Этот способ поручить разработку и изготовление плана эвакуации профессионалам, специалистам именно по тому, как правильно и безопасно вывести из здания людей. Правильно и безопасно, что это значит? Это означает в соответствии с ПРАВИЛАМИ соблюдение которых и обеспечит нужный уровень безопасности. К этим правилам относятся исключение блокирования путей эвакуации дымом, высокой температурой и другими опасными факторами. В этой статье мы рассмотрим два конкретных правила безопасности направленных на достижение этой цели. Первое правило – эвакуации по наружной лестнице, которая расположена рядом со стеной, в которой есть проемы. Очень часто такие лестницы из-за ошибок недобросовестных или непрофессиональных строителей располагают на расстоянии ближе, чем 1 метр к оконных проемов.
Естественно, эта ситуация опасна, и тот, кто занимается разработкой и изготовлением плана эвакуации должен учесть тот факт, что и тепловой поток и дым при вскрытии проемов могут негативно повлиять на безопасность людей, эвакуирующихся по данной лестнице.
Аналогичная опасность подстерегает и тех, кто будет проходить мимо помещений, ограждающие конструкции которых изготовлены из стекла. При его обрушении эти люди также будут в зоне риска. Особенно это касается различного рода офисных и торговых центров.
Поэтому специалисту важно понимать физику процесса, чтобы понять можно ли прокладывать маршрут движения по тому или иному направлению.
А для этого ему нужно иметь представление о том когда именно и при каких условиях пожар повлияет на разрушение заполнения или в перегородке или в проеме в наружной стене рядом с эвакуационной лестницой.
В настоящее время наиболее полный обзор достижений по этому вопросу представлен в статье Glass breakage in fires доктора Витяниса Бабраускаса из Fire Science and Technology Inc.
Перевод первой части этой статьи мы представляли здесь. А в этом блоге мы решили представить вторую часть перевода, содержащую конкретные параметры, которые нужно учесть разрабатывая план эвакуации.
.jpg)
Теоретические и экспериментальные исследования появления первых признаков повреждения стекла при пожарах
Кески-Раконен [1] представил первый обширный теоретический анализ растрескивания заполнения проемов при пожарах. Он определил, что разница температур между открытой поверхностью стекла и его частью закрепленной в раме является доминирующей причиной его разрушения. Его исследованием было установлено, что разница температуры около 80°С между нагретой поверхностью и кромкой в раме нужна для инициирования трещин. Паньи и Джоши [2] распространили эти идеи и включили в данную теорию теплопередачу и делали упор на расширенное рассмотрение термических свойств самого материала. Они предсказывали что температура 58°C это так разница температур, которая достаточна для появления трещины. Разница во многом была обусловлена предположениями о различных термических и механических свойствах нагреваемого материала. Скелли [3] провёл серию экспериментов в необычно маломасштабных огневых испытаниях. Одна особенность его эксперимента заключалась в том, что окна никогда не были подвержены вертикальным градиентом температуры (характерным для внутренних пожаров). Он описал разрушение и выпадение секций окна, но не представил каких-либо руководств или таблиц, чтобы помочь в определении условий, ведущих к данному результату.
Мовер [11] представил новейшие экспериментальные исследования по этому вопросу, подвергнув тепловому воздействию как крупномасштабные, так и малые образцы при использовании для создания теплового потока с теплоизлучающей панели для моделирования лесных, пожаров внешние воздействия. Максимальные тепловые потоки, которые достигали до 16 кВт×м-2, были достаточны, чтобы вызвать растрескивание, но не разрушение оконных стёкол.
//////////////////////////////////////
Примечание. Это важный момент, на который следует обратить особое внимание. Нужно разделать те факторы, при которых материал повреждается и те, которые приводят его к деформации достаточной для блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара.
/////////////////////////////////////
Растрескивание одинарного остекления происходит на 4-5 кВт×м-2. И черный и светлый экраны, воздвигнутые рядом, снижают тепловой поток на 21 %, что, тем не менее, также приводит к образованию трещин. Он также обнаружил, что около 33% падающего излучения на одну область влияют на прочность и передается через неразрушенное заполнение проема вовнутрь помещения. Эта информация может быть использована при оценке возможности возгораний внутри здания от внешнего излучения.
