Vstupy Požární zatížení Geometrie pož. úseku Charakteristiky hoření
Návrh požární odolnosti konstrukce
Evropské normy
Teplotní analýza požárního úseku
ČSN EN 1991-1-2
Geometrie prvků Termální vlastnosti Souč. přestupu tepla
Přestup a vedení tepla v konstrukci ČSN EN 199x-1-2
Mechanické zatížení Geometrie prvků Uložení prvku (spoje) Mechanické vlastnosti
Návrh konstrukce za zvýšené teploty
50 %
0,1
Ano Ano 20 % 50 %
Rychlé uhašení
Ano Ano
A
Část ČástPÚ PÚ11
50 % Ne Ne
0,05
Umístění v objektu 50 %
B
Část ČástPÚ PÚ22
0,05 Stavební Stavebníobjekt objekt
Vznik požáru
0,8 Ne Ne
80 %
Požární scénář
95 % 95 %
Ano Ano
Větrání
Ano Ano
Sprinkler
Ano Ano
5% Ne Ne
Ano Ano
Větrání
Detekce požáru
Část ČástPÚ PÚ11
0,04275
A3
0,00225
A4
5%
5%
Ano Ano
Větrání Ne Ne
0,09025
A5
0,00475
A6
0,00475
A7
5%
Ne Ne 0,8
Sprinkler Ne Ne
Ano Ano
Větrání
Ano Ano 10 %
A2
95 % 95 %
Ne Ne
0,04275 95 %
Ne Ne
AA
A1
5%
Ne Ne
90 %
0,81225
95 %
5% 0,00025
A8
Zatížení při požáru
9 tepelné
tepelná odezva konstrukce - ohřívání průřezů - změna fyzikálních vlastností
9 mechanické
statický výpočet - vnitřní síly - zohlednění změněných fyzikálních vlastností vlivem teploty
Teplotní křivky v EN 1991-1-2 Zjednodušené modely 9 normová teplotní křivka ISO 834
nominální teplotní křivky
9 venkovní teplotní křivka 9 uhlovodíková teplotní křivka
parametrická teplotní křivka
Zdokonalené modely lokální požáry jednozónový model dvouzónový model dynamický model
qf,d = qf,k m δq1 δq2 δn Provoz
[MJ/m2]
Průměr
80 % kvantil
byty
780
948
nemocnice (pokoje)
230
280
hotely (pokoje)
310
377
knihovny
1 500
1 824
kanceláře
420
511
školní třídy
285
347
nákupní centrum
600
730
divadla (kina)
300
365
doprava (prostory pro veřejnost)
100
122
POZNÁMKA
Gumbelovo rozdělení se předpokládá pro 80 % kvantil
qf,d = qf,k m δq1 δq2 δn [MJ/m2] qf,k hustota charakteristického požárního zatížení na jednotku podlahové plochy Provoz Stand. odchyl/Gumbell Alf.
80% kvantil MJ/m2 EK
[ MJ/m2 ]
pn kg/m2 Přepočet z EK / 16,75 /
Tabulková hodnota / 730802 /
948
57
40
nemocnice (pok.) 69/0,01857
280
17
20
hotely (pok.)
93/0,01378
377
23
30
Kanceláře
126/0,01017
511
31
40
školní třídy
85,5/0,01499
347
21
25
Byty
234/0.00547
qf,d = qf,k m δq1 δq2 δn [MJ/m2] Provoz
Průměr MJ/m2 EK
CZ
byty
948
670
nemocnice (pokoje)
280
330
330
hotely (pokoje)
377
503
330
310
kanceláře
511
670
750
417
školní třídy
347
419
250
285
CH
S 780
USA CAN 750
650
250
300
J
NZ
670
724
552 415
700 300
724
qf,d = qf,k m δq1 δq2 δn [MJ/m2]
m součinitel hoření - chování při hoření /druh provozu a druh požárního zatížení/
qf,d = qf,k m δq1 δq2 δn [MJ/m2] Podlahová plocha úseku Af [m2]
Nebezpečí vzniku požáruδq1
Nebezpečí vzniku požáru δq2
Příklady provozu
