ТР-5044. Пожарная нагрузка: обзор зарубежных источников
Сравнительный обзор подходов к определению пожарной нагрузки в нормативных документах разных стран: удельные значения, расчётные нагрузки, коэффициенты.
Объём оцифровки: 162,031 знаков. Ссылки внутри текста ведут на карточки источников и публикаций библиотеки.
ТР-5044
ПОЖАРНАЯ НАГРУЗКА
Обзор зарубежных источников
СИТИС
Строительные Информационные Технологии и Системы www.sitis.ru
ТР-5044
Пожарная нагрузка.
Обзор зарубежных источников.
Редактор:
Грачев В.Ю.
Переводчики:
Борноволокова Е. А.
Патрушева Н. А.
Слепушкин В. А.
ООО «СИТИС»
620028 Екатеринбург, ул. Долорес Ибаррури, 2
Тел: 310-00-99 e-mail: support@sitis.ru www.sitis.ru
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 2
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
EN 1991-1-2. ПЛОТНОСТЬ ПОЖАРНОЙ НАГРУЗКИ
РАСЧЕТ ПЛОТНОСТИ ПОЖАРНОЙ НАГРУЗКИ
Расчет пожарной нагрузки
Пожарная нагрузка в защищенных зонах
Низшая теплота сгорания
Классификация пожарной нагрузки в зависимости от типа арендуемых помещений
Индивидуальная оценка плотности пожарной нагрузки
ПОВЕДЕНИЕ ГОРЕНИЯ
СКОРОСТЬ ВЫДЕЛЕНИЯ ТЕПЛА Q
IFEG 2005. ДАННЫЕ ПО ПОЖАРНЫМ НАГРУЗКАМ
IFEG 2005. ВЕРОЯТНОСТЬ НАЧАЛА ПОЖАРА
РУКОВОДСТВО К IBC 2003. МОЩНОСТЬ ПОЖАРА И ВЫДЕЛЕНИЕ ТЕПЛА
СТАДИИ РАЗВИТИЯ ПОЖАРА
СКОРОСТЬ ВЫДЕЛЕНИЯ ТЕПЛА ПРИ ГОРЕНИИ РАЗНЫХ ПРЕДМЕТОВ
РЕГУЛИРУЕМЫЕ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ ПОЖАРЫ
СПРИНКЛЕРЫ
Снижение скорости выделения тепла из-за спринклеров
Реакция спринклеров
Активация спринклеров
РАСЧЕТНЫЕ ПОЖАРЫ
Горючие материалы временного хранения
Стационарные пожары
Скорость выделения тепла на единицу площади
Нестационарные пожары
Подход, основанный на наборе горючих материалов
LPR 11. ДАННЫЕ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ
ОБЗОР ТИПОВЫХ ФОРМ НАВЕСНЫХ ФАСАДНЫХ СИСТЕМ
МЕТОДОЛОГИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Испытательная установка
Огневое испытание
Программа испытаний
Контрольно-измерительная аппаратура
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА
Испытание 1 - 6: Конфигурация поленицы
Испытания 7 и 8: Испытание рамной конструкции
Испытание 9: Испытание кронштейнов
Испытания 10 и 11: Испытания остекленного навесного фасада
Испытание 12: Натурные испытания пожарной нагрузкой
Испытания 13, 14, 15: Испытания со спринклерами
Испытания 16, 17, 18: Исследования высоты пламени
Испытание 19: «Стандартное» испытание печью
СВОДНАЯ ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 3
ПРЕДИСЛОВИЕ
С вступлением в силу Технического регламента о требованиях пожарной безопасности при проектирова нии и оценке пожарной безопасности построенных зданий и сооружений требуется выполнение оценки вели чины пожарного риска. Одним из факторов, необходимым для моделирования возможных опасных ситуаций, связанных с возникновением пожаров, является величина пожарной нагрузки, задаваемая для расчета рас сматриваемого объекта.
Целью данного обзора является представление информации о некоторых расчетных и экспериментальных
величинах пожарной нагрузки, задаваемой зарубежными строительными нормами и руководствами для вы полнения расчетов огнестойкости и динамики опасных факторов пожара. В совокупности с данными отечест венных нормативных и справочных источников эта информация может оказать содействие для выверки пра вильности и достоверности принимаемых проектных решений и выбора масштаба исходных данных моделей пожаров.
Также в обзор дополнительно включены доступные из зарубежных руководств данные о вероятностях возникновения пожаров в некоторых типах зданий и сооружений.
Обзор не претендует на всеобъемлющее и объективное описание данной проблематики, а является только
изложением информации из источников по теме, которые были доступны авторам. При этом информация да ется только по литературе на английском языке, литература на других языках в подборке источников отсутст вует.
Коллектив авторов
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 4
ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ
Обзор «Пожарная нагрузка» составлен на основе обобщения информации, изложенной в следующих зару бежных источниках:
— Европейский стандарт EN 1991-1-2. «Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1-2: Общие воз действия. Воздействия на подвергающиеся пожару конструкции»; — «Международное руководство по противопожарной защите», издание 2005 года, являющееся обоб щением опыта по методологии разработки решения противопожарной защиты специалистами США, Великобритании, Канады, Японии, Австралии, Новой Зеландии, Швеции и Испании; — Книга «Противопожарное проектирование конструкций» Эндрю Бученена; — Руководство к американским нормам IBC 2003 «Требования к противодымной защите в Международ ных строительных нормах 2003 года», Эванс Д. и Клоут Дж. — Стандарт Национальной ассоциации по противопожарной защите (США) - NFPA 92B «Руководство по системам противодымной защиты атриумов, торговых центров и больших помещений» — Стандарт NFPA 72 «Нормы по пожарной сигнализации» — Отчет Совета по предотвращению убытков (Loss Prevention Council), составленного для Ассоциации британских страховщиков и Страховой ассоциации Ллойда LPR-11. «Распространение огня в много этажных зданиях с остекленными навесными фасадами», в котором приводятся результаты 11 огне вых испытаний, проведенных с целью измерения способности навесных фасадных систем препятство вать распространению огня на вышележащие этажи и прилегающие здания
В тексте сохранены порядок изложения и стилистика зарубежных источников.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 5
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Коэффициент горения (combustion factor) – эффективность горения с изменением значения с 1 на стадии полного горения на 0 на стадии полного затухания пожара. [EN 1991-1-2]
Плотность пожарной нагрузки (fire load density) – пожарная нагрузка на единицу площади, связан ная с общей площадью помещения, или с площадью поверхности всего помещения, включая проемы. [EN
1991-1-2]
Пожар квадрата времени или квадратичный пожар (t-squared fire) – пожар, при котором скорость горения изменяется пропорционально квадрату времени. [NFPA 92B]
Пожарная нагрузка (fire load) – сумма тепловых энергий, выделяемых при горении всех горючих мате риалов в пространстве (содержимого здания и элементов конструкций). [EN 1991-1-2]
Полное развитие пожара (fully developed fire) – стадия полного горения всех горючих поверхностей при пожаре в пределах заданного пространства. [EN 1991-1-2]
Противопожарный отсек (fire compartment) – пространство в пределах здания, простирающееся на один или несколько этажей, и защищенное ограждающими элементами с целью предотвращения распростра нения пожара за пределы отсека во время огневого воздействия. [EN 1991-1-2]
Расчетный пожар (design fire) – заданное развитие пожара, моделируемое в расчетных целях. [EN
1991-1-2]
Скорость выделения тепла (heat release rate) – тепло (энергия), выделяемое при горении горючих материалов, представленное функцией зависимости от времени. [EN 1991-1-2]
Сценарий пожара (fire scenario) – качественное описание развития пожара с течением времени с обо значением ключевых событий, характеризующих пожар и отличающих его от других возможных пожаров. В сценарии обычно дается описание процессов возгорания и роста пожара, стадий полного развития пожара и его затухания, а также описание содержимого здания и систем, влияющих на течение пожара. [EN 1991-1-2]
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Combustion factor коэффициент горения
Design fire расчетный пожар
Fire compartment противопожарный отсек
Fire load пожарная нагрузка
Fire load density плотность пожарной нагрузки
Fire scenario сценарий пожара
Fully developed fire полное развитие пожара
Heat release rate скорость выделения тепла
T-squared fire пожар квадрата времени / квадратичный пожар
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 6
EN 1991-1-2. ПЛОТНОСТЬ ПОЖАРНОЙ НАГРУЗКИ
Информация по расчету плотности пожарной нагрузки приведена в данной главе на основе европейского стандарта EN 1991-1-2 «Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1-2: Общие воздействия. Воздействия на подвергающиеся пожару конструкции» [1]. Данные по пожарным нагрузкам представлены на основе «Ме ждународного руководства по противопожарной защите» [6] и книги Эндрю Бученена «Противопожарное проектирование конструкций» [5].
Используемая в расчетах плотность пожарной нагрузки должна представлять собой расчетное значение, основанное на измерениях или, в особых случаях, основанное на представленных в национальных нормах требованиях по огнестойкости. Расчетное значение может определяться следующим образом:
− на основе данных национальной классификации пожарной нагрузки в зависимости от типа арендуемых помещений,
− и/или в зависимости от индивидуального проекта путем проведения исследования пожарной нагрузки.
Расчетное значение пожарной нагрузки qf,d определяется следующим образом:
qf,d = qf,k · m · δq1 · δq2 · δn (МДж/м2) где m – коэффициент горения (см. раздел «Поведение горения») δq1 – коэффициент с учетом риска возникновения пожара в зависимости от площади помещения (см. таб лицу 1) δq2 – коэффициент с учетом риска возникновения пожара в зависимости от типа арендуемого помещения
(см. таблицу 1) δ n = ∏ δ ni – коэффициент с учетом проведения различных активных противопожарных мероприятий (i) i =1
(наличие спринклеров, обнаружение пожара, автоматическая система пожарной сигнализации, работа пожар ных, и т.д.). Данные активные мероприятия в основном проводятся в целях обеспечения безопасности жизне деятельности (см. таблицу 2 и представленную после нее информацию).
qf,k – характерная плотность пожарной нагрузки на единицу общей площади, МДж/м2 (см. таблицу 4)
Таблица 1. Коэффициенты δq1 , δq2
Общая площадь Опасность Опасность Примеры арендуемых помещений помещения Af (м2) возникновения возникновения пожара δq1 пожара δq2
25 1,10 0,78 картинная галерея, музей, бассейн
250 1,50 1,00 офисы, жилые помещения, гостиницы, целлюлозно-бумажная промышленность
2 500 1,90 1,22 предприятия по производству машинного оборудования и двигателей
5 000 2,00 1,44 химические лаборатории, цех по произ водству лаков и красок
10 000 2,13 1,66 предприятия по производству фейервер ков или лакокрасочных изделий
Таблица 2. Коэффициенты δni δni Проведение активных противопожарных мероприятий Автоматические систе- Автоматические системы обна- Системы пожаротушения «вручную» мы пожаротушения ружения пожара Автома- Автоном- Автоматические Автома- Пожар- Сторон- Пути Устрой- Дымовы тические ные источ- системы обнаруже- тическая ная няя по- безопас- ства тяжная системы ники водо- ния пожара и сигна- передача команда жарная ного противо- система водяного снабжения лизации сигнала при зда- команда доступа пожар- δn10 пожаро- 0|1|2 по теплу по дыму пожарной нии δn7 δn8 ной за тушения δn2 δn3 δn4 тревоги δn6 щиты δn1 пожарной δn9 команде δn5 0,61 1,0|0,87|0,7 0,87 или 0,73 0,87 0,61 или 0,78 0,9 или 1 1,0 или 1,0 или 1,5 или 1,5 1,5
Для проведения стандартных противопожарных мероприятий, которые всегда следует осуществлять, не обходимо наличие путей безопасного доступа, устройств противопожарной защиты и дымовытяжных систем на лестницах, и следует принять значения δni таблицы 2 равные 1,0. При этом если данные противопожарные мероприятия не были проведены, необходимо принять соответствующее значение δni равное 1,5. Если в слу-
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 7
чае срабатывания пожарной сигнализации лестницы подвержены воздействию избыточного давления, следу ет принять коэффициент δn8 таблицы 2 равный 0,9. При использовании вышеописанного метода предполага ется выполнение необходимых требований европейских стандартов по спринклерным системам, обнаружению пожара, пожарной сигнализации и дымовытяжным системам. При этом в зависимости от конкретных обстоя тельств числовые данные таблицы 2 могут меняться.
РАСЧЕТ ПЛОТНОСТИ ПОЖАРНОЙ НАГРУЗКИ
В пожарной нагрузке должно учитываться все горючее содержимое здания и значимые воспламеняющиеся
элементы конструкций, включая облицовку и отделку. В расчете не учитываются воспламеняющиеся элемен ты, не обугливающиеся в процессе горения во время пожара. При определении плотности пожарной нагрузки учитываются следующие условия:
− данные классификации пожарной нагрузки в зависимости от типа арендуемых помещений (см. раздел
«Классификация пожарной нагрузки в зависимости от типа арендуемых помещений»),
− и/или данные в зависимости от индивидуального проекта (см. раздел «Индивидуальная оценка плотности пожарной нагрузки»).
Если плотность пожарной нагрузки определяется на основе классификации пожарной нагрузки в зависи мости от типа арендуемых помещений, различаются следующие пожарные нагрузки:
− пожарная нагрузка в арендуемом помещении, представленная в классификации,
− пожарная нагрузка в здании (элементы конструкции, облицовка и отделка), в основном не входящая в классификацию и определяемая в соответствии с нижеуказанной информацией.
Расчет пожарной нагрузки
Характерная пожарная нагрузка рассчитывается следующим образом:
Qf,k = ∑ Mk,i · Hu,i · Ψi = ∑ Qfi,k,i (МДж) где
Mk,i – количество горючего материала, кг, в зависимости от типа пожарной нагрузки
Hui – низшая теплота сгорания, МДж/кг, см. раздел «Низшая теплота сгорания»
[Ψi] – дополнительный коэффициент для оценки пожарных нагрузок в защищенных зонах, см. раздел
«Пожарная нагрузка в защищенных зонах»
Характерная плотность пожарной нагрузки qf,k на единицу площади рассчитывается следующим образом:
qf,k = Qfi,k / A (МДж/м2) где
A – общая площадь (Af) противопожарного отсека или базового пространства, или площадь внутренней поверхности (At) противопожарного отсека, для вычисления qf,k или qt,k соответственно.
Постоянные пожарные нагрузки, не предполагающие изменения в течение срока службы конструк ции/сооружения, необходимо представить их ожидаемыми значениями исходя из результатов исследования.
Переменные пожарные нагрузки, предполагающие изменение в течение срока службы конструк ции/сооружения, необходимо представить теми значениями, которые не будут превышены по истечении 80% срока службы.
Пожарная нагрузка в защищенных зонах
Пожарные нагрузки в защищенных зонах, рассчитанных на сдерживание огневого воздействия, рассматри вать не требуется. Пожарные нагрузки в несгораемых защищенных зонах без конкретного пожарного расчета, но при этом остающихся целыми в ходе огневого воздействия, можно рассматривать следующим образом:
наибольшая пожарная нагрузка, составляющая как минимум 10% от пожарной нагрузки в защищенных зонах,
соответствует Ψi = 1,0. Если данной пожарной нагрузки плюс пожарной нагрузки в незащищенных зонах не достаточно для нагрева оставшихся пожарных нагрузок в защищенных зонах выше температуры возгорания, то оставшиеся пожарные нагрузки в защищенных зонах соответствуют Ψi = 0,0. В противном случае значение
Ψi следует рассчитывать отдельно.
Низшая теплота сгорания
Низшая теплота сгорания рассчитывается в соответствии со стандартом ISO 1716:2002. Влагосодержание материалов можно рассчитать следующим образом:
Hu = Hu0 (1 – 0,01 u) – 0,025 u (МДж/кг) где u – влагосодержание, выраженное в процентном содержании от веса в сухом состоянии
Hu0 – низшая теплота сгорания сухих материалов
В таблице 3 представлена низшая теплота сгорания некоторых твердых материалов, жидкостей и газов.
Таблица 3. Низшая теплота сгорания Hu (МДж/кг) горючих материалов для расчета пожарных нагрузок
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 8
Твердые материалы
Древесина 17,5
Другие целлюлозные материалы
• Текстиль
• Пробка
• Хлопок
• Бумага, картон
• Шелк
• Солома
• Шерсть
Уголь
• Антрацит
• Древесный уголь
• Каменный уголь
Химические вещества
Парафиновый ряд
• Метан
• Этан
• Пропан
• Бутан
Олефиновый ряд
• Этилен
• Пропилен
• Бутилен
Ароматический ряд
• Бензол
• Толуол
Спирты
• Метанол
• Этанол
• Этиловый спирт
Виды горючего
• Бензин, нефть
• Дизельное топливо
Пластмасса на основе чистого углеводорода
• Полиэтилен
• Полистирол
• Полипропилен
Другие материалы
Акрилонитрил-бутадиен-стирол, АБС (пластмасса)
Полиэфир (пластмасса)
Полиизоцианурит и полиуретан (пластмасса)
Поливинилхлорид, ПВХ (пластмасса)
Битум, асфальт
Кожа
Линолеум
Резиновая шина
Примечание: представленные в данной таблице значения не должны использоваться для расчета энергоемкости видов горючего.
Классификация пожарной нагрузки в зависимости от типа арендуемых помещений
Плотность пожарной нагрузки должна классифицироваться в зависимости от типа арендуемого помеще ния, быть связана с общей площадью, а также использоваться в качестве характерной плотности пожарной нагрузки qf,k (МДж/м2), представленной в таблице 4.
Таблица 4. Плотность пожарной нагрузки qf,k (МДж/м2) для разных типов арендуемых поме щений
Тип арендуемого помещения Среднее значение 80%-ая доля
Жилое помещение 780
Больница (помещение) 230
Гостиница (помещение) 310
Библиотека 1 500 1 824
Офис 420
Класс в школе 285
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 9
Торговый центр 600
Театр (кинотеатр) 300
Транспорт (общественный) 100
Примечание: Распределение Гумбеля соответствует 80%-ой доле.
Представленные в таблице 4 значения плотности пожарной нагрузки qf,k верны, если коэффициент δq2 ра вен 1,0 (см. таблицу 1). Пожарные нагрузки таблицы 4 верны для стандартных помещений в сочетании с представленными в таблице типами арендуемых помещений. Конкретные помещения и пожарная нагрузка в здании (элементы конструкции, облицовка и отделка) должны рассчитываться в соответствии с разделом
«Расчет пожарной нагрузки». Если требуется, данную нагрузку необходимо прибавить к плотности пожарной нагрузки qf,k.
