Категорирование пожарной безопасности для печного отопления

Назовём пожаростойкой (для печного отопления) стену (перегородку), имеющую предел огнестойкости не менее 1 часа, то есть REI60 и более (см. далее), и имеющую предел распространения пламени ноль сантиметров. Для такой пожаростойкой стены (перегородки) расстояние до наружной поверхности печи или дымового канала (трубы) никак не нормируется (СНиП 41-01-2003). Это значит, что к такой пожаростойкой стене (перегородке) печь или трубу можно поставить хоть вплотную. В такую пожаростойкую стену (перегородку) можно даже вмонтировать печь (в том числе и металлическую), например, так, чтобы топилась из предбанника, а тепло и пар отдавала бы в баню (паровое помещение). Если же такой пожаростойкой стены (перегородки) в здании (помещении) нет, то печь должна отстоять от стен на расстояние нормируемой отступки (разделки).

Многие полагают, что любая стена, если она сделана из негорючего материала, является пожаростойкой. Однако, это не так. Например, гипс (CaSO₄-2H₂O) не горит, но при нагреве отдаёт кристаллизационную воду и рассыпается в порошок. Так что после пожара от гипсовой стены ничего не останется. Но всё же в начале пожара даже тоненькая гипсовая перегородка простоит некоторое время, не разрушившись, и это время мы будем называть пределом (временем) огнестойкости. Так же и деревянная перегородка может благополучно простоять в огне, к примеру, одну минуту. Значит и горючая стена имеет определённую огнестойкость. Так, скорость обугливания древесины как конструкционного материала составляет 0,5-0,8 мм/мин при температуре горения 800°С.

Кроме огнестойкости, пожаростойкая стена, конечно, не должна способствовать распространению пожара. Так, деревянная стена, не потеряв в огне своей несущей способности, к примеру за одну минуту, тем не менее сгорит потом сама и воспламенит всё вокруг, поскольку она способна гореть самостоятельно. А вот цементно-стружечная стена горит в огне, но после удаления внешнего пламени её горение затухает. Есть и намного более сложные случаи. Например, была толстая кирпичная стена с очень высоким пределом огнестойкости, но её покрасили толстым слоем горючей краски, в частности, масляной. В таком случае стена в пожаре выстоит, но поскольку толстый слой краски способен распространять пламя на некоторое расстояние (и тем самым создавать условия для вторичных воспламенений, в том числе и в других помещениях), то такую окрашенную стену уже нельзя квалифицировать как пожаростойкую.

Рис. 161. Временные зависимости температур при пожаре
Рис. 161. Временные зависимости температур при пожаре: а — температура в очаге горения; б — температура модельной бетонной плиты перекрытия толщиной 80 мм, нагреваемой снизу стандартным пожаром. 1 — стандартная температурная кривая пожара, 2, 3 и 4 — фактические температурные кривые реальных пожаров в помещении при горении различных материалов в количестве 50 кг/м² (полистирол 2, древесина в досках штабелями 3 и бумага в рулонах 4 соответственно), 5 — температура нижней обогреваемой поверхности (практически совпадает со стандартной температурной кривой пожара 1), 6 — температура верхней необогреваемой поверхности. Пунктиром показаны параметры, достигающиеся через 1 час после начала пожара.

Любое категорирование по своей глубинной сути весьма условно, и никто не сможет чётко обосновать, почему в строительных нормах выбран предел огнестойкости именно 1 час (60 минут), а предел распространения пламени строго равный именно нулю. Это очень жёсткие требования (по крайней мере для дачников). Они зародились для всех без исключения строений и уже давно перекочёвывают (с одними и теми же опечатками) из одних редакций норм в другие. Во всяком случае, эти нормы действительно дают человеку возможность заблаговременно обнаружить аварию печи и покинуть помещение в течение 1 часа или предпринять меры по устранению возгораний.

Категорирование на огнестойкость осуществляется для строительных конструкций, а не для строительных материалов, её составляющих. В соответствии с ГОСТ 30247.0-94 и ГОСТ 30247.1-94 конструктивный элемент в натуральную величину подвергают воздействию опытного стандартного пожара в специальной печи и одновременно подвергают воздействию нормативных механических нагрузок (рис. 162,а). Стандартный пожар характеризуется повышением температуры пламени в очаге горения в соответствии со стандартной температурной кривой, рекомендованной в 1966 году Международной организацией по стандартизации (рис. 161). Понятия «стандартного пожара» и «стандартных» температур при пожаре, конечно, также весьма условны. Но тем не менее указанная стандартная температурная кривая во время испытаний должна соблюдаться строго с точностью до 10%, чтобы можно было сопоставить данные, полученные в разных исследовательских центрах.

