a_prelegerea 1 isic notiuni despre arderi si incendii

7/25/2019 A_prelegerea 1 Isic Notiuni Despre Arderi Si Incendii

1/46

7

PRELEGEREA 1 ISIC

NOIUNI DESPRE ARDERI I INCENDII

1.1 Fenomenul arderii

1.1.1 Arderea

Arderea/combustia(eng. combustion),fizico-chimic, este reacia rapid deoxidare a uneisubstane aflatn starea gazoas.

Arderea, tehnic (SR EN ISO 13943), este reaciaexoterm a unei substane (pe care o

vom numi combustibil) cu un comburant(putnd adugala definiie, c estensoit, n general,de lumin - care poate fi incandesceni/sauflcr- i/sau defum.Combustibil(eng. fuel) este, n contextul lucrrii de fa, orice substan, material, produs

de construcii care are proprietatea de combustibilitate(proprietatea de a se aprinde i arde ncontinuare contribuind la creterea cantitii de cldurdegajate).

Comburant/agent oxidant este, uzual, oxigenul, oxigenul din aer (aflat n proporie de21%) sau oxigenul cedat de o alt substan prin reacia de oxidare; pentru ca o substancombustibil s ard, s-a constatat c este suficient ca mediul ambiant s conin 1418%oxigen.

Se cunosc i substane care ard fr prezena oxigenului din aer, cum ar fi: acetilenacomprimat, clorura de azot, precum i alte substane compuse; aceste substane, n anumite

condiii, pot exploda cu degajare de clduri apariiede flcri.Din punctul de vedere fizic, arderea determin, n timp scurt, creterea temperaturiimediului nconjurtor la valori peste 10000C.

Procesul de ardere, pentru a avea loc, trebuie s ndeplineasc condiia prezeneiconcomitente, n acelai spaiu:

- a combustibilului;- a comburantului (uzual, oxigenului);- a sursei de aprindere (care s transfere, din exteriorul sistemului, suficient cldur

pentru atingerea temperaturii de aprindere n vederea iniieriiarderii, energia aprinderii).Cei trei factori enumerai mai susdefinesc aa-numitul triunghi al focului(figura 1.1).

Figura 1.1Triunghiul focului(www.isover.ro)


2/46

8

Cercetri mai recente fac discuii despre aa-numitul tetraedru al focului, considernd c,pentru explicarea proceselor arderii, mai trebuie avut n vedere desfurarea reaciilor chimicen lan.

Fenomenul de ardereimplic desfurarea unorprocese de transfer de cldur i de mas(care pregtesc amestecul format din combustibil i oxigen) pentru atingerea temperaturii ce face

posibil o dezvoltare suficient de rapid a reaciei de oxidare cu degajare de cldur.Fenomenul de ardere, n concepia actual, are la baz teoria reaciilor n lan(eng. chainreaction). Aceast teorie presupune formarea, n timpul reaciei de oxidare, a radicalilor liberi ,care n urma reaciei cu alte moleculeformeaz noi radicali liberi ce reacioneaz la rndul lor cumolecule neutre. Aceste reacii sunt denumite reacii secundare de continuare a lanului. n acestmod apare un lan de reacii ce se repet , n timpul crora produsele finale se formeaz printr-oserie de faze intermediare care iniiaz nceputul unui nou lan ce constituie centrul activ alreaciei. Reacia, susinut de centrii activi, nceteaz cnd lanul se ntrerupe ca urmare aciocnirii atomilor sau radicalilor cu molecule inerte (cazul halonilor) sau cu suprafee care absorbenergia acestora (cazul pulberilor stingtoare).

n cazul incendiilor n cldiri, muli produi combustibili au o structur chimic care

conine carbon, hidrogen i oxigen; unul poate fi propanul (C3H8), care prin ardere completproduce dioxid de carbon (CO2) i vapori de ap (H2O), ca n ecuaia stoechiometric din relaia1.1 [11], [12].

C3H8+ 5O2 3CO2 + 4H2O (1.1)

Mrimile fizice ce caracterizat ardereasunt:- temperatura de ardere, temperatura minim de la care un combustibil arde pn la

epuizare (temperatura teoretic de ardere corespunde unei arderi fr pierderi de cldur nexterior i este mai mare dect temperatura real de ardere);pe timpul unui incendiu aceastaeste direct influenat de caracteristica calorific a materialului combustibil care arde, decantitatea de cldur rmas n spaiul incendiat, precum i de modul cum se produce arderea;

- viteza de ardere, cantitatea de combustibil consumat prin ardere n unitatea de timp(tabelul 1.1); aceasta este dependent de tipul materialului combustibil i mrimea suprafeeiocupate, de posibilitile deventilare, de temperatura dezvoltat n timpul arderii, de presiuneaaerului etc.; aceasta poate fi msurat n:

- cazul gazelor: m/ssaucm/ssaum3/zii poate fi considerat c variazliniar cu timpul;- cazul lichidelor:grosimea stratului de lichid care arde n unitatea de timpi poate fi considerat

c variazliniar cu timpul;- cazul solidelor: masa materialului combustibil ars pe unitatea de suprafa a arderii n unitatea

de timp ;- intensitatea de ardere, dat de cldura (energia) degajat n timpul arderii, exprimat n

J (Jouli); raportarea cantitii cldurii la cantitatea unitar de combustibil ce o produce (1 kgncazul substanelor lichide i solide sau 1 m3N,Nindicnd condiii normale, n cazul substanelorgazoase) definetecldura de ardere/puterea calorific,Q, exprimat nJ/kgsauJ/m3N.

- limitele de ardere:- limita inferioar, dat de concentraia minim a gazelor n aer sub care amestecul

gazos nu poate s ard, fiind prea srac n molecule reactante (energia rezultat dinarderea unei particule se disperseaz nainte de a putea activa o alt particul de substancombustibil pentru propagarea arderii);

- limita superioar, dat de concentraia maxim a gazelor n aer peste careamestecul gazos nu poate s ard din cauza lipsei oxigenului necesar (oxigenul disponibil

se consum n cursul arderii unei particule, nemaifiind suficient pentru ntreinerea arderiiparticulei celei mai apropiate);


3/46

9

- intervalul de ardere(cuprins ntre limita inferioari superioar) este cel n care arderease poate produce, dimensiunea acestuia putnd fi influenat de creterea temperaturii (mrireaintervalului) sau de adugarea unor gaze inerte sau vapori incombustibili (micorareaintervalului).

Tabelul 1.1Viteza de ardere pentru produse combustibile uzuale

Nr.crt. Substana combustibil Viteza de ardere dat prinmasa consumat(kg/m2.min)

lungimea consumat(mm/min)

1 Lemn (grinzi, mobil n ncpere) 0,650,90 -2 Lemn tiat n stive, n aer liber 0,70 -3 Cherestea n stive pe teren descoperit 0,67 -4 Bumbac afnat 0,24 -5 Cri pe rafturi din lemn 0,33 -6 Hrtie afnat 0,48 -7 Fibr artificial scurt afnat 0,40 -8 Textolit 0,40 -9 Cauciuc natural 0,80 -

10 Cauciuc sintetic 0,53 -11 Articole tehnice din cauciuc 0,67 -12 Film pe baz de celuloid 70,0 -13 Polistiren 0,86 -14 Sticl organic 0,86 -15 Fenoplaste 0,36 -16 Sodiu metalic 0,700,90 -17 Aceton 2,83 3,3018 Benzen 2,30 3,15

19 Benzin 2,703,20 3,804,5020 Alcool butilic 0,81 1,1021 Eter dietilic 3,60 5,0022 Izopentan 6,30 10,0023 Petrol (iei) 1,70 1,6024 Petrol lampant 2,90 3,6025 Pcur 2,10 2,2026 Sulfur de carbon 2,20 2,7027 Toluen 2,30 2,7028 Alcool etilic 1,602,00 2,002,50

Flacra (eng. flame) poate fi definit ca propagarea rapid, autosusinut, cu vitezsubsonic a arderii n mediu gazos cu emisie de lumin (SR EN ISO 13943) sau ca amesteculaerului cu un gaz combustibil n reacie care emite radiaii electromagnetice, deseori n spectrulvizibil (lumina); caracteristicile flcrilor sunt:

- emisia luminii: 15 m n cazul hidrocarburilor;- temperatura: dependent de caracteriticile produselor care ard (concentraie etc.),

tabelul 1.2;- culoarea: galben sau portocalie n cazul materialelor organice, albastr n cazul

alcoolilor, glbuie i, eventual, cu tendin spre albastru n cazul gazului natural, galben,asociat cu mult fum, n cazul hidrocarburilor lichide, albastr n cazul monoxidului de carbon

etc.; - radiana: 1,5 Hz, n cazul incendiilorcu suprafa mare de ardere pn la15 Hz, nivelulradiaiei variind n jurul unei valori medii.


4/46

10

La flacr se disting: o zon central care conine produi neari nc i care este mairece, o zon intermediar, precum i o zon periferic unde combustia este complet itemperatura este cea mai mare (figura 1.2)

Tabelul 1.2Temperatura flcriipentru combustibili uzuali [9]Nr.

crt.

Produsul combustibil Temperatura0

C1

Gaz n amestec cu aerul

acetilena 23252 amoniacul 17003 heptanul 22904 hidrogenul 24005 metanul 22106 oxidul de carbon 24007 propanul 19308

Solid

bumbacul 3059 hrtia 510

10 sodiul metalic 90011 lemnul rinoaselor stivuit n aer liber 120012 huila 120013 cauciucul natural 110014 polistirenul 135015 magneziul 2000

(dup Bjorn Karlsson, James G. Quintiere, 2000) (Wikipedia)

Figura 1.2Flcri i distribuia temperaturilor n flacraunei lumnri


5/46

11

Produsele de arderesunt:-gazele de ardere, care sunt purttoarele cldurii(eng. heat) i a crorcantitate poate fi

stabilit prin calcul dup compoziia combustibilului;- resturile minerale sau cenua(eng. ash), ca n cazul substanelor solide; n acest context

intoducem ifuninginea(eng. soot);-fumul(eng. smoke) i oxidul de carbon (ca produs intermediar care prezint un pericol

deosebit, care poateprovoca intoxicaii i asfixieri), n cazul arderilor incomplete.Fumul este amestecul vizibil de lichide sub forma picturilor foarte fine i/sauparticulelor solide aflate n suspensie; funcie de compoziia chimic a produselor care ard, poateprezenta culoare, miros i gust specific, tabelul 1.3.

Tabelul 1.3Caracteristicile fumului [9]Nr.crt.

Produsul combustibil CaracteristicileCuloarea Mirosul Gustul

1 Bumbac brun-nchis specific acrior2 Cauciuc negru-brun sulfuros acid3 Celuloid cenuiu nchis specific acid

4 Combinaii de azot galben brun iritant acid5 Fosfor alb dens ca de usturoi fr6 Hrtie, paie, fn galben alb specific acrior7 Lemn gri cenuiu de rin acrior8 Magneziu alb fr metalic9 Potasiu metalic alb dens fr alcalin

10 Polistiren negru nchis hidrocarburi fr11 Policlorurde vinil cenuiu nchis acid clorhidric fr12 Produse petroliere negru uleios acrior12 Sulf alb negru specific acid

Clasificarea arderilorse poate face:- dup condiiile de desfurare areaciilorde oxidare:

- arderea complet, cazul arderii n ntregime a combustibilului, existnd cantitateasuficient de oxigen pentru procesul de oxidare (ca produi de ardererezultnd bioxid decarbon, vapori de ap, bioxid de sulf etc.);

- arderea incomplet, cazul arderii pariale a combustibilului, neexistnd ladispoziie cantitatea suficient de oxigen pentru procesulde oxidare (ca produi de ardererezultnd oxid de carbon, alcool, vapori de ap i compui organici compleci);- dup percepia fenomenului:

- arderea cu flacr, cazul arderii combustibilului n faza gazoas cu emisie de

lumin; arderea celmai des ntlnit;- arderea cu incandescen, cazul arderii combustibilului cu emisie vizibil de

lumin la suprafaa acestuia (arderea crbunilor); temperatura suprafeei depete 5000C;- arderea mocnit, cazul arderii combustibilului fr emisie vizibil de lumin

(pus n eviden de creterea temperaturii mediului ambiant i apariia fumului); este oardere autosusinut prin cldura reaciilor interne;- dup viteza de propagare a flcrii (sau viteza reaciilor de oxidare):

- arderea lent, cazul ruginirii fierului, putrezirii lemnului, respiraiei fiinelor etc.,cnd se constat o cretere a temperaturii fr atingerea valorii care s conducla emisiade lumin;

- arderea uniform/normal, la care propagarea se face cu viteze de ordinulcm/s;


6/46

12

- arderea neuniform, unde se ncadreaz deflagraia, cu viteza de ordinul cm/s(vitez subsonic), explozia, cu viteza 10100 m/s, detonaia (arderea rapid), cu viteza10004000 m/s (vitez supersonic).

