1 tüzek 1a – bevezetés kulcsár béla tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese...
TRANSCRIPT
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 1
1 Tüzek
Tartószerkezetek tűzvédelme 1. előadás
BME Tartószerkezet-rekonstrukciós szakmérnök képzés 2013. márc. 1.
Kulcsár Béla
1A – Bevezetés
Tüzek előfordulása
→ többségük építményekhez köthető@Kulcsár B., 2009-
„Természeti” okok:• villám, öngyulladás
USA: 29 %
≥ 50%
Egy építményben„bárhol keletkezhet tűz”
Tüzek okai
„Műszaki-technológiai” okok:• elektromos áram, szikra• építési hiba (pl. kéménytűz)• technológiai hiba (ipari üzemben)• tüzelő-fűtő berendezés• hőátadás, súrlódás• robbanás
Emberi tevékenység:• gyújtogatás (ön- és idegenkezű)• „óvatlan” dohányzás• nyílt láng használata, főzés, szabadban tüzelés• gyermeki tevékenység
→→→→ Egyéb→→→→ Ismeretlen
USA: 23 %
USA: 6 %
USA: 6 %
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 2
Ált. berendezési tárgyak, vagyraktározott anyagok gyulladnak ki(tűz keletkezési helye: lokális tűzfészek)• ritkán gyulladnak pl. szerkezeti elemekközvetlenül (falak, oszlopok, gerendák)
Építmények tüzeinek okai
Átterjed-e a tűz az építmény más részeire?• épülethatároló és szerkezeti elemek tűzállósága• valamint az épület kialakítása határozza meg,
átterjed-e a tűz a teljes építményre / ipari komplexumra
Főbb meghatározó tényezők:• emberi / üzemi használati szokások• építmény műszaki kialakítása
Tűz kockázata ?
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Tűz okozta elhalálozás 1993-2002
0
15
30
45
60
75
90
105
120
Izlan
dSvá
jc
Németo
rszá
gAus
ztria
Nagy-
Britann
ia
Franc
iaors
zág
Cseho
rszá
gKan
ada
Svédo
rszá
gBulg
ária
Szlové
niaJa
pán
Leng
yelorsz
ágUSA
Finnor
szág
Mag
yaro
rszá
gSze
rbia
Mold
ova
Ukrajna
Litvá
niaLe
ttors
zág
Észto
rszág
Orosz
orsz
ág
Hal
áles
et (
fő
Halott/év/millió fő
• EU-ban a „tolerált” elhalálozás: 5-15 fő / év / 1 millió fő• a közlekedési balesetben való elhalálozás esetén a „társadalom inger-
küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!!
Tűz kockázata - emberi élet
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Tűz kockázata és jogi értékelése
Tényleges kockázat:• személyi sérülés vagy elhalálozás (PB-gázrobbanások eseteit kivéve):
füstmérgezés (85%)/ égési sérülés (15%)• anyagi / vagyoni kár
Jogi eszközök célja: élet- és vagyonbiztonság• emberek tűz esetén az építményből elmenekülhessenek / menthetők legyenek• az épületek egy bizonyos ideig álljanak a tűzben (menekülés és oltás)
→ lakások kiemelt védelme az építéskor (létesítéskor)• „kockázattudatos” optimum (nem a tűzvédelmi intézkedések maximalizálása)
Optimum megfogalmazása - jogi előírások:• Országos Tűzvédelmi Szabályzat (OTSZ), 28/2011. (IX.9.) BM-rendelet• Országos Településrendezési és Építési Követelmények (OTÉK)
253/1997. (XII.20.) kormányrendelettel kiadva (és többször módosítva)
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
főbb munkarészei (címszavakban):• épület rendeltetése, szintszáma, tűzveszélyessége• szerkezetek tűzállósága (füstgátlása)
→→→→ tartószerkezetek (tervezett) tűzállósága• tűzvédelmi egységekre bontás, tűzszakaszok• tűzterhelés, oltóvíz, tűzoltó berendezések, hő- és füstelvezetés• kiürítés, tűzjelzés, tűzoltási felvonulási út
Tűzvédelem és a tartószerkezetek
Tűzvédelmi műszaki leírás• dokumentáció annak bizonyítására, hogy az épület tűzbiztonsága a jog-
szabályokban (és szabványokban) foglalt minimumnak megfelel
Jelen tárgytémája
Megelőző tűzvédelem - engedélyezési terv egy fejezete:
Mentő tűzvédelem - oltás a tűzeset során:→→→→ tartószerkezetek (valós) tűzállósága→→→→ az összedőlés lefolyása (ha bekövetkezik)
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 3
• Mi a tűz? Hogyan jellemezhetők / írhatók le a tüzeka tartószerkezeti viselkedés szempontjából?
• Hogy viselkedik egy tartószerkezet tűzhatás idején?• Milyen követelményeket kell teljesítenie azalatt? Miért? • Hogyan számítható a teherbírása tűzhatás esetén?• Hogy lehet kompetens párbeszédet folytatni a
tűzvédelmi tervezők, építészek és statikusok közt?
Problémák
@Kulcsár B., 2009-
1B – Tárgy ismertetése
@Kulcsár B., 2009-
Tüzek. Égés fizikai-kémiai alapjai. Tüzek lefolyása és modellezése.Tűzterhelés és hőfelszabadulás. Épületek és műtárgyak tartó-szerkezetei tűzhatás alatt.Főbb szerkezeti anyagok és tartószerkezetek tűzvédelmi osztályai.Tartószerkezetek tűzállósági teljesítmény-jellemzői.Tűzvédelmi szabályozások lehetséges tartószerkezeti koncepciói. A hazai és külföldi tűzvédelmi szabályozások tartószerkezeti koncepciói és követelményei. OKF-eltérési engedélyek lehetséges tartószerkezeti koncepciói.Acélszerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyag viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC3), konstruálás, szerkezeti rendszerek. Trapézlemezek, szendvicspanelek tűzállósági kísérletei (labor- és 1:1 vizsgálatok)Vasbeton szerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyagok viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC2), konstruálás, szerkezeti rendszerek
Faszerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyag / szerkezeti elemek / kapcsolatok viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC5), konstruálás, szerkezeti rendszerekÖsszetett szerkezetek tűzvédelmi konstruálási kérdései.Statikus és tűzvédelmi tervező együttműködése.
4.05.03.
(P)8:10-11:00
(esettanulmányok – tűzoltás és kárelhárítás)
Tűzkármentesítés, tűzeseti diagnosztika és rekonstrukcióTűzeseti kémia – égéselmélet, ismétlés. Korom, műanyagok égéstermékei,Élet- és omlásveszély-elhárítás, dúcolási elvek/módszerek. Hulladékkezelési alapelvek.Tűz nyomait szenvedett tartószerkezetek tisztítási módszerei. Szárítás.Tűzkárt szenvedett tartószerkezetek és anyagaik speciális diagnosztikájaTűzkárt szenvedett tartószerkezetek rekonstrukciós elvei.
