Pożar chłodni w Strzelnie

Zrozumienie mechanizmów powstawania i rozprzestrzeniania się pożarów jest kluczowe dla skutecznej prewencji i działań ratowniczych. Poniższa analiza przedstawia ogólne zasady dynamiki pożarów, które mają zastosowanie również w przypadku potencjalnych zdarzeń, takich jak pożar chłodni.

Czym jest pożar?

Pożarem nazywamy niekontrolowany proces spalania materiałów organicznych i nieorganicznych w miejscu do tego nieprzeznaczonym, rozprzestrzeniającym się w sposób niekontrolowany i gwałtowny, powodującym zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi oraz straty materialne.

Trójkąt i Czworokąt Spalania

Warunkiem zapoczątkowania pożaru jest istnienie tzw. trójkąta spalania lub czworokąta spalania (w zależności od źródeł). Aby ów trójkąt (czworokąt) mógł istnieć, muszą pojawić się odpowiednie warunki do podtrzymania tego procesu, czyli:

• Materiał palny (prawie wszystko co nas otacza),
• Utleniacz (tlen zawarty w powietrzu),
• Bodziec energetyczny (iskra, płomień, promieniowanie cieplne itd.),
• Wolne rodniki (przy czworokącie spalania).

Ponadto, jeżeli proces ten odbywa się gwałtownie, wówczas towarzyszą mu efekty świetlne oraz bardzo wysoka temperatura, a zjawisko takie nazywamy paleniem. Rozróżniamy dwa rodzaje palenia się: palenie się z powstaniem płomieni i żarzenie się (bez płomieni).

Fazy Rozwoju Pożaru

Pożar w budynku jest determinantą kilku powiązanych ze sobą czynników - źródła inicjacji pożaru, składu i ilości materiałów przechowywanych w pomieszczeniach, powierzchni całkowitej budynku, orientacji i geometrii układu architektonicznego pomieszczeń i korytarzy, a także układu i wydajności urządzeń wentylacyjnych. Pożar w pomieszczeniu obejmuje ogół zjawisk związanych z tworzeniem się i rozprzestrzenianiem strefy spalania, czyli płomieni, powstawaniem gazowych produktów rozkładu termicznego - dymu oraz wymianą ciepła w pomieszczeniu i w jego bezpośrednim sąsiedztwie.

Pożary w przestrzeniach ograniczonych znacznie różnią się od pożarów przebiegających w przestrzeni otwartej. Podobieństwa z reguły występują jedynie w początkowym stadium zjawiska, gdy strefa spalania jest jeszcze mała. W trakcie pożaru następuje stopniowa redukcja stężenia tlenu i wzrostem strefy spalania. W tym stadium znaczący wpływ na przebieg pożaru wywierają przegrody budowlane, które stają się źródłem energii zwróconej oraz otwory wentylacyjne. Stan taki powoduje zwiększenie szybkości wydzielania lotnych produktów rozkładu termicznego, które ulegają następnie spalaniu z wydzieleniem coraz większej ilości ciepła i produktów spalania.

Faza I: Wzrost i Rozwój (przed rozgorzeniem)

Charakteryzuje się stosunkowo niską średnią temperaturą gazu, a szybkość rozkładu termicznego i spalania zależy od eksponowanej na energię powierzchni materiałów palnych. Powstające podczas tego stadium strumienie energii cieplnej nie przekraczają zazwyczaj 50 kW/m². Pożar jest „kontrolowany przez paliwo”.

Faza II: Pożar w Pełni Rozwinięty (po rozgorzeniu)

Temperatura osiąga swą maksymalną wartość (800 - 1000)°C, a wszystkie materiały palne ulegają spalaniu. W trakcie trwania tej fazy płomienie wypełniają całe pomieszczenie, pożar staje się „kontrolowany przez wentylację” z uwagi na zmniejszenie stężenia O₂.

Faza III: Wygasanie (Stygnięcie)

Jest to okres wygasania. Przejście w III fazę najczęściej następuje po wyczerpaniu się materiału palnego i co się z tym wiąże, zmniejszeniem temperatury i pozostałych parametrów pożaru. Przyjmuje się, iż początek tego stadium określa spadek temperatury do 80% wartości maksymalnej.

Zjawisko Rozgorzenia

Oprócz opisanych faz pożaru, widoczne jest zdarzenie nazwane rozgorzeniem. Jest to moment przejścia pożaru z I fazy do pożaru w pełni rozwiniętego, polegający na bardzo szybkim rozprzestrzenieniu się płomienia ze spalania powierzchniowego do spalania w całej objętości materiałów palnych w pomieszczeniu. Czas trwania rozgorzenia jest stosunkowo krótki w porównaniu z czasem trwania poszczególnych faz pożaru, dlatego też jest ono uznawane za „zdarzenie”, a nie odrębną fazę.

Dynamika Pożaru w Pomieszczeniu

W bezpośrednim sąsiedztwie źródła pożaru temperatura jest znacznie podwyższona, co ma niewielki wpływ na temperaturę w pozostałej części pokoju, dlatego temperatura pożaru, określana jako średnia temperatura gazów spalinowych w pomieszczeniu, jest jeszcze niska. Płomień zwiększa swoją wysokość, oddziałując na otoczenie.

Zwiększenie dynamiki mechanizmów spalania następuje wskutek zintensyfikowania wymiany ciepła w rezultacie powiększania się strefy spalania. Decydujące stają się tutaj mechanizmy transportu ciepła na drodze konwekcji i poprzez promieniowanie. Konwekcja decyduje bezpośrednio o wysokości płomienia. Promieniowanie powoduje głównie rozprzestrzenianie się pożaru w kierunku poziomym. Otoczenie nagrzewa się, choć nie musi być objęte bezpośrednio płomieniem. Przedmioty sąsiadujące z fotelem, ogrzewane przez źródło pożaru, emitują gazy powstałe w wyniku rozkładu termicznego i powoli ulegają zapaleniu. Ogień zwiększa swoją objętość, ale wciąż jest zlokalizowany w niewielkiej części pokoju.