1.1.2 Aprinderea

Aprinderea (termic) este procesul de iniiere a arderii unui amestec combustibil cuflacr susinut, ca urmarea accelerrii reaciei de oxidare.

Aprinderea se produce numai la aducerea combustibilului n faza gazoas(figura 1.3), cuatt mai uor cu ct emanarea de vapori i gaze ncepe la o temperatur mai mic (funcie destarea de agregare a substanei combustibile: gazoas, lichid sau solid).

Figura 1.3Schema general de producere a aprinderii sau de iniiere a arderii

Aprinderea unui amestec combustibil are loc cnd viteza de generare a cldurii, prinreacii chimice, depete viteza de pierdere a cldurii (pentru sistemele reale, neadiabatice).

Cldura necesar aprinderii amestecului combustibil poate fi asigurat:- de un flux de cldur exterior, cazul aprinderii normale i definim temperatura de

aprindere;- de o surs exterioar de cldur (flacr, scnteie etc.), cazul aprinderii piloti definim

temperatura de aprindere;- prin generarea intern de cldur, cazul aprinderii spontane/autoaprinderiii definimtemperatura de aprindere spontan/de autoaprindere.

Temperatura de aprindere i temperatura de aprindere spontan nu sunt constante fizice;acestea sunt mrimi complexe, valorile acestora depinznd de condiiile n care se produce

procesul de nclzire (compoziie, temperatur, presiune, surs de aprindere etc.) i metoda dedeterminare aplicat.

Condiiile necesare producerii aprinderii sunt:- concentraia amestecului combustibil (gaz i/sau vapori de lichid i/sau praf/solid

combustibil cu aerul) s fie n interiorul limitelor de ardere;- energia generat sub form de cldur (extern sau intern) s poat menine temperatura

amestecului peste temperatura de aprindere a acestuia.Inflamabilitateaeste caracteristica unui material combustibil aflat n faza gazoas de a se

aprinde cu emisie de lumin.


7/46

13

Aprinderea substanelor combustibile gazoase este procesul de iniiere a arderii cuflacr ntr-un anumit punct, prin aducerea acestora la temperatura de aprindere, dup care,ndeprtnd sursa de aprindere, combustia continu (figura 1.3); este caracterizat de urmtoarelemrimi fizice:

-temperatura de aprindere, temperatura minim pn la care trebuie nclzit o substangazoas combustibil, aflat n prezena aerului sau oxigenului, pentru a iniia arderea i arde n

continuare i dup ndeprtarea sursei de aprindere;- temperatura de aprinderespontan/de autoaprindere, temperatura minim pn la caretrebuie s se nclzeasc o substan gazoas combustibil, aflat n prezena aerului sauoxigenului, pentru a iniia arderea i arde n continuare i fr a veni n contact direct cu osursde aprindere (tabelul 1.4);

Tabelul 1.4Temperatura de autoaprindere pentru gaze combustibile uzuale [8]Nr.crt.

Substana Temperatura( 0C)

Nr.crt.


1 Acetilen 305 7 Hidrogen 5752 Aceton 560 8 Metan 633

3 Alcool etilic 392 9 Propan 4814 Amoniac 651 10 Sulfur de carbon 1005 Eter etilic 192 11 Terebentin 2406 Heptan 233 12 Toluen 552

- energia de aprindere: este mrimea minim a energiei unei scntei electrice saumecanice, suficient pentru aprinderea unui amestec de gaz-aer la o anumit concentraie; estefuncie de parametrii amestecului gazos (compoziie, presiune, temperatur etc.) i dispozitivuldeterminrii (tabelul 1.5);

Tabelul 1.5Energia de aprindere, minim, pentru gaze combustibile uzuale [8]Nr.crt.

Substana Energia minim(MJ)

Nrcrt.

Substana Energia minim(MJ)

1 Acetilen 0,02 9 Hidrogen 0,012 Aceton 1,10 10 Metan 0,263 Alcool etilic 0,14 11 Metanol 0,144 n-Butan 0,26 12 Metilaceton 0,285 Benzen 0,22 13 n-Pentan 0,226 Ciclohexan 0,24 14 Propan 0,257 Eter dietilic 0,19 15 Propilen 0,178 Etilen 0,10 16 Sulfur de carbon 0,009

- limitele de ardere pentru gazele combustibile(arderea gazelor combustibile se producedac concentraia acestora n aer se afl ntre limitele de ardere).

Unele substane gazoase sunt combustibile la temperatura normal, precum hidrogenul,oxidul de carbon, hidrocarburile cu mai mult de 4 atomi de carbon (butanul, propanul etc.), ca icteva amestecuri gazoase complexe (gazul natural - al crui principal constituent este metanul,gazul de sond, gazul de fermentaie etc.).

Amestecurile gazoase combustibile pot fi aprinse de o scnteie electric sau mecanic, deo suprafa cald n contactdar i prin nclzire adiabatic.

Vaporizarea este procesul trecerii unui lichid n stare de vapori, prin evaporare saufierbere; evaporarea se produce numai la suprafaa lichidului ila orice temperatur i este cu att maiintens cu ct aria suprafeei lichidului este mai mare, temperatura mai mare i vaporii emanai delichid ndeprtai mai repede.


8/46

14

Aprinderea substanelor combustibile lichide este procesul de iniiere a arderii prindegajarea vaporilor i aprinderea acestora (figura 1.3); este caracterizat de urmtoarele mrimifizice:

- temperatura de inflamabilitate (flash-point), temperatura minim, n condiii depresiune atmosferic normal, la care vaporii degajai de un lichid combustibil formeaz cu aerul(deasupra suprafeei acestuia) un amestec de o anumit concentraie ce se aprinde la contactul cu

o surs de aprindere (la aceast temperatur un lichid combustibil nu arde), tabelul 1.6;temperatura de inflamabilitate constituie un parametru de baz care poate fi folosit pentruindicarea, cu aproximaie, a temperaturii la care un lichid combustibil prezint pericol laincendiu (poate fi utilizat ca temperatur pentru sigurana tehnic la proiectarea cldirilordestinate depozitrii lichidelor combustibile);

- temperatura de aprindere, temperatura minim la care un lichid combustibil, dup ce s-au aprins vaporii, arde n continuare (prin evaporare continu), tabelul 1.6;

Tabelul 1.6Temperatura de inflamabilitate i aprinderepentru lichide combustibile uzuale [8]Nr.crt.

Substana Temperatura de inflamabilitate( 0C)

Temperatura de aprindere( 0C)

1 Acetaldehid -27 1402 Acetilen -18 3353 Acid acetic 40 4854 Alcool etilic 12 4255 Alcool metilic 11 4556 Benzen -11 5557 Benzin auto -42 2328 Clorbenzen 28 5909 Clorur de metan -14 625

10 Dicloretilen 48 460

11 Eter etilic -40 17012 Etilenglicol 111 41613 Pcur 50100 26042014 Petrol lampant 3040 22025015 Propilen -107 45516 Stiren 32 49017 Sulfur de carbon -30 10218 Terebentin 35 25519 Toluen 6 48020 iei -3535 38053121 Ulei de in 205 34022 Ulei de main 181 35523 Ulei de transformator 147 30024 Xilen 25 144

Not.1. n afar de lichide se mai inflameaz i vaporii unor substane solide (camfor, naftalin, fosfor), aceste substanevolatilizndu-se la temperatura normal.

- temperatura de aprindere spontan/de autoaprindere, temperatura pn la care trebuienclzit un lichid combustibil, n prezena aerului sau oxigenului i fr a veni n contact directcu o surs de aprindere, ca, dup ce s-au aprins vaporii, s ard n continuare;

- limitele de ardere pentru vapori;

- densitatea vaporilor.Viteza de ardere a lichidelor combustibile este funcie de suprafaa liber a acestora n

stare linitit (esenial), viteza de evaporare (care depinde de presiunea vaporilor, viteza de


9/46

15

rennoire a atmosferei deasupra suprafeei libere a lichidului, respectiv curenii de aer) icantitatea de cldur transmis de la flcri.

Pirolizaeste procesul descompunerii chimice ireversibile a unui material prin creterea temperaturii in lipsa reaciei cu oxigenul.

Aprinderea substanelor combustibile solide:- care ard cu flacr(n stare gazoas), esteprocesul iniieriiarderii prin transformarea

n vapori, fr descompunere sau prin sublimare, (cazul camforului) sau prin topirea urmat devaporizarea i aprinderea acestora(cazul parafinei), figura 1.3;- care ard mocnit(n stare solid fr flacr), esteprocesul iniieriiarderii prin creterea,

la nceput lent, a cldurii degajate (abia perceptibil) i, n continuare, proporional cutemperatura (depinznd de numeroi factori ce in de material i mediul ambiant: stareasuprafeei, forma i granulometria materialelor, prezena corpurilor strine, realizarea ventilaieietc.), figura 1.3;

- care ard mixt (n stare solid cu flacr), este procesul iniierii arderii prindescompunerea chimic a substanei sub aciunea cldurii (piroliz), cu degajarea amestecurilorde gaze i aerosoli (incluznd i particule suspendate, efluenii arderii) i aprinderea acestora,figura 1.3.

Aprinderea substanelor combustibile solide este caracterizat de urmtoarele mrimifizice:

- temperatura de aprindere, temperatura minim de suprafala care debitul volatileloreste suficient pentru asigurarea unei flcri susinute, tabelul 1.7;

Tabelul 1.7Temperatura de aprindere pentru solide combustibile uzualeNr.crt.


Nr.crt.


