ANALIZA ROZWOJ POŻAR W POMIESZCZENIACH PRZY ŻYCI MODEL CFAST. Marek Konecki,, Norbert Tuśnio Streszczenie W pracy przedstawiono wyniki obliczeń parametrów stanu pożaru wykonane przy pomocy modelu strefowego CFAST. Obliczenia wykonano dla różnych układów pomieszczeń, różnej dynamiki pożaru i współczynnika wentylacji. Modelowano zjawisko oddziaływania tryskacza na środowisko pożaru i wstecznego ciągu płomieni (backdraft). 1. WPROWADZENIE W ciągu ostatnich 20 lat nastąpił znaczący rozwój modeli strefowych opisujących rozwój pożaru w pomieszczeniu i budynku. Istniejące modele komputerowe różnią się celem i zakresem problematyki pożarowej oraz stopniem złożoności. Proste modele wypełniania dymem jak ASET [1] pozwalają na obliczenia (z wystarczającą dokładnością) parametrów pożaru w pojedynczym zamkniętym pomieszczeniu. Modele przybliżające dane parametry pożaru są zbudowane zwykle z pojedynczych funkcji np. COMPF2 oblicza temperatury w fazie rozwiniętej pożaru, a LAVENT zawiera model oddziaływania strumieni podsufitowych z czujkami pożarowymi w pomieszczeniu z otworami wentylacyjnymi. Złożone modele typu HARVARD 5 czy FIRST obliczają, między innymi, szybkość spalania różnych obiektów w pomieszczeniu w funkcji czasu. Obok wielu modeli dla pojedynczego pomieszczenia istnieje kilka opisujących pożar w strukturach wielu pomieszczeń jak BRI, HARVARD 6 (wersja HARVARD 5), FAST, CCFM i CFAST. W pracach przeglądowych [2, 3] dokonano analizy porównawczej najbardziej znanych modeli strefowych. Modele strefowe traktują pomieszczenie w budynku jako całość lub dzielą je na małą liczbę termicznie jednorodnych stref. Objętość pomieszczenia z pożarem i innych pomieszczeń budynku dzieli się przeważnie na dwie objętości kontrolne (strefy) górną gorącą i niższą chłodną. Zakłada się dobre mieszanie gazów w każdej strefie (skład i warunki termodynamiczne jednorodne). Dla każdej ze stref rozwiązuje się równania zachowania masy, energii i substancji. Wymagane grupy danych wprowadzanych do programu to własności pożarowe materiałów palnych (szybkość spalania, prędkość rozprzestrzeniania się płomienia itp.) i ich usytuowanie, dane dotyczące geometrii pomieszczenia, otworów wentylacyjnych (położenie, wymiary) oraz własności termofizyczne materiałów ścian. Obliczenia modelowe dostarczają danych dotyczących najistotniejszych parametrów pożaru w funkcji czasu dla każdej ze stref jak temperatura warstwy gorącej, grubość tej warstwy, stężenia O 2 i CO oraz szybkości wypływu masy gorących gazów z pomieszczenia. Zestaw danych wyjściowych zależy od celu modelu. dowodniono, że zastosowanie modeli strefowych jest praktyczną metodą uzyskiwania danych pierwszego rzędu dla procesów pożaru w fazie jego wzrostu tzw. fazie przedrozgorzeniowej [1]. Model CFAST (Consolidated Model of Fire Growth and Smoke Transport) przeznaczony jest do obliczeń rozkładu dymu i gazów pożarowych oraz temperatury w różnych pomieszczeniach budynku objętego pożarem. Jest programem, który powstał i jest rozwijany w National Institute of Standards and Technology (NIST) SA [4]. Jest on połączeniem i rozszerzeniem dwóch wcześniej powstałych modeli FAST [5] i CCFM.VENTS [6]. Obecnie jest najbardziej złożonym modelem strefowym dla układów wielu pomieszczeń (do trzydziestu) w sposób najbardziej pełny symulującym środowisko pożaru.
