Мероприятия по безопасности жизнедеятельности

Расчет времени эвакуации при пожаре

Одним из основных способов защиты от поражающих факторов ЧС является своевременная эвакуация и рассредоточение персонала объектов и населения из опасных районов и зон бедствий.

Эвакуация — комплекс мероприятий по организованному выводу или вывозу персонала объектов из зон ЧС или вероятностей ЧС, а также жизнеобеспечение эвакуированных в районе размещения.

При проектировании зданий и сооружений одной из задач является создание наиболее благоприятных условий для движения человека при возможной ЧС и обеспечение его безопасности. Вынужденное движение связано с необходимостью покинуть помещение или здание из-за возникшей опасности (пожар, авария и т. п.). Профессором В. М. Предтеченским впервые рассмотрены основы теории движения людей как важного функционального процесса, свойственного зданиям различного назначения.

Практика показывает, что вынужденное движение имеет свои специфические особенности, которые необходимо учитывать для сохранения здоровья и жизни людей. Статистика показывает, что наибольшее число жертв приходится на пожары в зданиях с массовым пребыванием людей. Число жертв на пожарах в театрах, универмагах и других общественных зданиях достигает несколько сотен человек. 46].

Основная особенность вынужденной эвакуации заключается в том, что при возникновении пожара, уже в самой его начальной стадии, человеку угрожает опасность в результате того, что пожар сопровождается выделением тепла, продуктов полного и неполного сгорания, токсических веществ, обрушением конструкций, что, так или иначе, угрожает здоровью или даже жизни человека. Поэтому при проектировании зданий принимаются меры, чтобы процесс эвакуации мог бы завершиться в необходимое время.

Следующая особенность заключается в том, что процесс движения людей в силу угрожающей им опасности инстинктивно начинается одновременно в одном направлении в сторону выходов, при известном проявлении физических усилий у части эвакуирующихся. Это приводит к тому, что проходы быстро заполняются людьми при определенной плотности людских потоков. С увеличением плотности потоков скорости движения снижаются, что создает вполне определенный ритм и объективность процесса движения. Если при нормальном движении процесс эвакуации носит произвольный характер (человек волен двигаться с любой скоростью и в любом направлении), то при вынужденной эвакуации это становится невозможным.

Показателем эффективности процесса вынужденной эвакуации является время, в течение которого люди могут при необходимости покинуть отдельные помещения и здание в целом.

Безопасность вынужденной эвакуации достигается в случае, если продолжительность эвакуации людей из отдельных помещений или зданий в целом будет меньше продолжительности пожара, по истечении которой возникают опасные для человека воздействия.

Кратковременность процесса эвакуации достигается конструктивно-планировочными и организационными решениями, которые нормируются соответствующими СНиПами.

Ввиду того, что при вынужденной эвакуации не каждая дверь, лестница или проем могут обеспечить кратковременную и безопасную эвакуацию (тупиковый коридор, дверь в соседнее помещение без выхода, оконный проем и др.), нормы проектирования оговаривают понятия «эвакуационный выход» и «эвакуационный путь».

Согласно нормам (СНиП П-А. 5−62, п. 4.1) эвакуационными выходами считаются дверные проемы, если они ведут из помещений непосредственно наружу; в лестничную клетку с выходом наружу непосредственно или через вестибюль; в проход или коридор с непосредственным выходом наружу или в лестничную клетку; в соседние помещения того же этажа, обладающие огнестойкостью не ниже III степени, не содержащие производств, относящихся по пожарной опасности к категориям А, Б и В, и имеющие непосредственный выход наружу или в лестничную клетку (см. Приложение Ж) [].

Все проемы, в том числе и дверные, не обладающие указанными выше признаками, не считаются эвакуационными и в расчет не принимаются.

К эвакуационным путям относят такие, которые ведут к эвакуационному выходу и обеспечивают безопасное движение в течение определенного времени. Наиболее распространенными путями эвакуации являются проходы, коридоры, фойе и лестницы. Пути сообщения, связанные с механическим приводом (лифты, эскалаторы), не относятся к путям эвакуации, так как всякий механический привод связан с источниками энергии, которые могут при пожаре или аварии выйти из строя.

