CALCULUL SARCINII SI DENSITATII TERMICE DE INCENDIU Introducere Sarcina termica de incendiu constituie cel mai important parametru al pericolului (riscului) de incendiu. In prezent se utilizeaza doua notiuni privind sarcina termica: sarcina termica S Q calculata conform STAS 10903/2-79, care este o sarcina potentiala cu putere termica maxima data de puterea calorifica inferioara Q i, in cazul arderii complete; din aceasta se calculeaza densitatea sarcinii termice q s care este tot maxima; sarcina termica caracteristica Q fi,k care este o sarcina termica corectata, calculata potrivit standardului de referinta SR EN 1991-1-2;2004, prin folosirea puterii calorifice inferioare H ui tinand seama de umiditatea materialelor si corectarea cu coeficientul facultativ Ψ i care permite evaluarea sarcinii termice protejate; din aceasta se determina : - densitatea sarcinii termice caracteristice q f,k ; - valoarea de calcul a densitatii sarcini termice q f,d ; Concepte cheie: sarcina termica de incendiu; densitatea sarcinii termice de incendiu; densitatea sarcinii termice caracteristice si valoarea de calcul a acesteia; REZUMAT Sarcina termica si densitatea acesteia se pot determina prin doua cai stabilite prin reglementari: - standardul STAS 10903/2-79; - standardul de referinta SR EN 1991/1-2 ( Eurocodul 1 ); 1. Calculul sarcinii termice potrivit STAS 10903/2-79 [ kg ] ; [ MJ/m 3 N] ; Sarcina termica S Q se determina cu relatia: n S Q = Σ Q i M i in [ MJ ] in care: (1) i = 1 M i - masa materialelor combustibile de acelasi fel, aflate in spatiul luat in considerare n numarul materialelor de acelasi fel; Q i puterea calorifica inferioara PCI a unui material, solid sau lichid [ MJ/kg] ori gazos PCI se determina conform STAS 8790-71, care este inlocuit cu SR EN 1716/2002. Densitatea sarcinii termice q s se calculeaza cu relatia:
q s = S Q /A s in [ MJ/m 2 ] in care : (2) A s suma ariilor pardoselilor incaperilor ce alcatuiesc spatiul luat in considerare [ m 2 ] 2. Calculul sarcinii termice si densitatii acesteia conform SR EN 1991-1-2 Sarcina termica caracteristica Q fi,k este definita prin relatia: Q fi,k = Σ M k,i H u i Ψ = ΣQ fi, k, i in [ MJ ] in care : (3) M k,i - cantitatea de material combustibil [ kg ], relatia: H ui - puterea calorifica inferioara in [ MJ/kg ] determinata conform SR EN ISO 1716 prin H ui =H u0 ( 1-0,01 u) 0,025 u in [MJ/kg] in care: (4) u - umiditatea exprimata in procente din masa uscata, H u0 puterea calorifica inferioara a materialelor uscate; Ψ - coeficient facultativ care permite evaluarea sarcinii termice protejate. Exemple de valori ale H u sunt in Tabelul 4. Sarcinile termice sunt: - permanente, care nu variaza pe durata de viata a cladirii; - variabile, care sunt susceptibile sa se modifice pe durata de viata a cladirii, fara a depasi 80 % din timp; - specifice destinatiei; - aferente constructiei ( elemente de constructie, acoperiri, finisaje etc); Sarcinile termice amplasate in incinte incombustibile proiectate pentru a rezista la expunerea la foc nu se iau in calcul, fiind considerate sarcini termice protejate. relatia: Densitatea sarcinii termice caracteristice q f,k pe unitatea de suprafata se calculeaza prin q f,k = Q fi,k / A in [ MJ/m 2 ] in care: (5) A suprafata planseului ( A f ) a compartimentului sau a spatiului de referinta, ori aria suprafetei interioare ( A i ) a compartimentului, rezultand, dupa caz, q f,k sau q i,k. Valoarea de calcul a densitatii sarcinii termice q f,d se calculeaza conform Eurocodului 1 pe baza densitatii sarcinii termice caracteristice q f,k prin urmatoarea relatie: q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ q n in [ MJ/m 2 ] in care: (6)
