С. В. Пузач; Ю. Ю. Журавлев. Оценка времени блокирования путей эвакуации по объемной счетной концентрации твердых частиц дыма, образующегося при горении твердых горючих материалов в помещении
Введение. В качестве опасного фактора пожара в научной и нормативной литературе учитывается только одно опасное свойство дыма — снижение видимости. Поэтому оценка времени блокирования путей эвакуации по объемной счетной концентрации твердых частиц дыма является актуальной научной задачей. Цели и задачи. Целью работы является экспериментально-теоретическая оценка времени блокирования путей эвакуации во время пожара в помещении по объемной концентрации твердых частиц дыма. Для достижения поставленной цели необходимо провести экспериментальное исследование дымообразующей способности горючих материалов по количеству частиц дыма и получить формулу для расчета времени блокирования путей эвакуации по объемной счетной концентрации твердых частиц дыма. Методы. Экспериментальный метод измерения количества, размеров и массы взвешенных твердых частиц в газовой среде, образующейся в маломасштабной… Оригинал: https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1489 (PDF: https://www.fire-smi.ru/jour/article/download/1489/836).
Объём оцифровки: 45,201 знаков. Ссылки внутри текста ведут на карточки источников и публикаций библиотеки.
Источник: Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety, 2025, 34(2):50–59; DOI: 10.22227/0869-7493.2025.34.02.50-59
URL: https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1489
PDF: https://www.fire-smi.ru/jour/article/download/1489/836
Авторские права на публикацию принадлежат авторам и редакции журнала «Пожаровзрывобезопасность»; полный текст приведён со ссылкой на первоисточник.
MATHEMATICAL MODELLING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAMME COMPLEXES
НАУЧНАЯ СТАТЬЯ/RESEARCH PAPER
УДК 614.841
https://doi.org/10.22227/0869-7493.2025.34.02.50-59
Оценка времени блокирования путей эвакуации по объемной счетной концентрации твердых частиц дыма, образующегося при горении твердых горючих материалов в помещении
Сергей Викторович Пузач1 , Юрий Юрьевич Журавлев2
Академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, г. Москва, Россия
Департамент надзорной деятельности и профилактической работы МЧС России, г. Москва, Россия
АННОТАЦИЯ
Введение. В качестве опасного фактора пожара в научной и нормативной литературе учитывается только одно опасное свойство дыма — снижение видимости. Поэтому оценка времени блокирования путей эвакуации по объемной счетной концентрации твердых частиц дыма является актуальной научной задачей.
Цели и задачи. Целью работы является экспериментально-теоретическая оценка времени блокирования путей эвакуации во время пожара в помещении по объемной концентрации твердых частиц дыма. Для достижения поставленной цели необходимо провести экспериментальное исследование дымообразующей способности горючих материалов по количеству частиц дыма и получить формулу для расчета времени блокирования путей эвакуации по объемной счетной концентрации твердых частиц дыма.
Методы. Экспериментальный метод измерения количества, размеров и массы взвешенных твердых частиц в газовой среде, образующейся в маломасштабной опытной установке при горении различных веществ и материалов. Аналитический метод расчета времени блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара.
Результаты и их обсуждение. Предложена формула для расчета времени блокирования путей эвакуации по объемной концентрации твердых частиц дыма.
Получены экспериментальные зависимости от времени удельной массовой скорости газификации и удельные коэффициенты дымообразования по объемной счетной концентрации твердых частиц дыма с эквивалентным диаметром, меньшим 2,5 мкм, при испытаниях образцов древесины, изоляции кабелей и элементов микроэлектроники.
Представлены результаты численных экспериментов по расчету времени блокирования путей эвакуации по потере видимости в дыму и по объемной счетной концентрации твердых частиц дыма.
Обнаружено, что объемная концентрация частиц дыма может быть первым опасным фактором пожара, блокирующим пути эвакуации.
Выводы. Наиболее опасные по воздействию на организм человека во время его эвакуации при пожаре мелкодисперсные твердые частицы дыма с эквивалентным диаметром, меньшим 2,5 мкм, могут быть опасным фактором пожара, первым блокирующим пути эвакуации.
Ключевые слова: пожар; сажа; древесина; изоляция кабеля; микроэлектроника; эвакуация; токсикология
Для цитирования: Пузач С.В., Журавлев Ю.Ю. Оценка времени блокирования путей эвакуации по объемной счетной концентрации твердых частиц дыма, образующегося при горении твердых горючих материалов в помещении // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2025. Т. 34. № 2. С. 50–59.
DOI: 10.22227/0869-7493.2025.34.02.50-59
Пузач Сергей Викторович, e-mail: puzachsv@mail.ru
Estimation of the blocking time of evacuation routes based on the volume counting concentration of solid smoke particles produced by burning solid combustible materials in a room
Sergey V. Puzach1 , Yuri Yu. Zhuravlev2
The State Fire Academy of the Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination on Consequences of Natural Disasters, Moscow, Russian Federation
Fire Safety Department of Supervision and Fire Prevention of EMERCOM of Russia, Moscow, Russian Federation
50 © С.В. Пузач, Ю.Ю. Журавлев, 2025
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ
ABSTRACT
Introduction. As a fire hazard in the scientific and regulatory literature, only one hazardous property of smoke is taken into account — reduced visibility. Therefore, estimating the blocking time of escape routes by the volumetric counting concentration of solid smoke particles is an urgent scientific task.
