Введение к работе
Актуальность темы исследования. В России за год происходит более 250
тысяч пожаров, которые приводят к материальному ущербу в сумме 44 млрд
рублей, погибают почти 20 тысяч человек. Это связано с высокой пожарной
опасностью зданий и сооружений, в которых применяются синтетические
строительные материалы. Пожарная опасность зданий также зависит от
количества и свойств отделочных материалов, находящихся в здании. При их
горении выделяется значительное количество дыма. Дым и токсичные продукты
горения и термического разложения, выделяющиеся при пожаре,
представляют собой одну из главных причин гибели людей (до 80 %
погибающих на пожарах). В соответствии с федеральным законом 123
«Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», строительные
объекты характеризуются классом конструктивной пожарной опасности, которая
зависит от степени участия стройматериалов в развитии пожара и нарастании
опасных факторов пожара (ОФП). Определение кинетических параметров
термодеструкции строительных материалов является актуальной задачей, так как
пожароопасные свойства материалов влияют на скорость наступления ОФП, и,
как следствие, на возможность эвакуации людей из зоны горения. В случае
пожара напольные покрытия (НП) склонны к самовоспламенению и выделяют
значительное количество дыма, тем самым препятствуя эвакуации. В ст. 52
«Способы защиты людей и имущества от воздействия опасных факторов пожара»
федерального закона «Техрегламент о требованиях пожарной безопасности»,
показаны виды защиты людей и имущества от влияния ОФП или уменьшение
последствий их воздействия. В их число входит устройство эвакуационных путей,
удовлетворяющих требованиям безопасной эвакуации людей при пожаре.
Прогнозирование динамики ОФП, моделирование характеристик материалов и
конструкций при пожаре проводятся с применением типовой базы пожарной
нагрузки. В ней показатели пожарной опасности линолеумов показаны в виде
усредненных величин, применение которых при определении сценария развития
пожара не позволяет в должной мере обеспечить безопасность людей.
Определение термической и химической стабильности, динамики
термодеструкции, дает возможность спрогнозировать поведение строительных материалов в условиях пожара, выявить температурные зоны пожара или доминирующее направление воздействия теплового потока при диффузионном горении.
Пожары в помещениях часто носят нестационарный характер, в особенности это касается пожаров в помещениях с недостаточной вентиляцией. К ним относится большинство помещений, где в качестве НП используется линолеум. Наиболее жесткие требования пожарной безопасности к применению покрытий для пола установлены для путей эвакуации, зальных помещений, мест возможного массового пребывания людей в зданиях повышенной этажности. Анализ материалов НП на объектах с массовым пребыванием людей показал, что самыми распространенными и применяемыми являются покрытия пола из полимерных материалов, а именно: линолеум (ПВХ) и ковровые покрытия.
При развитии пожара в помещении материалы покрытий полов, находясь в
зоне относительно низких температур, воспламеняются и горят в последнюю
очередь. Воздействие пожара приводит к их термическому разложению, при
котором выделяется большое количество токсичных газообразных веществ и
дыма. Производители во многих случаях изготавливают образцы изделий
специально для сертификации, в то время как основная партия материалов,
поступающая на Российский рынок, не соответствует предъявляемым
требованиям. Поэтому при пожаре с участием таких материалов затруднительно установить влияние материалов, используемых в качестве НП, на развитие пожара, интенсивность дымообразования, скорость заполнения помещения дымом.
Степень разработанности темы. Существует несколько известных формул для нахождения параметров при моделировании процесса тепломассообмена, например, Murrey D.R. и Uajt K. предложили уравнение для нахождения n (порядка реакции) и Е (энергии активации) по кривым дифференциально-термического анализа (ДТА), Kissinger H.E. ввел в уравнения дополнительный параметр -- скорость нагрева. Borchardt B.J. и Daniels F. предложили уравнение, основанное на том, что скорость реакции при любой температуре зависит от наклона кривой dT/dt (скорости нагрева) и высоты пика T (градиента температур).
Интегрированные модели, прогнозирующие пожароопасность с учетом
дымообразования, в настоящее время не созданы, хотя дым и токсичные
продукты горения и термического разложения, выделяющиеся при пожаре, являются главной причиной гибели людей. Необходимо создать данную модель и проверить ее работоспособность на примере термодеструкции НП на основе поливинилхлорида (ПВХ), а также определить погрешность измерений методами математической статистики.
Теоретическое моделирование макрокинетики реагирования позволяет
изучить закономерности процесса при повышенных тепловых нагрузках и
спрогнозировать последствия воспламенения, изучить способы предупреждения возгорания.
Целью диссертационной работы является исследование пожарной опасности объектов социального назначения с учетом применения в качестве НП линолеумов на основе ПВХ, а также разработка способов, направленных на повышение их пожарной безопасности.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие
задачи:
1.Определить основные особенности пожарной опасности объектов социального назначения с учетом применения в качестве НП линолеумов на основе ПВХ.
2.Определить наборы исходных данных для исследования процесса термодеструкции и дымообразования НП при принятии решений для снижения пожароопасности.
3.Разработать интегрированную методику, объединяющую данные по
термодеструкции и дымообразованию, для определения кинетических
параметров терморазложения.
4.Предложить мероприятия по снижению пожарного риска на путях
эвакуации объектов социального назначения с учетом полученных
экспериментальных данных.
Объект исследования: пожарная опасность объектов социального назначения с учетом применения в качестве НП линолеумов на основе ПВХ.