1.
2.
3.
5.
03.01.(P)
11:00-13:10
03.22.(P)
8:10-11:00
04.12.(P)
8:10-11:00
05.24.(P)
8:10-11:00
Tematika és ütemterv
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
ATF - FTP
@Kulcsár
Tüzek. Égés fizikai-kémiai alapjai. Tüzek lefolyása és modellezése.Tűzterhelés és hőfelszabadulás. Épületek és műtárgyak tartó-szerkezetei tűzhatás alatt.Főbb szerkezeti anyagok és tartószerkezetek tűzvédelmi osztályai.Tartószerkezetek tűzállósági teljesítmény-jellemzői.Tűzvédelmi szabályozások lehetséges tartószerkezeti koncepciói. A hazai és külföldi tűzvédelmi szabályozások tartószerkezeti koncepciói és követelményei. OKF-eltérési engedélyek lehetséges tartószerkezeti koncepciói.Acélszerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyag viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC3), konstruálás, szerkezeti rendszerek. Trapézlemezek, szendvicspanelek tűzállósági kísérletei (labor- és 1:1 vizsgálatok)Vasbeton szerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyagok viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC2), konstruálás, szerkezeti rendszerek
Faszerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyag / szerkezeti elemek / kapcsolatok viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC5), konstruálás, szerkezeti rendszerekÖsszetett szerkezetek tűzvédelmi konstruálási kérdései.Statikus és tűzvédelmi tervező együttműködése.
4.05.03.
(P)8:10-11:00
(esettanulmányok – tűzoltás és kárelhárítás)
Tűzkármentesítés, tűzeseti diagnosztika és rekonstrukcióTűzeseti kémia – égéselmélet, ismétlés. Korom, műanyagok égéstermékei,Élet- és omlásveszély-elhárítás, dúcolási elvek/módszerek. Hulladékkezelési alapelvek.Tűz nyomait szenvedett tartószerkezetek tisztítási módszerei. Szárítás.Tűzkárt szenvedett tartószerkezetek és anyagaik speciális diagnosztikájaTűzkárt szenvedett tartószerkezetek rekonstrukciós elvei.
1.
2.
3.
5.
03.01.(P)
11:00-13:10
03.22.(P)
8:10-11:00
04.12.(P)
8:10-11:00
05.24.(P)
8:10-11:00
Tematika és ütemterv
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 4
Tüzek. Égés fizikai-kémiai alapjai. Tüzek lefolyása és modellezése.Tűzterhelés és hőfelszabadulás. Épületek és műtárgyak tartó-szerkezetei tűzhatás alatt.Főbb szerkezeti anyagok és tartószerkezetek tűzvédelmi osztályai.Tartószerkezetek tűzállósági teljesítmény-jellemzői.Tűzvédelmi szabályozások lehetséges tartószerkezeti koncepciói. A hazai és külföldi tűzvédelmi szabályozások tartószerkezeti koncepciói és követelményei. OKF-eltérési engedélyek lehetséges tartószerkezeti koncepciói.Acélszerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyag viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC3), konstruálás, szerkezeti rendszerek. Trapézlemezek, szendvicspanelek tűzállósági kísérletei (labor- és 1:1 vizsgálatok)Vasbeton szerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyagok viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC2), konstruálás, szerkezeti rendszerek
Faszerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyag / szerkezeti elemek / kapcsolatok viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC5), konstruálás, szerkezeti rendszerekÖsszetett szerkezetek tűzvédelmi konstruálási kérdései.Statikus és tűzvédelmi tervező együttműködése.
4.05.03.
(P)8:10-11:00
(esettanulmányok – tűzoltás és kárelhárítás)
Tűzkármentesítés, tűzeseti diagnosztika és rekonstrukcióTűzeseti kémia – égéselmélet, ismétlés. Korom, műanyagok égéstermékei,Élet- és omlásveszély-elhárítás, dúcolási elvek/módszerek. Hulladékkezelési alapelvek.Tűz nyomait szenvedett tartószerkezetek tisztítási módszerei. Szárítás.Tűzkárt szenvedett tartószerkezetek és anyagaik speciális diagnosztikájaTűzkárt szenvedett tartószerkezetek rekonstrukciós elvei.
1.
2.
3.
5.
03.01.(P)
11:00-13:10
03.22.(P)
8:10-11:00
04.12.(P)
8:10-11:00
05.24.(P)
8:10-11:00
Tematika és ütemterv
@Kulcsár B., 2009-
Tüzek. Égés fizikai-kémiai alapjai. Tüzek lefolyása és modellezése.Tűzterhelés és hőfelszabadulás. Épületek és műtárgyak tartó-szerkezetei tűzhatás alatt.Főbb szerkezeti anyagok és tartószerkezetek tűzvédelmi osztályai.Tartószerkezetek tűzállósági teljesítmény-jellemzői.Tűzvédelmi szabályozások lehetséges tartószerkezeti koncepciói. A hazai és külföldi tűzvédelmi szabályozások tartószerkezeti koncepciói és követelményei. OKF-eltérési engedélyek lehetséges tartószerkezeti koncepciói.Acélszerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyag viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC3), konstruálás, szerkezeti rendszerek. Trapézlemezek, szendvicspanelek tűzállósági kísérletei (labor- és 1:1 vizsgálatok)Vasbeton szerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyagok viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC2), konstruálás, szerkezeti rendszerek
Faszerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyag / szerkezeti elemek / kapcsolatok viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC5), konstruálás, szerkezeti rendszerekÖsszetett szerkezetek tűzvédelmi konstruálási kérdései.Statikus és tűzvédelmi tervező együttműködése.
4.05.03.
(P)8:10-11:00
(esettanulmányok – tűzoltás és kárelhárítás)
Tűzkármentesítés, tűzeseti diagnosztika és rekonstrukcióTűzeseti kémia – égéselmélet, ismétlés. Korom, műanyagok égéstermékei,Élet- és omlásveszély-elhárítás, dúcolási elvek/módszerek. Hulladékkezelési alapelvek.Tűz nyomait szenvedett tartószerkezetek tisztítási módszerei. Szárítás.Tűzkárt szenvedett tartószerkezetek és anyagaik speciális diagnosztikájaTűzkárt szenvedett tartószerkezetek rekonstrukciós elvei.
1.
2.
3.
5.
