимодействия АУПТ и ПДВ: сценарий 1 – с размещением оросителей

АУПТ во внутристеллажном пространстве и под перекрытием по всей площади помещения, при этом запуск ПДВ осуществляется от АУПТ; сценарий 2 – аналогично сценарию 1, но запуск ПДВ осуществляется от линейных ДПИ; сценарий 3 – с размещением оросителей

АУПТ под перекрытием по всей площади помещения, при этом запуск ПДВ осуществляется от АУПТ; сценарий 4 – аналогично сценарию 3, но запуск ПДВ осуществляется от линейных

ДПИ. Также для сравнения принято решение дополнительно провести моделирование раз- вития пожара для случаев без АУПТ и ПДВ, а также без АУПТ, но с ПДВ.

Для расчетных сценариев принят пожар в помещении склада с высокостеллажным хранением резинотехнических изделий (РТИ) размерами 60Ч50Ч14 м. Высота складирова- ния пожарной нагрузки принята равной 12,5 м, что соответствуют максимальной высоте складирования материалов при применении АУПТ с одноярусным размещением оросителей под перекрытием помещения 13.

Для моделирования развития пожара применялся расчетный программный комплекс

FDS (от англ. Fire Dynamics Simulator), основанный на наиболее универсальном полевом ме- тоде моделирования пожаров (в зарубежной литературе встречается как CFD – computational fluid dynamics), по сравнению с интегральным и зонным методами [8–10].

Система стандартов пожарной безопасности. Пассивная противопожарная защита. Термины и определения:

СТБ 11.0.03-95. – Изд. 2011 с изм. 1, 2 (ИУС РБ № 1-2001; ИУ ТНПА № 12-2010). – Введ. 16.04.95. – Минск:

БелГИСС, 2011.

См. сноску 11.

Fire and industrial safety (technical sciences)

Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси, Т. 5, № 4, 2021

На рисунке 1 представлена модель помещения склада, выполненная в программном комплексе PyroSim, который является графическим пользовательским интерфейсом для

FDS.

а – фронтальный вид б – вид сверху

Рисунок 1. – Модель помещения склада с высокостеллажным хранением

Параметры реакции горения и пожарной нагрузки приняты в соответствии с типовой базой пожарной нагрузки согласно [11; 12]. Размеры пожарной нагрузки на стеллажах при- няты исходя из стандартизированных значений. Стеллажи по вертикали разделены негорю- чими экранами через каждые 4 м 14. Ширина проходов между стеллажами принята 3,5 м, а длина каждого стеллажа – 40 м. Вытяжные люки дымоудаления расположены равномерно над проходами между стеллажами с учетом максимально допустимых расстояний между ними.

При моделировании командный импульс на запуск ПДВ предусмотрен при срабаты- вании двух линейных ДПИ (сценарии 2 и 4). Извещатели размещены на расстоянии 4,5 м друг от друга и на расстоянии 0,5 м от плоскости перекрытия 15. Чувствительность линейных

ДПИ принята равной 4,5 %/м, что примерно соответствует 0,2 дБ/м и находится в норматив- ном диапазоне значений 16 (0,05–0,20 дБ/м).

Для контроля параметров пожара использовались следующие средства FDS: 1) верти- кальные плоскости распределения полей температуры и видимости, проходящие через гео- метрический центр очага горения пожарной нагрузки, а также находящиеся в плоскости стеллажей, размещенных слева и справа от стеллажа с очагом горения; 2) горизонтальная плоскость распределения поля видимости на высоте 1,7 м от пола; 3) среднее значение ви- димости в горизонтальной плоскости, размещенной на высоте 1,7 м от пола; 4) модельный датчик контроля газовой среды (Gas-phase Device Visibility), определяющий видимость в точке наблюдения (размещен на высоте 1,7 м от пола у эвакуационного выхода из помеще- ния).

В помещении склада предусмотрена спринклерная водозаполненная АУПТ. При расчет- ных сценариях 1 и 2 параметры и размещение оросителей АУПТ определялись согласно строи- тельным нормам17. Во внутристеллажном пространстве оросители размещены с шагом 1,5 м.

Для защиты внутристеллажного пространства выбраны специально предназначенные сприн- клерные оросители СОБР-17-В с коэффициентом производительности k = 1,28 л/(10·с·МПа1/2).

Требуемая интенсивность орошения защищаемой площади – 0,8 л/(с·м2) 18, а минимальное рабочее давление оросителя Р1 для обеспечения данной интенсивности орошения составляет

См. сноску 7.