25
1,10
0,78
umělecké galerie, muzea, bazény
250
1,50
1,00
kanceláře, byty, hotely, papírenský průmysl
2 500
1,90
1,22
výroba strojů a motorů
5 000
2,00
1,44
chemické laboratoře, lakovny
10 000
2,13
1,66
výroba zábavné pyrotechniky nebo barev
qf,d = qf,k m δq1 δq2 δn [MJ/m2] δni funkce aktivních protipožárních opatření Samočinné hasicí zařízení
samočinné požární hlásiče
Samočinné vodní hasicí zařízení
nezávislé vodní zdroje
δn1
δn2 0
0,61
1
1,0 0,87
2 0,7
samočinné požární a poplachové hlásiče
δn3
δn4
tepelné
kouřov é
0,87 nebo 0,73
Samočinný přenos poplachu k požární jednotce
δn5 0,87
qf,d = qf,k m δq1 δq2 δn [MJ/m2]
funkce aktivních protipožárních opatření δ ni Manuální hašení požáru závodní požární jednotka
Externí požární jednotka
Bezpečné přístupové cesty
technické hasicí prostředky
zařízení pro odvod kouře
δn6
δn7
δn8
δn9
δn10
0,78
0,9 nebo 1,0 nebo 1,5
1,0 nebo 1,5
1,0 nebo 1,5
0,61
nebo
Vliv aktivních požárních opatření na průběh teploty při požáru Teplota plynu oC
1200 1000
1,0
800
0,61
600 400 200 0 0
20
40
60
80
100
120 minuty
Rychlost uvolňování tepla Kolaps střechy
Rychlost uvolňování tepla
Prasknutí skleněných výplní
Čas Rozhořívání
Řízeno větráním
Řízeno povrchem paliva
Chladnutí
Fázi rozvoje požáru lze definovat pomocí rychlosti uvolňování tepla Q = 106 (t/tα)2 [ W ] 2
Maximální rychlost uvolňování tepla RHRf produkovaná 1 m požáru 2 řízeného palivem [kW/m ] provoz
Rychlost rozvoje požáru
tα [s]
RHRf [kW/m2]
byty
Střední
300
250
nemocnice (pokoje)
Střední
300
250
hotely (pokoje)
Střední
300
250
kanceláře
Střední
300
250
školní třídy
Střední
300
250
Výdej tepelné energie v čase - různé provozy Uvolněná energie, MW
16
Byty 12
8
4
Doprava 0 0
20
40
60
80
100
120 minuty
Fáze rozvoje požáru je omezena Q rychlostí uvolňování tepla
• Q = RHRf Afi [kW] • Q = 250 x 100 = 25 MW • Požár řízený větráním snížíme • Qmax = 0,10 m Hu Av heq ½ [MW ] • Qmax 0,10 x 0,8 x 17 x 6 x 21/2 = 11,5 MW
Průběh požárů Flashover FLASHOVER
Teplota
<600 CO
600-1200 CO
NORMOVÝ PŘIROZENÝ
PŘIROZENÝ Čas
Vznícení a rozvoj
Rozvinutí
Chladnutí
Flashover – celkové vzplanutí teplota vrstvy 600 OC a min 20 kW m-2 • • • •
QFO = 0,0078 At + 0,378 Av heq 1/2 [MW ] At = 2(6x4+6x3+4x3) = 108 m2 Av= 3x2 = 6 m2 QFO= 3,96 MW
• Q = 106 (t/tα)2 [ W ]
• t = QFO1/2 x t α = 3,961/2 x 5 = 9,8 min.
Křivka uhlovodíková : 1080 (1– 0,325e-0,167t – 0,675e-2,5t) + 20 Křivka normová : 20 + 345 log10 (8t + 1) Křivka vnějšího požáru : 660 (1 – 0,687e-0,32t – 0,313e-3,8t) + 20 Typická parametrická teplotní křivka EN 1200 1000 800 600 400 200 0 0
30
60
90
Ekvivalentní čas trvání požáru
Převod pravděpodobných teplot plynu na ekvivalentní čas trvaní požáru
normový pož.