1 Asfalt 400 27 Mangal 1802 Brad 225 28 Molid 2823 Bumbac crpe 320 29 Mtase fibre 279

4 Bumbac fibre 200220 30 Mtase artificial 4725 Bumbac esturi 255 31 Naftalin 796 Carpen 250 32 Paie 2002207 Carton 300360 33 Pene 5008 Cauciuc natural sintetic 250450 34 Piele moale 4004509 Celuloid 125190 35 Pin 28010 Cnep 215 36 Pirit praf 40111 Celuloz 160170 37 Plut plci 26012 Couri nuiele 380 38 Poliamide fibre 42013 Fag 295 39 Poliamide praf 53514 Fin din lemn 430 40 Polietilen 34115 Fin din plut 210 41 Policlorur de vinil 90016 Fn 205210 42 Polimetacrilat 45017 Fosfor alb 45 43 Porumb boabe 25018 Fosfor rou 240 44 Polistiren 34034519 Funingine 900 45 Poliuretan spum 31020 Grsimi animale 340450 46 Rumegu fag 39621 Hamei 250300 47 Rumegu molid 44522 Hrtie scris 363 48 Stejar 34023 Hrtie ziar 185230 49 Tutun 17524 In 232 50 Tutun frunze 393

25 In fibre 345 51 Vat 32026 Iut 254 52 Zahr praf 377410


10/46

16

- ineria termic ce caracterizeaz aprinzibilitatea substanelor solide, definit prinprodusul dintre conductivitatea termic (), densitatea masic () i cldura specific (c), tabelul1.8 (materialele cu inerie termic mic pot fi aprinse de surse cu energie termic redus: muculigrii, flacra chibritului etc.);

Tabelul 1.8Ineria termic pentru solide combustibile uzuale

Nr.crt. Substana Conductivitateatermic(W/m 0C)

Densitateamasic(kg/m3)

Clduraspecific(kJ/kg 0C)

Ineriatermic(W/m 0C)

1 Beton 1,600 2400 0,750 28802 Crmid 0,800 2600 0,800 16603 Lemn masiv 0,360 800 2,386 6804 Hrtie 0,140 790 1,340 1505 Ln 0,038 200 1,884 96 Bumbac 0,058 81 1,298 6

- cldura de ardere/puterea calorific.Aprinderea spontan/autoaprindereasubstanelor combustibile solideeste procesul bazat

pe autonclzirea substanei combustibile solide n mas; poate fi:- chimic, produs n masa substanelor ce au capacitate intens de combinare cu

oxigenul din aer, cu apa sau alte substane; substanele combustibile predispuse la autoaprinderechimic pot fi mprite n trei grupe:

- substane care se aprind spontan la contactul cu aerul n condiii normale detemperatur: substanele pirofore, precum fosforul, metalele alcaline etc.;

- substane care reacioneaz violent la contactul cu apa n condiii normale:carbura de calciu, metalele alcaline etc.;

- substane care se aprind violent la contactul cu substane organice: oxidanii i

peroxizii, precum cloratul de potasiu n contact cu acidul oxalic, acidul azotic i sulfuricn contact cu materiale celulozice etc.;-fizico-chimic, stimulat de factori fizici i procese chimice (suprafaa specific, gradul

de aerare, izolarea termic fa de mediul exterior, prezena impuritilor); susceptibile la acestgen de autoaprindere sunt: crbunele, bumbacul, azotatul de amoniu, lacurile din ulei, seminelei turtele din floarea soarelui;

- biologic, specific unor produse vegetale (furaje, borhot, rumegu din lemn, tutun,tiei din sfecl etc.) sau animale (ln, pr etc.), stimulat de aciunea microorganismelor, caren urma propriilor procese fiziologice, genereaz substane chimice ce conduc la reacii chimicecare produc cantitatea de cldur necesar iniierii procesului de ardere.

Temperatura autoaprinderii n cazul solidelor are un rol foarte important n propagarea

incendiului; creterea nivelului termic, de exemplu prin radiaie, determin aprinderea soliduluirespectiv la atingerea temperaturii de autoaprindere i apariia de focare de incendiu.Fenomenul autoaprinderii poate genera incendii instantanee sau mocnite (n stare

ascuns), apariia i dezvoltarea acestora fiind favorizat de factori aleatori (umiditatea, aerarea,prezena impuritilor, gradul concasrii etc.).

1.2 Incendiul fenomen n construcii

1.2.1 Procesul i evoluia incendiului n spaii nchise

Standarde privitoare la terminologia din domeniu (SR EN ISO 13943) fac diferena ntrenoiunilefoci incendiu, astfel:


11/46

17

- focul este ardere autontreinut, organizat, cu producere de efecte utile i a creipropagare, n timp i spaiu, este limitat (ardere controlat);

- incendiuleste ardere autontreinut, neorganizat, cu producere de efecte duntoare ia crei propagare, n timp i spaiu, este nelimitat dac nu se intervine (ardere necontrolat).

Incendiul, cu conotaie juridic, este arderea scpat de sub control, iniiat de o cauzbine precizat (voit sau nu) care produce pierderi de viei i/sau de bunuri materiale i necesit,

n vederea ntreruperii, o aciune pentru stingere.Incendiul este un fenomen complex bazat n apariia i evoluia sa peprocesele de ardere(incluzndformarea flcrilor), peschimbul de cldurigaze cu mediul adiacent, precum i petransformrile din materialele elementelorde construcii.

Incendiul (fenomen fizic i chimic complex) este puternic influenat de mediu.Interaciunile dintreflacr, combustibili mediupot fi puternic neliniare i estimarea cantitativa proceselor implicate este adesea dificil; incendiile pot fi: incendii n spaii nchisesau incendiin spaii deschise.

Procesul de ardere specific incendiilor produse n cldiri (cazul incendiilor n spaiinchise)implic apariia fluxurilor de cldur i de mas ntre combustibil i mediu (figura 1.4).

Figura 1.4Schema fluxurilor de cldur i de mas n spaiile nchise incendiate(dup Bjorn Karlsson, James G. Quintiere, 2000)

Fazele incendiului produs ntr-un spaiu nchisiasupra cruia nu se intervine, aa cumrezult din analiza evoluiei lui, sunt cinci (figura 1.5).

Faza 1, apariia focarului iniial al arderii, este faza n care, datorit unor mprejurrifavorizante, sunt puse n contact unul dintre materialele combustibile cu sursa de aprindere acrei energie, transferat n timpul perioadei de contact, duce la iniierea incendiului;caracteristice sunt temperaturai energia aprinderii.

Modelarea fizic a focului pentru aceast faz este efectuat, acoperitor, prin aprindereaunui produs, orientat vertical, de la o flacr mic (vezi scenariul de referin pentru testareareaciei la foc a produselor pentruconstrucii, SR EN ISO 11925-1).

Faza 2, arderea lent, este faza n care arderea este limitat strict la materialelecombustibile care constituie focarul iniial (statistic, peste trei sortimente), termodegradndu -le

profund, fr distrugerea lor total.Cu o durat variabil ca timp (absent n numeroase cazuri), poate fi de ordinul

minutelor, orelor i, n unele situaii, zilelor i sptmnilor (cazul arderilor mocnite); durataacestei faze depinde de natura, cantitatea i modul de distribuire a materialelor combustibile nincint, precum i de dimensiunile, amplasarea surselor de aprindere i cantitatea de cldur


12/46

18

transmis de acestea (cu ct materialul combustibil se aprinde mai uor, cu att cldura degajateste mai mare i propagarea are loc mai rapid).

a. b.Figura 1.5Evoluia incendiului produs n spaiu nchis i asupra cruia nu se intervine

n aceast faz, radiaia este neglijabil iar temperatura crete relativ lent, fr a atingevalori importante i fr a modifica esenial temperatura mediului din ncpere. Dindescompunerea materialelor rezult gaze care se acumuleaz n atmosfera nconjurtoare iformeaz cu aerul un amestec combustibil, precum i gudroane care vor contribui la propagareaincendiului. Caracteristice fazei sunt flacra ascendent (cu nlimea i temperatura ei) i

debitul de cldur degajat de flacr (similar incendiului n aer liber fr vnt). Modelelematematice elaborate pentru aceast faz urmresc s determine evoluia nlimiii temperaturiiflcrii funcie de timp (ISO 1673416736) n vederea amplasrii optime a sistemelor pentrudetectarea i stingerea incendiului.

Dup stabilizarea arderii, incendiul poate evolua pe una din urmtoarele ci:- calea 2.1, rmnerea ca incendiu local, dac materialul combustibil este izolat;- calea 2.2, autostingerea sau arderea cu vitez mic, dac ventilarea spaiului este

insuficient;- calea 2.3, arderea activ/dezvoltarea incendiului(faza 3).

Faza 3, arderea activsau dezvoltarea incendiului, este faza n care arderea se propagla toate obiectele combustibile nvecinate cu focarul, avnd aerul necesar arderii n cantitate

suficient.Din cauza variaiei densitii i formrii curenilor de convecie, gazele calde, mai uoare,

se acumuleaz sub tavan i ies din incint pe la partea superioar a deschiderilor, fiind nlocuitede un curent de aer rece care ptrunde pe la partea inferioar; caracteristice sunt temperatura(care, n diferite puncte ale incintei, este mult diferit, suferind importante i rapide fluctuaii) iradiaia(care devine principalul factor al transferului de cldur, ca urmare a formrii stratuluigazelor fierbini i fumului acumulat sub tavan i care propag incendiul i n zone maindeprtate de foc prin nclzirea materialelor pn la temperatura de aprindere), natura ifinisajul pereilor avnd un rol esenial dat de aportul suplimentar, nsemnat, al radiaiei termice(radiaia reciproc ntre perei).

Modelarea fizic a focului este efectuat, pentru aceast faz, acoperitor, prin ardereaunui singur produs amplasat n colul camerei (vezi scenariul de referin pentru testarea reacieila foc a produselor pentru construcii, metoda SBI, SR EN ISO 13823).


13/46

19

Modelarea matematic a focului, pentru aceast faz, urmrete determinarea evoluieidebitului de cldur degajat, Q, la timpul t de la nceperea incendiului i la timpulcorespunztor nceperiistrii staionare a incendiului, Qmax.

Din aceast faz, incendiul poate evolua pe una din urmtoarele ci:- calea 3.1,producerea fenomenului flashover(termen intraductibil n limba romn dar

acceptat n literatura de specialitate european i romn prin SR EN ISO 13943 i SR ISO

8421/1), fenomen tranzitoriu de instalare brusc a arderii la nivelul tuturor suprafeelorcombustibile din incint (dac aerul necesar arderii este n cantitate suficient); se caracterizeazprin scderea rapid a cantitii de oxigen din aer i creterea procentului de oxid de carbon (cupn la 20%), precum i prin creterea rapid, exponenial, a temperaturii i creterea masiv irapid a cantitii de fum generat, n special, de finisajul combustibil al pereilor (este momentulcel mai periculos pentru pompierii care asigur intervenia la incendiu); urmeaz evoluia ctre

faza 4, arderea generalizat;- calea 3.2, producerea regresiei incendiului, focul putndu-se stinge spontan dac aerul

necesar arderii devine insuficient (n cazul unui spaiu nchis) sau dac distanele sunt relativmari ntre masele combustibile (fenomenul conduciei nemaiputndu-se produce);

- calea 3.3, producerea fenomenului backdraft (termen intraductibil), similar celui de

flashover, manifestat n condiiile existenei insuficiente a aerului pentru ardere la interiorulspaiului, dar alimentat cu aer din exterior (cu un coninut sporit de oxigen) prin spargereaaccidental a unui geam i/sau deschiderea unei ui i/sau apariia crpturilor n perei; secaracterizeaz prin scderea rapid a cantitii de oxigen din aer i creterea procentului de oxidde carbon, precum i prin creterea rapid a temperaturii i creterea masiv i rapid a cantitiide fum.

Faza 4, arderea generalizatsaugeneralizarea incendiuluieste faza n care arderea areloc n ntreaga incint; caracteristic fazei sunt temperatura (care se uniformizeaz spre valorimaxime, peste 11000C) i radiaia(care devine preponderent).

n cursul acestei faze, structurile care asigur rezistena construciei sunt cele mai afectatede incendiu, fisureaz i se disloc perei, se lrgesc deschideri etc., avnd loc propagareaincendiului n incintele alturate i apoi n ntreaga cldire.

Regimul de ardere se stabilizeaz i viteza de ardere, m, este condiionat:- n cazul incendiului ventilat(de scurt durat), de suprafaa materialelor combustibile

(de existena aerului n exces raportat la suprafaa de contact cu combustibilul), caz n care secalculeaz cu relaia 1.2a:

m = Kl Ac (1.2a)

- n cazul incendiului neventilat, de dimensiunile deschiderilor (de regimul admisieiaerului), caz n care se calculeaz cu relaia 1.2b (dup Kawagoe):

m = 5,5Av hv0,5 (1.2b)

unde: meste viteza de ardere, n kg/min.;kl- constanta depinznd de materialul combustibil i de viteza de cretere a temperaturiin incint;

Ac- suprafaa de contact materiale combustibile-aer, n m2;

Av- aria deschiderii pentru ventilare, n m2;

hv- nlimea deschiderii pentru ventilare, n m.La determinarea performanei produselor pentruconstrucii n condiiile acestei faze (vezi

Regulamentul privind clasificarea i ncadrarea produselor pentru construcii cu rol n

securitatea la incendiu) se efectueaz testele privind reacia la foc (metoda determinriiincombustibilitii, SR EN ISO 1182, i a cldurii de ardere brute/puterii calorifice superioare,


14/46

20

SR EN ISO 1716) i testele privind rezistena la foc (metoda testrii n cuptor, SR EN 1363/1, 2,3).

