Низшая теплота сгорания для определения категорий помещений и зданий

19.06.2015
Вопрос № 459

Имеется список оптических и медных кабелей Siemon, которые будут установлены в помещении коммутационной:

Кабель UTP 4х2х,57 кат.6, LSOH, 305 метров на катушке, SOLID 9С6L4-E3
Кабель UTP 4х2х,52 кат.5е, LSOH, 305 метров на катушке, SOLID 9C5L4-E2
Кабель UTP 4х2х,58 кат.6А, LSOH, 305 метров на катушке, SOLID 9C6L4-A5
Кабель оптический 2 волокона, волокно OM3 50/125, многомод, плотный буфер, 10Gb, XGLO™, LSOH 9GD6L002В-Т306M
Кабель оптический 4 волокона, волокно OM3 50/125, многомод, плотный буфер, 10Gb, XGLO™, LSOH 9GD5L004С-Т306M
Кабель оптический 8 волокон, волокно OM3 50/125, многомод, плотный буфер, 10Gb, XGLO™, LSOH 9GD5L008E-Т306M
Кабель оптический 16 волокон, волокно OM3 50/125, многомод, плотный буфер, 10Gb, XGLO™, LSOH 9GD5L016К-Т306M
Кабель оптический 24 волокон, волокно OM3 50/125, многомод, плотный буфер, 10Gb, XGLO™, LSOH 9GD5L024L-Т306M
Кабель оптический 48 волокон, волокно OM3 50/125, многомод, плотный буфер, 10Gb, XGLO™, LSOH 9GD5L048G-Т306M
Кабель оптический 16 волокон, волокно OS2 9/125, одномод, плотный буфер, 10Gb, XGLO™, LSOH 9GD8L016К-Е206M

Есть также медные и оптические коммутационные шнуры.

Для них нужны:

  1. Удельная пожарная нагрузка кабеля g, МДж·м–2;
  2. Количество горючего материала— количество i-того материала пожарной нагрузки, кг (вес одного погонного метра кабеля);
  3. Низшая теплота сгорания— низшая теплота сгорания i-того материала пожарной нагрузки (кабеля), МДж·кг–1.

Можете ли вы предоставить эти данные?


Часть 1. Методика расчетов

Прежде всего, определимся с терминами, поскольку вопрос поставлен не вполне корректно.

  1. Удельная пожарная нагрузка относится не к кабелю, и списка «тип кабеля – величина в МДж/м2» вы не найдете, его нет и быть не может. Удельная пожарная нагрузка рассчитывается для помещения, в котором проложены разные типы и количества кабеля, причем учитывается, какую площадь они занимают. Именно поэтому размерность удельной пожарной нагрузки – Джоули (Мегаджоули) на квадратный метр.
  2. В расчете удельной пожарной нагрузки фигурируют количества разных материалов, создающих эту пожарную нагрузку – фактически, все то, что может гореть. Вы пишете про вес одного погонного метра кабеля, но на самом деле учитывать нужно массу горючих составляющих в кабеле, а не весь кабель. Именно горючая масса формирует пожарную нагрузку – в основном это изоляция кабелей.
  3. К формулировке третьего пункта поправок нет, она корректна.

Все эти термины, показатели и величины используются в «Методе определения категорий помещений В1 – В4», как его описывают документы МЧС «Об утверждении свода правил "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности», обязательное Приложение Б. Тот же подход используется и в других нормативных документах, в том числе в ведомственных инструкциях. Далее приводим выдержки из документа, относящиеся к вашему вопросу, и наши комментарии.

………

По взрывопожарной и пожарной опасности помещения подразделяются на категории А, Б, В1 – В4, Г и Д, а здания – на категории А, Б, В, Г и Д.

[Комментарий раздела консультаций]: в вашем вопросе речь о помещении, даем классификацию для них.

Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

Категория помещения Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А
повышенная взрывопожароопасность
Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28°C в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа, и (или) вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.
Б
взрывопожароопасность
Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28°C, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа.
В1 – В4
пожароопасность
Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они находятся (обращаются), не относятся к категории А или Б.
Г
умеренная пожароопасность
Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени, и (или) горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.
Д
пониженная пожароопасность
Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии.

………

Отнесение помещения к категории В1, В2, В3 или В4 осуществляется в зависимости от количества и способа размещения пожарной нагрузки в указанном помещении и его объемно-планировочных характеристик, а также от пожароопасных свойств веществ и материалов, составляющих пожарную нагрузку.

[Комментарий раздела консультаций]: к вашему случаю относятся категории В1 – В4, пожароопасность. Причем велика вероятность, что ваше помещение будет отнесено к категории В4, но это должно быть подкреплено расчетами.

