CALCULUL SARCINII SI DENSITATII TERMICE DE INCENDIU

Introducere

Sarcina termica de incendiu constituie cel mai important parametru al pericolului (riscului) de incendiu. In prezent se utilizeaza doua notiuni privind sarcina termica:

        sarcina termica SQ calculata conform STAS 10903/2-79, care este o sarcina potentiala cu putere termica maxima data de puterea calorifica inferioara Qi, in cazul arderii complete; din aceasta se calculeaza densitatea sarcinii termice q s care este tot maxima;

        sarcina termica caracteristica Q fi,k care este o sarcina termica corectata, calculata potrivit standardului de referinta SR EN 1991-1-2;2004, prin folosirea puterii calorifice inferioare Hui tinand seama de umiditatea materialelor si corectarea cu coeficientul facultativ Ψi care permite evaluarea sarcinii termice protejate; din aceasta se determina :

- densitatea sarcinii termice caracteristice q f,k ;

- valoarea de calcul a densitatii sarcini termice q f,d ;

Concepte cheie: sarcina termica de incendiu; densitatea sarcinii termice de incendiu; densitatea sarcinii termice caracteristice si valoarea de calcul a acesteia;

REZUMAT

Sarcina termica si densitatea acesteia se pot determina prin doua cai stabilite prin reglementari:

-         standardul STAS 10903/2-79;

-         standardul de referinta SR EN 1991/1-2 ( Eurocodul 1 );

1. Calculul sarcinii termice potrivit STAS 10903/2-79

Sarcina termica SQ se determina cu relatia:

n

SQ = Σ Qi Mi in [ MJ ] in care: (1)

i = 1

Mi - masa materialelor combustibile de acelasi fel, aflate in spatiul luat in considerare [ kg ] ;

n – numarul materialelor de acelasi fel;

Qi – puterea calorifica inferioara PCI a unui material, solid sau lichid [ MJ/kg] ori gazos [ MJ/m3 N] ;

PCI se determina conform STAS 8790-71, care este inlocuit cu SR EN 1716/2002.

Densitatea sarcinii termice qs se calculeaza cu relatia:

qs = SQ/As in [ MJ/m2 ] in care : (2)

As – suma ariilor pardoselilor incaperilor ce alcatuiesc spatiul luat in considerare [ m2 ]

2. Calculul sarcinii termice si densitatii acesteia conform SR EN 1991-1-2

Sarcina termica caracteristica Qfi,k este definita prin relatia:

Qfi,k = Σ Mk,i • Hu i• Ψ = ΣQfi, k, i in [ MJ ] in care : (3)

Mk,i - cantitatea de material combustibil [ kg ],

Hui - puterea calorifica inferioara in [ MJ/kg ] determinata conform SR EN ISO 1716 prin relatia:

Hui =Hu0 ( 1- 0,01 u) – 0,025 u in [MJ/kg] in care: (4)

u - umiditatea exprimata in procente din masa uscata,

Hu0 – puterea calorifica inferioara a materialelor uscate;

Ψ - coeficient facultativ care permite evaluarea sarcinii termice protejate.

Exemple de valori ale Hu sunt in Tabelul 4.

Sarcinile termice sunt:

-         permanente, care nu variaza pe durata de viata a cladirii;

-         variabile, care sunt susceptibile sa se modifice pe durata de viata a cladirii, fara a depasi 80 % din timp;

-         specifice destinatiei;

-         aferente constructiei ( elemente de constructie, acoperiri, finisaje etc);

Sarcinile termice amplasate in incinte incombustibile proiectate pentru a rezista la expunerea la foc nu se iau in calcul, fiind considerate sarcini termice protejate.

Densitatea sarcinii termice caracteristice qf,k pe unitatea de suprafata se calculeaza prin relatia:

qf,k = Qfi,k / A in [ MJ/m2 ] in care: (5)

A – suprafata planseului ( Af ) a compartimentului sau a spatiului de referinta, ori aria suprafetei interioare ( Ai ) a compartimentului, rezultand , dupa caz, qf,k sau qi,k.

