Podstawowe parametry pożaru

Zjawisko pożaru i jego rozwój prowadzi do wzrostu w czasie wartości pa-rametrów opisujących pożar takich jak:temperatura pożaru, czas trwania, wierzchnia, strumień ciepła (moc pożaru), prędkość rozprzestrzeniania się po-żaru, masowa szybkość spalania, objętość produktów rozkładu termicznego i spalania, stężenie dymu i innych (Konecki 2007, Quintiere 1982). Parametry te charakteryzuje się mierzalną wielkością fi zyczną. Zbiór tych wielkości nazywany jest parametrami pożaru.

Temperatura pożaru. Obecnie dla celów projektowych (w zależności od

ro-dzaju materiałów palnych oraz scenariuszy pożaru) używa się różnych krzywych temperaturowych (standardowa, węglowodorowa, zewnętrzna, pełzająca, tune-lowa itp.), których opis zamieszczono w normie (PN-EN 1991-1-2:2008) Euro-kod 1: Oddziaływanie na konstrukcje – część 1–2: Oddziaływanie ogólne – Od-działywanie na konstrukcje w warunkach pożaru.

Podczas badań zachowania się konstrukcji w warunkach pożaro wych najczę-ściej stosuje się następujące przebiegi czasowe zmian temperatury (Abramowicz

i Adamski 2002):

a) krzywa standardowa (ISO 834, PN-EN 1991-1-2:2008) – opisuje zmiany

tem-peratury podczas standardowego pożaru w pomieszczeniach mieszkalnych, znajduje zastosowanie przy określaniu odporności ogniowej elementów kon-strukcyjnych metodą eksperymentalną,

b) krzywa węglowodorowa – opisuje zmiany temperatury podczas pożaru sub-stancji ropo pochodnych,

c) krzywa zewnętrzna – stosowana w przypadku nienośnych przegród ze-wnętrznych,

d) krzywa pełzająca – stosowana w przypadku dużego obciążenia ogniowego i małej „podaży” tlenu,

e) krzywe parametryczne – stosowane dla pożarów w konkretnych pomiesz-czeniach o znanych parametrach,

f) krzywa tunelowa RABT/ZTY – stosowana w Niemczech krzywa, która opi-suje zmiany temperatury podczas 30–90 minutowego pożaru w tunelu oraz 110-minutowej fazy gaszenia (chłodzenia konstrukcji),

g) krzywa tunelowa RWS (Rijkwaterstaat) – stosowana w Holandii krzywa, któ-ra opisuje zmiany tempektó-ratury podczas pożaru w tunelu.

Najbardziej znana jest krzywa normowa (standardowa), mająca zastoso-wanie w badaniach ogniowych elementów budowlanych, wyrażająca się wzo-rem (3.1). Krzywa normowa odzwierciedla rozwój temperatury w pożarach celulozowych, w których paliwem jest głównie drewno i materiały drewnopo-chodne.

T   ORJ ˜ ˜ t  (3.1) gdzie:

T – temperatura [°C], t – czas [min].

Ponieważ w niektórych przypadkach istnieje konieczność analizowania konstrukcji, w innych sytuacjach wyjątkowych dopuszcza się stosowanie innych krzywych „temperatura – czas”. Do krzywych tych zaliczamy:

– krzywą węglowodorową – stosowana jest podczas analizy pożarów, w któ-rych głównym paliwem jest ropa naft owa lub jej pochodne, czyli magazynów olejów, benzyn, wież wiertniczych. Pożary węglowodorowe symulowane są przez krzywą węglowodorową, której bieg w czasie określa wzór:

T  >   H[S     H[S   @_{  } t _{ } t  (3.2)

T, t – jak we wzorze (3.1).

– krzywą zewnętrzną – opisuje pożar mniej intensywny od pożaru re-prezentowanego przez krzywą „normową”. W przypadku nienośnych przegród zewnętrznych (np. ścian osłonowych) wzrost temperatury po stronie nienagrzewanej jest niższy na skutek chłodzenia powietrzem ze-wnętrznym. Takie przypadki przez okres pierwszych 10 minut symulo-wane są przez krzywą zewnętrzną, której przebieg w czasie jest określany wzorem:

T  >   H[S      H[S  @_{  } t _{ } t  (3.3)

T, t – jak we wzorze (3.1).

– krzywą pełzającą – w przypadkach szczególnych, gdy pożar początkowo roz-wija się wolno (np. przy dużym obciążeniu ogniowym i małej podaży tlenu). Pożar taki może wskutek zmiany warunków przekształcić się w pożar rozwi-nięty. Można go opisać wzorami:

(w zakresie 0<t≤21 min): T   ˜t^ (3.4) (dla t>21): T  ORJ _{˜ ˜ }t   _{   (3.5)}

T, t – jak we wzorze (3.1).

– krzywe parametryczne – dają możliwość sporządzenia indywidualnych krzy-wych dla pożarów w konkretnych pomieszczeniach o znanych parametrach, którymi są:

• gęstość obciążenia ogniowego na powierzchni przegród otaczających pomieszczenie,

• wentylacja pożarowa wyrażająca się wskaźnikiem otworów, • pojemność cieplna przegród,

• geometria pomieszczenia.

Szczególną grupę pożarów stanowią pożary w tunelach komunikacyjnych. Wobec znikomego odprowadzania ciepła na zewnątrz, temperatury w pożarach tunelowych osiągają najwyższe wartości. Pożary symulowane przez krzywe tune-lowe:

– niemiecką RABT, według której w Niemczech badane są budowle podziem-ne, a zwłaszcza tunele komunikacyjpodziem-ne,

– holenderską Rijkswaterstaat, według której w Holandii badane są tunele ko-munikacyjne, a która osiąga najwyższe temperatury ze wszystkich krzywych modelowych.

