CC BY
21
ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ
£ у
Доцент кафедры пожарной безопасности МГСУ
Д. В. Трушкин
УДК 614.841.41
НОРМИРОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ОТДЕЛОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПУТЯХ ЭВАКУАЦИИ
Представлен критический анализ существующих методик оценки пожарной опасности строительных материалов, прежде всего экспериментальных. В целях развития системы отечественной комплексной оценки пожарной опасности отделочных материалов автор предлагает, в частности, одновременно оценивать не только несколько пожарно-технических характеристик, но и проявляющуюся во время испытания их взаимосвязь и влияние друг на друга.
Противопожарное нормирование применения отделочных материалов на путях эвакуации гражданских зданий является актуальной пожар-но-технической задачей, связанной с обеспечением безопасности людей, так как блокирование путей эвакуации во время пожара увеличивает время нахождения людей в зоне воздействия его опасных факторов и повышает вероятность их травмирования и гибели.
Ввиду того что на человека во время пожара воздействует одновременно несколько опасных факторов, основными из которых являются высокая температура, дым и токсичные летучие продукты горения, очевидно, что оценка пожарной опасности отделочных материалов также должна проводиться комплексно, сразу по нескольким пожарно-техни-ческим характеристикам.
Это связано, например, с тем, что высокая температура является следствием горения (тепловыделения) материала, а динамика повышения температуры в помещении связана со способностью отделочного материала распространять пламя по поверхности, так как увеличение площади горения ведет к росту массовой скорости выгорания. Дым, сопутствующий горению, снижает видимость, а токсичные летучие вещества, содержащиеся в дымовых газах, при попадании в организм вызывают отравление, что влечет за собой снижение двигательной активности человека и, как следствие, его неспособность быстро и самостоятельно покинуть опасную зону.
Разработка методов оценки пожарной опасности строительных материалов (СМ) представляет
собой сложную научную задачу. В настоящее время отсутствуют достаточно надежные теоретические методы, которые бы позволяли на основе анализа компонентного состава СМ прогнозировать их поведение в условиях пожара. В связи с этим основным способом оценки потенциальной пожарной опасности СМ продолжает оставаться эксперимент, в частности лабораторные и крупномасштабные методы испытаний.
В настоящее время согласно СНиП 21-01-97* [1] к СМ предъявляются нормативные требования, основанные на оценке совокупности следующих пожарно-технических характеристик, полученных экспериментально: горючести (ГОСТ 30244-94 [2]), воспламеняемости (ГОСТ 30402-96 [3]), распространения пламени по поверхности (ГОСТ Р 51032-97 [4]), дымообразующей способности (п. 4.18 ГОСТ 12.1.044-89 [5]) и токсичности продуктов сгорания (п. 4.20 ГОСТ 12.1.044-89).
Несомненно, такой способ оценки пожарной опасности СМ является более перспективным по сравнению с использовавшимся ранее согласно СНиП 2.01.02-85* [6]), когда, по сути, вся пожарная опасность СМ оценивалась на основе одной-един-ственной пожарно-технической характеристики — горючести. В то же время необходимо отметить, что комплексная оценка пожарной опасности СМ, основанная на анализе совокупности пожарно-тех-нических характеристик, определенных по отдельно взятым методикам, в которых используются испытательные установки различного конструктивного исполнения и различные модели пожаров, также далека от совершенства, Данная проблема
усугубляется еще и тем, что ни в одной методике испытаний не учитываются результаты, полученные по другим методикам, несмотря на то что все по-жарно-технические характеристики в условиях реального пожара взаимосвязаны и способны оказывать влияние друг на друга.
Взаимосвязь пожарно-технических характеристик зависит не только от природы материала, его физико-химических и теплофизических свойств, но и от объемно-планировочной характеристики здания, характера распределения в нем горючей нагрузки, условий газообмена и т. д.
Наличие отдельных методик для определения каждого из показателей пожарной опасности не позволяет в полной мере выявить эти взаимные связи, а также влияние различных внешних факторов на определяемую пожарно-техническую характеристику. Каждая из действующих стандартных методик испытаний направлена на определение максимально возможного проявления отдельно взятой пожарно-технической характеристики СМ в специальных условиях, но именно эти характеристики существующая система комплексной оценки использует в настоящее время для нормирования применения отделочных материалов на путях эвакуации зданий и сооружений.
