Międzynarodowe krzywe rozwoju pożaru w badaniach ogniowych

13-03-2020

Użyteczne narzędzie do projektowania bezpieczeństwa pożarowego

Międzynarodowe krzywe rozwoju pożaru w badaniach ogniowych - użyteczne narzędzie do projektowania bezpieczeństwa pożarowego
Międzynarodowe krzywe rozwoju pożaru w badaniach ogniowych - użyteczne narzędzie do projektowania bezpieczeństwa pożarowego
Temperature Temperatura
Time Czas

Dla każdego pomieszczenia w budynku można zaprojektować krzywe rozwoju pożaru, które wskazują przebieg temperatury w czasie. Takie krzywe stanowią użyteczne narzędzie do projektowania bezpieczeństwa pożarowego budynków i zabezpieczeń przeciwpożarowych. Podczas badań ogniowych elementy budynku są poddawane obciążeniu cieplnemu, które jest określane przez standardową krzywą rozwoju pożaru. Pokazuje ona funkcję temperatury w pożarze w czasie na podstawie analizy energii termicznej (różnica między ΔHc a stratami cieplnymi).

Straty cieplne występują:

  • na ścianach i obiektach w pomieszczeniu,
  • na skutek nagrzewania się mas powietrza,
  • na skutek promieniowania i konwekcji przez okna i drzwi.

W ostatnich latach przeprowadzono wiele międzynarodowych badań w zakresie bezpieczeństwa pożarowego, celem określenia rodzajów pożarów, które mogą wystąpić w środowisku budynku. Na podstawie danych uzyskanych w wyniku badań ogniowych opracowano szereg krzywych zależności czasu i temperatury dla różnych rodzajów ekspozycji, które opisano poniżej. Wyszczególnione w dalszej części krzywe rozwoju pożaru są niezwykle pomocne w projektowaniu zabezpieczeń przeciwpożarowych.

Krzywa celulozowa w badaniach ogniowych

Standardowe badania ogniowe, którym poddawane są próbki konstrukcji, oparte są na wykorzystaniu krzywej celulozowej funkcji czasu do temperatury, określonej w różnych normach krajowych, np. ISO 834, BS 476: część 20, DIN 4102, AS 1530, itp.

Krzywa ta opiera się na tempie spalania komponentów znajdujących się w ogólnych materiałach budowlanych i zawartości budynku.

Przebieg temperatury na krzywej celulozowej pożaru (ISO-834) opisuje następujące równanie: T = 20+345*LOG(8*t+1).

Krzywa celulozowa w badaniach ogniowych
Krzywa celulozowa w badaniach ogniowych
Temperature Temperatura
Time Czas

Krzywa węglowodorowa a bezpieczeństwo przeciwpożarowe

Chociaż krzywa celulozowa jest stosowana od wielu lat, szybko okazało się, że tempo spalania niektórych materiałów, np. płynnego gazu, chemikaliów itp. jest znacznie wyższe, niż proces spalania np. drewna. W związku z tym zaistniała potrzeba zastosowania alternatywnego podejścia do badań ogniowych, w celu przeprowadzenia testów konstrukcji i materiałów stosowanych w przemyśle petrochemicznym i w ten sposób powstała krzywa węglowodorowa.

Krzywa węglowodorowa ma zastosowanie w miejscach, gdzie mogą wystąpić niewielkie pożary produktów ropopochodnych, tj. w zbiornikach paliwa samochodowego, cysternach benzynowych lub naftowych, niektórych chemikaliowcach itp. W rzeczywistości, chociaż krzywa węglowodorowa opiera się na znormalizowanym typie pożaru, istnieje wiele typów pożarów paliw petrochemicznych.

Przebieg temperatury na krzywej pożaru węglowodorowej (HC) opisuje następujące równanie: T = 20+1080*(1-0,325*e-0,167*t-0,675*e-2,5*t).