03.01.(P)
11:00-13:10
03.22.(P)
8:10-11:00
04.12.(P)
8:10-11:00
05.24.(P)
8:10-11:00
Tematika és ütemterv
@Kulcsár B., 2009-
Tüzek. Égés fizikai-kémiai alapjai. Tüzek lefolyása és modellezése.Tűzterhelés és hőfelszabadulás. Épületek és műtárgyak tartó-szerkezetei tűzhatás alatt.Főbb szerkezeti anyagok és tartószerkezetek tűzvédelmi osztályai.Tartószerkezetek tűzállósági teljesítmény-jellemzői.Tűzvédelmi szabályozások lehetséges tartószerkezeti koncepciói. A hazai és külföldi tűzvédelmi szabályozások tartószerkezeti koncepciói és követelményei. OKF-eltérési engedélyek lehetséges tartószerkezeti koncepciói.Acélszerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyag viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC3), konstruálás, szerkezeti rendszerek. Trapézlemezek, szendvicspanelek tűzállósági kísérletei (labor- és 1:1 vizsgálatok)Vasbeton szerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyagok viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC2), konstruálás, szerkezeti rendszerek
Faszerkezetek tűzvédelmi tervezése. Az anyag / szerkezeti elemek / kapcsolatok viselkedése magas hőmérsékleten. Számítás (EC5), konstruálás, szerkezeti rendszerekÖsszetett szerkezetek tűzvédelmi konstruálási kérdései.Statikus és tűzvédelmi tervező együttműködése.
4.05.03.
(P)8:10-11:00
(esettanulmányok – tűzoltás és kárelhárítás)
Tűzkármentesítés, tűzeseti diagnosztika és rekonstrukcióTűzeseti kémia – égéselmélet, ismétlés. Korom, műanyagok égéstermékei,Élet- és omlásveszély-elhárítás, dúcolási elvek/módszerek. Hulladékkezelési alapelvek.Tűz nyomait szenvedett tartószerkezetek tisztítási módszerei. Szárítás.Tűzkárt szenvedett tartószerkezetek és anyagaik speciális diagnosztikájaTűzkárt szenvedett tartószerkezetek rekonstrukciós elvei.
1.
2.
3.
5.
03.01.(P)
11:00-13:10
03.22.(P)
8:10-11:00
04.12.(P)
8:10-11:00
05.24.(P)
8:10-11:00
@Kulcsár B., 2009-
Tematika és ütemterv
1C – Tüzek kémiája
áttekintés
@Kulcsár B., 2009-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 5
Tűz és égés
„Tűz” egy definíciója (DIN 14011):Nem rendeltetésszerű égés, mely szabályozatlanul továbbterjedhet.
„Tűz” egy másik definíciója (ISO IEC Glossary):• égési folyamat, melyet füst és/vagy láng által kísért hőkibocsátás jelez,• és oly gyors égés, amely időben és térben szabályozatlanul terjed.
Égés (termodinamika):Egy anyag gyors egyesülése oxigénnel vagy más oxidáló szerrel, hőfeljődés és fényjelenség kíséretében. Exoterm reakció, láng / izzás ill. füst kísérheti.
@Kulcsár B., 2009-
Égés feltételei
Égés feltételei (3): egy időben és térben
@Kulcsár B., 2009-
• éghető anyag- bármely halmazállapotban- gyakorlati tűzesetek: szerves anyagok
(fa, papír, textília, műanyag)
• égést tápláló oxigén (ált. CC ≥ 10-12 V%)- csak az oxigénben való égést tárgyaljuk
• hő (reakció aktiválási energiája)- megfelelő gyújtóforrás- gyulladási hőmérséklet (öngyulladás)
Bármelyik hiányzik a fentiekből → nem jön létre / megszűnik az égés→ megszűnik a tartószerkezetek hőterhelése
@Kulcsár
@Kulcsár
Égés
Mi az égés? Mik a feltételei? Hogy jön létre a láng?
• Folyamatos, önnfenntartó égés:
- vizes fával képtelenség begyújtani, amíg a vizet szárítással el nem vittük- a gyújtási energia fa nedvességének elpárologtatására fordítódik- a párolgás közbeni hőelvonást a gyújtóforrás nem kompenzálja
[ ]sJQQ veszteségtkeletkezet /&& ≥
@Kulcsár B., 2009-
Termokémia: a kémiai reakciók hőeffektusaival foglalkozik
• ÉgéshőA fölös oxigénben való tökéletes elégéskor szabaddá váló hőmennyiség.Egysége vegyületekénél [MJ/mol] ill. keverékeknél [MJ/kg]
• Fűtőérték ( ≠ égéshő)Az a hő, ami akkor szabadul fel, ha az égéskor keletkezett víz és a tüzelőanyageredeti nedvességtartalma gőz állapotban van jelen az égéstermékben. A fűtőér-ték a víz kondenzációs hőjével kisebb az égéshőnél.
Égés
Éghető fűtőértékanyag Hu [MJ/kg]
fa 17,5ruha, pamut, gyapjú 20szalma 20szén 30metanol / etanol 30benzin 45
ProblémaCsak az össz-hőmennyiségre vonatkozik [MJ(/m2)]az időbeli lefolyásról nem ad információt !!!
