Диссертация (Огнестойкость ограждающих деревянных легких каркасных конструкций с полимерной теплоизоляцией), страница 7

Температура начала разложения и обугливания древесины и материалов на ее основе 270 °С. Схема установки термопар на исследуемых фрагментах ограждающих легких деревянных каркасных конструкций представлена на рисунке 2.6.39Рисунок 2.6 – Облицовочные плита со стороны огневого воздействия; 3 – деревянные стойки; 4 –теплоизоляция; 5 – облицовочная плита на обратной стороне конструкции;- локация спаев термопар ТnДля расчета теплопередачи в ограждающей ЛДКрК по разработанной модели сполимерной теплоизоляцией карбонизирующего типа использован метод конечныхэлементов (МКЭ) с привлечением программного комплекса Ansys Mechanical.40ГЛАВА 3. ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙИзучению пожароопасных свойств древесины и материалов на ее основе, посвящено достаточно большое количество работ. С 60–70–х годов прошлого столетияполучили большой размах исследования, посвященные изучению пожарной опасности и закономерностей процессов горения твердых горючих материалов, используемых в качестве конструкционных в строительной индустрии, а также разработке эффективных способов снижения их пожарной опасности.

Большой вклад в развитиеданного направления внесли такие отечественные и зарубежные ученые как Абдурагимов И.М., Асеева Р.М., Баратов А.Н., Бахман Н.Н., Берлин А.А., Кодолов В.И.,Леонович А.А., Романенков И.Г., Серков Б.Б., Халтуринский Н.А., Хрулев В.М., DiBlasi, Parker W.J., Tran H.C., Hilado C.J., Tewarson A., Драйздейл Д., De Ris J., RobertsA.F. и многие другие.Согласно Федерального закона №123 классификация строительных материаловпо пожарной опасности основана на таких свойствах и опасных факторах пожара(ОФП) как горючесть, воспламеняемость, способность распространять пламя поповерхности, дымообразующая способность и токсичность продуктов горения.Показатели пожарной опасности используют при расчете динамики нарастания ОФПна начальной стадии развития пожара в помещениях, а также критическойпродолжительности пожара по условию достижения каждым из ОФП предельнодопустимых значений в зоне пребывания людей.Следуетотметить,чтосовременнаябазаэкспериментальныхданных,используемых в моделировании динамики развития пожара и наступления опасныхфакторов пожара с участием древесины ограничена.

Очевидна необходимостьопределения пожароопасных характеристик материалов и конструкций на основе41древесины в зависимости от многочисленных внешних и внутренних факторов.Используемые пожароопасные характеристики древесины в моделировании ипрогнозированиипожарнойопасностиобъектовсналичиемдеревянныхконструкций представлены в большей степени усреднѐнными значениями. Допоследнего времени не учитывались физико–химические и теплофизическиепоказатели самой древесины, имеющие широкие численные расхождения взависимости от ее разновидности, химического состава, соотношения основныхкомпонентов целлюлозы, лигнина, гемицеллюлозы и экстрактивных веществ [53].При строительстве малоэтажных деревянных каркасных зданий в основном используются хвойные породы древесины (ель, сосна, лиственница).

Они применяютсядля возведения несущего каркаса здания. В несущий каркас входят такие конструкции как колонны, стойки, балки, половые лаги. Для возведения каркаса кровельнойконструкции используются стропильные конструкции. Лиственные породы древесины в большинстве случаев применяются для внутренней и внешней отделки здания.Осина широко применятся для отделки саун и бань, дуб используется для напольного покрытия, и т.д. Как правило, древесину, обрабатывают антисептиком, пропиточными составами, лаками и красками, чтобы улучшить эстетические свойства древесины и защитить ее от влаги и гниения. Для внутренней и внешней отделки на малоэтажных объектах очень часто используется отделочные облицовки на основе древесины вагонка, имитация бруса, блок – хаус, обрезная доска, плиты OSB и т.п.В целом натуральная древесина и многие материалы на ее основе относятся кклассу горючих, относительно легко воспламеняющихся материалов, с быстрымраспространением пламени по поверхности, образующие большого количества токсичного дыма (Г4, В3, Д3, Т3, РП3).За рубежом методологии оценки пожарной опасности строительных материаловважное место отводится характеристикам тепловыделения.

