Эффективность водяного орошения для огнезащиты светопрозрачных строительных конструкций

М.М. Казиев, к.т.н., член-корреспондент НАНПБ, доцент Академии ГПС МЧС России.
Е.В Зубкова, адъюнкт Академии ГПС МЧС России

Пожары в высотных зданиях нередко приобретают крупные масштабы. Иногда достаточно 20 минут, чтобы фасад задания был полностью охвачен огнем. Одной из причин таких последствий связано с тем, что в этих зданиях используется большое количество стекла, как наружные ненесущие стены, заполнение проемов в строительных конструкциях и внутренние перегородки.

fb864a8122045ec84af94ece82e854b4.jpg

А стекло зачастую используется закалённое, которое, как известно, может имеет предел огнестойкости только по целостности, но не выполняет теплоизолирующую функцию, что и может способствовать распространению пожара. Поэтому необходимо защищать светопрозрачные конструкции от воздействия пожара. Существуют несколько способов повышения пожароустойчивости (способность сохранять целостность при пожаре) светопрозрачных конструкций:

  • Усиление конструкции с помощью добавления дополнительного слоя (стекла, пленки);
  • Использование огнестойкого стекла с гелевым заполнением.
  • Использование защитных противопожарных штор;
  • Применение водяных дренчерных завес;
  • Водяное орошение поверхностей светопрозрачного заполнения.

Автоматическое водяное пожаротушение используется повсеместно и является наиболее эффективным способом тушение пожара на начальной стадии. Требования, предъявляемые к устройству водяного орошения и перечень зданий, которые подлежат обязательному оборудованию АУПТ описаны в СП 5.13130.2012 «Системы противопожарной защиты установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования».

Использование сплинклерных установок для защиты от пожара светопрозрачных конструкций «напрямую» не представляется возможным по нескольким причинам. Номинальная температура срабатывания спринклерных оросителей или распылителей выбирается в зависимости от температуры окружающей среды, согласно пункту 5.1.1.6 ГОСТ Р 51043 [1] Наименьшая температура срабатывания сплинклерного оросителя, является – 57 оС. Учитывая динамику развития пожара и особенность срабатывания сплинклерной системы можно предположить, что вода попадет на поверхность стекла в тот момент, когда оно уже будет нагрета свыше 50 оС, что может стать причиной разрушения светопрозрачного заполнения строительной конструкции.

Согласно статье 91 ФЗ № 123 помещения, здания, сооружения и строения, в которых предусмотрена система оповещения и управления эвакуации людей при пожаре, оборудуются автоматическими установками пожарной сигнализации и (или) пожаротушения (АУПТ) в соответствии с уровнем пожарной опасности на основе анализа пожарного риска.

Согласно приложению А [2] здания: высотой более 30 м; общественного назначения; предприятия торговли и помещения: библиотек; цирков; картинных галерей; концертных и киноконцертных залов; магазинов; зданий управлений; гостиниц; больниц - должны оборудоваться АУПТ. Так же эти типы зданий можно отнести к зданиям с массовым пребыванием людей. Следовательно, при возникновении пожара увеличивается риск гибели большого количества людей. Следует обратить внимание на то, что в данных видах зданий зачастую используются светопрозрачные строительные конструкции (витрины, фасады, перегородки, атриумы), которые занимают значительные площади в объеме здания. Можно сделать вывод, о том, что при возникновении пожара, возможность попадания воды на стекло велика. Но и стекло в строительстве используется разное, в зависимости от вида конструкции в котором оно используется.

Наиболее распространенным в строительстве является листовое строительное стекло, так как оно относительно дешевое. Однако листовое стекло нельзя использовать в высотных зданиях, с большой площадью остекления. Это связано с тем, что во время разрушения листового стекла образуются осколки с острыми краями, которые могут, при падении, поранить человека. Поэтому в таких зданиях используют «безопасное» закаленное стекло, во-первых, предел огнестойкости данных стекол больше, чем у листового (листовое стекло выдерживает менее 10 мин); во-вторых, при разрушении стекла, оно разлетается на мелкие кусочки которые не имеют острых краев. 