q fk - sarcina termica caracteristica vezi Tabelul 1 m - coeficientul de ardere pentru materiale preponderent celulozice m = 0,8 δ q1 coeficient care tine seama de riscul de initiere a incendiului datorat marimii compartimetului vezi Tabelul 2 δ q2 coeficient care tine seama de riscul de initiere a incendiului functie de destinatia spatiului vezi Tabelul 2 δ n 10 incendiului i.aceste Vezi Tabelul 3. = Π δ ni - coeficient care ia in considerare unele masuri active de aparare impotriva i = 1 masuri active sunt in general impuse din motive de securitate a vietii utilizatorilor. Determinarea densitatii sarcinii termice se face luand tinand seama de toate materialele combustibile din cladire sau din compartimentul de incendiu si din partile combustibile ale constructiei, inclusiv acoperirile si finisajele. Evaluarea densitatii sarcinii termice se face, de regula, pe baza clasificarii sarcinilor termice specifice cuantificate dupa tipuri de destinatii ale cladirilor luind in calcul, dupa caz, si sarcinile termice aferente constructiei, care nefiind clasificate in tabele trebuie determinate conform relatiilor generale. In cazul incintelor speciale, care nu sunt clasificate in tabele, densitatea sarcinii termice se calculeaza intrun mod particular, ca proiect individualizat. In prealabil se poate face un studiu de caz privind sarcina termica corespunzatoare destinatiei incintei. Tabelul 1.Densitatea sarcinii termice caracteristice q f,k [ MJ/] pentru unele destinatii Destinatia Medie Fractila 80% Locuinte 780 948 Spitale ( camere) 230 280 Hoteluri ( camere) 310 377 Biblioteci 1500 1824 Birouri 420 511 Clase de scoala 285 347
Centre comerciale 600 730 Teatre, cinema 300 365 Transport ( spatiu public) 100 122 Nota: - Distributia de tip Gumbel este aplicabila pentru fractila 80% - Valorile de mai sus ale q f,k se aplica pentru δ q2 egal cu 1. Tabelul 2. Coeficienti privind riscul de initiere a incendiului δq1 ( pt.suprafata) si δ q2 ( pt.destinatie) Suprafata planseului compartimentului Riscul de initiere a incendiului Riscul de initiere a incendiului Exemple de destinatii A f [ m 2 ] δ q1 (pentru suprafata) δ q2 (pentru destinatie) 25 1,10 0,78 galerii de arta, muzee, piscine 250 1,50 1,00 birouri, locuinte, hoteluri, industria de papetarie 2500 1,90 1,22 industria constructiilor de masini si motoare 5000 2, 00 1.44 laboratoare de chimie, ateliere de vopsitorie 10000 2,13 1,66 fabrica de artificii sau de vopsele ) Tabelul 3. Coeficienti pentru masuri active de lupta impotriva incendiilor δ ni ( notati in tabel Δ n1-10
Stingere automata a incendiului Sistem automat de stingere cu apa Δ n1 0,61 Fara sursa independenta de apa Δ n2 1,00 Are o sursa independenta de apa Δ n2 0,87 Are 2 surse independente de apa Δ n2 0,7 Detectie automata a incendiului Detectie si alarma automate prin caldura Δ n3 0,87 sau 0,73 Detectie si alarma automata prin fum Δ n4 Alarmare automata pompieri Δ n5 0,87 Stingere manuala a incendiului Serviciu propriu de pompieri Δ n6 0,61 sau o,78 Serviciu privat cu contract Δ n7 Cai de acces libere Δ n8 0,9 sau 1,0 sau 1,5 Echipamente de lupta impotriva incendiului Δ n9 1,0 sau 1,5 Sisteme de desfumare Δ n1 0 1,0 sau 1,5 Nota: - In situatia in care masurile din Tabelul 3 sunt prevazute conform normelor se recomanda sa se considere valorile δ ni ca fiind egale cu 1,0. coeficientilor δ ni corespunzatoare celor lipsa sa fie egale cu 1,5. Daca nu au fost prevazute, se recomanda ca valorile - In cazul cand scarile se pun in suprapresiune in momentul alertarii de incendiu, coeficientul δ n8 se poate lua egal cu 0,9. - Consideratiile de mai sus se bazeaza pe ipoteza ca cerintele standardelor europene privind sprinklerele, alarmarea si sistemele de desfumare sunt respectate.
