Огнестойкость многослойных противопожарных штор в метрополитене
Огнестойкость многослойных противопожарных штор в метрополитене
Аннотация
Метрополитен, или метро, представляет собой важный элемент городской транспортной инфраструктуры, позволяющий эффективно перемещать значительное количество пассажиров по рельсовым путям, расположенных преимущественно под землей. Однако функционирование метрополитена сопряжено с определенными рисками, и одним из наиболее серьезных является угроза возникновения пожаров. Пожары в закрытых подземных пространствах метро могут привести к катастрофическим последствиям. Огневые испытания четырех вариантов противопожарных штор с различным составом, предназначенных для использования в метрополитенах, выявили критическую зависимость их огнестойкости от типа и состава наполнителя. Изучению подлежали образцы на основе кремнезёмного мата, обшитого тканью с углеродистой пропиткой (№ 1); из базальтового супертонкого волокна (№ 2); из аэрогеля на основе кварца (№ 3) и из керамического мата (№ 4). Образцы № 2, 3, 4 обшиты кремнеземной тканью с вермикулитовым напылением. Во время стандартного огневого испытания все образцы показали предел огнестойкости по потере целостности E60. Базальтовый наполнитель, обладающий высокой температурой плавления и хорошими теплоизолирующими свойствами, обеспечил более длительную защиту образца от теплового воздействия (I30).
1. Введение
Метрополитен является неотъемлемой частью современной городской инфраструктуры, обеспечивающей высокоскоростное, устойчивое и стабильное передвижение миллионов людей ежедневно. Его популярность обусловлена быстротой перемещения, независимостью от дорожных пробок, а также, в сравнении с наземным транспортом, высокой пропускной способностью и относительно низким уровнем выбросов вредных веществ в атмосферу
, .Однако, высокая плотность пассажиропотока и специфическая подземная среда делают метрополитен уязвимым к чрезвычайным ситуациям, наиболее опасной из которых является пожар. Пожар в метро представляет собой крайне серьезную угрозу, потенциально приводящую к многочисленным жертвам, масштабным материальным потерям и длительным нарушениям работы всей транспортной системы города. Пожары, как правило, происходят на станциях метрополитена со сложной конструкцией и с интенсивным пешеходным движением. Согласно статистике, глубина большинства станций метро составляет более 30 метров, а некоторых – даже 70 метров, что является относительно закрытой подземной системой. Количество пассажиров резко возрастает в периоды пиковых поездок на работу, а в праздничные дни, как правило, пассажиры перевозят большое количество легковоспламеняющегося багажа и электронных изделий. Это делает станции метро потенциально пожароопасными
. Трагическими примерами являются пожары в метрополитенах в Тэгу, Баку и Лондоне, приведшие к многочисленным жертвам .Возникновение пожара может быть вызвано самыми различными причинами: от халатности пассажиров (неосторожное обращение с огнём) и технических неисправностей (короткое замыкание, возгорание электрооборудования, поломка тормозной системы и последующее трение колёс о рельсы) до внешних факторов (проникновение огня извне, например, из-под земли, террористические акты)
.Особенную опасность представляют пожары в тоннелях, где ограниченное пространство, быстрое распространение дыма и токсичных газов, а также затруднённая эвакуация создают смертельно опасную ситуацию. Например, в результате пожара поезда в туннеле Хокурику 6 ноября 1972 года погибло 30 человек и было ранено 715 человек
. В работе также отмечается, что на процедуру эвакуации также может повлиять тип, количество загруженного топлива, а также его расположение в поезде . Стандарт EN 50553 указывает, что поезд в условиях пожара должен иметь возможность добраться до «безопасной зоны», как это определено в the Safety in Rail Tunnels TSI . Безопасная зона определяется как временное пространство для выживания внутри или снаружи туннеля, где пассажиры и персонал могут найти убежище после своей эвакуации из поезда. Обеспечение такой зоны является сложной инженерной задачей, требующей учёта множества факторов, включая географическое расположение туннелей, тип поезда, характеристики дымоудаления, систему оповещения и эвакуации. Безопасную зону на станциях и внутри туннелей можно обеспечить с использованием трансформируемых противопожарных преград (ТПП), одним из видов которых являются противопожарные шторы. ТПП представляют собой строительные конструкции, обладающие нормированным пределом огнестойкости и классом конструктивной пожарной опасности, а их основной особенностью является способность ограждающей части конструкции преобразовываться в компактный вид путем свертывания или складывания. Это позволяет создавать противопожарные преграды, которые могут открываться и закрываться по мере необходимости, обеспечивая удобство использования и гибкость в эксплуатации. ТПП являются адаптивными конструкциями, так как они способны подстраиваться к изменяющимся условиям и приходят в действие автоматически после срабатывания пожарной сигнализации , . Как правило, ТПП выполняются из композитных материалов , .В 2022-м году на станции «Сокольники» северо-восточного участка Большой кольцевой линии московского метро были успешно испытаны автоматические противопожарные шторы OLEMAT Counter-Z EI60 (рис. 1) . В случае пожара они должны закрыть балконную часть станции за 30–40 секунд, защищая пассажиров от продуктов горения .