Методы определения категорий помещений В1 – В4

Определение категорий помещений В1 – В4 осуществляют путем сравнения максимального значения удельной временной пожарной нагрузки (далее – пожарная нагрузка) на любом из участков с величиной удельной пожарной нагрузки, приведенной в таблице:

Удельная пожарная нагрузка и способы размещения для категорий В1 – В4

Категория помещения Удельная пожарная нагрузка g на участке, МДж/м2 Способ размещения
В1 Более 2200Не нормируется
В2 1401 – 2200В соответствии с расчетом, см. далее
В3 181 – 1400В соответствии с расчетом, см. далее
В4 1 – 180На любом участке пола помещения площадь каждого из участков пожарной нагрузки не более 10 кв. м. Способ размещения участков пожарной нагрузки определяется в соответствии с расчетом, см. далее.

………

При пожарной нагрузке, включающей в себя различные сочетания (смесь) легковоспламеняющихся, горючих, трудногорючих жидкостей, твердых горючих и трудногорючих веществ и материалов в пределах пожароопасного участка пожарная нагрузка Q (в МДж) определяется по формуле:

Формула расчета пожарной нагрузки

где

Количество горючего материала– количество i-го материала пожарной нагрузки, кг;

Низшая теплота сгорания– низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДж/кг.

Удельная пожарная нагрузка g (в МДж/м2) определяется как отношение рассчитанной пожарной нагрузки к занимаемой площади:

Формула расчета удельной пожарной нагрузки

где S – площадь размещения пожарной нагрузки, м2, не менее 10 м2.

В помещениях категорий В1 – В4 допускается наличие нескольких участков с пожарной нагрузкой, не превышающей значений, приведенных в таблице выше.

Часть 2. Практика применения

Для выполнения расчетов необходимо определить массу в кг для каждого горючего материала, который будет находиться в помещении. Строго говоря, для этого необходимо знать, сколько изоляции и других горючих компонентов находится в каждом метре кабеля соответствующего типа, а метраж взять из вашего проекта. Но обычные спецификации на продукцию в лучшем случае содержат погонный вес в г/м или кг/км для кабеля как единого целого, его формируют все элементы, включая негорючие. Из нетто-величины исключена только упаковка – катушка или коробка.

В оптических кабелях, не имеющих брони или встроенных несущих металлических тросов, с этим можно согласиться и использовать погонный вес в расчетах как есть, сознательно пренебрегая массой кварцевого волокна, поскольку она невелика. Вот, например, погонные веса для универсальных кабелей XGLO™ и LightSystem с плотным буфером, предназначенных для внутреннего/внешнего применения (артикул начинается с символов 9GD(X)H......, такие кабели есть в вашем списке):

Кол-во волокон Погонный вес, кг/км
423
625
830
1235
1649
2461
48255
72384

А это таблица для кабелей XGLO™ и LightSystem со свободным буфером, тоже предназначенных для внутреннего/внешнего применения (артикул начинается с символов 9GG(X)H......):

Кол-во волокон Погонный вес, кг/км
267
467
667
867
1267
16103
24103
36103
48115
72115
96139
144139

Так, если в помещении проложен участок длиной 25 м из десяти кабелей по 24 волокна каждый, их суммарный вес составит 15,25 кг для кабеля с плотным буфером и 25,75 кг для кабеля со свободным буфером. Как видите, цифры могут отличаться, и для больших количеств кабеля разница может оказаться весьма существенной.

В бронированных же оптических кабелях и в медных кабелях витая пара значительная доля погонного веса формируется массой металла, и тогда разброс цифр и отличие погонного веса от содержания горючих веществ может быть еще больше. К примеру, вес нетто 1 км кабеля витая пара может варьироваться от 21 кг до 76 кг в зависимости от категории, производителя и наличия/отсутствия экрана и других конструктивных элементов. При этом простой расчет показывает, что для категории 5е с диаметром жилы 0,511 мм минимальный вес меди в 1 км (8 проводников, плотность меди 8920 кг/м3) составит 14,6 кг, а для категории 7А с диаметром жилы 0,643 мм – не менее 23,2 кг. И это без учета повива, который приводит к тому, что по факту длина медных проводников будет заведомо больше 1 км.

На том же участке в 25 м из, допустим, 120 кабелей витая пара суммарная масса кабелей может составлять от 63 кг до 228 кг в зависимости от их типа, при этом меди в них может быть от 43,8 кг и выше для категории 5е и от 69,6 кг и выше для категории 7А.

Разница велика даже для тех количеств, что мы взяли, имея в виду не самое большое телекоммуникационное помещение, в которое кабель заведен через подвесной лоток или трассу под фальшполом. Для бронированных и других специфических кабелей с металлическими элементами конструкции разница будет гораздо больше, но при этом их можно встретить в основном на улице, а не в помещениях.

