Введение к работе
Актуальность темы исследования. Официальная статистика пожаров в Российской федерации демонстрирует парадоксальный факт: несмотря на ежегодное уменьшение числа пожаров, ущерб от них продолжает расти. В период с 2005 по 2009 гг. ежегодно регистрировались, в среднем, 69 пожаров с крупным материальным ущербом, размер которого оценивался, в среднем, в 42 млн. руб. Более половины таких пожаров сопровождалось гибелью людей. Основными причинами гибели и травматизма людей являлись отравление продуктами горения и воздействие высокой температуры.
Основное число крупных пожаров и ущерб от них приходится на здания производственного назначения (34 % и 60 %), предприятий торговли (22 % и 22 %), административно-общественных учреждений (5 % и 3 %).
Как показывает практика, наиболее эффективным способом одновременного обеспечения безопасной эвакуации людей при пожаре и сохранения материальных ценностей являются установленные Федеральным законом №123-Ф3 мероприятия по ограничению распространения пожара, в рамках которых предусматривается устройство противопожарных преград — строительных конструкций с нормированным пределом огнестойкости.
Реалии современной России таковы, что большинство упомянутых зданий построено в 30—80 гг. прошлого века и нуждается в реконструкции при изменении их функционального назначения или модернизации протекающих в них технологических процессов.
В связи с этим особую актуальность приобретает применение трансформируемых противопожарных преград (ТПП), формирующих препятствие при непосредственной угрозе распространения пожара за их пределы.
За рубежом наиболее широкое применение получили противопожарные преграды в виде штор и укрытий, характерной конструктивной особенностью которых является исполнение ограждающей части (рабочего полотна) в виде тонкой, легкой и гибкой конструкции из термостойких текстильных материалов. Этим достигается легкость и компактность конструкции при штатной эксплуатации зданий и сооружений. Для обеспечения пределов огнестойкости более EI90 предусматривается охлаждение ограждающей части водой.
Однако применение данных конструкций в России сдерживается их недостаточной эффективностью, обусловленной:
недостаточной огнестойкостью без использования воды;
разрушающим воздействием воды на конструкции, отделку и содержимое здания;
неприемлемо высокой стоимостью.
Таким образом, становится актуальным проведение исследований, направленных на разработку новых конструкций ТІШ, свободных от перечисленных недостатков.
Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по повышению эффективности конструкций трансформируемых противопожарных преград.
Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих основных задач:
оценка технического уровня существующих ТТШ;
анализ современных способов и средств обеспечения огнестойкости конструкций на предмет их применения в ограждающей части ТТШ с пределом огнестойкости до ЕП50;
разработка нового более эффективного способа обеспечения огнестойкости ограждающей части в составе конструкций ТІШ;
разработка математической модели, алгоритмов и программ расчета параметров тепло- и массопереноса, определяющих огнестойкость и эффективность ТТШ при пожаре;
разработка методик и проведение экспериментальных исследований тепло- и массопереноса в ТТШ при пожаре;
оценка точности и адекватности натуре разработанной математической модели путем сопоставления результатов расчетов с экспериментальными данными;
- разработка рекомендаций по повышению эффективности
конструкций Ті 111.
Объектом исследования являлись процессы тепло- и массопереноса, определяющие огнестойкость и эффективность трансформируемых противопожарных преград при пожаре.
Предметом исследования являлись трансформируемые противопожарные преграды в виде штор и укрытий с ограждающей частью, реализующей новый способ обеспечения их огнестойкости.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработан комбинированный способ обеспечения огнестойкости ограждающих конструкций, основанный на синергическом сочетании способов пассивной и активной огнезащиты и реализации принципа массообменного пористого охлаждения.
-
Впервые получено решение прикладной задачи тепломассопе-реноса в водосодержащем капиллярно-пористом рабочем полотне противопожарной шторы и укрытия на основе известных соотношений общей теории тепломассопереноса с принятием допущений, максимально упрощающих решение исходных уравнений, но не затрагивающих определяющих огнестойкость физических процессов.
-
Впервые разработаны алгоритмы и программы расчета основных конструктивных параметров рабочего полотна (толщины, плотности и диаметра волокон капиллярно-пористого слоя) и расхода подаваемой в него воды с целью обеспечения сохранения огнестойкости преграды при отсутствии пролива воды при пожаре.
-
Разработаны методики огневых испытаний противопожарных штор и укрытий, отличающиеся от существующих методик тем, что в них предусмотрены:
возможность дистанционного периодического насыщения рабочего полотна водой, подаваемой из ручного пожарного ствола;
непрерывная подача воды в рабочее полотно через систему в составе конструкции противопожарной шторы;
- отведение избыточного количества поданной воды из зоны
испытаний;
регистрация расхода подаваемой и отводимой неиспарившейся воды;
регистрация и контроль температуры на поверхностях рабочего полотна с учетом специфики протекания в нем процессов тепломассопереноса при одностороннем нагреве и присутствии в капиллярно-пористой структуре воды.