Рисунок 1 - Станция метро «Сокольники»
Примечание: расположение и крепление шторы (слева); противопожарная штора в развернутом виде (справа)
В представленной статье рассматривается и анализируется огневое испытание четырех видов противопожарных штор, которые могут служить трансформируемой противопожарной преградой в депо метрополитенов, на станциях метрополитена, в вестибюлях метро, а также в туннелях, разграничивая эти помещения на пожарные отсеки. Исследуемые варианты рулонных покрытий являются уникальными в своем роде, так как противопожарные шторы с данным составом не исследовались ранее. Предлагаемые противопожарные шторы справляются с огневой нагрузкой, не прибегая к использованию системы орошения, как это в большинстве случаев конструктивно подразумевается. Дополнительная система орошения повышает предел огнестойкости конструкции, но наносит значительный урон интерьеру помещения в случае ее применения
.Целью данной работы является разработка противопожарного полотна с пределом огнестойкости не менее E60 с учетом отсутствия орошения водой.
2. Методы и принципы исследования
В исследовании рассматриваются многослойные противопожарные шторы. Компоненты штор представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Состав исследуемых противопожарных штор
Образец | Обкладочная ткань | Наполнитель |
№ 1 | Кремнеземная ткань | Кремнеземный мат Суперсилика S |
№ 2 | Кремнеземная ткань с вермикулитовым покрытием | Базальтовые супертонкие волокна ОБМ-5 |
№ 3 | Кремнеземная ткань с вермикулитовым покрытием | Аэрогель на основе кварца Insuflex 650 |
№ 4 | Кремнеземная ткань с вермикулитовым покрытием | Керамический мат |
Противопожарные шторы испытываются с учетом следующих нормативных документов:
– ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования»
;– ГОСТ Р 53307-2009 «Противопожарные двери и ворота. Метод испытаний на огнестойкость»
;– СП 120.13330. 2012 «Метрополитены» .
Достижение предельного состояния по потери целостности (Е) происходит в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые проникают продукты горения или пламя. Достижение предельного состояния по потери теплоизолирующей способности (I) происходит вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности образцов в среднем более чем на 140 °С в сравнении температурой поверхности опытного образца
, .Образцы штор № 1-4 были соединены в единое полотно и размещены в вертикальной огневой печи. Расположение образцов представлено на рис. 2 (слева). К каждому виду полотна были прикреплены датчики (термопары) ТПL011-0,5/1,5, которые расположены на поверхности ткани (рис. 2 (справа)) согласно следующим принципам:
1) термопара в центре площади полотна (полотен) опытного образца;
2) термопара в центре каждой четверти площади полотна (полотен) опытного образца.
Рисунок 2 - Подготовка к огневому испытанию
Примечание: монтаж и расположение полотен (слева); термопара крупным планом (справа)
На протяжении экспериментального исследования образцов дополнительно определялись температуры с использованием тепловизора Thermal Seek (рис. 3).
Рисунок 3 - Регистрация значений температуры
Примечание: прибор Технограф 160 (слева); тепловизор Thermal Seek (справа)
3. Основные результаты
В ходе испытаний проводился тщательный мониторинг всех изменений внешнего вида и состояния образцов огнезащитных покрытий. Основные наблюдения:
1) 0 мин – начало эксперимента;
2) 21 мин - дым от образца под номером 3;
3) 25 мин – дым прекратился, изменение цвета образцов (появляются светло-зеленые участки и полосы);
4) 34 мин – изменение цвета образцов (появление уже коричневых участков);
5) 60 мин – прекращение эксперимента (рис. 4).
Рисунок 4 - Образцы после огневого испытания
Согласно данным, полученных Термографом 160, образец № 2, состоящий из кремнеземной обкладной ткани с вермикулитовым покрытием PS-1000V и базальтовым наполнителем, показал наиболее высокую огнестойкость по теплоизолирующей способности I30 (достигнута температура 140°C за 31 мин). Образец № 1 потерял теплоизолирующую способность на 12-й минуте (Суперсилика S), образец № 3 – на 8-й минуте (аэрогель), а 4-й образец на 13-й минуте (керамический мат). Важно отметить, что эффективность каждого наполнителя также зависит от плотности его укладки в шторном полотне и типа используемой ткани. В рамках дальнейших исследований планируется изучить влияние различных комбинаций наполнителей, а также исследовать возможности применения модифицированных аэрогелей с улучшенными термическими и механическими свойствами.
Термограммы (рис. 5), сделанные тепловизором, указывают на то, что образец № 3 имел в приведенные моменты температуру более низкую, чем остальные образцы. Штора с аэрогелем остывала по сравнению с другими образцами.
Рисунок 5 - Термограмма образцов
4. Заключение
Исследования, проведенные с четырьмя различными типами противопожарных полотен для трансформируемых преград, показали существенные различия в их поведении под воздействием высоких температур. Базальтовый наполнитель, обладающий высокой температурой плавления и хорошими теплоизолирующими свойствами, обеспечил более длительную защиту образца от теплового воздействия (I30). Напротив, аэрогелевый наполнитель, обладающий низкой плотностью и теплопроводностью, оказался менее эффективен в теплоизоляции, что привело к ранней потере теплоизолирующей способности образца – 8 минут. Однако тепловизионная съемка показала, что штора с аэрогелем остывала по сравнению с другими образцами быстрее. Все образцы достигли предела огнестойкости по показателю целостности E60.
Противопожарная штора с базальтовым наполнителем может использоваться в ограждающих перегородках переходов над платформой и над путями станции метрополитена. В рамках дальнейших исследований по данному направлению планируется разработать штору с пределами огнестойкости EI 60 и выше.