Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.
М.: ФГУ НИИПО МЧС РФ, 2002. — 273 с.
Специальность 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность
Научный консультант: доктор технических наук, профессор И.А.Болодьян Разработка новых прогнозных методов оценки пожарной опасности СМ с учетом условий эксплуатации, комплексные исследования закономерностей их горения и поведения в условиях моделирования пожара являются весьма актуальными и перспективными. Исходя из изложенных соображений, была определена цель исследований и сформулирована следующая рабочая гипотеза: анализ совокупности параметров развития пожара СМ с использованием предложенных новых расчетных и экспериментальных методов позволит осуществлять достоверный прогноз как показателей пожарной опасности, так и поведения материалов, применяемых в строительных конструкциях, с дальнейшей разработкой предложений по их допустимому применению. Целью настоящей работы является прогнозирование пожарной опасности СМ с учетом условий их эксплуатации, основанное на математическом моделировании процесса распространения пламени, динамики опасных факторов пожара (ОФП), экспериментальных исследованиях пожара в помещениях, крупномасштабных и лабораторных исследованиях горючести, воспламеняемости, распространения пламени по поверхности, тепловыделения, дымообразования и токсичности продуктов горения, обоснование условий и требований пожарной безопасности при применении и сертификации. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи: обоснованы математические модели и параметры для прогнозирования и оценки пожарной опасности СМ; разработаны методики прогнозирования стандартных показателей (группы негорючих материалов, температурных показателей воспламеняемости) пожарной опасности СМ, теплофизических (теплоемкости, теплопроводности, удельной теплоты сгорания), термохимических (степени завершенности термического разложения, объемной скорости термического разложения, объемной мощности тепловыделения) характеристик с использованием термоаналитической аппаратуры; обоснованы условия и разработана методика комплексной оценки пожароопасности ПСМ; разработана система противопожарного нормирования применения строительных материалов в зданиях (помещениях); разработаны методики определения допустимой высоты отделки (облицовки) стен коридоров и предельной длины распространения пламени по покрытиям полов; проведены работы и проанализированы результаты исследований режимов пожара в помещении и условия теплового воздействия на конструкции стен, полов и потолков коридоров; проведены работы и проанализированы результаты комплексного экспериментального исследования пожароопасности СМ в условиях, приближенных к реальному пожару, и лабораторных условиях; проведены исследования и проанализированы результаты математического моделирования пожароопасности СМ; разработана классификация декоративно-отделочных материалов по способности распространять пламя по поверхности, выполненная на основе крупномасштабных методов исследований; разработаны предложения к методам испытаний СМ на пожарную опасность; разработана классификация СМ по пожарной опасности для задач противопожарного нормирования и сертификации, выполненная на основе лабораторных методов исследований; разработаны требования пожарной безопасности при применении СМ и сертификации. Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждены достаточным объемом исследований (в том числе крупномасштабных опытов), длительной апробацией используемых математических моделей и методик, соответствием результатов лабораторных, крупномасштабных экспериментов и расчетных данных, а также положительным опытом внедрения результатов работы в ГПС и других ведомствах. Экспериментально-теоретические разработки проведены применительно к декоративно-отделочным и облицовочным материалам стен (отделок), полов и потолков, теплоизоляционным (ТМ) и кровельным материалам (КМ) строительных конструкций. Теоретические исследования проведены на базе использования классических законов тепломассообмена, теории тепломассопереноса при пожаре. В диссертационной работе использованы термогравиметрический анализ, математическая обработка результатов экспериментов с помощью ЭВМ, стандартные методы определения некоторых показателей, предложены новые полигонные экспериментальные методы исследований. Научная новизна работы заключается в следующем: сформулированы принципы прогнозирования пожарной опасности СМ; разработаны расчетные и экспериментальные методы прогнозирования пожарной опасности СМ в условиях их эксплуатации, при этом обоснованы и использованы моделируемые при исследовании пожара параметры; создана оригинальная крупномасштабная экспериментальная установка для полигонных комплексных исследований пожарной опасности декоративноотделочных, облицовочных материалов для стен, потолков и покрытий полов и разработана методика их испытаний в условиях, приближенных к реальному пожару; разработан лабораторный метод оценки пожарной опасности СМ и определения комплекса исходных данных для прогнозирования, математического моделирования, противопожарного нормирования; усовершенствована термоаналитическая