Aims and objectives. The aim of the work is experimental and theoretical estimation of the blocking time of evacuation routes during a fire in a room by the volume concentration of solid smoke particles. To achieve this goal, it is necessary to conduct an experimental study of the smoke-forming ability of combustible materials by the number of smoke particles and obtain a formula for calculating the time for blocking escape routes by the volumetric counting concentration of solid smoke particles.
Methods. An experimental method of measuring the amount, size and mass of suspended solids in a gaseous medium forming in a small-scale pilot plant during combustion of various substances and materials. Analytical method for calculation of evacuation route blocking time by fire hazards is used.
Results and discussion. Formula for calculation of evacuation route blocking time by volume concentration of solid smoke particles is proposed.
Experimental time dependences of the specific mass rate of gasification and specific smoke formation coefficients based on the volumetric count concentration of solid smoke particles with an equivalent diameter less than
2.5 μm were obtained during testing of specimens of wood, cable insulation, and microelectronic elements.
The results of numerical experiments on calculation of time of blocking evacuation routes due to loss of visibility in smoke and the volumetric count concentration of solid smoke particles are presented.
It was found that the volumetric concentration of smoke particles can be the first fire hazard blocking escape routes.
Conclusions. Solid smoke particles with an equivalent diameter less than 2.5 μm, which are the most dangerous to the human body during evacuation in case of fire, can be a fire hazard that first blocks the escape routes.
Keywords: fire; soot; wood; cable insulation; microelectronics; evacuation; toxicology
For citation: Puzach S.V., Zhuravlev Yu.Yu. Estimation of the blocking time of evacuation routes based on the volume counting concentration of solid smoke particles produced by burning solid combustible materials in a room. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2025; 34(2):50-59. DOI: 10.22227/0869-
7493.2025.34.02.50-59 (rus).
Sergey Viktorovich Puzach, e-mail: puzachsv@mail.ru
Введение центрации твердых частиц дыма с эквивалентным Токсичность и оптические свойства газовой среды диаметром d ≤ 2,5 мкм является актуальной научной помещения при пожаре существенно зависят от раз- задачей. меров и концентрации мелкодисперсных частиц В работе [18] выполнена экспериментальная дыма, состоящих из сажи и твердых окислов [1–4]. оценка объемной массовой и счетной концентрации, При этом особое внимание уделяется вопросу рас- а также размеров твердых частиц дыма, образую чета потери видимости в дыму как опасному фак- щихся при горении образцов древесины, изоляции тору пожару, наиболее часто первым блокирующим кабелей и элементов микроэлектроники. Результаты пути эвакуации [5, 6]. вышеуказанной работы после проведения дополни- Вышеуказанные частицы адсорбируют токсич- тельных испытаний могут быть использованы для ные соединения [2, 3, 7, 8], и их попадание в дыха- определения дымообразующей способности рассмат тельные пути человека даже при кратковременном риваемых материалов по количеству частиц дыма. воздействии может вызвать отравление организма Целью работы является экспериментально- человека и существенное увеличение времени его теоретическая оценка времени блокирования путей эвакуации [9–12]. При этом наиболее опасными эвакуации во время пожара в помещении по объемявляются взвешенные частицы с эквивалентным ной концентрации твердых частиц дыма с эквивадиаметром d ≤ 2,5 мкм (PM2,5) [13–15], что под- лентным диаметром d ≤ 2,5 мкм, образующихся при тверждено медицинскими исследованиями [16, 17]. горении горючих материалов. Из-за сложности измерения параметров про- Для достижения поставленной цели необходимо: цесса образования частиц дыма в настоящее время ● провести экспериментальное исследование дымонет данных по дымообразующей способности горю- образующей способности горючих материалов чих веществ и материалов по количеству частиц по количеству частиц дыма на примере образцов дыма. Поэтому в качестве опасного фактора пожара древесины, изоляции кабелей и элементов микроучитывается только одно опасное свойство дыма — электроники; снижение видимости [1]. ● получить формулу для расчета времени блокиро- Поэтому определение оценки времени блокиро- вания путей эвакуации по объемной счетной конвания путей эвакуации по объемной счетной кон- центрации твердых частиц дыма.
MATHEMATICAL MODELLING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAMME COMPLEXES
Математическая модель расчета времени В соответствии с работой [1]: блокирования путей эвакуации по объемной счетной концентрации твердых частиц дыма Mτ = Aτn, (5)
Уравнение закона сохранения количества твердых где A — размерный параметр, учитывающий удельчастиц дыма в помещении без учета коагуляции (сли- ную массовую скорость выгорания и площадь яния) частиц, седиментации частиц дыма на поверх- пожара, кг/сn;
ностях ограждающих конструкций и в отсутствие n — показатель степени, учитывающий изменеработы системы дымоудаления имеет вид [1]: ние массы выгорающего материала по времени.