Если относиться к расчету строго, то для каждого типа кабеля нужно иметь полную раскладку по входящим в его состав горючим и негорючим компонентам и по их весовому содержанию в единице длины. Кроме того, для каждого горючего компонента необходимо знать низшую теплоту сгорания в МДж/кг. Для полимеров, широко используемых в телекоммуникациях, различные источники приводят следующие значения низшей теплоты сгорания:

  • Полиэтилен – от 46 до 48 МДж/кг
  • Поливинилхлорид (ПВХ) – от 14 до 21 МДж/кг
  • Политетрафторэтилен (фторопласт) – от 4 до 8 МДж/кг

В зависимости от того, какие исходные данные вы используете, на выходе можно получить разные результаты. Приведем 2 примера расчета для уже упоминавшегося помещения со 120-ю кабелями витая пара:

Пример 1.

  • 120 кабелей витая пара категории 5е
  • Оболочка ПВХ, низшая теплота сгорания 18 МДж/кг
  • Погонный вес кабеля 23 кг/км
  • Длина лотка 25 м, ширина 300 мм

Полный вес кабеля (без исключения негорючих компонентов)

Gi = 120 · 25 м · 23·10-3 кг/м = 69 кг

Q = 69 кг · 18 МДж/кг = 1242 МДж

Sлотка = 25 м · 0,3 м = 7,5 м2

В соответствии с методикой расчета необходимо использовать в вычислениях площадь не менее 10 м2.

g = 1242 / 10 = 124,2 МДж/м2

Удельная пожарная нагрузка относится к диапазону от 1 до 180 МДж/м2, при том, что мы не вычитали весовое содержание меди в кабеле. Если бы вычли, то помещение тем более было бы отнесено к категории В4.

Пример 2.

  • 120 кабелей витая пара категории 6/6A
  • Калибр жилы 23 AWG
  • Оболочка ПВХ, низшая теплота сгорания 18 МДж/кг
  • Погонный вес кабеля 45 кг/км
  • Длина лотка 25 м, ширина 300 мм

Полный вес кабеля без исключения негорючих компонентов

Gi = 120 · 25 м · 45·10-3 кг/м = 135 кг

Q = 135 кг · 18 МДж/кг = 2430 МДж

Sлотка = 25 м · 0,3 м = 7,5 м2

В соответствии с методикой расчета необходимо использовать в вычислениях площадь не менее 10 м2.

g = 2430 / 10 = 243 МДж/м2

Удельная пожарная нагрузка превысила 180 МДж/м2 и попала в диапазон, соответствующий более высокой категории помещения В3. Но если бы мы вычли вес меди, расчет был бы иным.

Калибр жилы 23 AWG соответствует диаметру 0,574 мм. В кабеле 8 медных проводников, следовательно, в каждом километре кабеля содержится как минимум 18,46 кг меди.

Gi = 120 · 25 м · (45 – 18,46) · 10-3 кг/м = 79,62 кг горючих компонентов

Q = 79,62 кг ·18 МДж/кг = 1433,16 МДж

g = 1433,16 / 10 = 143,3 МДж/м2

В этом случае мы получаем категорию помещения В4. Как видите, компонентная составляющая может влиять на расчеты весьма существенно.


Точные данные о весовом содержании и низшей теплоте сгорания можно получить только у производителя конкретного наименования продукции. Иначе вам придется лично «распотрошить» каждый конкретный тип кабеля, на высокоточных весах замерить массу каждого элемента, установить все химические составы (что само по себе может быть весьма нетривиальной задачей, даже если вы располагаете хорошо оборудованной химической лабораторией). И уже после всего этого провести точный расчет. Для кабеля категории 6/6А в нашем расчете, например, не был учтен вес и материал перегородки-разделителя. Если он изготовлен из полиэтилена, нужно учесть, что его низшая теплота сгорания выше, чем у ПВХ.

Химические и физические справочники приводят величины низшей теплоты сгорания для чистых веществ и ориентировочные значения для наиболее популярных строительных материалов. Но производители могут использовать смеси веществ, присадки, варьировать весовое содержание компонентов. Для точных расчетов нужны данные от конкретного производителя по каждому типу продукции. В открытом доступе они обычно не лежат, но по запросу их должны предоставлять, это не секретная информация.

Тем не менее, если такую информацию ждать предстоит долго, а расчет делать нужно сейчас, можно выполнить прикидочные вычисления, закладывая максимальные величины – т.е. брать худший сценарий. Проектировщик выбирает максимально возможное значение низшей теплоты сгорания, максимально большое весовое содержание горючих веществ, намеренно ошибаясь в большую сторону, не в свою пользу. В каких-то случаях из-за этого помещение попадет в более опасную категорию, как сначала получилось у нас в Примере 2. «Ошибаться» в другую сторону, намеренно делая расчеты более оптимистичными, категорически нельзя. В случае любых сомнений трактовка всегда должна быть в сторону дополнительных мер безопасности.

Пожалуйста, оцените представленный материал:

(Голосов: 7, Рейтинг: 4.86)