Πειραματική Διερεύνηση Χαρακτηριστικών Εξερχόμενης Φωτιάς σε Διάταξη Διαμερίσματος-Πρόσοψης

Abstract

Κατά τη διάρκεια μιας πυρκαγιάς σε ένα κτίριο ένας από τους κινδύνους που σχετίζονται άμεσα με την εξάπλωση της φωτιάς από όροφο σε όροφο ή από κτίριο σε κτίριο είναι το πλούμιο της φωτιάς που εξέρχεται του κτιρίου. Προκειμένου να μπορεί να εξασφαλισθεί αποτελεσματικότερη πρόληψη των πυρκαγιών είναι πολύ σημαντικό να κατανοηθεί και να μελετηθούν τα χαρακτηριστικά και οι παράγοντες που επηρεάζουν το εξερχόμενο πλούμιο της φωτιάς από διαμερίσματα καθώς και η επίδραση που μπορεί να έχει στην πρόσοψη των κτιρίων. Είναι γνωστό ότι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά και την εξέλιξη του εξερχόμενου πλουμίου της φωτιάς είναι η ισχύς του πυροθερμικού φορτίου εσωτερικά του δωματίου, η γεωμετρία του ανοίγματος από όπου εξέρχεται και ο αερισμός του δωματίου. Με σκοπό την μελέτη του φαινομένου υπό συνθήκες μη εξαναγκασμένου αερισμού στην παρούσα διπλωματική εργασία διερευνήθηκε πειραματικά η εξάπλωση της φωτιάς σε διάταξη διαμερίσματος-πρόσοψης σχεδιασμένα υπό κλίμακα.

Αρχικά, όπως παρουσιάζονται στο πρώτο κεφάλαιο, μελετήθηκαν αναλυτικά οι παράγοντες που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά του εξερχόμενου πλουμίου της φωτιάς σε περίπτωση πυρκαγιάς σε διαμέρισμα. Παρουσιάζονται οι υπάρχοντες θεωρητικοί και εμπειρικοί τύποι που υπάρχουν για την μελέτη των χαρακτηριστικών της φωτιάς, με έμφαση στις φωτιές κηλίδας υγρού καυσίμου οι οποίες αποτέλεσαν τη βάση των πειραμάτων που ακολούθησαν. Τέλος, παρουσιάζονται οι συνθήκες εξάπλωσης της φωτιάς σε περιπτώσεις περίσσειας καυσίμου ή περίσσειας αέρα.

Στο δεύτερο κεφάλαιο πραγματοποιείται βιβλιογραφική ανασκόπηση των ήδη υπαρχόντων πειραματικών μελετών που αφορούν πειράματα φωτιάς μικρής, μεσαίας και μεγάλης κλίμακας με έμφαση στην παρουσίαση αυτών που επικεντρώνονται στην μελέτη των χαρακτηριστικών της φωτιάς εκτός του δωματίου. Στο τρίτο κεφάλαιο πραγματοποιείται πλήρης παρουσίαση των χαρακτηριστικών του κάθε πειράματος. Γίνεται περιγραφή των πειραματικών διατάξεων, ενώ παράλληλα περιγράφεται ο τρόπος που κατασκευάστηκε η διάταξη του δωματίου-πρόσοψης μεσαίας κλίμακας που χρησιμοποιήθηκε. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά, ο τρόπος λειτουργίας και η τοποθέτηση των μετρητικών διατάξεων, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν στις πειραματικές διατάξεις των πειραμάτων.

Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση του κυρίως αντικειμένου της μελέτης αυτής. Περιγράφεται η διεξαγωγή των πειραμάτων και παρουσιάζονται οι μετρήσεις της θερμοκρασίας στο εσωτερικό και εξωτερικό του δωματίου, οι θερμοκρασίες και η ροή θερμότητας στην πρόσοψη, ο ρυθμός απώλειας μάζας του καυσίμου και οι συγκεντρώσεις τοξικών αερίων και οξυγόνου εκτός του δωματίου για κάθε πείραμα. Οι κύριες παράμετροι που μελετώνται είναι το πως επηρεάζουν η ισχύς της φωτιάς εντός του δωματίου, η γεωμετρία του ανοίγματος και η θέση του δοχείου του καυσίμου την ανάπτυξη του εξερχόμενου πλουμίου της φωτιάς από το διαμέρισμα και η επίδραση που έχει στην πρόσοψη. Με αναδιάταξη των θερμοστοιχείων εκτός του δωματίου έγινε επιπλέον, προσπάθεια καθορισμού του κεντρικού άξονα μέγιστης θερμοκρασίας του εξερχόμενου πλουμίου της φωτιάς και πως επηρεάζεται από τη γεωμετρία του ανοίγματος.

Στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν κατά την παρουσίαση όλων των μετρήσεων και της μελέτης για την επίδραση των παραμέτρων που προηγήθηκαν.

Spread of fire is a crucial hazard during a fire in any building. Fire’s plume is one of the most important parameters of fire spread, having crucial influence on building’s façade. So, to ensure effective fire prevention, it is very important to understand and study all the factors and characteristics that effect on fire plume. It is known that the main factors which affect the geometrical characteristics of fire’s plume are fire load, the geometry of the opening where plume comes out of the room and the ventilation of the room. The present work is an experimental study of fire spread in a reduced scale room-façade configuration in under-ventilated conditions.

In first chapter are studied in detail the factors affecting the characteristics of exhaust fire’s plume in case of a fire in an enclosure. There are also given all the theoretical and empirical formulas available for the study of fire characteristics, with emphasis on liquid pool fires which were the basis of the experiments followed. Finally, there is a presentation of fire spread’s conditions in the event of excess fuel or excess air. In the second chapter a literature review of existing experimental studies is performed, involving fire experiments in small, medium and large scale configurations, with emphasis on the presentation of these focused on the study of external fire’s characteristics.

In third chapter there is a presentation in detail of all the characteristics of each experiment. The experimental rig which used in the experiments was a ¼ reduced scale of ISO9705 room, with a façade adjusted on the opening’s wall. There is also a description of the way it constructed and the technical specifications of the measuring devices which were used. Liquid hexane was used as fuel in all experiments.

The main object of this study is presented in fourth chapter. The experiments which were conducted are described, as also given a presentation of measurements. That includes temperature measurements inside and outside of the enclosure, temperatures and heat flux on the façade, mass loss and mass loss rate of the fuel and gas species concentration. The main factors studied are the fire power, the geometry of the opening and the position of the fuel pan inside the enclosure. There was also an effort to determine the centreline of fire plume and how it influenced by the opening’s geometry.

In last chapter are given general conclusions from the experiments that conducted, regarding all the factors were studied.