Волшебный экран

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Содержание материала

Строительные нормы и правила (СНиП 2.04.05-91) рекомендуют для защиты сгораемых стен металлический лист по слою асбестового картона толщиной не менее 10 мм (рис. 1в). Казалось бы, и сталь, и асбест хорошо проводят тепло и не могут спасти сгораемую стену от перегрева. Безусловно, это так. Но металл не пропустит воздух, необходимый для развития процесса воспламенения. А кроме того, сталь, имеющая чрезвычайно большой коэффициент теплопроводности, очень эффективно отведёт тепло из зоны локального перегрева в стороны (вдоль поверхности сгораемой стены), тем самым не давая образоваться локальной зоне с высокой температурой. Толстый же слой асбеста (имеющий теплопроводность на уровне теплопроводности древесины или смоченного глиной войлока) предохранит древесину от воспламенения при непродолжительных огневых воздействиях (хотя бы за счёт теплоёмкости).02
И всё же если на такую защиту (сталь толщиной 0,55 мм и асбест толщиной 10 мм) направить пламя газовой горелки, то уже через несколько минут деревянная стена неминуемо задымит. То есть защита по СНиП 2.04.05-91 в ряде случаев может оказаться малоэффективной. Видимо, поэтому финны её и не используют.
А теперь попробуем разобраться в защитных свойствах металла и асбеста. При обширной площади огневого контакта (то есть при больших линейных размерах зоны огневого воздействия) прибитый к стене стальной лист практически не оказывает влияния на величину теплового потока в сгораемую стену: перепад температур на металле незначителен даже при большой толщине л иста. В таких случаях наличие металлического листа может ощущаться лишь в первые моменты времени огневого воздействия, причём исключительно за счёт теплоёмкости нагре-
ваемого металла (кстати тоже весьма незначительной).
Другое дело, когда размер огневого контакта меньше толщины стали (например, в случае, если мы газовой горелкой с пятном контакта 10 мм будем разогревать лист толщиной более 10 мм). Тогда основной потоктепла пойдёт не внутрь металла (и далее в сторону), а по поверхности металла. Следу-
ет заметить, что так будет не только со сталью, но и с любыми другими листовыми материалами, в том числе с утеплителями. Если разогревать не всю поверхность утеплителя, а лишь одну какую-нибудь точку (пятно нагрева) на его поверхности, то в глубине утеплителя появится тепловой поток, направленный вдоль поверхности утеплителя в стороны, что снизит тепловую нагрузку на стену.
Заметим, что в противопожарной практике малые (менее 1 мм) размеры зоны огневого контакта, сравнимые с толщиной кровельной стали, имеют место лишь при коротких замыканиях электрического тока. Поэтому в особо опасных помещениях электропроводку монтируют в металлических трубах. В случае же прогара печи пятно огневого контакта во всяком случае может превысить 1 мм в десятки раз. В этом случае тонкий (с толщиной менее 1 мм) стальной лист будет эффективным лишь тогда, если его расположить не вплотную к стене, а с воздушным зазором, обеспечивающим конвективную циркуляцию воздуха. Другими словами металл защитит стену от возгорания, если его использовать в качестве экрана [рис. 1г). Впрочем, слой асбеста (например, в виде асбоцементной плиты) также целесообразно использовать в качестве защитного экрана. Ещё более надёжным (и соответствующм СНиП 2.04.05-91) является комбинированное использование прибитого и экранного листов). Эффективность экранной защиты стены показана на рис, 2.03
А теперь рассмотрим ситуацию, когда dn (диаметр пятна пламенного воздействия) превышает размеры межэ-кранных промежутков d3. В этом случае тепловой поток Q огневого воздействия (например, от множества горелок) нагревает экран «П»точнотакже, каки поверхность утеплителя до температуры, к примеру, 1000°С с мощностью 340 кВт/м2. Экран «П» сбрасывает эту поступающую на него энергию инфракрасным излучением Qn = 160 кВт/м2 — в обе стороны от экрана и конвективным теплопереносом qn = 10 кВт/м2 — с обеих поверхностей листа.
В результате на экран «Э» поступает лишь инфракрасное излучение мощностью Qn = 160 кВт/м2. Поглотив этот поток, экран «Э» перераспределяет его на потоки излучения Q3 = 72 кВт/м2 — в обе стороны и потоки конвективного тепла q3 = 8 кВт/м2 — тоже по обе стороны листа. При этом температура экрана «Э» составит около 780°С. Поверхности же стены достигнет инфракрасный тепловой поток Q3 = 72 кВт/м2, который нагреет поверхность стены до температуры Тс = 560°С, что всё-таки выше температуры самовоспламенения древесины.
Таким образом, двух экранов нам не хватает и надо добавить ещё два. В то же время мы видим, что даже два экрана снижают тепловой поток чуть ли не в 5 раз.
И всё же повысить эффективность защиты системы из двух экранов можно. Для этого нужно, чтобы размер зоны огневого воздействия был меньше размеров межэкранных промежутков. Добиться этого — реально, поскольку зазоры между экранами могут достигать 5-10 см. Что при этом изменится? Если в рассмотренной выше ситуации поток лучистой энергии распространялся «фронтом» к защищаемой стенке строго в одном направлении, то теперь на экран «Э» будет поступать лучистый поток Qn расходящимися «веером» лучами, «размазываясь» на большую площадь листа. В результате интенсивность излучения снизится, например, в 10 раз, хотя суммарно в расчёте на весь экран останется прежней. А значит на экран «Э» в центре «теплового веера» поступит лучистый поток интенсивностью всего 16 кВт/м2, а не 160 кВт/м2. Как следствие, температура экрана «Э» в самой горячей точке составит уже 250°С, а не 780°С. Температура же защищаемой стены не превысит 50°С.
Результат, на первый взгляд, — ошеломляющий. Оказывается, можно раскалить газовой горелкой экран «П» до красно-соломенного цвета (с температурой 1000°С в центре пятна), а на небольшом расстоянии от этого пятна — держать руку. Действительно, на практике внешний кожух дважды экранированных печей с хорошо продуваемыми зазорами может оставаться холодным даже при докрасна раскалённой стенке топливника. Это — неоспоримый факт.