Запасными выходами называют такие, которые не используются при нормальном движении, но могут быть использованы в случае необходимости при вынужденной эвакуации. Установлено, что люди обычно пользуются при вынужденной эвакуации входами, которые ими использовались при нормальном движении. Поэтому в помещениях с массовым пребыванием людей запасные выходы в расчет эвакуации не принимаются.

Основными параметрами, характеризующими процесс эвакуации из зданий и сооружений, являются:

плотность людского потока (D);

скорость движения людского потока (v);

пропускная способность пути (Q);

интенсивность движения (q);

длина эвакуационных путей, как горизонтальных, так и наклонных;

ширина эвакуационных путей.

При нормировании исходили из того, что количество эвакуационных путей, выходов и их размеры должны одновременно удовлетворять четырем условиям:

1) наибольшее фактическое расстояние от возможного места пребывания человека по линии свободных проходов или от двери наиболее удаленного помещения L_ф до ближайшего эвакуационного выхода должно быть меньше или равно требуемому по нормам L_тр

L_ф? L_тр (9).

2) суммарная ширина эвакуационных выходов и лестниц, предусмотренная проектом, _ф должна быть больше или равна требуемой по нормам _тр

_ф? _тр (10).

• 3) количество эвакуационных выходов и лестниц по соображениям безопасности должно быть, как правило, не меньше двух.
• 4) ширина эвакуационных выходов и лестниц не должна быть меньше или больше значений, предусмотренных нормами.

В производственных зданиях протяженность путей эвакуации измеряют от наиболее удаленного рабочего места до ближайшего эвакуационного выхода. Чаще всего эти расстояния нормируют в пределах первого этапа эвакуации. При этом косвенно увеличивается общая продолжительность эвакуации людей из здания в целом.

Степень огнестойкости здания также влияет на протяженность эвакуационных путей, так как она предопределяет скорость распространения горения по конструкциям. Степень огнестойкости зданий определяется минимальными пределами огнестойкости строительных конструкций и максимальными пределами распространения огня по этим конструкциям, при определении степени огнестойкости необходимо воспользоваться Приложением З.

Протяженность путей эвакуации для общественных и жилых зданий предусматривается, как расстояние от дверей наиболее удаленного помещения до выхода наружу или в лестничную клетку с выходом наружу непосредственно или через вестибюль. Обычно при назначении величины предельного удаления учитываются назначение здания и степень огнестойкости. Согласно СНиП П-Л.2−62 «Общественные здания», протяженность путей эвакуации до выхода в лестничную клетку незначительна и удовлетворяет требованиям безопасности.

Расчет времени эвакуации Продолжительность эвакуации людей до выхода наружу из здания определяют по протяженности путей эвакуации и пропускной способности дверей и лестниц. Расчет ведется для условий, что на путях эвакуации плотности потоков равномерны и достигают максимальных значений.

Согласно ГОСТ 12.1.004−91, общее время эвакуации людей складывается из интервала «времени от возникновения пожара до начала эвакуации людей», т_{н э}, и расчетного времени эвакуации, t_p, которое представляет собой сумму времени движения людского потока по отдельным участкам (t_i) его маршрута от места нахождения людей в момент начала эвакуации до эвакуационных выходов из помещения, с этажа, из здания.

Расчет допустимой продолжительности эвакуации при пожаре При возникновении пожара опасность для человека составляют высокие температуры, снижение концентрации кислорода в воздухе помещений и возможность потери видимости вследствие задымления зданий.

Время достижения критических для человека температур и концентраций кислорода на пожаре именуется критической продолжительностью пожара и обозначается _n.k.

Критическая продолжительность пожара зависит от многих переменных:

_n.k. W_пом., c, t_кр., t_н., Q, f, n, v.

где — объем воздуха в рассматриваемом здании или помещении, м³;

с — удельная изобарная теплоемкость газа, кДж/кг-град;

t_кp. — критическая для человека температура, равная 70 °C;

t_н. — начальная температура воздуха, °С;

— коэффициент, характеризующий потери тепла на нагрев конструкций и окружающих предметов принимается в среднем равным 0,5;

Q — теплота сгорания веществ, кДж/кг (Приложение И);

f — площадь поверхности горения, м²;

n — весовая скорость горения, кг/м²-мин (Приложение И);

v — линейная скорость распространения огня по поверхности горючих веществ, м/мин (Приложение К).