Celem niniejszej pracy było zastosowanie modelu CFAST (wersja 3.1.6, 1999 r.) do obliczeń parametrów stanu pożaru (temperatura górnej warstwy, położenie dolnej granicy górnej warstwy, stężenia gazowych produktów spalania etc.) dla pożarów o różnej dynamice dla różnych układów pomieszczeń w budynku oraz przeprowadzenie parametrycznej analizy czułości modelu. Analizowano wpływ zmian wartości wielkości wprowadzanych (szybkość wydzielania ciepła i inne) na wyniki otrzymane. Pozwoliło to na określenie dominującego wpływu różnych parametrów. Podano podstawowy układ równań, główne założenia submodeli fizycznych wraz z możliwościami i ograniczeniami modelu, a także weryfikacją doświadczalną. 2. ZAŁOŻENIA MODEL W każdym pomieszczeniu wyróżnia się dwie strefy (górną gorącą i dolną zimną), a ponao kolumnę konwekcyjną i strumień podsufitowy. Źródło pożaru Spalanie modelowane jest jako kontrolowane przez paliwo (nieograniczony dostęp tlenu) co ma miejsce w kolumnie konwekcyjnej lub jako kontrolowane przez wentylację (ograniczony dostęp tlenu). W drugim przypadku spalanie może mieć miejsce również w warstwie gorącej oraz drzwiowej kolumnie konwekcyjnej. Szybkość spalania materiału palnego modelowana jest jako zadana zależność szybkości wydzielania ciepła od czasu. Rzeczywiste wartości szybkości spalania i szybkości wydzielania ciepła są obliczane na podstawie zasady zużycia tlenu (ilość ciepła wydzielonego w czasie spalania wielu cieczy, gazów i ciał stałych, przypadająca na jednostkę masy zużytego tlenu jest stała i wynosi 13,1 MJ/kg O 2 ) i ilości tlenu dostępnego w strumieniu powietrza wciąganego do kolumny konwekcyjnej. Zakłada się istnienie wielu niezależnych, nie oddziaływujących wzajemnie ognisk pożaru w jednym lub w wielu pomieszczeniach. Chemia spalania uwzględnia istnienie równowagi między poszczególnymi składnikami kolumny konwekcyjnej, górnej warstwy w pomieszczeniu z pożarem i w pomieszczeniu przyległym. Kolumna konwekcyjna i przepływy Zastosowano zweryfikowaną doświadczalnie korelację McCaffreya do obliczeń strumienia powietrza wciąganego do kolumny konwekcyjnej ognia jak i do kolumn konwekcyjnych formowanych w otworach wentylacyjnych. Przepływy przez otwory są jednym z dominujących zjawisk w środowisku pożaru z powodu ich wpływu na transfer większości entalpii z pomieszczenia do pomieszczenia. względniono naturalne przepływy fazy gazowej w poziomie (przez drzwi i okna) i w pionie (przez otwory w suficie, podłodze) oraz przepływy wymuszone (wentylacja mechaniczna). W odróżnieniu innych modeli strefowych CFAST zakłada mieszanie się różnych stref. Wymiana ciepła Założono, dla każdej powierzchni, jednowymiarowy, nieustalony strumień ciepła wymieniany przez przewodzenie. względnienie rzeczywistej budowy ścian (materiały wielowarstwowe) pozwala na dokładne obliczenia wymiany ciepła przez przewodzenie. Obejmuje wymianę przez promieniowanie między strefami spalania, warstwami gazów i powierzchniami ścian, sufitów, podłóg jak i konwekcyjną wymianę ciepła wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń. W pomieszczeniu ze źródłem ognia w wymianie ciepła przez konwekcję i przewodzenie uwzględniono istnienie strumienia podsufitowego gorących gazów. 3. ZALETY I MOŻLIWOŚCI (W STOSNK DO INNYCH MODELI STREFOWYCH) CFAST jest zbiorem programów komputerowych i danych do symulacji podstawowych czasowo-zależnych zjawisk pożaru w pomieszczeniach (do trzydziestu) budynku. Program komputerowy wykonuje obliczenia zestawu standardowych parametrów pożaru takich jak: - temperatura warstwy gorącej i chłodnej, objętości warstw, gęstość optyczna dymu, - stężenia gazowych produktów rozkładu termicznego i spalania, - strumienie entalpii i masy (gazowych produktów spalania i dymu) wydzielane przez jeden lub więcej obiektów w pomieszczeniu,
