Диссертация (Предотвращение распространения пожара посредством применения экранных стен в пассажирских терминалах), страница 8

Диапазон измерения напряжения – от0,1 мВ до 1000 В. Погрешность мультиметра при измерении напряжения – 1 %.Рисунок 2.3 – Мультиметр UNI-T UT60A45Запись данных на компьютер с термопар осуществляется с помощьютермометра многоканального ТМ 5131 (рисунок 2.4). Диапазон измерениятемпературы от –50 до +2500 °С. Погрешность прибора – 0,25 %.Рисунок 2.4 – Термометр многоканальный ТМ 5131Измерение температуры поверхности образца производится с помощьюлепестковых термопар «хромель-алюмель» (рисунок 2.5). Диапазон измерениятемператур термопары от –40 до 600 °С.Рисунок 2.5 – Лепестковые термопары типа «хромель-алюмель»Температура среды измеряется с помощью корольковых термопар типа«хромель-алюмель» (рисунок 2.6).

Диапазон измерения температур термопарыот –40 до 1000 °С.46Рисунок 2.6 – Корольковые термопары типа «хромель-алюмель»Материалподвергалсявоздействиютепловогопотока45–65 минут.Фиксация температуры осуществлялась каждую секунду.Данныеиспытанияпозволятопределитьвозможностьпримененияпредлагаемого материала для устройства экранных стен. Для определенияповедения конструкции экранной стены при высокотемпературном воздействиитребуется проведение крупномасштабных испытаний указанной конструкции всборке.2.1.2 Экспериментальный метод испытания на огнестойкостьДляопределенияпределовогнестойкостипредставленногообразцаэкранной стены предложено применение метода испытаний на огнестойкость всоответствиисГОСТ 30247.1–94«Конструкциистроительные.Методыиспытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции» [13, 27].Данный метод допустим к применению для несущих, самонесущих инавесных стен и перегородок и может быть использован для аналогичныхконструкций экранных стен [14, 24, 110].Исследование основных пожарно-технических характеристик экранныхстен и закономерностей их поведения в условиях огневого воздействияосуществляется на основании испытаний экранных стен с учетом предполагаемойобласти их применения, а также предлагаемой конструктивной схемы.В целях реализации обозначенной задачи по определению предельногосостояния предлагаемой экранной стены по признаку потери теплоизолирующейспособности предлагается опытный образец размером в плане В × Н =3000 × 3000 мм, представляющий собой многослойную конструкцию, состоящую47из каркаса и теплоизолирующей обшивки.

Для заполнения указанной обшивкипредлагаетсяприменениематериалов,предварительноиспытанныхпокритической плотности теплового потока [90].Размеры каждого из составляющих элементов образца: 100 × 100 × 2–3 см,масса одного образца: 8,5–9,3 кг.Одинарный стальной тонкостенный каркас из оцинкованных профилейКНАУФ (ТУ 1121-012-04001508-2011) выполняется из стоечных профилейПС 75/50 и направляющих профилей ПН 75/40. Толщина стенок профилей всехтипов составляет 0,6 мм. Стоечные профили устанавливаются с шагом 500 мм внаправляющие профили и скрепляются между собой с помощью самонарезающихстальных шурупов диаметром 3,5 мм и длиной 25 мм.В качестве теплоизолирующей обшивки с обогреваемой стороныконструкцииустанавливаютсяпанелигабаритнымиразмерамиВ`×H`=1000×1000 мм, толщиной около 30 мм. Каждая из панелей состоит из двухслоев фольгированного базальтового волокна МБОР-5Ф, склеенных между собой(нефольгированными сторонами) огнезащитным составом ОВПФ-1М (ТУ 1523025-47935838-2003).

