КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 23-29-00618

НазваниеОгнестойкость композитного полотна трансформируемой противопожарной шторы

РуководительГравит Марина Викторовна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2024 г.

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-101 - Прочность, живучесть и разрушение материалов и конструкций

Ключевые словаПожарная безопасность, трансформируемые противопожарные преграды, противопожарные шторы, огнестойкость, предел огнестойкости, кремнеземное волокно, интумесцентные системы, многослойное полотно

Код ГРНТИ81.92.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
ПРОЕКТ НАПРАВЛЕН НА РЕШЕНИЕ СЛЕДУЮЩИХ НАУЧНЫХ ПРОБЛЕМ: - получении новых теоретических и экспериментальных знаний о взаимосвязи между параметрами огнестойкости, инженерными решениями и физическими характеристиками материалов в составе противопожарных преград; - выявление закономерностей процессов теплопереноса в слоях пакетов трансформируемых противопожарных преград с учетом отсутствия орошения водой; - получение новых экспериментальных данных по огнестойкости трансформируемых противопожарных преград на основе различных композиций материалов; использование цифровых двойников моделей трансформируемой преграды для теоретической оценки и прогнозирования прогрева пакета трансформируемых противопожарных преград; - исследование влияния трансформируемой противопожарной преграды на распространение опасных факторов пожара на примере общественного здания; - оценка оптимальности выбора материалов для производства трансформируемой противопожарной преграды; - разработка рекомендаций по проектированию трансформируемых противопожарных преград; - разработка новой конструкции трансформируемой противопожарной преграды с пределом огнестойкости EI 60 без орошения водой. Научные проблемы в своем единстве являются значимыми для выбранного приоритетами научно-технологического развития: подпункт «а» пункта 20 Стратегии научно-технологического развития РФ «Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта». АКТУАЛЬНОСТЬ НАУЧНОЙ ПРОБЛЕМЫ Особую важность в обеспечении пожарной безопасности зданий имеет аспект обеспечения защиты проемов зданий от распространения опасных факторов пожара. Наиболее широкое применение получили трансформируемые противопожарные преграды в виде занавес (штор), характерной конструктивной особенностью которых является исполнение ограждающей части (рабочего полотна) в виде эластичного полотна из термостойких материалов с теплоизоляционной способностью. Такие заполнения проемов исполняются со значительной вариативностью от E 30 до EI 90 (и более), однако контрольные испытания образцов показали, что испытанные трансформируемые противопожарные преграды не подтверждают заявленный предел огнестойкости. Применение занавес в России ограничено в связи с их недостаточной эффективностью, обусловленной: высокой стоимостью, теплоотводом при помощи орошения водой рабочего полотна преграды, разрушающим воздействием воды на конструкции, отделку и содержимое здания. Актуальным является получение трансформируемых противопожарных преград с высокими пределами огнестойкости (не менее EI 60) без орошения и проведение исследований теплопереноса в слоях пакетов трансформируемых противопожарных преград для разработки системного подхода в обеспечении безопасности объектов защиты. Задача в создании трансформируемой противопожарной преграды с пределом огнестойкости не менее EI 60, свободной от вышеперечисленных способов обеспечения предела огнестойкости не решена. НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования заключается в: - определении теплофизических характеристик трансформируемых противопожарных преград с различными комбинациями используемых материалов при воздействии теплового потока стандартного температурного режима; - установлении закономерностей процессов теплопереноса в слоях пакетов трансформируемых противопожарных преград с различными комбинациями используемых материалов; - определении огнестойкости трансформируемых противопожарных преград на основе перспективных материалов с учетом отсутствия орошения водой; - разработке нового инженерного решения трансформируемой противопожарной шторы с пределом огнестойкости EI 60 без орошения водой.