- strumienie entalpii i masy przepływające przez wiele pomieszczeń i otworów (drzwi, okna, szczeliny, ciągi wentylacyjne etc.). Ponao rozszerzenie modelu, w stosunku do innych modeli strefowych, polega na uwzględnieniu: - w modelu spalania, równowagi między poszczególnymi składnikami kolumny konwekcyjnej, górnej warstwy w pomieszczeniu z pożarem i w pomieszczeniu przyległym, - zmian ciśnienia w pomieszczeniu ze źródłem pożaru i w pozostałych pomieszczeniach, - mieszania się gazów warstw górnych i dolnych w pomieszczeniach (strumienie drzwiowe) co prowadzi do zmiany temperatury i stężenia gazów toksycznych w dolnej warstwie, - własności termofizycznych materiałów wielowarstwowych ścian, sufitów i podłóg pomieszczeń, - zmiany szybkości spalania w czasie symulacji pożaru, związane z wybiciem otworu, szyby, otwarciem drzwi czy włączeniem tryskacza. - zależności korelacji doświadczalnych umożliwiających proste i szybkie obliczenia: czasu ewakuacji z budynku, szybkości wydzielania ciepła niezbędnej do rozgorzenia, pionowego rozkładu temperatur w atrium, rozkładu temperatur w strumieniu podsufitowym gorących gazów, czasu do uruchomienia czujki termicznej, wybranych parametrów wymiany ciepła i masy. 4. PODSTAWOWE OGRANICZENIA I KIERNKI ROZWOJ Ograniczeniem aktualnej wersji CFAST jest to, że pożar opisywany jest głównie poprzez zależność szybkości wydzielania ciepła i masy od czasu. Dane uzyskano z pomiarów w kalorymetrach w małej skali i dużej skali geometrycznej bez uwzględnienia ograniczonego dostępu tlenu i obecności ciepła zwróconego a także wzajemnego oddziaływania palących się obiektów. Planowany jest rozwój modelu przez rozszerzenie go o modele pirolizy i rozprzestrzeniania płomienia. Nie uwzględniono przepływu dymu wzdłuż ścian pomieszczeń co prowadzi do zaniżenia stężeń gazów w dolnych warstwach. Planowane jest uwzględnienie strumieni ściennych oraz promieniowania w obliczeniach temperatury i stężeń gazów w warstwie dolnej, a także modeli przepływów pionowych w budynkach. Rozwiązanie podanych wyżej problemów wymaga jednak dalszego rozwoju teorii i danych doświadczalnych uzyskanych w badaniach pełnej skali geometrycznej. 5. KŁAD RÓWNAŃ I STRKTRA MODEL Model CFAST jak wszystkie znane modele strefowe posiada formę układu równań różniczkowych wraz z warunkami początkowymi i równań algebraicznych. Równania te wyprowadzane z równań zachowania masy, energii i momentu uzupełnione są prawem gazu doskonałego z definicjami gęstości, energii wewnętrznej i formułowane dla każdej strefy lub objętości kontrolnej. Podstawowy układ równań różniczkowych zwyczajnych w modelu CFAST [6] stanowią zależności dla średniego ciśnienia P, temperatury i objętości górnej warstwy T, V i temperatury dolnej warstwy T L formułowane dla każdego z rozważanych pomieszczeń: dt dt L c c dv p p 1 1 L dp 1 h L h V 1 dp 1 h V P V V L dp h c m p T V dp h c m L p LTL VL (1) (2) (3) (4)
gdzie γ=c p /c v jest stosunkiem ciepeł właściwych, V oznacza objętość pomieszczenia, h L, h strumienie entalpii wpływającej do warstwy dolnej i górnej, m L, m strumienie masy gazów wpływających do warstwy dolnej i górnej, ρ L, ρ gęstości dolnej i górnej warstwy. Postać równań jest taka, że poszczególne zjawiska fizyczne są przedstawione jako człony źródłowe, co pozwala na stosunkowo proste zmiany (dodawanie lub ich odejmowanie) w modelu fizycznym pożaru [7]. Istotne z punktu widzenia rozprzestrzeniania się dymu w budynku człony źródłowe to: wymiana ciepła przez promieniowanie między warstwami (strefami), ścianami i palącymi się obiektami, konwekcyjne ogrzewanie przegród budowlanych, przepływy w kolumnie konwekcyjnej ognia i przez otwory wentylacyjne, wydzielenie produktów spalania. Szczegółową dyskusję tych zjawisk wraz z procedurami numerycznymi rozwiązań układów równań modelu CFAST zawarto w pracach [6, 7]. Struktura systemu CFAST zawiera podstawowe procedury umożliwiające wczytywanie danych, obliczenia i wydruk w formie graficznej i tekstowej. Pozwala ona na stosunkowo proste dodawanie i odejmowanie fizycznych submodeli opisujących pożar. Procedury wejściowe. (Dane z definicją problemu) CFAST procedura główna Procedura rozwiązania równań pomocniczych Procedury Wyjściowe (wyniki obliczeń) Procedury rozwiązywania równań różniczkowych i algebraicznych Wentylacja mechaniczna Przepływy poziome Przepływy pionowe Chemia pożaru Spalanie strumieni drzwiowych Strumienie podsufitowe Wymiana ciepła Procedury związane z algorytmami dotyczącymi różnych elementów struktury pożaru Rys. 1. Ogólny schemat blokowy programu CFAST. Szczegółowe dane dotyczące struktury programu zawarto w pracy [6].