čas
Ekvivalentní čas trvání požáru
Teplota
z
Odolnost
přir. požár
teplota plynů prvek čas
Ekvivalentní doba vystavení účinkům normového požáru
te,d = (qf,d kb wf) kc [min]
Převodní součinitel kb v závislosti na tepelných vlastnostech konstrukcí b = (ρ c λ)1/2 [J/m2s1/2K]
kb [min . m2 / MJ]
b > 2 500 720 ≤ b ≤ 2 500 b < 720
0,04 0,055 0,07
Tepelně technické vlastnosti konstrukce Porovnávací hodnota kce:
Porovnávací hodnota kce: 1,60 W/m.K
3 TK
800 LK 400 200
TK
1000
2 1
980 J/kg.K
1200
600
1000 °C
Tepelná vodivost kcí λc (W/m.K)
LK 200
600
Specifické teplo cc (J/kg.K)
1000 °C
Porovnání součinitele tepelně technických vlastností konstrukcí
b = (ρ c λ)1/2 SOUČINITEL
< 720
720 - 2500
>2500
CIB W14
kc
0,09
0,07
0,05
Eurokód
kb
0,07
0,055
0,04
Větší PÚ
kb
0,09
0,07
0,05
Parametrická teplotní křivka 1200 1000 800 600
Stěny zdivo
400
Stěny sádrokartón
200 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Součinitel odvětrání wf wf = (6,0 /H) 0,3 [0,62 + 90(0,4 - αv)4 /(1 + bv αh)] ≥ 0,5
Vliv odvětrání na průběh teplot desky tloušťky 100mm 1000
10 mm 30 mm 50 mm
800 600 400 200
0
20
40
60
O = 0,04 m-1
80
0
20
40
60
O = 0,15 m-1
80
Vliv výšky okenního otvoru na průběh teploty plynů 1200 1000 800
0,3 m
600
1,3 m 400
2,8 m
200 0 0
20
40
60
80
100
Vliv změny výšky požárního úseku na průběh teploty plynů 1200 1000 800
3,5 m
12 m
600 400 200 0 0
20
40
60
80
100
Opravný součinitel kc pro různé materiály (O je faktor otvorů) Materiál průřezu
Opravný součinitel kc
vyztužený beton
1,0
chráněná ocel
1,0
nechráněná ocel
13,7 x O
Θ= 20 + 1 325 (1 - 0,324 e-0,2t* - 0,204 e-1,7 t* - 0,472 e-19 t*)
20 + 1 325 (1 - 0,324 e-0,2t* - 0,204 e-1,7 t* - 0,472 e-19 t*) t* = t Γ
Γ = [O/b]2 / (0,04/1 160)2 Faktor otvorů O má toto omezení: 0,02 ≤ O ≤ 0,20 O = Av (heq)1/2 / At [m1/2]
Maximální teplota Θmax ve fázi ohřevu nastává při t* = t*max t*max = tmax .Γ
[h]
tmax = max [(0,2 . 10-3 qt,d / O); tlim]
[h]
tlim závisí na rychlosti rozvoje požáru velká rychlost střední rychlost malá rychlost
tlim = 15 minut tlim = 20 minut tlim = 25 minut
Teplotní křivky ve fázi chladnutí jsou dány vztahy:
Θg = Θmax – 625 (t*- t*max x) pro t*max ≤ 0,5
Θg = Θmax – 250 (3 - t*max)(t*- t*max x) pro 0,5 < t*max < 2
Θg = Θmax – 250 (t*- t*max x) pro t*max > 2
Příklad : Graf plocha požárního úseku bytu je 100 m2, povrchová plocha konstrukcí je 330 m2 (včetně oken), tepelně technické vlastnosti konstrukcí obklopující požární úsek – objemová hmotnost kcí, specifické teplo kcí, tepelná vodivost kcí (p . c . λ)1/2 = 1000 J.m-2.s-1/2.K-1 , součinitel odvětrání 0,1 m1/2
Řešení:parametrická teplotní křivka – ohřev 1) q t,d = q f,d . Af / At = 948.100 / 330 = 287 [MJ.m-2] 2) tmax = 0,2.10-3.qt,d /O = 0,574 [h] 3) 0,574 [h] je větší než tlim = 20 [min] 4) t*max = tmax . Γ = 0,574 . (0,1/1000)2 / (0,04/1160)2 = 4,8 [h] 5) t3*= t . Γ = 0,05 . 8,41 = 0,42 6
parametrická teplotní křivka – ohřev
6) Θg3 = 20 + 1325 (1 – 0,324 e-0,2.0,42 – 0,204 e-1,7.0,420,472 e-19.0,42) = 818 oC 7) t10*= 0,166 . 8,41 = 1,4 8) t20*= 2,8 9) t30*= 4,2 10) t34*= 5,7
Θg10 = 996 oC Θg20 = 1098 oC Θg28 = 1159 oC Θg34 = 1208 oC
Fáze chladnutí pro t*max větší než 2 h Θg = Θmax – 250(t* - t*max.x) Θg40 = 1208 – 250(0.66 . 8,41 – 4,8) = 1020 oC Θg50 = 663 oC Θg60 = 306 oC Θg65 = 137 oC
At = 330 m2, Af = 100 m2, b = 1000 J/m2s1/2K, O = 0,1 m2
oC
1400 1200
BYTY
1000 800 600 400 200 20 oC
0 0
10
20
pv
30
τe ted 40
50
60
70
80 minuty
90
At = 330 m2, Af = 100 m2, b = 1000 J/m2s1/2K, q = 800 MJ/m2
1400 1200
0,12
1000
0,08
0,04
800 600 400 200 0 0
30
60
90
SROVNÁNÍ PRŮBĚHU TEPLOTY
700
b = 1160 O = 0,2 qtd = 25
ISO 834
600 500 400
EUROKÓD
300 200
LIE
PETTERSSON
100 0 0
30
60
90
120
SROVNÁNÍ PRŮBĚHU TEPLOTY b = 1160 O = 0,12 qtd = 75
1200 1000
ISO 834
800
EUROKÓD
600 400
PETTERSSON
200
LIE 0 0
30
60
90
120