AMHQi
iiu /,∑ ⋅=
Tűz során az anyag elégése következtében felsza-baduló energia = Σ fűtőérték × tömeg / alapterület
@Kulcsár B., 2009-
(Fajlagos) tűzterhelés@Kulcsár
@KulcsárBME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 6
Égés fajtái
Tökéletes égés:• éghető anyag oxidálásához elegendő oxigén áll rendelkezésre• C → CO2 , S → SO2 , égéstermékek tovább nem oxidálódnak• a valóságban ritkán fordul elő
Tökéletetlen égés:• éghető anyag oxidálásához nincs jelen elegendő oxigén• C → CO , S → SO , atomok részlegesen oxidálódnak• keletkezett anyagok tovább oxidálhatók, ált. további tűz és robbanásveszély• a legtöbb égési folyamat (ill. tűz) ilyen
Nyílttéri tűz (égés):• kellő mennyiségű oxigén áll rendelkezésre, hőáramlásnak akadálya alig van
Zárttéri tűz (égés):• korlátos mennyiségű oxigén áll rendelkezésre• hő- és füstáramlás geometriailag korlátos
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
Égés fajtái
• gázfázisú égés: az éghető anyag és atápláló oxigén is gáz halmazállapot
• tökéletlen égési zónában a részecskék az energiájukathő- és fénysugárzással adják le, így láthatóvá válnak
• pl. gázok, folyadékok gőzei
• összetett anyagok egy része az égés alatthőbomlást szenved, elgázosodik, így lánggal ég
• a másik rész pedig felületileg izzik (fa, szalma, tőzeg)
• oxidáció az éghető anyag anyag felületén zajlik(pl. koksz, faszén, fémek)
@Kulcsár B., 2009-
Lánggal égés
Izzás (parázzsal égés)
Lánggal és parázzsal égés
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
Láng
• olyan gázok alkotják, melyek nem a látható tarto-mányban sugároznak, pl: N2, O2, CO2 , H2O
• ilyen pl: metanol égése ill. a tökéletes égés
• izzó gáztömeg, amely láthatóan jelez egy tartományt, ahol az égés (oxidáció)igen gyorsan megy végbe
• láng világítását a (még) el nem égett és izzásig hevítettszénrészecskék okozzák
• ezek a szénrészecskék a reakciózónában elégnek vagya füstképződésben vesznek részt
• előkevert lángok (gázégők): 1600-2000 ̊ C• metanol (nem világító) lángja: 1200 ̊ C• kormozó lánggal égő benzol: 920 ˚C
→→→→ kb.1000˚C-tól
@Kulcsár B., 2009-
Világító láng
Nem világító láng
Jellemző lánghőmérsékletek
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
1E – Égéselméleti alapok
Anyagok (fázisok) égése
• gázok
• folyadékok
• szilárd anyagok
• porok
@Kulcsár B., 2009-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 7
Gázok égésePl: hidrogén, CO, metán, acetilén, földgáz
Gáz-levegő elegyek meggyulladása (ill. robbanása)• gyulladás kezdete: gyújtóforrás hőt ad a rendszernek,
és a kémiai reakció egy kis elemi térfogatban végbemegy → kérdés: , azaz önfenntartó-e az égés ?→ az éghető gáz koncentrációjától (CC) függ, hogy az égés folytonos-e, vagy
csak lobbanásról (pillanatnyi idejű, lokális égési jelenség) beszélhetünk
veszteségtkeletkezet QQ && ≥
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Gázok égése
• minimális koncentráció: AÉH – alsó éghetőségi határkoncentrációAz az éghető gáz-koncentráció a gáz-levegő elegyben, amelynél a folyamatos égés vagy robbanás az éghető gáz megfelelő mennyiségének hiánya miatt még épp nem következik be. (ha robbanás várható: ARH – alsó robbanási határkoncentráció)
• maximális koncentráció: FÉH – felső éghetőségi határkoncentrációAz az éghető gáz-koncentráció a gáz-levegő elegyben, amelynél a folyamatos égés vagy robbanás az „oxigén-hiány” miatt már épp nem következhet be.
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Gázok égése
Gáz ÁÉH (V%) FÉH (V%) Fűtőérték (MJ/kg)CO 12,5 74 205
hidrogén (H2) 4 75 120
metán (CH4) 5 15 50
acetilén (C2H2) 2,5 100 -
standardállapotban
Lánggal égés: mindig gáz fázisú égés ↔ térfogati égés
előkevertégésdiffúz égés
@Kulcsár
ATF- FTP
@Kulcsár B., 2009-
Folyadékok égésePl: benzin, gázolaj, alkoholok - tócsaként / tartályban
veszteségtkeletkezet QQ && <
Folyadékok melegedése
• minden folyadék párolog, folyadékfelszín fölött: gőz
• Lobbanáspont: az a legalacsonyabb hőmérséklet, ahol a folyadékfelszínfölött éghető gőz-levegő elegy alakul ki → gáz-(gőz)koncentráció : AÉH(a magas hőmérséklet miatti intenzív párolgás kellő gőzutánpótlást biztosít)
Lobbanás: felszíni gázok (gőzök) gyújtóhatásra belobbannak→ pillanatnyi lángjelenség a folyadék felszíne fölött→ nem folyamatos égés (nem önfenntartó égés)
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 8
Folyadékok égése
Lobbanáspont fölött melegítve a folyadékot, a felszín fölötti gáz(gőz)koncentráció nő.
• Gyulladáspont: az a hőmérséklet, ahol a gázokat (gőzöket) meggyújtvafolyamatos, önfenntartó égés alakul ki.
Lobbanáspont Gyulladási hőmérséklet Forráspont[˚C] [˚C] [˚C]
Benzin E95 < -40 220 205Gázolaj 50 - 95 338 180-365Kerozin 38 - 65 250 150-300
Etilalkohol 13 400 78
Anyag
→→→→ Folyadékok égése: gőzfázisú égés
[ ]sJQQ veszteségtkeletkezet /&& ≥
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Folyadékok égése – nyitott felszín
• a láng a folyadék teljes felületére igyekszik kiterjedni (felszíni lángterjedés)• folyadék felületén izotermikus réteg alakul ki (kb. 4 - 5 mm),
aminek hőmérséklete: közelítően a forráspont
@Kulcsár@Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Folyadékok égése – nyitott felszín
• a láng a folyadék teljes felületére igyekszik kiterjedni (felszíni lángterjedés)• folyadék felületén izotermikus réteg alakul ki (kb. 4 - 5 mm),
aminek hőmérséklete: közelítően a forráspont
• reakciófronton keveredik a gőz az oxigénnel → folyamatos égés diffúziós égés
@Kulcsár@Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Szilárd anyagok égése
Szilárd anyag melegítése
• szilárd anyag hőbomlást szenved, egyes alkotói gázként távoznak (pirolízis)→ pl. CO, CO2 , CH4 , vízgőz, stb.
• közben halmazállapotot is válthat az anyag (szublimál vagy megolvad)
Pl: fa, szén, PUR-hab, gumi, papír
→ a hőbomlásból származó gázok is éghetnek (lánggal)→ a szilárd anyag felületi izzással (parázslással) is éghet
• gyulladási hőmérséklet: az a legalacsonyabb hőmérséklet, ahol az éghető anyagegy mintája – adott körülmények közt - meggyullad
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 9
Fa (lucfenyő) égési jelenségei
100-200°C termikus bomlás, pirolízisgáz fázisú bomlástermékek: CO, CO2, CH4 , CxHy stb.(lassú felületi szenesedés)
250-300°C „lobbanások”bomlott éghető gázok alokálisan magasabb gázkoncentrációknál ellobbannak
kb. 300°C gyulladáspont - lánggal égés (és parázslás is)meggyújtott bomlási gázok folyamatosan égnek
kb. 330°C öngyulladásbomlási gázok „külső gyújtóhatás” pl. gyújtóláng nélkül,
pusztán a magas hőmérséklet okán meggyulladnakkb. 700°C hőbomlás megszűnik
csak a keletkezett faszén ég parázzsal
→ a hőmérsékleti értékek a konkrét tűzkitéti időtől jelentősen függenek
Inhomogén keverékanyag, ρρρρ = 350-500 kg/m3
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Szilárd anyagok – fa égése
fa égése:• parázzsal és lánggal él – cellulóz tartalmú anyag• pirolízissel (hőbomlással) éghető gázokat fejleszt → lánggal égés• elszenesedett felület faszene parázzsal ég
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Porok égése - porrobbanás
Pl: cukor / liszt pora, fűrészpor
Gáz-levegő elegyek meggyulladása (ill. robbanása)• nagyon gyors égés (robbanás) indulása: gyújtóforrás hőt ad a rendszernek,
és kémiai reakció egy kis elemi térfogatban végbemegy → kérdés: beindul-e a láncreakció, ami a por koncentrációjától (is) függ
• minimális koncentráció: ARH – alsó robbanási határkoncentrációAz a por-koncentráció a por-levegő elegyben, amelynél a nagyon gyors égés (rob-banás) láncreakciója a porszemcsék „hiánya” miatt még épp nem következik be.