Расход огнезащитного состава: 8,0–8,7 кг/м2.Креплениетеплоизолирующейобшивкиккаркасуосуществляется«в нахлест» с помощью самонарезающих стальных шурупов диаметром 3,5 мми длиной 25 мм с круглыми тарельчатыми держателями «Технониколь»диаметром 50 мм с шагом не более 200 мм (рисунок 2.7).Рисунок 2.7 – Фрагмент конструкции с заполнением материалом образца48Данная конструкция разработана впервые с учетом предполагаемой областиприменения экранных стен, а также наиболее оптимальной конструктивной схемыи наиболее целесообразных материалов заполнения, обеспечивающих ожидаемыепожарно-технические характеристики.В целях исключения избыточных материальных затрат на проведениекрупномасштабных испытаний при изменении геометрических параметровэкранных стен целесообразно установить соответствующую функциональнуюзависимость,позволяющуюоцениватьпределогнестойкостирасчетнымиметодами.2.1.3 Математический метод исследованияпредела огнестойкости экранных стенОценка предела огнестойкости экранной конструкции проводится путемрешения теплотехнической задачи прогрева строительных конструкций вусловиях нестационарного теплового воздействия при стандартном режимепожара.При расчете теплового состояния произвольных конструкций решаетсязадача нахождения нестационарного поля температур в заранее известнойобласти.Приэтомвозможнонесколькоподходов:экспериментальный,аналитический и численный.Опытныеданныепоиспытаниямконструкций,аналогичныхрассматриваемым (см.

п. 3.2), позволяют определить предел огнестойкости безпроведения огневых испытаний. В данном случае используется численныйподход решения задачи.В качестве метода решения используется метод конечных элементов(далее – МКЭ). В основе метода лежит принцип деления исследуемой области насовокупность подобластей с заданными теплофизическими характеристиками.Численноемоделированиепрогреварассматриваемыхстроительныхконструкций в условиях пожара предусматривается при помощи вычислительного49комплекса Ansys Mechanical, позволяющего провести теплотехнический расчетконструкции на основе ее программной модели.В математическое описание нагрева произвольных конструкций входитдифференциальное уравнение, описывающее распространение тепла в твердомтеле, с известными теплофизическими свойствами, а также начальные играничные условия.Условияоднозначностидлярешениядифференциальногоуравнениятеплопроводности численными методами включают:1.

Геометрические свойства системы (ее форму и размеры).2. Граничные условия, учитывающие взаимодействие с окружающей средой.3. Временные (начальные) условия, характеризующие состояние системы вначальный момент времени.4. Теплофизическиесвойства,содержащиефизическиеконстантыматериалов рассматриваемой системы.Будем полагать, что материалы, из которых состоит экран, обладаютизотропными теплофизическими свойствами, и внутренние источники теплаотсутствуют.Геометрические свойства системы. Конструкция экрана представляет собойсовокупностьтрехслоевизотропныхматериалов,непосредственносоприкасающихся друг с другом. Геометрическая модель системы ввидуизотропности входящих в ее состав материалов принята в виде фрагмента,имеющего форму прямоугольного параллелепипеда с размерами 0,1×0,1 м, сослоями различной толщины, в зависимости от исследуемого типа конструкцииэкрана.

Геометрическая модель конструкции показана на рисунке 2.8.Внешний слой сэндвич-панели: МБОР 5ф. Внутренний слой: ОВПФ-1М(ТУ 1523-025-47935838–2003). Расход огнезащитного состава: 8,0–8,7 кг/м2.Конечно-элементная модель показана на рисунке 2.9.50121Рисунок 2.8 – Фрагмент исследуемого экрана 0,1×0,1×0,03 м. Геометрическая модель:1 – слой конструкции (экранной стены), обшивка; 2 – слой огнезащиты между слоями обшивки213Рисунок 2.9 – Фрагмент исследуемого экрана 0,1×0,1×0,03 м. Конечно-элементная модель:1, 2 – слой конструкции (экранной стены), обшивка; 3 – слой огнезащиты между слоямиобшивкиГраничные условия, учитывающие взаимодействие с окружающей средой.Используются граничные условия 3-го рода, представляющие собой законизменения температуры окружающей среды и закон теплообмена междуповерхностью тела и окружающей средой.Для условий пожара в качестве закона изменения температуры окружающейсреды принимается режим пожара – «стандартный» по ГОСТ 30247.0–94 [26].51Изменение коэффициента теплоотдачи системы «огневая камера» –«поверхность экрана» задается зависимостью [76]:44 Tâ   T0   100   100  .Tâ  T0a = 29  5, 77 red(2.3)Временные (начальные) условия состояния системы.