Уравнение (3) является обыкновенным диффе-
T , (1) ренциальным уравнением с разделяющимися пере-
K инг t менными, решение которого с учетом формулы (5) где V — объем помещения, м3; имеет вид [1]:
τ — время от начала пожара, с; 1/n
Nчm — среднеобъемная концентрация частиц B
N V τ 1 чm . (6) дыма в помещении, 1/м3; A BDч
Dч — дымообразующая способность горючего материала по количеству частиц дыма, 1/кг; Зависимость локальной объемной концентра-
Ψ — массовый расход продуктов газификации ции частиц на высоте рабочей зоны помещения горючего материала, кг/с; от среднеобъемной концентрации частиц имеет сле-
Gm — массовый расход газовой смеси, выходящей дующий вид [1]:
через открытые проемы помещения наружу, кг/с;
ρm — среднеобъемная плотность газовой среды N чm кр
Z, (7) помещения, кг/м3. N чm
На начальной стадии пожара, когда через открытые проемы помещения выходит наружу только где (Nчm)кр — локальная критическая объемная конгазовая смесь помещения и нет притока внутрь центрация частиц дыма в помещении на высоте наружного воздуха, массовый расход газовой смеси, рабочей зоны, 1/м3;
выходящей через открытые проемы помещения zрз zрз
Z exp 1,4 — параметр, характеризу- наружу, равен [1]: H H ющий распределение величин опасных факторов по высоте помещения;
, (2) zрз — высота рабочей зоны, м;
H — высота помещения, м.
где Qнр — низшая рабочая теплота сгорания, Дж/кг; Тогда время блокирования путей эвакуации η — полнота сгорания; по объемной счетной концентрации твердых частиц φ — коэффициент теплопотерь; дыма с учетом выражения (7) равно:
cp — удельная массовая теплоемкость газовой
B N чm
V
1/n среды помещения, Дж/(кг∙К);
1 , (8) ч кр τбл
Tm — среднеобъемная температура газовой среды A BDч Z помещения, К.
С учетом выражения (2) уравнение (1) прини- где τ нбл — время блокирования путей эвакуации мает вид: по объемной счетной концентрации твердых частиц дыма, с.
V dN чm N V
1 чm , (3) Время блокирования путей эвакуации по сниже-
ΨDч dτ BDч нию видимости в дыму равно [1]:
c p ρоTоV где B — размерный комплекс, кг.
1 n ηQнр ( 1 φ ) д B
Vln 1,05αE
τбл ln 1
, (9)
Масса горючего материала, сгоревшего к моменту A Lкр BDm Z
времени τ, равна [1]:
τ где τ чбл — время блокирования путей эвакуации по снижению видимости, с;
Ψdτ M , τ (4) α — коэффициент отражения предметов на путях эвакуации;
где Мτ — масса сгоревшего горючего материала, кг. Е — начальная освещенность, лк;
52 POZHAROVZRYVOBEZOPASNOST/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2025 VOL. 34 NO. 2
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ
Lкр — критическое значение дальности видимости, м;
Dm — удельный коэффициент дымообразования по оптической плотности дыма, м2/кг.
Принимаем в соответствии с Приказом1 φ = 0,3;
α = 0,3; Е = 50 лк.
Критическое значение дальности видимости принимаем равным Lкр F (позволяет в общем виде оценить фактическое расстояние от наиболее удаленной точки помещения до эвакуационного выхода), где F — площадь пола помещения, м.
Рассматривалось круговое распространение пожара по поверхности твердого горючего материа- ла [1]: n = 3.
Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента Рис. 2. Образцы древесины, кабеля и элементов микро Для достижения поставленной цели использова- электроники Fig. 2. Specimens of wood, cable and microelectronics elements лась экспериментальная установка [19, 20]2, представленная на рис. 1. Методика проведения эксперимента подробно при- Распределение частиц дыма по их размерам ведена в работе [18]. и оценка их объемной концентрации определялись В качестве исследуемых материалов взяты об с использованием счетчика частиц OPC-N2 [18]. разцы древесины, изоляции кабелей и элементов микроэлектроники, которые представлены на рис. 2.
Результаты экспериментов и их анализ
Зависимости удельной массовой скорости выго-
4
11 рания от времени эксперимента для рассматривае мых горючих нагрузок представлены на рис. 3.
9 Из рис. 3 видно, что удельная массовая скорость
1 выгорания образца древесины существенно выше соответствующих величин для изоляции кабеля и элементов микроэлектроники.