Ожидаемые результаты
ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ НАУЧНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ Результаты выполнения проекта планируются быть значимыми для строительной отрасли. Все полученные результаты, исходя из постановок задач и методов их решения, будут соответствовать мировому уровню, а для некоторых задач и превосходить его. В результате научных исследований планируется получение следующих результатов: 1. В СТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ - формирование научно-обоснованных положений, отражающих возможности применения трансформируемых противопожарных преград с различными комбинациями используемых материалов для обеспечения защиты проемов зданий и сооружений от распространения опасных факторов пожара; - разработка современных теоретико-эмпирических моделей нестационарных режимов кондуктивного и конвективного тепломассопереноса в конструкциях трансформируемых противопожарных преград; - верификация разработанных моделей тепломассопереноса трансформируемых противопожарных преград с различными комбинациями используемых материалов; верификация разработанных численных алгоритмов на модельных двумерных и трехмерных задачах тепломассопереноса; - выделение основных закономерностей анализируемых физических процессов трансформируемых противопожарных преград с различными комбинациями используемых материалов с учетом всех значимых факторов; - прогнозирование прогрева пакета трансформируемых противопожарных преград в процессе моделирования цифровых двойников конструкций. 2. В ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ - предотвращение (снижение объема) выделения токсичных продуктов горения в окружающую среду за счет применения трансформируемых противопожарных преград с различными комбинациями используемых материалов, защищающих проемы зданий и сооружений от распространения опасных факторов пожара. ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ Соответствие полученных результатов мировому уровню позволит закрепить приоритет российской науки и представить результаты на международных конференциях, а также опубликовать в журналах, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) и «Скопус» (Scopus). Результаты работы планируется представить в следующем виде: 1) 4 статьи в ведущих научных рецензируемых журналах международного уровня, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus): 2) 4 статьи в изданиях, индексируемых в Russian Science Citation Index; 3) 1 патент на техническую новизну предлагаемых решений; 4) 1 кандидатская диссертация по специальности по теме научного проекта, защищенная аспирантом университета; 5) 4 доклада на ведущих международных научных конференциях о полученных фундаментальных результатах; 6) обнародование результатов, отражающих приоритет российской науки, через средства массовой информации, через общественно-политические и научно-популярные издания, через специализированные научные (ResearchGate, Mendeley) и общие социальные сети. ОБЩЕСТВЕННАЯ ЗНАЧИМОСТЬ Интенсивное развитие экономики, внедрение новых технологий наряду с решением важнейших проблем жизнедеятельности человека, сопровождается пожарами, авариями вплоть до техногенных катастроф. Основное число крупных пожаров и ущерб от них приходится на здания производственного назначения, предприятия торговли, многофункциональные здания, комплексы, административно-общественные учреждения и сооружения. Развитие новых технологий вызывает всё более опасные аварийные ситуации, которые требуют всё более совершенных средств защиты и особое внимание стоит уделить безопасности зданий с массовым пребыванием людей. Основная цель обеспечения безопасности зданий состоит в том, чтобы сохранять несущую способность конструкций в состоянии заданных характеристик во время и после пожара и ограничить распространение опасных факторов пожара за пределы очага в соответствии со ст. 59 Федерального закона № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», ст. 8 Федерального закона № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Научный коллектив предполагает, что результаты будут иметь долгосрочные перспективы для новых наукоёмких разработок и создания технологий, материалов, строительных изделий, зданий и сооружений, отвечающих национальным интересам Российской Федерации и необходимых для повышения безопасности и качества жизни населения и сохранности объектов защиты.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Получение эффективных средств защиты строительных элементов зданий от опасных факторов пожара требует решения ряда задач: создание негорючих, термостойких с высокими прочностными свойствами изделий и конструкций, отвечающих требованиям пожарной безопасности; разработка покрытий и инженерных решений для достижения конструкциями необходимого предела огнестойкости. Методы испытаний на огнестойкость для преград, как содержащих остекление, так и с заполнением другими материалами, или без заполнений, двери и ворота, достаточно похожи: воздействует стандартный температурный режим, заполняется проем испытательной печи образцом, на необогреваемой поверхности которого располагают термопары. Исследуют параметры целостности (Е) и теплоизолирующей способности (I). Методология испытаний для противопожарных штор отображена в журнале «Стандарты и качество», в статье О.В. Недрышкин, А.В. Черкашин, Д.Е. Шабунина, М.В. Гравит. Тesting methodology for fire resistance of fire curtains // Стандарты и качество. № 4(1030) 2023, рр. 56 – 59. DOI 10.35400/0038-9692-2023-4-33-23 В результате стандартного крупномасштабного экспериментального исследования получены значения по потере целостности – Е60, но по потере теплоизолирующей способности – I15, несмотря на положительные данные при моделировании и маломасштабном эксперименте (поскольку моделированием сложно спрогнозировать потерю целостности полотна, также оказало влияние крупномасштабного фактора при стандартных испытаниях). В дальнейших исследованиях следует использовать результаты маломасштабных испытаний с запасом по потере теплоизолирующей способности порядка 20% и учитывать фактор масштабности конструкции. Результаты испытаний и эксперименты по влиянию крупномасштабного фактора отображены в статьях Gravit, M.; Shabunina, D.; Stratiy, P.; Kotlyarskaya, I.L.; Sychov, M. The Effects of the Large-Scale Factor on the Integrity Parameters of Monolithic Fire-Resistant Glass. Fire 2023, 6, 114. https://doi.org/10.3390/fire6030114 и Gravit, M.; Shabunina, D.; Nedryshkin, O. The Fire Resistance of Transformable Barriers: Influence of the Large-Scale Factor. Fire 2023, 6, 294. https://doi.org/10.3390/fire6080294 Для восьми образцов противопожарных штор разработаны цифровые модели в ПК, реализующем метод конечных элементов, и решением обратной задачи теплопроводности получены теплофизические характеристики при различных температурах. Модели штор с интумесцентными составами, несмотря на отрицательные результаты на данном этапе по сравнению с другими образцами и их горючестью, остаются перспективными для последующего исследования из-за их возможности к расширению и образованию пенококса с низкой теплопроводностью и экономического потенциала. Результаты исследования отображены в статье Gravit, M.; Nedryshkin, O.; Shabunina, D.; Shcheglov, N.; Shinkareva, M. Fire curtains: models of heat transfer in composite materials; 2023; Construction of Unique Buildings and Structures; 109 Article No 10908. doi: 10.4123/CUBS.109.8 По результатам исследований, которые приведены в статье: Gravit M.V., Kirik E.S., Shabunina D.E., Karimova E.I., Khlebnikova K.A. Wood-Frame Hotel Building: Fire Curtains and Evacuation Analysis // Construction of unique buildings and structures. 2023. № 3(109). DOI:10.4123/CUBS.108.4 , установлено, что наиболее опасным фактором пожара для людей является задымление. Показано существенное влияние объемно-планировочного решения и времени начала эвакуации на условия эвакуации. В период эвакуации основную опасность для людей представляет дым, образующийся при горении горючей нагрузки, находящейся в здании (мебель, одежда, бытовая техника, предметы интерьера), температура же на путях эвакуации не достигает критических значений для людей к моменту окончания эвакуации. Если не происходит изолирование очага пожара, и опасные факторы пожара (далее - ОФП) свободно распространяются по зданию, то материал конструкций в период эвакуации не представляет опасность для людей и не является горючим материалом, усиливающим опасность пожара. Конструкции не теряют своей прочности, пути эвакуации не претерпевают геометрических изменений в период эвакуации и к ее окончанию в рассмотренном пятиэтажном здании гостиницы. Но для некоторых сценариев изолирование очага пожара требуется для обеспечения безопасных условий эвакуации для людей. Показано, что применение противопожарных штор является действенным мероприятием, ограничивающим распространение опасных факторов пожара. Однако в этом случае происходит локальное увеличение температуры, и в случае применения, например, необработанной древесины как отделочного материала можно говорить о создании условий, при которых конструкции, ограждающие помещение с очагом пожара, вовлекаются в процесс горения. Будучи изолированными от путей эвакуации, они не вносят дополнительный вклад в опасность пожара для людей в процессе эвакуации и, по грубым оценкам, их несущая способность может сохраняться до 15-20 минут. При этом, если противодымная штора должна обеспечить сдерживание ОФП до окончания эвакуации (в рассмотренном случае это не более четырех минут, в среднем для зданий до 10 этажей эвакуация заканчивается в течение 10 минут), то возможно использование противопожарных преград с небольшими пределами огнестойкости (достаточно EI15) для обеспечения безопасной эвакуации.

