Разработка методики оценки теплоизолирующей способности и целостности строительных конструкций и фрагментов с помощью инфракрасной термографии

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 проекта 18-79-00232

НазваниеРазработка методики оценки теплоизолирующей способности и целостности строительных конструкций и фрагментов с помощью инфракрасной термографии

Руководитель Касымов Денис Петрович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-202 - Теплофизические свойства веществ и материалов, в том числе в экстремальных состояниях

Ключевые слова Природные пожары, пожарная безопасность, деревянные конструкции, ИК-диагностика, воспламенение, тепловой поток, оптико-физические свойства материалов, эксперимент

Код ГРНТИ81.92.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проблема природных пожаров с каждым годом становится все актуальнее. С ней столкнулись все страны мира, в особенности Бразилия, Австралия, Китай, Греция, Португалия, США, Россия. Общеизвестно, что природные пожары являются мощным природным и антропогенным фактором, существенно изменяющим функционирование и состояние лесов. Выгорают десятки тысяч гектаров лесных массивов и угодий. Нередко пожары возникают и развиваются вблизи населенных пунктов и городов. Для России, где леса занимают большую территорию, лесные пожары являются национальной проблемой, а ущерб, наносимый реальному сектору экономики, исчисляется десятками и сотнями миллионов долларов в год. При распространении лесных низовых и верховых пожаров выделяется большое количество тепла, которое может стать причиной воспламенения деревянных строений в населенных пунктах, расположенных близко к границе леса. Причина увеличения числа природных пожаров с одной стороны, связана с предпочтениями людей жить на лесных территориях и повышением рисков появления пожаров, с другой, в недостаточном понимании физики природных пожаров, и в частности перехода их на населенные пункты. Для обеспечения требуемого уровня пожарной безопасности нашей страны ведутся непрерывные и многоплановые работы: подготовка кадров, разработка методов и способов тушения пожаров; мониторинг и прогнозирование; совершенствование экспериментальной и учебно-материальной базы научно-исследовательских учреждений и другие. Не смотря на большой объем выполняемых работ по профилактике пожароопасных ситуаций ежегодные показатели возникновения пожаров остаются достаточно высокими. Наиболее крупные лесные пожары возникают в периоды аномальных климатических явлений (высокая температура воздуха, длительное отсутствие осадков и ветреность). В случае возникновения очага возгорания главной задачей пожарной безопасности становится не допустить переход огня на населенные пункты и объекты экономики. Для выполнения данной задачи необходимо проводить как теоретические, так и экспериментальные исследования, а прежде всего, понимать процесс распространения огня. В строительстве в качестве несущих конструкций, как правило, используют древесину хвойных пород, а как отделочные материалы применяется древесина лиственных пород. В качестве теплоизоляционного материала при строительстве используется минеральная вата, пенополиуретан, пенополистирол и др. Они также являются горючим материалом, что в целом повышает пожарную опасность всего строения. В литературе имеется большое количество экспериментальных работ по исследованию пожарной опасности древесины, которые свидетельствуют о влиянии различных факторов на ее пожароопасные показатели (порода и разновидность древесины, условия и продолжительность эксплуатации, влажность, интенсивность пожара и т.д.). Можно выделить работы Babrauskas V., Torero J., Wieczorek C., Серкова Б.Б., Сивенкова А.Б., Асеевой Р.М., Леонович А.А. и других. Исследованы особенности пиролиза и термоокислительного разложения древесины, определены теплофизические характеристики, получены значения скоростей обугливания при различных температурных режимах. На основе этих данных в настоящее время можно судить о показателях огнестойкости деревянных конструкций, однако большинство методов, используемых для оценки пожарной опасности древесины, относятся к классу контактных методов (микротермопарная техника, метод молекулярно-пучковой зондовой масс-спектрометрии, методы термического анализа и т.д.). При моделировании процессов горения в лабораторных условиях зачастую достаточно использовать контактные методы для регистрации полей температуры, теплового потока, скорости обугливания, задержек зажигания и т.д., однако в натурных и полунатурных условиях необходимо большое количество термопар для регистрации полей температур, что вызывает трудности при обработке результатов. Следует отметить, что в настоящее время применение тепловизионного оборудования при исследовании природных пожаров не сильно распространено, поскольку данное явление зависит от большого числа параметров и требует детального изучения таких свойств как коэффициент излучения. Кроме того сложность исследуемого объекта предполагает использование специальных научных тепловизоров, что связано с большими денежными затратами. Не смотря на это, ввиду перспективности данного способа в исследовании характеристик фронта горения и установлении теплонапряженных участков материалов, на которые воздействует фронт пожара, можно отметить работы P. Boulet, F. Rinieri, G. Rein, Лободы Е.Л., в которых исследуются характеристики лесного пожара в среднем ИК-диапазоне длин волн, а в работах Dupuy J., Tadashi K. приводятся результаты для спектральных интервалов 7,5-13 мкм. Следует учесть тот факт, что до сих пор в литературе имеется достаточно мало сведений по результатам применения бесконтактных методов при огневых испытаниях фрагментов зданий и строительных конструкций (Мельников В.С. с соавт. Пожарная безопасность, 2015 г). Традиционными же методами измерения температуры при проведении пожарно-технических испытаний строительных конструкций остаются контактные методы (с помощью термопар). Для противопожарной защиты различных построек необходимы научные разработки, основанные на экспериментальных исследованиях для определения закономерностей воспламенения и горения при воздействии на них тепловых потоков от модельных природных пожаров. Таким образом, в настоящем проекте планируется проведение серии экспериментальных исследований пожароопасных свойств древесных материалов, используемых в строительстве, с применением методов ИК-диагностики, что позволит на более высоком уровне оценить вероятность их воспламенения в зависимости от интенсивности пожара, моделируемого растительным горючи материалом. Кроме того будут исследованы наиболее распространенные огнезащитные составы, используемые при подготовке строительных материалов. В результате планируется разработка методики экспресс-анализа антипиренов на пожароопасность в зависимости от его расхода, типа древесины и источника пожара (слой растительных горючих материалов, горящие частицы коры сосны и веточек сосны). Наработанная таким образом база данных об основных пожароопасных характеристиках строительных материалов станет ключевым фактором при прогнозировании пожарной опасности в условиях пожара на природно-урбанизированной территории. Кроме того результаты будут использованы для разработки новых и уточнения существующих строительных норм для жилых и производственных объектов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Касымов Д.П., Агафонцев М.В., Мартынов П.С., Перминов В.В. Детектирование методом ИК-диагностики теплонапряженных участков на поверхности древесных строительных материалов, подверженных тепловому воздействию от модельных источников зажигания Всероссийская конференция по математике и механике, посвященная 140-летию Томского государственного университета и 70-летию механико-математического факультета : сборник тезисов, c. 107 (год публикации - 2018)