Por: nagy fajlagos felületű, kis szem-nagyságú részecskék összessége
• kis tömegű porszemek→ levegőben lebeghetnek
• kis szemnagyságú porrészecskék töké-letesen előkeverednek a levegővel
Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
1D – Tüzek fizikája
Hőtani alapok - összefoglaló
@Kulcsár B., 2009-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 10
TranszportfolyamatokKülönböző rendszerek kölcsönhatásai során a rendszerek között anyag és energia áramlik. Áramlás tapasztalható akkor is, ha a rendszer belsejében a belső energia-sűrűség eloszlás nem homogén – azaz a térben hőmérséklet-különbségek vannak.
Teljes hőtranszport
Hőáram: [ ]sJQ /&
[ ]smJA
Qqh 2/
&
&& ==
Hőáramsűrűség (fluxus)hőáram, irányára merőlegesfelületegységen@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
Φ = konfigurációs tényező (≤1.0) εm = rel. felületi emisszió εf = tűz rel. emissziós tényezője (1.0)Θr = eff. sugárzási hőmérséklet [°C]σ = Stephan-Boltzmann állandó (5,67⋅10-8 [W/m2K4])
Hősugárzás (radiáció)Bármely test saját és környezetehőfokától függetlenül energiátbocsát ki magából sugárzásformájában.(pl. a tűztér forró fala és a láng)
Hőáramsűrűségrövid időintervallumban, Θ = áll.közelítően stacioner hőtranszp.
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
[ ]44 )273()273( +Θ−+Θ⋅⋅⋅⋅Φ= drfmrh σεε&
@Kulcsár
@Kulcsár
)( dgcch Θ−Θ⋅= α&
αc = hőátadási tényező [W/m2K]Θg = gáz-hőmérséklet [°C]Θd = felületi hőmérséklet [°C]
Hőátadás (konvekció) anyag-árammal létrejövő energiaransz-port, a hővezetés és a közvetítőközeg kombinációja. A hőátadása szilárd anyag és a gáz / folya-dék (fluidum) határrétegeinekátmenetét írja le (pl. egy fal és atűztérbeli gázok érintkezési fe-lületénnél).
Hőátadás (konvekció)
Hőáramsűrűségrövid időintervallumban, Θ = áll.közelítően stacioner hőtranszp.
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
Vezetéssel létrejövő energia-transzport esetén makroszkó-pikus anyagáramlás nincs, deközvetítő közeg szükségeshozzá (pl. egy faltest).
)(1
21
3
3
2
2
1
1
Θ−Θ⋅
++
=
λλλ
dddhk&
λi = hővezetési tényező [J/mKs]
di = rétegvastagság [m]
Θi = hőmérséklet [°C]
Hővezetés (kondukció)
dx
dhk
Θ⋅= λ&
Homogén faltest:
(Fourier I.-törvény)
Inhomogén faltest:
Hőáramsűrűségrövid időintervallumban, Θ = áll.közelítően stacioner hőtranszp.
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 11
Hőtranszport a testben milyen változásokat okoz?
tcVQ
∆
∆Θ⋅= ρ&
c = fajhő [J/kgK]
Kellően vékony és „jó”hővezető fal esetén:(egy rövid időintervallumban)
ρ = testűrűség → tömeg
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
Hőtranszport a testben milyen változásokat okoz?
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
tVc
Ahnetm ∆⋅
⋅⋅
⋅=∆Θ
ρ
&
Acél pillér (szerkezeti elem) → homogén, jó hővezető anyagvékony alkotólemezek, nagy besugárzási felület → kb. egyenletes Θ-eloszlás
[ ]JQQ warmin =
geometriai jellemző
][][][][][][][ 0330
22
CmVm
kg
Ckg
JcstmA
m
Wh mnet ∆Θ⋅⋅⋅=∆⋅⋅ ρ&
Zárt rendszerbeli hőmérleg:elnyelt hőenergia = belső energia növekmény
Hőtranszport a testben milyen változásokat okoz?(egy rövid, véges ∆t időintervallumban)
anyagjellemzők
tűzre (hőhatásra) jellemző
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
1E – Zárttéri tűzfejlődés
▪ tűz valós lefolyása▪ tűz mérnöki leírása
(modellezése)
@Kulcsár B., 2009-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 12
Természetes tűzfejlődés zárt térben1. elszigetelt / lokális tűz 2. növekvő tűz
3. kifejlett tűz 4. hanyatlás / oltás
fokozódó gáz-CC & akkumulálódó hőhőbomlás →→→→ éghető gázok
anyagok + gázok tárfogati égése →→→→ Video
Átmenet: flash over / teljes lángbaborulás
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
ATF-FTP ATF-FTP
ATF-FTP ATF-FTP
Természetes tűzfejlődés zárt térben
ΘΘΘΘg [ºC]gázhőmérséklet
hanyatláskifejlett tűznövekedés
gyulladás /öngyulladás
FLASHOVER
elszigetelt tűz, ált. rövid időtartam tűz átterjedés más terekret [s] idő
természetes(valódi) tűz
szabványos(helyettesítő) tűz
ΘΘΘΘg.max ≈ 1100-1200 [ºC]
Teljes lángbaborulás (flash over): Elszigetelt tűz esetén bekövetkezhetEgy olyan stádium, ahol a tűz és égő anyagok a hőbomlás révén gyúlékony gázokképződését idézik elő (kialakul az AÉH). Ha ehhez adott egy gyújtóforrás (a tűz),a növekvő tűzből hirtelen erőteljes átmenettel teljesen kifejlődött tűz kelet-kezik (azaz a tűzteret kitöltő éghető gázok - közel - teljes térfogatukban égnek).