Krzywa węglowodorowa a bezpieczeństwo przeciwpożarowe
Krzywa węglowodorowa a bezpieczeństwo przeciwpożarowe
Temperature Temperatura
Time Czas

Zmodyfikowana krzywa węglowodorowa

Francuska regulacja określiła wymóg poszerzonej wersji pochodnej wyżej wymienionej krzywej węglowodorowej znanej jako zmodyfikowana krzywa węglowodorowa (Modified Hydrocarbon Curve - HCM).

Maksymalna temperatura na krzywej HCM wynosi 1300°C zamiast standardowej temperatury 1100°C stosowanej na krzywej HC.

Jednak gradient temperatury HCM w pierwszych kilku minutach pożaru jest tak samo silny, jak we wszystkich pożarach węglowodorów (RWS, HCM, HC), co może powodować szok termiczny otaczającej struktury betonu i wynikające z tego kruszenie betonu.

Przebieg temperatury na krzywej pożaru HCM opisuje następujące równanie:
T = 20+1280*(1-0,325*e-0,167*t-0,675*e-2,5*t).

Zmodyfikowana krzywa węglowodorowa
Zmodyfikowana krzywa węglowodorowa
Temperature Temperatura
Time Czas

Krzywe RABT ZTV w badaniach ogniowych

Krzywe RABT dla bezpieczeństwa pożarowego zostały opracowane w Niemczech w wyniku serii programów badań, takich jak np. projekt Eureka. Wzrost temperatury na krzywych RABT ZTV jest bardzo gwałtowny, aż do 1200°C w ciągu 5 minut. Jednak czas ekspozycji na działanie 1200°C jest krótszy, niż w przypadku innych krzywych, przy czym spadek temperatury zaczyna następować po 30 minutach w przypadku pożaru samochodu. Spadek temperatury w przypadku pożaru pociągu rozpoczyna się dopiero po 60 minutach. Na obu krzywych rozwoju pożaru stosuje się 110-minutowy okres chłodzenia.

Kryterium uszkodzenia próbek wystawionych na działanie krzywej funkcji czasu do temperatury RABT-ZTV jest to, że temperatura zbrojenia nie powinna przekraczać 300°C. Nie ma wymagań dotyczących maksymalnej temperatury w punkcie styku.

Krzywe RABT ZTV w badaniach ogniowych
Krzywe RABT ZTV w badaniach ogniowych
Temperature Temperatura
Time Czas

Przebieg krzywej (krzywych) temperatury pożaru RABT-ZTV opisują następujące wartości:

RABT-ZTV (pociąg)
Czas (min) Temperatura (°C)
0 15
5 1200
60 1200
170 15
RABT-ZTV (samochód)
Czas (min) Temperatura (°C)
0 15
5 1200
30 1200
140 15

Krzywa RWS (Rijkswaterstaat) w projektowaniu zabezpieczeń przeciwpożarowych

Krzywa RWS została opracowana przez Rijkswaterstaat - holenderskie Ministerstwo Transportu. Krzywa ta oparta jest na założeniu możliwości wystąpienia najgorszego scenariusza pożaru cysterny o pojemności 50 m3 paliwa, ropy naftowej lub benzyny, przy obciążeniu ogniowym 300MW trwającego do 120 minut. Krzywa RWS została opracowana podczas badań ogniowych na podstawie wyników testów przeprowadzonych przez TNO w Holandii w 1979 roku.

Dokładność krzywej pożaru RWS jako krzywej rozwoju pożaru na potrzeby projektowania tuneli drogowych została potwierdzona w pełnowymiarowych badaniach przeprowadzonych w tunelu Runehamar w Norwegii.

Krzywa RWS (Rijkswaterstaat) w projektowaniu zabezpieczeń przeciwpożarowych
Krzywa RWS (Rijkswaterstaat) w projektowaniu zabezpieczeń przeciwpożarowych
Temperature Temperatura
Time Czas

Przebieg rozwoju temperatury na krzywej rozwoju pożaru RWS opisano za pomocą następujących wartości:

RABT-ZTV (pociąg)
Czas (min) Temperatura (°C)
0 20
3 890
5 1140
10 1200
30 1300
60 1350
90 130
120 1200
180 1200