1 tüzek 1a – bevezetés kulcsár béla tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese...

21
@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-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés

Upload: others

Post on 12-Jul-2021

9 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 2: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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 (

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

Page 3: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 4: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 5: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 6: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 7: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 8: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 9: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 10: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 11: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 12: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

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

Page 13: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

QQ

D⋅×

=&

Tűzfészek helyettesítő átmérője :

Tűzfészek magassága:

4,00148,002,1 QDL f ×+×−=

5,26*

1011,1 h

QQ

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

Page 14: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 15: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 16: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 17: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

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

Page 18: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

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

Page 19: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

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

Page 20: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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

Page 21: 1 Tüzek 1A – Bevezetés Kulcsár Béla Tartószerkezeti ......küszöbe” ennek az 5-10-szerese (azt jobban elfogadják az emberek) !!! Tz kockázata - emberi élet @Kulcsár @Kulcsár

@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