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Egyszerűsített tűzmodellek„Kifejlett tűz” fázisára
Feltételezés:- bekövetkezett a flash-over → kifejlett tűz stádiuma- a tűztérbeli gázhőmérséklet időben változó, de eloszlása közelítően egyenletesElőnyei:- szerkezeti elem egyszerű hőmérsékleti számítását teszi lehetővé- általában a biztonság javára téved
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
ΘΘΘΘg [ºC]gázhőmérséklet
hanyatláskifejlett tűznövekedés
gyulladás /öngyulladás
FLASHOVER
t [s] idő
természetes(valódi) tűz
szabványos(helyettesítő) tűz
ΘΘΘΘg.max ≈ 1100-1200 [ºC]ISO-szabványos zárttéri tűzfejlődési görbe
945
842
739
585
1006
1110
0
200
400
600
800
1000
1200
0 30 60 90 120 150 180
t (min)
ΘΘ ΘΘ (
0 C) -
gáz
hő
mé
rsék
let
)18(log34520 10 ++=Θ tg
ISO 834 - zárttéri tűz (standard fire)
- mérnöki megállapodás, korábbi tűzkísérletek alapján, nincs lehűlő szakasza- cellulóz-alapú anyagok tüzét írja le → kémiai reakció hőfejlődési sebessége
(lakások, irodaépületek, ált. raktárhelyiségek és csatlakozó helyiségek) - a pontos környezettől, funkciótól függetlenül általánosan használható
Egyszerűsített tűzmodellekSzabványos zárttéri tűzfejlődési görbe
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 13
Egyszerűsített tűzmodellekKifejlett tűz – paraméteres hőmérséklet-idő görbék
Tűztér (tűzszakasz) teljes térfogata ég (A ≤ 500 m2, H ≤ 4 m, tetőnyílás nincs)
A funkció/tárolt anyagok és a geometria konkrét ismeretében- a kifejlett tűz stádiuma időben korlátos- hanyatló (lehűlő) szakasz is jellemzi a tüzet
( )*** 197.12.0 472.0204.0324.01132520 ttt
g eee−−− −−−⋅+=Θ
Van hanyatlószakasza!
@Kulcsár
Bemenő adatok:@Kulcsár
- tűzterhelés, hőfejlődés üteme- határoló felületek hőtani jellemzői (falak, födémek, padló): c, λ, ρ- határoló felületek geometriája (alapterület, nyílások geometriája)
@Kulcsár B., 2009-
Lángmagasság (elér a mennyezetig?):
25,0×=
π
AD
( )67,0*4,0*4,2'DD
QQDz −⋅×=
5,26*
1011,1 D
D⋅×
=&
Tűzfészek helyettesítő átmérője :
Tűzfészek magassága:
4,00148,002,1 QDL f ×+×−=
5,26*
1011,1 h
H⋅×
=&
( ) hQhL HH −⋅= 4,0*9,2Láng mennyezeti vízszintes kiterjedése:
Hőáramsűrűség adott mennyezeti pontra: [ ]27,3 //15000 mWyh =&
Részletes tűzmodellekEmpírikus modellek (valós kísérletek alapján) - lokális tűz - Heskestad modell
Feltételezés: - kis mennyiségű éghető anyag, korlátozott hőfejlődés- határoló szerkezetek jellemzően nem éghetők- pontba redukált tűzfészek
MWQ 50≤&
( ) ( )'/' zhLzhry H ++++=Mennyezeti pont geometriai jellemzője:
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
Részletes tűzmodellekZónamodellek – növekvő tűz fázisa
Átmeneti réteg süllyed→ ha közelít a padlóhoz
- tűz növekvő szakaszára- két zóna, eltérő de a zónán belül
közel állandó hőmérséklettel- zónák közt: átmeneti réteg feltételezése
ahol a hőmérsékletváltozás „végbemegy”
→ határoló falak a hőtani és geometriai jellemzőikkel vehetők figyelembe
Kétzónás modell
Egyzónás modell
- csak kifejlett tűzre- azonos hőmérséklet a tűztérben
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Részletes tűzmodellekcellamodellek – tetszőleges tűz-stádium
CFD-modell (áramlástani és égéselméleti konbinált modell):
@Kulcsár B., 2009-
- termikus és fluidum-modell – csak számítógéppel számítható• alapelv: kisméretű cellákra osztja fel a teret (VEM-módszerhez hasonlóan)• e cellák fizikai egyensúlyát írja fel, ebből számítva az állapotjelzőket• a valósághű számításhoz sűrű cellaosztás kell → tetemes számítási idő(pl. egy ipari csarnok, 6 db 4 magos gép PHA-futtatással → akár 1-3 hét)
- hőmérsékletfejlődés, lánghőmérésklet és füstkoncentrációa rendszer tetszőleges pontjában számítható
@Kulcsár
@KulcsárBME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 14
1F - Szerkezetek tervezése tűzhatásra
▪ tartószerkezetek számítási lépései ▪ termikus analízis ▪ cél: szerkezetre ható hőáramsűrűség meghatá-
rozása a szerkezeti hőmérséklet (Θd) számításához(ill. a hőmérséklet-eloszlás meghatározásához)
( )neth&
@Kulcsár B., 2009-
Tervezés folyamata
Tervezés tűzhatásra - általános eljárás
Tűzfolyamat választása(lokális / növekvő / kifejlett tűz)
és tűzmodell-számítás
Szerkezet / elemhőmérsékleti analízise
Magas hőmérsékletű(„forró”) szerkezet/elemmechanikai analízise,
teherbírás igazolás
0. lépés
1. lépés
2. lépés
3. lépés
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
Tervezés tűzhatásra - általános eljárás (3)
@Kulcsár B., 2009-
• az elem magas hőmérséklete szilárdságotvagy szelvény-méreteket csökkent
• az elem alakváltozás (pl. hossz-méretvál-tozása) további hatásokat okozhat
→ elem / szerkezet egy része / teljes szer-kezet teherbírásának igazolása magashőmérsékleten
Mechanikai analízis (3.)
(választható teherbírási határállapotok)
Rfi,d,t ≥ Efi ,d teherbírás megfelelősége
tfi,d ≥ tfi,req tűzállósági határérték
Θd ≤ Θcr,d kritikus hőmérséklet
Szerkezeti elem - teherbírás igazolása
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
Időben változó, instacioner hőáram
→ lépésenkénti megoldás(differenciamódszer)
A szerkezeti elem hőmérséklete
dtVc
Ahnetm ⋅
⋅⋅
⋅=∆Θ
ρ
&
1,
Mekkora egy acél szerkezeti elem hőmérséklete (Θm)∆∆∆∆t idő eltelte után ISO-zárttéri tűzhatásnál?