Индивидуальная оценка плотности пожарной нагрузки
При отсутствии типов арендуемых помещений, плотность пожарной нагрузки можно специально рассчи тать для индивидуального проекта путем проведения исследования пожарных нагрузок в арендуемом поме щении. Пожарные нагрузки и их частные классификации необходимо оценивать с учетом цели использования, меблировки и установок, временных изменений, неблагоприятных тенденций и возможных изменений арен дуемого помещения. Если возможно, следует провести исследование сопоставимого существующего проекта, чтобы заказчику необходимо было указать только возможные различия между намеченным и существующим проектами.
ПОВЕДЕНИЕ ГОРЕНИЯ
Поведение горения необходимо рассматривать как зависимость арендуемого помещения от типа пожарной нагрузки. Для большинства целлюлозных материалов за коэффициент горения можно принять значение m =
0,8.
СКОРОСТЬ ВЫДЕЛЕНИЯ ТЕПЛА Q
Стадию роста пожара можно рассчитать по следующей формуле:
⎛ t ⎞
Q = 10 ⎜⎜ ⎟⎟
⎝ tα ⎠ где
Q – скорость выделения тепла, Вт t – время, с tα – время, необходимое для достижения скорости выделения тепла равной 1 МВт
В таблице 5 представлены коэффициент tα и максимальная скорость выделения тепла HRRf для разных ти пов арендуемых помещений.
Таблица 5. Скорость роста пожара HRRf для разных типов арендуемых помещений
Максимальная скорость выделения тепла HRRf
Тип арендуемого помещения Скорость роста пожара tα (с) HRRf (кВт/м2)
Жилое помещение Средняя 300
Больница (помещение) Средняя 300
Гостиница (помещение) Средняя 300
Библиотека Быстрая 150
Офис Средняя 300
Класс в школе Средняя 300
Торговый центр Быстрая 150
Театр (кинотеатр) Быстрая 150
Транспорт (общественный) Медленная 600
Значения скорости роста пожара и максимальной скорости выделения тепла HRRf в соответствии с табли цей 5 верны, если коэффициент δq2 равен 1,0 (см. таблицу 1). При сверхбыстром распространении пожара значение tα cсоответствует 75 с. Стадия роста пожара ограничивается горизонтальной стадией, соответст вующей стационарному состоянию и значению Q, представленному выражением (HRRf · Afi), где
Afi – максимальная площадь пожара (м2), являющаяся противопожарным отсеком в случае равномерно распределенной пожарной нагрузки, но которая может быть меньше в случае локального пожара.
HRRf – максимальная скорость выделения тепла на 1 м2 пожара в случае регулируемого пожарной нагруз кой пожара (кВт/м2) (см. таблицу 5).
Горизонтальная стадия ограничивается стадией затухания пожара, начинающейся с момента расхода 70% общей пожарной нагрузки.
Стадию затухания пожара можно принять за линейное уменьшение, начинающееся с момента сгорания
70% пожарной нагрузки, и заканчивающееся полным сгоранием пожарной нагрузки.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 10
Если пожар является регулируемым вентиляцией, необходимо уменьшить уровень данной стадии исходя из доступного содержания кислорода, либо автоматически в случае использования компьютерной программы на основе одной зонной модели, либо применяя следующую упрощенную формулу:
Qmax = 0,10 ⋅ m ⋅ H u ⋅ Av ⋅ heq (МВт) где
Av – площадь отверстия, м2 heq – средняя высота отверстий, м
Hu – низшая теплота сгорания древесины при Hu = 17,5 МДж/кг m – коэффициент сгорания при m = 0,8
При уменьшении максимальной скорости выделения тепла в случае регулируемого вентиляцией пожара, необходимо увеличить кривую скорости выделения тепла для соответствия доступной энергии, выделяемой пожарной нагрузкой. Если кривая на увеличена, предполагается наличие внешнего горения, вызывающего более низкую температуру газа в помещении.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 11
IFEG 2005. ДАННЫЕ ПО ПОЖАРНЫМ НАГРУЗКАМ
В таблицах 6 и 7 приведены средние значения плотностей (переменных) пожарных нагрузок на основе данных, полученных в ходе исследований, проведенных в 1967-1969 гг. группой из 10-20 студентов под руко водством Швейцарской Ассоциации противопожарной безопасности в промышленности и торговле
(Brandverhьtungsdienst fьr Industrie und Gewerbe). Они выражены как плотность на единицу общей площади
(МДж/м2).
Обратите внимание на то, что для определения переменной пожарной нагрузки на территории складских помещений значения, указанные в таблице, необходимо умножить на высоту складского помещения, выра женную в метрах. Зоны и проходы для транспортировки учтены посредством усреднения значений.
По каждому типу арендуемых помещений, складских помещений и/или зданий было проанализировано
минимум 10-15 образцов. Как правило, было 20 и более образцов. Данные, полученные в ходе этих исследо ваний, сравнивались с данными из других источников. Проведенное сравнение позволяет сделать следующие предположения:
(а) для четко определенных типов помещений, которые схожи либо имеют небольшие отличия в мебели и хранимых товарах, например: жилые здания, гостиницы, больницы, офисы и школы, достаточными могут быть следующие значения:
Коэффициент колебания: 30-50% от приведенного среднего значения 90%-ая доля: (1,35-1,65) x среднее значение 80%-ая доля: (1,25-1,50) x среднее значение Отдельные макс. значения: 2 x среднее значение
(b) для помещений, которые значительно отличаются друг от друга либо имеют большие отличия в мебели и хранимых товарах, например: торговые центры, универмаги, промышленные предприятия, предлагаются следующие значения:
Коэффициент колебания: 50-80% от приведенного среднего значения 90%-ая доля: (1,65-2,0) x среднее значение 80%-ая доля: (1,45-1,75) x среднее значение Отдельные макс. значения: 2,5 x среднее значение
Следует, однако, соблюдать осторожность при применении этих данных, поскольку пожарные нагрузки меняются с введением новых технологий и материалов.
Таблица 6. Плотности пожарных нагрузок
Производство Склад
Тип помещения
(МДж/м2) (МДж/м2/м)
Авиационный ангар
Авиационный завод
Автоаксессуары (продажи)
Автозавод (сборка)
Автомагазин (лакокрасочные изделия)
Автомагазин (чехлы для сидений)
Автомастерская
Автомастерская (кузовной ремонт)
Автомобили (сборка, производство)
Администрация
Адсорбенты (для горючих паров, завод) > 1700
Академия
Аккумуляторы (производство) 400
Аккумуляторы (транспортировка)
Алюминий (обработка)
Алюминий (производство)
Антикварный магазин
Аппаратное оборудование (магазин)
Аппаратное оборудование (производство)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 12
Аптека
Аптека (со складом)
Архив (документы)
Асфальт (производство) 800
Ацетиленовые баллоны (склад)
Банк (кассы)
Банк (офисы)
Безалкогольные напитки (производство)
Бетонные изделия (производство)
Библиотека 2000
Бинты (производство)
Бисквит (производство)
Бисквитная фабрика
Боеприпасы (производство) рассчитывается отдельно
Больница
Бочарное дело
Бочки деревянные (производство) 1000
Булочная
Булочная (продажи)
Бумага (обработка) 800
Бумага (производство) 200 10000
Бытовая техника (продажи)
Бытовая техника (производство) 300
Вата (производство)
Вафли (производство) 300
Велосипеды (сборка) 200
Веники (производство) 700
Весы (производство)
Взрывоопасное производство
Винный магазин
Винный погреб
Волочение проволоки
Восковые изделия (производство) 1300
Восковые изделия (транспортировка)
Врачебный кабинет
Вулканизационное оборудование (без складского помещения)
Выделка искусственной кожи (цех)
Высокообжиговый гипс (производство)
Высокоточные приборы (без пластиковых деталей, производство) 100
Высокоточные приборы (с пластиковыми деталями, производст-
)
Высотное офисное здание
Выставка (художественная с оформлением)
Выставка мебели
Выставочный зал (автомобили с оформлением)
Выставочный зал (мебель с оформлением)
Выставочный зал (оборудование с оформлением)
Вышивание
Газетный киоск
Галетная сухая батарея 400
Гальваническая станция
Гардероб (с деревянными шкафами)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 13
Гардероб (с металлическими шкафами)
Гастроном
Глажение
Глина (обработка)
Головные уборы (магазин)
Головные уборы (производство)
Гостиница
Государственное учреждение
Гравировальный цех (стекло/металл)
Гудрон (подготовка)
Гудронированный картон (производство)
Двери (деревянные, производство) 800
Декоративная отделка, мастерская 1200 2000
Декоративный камень
Деревянные изделия (небольшие, транспортировка)
Деревянные модели (изготовление, цех)
Детдом
Детские коляски (магазин)
Детские коляски (производство) 300
Детский сад
Деформирование (цех)
Джутоткачество 400
Дом отдыха
Дома
Дома престарелых
ДСП (обработка)
ДСП (прессование)
Жалюзи (производство) 800
Железнодорожная станция
Железнодорожные вагоны (производство)
Железнодорожный цех
Жестяные изделия (производство)
Задвижки (производство)
Зеркала (производство)
Зерновая мельница (без складского помещения)
Зернохранилище
Золочение металла
Зонты (магазин)
Зонты (производство) 300
Игорная зона
Игрушки (из горючих материалов, производство)
Игрушки (из негорючих материалов, производство)
Игрушки (магазин)
Институт (здание)
Инструменты (производство)
Искусственная кожа (обработка)
Искусственная кожа (производство) 1000 1700
Искусственные цветы (производство) 300
Искусственный шелк (обработка)
Искусственный шелк (производство) 300
Испытательная лаборатория (машинное оборудование)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 14
Испытательная лаборатория (текстиль)
Испытательная лаборатория (электроприборы)
Кабель (производство) 300
Какао (обработка)
Каменная кладка
Канатно-веревочные изделия (завод) 300
Канатно-веревочные изделия (склад)
Канцелярский магазин
Каретная мастерская
Картон (производство) 300
Картонные изделия (производство) 800
Картонные изделия (транспортировка)
Картонные коробки (производство) 800
Картофель (производство)
Кафе
Квартира
Керамический завод
Киностудия
Кинотеатр
Кирпичный цех (обжиг)
Кирпичный цех (подготовка глины)
Кирпичный цех (прессование)
Кирпичный цех (сушильная камера с деревянными решетками)
Кирпичный цех (сушильная камера с металлическими решетка-
)
Кирпичный цех (сушильная печь с деревянными решетками)
Кирпичный цех (сушильная печь с металлическими решетками)
Кислоты (завод)
Клей (производство) 1000 3400
Книжный магазин
Ковры (производство) 600
Ковры (магазин)
Ковры (окраска)
Кожа (дубление, отделка и т.д.)
Кожаные изделия (продажи)
Кожаные изделия (производство)
Конгресс-холл
Кондитерская фабрика (другие сферы деятельности)
Кондитерская фабрика (кантование)
Кондитерская фабрика (промежуточный склад)
Кондитерская фабрика (упаковка)
Кондитерский магазин
Консервированные продукты (производство) 400
Консервированные продукты (производство)
Консервные банки (производство)
Конфетная упаковка
Конфеты (производство) 400
Копицентр
Корма для животных (производство) 2000 3300
Коробки (производство) 1000 600
Косметика (производство) 300
Котельная
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 15
Красильный цех
Крем для обуви (производство) 800
Крупные металлические конструкции
Крутильный цех
Кузнечный цех
Кухонная плита (производство)
Лаборатория бактериологическая
Лаборатория металлургическая
Лаборатория стоматолога-хирурга
Лаборатория физическая
Лаборатория химическая
Лаборатория электрическая, электронная
Лак (производство) 500
Лак (транспортировка)
Лак и полировка (транспортировка)
Лакированная бумага
Лакировочное оборудование
Лакокрасочные изделия (магазин)
Лакокрасочные изделия (производство)
Лакокрасочные изделия (смесительная установка)
Лампы накаливания (завод)
Лесопильный завод (без дровяного склада)
Ликер (производство) 400
Линолеум (обработка) 700
Линолеум (производство) 700
Листовой материал (производство)
Литейный цех (металл)
Литейный цех (чугун) 400
Литые детали (из металла, производство)
Литые детали (из пластика, производство)
Лодки (производство)
Лыжи (производство) 400
Магазин одежды
Малярная мастерская (автомобили, оборудование и т.д.)
Малярная мастерская (мебель и т.д.)
Малярный цех
Масло (производство) 700
Мастерская водопроводчика
Мастика (производство)
Матрасы (производство) 500
Машинное оборудование (производство)
Мебель (деревянная, производство)
Мебель (полировка)
Мебель (транспортировка)
Мебельный магазин
Метал (шлифовка)
Металлические изделия (производство)
Металлообработка (общая)
Механическая мастерская
Меховая мастерская
Меховой магазин
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 16
Молоко порошковое (производство) 200 10500
Молоко сгущенное (производство) 200
Молочный магазин
Мороженое (с упаковкой, завод)
Мотоциклы (сборка)
Моющие средства (производство) 300
Музей
Музыкальные инструменты (продажи)
Мучные изделия
Мыло (производство) 200
Мясная лавка
Наборный цех
Навесы (производство)
Надгробные плиты (гравировка)
Наматывание (помещение)
Наматывание (текстиля, волокна)
Напитки (транспортировка)
Напольная плитка (из пластика, производство)
Нитроцеллюлоза (производство) рассчитывается отдельно 1100
Обивка мебели (мастерская)
Оборудование
Оборудование (испытания)
Оборудование (производство)
Оборудование (транспортировка)
Обработка информации
Обработка тканей, мастерская
Обувная и ремонтная мастерская
Обувная фабрика (производство)
Обувная фабрика (транспортировка)
Обувной магазин
Овощи сушеные 1000
Овощной магазин
Одежда (производство)
Одежда, бумага
Одежда, текстиль
Окна (деревянные, производство)
Оконные стекла (производство)
Окрашивание распылением (деревянные изделия)
Оловянная посуда (транспортировка)
Оптические приборы (производство) 200
Оружие (продажи)
Оружие (производство)
Отдел ретуширования
Отделочный цех (бумага)
Отделочный цех (текстиль)
Отопительное оборудование (сжигание древесного угля, поме- щение)
Офис (бизнес)
Офис (проектирование)
Офисная мебель
Офисное машинное оборудование (производство)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 17
Пакеты джутовые, бумажные, полиэтиленовые (производство)
Парикмахерская
Паркет (производство) 2000
Парковка (помещение)
Парфюмерный магазин (продажи)
Пенопласт (обработка) 600
Пенопласт (производство) 3000
Переключатели (производство)
Переплетная мастерская
Печатная продукция (транспортировка)
Печатный, машинный цех
Печатный, наборный цех
Пиво (производство), пивоваренный завод
Пищевая продукция (транспортировка)
Пищевой жир (производство) 1000 18900
Пищевой жир (транспортировка)
Пластик (обработка)
Пластик (производство) 2000
Пластиковые изделия (производство)
Пластиковые изделия (транспортировка)
Погрузочная платформа (с товарами, среднее приближенное)
Подвал жилого помещения
Подземный гараж (государственный) < 200
Подземный гараж (частный) > 200
Подрядная организация
Покрытие пола (магазин)
Покрытие пола (производство) 500
Полировка дерева
Полотняные изделия (производство) 400
Постельное белье (завод)
Постельное белье (магазин)
Почта
Пошив меховой одежды
Пошив одежды
Прачечная
Прессованный кирпич (завод)
Приборы с частичным содержанием пластика (транспортировка) 700
Приют
Пробковые изделия (производство) 500
Проволочный завод
Продуктовые корзины (производство) 300
Проигрыватель (производство)
Пространство для складирования смешанных товаров
Простыни (производство) 500
Прядильная фабрика (без разволокнения)
Радио и телеаппаратура (продажи)
Радио и телеаппаратура (производство)
Радиостудия
Рамки для картин (производство)
Растворитель (очищение)
Растительное масло (транспортировка)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 18
Резина (обработка) 600
Резинотехнические изделия (магазин)
Резинотехнические изделия (производство) 600
Резьба по дереву (цех)
Резьба по дереву
Ремонтная мастерская (общая)
Ресторан
Санузлы ~0
Сварка
Сварочный цех (металл)
Свечи (производство) 1300 22400
Сейфы (производство)
Сидр (без склада тары, производство)
Синтетическая пластмасса (производство) 3400 4200
Синтетическое волокно (обработка)
Синтетическое волокно (производство)
Склад (складские помещения при цехе и т.д.)
Скотобойня
Сода (производство)
Специи (производство)
Спиртные напитки (магазин)
Спиртные напитки (производство)
Спиртовой завод (горючие материалы)
Спиртовой завод (негорючие материалы)
Спичечный завод 300
Спорттовары (магазин)
Стальная мебель (производство)
Стекло (обработка)
Стекло (производство)
Стекло (роспись)
Стеклодувный завод
Стеклянная посуда (магазин)
Стеклянные изделия (производство)
Стеклянные изделия (транспортировка)
Стекольный завод
Стекольный цех
Стереотипные печатные формы (производство)
Стиральная машина (производство) 300
Столовая
Столовое серебро
Столовые приборы (бытовые, производство)
Столярная мастерская
Столярная мастерская (верстак)
Столярное дело (без дровяного склада)
Столярные станки (машинное помещение)
Столярный цех
Стоматологический кабинет
Сушильная камера (для дерева)
Сыр (в упаковке, производство)
Сырный подвал
Сыродельный завод
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 19
Табачная фабрика
Табачные изделия (производство) 200
Табачный киоск
Театр
Текстиль (транспортировка)
Текстильная фабрика
Телестудия
Телефонные аппараты (производство) 400
Телефонные коммутаторы
Телефонные коммутаторы (производство)
Термический цех
Термосклеивание пластмассы
Типография
Типографская краска (производство) 700
Ткацкая фабрика (без ковров)
Токарные станки
Токарный цех
Токарный цех (деревообработка)
Тракторы (производство)
Трансформаторы (обмотка)
Трансформаторы (производство)
Трикотажная мастерская (производство) 300
Турагентство
Турбаза молодежная
Угольная яма 10500
Угольный бункер
Удобрения (производство) 200
Уксус (производство) 80
Универмаг
Упаковка (других негорючих товаров)
Упаковка (негорючих материалов)
Упаковка (печатной продукции)
Упаковка (производство)
Упаковка (текстиля)
Упаковочный материал (промышленность) 1600
Установка для затаривания (бочки с жидкостью и/или горючие
> 3400 бочки I – IV класса опасности)
Установка для затаривания (бочки с жидкостью и/или горючие
> 1700 бочки V класса опасности)
Установка для затаривания (бочки с жидкостью и/или негорючие
< 200 бочки)
Установка для затаривания (небольшие бочки с жидкостью и
< 200 негорючие бочки)
Установка для затаривания (небольшие бочки с жидкостью и
< 500 негорючие бочки I – IV класса опасности)
Утилизация отходов производства
Фабрика одежды
Фанера (производство) 800
Фанера (производство) 800
Фанеровка 500
Фармацевтическая продукция (производство) 300
Фармацевтическая продукция (упаковка) 300
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 20
Фарфор (производство)
Фейерверки (производство) рассчитывается отдельно 2000
Флуоресцентные трубки (производство)
Фотоаппараты (производство)
Фотоателье
Фотолаборатория
Фотомагазин
Фрезерные работы (по металлу)
Химические заводы (среднее приближенное) 300
Химчистка
Холодильники (производство) 1000
Холодильное хранение
Художественна мастерская
Цветы (продажи)
Целлулоид (производство) 800
Цемент (производство)
Цементные изделия (производство)
Цементный завод
Церковь
Цех заготовки дерева
Часовая мастерская
Часовые механизмы (производство)
Часы (продажи)
Часы (сборка) 300
Шарикоподшипники (производство)
Швейные машины (магазин)
Швейные машины (производство)
Шелкопрядение (из натурального шелка)
Шелкоткачество (из натурального шелка)
Шины (производство) 700
Школа
Школа-интернат
Шорная мастерская (производство)
Штукатурка (производство)
Щетки (производство) 700
Электрическая промышленность
Электродвигатели (производство)
Электронные приборы (производство)
Электронные приборы (ремонт)
Электроприборы (производство)
Электроприборы (ремонт)
Электроремонтная мастерская
Электроснабжение (установка Н < 3 м)
Электростанция
Ювелирная мастерская
Ювелирные изделия (производство)
Ювелирный магазин 300
Ядерные исследования
В таблице 7 представлены плотности пожарных нагрузок в широких группах помещений. Значения в таб лице включают только переменные пожарные нагрузки (т.е. содержимое здания). Если в конструкции здания использовано значительное количество горючих материалов, то для получения общей пожарной нагрузки
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 21 необходимо прибавить это количество к переменной пожарной нагрузке. При выполнении расчета не следует
выбирать среднее значение плотности пожарной нагрузки, так как это приведет к отрицательному коэффици енту запаса прочности для всех значений выше среднего. Необходимо выбрать как минимум 95-ую долю, хотя в некоторых случаях следует использовать более высокие значения.
