Въведение
Съвременните строителни норми и стандарти за безопасност изискват строителните материали да са не само конструктивно, но и пожаробезопасни. Дървото, доказан строителен материал, предлага много предимства, но също така крие рискове, тъй като може да се запали от small източници на топлина, като например искри, при което се отделят димни газове.
Тъй като вдишването на дим е най-честата причина за смърт при пожари, а гъстият дим затруднява ориентацията и бягството, от съществено значение е да се анализира поведението на дървото при пожар и отделянето на дим.
За да се потвърди пригодността на дървесината като строителен материал от тази гледна точка, са необходими обширни противопожарни изпитвания и сертифициране.
Условия за измерване
За да се изследва реакцията на огън, образци от смърчова дървесина (100 x 100 x 17 mm³) бяха тествани в конусен калориметър NETZSCH TCC 918 . Това устройство регистрира скоростта на отделяне на топлина (HRR), загубата на маса, както и плътността и състава на получените димни газове.
Дървените образци бяха разположени върху хоризонтален държач за образци, монтиран върху тензодатчик, който непрекъснато записва загубата на маса по време на измерването. Електрически нагревателен конус нагряваше образците отгоре и инициираше пиролизата на дървесината. След като се освободи достатъчно количество пиролизни газове, запалването се извършва с искров запалител. Получените горивни газове преминаваха през нагревателния конус и се събираха от изпускателна система.
Масовият поток, температурата на димните газове и концентрациите на O₂, CO₂ и CO₂ се измерват непрекъснато в изпускателната система. Освен това плътността на дима се определя чрез пропускане на лазерна светлина. Газоанализаторът (Siemens Oxymat/Ultramat) беше калибриран преди измерванията, а C-факторът1 беше проверен с помощта на метанова горелка. Условията на измерване са обобщени в таблица 1.
След нагряване на нагревателния конус, затворната клапа се затваря и подготвеният държач за пробата се поставя върху основната плоча. Измерването започваше с автоматично отваряне на затвора и отделените газове се запалваха от автоматичната запалителна система. На фигура 2 са показани подготовката на пробата и настройката за измерване.
1ФакторътС е ключов калибрационен параметър в конусната калориметрия, определен в съответствие с ISO 5660-1. Той служи като константа за точното определяне на скоростта на отделяне на топлина (HRR), като установява връзката между сигнала от кислородния анализатор и действително отделената топлинна енергия.
Таблица 1: Условия за измерване
| Държач на пробата | Хоризонтално |
| Топлинен поток | 50 kW/m2 |
| Номинален дебит | 24.0 l/s |
| Разстояние до конусния нагревател | 25 mm |
2) Подготовка на пробата и настройка на измерването
Резултати от измерването
На фигура 3 е показана загубата на маса на трите дървени образци с течение на времето по време на горенето. Непосредствено след запалването настъпва бърза загуба на маса, дължаща се на изгарянето на летливи компоненти като вода и силно запалими органични вещества. След като пламъкът бъде потушен, започва бавен процес на нажежаване, който води до по-малка, непрекъсната загуба на маса.
На фигура 4 е показан ходът на скоростта на отделяне на топлина (HRR)2 на образците. Непосредствено след запалването HRR на всички образци рязко се повишава и достига максимум при приблизително 170 kW/m2. С изразходването на силно запалимите компоненти HRR спада значително, което показва по-слабо интензивно горене. Това също показва, че летливите вещества са били до голяма степен изразходвани и че преобладава изгарянето на твърдите остатъци (дървени въглища). По-нататъшното увеличаване на HRR непосредствено преди загасването на пламъка е типично за дървесината и се дължи на разпадането на слоя дървени въглища, при което се освобождават повече летливи компоненти, които след това изгарят. След около 20 минути стойностите се стабилизират на по-ниско ниво. Това показва, че по-голямата част от горивния материал е изразходвана, като остават предимно овъглени остатъци. Тези остатъци продължават да горят бавно и равномерно, което води до устойчиво, но слабо отделяне на топлина.
2 Коефициентът на отделяне на топлина (HRR) е мярка за количеството топлина, отделяно за единица време по време на изгарянето на даден материал(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/en/products/fire-testing/tcc-918)
Друг ключов аспект на анализа е генерирането на дим, което се определя чрез измерване на предаването. Намаляването на пропускателната способност означава увеличаване на плътността на дима. Фигура 5 илюстрира измерванията на димността на пробите и подчертава връзката между производството на дим и отделянето на топлина. Първоначално се наблюдава ясно изразен максимум в скоростта на образуване на дим (SPR), което показва бързо запалване и отделяне на large количества горими газове и частици. Този първоначален пик обаче бързо намалява, което е характерно за изгарянето на летливи компоненти, които бързо водят до образуване на дим.
Резултатите дават ценна представа за сложните процеси на горене на дървесина, особено по отношение на загубата на маса, отделянето на топлина и образуването на дим.
Разликите между пробите са незначителни и могат да се обяснят с естествените вариации в дървесината, като например разлики в структурата, влажността или плътността.
Резюме
В обобщение, дървото е ценен и универсален строителен материал с естествен външен вид, устойчивост и механична здравина. Пожароустойчивостта на дървото се подобрява чрез образуването на слой от дървесни въглища, който изолира вътрешната структура на дървото и забавя горенето. Този слой от дървесни въглища допринася за стабилността на размерите и здравината на дървените компоненти, което позволява на дървените сгради да останат структурно стабилни при пожар по-дълго от много други материали.
Ниската топлопроводимост на дървесината намалява разсейването на топлината, което подпомага стабилността на размерите и здравината на компонентите. В резултат на тези свойства структурата на дървените сгради остава непокътната за по-дълго време в случай на пожар, което обяснява поговорката сред пожарникарите, че "дървото гори безопасно". Въпреки това е жизненоважно пожароустойчивостта на дървесината да бъде допълнително изследвана и оптимизирана, за да се гарантира безопасността и дълготрайността на дървените конструкции в съвременното строителство.