Расчет необходимого времени эвакуации при пожаре по условию достижения критической температуры (Приказ МЧС № 1140)

В сфере строительства и эксплуатации объектов, обеспечение пожарной безопасности выступает не просто как требование, а как фундаментальный принцип, гарантирующий сохранение жизни и здоровья людей. Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (далее – ФЗ № 123) определяет основные положения, направленные на защиту людей и имущества от воздействия опасных факторов пожара (ОФП).

Центральное место в этом комплексе мер занимает задача определения необходимого времени эвакуации, которое должно быть больше или равно времени, требуемому для фактического покидания помещения людьми. Иными словами, золотое правило пожарной безопасности гласит: расчетное время эвакуации (τ_расч) должно быть меньше или равно необходимому времени эвакуации (τ_необх), которое, в свою очередь, определяется по наименьшему значению критической продолжительности пожара (τ_кр) по всем опасным факторам. Настоящая работа посвящена детальному анализу и расчету τ_кр по условию достижения критической температуры, что является одним из наиболее значимых ОФП.

Ключевые термины и критерии пожарной безопасности

Для глубокого понимания предмета необходимо четко определить терминологию. Согласно Статье 9 ФЗ № 123, к Опасным Факторам Пожара (ОФП), воздействующим на людей, относятся:

• Пламя и искры;
• Тепловой поток;
• Повышенная температура окружающей среды;
• Повышенная концентрация токсичных продуктов горения;
• Пониженная концентрация кислорода;
• Снижение видимости в дыму.

Каждый из этих факторов способен создать угрозу жизни и здоровью, и для каждого из них определяется своя критическая продолжительность.

Критическая продолжительность пожара (τ_кр или t_бл) – это интервал времени от начала пожара до момента достижения опасным фактором пожара предельно допустимого значения на путях эвакуации на высоте 1,7 м от пола. Именно этот параметр служит основой для оценки безопасности эвакуации, поскольку определяет максимальное время, в течение которого люди могут безопасно покинуть горящее помещение.

Необходимое время эвакуации (τ_необх) — это время, в течение которого люди должны безопасно покинуть помещение. Оно определяется как наименьшее значение из всех рассчитанных критических продолжительностей пожара по каждому из ОФП.

Расчетное время эвакуации (τ_расч) — это время движения людского потока от наиболее удаленных мест размещения людей до выхода наружу. Оно рассчитывается на основе объемно-планировочных решений, пропускной способности эвакуационных путей и плотности людского потока.

Наконец, важно разграничить виды горючих материалов, особенно в контексте динамики пожара:

• Легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) — это жидкости, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания, с температурой вспышки не более 61 °C (в закрытом тигле).
• Горючие жидкости (ГЖ) — это жидкости, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания, с температурой вспышки более 61 °C (в закрытом тигле).

Актуальный нормативный контекст

Расчет критической продолжительности пожара по температуре не является произвольным действием, а строго регламентируется нормативно-правовыми актами Российской Федерации. Основным документом, определяющим методику таких расчетов, является Приказ МЧС России от 14.11.2022 № 1140 «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и пожарных отсеках различных классов функциональной пожарной опасности». Этот приказ вступил в силу с 01.09.2023 года, заменив ранее действовавший Приказ МЧС России от 30.06.2009 № 382, и является обязательным для применения, что подчеркивает его ключевую роль в современной практике пожарной безопасности.

Параллельно с этим, Свод правил СП 1.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы» (введен в действие 19.09.2020 г.) устанавливает требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям эвакуационных путей и выходов. Хотя СП 1.13130.2020 не содержит прямых формул для расчета τ_кр, он является ключевым для определения τ_расч и, соответственно, для сравнения его с τ_необх, полученным из расчетов по Приказу № 1140. Принципы сравнения τ_расч и τ_необх, хотя и были заложены в отмененном ГОСТ 12.1.004-91*, остаются фундаментальными в российской нормативной базе, подтверждая преемственность подходов к обеспечению безопасности.

Критические теплофизические параметры для расчета блокирования

Расчет времени достижения критической температуры — это не просто применение формулы, но и глубокое понимание физических процессов, а также использование строго регламентированных нормативных значений, которые установлены в Приказе МЧС России № 1140. Именно эти параметры являются краеугольным камнем для получения достоверных и юридически значимых результатов, обеспечивающих адекватную оценку пожарной безопасности.

