Międzynarodowe krzywe rozwoju pożaru w badaniach ogniowych

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.

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).

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).

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).

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.

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

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.

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