Диссертация (1172918), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Далее пиролиз и обугливание теплоизоляции влияютна Тw2.Таблица 5.2.1 – Температурная зависимость коэффициента теплопроводностиСМЛ при стандартном режиме пожара, мин02468161820Тср, оС2098161192218446470530∑,0,14 – 0, 32Вт/м·К[72,73,74]0,4860,6470,6091,090,456 0,521 0,472Уменьшение рассчитанного значения коэффициента теплопроводности СМЛпосле 4-х минутного развития пожара обусловлено замедлением скорости подъема температуры на этом этапе.97Для оценки теплопроводности теплоизоляции «PENOCOM» c плотностью140 кг/м3 использовано уравнение нестационарной теплопроводности и краевыеусловия на обогреваемой и необогреваемой стороне этого элемента конструкциипри толщине 0,075 м. Приняты следующие допущения:1. На границе между элементами конструкции (слоем СМЛ1 и поверхностьютеплоизоляции) имеется идеальный контакт, соблюдается условие равенства температур Т3(х-0) ( =Т3(х+0)().2.

До температуры начала разложения в пенокомпозите не происходят физико-химические превращения, форма и объем этого элемента конструкции практически не изменяются. Пенокомпозит рассматривается как пористый материал снеразлагающимся каркасом.3. Теплопроводность и излучение играют преобладающую роль в переносетепла в слое теплоизоляции.Расчет коэффициентов теплопроводности пенокомпозита «PENOCOM» проведен за период стандартного пожара 6 – 12 мин включительно, когда на поверхности теплоизоляции температура достигает 220 °С и далее возможна еѐ трансформация.Уравнение нестационарной теплопроводности в рассматриваемом слое элемента конструкции с учетом вектора потока можно представить в виде:c‘‘(1- ∂T/ ∂ = - div (∂ T/∂x) + div qR ,(5.2.3)где с‘ и ‘ – удельная теплоемкость и плотность каркаса полимерного пенокомпозита;  - пористость материала: ‘) = 140 кг/м3; qR‖ – лучистый тепловой поток: qR‖ = (T34 – T44).Удельная теплоѐмкость пенокомпозита практически не зависит от его плотности и соответствует теплоемкости каркаса: с = с‘ = 1600 Дж/кг×К.

Преобразуяприведенное выше уравнение, получим:T/qR‖ - c o  (T3-T4 )/  = q‖ ,откуда q‖T.(5.2.4)98При средней температуре слоя теплоизоляции Тср = (106 +19)/2 = 62,5 °С коэффициент теплопроводности пенокомпозита равен 62,5 = 0,0417 Вт/м К. Это значение согласуется со значениями, полученными стандартным методом определения теплопроводности пенокомпозита ―PENOCOM‖ при 20 – 50 °С [46].При увеличении средней температуры рассматриваемого слоя теплоизоляции«PENOCOM» в условиях стандартного пожара еѐ коэффициент теплопроводности растет следующим образом: 69 = 0,0675; ,1319; 119 = 0,3075 Вт/м×К.После пиролиза полимерного пенокомпозита «PENOCOM» в интервале 270– 470 °С ТИМ преобразуется в пенококс.

Коэффициент теплопроводности пенококса можно оценить, используя формулу Дульнева [71]:,где,– коэффициент теплопроводности углеродного каркаса;циент теплопроводности газа (воздуха) в порах;Если принять(5.2.5)- коэффи-– пористость ТИМ.аморфного углерода (типа сажи) = 0,067 Вт/мК и пористостьпенококса 0,90 – 0,95, то коэффициент теплопроводности пенококса при комнатной температуре будет в пределах 0,025 – 0,030 Вт/мК. Литературные данные окоэффициенте теплопроводности пенококсов из разных субстанций ограничены.В предельном случае терморасширенного графита с коэффициентом вспучивания200 – 400, λ = 0,030 Вт/мК. В работе [75] пенококс из древесины сосны при комнатной температуре имел λ = 0,045 Вт/мК, при 100 °С λ = 0,058 Вт/мК, а в интервале 200 – 1000 °С λ = 0,070 Вт/мК.В работе [76] используется показатель коэффициента теплопроводности древесного кокса с объемной плотностью 200 кг/м3 - λ = 0,030 Вт/мК.