Таблица 7. Плотность пожарной нагрузки в разных помещениях
Тип помещения Среднее значение Процентная доля
(МДж/м2)
80 90
Жилое помещение 780 870 920
Больница 230 350 440
Складское помещение при больнице 2000 3000 3700
Гостиничный номер 310 400 460
Офисы 420 570 670
Магазины 600 900 1100
Производственное помещение 300 470 590
Производственное и складское помещения с
1180 1800 2240 горючими материалами < 150 кг м-2
Библиотеки 1500 2250 2550 –
Школы 285 360 410
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 22
IFEG 2005. ВЕРОЯТНОСТЬ НАЧАЛА ПОЖАРА
Указанные в настоящем разделе данные могут использоваться в методологиях, для которых требуется ин формация о вероятности происхождения событий.
Представленные в таблице 8 данные распределены по категориям вне зависимости от площади помеще ния. Однако вероятность начала пожара может определяться как функция зависимости от площади здания. Если известны данные о количестве пожаров на единицу общей площади помещений, эти данные следует рассматривать как приоритетные по сравнению с общей информацией в таблице 8. Таблица 8. Общая вероятность начала пожара в разных типах помещений Тип помещения Вероятность начала пожара в помещении Начало пожара y-1 Промышленное 4,4 x 10-2 Склад 1,3 x 10-2 Офисы 6,2 x 10-3 Развлекательный центр 1,2 x 10-1 Нежилое помещение 2,0 x 10-2 Больницы 3,0 x 10-1 Школы 4,0 x 10-2 Жилые помещения 3,0 x 10-3
В таблице 9 представлены данные по Великобритании о частоте начала пожара в зависимости от общей площади помещений.
Таблица 9. Вероятность начала пожара в пределах заданной общей площади помещений раз ного типа Тип помещения Вероятность начала пожара Начало пожара y-1 на м-2 общей площади помещения Офисы 1,2 x 10-5 Склад 3,3 x 10-5 Конференц-зал 9,7 x 10-5
Расчет вероятности начала пожара в здании можно сделать по следующей формуле:
Pi = a AFb
где
Pi – вероятность начала пожара (начало yr-1)
AF – общая площадь помещения (м2) a – постоянная, относящаяся к типу помещения b – постоянная, относящаяся к типу помещения
В таблице 10 представлены значения постоянных a и b для некоторых различных типов промышленных помещений.
Таблица 10. Вероятность начала пожара в разных типах помещений заданной площади
Тип помещения a b Вероятность начала по жара в здании общей площадью 1000 м2
Начало пожара yr-1
Вся производственная
0,0017 0,53 0,066 промышленность
Отдельные виды промышленности
Пищевая, табачная, про-
0,0011 0,60 0,069 изводство напитков
Химическая и смежные
0,0069 0,46 0,165 отрасли промышленности
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 23
Машиностроение 0,0001 0,75 0,018
Электромашиностроение 0,0006 0,59 0,035
Автомобилестроение 0,0001 0,86 0,038
Изделия из металла 0,0016 0,54 0,067
Текстильная 0,0075 0,35 0,084
Бумажная, полиграфиче ская, издательское дело 0,00007 0,91 0,038
Другие виды промыш ленности 0,0084 0,41 0,143
На рис. 1 и 2 представлены результаты исследования специалистов из Финляндии. Наблюдается очевид ное монотонное снижение вероятности начала пожара на единицу общей площади помещения по мере увели чения размеров здания, наряду с явным общим увеличением вероятности начала крупного пожара в зависи мости от общей площади помещения. Результаты исследований ниже отметки 100 м2 относятся к небольшим зданиям, в которых сформирована другая группа населенности в отличие от обычной населенности зданий.
Рис. 1. Частота возгораний в зданиях в Финляндии, выраженная функцией зависимости от общей площади здания
Рис. 2. Частота возгораний в зданиях в Финляндии, приведенная на единицу общей площади здания
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 24
РУКОВОДСТВО К IBC 2003. МОЩНОСТЬ ПОЖАРА И ВЫДЕЛЕ-
НИЕ ТЕПЛА
Информация о мощности пожара и тепловыделении приведена в данной главе на основе книг Д. Эванса и
Дж. Клоута «Требования к противодымной защите в Международных строительных нормах 2003 года» [7],
Эндрю Бученена «Противопожарное проектирование конструкций» [5], а также стандартов Национальной ассоциации по противопожарной защите (США) NFPA 92B «Руководство по системам противодымной защиты атриумов, торговых центров и больших помещений» [4] и NFPA 72 «Национальные нормы по пожарной сигна лизации» [3].
В противодымной защите одним из наиболее важных факторов при пожаре в здании является скорость выделения тепла. Со скоростью выделения тепла напрямую связаны температура и объем газов, выделяемых при пожаре, поэтому прогнозирующие компьютерные модели используют во входных данных параметр «ско рость выделения тепла». Говоря о мощности пожара, специалисты практически всегда используют термин
«скорость выделения тепла». В данной главе под термином «мощность пожара» подразумевается скорость выделения тепла.
Целью данной главы является предоставление основной информации о мощности и развитии пожара, ко торая будет полезна при оценке и определении расчетных пожаров. Расчетный пожар – это такой пожар, противостоять силе которого входит в задачу системы противодымной защиты. В данной главе также рас сматриваются спринклеры, так как зачастую именно их наличие играет решающую роль при определении
расчетного пожара. Расчетный пожар может быть как стационарным, так и нестационарным. Не являясь фи зически реальным, стационарный пожар может использоваться в расчетах с запасом для упрощения конструк торского анализа.
СТАДИИ РАЗВИТИЯ ПОЖАРА
Пожары в комнатах и других помещениях всегда описываются с использованием стадий развития пожара,
представленных на рис.1. Данные стадии являются удобными при обсуждении пожаров, но большинство по жаров не проходят через все эти стадии по причине недостаточного количества топлива или благодаря рабо те системы пожаротушения.
Рис. 1 Стадии развития пожара
Различают следующие стадии развития пожара:
Возгорание – это начальный период развития пожара. Противодымная защита направлена на борьбу с последствиями пожара после возгорания, а не с причинами возгорания.
Рост – это период после возгорания. Рост пожара характеризуется горением материалов вне зависимости или в незначительной зависимости от типа помещения, а также наличием избытка воздуха при пожаре. По мере роста пожара, температура в помещении повышается. Пожар с достаточным объемом воздуха для горе ния называется «регулируемым нагрузкой пожаром», а также пожаром в свободной воздушной среде.
Вспышка – это резкий переход из состояния условного стационарного пожара, ограниченного относи тельно небольшим пространством, в пожар, распространившийся на значительно большее пространство, на пример охвативший всё помещение. В очень большом помещении, таком как при свободной планировке офи са, лишь в части помещения может произойти вспышка. Обычно вспышка происходит при температуре дымо вого слоя в пределах от 500°C до 700°C. Показателем вспышки иногда является температура дымового слоя
600°C или лучистый тепловой поток в 20 кВт/м2 на уровне пола комнаты, где происходит пожар.
Полное развитие пожара – это стадия развития пожара с достижением максимальных температурных отметок. Для небольших и средних помещений скорость выделения тепла при полностью развившемся пожа-
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 25
ре зависит от объема доступного воздуха. Данный тип полностью развившегося пожара называется «регули руемым вентиляцией». При регулируемом вентиляцией пожаре, горящие материалы выделяют больше лету чих газов, которые могут гореть в комнате при доступном объеме кислорода, и пожар может характеризовать ся пламенем с содержанием летучих газов, распространяющихся через открытые дверные проемы помеще ния, где происходит пожар. В очень больших помещениях, таких как при свободной планировке этажа офиса, пожар не обязательно становится регулируемым вентиляцией. Стадия полного развития пожара характеризу ется неэффективным горением и высокой концентрацией угарного газа (см. таблицу 1).
Затухание – это стадия завершения горения топлива, при котором происходит снижение температуры и
скорости выделения тепла в помещении. При этом, характер пожара может измениться с регулируемого на грузкой на регулируемый вентиляцией. Строго говоря, термин «пожар после вспышки» включает обе стадии:
полное развитие пожара и его затухание, но зачастую данный термин используется для обозначения только полностью развившегося пожара.
Таблица 1. Приближенные значения концентрации СО при пожарах в помещениях
Концентрация СО 1
Пожары в «свободной воздушной среде» 0,04
Полностью развившийся пожар (в комнате без содержания целлюлозных материалов на потолке 0,2 или верхней части стен) 2
Концентрация СО – соотношение СО (в граммах), выделяемого на единицу топлива (в граммах) при сго рании.
При полностью развившемся пожаре в помещениях с содержанием целлюлозных материалов (древесины, бумаги, картона и т.д.) на потолке или верхней части стен, ожидаемая концентрация СО будет в несколько раз выше представленных данных.
СКОРОСТЬ ВЫДЕЛЕНИЯ ТЕПЛА ПРИ ГОРЕНИИ РАЗНЫХ ПРЕДМЕТОВ
Скорость выделения тепла в основном измеряется при горении предмета в лаборатории с использованием
калориметра для измерения поглощения кислорода, открытого со всех сторон без ограничения движения воз душных потоков к огню. На скорость выделения тепла материалами, горящими при реальных пожарах, в не которой степени влияет лучистое взаимодействие с окружающей средой. Несмотря на то, что калориметр для измерения поглощения кислорода ограничивает лучистое взаимодействие, лабораторные данные о скорости выделения тепла часто используются в качестве основы для стадии роста расчетного пожара.
На рис.2–10 представлена скорость выделения тепла при горении разных предметов. При горении парных
предметов наблюдаются отклонения значений скорости выделения тепла, как это показано на рис.2 при по жаре в трех киосках. Размер этих киосков относительно небольшой, длина стороны составляла 1,22 метра.
Специалисты лаборатории сконструировали эти киоски и заполнили их футболками с целью моделирования ситуации, приближенной к реальной. На отклонение значений скорости выделения тепла повлияли следую щие факторы: (1) незначительные различия в размещении футболок, (2) различия в составе футболок, (3)
различия в размерах киоска, (4) различия в материалах, из которых собраны киоски, и (5) различия в воз душных потоках около киоска. Однако формы кривых и максимальные значения скорости выделения тепла при горении киосков оказались сходными.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 26
Рис. 2 Скорость выделения тепла (HRR) при горении трех киосков
(пример типичной повторяемости горения материалов)
Как показано на рис.3, максимальные значения скорости выделения тепла при горении рождественской елки (сосны обыкновенной) варьировались в пределах от 1900 до 5275 кВт. В другом испытании при горении менее крупных елей максимальные значения скорости выделения тепла варьировались от 45 до 655 кВт. При
горении всех рождественских елок наблюдался быстрый рост пожара с последующим затуханием по мере сго рания дерева. Пожары, связанные с возгоранием рождественских елок, представляют особый интерес из-за потенциальной возможности распространения пламени на другие предметы.
Рис. 3 Скорость выделения тепла (HRR) при горении рождественской елки
(сосны обыкновенной)
На рис.4–8 представлена скорость выделения тепла при горении разных видов мебели. На рис.9 представ лена скорость выделения тепла при горении рабочих мест. Это смоделированные рабочие места в офисе со следующей комплектацией: кресло, рабочий стол с полками или без, бумага, персональный компьютер и пе регородки, отделяющие рабочее место от остального пространства.
Рис. 4 Скорость выделения тепла (HRR) при горении двухъярусной кровати
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 27
Рис. 5 Скорость выделения тепла (HRR) при горении пружинного матраса с наполнителем из пенополиуретана
Рис. 6 Скорость выделения тепла (HRR) при горении кресла весом 28,3 кг с мягкой обивкой и наполнителем из пенополиуретана
Рис. 7 Скорость выделения тепла (HRR) при горении дивана с наполнителем из пенополиуре тана
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 28
Рис. 8 Шкаф, изготовленный из фанеры толщиной 3,2 мм, с вещами из хлопка и полиэстера
Рис. 9 Рабочее место с тремя перегородками, рабочим столом и полкой
На рис.10 показаны данные о скорости выделения тепла при горении автомобилей, измеренной исследовате лем Жуайо (Joyeux, 1997 [41]). Жуайо показал, что автомобили, произведенные в 1990-х гг., имели более высо кие скорости выделения тепла по сравнению с произведенными ранее автомобилями, что может быть связано с увеличившимся применением полимеров и других неметаллических материалов. Из-за более высокой скорости выделения тепла пожар в автомобиле на автостоянке может вызвать возгорание стоящего рядом автомобиля.
Рис. 10 Автомобили
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 29
РЕГУЛИРУЕМЫЕ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ ПОЖАРЫ
Как описано выше, скорость выделения тепла при регулируемом вентиляцией пожаре зависит от объёма воздуха, доступного огню. Кроме того, скорость выделения тепла может быть выражена как функция вентиля ционных отверстий помещения, где произошел пожар:
Q = 1260 AwHw1/2 Уравнение 1
где
Q – скорость выделения тепла, кВт
Aw -– площадь вентиляционного отверстия, м2
Hw – высота вентиляционного отверстия, м
Данное уравнение применяется для помещений обычного размера и конструкции с одним прямоугольным
проёмом. На рис.11 скорость выделения тепла при регулируемом вентиляцией пожаре представлена как функ ция ширины двери или другого проёма. На основе уравнения 1 можно получить полезные данные для помеще ний, выполненных из обычных строительных материалов (гипсокартон, бетон, дерево и т.д.), но оно не подхо дит для помещений из металла, таких как на корабле со стальными палубами и переборками. В примере 1 по казано, как вычислить скорость выделения тепла для регулируемого вентиляцией пожара.
Рис. 11 Скорость выделения тепла (HRR) полностью развившегося пожара в маленьком или среднем помещении обычной конструкции
Пример 1. Регулируемый вентиляцией пожар
В помещении с одним дверным проёмом, которое полностью охвачено пожаром, какова будет мощность этого пожа ра?
Ширина дверного проёма - 914 мм, высота - 2134 мм.
Hw = 2,13 м; Aw = 0,914 * 2,134 = 1,9510 м²
Поскольку пожар регулируется вентиляцией, применимо уравнение 1:
Q = 1260 Aw Hw1/2 = 1260 * 1,9510 * 2,131/2 = 3587 кВт
Для помещений площадью более 30 м2 адекватность уравнения 1 является сомнительной.
Уравнение 1 было разработано для помещения только с одним проёмом, но в некоторых случаях оно мо жет применяться для помещений с несколькими проёмами. Для ряда прямоугольных проёмов с одним и тем же уровнем верха и низа высота одинакова, а полезная площадь является суммой отдельных зон.
СПРИНКЛЕРЫ
На рис.12 показан рост квадратичного пожара с тремя возможными реакциями на распыление воды
спринклерами: огонь превосходит воздействие спринклеров; постоянная скорость выделения тепла; и сниже ние скорости выделения тепла. Как описано ниже, квадратичный пожар – это пожар, который распространя ется с квадратом времени. Огонь может подавить влияние спринклеров в случае очень быстро разрастающе гося пожара вследствие горения материалов, которые превышают показатели, заложенные при проектирова нии спринклеров. Кроме того, спринклеры могут не сработать, если достигающий их дым охлаждается из-за вовлечения воздуха в струю, что может происходить при пожарах в зонах, где потолки относительно высокие по сравнению с расположением топлива. В этом случае, высота пламени обычно меньше высоты потолка, и
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 30 вовлечение воздуха приводит к охлаждению газов в струе дыма. Если спринклеры сработают, распыляемая вода может испариться до попадания на топливо.
Рис. 12 Взаимодействие пожара и спринклеров
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 31
Снижение скорости выделения тепла из-за спринклеров
Постоянная скорость выделения тепла после срабатывания спринклера является завышенным оценочным показателем в большинстве прикладных программ. Затухание пожара после срабатывания спринклеров более реалистично. Затухание пожара может быть выражено следующей формулой:
Q = Qact е –(t – ta)/τ Уравнение 2
где
Q – скорость выделения тепла после срабатывания спринклеров, кВт
Qact – скорость выделения тепла при срабатывании спринклеров, кВт t – время от начала возгорания, с ta – время срабатывания спринклеров, с τ – постоянная времени тушения пожара, с
Мадржуковски и Веттори (Madrzykovski and Vettori, 1992 [42]) провели пожарные испытания со спринкле рами с плотностью водной струи 0,07 мм/с для наборов горючих материалов, которые могут находиться в офисах. Они определили, что кривая затухания пожара с постоянной времени, равной 435 секундам, имела
более высокую скорость выделения тепла по сравнению с большинством пожаров в помещениях со спринкле рами (рис.13). Эванс (Evans, 1993 [43]) использовал данные этих испытаний, а также данные о пожарах дере вянной поленицы и плотности струи спринклера 0,041 мм/с и 0,066 мм/с из испытаний Таманини (Tamanini,
1976 [44]) и вывел следующее соотношение:
τ = 3/w1,85 Уравнение 3 где w – плотность струи, мм/с
Несмотря на то, что уравнение 3 не было проверено экспериментально, оно всё же позволяет скорректи ровать время затухания для плотностей струй спринклеров за исключением тех, что использовали Мадржу ковски и Веттори.