Для определения критической продолжительности пожара по температуре в производственных зданиях с применением легковоспламеняющихся и горючих жидкостей используется формула, полученная на основании уравнения теплового баланса:

(11).

Свободный объем помещения соответствует разности между геометрическим объемом и объемом оборудования или предметов, находящихся внутри. Если рассчитывать свободный объем невозможно, допускается принимать его равным 80% геометрического объема.

Удельная теплоемкость сухого воздуха при атмосферном давлении 760 мм. рт. ст., согласно табличным данным, [5] составляет 1005 кДж/кг-град при температуре от 0 до 60 °C и 1009 кДж/кг-град при температуре от 60 до 120 °C.

Применительно к производственным и гражданским зданиям с применением твердых горючих веществ критическая продолжительность пожара определяется по формуле:

(12).

По снижению концентрации кислорода в воздухе помещения критическую продолжительность пожара определяют по формуле:

(13).

где W_О2 — расход кислорода на сгорание 1 кг горючих веществ, м /кг, согласно теоретическому расчету составляет 4,76 огмин [5].

Линейная скорость распространения огня при пожарах, по данным ВНИИПО, составляет 0,33−6,0 м/мин, более точные данные для разных материалов представлены в Приложении К.

Критические продолжительности пожара по потере видимости и по каждому из газообразных токсичных продуктов горения больше, чем вышеперечисленные предыдущие, поэтому в расчет не принимаются.

Из полученных в результате расчетов значений критической продолжительности пожара выбирается минимальное:

(14).

Допустимую продолжительность эвакуации определяют по формулам:

(15).

где и — соответственно допустимая продолжительность эвакуации и критическая продолжительность пожара при эвакуации, мин,.

m — коэффициент безопасности, зависящий от степени противопожарной защиты здания, его назначения и свойств горючих веществ, образующихся в производстве или являющихся предметом обстановки помещений или их отделки.

Значение коэффициента m рекомендуется устанавливать в зависимости от степени надежности средств противопожарной защиты рассматриваемого здания [3].

Для зрелищных предприятий с колосниковой сценой, отделенной от зрительного зала противопожарной стеной и противопожарным занавесом, при огнезащитной обработке горючих веществ на сцене, наличии стационарных и автоматических средств тушения и средств оповещения о пожаре m = 1,25.

Для зрелищных предприятий при отсутствии колосниковой сцены (кинотеатры, цирки и т. п.) m = 1,25.

Для зрелищных предприятий с эстрадой для концертных представлений т =1,0.

Для зрелищных предприятий с колосниковой сценой и при отсутствии противопожарного занавеса и автоматических средств тушения и оповещения о пожаре т = 0,5.

В производственных зданиях при наличии средств автоматического тушения и оповещения о пожаре т = 2,0.

В производственных зданиях при отсутствии средств автоматического тушения и оповещения о пожаре т= 1,0.

При размещении производственных и других процессов в зданиях III степени огнестойкости т = 0,65−0,7.

Критическая продолжительность пожара для здания в целом устанавливается в зависимости от времени проникновения продуктов горения и возможной потери видимости в коммуникационных помещениях, размещаемых до выхода из здания.

При горении волокнистых веществ во взрыхленном состоянии в течение 1−2 мин имеет место интенсивное горение с поверхности, после чего начинается тление с бурным дымообразованием. При горении твердых изделий на основе древесины дымообразование и распространение продуктов горения в смежные помещения наблюдаются через 5−6 мин.

Оценивая в итоге критическую продолжительность пожара для эвакуации людей из здания в целом, можно установить следующее.

При пожарах в гражданских и производственных зданиях, где основным горючим материалом являются целлюлозные материалы (в том числе древесина), критическая продолжительность пожара может быть принята равной 5−6 мин.

При пожарах в зданиях, где обращаются волокнистые материалы во взрыхленном состоянии, а также горючие и легковоспламеняющиеся жидкости — от 1,5 до 2 мин.

Допустимую продолжительность эвакуации рекомендуется принимать соответственно 2,8 и 3 мин — в зданиях II степени огнестойкости; 1 мин — в зданиях IV и V степени огнестойкости.

В зданиях, в которых не может быть обеспечена эвакуация людей в течение указанного времени, должны приниматься меры по созданию незадымляемых эвакуационных путей.

