Одной из причин увеличения объемов использования стекла в строительстве является возможность реализации оригинальных архитектурных решений, особенно это касается зданий с наружным фасадным остеклением повышенной этажности и массовым пребыванием людей. При этом главным недостатком светопрозрачных конструкций является их низкая огнестойкость, обусловленная склонностью стекла к быстрому разрушению при воздействии огня и высокой температуры на начальной стадии пожара. Такое разрушение всегда сопровождается образованием большого количества крупных и мелких осколков, которые при падении с большой высоты представляют реальную опасность [1 - 4].
Возможны два способа увеличения времени защитного действия светопрозрачного фасада здания: пассивный – за счет увеличения огнестойкости; активный – за счет водяной или паро-капельной завесы.
Водяная завеса создается при орошении стекла и создании водяной пленки на его поверхности, стекающей по поверхности стекла вниз. При этом струи воды должны подаваться выше пламени. Основные недостатки такого метода: большой расход воды; нарушение целостности водяной пленки; опасность растрескивания стекла из-за большой разницы температур между поверхностью стекла и водой; при подаче сверху большая часть воды испаряется в восходящем потоке пламени и продуктов горения.
Если учесть, что система защиты должна работать и при отрицательных температурах воздуха, а большинство из построенных и запланированных к строительству высотных объектов находятся в регионах с длительными периодами отрицательных температур, то задача по поиску путей уменьшения расходов и запасов воды для обеспечения целостности светопрозрачного фасада здания становится очевидной.
Паро-капельная завеса наоборот – распространяется вверх и должна быть подана ниже пламени. Такой способ может не только защитить стекло от разрушения, но и уменьшить или даже подавить пламя, а также существенно охладить восходящие потоки продуктов горения.
Уменьшить расход воды на орошение и создание водяных завес можно, если использовать технологию получения и подачи недогретой до кипения воды для последующего создания за счет взрывного вскипания паро-капельных водных сред в метастабильном фазовом состоянии. Сущность этой технологии изложена в работе [5] и на первых этапах развития была названа технологией температурно-активированной воды (ТАВ).
Если применить технологию на высотных объектах, то обеспечить целостность светопрозрачных фасадов и уменьшить расход воды, а также избежать замерзания воды при подаче в протяженные трубопроводы удастся за счет использования уникальных свойств воды в метастабильном фазовом состоянии.
При постановке паро-капельной завесы происходит подавление пламени, охлаждение пламени и продуктов горения, а также ослабление теплового излучения. Это происходит за счет нескольких механизмов:
- паро-капельные струи захватывают с собой продукты горения, что приводит к интенсивному перемешиванию и разбавлению парогазовоздушного облака;
- паро-капельные струи с потоком воздуха инжектируются в зону горения, подавляют пламенное горение;
- теплообмен пламени и продуктов горения с каплями воды и захваченным воздухом вызывает интенсивную конвекцию;
- при взаимодействии завесы с продуктами горения происходит абсорбция последних каплями воды;
Преимущество использования ТАВ по сравнению с использованием водяной завесы связано с тремя причинами:
Во-первых, струя ТАВ состоит из водяного пара и капель воды с такой температурой (более 40-60°С) и размерами (от 0,01 до 10,0 мкм) при которых завеса имеет неограниченную высоту. Пар и капли стремятся вверх и практически не выпадают вниз. Интенсивный подъем струй ТАВ вверх интенсивнее вовлекает окружающую воздушную среду, пламя и продукты горения в вертикальное парение от поверхности стеклянного фасада.
Во-вторых, в струе ТАВ не проявляются силы поверхностного натяжения, которые в водяных завесах стремятся “схлопнуть” водяную завесу.
В-третьих, кластеры молекул воды и капли в струе ТАВ имеют линейные размеры, которые перекрывают весь диапазон длин волн теплового излучения от пламени. Поэтому паро-капельная завеса из ТАВ обладает эффективным коэффициентом ослабления теплового излучения при малых расходах воды.
Литература
- https://bazafasada.ru/fasad-zdanij/protivopozharnoe-osteklenie.html
- Казиев М.М. Некоторые аспекты пожаробезопасного применения светопрозрачных строительных конструкций в зданиях и сооружениях // Пожаровзрывобезопасность. – 2002. – №4. – С. 38-41.
- Казиев М. M., Подгрушный А. В., Дудунов А. В. Разрушение светопрозрачных строительных конструкций при тепловом воздействии в условиях пожара // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2009. №2. С. 5-10.
- А.А. Крюкова, М.В. Вергизова, М.В. Гравит, А.А. Вайтицкий, О.В. Недрышкин Способы повышения огнестойкости стекла при сохранении его эксплуатационных свойств Строительство уникальных зданий и сооружений, 2017, №1(52)
- Роенко В.В., Кармес А.П. Технология температурно-активированной воды: сущность, история разработки, перспективы развития. Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2017. № 3. С. 15-20
Автор: к.т.н., профессор Роенко Владимир Васильевич, e-mail: piroemail@bk.ru, ФГБОУ ВО Академия государственной противопожарной службы МЧС России