См. сноску 7.

Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Оросители. Общие технические требования.

Методы испытаний: СТБ 11.16.06-2011/ГОСТ Р 51043-2002. – Введ. 30.05.11. – Минск: БелГИСС, 2011. – 34 с.

См. сноску 7.

См. сноску 7.

390 Journal of Civil Protection, Vol. 5, No. 4, 2021 https://journals.ucp.by/index.php/jcp

Пожарная и промышленная безопасность (технические науки)

0,4 МПа 19. Расход огнетушащего вещества через ороситель СОБР-17-В при рабочем давле- нии Р1 составляет 8,1 л/с.

Под перекрытием помещения для защиты приняты спринклерные оросители СВН-10 с коэффициентом производительности k = 0,35 л/(10·с·МПа1/2). Оросители размещены под перекрытием с сеткой 3,0Ч3,0 м. Требуемая интенсивность орошения защищаемой пло- щади – 0,12 л/(с·м2), а минимальное рабочее давление оросителя Р2 для обеспечения данной интенсивности орошения составляет 0,3 МПа 20. Расход огнетушащего вещества через оро- ситель СВН-10 при рабочем давлении Р2 составляет 1,9 л/с. Расстояние до плоскости пере- крытия от оросителя принято 0,2 м21.

Температура срабатывания для всех оросителей принята равной 68 °С, а медианный размер капель водяного факела – 150 мкм 22.

Параметры и размещение оросителей АУПТ для расчетных сценариев 3 и 4 опреде- лялись согласно СП 241.1311500.2015 23. Расстояние между розеткой оросителя и верхним уровнем складированной продукции принято 0,9 м. Оросители установлены с сеткой

3,0Ч3,0 м. Минимальный расход диктующего оросителя qдикт составляет 9,7 л/с.

Для расчета параметров ПДВ приняты следующие исходные данные: высота неза- дымляемой зоны Z = 2,5 м от пола помещения; горючая нагрузка – резина (теплота сгорания

Qр = 36 000 кДж/кг, удельная скорость выгорания ψуд = 0,0112 кг/(м2·с)); площадь очага по- жара Fг = 9 м2; площадь помещения Fпом = 3000 м2; периметр ограждающих конструкций

Lок = 220 м; температура воздуха в помещении tв = 20 °С; температура наружного воздуха tн = 20 °С; высота помещения от пола до места выброса продуктов горения Hп.г = 14 м. Расчет параметров ПДВ для включения в модель пожара проводился согласно Р НП «АВОК» 5.5.1–

2018 24. В результате расчета определены следующие основные параметры ПДВ: площадь проема дымоудаления – 2,1 м2, часовой объемный расход удаляемых продуктов горения –

26 220 м3/ч.

Расчет необходимого времени эвакуации людей. Для оценки влияния спринклер- ной АУПТ и ПДВ на необходимое время эвакуации людей выполнено два расчета времени задымления помещения склада с высокостеллажным хранением: без применения указанных систем и с применением только ПДВ, запуск которой осуществляется от ДПИ.

По сценарию загорание происходит на нижнем ярусе одного из стеллажей. В резуль- тате моделирования установлено, что при времени моделирования 100 с температура кон- вективной колонки достигала максимального значения 720 °С, что значительно превышает температуру воспламенения принятой пожарной нагрузки (рис. 2). Воспламенение находя- щейся на соседних стеллажах пожарной нагрузки происходило через 50 с от начала горения.

Время наступления критического значения видимости в горизонтальной плоскости помещения на высоте 1,7 м составило 62 с от начала горения и 74 с у эвакуационного выхода в той же плоскости. Зависимость расстояния предельной видимости от времени горения и поля распределения видимости в вышеуказанные моменты времени в горизонтальной плоскости помещения приведена на рисунке 3.

Ороситель спринклерный быстродействующий повышенной производительности «СОБР» [Электронный ре- сурс] / Спецавтоматика – системы автоматического пожаротушения. – Режим доступа: https://sa-biysk.ru/upload/ iblock/cfa/СОБР.pdf. – Дата доступа: 29.06.2021.

Ороситель спринклерный и дренчерный водяной «СВВ», «СВН», «ДВВ», «ДВН» [Электронный ресурс] /

Спецавтоматика – системы автоматического пожаротушения. – Режим доступа: https://sa-biysk.ru/upload/iblock/

76a/СВВ-СВН.ДВВ-ДВН.pdf. – Дата доступа: 29.06.2021.