7 Так как в соответствии с рис. 1 через счетчик частиц OPC-N2 (11) проходили не все частицы
Рис. 1. Схема размещения OPC-N2 в экспериментальной дыма, поступающие в камеру экспозиции (3), то для установке: 1 — камера сгорания; 2 — переходной рукав; определения суммарного количества частиц дыма,
3 — камера экспозиции; 4 — термопары; 5 — зонд отбора проб; 6 — вентилятор; 7 — весы; 8 — держатель образца; 0,04
9 — электронагревательный элемент; 10 — газоаналитиче-
0,035 ское оборудование; 11 — счетчик частиц OPC-N2
Fig. 1. Layout of the OPC-N2 in the experimental installation: 0,03 ψsp, kg/(m2∙s) ψуд, кг/(м2∙с)
1 — combustion chamber; 2 — adapter hose; 3 — exposure 0,025 camera; 4 — thermocouples; 5 — sampling probe; 6 — fan; 0,02 7 — scales; 8 — specimen holder; 9 — electric heating element; 0,015 10 — gas analytical equipment; 11 — particle counter OPC-N2 0,01 1 0,005 Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и пожарных отсеках различных классов функциональной пожарной опасности : Приказ 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 МЧС России от 14 ноября 2022 г. № 1140. τ, с / τ, s Пузач С.В., Сулейкин Е.В., Акперов Р.Г. Установка для опреде- Рис. 3. Зависимости удельной массовой скорости выгорания ления пожарной опасности конденсированных материалов при для рассматриваемых горючих нагрузок: 1 — древесина; 2 — их термическом разложении: Патент Российской Федерации кабель; 3 — элементы микроэлектроники на полезную модель № 174688. Заявка № 2017113747, приори- Fig. 3. Dependencies of specific mass burn-up rate for considered тет полезной модели 20.04.2017 г., дата государственной реги- combustible loads: 1 — wood; 2 — cable; 3 — microelectronics страции 26.10.2017. elements
MATHEMATICAL MODELLING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAMME COMPLEXES
находящихся в камере экспозиции за время экспе- Дымообразующая способность горючего материмента, применялись две приближенные оценки: риала по количеству частиц дыма определялась
● оценка № 1: по следующим формулам:
● оценка № 1:
S1 = Nч,срVк , (10)
S1 где S1 — суммарное количество частиц дыма, нахо- Dч1 τ ; (13) э
дящееся в камере экспозиции за время эксперимента; Ψdτ Nч,ср — средняя концентрация частиц, прошед- ● оценка № 2: ших через счетчик частиц за время эксперимента, 1/м3; S2 Dч2 τ . (14) Vк — объем камеры экспозиции установки (3) э
(рис. 1), м3;
Ψdτ
● оценка № 2:
Результаты обработки полученных эксперимен- S2 = Ss, (11) тальных данных по дымообразующей способности где S2 — суммарное количество частиц дыма, нахо- горючего материала по количеству частиц дыма дящееся в камере экспозиции за время экспери- с эквивалентным диаметром d ≤ 2,5 мкм в соответствии с формулами (10)–(14) представлены в табл. 1. мента; Ss — количество всех частиц, прошедших через счетчик частиц за время эксперимента. Исходные данные Средняя объемная концентрация частиц, продля проведения численных экспериментов шедших через счетчик частиц за время экспери- Размеры помещения принимались следующими: мента, равна: ● площадь пола помещения изменялась в диапазоне F = 18 ÷ 576 м2; Sср N ч,ср , (12) ● высота помещения равнялась H = 3 и 6 м; Wτ э ● объем помещения изменялся соответственно в пределах V = 54 ÷ 3456 м3. где Sср — среднее за время эксперимента количество Величина площади пола была пропорциональна частиц, прошедших через счетчик частиц; 6 м — расстоянию между несущими колоннами. W — объемный расход вентилятора счетчика Для проведения численных экспериментов частиц, м3/с; рассматривались горючие нагрузки, параметры τэ — время эксперимента, с. которых наиболее близки к исследуемым горючим Принимаем, что Vк = 0,5887 м3 [19, 20] и W = материалам и представлены в табл. 2 (wпл — линей- = 1 л/мин (в соответствии с паспортом счетчика ная скорость распространения пламени, м/с; LО2 — частиц OPC-N2). удельный коэффициент потребления кислорода). При этом не учитывалось количество частиц, При проведении численных экспериментов параадсорбированных на стенках камеры экспозиции. метры изоляции кабелей и элементов микроэлектро- Таблица 1. Дымообразующая способность горючего материала по количеству частиц дыма Table 1. Smoke generating capacity of combustible material by the number of smoke particles Суммарное количество частиц дыма, находящееся в камере экспозиции за время эксперимента Dч, 1/кг Горючий материал Total smoke particles in the exposure chamber during Dp, 1/kg Combustible material the experiment Dч1 Dч2 S1 S2 Dp1 Dp2 Древесина 4,75 ∙ 107 9,54 ∙ 105 6,05 ∙ 109 1,22 ∙ 108 Wood Кабель 3,84 ∙ 1012 1,45 ∙ 1011 2,96 ∙ 1014 1,11 ∙ 1013 Cable Элементы микроэлектроники 8,3 ∙ 107 2,4 ∙ 106 1,21 ∙ 1010 3,5 ∙ 108 Microelectronics elements