Так, например, пожарную опасность деревянных элементов строительных конструкций предложено классифицировать по максимальной скорости тепловыделения, общему тепловыделению42и по скорости нарастания интенсивности тепловыделения до максимального значения. Этот показатель названый, FIGRA (Fire Growth Rate) коррелирует со временемдостижения общей вспышки в помещении и отражает скорость развития пожара.Показатель FIGRA принят в качестве классификационного параметра в среднемасштабном методе по европейскому стандарту EN–13823 [54] и является основнымв крупномасштабном методе по международному стандарту ISO 9705 [55].

В отечественной практике из-за отсутствия стандартизованных оборудования и методов испытания на тепловыделение, применение характеристик тепловыделения для целейклассификации и сертификации материалов пока ограничено. Они введены только втребования правил пожарной безопасности АП-25 в авиастроении. В теории процессов нарастания ОФП, предложенной профессором Ю.А. Кошмаровым, важная рольотводится параметрам скорости тепловыделения. Применение стандартного методаоценки характеристик тепловыделения строительных материалов позволяет использовать надежные численные значения скорости тепловыделения для прогнозирования наиболее жестких (критических) условий воздействия ОФП на людей.

Такимобразом, исследование характеристик тепловыделения при горении древесных материалов в различных условиях внешнего теплового воздействия является весьма важной и актуальной задачей.В настоящей работе с помощью стандартного калориметра OSU, марки HRR3(США) впервые определены характеристики тепловыделения в процессе горениядревесины при воздействии теплового потока интенсивностью 20, 35 и 52 кВт/м2,типичного для реальных пожаров в помещениях различных зданий. Для испытаниябыло подготовлено по 3 образца, каждой разновидности древесины. Образцы располагали вертикально относительно радиационной панели и перпендикулярно к осиволокон древесины.В ходе испытаний через реакционную камеру продувается воздух с заданнымрасходом 40 л/с (0,04 м3/с).

Под действием внешнего радиационного теплового потока образец древесины в реакционной камере начинает разлагаться. Образующиеся43парогазовые продукты термодеструкции материала воспламеняются нижней и дожигаются верхними запальными горелками. Выделяющееся при этом тепло повышаеттемпературу потока воздуха, омывающего на выходе из дымохода горячие спаи пятиспайной термопары.

С помощью компьютеризованной автоматической системысбора и обработки данных, температура отходящих продуктов горения в дымоходеустановки замеряется один раз в секунду.По окончании эксперимента по полученным данным на основе предварительнопроведенной калибровки прибора по известным характеристикам тепловыделенияпри горении метана автоматически рассчитывается максимальная скорость тепловыделения в период испытания и общее тепловыделение за определенный интервалвремени.В качестве основных характеристик тепловыделения использованы следующиепоказатели:– время начала тепловыделения τign с момента воздействия внешней тепловойэнергии (соответствует времени задержки воспламенения);– максимальная (пиковая) скорость тепловыделения СТВмакс ;– время достижения пикового значения скорости тепловыделения τмакс;– общее тепловыделение за определенное время ОТВ;– скорость нарастания интенсивности тепловыделения ∆СТВ/∆τ (FIGRA);– эффективная теплота сгорания Qэф , которая дает возможность оценить коэффициент полноты сгорания η.Расчет скорости выделения тепла СТВ (кВт/м2) осуществляется по формуле:СТВ = Kh (V0 – V1)/S,(3.1)где Kh – термический коэффициент установки, кВт/мВ; V0, V1 — термо–ЭДСдифференциальной многоспайной термопары, мВ; S — площадь испытываемого образца, м2.На рисунках 3.1 и 3.2 в качестве показательных представлены кривые изменения скорости тепловыделения при горении образцов древесины дуба и сосны с44влажностью 4,3 и 6,0 % соответственно во время испытаний на калориметре OSUпри воздействии внешнего радиационного теплового потока плотностью 20 кВт/м2.Как видно из рисунка, изменение скорости тепловыделения в ходе эксперимента характеризуется ярко выраженной двухстадийностью процесса, связанной с двумя видами горения древесины — газо– и гетерофазным.Рисунок 3.1 – Зависимость скорости тепловыделения при горении древесины дуба (3 образца) свлажностью 4,3 % при воздействии теплового потока плотностью 20 кВт/м2Рисунок 3.2 – Зависимость скорости тепловыделения при горении древесины сосны (3 образца) свлажностью 6,0 % при воздействии теплового потока плотностью 20 кВт/м245На двухстадийность процесса тепловыделения при горении древесины влияеттермическая толщина используемого образца.Понятие «термически толстый (тонкий) материал» возникло из общего представления о взаимосвязи условий переноса тепла внутрь образца с размерами последнего.