См. сноску 7.

См. сноску 16.

См. сноску 11.

Расчет параметров противодымной защиты жилых и общественных зданий: Р НП «АВОК» 5.5.1–2018. –

Введ. 01.09.18. – М.: НП «АВОК», 2018. – 74 с.

Fire and industrial safety (technical sciences)

Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси, Т. 5, № 4, 2021

Рисунок 2. – Поле распределения температуры в помещении склада в момент достижения ее макси- мального значения 720 °С в перпендикулярной потолку плоскости, проходящей через очаг пожара

а – в горизонтальной плоскости помещения на высоте 1,7 м

б – у эвакуационного выхода в горизонтальной плоскости помещения на высоте 1,7 м

Рисунок 3. – Зависимость расстояния предельной видимости от времени горения (слева) и поля распределения видимости (справа) в моменты наступления критического значения видимости при моделировании пожара без применения АУПТ и ПДВ

При моделировании пожара в помещении склада с применением только ПДВ, запуск которой осуществляется от ДПИ, сценарий загорания был аналогичен описанному выше.

В результате установлено, что при времени моделирования 100 с температура конвективной колонки достигала максимального значения 600 °С. Воспламенение находящейся на сосед- них стеллажах пожарной нагрузки происходило через 50 с от начала горения. Срабатывание двух извещателей и, соответственно, автоматическое открывание дымовых люков произо- шло спустя 12 с от начала горения. Время наступления критического значения видимости в горизонтальной плоскости помещения на высоте 1,7 м составило 75 с от начала горения и 85 с у эвакуационного выхода в той же плоскости. Зависимость расстояния предельной видимости от времени горения и поля распределения видимости в вышеуказанные моменты времени в горизонтальной плоскости помещения приведена на рисунке 4.

392 Journal of Civil Protection, Vol. 5, No. 4, 2021 https://journals.ucp.by/index.php/jcp

Пожарная и промышленная безопасность (технические науки)

а – в горизонтальной плоскости помещения на высоте 1,7 м

б – у эвакуационного выхода в горизонтальной плоскости помещения на высоте 1,7 м

Рисунок 4. – Зависимость расстояния предельной видимости от времени горения (слева) и поля распределения видимости (справа) в моменты наступления критического значения видимости при моделировании пожара без АУПТ, но с ПДВ

Расчет необходимого времени эвакуации при размещении оросителей во внут- ристеллажном пространстве. Расчет наступления критических значений расстояния пре- дельной видимости при установке оросителей во внутристеллажном пространстве прово- дился при различных алгоритмах взаимодействия спринклерной АУПТ и ПДВ.

Моделирование по алгоритму запуска ПДВ от спринклерной АУПТ (сценарий 1) по- казало следующие результаты. Срабатывание первого спринклерного оросителя, находяще- гося наиболее близко к очагу пожара, произошло через 8 с (рис. 5).

Рисунок 5. – Поле распределения температуры в момент срабатывания первого оросителя в перпендикулярной потолку плоскости, проходящей через очаг пожара

После срабатывания АУПТ по заложенному алгоритму автоматически открывались дымовые люки ПДВ. Всего за 600 с моделирования сработал 1 ороситель, а температура кон- вективной колонки не превышала 100 °С. После срабатывания оросителя температура на по- верхности стеллажей не превышала 26 °С и воспламенение размещенной на них пожарной нагрузки не произошло. Время наступления критического значения видимости в горизон- тальной плоскости помещения на высоте 1,7 м составило 49 с от начала горения и 148 с у эвакуационного выхода в той же плоскости. Следует отметить, что после срабатывания оросителя в зоне его размещения происходит резкое опускание слоя дыма и он поступает в верхнюю часть помещения позже по сравнению с вариантом без АУПТ и ПДВ.

Fire and industrial safety (technical sciences)

Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси, Т. 5, № 4, 2021

При моделировании пожара и взаимодействии АУПТ и ПДВ по 2-му сценарию полу- чены следующие результаты. Срабатывание двух извещателей и, соответственно, автомати- ческое открывание дымовых люков произошло по истечении 12 с от начала горения. Первый спринклерный ороситель, находящийся наиболее близко к очагу горения, сработал спустя

8 с. Всего за 600 с моделирования сработал 1 ороситель. Температура конвективной колонки не превышала 43 °С, т.е. была ниже температуры воспламенения пожарной нагрузки (265 °С для РТИ). Температура на поверхности соседних стеллажей не превышала 25 °С и, соответ- ственно, воспламенение размещенной на них пожарной нагрузки не произошло. Динамика распределения дыма в объеме помещения была аналогична расчетному сценарию 1. Время наступления критического значения видимости в горизонтальной плоскости помещения на высоте 1,7 м составило 34 с от начала горения и 61 с у эвакуационного выхода в той же плос- кости.

