Instalații de desfumare

STUDIU DE CAZ

Pentru realizarea referatului referitor la analiza propagării fumului de incendiu într-o clădire,

am considerat o clădire de locuit formată din 5 camere, la parter, situată în localitatea Brașov, al cărei

plan e prezentat în anexă.

Am considerat că incendiul s-a inițiat în bucătărie, de la centrala termică ce funcționează cu

combustibil gazos, datorită neetanșeității racordurilor.

În continuare voi descrie etapele de dezvoltare ale incendiului în locuința respectivă.

Etapa de inițiere a incendiului

Incendiul a fost inițiat de o mică explozie, în urma îndeplinirii condițiilor de inițiere a

incendiului (existența carburantului:materiale combustibile depozitate în apropierea centralei termice).

Etapa de ardere lentă

În această fază flăcările au cuprins întreaga cantitate de materiale combustibile, arderea fiind

însă localizată la nivelul lor, flăcările sunt vizibile și generează un flux termic crescător, care

favorizează propagarea incendiului la mobilierul din bucătărie.

Viteza de ardere ardere a materialului combustibil poate fi exprimată prin relația:

Ua=QF+QR−QP

QV [kg/m2s]

Unde:

Ua – viteza de ardere

QF – fluxul de căldură de la flacără la suprafața combustibilului

QV – căldura necesară oentru producerea volatilelor

QP – fluxul pierderilor de căldură

QR – fluxul termic radiat de plafon

Faza de ardere activă

Arderea materialelor combustibile s-a propagat la mobila din bucătărie, care s-a aprins ușor și

incendiul a intrat astfel în faza de ardere activă. Cantitatea de material combustibil fiind considerabil

mai mare, a crescut fluxul de căldură și cantitatea de fum și gaze toxice degajate.

În continuare incendiul poate evolua după mai multe ipoteze:

2

a.) Dacă e deschisă fereastra bucătăriei, sau ușa de acces în bucătărie și ușa de pe hol, astfel încât

să se asigure un aport constant de oxigen în încăperea incendiată, există posibilitatea ca

incendiul să atingă punctul de flashover și să treaca la faza de ardere generalizată;

b.) Dacă atât fereastra cât și ușa bucătărie sunt închise, e posibil să scadă concentrația de oxigen

sub limita necesară întreținerii procesului de ardere, și incendiul să intre în stare de regresie, și

chiar să se stingă; dacă însă de ușa se deschide, sau se sparge un geam, datorită aportului brusc

de oxigen poate să apară fenomenul de backdraft, și incendiul izbucnește din nou;

c.) Dacă incendiul se dezvoltă repede în încăpere si cuprinde ușa, fumul și gazele fierbinți vor

inunda întreaga locuință și vor favoriza, datorită temperaturii lor ridicate și a gazelor

combustibile nearse, propagarea incendiului în întreaga locuință;

Faza de ardere generalizată

Incendiul s-a propagat la întrega cantitate de material combustibil din încăpere, și urmează să

cuprindă întreaga locuință, pănă la arderea completă a întregii cantități de material combustibil sau

până la intervenția serviciilor profesioniste.

În această fază se poate determina viteza de generare a fumului în încăperea incendiată,

folosind următoarea relație matematică:

w f=C f⋅μ⋅A √2 gΔp⋅ρ⋅273+t273

Unde:

Cf – coeficient de extensie a fumului ;

- coeficient de curgere ;

A – secţiunea de curgere a debitului de gaze [m2] ;

p – diferenţa de presiune [Pa];

- densitatea fumului [kg/m3];

t – temperatura fumului [oC].

Am considerat ca ușa de acces în bucătărie e închisă și fereastra deschisă. Coeficienții din

formulă au următoarele valori:

t=840 oC

=2,5 kg/m3

=0,33

A=o,o8 m2 – aria secțiunii unui cilindru cu raza de 0,15 m

Cf =0,3

p=h∙g∙=2,5∙9,8∙(2-1,3)=15,2 Pa

Rezultă o viteză de generare a fumului Wf=9,24 kg/s.

3

În continuare putem calcula viteza de ardere folosind relația matematică:

ua=K 2 A f √H f

Unde:

Af – suprafaţa ferestrei=1,54 [m2];

Hf – înălţimea ferestrei=1,20 [m];

K2 – constantă având valorile K2 = 5,5 –6 când Af ¼ A pereţi.

Ua=5,5∙1,54∙√1,2=9,1 kg/min.

Sarcina termică a încăperii, SQ=Pci∙Mi=18∙200=3600 MJ.

Am considerat că în încăperea incendiată există mobilier din lemn, cu masa M i=200 de kg și cu

puterea calorifică inferioara, Pci=18 MJ/kg.

Știind că încăperea are o suprafață totală de 15 m2, putem calcula densitatea de sarcină termică

qQ=SQ/At=3600/15=240 MJ/m2.

Timpul de ardere a masei combustibile se poate calcula cu formula:

t=qs⋅At

330 A f √H f

t=240 ∙15

330∙1,44 ∙√1,20=13,37 min.

În continuare am determinat cantitatea de fum și gaze fierbinți evacuate, folosind relațiile din

suportul de curs.

Debitul volumic evacuat:

V v=α⋅mv⋅T s

ρ0⋅T 0

- factor privind suprafaţa zonei de desfumare;

mv – debitul masic de fum evacuat=4,7 kg/s, având în vedere că se generează 9,24 kg/s, potrivit

calculelor de mai sus;

Ts – temperatura stratului de fum=1023 K;

– densitatea aerului=1,22 kg/m3

T0 – temperatura mediului ambiant=293 K

α=2⋅ AAd

α=2∙15¿1000=0,029

Deci VV=0,029 ∙5,2 ∙1023

1,22 ∙293=0,47 m3/s.

4

[kg/min]

Debitul masic de fum generat de incendiu:

mp=Ce⋅p f⋅Z3

2 [kg/s]

Unde:

pf – perimetrul focarului=3,3 m;

Z – înălţimea liberă de fum=1,48 m;

Ce = 0,38 pentru incinte cu regim parter;

Ce = 0,19 pentru celelalte categorii de incinte

Deci: mp=0,38∙3,3∙1,481,5=2,12 kg/s.

Căldura degajată de incendiu:

Φ= χ⋅qf⋅A f

- factor care indică procentul de căldură degajat într-o zonă de desfumare prin convecţie. În

general se adoptă valoarea 0,7, ţinând cont de pierderea de căldură şi combustia incompletă;

qf – fluxul de degajare a căldurii - luat din tabel (kW/m2);

Af – suprafaţa focarului (m2).

Φ=0,7∙45∙0,5=10,25 KW

Gradientul temperaturii coloanei de fum:

θ= Φmp⋅c

Φ - fluxul de căldură degajat=10,25 (KW);

mp – debitul masic de fum generat=2,12 (kg/s);

c – căldura specifică a aerului (c=1040 J/kgK)

θ= 10,25 ∙103

2,12∙1040=4,64 K

Cu ajutorul acestor calcule matematice ne formăm o imagine de ansamblu asupra cantității de

fum și gaze rezultate în urma incendiului și evacuate pe fereastră. Valorile rezultate din aplicarea

relațiilor de calcul pot fi verificate prin realizarea unor simulări virtuale, folosind programe de

simulare a incendiului și efluenților săi, cum este de exemplu Fire Dynamic Simulator cu interfața

Pyrosim.

Simulările redau rezultatele calculelor de mai sus, pentru o vizualizare mai bună a dinamicii

incendiului și a răspândirii fumului în clădirea incendiată.

5

[kW]

[K]