54 POZHAROVZRYVOBEZOPASNOST/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2025 VOL. 34 NO. 2
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ
Таблица 2. Параметры рассматриваемых горючих нагрузок Предельно допустимое значение массовой кон- Table 2. Parameters of combustible loads under consideration центрации частиц дыма в соответствии с ГН4 для Электрокабель АВВГ; Штабель древесины; частиц размером PM2,5 равно максимальной разовой ПВХ оболочка + хвойный + концентрации Xкр = 160 мкг/м3. Параметры + изоляция [1] + лиственный лес [1] Parameters AVVG electric cable; Wood stack; В соответствии с результатами экспериментов, PVC sheath + coniferous + представленных в работе [18], предельно допус + insulation [1] + deciduous forest [1] тимому значению массовой концентрации частиц Qнр, МДж/кг соответствуют следующие предельно допустимые 25 13,8 Qlo, MJ/kg объемные концентрации частиц (Nч,кр, 1/м3): ψуд, кг/(м2∙с) ● древесина: Nч,кр = 1,7 ∙ 108 1/м3; 0,0244 0,0145 ● кабель: массовая концентрация сразу пре- ψsp, kg/(m2∙s) высила предельно допустимое значение: X = Dm, м2/кг 635 57 = 1107,6 мкг/м3 > Xкр = 160 мкг/м3; Dm, m2/kg ● элементы микроэлектроники: Nч,кр = 1,56 ∙ 108 1/м3. wпл, м/с Различия в величинах предельно допустимых 0,0071 0,0585 wf, m/s объемных концентрациях частиц, в первую очередь, LО2 –2,19 –1,15 объясняются отличием у образующихся при горении исследуемых материалов частиц их объемной ники принимались как для горючей нагрузки «Элек- формы и плотности. трокабель АВВГ; ПВХ оболочка + изоляция» [1]. Рассматриваемые горючие нагрузки могут нахо- Результаты численных экспериментов диться как в общественных зданиях, так и в зданиях Результаты расчета времен блокирования путей производственного назначения (например, в складах эвакуации по снижению видимости и по объемной готовой продукции) (табл. 2). концентрации твердых частиц дыма с диаметром Предельно допустимое значение объемной счет- d ≤ 2,5 мкг/м3 для рассматриваемых горючих нагрузок ной концентрации частиц дыма в соответствии представлены в табл. 3–5, где Vсв = 0,8 ∙ V — свободс ГОСТ3 равно Nч,кр = 1,0 ∙ 107 1/м3. ный объем помещения, м3. Таблица 3. Времена блокирования путей эвакуации по потере видимости и по достижению объемной концентрации твердых частиц дыма с диаметром d ≤ 2,5 мкг/м3 в случае горения кабеля Table 3. Blocking times for escape routes by loss of visibility and by reaching the volumetric concentration of solid smoke particles with a diameter of d ≤ 2.5 μg/m3 in the case of burning of cable
τчбл, с τbp, s
Номер F, м2 H, м Vсв, м3 д τбл ,с Number F, m2 H, m Vf, m3 τbp, s Оценка № 1 Оценка № 2 Estimation No. 1 Estimation No. 2
Nч,кр = 1,56 ∙ 108 1/м3 Nч,кр = 1,0 ∙ 107 1/м3 Nч,кр = 1,56 ∙ 108 1/м3 Nч,кр = 1,0 ∙ 107 1/м3 Np,cr = 1.56 ∙ 108 1/m3 Np,cr = 1.0 ∙ 107 1/m3 Np,cr = 1.56 ∙ 108 1/m3 Np,cr = 1.0 ∙ 107 1/m3
1 18 3 43,2 30,3 2,4 1,0 7,2 2,9 2 36 3 86,4 34,0 3,0 1,2 9,1 3,6 3 144 3 345,6 42,7 4,8 1,9 14,4 5,8 4 576 3 1382,4 53,7 7,7 3,1 22,9 9,2 5 18 6 86,4 55,7 4,4 1,8 13,1 5,2 6 36 6 172,8 62,2 5,5 2,2 16,5 6,6 7 144 6 691,2 77,7 8,7 3,5 26,1 10,5 8 576,0 6 2764,8 97,6 13,9 5,6 41,5 16,6
3 ГОСТ ИСО 14644-1–2002. Чистые помещения и связанные ГН 2.1.6.2604–10. Предельные концентрации загрязняющих с ними контролируемые среды. Часть 1. Классификация чистоты веществ в атмосферном воздухе населенных мест : Дополнение воздуха. Дата введения: 2004‑04‑01. № 8 к ГН 2.1.6.1338–03.
MATHEMATICAL MODELLING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAMME COMPLEXES
Таблица 4. Времена блокирования путей эвакуации по потере видимости и по достижению объемной концентрации твердых частиц дыма с диаметром d ≤ 2,5 мкг/м3 в случае горения древесины Table 4. Blocking times of escape routes by loss of visibility and by reaching the volumetric concentration of solid smoke particles with diameter d ≤ 2.5 μg/m3 in case of burning of wood τчбл, с τbp, s Номер F, м2 H, м Vсв, м3 д τбл ,с Оценка № 1 Оценка № 2 Number F, m2 H, m Vf, m3 τbp, s Estimation No. 1 Estimation No. 2 Nч,кр = 1,56 ∙ 108 1/м3 Nч,кр = 1,0 ∙ 107 1/м3 Nч,кр = 1,56 ∙ 108 1/м3 Nч,кр = 1,0 ∙ 107 1/м3 Np,cr = 1.56 ∙ 108 1/m3 Np,cr = 1.0 ∙ 107 1/m3 Np,cr = 1.56 ∙ 108 1/m3 Np,cr = 1.0 ∙ 107 1/m3 1 18 3 43,2 20,5 30,7 10,4 – – 2 36 3 86,4 22,7 38,6 13,1 – – 3 144 3 345,6 28,2 61,3 20,7 – – 4 576 3 1382,4 35,2 97,3 32,9 – – 5 18 6 86,4 43,4 – 19,0 – – 6 36 6 172,8 44,8 – 24,0 – – 7 144 6 691,2 52,8 – 38,0 – – 8 576,0 6 2764,8 64,8 – 60,4 – – Примечание: блокирования путей эвакуации нет. Note: no blocking of escape routes.