Tabelul 4. Puterea calorifica inferioara H u [ MJ/kg ] a unor materiale combustibile, determinata conform SR EN ISO 1716 si utilizata la calculul sarcinii termice Nr.crt. Materiale H u 1 Lemn 17,5 2 Bumbac, hartie, carton, matase, paie, lana, imbracaminte, pluta si alte materiale solide celulozice 20 3 Antracit, carbune de lemn, carbune si alte produse solide pe baza de carbon 30 4 Butan, etan, metan, propan si alte parafine 50 5 Butena, etilena, propilena si alte olefine 45 6 Benzen, toluen si alte aromate 40 7 Alcool etilic, etanol, metanol si alti alcooli 30 8 Benzina, petrol ( gaz lampant), motorina (Diesel) 54 9 Polietilena, polistiren, polipropilena si alti hidrocarbonati plastici puri 40 10 Alchilbenzensulfonat ABS ( material plastic solid) 35 11 Poliester (plastic solid) 30 12 Poliuretan, poliizocianurat (plastice solide) 25 13 Policlorura de vinil PVC (material plastic) 20 14 Anvelope de cauciuc 30
15 Piele 20 3. Algoritm de calcul comparativ a densitatii sarcinii termice de incendiu : a ) Potrivit STAS 10903/-79: - se identifica materialele combustibile si masa acestora in kg sau m 3 N - se extrage din baza de date (tabele) valoarea puterii calorifice inferioare Q i in [MJ/kg] pentru fiecare material solid ori lichid sau in [ MJ/m 3 N ] pentru gaze; - se calculeaza sarcina termica Q i M i in [ MJ] pentru fiecare material ; - se calculeaza sarcina termica totala S Q folosind relatia ( 1 ). - se calculeaza densitatea sarcinii termice de incendiu folosind relatia ( 2 ). b ) Potrivit SR EN 1991-1-2: - se identifica materialele combustibile si masa acestora in kg sau m 3 N, - se extrage din baza de date valoarea puterii calorifice inferioare H ui in [ MJ/kg] folosind Tabelul 4 ori relatia ( 4 ); - se stabileste valoarea coeficientului facultativ Ψ; - se determina sarcina termica caracteristica Q fi,k prin aplicarea relatiei ( 3): - se determina densitatea sarcinii termice caracteristice q f,k din Tabela 1 sau cu relatia ( 5); - se stabilesc coeficientii care intra in relatia ( 6 ) utilizand Tabelele 2 si 3 - se determina valoarea de calcul a densitatii sarcinii termice de incendiu q f,d cu relatia ( 6 ); In urma efectuarii unor determinari pe situatii ( obiective) concrete se pare ca : - exista diferente semnificative intre valorile puterii calorifice inferioare Q i si H ui ale aceluiasi material, reflectate in sarcina termica si densitatea acesteia calculate prin cele doua cai; s - intre densitatea sarcinii termice caracteristice q f,k data de relatia ( 5 ) si densitatea sarcinii termice q data de relatia ( 2 ) diferentele se datoresc umiditatii si coeficientului facultativ Ψ; - valoarea de calcul a densitatii termice de incendiu q f,d determinata prin relatia ( 6) este, in conditii de respectare a cerintelor normative, cu mult mai mica decat q s si q f,k,datorita unor coeficienti δ ni subunitari; ca urmare si riscul de incendiu calculat astfel este mai mic; - valoarea de calcul a densitatii sarcinii termice q f,d, prin continutul relatiei (6 ) de determinare, seamana partial cu intelesul de pericol sau de risc de incendiu.