Предмет исследования: объекты социального назначения с
использованием в качестве НП линолеумов на основе ПВХ.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующих положениях:
1.Предложена интегрированная модель термодеструкции, отличительной особенностью которой является комплексный подход, совмещающий данные дифференциально-термического анализа (ДТА) и определения коэффициента дымообразования, что позволяет учитывать дымообразование как основной опасный фактор, препятствующий эвакуации при пожаре.
2.Математический аппарат, предложенный для расчета времени
самовоспламенения продуктов термодеструкции НП, позволяет оценить пожароопасность материалов при температурах, близких к условиям пожара.
3.Впервые в результате экспериментальных исследований методами ДТА и определения коэффициента дымообразования по ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ получено, что коэффициент дымообразования принимает максимальные значения в области температуры самовоспламенения.
4.Исследованы особенности процесса термодеструкции НП на основе ПВХ, используемых в качестве НП на объектах социального назначения, в температурном интервале от 25 С до 1000 С.
Теоретическая значимость результатов работы заключается в том, что полученные результаты дополняют имеющиеся сведения о термодеструкции НП, их роль в задымлении эвакуационных путей на объектах социального назначения в случае возникновения и развития горения.
Материалы диссертации могут быть использованы в преподавании
следующих учебных курсов: «Безопасность жизнедеятельности»,
«Прогнозирование опасных факторов пожара», «Теоретические основы пожарной и взрывобезопасности», «Теория горения и взрыва», «Пожарная безопасность в строительстве».
Практическая значимость и реализация результатов работы
заключается в том, что полученные новые сведения о качественных и
количественных характеристиках процесса термодеструкции НП на основе ПВХ
могут служить основой для разработки технологии производства
строительных материалов с пониженной пожароопасностью. Полученный
комплекс экспериментальных значений показателей пожарной опасности НП на
основе ПВХ расширяет базу данных, которые необходимы для моделирования
динамики развития пожара, нарастания опасных факторов пожара на объектах
социального назначения. Результаты по исследованию особенностей
термодеструкции линолеумов на основе ПВХ могут быть использованы для прогнозной оценки пожарной опасности объектов социального значения, где они используются. Возможно рассмотрение целесообразности замены на другой вид НП.
Методология и методы исследования
Методология исследования заключается в анализе работ российских и зарубежных специалистов, посвященных изучению процессов формирования опасных факторов пожара и обеспечению пожаробезопасности зданий и сооружений.
Теоретико-методологической основой исследования явились методы термического анализа, математического анализа, аналитические и численные методы решения уравнений тепломассообмена, фундаментальные положения теории вероятности и математической статистики.
Положения, выносимые на защиту
1.Интегрированная модель термодеструкции, учитывающая данные ДТА и определения коэффициента дымообразования. Это позволяет принимать во внимание дымообразование как основной фактор риска при пожаре.
2.Математический аппарат, предложенный для расчета времени
самовоспламенения продуктов термодеструкции НП, и как следствие, возможность оценки пожароопасности материалов при температурах, близких к условиям пожара.
3.Определение роли дымообразования как первичного опасного фактора пожара, затрудняющего эвакуацию на объектах социального назначения.
Степень достоверности и апробация результатов
Степень достоверности научных положений, выводов и рекомендаций,
сформулированных в диссертации, обусловлена использованием современных
апробированных методов проведения лабораторных исследований, методов
аппроксимации функций средствами Excel, положений нормативных актов, а
также поверенного сертифицированного оборудования. Достоверность
результатов работы обеспечивается применением известных принципов в области термического анализа и обеспечении пожарной безопасности зданий и сооружений с использованием как экспериментальных, так и теоретических методов исследования.
Основные положения диссертационной работы и результаты исследований
были представлены для обсуждения на научных конференциях различного
уровня:1.VII Международная научная конференция «Полимерные материалы
пониженной горючести» (Россия, Таганрог, 2013 г.); 2.VI Международная научно-
практическая конференция молодых ученых «Актуальные проблемы науки и
техники» (Россия, Уфа, 2013 г.); 3.II Международная научно-практическая
конференция «Наука в современном информационном обществе» (Россия,
Москва, 2013 г.); 4.Международная научно-практическая конференция
«Общество, наука и инновации» (Россия, Уфа, 2013 г.); 5.II Всероссийская конференция молодых ученых «Наука и инновации XXI века» (Россия, Сургут, 2014 г.); 6.VII Международная научно-практическая конференция молодых учёных «Актуальные проблемы науки и техники-2014» (Россия, Уфа, 2014 г.);
7.XVI международная научно-техническая конференция «Измерение, контроль, информатизация» (Россия, Барнаул, 2015 г.); 8. I (Россия, Сургут, 2015 г.); 9. II (Россия, Сургут, 2016 г.). 10. I научно-практическая конференция «Проблемы безопасности жизнедеятельности (в сфере образования)» (Россия, Москва, 2016 г).
Публикации
Основные результаты диссертации изложены в 17 работах, из которых 7 работ опубликованы в журналах, включенных в перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук.
Личный вклад автора заключается в разработке методики,
представленной в диссертационной работе; в подготовке и проведении экспериментальных исследований, математической обработке результатов измерений; подготовке публикаций по теме исследования.
Структура и объем диссертационной работы
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 142 наименования, списка сокращений, приложений А и Б. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков, 38 таблиц, 64 формулы.