Stężenie CO i CO 2 [% obj.] Strumień masy gorących gazów [kg/s] Temperatura górnej warstwy [ C] Położenie górnej warstwy [m] 6. WERYFIKACJA DOŚWIADCZALNA Porównano wyniki obliczeń uzyskane przy pomocy programu CFAST z danymi doświadczalnymi pożarów w skali rzeczywistej [7]. Obliczono wartości parametrów takich jak: temperatura górnej i dolnej warstwy, położenie dolnej krawędzi górnej warstwy, stężenia gazów etc. Próby testowe przeprowadzono w różnych układach pomieszczeń od pojedynczego o obj. 21 m 3 do 7 piętrowego budynku o obj. 140 000 m 3. Szybkości wydzielania ciepła (max) zmieniano w granicach od 100 kw (palnik gazowy) do 7 MW (pożar mebla i ściany). Niżej podano wyniki pomiarów i obliczeń parametrów pożaru dla wybranych prób: w pojedynczym pomieszczeniu o obj. 21 m 3 z pożarem mebla o max. szybkości wydzielania ciepła 2,9 MW, dla trzech pomieszczeń z korytarzem o całkowitej objętości 100 m 3 i szybkości wydzielania ciepła przez palnik gazowy w jednym z pomieszczeń 100 kw, czterech pomieszczeń z korytarzem o całkowitej objętości 200 m 3 i palniku o mocy 1 MW oraz dla budynku 7 piętrowego (pomiary na 2 piętrze) o objętości całkowitej 140 000 m 3 z pożarem mebla o mocy maksymalnej 3 MW na 2 piętrze budynku. Trzy pokoje z korytarzem. Palnik gazowy. Cztery pokoje z korytarzem. Palnik gazowy. Budynek wielopiętrowy. Drugie piętro. Pożar mebla. Pojedynczy pokój. Pożar mebla. Rys. 2. Porównanie wyników obliczeń i pomiarów wybranych parametrów pożaru [7]. Ogólnie rzecz biorąc wartości temperatury i położenia górnej warstwy przewidywane przez CFAST są nieco wyższe od wartości eksperymentalnych. Wyższe położenie warstwy górnej powoduje że, ma ona mniejszą objętość, co dla danej entalpii przekazywanej do mniejszej objętości daje wynik w postaci wyższej temperatury.
Obliczone wartości strumieni masy są zwykle niższe od doświadczalnych co jak się wydaje jest związane z niedoskonałością teorii kolumn konwekcyjnych w otworach wentylacyjnych. Stężenia CO 2, CO są niższe od zmierzonych co wynika najprawdopodobniej z założeniem uproszczonego submodelu szybkości spalania jako funkcji stężenia tlenu w pomieszczeniu. Mimo stosunkowo dobrej zgodności wartości obliczonych z danymi eksperymentalnymi model CFAST posiada ograniczenia, a także braki (jak podano wyżej) wynikające z nie uwzględnienia różnych zjawisk w środowisku pożaru lub potraktowanie ich w sposób nadmiernie uproszczony co w sposób oczywisty ma wpływ na wyniki obliczeń [7]. 7. ANALIZA CZŁOŚCI MODEL Przeprowadzono parametryczną analizę czułości modelu. Analizowano wpływ zmian wartości wielkości wprowadzanych jako dane wejściowe (szybkość wydzielania ciepła i inne) na wyniki otrzymane. Pozwoliło to na określenie dominującego wpływu różnych parametrów. Tabela 1. Analiza czułości modelu strefowego CFAST dla układu dwóch pomieszczeń. Parametr badany Zmiana temperatury górnej warstwy (%) Zmiana temperatury dolnej warstwy (%) Zmiana położenia górnej warstwy (%) Zmiana stężenia CO 2 (%) Zmiana stężenia CO (%) Szybkość wydzielania ciepła Pom.1 Pom.2 Pom.1 Pom.2 Pom.1 Pom.2 Pom.1 Pom.2 Pom.1 Pom.2 6,8 6,4 3,9 1,2 0,0-0,01 7,6 7,5 8,0 6,2 Promieniowanie ( χ ) -1,5-1,5 2,8 0,4 0,7 0,0 0,2 0,4 0,0 0,0 XC/XCO 2-0,8-2,1 0,6 0,0 0,0 0,0-3,8-3,6-2,4-2,6 Szerokość drzwi -2,9-1,6-2,6-1,6 2,4 2,2-4,6-4,2-4,0-4,2 Wysokość drzwi -8,9-6,2-4,8-1,3 7,9 8,7-13,0-13,6-12,5-13,0 Wiatr -14,0-50,0-18,0-65,0-2,0-20,0-17,0-35,0-20,0-41,0