Расчетное время эвакуации людей (t_P) следует определять как сумму времени движения людского потока по отдельным участкам пути t_f:

(16).

где — время задержки начала эвакуации;

t₁ — время движения людского потока на первом участке, мин;

t₂, t₃, t_i — время движения людского потока на каждом из следующих после первого участкам пути, мин.

При расчете весь путь движения людского потока подразделяется на участки (проход, коридор, дверной проем, лестничный марш, тамбур) длиной L_i, и шириной b_i. Начальными участками являются проходы между рабочими местами, оборудованием, рядами кресел и т. п.

При определении расчетного времени принимаются фактические данные длины и ширины каждого участка пути эвакуации. Длина пути по лестничным маршам измеряется по длине марша. Длина пути в дверном проеме принимается равной нулю. Проем, расположенный в стене толщиной более 0,7 м, а также тамбур следует считать самостоятельным участком горизонтального пути, имеющим конечную длину. 21].

Время движения людского потока по первому участку пути (t₁), мин, вычисляют по формуле:

(17).

где — длина первого участка пути, м;

— значение скорости движения людского потока по горизонтальному пути на первом участке, определяется в зависимости от относительной плотности D, м²/м².

Плотность людского потока D₁ на первом участке пути, м²/м², вычисляют по формуле:

(18).

где — число людей на первом участке, чел.;

f — средняя площадь горизонтальной проекции человека, принимаемая по таблице М. 1 Приложения М, м²/чел.;

и — длина и ширина первого участка пути, м.

Скорость V_i движения людского потока на участках пути, следующих после первого, принимается по таблице М.2 Приложения М в зависимости от значения интенсивности движения людского потока по каждому из этих участков пути, которое вычисляют для всех участков пути, в том числе и для дверных проемов, по формуле:

(19).

где , — ширина рассматриваемого i_гo и предшествующего ему участка пути, м;

, — значения интенсивности движения людского потока по рассматриваемому i_му и предшествующему участкам пути, м/мин.

Если значение , определяемое по формуле (19), меньше или равно значению q_max, то время движения по участку пути () в минуту: при этом значения q_max, м/мин, следует принимать по таблице 28.

Таблица 28.

Интенсивность движения людей.

Если значение q_h определенное по формуле (19), больше q_max, то ширину bj данного участка пути следует увеличивать на такое значение, при котором соблюдается условие:

(20).

При невозможности выполнения условия (20) интенсивность и скорость движения людского потока по участку пути i определяют по таблице М.2 Приложения М при значении D = 0,9 и более. При этом должно учитывается время задержки движения людей из-за образовавшегося скопления.

При слиянии вначале участка i двух и более людских потоков интенсивность движения q_i м/мин, вычисляют по формуле:

(21).

где - интенсивность движения людских потоков, сливающихся в начале участка i, м/мин;

— ширина участков пути слияния, м;

— ширина рассматриваемого участка пути, м.

Если значение определенное по формуле (21), больше q_max, то ширину — данного участка пути следует увеличивать на такую величину, чтобы соблюдалось условие (20). В этом случае время движения по участку i определяется по формуле (16).

Интенсивность движения в дверном проеме шириной менее 1,6 м определяется по формуле:

(22).

где b — ширина проема.

Время движения через проем определяется как частное деления количества людей в потоке на пропускную способность проема:

(23).

Расчет фактического времени эвакуации Необходимо определить время эвакуации из кабинета ГУ-УНПК кафедры «ТиТПП» при возникновении пожара в здании. Здание кирпичного типа, не оборудовано автоматической системой пожаротушения. Кабинет имеет размеры в плане 4,5×6 м, в его коридорах шириной 3 м имеются схемы эвакуации людей при пожаре. Кабинет объемом 94,5 м³ расположен на первом этаже недалеко от лестничной клетки, ведущей на улицу. Лестничная клетка имеет ширину 1,5 м и длину 1,5 м. В кабинете обучается 25 человек.

План эвакуации при пожаре отображен в приложении Е. 83,84].

• 1. По категории помещение относится к группе Д и II степени огнестойкости.
• 2. Критическая продолжительность пожара по температуре рассчитывается по формуле (12) с учетом мебели в помещении:

_n.k. = ³v (75,6*1009*(70−20))/³v ((1−0,5)*3,14*13 800*14*(0,36)²) = 4,595 мин.