Рис. 13 Затухание пожара при срабатывании спринклеров с плотностью струи 0,07 мм/с
Реакция спринклеров
Несмотря на то, что в данном пункте информация дана в основном о спринклерах, она также применяется к вентиляционным отверстиям, активируемым при помощи плавких защитных элементов и пожарных тепловых извещателей с заданной температурой.
Быстрота реакции спринклеров проверяется испытанием на погружение, в ходе которого спринклер по гружается в нагретую печь, где происходит циркуляция нагретого воздуха. Данный расчет основан на допу щениях, что: 1) внутреннее сопротивление спринклера является незначительным; 2) спринклер немедленно помещается в печь; 3) коэффициент конвективной теплопередачи является постоянным; 4) температура газа в печи постоянная; и 5) единственная теплопередача - от газа к спринклеру.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 32
Температура спринклера повышается экспоненциально, как показано на рис.14. Постоянная времени, τ, спринклера составляет:
τ = mc/(hc A) Уравнение 4 где:
τ – постоянная времени, с m – вес спринклера, кг c – удельная теплоемкость спринклера, Дж/кг °C hc – коэффициент конвективной теплопередачи, Вт/м2 °C
A – площадь поверхности спринклера, м2
Постоянная времени, τ, представляет собой время, за которое температура спринклера достигает 63% от температуры газа. Коэффициент конвективной теплопередачи, hc, изменяется в зависимости от скорости, вследствие чего постоянная времени также изменяется в зависимости от скорости, на которой она измеряется.
Рис. 14 Температуры в испытании погружением спринклера
Индекс времени срабатывания (RTI) был введен для измерения быстроты реакции спринклеров, независи мой от скорости. Он рассчитывается по формуле:
RTI = τ u 1/2 Уравнение 5 где:
RTI – индекс времени срабатывания, м1/2 с1/2 u – скорость, м/с
В испытании погружением измеряется время активации спринклера и скорость газа. Затем постоянная вре мени может быть вычислена на основе времени активации, а индекс времени срабатывания (RTI) может быть
вычислен на основе уравнения 5. Индекс времени срабатывания (RTI) для стандартных спринклеров варьиру ется приблизительно от 77 до 155 м1/2с1/2, для быстродействующих спринклеров – приблизительно от 28 до 55 м1/2 с1/2. Индекс времени срабатывания не учитывает кондуктивную теплопередачу от спринклера.
Активация спринклеров
Активация спринклера зависит от температуры и скорости потока газов вблизи спринклера. При пожаре струи горячих газов распространяются под потолком в радиальном направлении от места столкновения струи дыма с потолком. Для определения времени активации были разработаны специальные компьютерные про граммы, в которых используются соотношения для таких припотолочных струй.
В программе DETACT-QS используются допущения, что: 1) тепловой датчик расположен на довольно большой площади; 2) только припотолочная струя нагревает датчик; и 3) не происходит нагревания за счет
горячих газов, скопившихся в помещении. Требуемые входные данные программы: высота потолка над горю чим материалом, расстояние до теплового датчика от оси пламени, температура срабатывания теплового дат чика, индекс времени срабатывания (RTI) теплового датчика и скорость выделения тепла при пожаре. Выход ные данные программы: температура газов на уровне потолка, температура датчика (оба показателя как функции времени) и время до срабатывания датчика. Программа DETACT-T2 схожа с программой DETACT-QS, за исключением того, что она разработана специально для квадратичных пожаров. Несколько зонных моде-
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 33
лей пожара, такие как FAST, LAVENT и JET, способны рассчитывать температуру припотолочной струи и вы числять время срабатывания датчика. Эти компьютерные модели находятся в свободном доступе, и их можно бесплатно заказать в Национальном институте стандартов и технологий (г. Гейтерсберг, штат Мэриленд,
США).
РАСЧЕТНЫЕ ПОЖАРЫ
Кривая расчетного пожара – это описание развития пожара, которое может использоваться в сценарии пожара. Кривая представляет собой скорость выделения тепла как функцию времени. Данная кривая может иметь простое значение как константа или может быть простой функцией времени. Кривая расчетного пожара также может являться сложной последовательностью кривых.
В сценарий пожара входит больше, чем просто кривая расчетного пожара. Термин «сценарий» означает намеченный план событий (по аналогии с пьесой или другими театральными постановками). Сценарий пожара
может рассматриваться как намеченный план событий и условий, имеющих решающее значение для опреде ления итогов альтернативных расчетов. Кроме скорости выделения тепла и местоположения пожара, сцена рий может включать виды используемых горючих материалов, токсические вещества в воздухе, образование сажи и передвижение людей в течение пожара.
Горючие материалы временного хранения
Во многих видах помещений принимаются строгие меры по ограничению пожарной нагрузки с целью огра ничения мощности пожара. Такого рода помещения характеризуются внутренней отделкой из металла, кир пича, камня или гипсокартона и, как правило, обставлены предметами из схожих материалов, в том числе,
живыми растениями. Даже на такой площади с ограниченным количеством горючих материалов может нахо диться практически неограниченное количество воспламеняющихся предметов, находящихся на кратковре менном хранении. Такого рода горючие материалы, не предназначенные для постоянного размещения на данной площади, называются горючими материалами временного хранения.
Примерами горючих материалов временного хранения служат рождественские декорации, краска и рас творитель, находящиеся в лестничных шахтах в течение ремонта помещений, доставленные и ещё не распа кованные пластиковые стаканчики в картонных коробках, разрезанные картонные коробки, приготовленные
на выброс, или составленная вплотную мебель, ещё не расставленная по местам после доставки. Иногда го рючие материалы временного хранения надолго остаются в одном и том же месте. Например: (1) партия по лиуретановых матрацев, доставленных в общежитие и ожидающих распределения в следующем учебном году,
(2) автомобили, выставленные на показ в торговом центре, (3) лодки и жилые автоприцепы, выставленные в спортивном комплексе или (4) двухэтажный дом колониального стиля, выстроенный для демонстрации в тор говом центре.
При выборе расчетного пожара не стоит забывать о горючих материалах временного хранения. Один из подходов к учету горючих материалов временного хранения в оснащенных спринклерами помещениях с низ кими или средними потолками заключается в том, чтобы рассмотреть пожар, происходящий на площади 9,3 м2 со скоростью выделения тепла 225 кВт/м2. Это предполагает допускаемую величину горючих материалов временного хранения в 2110 кВт.
Стационарные пожары
По своей природе пожар протекает неравномерно, однако стационарный (равномерный) пожар является очень удобной идеализацией. Равномерные пожары имеют неизменное значение скорости выделения тепла.
Во многих прикладных программах использование модели стационарного пожара приводит к простым расче там и оценке с запасом.
Скорость выделения тепла на единицу площади
В качестве типового значения скорости выделения тепла для коммерческих зданий Морган (Morgan, 1979
[45]) предлагает значение 500 кВт/м2. Фэнг и Бриз (Fang, Breese, 1980 [46]) определили приблизительно такое
же значение для жилых зданий. Морган и Ханселл (Morgan, Hansell, 1987 [47]) и Ло (Law, 1982 [48]) предло жили следующее значение скорости выделения тепла на единицу площади для офисных зданий: 225 кВт/м2.
Для систем вентиляции и дымоудаления предлагается значение скорости выделения тепла на единицу пло щади равное 225 кВт/м2 в помещениях с ограничением горючих материалов и 500 кВт/м2 в помещениях с ме белью, древесиной и другими горючими материалами. Пожар на территории площадью 9,3 м2 дает 2110 кВт в
зонах с ограниченным количеством горючих материалов и 4642 кВт в зонах, заполненных горючими материа лами. Значения скорости выделения тепла на единицу площади, приведенные в таблице 2, помогут опреде лить расчетный пожар.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 34
Таблица 2. Скорость выделения тепла при горении некоторых материалов на единицу площади
Горючий материал Скорость выде ления тепла на единицу пло щади, q кВт/м2
1. Деревянные поддоны, 0,46 м в высоту (влажность: 6-12%)
2. Деревянные поддоны, 1,52 м в высоту (влажность: 6-12%)
3. Деревянные поддоны, 3,05 м в высоту (влажность: 6-12%)
4. Деревянные поддоны, 4,88 м в высоту (влажность: 6-12%) 10 000
5. Почтовые сумки, наполненные, 1,52 м в высоту
6. Картонные коробки с ячейками, 4,57 м в высоту
7. Полиэтиленовые лотки для писем, наполненные, 1,52 м в высоту на тележке
8. Полиэтиленовые мусорные баки в картонных коробках, 4,57 м в высоту
9. Душевые кабины из полиэтилена и стекловолокна в картонных коробках, 4,57 м в высоту
10. Полиэтиленовые бутылки, упакованные в см. пункт 6
11. Полиэтиленовые бутылки в картонных коробках, 4,57 м в высоту
12. Полиуретановая изоляционная плита, поропласт, 4,57 м в высоту
13. Полистироловые сосуды, упакованные в см. пункт 6 14 000
14. Полистироловые трубки в картонных коробках, 4,27 м в высоту
15. Полистироловые детали игрушек в картонных коробках, 4,57 м в высоту
16. Полистироловая изоляционная плита, поропласт, 4,27 м в высоту
17. Бутылки из ПВХ, упакованные в см. пункт 6
18. Полипропиленовые трубки, упакованные в см. пункт 6
19. Полипропиленовая и полиэтиленовая пленка в рулонах, 4,27 м в высоту
20. Резервуар с метанолом, ∅ 0,16 м
21. Резервуар с метанолом, ∅ 1,22 м
22. Резервуар с метанолом, ∅ 1,74 м
23. Резервуар с метанолом, ∅ 2,44 м
24. Резервуар с метанолом, ∅ 0,97 м
25. Резервуар с силиконовым трансформаторным маслом, ∅ 1,74 м
26. Резервуар с силиконовым трансформаторным маслом, ∅ 2,44 м
27. Резервуар с углеводородным трансформаторным маслом, ∅ 1,22 м
28. Резервуар с углеводородным трансформаторным маслом, ∅ 1,74 м
29. Резервуар с гептаном, ∅ 1,22
30. Резервуар с гептаном, ∅ 1,74
В данной таблице приведены округлённые значения. Аналогичную таблицу B.5.2(a) с более точными зна чениями смотрите в подразделе «Справочная информация» раздела «NFPA 92B. Руководство по системам про тиводымной защиты атриумов, моллов и больших помещений».
Нестационарные пожары
Нестационарным (неравномерным) пожаром называют пожар, при котором скорость выделения тепла из меняется с течением времени. Часто считается, что на стадии роста пожар усиливается с квадратом времени, и такой пожар принято называть квадратичным пожаром. Уравнение квадратичного пожара приведено ниже:
Q=at2 Уравнение 6 где:
Q – скорость выделения тепла при пожаре, кВт a – коэффициент роста пожара, кВт/с2 t – время от возгорания, с
Рост квадратичного пожара показан на рис.15. В уравнение 6 не включен инкубационный период медлен ного и неравномерного развития, который часто имеет место перед стадией роста пожара, но общепризнан ным остается тот факт, что при проектировании систем дымоудаления учет инкубационного периода не явля ется необходимым.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 35
Рис. 15 Кривая роста пожара
В таблице 3 приведены значения роста пожара из стандартов Национальной ассоциации по противопо жарной защите (США) NFPA 92B «Руководство по системам противодымной защиты атриумов, торговых цен тров и больших помещений» [4] и NFPA 72 «Национальные нормы по пожарной сигнализации» [3]. Данные роста пожара, соответствующие значениям из стандарта NFPA 92B, приведены на рис.16. Если не указано иное, то далее по тексту термины «медленный», «средний», «быстрый» и «сверхбыстрый», характеризующие рост пожара, относятся к значениям из стандарта NFPA 92B.
Таблица 3. Постоянные роста пожара для квадратичных пожаров
NFPA 92B NFPA 72 α (кВт/с ) tg (с) Диапазон tg (с) Медленный 0,002931 600 tg ≥400 Средний 0,01127 300 150≤ tg <400 Быстрый 0,04689 150 tg <150 Сверхбыстрый 0,1878 75 –
Рис. 16 Соотношение квадратичных пожаров к некоторым пожарным испытаниям
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 36
Подход, основанный на наборе горючих материалов
Основной набор горючих материалов представляет собой набор материалов максимально возможных раз меров, который может быть охвачен пожаром, используемый в конкретной прикладной программе. Набор го рючих материалов может состоять из нескольких горючих элементов (диван, стул, кровать, стол, шторы и т.д.). Ключевое значение в выборе элементов, которые будут составлять основной набор, заключается в том, что поток излучения от одного из горючих элементов приведет к возгоранию остальных элементов, находя щихся в основном наборе, не вызвав при этом возгорания посторонних горючих элементов.
Модель точечного источника теплового излучения (рис. 17) рассматривает пламя как небольшой тепловой источник таким образом, что интенсивность теплового излучения обратно пропорциональна квадрату расстоя ния от источника. Тепловое излучение также называется лучистым тепловым потоком.
Рис. 17 Модель точечного источника теплового излучения
qr =Qr /(4πR2) Уравнение 7
где:
qr – интенсивность теплового излучения, кВт/м2
Qr – лучистая теплоотдача, кВт
R – расстояние от центра огня, м
Модель точечного источника излучения действенна при условии, что расстояние от центра пламени превос ходит диаметр пожара более, чем в два раза (R > 2D). Интенсивность теплового излучения, qr, также называ ют лучистым потоком.
Лучистая теплоотдача при пожаре составляет:
Qr = X r Q Уравнение 8 где
Q – скорость выделения тепла, кВт
Xr – доля теплового излучения
Тепло передается от пламени путем проводимости, конвекции и излучения. Для большинства пожаров теп лопередача проводимостью незначительна. Доля теплового излучения может быть выражена следующим уравнением:
Xr = 1 – Xс Уравнение 9
где Xс – конвективная доля.
Доля теплового излучения зависит от горючего материала и диаметра пожара, и ее значение варьируется
от 0,1 до 0,6. Горючие материалы с низкой степенью сажеобразования, такие как метанол, имеют низкую до лю теплового излучения, в то время как материалы с высокой степенью сажеобразования, такие как бензин и полистирол, обладают высокой долей излучения. Однако, в прикладных программах моделирования распро странены значения Xr = 0,3 и Xс = 0,7.
Понятие «разделительное расстояние» помогает оценить, какие элементы должны применяться в основ ном наборе горючих материалов. Согласно модели точечного источника теплового излучения разделительное расстояние равно:
RSD = (Qr,i / 4πq r,i)1/2 Уравнение 10 где
RSD – разделительное расстояние от центра огня до объекта, м
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 37
Qr,i – интенсивность теплового излучения, необходимая для самопроизвольного возгорания, кВт/м2 qr,i – лучистый поток, необходимый для самопроизвольного возгорания, кВт/м2
Элементы горючих материалов, расположенные на меньшем расстоянии от огня, чем RSD, должны заго реться, в то время как элементы, расположенные на большем расстоянии, чем RSD, загореться не должны.
Лучистый поток, необходимый для самопроизвольного возгорания, варьируется от 10 кВт/м2 для тонких лег ковоспламеняемых материалов до 20 кВт/м2 для толстых материалов.
При пожаре скорость выделения тепла, Qr,i , необходимая для воспламенения объекта, находящегося на расстоянии R, равна:
Qr,i=4πR2qr,i Уравнение 11
Для лучистой теплопередачи, если значение R меньше удвоенного диаметра пожара, модель точечного ис точника излучения не может быть использована. Необходимо применять другой метод. В примере 2 показан расчет набора горючих материалов временного хранения и дана оценка воспламенения под воздействием теплового излучения.
Пример 2. Набор горючих материалов временного хранения из восьми диванов
Пожарная нагрузка представлена набором горючих материалов, в который входят 8 диванов с наполните лем из пенополиуретана, после доставки в здание временно хранящихся в большом атриуме. Диваны состав лены в ряд на расстоянии 0,305 м друг от друга, как показано на рис.18. Потолок атриума достаточно высокий и, следовательно, успешной ликвидации пожара при помощи спринклерной системы не ожидается. Скорость выделения тепла диванов соответствует показателям, приведенным на рис.7. Максимальная скорость выделе ния тепла составляет 3102 кВт.
Значение лучистого потока для самопроизвольного возгорания qr,i,= 20 кВт/м2 было выбрано с целью полу чения результатов с запасом.
Радиус R проходил от центра огня до края соседнего дивана и составлял 0,762 м. Скорость выделения те пла, вызывающая возгорание на расстоянии R, рассчитывается на основе уравнения 11:
Qr,i= 4πR2qr,i = 4π (0,762)2(20) = 146 кВт
Таким образом, когда мощность пожара дивана 1 достигнет 146 кВт, должно произойти воспламенение ди вана 2. Это завышенная оценка, поскольку используется значение лучистого потока для толстых материалов.
Общая скорость выделения тепла при горении группы из восьми диванов может быть рассчитана численно и графически. Графические вычисления показаны на рис.19. Скорость выделения тепла дивана взята из рис.7,
момент возгорания второго дивана изображен на рис.19 (a). Предполагается, что последующие диваны вос пламеняются при том же лучистом потоке, переходящем от соседнего дивана, как показано на рис.19 (b). Об щая скорость выделения тепла при горении группы диванов складывается из суммы индивидуальных кривых скорости выделения тепла каждого дивана, как показано на рис.19 (c).
Насколько можно судить по рис.19 (c), данный пожар является довольно крупным, но он мог быть еще крупнее, если бы расположенные по соседству материалы тоже загорелись под воздействием лучистого пото ка от горящих диванов.
Рис.18 Расположение диванов в атриуме (пример 2)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 38
Рис. 19 Графическое представление для основного набора горючих материалов из примера 2
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 39
LPR 11. ДАННЫЕ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ
Данная глава подготовлена на основе отчета Совета по предотвращению убытков LPR-11 «Распростране ние огня в многоэтажных зданиях с остекленными навесными фасадами» [2]. В отчете представлено деталь ное описание поведения пожара и его воздействий на фасадные системы. Полученные данные отчета предна значены для инженеров, чья деятельность связана с разработкой решений, касающихся пожарной опасности.