Faza 5,regresia arderiisauregresia incendiului, este faza n care temperatura i flcrilese atenueaz mult, din cauza epuizrii combustibilului, n final rmnnd jarul i cenua;caracteristice sunt temperatura (care nceteaz s mai creasc, chiar scade) i reinstalareamediului gazosntre flcri i elementele construciei.

Importana acestei perioade nu trebuie subestimat din punctul de vedere al msurilor desecuritate; temperatura scade, dar nu brusc, rmnnd mult timp foarte mare, aciunea eidistructiv asupra structurii care asigur rezistena construciei neputnd fi neglijat. Uneori,chiar n aceast faz, incendiul se poate transmite ncperilor i/sau cldirilor vecine (obstacolulreprezentat de perei nemairezistnd n timp).

Avnd n vedere fazele descrise, evoluia unui incendiu ntr-un spaiu nchis poate fireprezentat subforma unei scheme logice(figura 1.5a) sau unui grafic(figura 1.5b).

Modelul incendiului, stabilit pe baza experimentelor i msurrii temperaturilor laincendii reale, devenit clasic, cunoscut ca i curba standard temperatur-timp ISO 834(introdus n 1981 de American Society for Testing and Materials (ASTM) i ulterior deInternational Standards Organisation (ISO), precum i de Comitetul pentru Standardizare

European (CEN), caracterizeaz creterea temperaturii funcie de timpul producerii arderii(figura 1.6); expresia matematic a curbei este dat de relaia 1.3 (acest model standardizat alincendiului este acceptat pe plan mondial):

T - T0= 345 log10(8t + 1) (1.3)

unde: T0este temperatura iniial, n0C;

T - temperatura la timpul tde la nceperea evoluiei focului standard, n minute.

Figura 1.6Curba standardizat temperatur-timp, ISO 834,model de incendiu i program termic pentru cuptorul de testarea la foc

Documentul normativ SR EN 1991-1-2 paragraful 2.3(3) precizeaz c, n cazulstructurilor pentru care se specific cerine pentru rezistena la foc, se poate considera curba

standard temperatur-timp ISO 834ca focul de calcul relevant (dac nu se fac alte precizri).

Curba din figura 1.6 este utilizat ca program termic la cuptorul pentru determinarearezistenei la foc a elementelor de construcii(perei, stlpi, grinzi, planee etc.).


15/46

21

Pentru c evoluia focului, pe timpul unui incendiu, este imprevizibil (intervenindnumeroi factori, precum sarcina termic a incendiului, forma i dimensiunile ncperii, aria i

poziia deschiderilor spre exterior, natura i poziionarea materialelor combustibile, locul imodul de iniiere a incendiului, dispunerea ncperii n cldire etc.), nu pot exista dou incendiiidentice; din acest motiv au fost dezvoltate modele diverse menite s aprecieze ct mai corectrealitatea acestuia.

Incendiul convenional izbucnit n spaiu deschis evolueaz similar cu cel n spaiu nchis,cu urmtoarele particulariti:- se dezvolt, de la nceput, pe ntreaga suprafa a materialului atins de flcri;- mrimea flcrilor depinde de condiiile meteorologice i dinamica curenilor care

afluiesc ctre locul incendiului;-produsele arderii sunt bogate n particule din crbune.

1.2.2 Dinamica incendiilor n cldiri

Propagarea incendiilor

Propagarea incendiului n spaii nchise (cazul cldirilor) este funcie de compoziiachimic i viteza de ardere a produsului aprins, de densitatea sarcinii termice, de sursa potenialde aprindere, de temperatura mediului ambiant, de curenii atmosferici existeni i/sau care seformeaz, de obstacolele ntlnite (perei, planee etc.); aceasta se produce n plan vertical iorizontal, un rol hotrtor avndu-l viteza de ardere i alimentarea cu aer, precum i temperaturaflcrilor (tabelul 1.9) i mrimea acestora.

nlimea flcrilor,Hfl, poate fi apreciat utiliznd diverse modele pentru foc.

Tabelul 1.9Temperatura flcrilor pentru combustibili uzualiNr.crt.

Proveniena flcrii Temperatura(0C)

1 Chibrit 7002 Lanuri cereale 140015003 Benzin 12004 Motorin 11005 iei brut 11006 Pcur 10007 Acetilen 250030008 Amoniac 17009 Oxid de carbon 2100

10 Propan 192511 Cherestea 1200

Vitezele de propagare a incendiilor produse de combustibili uzuali sunt date n tabelul1.10.

Propagarea incendiului n cldire, din spaiul unde s-a iniiat (ncpere, compartiment deincendiu) ctre alte spaii ale cldirii, se face i prin:

- transmiterea conductiv a cldurii la interiorul elementelor delimitatoare ale spaiuluiadiacent celui incendiat;

- penetrarea direct a flcrilor n spaiul adiacent celui incendiat prin crparea sauprbuirea elementelor despritoare ale construciei.

Propagarea incendiului n spaii deschise (exterioare) se face orizontal (la nivelulsolului, focul propagndu-se circular i, de regul, relativ ncet). Direcia propagrii esteinfluenat de configuraia terenului (spre exemplu, n cazul existenei denivelrilor, focul se


16/46

22

propag spre partea superioar a pantei), de curenii de aer creaide foc i vnt (spre exemplu,vntul poate crea o direcie de propagare privilegiat i, n cazul existenei unui teren denivelat,

poate impune opropagare spre baza pantei), precum i de reciprocitatea dintre factori.

Tabelul 1.10Viteza propagrii incendiului produs de materiale/substane combustibile uzualeNr.

crt.Materialele, substanlee sau obiectele combustibile aprinse

Viteza medie

(m/min)1 Lemn rotund n stive 0,350,702 Scnduri din lemn (24 cm grosime) n stive:

- la un coninut de umiditate de 812%- la un coninut de umiditate de 1618%- la un coninut de umiditate de 1820%- la un coninut de umiditate de 2030%- la un coninut de umiditate de 30%

4,002,301,601,201,00

3 Produse textile n depozite nchise la o ncrcare de 140 kg/m 0,334 Suluri din hrtie n depozite nchise la o ncrcare de 140 kg/m 0,275 Cauciuc sintetic n depozite nchise la o ncrcare de 290 kg/m 0,406 Incendiu la iarb uscat n condiii de vnt puternic 400,00500,007 Acoperiuri la hale pentru ateliere cu suprafa mare 1,703,208 Produse tehnice din cauciuc n stive aflate n aer liber 1,109 Case pentru locuit i magazine, construcii din lemn, mobil etc. 1,001,2010 Complexe la pduri cu plantaii mijlocii la viteze ale vntului de

719 m/s i umiditate relativ a aerului pe timp de zi de 39%22,00

11 Pdure cu brad-molid i brazi pn la 4,2012 Pdure cu pini, brazi, tufiuri pn la 14,2013 Pdure cu molid pn la 18,00

Deplasarea fumului n interiorul cldirilor

Deplasarea fumului generat de un incendiu la interiorul unei cldiri, pe vertical i/sauorizontal, este influenat de tirajul care se creeaz, defuncionarea instalaiei pentru ventilare

sau condiionarei depresiunea curenilor de aer existeni.n zona arderii, fumul se deplaseaz ctre partea superioar a ncperii i, ntlnind un

planeu, se deplaseaz pe sub acesta n toate direciile, iar n cazul deschiderilor iese n exterior,pe la partea superioar a acestora.

n restul construciei, micarea fumului depinde de diferena de presiune ce se creeaz ide existena posibilitilor de deplasare a gazelor pe vertical de jos n sus i de la un nivel laaltul: pe orizontal, ncepnd de la ultimul nivel n jos, fumul se propag pe la casa scrii n

lungul coridoarelor pentru evacuare, la partea superioar a acestora, cu viteza mersului normal,sau de la o ncpere la alta, cnd exist goluri pentru realizarea legturii ntre ele (semnificativ ncazul canalelor pentru ventilare, chiar i n cazul nefuncionrii ventilatoarelor, acesteaconstituind ci pentru propagarea uoar a fumului).

Ventilarea spaiilor incendiate

Ventilarea natural a ncperii influeneaz viteza de ardere, care este proporional curaportul dintre suprafaa deschiderilor i suprafaa pardoselii, astfel:

- cnd raportul este mare, situaia este caracterizat de sporirea vitezei de ardere ireducerea arderii incomplete (cazul incendiilor ventilate, cnd schimbul de gaze crete pe msurce suprafaa golurilor i/sau deschiderilor este mai mare);


17/46

23

- cnd raportul este mic, situaia este caracterizat de reducerea vitezei de ardere icreterea arderii incomplete, cu mult fum coninut n produsele de ardere (cazul incendiilorneventilate la subsoluri).

Ventilarea artificial a ncperii (existena unui sistem pentru ventilare) influeneazdirecia i viteza schimbului de gaze, rolul acesteia accentundu-se mai ales n perioada dedezvoltare a incendiului, cnd schimbul de gaze care se produce n urma arderii este mic n

comparaie cu puterea curenilor de aer din sistemul pentru ventilare. Aceasta duce laintensificarea arderii i abaterea ei n direcia curenilor de aer din sistemele pentru ventilare.Schema curenilor de aer nu este fix, din cauza condiiilor n care are loc inc endiul;

pentru fiecare incendiu exist i o anumit schem a curenilor de aer.ntr-o cldire, n cazul unui incendiu se acumuleaz cldur i fum n cantitate mare,

putnd provoca pierderi importante dac nu se recurge la o ventilare adecvat.

1.2.3 Efectele incendiilor

(dup Contribuii privind evacuarea fumului i persoanelor din cldiri etajate pentrubirouri-tez de doctorat,autor F. Vielaru, UT Iai, 2011)

Efectele asupra ocupanilor

Incendiile, aproximativ 75000 pe an n toat lumea, produc victime omeneti, rezultndmori, de ordinul zecilor de mii, i rnii, de ordinul sutelor de mii, iar pierderile materiale suntmai mari dect n cazul oricrei alte calamiti naturale.

Statisticile recente cu privire la incendiile din diferite ri arat c, n medie, numruldeceselor la 100 000 de locuitori variaz ntre 0,54 (Elveia) i 2,50 (S.U.A.), tabelul 1.11, i cansa morii ntr-un incendiu este estimat la 1: 60 000 pe an.

Tabelul 1.11Victimele incendiilor la 100000 locuitori (20042008)Nr.crt.

araVictime n incendiila 100000 locuitori

Nr.crt.

ara

Victime nincendii

la 100000locuitori

1 Elveia 0,54 11 Norvegia 1,452 Olanda 0,59 12 Japonia 1,563 Austria 0,96 13 Suedia 1,684 Iugoslavia 1,15 14 Frana 1,705 Spania 1,20 15 Finlanda 1,926 Romnia 1,22 16 Regatul Unit (U.K.) 2,02

7 Noua Zeeland 1,25 17 Statele Unite aleAmericii (S.U.A.) 2,50

8 Danemarca 1,379 Norvegia 1,45

10 Japonia 1,56

O situaie a victimelor incendiilor pentru Romnia poate fi urmrit n tabelul 1.12.Cea mai mic rat a deceselor ntr-un incendiu o are grupa de vrst 725 ani, tabelul

1.12, deoarece acest grup este capabil a se evacua rapid n caz de incendiu.Riscurile la incendiu n cldirile etajate sunt cele mai mari i, adesea, produc un numr

crescut de decese.