Valoarea de calcul a densitatii sarcinii termice qf,d se calculeaza conform Eurocodului 1 pe baza densitatii sarcinii termice caracteristice qf,k prin urmatoarea relatie:

qf,d = qf,k • m • δq1 •δq2 •δq n in [ MJ/m2 ] in care: (6)

q fk - sarcina termica caracteristica – vezi Tabelul 1

m - coeficientul de ardere – pentru materiale preponderent celulozice m = 0,8

δq1 – coeficient care tine seama de riscul de initiere a incendiului datorat marimii compartimetului – vezi Tabelul 2

δq2 – coeficient care tine seama de riscul de initiere a incendiului functie de destinatia spatiului – vezi Tabelul 2

10

δn = Π δni - coeficient care ia in considerare unele masuri active de aparare impotriva incendiului „ i” .Aceste

i = 1

masuri active sunt in general impuse din motive de securitate a vietii utilizatorilor. Vezi Tabelul 3.

Determinarea densitatii sarcinii termice se face luand tinand seama de toate materialele combustibile din cladire sau din compartimentul de incendiu si din partile combustibile ale constructiei, inclusiv acoperirile si finisajele.

Evaluarea densitatii sarcinii termice se face, de regula, pe baza clasificarii sarcinilor termice specifice cuantificate dupa tipuri de destinatii ale cladirilor luind in calcul, dupa caz, si sarcinile termice aferente constructiei, care nefiind clasificate in tabele trebuie determinate conform relatiilor generale.

In cazul incintelor speciale, care nu sunt clasificate in tabele, densitatea sarcinii termice se calculeaza intrun mod particular, ca proiect individualizat. In prealabil se poate face un studiu de caz privind sarcina termica corespunzatoare destinatiei incintei.

Tabelul 1.Densitatea sarcinii termice caracteristice q f,k [ MJ/] pentru unele destinatii

Destinatia Medie Fractila 80% Locuinte 780 948Spitale ( camere) 230 280Hoteluri ( camere) 310 377Biblioteci 1500 1824Birouri 420 511Clase de scoala 285 347Centre comerciale 600 730Teatre, cinema 300 365Transport ( spatiu public) 100 122Nota: - Distributia de tip Gumbel este aplicabila pentru fractila 80%

- Valorile de mai sus ale q f,k se aplica pentru δ q2 egal cu 1.

Tabelul 2. Coeficienti privind riscul de initiere a incendiului δq1 ( pt.suprafata) si δ q2 ( pt.destinatie)

Suprafata planseului

compartimentului

Af [ m2 ]

Riscul de initiere

a incendiului

δ q1

(pentru suprafata)

Riscul de initiere

a incendiului

δ q2

(pentru destinatie)

Exemple

de destinatii

25 1,10 0,78 galerii de arta, muzee, piscine

250 1,50 1,00 birouri, locuinte, hoteluri, industria de papetarie

2500 1,90 1,22 industria constructiilor de masini si motoare

5000 2, 00 1.44 laboratoare de chimie, ateliere de vopsitorie

10000 2,13 1,66 fabrica de artificii sau de vopsele

Tabelul 3. Coeficienti pentru masuri active de lupta impotriva incendiilor δni ( notati in tabel Δn1-10 )

Stingere automata

a incendiului

Sistem automat de stingere cu apa Δn1 0,61Fara sursa independenta de apa Δn2 1,00 Are o sursa independenta de apa Δn2 0,87Are 2 surse independente de apa Δn2 0,7

Detectie automata a incendiului

Detectie si alarma automate prin caldura

Δn3 0,87 sau 0,73

Detectie si alarma automata prin fum Δn4

Alarmare automata pompieri Δn5 0,87Stingere manuala a incendiului

Serviciu propriu de pompieri Δn6 0,61 sau o,78Serviciu privat cu contract Δn7

Cai de acces libere Δn8 0,9 sau 1,0 sau 1,5

Echipamente de lupta impotriva incendiului

Δn9 1,0 sau 1,5

Sisteme de desfumare Δn10 1,0 sau 1,5

Nota: - In situatia in care masurile din Tabelul 3 sunt prevazute conform normelor se recomanda sa se considere valorile δni ca fiind egale cu 1,0. Daca nu au fost prevazute, se recomanda ca valorile coeficientilor δ ni corespunzatoare celor lipsa sa fie egale cu 1,5.