Предельно допустимая температура

Одним из важнейших входных параметров для расчета τ_кр по температурному фактору является предельно допустимое значение температуры, при котором сохраняется безопасность для человека. Согласно нормативным требованиям, критическая температура (Т_крит), принимаемая для зоны пребывания людей на путях эвакуации (на высоте 1,7 м от пола), составляет 70 °C. Это значение является универсальным и учитывает физиологические реакции организма на тепловой стресс, что позволяет использовать его в большинстве стандартных сценариев.

Однако, в определенных условиях допускается отклонение от этого значения. В случае, если расчет проводится для помещений, где содержание водяного пара в воздухе составляет менее 10% об., то есть в условиях крайне низкой влажности, допускается принимать критическую температуру равной 90 °C. Такое допущение связано с тем, что сухой воздух хуже передает тепло организму, и его теплопроводность ниже, чем у влажного, что увеличивает время безопасного пребывания, предоставляя проектировщикам дополнительную гибкость.

Стандартные теплофизические константы

Для проведения точных расчетов необходимо использовать общепринятые теплофизические константы, характеризующие воздух и продукты горения.

• Удельная изобарная теплоемкость газа (C_p) для воздуха или продуктов горения в начальной стадии пожара является критически важным параметром. В расчетах по интегральной модели, согласно Приложению № 1 к Приказу МЧС России от 14.11.2022 № 1140, для продуктов горения, близких по составу к воздуху, часто принимается усредненное значение C_p ≈ 1,01 кДж/(кг·К), что эквивалентно 0,00101 МДж/(кг·К). Этот параметр отражает количество тепловой энергии, необходимое для нагрева единицы массы газа на один Кельвин при постоянном давлении.
• Плотность среды перед началом пожара (ρ₀). Этот параметр, обычно представляющий собой плотность воздуха при начальной температуре Т₀, также играет ключевую роль. При стандартной начальной температуре (например, Т₀ = 20 °C) плотность воздуха составляет примерно 1,2041 кг/м³ (при нормальном атмосферном давлении).
• Начальная температура воздуха в помещении (Т₀) принимается в расчетах обычно равной температуре окружающей среды перед началом пожара. Если иное не оговорено условиями задачи, целесообразно использовать стандартное значение 20 °C.

Эти константы, интегрированные в расчетную модель, позволяют с высокой степенью точности прогнозировать динамику нарастания температуры в помещении при пожаре. Применение этих данных обеспечивает достоверность расчетов, что крайне важно для принятия эффективных мер пожарной безопасности.

Интегральная модель: Аналитическая зависимость для критической продолжительности пожара

Определение критической продолжительности пожара (τ_кр) по условию достижения критической температуры является одной из центральных задач инженерной пожарной безопасности. Методика, утвержденная Приказом МЧС России № 1140, предлагает несколько подходов, среди которых для одиночных помещений небольшой площади и высоты (до 6 м) наиболее применима интегральная модель. Эта модель позволяет аналитически оценить изменение температуры в помещении, рассматривая его как единый объем, и определяет время, когда температура достигает критического значения.

Формула расчета τ_кр по условию достижения критической температуры

Для определения τ_кр по интегральной модели используется следующая аналитическая зависимость:

τ_кр = [ (V ⋅ ρ₀ ⋅ C_p ⋅ (Т_крит - Т₀)) / (r ⋅ φ ⋅ A) ]^1/n

Где:

• τ_кр – критическая продолжительность пожара по температуре, выраженная в секундах (с).
• V – свободный объем помещения, в котором происходит пожар, м³. Этот объем рассчитывается как произведение площади помещения на его высоту за вычетом объема, занимаемого оборудованием и мебелью.
• ρ₀ – плотность среды перед началом пожара (плотность воздуха при начальной температуре Т₀), кг/м³.
• C_p – удельная изобарная теплоемкость газа (для воздуха или продуктов горения), МДж/(кг·К). Как было упомянуто, для продуктов горения, близких по составу к воздуху, принимается значение 0,00101 МДж/(кг·К).
• Т_крит – критическая температура, °C или К. Стандартное значение 70 °C.
• Т₀ – начальная температура воздуха в помещении, °C или К. Типичное значение 20 °C.
• r – коэффициент полноты горения. Этот безразмерный коэффициент учитывает неполное сгорание горючих материалов. Его значение зависит от типа горючего и условий вентиляции. Обычно принимается в диапазоне от 0,7 до 0,9.
• φ – коэффициент теплопотерь в ограждающие конструкции. Этот безразмерный коэффициент отражает долю тепловой энергии, которая теряется через стены, потолок и пол помещения за счет теплопроводности, конвекции и излучения.
• A и n – размерные параметры, характеризующие интенсивность тепловыделения очага пожара в зависимости от времени. Они входят в эмпирическую зависимость мощности тепловыделения очага пожара от времени: Q = A ⋅ tⁿ, где Q – мощность тепловыделения, кВт.

