Teplotní analýza požárního úseku. Návrh konstrukce za zvýšené teploty

Transkript

1

2 Vstupy Návrh požární odolnosti konstrukce Evropské normy Požární zatížení Geometrie pož. úseku Charakteristiky hoření Teplotní analýza požárního úseku ČSN EN Geometrie prvků Termální vlastnosti Souč. přestupu tepla Přestup a vedení tepla v konstrukci ČSN EN 199x-1-2 Mechanické zatížení Geometrie prvků Uložení prvku (spoje) Mechanické vlastnosti Návrh konstrukce za zvýšené teploty

3 Ano Ano 50 % 0,1 Ano Ano 20 % Rychlé uhašení 50 % Část Část PÚ PÚ % 0,05 A Ne Ne Umístění v objektu 50 % Část Část PÚ PÚ2 2 B Stavební Stavebníobjekt Vznik požáru 0,05 0,8 Ne Ne 80 %

4 Ano Ano 90 % Ano Ano Sprinkler Ne Ne 95 % 5 % Ano Ano Větrání Ne Ne Ano Ano Větrání Ne Ne 95 % 5 % 95 % 5 % 0, , , ,00225 Požární scénář A1 A2 A3 A4 A A Část Část PÚ PÚ1 1 Ne Ne Detekce požáru 10 % Ano Ano Sprinkler Ne Ne 95 % 5 % Ano Ano Větrání Ne Ne 0,8 Ano Ano Větrání Ne Ne 95 % 5 % 95 % 5 % 0, , , ,00025 A5 A6 A7 A8

5 Zatížení při požáru tepelné tepelná odezva konstrukce -ohřívání průřezů -změna fyzikálních vlastností mechanické statický výpočet -vnitřní síly - zohlednění změněných fyzikálních vlastností vlivem teploty

6 Teplotní křivky v EN Zjednodušen ené modely nomináln lní teplotní křivky normová teplotní křivka ISO 834 venkovní teplotní křivka uhlovod ovodíková teplotní křivka parametrická teplotní křivka Zdokonalené modely lokáln lní požáry jednozónový nový model dvouzónový model dynamický model

7

8

9

10 q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] Provoz Průměr 80 % kvantil byty nemocnice (pokoje) hotely (pokoje) knihovny kanceláře školní třídy nákupní centrum divadla (kina) doprava (prostory pro veřejnost) POZNÁMKA Gumbelovo rozdělení se předpokládá pro 80 % kvantil

11 q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] q f,k hustota charakteristického požárního zatížení na jednotku podlahové plochy [ MJ/m 2 ] Provoz Stand. odchyl/gumbell Alf. 80% kvantil MJ/m 2 EK Přepočet z EK / 16,75 / p n kg/m 2 Tabulková hodnota / / Byty 234/ nemocnice (pok.) 69/0, hotely (pok.) 93/0, Kanceláře 126/0, školní třídy 85,5/0,

12 q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] Provoz Průměr MJ/m 2 EK CZ CH S USA CAN J NZ byty nemocnice (pokoje) hotely (pokoje) kanceláře školní třídy

13 q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] m součinitel hoření - chování při hoření /druh provozu a druh požárního zatížení/

14 q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] Podlahová plocha úseku A f [m 2 ] Nebezpečí vzniku požáruδ q1 Nebezpečí vzniku požáru δ q2 Příklady provozu 25 1,10 0,78 umělecké galerie, muzea, bazény 250 1,50 1,00 kanceláře, byty, hotely, papírenský průmysl ,90 1,22 výroba strojů a motorů ,00 1,44 chemické laboratoře, lakovny ,13 1,66 výroba zábavné pyrotechniky nebo barev

15 q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] δ ni funkce aktivních protipožárních opatření Samočinné hasicí zařízení samočinné požární hlásiče Samočinné vodní hasicí zařízení nezávislé vodní zdroje samočinné požární a poplachové hlásiče Samočinný přenos poplachu k požární jednotce δ n1 δ n2 δ n3 δ n4 δ n tepelné kouřov é 0,61 1,0 0,87 0,7 0,87 nebo 0,73 0,87