Расчет необходимого времени эвакуации при размещении оросителей АУПТ под перекрытием по всей площади помещения. Расчет наступления критических значений расстояния предельной видимости при размещении оросителей АУПТ только под перекры- тием по всей площади помещения проводился при различных алгоритмах взаимодействия спринклерной АУПТ и ПДВ. Моделирование по первому алгоритму запуска ПДВ от сприн- клерной АУПТ (сценарий 3) показало следующие результаты. Спустя 27 с от начала горения произошло одновременное срабатывание двух спринклерных оросителей, находящихся наиболее близко к очагу горения.

После срабатывания АУПТ по заложенному алгоритму автоматически открывались дымовые люки ПДВ. Далее происходило постепенное срабатывание оросителей, установ- ленных вблизи очага пожара. Всего за 600 с моделирования сработало 13 оросителей. Тем- пература конвективной колонки не превышала 165 °С. После срабатывания оросителей тем- пература на поверхности стеллажей не превышала 35 °С и воспламенение размещенной на них пожарной нагрузки не произошло. При срабатывании оросителей в зоне их размещения произошло резкое опускание припотолочного слоя дыма (рис. 6). Время наступления крити- ческого значения видимости в горизонтальной плоскости помещения на высоте 1,7 м соста- вило 37 с от начала горения и 61 с у эвакуационного выхода в той же плоскости.

Моделирование по второму алгоритму запуска ПДВ от спринклерной АУПТ при раз- мещении оросителей только под перекрытием по всей площади помещения (сценарий 4) по- казало следующие результаты. Срабатывание двух извещателей и, соответственно, автома- тическое открывание дымовых люков произошло спустя 12 с от начала горения. Первые два оросителя, находящиеся наиболее близко к очагу горения, сработали через 27 с, а затем по- степенно происходило срабатывание оросителей, установленных рядом.

Всего за 600 с моделирования сработало 34 оросителя. Температура конвективной ко- лонки достигала 365 °С, т.е. превышала температуру воспламенения пожарной нагрузки

(265 °С для РТИ). Вместе с тем за счет срабатывания большого количества оросителей тем- пература на поверхности стеллажей не превышала 50 °С и воспламенение размещенной на них пожарной нагрузки не произошло.

Время наступления критического значения видимости в горизонтальной плоскости помещения на высоте 1,7 м составило 38 с от начала горения и 51 с у эвакуационного выхода в той же плоскости. Динамика распределения дыма в объеме помещения была аналогична расчетному сценарию 3, т.е. при срабатывании оросителей в зоне их размещения происхо- дило резкое опускание припотолочного слоя дыма.

394 Journal of Civil Protection, Vol. 5, No. 4, 2021 https://journals.ucp.by/index.php/jcp

Пожарная и промышленная безопасность (технические науки)

а б

в г

д е

ж з а, б – перед срабатыванием первых двух оросителей; в, г – в момент срабатывания первых двух оросителей;

д, е – в момент срабатывания четырех оросителей; ж, з – в момент срабатывания шести оросителей

Рисунок 6. – Поля распределения видимости (а, в, д, ж) в перпендикулярной потолку плоскости, проходящей через очаг пожара, и распределение дыма (б, г, е, з) при срабатывании оросителей при моделировании по сценарию 3 (с размещением оросителей под перекрытием по всей площади помещения, запуск ПДВ осуществляется от АУПТ)

Заключение

Результаты проведенного численного моделирования обобщены и представлены в таб- лице 1. Согласно проведенным расчетам размещение оросителей во внутристеллажном про- странстве (сценарии 1 и 2) позволяет существенно снизить мощность пожара по сравнению с вариантами размещения оросителей только под перекрытием (сценарии 3 и 4): более чем в 5 раз при запуске ПДВ от АУПТ и почти в 20 раз при запуске ПДВ от ДПИ. Более быстрое нарастание мощности пожара при расчетном сценарии 4 по сравнению с иными сценариями может быть связано с тем, что при включении ПДВ в помещении возникает активное движе- ние газообразных веществ, в том числе кислорода в воздухе, что приводит к увеличению

Fire and industrial safety (technical sciences)

Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси, Т. 5, № 4, 2021

интенсивности горения. Высокая мощность пожара является причиной срабатывания боль- шего количества оросителей, что, в свою очередь, приводит к тому, что дым, находящийся в факеле разбрызгивания оросителя, опускается в нижнюю часть помещения. По этой при- чине блокирование путей эвакуации происходит значительно быстрее по сравнению с вари- антами защиты помещения только с использованием ПДВ либо без применения как АУПТ, так и ПДВ (табл. 1).