Нормативные параметры моделирования очага

Параметры A и n в формуле Q = A ⋅ tⁿ имеют решающее значение для адекватного моделирования развития пожара. Эти параметры зависят от вида горючей нагрузки и сценария развития пожара. Например, для твердых горючих материалов, таких как древесина или полимерные изделия, характерно экспоненциальное нарастание мощности, и n обычно принимается равным 2 (квадратичный закон роста), а A подбирается по скорости роста пожара. От чего зависит выбор этих параметров и как их правильно определить для конкретного случая?

Особое внимание следует уделить коэффициенту теплопотерь в ограждающие конструкции (φ). Согласно Приложению № 1 к Приказу МЧС России № 1140, при отсутствии более точных данных или необходимости детализированных теплотехнических расчетов, этот коэффициент может быть принят равным 0,3. Это значение является усредненным и используется для упрощенных расчетов, предполагая, что 30% выделяемого тепла рассеивается через поверхности помещения.

Использование этой формулы и правильный подбор всех входящих в нее параметров позволяют получить обоснованное значение τ_кр, которое затем сравнивается с расчетным временем эвакуации для принятия решений о достаточности мер пожарной безопасности. Это позволяет не просто выполнить нормативные требования, но и реально повысить уровень безопасности объекта.

Особенности расчета при наличии легковоспламеняющихся и горючих жидкостей (ЛВЖ/ГЖ)

Когда речь заходит о пожарной безопасности, наличие легковоспламеняющихся и горючих жидкостей (ЛВЖ/ГЖ) на объекте существенно меняет картину развития пожара и, как следствие, методику расчета критических параметров. В отличие от твердых материалов, горение проливов ЛВЖ/ГЖ обладает своей спецификой, которая требует особого подхода к моделированию очага пожара, так как их поведение значительно отличается.

Изменение динамики тепловыделения при горении пролива

Типичный пожар твердых материалов характеризуется стадиями нарастания, установившегося горения и затухания, при этом мощность тепловыделения (Q) часто описывается экспоненциальной или квадратичной зависимостью от времени (например, Q = A ⋅ tⁿ, где n = 2). Однако, для горения пролива ЛВЖ/ГЖ характерна иная динамика.

После стадии первичного возгорания и быстрого распространения пламени по поверхности, начинается фаза установившегося (квазистационарного) горения, при которой скорость выгорания жидкости и, соответственно, мощность тепловыделения, остаются практически постоянными. Этот феномен приводит к тому, что в формуле Q = A ⋅ tⁿ параметр n может быть принят равным 0. В этом случае, t⁰ = 1, и выражение упрощается до Q = A, что означает, что мощность очага пожара (A) является постоянной величиной на протяжении значительного периода горения. Такой подход существенно упрощает расчеты, но требует точного определения этой постоянной мощности Q, что является ключевым для достоверности результатов.

Расчет мощности очага пожара Q для пролива

Когда параметр n принимается равным 0, задача сводится к определению постоянной мощности очага пожара Q (которая в данном случае и будет параметром A). Эта мощность определяется по следующей формуле, связывающей теплофизические свойства жидкости и параметры пролива:

Q = Ψ_F ⋅ F ⋅ H_{с, низш}

Где:

• Q – мощность очага пожара (кВт или МДж/с).
• Ψ_F – удельная массовая скорость выгорания жидкости (кг/(с·м²)). Этот параметр характеризует интенсивность горения конкретного вещества и зависит от его химического состава, температуры и условий окружающей среды.
• F – площадь пожара (м²). Это площадь поверхности пролива, с которой происходит горение.
• H_{с, низш} – низшая теплота сгорания жидкости (кДж/кг или МДж/кг). Этот параметр представляет собой количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы массы вещества.

Для проведения расчетов по данной формуле необходимо использовать справочные данные по удельной массовой скорости выгорания (Ψ_F) и низшей теплоте сгорания (H_{с, низш}) для конкретного вида ЛВЖ или ГЖ. Эти данные обычно приводятся в специализированных справочниках по пожаровзрывоопасности веществ и материалов, а также в методиках, таких как ГОСТ Р 12.3.047-2012, который, например, регламентирует расчет интенсивности теплового излучения при горении проливов.