Читатель должен помнить, что применение результатов исследования к конкретным расчетам требует при стального внимания.
Отчет, легший в основу данной главы, появился в результате возникновения сомнений в действенности традиционных методов, используемых страховщиками для оценки максимальных потерь в высотных коммер ческих зданиях. Возникновению этих опасений послужили участившиеся случаи пожаров в этих типах зданий
в Великобритании и других странах, продемонстрировавшие значительные сложности, связанные с их туше нием. Особое опасение вызывает видимая легкость, с которой огонь в конструкциях с остекленными навесны ми фасадными системами может распространяться с этажа возникновения пожара по фасаду здания. Перво начальная задача отчета заключалась в исследовании этого феномена и факторов, оказывающих на него влияние, а также средств снижения его разрушающего действия.
Пожарный исследовательский центр провел обширное исследование методов проектирования с использо ванием огнестойких межэтажных панелей с целью препятствовать распространению пламени на вышележа щие этажи по внешней поверхности фасада здания. Программа состояла из 11 испытаний, проведенных на
единой базовой конфигурации здания, но с применением различных параметров, таких как, пожарная нагруз ка, вертикальное расстояние между окнами, тип межоконных панелей и использование балкона для измере ния относительного воздействия каждого из этих факторов на распространение пожара на вышерасположен ные этажи. Испытания проводились на открытом воздухе, и, следовательно, в каждом отдельном случае под вергались воздействию ветра различной скорости и различного направления. При наличии фактора регули руемого вентиляцией пожара, пожарная нагрузка в большей степени влияла на продолжительность горения, чем на его интенсивность. Во всех испытаниях одностворчатый элемент остекления в помещении пожара рано
или поздно разрушался, и огонь устремлялся на остекленную поверхность вышерасположенного этажа. Ре зультаты показали, что при направленном огневом воздействии, время до разрушения составляло 1-2 минуты.
Было обнаружено, что при большей продолжительности горения, вероятность распространения огня на вы шерасположенные этажи возрастала. Результаты исследования показали, что применение вертикального раз деления окон при помощи простенков (длиной 91,44 см), балконов или межоконных панелей допустимой ве личины не давало значительных преимуществ. Однако было отмечено значительное влияние силы и направ ления ветра на снижение или усиление степени огневого воздействия.
ОБЗОР ТИПОВЫХ ФОРМ НАВЕСНЫХ ФАСАДНЫХ СИСТЕМ
Эстетическая притягательность современных зданий во многом обязана новым разработкам в области об лицовочных систем, связанных с развитием относительно новых методов проектирования и производства в области остекления и алюминиевых конструкций. Ведущую позицию среди этих систем занимают навесные фасадные системы, которые представляют собой форму облицовки, как правило, состоящую из сочлененной
металлической рамной конструкции, удерживающей сборные светонепроницаемые, полупрозрачные или про зрачные заполняющие панели. Панели закрепляются в рамной конструкции при помощи синтетических уп лотнителей. Прочность рамной конструкции должна быть достаточной, чтобы удерживать стеклян ные/межоконные панели, и противостоять ветровой нагрузке, которой будет подвергаться данная сборная конструкция. Рамная конструкция крепится к конструкции здания на уровне плиты перекрытия или балки при помощи стальных или алюминиевых кронштейнов. Разделение этажей сохраняется благодаря заполнению зазоров между навесным фасадом и основной конструкцией противопожарным материалом на уровне пере крытия.
Система навесных фасадов представляет собой граничную поверхность, отделяющую внутреннюю среду
от наружной среды, и, следовательно, должна соответствовать определенным эксплуатационным требовани ям и предельным состояниям прочности при нагрузке и воздействиях окружающей среды. Требованиям к сис темам навесных фасадов включают: устойчивость к атмосферным воздействиям, акустическую и тепловую изоляцию, сопротивление ветровым нагрузкам, устойчивость к относительному смещению и долговечность.
В данном отчете особое внимание уделяется лишь одному эксплуатационному параметру, а именно, спо собности навесных фасадных систем препятствовать распространению пожара на вышележащие этажи и при легающие здания.
Советом по предотвращению убытков был произведен обзор многоэтажных зданий Великобритании, в ко торых были использованы навесные фасадные системы. Элементы типовой навесной фасадной системы при ведены на рис. 1. Были выявлены следующие слабые стороны материалов и методов их установки:
− Пространство между навесным фасадом и торцом плиты перекрытия или балки может создавать потенци альный огневой канал, в связи с этим, оно уплотняется противопожарным материалом. Однако сжатие или вытеснение противопожарного материала под воздействием температурных деформаций фасадной рамной конструкции может вызвать проникновение горячих газов на вышерасположенный этаж через об разовавшиеся зазоры. Этому процессу способствует избыточное давление на уровне потолка в помеще-
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 40 нии пожара. Также могут возникнуть сложности с установкой противопожарного материала особенно в области соединения системы навесного фасада с конструкцией, где, как правило, образуются зазоры.
− Оконные панели навесных фасадных систем во внешней оболочке здания, как правило, имеют двойное остекление, но огнестойкое стекло используется крайне редко, что обусловлено его высокой стоимостью.
При огневом воздействии перепады температур, образующиеся между центральной частью оконного стекла и его затененными краями, вызывают нагрузки, которые вызывают трещинообразование. Это ве дет к нарушению целостности и выпадению стекла, что, в свою очередь, обеспечивает доступ воздуха к огню и влечет за собой опасность падающих осколков.
− Непрозрачные межоконные панели используются для ограждения соединений между потолком и полом.
Как правило, они производятся из высокопрочного стекла. В связи с их расположением в непосредствен ной близости от поверхности потолка на этаже протекания пожара, межоконные панели подвергаются воздействиям высоких температур, обусловленным подъемной силой. Это может послужить ключевым фактором в распространении пожара по фасаду здания, поскольку разрушение межоконной панели обес печивает распространение пожара на вышерасположенный этаж.
− Рамная конструкция, обычно состоящая из системы соединенных вертикальных и горизонтальных импо стов, как правило, производится из штампованных алюминиевых профилей. Алюминиевые профили те ряют устойчивость при температуре, превышающей 200˚С, и деформируются при огневом воздействии.
Температура плавления алюминиевых профилей составляет 550˚С – 650˚С.
− Рамная конструкция навесного фасада обычно соединяется с конструкцией здания стальными или алюми ниевыми кронштейнами. Последние теряют устойчивость и плавятся при той же температуре, что и алю миниевая рамная конструкция.
Рис. 1 Типовая панель навесной фасадной системы
МЕТОДОЛОГИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Цель программы испытаний в первую очередь заключалась в том, чтобы определить поведение навесных
фасадных систем под воздействием типового пожара, основываясь на исследованиях свойств отдельных эле ментов конструкции (рамной конструкции, элементов остекления, крепежных элементов, противопожарного
материала). Во-вторых, исследовалась склонность разрушения элементов конструкции приводить к верти кальному распространению огня по поверхности здания. И, наконец, проводились испытания средств предот вращения разрушения элементов и/или распространения огня.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 41
Испытательная установка
Для исследования была выбрана установка с лицевой поверхностью 6.0 метров в ширину, вмещающей секцию навесного фасада из четырех окон. Глубина помещения составляла 4.0 метра, высота - 3.3 метра, в соответствии с параметрами типового помещения коммерческого здания. Эти параметры применялись для
трехэтажной испытательной установки, представленной на рис. 2. Система здания включала составное пере крытие из профильного металлического настила и бетонных панелей на жесткой стальной рамной конструк ции. Потолок противопожарного помещения на уровне 1 был обшит надежным изоляционным и огнеупорным материалом из керамического волокна, а стены были облицованы огнестойкими панелями с целью защиты конструкции, а также для того, чтобы изолировать реакцию навесной фасадной системы на пожар. В задней
стене противопожарного помещения находился дверной проем (1.8 метра x 1.0 метр), необходимый для обес печения притока свежего воздуха и выхода продуктов горения. Размеры и расположение проема регулирова ли скорость горения деревянной поленицы.
Огневое испытание
Пожарная нагрузка (т. е. потенциальное выделение тепла из состава горения) здания в большой степени зависит от назначения здания, и средние величины устанавливаются для отдельных учреждений, таким же
образом, как средняя допустимая нагрузка на перекрытия. Величина пожарной нагрузки может иметь различ ные значения даже для зданий одной и той же категории ‘офисные помещения’, в зависимости от того осуще ствляется ли передача информации на бумаге, или электронным способом. В качестве среднего показательно го значения было принято значение пожарной нагрузки, равное 420 МДж/м². Чтобы обеспечить воспроизво димость расчетного пожара, в качестве горючего материала использовалась деревянная поленица, состоящая
из древесины и пропиленовых лент. Древесина использовалась вместо целлюлозной массы, а пропилен заме нял пластиковый состав мебели. В большинстве испытании поленица помещалась в центре помещения перво го этажа и демонстрировала относительно стабильную скорость горения с тепловыделением, равным 3 мВт.
Программа испытаний
Основной целью при составлении программы испытаний было выделить отдельные виды разрушения, ко торые были выявлены при первоначальном обзоре прошлых случаев пожаров в многоэтажных зданиях и в стандартной строительной практике. В программу также входила оценка мер по снижению материального ущерба при пожаре, но в условиях, когда пожар достигает значительных масштабов.
Контрольно-измерительная аппаратура
Во всех испытаниях применялся стандартный набор контрольно-измерительных приборов и сбора данных
для дальнейшего сравнения различных сценариев. Кроме того, в каждом испытании были установлены до полнительные датчики для измерения отдельных характеристик, заслуживающих более детального рассмот рения. Общий набор данных включал измерение температуры при помощи открытых проволочных термопар вертикально размещенных с интервалом в 0.5 метра в виде двух деревьев термопар. Первое дерево термопар было расположено в зоне факела пламени поленицы, второе находилось в отдаленном от очага пожара углу
помещения с целью измерения предельных высоких и предельных низких показателей теплового воздейст вия. Термопары фиксировались на горизонтальных и вертикальных импостах, кронштейнах и, по возможно сти, на элементах остекления, для снятия температурных показателей этих ключевых элементов в течение
каждого испытания. Кроме того, использовалась тепловизионная камера для инфракрасной съемки с интерва лом, позволявшей оценивать перепады температур по всей поверхности остекления. Для дальнейшей оценки пожара в помещении были измерены потеря массы деревянной поленицы, приток воздуха через открытый дверной проем и уровни давления у поверхности потолка.
Смещение рамной конструкции при пожаре оценивалось как важный фактор, поскольку значительное ис кажение на уровне плиты перекрытия могло вытеснить противопожарный материал и вызвать нарушение це лостности конструкции. Искажение рамной конструкции могло достичь значительной величины, достаточной
чтобы вызвать разрушение элементов остекления независимо от реакции самих элементов остекления на по жар. В связи с этим, вертикальное, горизонтальное и боковое смещение центрального вертикального импоста измерялось при помощи датчиков смещения, расположенных удаленно и присоединенных к испытуемому эле менту при помощи проводов.
Сбор количественных данных дополнительно производился при помощи видео съемки и индивидуальных наблюдений с целью зафиксировать общие аспекты характера испытаний.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 42
Рис. 2 Типовое расположение рамной конструкции, фасада и деревянной поленицы
Рис. 3 (а) Вертикальный импост/соединение с плитой перекрытия в разрезе
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 43
Рис. 3 (b) Противопожарный материал и закрепляющая скоба в разрезе
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА
Полученные результаты испытаний обобщаются и подвергаются сравнительной оценке с учетом того, что при испытании навесной фасад рассматривается как общая система, не предназначенная для оценки абсо лютной огнестойкости какого-либо отдельного элемента конструкции. В конце каждого раздела приведен пункт, в котором обсуждается значимость результатов испытания в контексте оценки максимальных убытков.
Испытание 1 - 6: Конфигурация поленицы
В ходе испытаний 1 - 6 в испытательной установке сооружались и сжигались поленицы различного калиб ра, и фиксировалась потеря массы для выявления стабильного пикового режима тепловыделения. Была вы брана реалистичная и воспроизводимая конфигурация с мощностью выделения тепла, равной 3 мВт, при от носительно постоянном горении по прошествии первых 8-ми минут испытания. Это определило параметры источника тепла, которые использовались на протяжении всей программы испытаний.
Испытания 7 и 8: Испытание рамной конструкции
Оборудование
Основной целью испытаний 7 и 8 было дать оценку работы рамных систем. Для этой цели использовалась
стандартная рамная система, состоящая из соединенных между собой штампованных алюминиевых горизон тальных импостов и вертикальных импостов, которая была закреплена на уровне плиты перекрытия при по мощи болтовых соединений. Вместо стеклянных панелей для облицовки рамной конструкции использовались огнестойкие плиты, прикрепленные к стене при помощи стальных кронштейнов, вместо алюминиевых, чтобы исключить роль случайных факторов в механизме разрушения. Поскольку плотность плит ниже плотности
стекла, рамная конструкция была дополнительно нагружена до эквивалентной массы. Две сравниваемые сис темы рамных конструкций представляли собой легковесную систему с толщиной вертикального и горизон тального импостов 105 мм, и тяжелую систему с толщиной импостов 170 мм. Система была закреплена у ос нования каждого вертикального импоста при помощи кронштейнов. Для верхнего края вертикального импоста был предусмотрен зазор величиной 6 мм, обеспечивавший стандартное тепловое расширение. Детали соеди нения и противопожарный материал показаны на рис. 3 (a) и (b).
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 44
Наблюдения и результаты
Температуры в зоне факела горения поленицы в испытаниях 7 и 8 (рис. 4 и 5 соответственно) демонстри ровали схожее развитие горения поленицы. Быстрый начальный рост пожара был обеспечен источником за горания с применением гептана. В течение первых 4,5 минут была достигнута максимальная температура, приблизительно равная 800˚С. Затем последовал спад температуры в некоторых термопарах, обусловленный снижением дымового слоя, который препятствовал горению в верхних уровнях поленицы. Приблизительно на
8-10 минуте пламя вырывалось через дверной проем в задней стене испытательной установки, поскольку температура в горячем слое достигла достаточно высокого уровня, чтобы вызвать воспламенение летучих веществ. Более устойчивое горение поленицы вызвало постепенное повышение температуры до 800 - 1000˚С.
В обоих испытаниях разрушение произошло вследствие смещения облицовочных панелей, позволившее пла мени проникнуть через образовавшееся отверстие. Разрушение тяжелой рамной конструкции произошло при близительно на 28 минуте, легкая рамная конструкция разрушилась на 23 минуте. Причиной разрушения по служило скорее снижение температуры в помещении, чем усиление интенсивности горения, поскольку на данном этапе пожар был в процессе затухания, не регулировался вентиляцией и не имел доступа кислорода.
Рис. 4 Кривые термопар, расположенных в зоне факела пламени поленицы (испытание №7)
Рис. 5 Кривые термопар, расположенных в зоне факела пламени поленицы (испытание №8)
В ходе наблюдений за температурой вертикальных и горизонтальных импостов (рис. 6-9) было отмечено,
что температура и тех и других постепенно поднималась до максимального значения, приблизительно равно го 600˚С, прежде чем произошло разрушение. Алюминиевый сплав, из которого была изготовлена конструк ция, теряет 50% прочности, при температуре 200˚С, 100% прочности при температуре, превышающей 350˚С, и плавится при температуре 550-660˚С. Облицовочные панели сместились по причине распада секций рамной конструкции, что оценивалось как разрушение рамной конструкции. Тяжелая конструкция показала незначи-
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 45 тельное преимущество в 5 минут до разрушения, несмотря на то, что назначение более прочной конструкций заключается в том, чтобы улучшить сопротивление ветровым воздействиям. Следует отметить, что рамная конструкция продолжала удерживать облицовочные панели при температурах выше половинной и нулевой прочности алюминиевого сплава, вплоть до полного разрушения.
Рис. 6 Кривые термопар вертикального импоста (испытание №7)
Рис. 7 Кривые термопар горизонтального импоста (испытание №7)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 46
Рис. 8 Кривые термопар вертикального импоста (испытание №8)
Рис. 9 Кривые термопар горизонтального импоста (испытание №8)
На рис. 10 и 11 соответственно изображены температурные показатели, зафиксированные в зазорах раз мером 30 мм x 30 мм, расположенных с задней стороны вертикальных импостов, на стыках с кронштейнами,
соединяющими навесной фасад с основной конструкцией. Наблюдалась высокая интенсивность роста темпе ратур: температурные показатели, достигали около 500˚С в течение приблизительно 3.5 минут. Воспламе няющиеся пластины, размещенные прямо над зазорами, были уничтожены пожаром в течение испытаний, что свидетельствует о том, что возгорание горючих материалов на верхнем этаже могло возникнуть гораздо раньше разрушения рамной конструкции и, следовательно, указывает на потенциально серьезную слабость системы конструкции. Более низкая температура, наблюдаемая в зазоре правого кронштейна, указывает на правильную установку минерального волокна.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 47
Рис. 10 Кривые термопар, расположенных в зазорах кронштейнов (испытание №7)
Рис. 11 Кривые термопар, расположенных в зазорах кронштейнов (испытание №8)
Смещение центрального вертикального импоста по средней высоте перпендикулярно плоскости фасада в
испытании 8 графически представлено на рис. 12 (измерение смещения в испытании №7 произвести не уда лось). Отчетливо наблюдались две поведенческие фазы. Сначала вертикальный импост прогнулся на 5 мм по
направлению к очагу пожара под воздействием температурного градиента, образовавшегося в толщине сек ции. Это явление называется «свободный изгиб» и часто наблюдается в стеновых панелях, состоящих из раз личных строительных материалов (таких как, бетон, каменная кладка) во время испытаний на огнестойкость.
Однако на 10 минуте произошло резкое изменение направления смещения в противоположную сторону, пе решедшее в устойчивый изгиб по направлению от очага пожара до 25 мм. Факторами, повлиявшими на такое поведение, могли быть постепенное выравнивание температурного градиента по толщине вертикального им поста, смещение центра действия в секции, вызванное снижением прочности материалов и защемление шва расширения системы рамной конструкции, вызвавшее принудительный, но не свободный изгиб. Не исключена так же вероятность экспериментальной ошибки в фиксировании обратного смещения, вызванной температур ным расширением провода, соединявшего вертикальный импост с датчиком смещения.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 48
Рис. 12 Кривая смещения центра вертикального импоста (испытание №8)
Обсуждение
Основная часть рамных конструкций для навесных фасадных систем производится из алюминиевых спла вов. Их относительно низкая плотность обеспечивает простоту монтажа и позволяет снизить вес, налагаемый на конструкцию здания. С одной стороны, удобообрабатываемость этих материалов при высоких температу рах позволяет получать сложные крестообразные конструкции, но с другой стороны, она проявляется как свойство низкой прочности этих материалов при пожаре. Температуры, достигаемые в течение пожара в по мещении, были достаточно высокими, чтобы вызвать значительную деформацию и разрушение элементов из алюминиевых сплавов, что потребовало замены рамной конструкции. Несмотря на использование огнестойких
панелей, вместо элементов остекления, разрушение рамной конструкции произошло в течение получаса, от крыв путь для распространения огня на вышерасположенный этаж. Однако этого времени оказалось доста точно, чтобы ослабить пожарную нагрузку в помещении, сократив разрушающую силу факела пламени, вы рывавшегося за пределы помещения, и, таким образом, снизив вероятность вертикального распространения огня.