аппаратура и предложена методика прогнозирования показателей пожарной опасности СМ (температурных показателей воспламеняемости, группы горючих материалов), предложены методики прогнозирования выхода горючих газов, групп огнезащитной эффективности средств для древесины на микрообразцах; впервые установлена взаимосвязь между термоаналитическими характеристиками и показателями пожарной опасности материалов, показана возможность оценки основных теплофизических и термохимических характеристик СМ; разработана математическая модель процесса распространения пламени по поверхности СМ, позволяющая при наличии исходных данных прогнозировать зависимость длины распространения фронта пламени от времени; усовершенствована математическая модель динамики опасных факторов пожара на начальной стадии при условии горения СМ; на полигонной установке Фрагмент высотного здания и крупномасштабной установке Комната-коридор исследовано развитие пожара в помещении, выявлены закономерности теплового воздействия на строительные конструкции стен, полов и потолков, что позволило экспериментальным путем обосновать условия теплового воздействия на образцы для лабораторных исследований; получены и проанализированы новые экспериментальные данные о пожароопасных свойствах широкого круга СМ, установлены зависимости показателей пожарной опасности от условий теплового воздействия и эксплуатации, изучено влияние числа' слоев (толщины) лакокрасочных покрытий на показатели воспламеняемости распространения пламени, время возникновения критической для человека ситуации; предложен и апробирован новый подход к оценке и снижению пожарной опасности СМ при отработке рецептур при сохранении эксплуатационных свойств на примере наливного полимерного покрытия пола и пенополиуретанового утеплителя; получила развитие методология противопожарного нормирования применения отделок в зданиях (помещениях), на основе принципов и качественных критериев нормирования разработаны схема и условия их допустимого (пожаробезопасного) применения, классификации СМ и методики с элементами "гибкого нормирования. Практическая ценность работы. Решена научно-техническая проблема комплексного прогнозирования пожарной опасности СМ с учетом условий их эксплуатации и создания системы методов (лабораторных и полигонных) определения необходимых показателей как на микрообразцах, так и образцах реальных строительных конструкций. Разработаны экспериментальные и расчетные методы оценки пожарной опасности СМ, определения набора исходных данных для задач математического моделирования развития пожара в помещении. Разработана система противопожарного нормирования применения СМ, включающая элементы гибкого нормирования. Результаты работы позволяют формулировать профилактические мероприятия по противопожарной защите объектов, в том числе на стадии проектирования, предотвращению распространения пожара, снижению материального и социального ущербов. Диссертация обобщает результаты исследований, которые проводились под руководством или при непосредственном участии автора в Федеральном государственном учреждений Всероссийский ордена Знак почета научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ФГУ ВНИИПО) МЧС России с 1983 года при выполнении ряда Государственных программ (в т.ч. МВД, Госстроя России), плана НИР ФГУ ВНИИПО МЧС России. Выводы и рекомендации диссертации реализованы при разработке: НПБ 244-97 Материалы строительные. Декоративно-отделочные и облицовочные материалы. Материалы для покрытия полов. Кровельные, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы. Показатели пожарной опасности; СНиП 21-01 -97 Пожарная безопасность зданий и сооружений; ГОСТ 30402-96 Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость; ГОСТ 30444-97 (ГОСТ Р 51032-97) Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени; ГОСТ 30244-94 Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть; ГОСТ 30403-96 "Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности; ОСТ 95 10562-2001 Покрытия полимерные защитные для атомных станций. Часть
1. Снимаемые защитные покрытия. Общие требования, применение и выбор; ГОСТ Р 51691-2000 "Материалы лакокрасочные. ЭМАЛИ. Общие технические условия; ГОСТ Р 51693-2000 Грунтовки антикоррозионные. Общие технические условия; НПБ 109-06 Вагоны метрополитена. Требования пожарной безопасности; ВНПБ-97 ’’Вагоны пассажирские. Требования пожарной безопасности; Инструкций по проведению термического анализа образцов материалов и веществ (идентификация и входной контроль). - М.: ВНИИПО, 1995; Методического пособия Контроль качества и определение вида огнезащитных покрытий, контроль качества огнезащитных работ. М.: ВНИИПО, 1999; Технической информации (в помощь инспектору Государственной противопожарной службы). - М.: ВНИИПО, 2002; Сборника Огнезащита материалов, изделий и строительных конструкций. - М.: ВНИИПО, 1999; Справочника Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций, пожарная опасность строительных материалов, огнестойкость инженерного оборудования зданий. - М.: ВНИИПО, 1999. Результаты диссертации использованы при разработке учебных программ Огнезащита, Директор в УЦ ФГУ ВНИИПО МЧС России.
