Автореферат (Пожаробезопасное применение напольных покрытий в зданиях с планировкой коридорного типа), страница 3

Дляэкспериментального исследования выбраны методы оценки количественныхпараметров: способности распространять пламя по поверхности материала,образовывать дымовую среду, воспламеняемости, токсичности.Данная методика заключается в обосновании выбранных типов НП дляиспытаний и способов математической обработки результатов эксперимента.Технические характеристики образцов НП, выбранных для экспериментальнойчасти исследования, представлены в таблице 2.Для обработки экспериментальных данных была выбрана модель полногофакторного эксперимента типа 3k, количество точек в плане N = 3k, где k –количество факторов влияния на систему (дымообразование притермоокислительном разложении (тлении) НП).

Основной целью примененияданного метода является получение функции отклика системы y = f (X1, X2, X3),где: X1 – фактор 1 – плотность теплового потока, кВт/м2;X2 – фактор2 – поверхностная плотность образца, г/м2;X3 – фактор3 – средняя масса образца, г/высота ворса, мм, длянапольных ковровых покрытий;Y – отклик системы – ослабление света в дымовой среде (мА),которую представляют в аналитическом виде для дальнейшейинтерпретации модели с учетом задач исследования (анализ значимостистатистических коэффициентов модели, их взаимодействий, адекватностимодели), а также нахождения оптимальных условий внешнего тепловоговоздействия на образец НП во время испытаний.9Таблица 2 – Технические характеристики образцов НПНапольноепокрытиеПокрытие напольноеполивинилхлоридноегетерогенноеПокрытие напольноеполивинилхлоридноегетерогенноеПокрытие напольноеполивинилхлоридноегетерогенноеПокрытие напольноеполивинилхлоридноегетерогенноеПокрытие напольноеполивинилхлоридноегомогенноеПокрытие напольноеполивинилхлоридноегомогенноеПокрытие напольноеполивинилхлоридноегомогенноеКовровая дорожкаКовровая дорожкажаккардоваяПоверхностнТолщина, аяплотность,ммкг/м2Для напольных ковровых покрытийВысота ворса,ммМатериалворсаМатериалподложки22,85–––3,02,9–––1,62,9–––3,32,9–––2,03,4–––2,03,7–––1,69,4–––2,589(разрезной)ПолипропиленСмешаннаяпряжа(60 % ПЭ + 40% ХБ)11,5101,78Ковровая дорожкажаккардовая11,21,87Ковровое покрытиеКовровое покрытие1279,51,8Ковровое покрытие5,01,5Ковровое покрытие9,02,1Ковровая дорожка112,688и5Смешанная(комбинированный ворс:Полипропилен (60 %пряжаПЭ + 40 %разрезной,ХБ)петлевой)8,6 и 5Смешанная(комбинированный ворс:Полипропилен (60 %пряжаПЭ + 40 %разрезной,ХБ)петлевой)9ПолиамидДжут5ПолиамидВойлок(разрезной)3ПолиамидПолиэстер80 %Шерсть +7,5х/б, джут20 %(разрезной)нейлонПряжаполиэфирнохлопковая9,5Шерсть(50 % ПЭ + 50% ХБ; 65 % ПЭ+ 35 % ХБ)В выводах второй главы отмечено, что распространенными иприменяемыми являются покрытия пола из полимерных материалов, а именно:ПВХ-покрытия гомогенного и гетерогенного типа и напольные ковровыепокрытия с ворсом на основе из полиамида (ПА), полипропилена (ПП) ишерсти (Ш); для последующих испытаний выбраны материалы с повышеннойпожарной опасностью, обладающие классом пожарной опасности не нижеКМ3.10Третья глава «Экспериментальные исследования пожарнойопасности напольных покрытий» содержит результаты экспериментальныхисследований количественных параметров пожароопасных свойств НП.Рассмотрены основные аспекты поведения материалов НП в условияхпроведения стандартных испытаний при воздействии теплового потокаплотностью от 15 до 35 кВт/м2, представлены результаты комплексныхисследований по оценке способности распространять пламя по поверхности иобразовывать дымовую среду для получения эмпирических зависимостейпроцессов, происходящих при воспламенении и горении полимерных НП.На рисунке 1 изображены результаты экспериментального исследованиядымообразующей способности НП при заданном воздействии теплового потока.На рисунке 2 представлена функциональная связь скорости изменения оптическойплотности дыма при термоокислительном разложении (тлении) материала привоздействии тепловых потоков различной плотности (15, 25, 35 кВт/м2).

