Экспериментальное исследование пожароопасных характеристик материалов в помещениях зданий культурно-исторического наследия

Введение. В настоящее время многие объекты культурного наследия стали многофункциональными зданиями, в которых обеспечивается сохранение архитектурных и конструктивных решений, не всегда соответствующих требованиям действующих норм пожарной безопасности. На таких объектах с массовым пребыванием людей должна обеспечиваться безопасная эвакуация при пожаре. Для выявления характеристик пожарной опасности материалов, способных влиять на безопасную эвакуацию людей в помещениях зданий культурного наследия, необходимо проведение экспериментальных исследований.
Цели и задачи. Исследование термической деструкции исторических материалов, состаренных в естественных эксплуатационных условиях. Анализ данных по газообразным продуктам термодеструкции старинных материалов для определения их влияния на формирование опасных факторов пожара.
Методы исследования. С целью получения достоверных исходных данных, необходимых для моделирования динамики опасных факторов пожара (ОФП) при расчете времени блокирования путей эвакуации Зимнего дворца, были проведены экспериментальные исследования по определению показателей пожарной опасности древесины различных пород и возраста, используемой в исторических изделиях и конструкциях при эксплуатации здания.
Определение пожароопасных свойств образцов древесины проводилось при поддержке испытательной лаборатории НИЦ «ПБ» ИКБС НИУ МГСУ. Исследования методами термического анализа, совмещенными с ИК-спектроскопией, проводились при поддержке лаборатории ФГБУ «СЭУ ФПС ИПЛ» по г. Санкт-Петербургу.

Результаты и их обсуждение. Анализ результатов экспериментов материалов показал, что при термодеструкции исследуемых образцов, независимо от возраста и вида древесины, наряду с выделением диоксида углерода, в определенный для каждого образца температурный промежуток происходит выделение уксусной кислоты, влияющей на параметры пожароопасности материалов.
Выводы. Проведенные впервые в России исследования продуктов термодеструкции показали необходимость учета состава газообразных продуктов, выделяемых историческими материалами в результате термического разложения, при определении расчетных величин пожарного риска. Полученные уточненные исходные данные, необходимые для моделирования динамики опасных факторов пожара (ОФП) при расчете времени блокирования путей эвакуации Зимнего дворца, могут быть использованы и на ряде других культурно-исторических объектов для обеспечения пожаробезопасности.

1. Устинова В.Г., Какаулин С.П. Анализ пожарной безопасности на объектах культурного наследия города Иркутска // Техносферная безопасность в XXI веке : сб. науч. тр. магист., асп. и мол. уч. г. Иркутск, 27–28 ноября 2017 г. Иркутск, 2017. С. 177–183.

2. Мишечкина А.В. Обеспечение норм пожарной безопасности музейно-выставочных объектов на примере МБУК «Сургутский краеведческий музей» // Актуальные научные исследования в современном мире. 2021. № 1-1 (69). С. 206–211. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44846752

3. Присадков В.И., Муслакова С.В., Ушаков Д.В., Абашкин А.А. Обеспечение пожарной безопасности объектов культурного наследия // Ройтмановские чтения : сб. мат. VIII науч.-практ. конф., г. Москва, 5 марта 2020 г. / под ред. Б.Б. Серкова. М., 2020. С. 91–94. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42880357

4. Магомедов В.Б., Фомин А.В. Нормативно-техническое регулирование пожарной безопасности объектов культурного наследия Саратовской области // Перспективы развития науки в современном мире : сб. науч. ст. по мат. IV Междунар. науч.-практ. конф. Уфа, 2020. С. 16–29. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44255988

5. Востокова О.В. Модели и методы оценки пожарно-охранной системы безопасности учреждений культуры: на примере федерального государственного учреждения культуры «Русский музей» : дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2011. С. 143–153.

6. Богданов A.В. Интегрированная система пожарно-охранной безопасности крупного музейного комплекса (на примере Государственного Эрмитажа) : дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2004. 177 с.

7. Еремина Т.Ю., Тихонова Н.В. Пожарная безопасность исторических зданий // Пожарная безопасность. 2017. № 2. С. 99–107. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29328079

8. Устинова В.Г., Какаулин С.П. Анализ пожарной безопасности на объектах культурного наследия города Иркутска // Техносферная безопасность в XXI веке : сб. науч. тр. магист., асп. и докторантов. Иркутск, 2017. С. 177–183.

9. Присадков В.И., Муслакова С.В., Ушаков Д.В., Абашкин А.А. Вопросы приспособления объектов культурного наследия для современного использования // Актуальные проблемы пожарной безопасности : мат. XXXII Междунар. науч.-практ. конф. г. Балашиха, 5–6 ноября 2020 г. Балашиха, 2020. С. 596–599.

10. Поспелова А.В. Особенности внедрения комплексной системы пожарной безопасности на объектах культуры // Пожарная и аварийная безопасность : сб. мат. XIII Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. Году культуры безопасности. 2018. С. 203–206.