Применение закаленного стекла имеет свои недостатки, связанные с особенностями конструктивного исполнения и монтажа. Например, закаленное стекло нельзя резать и нужно проводить закалку с фиксированными его размерами. [3] Помимо закаленного стекла в высотных зданиях и в зданиях с большой площадью остекления используется огнестойкое стекло. Огнестойкое стекло – это многослойных конструкций из обычного листового стекла, которое чередуется с гелевым заполнением или же с пленкой. Основным недостатком применения огнестойких стекол, является их высокая дороговизна.

С учетом актуальности этого вопроса нами были проведены испытания с целью изучения поведения при пожаре и влияния водяного орошения на устойчивость светопрозрачных конструкций при пожаре.

Проводились исследования поведения обычного остекления при орошении его водой во время пожара. Испытания были проведены на маломасштабной экспериментальной установке в условиях «стандартного» температурного режима пожара. Испытания показали, что листовые стекла толщиной 4 и 5 мм без орошения водой разрушались через 3 и 4 минутах соответственно, а при равномерном и сплошном орошение водой обогреваемой поверхности образцов (270х370 мм) их устойчивость и целостность возрастала до 15 минут.

Испытания проводились в условиях «стандартного» температурного режима пожара. Орошение осуществлялось обогреваемой стороны с различными расходами, Результаты испытаний приведены в таблице 1.Испытания показали негативное влияние неравномерного водяного орошения на пожароустойчивость листового и закалённого стекла . Во время испытания вода собиралась в «ручейки» и растрескивание происходило на границе орошаемой и неорошаемой части стекла. Механизм разрушения обусловлен тем, что на границе орошения возникает температурный шок и резкий рост внутренних механических напряжений и из-за разницы температурных деформаций. В следствии этого происходит растрескивание и разрушение стекла. Попадание воды на нагретое стекло также приводит к разрушению стекла.

Таблица 1

№ п/п

Вид образца Без орошения С орошением
Критическая температура, С Время разрушения образца, сек Средняя температура, С Время разрушения образца, мин
Расход 0,38 л/с м Расход 0,52 л/с м Расход 0,38 л/с м Расход 0,52 л/см
1 Листовое стекло 4 мм

95

74

-

-

-

-

2 Листовое стекло 5 мм

72

66

49

37

18

45

3 Листовое стекло 6 мм

116

97

-

-

-

-

Испытания показали, что при увеличении расхода снижается температура и увеличивается пожароустойчивость образцов стекла.

aa777a4ba2dd160eb180ffd982bbf6ab.png

Рис. 1 - Схематическое изображение проведенного испытания.

Следует отметить ряд особенностей защиты стекла водой. Во-первых, необходимо добиться равномерного и сплошного орошения светопрозрачного заполнения. Во-вторых, при попадании воды на нагретое листовое и закаленное стекло, происходит преждевременное его разрушение из-за температурного шока. Также было установлено, что для триплекса эффективно только равномерное и сплошное орошение водой обогреваемой стороны. В этом случае вода защищает от плавления полимерную пленку, которая в свою очередь предохраняет разрушения стекла.

Литература.

1.Технический регламент о требованиях пожарной безопасности// утвержден Федеральным законом от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ. – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2008. – С. 144. – 3000 экз. – ISBN 978-5-379-00937-3.

2.ГОСТ Р51043- 2002 «Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Оросители. Общие технические требования. Методы испытаний. - Москва: Госстандарт России - 2002

3.СП 5. 13130.2012 Системы противопожарной защиты установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования. – Москва: ФГБУ ВНИИПО МЧС России -2012

4.Казиев М.М.; Зубкова Е.В. Влияние водяного орошения на огнестойкость светопрозрачных строительных конструкций. /Природные и техногенные риски. Безопасность сооружений.// - 2014 - №1. – С 28-33.

5.Бабуров В. П. Производственная и пожарная автоматика В 2 ч. Ч. 2. Автоматические установки пожаротушения./ Бабуров В. П., Бабурин В. В., Фомин В. И., Смирнов В. И. // - М.: Академия Государственной противопожарной службы МЧС России, 2007 – 26 с.

6.Казиев М.М.,. Подгрушный А.В Разрушение светопрозрачных строительных конструкций при тепловом воздействии в условиях пожара. // Пожары и чрезвычайные ситуации. Предотвращение и ликвидация. - 2009 . - № 2. – с.5-9

Комментарии