Temperatura [ C] W tabeli 1. przedstawiono wyniki obliczeń dla układu dwóch pomieszczeń (pom. 1 i pom. 2) o wymiarach 3,66 m długości, 2,44 m szerokości, 2,44 m wysokości każde, połączonych ze sobą otwartymi drzwiami o szerokości 1 m i wysokości 2 m. Pomieszczenie 2 posiada drzwi wyjściowe o wymiarach 1 m x 2 m. Ognisko pożaru o ustalonej mocy (100 kw) znajduje się w pomieszczeniu 1. Każda ściana zbudowana była z płyt gipsowych o grubości 0,016 m i bezwładności cieplnej 5,8 10 5 W 2 s/m 4 K 2. Wartość każdego z parametrów badanych (dane wejściowe do modelu) poddawano niewielkim zmianom (przy stałych wartościach pozostałych) i badano zmiany wartości parametrów obliczanych (dane wyjściowe).wartości szybkości wydzielania ciepła (100 kw), promieniowania (wypromieniowywana część energii ze strefy spalania χ = 0,3, szerokość (1 m) i wysokość (2 m) drzwi zwiększano o 10 %. Zmiana szybkości wydzielania ciepła ma największy wpływ na temperaturę górnej warstwy, warstwy dolnej a także na stężenia CO i CO 2. Obserwuje się brak wpływu na położenie warstwy gorącej (przy założonej zmianie mocy pożaru).wzrost udziału promieniowania w bilansie cieplnym pomieszczenia 1., jak pokazano wyżej, wywiera znaczący wpływ na wzrost temperatury dolnej chłodnej warstwy, zmniejszając strumień entalpii przenoszonej konwekcyjnie co w konsekwencji powoduje obniżenie temperatury warstwy górnej. Zwiększenie wysokości drzwi ma największy wpływ na obniżenie stężeń gazowych produktów spalania w obu pomieszczeniach jak i na wzrost położenia warstwy górnej. Powoduje największe obniżenie temperatury warstwy górnej w pomieszczeniu 1. Założony stosunek masowy emisji produktów C(sadza)/CO 2 zwiększono o 100 % z wartości 0,04 do 0,08.Wyniki analizy potwierdzają wpływ wzrostu stężenia cząstek sadzy na zwiększanie się emisyjności dymu (wzrost energii traconej) i w konsekwencji na obniżenie temperatury warstwy górnej. Wpływ wiatru badano przy założeniu obecności otworu okiennego w pomieszczeniu 1 o wymiarach 1 m x 1 m (dolna krawędź 1 m nad podłogą, na środku ściany przeciwległej do drzwi). Z zależności Δp = u 2 /20,16 T [8] (gdzie u jest prędkością wiatru w m/min, T oznacza temperaturę zewnętrzną w K) obliczono nadciśnienie spowodowane wiatrem o prędkości 2 m/s (120 m/min), działające na zewnętrzny otwór drzwiowy w pomieszczeniu 2 otrzymując Δp = 2,4 Pa. Wyniki obliczeń wskazują na bardzo silny wpływ wiatru na wartości parametrów pożaru w obu pomieszczeniach. 8. PRZYKŁADY OBLICZEŃ Przeprowadzono wiele różnych symulacji rozwoju pożaru w pojedynczym pomieszczeniu (rys. 3), a także w układach wielu pomieszczeń [9]. Potwierdzono poprawność działania programu. Otwór wentylacyjny 1,7 m x 0,5 m 1200 1000 800 600 warstwa gorąca (100 kw) warstwa chłodna (100 kw) warstwa gorąca (300 kw) warstwa chłodna (300 kw) 400 200 0 0 60 120 180 240 300 360 Rys. 3. Temperatura warstw gorącej i chłodnej w funkcji czasu w pojedynczym pomieszczeniu o wymiarach 4,3 m x 3,3 m x 2,3 m (wysokość) z otworem wentylacyjnym, dla stałych szybkości wydzielania ciepła 100 kw i 300 kw.