Согласно современной классификации каждая из пожарно-технических характеристик, используемых при противопожарном нормировании применения СМ, подразделяется на несколько групп в зависимости от степени пожарной опасности. При этом, если внутри конкретной пожарно-техниче-ской характеристики деление на группы более или менее объективно дифференцирует материалы по степени пожарной опасности относительно друг друга, то при попытке сравнивать пожарную опасность различных СМ, используя сразу несколько пожарно-технических характеристик, возникают определенные трудности.
В общем виде пожарную опасность СМ Фщт, основанную на принятой в настоящее время системе комплексной оценки, можно представить в виде функции, зависящей от совокупности групп каждой из пожарно-технических характеристик:
Фщш = ДЛ, РП], вк, т,, дт), (1)
где Г( — группа горючести;
РП^ — группа распространения пламени;
Вк — группа воспламеняемости;
Т1 — группа токсичности продуктов сгорания;
дт — группа дымообразующей способности.
Очевидно, что максимальная пожарная опасность СМ в принятой классификации будет определяться значением функции:
тахфкт) = Ф44343 = ДА, РП4, Вз, ТА, Дз), (2)
а минимальная пожарная опасность СМ — значением:
тшфат) = Фиш = Д(ГЬ РПЪ Въ Ть Д1). (3)
Основную сложность здесь представляет ранжирование по степени пожарной опасности СМ с промежуточными значениями пожарно-техниче-ских характеристик. Например, возникает вопрос, какой СМ считать более опасным — со значением Ф34332 = Д(Т3, РП4, в3, Тз, Д2) или со значением Ф43243 = Д(Т4, РП3, В2, Т4, Д3) — и стоит ли не принимать во внимание при комплексной оценке пожарной опасности материалов особенности их испытаний и эксплуатации. Так, например, стоит ли учитывать согласно требованиям НПБ 244-97 [7] для покрытий полов группу горючести, определяемую по ГОСТ 30244-94, в соответствии с которым образцы испытываются вертикально ориентированными.
При такой системе комплексной оценки нельзя также уверенно утверждать, что материал имеет одновременно максимально опасные характеристики Г4 и Д3, если коэффициент дымообразования по результатам стандартных испытаний в режиме тления составил, например, 600 м2/кг, а в режиме горения — 40 м2/кг, так как в условиях, когда максимально полно проявляется горючесть материала (как правило, в режиме пламенного горения), маловероятно, что дымообразующая способность также проявится максимальным образом (как правило, это происходит в режиме тления).
При оценке пожарной опасности СМ на основе анализа совокупности классификационных групп пожарно-технических характеристик (1), характеризующих различные аспекты пожарной опасности СМ, возникают также проблемы "скачкообразного" увеличения пожарной опасности СМ на границах каждой из групп и проблемы оценки пожарной опасности СМ внутри диапазона, ограниченного классификационными показателями, в котором, как считается, пожарная опасность СМ остается постоянной.
Например, возникает вопрос, можно ли считать существенно более опасным сочетание Ф43443 = (Т4, В3, РП4, Т4, Д3), чем сочетание Ф32332 = (Т3, В2, РП3, Тз, Д2), каждое из которых характеризуется следующими классификационными показателями (табл. 1).
Кроме того, корректно ли считать, что два СМ обладают одинаковой потенциальной пожарной опасностью, если имеют идентичные совокупности групп пожарной опасности, но различные классификационные показатели, соответствующие, например, нижней и верхней границам каждой из групп пожарно-технических характеристик (табл. 2).
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15
15
ТАБЛИЦА 1
Материал А 043443 = (А, В3, РЩ, Тл, Д) Материал В 032332 = (Гь В2, РП3, Т3, Д2)
Г4(Т =451 °С, = 86%, Бт = 51%, ^ = 301 с) В3 (КППТП* = 15 кВт/м2) РПА (КППТП = 4,9 кВт/м2) Т4 (ЯС£50 = 12 г/м3) Д3 (Бт = 501 м2/кг) Г3 (Т = 450 °С, = 85 %, Бт = 50 %, сг = 300 с) В2 (КППТП = 20 кВт/м2) РП3 (КППТП = 5,0 кВт/м2) Т3 (ИС£50 = 13 г/м3) Д2 (Бт = 500 м2/кг)
КППТП — критическая поверхностная плотность теплового потока.