→ hőmérsékletfüggő anyagjellemzőkis figyelembe vehetők (pl: c - fajhő)c (Θ=20ºC) = 440 J/kgºC
Feltételezések:
@Kulcsár B., 2009-
- egyenletes hőmérséklet-eloszlás a szerkezeti elemben (hővezetés okán)→ Fourier II.-törvény leegyszerűsítése
- a leárnyékolást és egyéb geometriai hatásokat elhanyagoljuk- szerkezet anyaga nem megy át kémiai átalakuláson
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 15
A szerkezeti elem hőmérséklete
cnetrnetnet hhh ,,&&& +=
( )mgccneth Θ−Θ⋅= α,
&
( ) ( )[ ]44, 273273 +Θ−+Θ⋅⋅⋅= mgfmrneth σεεϕ&Hőáramsűrűség → hősugárzás + hőátadás
αc = 25 W/m2K
εm = 0,5 (acél), εm = ϕ = 1,0
Acélpillér elemi környezete (tartomány) ISO-zárttéri tűzhatás során
előírt sugárzási hőáramsűrűséga tartomány (és a test) peremén
(másodfajú peremfeltétel)
test-felszíni hőátadásihőáramsűrűség ~ Θg-Θm
(harmadfajú peremfeltétel)
Θg : gáz-hőmérséklet Θm: acél - felület/szelvény hőmérséklete@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár
• irodatér → jellemzően cellulóz-alapú anyagok→ szabványos ISO-zárttéri tűzgörbe használható
• acél anyag jó hővezető, vékony alkotólemezekből áll→ egyenletes hőmérséklet-eloszlás feltételezhető az anyagban
Szerkezeti elem hőmérséklete - példaMekkora a nagyterű iroda acélpillérének hőmérséklete 30 perc tűzhatás után?
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
Mekkora a nagyterű iroda acélpillérének hőmérséklete 30 perc tűzhatás után?
Lépésenkénti megoldás (differenciamódszer) → Excel-munkalap / MatLab rutin
Szabad paraméterek:
t (min) Θg-zt (0C) ΘΘΘΘa,t,0 (0C) ρρρρa(kg/m3) ca,1(J/kg0C) ca,2(J/kg0C) ca,3(J/kg0C) ca,4(J/kg0C) ca(J/kg0C) Am/V(1/m)hnet,c(W/m2) ∆Θ∆Θ∆Θ∆Θa,t (0C) ΘΘΘΘa,t,+1 (0C)
0 20 200,1 108,1 20,0 7850 439,8018 684,1086 519,9367 650 439,8018 100 2590,6 0,5 20,50,2 163,2 20,5 7850 440,1202 684,12 519,9208 650 440,1202 100 4383,7 0,8 21,20,3 203,4 21,2 7850 440,6573 684,1392 519,8939 650 440,6573 100 5801,1 1,0 22,20,4 235,0 22,2 7850 441,3644 684,1647 519,8583 650 441,3644 100 6993,1 1,2 23,40,5 261,1 23,4 7850 442,2113 684,1955 519,8153 650 442,2113 100 8031,8 1,4 24,80,6 283,4 24,8 7850 443,1766 684,2309 519,7657 650 443,1766 100 8957,9 1,5 26,40,7 302,7 26,4 7850 444,244 684,2705 519,7104 650 444,244 100 9796,9 1,7 28,00,8 319,9 28,0 7850 445,4002 684,3139 519,6498 650 445,4002 100 10566,0 1,8 29,90,9 335,3 29,9 7850 446,6345 684,3608 519,5842 650 446,6345 100 11277,5 1,9 31,8
1 349,2 31,8 7850 447,9375 684,411 519,5141 650 447,9375 100 11940,2 2,0 33,81,1 362,0 33,8 7850 449,3011 684,4642 519,4396 650 449,3011 100 12561,0 2,1 36,01,2 373,7 36,0 7850 450,7181 684,5204 519,361 650 450,7181 100 13145,4 2,2 38,2
29,4 ………. ………. ………. 736,429,5 839,3 736,4 7850 964,3074 8792,25 3845 650 3845 100 16534,4 0,3 736,729,6 839,8 736,7 7850 964,9308 10893,17 3655,664 650 3655,664 100 16579,3 0,3 737,129,7 840,3 737,1 7850 965,589 14727,11 3478,178 650 3478,178 100 16621,4 0,4 737,429,8 840,8 737,4 7850 966,2834 23907,85 3311,832 650 3311,832 100 16660,6 0,4 737,829,9 841,3 737,8 7850 967,0153 74999,38 3155,956 650 3155,956 100 16696,9 0,4 738,2
30 841,8 738,2 7850 967,7861 -55997,04 3009,914 650 3009,914 100 16730,0 0,4 738,7
Szerkezeti elem hőmérséklete - példa
@Kulcsár B., 2009-
- tűzhatás ideje - az Am/V-arány → méretezési diagram is készíthető
@Kulcsár0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 50 100 150 200 250
Szelvény-tényező Am*/V (1/m)
ΘΘ ΘΘ m
(0 C)
10 min
15 min
30 min
45 min
60 min
cnetrnetdnet hhh ,,,&&& +=
( )mgccneth Θ−Θ⋅= α,
&
( ) ( )[ ]44, 273273 +Θ−+Θ⋅⋅⋅= mgfmrneth σεεϕ&
Hőtranszport = hősugárzás + hőátadás
Acélpillér hőmérséklete [ºC]ISO-szabványos zárttéri tűzhatás esetén
ΘΘΘΘm ≈ 740ºC
Mekkora az acélpillér hőmérséklete (Θm)∆∆∆∆t idő után ISO-zártéri tűzhatás esetén?
Szerkezeti elem hőmérséklete - példa
Am/V = 100 [1/m]
Acél pillér jellemzői:→ Am/V = 100 [1/m]→ előírt tűzállóság: 30 perc
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár@Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár@Kulcsár
@Kulcsár
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 16
1G – Zárttéri tűzfejlődés 2
▪ „teljesen” zárt terek (oxigénhiányos tűz) égése - „backdraft”
Kérdés: teljesen zárt térben lesz-e elég oxigén az égéshez?
@Kulcsár B., 2009-
ATF-FTP
- lokális gyújtóforrás- zárttéri tűz- (ált.) szilárd anyagok lánggal és
izzással (parázzsal) égése
- tűz fejlődése, gázhőmérséklet nő- hőbomlásból származó éghető gázok
koncentrációja (CC) nő→→→→ közben a nyílászáró nem törik ki
- oxigén a zárt térben fogy- füst is alig lép ki a térből
- az oxigén mennyisége minimális- éghető gázok koncentrációja CC > FÉH- lánggal égés szinte megszűnik
→ izzás, parázsló égés (svéltűz)- hőmérséklet csökken, gáz összehúzódik
→ alacsony nyomás (depresszió)
Svéltűz és a backdraftFolyamat (1)
@Kulcsár B., 2010-
svéltűz
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
- NYÍLÁS KITÖRIK- oxigén jut a tűztérbe
(alacsony nyomás beszívja)- füst egy kisebb része távozik
→ átmenet a kifejlett tűzbe
- nagy éghető gáz CC + oxigén→ heves kémiai reakció
- nagy CC-ban éghető gázok továbbifelszabadulása és térfogati égése
- a reakció a térfogati égés egy részét„kilöki” a nyílt térbe
→ BACKDRAFT / SZÚRÓLÁNG
átmenet ~ 1 sec
@Kulcsár B., 2010-
Svéltűz és a backdraftFolyamat (2)
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
Backdrafta szúróláng folyamata
→→→→ Video @Kulcsár B., 2010-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 17
1H – Zárttéri tűzfejlődés 3
▪ alagutak ▪ szénhidrogén-tüzek
@Kulcsár B., 2009-
Közúti alagutak tüzeiTűzkeletkezési okok és tűzfejlődés
Leggyakoribb szcenárió:- közúti baleset- ennek egy tehergépjármű is résztvevője- üzemanyagtartálya vagy rakományának (kőolajszármazék / műanyag)burkolata megsérül
1. eset- éghető anyag ömlik ki- forró motoron / kipufogógőztől stb.