Decesele n cldiri protejate cu ajutorul instalaiilor cu sprinklere sunt surprinztor demici i demonstreaz c principala funcie a sprinklerelor, protecia vieii, este dovedit.


18/46

24

Exist numeroase ncercri de a corela decesele la incendii cu diferii factori; o astfel decorelaie, pozitiv, este cea referitoare la consumul de alcool i fumat. Fumatul este cauza

principal de deces n multe incendii din Romnia (43%).

Tabelul 1.12Victimele incendiilor n Romnia pe grupe de vrst (20042008)Nr.

crt. Categoria de victime

Categoria de vrst

(ani)0 6 714 1525 2655 5670 >70

1

Decedai(proporia cauzei dinnumrul total,dup EURALARM:-fum i gaze 62,4%- arsuri 26,0%- rniri 10,2%- crize cardiace 0,6%- alte cauze 0,8%)

6 2 2 51 31 47

2 Rnii 19 17 52 192 72 54

Numrul persoanelor care prezint leziuni n urma unui incendiu este mult mai maredect cel al persoanelor decedate (leziunile sunt efectele incendiilor care necesit asistareamedical i/sau tratamentul persoanelor implicate). n multe cazuri, persoanele rnite necesitspitalizare, crescnd efectele i costurile incendiilor.

Efectele asupra bunurilor

Incendiileprovoac pierderi enorme de bunuri. Pierderile n domeniul imobiliar n rile

industrializate sunt de 1,01,5% din produsul naional brut. Aproximativ 20% din aceastvaloare reprezint pierderi directe de bunuri iar 80% reprezint costurile cu intervenia laincendiu. Indirect, pierderile din incendii sunt greu de evaluat, cum ar fi pierderea autoritii, ancrederii clienilor, precumi pierderea unor persoane instruite etc. (de multe ori nu pot fimsurate n termeni monetari).

Efectele fumului

Fumul la incendii apare ca rezultat al arderii non-stoechiometrice a combustibililor. nplus fa de produii finali de oxidare, CO2i H2O, produsele de ardere conin o serie de gaze icompui parial oxidai i redui, cum ar fi metanul (CH4), metanolul (CH3OH), formaldehida

(HCHO), acidul formic (HCOOH), acidul acetic (CH3COOH), precum i picturile inflamabilede gudron, vaporii condensai i particulele solide foarte fine. Prezena acestora genereaz un

produs vizibil de ardere, cunoscut sub numele de fum. Fumul n incendii este prezent la toatetemperaturile. Condiiile fizice de ardere, cum ar fi rata de ardere, modul de ardere, temperatura,au mai mult influen n compoziia fumului dect felul materialului care arde.

Caracteristicile fumului interesante pentru persoanele implicate ntr-un eventual incendiusunt: opacitatea(reducerea vizibilitii), toxicitatea, densitatea i culoarea.

Statisticile i cercetrile privind incendiile arat c cele mai multe decese cauzate deincendii sunt datorate inhalrii fumului.

n situaia de incendiu, materialele moderne de construcii elibereaz muli compuitoxici pe unitatea de mas comparativ cu cele tradiionale. Cu toate acestea, compoziia fumului

este destul de constant, iar rata rspndirii incendiuluii emisiilor de fum se majoreaz. Acestedou elemente sunt cele mai importante cauze n creterea ratei de deces n timpul incendiilor.


19/46

25

Fumul inhalatprovoac iritaii i leziuni ale sistemului respirator, n timp ce fumul dinaerafecteaz ochii, determinnd lcrimare i, n multe cazuri, chiar i leziuni grave ale ochilor.

Culoarea fumului variaz n funcie de materialul ars, de la albastru deschis, n cazul uneibune arderi, la negru nchis n timpul arderii unor hidrocarburi de mare greutate molecular.Fumul de culoare neagr reduce semnificativ vizibilitatea, obturnd vizibilitatea semnelor pentruieire i inducnd panic n rndul persoanelor.

Este bine cunoscut faptul c fumul dens obtureaz vizibilitatea i pune n pericol viaa,att a persoanelor care se evacueaz, ct i a pompierilor aflai la intervenie.Reducerea vizibilitii poate provoca accidente la evacuarea pe scri etc., depinznd nu

numai de compoziia i concentraia fumului, dar i de starea psihic a ocupanilor i naturailuminatului.

Cu privire la efectele letale ale fumului, acesta prezint un real potenial de pericol,inhalarea lui reprezentnd cel mai mare factor n decesele la incendii; pericolul generat de fumeste funcie de:

-puterea toxic a fumului (adesea exprimatprinLC50, concentraia necesar pentru a sedetermina efectul asupra a jumtate din populaia expus);

- expunerea unei persoane la diferite concentraii de fum i/sau stres termic la intervale de

timp,IC(t)dt;Unele dintre aceste efecte ale fumului cresc la o expunere continu, altele apar

instantaneu. Supravieuirea unei persoane depinde de factori precum: gradul de expunere, tipulde efect, persoanele care vor s se evacueze, intervenia altor persoane etc.. Din pcate, singureledate care exist cu privire la efectele reale ale fumului la incendii sunt n caz de deces sauspitalizare imediat dup eveniment.

A durat mult pn cnd s-a demonstrat c efectele subletale ale fumului pot afectasupravieuirea n incendii; foarte rar au existat date disponibile pe care s se bazeze deciziile desecuritate la incendiu.

Statisticile din anii 90 arat c aproximativ trei sferturi din victimele incendiilor dinRomnia sunt cauzate de inhalarea fumului. Dou treimi din acestea apar n afara camerei undeeste focarul incendiului i n care s-a propagat cu uurin. Noile statistici au demonstratcontrariul, anume c cei mai muli oameni au murit n camera focarului, prin inhalarea fumului.Acest lucru sugereaz faptul c incendiile mocnite, cu persoana n imediata apropiere a arderii,sunt relativ mai rspndite, probabil i din cauzaobiectelelor aflate n ncperi care, acum, aucompoziii chimice mai periculoase.

Impactul pe care fumul l poate avea asupra persoanelor vizeaz:- colapsul fizic (incapacitatea);- acuitatea mental sczut;- acuitatea vizual redus;- viteza de evacuare redus;- iritaiile senzoriale (la plmni, ochi etc.);- arsurile produse de cldura transmis, inclusiv prin radiaie;- reducerea necesarului de aer pentru respiraie, cauzat de reducerea capacitii de

funcionare a motoarelor ventilatoarelor etc..Proiectul de standard internaional ISO DIS 13571 (DIS 13571) a fost pregtit de ISO n

subcomisia SC3 Toxic Hazards in Fire(actualmenteFire Threat to People and the Environment)a TC92. Acesta ofer ecuaii generice de evaluare a pericolelor fumului, inhalrii de gaze toxice,expunerii la gaze iritante, obturrii vizuale i cldurii. Standardul DIS 13571 oficializeazincluderea efectelor subletale, inclusiv varietatea efectelor fumului pe cele mai sensibilesegmente ale populaiei.

Acest standard impune constrngeri cu privire la proiectarea produsului, resurselor,

precum i funcionalitatea constructiv. O alegere important ca acest DIS s devin un standardinternaional a fost ncheiat, dar n momentul acesta rezultatele nu au fost verificate; existdiverse neajunsuri:


20/46

26

- DIS 13571 limiteaz efectele fumului prin stabilirea niveluluifr efectbazat pe o orde expunere considerat sigur; aceste niveluri sunt de 10 ori mai mici fa de expunerile grave,tabelul 1.13; simple calcule arat c, pentru o camer de 30 m3, expunerea peste 1 minut la fumul

produs de arderea mocnit a 150 g de lemn ar fi intolerabil (mai mult, a fost estimat c niveluride CO ar conduce la snge cu niveluri de carboxihemoglobin comparabile cu ale unui fumtormoderat);

Tabelul 1.13Limitele expunerii pentru diferite gazeGazul folosit la expunere Expunerea sigur Expunerea periculoas

CO 3,500 ppm-min 35,000 ppm-minHC1 100 ppm 1,000 ppm

-prezumia c efectele iritante ale gazelor sunt instantanee rmne a fi verificat;- ecuaiile de combinare a gazelor de ardere pentru a produce efecte subletale sunt

generice i nu au fost validate.Fa de cercetrile incendiilor din anii 70, numeroase echipamente pentru laborator au

fost construite pentru a msura letalitatea fumului. Exemplele includ furnalul tip ceac NBS,

cuptorul tub DIN (de origine german) i metoda UPITT (adoptat de statul New York). Niciunul dintre aceste echipamente nu reflect condiiile relevante ale incendiului i nici unul nu afost testat la incendii reale pentru a se stabili efectul fumului produs.

La sfritul anilor 80, un laborator pentru testarea letalitii fumului a fost dezvoltat laNIST, bazat pe un aparat construit la Institutul de Cercetare Southwest. Metoda const nexpunerea la un produs arznd radiant de energie. O ecuaie algebric (ecuaia N-gaz) esteutilizat pentru a anticipa potena toxic mortal la diferite concentraii ale unui numr redus degaze (CO, CO2, HCN, HCl, HBr, oxigen redus) care sunt emise n timpul arderii. Aceast ecuaiese bazeaz pe date preluate prin expunerea obolanilor la aceste tipuri de gaze, n mod individuali/sau n combinaie.

Rezultatele de la aceste aparate au fost obinute n urma testrii pe animale a fumuluiprovenit din incendii produse de combustibili precum lemnul, PVC-ul i spuma poliuretanic.Pentru incendiile post-flashover, ecuaia N-gaz este corectat pentru cantiti mari de COrezultate din slaba ventilaie a camerei incendiate. Acurateea nivelului este adecvat pentru a fiutilizat n analiza riscurilor.

Efectele gazelor fierbini

Principalul efect al gazelor fierbini este toxicitatea, cnd sunt inhalate chiar i nconcentraii foarte mici. Toxicitatea este sporit cnd gazele sunt inhalate, n general, la otemperatur ridicat i, adesea, cu un deficit de oxigen. Cu toate acestea, n caz de deces este

foarte dificil s se indice un singur gaz ca fiind responsabil de tragicul eveniment. Gazele fierbini apar n amestecuri de gaze, iar posibilitatea intensificrii aciunii prin asocierea acestoraeste ntotdeauna prezent. n mai multe ri sunt n curs de desfurare cercetri cu privire latoxicitatea fumului i gazelor fierbini.

Cu toate acestea, ceea ce este cunoscut cu siguran, pe baza a numeroase experimentebiologice i chimice, este faptul c multe gaze fierbini, luate individual, sunt toxice pentru om.Toxicitatea depinde de mai muli factori, cum ar fi concentraia de gaz n aer, durata deexpunere, starea fizic individual etc..

Efectele cldurii i flcrilor

n timpul incendiilor sunt eliberate, adesea, cantiti enorme de energie termic. Dacpentru orice motiv (incontien, ebrietate, incapacitate fizic sau psihic, droguri etc.) oameniinu sunt capabili s ias din atmosfera incendiat, efectele cldurii produc de la disconfort termic


21/46

27

pn la deces. Creterea temperaturii aerului poate fi tolerat ntr-o anumit msur n funcie deumiditatea aerului, prin efectele de scut termic al mbrcmintei i activitii psihice.

Arsurile pot fi provocate fie prin contact direct cu focul, fie prin radiaie de la foc. ncazul n care temperatura pe suprafaa pielii umane crete la 450C, stratul exterior al pielii sedeterioreaz, n timp ce, la o temperatur de 750C, esutul pielii este imediat distrus. Acesteextreme, mpreun cu niveluri intermediare de arsuri ale pielii, sunt clasificate n grade de arsuri

(IIV). Arsuri la o zon relativ mic a pielii pot fi foarte dureroase, iar dac este afectat o zonmai mare (50% pentru tineri, 20% pentru btrni), rata decesului poate s ajung la 50% din ceicare prezint arsuri.