Gorące gazy pod wpływem sił wyporu unoszą się, tworząc kolumnę konwekcyjną, która po zderzeniu z sufitem tworzy górną warstwę produktów spalania. Kolumna konwekcyjna stanowi rodzaj pompy zasysającej powietrze z otoczenia wskutek powstającego w jej wnętrzu podciśnienia. 70% ciepła wydzielanego w strefie spalania jest przenoszone konwekcyjnie w górne partie pomieszczenia, a 30% ciepła jest wypromieniowywane we wszystkich kierunkach.

Warstwa górna, będąca mieszaniną gorących gazowych produktów rozkładu termicznego i spalania oraz cząstek dymu, obniża się, osiągając otwór wentylacyjny, przez który wypływa na zewnątrz. Rosną strumienie tzw. ciepła zwróconego od górnej warstwy dymu i ogrzanych ścian pomieszczenia, które intensyfikują spalanie. Gdy szybkość wydzielania ciepła osiągnie wartość Q = 600 kW, płomień sięga do sufitu (ma wysokość ok. 2,5 m). Stężenie tlenku węgla rośnie do wartości około 3% obj.

Opisane zjawiska obserwuje się w pierwszej fazie pożaru obejmującej początek i wzrost pożaru (czyli przed rozgorzeniem). W pożarach o dużej dynamice I faza trwa zwykle od kilku do kilkunastu minut. Wraz ze wzrostem wielkości pomieszczeń z ogniskiem pożaru (na przykład typu atrium, gdzie występuje duża pojemność cieplna wynikająca z geometrii przegród budowlanych) czas ten może ulec wydłużeniu.

W przypadku klatek schodowych lub innych ciągów pionowych budowli pojawia się efekt kominowy, zwiększający znacznie dynamikę pożaru wskutek formowania się pionowych ciągów gorących gazów i dymu (kolumny konwekcyjne), poruszających się ze średnią prędkością (1 - 5) m/s.

Rozgorzenie i Przejście w Pełną Fazę

W I fazie pożaru szybkość spalania materiałów jest zależna od eksponowanej na ciepło powierzchni paliwa, przy dostatecznej ilości tlenu w pomieszczeniu. Mówimy w tym przypadku, że w tej fazie pożar jest kontrolowany przez paliwo. Jeżeli ciepło wydzielane w strefie spalania jest większe od ciepła idącego na gazyfikację paliwa oraz traconego do otoczenia, następuje akumulacja ciepła w pomieszczeniu, co prowadzi do tego, że dotychczasowy powolny wzrost szybkości wydzielania ciepła osiąga charakter wykładniczy.

Wszystkie materiały palne znajdujące się w pomieszczeniu jednocześnie zaczynają się palić, co powoduje gwałtowny wzrost temperatury. Wartość wydzielanego ciepła osiąga ok. 1000 kW. Ma wówczas miejsce rozgorzenie, które można określić jako moment:

• przejścia I fazy rozwoju pożaru w II fazę, gdzie pożar jest w pełni rozwinięty,
• utratę kontroli spalania przez paliwo i przejęcie kontroli spalania przez wentylację,
• przejście spalania powierzchniowego w spalanie powierzchniowo-przestrzenne,
• zapalenie się mieszaniny gazowej znajdującej się pod sufitem,
• gwałtownego ubytku tlenu i szybkiego wzrostu stężenia CO oraz CO₂ oraz innych produktów rozkładu termicznego i spalania,
• wyrzutu płomieni na zewnątrz pomieszczenia objętego pożarem.

Z chwilą zaistnienia zjawiska rozgorzenia temperatura pożaru osiąga wartość rzędu (800 - 1000)°C, a pożar przechodzi w stan quasistacjonarny, który charakteryzuje się stosunkowo małymi zmianami jego parametrów w czasie. Szybkość wydzielania ciepła w tym czasie w przeciętnych warunkach wynosi 4500 kW. W tym czasie następuje częściowe oddawanie ciepła do otoczenia poza pomieszczenie objęte pożarem. Stan ten sygnalizują płomienie wydostające się przez drzwi oraz okna. W tej fazie dynamika rozwoju pożaru zależy od dopływu tlenu, którą warunkują w głównej mierze przekroje otworów wentylacyjnych.

Podstawowe Parametry Pożarowe

W analizie pożarów stosuje się szereg pojęć i parametrów, takich jak:

• Krzywa celulozowa (normowa)
• Krzywa węglowodorowa
• Krzywa zewnętrzna
• Krzywe parametryczne
• Krzywe tunelowe
• Właściwości palne materiałów oraz ich wpływ na dynamikę rozwoju pożaru
• HRR (kW/m²) - kinetyka generacji ciepła, szybkość wydzielania ciepła
• THR (MJ/m²) - całkowite uwolnione ciepło
• HOC (MJ/kg) - efektywne ciepło spalania
• MLR (g/m²s) - szybkość ubytku masy
• SEA (m²/kg) - intensywność wydzielania dymu
• CO (kg/kg) - ilość wytwarzanego tlenku węgla

Wszystkie te czynniki wpływają na ogólny przebieg i skutki pożaru, które mogą obejmować zagrożenie życia, obrażenia oraz znaczne straty materialne, wymagające długotrwałych działań dochodzeniowych i naprawczych, jak również ciężkiej pracy służb ratowniczych.

tags: #pozar #chlodni #strzelno