Рис. 162. Принципиальные схемы установок для испытаний строительных конструкций на огнестойкость
Рис. 162. Принципиальные схемы установок для испытаний строительных конструкций на огнестойкость: а — колонн и стен под нагрузкой; б — перекрытий под нагрузкой. 1 — огневая камера с горелками газообразного или жидкого топлива, имитирующая пожар со стандартной температурной кривой, 2 — направление огневого воздействия (тонкие стрелки), 3 — вагонетка, 4 — испытуемая стена или колонна, 5 — испытуемая плита перекрытия, 6 — нагрузка (локальная или распределённая).

С целью определения степени огнестойкости фиксируют время с момента начала опытного стандартного пожара до момента наступления одного из признаков:

— потери несущей способности, устойчивости, обрушения (условно обозначается индексом Я с указанием времени до обрушения в минутах, например, R120 означает, что конструкция не обрушивалась 2 часа.);

— потери целостности с образованием сквозных трещин или отверстий, в том числе за счёт местных обрушений и прогаров, через которые на необогреваемую поверхность (сторону) конструкции проникают продукты горения или пламя (условно обозначается индексом Е с указанием времени до потери целостности, например, для штукатурки по дереву ЕЮ означает, что за 10 минут в штукатурке не образовались трещины, через которые пламя может достичь деревянных элементов);

— потери теплоизолирующей способности с повышением температуры необогреваемой стороны конструкции в среднем не более чем на 140°С или в любой точке более чем на 180°С по сравнению с температурой конструкции до испытания (условно обозначается I с указанием времени до потери теплоизолирующей способности, например, для штукатурки по дереву I10 означает, что за 10 минут внутренняя сторона штукатурки не успела нагреться в среднем на 140°С и локально на 180°С). Пределы огнестойкости определяются:

— для колонн, балок, арок, рам — потерей несущей способности R,

— для наружных несущих стен и перекрытий — потерей несущей способности и целостности RE,

— для наружных ненесущих стен — потерей целостности Е,

— для ненесущих внутренних стен и перегородок — потерей целостности и теплоизолирующей способности EI,

— для несущих внутренних стен и противопожарных преград — потерей несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности REI.

Поскольку печи в зданиях рекомендуется размещать у внутренних стен и перегородок из негорючих материалов, предусматривая использование стен для размещения дымовых каналов (СНиП 41-01-2003), то стены около печей следует категорировать пределом огнестойкости именно REI. В дачных банях очень редко встречаются случаи примыкания печей непосредственно к стенам (в основном по причине отсутствия огнестойких стен), но знакомство с принципами огнестойкости и пожаробезопасности стен может дать дачнику многое, по крайней мере, методически.

Из температурной кривой стандартного пожара следует, что в течение первого часа пожара могут развиться температуры пламени порядка 900°С (рис 161). Эта цифра, казалось бы, отбраковывает многие негорючие материалы. Так, гранит начинает разрушаться при 600°С, известняки при 800°С, обычные бетоны при 400-600°С, керамический и силикатный кирпич при 800-900°С. Однако благодаря своей массивности и относительно небольшой теплопроводности стены из таких материалов могут прогреваться до критических температур часами. Так, стены толщиной 250 мм из всех этих материалов (и даже оштукатуренные стены из пенобетонов и газосиликатов) можно считать пожаробезопасными REI60. Очень высокой термостойкостью обладает глиняный красный кирпич по мокрой беспрессовой технологии, удовлетворительно выдерживающий без снижения прочности нагревание до 900°С, стены из него толщиной уже в полкирпича могут считаться пожаробезопасными. По крайней мере, пожарники верят в красный кирпич безоговорочно.