Таблица 1. – Результаты численного моделирования пожара в помещении склада

Склад без Склад без Расчетный сценарий

Параметр АУПТ АУПТ,

1 2 3 и ПДВ но с ПДВ

Время срабатывания ПДВ, с – 12 8 12 27

Время срабатывания первого ороси-

– – 8 8 27 теля, с

Время потери видимости в горизон- тальной плоскости помещения на вы- 62 75 49 34 37 соте 1,7 м, с

Время потери видимости у эвакуаци- онного выхода в горизонтальной плос- 74 85 148 61 61 кости помещения на высоте 1,7 м, с

Мощность пожара, МВт 360,0 134,0 1,5 1,4 8,2 27,0

Максимальная температура в конвек-

720 600 26 43 165 тивной колонке, °С

Количество сработавших оросителей

– – 1 1 13 за время моделирования (600 с)

Время от начала горения, спустя кото-

Не про- Не про- Не про- Не про- рое происходит возгорание соседних 50 изошло изошло изошло изошло стеллажей, с

Например, на рисунке 7 представлены поля распределения предельной видимости в горизонтальной плоскости на высоте 1,7 м от пола помещения в момент времени 62 с от начала горения, т.е. в момент блокирования путей эвакуации при отсутствии АУПТ и ПДВ в помещении склада.

а – АУПТ и ПДВ отсутствуют б – ПДВ запускается от ДПИ, АУПТ отсутствует

в – сценарий 1 г – сценарий 2

Рисунок 7. – Поля распределения предельной видимости в горизонтальной плоскости на высоте 1,7 м от пола помещения в момент времени 62 с от начала горения

396 Journal of Civil Protection, Vol. 5, No. 4, 2021 https://journals.ucp.by/index.php/jcp

Пожарная и промышленная безопасность (технические науки)

д – сценарий 3 е – сценарий 4

Рисунок 7. – Поля распределения предельной видимости в горизонтальной плоскости на высоте 1,7 м от пола помещения в момент времени 62 с от начала горения

Применение оросителей во внутристеллажном пространстве и, соответственно, за- пуск ПДВ от АУПТ (сценарий 1) позволяет увеличить время блокирования путей эвакуации в среднем в 1,3 раза по сравнению с вариантами, где ПДВ запускается от ДПИ (сценарии 2 и 4) либо от АУПТ с размещением оросителей под перекрытием (сценарий 3). Более того, при использовании алгоритма запуска ПДВ от АУПТ с расположением оросителей во внут- ристеллажном пространстве (сценарий 1) потеря видимости у эвакуационного выхода в горизонтальной плоскости помещения на высоте 1,7 м наступает в 1,7–2,9 раза дольше по сравнению со всеми остальными указанными в таблице 1 способами защиты помещения склада.

Таким образом, на основе результатов моделирования пожара при различных алго- ритмах взаимодействия АУПТ и ПДВ можно сделать вывод, что оптимальным алгоритмом взаимодействия указанных автоматических систем безопасности при защите складов с вы- сокостеллажным хранением является установка оросителей АУПТ во внутристеллажном пространстве и запуск ПДВ от АУПТ. Необходимо подчеркнуть, что при такой схеме защиты за счет быстрой локализации горения не происходит воспламенения соседних стеллажей в помещении. Также использование предложенной схемы защиты помещения склада с вы- сокостеллажным хранением позволяет эффективно сдерживать нарастание мощности по- жара, а абсолютное значение данного параметра одно из самых низких в сравнении с иными алгоритмами взаимодействия АУПТ и ПДВ. Более того, как отмечалось ранее, защита склада по сценарию 1 способствует увеличению времени блокирования путей эвакуации и эвакуа- ционного выхода продуктами горения и термического разложения в сравнении с остальными сценариями взаимодействия АУПТ и ПДВ.