5. Для структур рабочего полотна с капиллярно-пористым слоем,
сформированным из серийно выпускаемых материалов (МБОР-5,
ИПП-КВ), экспериментально определены характеристики массопере-
носа воды под действием силы тяжести: содержание воды в состоянии
насыщения (wmax)\ содержание адсорбционной влаги (wa); коэффици
ент проницаемости (кр) и высота капиллярного поднятия воды (Л*).
-
В испытаниях на огнестойкость получены данные, подтверждающие достоверность и точность разработанных математических моделей, алгоритмов и программ.
-
Экспериментально доказаны:
способность рабочего полотна насыщаться водой и распространять ее под действием силы тяжести с требуемым расходом при одностороннем воздействии обогревающей среды пожара, в том числе при вертикальной ориентации;
возможность выхода водосодержащего рабочего полотна при пожаре ни стационарный режим и обеспечения отсутствия пролива воды в количестве, способном нанести заметный ущерб конструкциям и содержимому в защищаемой части здания;
отсутствие распространения существенного количества пара в защищаемую часть здания;
возможность обеспечения насыщения рабочего полотна водой на начальной стадии нагрева за необходимое время.
8. Разработаны принципиально новые конструкторские решения
для противопожарных штор и укрытий, позволяющие существенно
превзойти существующие конструкции по эффективности.
Достоверность полученных результатов достигалась: адекватностью математической модели реальным процессам тепломассоперено-са в системе «обогревающая среда — противопожарная преграда - защищаемый объект»; принятием допущений, упрощающих решение уравнений тепломассопереноса, но сохраняющих при этом определяющие физические явления; выбором параметров и критериев, позволяющих сравнивать теоретические и экспериментальные данные; соответствием методик проведения огневых испытаний реальным условиям работы ограждающих конструкций; достаточной точностью методов и средств измерений.
Практическая ценность работы заключается в использовании изложенного в ней теоретического и экспериментального материала при разработке новых огнестойких строительных конструкций, а также в возможности использования разработанных конструкций в составе систем противопожарной защиты зданий и сооружений различного назначения.
В частности, согласно действующим нормам пожарной безопасности, противопожарные шторы предложенной в диссертации конструкции могут применяться:
для разделения этажей производственных и складских зданий, а также зданий предприятий торговли на пожарные отсеки;
в качестве противопожарных перегородок I типа для отделения кладовых горючих товаров от торгового зала площадью более 250 м ;
для устройства дымовых зон совместно с дымоудалением и для разделения коридоров длиной более 60 м в общественных зданиях;
для устройства пожаробезопасных зон в зданиях различного назначения.
Материалы диссертации реализованы:
при проектировании теплозащитного экрана для эстакады участка 4-го транспортного кольца ш. Энтузиастов - Измайловское ш., ул. Перовская, д. 1а в зоне резервуарного парка мазутного хозяйства ТЭЦ-11 в г. Москве;
при проектировании подвижных огнестойких конструкций общего вытяжного канала общеобменной вентиляции и дымоудаления автодорожных тоннелей в составе участка Краснопресненского проспекта от МКАД до проспекта Маршала Жукова в г. Москве;
при строительстве притоннельных подземных сооружений транспортной развязки Ленинградского и Волоколамского шоссе в районе станции метро «Сокол» в г. Москве;
- при производстве опытных партий огнезащитных укрытий для
запорной и фонтанной арматуры нефтяных скважин в ООО «Центр
производства нестандартного оборудования», Московская область,
г. Сергиев Посад, д. 212В.
Основные результаты работы были доложены на:
- 4-ой Российской национальной конференции по теплообмену
(Москва, МЭИ, 2006 г.);
XX Международной научно-практической конференции: «Актуальные проблемы пожарной безопасности» (Москва, ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2008 г.);
XXI Международной научно-практической конференции: «Актуальные проблемы пожарной безопасности» (Москва, ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009 г.).
На защиту выносятся:
- результаты оценки технического уровня и условий работы
существующих ТИП, а также результаты анализа современных
способов и средств обеспечения их огнестойкости с оценкой потенциальной эффективности;
комбинированный способ обеспечения огнестойкости ограждающих конструкций, основанный на синергическом сочетании способов пассивной и активной огнезащиты и реализации принципа массо-обменного пористого охлаждения;
математическая модель, алгоритмы, программы и результаты расчетов тепломассопереноса в водосодержащем капиллярно-пористом рабочем полотне противопожарных штор и укрытий;
результаты расчетов теплопередачи в системе, образованной ТІШ и защищаемым объектом;
методики экспериментальных исследований процессов тепломассопереноса при пожаре в рабочем полотне и в системе образованной ТПП и защищаемым объектом;
результаты экспериментальных исследований;
- рекомендации по повышению эффективности конструкций
ТПП.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Содержание работы изложено на 168 страницах текста, включает в себя 6 таблиц, 55 рисунков, список использованной литературы из 107 наименований.