Temperatura warstwy gorącej [ C] Temperatura warstwy gorącej [ C] CFAST uzyskując zgodność wyników obliczeń własnych z obliczonymi przez innych autorów. Na rys.3 podano wyniki obliczeń temperatury pożaru dla pojedynczego pomieszczenia. Na podkreślenie zasługuje możliwość obliczania przez program temperatury dolnej chłodnej warstwy, która przekracza wartości krytyczne (wartości temperatury: 60 70 C) po czasie od 60 do 120 sekund (dla badanych mocy pożaru). kład dwóch pomieszczeń (pom. 1) 900 800 700 600 500 400 wolny rozwój pożaru średni rozwój pożaru szybki rozwój pożaru 300 200 100 0 0 180 360 540 720 900 1080 1260 1440 1620 1800 Rys. 4. Temperatura warstwy gorącej (w pomieszczeniu 1) w funkcji czasu dla pożarów o różnej dynamice. Założenie szybkości wydzielania ciepła Q przez źródło pożaru jako funkcji czasu t postaci: Q = α t 2. Wolny rozwój pożaru α = 0,003 kw/s 2, średni rozwój pożaru α = 0,012 kw/s 2, szybki rozwój pożaru α = 0,047 kw/s 2 [10]. kład dwóch pomieszczeń opisano w rozdz. 7 (analiza czułości modelu). 400. Pojedyncze pomieszczenie. Pożar Q=100 kw. 350 300 250 200 bez tryskacza z tryskaczem 150 100 50 0 0 60 120 180 240 300 360 Rys. 5. Oddziaływanie tryskacza na środowisko pożaru w pojedynczym pomieszczeniu. Szybkość wydzielania ciepła jest stała i równa 100 kw. Parametry tryskacza: temperatura aktywacji 58 C, RTI = 50 (wielkość charakteryzująca termiczną czułość detektora), średnia gęstość strumienia kropli wody 0,02717 kg/m 3.
Temperatura warstwy gorącej [ C] Na rys. 4 podano wyniki symulacji dla układu dwóch pomieszczeń. Otrzymano różne szybkości wzrostu temperatury górnej warstwy w zależności od założonej szybkości wydzielania ciepła w strefie spalania w funkcji czasu. We wszystkich przypadkach przyjęto maksymalną wartość szybkości wydzielania ciepła równą 1 MW co powoduje, że osiągana jest ta sama maksymalna temperatura pożaru. Na rys. 5. przedstawiono przebiegi temperatury górnej gorącej warstwy w pojedynczym pomieszczeniu bez tryskacza i z jego udziałem. Działanie tryskacza powoduje, że po 25 sekundach od momentu inicjacji pożaru przyrost temperatury zmniejsza się a następnie maleje, by po 130 sekundach osiągnąć temperaturę 100 C. Bez ingerencji tryskacza temperatura pożaru osiąga po tym czasie 312 C. Ciąg wsteczny płomieni (backdraft) 900 800 700 600 500 400 300 200 otwarcie drzwi między pomieszczeniami pom. 1 pom. 2 100 0 0 180 360 540 720 900 1080 1260 1440 1620 1800 1980 2160 2340 2520 2700 2880 3060 Rys. 6. Zjawisko ciągu wstecznego płomieni (backdraft).kład dwóch pomieszczeń o wymiarach: pomieszczenie 1 6,1 m x 12,8 m x 2,53 m (mieszkanie) połączone drzwiami - 0,91 m x 2,13 m z pomieszczeniem 2 (klatka schodowa) - 3,05 m x 1,22 m x 9,14 m (wysokość). W celu sprawdzenia prawidłowości działania programu dokonano symulacji zjawiska backdraft. Eksperyment jest powtórzeniem obliczeń Bukowskiego z NIST [11] a otrzymane wyniki wskazują na poprawność działania CFAST. Symulacja ciągu wstecznego płomieni została po raz pierwszy przeprowadzona po tragicznym w skutkach pożarze (3 ofiary śmiertelne wśród strażaków) jaki miał miejsce w marcu 1994 roku w Nowym Yorku. W pomieszczeniu 1 (mieszkanie) rozwijał się pożar zainicjowany spalaniem kosza ze śmieciami o mocy 25 kw przez 500 s by następnie rosnąć jako pożar t 2 (średni rozwój