meggyullad- (kezdetben) lokális tűz
→ környezeti jellemzőktől függőenmarad lokális / fejlődik ki a tűz
2. eset- éghető anyag a tartályában gyullad meg
→ kifejlett tűz
→→→→ Video@Kulcsár B., 2010-
Közúti alagutak tüzeiKifejlett tűz zónái
lokálisan „zárttéri jellegű” tűz@Kulcsár B., 2010-
@Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár
ISO-szabványos szénhidrogén tűz-fejlődési görbe
11001100
955
1071 1098 1100
0
200
400
600
800
1000
1200
0 30 60 90 120 150 180
t (min)
ΘΘ ΘΘ (
0C
) -
gáz
hő
mér
sékl
et
Közúti alagutak tüzeiZárttéri szénhidrogéntüzek ISO-szabványos tűzmodellje
5 perc után
20)675,0325,01(1080 5.2167.0 +−−=Θ −− tt
g ee
ISO - CH-tűz: ipari és off-shore-létesítményekre kifejlesztett szén-hidrogéntűz→ alagutak tervezése tűzhatásra: mindig egyedi hőmérséklet-idő-görbe alapján
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@KulcsárBME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 18
Alagutak tüzei
RABT / ZTV-diagram- Németország, közúti/vasúti alagutak, 10 tonna (12,5m3) éghető CH-folyadék tüze- max Θ = 1200ºC, 60 perc után hanyatló fázis, „korlátozott” flash-over-fázis
RWS-diagram (RijksWaterStraat-görbe)- holland közúti alagutak, kamion 50m3 benzin-rakománnyal
Módosított szénhidrogén-tűz-diagram (HCM)- Franciaország, közúti alagút, Mount Blanc alagút tüze után, max Θ = 1300ºC
Alagúttüzek hőmérséklet-fejlődési görbéi
11001100
955
1071 1098 1100
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 30 60 90 120 150 180
t (min)
ΘΘ ΘΘ (0
C) -
gáz
hő
mér
sék
let
ISO-CH
MHC
RABT-vonat
RABT-szgk
RWS
A-metrótűz
@Kulcsár B., 2009-
@Kulcsár
@Kulcsár
1I – Nyílttéri tűz 1
Homlokzati tűzterjedés (épületek)
@Kulcsár B., 2009-
Homlokzati tűzterjedésNyílttéri tüzek kialakulása
Leggyakoribb szcenáriók:- (1) beltéri (zárttéri tűz)
üvegek kitörése után a tűz a külső tér-ben a homlokzaton / tetőn is terjed(ne)
- (2) kukatűz
@Kulcsár B., 2009-
Homlokzati tűzterjedésNyílttéri tűz zónái
Folyamat:- forró gáz-levegő elegy felfelé áramlik
(nagy hőmérsékletkülönbség a forró gáz-levegő-elegy és a környező levegő közt)→ nagy felhajtóerő→ félig kötött áramlás (Coanda effektus),
a forró gáz és a levegő alig keveredik- a forró gáz-elegy egy része lánggal ég- a forró gáz/láng meggyújtja / kárt okoza homlokzat anyagán
→ a külső légáramlás miatt a lokálisannagyobb éghető gáz-CC felső szintenvisszajuthat a házba és tüzet okozhat
→ a külső légáram miatt a füst is vissza-juthat az épületbe
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 19
ISO-szabványos kültéri tűzfejlődési görbe
680680676597
680 680
0
200
400
600
800
1000
1200
0 30 60 90 120 150 180 210 240
t (min)
ΘΘ ΘΘ (0 C
) - g
ázhő
mér
sékl
et
Homlokzati tűzterjedésNyílttéri tüzek ISO-szabványos tűzmodellje
Gázhőmérséklet: platója van!
Gázhőmérsékleti plató (max) oka: hősugárzás a szabad térbe (veszteség)
20)313,0687,01(660 8.332.0 +−−=Θ −− tt
g ee
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
ISO-szabványos tűz-fejlődési görbék
0
200
400
600
800
1000
1200
0 30 60 90 120 150 180 210 240
t (min)
ΘΘ ΘΘ (
0C
) -
gáz
hő
mér
sékl
et
Szabványosított tűzfejlődési görbékzárttéri – nyílttéri – szénhidrogén tüzek
• szénhidrogén tűz – heves reakció → gyors hőfejlődés• nyílttéri tűz – hősugárzás a szabadba → alacsonyabb hőmérsékleti max.
ΘΘΘΘmax ≈ 1100ºC
ΘΘΘΘmax ≈ 700ºC
szénhidrogén
zárttéri
nyílttéri
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
1J – Nyílttéri tüzek 2
Mérnöki műtárgyak tüzei• közúti hidak• oljaipari létesítmények
@Kulcsár B., 2009-
Közúti hidak – lehetséges tüzek
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 20
Olajipari tartályok – tűz átterjedése
- olajtartály ég, a forró tartályfal teteje és a láng hőt sugároz - közeli szomszéd tartály és olaja hőmérséklete nő → intenzív párolgás
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár @Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Olajipari tartályok – tűz átterjedése
- szomszéd tartálybeli olaj hőmérséklete a forrásponthoz közelít- az olajfelszín fölötti éghető gázok CC-ja nő
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár @Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Olajipari tartályok – tűz átterjedése
- folyadék eléri a lobbanáspontját, majd gyulladáspontját- elpárolgott éghető gázok a folyadékfelszín fölött önfenntartóan égnek
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár @Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
Olajipari tartályok – kivetődés (boilover)
- Kőolaj (keverék) ég, a kisebb sűrűségű olaj-alkotók a felső rétegben úsznak - elegy melegszik, az alsó vízréteg hőmérséklete eléri a 100ºC-t, forrni kezd
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár @Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár B., 2009-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés
@Kulcsár Béla, elektronikus adatbázisban tárolni tilos! 21
Olajipari tartályok – kivetődés (boilover)
- olaj fogy, elegyszint csökken, a gőznyomás lassan eléri a leterhelő olaj nyomását- víz térfogatában hirtelen felforr és a gőz a környezetbe repíti az égő olaj nagy részét
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár @Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár @Kulcsár
@Kulcsár
→→→→ Videok
@Kulcsár B., 2009-
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
Tartószerkezet-rekonstru
kciós Szakmérnöki Képzés