2. Касымов Д.П., Агафонцев М.В., Перминов В.В., Мартынов В.В. Investigation of the ignition of wood structural materials (with and without fire retardant treatment) under the influence of a model fire of irregular intensity EPJ Web of Conferences, Volume 196, 2019 XV All-Russian School-Conference of Young Scientists with International Participation “Actual Problems of Thermal Physics and Physical Hydrodynamics”, Article Number 00038, Pp. 1-8 (год публикации - 2019)
10.1051/epjconf/201919600038

3. Д.П. Касымов, М.В. Агафонцев, В.В. Перминов, В.В. Рейно, П.С. Мартынов Исследование влияния мощности теплового потока на характеристики воспламенения и обугливания древесных строительных материалов с применением методов ИК диагностики Вестник Томского государственного университета. Математика и механика (год публикации - 2019)

4. Д.П. Касымов, М.В. Агафонцев, В.В. Перминов, А.Ю. Чечеков, В.А. Тараканова, П.С. Мартынов Laboratory investigation of the ignition of wood structural materials under the influence of spot fires Book of abstracts 9th European Combustion Meeting 2019, Book of abstracts 9th European Combustion Meeting 2019 (14 - 17 April, 2019, Lisboa, Portugal), pp. 220–221. (год публикации - 2019)

5. Д.П. Касымов, М.В. Агафонцев, В.В. Перминов, А.Ю. Чечеков, В.А. Тараканова, П.С. Мартынов Laboratory Investigation of the Ignition of Wood Structural Materials Under the Influence of Spot Fires Proceedings of 9th European Combustion Meeting 2019, Proceedings of 9th European Combustion Meeting 2019 (14 - 17 April, 2019, Lisboa, Portugal), pp. 1–4 (год публикации - 2019)

6. Касымов Д.П., Агафонцев М.В., Перминов В.В., Мартынов П.С., Рейно В.В. Влияние мощности теплового потока на характеристики тления и горения некоторых видов древесных строительных материалов Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии : тезисы докладов XIII Всероссийской конференции молодых ученых, 15-22 марта 2019 г., 2019. С. 73-74. (год публикации - 2019)