Простота замены отдельных панелей навесных фасадов с учетом всей системы должна быть предусмотре на на этапе проектирования.
Испытание 9: Испытание кронштейнов
Оборудование
Уникальность данного исследования состояла в том, что его главной целью было испытание при пожаре
эксплуатационных характеристик кронштейнов из алюминиевого сплава, используемых для крепления навес ных фасадных систем. Помещение было облицовано огнестойкими панелями Supalux, закрепленными при по мощи стальных распорных креплений (облицовочная рамная конструкция не использовалась), чтобы создать огнестойкий экран и те же условия для развития пожара поленицы, как при предыдущих испытаниях. Испы тываемые кронштейны соединялись с распорными креплениями, на которые крепился вес, равный 135 кг
(приблизительный вес, удерживаемый каждым кронштейном в системе конструкции с полным остеклением). В зазоре между плитой перекрытия и фасадом было установлено противопожарный материал толщиной 150 мм и 100 мм. Более плотный слой материала использовался для изоляции всего кронштейна, более тонкий – для частичной изоляции кронштейна.
Наблюдения и результаты
Рост температуры горения поленицы был практически таким же, как в предыдущих испытаниях. На рис. 13
для сравнения приведены кривые температур горения и «стандартная» кривая пожара. Кривые демонстриру ют схожий рост температур до 30 минуты и последующее расхождение, где «стандартная» кривая продолжает
расти, в то время как огнестойкие панели на уровне потолка разрушились и дали выход пожару. Температур ные показатели кронштейнов и зазоров между кронштейнами и конструкцией (рис. 14 и 15) были аналогичны показателям предыдущих испытаний. Они демонстрировали первоначальный стремительный рост температур
приблизительно до 250˚С в кронштейне и до 500˚С в зазоре между кронштейном и конструкцией, и после дующее повышение температуры до общего максимального значения, приблизительно равного 700˚С. Датчи ки смешения, предназначенные для измерения деформации кронштейнов под воздействием нагрузок (рис.
16), зафиксировали небольшое движение вверх, вследствие осевого расширения распорных креплений, и по следующее движение вниз, вследствие направленной вниз деформации кронштейнов под воздействием на грузки в условиях повышенной температуры, достигавшей 400˚C. Анализ угловых кронштейнов, проведенный
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 49 после испытаний, выявил их значительную деформацию и в некоторых случаях разрушение вырывающим усилием, тем не менее, благодаря путям альтернативных нагрузок, разрушения в удерживающей конструкции не произошло.
Рис. 13 Кривые термопар, расположенных в зоне факела пламени поленицы (испытание №9)
Рис. 14 Кривые термопар, установленных на кронштейнах (испытание №9)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 50
Рис. 15 Кривые термопар, расположенных в зазорах кронштейнов (испытание №9)
Рис. 16 Осевое смешение центральной части конструкции с распорными креплениями
(испытание №9)
Обсуждение
Форма установочных кронштейнов, используемых для крепления фасадов, практически не подлежит тех ническому контролю или сертификации, поскольку эти элементы часто поставляются отдельно от навесных фасадных систем. В то же время, они являются ключевыми элементами в цепи нагрузки, соединяющей фа садную систему с сооружением. Это имеет особенное значение, когда на кронштейны возлагается нагрузка облицовочных систем нескольких этажей. В настоящих испытаниях кронштейны состояли из алюминиевых листовых реек, сваренных по внутреннему и наружному углу в угловой профиль. Нарушение соединений в некоторых сварных швах, сопровождаемое трещинами и разрывами, указывало на неудовлетворительную
работу кронштейнов в условиях пожара. Деформация и даже разрушение углов не привели к катастрофиче ским последствиям и, тем не менее, представляется разумным рассматривать способы регулирования специ фикации соединительных кронштейнов, чтобы убедиться, что они не являются слабым звеном в навесной фасадной системе.
Испытания 10 и 11: Испытания остекленного навесного фасада
Оборудование
Задачей данных испытаний было сравнить поведение полностью остекленных тяжелых рамных конструк ций и легких рамных конструкций в условиях пожара поленицы. Оборудование было задумано таким образом, чтобы повторить испытания 7 и 8 соответственно, но на этот раз с использованием остекленного заполнения навесных фасадных систем, вместо огнестойких панелей. Было использовано два типа панелей. Прозрачные
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 51
панели состояли из двух листов стандартного полированного стекла толщиной 6 мм с промежуточным рас стоянием 12 мм. Межоконные панели в соединениях между этажами состояли из двух слоев листового упроч ненного стекла толщиной 6 мм с промежуточным расстоянием 12 мм. Фрагмент противопожарного материала показан на рис. 3 (b). Температура поверхности стекла отслеживалась при помощи датчика теплового потока
Гардона, установленного на расстоянии 0.5 м со стороны необогреваемой поверхности, для измерения коли чества теплового излучения, проходившего через стекло.
Наблюдения и результаты
В обоих случаях рост пожара поленицы протекал аналогично испытаниям, в которых рамные конструкции были облицованы огнеупорными панелями. На рис. 17 и 18 показаны скачок в росте температур (0 - 6 мин), в момент, когда огонь полностью охватил поленицу и последующий резкий спад температур, в момент, когда слой дыма опустился ниже верхней части поленицы. Период стабильной высокой температуры (на протяже нии 7 - 11.5 мин удерживалась температура приблизительно 600˚С) продолжался до первого разрушения. В обоих случаях разрушение элементов остекления привело к стремительному росту температур, превышавших
1000˚С, до тех пор, пока не разрушилось достаточное количество элементов остекления, после чего пожар перешел в стадию регулируемого топливом пожара. Противопожарная защита внутренней облицовки поме щения и наличие единственного источника возгорания означали, что воспламенение могло быть ограничено
дымовым слоем, что в результате привело к значительным расхождениям показателей отдаленно располо женных термопар на высоте между 1.0 м и 1.5 м с разностью температур в приблизительно 350˚С. Разруше ние стекла и последующее повреждение противопожарного материала, распложенного между этажами, про изошло на 11.5 и 13 минуте в испытаниях с тяжелой рамной конструкцией и легкой рамной конструкцией со ответственно. Интервал между этими двумя временными показателями не выходит за рамки воспроизводимо сти испытаний и подтверждает, что разрушение остекления было скорее связано с тепловой реакцией, неже ли с прочностью окружающей рамной конструкции.
Рис. 17 Кривые термопар, расположенных в зоне факела пламени поленицы (испытание №10)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 52
Рис. 18 Кривые термопар, расположенных в зоне факела пламени поленицы (испытание №11)
Термопары, расположенные отдаленно от зоны факела пламени поленицы (рис. 19 и 20) фиксировали
первоначальный быстрый рост температур, за которым не последовало спада, зафиксированного термопара ми, расположенными в зоне факела пламени, что указывает на то, что спад был местным явлением, связан ным с горением поленицы, и не распространялся на все помещение. Вместо этого температурные показатели отдаленно расположенных термопар либо оставались прежними, либо постепенно возрастали до момента разрушения.
Последующие максимальные температурные значения, сопровождавшие внезапный приток кислорода, бы ли даже более резко выраженными, чем показатели термопар, расположенных в зоне горения, и моментально
достигали до 1150˚С. Схемы разрушения в обоих случаях были сходны и демонстрировали тенденцию к вспы хиванию пожара с левой стороны испытательной установки, если находится лицом к фасаду. Это было обу словлено небольшой разницей в вентиляции в лаборатории, в которой проводились испытания. Существен ных различий во времени разрушения прозрачного полированного стекла и непрозрачных межоконных пане лей не наблюдалось, несмотря на то, что последние, находясь в близости от уровня потолка, подвергались более сильному тепловому воздействию. Листовое полированное стекло разрушалось по нескольким отчетли вым трещинам, образовывавшим структуру острых углов в оконных стеклах. В то время как упрочнённое стекло разрушалось вдоль одной трещины, разветвлявшейся на мелкие трещины по всему оконному стеклу.
Рис. 19 Кривые термопар расположенных отдаленно от факела пламени (испытание №10)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 53
Рис. 20 Кривые термопар расположенных отдаленно от факела пламени (испытание №11)
Уровень максимальных температур, достигнутый в помещении в обоих испытаниях, отразился на данных
термопар, расположенных в зазорах кронштейнов (рис. 21 и 22), которые зафиксировали практически ступен чатое возрастание температур до значений между 600˚С и 800˚С, что говорит о вероятной опасности распро странения пожара через зазоры в противопожарном материале.
Рис. 21 Кривая термопары, расположенной в зазоре кронштейна (испытание №10)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 54
Рис. 22 Кривая термопары, расположенной в зазоре кронштейна (испытание №11)
Шкала смешений вертикальных импостов была различной в испытаниях 10 и 11 (рис. 23 и 24), но сам ха рактер смещения был схож и в некоторой степени связан с результатами испытания 8. Первоначальное на гревание внутренней поверхности вертикальных импостов вызвало образование температурного градиента в глубине секции. Образовавшееся неравномерное расширение было приведено в соответствие прогибом эле мента в сторону очага пожара. После разрушения направление смещения сменилось быстрым сокращением
прогиба, а затем явным прогибом в обратную сторону от очага пожара. Такое поведение объясняется сниже нием градиента температур в секции, в период времени, когда нагревание становилось более равномерным.
Не исключено, что выходные данные датчика смещения могли быть искажены из-за термического расширения
соединительного провода. Максимальное смещение тяжелого вертикального импоста было менее значитель ным, чем смещение легкой секции, что объясняется его большей конструктивной глубиной. Датчики теплово го потока фиксировали только номинальную передачу излучаемого тепла (<5 кВт/м2) через неповрежденные стеклянные панели, однако после разрушения панелей уровни показателей датчиков достигали 50 кВт/м2.
Рис. 23 Кривая смещения центра вертикального импоста (испытание №10)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 55
Рис. 24 Кривая смещения центра вертикального импоста (испытание №11)
Обсуждение
Испытания 10 и 11 были наиболее приближены к случаю с многоэтажными зданиями, оснащенными навес ными фасадными системами из неогнестойкого стекла без спринклерной защиты. Такие фасады составляют
значительную часть здания данной категории. Соответственно показатели времени до разрушения и катаст рофические последствия разрушения, вызывают серьезную тревогу. Задача усложняется, когда во время раз вития пожара происходит разрушение ограждающих конструкций, поскольку при этом кислород поступает в
смеси летучих веществ, накопившихся вследствие неполного сгорания, что вызывает обратную тягу. В ре зультате возрастает ущерб от пожара на этаже возгорания и возникает вероятность распространения огня на
вышележащие этажи и опасность выпадения обломков на землю. При использовании листового полированно го стекла в навесных фасадах, необходимо искать способы замедлить его разрушение, поскольку оно пред ставляет собой самое слабое звено в системе.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 56
Рис. 25 Планировка помещения
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 57
Испытание 12: Натурные испытания пожарной нагрузкой
Оборудование
В данном испытании, как и в двух предыдущих испытаниях, помещение было облицовано остекленной на весной фасадной системой. Однако его уникальность состояла в том, что вместо поленицы, служившей источ ником топлива в предыдущих испытаниях, была использована натуральная мебель. Столы, кресла, стеллажи, мониторы, рабочие места и места для хранения бумажных материалов имели типичное расположение для офисного помещения. Теплота сгорания совокупности предметов мебели была приравнена к теплоте сгорания испытательной поленицы. Точная планировка помещения приведена на рис. 25. Несмотря на эквивалентную
теплоту сгорания мебели (455 МДж/м2), в расстановках мебели и поленицы наблюдалась неизбежная и суще ственная разница в соотношениях площади поверхности и массы, в которой расстановка мебели намного пре вышала значение. Этот фактор повлиял на потенциальную скорость развития пожара. Загорание началось в корзине для мусора, расположенной напротив лицевой стороны помещения.
Наблюдения и результаты
Кривые температур (рис. 26 и 27) демонстрируют стремительное развитие пожара приблизительно до
700˚С в течение 5 минут. На этом этапе наблюдалось, как пламя охватывает предметы мебели, расположен ные напротив окна один за другим.
Рис. 26 Кривые термопар, расположенных в центре помещения (испытание №12)
Рис. 27 Кривые термопар, расположенных отдаленно от центра помещения (испытание №12)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 58
Затем произошло разрушение панели остекления, которое вызвало мгновенный скачок в развитии пожара с температурой, достигавшей 1200˚С. Единообразие температурных показателей, зафиксированных термопа рами после вспышки на обеих измерительных установках, указывает на то, что помещение было полностью охвачено огнем. Все предметы вплоть до уровня пола были охвачены пламенем. Характер пожара отличался от испытаний с поленицей, при которых загорание было ограничено уровнем дыма. Температурные показате ли всех измерительных элементов, расположенных в зоне пожара, фиксировали беспрецедентные уровни температур. Удивительно, что температурные показатели в зазоре кронштейна (рис. 28) были ниже нормы, но этот факт был обусловлен скорее неустойчивостью хода испытания, чем характером пожара. Так же, как в предыдущих испытаниях, вертикальные импосты первоначально прогнулись в направлении очага пожара, что
было вызвано внезапным и неравномерным характером нагрева (рис. 29), а после разрушения элементов ос текления – в обратном направлении. Наблюдался обширный распад всех секций рамной конструкции, до тех пор, пока пожар не был потушен.
Рис. 28 Кривая термопары, расположенной в зазоре кронштейна (испытание №12)
Рис. 29 Кривая смещения центра вертикального импоста (испытание №12)
Обсуждение
С точки зрения страхования некоторые аспекты натурных испытаний с мебелью вызывают тревогу. Во первых, скорость распространения пожара и общее время до первого разрушения элементов остекления (5 минут с момента загорания) подразумевают, что пожар существенно развился и нанес высокую степень по вреждений до предполагаемого прибытия первых средств пожаротушения. Отчасти это было обусловлено близостью расположения возгораемых предметов к навесному фасаду, что вызвало разрушение окон, прежде чем произошло разрушение межоконных панелей. Следовательно, разрушение было вызвано скорее направ-
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 59 ленным излучением и набросом факела пламени от источника пожара на уровне окна, чем высокими темпе ратурами и конвективным теплообменом в дымовом слое. Как правило, рабочие столы в офисных помещениях
располагаются вблизи от окон для обеспечения естественного освещения, что уже представляет собой опас ность. Сила пожара, достигнутая после первого разрушения элементов остекления, также превысила все
ожидания. Температура была настолько высокой, что вызвала потерю устойчивости элементов рамной конст рукции навесного фасада и разрушение всех панелей остекления в течение 7 минут после загорания. Послед ствия раннего разрушения панелей остекления представляют собой палку о двух концах. С одной стороны, ущерб был усугублен поступлением кислорода в смесь летучих веществ, образовавшихся в процессе тления и на раннем этапе пожара, что вызвало дальнейшее горение и сильное пламя. С другой стороны, поток воздуха, поступивший вслед за разрушением остекления, задал направление для выхода тепловой энергии через окна и, таким образом, снизил вероятность распространения пожара на соседние внутренние помещения. Пожар был предоставлен эффективный выход.
Если исходить из соображений пассивной защиты, согласно которой пожар неизбежно растет, не выходя
за рамки помещения, где произошло возгорание, и, таким образом, наносит минимальные убытки, то увели чившуюся силу и скорость развития пожара можно считать приемлемым поведением. Однако, когда в резуль тате раннего разрушения элементов остекления возрастает и усиливается уровень пламени вне помещения, в
таком случае увеличиваются шансы распространения пожара на вышерасположенный этаж, а также возрас тают убытки от пожара. В данном испытании межоконные панели подверглись разрушению вскоре после раз рушения окон, и пожар без затруднений проник на вышерасположенный этаж.
Низкая прочность стекла является определяющим фактором в испытаниях 10–12 и, при этом, не вполне оправданным, учитывая, что при производстве стекла, сырье нагревается до температуры 1500˚С. Однако разрушение происходит вследствие перепадов температур и результирующего несоответствия теплового расширения обогреваемых и необогреваемых участков оконного стекла. Если пожар развивается достаточно быстро, как происходило в данных испытаниях, предполагается, что необогреваемые участки оконного стекла сохраняют первоначальную температуру. В таком случае, время разрушения может быть напрямую связано с температурой обогреваемого участка стекла. Эта связь должна рассматриваться со знанием пространственной разности температур по всей поверхности оконного стекла и того, как температура поверхности соотносится с окружающей температурой газа в помещении. В испытаниях 10 и 11 максимальные температурные значения центральных термопар установились на температуре около 580˚С на несколько минут, прежде чем произошло выпадение стекла. В испытании 12 максимальная температура достигла 800˚С, а затем снизилась до 700˚С, вслед за чем последовало разрушение, но в этом случае интенсивность роста температур была намного выше.
Следовательно, существует вероятность того, что схожие температуры обогреваемой поверхности были дос тигнуты в стекле в момент времени, когда произошло разрушение. В ходе наблюдений за температурой окон
(с необогреваемой стороны) были установлены максимальные температурные показатели 250-300˚С в испы таниях 10–12 (рис. 30, 31 и 32).
Рис. 30 Кривые температур необогреваемой поверхности элементов остекления (испытание
№10)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 60
Рис. 31 Кривые температур необогреваемой поверхности элементов остекления (испытание
№11)
Рис. 32 Кривые температур необогреваемой поверхности элементов остекления (испытание
№12)
Испытания 13, 14, 15: Испытания со спринклерами
Цель данных испытаний заключалась в том, чтобы исследовать воздействие различных спринклерных конфигураций на механизмы разрушения, выявленные для общих навесных фасадных систем. Эти конфигура ции графически представлены на рис. 33.