Специальность 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность
Научный консультант: доктор технических наук, профессор И.А.Болодьян Разработка новых прогнозных методов оценки пожарной опасности СМ с учетом условий эксплуатации, комплексные исследования закономерностей их горения и поведения в условиях моделирования пожара являются весьма актуальными и перспективными. Исходя из изложенных соображений, была определена цель исследований и сформулирована следующая рабочая гипотеза: анализ совокупности параметров развития пожара СМ с использованием предложенных новых расчетных и экспериментальных методов позволит осуществлять достоверный прогноз как показателей пожарной опасности, так и поведения материалов, применяемых в строительных конструкциях, с дальнейшей разработкой предложений по их допустимому применению. Целью настоящей работы является прогнозирование пожарной опасности СМ с учетом условий их эксплуатации, основанное на математическом моделировании процесса распространения пламени, динамики опасных факторов пожара (ОФП), экспериментальных исследованиях пожара в помещениях, крупномасштабных и лабораторных исследованиях горючести, воспламеняемости, распространения пламени по поверхности, тепловыделения, дымообразования и токсичности продуктов горения, обоснование условий и требований пожарной безопасности при применении и сертификации. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи: обоснованы математические модели и параметры для прогнозирования и оценки пожарной опасности СМ; разработаны методики прогнозирования стандартных показателей (группы негорючих материалов, температурных показателей воспламеняемости) пожарной опасности СМ, теплофизических (теплоемкости, теплопроводности, удельной теплоты сгорания), термохимических (степени завершенности термического разложения, объемной скорости термического разложения, объемной мощности тепловыделения) характеристик с использованием термоаналитической аппаратуры; обоснованы условия и разработана методика комплексной оценки пожароопасности ПСМ; разработана система противопожарного нормирования применения строительных материалов в зданиях (помещениях); разработаны методики определения допустимой высоты отделки (облицовки) стен коридоров и предельной длины распространения пламени по покрытиям полов; проведены работы и проанализированы результаты исследований режимов пожара в помещении и условия теплового воздействия на конструкции стен, полов и потолков коридоров; проведены работы и проанализированы результаты комплексного экспериментального исследования пожароопасности СМ в условиях, приближенных к реальному пожару, и лабораторных условиях; проведены исследования и проанализированы результаты математического моделирования пожароопасности СМ; разработана классификация декоративно-отделочных материалов по способности распространять пламя по поверхности, выполненная на основе крупномасштабных методов исследований; разработаны предложения к методам испытаний СМ на пожарную опасность; разработана классификация СМ по пожарной опасности для задач противопожарного нормирования и сертификации, выполненная на основе лабораторных методов исследований; разработаны требования пожарной безопасности при применении СМ и сертификации. Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждены достаточным объемом исследований (в том числе крупномасштабных опытов), длительной апробацией используемых математических моделей и методик, соответствием результатов лабораторных, крупномасштабных экспериментов и расчетных данных, а также положительным опытом внедрения результатов работы в ГПС и других ведомствах. Экспериментально-теоретические разработки проведены применительно к декоративно-отделочным и облицовочным материалам стен (отделок), полов и потолков, теплоизоляционным (ТМ) и кровельным материалам (КМ) строительных конструкций. Теоретические исследования проведены на базе использования классических законов тепломассообмена, теории тепломассопереноса при пожаре. В диссертационной работе использованы термогравиметрический анализ, математическая обработка результатов экспериментов с помощью ЭВМ, стандартные методы определения некоторых показателей, предложены новые полигонные экспериментальные методы исследований. Научная новизна работы заключается в следующем: сформулированы принципы прогнозирования пожарной опасности СМ; разработаны расчетные и экспериментальные методы прогнозирования пожарной опасности СМ в условиях их эксплуатации, при этом обоснованы и использованы моделируемые при исследовании пожара параметры; создана оригинальная крупномасштабная экспериментальная установка для полигонных комплексных исследований пожарной опасности декоративноотделочных, облицовочных материалов для стен, потолков и покрытий полов и разработана методика их испытаний в условиях, приближенных к реальному пожару; разработан лабораторный метод оценки пожарной опасности СМ и определения комплекса исходных данных для прогнозирования, математического моделирования, противопожарного нормирования; усовершенствована термоаналитическая аппаратура и предложена методика