Экспериментальные значения коэффициента теплопроводности пенококса из древесины сосны λ = 0,0687 Вт/мК, Сp = 1 Дж/г×К получены в работе [77].Коэффициент теплопроводности пенококса, образующегося при горениивспучивающегося покрытия на основе полипропилена и форфорсодержащих добавок, имел значение λ = 0,045 Вт/мК [78,79].99Влияние температуры на изменение коэффициента теплопроводности пенококса из полимерного пенокомпозита «PENOCOM» можно определить по формуле:λ(T) =(), Вт/мК(5.2.6)На рисунке 5.2.1 показана зависимость теплопроводности от температурыдля пенококса с пористостью φ = 0,95. Эта зависимость представлена следующимуравнением:λ = 0,0301 + 0,102 × 10-3 (T - 273)(5.2.7)Рисунок 5.2.1 − График зависимости теплопроводности от температуры для пенококса«PENOCOM» с пористостью φ = 0,95Согласно Своду Правил СП.50.13330.2012 (введены в действие 2013.07.01), отепловой защите зданий, с целью повышения уровня безопасности людей в зданиях и сооружениях, а также гармонизацией нормативных требований с международными документами важным параметром является приведенное сопротивление теплопередаче, которое характеризует усредненную по площади плот-ность теплового потока через фрагмент теплозащитной оболочки здания.

Численно равно отношению разности температур по разные стороны фрагмента к усредненной по площади плотности теплового потока через фрагмент.100Приведенное термическое сопротивление ограждающих конструкций и составляющих элементов может быть рассчитано с учетом толщины и коэффициента теплопроводности каждого слоя:= δ слоя / λслоя;=Σ(5.2.8), м2 ×°С/Вт(5.2.9)Изменение коэффициентов теплопроводности элементов конструкций в зависимости от температуры объясняет в определенной степени причину различия впределах огнестойкости исследуемых ограждающих деревянных конструкций.Воспользуемся результатами настоящей работы и температурными зависимостями λ разных материалов указанных в Eurocode 5 и рекомендациях по проектированию ограждающих деревянных каркасных конструкций [63].При комнатной температуре приведенное термическое сопротивлениеограждающей деревянной каркасной конструкции системы VII: СМЛ (δ = 0,006 м)- PENOCOM (δ = 0,15 м) - СМЛ (δ = 0,006 м); Пф = 95 мин.При 20 °С приведенное термическое сопротивление конструкции:== δ СМЛ / λСМЛ + δ PC / λPC + δ СМЛ / λСМЛ = 0,006 / 0,26 + 0,15 / 0,039+ 0,006/0,26 = 2×0,0230 + 3,846= 3,892 м2×°С/ВтПри 470 °С после образования пенококса ТИМ,== δ СМЛ /+ δ PC /+ δ СМЛ /= 0,006 / 0,609 + 0,15 /0,070 + 0,006/0,609 = 0,0098 + 2,14 + 0,0098 = 2,16 м2×°С/Вт,Приведенное термическое сопротивление при повышении температурыуменьшается в 1,8 раз.R20/R470 = 3,892 / 2,16 = 1,8 разРасчет конструкции аналогичной системы VII: СМЛ (δ = 0,006 м) – базальт«Rockwool Scandic Light» (δ = 0,15 м) - СМЛ (δ = 0,006 м); приводит к следующимзначениям.При 20 °С приведенное термическое сопротивление конструкции:= 0,006 / 0,26 + 0,15 / 0,035 + 0,006/0,26 = 4,33 м2×°С/ВтПри 470 °С,101= 0,006/0,609 + 0,15/0,111 + 0,006/0,609 = 2×0,0098 + 1,35 = 1,37м2×°С/Вт,R20/R470 = 4,33 / 1,37 = 3,16 раз.Следовательно при повышении температуры до 470 °С приведенное термическое сопротивление этой конструкции с Rockwool уменьшается в 3,16 раз.Ограждающая конструкция системы IV: СМЛ (δ = 0,01 м) – базальт «Rockwool Scandic Light» (δ = 0,15 м) - OSB (δ = 0,009 м); Пф = 52 мин, дает следующеезначение приведенного термического сопротивления.При 20 °С приведенное термическое сопротивление конструкции IV:= 0,01 / 0,26 + 0,15 / 0,035 + 0,009/0,12 = 4,398 м2×°С/ВтПри 470 °С,= 0,01 / 0,609 + 0,15 / 0,111 + 0,009/0,48 = 1,386 м2×°С/Вт,R20/R470 = 4,398 / 1,386 = 3,17 раз.Следовательно при повышении температуры до 470 °С приведенное термическое сопротивление этой конструкции примерно такое же, как и для предыдущей конструкции.Наконец для ограждающей конструкции системы VI:2СМЛ (δ = 0,006 + 0,01 м) – PENOCOM (δ = 0,15 м, ρ = 49,7 кг/м3) - OSB (δ =0,009 м); Пф = 110,3 мин, имеем:При 20 °С приведенное термическое сопротивление конструкции VI:= 0,016 / 0,26 + 0,15 / 0,035 + 0,009/0,12 = 4,397 м2°С/Вт.При 470 °С,= 0,006/0,609 + 0,01/0,609 + 0,15/0,070 + 0,009/0,48 = 2,185 м2°С/Вт,и R20/R470 = 4,397/2,185 = 2,01 раз.Сравнимизменениеприведенноготермическогосопротивленияприповышении температуры с 20 до 470 °С разных ТИМ отечественного производствс толщиной 150 мм [41].Базальтоволокнистые ТИМ (марки БЗМ): λ = 0,040 + 0,30×10-3(Т - 273);λ 20 = 0,040; λ 470 = 0,181 Вт/мК.102= 0,15/0,04 = 3,75 м2×°С/Вт.При 470 °С,= 0,15/0,181 = 0,828 м2×°С/Вт, таким образом приведенное термическоесопротивление уменьшается при повышении температуры в 4,53 раза.R20/R470 = 3,75/0,828 = 4,53 раз.Для марки АТМ: λ = 0,036 + 0,13×10-3(Т - 273)λ 20 = 0,0386; λ 470 = 0,097 Вт/м·К.= 0,15/0,0386 = 3,89 м2×°С/Вт.При 470 °С,= 0,15/0,097 = 1,55 м2×°С/Вт.Таким образом, у указанного ТИМ в меньшей степени снижается приведенное термическое сопротивление при повышении температуры.