ТАБЛИЦА 2
032323 = (Г3, В2, РП3, Т2, Д2)
Материал С1 Ф32323 ~ 021211 = = (Г2, 51, РП2, Гь Д1) Материал С2 Ф32323 ~ 043433 = = (Г4, В3, РП4, Т3, Д )
Г3 (Т =236 °С, = 86%, 5т = 21%, 1с.г = 31 с) В2 (КППТП = 30 кВт/м2) РП3 (КППТП = 7,9 кВт/м2) Т2(Яс£50 = 119г/м3) Д2 (Бт = 51 м2/кг) Г3 (Т = 449 °С, =100 %, Бт = 50 %, сг = 300 с) В2 (КППТП = 20 кВт/м2) РП3 (КППТП = 5,0 кВт/м2) Т2Нсх50 = 41г/м3) Д2 (Бт = 500 м2/кг)
Возникает также много вопросов типа: что опаснее — легковоспламеняемый материал и слабогорючий или трудновоспламеняемый, но сильно распространяющий пламя по поверхности. И таких примеров можно привести достаточно большое количество.
Таким образом, зависимость функции Фукт (1) от групп пожарно-технических характеристик не является однозначной и монотонной, и предложенные в п. 6.25 СНиП 21-01-97* допустимые совокупности групп пожарно-технических характеристик различных типов отделочных материалов, которые, как считается, не представляют опасности при использовании их на путях эвакуации, являются неочевидными, в большей степени интуитивными и необоснованными. В связи с этим такая система комплексной оценки пожарной опасности при попытке ее практического использования, по сути, распадается на отдельно взятые элементы.
Очевидно, что решение данной проблемы состоит:
во-первых, в разработке метода испытания, позволяющего определять не только один отдельно взятый показатель пожарной опасности, но и совокупность пожарно-технических характеристик, в особенности их взаимосвязь и влияние друг на дру-
"Внешняя" комплексная оценка
1. Воздействующие параметры определяются характеристиками объекта, видом и характером расположения горючей нагрузки.
2. Проявление совокупности пожарно-техни-ческих характеристик прогнозируется на основе данных, полученных во "внутренней" комплексной оценке.
"Внутренняя" комплексная оценка
1. Воздействующие параметры задаются в условиях лабораторных испытаний.
2. Экспериментально исследуется взаимосвязь пожарно-технических характеристик и их влияние друг на друга.
Схема комплексной оценки пожарной опасности СМ
га ("внутренняя" комплексная оценка пожарной опасности СМ);
во-вторых, в необходимости учета того, что поведение СМ на реальном пожаре зависит не только от характеристик собственно СМ, но и от объемно-планировочных решений зданий и сооружений, где данный СМ используется, а также от пожарно-тех-нических характеристик других горючих материалов, расположенных в непосредственной близости ("внешняя" комплексная оценка пожарной опасности) (см. схему).
В первом случае для оценки пожарной опасности СМ мы можем задавать в условиях лабораторных испытаний различные параметры внешнего воздействия (например, дополнительный тепловой поток и расход окислителя), а во втором — эти параметры определяются реальными условиями эксплуатации СМ на конкретном объекте. Таким образом, именно развитие методологии, учитывающей две вышеуказанные особенности, позволит наиболее достоверно прогнозировать поведение материала в условиях пожара, так как, с одной стороны, это позволит значительно повысить надежность прогноза, а с другой — эти данные с достаточной степенью надежности могут быть использованы при моделировании пожара с участием данных материалов.
При разработке экспериментальной методики комплексной оценки пожарной опасности СМ особенный интерес представляет возможность исследования в динамике взаимных связей таких характеристик, как тепловыделение, дымообразующая способность и токсичность образующихся летучих продуктов сгорания, в зависимости от условий газообмена и величины внешнего теплового потока, воздействующего на образец материала. Немаловажным является исследование взаимосвязи скорости распространения пламени по поверхности с интенсивностью тепловыделения.