Порезультатам испытаний были рассчитаны значения показателя дымовыделениядля испытанных НП, как определенный интеграл зависимости оптическойплотности дыма от времени в установленном диапазоне плотности тепловогопотока (таблица 3).Оптическая плотностьдыма, Оd3,02,552,01,541231,00,50,0101520253035Плотность теплового потока, q. кВт/мРисунок 1 – Зависимость оптической плотности дыма от плотности теплового потока врежиме термоокислительного разложения (тления) материалов напольных покрытий:1 – ПВХ гетерогенного типа; 2 – ПВХ гомогенного типа; 3 – напольное ковровое покрытие(ворс – полиамид); 4 – напольное ковровое покрытие (ворс – шерсть); 5 – напольноековровое покрытие (ворс – полипропилен)2Скорость измененияоптической плотностидымовой среды0,0250,0200,01530,010210,0050,00010110210310410510610Время, t, сРисунок 2 – Динамика изменения оптической плотности дымовой среды при воздействиитеплового потока различной плотности в условиях стандартных испытанийпо ГОСТ 12.1.044–89 для ПВХ гомогенного типа: 1 – 15 кВт/м2; 2 – 25 кВт/м2; 3 – 35 кВт/м211Таблица 3 – Результаты исследования динамики изменения оптической плотности дымовойсреды Od = f(t)Времянаступлениямаксимальногоослабления света,сПВХ гомогенного типаПлотностьтепловогопотока, кВт/м2Максимальнаяоптическаяплотность дыма,Нп150,48620250,87560351,35470df (t )t mindt0, 2312dtt0,3892dy =dtt0,5818dy =dttdy =∫f(t )dtt0178,5319,4413,0ПВХ гетерогенного типа150,58800250,91830351,65900, 2989dtt0, 4806dy =dtt0, 2421dy =dttdy =390,2677,1239,7Напольные ковровые покрытия с ворсом на основе полиамида150,45890251,3740351,97400, 4038dtt0, 4976dy =dtt0, 4277dy =dttdy =799,7688,1597,9Напольные ковровые покрытия с ворсом на основе полипропилена151,1890251,9860352,48000, 4596dtt0,516dy =dtt0, 4189dy =dttdy =766,9869,1673,0Напольные ковровые покрытия с ворсом на основе шерсти150,75830251,2740351,77700, 448dtt0,5042dy =dtt0, 4125dy =dttdy =699,9663,7638,4Примечание:t – время, с; t0 – время начала испытания, с; tmin – время достижения минимальнойвидимости (максимального ослабления света), с.12В целях построения комплекса математических моделей рассматриваетсясерия предварительно спланированных испытаний по оценке параметровдымообразования.По результатам факторного эксперимента были получены видыповерхностей отклика системы при фиксированных значениях каждогоиз факторов для каждого типа напольного покрытия.

Геометрические образыповерхности моделей представляют собой чаще всего гиперболическийпараболоид второго порядка с выпуклой или вогнутой поверхностью(рисунки 3 и 4).абвгРисунок 3 – Поверхность отклика системы для исследуемых напольных покрытий прификсированном значении величины плотности теплового потока 25 кВт/м2:а – ПВХ-покрытия; б – напольные ковровые покрытия (ворс на основе полиамида);в – напольные ковровые покрытия (ворс на основе полипропилена);г – напольные ковровые покрытия (ворс на основе шерстяной пряжи)абвРисунок 4 – Поверхность отклика системы для напольных ковровых покрытийпри фиксированном значении высоты ворса 5 мм:а – напольные ковровые покрытия (ворс на основе полиамида); б – напольные ковровыепокрытия (ворс на основе полипропилена); в – напольные ковровые покрытия(ворс на основе шерстяной пряжи)Улучшенный вид математической модели дымообразования приразличных плотностях теплового потока для всех исследованных материалов сучетом незначимых эффектов взаимодействия имеет вид полинома второйстепени:– для НП ПВХ гомогенного и гетерогенного типов:y = f ( X1, X 2 , X 3 ) == 305, 78 + 67, 44 x1 + 6,39 x2 − 27,58 x1 x2 + 7,83 x1 x3 + 49,5 x22 + 7,33 x32 ;13(1)– для напольных ковровых покрытий с ворсом на основе полиамида:y f==( X1, X 2 , X 3 )= 213,11 + 38, 28 x1 + 24, 28 x2 − 1, 06 x3 − 7, 08 x2 x3 − 3,58 x1 x3 + 48,5 x12 + 24,5 x22 − 1,5 x32 ;(2)– для напольных ковровых покрытий с ворсом на основе полипропилена:=y f=( X1, X 2 , X 3 )= 241,56 + 19,94 x1 + 2, 28 x2 − 12 x3 + 9,5 x1 x2 − 2, 25 x2 x3 − 12, 67 x1 x3 + 28,83 x12 − 19,83 x22 − 40,33 x32 ;(3)– для напольных ковровых покрытий с ворсом на основе шерстянойпряжи:y = f ( X1, X 2 , X 3 ) == 305, 44 + 59,89 x1 − 10, 44 x2 − 16, 22 x3 − 3,17 x1 x2 + 57,5 x2 x + 7, 67 x12 + 43,33 x22 + 4 x32 .