Таким образом, учет специфики горения ЛВЖ и ГЖ позволяет более точно смоделировать тепловую динамику пожара и, как следствие, получить более реалистичное значение критической продолжительности пожара по температурному фактору, что является залогом эффективности разрабатываемых мер пожарной безопасности. Это демонстрирует, почему детальный анализ типа горючей нагрузки так важен.

Пошаговый алгоритм выполнения расчетной задачи и интеграция в безопасность строительства

Применение теоретических знаний о расчете критической продолжительности пожара по температуре на практике требует четко структурированного алгоритма действий. Только последовательное выполнение всех шагов, с учетом специфики объекта и горючей нагрузки, может гарантировать получение достоверного результата, который затем будет интегрирован в общую систему обеспечения комплексной безопасности строительства.

Пошаговый план расчета τ_кр

Шаг 1: Сбор и определение исходных данных.
Первоочередная задача — это тщательный сбор всей необходимой информации о помещении и горючей нагрузке:

• Геометрические параметры помещения: Длина, ширина, высота, что позволит рассчитать свободный объем помещения V. Необходимо вычесть из общего объема помещения объем, занимаемый оборудованием, мебелью и прочими несгораемыми конструкциями.
• Тип горючей нагрузки: Определить, что является основным источником пожара – твердые материалы или проливы ЛВЖ/ГЖ. Это напрямую повлияет на выбор модели тепловыделения.
• Начальные условия: Принять начальную температуру воздуха в помещении Т₀ (например, 20 °C).
• Нормативные константы: Зафиксировать критическую температуру Т_крит (70 °C или 90 °C при низком содержании паров воды), удельную изобарную теплоемкость воздуха C_p (0,00101 МДж/(кг·К)), плотность воздуха ρ₀ при Т₀ (например, 1,2041 кг/м³), коэффициент теплопотерь φ (0,3, если нет иных данных).
• Коэффициент полноты горения r: Принять соответствующее значение, например, 0,8 для большинства органических веществ.

Шаг 2: Выбор сценария и определение параметров очага пожара.
В зависимости от типа горючей нагрузки, необходимо выбрать соответствующую модель тепловыделения:

• Для твердых горючих материалов: Определить параметры A и n для формулы Q = A ⋅ tⁿ. Это может потребовать обращения к справочникам или специализированным методикам для определения скорости роста пожара (например, медленный, средний, быстрый или сверхбыстрый).
• Для проливов ЛВЖ/ГЖ: В этом случае n = 0, и Q = A. Необходимо определить удельную массовую скорость выгорания Ψ_F и низшую теплоту сгорания H_{с, низш} для конкретного вещества из справочных источников. Также необходимо определить максимально возможную площадь пролива F.

Шаг 3: Вычисление параметров Q (или A, n).

• Если n = 0 (ЛВЖ/ГЖ), то A = Q = Ψ_F ⋅ F ⋅ H_{с, низш}.
• Если n ≠ 0 (твердые материалы), то параметры A и n выбираются из нормативных или справочных данных, соответствующих скорости развития пожара.

Шаг 4: Расчет критической продолжительности пожара τ_кр.
Используя полную аналитическую зависимость:

τ_кр = [ (V ⋅ ρ₀ ⋅ C_p ⋅ (Т_крит - Т₀)) / (r ⋅ φ ⋅ A) ]^1/n

Подставить все определенные значения и произвести расчет.

Пример промежуточного расчета:
Допустим, необходимо рассчитать критическую продолжительность пожара для помещения объемом V = 100 м³ при горении пролива ЛВЖ.

Исходные данные:

• V = 100 м³
• ρ₀ = 1,2041 кг/м³
• C_p = 0,00101 МДж/(кг·К)
• Т_крит = 70 °C
• Т₀ = 20 °C
• r = 0,8
• φ = 0,3
• Для ЛВЖ: Ψ_F = 0,02 кг/(с·м²), H_{с, низш} = 40 МДж/кг, F = 2 м².

Тогда Q = A = 0,02 ⋅ 2 ⋅ 40 = 1,6 МДж/с (или 1600 кВт). Поскольку n = 0, то в знаменателе [A] остается, а степень 1/n становится неопределенной. В случае n=0, расчетная формула приобретает вид:

τ_кр = (V ⋅ ρ₀ ⋅ C_p ⋅ (Т_крит - Т₀)) / (r ⋅ φ ⋅ Q)

Это соответствует частному случаю, когда мощность тепловыделения постоянна.