Национальный исследовательский Совет Канады (НРТП) развивает программу развития спринклерной защиты для рассматриваемых нами конструкций. В рамках этой работы, несколько не защищенных оросителями тестовых образцов закаленное заполнение толщиной 6 мм были испытаны в условиях условий пожара, но без разбрызгивателя [9]. Хотя применение материала такого рода больше распространено в коммерческих зданиях в качестве перегородок, а не окон, результаты не менее интересны. Закаленное стекло ведет себя иначе по сравнению с обычным и разница в том, что оно разрушается сразу, уже с появлением уже первых трещин, но этого первоначального растрескивания не происходит до тех пор, пока облучаемая поверхность не достигнет достаточно высоких температур.
Со стороны обогреваемой поверхности для растрескивания было необходимо достигнуть температуры 290-380°С, при этом температура необогреваемой поверхности составила менее 100 °С. Подобные факторы, обычно достигаются только под перекрытием помещения. В более позднем исследовании [10], НРТП рассмотрел воздействие лучистых тепловых потоков. При таких условиях, обычный испытуемый образец, толщина которого в данном случае не рассматривалась, треснул, когда с обогреваемой стороны температуры достигла 150 - 175°С, а с необогреваемой стороны 75-150°С.
Д-р Шилдс [18] провел ряд номер огневых испытаний с использованием образца толщиной 6 мм и показал, что первые трещины не появляются, пока поверхность не нагреется до примерно 110°С и это соответствует тепловому потоку около 3 кВт×м-2.
Эксперименты и практические рекомендации по вопросу разрушения стекла в случае пожара
Самые ранние указания, которые можно найти в литературе по вопросу о том, когда вскрытия заполнения проемов при пожарах содержатся в работе русского исследователя Ройтмана [4], который отмечал, что температура необходимая для разрушения стекла – 300°С. Однако научная база для такой вывода непонятна.
Хассани, Шилдс, и Силкок [5] провели серию экспериментов в огневые испытания окна с одинарным остеклением размерами 0,9 х 1,6 м, где они создали реалистичную модель постепенного распространения теплового потока сверху вниз в комнате и соответствующий нагрев заполнения проема. Первая трещина была зарегистрирована в 4-х или 6-ти мм образце, при достижении температуры газа (tгаза) в верхнем слое 323 - 467°C были. К концу 20 мин испытания помещение нагрелось до 500°С, но только в 1 из 6 тестов было разрушение. Разница температур между обогреваемой поверхностью и внешней частью образца колеблется от 125°C до 146°C на тот момент, когда появляются трещины. Эти значения tгаза были примерно в два больше чем те, которые были разработаны в рамках теорий, не учитывающих градиентное распределение теплового потока. Авторы не приводят точное значение tгаза при достижении которого началось вскрытие, но из анализа результатов опыта очевидно, что для появления трещины, tгаза должена быть выше, чем 431°С и ниже чем 450°С (конец теста). Можно рассмотреть эти данные в совокупности, затем, чтобы сделать вывод, что при температуре в помещении около 450°С с вероятностью 1 к 6 вскрытие произойдет.
Шилдсом [18] позже проведены дальнейшие испытания, в котором рассматривалось помещение с тремя окнами, толщиной 6 мм. Вскрытие произошло, когда наружная температура поверхности достигала 415 - 486°C в среднем. В этих экспериментах было довольно много переменных значений, вследствие чего индивидуальные значения колебались от 278 до 615°С. Это требовало теплового потока около 35 кВт×м2 чтобы подтвердить разрушение. В последующей серии тестов [19] было отмечено, что самая низкая температура стекла (tст) при вскрытии окна составила 447°С.
Единственные вероятностно-обоснованные результаты, касающиеся разрушения окна подвергаемого равномерному нагреву содержатся в исследованиях научно-исследовательского института (Бри) в Японии [6].
