firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/0869-7493.2024.33.06.48-55firesmi-1446Research ArticleМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММMATHEMATICAL MODELING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAM COMPLEXESМоделирование теплового воздействия пожаров в зданиях из деревянных конструкций на соседние объектыModelling of thermal effects of fires in buildings made of wooden structures on neighbouring objectshttps://orcid.org/0000-0002-5659-0746ХасановИ. Р.KhasanovI. R.

ХАСАНОВ Ирек Равильевич, д.т.н., главный научный сотрудник

143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12

ResearcherID: T-4177-2017, РИНЦ AuthorID: 157014

Irek R. KHASANOV, Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher

VNIIPO, 12, Bala­shikha, Moscow Region, 143903

ResearcherID: T-4177-2017, RSCI AuthorID: 157014

irhas@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4498-3021ЗуевС. А.ZuevS. A.

ЗУЕВ Станислав Анатольевич, к.т.н., ведущий научный сотрудник

143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12

РИНЦ AuthorID: 328576

Stanislav A. ZUEV, Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher

VNIIPO, 12, Balashikha, Moscow Region, 143903

RSCI AuthorID: 328576

k708@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6347-3257АбашкинА. А.AbashkinA. A.

АБАШКИН Александр Анатольевич, начальник отдела

143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12

Aleksandr A. ABASHKIN, Head of Department

VNIIPO, 12, Balashikha, Moscow Region, 143903

one_15@bk.ruВсероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствийРоссияAll-Russian Research Institute for Fire Protection of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural DisastersRussian Federation2024301220243364855Copyright © Хасанов И.Р., Зуев С.А., Абашкин А.А., 20242024Хасанов И.Р., Зуев С.А., Абашкин А.А.Khasanov I.R., Zuev S.A., Abashkin A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1446Введение

Введение. При проектировании и строительстве деревянных зданий нормативными документами предусмотрен ряд ограничений, обусловленных их низкой устойчивостью при пожаре. Противопожарные разрывы (расстояния) для таких зданий максимальны, а увеличение их этажности приведет к их дополнительному увеличению. В связи с этим представляется обоснованным проведение исследований в части оценки оптимальных противопожарных разрывов для ограничения распространения пожара в деревянных зданиях на соседние объекты.

Цели и задачи

Цели и задачи. Целью настоящей работы является изучение путем полевого моделирования особенностей поведения при пожаре деревянных конструкций для определения количественных характеристик тепловых потоков на соседние объекты защиты для выбора безопасных противопожарных расстояний.

Методология исследования

Методология исследования. Для достижения цели исследования использовалось полевое моделирование динамики пожара с использованием компьютерного программного комплекса FDS. При моделировании получены значения температур и тепловых потоков на соседние объекты от пожаров в деревянных зданиях.

Результаты и их обсуждение. В результате моделирования развития пожара в деревянных зданиях различной этажности были получены значения интенсивности теплового излучения на соседние объекты, в том числе с учетом ветровой нагрузки. Результаты расчетов позволили разработать предложения по применению полученных данных при разработке обоснованных нормативных требований пожарной безопасности.

Заключение

Заключение. Показано, что при пожарах в зданиях с конструкциями из незащищенной древесины при повышении этажности наблюдается рост теплового воздействия на соседние объекты. При наличии ветра в направлении соседнего объекта тепловое воздействие также увеличивается. При оценке безопасных расстояний следует учитывать возможность совместного воздействия лучистого и конвективного потоков. Для соблюдения действующих нормативных значений противопожарных расстояний необходимо повышение пожарной устойчивости деревянных зданий путем увеличения пределов огнестойкости и снижения классов пожарной опасности несущих и ограж­дающих строительных конструкций.

Introduction

Introduction. When designing and constructing wooden buildings, regulatory documents stipulate a number of restrictions due to their low fire resistance. Fire breaks (distances) for such buildings are maximum, and an increase in their number of floors will lead to their additional increase. In this regard, it seems reasonable to conduct research in terms of assessing the optimal fire breaks to limit the spread of fire in wooden buildings to neighbouring facilities.