τ_кр = (100 м³ ⋅ 1,2041 кг/м³ ⋅ 0,00101 МДж/(кг·К) ⋅ (70 °C - 20 °C)) / (0,8 ⋅ 0,3 ⋅ 1,6 МДж/с)

τ_кр = (120,41 ⋅ 0,00101 ⋅ 50) / (0,24 ⋅ 1,6)

τ_кр = 6,080605 / 0,384

τ_кр ≈ 15,83 с

Таким образом, в данном гипотетическом примере критическая продолжительность пожара по температурному фактору составит приблизительно 15,83 секунды. Это означает, что уже через такое короткое время температура в помещении достигнет критического для человека значения, что требует немедленных мер по эвакуации.

Сравнение τ_кр и τ_расч в контексте строительства

Полученное значение τ_кр является одним из ключевых элементов для оценки пожарной безопасности объекта. Оно представляет собой часть необходимого времени эвакуации (τ_необх), которое определяется как наименьшее из критических значений по всем ОФП.

Далее, это значение τ_необх используется для проверки соответствия эвакуационных путей и выходов требованиям СП 1.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы». Согласно этому Своду правил, должно быть выполнено основное условие пожарной безопасности: τ_расч ≤ τ_необх. Это означает, что фактическое время, за которое люди покинут здание, не должно превышать предельно допустимое время безопасного пребывания.

Если по результатам расчетов оказывается, что τ_расч превышает τ_необх, это свидетельствует о недостаточности существующих объемно-планировочных решений или систем противопожарной защиты. В таком случае, проектные решения должны быть пересмотрены. Это может включать:

• Увеличение количества или ширины эвакуационных выходов.
• Сокращение протяженности эвакуационных путей.
• Применение материалов с повышенной огнестойкостью.
• Установку дополнительных систем дымоудаления или пожаротушения, способных замедлить развитие опасных факторов пожара.
• Разработку специальных мероприятий по организации эвакуации.

Таким образом, расчет τ_кр — это не самоцель, а важный инструмент для комплексной оценки и обеспечения безопасности строительства, позволяющий своевременно выявить и устранить потенциальные угрозы для жизни людей. Он служит надежным фундаментом для принятия обоснованных решений.

Выводы

Детальный расчет критической продолжительности пожара по условию достижения критической температуры (τ_кр) является одним из основополагающих этапов в обеспечении пожарной безопасности любого объекта. Скрупулезное применение актуальных нормативных документов, таких как Приказ МЧС России от 14.11.2022 № 1140, и строгое следование методологии позволяет получить научно обоснованную оценку безопасности эвакуации. Особое внимание к специфике горючей нагрузки, в частности, к горению легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, дает возможность точно моделировать динамику пожара и определять параметры тепловыделения, что является критически важным для достоверности конечных результатов.

Полученное значение τ_кр, в совокупности с расчетами по другим опасным факторам пожара, формирует необходимое время эвакуации (τ_необх). Это значение становится ключевым критерием для проверки адекватности проектных решений в части эвакуационных путей и выходов, согласно требованиям СП 1.13130.2020. Таким образом, детальный расчет τ_кр, проведенный с учетом всех нюансов и актуальных нормативов, не только подтверждает пожарную безопасность объекта, но и служит основой для принятия стратегических решений по ее повышению, гарантируя сохранение жизни и здоровья людей в случае возникновения пожара.

Список использованной литературы

1. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования.
2. Постановление Правительства Российской Федерации. Правила противопожарного режима в Российской Федерации.
3. СП 1.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы (с Изменением N 1).
4. СП 2.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты.
5. СП 3.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Требования пожарной безопасности.
6. СП 4.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям.
7. СП 7.13130.2009. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Противопожарные требования.
8. Федеральный закон «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».
9. Приказ МЧС России от 30.06.2009 N 382 (ред. от 02.12.2015) «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях…».
10. Статья 9. Опасные факторы пожара.
11. Вопрос №301: Какое предельно допустимое значение по повышенной температуре принимается при определении времени блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара?
12. Приложение N 5. Методы определения времени от начала пожара до блокирования эвакуационных путей.
13. I. Методы определения критической продолжительности пожара по опасным факторам пожара.
14. Учебное пособие. Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России.
15. IV. Аналитические соотношения для определения критической продолжительности пожара.
16. Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости. Хранение.
17. Правила хранения ЛВЖ.
18. Расчет параметров пожара пролива ЛВЖ и ГЖ (методика ГОСТ Р 12 3 047-98).