Также в разрезе обсуждаемой темы влияния ПДВ на время срабатывания спринклер- ной АУПТ следует отметить, что, исходя из результатов выполненного в данной работе чис- ленного моделирования (табл. 1), включение ПДВ от ДПИ (сценарий 4) не влияет на время срабатывания первого спринклерного оросителя в сравнении с запуском ПДВ от АУПТ (сце- нарий 3), что согласуется с ранее полученными результатами ряда исследователей [3–5].

Таким образом, в результате численного моделирования пожара в помещении склада с высотным складированием материалов в программном комплексе FDS показано, что опти- мальным алгоритмом взаимодействия спринклерной АУПТ и ПДВ является установка оро- сителей АУПТ только во внутристеллажном пространстве и запуск ПДВ от АУПТ. Данная схема защиты позволяет локализовать очаг пожара без распространения на соседние стел- лажи и удерживать его мощность на минимальном уровне, а также увеличить время блоки- рования продуктами горения и термического разложения путей эвакуации людей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мешман, Л.М. Влияние системы противодымной вентиляции на работу автоматических устано- вок пожаротушения / Л.М. Мешман // АВОК. – 2016. – № 4. – С. 32–37.

Fire and industrial safety (technical sciences)

Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси, Т. 5, № 4, 2021

2. Thomas, P.H. Design of roof-venting systems for single-storey buildings / P.H. Thomas, P.L. Hinkley. –

London: HMSO, 1971.

3. Hinkley, P.L. Sprinklers and Vents Interaction. Experiments at Ghent / P.L. Hinkley [et al.] // Fire Sur- veyor. – 1992. – P. 18–23.

4. Hinkley, P.L. The Effect of Vents on the Opening of the First Sprinklers / P.L. Hinkley // Fire Safety

Journal. – 1986. – Vol. 11, Iss. 3. – P. 211–225. DOI: 10.1016/0379-7112(86)90064-0.

5. Cooper, L.Y. Smoke and Heat Venting / L.Y. Cooper // Ed. by P.J. DiNenno [et al.]. – 3rd ed. – Quincy,

Massachusetts: National Fire Protection Association, 2008. – Ch. 3. – Р. 3-236–3-240.

6. Cooper, L.Y. The interaction of an isolated sprinkler spray and a two-layer compartment fire environ- ment. Phenomena and model simulations / L.Y. Cooper // Fire Safety Journal. – 1995. – Vol. 25, Iss. 2. –

P. 89–107. DOI: 10.1016/0379-7112(95)00037-2.

7. Cooper, L.Y. The interaction of an isolated sprinkler spray and a two-layer compartment fire environ- ment / L.Y. Cooper // International Journal Heat and Mass Transfer. – 1995. – Vol. 38, Iss. 4. – P. 679–

690. DOI: 10.1016/0017-9310(94)00188-2.

8. McGrattan, K. Modeling Enclose Fires Using Computational Fluid Dynamics (CFD) / K. McGrattan,

S. Miles // Ed. by P.J. DiNenno [et al.]. – 4th ed. – Quincy, Massachusetts: National Fire Protection

Association, 2008. – Ch. 3. – Р. 3-229–3-247.

9. Дектерев, А.А. Моделирование динамики пожаров в спортивных сооружениях / А.А. Дектерев

[и др.] // Пожарная безопасность. – 2007. – № 4. – С. 49–58.

10. Рыжков, А.М. Применение полевого метода математического моделирования пожаров в помеще- ниях. Методические рекомендации / А.М. Рыжов [и др.]. – М.: ВНИИПО, 2002. – 35 с.

11. Кошмаров, Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: учеб. пособие /

Ю.А. Кошмаров. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2000. – 118 с.

12. Корольченко, А.Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Спра- вочник: в 2 ч. / А.Я. Корольченко, Д.А. Корольченко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Асс. «Пож- наука», 2004. – Ч. 2. – 774 с.

398 Journal of Civil Protection, Vol. 5, No. 4, 2021 https://journals.ucp.by/index.php/jcp

Пожарная и промышленная безопасность (технические науки)