В этом эксперименте, ученые использовали крупномасштабные установки высокой температуры. Испытывались одинарные образцы, толщиной 3 мм. Для этого типа испытуемых образцов, было проведено достаточно много исследований, чтобы составить график вероятности разрушения. Результаты этих исследователей представлены в терминах вероятности вскрытия, как функции повышение tгаза и tст выше окружающей среды. На рисунках ниже показаны результаты.
tгаза для разрушения стекла
tст для его разрушения
Нормальное распределение показывает взаимосвязь средней температуры необходимой для разрушения
1. tгаза - 360°C, со стандартным отклонением 50°С
2. tст - 240°С, со стандартным отклонением 50°С.
Окна с двойным и тройным заполнением сохранят свои физические свойства намного дольше. Спектральные характеристики поглощения лучистого теплового потока стёклами таковы, что существует очень высокая передача в определенном диапазоне длин волн, охватывающем видимый и ближний инфракрасный участки спектра. За пределами этого региона, облучаемая поверхность практически не пропускает лучистую энергию. Таким образом, в окне с двойным заполнением, излучение передается через первую панель только тех в областях спектра, где вторая панель практически не воспринимает поток (отражает его). Следствием этого является то, что вторая панель заметно не нагревается, при прогреве первой панели. Такое поведение материала означает, что вторая панель, вероятно, никогда не разрушится при пожаре, или это произойдёт гораздо позже с развитием пожара.
Экспериментальные результаты подтверждают этот довод. Шилдс Силкок и Хассани [13] исследовали окна двойного размера с двойным заполнением толщиной 6 мм каждое. tгаза в комнате достигла пика 750°C без разрушения заполнения окна. Однако, при дальнейшем падении температуры, в одном из трех испытаний с проверкой поведения материала заполнения больших проемов (0,8 х 1,0 м) разрушение облучаемой поверхности окна произошло на 21-й минуте, когда tгаза упала до 500°С. Критической деформации второго стекла не произошло, как не произошло разрушение окна меньшего размера (0,8 х 0,5 м). Также не наблюдалось разрушения в двух других тестах. Те же авторы позже [14] проверили помещения, в стенах которого были двенадцать двойных окон размером 1,5 х 1,5 м. Тест записи очень краток, но в нем указано, что полная деформация заполнения первого окна произошла, когда tгаза в помещении достигла 350°С, при этом не было указано, какие значения tгаза привели к разрушению заполнения остальных проемов. В другом тесте [21] с участием окон пакетного типа с заполнением листами толщиной 6 мм, авторы обнаружили: чтобы вызвать значительное разрушение двойного остекления и создать сквозное отверстие размерами 0,85 м х 1.9 м необходим поток тепла, который составляет около 70 - 110 кВт м-2. Меньшей размер, 0.85 х 0.85 м окна привел к разрушению второй панели спустя длительное время после того, как пик теплового потока уже был достигнуто, а интенсивность пожара уже значительно снизилась.
Совет Великобритании по предотвращению потерь от пожаров [12] исследовал воздействие пожара на остекление в многоэтажном здании со стороны испытательного стенда имитирующего тепловое воздействие пожара. Были испытаны окна с двойным остеклением толщиной каждого листа в 6 мм. Под воздействием лучистой энергии в 3 МВт от горения деревянной детской кроватки было установлено, что для начала разрушения необходимо, чтобы температура была не менее 600°С и она должна была сохраняться в течение 8 - 10 мин, так чтобы окна вскрылись и на пожар повлиял приток воздуха из открытого проема. Когда тесты были повторены, при использовании полностью меблированного офисного помещения, стекла разрушились на пятой минуте после начала пожара. В этом тесте, температура была тоже около 600°С во время разрушения, но тут оно произошло, как только температура была достигнута. Таким образом, полученные результаты приводят к выводу, что конструкции со стеклом 6 мм будут разрушены при достижении температуры 600°C и, при условии, что пожарная нагрузка является значительной, и вскрытие заполнения проема как ожидается, произойдет в основном за секунду до достижения 600°C.