Aims and objectives

Aims and objectives. The aim of this work is to study by field modelling the peculiarities of fire behaviour of wooden structures to determine the quantitative characteristics of heat flows to neighbouring protection facilities for the selection of safe fire separation distances.

Research methodology

Research methodology. To achieve the purpose of the study, field modelling of fire dynamics using the FDS computer software package was used. During the simulation, the values of temperatures and heat fluxes to neighbouring objects from fires in wooden buildings were obtained.

The results and their discussion. As a result of modelling of fire development in wooden buildings of different number of floors, values of the intensity of thermal radiation on neighbouring objects were obtained, including taking into account the wind load. The results of the calculations made it possible to develop proposals for the application of the data obtained in the development of sound regulatory requirements for fire safety.

Conclusion

Conclusion. It is shown that in case of fires in buildings with structures made of unprotected wood, with an increase in the number of floors, an increase in thermal effects on neighbouring objects is observed. In the presence of wind in the direction of a neighbouring object, the thermal effect also increases. When assessing safe distances, the possibility of combined exposure to radiant and convective flows should be taken into account. In order to comply with the current regulatory values of fire-fighting distances, it is necessary to increase the fire resistance of wooden buildings by increasing the fire resistance limits and reducing the fire hazard classes of load-bearing and enclosing building structures.

деревянные зданиядеревянные конструкцииполевое моделирование пожарапротивопожарный разрывтепловой потокраспространение пожараwooden buildingswooden structuresfield modelling of firefire breaksheat flowspread of fireReferencesХасанов И.Р. Особенности пожарной опасности зданий из деревянных конструкций // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2016. Т. 25. № 11. С. 51–60. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.11.51-60Khasanov I.R. Features of fire safety of buildings of wooden structures. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2016; 25(11):51-60. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.11.51-60 (rus).Гордиенко Д.М., Абашкин А.А., Хасанов И.Р., Зуев С.А. Нормативное регулирование в области пожарной безопасности многоэтажных зданий из деревянных конструкций // Пожарная безопасность. 2023. № 1 (110). С. 59–67. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2023.110.1.006Gordienko D.M., Abashkin A.A., Khasanov I.R., Zuev S.A. Regulatory regulation in the field of fire safety of multi-­storey buildings made of wooden structures. Fire Safety. 2023; 1:59-67. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2023.110.1.006 (rus).Östman B. National fire regulations for the use of wood in buildings : worldwide review 2020 // Wood Material Science and Engineering. 2021. No. 17 (1). Рр. 1–4. DOI: 10.1080/17480272.2021.1936630Östman B. National fire regulations for the use of wood in buildings : worldwide review 2020. Wood Material Science and Engineering. 2021; 17(1):1-4. DOI: 10.1080/17480272.2021.1936630Östman B., Brandon D., Frantzich H. Fire safety engineering in timber buildings // Fire Safety Journal. 2017. No. 91. Pp. 11–20. DOI: 10.1016/j.firesaf.2017.05.002Östman B., Brandon D., Frantzich H. Fire safety engineering in timber buildings. Fire Safety Journal. 2017; 91:11-20. DOI: 10.1016/j.firesaf.2017.05.002Aseeva R., Serkov B., Sivenkov A. Fire behavior and fire protection in timber buildings. 2014. 290 p. DOI: 10.1007/978-94-007-7460-5Aseeva R., Serkov B., Sivenkov A. Fire behavior and fire protection in timber buildings. 2014; 290. DOI: 10.1007/978-94-007-7460-5Albert C.M., Liew K.C. Recent development and challenges in enhancing fire performance on wood and wood-based composites : a 10-year review from 2012 to 2021 // Journal of Bioresources and Bioproducts. 2024. Vol. 9. Issue 1. Pp. 27–42. DOI: 10.1016/j.jobab.2023.10.004Albert C.M., Liew K.C. Recent development and challenges in enhancing fire performance on wood and wood-based composites : а 10-year review from 2012 to 2021. Journal of Bioresources and Bioproducts. 2024; 9(1):27-42. DOI: 10.1016/j.jobab.2023.10.004O’Connor D.J. The building envelope: fire spread, construction features and loss examples // SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, Fifth Edition. Society of Fire Protection Engineers. 2016. Рp. 3242–3282. DOI: 10.1007/978-1-4939-2565-0_86O’Connor D.J. The Building Envelope: Fire Spread, Construction Features and Loss Examples. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 5th Ed. Society of Fire Protection Engineers, 2016; 3242-3282. DOI: 10.1007/978-­1-4939-2565-0_86Ройтман М.Я. Пожарная профилактика в строительном деле. М. : ВИПТШ МВД СССР, 1975. 256 с.Roitman M.Ya. Fire prevention in construction. Moscow, VIPTSH of the Ministry of Internal Affairs of the USSR, 1975; 256. (rus).Романенко П.Н., Кошмаров Ю.А., Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. М. : ВИПТШ МВД СССР, 1977. 415 с.Romanenko P.N., Koshmarov Yu.A., Bashkirtsev M.P. Thermodynamics and heat transfer in firefighting. Moscow, VIPTSH of the Ministry of Internal Affairs of the USSR, 1977; 415. (rus).Рыжов А.М., Хасанов И.Р., Карпов А.В., Волков А.В. и др. Применение полевого метода математического моделирования пожаров в помещениях : методические рекомендации. М. : ВНИИПО, 2002. 35 с.Ryzhov A.M., Khasanov I.R., Karpov A.V., Volkov A.V. et al. Application of the field method of mathematical modeling of indoor fires : methodological recommendations. Moscow, VNIIPO, 2002; 35. (rus).McGrattan K., Miles S. Modeling fires using Computational Fluid Dynamics (CFD) // SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Fifth Edition. Society of Fire Protection Engineers, 2016. Рp. 1034–1065. DOI: 10.1007/­978-1-4939-2565-0_32McGrattan K., Miles S. Modeling fires using Computational Fluid Dynamics (CFD). SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, Fifth Edition. Society of Fire Protection Engineers, 2016; 1034-1065. DOI: 10.1007/978-1-4939-2565-0_32McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C., Overholt K. et al. Fire dynamics simulator user’s guide: NIST Special Publication 1019. 6th Ed. Gaithersburg, National Institute of Standards and Technology, 2013. 262 p.McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C., Overholt K. et al. Fire dynamics simulator user’s guide: NIST Special Publication 1019. Sixth Edition. Gaithersburg, National Institute of Standards and Technology, 2013; 262.Lu W.L., Cheng J.X. Numerical Simulation Analysis of Fire in Ancient Building burning Temple // Fire Science and Technology. 2012. No. 4. Pp. 290–293. DOI: 10.3969/j.issn.1009-0029.2011.04.006Lu W.L., Cheng J.X. Numerical simulation analysis of fire in ancient building burning temple. Fire Science and Technology. 2012; 4:290-293. DOI: 10.3969/j.issn.1009-0029.2011.04.006Enaru I., Chereches N.-C., Hudișteanu S.-V., Țurcanu E.-F. et al. Numerical Simulation Evaluation of Fire Spreading in a Building Using Fire Dynamics Simulator (FDS) // Journal of Applied Engineering Sciences. 2023. Vol. 13 (26). Pp. 65–72. DOI: 10.2478/jaes-2023-0009Enaru I., Chereches N.-C., Hudișteanu S.-V., Țurcanu E.-F. et al. Numerical simulation evaluation of fire spreading in a building using Fire Dynamics Simulator (FDS). Journal of Applied Engineering Sciences. 2023; 13(26):65-72. DOI: 10.2478/jaes-2023-0009Nguyen H.T., Abu-Zidan Y., Zhang G., Nguyen K.T.Q. Machine learning-based surrogate model for calibrating fire source properties in FDS models of facade fire tests // Fire Safety Journal. 2022. Vol. 130. P. 103591. DOI: 10.1016/j.firesaf.2022.103591Nguyen H.T., Abu-Zidan Y., Zhang G., Nguyen K.T.Q. Machine learning-based surrogate model for calibrating fire source properties in FDS models of facade fire tests. Fire Safety Journal. 2022; 130:103591. DOI: 10.1016/j.firesaf.2022.103591Misic N., Dusica N., Pesic J. Simulation of fire radiative heat flux тhrough compartment openings using FDS // 24th International Conference on Fire Protection. Ostrava, 2015. Pp. 380–383.Misic N., Dusica N., Pesic J. Simulation of fire radiative heat flux through compartment openings using FDS. 24th International Conference on Fire Protection. Ostrava, 2015; 380-383.Хасанов И.Р., Зуев С.А., Абашкин А.А., Зуева А.С. Противопожарные расстояния от наземных автостоянок до жилых зданий // Пожарная безопасность. 2022. № 1 (106). С. 57–66. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2022.75.67.005Khasanov I.R., Zuev S.A., Abashkin A.A., Zueva A.S. Fire-fighting distances from surface parking lots to residential buildings. Fire Safety. 2022; 1(106):57-66. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2022.75.67.005 (rus).Huai C., Xie J., Liu F., Liu J. Experimental and numerical analysis of fire risk in historic Chinese temples: a case in Beijing // International Journal of Architectural Heritage. 2021. No. 16 (12). Pp. 1844–1858. DOI: 10.1080/­15583058.2021.1916648Huai C., Xie J., Liu F., Liu J. Experimental and numerical analysis of fire risk in historic Chinese temples: а case in Beijing. International Journal of Architectural Heritage. 2021; 16(12):1844-1858. DOI: 10.1080/15583058.2021.1916648Zhang F., Shi L., Liu S. CFD-based framework for fire risk assessment of contiguous wood-frame villages in the western Hunan region // Journal of Building Engineering. 2022. Vol. 54. Pp. 104607–104607. DOI: 10.1016/j.jobe.2022.104607Zhang F., Shi L., Liu S. CFD-based framework for fire risk assessment of contiguous wood-frame villages in the western Hunan region. Journal of Building Engineering. 2022; 54:104607-104607. DOI: 10.1016/j.jobe.2022.104607Janardhan K., Hostikka S. Predictive computational fluid dynamics simulation of fire spread on wood cribs // Fire Technology. 2019. No. 55 (4). Pp. 2245–2268. DOI: 10.1007/s10694-019-00855-3Janardhan K., Hostikka S. Predictive computational fluid dynamics simulation of fire spread on wood cribs. Fire Technology. 2019; 55(4):2245-2268. DOI: 10.1007/s10694-019-00855-3Hayajneh S., Naser J. Fire Spread in Multi-Storey Timber Building, a CFD Study // Fluids. 2023. No. 8 (5). Issue 140. 17 p. DOI: 10.3390/fluids8050140Hayajneh S., Naser J. Fire spread in multi-storey timber building, a CFD Study. Fluids. 2023; 8(5):140:17. DOI: 10.3390/fluids8050140Zhao X., Wei S., Chu Y., Wang N. Numerical simulation of fire suppression in stilted wooden buildings with fine water mist based on FDS // Buildings. 2023. No. 13. Р. 207. DOI: 10.3390/buildings13010207Zhao X., Wei S., Chu Y., Wang N. Numerical simulation of fire suppression in stilted wooden buildings with fine water mist based on FDS. Buildings. 2023; 13:207. DOI: 10.3390/buildings13010207Асеева Р.М., Серков Б.Б., Сивенков А.Б. Горение древесины и ее пожароопасные свойства : монография. М. : Академия ГПС МЧС России, 2010. 262 с.Aseeva R.M., Serkov B.B., Sivenkov A.B. Burning of wood and its fire-hazardous properties : monograph. Moscow, Academy of GPS of the Ministry of Emergency Situations of Russia, 2010; 262. (rus).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.