Развитие во времени г-й пожарно-технической характеристики СМ при воздействии совокупности М внешних факторов (xj0, x0, ..., x°) в общем виде можно представить как функциюf(т, xj0, x0, ..., x0), где т — время; х0 — внешний фактор воздействия (расход окислителя, величина внешнего теплового потока и т. д.). Как в лабораторных условиях, так и в условиях реального пожара данная функция не является независимой от других по-жарно-технических характеристик. В общем виде комплексная пожарная опасность СМ (Ф) зависит от совокупности вышеуказанных функций (fJ, f2, ..., fN), где каждая функция f, в свою очередь, зависит от остальных функцийf (f, f2, ...,f f + j,
fN),т. е.:
Ф = F [fj(f2, ..., fN-1, fN), f2(fj, f3, fN-J, fN),
..., fN (fj, ..., fN -j)]. (20)
Очевидно, что все эти сложные взаимные связи пожарно-технических характеристик могут быть определены только экспериментальным путем в условиях специальных испытаний, однако они могут дать весьма полезную информацию, которая с высокой степенью надежности может быть использована в качестве исходных данных в инженерно-расчетных методах.
Необходимо отметить, что в зарубежной методологии, в частности в международных стандартах, разрабатываемых техническим комитетом ТС 92 "Fire Safety" Международной организации стандартов (ISO) для определения пожарной опасности СМ, в отличие от отечественных методик, наблюдается выраженная направленность на комплексную оценку пожарно-технических характеристик СМ.
Так, во многих международных стандартах в настоящее время уже предусматривается регистрация в условиях стандартных испытаний сразу нескольких пожарно-технических характеристик, например ISO 9239-J [8] (распространение пламени и дымообразующая способность), ISO 9705 [9] (распространение пламени, скорость тепловыделения и скорость дымообразования), ISO 5660-J [J0] (скорость тепловыделения и скорость потери массы) и т. д.
Таким образом, развитие системы отечественной комплексной оценки пожарной опасности отделочных материалов для более объективного противопожарного нормирования их применения на путях эвакуации видится следующим:
J) принимая во внимание современные принципы зарубежной пожарно-технической методологии, разработать альтернативный или аналогичный отечественный экспериментальный метод, позволяющий одновременно оценивать не только несколько пожарно-технических характеристик, но и проявляющуюся во время испытания их взаимосвязь, а также влияние друг на друга; 2) более взвешенно подходить к оценке комплексной пожарной опасности различных типов СМ, основываясь на пожарно-техниче-ских характеристиках, наиболее присущих данному материалу, принимая при этом во внимание режимы испытаний, реальный способ эксплуатации материала и способ, применявшийся при испытаниях, а также предполагаемое место использования СМ на реальном объекте.
ЛИТЕРАТУРА
1. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. — М.: Госстрой России, 1997.
2. ГОСТ 30244-94. Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть. — М.: ИПК: Изд-во стандартов, 1996.
3. ГОСТ 30402-96. Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость. — М.: Минстрой России, ГУП ЦПП, 1996.
4. ГОСТ Р 51032-97. Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени.
— М.: Минстрой России, ГУП ЦПП, 1997.
5. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. — М.: Изд-во стандартов, 1990.
6. СНиП 2.01.02-85*. Противопожарные нормы. — М.: Госстрой СССР, 1985.
7. НПБ 244-97. Материалы строительные. Декоративно-отделочные и облицовочные материалы. Материалы для покрытия полов. Кровельные, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы. Показатели пожарной опасности / ГПС МВД РФ. — М., 1998.
8. ISO 9239-1:1997. Reaction to fire tests — Horizontal surface spread of flame оп floor-covering systems — Part 1: Flame spreading using а radiant heat ignition source.
9. ISO 9705. Fire Tests-Full Scale Room Test for Surface Products.
10. ISO 5660-1:1993. Fire tests — Reaction to fire — Part 1: Rate of heat release from building products
— (Cone calorimeter method).
Поступила в редакцию J8.J2.05.
ПаЖАРаВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15
17