Sngele cu deficit de ap devine dens, ncetinete circulaia i provoac o cretere aritmului cardiac. Brbaii api fizic sunt capabili s suporte temperaturi ale aerului ntre801000C timp de 10 minute, fr consecine grave. La temperaturi uor mai ridicate(1101200C), ritmul respiraiei i inimii devin crescute, ca dup o perioad scurt de timp cutemperatur mai mare s se instaleze colapsul total.

Pielea poate fi deteriorat cnd este expus doar cteva minute la un flux de cldur. Launele persoane, chiar i o expunere sever la soare poate provoca un oc termic. Tolerana laradiaia termic este drastic redus la intervalul 1,72,2 kW/m2. De exemplu, o nclzire produs

de un flux de 1,7 kW/m2poate fi tolerat timp de 30 de minute, pe cnd o nclzire produs deun flux de 2,2 kW/m2poate fi tolerat numai 5 minute. Expunerea la un flux de energie termictot mai mare provoac arsuri grave pielii. O secund de expunere la 20 kW/m2 duce la roea a

pielii, n timp ce radiaii de 28 kW/m2duc la arsuri ale pielii. Fluxul de cldur de 37 kW/m2

produce serioase arsuri la nivelul pielii corpului omenesc.Oamenii prezint instinctiv fric la incendii i arsuri, care pot fi determinante numai n

cazul n care nu exist mijloace de ieire din incendiu sau se afl n incapacitatea de a se evacua.n consecin,copiii mici i btrnii sunt victimele cele mai probabile. Viaa oamenilor care suntvictime ale incendiilor, n cazul n care supravieuiesc, le este pus n pericol din cauza

posibilelor infecii.O centralizare a efectele nocive ale incendiilor este fcut n tabelul 1.14.

1.2.4 Clasificarea incendiilor

Dup natura substanelor combustibile implicate n procesul de ardere (ISO 3941-87 iSTAS 11841-83, SR EN 2-2004), incendiile pot fi ncadrate n:

-clasa A, incendii care implic combustibili solizi a cror ardere are loc cu formare dejar: lemn, hrtie, materiale textile, rumegu, piele, produse din cauciuc i mase plastice care nuse topesc la cldur;

- clasa B, incendii care implic combustibili lichizi sau solizi care ard n stare topit:benzin, petrol, alcooli, toluen, lacuri, vopsele, uleiuri, gudroane, cear, parafin, materialeplastice care se topesc uor la cldur;

- clasa C, incendii care implic combustibili gazoi: hidrogen, metan, acetilen, butan,gaz de sond;

- clasa D, incendii care implic metale: sodiu, potasiu, litiu, magneziu, zinc, titan,aluminiu;

- clasa E, incendii a cror cauze sunt de natur electric;-clasa F, incendii localizate n spaiile pentru gtit care implic, prin procesul

tehnologic, utilizarea uleiurilor, grsimilor animale i/sau vegetale etc..


22/46

28

1.3 Aprecierea severitii incendiului

1.3.1 Intensitatea de ardere

Intensitatea de ardereeste dat de cldura (energia) degajat n timpul arderii, exprimatn J (Jouli); cantitatea de cldur produs de cantitatea unitar de combustibil (1 kg n cazul

substanelor lichide i solide sau 1 m3

N, N indicnd condiii normale, n cazul substanelorgazoase) defineteputerea calorific,Q, exprimat nJ/kgsauJ/m3N.

Tabelul 1.14 Efectele principale ale incendiilor

Reglementrile specifice, europene i naionale (SR EN ISO 13943), utilizeaz, pentruputerea calorific a materialelor combustibile, noiunea cldura de ardere; mrimea,care este

Flcri

aciune direct

- asupra oamenilor: arsuri prin atingere direct (pericol marepentru aprinderea hainelor: cele sintetice se topesc pe piele,cele din bumbac se aprind repede)- prin propagarea incendiului la produsele din apropiere(ardere, explozie)

efect termic -prin radiaie

-prin propagarea incendiului la vecinti- asupra produselor de construcii: dilatri, transformri

chimice, modificri ale caracteristicilor mecanice i termice- asupra construciei: deformarea i cedarea n timp aelementelor care asigur rezistena construciei i/sau a celor

pentru compartimentare etc.

Fum,gaze arse

efect termic -prin radiaie,convecie

-prin propagarea incendiului la distane mari de focar, printubulaturi, ghene etc.- asupra oamenilor: arsuri- asupra construciei: deformarea i cedarea n timp aelementelor care asigur rezistena construciei i/sau a celor

pentru compartimentare etc.

opacitate - prin ntrzierea evacurii ocupanilor (ca urmare areducerii vizibilitii pe cile evacurii i/sau instalareapanicii)- prin ntrzierea interveniei (ca urmare a mpiedicriilocalizrii precise a focarului i/sau a victimelor etc.)

toxicitate- asupra oamenilor i animalelor (ca urmare a asfixierii: datde lipsa oxigenului consumat prin ardere, degajarea oxiduluide carbon i formarea carboxihemoglobinei ce provoacmoartea, degajarea gazelor toxice ca fosgenul, acidulcianhidric, amoniacul etc., avnd efect letal n anumiteconcentraii

coroziune

- asupra construciei: prin atacarea suprafeelor metalice,armturilor, betonului, lemnului, din cauza componenteloracide (precum acidul clorhidric, acetic, sulfuric etc.)- asupra bunurilor (maini-unelte i/sau dispozitiveelectronice, electrotehnice sensibile la coroziune)

Reziduurisolide(cenu,

particuleincandescente, funingine)

efect termic- asupra oamenilor: arsuri-prin propagarea incendiului la vecinti

toxicitate

- prin stimularea cancerului


23/46

29

direct proporional cu viteza de ardere i invers proporional cu timpul de ardere, poate fiutilizatla evaluareapotenialului distructiv al incendiului.

Cldura de ardere (puterea calorific), dup modul condensrii vaporilor apei rezultain procesul ncercrii, poate fi (tabelul 1.15, figura 1.7,):

Tabelul 1.15Puterea calorific a unor produse combustibile uzuale (SR EN ISO 1716)

Nr.crt. Substanacombustibil PCS(MJ/kg) PCI(MJ/kg) Nr.crt. Substanacombustibil PCS(MJ/kg) PCI(MJ/kg)1 Amidon 17,6 - 23 Ln 20,726,6 -

2 Antracit 30,934,6 3034,2 24Plciaglomerate

19,9 -

3 Benzin 46,8 43,7 25Lemnrumegu

19,8 -

4 Bumbac 16,520,4 - 26 Mangal 33,734,7 33,234,2

5Cauciucnatural

44,9 42,3 27Mtaseartificial

13,619,5 -

6Cauciuc

spum latex 33,940,6 - 28 Paie 15,6 -

7Cauciucanvelope

32,6 - 29 Pcur 42,046,1 -

8 Celuloid 17,520,6 16,419,2 30 Piele 18,219,8 -

9Celulozacetat fibre

17,818,4 16,417,0 31 Plut 26,1 -

10 Cox 28,031,0 28,031,0 32Policarbonat

30,9 29,78

11 Epoxi 32,833,5 31,131,4 33 Polistiren 41,442,5 39,7

12Fibre

acrilice

30,6 - 34Polistiren

spum

39,7 35,640,8

13Grsimianimale

39,8 - 35 Poliuretan 23,9 22,7

14 Gru 15,0 - 36Poliuretanspum

26,131,6 23,228,0

15Hrtiereviste

12,7 - 37Silicon

spum14,019,5 -

16 Hrtie ziar 19,7 - 38 Ulei de in 39,239,4 -

17Hrtiecerat

21,5 39Uleimineral

45,846,0 -

18 Lemn fag 20,0 18,7 40 Unt 38,5 -

19 Lemn brad 21,0 19,6 41 Untur 40,1 -20 Lemn stejar 20,2 18,7 42 Uree

formaldehid 15,9 14,61

21 Lemn molid 21,8 20,4 43 Tutun 15,8 -22 Lemn pin 19,2 17,8 44 iei 43,047,1 40,943,9

- cldura de ardere brut(puterea calorific superioar, QssauPCS), cldura degajatpentru arderea complet a cantitii unitare de combustibil la care gazele arse sunt rcite pn latemperatura de referin de 00C, 150C sau 200C, vaporii apei condensnd cu cedarea cldurii

pentru condensare egal cu cldura vaporizrii consumat la ardere (este important pentruclasificarea produselor pentru construcii din punctul de vedere al reaciei la foc, SR EN ISO1716);

- cldura de ardere net,Hu(puterea calorific inferioar, QisauPCI), cldura degajatpentru arderea complet a cantitii unitare a combustibilului la care gazele arse sunt evacuate


24/46

30

din instalaie la o temperatur mai mare de 1000C, fr condensarea vaporilor apei, transportndcu ei cldura latent a vaporizrii; aceast cldur este i cea util, folosit n tehnica arderilor(este important pentru calculul sarcinii termice, SR EN 1991-1-2).

a. b.

a. bomba calorimetric pentru combustibilii solizi (i lichizi grei, care nu se evapor)b. calorimetrul cu circulaie de ap pentru combustibilii gazoi (i lichizi volatili)

Figura 1.7Instalaii pentru determinarea cldurii de ardere a combustibililor(wikipedia.org)

ntre cldurile de ardere (puterile calorifice) exist o legtur dat de relaia 1.4,

Qs= Qi+ 2510 (9h + w) (1.4)

unde: 2510este cldura latent medie de vaporizre a apei, nKJ/kg;

9h - cantitatea de ap rezultat din arderea celor hkilograme de hidrogen pe care leconine 1 kg de combustibil;w - umiditatea din combustibil, n kg.

1.3.2 Aprecierea cldurii degajate n timpul incendiului(abordri tradiionale i europene n Romnia)

Materialele combustibile existente ntr-un spaiu construit sunt potenialii generatori aiunui incendiu (haine, hrtie, cri, materiale plastice, textile, lemn etc.), n condiiile unei

posibile creteri a temperaturii n acelai spaiu cu ele. Prin urmare, este necesar cunoaterea

potenialului caloric al materialelor combustibile fie pentru aprecierea riscului la incendiuasociat spaiului construit care le adpostete, fie pentru aprecierea performanelor la foc a

produselor pentru construciice definesc spaiul incendiabil.

Pentru asocierea nivelului de risc la incendiu n construcii

Asocierea nivelului de risc la incendiu uneispaiu construit, n Romnia(conform P 118-99), implic cunoaterea densitatiisarcinii termice de incendiu pentru spaiul respectiv;modul de calcul al densitiiva fi prezentat n continuare:n maniera tradiional de abordare(STAS 10903/2-79) in maniera european de abordare(SR EN 1991-1-2, Anexa E).


25/46

31

Conform STAS 10903/2-79

Sarcina termic, SQ, nMJ, este cantitatea de cldur pe care o poate degaja, prin arderecomplet, totalitatea materialelor combustibile, fixe i mobile, existente n spaiul afectat deincendiu, relaia 1.5,

SQ= (Mi Qi) (1.5)

unde: Mieste masa materialului combustibil curent din tot spaiul considerat, nkg;Qi - puterea calorific inferioar a materialului combustibil curent (SR EN 1716), n

MJ/kg.Densitatea sarcinii termice, qs, n MJ/m

2, este sarcina termic aferent unui spaiu,raportat la aria pardoselii acestuia, relaia 1.6a,

qs= SQ/ As (1.6a)

unde: Aseste aria seciunii orizontale a spaiului incendiat (pardoseala de referin), n m2.n practic s-a utilizat, mult vreme, n special pentru aprecieri comparative, echivalentul

n lemn al sarcinii termice, fiindcantitatea de lemn care, prin ardere, ar degajaaceeai cantitatede cldur ca i materialele combustibile existente n spaiul analizat (avnd puterea calorificinferioar, Qlemn, egal cu 18,42 MJ/kg sau 4400 kcal/kg); densitatea sarcinii termiceechivalent, n kglemn/m

2, este dat de relaia 1.6b.