Для лучистой экспозиции, Коэн и Уилсон [7] сообщили о интересной серии экспериментов, моделирующих воздействие пламени от лесных пожаров. Они осмотрели маленькие (0.61 м х 0.61) и большие (0,91 х 1,5 м) панели, с одинарным и двойным заполнением. Они также повторили тесты с закаленным стеклом и с двойным остеклением. Для маленьких окон, при низком тепловом потоке 9.3 кВт×м-2, все окна оказались с трещинами, но выпадения стекла не наблюдалось. Даже на высшем значении лучистого потока 17.7 кВт×м-2 не наблюдалось выпадения стекла. Для более крупных панелей под воздействием потока 16.2 до 50,3 кВт×м-2, по крайней мере, один из 3 испытанных образцов показал разрушение. Закаленный материал, напротив, показал, что не наблюдалось трещин при испытаниях до 29.2 кВт×м-2 и больше. Авторы также сделали тесты, которые показали еще более высокую стойкость к воздействию. В экспериментах с крупногабаритными не закаленными конструкциями, они обнаружили, что только лучистые потоки между 20 и 30 кВт×м-2 приводили к выпадению и первого и второго листа остекления.
Харада и соавторы [17] провели тестирование образцов термополированного стекла размером 0,5 на 0,5 метра толщиной 3 мм, подвергая их воздействию различных тепловых потоков. Ниже 8 кВт×м-2, существенных разрешений не произошло, но при воздействии теплового потока 9 кВт×м-2, в некоторых случаях от 8 - 24% площади остекления было разрушено. Пограничные ограничения не влияют на результаты.
Дополнительные данные из исследования НРТП [10], показали, что пожаростойкое и закаленное стекло (толщина неуточненная) сохраняло свои свойства при облучении потоком с мощностью 43 кВт м-2. Последний тепловой поток соответствует до 350°С на облучаемой поверхности и 300°C на противоположной. Таким образом, это, как представляется, показало возможность расширить значения теплового потока до величины с 29,2 кВт×м-2 для неразрушения до 43 кВт×м-2, без фактического определения точки, в которой ломкости и выпадения не происходит.
Другие виды
Опубликованные исследования были посвящены в основном проемам с тонкими стеклами огнестойкому или закаленное стеклу. Тем не менее, есть много других видов стекла, которые следует рассмотреть. Некоторые очень толстое листовое стекло применяется во многих коммерческих зданиях. Был определен предел для разрушения листового стекла толщиной 6 мм. Он составил значительное время (7 мин) воздействия лучистого теплового потока 23 кВт/м2 [15]; Каленое (закаленное) стекло 6 мм и толщиной 10 мм была изучена Хеи и соавт. [22]. Они не сообщили о температуре пожара, или температуре поверхности стекла, но определили разницу температур между облучаемыми и необлучаемыми поверхностями. В отличие от обычного термоволированного стекла, закаленное выпадает при напряженном состоянии и не растрескивается, находясь дольше в целостном состоянии. Для стекла толщиной 6 мм требуется около 330 - 380°С составляющих разность температур для разрушения, в то время как для 10-миллиметрового стекла, эта разница составит 470 - 590°С.
В этих исследованиях на представлялось достаточно информации об огнестойком стекле. Традиционно это было армированное стекло, но в настоящее время имеется различных видов запатентованного огнестойкого стекла, не имеющего армирования. Это обычно многослойные структуры, как правило, с применением некоторых полимерных материалов для заполнения между стеклами. Огнестойкое стекло, должно иметь подтверждение о лабораторных испытаниях. Стекла не разрушатся и не повлияют на динамику пожара. Манзелло и соавт. [23] проводили испытания 6.3 мм закаленного стекла на и 45 минут огнестойкости в составе стеклопакета, который состоит из двух слоев с промежуточным слоем геля. Разрушение было зафиксировано при температуре на поверхности 400°C, и при воздействии падающего теплового потока 50 кВт / м2.
Классен и соавт [24] испытаны 7 видов образцов, которые состояли из толстого триплекас (два стекла, с заполнением пространства между ними поливинилхлоридного пластиката) или тройными стеклами. Ни один из образцов, как сообщается, окончательно провалилась, в том, что через отверстие будет сформировано.