16 q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] závodní požární jednotka funkce aktivních protipožárních opatření δ ni Manuální hašení požáru Externí požární jednotka Bezpečné přístupové cesty technické hasicí prostředky zařízení pro odvod kouře δ n6 δ n7 δ n8 δ n9 δ n10 0,61 nebo 0,78 0,9 nebo 1,0 nebo 1,5 1,0 nebo 1,5 1,0 nebo 1,5

17 Vliv aktivních požárních opatření na průběh teploty při požáru 1200 Teplota plynu o C , , minuty

18 Rychlost uvolňování tepla Kolaps střechy Prasknutí skleněných výplní Rychlost uvolňování tepla Čas Rozhořívání Řízeno větráním Řízeno povrchem paliva Chladnutí

19 Fázi rozvoje požáru lze definovat pomocí rychlosti uvolňování tepla Q = 10 6 (t/t α ) 2 [W] Maximální rychlost uvolňování tepla RHR f produkovaná 1 m 2 požáru řízeného palivem [kw/m 2 ] provoz Rychlost rozvoje požáru t α [s] RHR f [kw/m 2 ] byty Střední nemocnice (pokoje) Střední hotely (pokoje) Střední kanceláře Střední školní třídy Střední

20 Výdej tepelné energie v čase - různé provozy Uvolněná energie, MW Byty Doprava minuty

21 Fáze rozvoje požáru je omezena Q rychlostí uvolňování tepla Q = RHR f A fi [kw] Q = 250 x 100 = 25 MW Požár řízený větráním snížíme Q max = 0,10 m H u A v h ½ eq [MW ] Q max 0,10 x 0,8 x 17 x 6 x 2 1/2 = 11,5 MW

22 Průběh požárů Flashover <600 C O FLASHOVER C O Teplota NORMOVÝ PŘIROZENÝ PŘIROZENÝ Čas Vznícení a rozvoj Rozvinutí Chladnutí

23 Flashover celkové vzplanutí teplota vrstvy 600 O C a min 20 kw m -2 Q FO = 0,0078 A t + 0,378 A v h 1/2 eq [MW ] A t = 2(6x4+6x3+4x3) = 108 m 2 A v = 3x2 = 6 m 2 Q FO = 3,96 MW Q = 10 6 (t/t α ) 2 [W] t = Q FO 1/2 x t α = 3,96 1/2 x 5 = 9,8 min.

24

25 Křivka uhlovodíková : 1080 (1 0,325e -0,167t 0,675e -2,5t ) + 20 Křivka normová : log 10 (8t + 1) Křivka vnějšího požáru : 660 (1 0,687e -0,32t 0,313e -3,8t ) + 20 Typická parametrická teplotní křivka EN

26 Ekvivalentní čas trvání požáru Převod pravděpodobných teplot plynu na ekvivalentní čas trvaní požáru Ekvivalentní čas trvání požáru Teplota Odolnost přir. požár normový pož. čas teplota plynů prvek čas

27 Ekvivalentní doba vystavení účinkům normového požáru t e,d = (q f,d k b w f ) k c [min]

28 Převodní součinitel k v b závislosti na tepelných vlastnostech konstrukcí b=(ρ c λ) 1/2 [J/m 2 s 1/2 K] k b [min. m 2 / MJ] b > b b < 720 0,04 0,055 0,07

29 Tepelně technické vlastnosti konstrukce 3 2 TK Porovnávací hodnota kce: 1,60 W/m.K Porovnávací hodnota kce: 980 J/kg.K TK 1 LK 800 LK C C Tepelná vodivost kcí λ c (W/m.K) Specifické teplo c c (J/kg.K)

30 Porovnání součinitele tepelně technických vlastností konstrukcí b=(ρ c λ) 1/2 SOUČINITEL < >2500 CIB W14 k c 0,09 0,07 0,05 Eurokód k b 0,07 0,055 0,04 Větší PÚ k b 0,09 0,07 0,05