Оборудование (испытание 13)
Оборудование для данного испытания состояло из помещения с остекленным фасадом с размещенной
внутри деревянной поленицей в качестве источника топлива. Была установлена спринклерная система обще го типа для офисных зданий, состоящая из двух распылителей, размещенных на межцентровом расстоянии, равном 3.0 метра, вдоль средней линии в помещении шириной 4 метра. Спринклеры были настроены так, чтобы обеспечивать заданную интенсивность выходящего потока 5 мм/мин (около 1.0 л/сек./спринклер) для распыления воды на огонь, имевший гидравлически неблагоприятное местоположение в здании. Спринклеры приводились в действие вручную. Поленица использовалась в качестве источника нагревания, но, поскольку цель испытания заключалась в том, чтобы определить воздействие спринклерной системы на температуру
горячих газов, а не на сам огонь, для защиты поленицы от воды использовалась противопожарная перегород ка. Это также помогло в сопоставлении данного испытания с последующими испытаниями на основе эквива лентных воздействий, вместо выявления смешанных и неопределенных воздействий спринклерной системы на температуры газов и интенсивность роста пожара.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 61
Рис. 33 (a) Общее расположение для испытания №13 (внутренняя система спринклеров)
Рис. 33 (b) Общее расположение для испытания №14
(внутренняя система спринклеров, направленная на окна)
Рис. 33 (c) Общее расположение для испытания №15
(наружная противопожарная оросительная система)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 62
Наблюдения и результаты (испытание 13)
Наблюдаемый характер горения поленицы был аналогичен предыдущим испытаниям, хотя температура в глубине поленицы (рис. 34) составляла на 200˚С ниже, чем в эквивалентных испытаниях 10 и 11. Это могло быть обусловлено наличием перегородки над поленицей, предотвратившей формирование естественного фа кела пламени и, таким образом, препятствовавшей горению, а так же влажностью воздуха, проходившего через поленицу.
Рис. 34 Кривые термопар, расположенных в зоне факела поленицы (испытание №13)
Несмотря на применение идентичного источника нагревания, температурные показатели газов в помеще нии не превышали 100˚С (рис. 34 и 35), кроме показателей термопары, закрепленной на потолке над голов ками спринклеров.
Рис. 35 Кривые термопар, расположенных отдаленно от зоны факела поленицы (испытание
№13)
Эти условия существенно повлияли на характер поведения всех прилегающих элементов. Температура вертикальных импостов (рис. 36) не превышала 100˚С, что вызвало очень незначительные сдвиги (рис. 37) и снизило вероятность смещения огнеупорного материала. Температура в зазоре кронштейна (рис. 38) также снизилась по причине охлаждения газов, что препятствовало смещению огнеупорного материала и предот вратило распространение огня на вышележащий этаж. И, что самое главное, удалось избежать разрушения
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 63 элементов остекления, поскольку температуры поверхности стекла не достигли достаточно высоких уровней, чтобы вызвать перепады температур, необходимые для разрушения (рис. 39). По прошествии приблизительно
30 минут началось затухание пожара поленицы, и вероятность разрушения сокращалась. Таким образом, спринклерная система эффективно сдерживала температуру газов в помещении, предотвратив распростране ние пожара на вышерасположенный этаж и значительно снизив ущерб на этаже загорания.
Рис. 36 Кривые термопар вертикального импоста (испытание №13)
Рис. 37 Смещение центра вертикального импоста (испытание №13)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 64
Рис. 38 Кривая температуры в зазоре кронштейна (испытание №13)
Рис. 39 Кривые температуры поверхности стекла (необогреваемая сторона, испытание №13)
Оборудование (испытание 14)
Обустройство помещения отличалось от предыдущего испытания тем, что межоконные панели на уровне пола и потолка были оснащены огнезащитными панелями Supalux, спринклеры размещались напротив окон с внутренней стороны помещения, а перегородка была убрана. Цель данного испытания заключалась в том, чтобы исследовать насколько ограничится распространение пожара при применении спринклерных систем для орошения окон. На каждое оконное стекло приходилось одна спринклерная головка. Давление и, следо вательно, интенсивность потока были увеличены, чтобы обеспечить наиболее полную площадь покрытия.
Наблюдения и результаты (испытание 14)
Температурные показатели газов, измеренные в факеле пламени поленицы (рис. 40) были схожи с теми же показателями в сценариях, в которых не применялись спринклерные системы, и демонстрировали, что активация спринклеров не влияла на увеличение очага пожара. Термопары, расположенные отдаленно от
зоны факела поленицы, который дают более общее представление о температуре в помещении (рис. 41), де монстрировали формирование четкого и устойчивого температурного градиента с увеличивающимися показа телями температур от пола к потолку. Более того, эти температурные показатели составляли до 150˚С ниже показателей предыдущих испытаний, в которых не применялись спринклерные системы, что указывает на тот факт, что орошение окон действовало как теплоотвод в помещении, в то же время, обеспечивая местное ох лаждение элементов остекления.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 65
Рис. 40 Кривые термопар, расположенных в зоне факела пламени поленицы (испытание №14)
Рис. 41 Кривые термопар, расположенных отдаленно от зоны факела поленицы (испытание
№14)
Поскольку спринклеры были расположены с целью охлаждения окон, распыляемая ими вода также воз действовала на вертикальные импосты, что позволило предотвратить формирование температурных градиен тов (рис. 42) и не вызвало искажения. Смещение вертикального импоста (рис. 43), таким образом, оставалось в пределах 5 мм практически на протяжении всего испытания; оно было вызвано нагреванием межоконной части элемента, находившейся вне зоны распыления спринклера. Температуры в зазоре кронштейна, хотя и были незначительно ниже, чем в предыдущих испытаниях, все же достигали достаточно высоких уровней, чтобы вызвать воспламенение возгораемых материалов на вышерасположенном этаже (рис. 44).
Температурные показатели термопар, установленных на окнах (рис. 45), не превышали 100˚С. При таком уровне температур значительного разрушения произойти не могло. Однако наблюдалось незначительное смещение в верхней части оконных стекол (произошедшее приблизительно на 32 минуте); оно было вызвано образованием участков перегрева, находившихся за пределами зоны распыления спринклеров. Разрушение произошло на позднем этапе испытания, было несущественным и не несло значительной угрозы для элемен тов остекления вышерасположенного этажа.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 66
Рис. 42 Температуры вертикальных импостов (испытание №14)
Рис. 43 Смещение центра вертикального импоста (испытание №14)
Рис. 44 Температура в зазоре кронштейна (испытание №14)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 67
Рис. 45 Температура остекленной поверхности (необогреваемая сторона, испытание №14)
Оборудование (испытание 15)
Оборудование для данного испытания было аналогично испытанию 14, за исключением того, что в данном
случае спринклеры использовались для орошения внешней, а не внутренней поверхности панелей остекле ния. В испытании использовались спринклеры той же формы, что в предыдущих испытаниях, однако давление и, следовательно, интенсивность потока были увеличены, чтобы обеспечить орошение по всей площади окон ного стекла и, тем самым, предотвратить появление участков перегрева.
Наблюдения и результаты (испытание 15)
Температурные показатели термопар, расположенных в зоне факела пламени (рис. 46), были схожи с по казателями термопар в предыдущем испытании и указывали на равномерный рост пожара поленицы. Темпе ратурные показатели, полученные угловым деревом термопар (рис. 47) превышали значения, зафиксирован ные угловым деревом термопар в испытании 14, подтверждая, как и ожидалось, что орошение с внешней сто роны менее эффективно для поглощения тепла в помещении. Стратификация температур по высоте помеще ния была резко выраженной. Температуры вертикальных импостов с обогреваемой стороны (рис. 48) также достигали более высоких уровней, чем в предшествующих испытаниях, поскольку охлаждение производилось с необогреваемой стороны. Охлаждение усилило естественный температурный градиент, образовавшийся
вдоль секции, вызвав более значительное смещение, приблизительно равное 20 мм (рис. 49). И хотя темпера туры в зазорах кронштейнов не достигали уровней температур предыдущих испытаний, они были достаточно высокими и указывали на вероятность проникновения пожара на вышерасположенный этаж через зазоры
(рис. 50). Температуры охлаждаемой поверхности окон, зафиксированные термопарами с необогреваемой стороны (рис. 51), не превышали 100˚С. Безусловно, температуры на обогреваемой стороне поверхности окон были значительно выше. Обрушение остекления вновь произошло на позднем этапе испытания (приблизи тельно на 32 минуте), происходило постепенно и пришлось на момент догорания поленицы, без существенной угрозы распространения пожара на вышележащий этаж.
Данные о механизме разрушения были получены при изучении образцов элементов остекления по проше ствии испытания. Образцы внутренних оконных стекол были покрыты плотной сеткой волосных трещин с
обогреваемой стороны, и в то же время, остались нетронутыми с необогреваемой стороны. Это свидетельст вовало о дифференциальном нагревании по толщине оконного стекла, при котором разрушение с обогревае мой стороны поверхности предотвращалось благодаря охлаждению с наружной стороны. Разрушение внешних оконных стекол имело более традиционный характер: оно сопровождалось угловатыми трещинами больших размеров по всему стеклу.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 68
Рис. 46 Кривые термопар, расположенных в зоне факела пламени поленицы (испытание №15)
Рис. 47 Кривые термопар, расположенных отдаленно от факела пламени поленицы (испыта ние №15)
Рис. 48 Температуры вертикальных импостов (испытание №15)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 69
Рис. 49 Смещение центра вертикального импоста (испытание №15)
Рис. 50 Кривая температуры в зазоре кронштейна (испытание №15)
Рис. 51 Кривые температуры стекла (необогреваемая сторона, испытание №15)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 70
Обсуждение
Нетрадиционное применение спринклерных систем, представленное в данных трех испытаниях, заключа лось в том, что они использовались не для активного тушения пожара, но с целью предотвращения его рас пространения за пределами помещения путем охлаждения горячих газов или сохранения изоляции помеще ния. Все три конфигурации спринклеров были в различной степени эффективны для предотвращения вспыхи вания пожара на этаже загорания и, следовательно, для предотвращения проникновения пожара на выше расположенный этаж.
В течение испытаний спринклеры приводились в действие вручную на 3 минуте. Время активации спринк леров приходилось на момент после стандартного времени срабатывания автоматического спринклера и до момента первого разрушения элементов остекления в испытаниях с поленицей. В связи с этим, ускоренный рост пожара, наблюдаемый в натурном испытании 12 с мебелью, очень настораживает и требует дальнейшего исследования с целью определить, что момент активации спринклера или автоматической системы пожаро тушения был выбран верно.
Охлаждение горячих газов при помощи спринклеров (испытание 13) в целом вызвало снижение темпера тур и, таким образом, предотвратило возможное образование отверстий в противопожарном материале и проникновение горячих газов через зазоры на вышерасположенный этаж, а также защитило навесной фасад.
Кроме того, удалось избежать возгорания в дымовом слое, что снизило ущерб от пожара в противопожарном помещении.
Две конфигурации систем орошения, используемые в испытаниях 14 и 15, оказались менее эффективны, поскольку охлаждению подвергалась лишь часть поверхности остекления. Важно отметить, что в данном слу чае использовалась противопожарная защита межоконных панелей, что вызвало дополнительные затраты.
Разрушение элементов остекления произошло в обоих испытаниях, но, учитывая, что воспламенение в горя чем слое (приблизительно на 10 минуте) предшествовало разрушению, изменения в вентиляционных харак теристиках не способствовали возникновению обратной тяги. В ходе применения метода орошения результа ты повреждения противопожарного помещения и вероятность вертикального распространения пожара по средством дверных проемов, вентиляционных каналов, лестничных колодцев или лифтовых шахт не учитыва лись, следовательно, он представляет собой только частичное решение.
Из двух испытаний, испытание с внутренним орошением было более эффективным для защиты навесного фасада, несмотря на значительный ущерб, который вода могла бы нанести нижележащим этажам по причине близкого расположения оросительной системы от зазора между фасадом и основной конструкцией. Однако орошение оболочки здания с внешней стороны также имеет преимущество, поскольку позволяет снизить ущерб, причиненный водой.
Преимущества стандартной системы спринклерной защиты значительно преобладают над преимуществами системы орошения по своим свойствам пожаротушения. Однако выбор системы пожаротушения зависит стоимости. Длина участка трубопровода для оросительной системы будет зависеть от периметра здания, в то время как участок трубопровода для стандартной системы спринклеров будет проходить по всей площади в плане.
Испытания 16, 17, 18: Исследования высоты пламени
Задача испытаний 16, 17 и 18 заключалась в том, чтобы предоставить больше данных о способности по жара к проникновению на вышележащий этаж после того, как им был охвачен этаж, на котором произошло возгорание, и преодолен навесной фасад. В сущности, эти испытания носили показательный характер и про водились скорее с целью наблюдения, чем для сопоставления данных.
Оборудование (испытание 16)
Первоочередной задачей данного испытания было изучение высоты пламени, исходившего от пожара в помещении офисного типа, в котором разрушилась часть остекленного фасада. Учитывая, что испытательная
установка, смонтированная для последнего испытания со спринклерами, осталась неповрежденной, за исклю чением окон на первом этаже, было решено использовать ее для показательного испытания. Оконный проем
был облицован противопожарной панелью в качестве «половинного оконного стекла» (размером приблизи тельно 1445мм x 925мм), оснащенной проволокой необходимой длинны, за которую можно потянуть в опре деленный момент, чтобы отдернуть панель и имитировать ранее наблюдаемое воздействие первого разруше ния остекления на развитие пожара (рис. 52). Данный опыт мог дать представление о максимальной высоте пламени, которую можно ожидать от данного типа пожара. В качестве источника пожара использовалась де ревянная поленица с принятой мощностью тепловыделения, равной 3 мВт.
Наблюдения и результаты (испытание 16)
На ранних этапах, пожар развивался аналогично испытаниям 7, 8, 9, 10 и 11, основываясь на взаимодей ствии поленицы, вентиляции и ограничивающих поверхностей. Примерно на 8 минуте произошло возгорание в дымовом слое, и пламя возвышалось над дверным проемом с задней стороны помещения. Приблизительно
на 10 минуте, когда пожар перешел в стадию полностью развившегося пожара, противопожарная панель бы ла отдернута. Из образовавшегося отверстия вырвался густой черный дым, который практически мгновенно
воспламенился в форме огненного шара, достигая расстояния нескольких метров от фасада под углом 30 гра дусов относительно линии горизонта. Это явление наблюдалось на протяжении нескольких секунд, после чего ослабло, и пламя, вырывавшееся через отверстия, стало более коротким, и в то же время более плотным и непрозрачным. Свойства данного пламени отличались от свойств пламени пожаров, обычно наблюдаемых в
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 71
зданиях, тем, что пламя не «липло» к фасаду, но направлялось прочь от фасада, как будто находясь под воз действием давления. Это поведение продолжалось на протяжении 15 минут, прежде чем наступил этап зату хания пожара. На этапе затухания устойчивое, но оживленное пламя продолжало гореть, охватив рамную
конструкцию горизонтальных и вертикальных импостов. На 17 минуте выпала соседняя полноразмерная па нель и повлекла за собой постепенное обрушение всех вышерасположенных межоконных панелей. После это го пламя набрасывалось на внешнюю поверхность фасада, но его высота составляла не более 1.0 метра, что было обусловлено характером пожара, регулируемого топливом. Окна над противопожарным помещением потрескались, но не обрушились.
Поставленная в испытании задача, заключавшаяся в оценке высоты пламени, не была достигнута, по скольку воспламенение было нетипичным для пожара в здании. Стандартное разрушение остекления, наблю давшееся в предыдущих испытаниях, имело прогрессивный характер и приводило к полному выпадению всех
оконных панелей в пределах 1-2 минут, начиная с первого разрушения. Применение противопожарных окон ных панелей означало, что после первого разрушения практически устойчивое интенсивное горение должно продолжаться на протяжении 8 минут, прежде чем произойдет обрушение следующей оконной панели. Пламя было направлено перпендикулярно фасаду и, следовательно, не оказывало разрушительное воздействия не остекленный навесной фасад.
Рис. 52 Расположение рамной конструкции, фасада и поленицы для испытания №16
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 72
Рис. 53 Расположение рамной конструкции, фасада и поленицы для испытания №18
Оборудование (испытание 17, 18)
Оборудование для данных испытаний отличалось тем, что деревянная поленица с мощностью тепловыде ления в 3 мВт была установлена на нижнем этаже (рис. 53). Для того чтобы смоделировать механизм обрат ной связи стен помещения, вокруг поленицы было построено помещение, огороженное огнеупорными пане лями. Передняя часть помещения была оставлена открытой для доступа воздуха и расположена вровень с
фасадом, чтоб пламя могло набрасываться на наружную сторону навесного фасада. Испытание 17 было пока зательным, чтобы дать представление об ожидаемой высоте пламени при данной расстановке. В данном слу чае навесной фасад состоял из огнеупорных панелей. Зафиксированная высота пламени превосходила 2.5 метра. На лицевой стороне здания был установлен остекленный навесной фасад с окнами и межоконными
панелями. Термопары были размещены на разной высоте в предполагаемой зоне факела пламени для фикси рования температурных показателей горячего газа. В помещении на первом этаже напротив окна были уста новлены предметы мебели в виде двух деревянных столов. Этажом выше были расположены дополнительные предметы мебели, стопки бумаг и отдельные листы бумаги с целью оценить возможность перебрасывания огня на два этажа вверх.
Наблюдения и результаты (испытание 17, 18)
Стекло межоконных панелей, расположенных непосредственно над огнем, начало трескаться в течение первых 2 минут после загорания и разрушилось в течение 6 минут. Это позволило пламени проникнуть на
первый этаж и немедленно охватить деревянные столы. Обе центральные оконные панели на этом этаже раз рушились приблизительно на 8.5 минуте под воздействием нагревания с обеих сторон. На 10.5 минуте про изошло разрушение одной из центральных верхних межоконных панелей. Пламя достигло этого уровня с по мощью горящих столов на первом этаже, но ни один из воспламеняемых предметов, расположенных на вто ром этаже, не загорелся. На рис. 54 показана разница температур на разной высоте, зафиксированная термо парами, расположенными вблизи, но вне зоны факела горячих газов. На нем показан быстрый рост темпера тур до максимальной интенсивности тепловыделения в течение 10 минут, с последующим постепенным угаса нием на протяжении полу часа. На максимальное значение совпало с главным этапом наблюдения испыта ния. Снижение температуры с приблизительно 800ºС до 400ºС на этапе максимальной интенсивности горения наблюдалось в показателях всех термопар. Показатели температур верхней части поленицы были ниже, по скольку термопара находилась в основании факела пламени, где температура горения ниже и вовлекается большое количество воздуха.
Смещения рамной конструкции (рис. 55) было аналогично предыдущим испытаниям, но в данном случае центральный вертикальный импост первоначально смещался в направлении от помещения, поскольку пожар
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 73 протекал снаружи помещения. Смещение достигло максимального значения на приблизительно 4,5 минуте, затем направление изгиба изменилось в обратную сторону, что привело к значительному смешению в на правлении помещения. Приблизительно на 10 минуте произошел сбой измерительного датчика смещения под воздействием высоких температур, прервавший дальнейшие изменения.