Таблица 5. Времена блокирования путей эвакуации по потере видимости и по достижению объемной концентрации твердых частиц дыма с диаметром d ≤ 2,5 мкг/м3 в случае горения элементов микроэлектроники Table 5. Blocking times of escape routes by loss of visibility and by reaching the volumetric concentration of solid smoke particles with diameter d ≤ 2.5 μg/m3 in case of burning of elements of electronic τчбл, с τbp, s Номер F, м2 H, м Vсв, м3 д τбл ,с Оценка № 1 Оценка № 2 Number F, m2 H, m Vf, m3 τbp, s Estimation No. 1 Estimation No. 2 Nч,кр = 1,56 ∙ 108 1/м3 Nч,кр = 1,0 ∙ 107 1/м3 Nч,кр = 1,56 ∙ 108 1/м3 Nч,кр = 1,0 ∙ 107 1/м3 Np,cr = 1.56 ∙ 108 1/m3 Np,cr = 1.0 ∙ 107 1/m3 Np,cr = 1.56 ∙ 108 1/m3 Np,cr = 1.0 ∙ 107 1/m3 1 18 3 43,2 30,3 78,4 28,2 – – 2 36 3 86,4 34,0 98,8 35,5 – – 3 144 3 345,6 42,7 156,8 56,4 – – 4 576 3 1382,4 53,7 248,9 89,5 – – 5 18 6 86,4 55,7 – 51,7 – – 6 36 6 172,8 62,2 – 65,1 – – 7 144 6 691,2 77,7 – 103,4 – – 8 576,0 6 2764,8 97,6 – 164,1 – –
В случае горения образцов кабеля из табл. 2 для всех размеров помещений. В случае минимальвидно, что время блокирования путей эвакуации ной оценки количества частиц (оценка № 2) блокипо объемной счетной концентрации твердых частиц рования путей эвакуации по концентрации частиц дыма меньше соответствующего времени по сниже- не происходит. нию видимости для всех размеров помещений. При горении элементов микроэлектроники при При горении древесины при максимальной максимальной оценке количества образовавшихся оценке количества образовавшихся частиц (оценка частиц (оценка № 1) время блокирования путей эва- № 1) время блокирования путей эвакуации по объ- куации по объемной концентрации твердых частиц емной концентрации твердых частиц дыма меньше дыма больше соответствующего времени по снижесоответствующего времени по снижению видимости нию видимости за исключением помещений мини-
56 POZHAROVZRYVOBEZOPASNOST/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2025 VOL. 34 NO. 2
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ
мальных размеров (F = 18 м2 для H = 3 м и H = 6 м). Поэтому необходимо проведение дальнейших В случае минимальной оценки количества частиц исследований для решения следующих научных (оценка № 2) блокирования путей эвакуации по кон- и практических задач: центрации частиц не происходит. ● совершенствование экспериментального метода с целью повышения точности определения разме- Выводы ров, а также объемных счетных и массовых концентраций частиц дыма, образующегося при горе- Наиболее опасные по воздействию на организм нии современных горючих веществ и материалов; человека во время его эвакуации при пожаре мелко- ● использование при расчете пожарного риска дисперсные твердые частицы дыма с эквивалентным нового опасного фактора пожара — объемной диаметром d ≤ 2,5 мкм (PM2,5, 3-я группа воздей- счетной концентрации и размеров частиц дыма; ствия) могут быть опасным фактором пожара, пер- ● разработка новых средств защиты органов дыхавым блокирующим пути эвакуации. ния человека при пожаре.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Кошмаров Ю.А., Пузач С.В., Лебедченко О.С., Нгуен Т.Х. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении. М. : Академия ГПС МЧС России, 2021. 148 с.
2. Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров. М. : Стройиздат, 1990. 424 с.
3. Зотов Ю.С. Процесс задымления помещений при пожаре и разработка метода необходимого времени эвакуации людей : дис. … канд. техн. наук. М., 1989. 273 с.
4. Purser D.A., McAllister J.L. Assessment of Hazards to Occupants from Smoke, Toxic Gases, and Heat //
SFPE Handbook of fire protection engineering. Edition: 5th Chapter: 63. New York : Publisher: Springer, 2016.
DOI: 10.1007/978‑1‑4939‑2565‑0_63
5. Суриков А.В., Лешенюк Н.С. Методика расчета видимости при пожаре // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2019. Т. 3. № 4. С. 412–419. DOI: 10.33408/2519-237X.2019.3-4.412
6. Burlacu D., Georgescu A.M., Vartires A., Marinescu I.N. Experimental Evaluation of Visibility in Simulated
Smoke // International Conference on ENERGY and ENVIRONMENT (CIEM). 2019. DOI: 10.1109/
CIEM46456.2019.8937634
7. Surikov А.В., Leshenyuk Н.С. Determination of building materials’s smoke generating characteristics and calculating the visibility in a fire // Journal of Civil Protection. 2021. Nо. 5 (1). Pp. 5–19. DOI: 10.33408/2519-
237X.2021.5-1.5
8. Маркизова Н.Ф., Преображенская Т.Н., Башарин В.А., Гребенюк А.Н. Токсичные компоненты пожаров :
Серия «Токсикология для врачей». СПб. : «ООО Издательство ФОЛИАНТ», 2008. 208 с.
9. Alarie Y. Toxicity of fire smoke // Crit Rev Toxicol. 2002. No. 32 (4). Рр. 259–89. DOI: 10.1080/20024091064246
10. Zhdanova A.O., Volkov R.V., Kuznetsov G.V., Kopylov N.P., Strizhak P.A., Syshkina E.Y. et al. Solid particle deposition of indoor material combustion products // Process Safety and Environmental Protection. 2022.