Что касается стальных, в частности, каркасных стен, несмотря на негорючесть материала, их огнестойкость принимается равной R15, поскольку сталь теряет свою механическую прочность (несущую способность) уже при 500°С (рис. 71). Поэтому несмотря на то, что некоторые новые марки многослойных утеплённых металлических панелей типа «сандвич» имеют огнестойкосить EI60, все металлические панели имеют недостаточную огнестойкость по несущей способности REI15. В то же время слой штукатурки толщиной 25 мм, нанесённый по металлической сетке, повышает предел огнестойкости стальной колонны с 15 минут до 50 минут, а при толщине штукатурки 50 мм — до 120 минут. Теплоизоляция, состоящая из асбеста, перлита, вермикулита и строительного гипса (в соотношении по массе 2:1:2:3), при толщине 40 мм повышает предел огнестойкости стальных колонн до 180 минут. Даже в составе железобетона сталь оказывается длительное время защищенной слоем бетона, в связи с чем предел огнестойкости железобетонных конструкций рассчитывают по времени нагрева арматуры (особенно растянутой) до температуры потери прочности арматурной стали. Так, железобетонная плита перекрытия толщиной 80 мм, у которой расстояние от нижней обогреваемой поверхности до центра тяжести арматуры составляет 10 мм, будет иметь расчётный предел огнестойкости (под нагрузкой) порядка 37 минут (рис. 1616). Кстати, все современные исследования огнестойкости строительных конструкций могут представить определённый интерес и для печников, создающих несущие (самонесущие) перекрытия и стены печей (в том числе для современных гипокаустов представительских хаммамов). По крайней мере ясно, что все конструктивные элементы печи должны быть огнестойкими, поскольку внутри печи в топливнике фактически бушует пожар.

Наиболее перспективной считается защита конструкций (в том числе стальных) обмазками (например, по ГОСТ 25131-82), вспучивающимися под действием высоких температур (НПБ 236-97). Такие обмазки при начале пожара начинают отдавать газы или воду при повышенных температурах (выше 300°С), когда компоненты обмазки начинают подплавляться, вследствие чего образуются пузыри тугоплавких жидкостей, заполненные паром и выполняющие роль теплоизолятора. При этом слой обмазки толщиной 2-3 мм может «распухнуть» до толщины 50-70 мм и тем самым увеличить предел огнестойкости металлической конструкции до 45-60 минут. Ясно, что такого вида обмазки перспективны и для защиты деревянных конструкций. Так, замена обычной штукатурки на вспучивающиеся обмазки повышает предел огнестойкости деревянных стен с 10-15 минут до 30-45 минут. Очень большой интерес могут представить колонны каркаса здания или несущие стены в виде металлических сосудов, заполняющихся водой для повышения предела огнестойкости.

В повседневной жизни, в том числе в дачном быту, часто возникает потребность хотя бы крайне ориентировочно оценить пожарную опасность применения тех или иных материалов и конструкций. В настоящее время в официальной строительной практике нормируются:

— пожарная опасность строительных конструкций по ГОСТ 30403-95,

— горючесть строительных материалов по ГОСТ 30244-94,

— воспламеняемость строительных материалов по ГОСТ 30402-96,

— трудносгораемость и трудновоспламеняемость пропитанной древесины по ГОСТ 16363-76.

Все эти характеристики измеряются по абсолютно различным методикам и в совершенно различных условиях. Поэтому, к сожалению, не удаётся сопоставить данные по горючести, воспламеняемости и пожарной опасности. Тем не менее, различие методик позволяет с несколько различных точек взглянуть на одну и ту же проблему.

Класс пожарной опасности строительных конструкций по ГОСТ 30403-95 определяется экспериментально в огневых камерах по методикам определения огнестойкости (рис. 162), но нагружение конструкций во время испытаний не производится. Класс пожарной опасности (в отличие от огнестойкости) определяет не последствия пожара (например, обрушения здания), а степень участия конструкции в развитии пожара. Класс К0 означает полную пожарную безопасность. Класс К0 определяется без испытаний для конструкций, выполненных из негорючих материалов. При этом обозначение К0(15) означает, что в течение 15 минут конструкция сохранила класс К0, то есть сама не загорелась, не разрушилась под собственным весом и не стала источником вторичных возгораний. Класс К3 означает, что конструкция горюча, горит сама и поджигает всё вокруг. Класс К3 определяется тоже без испытаний для конструкций, выполненных только из горючих материалов группы Г4. Классы К1 и К2 относятся к конструкциям, изготовленным с применением как горючих, так и негорючих материалов, и характеризуют промежуточные уровни пожарной опасности. Классы К1 и К2 определяются экспериментально по наименее благоприятному показателю (н/д — не допускается, н/р — не регламентируется):

Класс пожарной опасности Размер повреждений, см Наличие теплового эффекта Группа горючести материала
К0 0 н/д
К1 до 40 н/д н/р н/р н/р
до 40 н/р Г2 В2 D2
К2 до 80 н/д н/р н/р н/р
до 80 н/р Г3 ВЗ D2
КЗ не регламентируется

Обозначение группы дымообразующей способности повреждённого материала D2 соответствует материалам с умеренной дымообразующей способностью по ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения». Само собой разумеется, обозначение классов К1 и К2 без указания времени испытаний (продолжительности теплового воздействия в минутах) не имеет физического смысла. Отметим, что если бы печь можно было примыкать к стене класса К0(60) по пожарной опасности (то есть просто к негорючей), а не к стене REI60 по пределу огнестойкости, то проблем установки печей в банях не существовало бы, по крайней мере, в части использования металлических конструкций.