Przebiegi omówionych krzywych „temperatura – czas” przedstawiono na rys. 3.2.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 7HPSHUDWXUD SRĪ DUX> R&@ &]DVWUZDQLDSRĪDUX>PLQ@ .U]\ZD,62 .U]\ZD+&(XURNRG .U]\ZD+&0>)UDQFMD@ .U]\ZD5LMNV:DWHU6WDDW>+RODQGLD@ .U]\ZD5$%$7=79FDU>1LHPF\@ .U]\ZDWXQHORZD5$%$7=79WUDLQ>1LHPF\@

Rys. 3.2. Porównanie przebiegu zmian temperatury w czasie dla różnych

„krzywych pożarowych” (PN-EN 1991-1-2:2008)

Przyjęte scenariusze zmian temperatury, tj. szybkości jej przyrostu oraz jej wartości maksymalne, różnią się znacznie między sobą (rys. 3.2). Może to mieć wpływ na oce nę odporności ogniowej konstrukcji betonowych, dla której szyb-kość wzrostu temperatury ma istotne znaczenie (Bednarek 1978, Bednarek 1992,

Bednarek 1996, Drzymała i Kaszyński 2014). Badania ogniowe zachowania się

konstrukcji betonowych podczas pożaru prowadzi się najczęściej przy użyciu krzywej standardowej (Abramowicz i Kowalski 2002, Bednarek 1992, Bednarek

1996, Kosiorek et al. 1988).

Czas trwania pożaru, wyrażony w sekundach lub minutach, liczony jest od

momentu powstania do przerwania (zakończenia) procesu spalania. Ciągłość procesu spalania jest uwarunkowana jednoczesnym występowaniem czterech podstawowych czynników, tj.: bodźca energetycznego, paliwa, utleniacza oraz wolnych rodników. Procesy zachodzące między tymi elementami spalania wa-runkują powstanie i ciągłość przebiegu procesu spalania. Spalanie ma miejsce do

czasu, aż co najmniej jeden z wymienionych elementów zostanie usunięty. Para-metr ten ma bardzo istotne znaczenie m.in. przy określaniu minimalnej wyma-ganej ilości wody niezbędnej do ugaszenia pożaru (Mizieliński 1999, Gałaj 2015).

Powierzchnia pożaru przyjmuje zazwyczaj kształt fi gur prostych. Jednostką

tego parametru w układzie SI jest [m2]. Powierzchnię pożaru defi niuje się jako rzut strefy spalania na płaszczyznę poziomą lub pionową. Parametr ten uzależ-niony jest m.in. od kierunku rozprzestrzeniania się pożaru, czasu jego trwania oraz liniowej prędkości rozprzestrzeniania się. Znajomość tego parametru jest pomocna przy obliczaniu sił i środków, jakie należy zadysponować podczas akcji ratowniczo-gaśniczych (Wolanin 1986).

Szybkość wydzielania ciepła (moc pożaru) – parametr ten określa ilość

wy-dzielanego ciepła w strefi e spalania w jednostce czasu. Jednostką tego parametru jest [kW] lub [MW]. Jest on bardzo istotny z uwagi na czas przeżycia ludzi oraz ma decydujący wpływ na szybkość rozprzestrzeniania się pożaru. Szybkość wy-dzielania ciepła HRR (ang. Heat Release Rate) decyduje o wartości średniej tempe-ratury podczas pożaru i wpływa na szybkość rozwoju pożaru.

Prędkość rozprzestrzeniania się pożaru – parametr ten defi niuje się jako

maksymalną liniową prędkość, z jaką w danej chwili przemieszcza się czoło pło-mienia. Jednostką tego parametru jest [m/s].

Masowa szybkość spalania – parametr ten określa się jako masę materiału,

która została wypalona w jednostce czasu. Nie charakteryzuje ona danego mate-riału palnego (charakteryzuje go właściwa masowa szybkość spalania), natomiast zależy ona od powierzchni pożaru. Im większa powierzchnia pożaru, tym więk-sza masowa szybkość spalania. Jednostką masowej szybkości spalania jest [kg/s].

Objętość (lub masa) produktów rozkładu termicznego i spalania genero-wana w jednostce czasu lub z jednostki masy spalanego materiału, stężenie dymu – dym defi niuje się jako dyspersyjny układ aerozolowy, składający się

z ośrodka gazowego (faza dyspersyjna) i fazy rozproszonej w stanie ciekłym i stałym. Cząsteczki dymu są układami złożonymi, które mogą stanowić kro-pelki cieczy, fragmenty ciała stałego oblepione cieczą albo smolistą substancją. Dym powstaje podczas spalania płomieniowego niecałkowitego oraz bezpło-mieniowego. Większość cząstek tworzy się w fazie gazowej w wyniku niskiego stężenia tlenu, co prowadzi do niecałkowitego spalania oraz wysokiej tempera-tury. Właściwości dymu zależą od rodzaju ośrodka gazowego, wielkości cząstek, kształtu i ładunku cząstek oraz ich aglomeracji (Konecki 2007). Dym towarzyszy niemal wszystkim pożarom i ma bardzo duży wpływ na prowadzenie akcji ra-towniczo-gaśniczych. Przede wszystkim ogranicza on widzialność, co utrudnia

ewakuację ludzi stanowiącą bardzo istotny etap akcji ratowniczej (Drzymała

i Gałaj 2014, Gałaj 2015).

3.1.3. Bezpieczeństwo ekip ratowniczych oraz czynniki