Vol. 162. Рр. 494–512. DOI: 10.1016/j.psep.2022.04.033
11. Mahamuni G., Rutherford J., Davis J., Molnar E. Excitation-emission matrix spectroscopy for analysis of chemical composition of combustion generated particulate matter // Environ. Sci. Technol. 2020. Pp. 8198–8209.
DOI: 10.1021/acs.est.0c01110
12. Lemkowitz S.M., Pasman H.J. A review of the fire and explosion hazards of particulates // KONA Powder and Particle Journal. 2014. Vol. 31. Pp. 53–81. DOI: 10.14356/kona.2014010
13. Невмержицкий Н.В. Методика оценки и прогнозирования экстремального загрязнения воздуха на автомагистралях мелкодисперсными взвешенными частицами PM10 и PM2.5 : дис. … канд. техн. наук. СПб.,
2017. 154 с.
14. Звягинцева А.В., Павленко А.А. Основы токсикологии : учеб. пособие. Воронеж : ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012. 251 с.
15. Bartzis G., Kalimeri K., Sakellaris A. Environmental data treatment to support exposure studies: The statistical behavior for NO2, O3, PM10 and PM2.5 air concentrations in Europe // Environmental Research. 2020. Vol. 81.
Р. 108864. DOI: 10.1016/j.envres.2019.108864
16. Физиология человека : учебник / под ред. В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько. 2-е изд., перераб. и доп. М. :
Медицина, 2003. 656 с.
17. Внутренние болезни. В 10 кн. Кн. 6. Болезни дыхательных путей. Болезни почек и мочевых путей : пер.
с англ. / под ред. Е. Браунвальда, К.Дж. Иссельбахера, Р.Г. Петерсдорфаидр. М. : Медицина, 1995. 416 с.
18. Пузач С.В., Журавлев Ю.Ю. Болдрушкиев О.Б., Акперов Р.Г. Экспериментальная оценка объемной концентрации и размеров твердых частиц дыма, образующихся при терморазложении горючих матери-
MATHEMATICAL MODELLING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAMME COMPLEXES
алов // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2024. № 2. С. 5–12. DOI:
10.25257/FE.2024.2.5-12
19. Пузач С.В., Акперов Р.Г. Экспериментальное определение удельного коэффициента образования моно оксида углерода при пожаре в помещении // Пожаровзрывобезопасность/Fire and explosion safety. 2016.
Т. 25. № 5. С. 18–25. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.05.18-25
20. Пузач С.В., Бачурин Д.В., Акперов Р.Г., Болдрушкиев О.Б., Балаев А.А. Образование токсичных газов при горении мягких игрушек в многофункциональных торгово-развлекательных комплексах // Пожаро взрывобезопасность/Fire and explosion safety. 2023. Т. 32. № 1. С. 41–50. DOI: 10.22227/0869-
7493.2023.32.01.41-50
REFERENCES
1. Koshmarov Yu.A., Puzach S.V., Lebedchenko O.S., Nguyen T.Kh. Prediction of indoor fire hazards. Academy of GPS EMERCOM of Russia. Moscow, 2021; 148. (rus).
2. Draisdale D. Introduction to fire dynamics. Stroyizdat. Moscow, 1990; 424. (rus).
3. Zotov Yu.S. The process of smoke in a fire and the development of a method for the necessary time for evacuation of people : dissertation of candidate of technical sciences. Moscow, 1989; 273. (rus).
4. Purser D.A., McAllister J.L. Assessment of Hazards to Occupants from Smoke, Toxic Gases, and Heat. SFPE Handbook of fire protection engineering. Edition: 5th Chapter: 63. New York, Publisher: Springer, 2016. DOI: 10.1007/
978‑1‑4939‑2565‑0_63
5. Surikov A.V., Leshenyuk N.S. Methods for calculating visibility in case of fire. Bulletin of the University of Civil Protection of the Ministry of Emergencies of Belarus. 2019; 3(4):412-419. DOI: 10.33408/2519-237X.2019.3-4.412 (rus).
6. Burlacu D., Georgescu A.M., Vartires A., Marinescu I.N. Experimental Evaluation of Visibility in Simulated Smoke.
International Conference on ENERGY and ENVIRONMENT (CIEM). 2019. DOI: 10.1109/CIEM46456.2019.8937634
7. Surikov А.В., Leshenyuk Н.С. Determination of building materials’s smoke generating characteristics and calculating the visibility in a fire. Journal of Civil Protection. 2021; 5(1):5-19. DOI: 10.33408/2519-237X.2021.5-1.5
8. Markizova N.F., Preobrazhenskaya T.N., Basharin V.A., Grebenyuk A.N. Toxic components of fires : Series “Toxicology for doctors”. St. Petersburg, LLC Publishing House FOLIANT, 2008; 208. (rus).
9. Alarie Y. Toxicity of fire smoke. Crit Rev Toxicol. 2002; 32(4):259-89. DOI: 10.1080/20024091064246
10. Zhdanova A.O., Volkov R.V., Kuznetsov G.V., Kopylov N.P., Strizhak P.A., Syshkina E.Y. et al. Solid particle deposition of indoor material combustion products. Process Safety and Environmental Protection. 2022; 162:494-512.