В соответствии с ГОСТ 30244-94 строительные материалы подразделяются на горючие и негорючие. Факт негорючести устанавливается экспериментально (рис. 163) при следующих значениях показателей измерений:

— прирост температуры (в испытательной печи с температурой стенок 835°С) за счёт горения образца не превышает 50°С,

— потеря массы образца за 30 минут не превышает 50%,

— продолжительность устойчивого пламенного горения не превышает 10 секунд.

Строительные материалы, не удовлетворяющие хотя бы одному из указанных значений параметров, относятся к горючим. Таким образом, обычная вода по вышеуказанной методике считается горючей. Горючие строительные материалы разделяются на четыре группы горючести:

Группа горючестиматериалов Температура дымовых газов, °С Параметры горючести
Степень
повреждения
по длине, %
Степень 
повреждения 
по массе, %
Продолжительность
самостоятельного
горения, сек
Г1 <135 <65 <20 0
Г2 <235 <85 <50 <30
ГЗ <450 >85 >50 <300
Г4 >450 >85 >50 >300

В соответствии с ГОСТ 30402-96 строительные материалы, признанные горючими, подразделяются на три группы по воспламеняемости. Сущность испытания состоит в нагреве поверхности образца материала размером 165х 165 мм лучистым теплом от мощной инфракрасной лампы (радиационной панели) мощностью 3 кВт с попыткой поджечь летучие продукты термодеструкции (пиролиза) газовой горелкой (рис. 164). Отодвигая или приближая лампу к образцу, находят тот тепловой поток, при котором над образцом создаётся газовоздушная смесь, способная воспламеняться от постоянного источника. При величине теплового потока, необходимого для воспламенения, 35 кВт/м² и более группа воспламеняемости составит В1, при (20-35) кВт/м² — В2, при потоке менее 20 кВт/м² — В3. Отметим, что древесина воспламеняется при тепловом потоке 14 кВт/м² (что отвечает группе воспламеняемости В3). Такой тепловой поток соответствует лучистому потоку от абсолютно черной поверхности с температурой 440°С (нагревающей древесину условно до 320°С).

Рис. 163. Принципиальная схема установки для испытания строительных материалов на горючесть
Рис. 163. Принципиальная схема установки для испытания строительных материалов на горючесть: 1 — образец материала, лежащий на держателе (подвешенной корзинке, чашке), 2 — термопара, закреплённая на подвесе держателя, замеряющая повышение температуры за счёт горения образца материала, 3 — термопара, замеряющая температуру в печи, 4 — спираль электронагревателя в печи, намотанная на огнеупорную трубу с внутренним диаметром 75 мм, 5 — теплоизоляция печи (порошок окиси магния — периклаза), 6 — огнеупорный конусный стабилизатор (расширитель) воздушного потока, 7 — самоподдерживающийся поток воздуха за счёт естественной тяги в электропечи.
Рис. 164. Принципиальная схема установки для испытания строительных материалов на воспламеняемость
Рис. 164. Принципиальная схема установки для испытания строительных материалов на воспламеняемость: 1 — излучательный нагревательный элемент радиационной панели, 2 — отражатель зеркальный, 3 — поток лучистого тепла, 4 — образец строительного материала, 5 — летучие продукты термической деструкции (пиролиза), 6 — подвижная газовая горелка, выполняющая роль системы зажигания (поджига).

В соответствии с НПБ 251-98 и ГОСТ 16363-76 огнезащитные средства для древесины разделяются по группам эффективности:

— I группа, обеспечивающая получение трудносгораемой древесины, то есть с потерей массы опытного образца при сжигании в определённых условиях не более 9%,

— II группа, обеспечивающая получение трудновоспламеняемой древесины (то есть с потерей массы от 9% до 30%),

— III группа, не обеспечивающая огнезащиты древесины (то есть с потерей массы более 30%).

Источник: Дачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008

поддержать Totalarch

Добавить комментарий

CAPTCHA
Этот вопрос задается для проверки того, не является ли обратная сторона программой-роботом (для предотвращения попыток автоматической регистрации)