belépés / regisztráció
2020. december 5. szombat
Aktuális lapszám

Mérnöki módszerek alkalmazása a hő- és füstelvezetésben I.

A bevezetés alatt álló Országos Tűzvédelmi Szabályzat legújabb változatában már nem titkolt cél, hogy a tételes előíró elvek háttérbe szorításával a mérnöki módszerek kerüljenek egyre inkább előtérbe. Az utóbbi hónapokban munkabizottságok alakultak, amelyek műhelymunkában alakítják ki az egyes részterületeken az új módszereket és azok használatának feltételeit, amelyeket „Műszaki Irányelvek” formában fogalmaznak meg. A munkabizottságok a műszaki irányelveket az OKF szakembereivel és az azokat használni kívánó szakmai közösségekkel egyeztetve alakítják ki. A hő- és füstelvezetés területével két munkabizottság is foglalkozik. Az alábbiakban be szeretnénk mutatni, hogy gravitációs berendezések esetén a mérnöki módszerek milyen módon alkalmazhatók a hőés füstelvezetők mértezésének területén. Az első részben a zárt téri tüzek vizsgálatának lefolyását ismertetjük.

 

Az OTSZ 5.0 tervezete szerint hő- és füstelvezetést kell létesíteni minden 1.200 m2-nél nagyobb alapterületű helyiségben, tömegtartózkodásra szolgáló helyiségben, menekülési útvonalon, 100 m2-nél nagyobb alapterületű pinceszinti helyiségekben, fedett átriumokban, nem füstmentes lépcsőházakban, 200 m2-nél nagyobb alapterületű játszóházakban, illetve minden egyéb esetben, ahol a rendeltetés és a füstfejlődés jellemzői alapján a kiürítés és a tűzoltó beavatkozás feltételeinek biztosítása céljából a tűzvédelmi szakhatóság előírja.

A gravitációs rendszerek esetén általában az OTSZ tervezet leíró elvei alapterület százalékában határozza meg a hatásos elvezető- és légpótló nyílások méreteit (1. ábra). Csarnok jellegű építmények helyiségei esetén a számítási belmagasságtól, az elérni kívánt füstmentes levegőréteg magasságától, valamint az épület, helyiség rendeltetésétől függően a hatályos OTSZ 24. mellékletének 5. táblázatából határozhatjuk meg a füstszakaszonként szükséges hatásos nyílások méretét (ez a módszer a hőés füstelvezetéssel foglalkozó tűzvédelmi műszaki irányelv része lesz; az OTSZ 5.0 tervezetéből hiányzik). Az OTSZ 5.0 követelményei között annyi szerepel, hogy a füstszegény levegőréteg minimális magassága 6 m számítási belmagasságig 3 m, 6 m-nél nagyobb belmagasság esetében annak legalább a fele. A jelenlegi szabályozás méretezési módszere, illetve az OTSZ 5.0-hoz tartozó irányelv szerint a tárolt anyagok alapján az épületet rendeltetés szerint négy csoportba lehet sorolni. A minimális füstmentes légréteg tartományán belül a méretezéshez használt füstmentes levegőréteg magasságát a raktározási, tárolási, használati magasság alapján kell meghatározni.

Zárt téri tüzek lefolyásának vizsgálata

A zárt téri tüzek lefolyásának ismeretére azért van szükség, mert az itt fejlődő tüzek jellemzésére a tűz teljesítményének és a tűztér hőmérsékletének időbeli változását használhatjuk. A tűz teljesítménye modellezhető, a hőmérséklet- eloszlás esetében azonban rögzített eloszlásfüggvényeket használunk. Az eloszlásfüggvények használatának az oka, hogy a tűztérben kialakuló ok-okozati elvek szerint igen nehezen lehet modellkapcsolatokat találni a paraméterek száma és a jellemzők bizonytalansága miatt.

Hőmérséklet időbeli alakulása

A tűztér jellemzésére igen gyakran a hőmérséklet időbeli változását használjuk (2. ábra), ami tulajdonképpen egy indikátor, amelyet számos tűztéri paraméter befolyásol. A paraméterek közül az egyik legmeghatározóbb a tűz teljesítménye. A teljesítmény mellett azonban a helyiségtérfogat, az épületszerkezetek és hőtani jellemzőik, illetve a levegőcsere szintén hatással vannak a tűztérben kialakuló hőmérsékletre. A levegőcserének kettős hatása is van: az érkező környezeti levegő keveredve a tűztérben lévő gázkeverékkel hűti azt, illetve az égés teljesítményére is hatással van az oxigénellátáson keresztül. Az oxigénhiányos égésnek kisebb a teljesítménye, így a tűztér hőmérséklete is alacsonyabb. Hő- és füstelvezetés méretezésére egy-, illetve kétzónás modellek használhatók. Közös jellemzőjük, hogy a zónán belül a hőmérsékletet és a gázkeverék sűrűségét állandónak tekintjük. A tűztér hőmérsékletmodelljei az egyzónás modell számára kiválóan használhatók.