Mlemn= (Mi Qi) / (As Qlemn) (1.6b)

Conform SR EN 1991-1-2, Anexa E

Problema stabilitii structurii cldirilor aflate n situaia de incendiu este reglementat deactele normative europene, elaborate de CEN(Comite Europeean de Normalisation) i nsuitede statele membre ale Comunitii Europene (inclusiv Romnia, unde au fost publicate castandarde naionale SR EN).

Eurocodurile (prescurtat EC) sunt inspirate din standardele internaionale elaborate deISO (International Organization for Standardization), dar nu sunt pe deplin armonizate cuacestea, diferind prin notaii, relaii etc.; principiile, metodele pentru analiz i calcul suntasemntoare.

n conformitate cu Art. 43 din Norme generale de aprare mpotriva incendiilor sestipuleaz c evaluarea rezistenei la foc a structurilor se poate face prin utilizarea unor metode

bazate pe ncercri care utilizeaz scenarii de referin conform standardelor europene sau pebaz de calcul, pe baza elementelor precizate n eurocodurile referitoare la calculul comportriila foc a diferitelor tipuri de structuri.

Materialele combustibile existente ntr-un spaiu constituie potenialii generatori ai uneiarderi, n condiiile unei posibile creteri a temperaturii n acelai spaiu cu ele, iniiind ardereace poate asigura baza unui eventual incendiu.

Sarcina termiceste mrimea fizic dat de cldura eliberat de totalitatea materialelorcombustibile adpostite i elementelor de construcii prin arderea lor complet.

Spaiul considerat, pentru care se determin sarcina termic, poate fi o construcie sau,dup caz, o parte a acesteia (o ncpere sau un grup de ncperi).

Densitatea sarcinii termice se definete ca fiind sarcina termic raportat la suprafaa

pardoselii spaiului analizat.Valoarea de proiectare (eng.: design)/de calcul a densitii sarcinii termice, qf,d, nMJ/m2, este dat de relaia 1.7:


26/46

32

qf,d = m qf,k q1 q2 n (1.7)

unde: meste coeficientul de ardere, care n cazul materialelor preponderent celulozice poate filuat ca fiind egal cu 0,8;qf,k - densitatea sarcinii termice caracteristic pe unitatea de suprafa de planeu, n

MJ/m2

;q1 - coeficientul care ine cont de riscul de iniiere a incendiului datorat mrimiicompartimentului;q2 - coeficientul care ine cont de riscul de iniiere a incendiului datorat destinaieicompartimentului;n - coeficientul care ine cont de diversele msuri de protecie activla incendiu.Determinarea densitii sarcinii termice caracteristice se poate realiza n doua moduri:- pe baza clasificrii sarcinilor termice dup tipuri de destinaii, aplicabil proiectelor

comune (cazul cldirilor obinuite/uzuale/tipice);- efectund un calculul bazat pe cantitile de materiale combustibile i puterea

calorific inferioar a lor, aplicabil proiectelor individuale (cazul cldirilor atipice).

Densitatea sarcinii termice caracteristic pentru cldiritipice. Valorile densitii sarciniitermice, qf,k, nMJ/m

2, sunt prezentate n tabelul 1.16 n funcie de destinaia spaiului incendiat;aceste valori se aplic n cazul compartimentelor obinuite, n relaie cu destinaiile indicate.

Tabelul 1.16Densitatea sarcinii termice caracteristic ,f kq pentru cldiri obinuite/uzuale/tipice

Nr.crt.

Destinaia Medie(MJ/m2)

80% cuantil(MJ/m2)

1 Locuine 780 9482 Spitale (camere) 230 2803 Hoteluri (camere) 310 377

4 Biblioteci 1500 18245 Birouri 420 5116 Clase decoal 285 3477 Centre comerciale 600 7308 Teatre, cinema 300 3659 Transport (spaiu public) 100 122

Note:1. Distribuia de tip Gumbel este aplicabil pentru 80% cuantil.2. Valorile indicate n tabel se aplic pentru un coeficient q,2=1

Sarcinile termice ale cldirii (elemente de construcii, finisaje etc.) nu sunt incluse n

tabelul 1.16; acestea trebuie s fie determinate conform relaiilor 1.8, 1.9 i adugate ladensitatea sarcinii termice caracteristic qf,k.Densitatea sarcinii termice caracteristic pentru cldiri atipice. n absena unor

posibiliti de ncadrare n clasele de destinaie, densitatea sarcinii termice poate fi determinat nmod specific pentru un proiect anume prin efectuarea unui studiu asupra sarcinii termicecaracteristicecorespunztoare destinaiei respective.

Sarcina termiccaracteristictrebuie s fie constituit din toate materialele combustibiledin cldire i din prile combustibile ale construciei, inclusiv acoperiurile i finisajele.

Sarcina termic caracteristic, Qfi,k, nMJ, este definit de relaia 1.8:

, , , ,fi k fi k i k i uiQ Q M H (1.8)

unde: Mk,ieste cantitatea de material combustibil i, n kg;Hui-puterea calorific inferioar a materialul combustibil i, nMJ/kg.


27/46

33

Densitatea sarcinii termice caracteristic, qf,k, definit prin raportare la unitatea desuprafa, este dat de relaia 1.9:

,

,

fi k

f k

Qq

A (1.9)

unde: Qfi,keste sarcina termic caracteristic, nMJ;A - suprafaa planeului sau a compartimentului sau a spaiului de referin sau aria

suprafeei interioare a compartimentului, n m2.Puterea calorific inferioar Hu, n MJ/kg, a materialelor combustibile comune este

prezentat n tabelul 1.17.

Tabelul 1.17Valoarea puterii calorifice inferioareHupentru combustibili uzuali

Materiale combustibileHu

(MJ/kg)

Materialesolide

Lemn 17,5

Alte materiale celulozice (mbrcminte, plut, bumbac, hrtie, carton,mtase, pai, ln) 20Carbon (antracit, crbune de lemn, crbune) 30

Produsechimice

Seria parafinelor (metan, etan, propan, butan) 50Seria olefinelor (etilena, propilen, buten) 45Seria aromaticelor (benzen, toluen) 40Seria alcoolurilor (metanol, etanol, alcool etilic) 30Carburani (benzin, petrol-gaz lampant, motorin- diesel) 45

Hidrocarbonai plastici puri (polietilen, polistiren, polipropilen) 40

Alteproduse

ABS-alchilbenzensulfonat (material plastic) 35Poliester (plastic) 30

Poliizocianurat i poliuretan (material plastic) 25PVC Policlorur de vinil (material plastic) 20Bitum, asfalt 40Piele 20Linoleum 20Anvelope de cauciuc 30

Riscul de iniiere al incendiului. Acesta este introdus n expresia densitii sarciniitermice de calcul prin coeficienii q1i q2,prezentai n tabelul 1.18 i tabelul 1.19.

Tabelul 1.18 Riscul de iniiere al incendiului datorat mrimii compartimentuluiA (m ) q125 1,10250 1,50

2500 1,905000 2,00

10000 2,13Not:1. Valorile intermediare se determin prin interpolare.


28/46

34

Tabelul 1.19Riscul de iniiere al incendiului datorat destinaiei compartimentuluiDestinaia q2

Galerii de art, muzee, piscine 0,78Birouri, locuine, hoteluri, industria de papetrie 1,00Industria construciilor de maini i motoare 1,22Laboratoare de chimie, atelier de vopsitorie 1,44

Fabric de artificii sau de vopsele 1,66

Msurile de protecie activ.Efectul existenei/lipsei msurilor de protecie activ estecuantificat de coeficientuln , dat de produsul coeficienilor specifici fiecrei msuri de protecieactiv (valori precizaten tabelul 1.20), relaia 1.10.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10n n n n n n n n n n n (1.10)

Pentru msuri normale de contracarare a incendiilor (care sunt aproape ntotdeaunaprevzute) se recomand considerarea valorii ni=1. Dac aceste msuri nu au fost prevzute se

recomand ca ni=1,5.Cnd scrile se pun n suprapresiune n momentul alertrii incendiului se considern8=0,9.

Tabelul 1.20Coeficieni specifici pentrumsurile de protecie activStingere automat

a incendiuluiDetecia automat

a incendiuluiStingerea automat

a incendiului

Sistemautomat

destingere

cu ap

Surseindependente

de ap

Deteciei alarmare

automate

Alarmareautomatpompieri

Serviciupropriu

pompieri

Frserviciupropriu

pompieri

Cide

acceslibere

Echipamentede lupt

mpotrivaincendiului

Sistemede

desfumare

0 1 2prin

cldurprinfum

n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10

0,61 1,00 0,87 0,700,87 /0,73

0,870,61 /0,78

0,90 /1,00 /1,50

1,00 /1,50

1,00 /1,50

Pentru aprecierea performanelor la foc a produselor pentru construcii

Conform SR EN 1991-1-2, Anexa E

Evoluia unui incendiu ideal sau foc de calcul este prezentat n figura 1.8:Energia total nmagazinat de combustibil,Et, nMJ, i eliberat sub forma debitului de

cldur n timpul arderii este calculat cu relaia 1.11:

,t f dE q A (1.11)

unde: qf,deste valoarea de calcul a densitii de sarcin termic, nMJ/m2;

A - suprafaa planeului sau a compartimentului sau a spaiului de referin sau ariasuprafeei interioare a compartimentului, n m2.


29/46

35

Figura 1.8. Evoluia focului de calcul pentru spaii interioare

Debitul maxim de cldur eliberat, Qmax, n MW.Acest debit se realizeaz la sfrituletapei de dezvoltare a incendiului i este apreciat cantitativ, n mod diferit:

- pentru incendiile controlate de combustibil (specific compartimentelor mari), relaia1.12:

max fQ RHR A (1.12)

unde: RHRfeste debitul maxim de cldur degajat pe 1 m2, n MW/m2, corelat cu viteza de

dezvoltare a incendiului i destinaia spaiului analizat (tabelul 1.21, tabelul 1.22 i figura1.9);

A - suprafaa planeului sau a compartimentului sau a spaiului de referin sau ariasuprafeei interioare a compartimentului, n m2;

Tabelul 1.21Viteza de dezvoltare a incendiului corelat cu tipul destinaiei

DestinaiaViteza de dezvoltare

a incendiuluit(s)

Mobilier capitonat sau din lemn subire,depozite pentru produse chimice,materiale plastice sau alcool

Foarte rapid 75

Biblioteci , Centre comerciale, Teatre(cinema)

Rapid 150

Locuine, Spitale (camere), Hoteluri(camere), Birouri, Clase de coal

Medie 300

Transport (spaiu public) Lent 600


30/46


31/46

37

1 max

3d

t QE

(2.16)

Energia este dat de aria cuprins ntre axa timpului i curba de variaie a debitului decldur eliberat; 1/3 este o bun aproximare pentru variaia parabolic de gradul 2.

Dac, pe baza relaiilor prezentate anterior, energia eliberat n etapa de dezvoltare a

incendiului, este mai mare dect energia total (Ed >Et) atunci timpul necesar arderii materialelorcombustibile, tm, ns, este dat de relaia 1.17, iar debitul maxim de cldur eliberat n acest caz,Qm, nMW, este dat de relaia 1.18:

1

2 3max3mt Q t (1.17)

2

mm

tQ

t

(1.18)

Evoluia debitului de cldur eliberat n etapa de generalizare a incendiului. Aceastetap debuteaz n momentul atingerii debitului maxim de cldur eliberat, Qmax.

Se estimeaz c 70% din energia total este eliberat sub form de cldur la sfrituletapei de generalizare a incendiului (sau nceputul etapei de regresie a incendiului); energiaeliberat n etapa de generalizare a incendiului,Eg, nMW, este dat de relaia 1.19.

0,7g t dE E E (1.19)

Durata etapei de generalizare a incendiului, tg, ns, este dat de relaia 1.20.

max

g

gEt

Q (1.20)

Timpul msurat din momentul iniierii incendiului i pn n momentul sfritului etapeide generalizare a lui (sau nceputul etapei de regresie a incendiului), t2, n s, este dat de relaia1.21.