Рис. 54 Колебания температур с высотой примыкающей к факелу пламени
Рис. 55 Смещение центра вертикального импоста (испытание №18)
Данные термопары, фиксировавшей температуры горячих газов в помещении первого этажа приведены на
рис. 56. В течение первых 6 минут в помещении сохранялась низкая температура, поскольку оно было эффек тивно изолировано от пожара. После разрушения двух нижних межоконных панелей пламя проникло внутрь помещения, что сопровождалось внезапным и значительным ростом температур, зафиксированным всеми датчиками в помещении. При максимальных температурных значениях, равных примерно 800˚С, при которых воспламеняются горючие материалы в помещении, рабочие столы, расположенные напротив фасада, начали гореть. Между 8.5 и 10.5 минутой обрушились центральные пары окон и межоконных панелей, что вызвало
охлаждение помещения первого этажа благодаря выветриванию горячих газов, и привело к снижению темпе ратур. Последующее падение контрольно-измерительного оборудования в очаг поленицы или вблизи от него вызвало увеличение температуры.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 74
Рис. 56 Кривая термопары в помещении, высота h=0.5 м (испытание №18)
Обсуждение
Результаты испытания 16 представляли собой преимущественно теоретический интерес в отношении фак торов, регулирующих форму и размеры факелов пламени. Испытание 18 (испытание 17 имело характер
«пробного») подтвердило способность пожара напрямую проникать на вышерасположенные этажи посредст вом межоконных панелей и вызывать вторичное возгорание горючих материалов. В данном конкретном слу чае предметы мебели были расположены только вблизи от фасада для наглядности испытания, однако если предположить, что все помещение было обставлено мебелью, аналогично испытанию 12, тогда можно было ожидать пожара эквивалентной силы, который распространился бы вверх по зданию. Теплота, скопившаяся в помещении первого этажа, преимущественно вырабатывалась поленицей и, следовательно, дальнейшие раз рушения оконных и верхних межоконных панелей способствовали эффективному охлаждению помещения.
Этого явления можно было избежать, если бы в помещении находилось достаточно горючих материалов для поддержания независимого пожара высокой мощности.
Рис. 57 Оборудование для «стандартного» испытания с печью (испытание №19)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 75
Несомненно, применение межоконных панелей без огнезащитного покрытия позволили пожару распро страниться в помещении на первом этаже на раннем этапе. Если бы межоконные панели имели огнезащитное покрытие, первыми элементами в очереди на разрушение оказались бы окна на уровне первого этажа. В этом случае распространение огня и возможные повреждения были бы предотвращены. Разрушение межоконных панелей на раннем этапе испытания рассматривается как критический момент для распространения пожара в программе испытаний.
Испытание 19: «Стандартное» испытание печью
Оборудование
Остекленные навесные фасадные системы прошли ряд испытаний по некоторым возможным пожарным сценариям в помещении. Однако если бы потребовались данные об огнестойкости внешней оболочки здания, испытания фасада проходили бы в сравнении со «стандартной» кривой пожара, подобно другим элементам конструкции. Кроме того, это могло бы предоставить дополнительные данные о том, насколько действенным является «стандартное» пожарное испытание в сравнении с натурным поведением. В связи с этим, была спроектирована и установлена показательная система на настенной печи и испытуемая в соответствии со
«стандартной» кривой пожара.
Установка представлена на рис. 57. Конфигурация рамной конструкции была задана таким образом, чтобы покрывать как можно больше площади обогреваемой поверхности печи (3 м²). Рамная конструкция включает два полномасштабных оконных отверстия и два небольших межоконных отверстия, относящихся к участку фасада, расположенному ниже уровня потолка. Элементы остекления, как и раньше, состояли из листового полированного стекла с двойным остеклением для окон и упрочненного стекла с двойным остеклением для межоконных панелей. Была установлена соответствующая рамная конструкция из вертикальных и горизон тальных импостов. Опорные вертикальные импосты крепились при помощи болтовых соединений в нижней
части и муфтовых соединений в верхней части с зазором на расширение 5 мм и на сокращение 100 мм. Пре дел расширения был рассчитан согласно относительной высоте вертикальных импостов между испытательной установкой и печью. На необогреваемой стороне элементов рамной конструкции и остекления были установ лены термопары для измерения уровней температур. Датчики смещения были установлены на центральном импосте для измерения осевого и бокового смещения, а также на правом краю вертикального импоста для измерения горизонтального смещения в плоскости фасада.
Наблюдения и результаты
Испытание началось с загорания рядов горелок по обе стороны настенной печи. Трещинообразование бы ло замечено с первой минуты нагревания, но, несмотря на то, что левое внутреннее оконное стекло частично разрушилось на 5.5 минуте, наружное оконное стекло оставалось неповрежденным. Обе внутренние межо конные панели провалились в печь приблизительно на 6.5 минуте. Оконные панели продолжали разрушаться, но оставались на месте. Левая внешняя межоконная панель, в конце концов, разрушилась и выпала из рам ной конструкции на 9.5 минуте, оставив отверстие, после чего горелки были немедленно выключены.
Зависимость измеренной температуры от времени была изображена на графике в сравнении со «стандарт ной» кривой. Температурная кривая соответствовала «стандартной» кривой нагревания до момента разруше ния. Первые 10 минут нагревания в стандартной печи рассматриваются как переходный процесс. Большая
часть теплопередачи осуществляется через конвекцию от пропановых горелок, в то время как тепловое излу чение только начинает доминировать на более поздних этапах и при более высоких температурах, при кото рых выделение тепла от задней стены камеры становится значительным.
Рис. 58 Сопоставление кривой средней температуры печи и «стандартной» кривой
(испытание №19)
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 76
После испытания был произведен сбор данных с целью обнаружения несоответствий с испытаниями в по мещениях. Было замечено, что вертикальные и горизонтальные импосты (рис. 59 и 60 соответственно) демон стрировали практически линейные повышения температур до момента разрушения. В частности, нагревание вертикальных импостов было очень однородным по всей длине. Максимальная температура не превышала
300˚С и, следовательно, повреждение алюминиевого сплава было минимальным по сравнению с испытаниями в помещениях.
Рис. 59 Кривые температур вертикальных импостов (испытание №19)
Рис. 60 Кривые температур горизонтальных импостов (испытание №19)
Поведение элементов остекления носило несколько отличительный характер. Значительного возрастания температур не наблюдалось в течение первых 6.5 минут нагревания, но после выпадения внутренних оконных стекол, температуры резко возросли до значения 275˚С, при котором произошло разрушение. Затем последо вало быстрое снижение температур.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 77
Рис. 61 Кривые температур элементов остекления (испытание №19)
Характер бокового смещения центрального вертикального импоста (рис. 62) первоначально был аналоги чен поведению вертикальных импостов в предыдущих испытаниях в помещении. Температурный градиент вызвал смешение вертикального импоста в направлении печи. После разрушения межоконной панели и от ключения горелок последовало выравнивание температурного градиента, и элемент вернулся в исходную форму. Поскольку дальнейшего нагревания и снижения прочности материалов не происходило, смещение не стало причиной повреждений, как в случаях с предыдущими испытаниями.
Рис. 62 Боковое смещение вертикального импоста (испытание №19)
График осевой деформации (рис. 63) демонстрирует первоначальное нисходящее смещение, связанное с движением вертикального импоста по направлению к печи, однако после этого указывает на устойчивое расширение, которое соответствовало значениям, вычисленным при помощи коэффициента линейного рас ширения для алюминиевого сплава.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 78
Рис. 63 Осевое смещение вертикального импоста (испытание №19)
Смещение правого вертикального импоста в плоскости фасада (рис. 64) демонстрировало значительное движение в направлении от центра, обусловленное расширением горизонтальных импостов, эффективно вы теснявших крайний данный элемент рамной конструкции.
Рис. 64 Смещение крайнего вертикального импоста в плоскости фасада (испытание №19)
Обсуждение
«Стандартное» испытание на огнестойкость предоставило метод анализа некоторых аспектов поведения
навесных фасадов при пожаре. Однако нагревание печи регулировалось конвекцией горячих газов с мини мальным потоком излучения через элементы остекления и при регулируемом давлении, в то время как испы тания в помещении предполагали значительную долю потока излучения от источника тепла и конвективные
потоки от факела пламени, а также высокую плотность задымления. Тем не менее, при сравнивании с резуль татами испытаний в противопожарном помещении, «стандартное» время до разрушения общей системы было схожим, даже при использовании различных экспериментальных конфигураций. В испытаниях с помещениями давление не регулировалось и действовало выталкивающим усилием на элементы остекления, обеспечивая приток воздуха к пожару. В испытании с печью элементы остекления разрушились, но оставались на месте. В
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 79 испытании с печью разрушение одного элемента остекления привело к завершению испытания, в то время как в испытаниях с помещениями разрушение приводило к увеличению развития пожара, грозившему распро страниться на вышележащие этажи.
Следовательно, «стандартные» испытания могут применяться с целью оценки поведения и определения
времени до первого разрушения элементов остекления или рамной конструкции, но не для демонстрации по следствий, которые они могут иметь на скорость развития пожара и вероятность распространения огня на вышележащие этажи.
СВОДНАЯ ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ
В Таблице 1 приведены результаты испытаний в виде краткого описания, времени до разрушения и ком ментария к типам разрушения.
Таблица 1. Результаты программы испытаний многоэтажных зданий
№ Описание Время до разрушения Комментарий
Испытания (с момента возгора ния)
1-6 Калибровка поленицы - Возникновение очага пламени у зад ней двери через 8 минут.
7 Испытание тяжелой рамной 28.0 мин Разрушение рамной конструкции, вы конструкции (поленица) званное смещением огнеупорных па нелей.
8 Испытание легкой рамной кон- 23.0 мин Разрушение рамной конструкции, вы струкции (поленица) званное смещением огнеупорных па нелей.
9 Испытание алюминиевых 29.0 мин Смещение панелей играло более зна кронштейнов (поленица) чительную роль, чем разрушение кронштейнов.
10 Тяжелая рамная конструкция с 11.5 мин Обрушение элементов остекления.
фасадом (поленица) Последующая вспышка пламени вы звала прогрессирующее разрушение фасада.
11 Легкая рамная конструкция с 13.0 мин Обрушение элементов остекления.
фасадом (поленица) Последующая вспышка пламени вы звала прогрессирующее разрушение фасада.
12 Легкая рамная конструкция с 5.0 мин Разрушение элементов остекления.
фасадом (мебель) Последующая вспышка пламени вы звала прогрессирующее разрушение фасада.
13 Применение спринклерных Разрушения не про- Подавление температур систем для воздействия на изошло горячие газы (поленица)
14 Орошение панелей остекления 32.0 мин Смещение остекления без прогресси с внутренней стороны (поле- рующего разрушения фасада.
ница)
15 Орошение панелей остекления 32.0 мин Смещение остекления без прогресси с внешней стороны (поленица) рующего разрушения фасада.
16 Распространение пламени с 1 10.0 мин Подготовленное разрушение при по этажа мощи съемной панели
17 Распространение пламени с - Показательное нижнего этажа №1 (поленица)
18 Распространение пламени с 6.0 мин Проникновение пожара нижнего этажа №2 (поленица)
19 «Стандартное» испытание в 9.5 мин Разрушение элемента остекления.
печи (газового отопления)
Ряд испытаний, проведенных на навесных фасадных системах, позволил выявить недостатки прочности
свойственные этому виду конструкций и их неспособность противостоять распространению пожара на выше лежащие этажи здания. Однако в ходе программы испытаний также были выявлены методы, при помощи ко торых можно предотвратить большие убытки.
- В здании, не оснащенном спринклерными системами, вероятность распространения пожара по высоте здания крайне высока. Особенно это относится к зданиям, оснащенным обширными остекленными фасадами
или неогнестойкими легковесными материалами. Таким образом, традиционное предположение, заключаю щееся в том, что пожар охватывает только один или два этажа, должно быть пересмотрено с учетом парамет ров здания.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 80
- Алюминиевые кронштейны, используемые для крепления рамной конструкции, значительно деформиро вались под воздействием нагрузки и температурного расширения и подвергались разрушению вытягивающим
усилием. В случаях, когда происходило разрушение отдельных кронштейнов, нагрузка перемещалась на дру гие опорные элементы, что помогло избежать катастрофического обрушения. Важно отметить, что столь су щественные элементы в цепи нагрузки, как правило, поставляются отдельно от навесной фасадной системы и, следовательно, не подлежат техническому контролю. Причиной ослабления некоторых кронштейнов по служила дефектная сварка. В целом же, крепежные элементы выдержали нагрузку на протяжении пожара в помещении.
- Элементы остекления, состоявшие из стандартного листового полированного стекла, безусловно, явля лись наиболее слабыми элементами навесной фасадной системы и вызывали значительный ущерб вследствие
преждевременного разрушения (на 11.5 и 13 минутах в испытаниях с поленицей), и сопутствующего ему об разования вспышек пламени и обратной тяги. Вторичным результатом этого явления было пламя, набрасы вавшееся на здание с внешней стороны и врывавшееся на вышерасположенные этажи. Использование упроч ненного стекла в качестве межоконных панелей не дало значительных преимуществ. Фактически, межокон ные панели из стекла уже рассматривались как недостаток прочности системы. Возможным решением остает ся остекление из огнеупорного стекла, ограниченное лишь вопросом стоимости.
- Применение натуральной мебели способствовало более стремительному росту пожара и вспыхиванию всего помещения. Время до первого разрушения элементов остекления, составлявшее всего 5 мин, вызвало особую тревогу. Определяющими факторами при оценке размеров убытков послужат детальная характери стика отклика на пожар и последующей мобилизации ресурсов пожарной команды.
- Применение различных конфигураций спринклерных систем значительно облегчило задачу. Независимо
от того, что спринклерная система не оказывала прямого воздействия на источник пожара, стандартное рас пыление воды внутри помещения способствовало охлаждению горячих газов, что предотвратило проникнове ние огня через противопожарный материал, разрушение элементов остекления и последующее распростране ние пожара по внешней поверхности навесного фасада, а также смещение элементов рамной конструкции и
элементов крепления. Оросители, применявшиеся с внутренней или с наружной стороны окон навесных фаса дов, эффективно защищали элементы двойного остекления от разрушения до тех пор, пока не миновала ос новная угроза пожара, но не смогли предотвратить формирование слоя горячих газов в припотолочном про странстве и вероятность проникновения этих газов через зазоры в противопожарном материале.
- В «стандартных» испытаниях на огнестойкость производилось адекватное моделирование таких аспектов поведения навесных фасадов, как время до первого разрушения или смещение рамной конструкции, но не рассматривались пагубные последствия этих разрушений, вызывающие рост пожара.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Была проведена серия всесторонних испытаний для оценки вероятности распространения пожара и соот ветствующих повреждений в многоэтажных зданиях с навесными фасадами. Также были рассмотрены средст ва снижения убытков от пожара.
Приводятся следующие выводы для оценки максимальных убытков для сценариев пожаров в многоэтаж ных зданиях:
− Прогрессирующее распространение пожара на верхние этажи в здании, не оснащенном спринклерной
системой, при неблагоприятных условиях внешней среды, имеет высокую степень вероятности. Следова тельно, традиционное предположение, заключающееся в том, что при пожаре могут быть потеряны толь ко один или два этажа, должно быть пересмотрено с учетом параметров здания.
− Наличие правильно установленного противопожарного материала в пространстве между перекрытием и оболочкой здания является необходимым условием. В случае отсутствия противопожарного материала,
пожар распространится вертикально по фасаду здания путем проникновения горячих газов через пере крытия в течение 5 минут независимо от типа навесного фасада, что увеличит ущерб от пожара в не сколько раз.
− Составные элементы навесной фасадной системы, такие как горизонтальные и вертикальные импосты и соединительные кронштейны терпят значительный ущерб под воздействием пожара в условиях высоких температур. Деформация в данном случае играет более значительную роль, чем разрушение, поскольку деформация происходит намного раньше и создает отверстия в огнеупорном волокне, позволяя пожару распространяться на вышерасположенный этаж посредством горячих газов, как в случае описанном вы ше.
− В системах с двойным остеклением из полированного листового стекла разрушение происходит в течение
5-13 минут. Будет ли ущерб от пожара ограничен одним этажом, будет зависеть от реагирования пожар ной команды.
− В случае, когда для вертикального разделения окон используются межоконные панели из упрочненного стекла, возгорание на вышерасположенном этаже может произойти в течение нескольких минут после первого разрушения элементов остекления на этаже возгорания. Данная особенность должна расцени ваться как неблагоприятное условие при оценке убытков.
− Спринклерные системы, используемые для охлаждения пожарных газов или для орошения окон (изнутри или снаружи), препятствовали разрушению элементов остекления на протяжении горения поленицы, что ограничило ущерб от пожара только одним этажом, на котором произошло загорание. В случаях, когда используются спринклерные системы, могут ожидаться малые убытки от пожара.
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 81
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] EN 1991-1-2:2002. «Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1-2: Общие воздействия. Воздей ствия на подвергающиеся пожару конструкции»
EN 1991-1-2:2002. Eurocode 1. Actions on structures. Part 1-2: General actions. Actions on structures ex posed to fire
[2] LPR-11:1999. «Распространение огня в многоэтажных зданиях с остекленными навесными фасада ми»
LPR-11:1999. Fire spread in multi-storey buildings with glazed curtain wall facades
[3] NFPA 72:1999. «Национальные нормы по пожарной сигнализации»
NFPA 72:1999. National Fire Alarm Code
[4] NFPA 92B:2000. «Руководство по системам противодымной защиты атриумов, торговых центров и больших помещений»
NFPA 92B:2000. Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Areas.
[5] Бученен Э. «Противопожарное проектирование конструкций», 2002 год
Buchanan A. Structural Design for Fire Safety, 2002
[6] «Международное руководство по противопожарной защите», 2005 год
International Fire Engineering Guidelines, 2005
[7] Эванс Д., Клоут Дж. «Требования к противодымной защите в Международных строительных нормах
2003 года», 2005 год
Evans D. and Klote J. Smoke control provisions of the 2003 IBC, 2005
ТР-5044 Пожарная нагрузка. Обзор зарубежных источников Стр 82
Ключевые слова
Похожие публикации
Доклад · 2009ТР-5043. Огнестойкость остеклённых фасадов: обзор зарубежных источников
Обзор (СИТИС) · 2009С. В. Пузач; Н. И. Константинова; Р. Г. Акперов; А. О. Овчинников. Оценка пожарной опасности гостиниц с учетом параметров терморазложения мягких элементов мебели
Статья в журнале · 2025