31 Parametrická teplotní křivka Stěny zdivo Stěny sádrokartón

32 Součinitel odvětrání w f w f = (6,0 /H) 0,3 [0, (0,4 - α v ) 4 /(1 + b v α h )] 0,5

33 Vliv odvětrání na průběh teplot desky tloušťky 100mm mm 30 mm 50 mm O = 0,04 m -1 O = 0,15 m -1

34 Vliv výšky okenního otvoru na průběh teploty plynů ,8 m 1,3 m 0,3 m

35 1200 Vliv změny výšky požárního úseku na průběh teploty plynů ,5 m 12 m

36 Opravný součinitel k c pro různé materiály (O je faktor otvorů) Materiál průřezu Opravný součinitel k c vyztužený beton 1,0 chráněná ocel 1,0 nechráněná ocel 13,7 x O

37

38 Θ = (1-0,324 e -0,2t* - 0,204 e -1,7 t* - 0,472 e -19 t* )

39 (1-0,324 e -0,2t* - 0,204 e -1,7 t* - 0,472 e -19 t* ) t* = t Γ

40 Γ = [O/b] 2 / (0,04/1 160) 2 Faktor otvorů O má toto omezení: 0,02 O 0,20 O =A v (h eq ) 1/2 / A t [m 1/2 ]

41 Maximální teplota Θ max ve fázi ohřevu nastává při t* = t* max t* max = t max.γ [h]

42 t max = max [(0, q t,d / O); t lim ] [h] t lim závisí na rychlosti rozvoje požáru velká rychlost střední rychlost malá rychlost t lim = 15 minut t lim = 20 minut t lim = 25 minut

43 Teplotní křivky ve fázi chladnutí jsou dány vztahy: Θ g = Θ max 625 (t*- t* max x) pro t* max 0,5 Θ g = Θ max 250 (3 - t* max )(t*- t* max x) pro 0,5 < t* max <2 Θ g = Θ max 250 (t*- t* max x) pro t* max > 2

44 Příklad : Graf plocha požárního úseku bytu je 100 m 2, povrchová plocha konstrukcí je 330 m 2 (včetně oken), tepelně technické vlastnosti konstrukcí obklopující požární úsek objemová hmotnost kcí, specifické teplo kcí, tepelná vodivost kcí (p. c. λ) 1/2 = 1000 J.m -2.s -1/2.K -1, součinitel odvětrání 0,1 m 1/2

45 Řešení:parametrická teplotní křivka ohřev 6 1)q t,d = q f,d. A f / A t = / 330 = 287 [MJ.m -2 ] 2) t max = 0, q t,d /O = 0,574 [h] 3) 0,574 [h] je větší než t lim = 20 [min] 4) t* max = t max. Γ = 0,574. (0,1/1000) 2 / (0,04/1160) 2 = 4,8 [h] 5) t 3 *= t. Γ = 0,05. 8,41 = 0,42

46 parametrická teplotní křivka ohřev 6) Θ g3 = (1 0,324 e -0,2.0,42 0,204 e -1,7.0,42-0,472 e -19.0,42 ) = 818 o C 7) t 10 *= 0,166. 8,41 = 1,4 Θ g10 = 996 o C 8) t 20 *= 2,8 Θ g20 = 1098 o C 9) t 30 *= 4,2 Θ g28 = 1159 o C 10) t 34 *= 5,7 Θ g34 = 1208 o C

47 Fáze chladnutí pro t* max větší než 2 h Θ g = Θ max 250(t* - t* max.x) Θ g40 = ( ,41 4,8) = 1020 o C Θ g50 = 663 o C Θ g60 = 306 o C Θ g65 = 137 o C

48 A t = 330 m 2, A f = 100 m 2, b = 1000 J/m 2 s 1/2 K, O = 0,1 m 2 o C BYTY o C p v τ e t ed minuty

49 A t = 330 m 2, A f = 100 m 2, b = 1000 J/m 2 s 1/2 K, q = 800 MJ/m ,12 0,08 0,

50 SROVNÁNÍ PRŮBĚHU TEPLOTY ISO 834 EUROKÓD b = 1160 O = 0,2 q td = LIE PETTERSSON

51 SROVNÁNÍ PRŮBĚHU TEPLOTY EUROKÓD ISO 834 b = 1160 O = 0,12 q td = LIE PETTERSSON

52