Влияние алгоритма взаимодействия автоматических установок пожаротушения
и противодымной вентиляции на время блокирования эвакуационных путей
и эффективность локализации пожара в помещениях высокостеллажного хранения
Influence of the algorithm of interaction of automatic extinguishing systems and heat
and smoke vents on the time of blocking emergency exits and the efficiency
of fire localization in high-rack storage warehouses
––––––––––––––––––––
Суриков Андрей Валерьевич                      Andrey V. Surikov
кандидат технических наук                      PhD in Technical Sciences
Государственное учреждение образования         State Educational Establishment «University
«Университет гражданской защиты                of Civil Protection of the Ministry for Emergency
Министерства по чрезвычайным ситуациям         Situations of the Republic of Belarus»,
Республики Беларусь», кафедра организации      Chair of Organization of Service, Supervision
службы, надзора и правового обеспечения,       and Law Support, Head of the Chair
начальник кафедры
Адрес: ул. Машиностроителей, 25,               Address: Mashinostroiteley str., 25,
220118, г. Минск, Беларусь                       220118, Minsk, Belarus
Email: shurikoff@bk.ru                         Email:     shurikoff@bk.ru
ORCID: 0000-0002-3659-7297                     ORCID: 0000-0002-3659-7297
––––––––––––––––––––
Калантарли Агаверди Тахир оглы                 Agaverdi T. Kalantarli
Государственное учреждение образования         State Educational Establishment «University
«Университет гражданской защиты                of Civil Protection of the Ministry for Emergency
Министерства по чрезвычайным ситуациям         Situations of the Republic of Belarus»,
Республики Беларусь», факультет подготовки     Administration Training Faculty,
руководящих кадров, магистрант                 graduate student
Адрес: ул. Машиностроителей, 25,               Address: Mashinostroiteley str., 25,
220118, г. Минск, Беларусь                       220118, Minsk, Belarus
Email: agaverdi.kalantarli.95@mail.ru          Email:     agaverdi.kalantarli.95@mail.ru
––––––––––––––––––––
Рябцев Виталий Николаевич                      Vitaly N. Ryabtsev
кандидат технических наук, доцент              PhD in Technical Sciences, Associate Professor
Государственное учреждение образования         State Educational Establishment «University
«Университет гражданской защиты                of Civil Protection of the Ministry for Emergency
Министерства по чрезвычайным ситуациям         Situations of the Republic of Belarus»,
Республики Беларусь», кафедра автоматиче-      Chair of Automatic Safety Systems,
ских систем безопасности, начальник кафедры Head of the Chair
Адрес: ул. Машиностроителей, 25,               Address: Mashinostroiteley str., 25,
220118, г. Минск, Беларусь                       220118, Minsk, Belarus
Email: v.reabtsev@ucp.by                       Email:     v.reabtsev@ucp.by
ORCID: 0000-0002-2830-591X                     ORCID: 0000-0002-2830-591X
––––––––––––––––––––
Лихоманов Алексей Олегович                     Aleksey O. Likhomanov
Государственное учреждение образования         State Educational Establishment «University
«Университет гражданской защиты                of Civil Protection of the Ministry for Emergency
Министерства по чрезвычайным ситуациям         Situations of the Republic of Belarus»,
Республики Беларусь», кафедра автоматиче-      Chair of Automatic Safety Systems,
ских систем безопасности, преподаватель        Lecturer
Адрес: ул. Машиностроителей, 25,               Address: Mashinostroiteley str., 25,
220118, г. Минск, Беларусь                       220118, Minsk, Belarus
Email: alexlikh20@gmail.com                    Email:     alexlikh20@gmail.com
ORCID: 0000-0002-9374-1486                     ORCID: 0000-0002-9374-1486

Fire and industrial safety (technical sciences)

Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси, Т. 5, № 4, 2021

DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2021.5-4.387

INFLUENCE OF THE ALGORITHM OF INTERACTION OF AUTOMATIC

EXTINGUISHING SYSTEMS AND HEAT AND SMOKE VENTS ON THE TIME OF

BLOCKING EMERGENCY EXITS AND THE EFFICIENCY OF FIRE LOCALIZATION

IN HIGH-RACK STORAGE WAREHOUSES

Surikov A.V., Kalantarli A.T., Ryabtsev V.N., Likhomanov A.O.

Purpose. On the basis of numerical modeling of fire to determine the optimal algorithm of the inter- action of automatic extinguishing systems and heat and smoke vents in terms of blocking the emergency exits and the efficiency of fire localization in the high-rack storage warehouse.

Methods. In the work theoretical research methods (analysis, synthesis, comparison) are applied, as well as numerical modeling is carried out in the computational software package Fire Dynamics Simulator.