A mérnöki módszerekben alkalmazott modellek szempontjából a tűzfejlődés korai szakasza a számunkra leginkább izgalmas.

Tűz teljesítményének időbeli változása

A tűztér legfontosabb jellemzője a keletkezett tűz teljesítményének időbeli változása (3. ábra), ami számos mérnöki módszerben alkalmazott modell bemenő paramétere. Mivel a tűz teljesítménye szempontjából a korai (parázsló szakasz) elhagyható, a legegyszerűbb modellek szerint a tűz teljesítményének időbeli alakulása három szakaszra bontható (a fejlődő, a stabil és a hanyatló égés szakasza). Mindhárom szakasz modellezhető. A fejlődő szakasz időbeli változása négyzetes függvénnyel közelíthető (Q˙ = αt2), a négyzetes függvény együtthatója (α) a fejlődő szakaszra jellemző paraméter. A nemzetközi szakirodalomban kétféle közelítés találunk. A.: Adott éghető anyagok, objektumok (pl. egy összetett anyagokból készülő bútor – karosszék, fotel stb.) esetében méréssel megállapítható az együttható. B.: Mivel egy helyiségen belül számos összetett anyagú objektum található, nehezen határozható meg a fejlődő szakasz együtthatója, ezért az égés korai szakaszának jellemzésére kategóriákat alkotunk. Az egyes kategóriák a következők: nagyon gyors (α=0.190), gyors (α=0.047), közepes (α=0.012), lassú (α=0.03). A vizsgált helyiséget a használat módja alapján soroljuk a fenti kategóriák egyikébe. Tapasztalataink szerint például egy lakás a közepes kategóriába tartozik. A stabil égés szakaszának teljesítményét az éghető anyagok tömegveszteségével modellezhetjük. Ennek a szakasznak a jellemzői a közel állandó teljesítmény, illetve a stabil égés szakaszának ideje. A tömegveszteség sebességéből, a teljes égéshez tartozó hőfelszabadulás mértékéből és az égés hatékonyságából a felszabaduló teljesítmény és az égési idő is egyszerűen számítható (Q˙ = Afm"ΔHc). Az irodalomban a folyékony anyagok tüzeinek felülete és a tömegveszteség sebessége között is találunk összefüggést (m" =m" . (1–e–kβD)). Mivel a hanyatló szakasz általában már nem képezi a mérnöki vizsgálatok tárgyát, ezért a legegyszerűbb modell, ha a stabil égés maximális teljesítményével számolunk tovább ebben a tartományban is.

Mivel a későbbi számítások bemenő paramétere a tűz teljesítménye, illetve annak időbeni eloszlása, ezért különösen fontos a „mértékadó tűzteljesítmény” és annak időbeni lefutásának meghatározása. Mivel nincs általános kidolgozott módszer, ezért a mérnöki módszerek alkalmazásának legelső lépése a mértékadó tűzteljesítmény helyes megválasztása. A mérnöknek döntésekor mérlegelnie kell többek között az épületszerkezetek jellemzőit, az épület használati módját, valamint a helyiségben lévő éghető anyagokat kell figyelembe vennie. Az előző bekezdésben leírt módszerek segítik döntését. A modellalkotás végén „érzékenységvizsgálatnak” kell alávetni az égés teljesítményét, amelyben azt vizsgáljuk, hogy a választott égésteljesítmény, vagy annak pontatlansága milyen hatással van a végeredményre (hő- és füstelvezetés esetén a füstelvezető nyílás méretére, vagy a füstmentes levegőréteg magasságára). Az OTSZ megjelenés alatt álló változatában megjelent a kockázatelvű méretezési elv, amelyben az építményeket kockázati csoportba kell sorolni. Célszerű, hogy a kockázati csoportok és a tűz teljesítménye, valamint annak időbeli lefutása összerendelésre kerüljön.

Az irodalomjegyzéket az utolsó rész végén tesszük közzé.

(Folytatjuk)

***

1. ábra. OTSZ 5.0 hő- és füstelvezetés előíró méretezésének követelményei
2. ábra. A tűztér hőmérsékletének időbeli változása
3. ábra. A tűz teljesítményének időbeli változása

Szikra Csaba
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,
Építészmérnöki Kar Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék


Dr. Takács Lajos Gábor
okl. építészmérnök, egyetemi docens
BME Épületszerkezettani Tanszék

A szerzõ egyéb cikkei:

  Nyitott szórófejes oltórendszer és nagynyomású vízköddel oltó berendezés együttes működésének numerikus szimulációja, különböző
  Mérnöki módszerek alkalmazása a hő- és füstelvezetésben II.

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam