Моделирование теплового воздействия пожаров в зданиях из деревянных конструкций на соседние объекты

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. 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. 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. 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.

1. Хасанов 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.2016.25.11.51-60

2. 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.2023.110.1.006

3. 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: 10.1080/17480272.2021.1936630

4. Östman 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.2017.05.002

5. Aseeva R., Serkov B., Sivenkov A. Fire behavior and fire protection in timber buildings. 2014. 290 p. DOI: 10.1007/978-94-007-7460-5

6. Albert 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.2023.10.004

7. O’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_86

8. Ройтман М.Я. Пожарная профилактика в строительном деле. М. : ВИПТШ МВД СССР, 1975. 256 с.

9. Романенко П.Н., Кошмаров Ю.А., Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. М. : ВИПТШ МВД СССР, 1977. 415 с.

10. 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.

11. 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_32

12. McGrattan 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.

13. 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.1009-0029.2011.04.006

14. Enaru 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-2023-0009

15. Nguyen 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.2022.103591

16. Misic 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.

17. 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.2022.75.67.005

18. 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: 10.1080/­15583058.2021.1916648

19. Zhang 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.2022.104607

20. Janardhan 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/s10694-019-00855-3

21. Hayajneh 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/fluids8050140

22. Zhao 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/buildings13010207

23. Асеева Р.М., Серков Б.Б., Сивенков А.Б. Горение древесины и ее пожароопасные свойства : монография. М. : Академия ГПС МЧС России, 2010. 262 с.