Его положительный эффект увеличивается.R20/R470 = 3,89/1,55 = 2,51 раз.В случае стекловоклонистого ТИМ (марки 75):λ 20 = 0,036; λ 470 = 0,238 Вт/мК.= 0,15/0,036 = 4,167 м2×°С/ВтПри 470 °С,= 0,15/0,238 = 0,63 м2×°С/Вт,Соответственно, R20/R470 = 4,167/0,63 = 6,61 раз.Можно заметить, что при повышении интенсивности теплового воздействия(470 °С) на термостойкие ТИМ на основе базальтовых волокон приведенноетермическое сопротивление уменьшается в 2,51 – 4,76 раз, а у менеетермостойкой стекловолокнистой плиты в 6,6 раз.

Эти изменения существеннымобразом отражаются на огнестойкости ограждающих конструкций в целом потеплоизолирующей способности.УлучшениетеплоизолирующихсвойствТИМпозволяетповыситьэффективность, снизить толщину ТИМ в конструкциях. Среди полимерных ТИМ,обладающихсамойнизкойтеплопроводностьюивнастоящеевремя103производимых как за рубежом, так и в РФ, следует отметить жесткиепенополиизоциануратные(ПИР)материалы.Ониобладаютзакрытойпористостью, характеризуется коэффициентом теплопроводности 0,022 Вт/мК. Порезультатам крупномасштабных испытаний при стандартном режиме пожараконструкции, включающие 11 мм OSB + 60 мм «PIR» пенопласт + 12,5 мм ГКЛ,обеспечивает предел огнестойкости 30 мин.

Характеристики

Список файлов диссертации