7. Касымов Д.П., Агафонцев М.В., Перминов В.В., Мартынов П.С, Studying the Heat Flux Effect on the Fire Resistance of Wood Building Materials Using Infrared Thermography Book of Abstracts of the Ninth International Seminar on Fire and Explosion Hazards, Book of Abstracts of the Ninth International Seminar on Fire and Explosion Hazards 21-26 April 2019, St. Petersburg, Russia, p. 290 (год публикации - 2019)

8. Касымов Д.П.,Агафонцев М.В., Перминов В.В., Рейно В.В. Studying the resistance to fire of wood building materials using infrared thermography Proceedings of the International Conference in Singapore in edition of Applications of Structural Fire Engineering, pp. 269-274 (год публикации - 2019)

9. Касымов Д.П., Тараканова В.А., Мартынов П.С., Агафонцев М.В. Studying firebrands interaction with flat surface of various wood construction materials in laboratory conditions Journal of Physics: Conference Series, 1359, (2019), 012092 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1359/1/012092

10. Тараканова В.А., Касымов Д.П. Изучение в лабораторных условиях взаимодействия горящих и тлеющих частиц природного происхождения с плоской поверхностью различных строительных материалов из древесины Сборник статей Всероссийской молодежной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Все грани математики и механики", сборник старей / под ред. А.В. Старченко. – Томск : Издательский Дом Томского государственного университета, 2019. – с. 64-76 (год публикации - 2019)

11. Тараканова В.А., Касымов Д.П., Чечеков А.Ю. Влияние огнезащитных составов на воспламенение древесины в результате воздействия горящих частиц Сборник научных трудов XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Перспективы развития фундаментальных наук", Том 1. Физика / под. ред. И.А. Курзиной, Г.А. Вороновой. - Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2019, с. 319-321 (год публикации - 2019)

12. Касымов Д.П., Агафонцев М.В., Перминов В.В., Рейно В.В., Мартынов П.С., Тараканова В.А. Исследование пожароопасных характеристик древесных строительных материалов с помощью приборов инфракрасной техники Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы. Материалы XXV международного симпозиума (20 июня - 5 июля 2019 г.), с. 18-21 (год публикации - 2019)

13. Касымов Д.П., Агафонцев М.В., Мартынов П.С., Перминов В.В., Рейно В.В., Голубничий Е.Н. Thermography of Wood-Base Panels During Fire Tests in Laboratory and Field Conditions Wood & Fire Safety, Springer International Publishing,Cham, In: Makovicka Osvaldova L., Markert F., Zelinka S. (eds) Wood & Fire Safety. WFS 2020. Proceedings of the 9th International Conference on Wood & Fire Safety 2020. Springer, Cham (год публикации - 2020)
10.1007/978-3-030-41235-7_31

14. Касымов Д.П., Агафонцев М.В., Мартынов П.С., Перминов В.В., Рейно В.В., Голубничий Е. Experimental studying the propagation of the combustion front over the surface of wood building material Proceedings of SPIE, Proc. SPIE 11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 112081T (18 December 2019); (год публикации - 2019)
10.1117/12.2540602

15. Касымов Д.П.,Агафонцев М.В., Рейно В.В., Герасимова А.А. Исследование влияния способа обработки строительных материалов огнезащитой на процессы воспламенения и горения Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии : тезисы докладов XIV Всероссийской школы-конференции молодых ученых, 28 февраля – 6 марта 2020 г., Новосибирск – Шерегеш /под ред.: А. Н. Шиплюка. Новосибирск: Параллель, с. 84-85 (год публикации - 2020)

16. Тараканова В.А., Касымов Д.П. Поведение некоторых строительных материалов из древесины при локальном тепловом воздействии Международная молодежная научная конференция «Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики» 18–20 ноября 2019 г.: Материалы конференции / под ред. М.Ю. Орлова. – Томск: Изд-во «Красное знамя». 2020., с. 303-306 (год публикации - 2020)

17. Голубничий Е.Н., Касымов Д.П., Агафонцев М.В., Мартынов П.С., Перминов В.В., Рейно В.В. Экспериментальное исследование распространения вертикального горения по поверхности строительного материала из древесины Международная молодежная научная конференция «Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики» 18–20 ноября 2019 г.: Материалы конференции / под ред. М.Ю. Орлова. – Томск: Изд-во «Красное знамя». 2020., с. 254-257 (год публикации - 2020)

18. Тараканова В.А., Касымов Д.П.,Гальцева О.В., Чичерина Н.В. Experimental characterization of firebrand ignition of some wood building materials Bulletin of the Karaganda university Physics series., № 4(100)/2020, pp. 14-21 (год публикации - 2020)
10.31489/2020Ph4/14-21

Публикации