Findings. The numerical modeling of fire in the high-rack storage warehouse with dimensions of

60Ч50Ч14 m and a storage height of fire load of 12.5 m was carried out. In the result of the modeling, the optimal algorithm of the interaction of automatic extinguishing systems and heat and smoke vents in terms of blocking emergency exits and the efficiency of fire localization was determined: sprinklers are placed only in the space inside the rack, while the heat and smoke vent are triggered by a signal from the automatic extinguishing system. This protection scheme allows localizing the fire site without spreading to neighboring racks and keeping its power at a minimum level. Moreover, it allows increasing the time of blocking by products of combustion and thermal decomposition in the horizontal plane of the room at a height of 1.7 m the emergency exits on average 1.3 times and an evacuation exit by 1.7–2.9 times in comparison with other algorithms of interaction of the automatic extinguishing systems and heat and smoke vents.

Application field of research. The results can be used to determine the algorithms of the interaction of the automatic fire safety systems for protecting the high-rack storage warehouses.

Keywords: automatic extinguishing system, heat and smoke vent, high-rack storage warehouse, visi- bility in fire smoke, emergency exit, numerical modeling.

(The date of submitting: July 29, 2021)

REFERENCES

1. Meshman L.M. Vliyanie sistemy protivodymnoy ventilyatsii na rabotu avtomaticheskikh ustanovok pozharotusheniya [Influence of smoke ventilation on operation of automatic fire extinguishing units].

ABOK. 2016. No. 4. Pp. 32–37. (rus)

2. Thomas P.H., Hinkley P.L. Design of roof-venting systems for single-storey buildings. London: HMSO,

1971.

3. Hinkley P.L., Hansell G., Marshall N.R., Harrison R. Sprinklers and Vents Interaction. Experiments at

Ghent. Fire Surveyor. 1992. Pp. 18–23.

4. Hinkley P.L. The Effect of Vents on the Opening of the First Sprinklers. Fire Safety Journal. 1986.

Vol. 11, No 3. Pp. 211–225. DOI: 10.1016/0379-7112(86)90064-0.

5. Cooper L.Y. Smoke and Heat Venting. Ed. by P.J. DiNenno [et al.]. 3rd ed. Quincy, Massachusetts:

National Fire Protection Association. 2008. Ch. 3. Рp. 3-236–3-240.

6. Cooper L.Y. The interaction of an isolated sprinkler spray and a two-layer compartment fire environ- ment. Phenomena and model simulations. Fire Safety Journal. 1995. Vol. 25, No. 2. Pp. 89–107. DOI:

10.1016/0379-7112(95)00037-2.

7. Cooper L.Y. The interaction of an isolated sprinkler spray and a two-layer compartment fire environ- ment. International Journal Heat and Mass Transfer. 1995. Vol. 38, No. 4. Pp. 679–690. DOI:

10.1016/0017-9310(94)00188-2.

8. McGrattan K., Miles S. Modeling Enclose Fires Using Computational Fluid Dynamics (CFD). Ed. by

P.J. DiNenno [et al.]. 4th ed. Quincy, Massachusetts: National Fire Protection Association. 2008. Ch. 3.

Рp. 3-229–3-247.

9. Dekterev A.A., Gavrilov A.A., Litvintsev K.Yu., Amel'chugov S.P., Seregin S.N. Modelirovanie dina- miki pozharov v sportivnykh sooruzheniyakh [Simulation of the dynamics of fires in sports facilities].

Fire safety. 2007. No. 4. Pp. 49–58. (rus)

400 Journal of Civil Protection, Vol. 5, No. 4, 2021 https://journals.ucp.by/index.php/jcp

Пожарная и промышленная безопасность (технические науки)

10. Ryzhkov A.M. [et al.]. Primenenie polevogo metoda matematicheskogo modelirovaniya pozharov v pomeshcheniyakh. Metodicheskie rekomendatsii [Application of the field method for mathematical modeling of indoor fires. Guidelines]. Moscow: FGBU VNIIPO EMERCOM of Russia, 2002. 35 p. (rus)

11. Koshmarov Yu.A. Prognozirovanie opasnykh faktorov pozhara v pomeshchenii [Prediction of hazardous factors of fire in a room]: textbook. Moscow: State Fire Academy of EMERCOM of Russia. 2000. 118 p.

(rus)

12. Korol'chenko A.Ya., Korol'chenko D.A. Pozharovzryvoopasnost' veshchestv i materialov i sredstva ikh tusheniya [Fire and explosion hazard of substances and materials and means of their extinguishing]:

handbook: in 2 parts. 2nd ed., revised. Moscow: Association «Pozhnauka». 2004. Part 2. 774 p. (rus)

Fire and industrial safety (technical sciences)