- In cazul cand scarile se pun in suprapresiune in momentul alertarii de incendiu, coeficientul δ n8 se poate lua egal cu 0,9.

- Consideratiile de mai sus se bazeaza pe ipoteza ca cerintele standardelor europene privind sprinklerele, alarmarea si sistemele de desfumare sunt respectate.

Tabelul 4. Puterea calorifica inferioara Hu [ MJ/kg ] a unor materiale combustibile, determinata conform SR EN ISO 1716 si utilizata la calculul sarcinii termice

Nr.crt. Materiale Hu

1 Lemn 17,52 Bumbac, hartie, carton, matase, paie, lana, imbracaminte, pluta si alte

materiale solide celulozice20

3 Antracit, carbune de lemn, carbune si alte produse solide pe baza de carbon 304 Butan, etan, metan, propan si alte parafine 505 Butena, etilena, propilena si alte olefine 456 Benzen, toluen si alte aromate 407 Alcool etilic, etanol, metanol si alti alcooli 308 Benzina, petrol ( gaz lampant), motorina (Diesel) 549 Polietilena, polistiren, polipropilena si alti hidrocarbonati plastici puri 4010 Alchilbenzensulfonat –ABS ( material plastic solid) 3511 Poliester (plastic solid) 3012 Poliuretan, poliizocianurat (plastice solide) 2513 Policlorura de vinil –PVC (material plastic) 2014 Anvelope de cauciuc 3015 Piele 20

3. Algoritm de calcul comparativ a densitatii sarcinii termice de incendiu :

a ) Potrivit STAS 10903/-79:

- se identifica materialele combustibile si masa acestora in kg sau m3 N

- se extrage din baza de date (tabele) valoarea puterii calorifice inferioare –Qi in [MJ/kg] pentru fiecare material

solid ori lichid sau in [ MJ/m3 N ] pentru gaze;

- se calculeaza sarcina termica QiMi in [ MJ] pentru fiecare material ;

- se calculeaza sarcina termica totala SQ folosind relatia ( 1 ).

- se calculeaza densitatea sarcinii termice de incendiu folosind relatia ( 2 ).

b ) Potrivit SR EN 1991-1-2:

- se identifica materialele combustibile si masa acestora in kg sau m3N,

- se extrage din baza de date valoarea puterii calorifice inferioare Hui in [ MJ/kg] – folosind Tabelul 4 ori relatia ( 4 );

- se stabileste valoarea coeficientului facultativ Ψ;

- se determina sarcina termica caracteristica Qfi,k prin aplicarea relatiei ( 3):

- se determina densitatea sarcinii termice caracteristice q f,k din Tabela 1 sau cu

relatia ( 5);

- se stabilesc coeficientii care intra in relatia ( 6 ) utilizand Tabelele 2 si 3

- se determina valoarea de calcul a densitatii sarcinii termice de incendiu q f,d cu

relatia ( 6 );

In urma efectuarii unor determinari pe situatii ( obiective) concrete se pare ca :

- exista diferente semnificative intre valorile puterii calorifice inferioare Qi si Hui ale aceluiasi material, reflectate in sarcina termica si densitatea acesteia calculate prin cele doua cai;

- intre densitatea sarcinii termice caracteristice q f,k data de relatia ( 5 ) si densitatea sarcinii termice q s data de relatia ( 2 ) diferentele se datoresc umiditatii si coeficientului facultativ Ψ;

- valoarea de calcul a densitatii termice de incendiu qf,d determinata prin relatia ( 6) este, in conditii de respectare a cerintelor normative, cu mult mai mica decat q s si q f,k ,datorita unor coeficienti δ ni subunitari; ca urmare si riscul de incendiu calculat astfel este mai mic;

- valoarea de calcul a densitatii sarcinii termice q f,d , prin continutul relatiei (6 ) de determinare, seamana partial cu intelesul de pericol sau de risc de incendiu.