pożaru α = 0,012 kw/s 2 ) po 800 s osiągając 1 MW utrzymując moc stałą do 3000 s, by następnie w ciągu 100 s zmniejszyć szybkość wydzielania ciepła do zera. W pomieszczeniu 1 następuje początkowy, ograniczony dopływem tlenu (zamknięte drzwi między pomieszczeniami) wzrost temperatury górnej warstwy która nie osiąga 300 C. Po 2250 s od inicjacji pożaru następuje otwarcie drzwi przez strażaków co powoduje wypływ ciepłych gazów górną częścią pomieszczenia i jednocześnie dopływ świeżego bogatego w tlen powietrza dolną częścią drzwi. Po kilku sekundach następuje zapłon mieszaniny palnych gazów z powietrzem i wyrzut płomieni z pomieszczenia, które wypełniają klatkę schodową (pomieszczenie 2) do wysokości 9 m. Temperatura w pomieszczeniu 2 osiąga średnią temperaturę płomienia ok. 800 C.
9. PODSMOWANIE W pracy zastosowano strefowy model pożaru CFAST (wersja 3.1.6, 1999 r.) do obliczeń parametrów stanu pożaru (temperatura górnej warstwy, położenie dolnej granicy górnej warstwy, stężenia gazowych produktów spalania etc.) dla pożarów o różnej dynamice dla różnych układów pomieszczeń w budynku, a także różnych współczynników wentylacji. Przedstawiono weryfikację doświadczalną modelu oraz przeprowadzono parametryczną analizę czułości CFAST. Wykonano obliczenia zmian parametrów pożaru w czasie działania tryskacza a także powtórzono symulację zjawiska ciągu wstecznego płomieni. LITERATRA: 1. Cooper L.Y.: A mathematical model for estimating available safe egress time in fires. Fire and Materials, 6(4)/1982. 2. Pofit Szczepańska M: Teoretyczna i literaturowa analiza modeli rozwoju pożarów w pomieszczeniach, Praca Naukowo Badawcza ITB, CPBR 6.4, cel 29, temat 3, W-wa 1989. 3. Fangrat J: Analiza modeli rozwoju pożaru w pomieszczeniu. Prace ITB, 4, 104/1997. 4. Peacock R.D, Forney G.P, Reneke P, Portier R, Jones W.W.: CFAST, the consolidated model of fire growth and smoke transport. Natl. Inst. Stand. Technol. Tech. Note 4985/ 1997. 5. Jones W.W., Peacock R.D.: Technical reference guide for FAST Version 18. Natl. Inst. Stand. Technol. Tech. Note 1262/ 1989. 6. Forney G.P., Cooper L.Y.: The consolidated compartment fire model (CCFM) computer application CCFM.VENTS. Natl. Inst. Stand. Technol. Tech. Note 90-4343/1990. 7. Peacock R.D, Forney G.P., Reneke P., Portier R., Jones W.W.: CFAST, the Consolidated Model of Fire Growth and Smoke Transport. NIST Technical Note 1299/1993. 8. Drysdale D.: An introduction to fire dynamics., Wiley, New York, str. 391/ 1998. 9. Konecki M, Tuśnio N.: w przygotowaniu do druku. 10. Drysdale D.: An introduction to fire dynamics., Wiley, New York, str. 323/ 1998. 11. Bukowski R. W.: Modeling a backdraft incident. The 62 Watts st (NY) Fire, NIST, BFRL Gaithersburg, MD, 20899 0001/ 1996. AN ANALYSIS OF FIRE GROWTH IN THE COMPARTMENTS SING CFAST MODEL SMMARY The paper presents the main assumptions and possibilities of fire zone model CFAST. The predictive eqations, fire sub-models and algorithm are concisely described. A parameter sensitivity analysis for a two-room fire with some informative results is given and discussed. Some results of simulations by the model for chosen one and multi-compartment structures were presented. Additionally, interaction between the sprinkler and fire environment was modeled as well as backdraft incident.