DOI: 10.1016/j.psep.2022.04.033
11. Mahamuni G., Rutherford J., Davis J., Molnar E. Excitation-emission matrix spectroscopy for analysis of chemical composition of combustion generated particulate matter. Environ. Sci. Technol. 2020; 8198-8209. DOI: 10.1021/ acs.est.0c01110
12. Lemkowitz S.M., Pasman H.J. A review of the fire and explosion hazards of particulates. KONA Powder and Particle
Journal. 2014; 31:53-81. DOI: 10.14356/kona.2014010
13. Nevmerzhitsky N.V. Methodology for assessing and predicting extreme air pollution on highways with fine suspended particles PM10 and PM2.5 : dissertation of candidate of technical sciences. St. Petersburg, 2017; 154. (rus).
14. Zvyagintseva A.V., Pavlenko A.A. Fundamentals of toxicology : tutory manual. Voronezh, FSBEI HPE “Voronezh
State Technical University”, 2012; 251. (rus).
15. Bartzis G., Kalimeri K., Sakellaris A. Environmental data treatment to support exposure studies: The statistical behavior for NO2, O3, PM10 and PM2.5 air concentrations in Europe. Environmental Research. 2020; 181:108864.
DOI: 10.1016/j.envres.2019.108864
16. Human physiology : textbook / ed. V.M. Pokrovsky, G.F. Korotko. 2nd ed., Revised and add. Moscow, Medicine,
2003: 656. (rus).
17. Internal diseases. In 10 books. Book 6. Respiratory tract diseases. Kidney and urinary tract diseases : per. from
English / ed. E. Braunwald, K.J. Isselbacher, R.G. Petersdorfaidr. Moscow, Medicine, 1995; 416.
18. Puzach S.V., Zhuravlev Yu.Yu., Boldrushkiev O.B., Akperov R.G. Experimental assessment of volume concentration and size of solid smoke particles formed during thermal decomposition of combustible materials. Fire and emergencies: prevention, elimination. 2024; 2:5-12. DOI: 10.25257/FE.2024.2.5-12 (rus).
19. Puzach S.V., Akperov R.G. Experimental determination of the specific coefficient of release of carbon monoxide during a fire in the room. Pozharovzryvobezopasnost’/Fire and Explosion Safety. 2016; 25(5):18-25. DOI: 10.18322/
PVB.2016.25.05.18-25 (rus).
20. Puzach S.V., Bachurin D.V., Akperov R.G., Boldrushkiev О.B., Balaev A.A. Generation of toxic gases during combustion of stuffed toys in multifunction shopping malls. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and explosion safety. 2023;
32(1):41-50. DOI: 10.22227/0869-7493.2023.32.01.41-50
58 POZHAROVZRYVOBEZOPASNOST/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2025 VOL. 34 NO. 2
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ
Поступила 07.03.2025, после доработки 22.03.2025;
принята к публикации 25.03.2025
Received March 7, 2025; Received in revised form March 22, 2025;
Accepted March 25, 2025
Информация об авторах Information about the authors ПУЗАЧ Сергей Викторович, д.т.н., профессор, заслуженный Sergey V. PUZACH, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Honored Scientist деятель науки РФ, начальник кафедры инженерной тепло- of the Russian Federation, Head of Thermal Physics and Hydrauфизики и гидравлики, Академия Государственной противо lic Department, the State Fire Academy of the Ministry of Rusпожарной службы Министерства Российской Федерации sian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям on Consequences of Natural Disasters, Borisa Galushkina St., 4, и ликвидации последствий стихийных бедствий, Россия, Moscow, 129366, Russian Federation; SPIN-code: 5637-8461; 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4; SPIN-код: 5637- ResearcherID: U-2907-2019; AuthorID: 7003537835; ORCID: 8461; ResearcherID: U-2907-2019; AuthorID: 7003537835; 0000‑0001‑7234‑1339; e-mail: puzachsv@mail.ru ORCID: 0000‑0001‑7234‑1339; e-mail: puzachsv@mail.ru
ЖУРАВЛЕВ Юрий Юрьевич, начальник отдела норма- Yuri Yu. ZHURAVLEV, Head of the Department of Reguтивно-технического и перспективного развития пожар- latory-Technical and Prospective Development, Fire Safety ной безопасности, Департамент надзорной деятельности Department of Supervision and Fire Prevention of EMERCOM и профилактической работы МЧС России, Россия, 121357, of Russia, Vatutina St., 1, Moscow, 121357, Russian Federation; г. Москва, ул. Ватутина, 1; SPIN-код: 8755-5560; ORCID: SPIN-code: 8755-5560; ORCID: 0000‑0001‑8017‑9642; e-mail: 0000‑0001‑8017‑9642; e-mail: Zhur001@mail.ru Zhur001@mail.ru
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад Contribution of the authors: the authors contributed equally в подготовку публикации. to this article. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare no conflicts of interest.
Ключевые слова
Похожие публикации
Доклад · 2009Обзор моделей и программ для расчёта времени эвакуации
Доклад · 2009Программное обеспечение СИТИС «Флоутек» и «Эватек» для расчёта времени эвакуации
Доклад · 2009Беляев С. В. Эвакуация из зданий с массовым пребыванием людей
КнигаДутов А. В. Физиология человека при пожаре
КнигаХолщевников Р. И. Исследования людских потоков и методология прогнозирования
Книга