Также не было никаких исследований стекла для автомобильного остекления.
Пластиковые стеклопакеты (например, поликарбоната) часто используется в транспортных средствах и школьных зданий. Ограниченное исследование [20] показало, что необходим поток мощностью около 26 кВт м-2 чтобы остекления такого типа было вскрыто
Эффект окна каркасного типа
На фактическое выпадения стекла из окна также влияет материал оконной рамы. Мовер [11] нашел, что виниловые окна, как правило, разрушаются до значительного падения-из стекла. Разрушение самой рамы в этом эсперименте были замечены, когда тепловые потоки подошли к диапазону от 8 до 16 кВт м-2. Напротив, Макартур [16] обнаружили, что заполнение в алюминиевых рамах сохраняло огнестойкость значительно дольше, в деревянных.
Выводы
Теория прогнозирования появления первой трещины в остеклении, важна, но не имеет прямого отношения разрушению остекления и влияния притока воздуха, вследствие этого на динамику пожара. Представленный выше краткий обзор литературы показывает, что, из-за множества факторов на самом деле, очень трудно предсказать, когда стекло будет на самом деле разрушаться образуя доступ кислорода в зону горения.
Российские рекомендации 300° С представляется разумным нижним пределом температуры газа, необходимого для разрушения.
Исследование БиАрАй может быть использовано, чтобы обосновать, что оконное заполнение толщиной 3 мм будет разрушаться при температуре около 360°С. Для более толстых типов (4-6 мм), средняя температура разрушения составит около 450°С, хотя разница между разрушением более и менее толстого материала значительнее, чем можно было бы спрогнозировать. Конструкции с использованием материала толщиной 6 мм могут выдержать 600°С.
С точки зрения внешних пожаров, при величине теплового потока 9 кВт м-2 некоторые экспериментальные результаты на показали возможность разрушения, но вероятность выпадения не высока до достижения потоком мощности 35 кВт / м2. Стеклопакеты могут противостоять около 25 кВт м-2 без выпадений. Закаленное стекло, способное противостоять потокам 43 кВт м-2, по крайней мере, при некоторых условиях.
Такие факторы, как размер окна, тип рамы, толщина материала, его дефекты, и вертикальный градиент температуры ожидаемо окажут влияние на вскрытие проемов. Избыточное давление из-за взрывов газа также является очевидной причиной вскрытия. Еще, изменение давления при пожаре оказывает своё влияние на вскрытие стекла и это может повлиять на отказ стекол. Все эти факторы требуют дополнительных исследований, чтобы получить полезные количественные ориентиры.
Описанные исследования касались только влияния разрушения на динамику пожара. Ряд других аспектов этой проблемы имеют важное значение для расследования пожаров; они были хорошо представлены в работе Шуделя [8].
Заключение и вывод
Очень полезная статья доктора Бабраускаса "Glass breakage in Fires" дает разработчику плана эвакуации, да и любому кто занимается тем или иным вопросом связанному с блокированием путей эвакуации или динамикой пожара важные практические величины, на основании которых можно принять те или иные решения.
Во-первых: значение tгаза 300°С, определенное Мироном Яковлевичем Ройтманом находит соответстующее экспериментальное подтверждение и признается как достоверная величина.
Во-вторых: в статье приводятся конкретных характкристики конструкций, которые нужно учитывать принимая те или иные решения по эвакуации людей, будь то решения принимаемые на основе так называемого расчета индивидуального пожарного риска или решения при прокладывании эвакуационных маршрутов для разработки плана эвакуации при пожаре.
Перевод и комментарии:
Инженер по пожарной безопасности
П.Ю. Князев
Всë равно до конца как-то не охота прочитывать, скучно составлено , мне не понравилось
Ненужная информация. Не понравилось совершенно.
Ваша категоричность тут совершенна неоправданна. Если как следует изучить текст статьи, то можно найти для себя много интерксного. Совершенно не согласен с вами, советую прочесть ещё раз статью. Спасибо автору.
Мы - на сервисе google-plus
Мы - на портале поставщиков