2 d gt t t (1.21)

Etapa de regresie a incendiului.Aceasta este ultima etap a unui incendiu ntr-un spaiu

nchis. n aceast faz cantitatea volatilelor descrete deoarece combustibilul se consum,conducnd la scderea intensitii incendiului.

Energia eliberat n faza regresiei Er, nMJ, este estimat a fi 30% din energia total, ieste dat relaia 1.22.

0,3r tE E (1.22)

Durata etapei de regresiei a incendiului, tr, ns, este dat de relaia 1.23.

max

2r

r

Et

Q

(1.23)


32/46

38

Timpul msurat din monentul nceputului etapei de dezvoltare a incendiului i pn nmomentul finalizrii etapei de regresie a acestuia (sau arderii complete a materialelorcombustibile), t3, ns, este dat de relaia 1.24.

3 d g rt t t t (1.24)

1.3.3 Aprecierea cldurii degajate n timpul incendiului(abordriinternaionale)

Generaliti

Abordarea inginereasca a securitii la incendiu utilizeaz, printre altele, i conceptulfocului de proiectare sau de calcul, care se definete ca model de aciue a unui incendiudezvoltat la interiorul unui spaiu precizat, care trebuie s surprind, acoperitor, realitatea

pericolului posibil a se manifesta.n acest paragraph se ncearc o trecere n revist a procedurilor cu privire la stabilirea

modelului pentru incendiu adecvat unei situaii, preciznd valorile parametrilor ce definescvariaia debitului de cldur eliberat (HRR) cu timpul, proceduri care se bazeaz pe debitulmaxim de cldur eliberat pe m2(RHRf), precizat funcie de destinaia cldirii analizate.

Pe parcursul paragrafului se definesc parametrii caracteristici curbei focului de calcul (cepune n eviden debitul de cldur eliberat funcie de timp), concept utilizat n ingineriasecuritii la incendiu pentru:

- aprecierea, prin calcul, a stabilitii structurale n situaia de incendiu (precizareadistribuiei temperaturilor la suprafaa de contact a mediului incendiat cu elementele structurii

portante);- analiza evacuarii umane n situaia de incendiu (aprecierea vizibilitii, temperaturii din

radiaie i toxicitii ca urmare a mprtierii fumuluii gazelor fierbini).Principalele etape n dezvoltarea unui incendiu real, ntr-un spaiu nchis, sunt: pre-flashover-ul (care cuprinde fazele iniierii, creteii lente i dezvoltarii incendiului) i post-flashover-ul (care cuprinde fazele generalizriii regresiei incendiului), figura 1.10.

Figura 1.10Fazele n evoluia unui incendiu real pentru un spau interior

Dezvoltarea unui incendiu idealsaufoc de calculeste prezentat n figura 1.11.


33/46

39

Figura 1.11 Etapele n evoluia unui incendiu ideal pentru un spaiu interior

Aprecierea severitii incendiului

Energia total nmagazinat de combustibil,Qt, nMJ, i eliberat sub forma de caldurn timpul arderii (de surs) este calculat cu relaia 1.25a,

Qt= mHeff (1.25a)

unde: m este masa combustibilului, n kg;

effH - cldura de ardere efectiv, n kJ/kg, calculat cu relaia 1.25b,

Heff= Hc (1.25b)

unde: este coeficientul de eficien al combustibilului (prezumat a fi 80% sau = 0,8);

cH - cldura de ardere net (fostputerea calorific inferioar), n kJ/kg, tabelul 1.23.

Tabelul 1.23Valori pentru cldura de ardere net la combustibili uzualiNr.crt.

Material Hc(MJ/kg)

Nr.crt.

Material Hc(MJ/kg)

1 etanol 20,0 15 Parafin cear 47,02 Etanol 26,8 16 Cauciuc expandat 37,03 Benzin 44,7 17 Izopren cauciucat 45,04 Gasolin 43,7 18 tase 19,05 Kerosin 43,2 19 Lemn 18,06 Pcur 39,7 20 Ln 23,07 Celuloz 17,0 21 BS 36,08 Haine 19,0 22 Epoxi 34,09 Bumbac 18,0 23 Poliester 31,0

10 Cereale 17,0 24 Polietilene 44,011 Grsimi 41,0 25 Polistiren 40,012 Piele 19,0 26 Poliuretan spum 26,0

13 Linoleum 20,0 27 PVC 17,014 Paper, cardboard 17 - - -


34/46

40

Debitul maxim de cldur eliberat la sfritul etapei de dezvoltare a incendiului, Qp(eng.: peak burn rate), n MW, este apreciat cantitativ, n mod diferit, pentru incendiilecontrolate de combustibili pentru incendii controlate de ventilaie.

n cazul incendiului controlat de combustibil (specific compartimentelor largi) debitulmaxim de caldur eliberat, Qp, se noteaz cuQp,f, nMW, i se calculeaz:

- n funcie de destinaia spaiului, utiliznd debitul maxim de cldur pe m2,RHRf (EC2,

tabelul 1.24a), cu relaia 1.26a;

Qp,,f= RHRfAf (1.26a)

Tabelul 1.24aValorile pentru debitul maxim de cldur pe m2la funciuni uzuale(EC2 partea 1.2, anexa E)Nr.crt.

Destinaia RHRf(MW/m2)

1 Locuin, camer de spital, birou, sal de clasa, centru comercial, spatiupulbic la cldirile pentru transporturi

0,25

2 Spaiu bibliotecar,teatru (cinematograf) 0,50

- n funcie de tipul materialului/materialelor comustibile din spaiul analizat, utiliznddebitul de cldur pe m2,HRRPUA(FDS, tabelul 1.24b), cu relaia 1.26b.

Qp,,f= RHRAf (1.26b)

unde: Af este aria orizontal ocupat de materialul arznd.

Tabelul 1.24bValorile pentru debitul de cldur pe m2la materiale combustibile uzuale(Fire Engineering Design Guide, thired edition, Michael Spearpoint)Nr.crt.

Materialul RHR(MW/m2)

Nr.crt.

Material RHR(MW/m2)

1Petrol 2,40 8 Elemente din lemn stivuit

de 100 mm grosime(scnduri)1

1,24

2 Kerosene 1,68 9 Mobilier 1,80

3Pcur 1,39 10 Elemente din lemn stivuit

de 25 mm (dulapi)14,20

4 Etanol 0,40 11 PAL 0,145 Metanol 0,34 12 Polietilen 1,36

6 Dulapi/scndur dinlemn

0,09 13 Polistiren 1,40

7 Lemn 1 m 0,53 14Not:1. Stiv cu nlimea de 1,0 m; spaiul dintre elemente este de dou ori grosimea elementului.

n cazul incendiului controlat de ventilaie (specific compartimentelor mici i mijlocii)debitul maxim de cldur eliberat, Qp, se noteaz cu Qp,v, n MW, i se calculeaz etapizat,astfel:

- se estimeaz debitul masic de aer schimbat prin golurile de ventilare, ma, n kg/s, curelaia 1.27:

wwa hAm 52,0 (1.27)


35/46

41

unde:w

A este aria golurilor de ventilare, n m2;

wh - nlimea medie a golurilor de ventilare, n m;

- se estimeaz debitul de mas arznd, m, n kg/s, innd cont de distribuiastochiometric (r=5,2 kg-aer/kg de material arznd, n cazul combustibililor lemnoi) necesarcantitii de aer pentru combustia a 1 kg dintr-un material arznd, cu relaia 1.28.

wwwwa hAhA

r

mm 1,0

20,5

52,0 (1.28)

- se calculeaz debitul maxim de cldur eliberat Qp,v, cu relaia 1.29a.

effvp HmQ , (1.29a)

n cazul particular al cldirilor rezideniale i pentru birouri (unde combustibilul estepreponderent lemnos), Q

p,v, nMW, este dat de relaia 1.29b.

wwvp hAQ 144,0, (1.29b)

Etapa dezvoltrii incendiului i manifestarea flashover-ului

Ca urmare a aprinderii materialului combustibil, incendiul intr n etapa de dezvoltaresaucretere(eng. growth). Rata de cretere a incendiului depinde de tipul proceselor combustibile,de tipul combustibilului care arde, de condiiile de ventilare i de interaciunea acestuia cumediul nconjurtor.

Cantitile de cldur i fum rezultate pe parcursul etapei de dezvoltare a incendiului,

nainte de flashover, este foarte important de cunoscut n ingineria securitii la incendiu, pentruevaluarea siguranei vieii n cldire.

Uzual, estimarea dezvoltrii unui foc de calcul se face cu metoda lui t2(eng.: t-squared),EC1-1-2. Aceast metod ofer rezultate apropiate de realitatea obinuit a situaiei de incendiu.Pentru geometrii complexe, alte funcii pentru descrierea dezvoltrii incendiului pot fi utilizate:cu variaie cubic, parabolic sau exponenial (Spearpoint, 2008). Metoda lui t2 a ctigat n

popularitate cnd a fost inclus att n legislaia specific european, EC1-1-2, ct i n ceaamerican, NFPA-72.

Metoda lui t2accept patru viteze pentru dezvoltarea incendiului (EC1-1-2): lent, medie,rapid i foarte rapid. Definirea vitezelor se bazeaz pe timpul necesar unui foc pentruatingerea unui debit de cldur de 1 MW, notat cu k.

Unei dezvoltri a incendiului pentru atingerea unui debit de cldur de 1 MW cu vitezlent i corespunde 600 s, cu vitez medie 300 s, cu vitez rapid 150 s i cu vitez foarte rapid75 s, tabelul 1.25.

Timpul t1, ns, necesar atingerii valorii maxime a debitului Qpi marcnd sftitul etapeide dezvotare a incendiului, este dat de relaia 1.30(Spearpoint, 2008).

pQkt 1 (1.30)

Energia eliberat n etapa de dezvoltare a incendiului Qg, n MJ, reprezentnd aria

suprafeei cuprins ntre axa timpului i curba de variaie a debitului de cldur eliberat naceast etap (1/3 fiind o bun aproximarea pentru variaia parabolicde gradul 2), este dat derelaia 1.31(Spearpoint, 2008).


36/46

42

3

1 p

g

QtQ

(1.31)

Tabelul 1.25Timpi specifici pentru dezvoltarea unui incendiu(Staffansson, 2010; Spearpoint, 2008; EC1-1-2)

Nr.crt. Viteza de dezvoltare

Timpulspecific k

(s)Destinaia

1 Lent 600Depozite pentru produse lemnoase, galerii de art,spaii publice din cldirile pentru transporturi,depozite cu puine material combustibile

2Medie 300

Piese de mobilier din lemn masiv cu puinmaterial plastic, locuine, saloane de spital,camera de hotel, recepia unui hotel, cldiri pentru

birouri, sli de clas, depozite pentru produse pe

baz de bumbac3

Rapi 150

Stive nalte cu palei din lemn, centre comerciale,sli pentru biblioteci, teatre, cinematografe,cartonaje pe palei, unele piese de mobiliercapitonat, depozite pentru material potale, plasticexpandat, lemn stivuit

4Ultra rapid 75

Mobilier capitonat, stive nalte cu materialplastice, mobilier din lemn subire, fabrice pentruproduse chimice, depozite pentru alcool saumobilier capitonat

Debitului de cldur eliberat este notat n literatura de specialitate cu HRR, n MW, ivariaia cu timpul a acestuia este evideniat n figura 1.12pentru cele patru viteze de dezvoltarea incendiilor.

Figura 1.12. Variaia debitului de cldur eliberat n metoda t2


37/46

43

Flashoverul asigur trecerea rapid de la faza incendiului dezvoltat la faza incendiuluigeneralizat cnd toate suprafeele materialelor combustibile sunt n stare arznd. n multecazuri, flasho

a_prelegerea 1 isic notiuni despre arderi si incendii

Documents