прогнозирования показателей пожарной опасности СМ (температурных показателей воспламеняемости, группы горючих материалов), предложены методики прогнозирования выхода горючих газов, групп огнезащитной эффективности средств для древесины на микрообразцах; впервые установлена взаимосвязь между термоаналитическими характеристиками и показателями пожарной опасности материалов, показана возможность оценки основных теплофизических и термохимических характеристик СМ; разработана математическая модель процесса распространения пламени по поверхности СМ, позволяющая при наличии исходных данных прогнозировать зависимость длины распространения фронта пламени от времени; усовершенствована математическая модель динамики опасных факторов пожара на начальной стадии при условии горения СМ; на полигонной установке Фрагмент высотного здания и крупномасштабной установке Комната-коридор исследовано развитие пожара в помещении, выявлены закономерности теплового воздействия на строительные конструкции стен, полов и потолков, что позволило экспериментальным путем обосновать условия теплового воздействия на образцы для лабораторных исследований; получены и проанализированы новые экспериментальные данные о пожароопасных свойствах широкого круга СМ, установлены зависимости показателей пожарной опасности от условий теплового воздействия и эксплуатации, изучено влияние числа' слоев (толщины) лакокрасочных покрытий на показатели воспламеняемости распространения пламени, время возникновения критической для человека ситуации; предложен и апробирован новый подход к оценке и снижению пожарной опасности СМ при отработке рецептур при сохранении эксплуатационных свойств на примере наливного полимерного покрытия пола и пенополиуретанового утеплителя; получила развитие методология противопожарного нормирования применения отделок в зданиях (помещениях), на основе принципов и качественных критериев нормирования разработаны схема и условия их допустимого (пожаробезопасного) применения, классификации СМ и методики с элементами "гибкого нормирования. Практическая ценность работы. Решена научно-техническая проблема комплексного прогнозирования пожарной опасности СМ с учетом условий их эксплуатации и создания системы методов (лабораторных и полигонных) определения необходимых показателей как на микрообразцах, так и образцах реальных строительных конструкций. Разработаны экспериментальные и расчетные методы оценки пожарной опасности СМ, определения набора исходных данных для задач математического моделирования развития пожара в помещении. Разработана система противопожарного нормирования применения СМ, включающая элементы гибкого нормирования. Результаты работы позволяют формулировать профилактические мероприятия по противопожарной защите объектов, в том числе на стадии проектирования, предотвращению распространения пожара, снижению материального и социального ущербов. Диссертация обобщает результаты исследований, которые проводились под руководством или при непосредственном участии автора в Федеральном государственном учреждений Всероссийский ордена Знак почета научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ФГУ ВНИИПО) МЧС России с 1983 года при выполнении ряда Государственных программ (в т.ч. МВД, Госстроя России), плана НИР ФГУ ВНИИПО МЧС России. Выводы и рекомендации диссертации реализованы при разработке: НПБ 244-97 Материалы строительные. Декоративно-отделочные и облицовочные материалы. Материалы для покрытия полов. Кровельные, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы. Показатели пожарной опасности; СНиП 21-01 -97 Пожарная безопасность зданий и сооружений; ГОСТ 30402-96 Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость; ГОСТ 30444-97 (ГОСТ Р 51032-97) Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени; ГОСТ 30244-94 Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть; ГОСТ 30403-96 "Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности; ОСТ 95 10562-2001 Покрытия полимерные защитные для атомных станций. Часть
1. Снимаемые защитные покрытия. Общие требования, применение и выбор; ГОСТ Р 51691-2000 "Материалы лакокрасочные. ЭМАЛИ. Общие технические условия; ГОСТ Р 51693-2000 Грунтовки антикоррозионные. Общие технические условия; НПБ 109-06 Вагоны метрополитена. Требования пожарной безопасности; ВНПБ-97 ’’Вагоны пассажирские. Требования пожарной безопасности; Инструкций по проведению термического анализа образцов материалов и веществ (идентификация и входной контроль). - М.: ВНИИПО, 1995; Методического пособия Контроль качества и определение вида огнезащитных покрытий, контроль качества огнезащитных работ. М.: ВНИИПО, 1999; Технической информации (в помощь инспектору Государственной противопожарной службы). - М.: ВНИИПО, 2002; Сборника Огнезащита материалов, изделий и строительных конструкций. - М.: ВНИИПО, 1999; Справочника Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций, пожарная опасность строительных материалов, огнестойкость инженерного оборудования зданий. - М.: ВНИИПО, 1999. Результаты диссертации использованы при разработке учебных программ Огнезащита, Директор в УЦ ФГУ ВНИИПО МЧС России.