Закон распределениятемпературы внутри тела в начальный момент времени (при τ = 0): t = t0 = const == 20 С.Теплофизические свойства материалов модели. По данным производителяматериала МБОР [72]:–поверхностнаяплотностьбазальтовогоогнезащитногорулонногоматериала 600–2000 г/м2;– влажность по массе 2%;– начальное значение коэффициента теплопроводности материала МБОРсоставляет 0,033 Вт/(м·К) (при 25 ºС).По данным производителя материала ОВПФ-1М [42]:– плотность огнезащитного состава во вспученном состоянии 19,5 кг/м3.Ввиду отсутствия достоверных данных о температурных зависимостяхкоэффициента теплопроводности и теплоемкости материалов конструкции,необходимых для численного решения задачи прогрева конструкции при пожаре,требуютсядополнительныеисследованиядляопределенияуказанныхтеплофизических характеристик.2.2 Выводы по главеПо результатам анализа действующих нормативных положений в областипожарной безопасности были определены наиболее оптимальные и достоверныеметодики,позволяющиеустановитьматериала и конструкции экранных стен.пожарно-техническиехарактеристики52В рамках проведенного анализа установлено, что предложенные методикипозволят осуществить выбор материалов и конструкции экранных стен, а такжедостоверно определить их пожарно-технические параметры, в том числе сприменением расчетных методов (установленной функциональной зависимости).53ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯПОЖАРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭКРАННЫХ СТЕН3.1 Исследование температурного режима и критических величинпадающего теплового потока при применении экранных стенИсследование температурного режима и критических величин падающеготеплового потока при применении экранных стен основывается на определениикоэффициентов отражательной, поглощательной и пропускающей способностипредставленного образца.Дляопределенияуказанныхкоэффициентовпроведенасерияэкспериментов, в ходе которой адаптированы экспериментальные стенды длявозможности определения обозначенных коэффициентов.Установкадляопределениякоэффициентовотражательной,поглощательной и пропускающей способности представлена на рисунке 3.1.Испытания проведены для 9 образцов размером 20×20 см, толщиной 1,5 см.Заполнение образца специальным теплоизоляционным материалом составляетоколо 85–90 %.2143Рисунок 3.1 – Установка для проведения эксперимента1 – образец материала; 2 – радиационная панель; 3 – блок управления;4 – приемник теплового потока54В таблице 3.1 представлены результаты экспериментальных исследований –значения критической плотности падающего лучистого теплового потока дляразличных параметров образца, где критическая плотность падающего лучистоготеплового потока – величина, зависящая от времени воздействия на материал.Таблица 3.1 – Результаты экспериментальных исследований теплового излученияЗаполнениематериалом образца(плита изспециальноготеплоизоляционногоматериала толщиной15±1 мм с покрытиемОВПФ-1М), мм123Среднее значение qкр, кВт/м2, при продолжительностиоблучения, мин510152025304,023,212,134,533,642,554,723,892,856,034,953,808,757,626,5410,108,967,91Предложенный метод определения теплового излучения q направлен наоценку поведения образца при условии максимального заполнения конструкциипри огневом воздействии (в условиях пожара) специальным теплоизоляционнымматериалом.Врезультатеэкспериментаустановлено,чтоприприменениипредлагаемого материала критические плотности падающего теплового потока врамках проведения испытания не достигаются.