Статья: Определение огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий для стальных конструкций с учетом термогазодинамики

Приведена математическая модель расчета прогрева металлических строительных конструкций с нанесенным слоем огнезащитного вспучивающегося покрытия с учетом термогазодинамики реального пожара. Проведено тестирование модели по экспериментальным данным сертификационных испытаний огнезащитных вспучивающихся покрытий «Терма», Nullifire, Renitherm PMS-R, «Совер» и Interchar 963. Представлены и обсуждены результаты оптимизации толщин сухого слоя краски Renitherm PMS-R, наносимой на стальные строительные конструкции многофункционального центра, на основе численного эксперимента по предложенному методу расчета.

При анализе пожарной опасности в соответствии с нормативными документами (СНИП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооруже ний») могут использоваться расчетные сценарии, основанные на соотношении временных параметров развития и распространения опасных факторов пожара и позволяющие определить риск для людей и конструкций здания и выбрать наиболее эффективные системы проти вопожарной защиты.

При определении огнестойкости строительных конструкций вопрос точности и надежности метода расчета тепломассообмена при пожаре является ключевым. Сложность разработки такого метода за ключается в многофакторности и нелинейности задачи.

В действующих нормах пожарной безопасности фактические пределы огнестойкости устанавливаются на основе определения эквивалентной продолжительности пожаров и коэффициента огнестойкости (ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля или по экспериментальным данным по поведению конкретной конструкции в условиях «стандартного» пожара. Однако такой подход не учитывает реальные условия пожара на конкретном объекте, такие как, например, реальный термогазодинамический режим пожара, теплофизические и химические свойства находящейся в помещении горючей нагрузки, геометрические размеры помещения, размеры и расположение проемов и т.д.

В условиях реального пожара прогрев строительных конструкций может существенно отличаться от нагрева в режиме «стандартного» пожара. Поэтому толщины сухого слоя огнезащитных покрытий при реальном пожаре для обеспечения той же величины огнезащитной эффективности могут не совпадать с соответствующими значениями, приведенными в сертификатах пожарной безопасности. Это позволяет проводить оптимизацию вышеуказанных толщин для конкретного объекта со своей индивидуальной геометрией и пожарной нагрузкой с целью минимизации затрат на огнезащиту.

Математическая модель расчета огнестойкости металлических строительных конструкций. Для определения температур внутри стенки металлических конструкций с нанесенным огнезащитным вспучивающимся покрытием решается уравнение теплопроводности:

где ρ – плотность материала конс трукции; с – удельная теплоемкость материала конструкции; Т – температура; λ – коэффициент теплопроводности материала конструкции; у – координата, направленная по толщине материала; τ – время

Уравнение (1) решается численным методом контрольных объемов.

Граничные условия к уравнению (1) имеют вид:

– наружная (нагреваемая) поверхность огнезащитного покрытия:

граничные условия 3-го рода:

а) «стандартный» пожар:

температура среды (Tm) изменяется в соответствии с кривой «стандартного» пожара:

коэффициент теплоотдачи (α) от газовой среды к поверхности конструкции равен:

б) реальный пожар:

для стен и колонн: qw1 = α*w (Tm – Tw1);

α*w = 15,9 Ψг1

0,222; (4)

для перекрытия:

где qw1 и qc1 – локальные удельные тепловые потоки в стены и перекрытие; Tw1 и Tc1 – локальные температуры внутренних поверхностей стен (колонн) и балок перекрытий; α*w и α*c – приведенные ко эффициенты теплоотдачи стен (колонн) и перекрытия; Ψг1 = Mo/Fw; Mo – началь ная масса пожарной нагрузки; Fw – сум марная площадь внутренней поверхнос ти стен и перекрытия; εпр – приведенная степень черноты газовой среды помеще ния и облучаемой поверхности;

– внутренняя поверхность стальной конструкции колонны: коэффициент теплоотдачи α =0 Вт/(м2 К) (адиабатная стенка);

Рис. 1. Зависимости толщины сухого слоя краски «Терма» от приведенной толщины стальных

профилей при различных величинах фактических пределов огнестойкости R30: 1 – расчет;

– эксперимент; R45: 2 – расчет; – эксперимент; R60: 3 – расчет; – эксперимент

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--