11. Копылов С.Н., Казаков А.В., Бухтояров Д.В., Смирнов Н.В. Выбор огнетушащего вещества для автоматического пожаротушения в запасниках культурных ценностей и музеях. Часть 1. Тонкораспыленная вода // Пожарная безопасность. 2017. № 3. С. 50–53. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30014172

12. Присадков В.И., Абашкин А.А., Зуева А.С., Муслакова С.В., Ушаков Д.В., Присадков К.В. Особенности обеспечения пожарной безопасности исторических зданий с многоуровневыми антресолями // Современные проблемы гражданской защиты. 2020. № 4 (37). С. 135–142. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44332449

13. Присадков В.И., Ушаков Д.В., Абашкин А.А., Муслакова С.В., Присадков К.В. Возможности гармонизации требований федеральных законов от 25.06.2002 № 73-ФЗ «Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов Российской Федерации» и от 22.07.208 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (на примере объектов религиозного назначения) // Современные проблемы гражданской защиты. 2020. № 3 (36). С. 99–109. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43956600

14. Виноградова О.Н., Михайлов И.П. Пожары, повлиявшие на архитектурный облик городов // Проблемы обеспечения безопасности (Безопасность-2021) : мат. III Междунар. науч.-практ. конф. В 2-х томах. Уфа, 2021. С. 109–113. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46222606

15. White R.H. Analytical methods for determining fire resistance of timber members // SFPE handbook of fire protection engineering. Springer, 2016. Pp. 1979–2011. DOI: 10.1007/978-1-4939-2565-0_55

16. Zelinka S.L., Hasburgh L.E., Bourne K.J., Tucholski D.R., Ouellette J.P., Kochkin V. et al. Compartment fire testing of a two-story mass timber building // Energy Technology. 2018. Vol. 5. Pp. 1179–1185.

17. Hill C.A. Thermal modification of wood // Wood modification: chemical, thermal and other processes. Hill C.A. (ed.) Wiley, West Sussex, UK, 2007. Pp. 99–126.

18. Shafizadeh F., Chin P.P. Thermal deterioration of wood // Wood Technol: Chem Aspects. 1977. Vol. 43. Pp. 57–8.1

19. Nzokou P., Pascal Kamdem D. X-ray photoelectron spectroscopy study of red oak- (Quercus rubra), black cherry- (Prunus serotina) and red pine- (Pinus resinosa) extracted wood surfaces // Surface and Interface Analysis. 2005. Vol. 37. Pp. 689–694. DOI: 10.1002/sia.2064

20. Асеева Р.М., Серков Б.Б., Сивенков А.Б. Горение и пожарная опасность древесины // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2012. Т. 21. № 1. С. 19–32. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17326710

21. Inari G.N., Petrissans M., Lambert J., Ehrhardt J., Gérardin P. XPS characterization of wood chemical composition after heat-treatment // Surface and Interface Analysis. 2006. Vol. 38. Issue 10. Pp. 1336–1342. DOI: 10.1002/sia.2455

22. Bañuls-Ciscar J., Abel M.-L., Watts J.F. Characterisation of cellulose and hardwood organosolv lignin reference materials by XPS // Surface and Interface Analysis. 2016. 23. Pp. 1–8. DOI: 10.1116/1.4943099

23. Hua X., Kaliaguine S., Kokta B., Adnot A. Surface analysis of explosion pulps by ESCA Part 2. Oxygen (1s) and sulfur (2p) spectra // Wood Science and Technology. 1993. Vol. 28. Pp. 449–459.

24. Xu Q., Chen L., Harries K.A., Zhang F., Liu Q., Feng J. Combustion and charring properties of five common constructional wood species from cone calorimeter tests // Construction and Building Materials. 2015. Vol. 96. Pp. 416–427. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.08.062

25. Kraniotis D., Nore K., Brückner C., Nyrud A.Q. Thermography measurements and latent heat documentation of Norwegian spruce (picea abies) exposed to dynamic indoor climate // Journal of Wood Science. 2016. Vol. 62. Pp. 203–209. DOI: 10.1007/s10086-015-1528-1

26. Лоскутов С.Р., Шапченкова О.А., Анискина А.А. Термический анализ древесины основных лесообразующих пород средней Сибири // Сибирский лесной журнал. 2015. № 6. С. 17–30. DOI: 10.15372/SJFS20150602

27. Тарасов Н.И. Система оценки влияния эксплуатационных и теплофизических факторов на пожароопасные характеристики древесных материалов : дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2013. 171 с.

28. Сивенков А.Б., Тарасов Н.И., Алексеева Т.С. Влияние срока эксплуатации жилых и нежилых деревянных строений на пожароопасные свойства древесины // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2010. № 2. С. 27–35. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=16342819

29. Покровская Е.Н., Пищик И.И., Смирнов Н.В., Нагановский Ю.К. Термическая устойчивость древесины различной длительности эксплуатации // Строительные материалы. 2000. № 9. С. 34–35.

30. Асеева Р.М., Серков Б.Б., Сивенков А.Б. Влияние естественного старения на физико-химические и пожароопасные свойства древесины // Известия ЮФУ. Технические науки. АГПС. 2014. № 9(158). С. 206–217. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22540241

31. Delichatsios M.A., Panagiotou T.H., Kiley F. The use of time to ignition data for characterizing the thermal inertia and the minimum (critical) heat flux for ignition or pyrolysis // Сombustion and Flame. 1991. Vol. 84. Issue 3–4. Pp. 323–332. DOI: 10.1016/0010-2180(91)90009-Z

32. Harada T. Time to ignition, heat release rate and fire endurance time of wood in cone calorimeter test // Fire Mater. 2001. Vol. 25. Issue 4. Pp. 161–167. DOI: 10.1002/fam.766