Публикации

1. Гравит М.В., Кирик Е.С., Шабунина Д.Е., Каримова Е.И., Хлебникова К.А. Wood-Frame Hotel Building: Fire Curtains and Evacuation Analysis Construction of Unique Buildings and Structures, Gravit, M.; Kirik, E.; Shabunina, D.; Karimova, E.; Khlebnikova, K. Wood-Frame Hotel Building: Fire Curtains and Evacuation Analysis; 2023; Construction of Unique Buildings and Structures; 108 Article No 10804. doi: 10.4123/CUBS.108.4 (год публикации - 2023)

2. Гравит М.В., Недрышкин О.В., Шабунина Д.Е., Щеглов Н.Е., Шинкарева М.К. Fire curtains: models of heat transfer in composite materials Construction of Unique Buildings and Structures, Gravit, M.; Nedryshkin, O.; Shabunina, D.; Shcheglov, N.; Shinkareva, M. Fire curtains: models of heat transfer in composite materials; 2023; Construction of Unique Buildings and Structures; 109 Article No 10908. doi: 10.4123/CUBS.109.8 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.4123/CUBS.109.8

3. Гравит М.В., Шабунина Д.Е., Недрышкин О.В. The Fire Resistance of Transformable Barriers: Influence of the Large-Scale Factor Fire, Gravit, M.; Shabunina, D.; Nedryshkin, O. The Fire Resistance of Transformable Barriers: Influence of the Large-Scale Factor. Fire 2023, 6, 294. https://doi.org/10.3390/ fire6080294 (год публикации - 2023)

4. Гравит М.В., Шабунина Д.Е., Стратий П.В., Котлярская И.Л., Сычев М.М. The Effects of the Large-Scale Factor on the Integrity Parameters of Monolithic Fire-Resistant Glass Fire, Gravit, M.; Shabunina, D.; Stratiy, P.; Kotlyarskaya, I.L.; Sychov, M. The Effects of the Large-Scale Factor on the Integrity Parameters of Monolithic Fire-Resistant Glass. Fire 2023, 6, 114. https://doi.org/ 10.3390/fire6030114 (год публикации - 2023)

5. Недрышкин О.В., Черкашин А.В., Шабунина Д.Е., Гравит М.В. Методология проведения испытаний противопожарных штор на огнестойкость СТАНДАРТЫ И КАЧЕСТВО, О.В. Недрышкин, А.В. Черкашин, Д.Е. Шабунина, М.В. Гравит., Методология проведения испытаний противопожарных штор на огнестойкость, Стандарты и качество №4 (1030), 2023. (год публикации - 2023)

6. - Публикации в Fire "В контакте", https://rscf.ru/project/23-29-00618/ (год публикации - )

7. - Политехники – победители конкурса РНФ Телеграм-канал, https://rscf.ru/project/23-29-00618/ (год публикации - )