3. Критическая продолжительность пожара по концентрации кислорода рассчитывается по формуле (13):

_n.k.^О₂ = ³v ((0,01)^-1*75,6)/ ³v (3,14*14*4,76*(0,36)²) = 6,533 мин.

• 4. Минимальная продолжительность пожара по температуресоставляет 4,595 мин. В производственных зданиях при отсутствии средств автоматического тушения и оповещения о пожаре m = 1,0. Допустимая продолжительность эвакуации для данного помещения:
• 1_доп. = m¹_n.k.= 1*4,595 = 4,595 мин.
• 5. Время задержки начала эвакуации принимается 4,1 мин по таблице Л. 1 Приложения Л с учетом того, что здание имеет систему сигнализации и оповещения о пожаре без системы управления эвакуацией оператором.
• 6. Для определения времени движения людей по первому участку, с учетом габаритных размеров кабинета 4,5×6 м, определяется плотность движения людского потока на первом участке по формуле (18):

D₁ = (25*0,16)/(4,5*6) = 0,148 м²/м²

По таблице М.2 Приложения М скорость движения составляет 80 м/мин, интенсивность движения 8 м/мин, таким образом, время движения по первому участку:

t₁ = 6/80 = 0,075 мин.

7. Длина дверного проема принимается равной нулю. Наибольшая возможная интенсивность движения в проеме в нормальных условиях qmax=19,6 м/мин, интенсивность движения в проеме шириной 1,1 м рассчитывается по формуле (22):

q_d = 2,5 + 3,75 * b=2,5 + 3,75 * 1,1 = 6,62 м/мин,.

q_d? q_max поэтому движение через проем проходит беспрепятственно.

Время движения в проеме определяется по формуле:

t_d1 = (25*0,16)/(6,62*1,1) = 0,549 мин.

8. Для определения времени движения людей по второму участку пути — малый коридор, с учетом его габаритных размеров 3×4,5 м, определяется плотность движения людского потока на первом участке по формуле (18):

D₂ = (25*0,16)/(3*4,5) = 0,296 м²/м²

По таблице М.2 Приложения М скорость движения составляет 47 м/мин, интенсивность движения 14,1 м/мин, таким образом, время движения по второму участку:

t₂ = 4,5/47 = 0,096 мин.

9. Для определения времени движения людей по третьему участку пути — основной коридор, с учетом его габаритных размеров 3×15 м, определяется плотность движения людского потока на третьем участке по формуле (18):

D₃ = (25*0,16)/(3*15) = 0,088 м²/м²

По таблице Е.2 приложения Е скорость движения составляет 80 м/мин, интенсивность движения 8 м/мин, таким образом, время движения по третьему участку:

t₃ = 15/80 = 0,188 мин.

10. Для определения скорости движения по лестнице рассчитывается интенсивность движения на четвертом участке по формуле (19):

q_i = (8*3)/1,5 = 16 м/мин.

Это показывает, что на лестнице скорость людского потока снижается до 40 м/мин (Приложение М, Таблица М2). Время движения по лестнице вниз (4-й участок):

t₄ = 1,5/40 = 0,0375 мин.

11. Тамбур при выходе на улицу имеет длину 1,5 метра, на этом участке образуется максимальная плотность людского потока, поэтому согласно данным Приложения М, скорость падает до 15 м/мин, а время движения по тамбуру составит:

t₅ = 1,5/15 = 0,1 мин.

12. При высокой плотности людского потока интенсивность движения через дверной проем на улицу шириной более 1,6 м — 8,5 м/мин, время движения через него:

t_d2 = (25*0,16)/(8,5*1,6) = 0,294 мин.

13. Расчетное время эвакуации рассчитывается по формуле (16):

t_p = t_н.э.+t₁+t_d1+t₂+t₃+t₅+t_d2 = 4,1+0,075+0,549+0,096+0,188+0,0375+0,1+0,294 = 5,4395 мин.

14. Таким образом, расчетное время эвакуации из кабинета ГУ-УНПК кафедры «ТиТПП», расположенного на 1 этаже, больше допустимого. Поэтому здание, в котором располагается предприятие, необходимо оборудовать средствами автоматического пожаротушения.