(4)Полученные уравнения являются описанием системы и позволяютпрогнозировать значения искомого параметра для заданных условий в областипостроения эксперимента, воспроизводить графическое представление функциии находить области экстремальных значений.Таким образом, точки минимумов функции поверхности отклика каждойисследованной системы являют собой наиболее благоприятные (оптимальные)условия для достижения минимального светопропускания (критическогоуровня задымления камеры измерений), а величина плотности тепловогопотока при испытаниях для каждого материала напольного покрытия можетварьироваться в области экстремальных значений поверхности согласнозначениям, занесенным в таблицу 4.Полиномиальные модели (1–4) описывают исследуемый процессдымообразования для выбранных типов НП и могут использоваться дляпрогнозирования при иных условиях эксперимента, как расчетноаналитический метод.Таблица 4 – Глобальные экстремумы модели дымообразования при термоокислительномразложении (тлении) напольных покрытий в условиях стандартных испытанийТочкаX3YX1X2экстремумаMinimumMaximumMinimumMaximumMinimumMaximumMinimumMaximumПокрытия на основе ПВХ35 кВт/м21г1955 г/м215 кВт/м20,8 г3700 г/м2Напольные ковровые покрытия (ворс – полиамид)29 кВт/м22500 г/м210 мм2215 кВт/м1780 г/м10 ммНапольные ковровые покрытия (ворс – полипропилен)1780 г/м25 мм27 кВт/м2215 кВт/м2365 г/м28,6 ммНапольные ковровые покрытия (ворс – шерсть)1780 г/м29 мм35 кВт15кВт2680 г/м25 мм231,93 мА458,31 мА195,58 мА366,76 мА167,94 мА293,11 мА233,76 мА519,07 мАДля проведения исследования динамики изменения падающего тепловогопотока, а также определения времени достижения критических величин ОФПпри пожаре с участием НП, был выполнен анализ объемно-планировочных14решений общественных зданий с планировкой коридорного типа с цельювыбора размеров помещения для симуляции натурного наблюдения впрограмме, реализующей полевую модель тепломассопереноса при пожаре(FDS), и определен наихудший сценарий развития пожара.Измерители значений ОФП были установлены в плоскости, отступающейот дверного проема помещения очага пожара, на уровне рабочей зоны навысоте 1,7 м, а также по длине и высоте коридора через равные промежутки сшагом в 2 м (таблица 5, рисунок 5).Таблица 5 – Измерители, установленные в помещениях этажаПараметрдля измеренийТемпература, °СТепловой поток, кВт/м2Оптическая плотность дымаТепловой поток, кВт/м2Температура (расположениетермопар), °СТемпература, °СВидимость, мТепловой поток, кВт/м2Концентрациямонооксида углерода, CO,кг/м3Концентрация оксидауглерода, CO, кг/м3Концентрация кислорода,O2, кг/м3Концентрация хлористоговодорода, HCl, кг/м3Температура, °СВидимость, мТепловой поток, кВт/м2Концентрациямонооксида углерода, CO,кг/м3Концентрация оксидауглерода, CO2, кг/м3Концентрациякислорода, O2, кг/м3Концентрация хлористоговодорода, HCl, кг/м3РасстояниеПримечаниепо высоте коридора, м0,329 измерителей с шагом – 2 м0,729 измерителей с шагом – 2 м1,029 измерителей с шагом – 2 м1,2529 измерителей с шагом – 2 м1,729 измерителей с шагом – 2 м0,329 измерителей с шагом – 2 м0,729 измерителей с шагом – 2 м1,029 измерителей с шагом – 2 м1,2529 измерителей с шагом – 2 м1,729 измерителей с шагом – 2 м1,713 измерителей с шагом 5 м0,332 плоскости измерений0,30,50,7Расположение в помещении очага1,0пожара1,251,51,7Расчетная точка 11,71,7Расположение у дверного проема № 11,7(помещение очага пожара)1,71,7Расположение у дверного проема № 1(помещение очага пожара)1,71,7Расчетная точка 21,71,71,71,7Расположение у дверного проема № 2(эвакуационный выход)1,71,71,715Расчетные точкиизмерений 1 и 2Выход № 2Выход № 1Рисунок 5 – Расчетная модель типового этажа зданияс планировкой коридорного типаНачальные условия задавались следующими: температура внутрипомещения T0 = 293 °К; давление p0 =101300 Па; максимальная видимость V == 20 м; массовая концентрация кислорода в атмосфере – 0,23, азота – 0,77;.Рассматривается наиболее опасный вариант пожара: пожар возникает впомещении, выход № 1 с этажа заблокирован.