Томские ученые разработали программу для оценки огнестойкости древесины
Ученые Томского госуниверситета (ТГУ) разработали алгоритм, который поможет строителям точнее рассчитывать огнестойкость дерева. Программа CharDepth бесконтактно оценивает глубину обугливания дерева во время пожара. Запатентованный софт переводит снимки ИК-камеры в объективные показатели повреждений.
Угрозу во время пожара представляют не только пламя и выбросы токсичных продуктов горения, но также горящие и тлеющие частицы. Такие частицы переносятся далеко от природного пожара и становятся причиной возгорания построек. Понимание того, как горящие и тлеющие частицы разной формы и размера взаимодействуют с древесиной, необходимо для прогноза огнестойкости зданий.
Авторы сосредоточились на исследовании горящих и тлеющих частиц, которые образуются в результате крупномасштабных пожаров, изучив, как ведут себя различные конструкции из материалов на основе древесины вследствие внешнего теплового воздействия.
«Разработанная программа — это алгоритм обработки и интерпретации данных, который позволяет судить о том, насколько материал обуглился. Обугливание материала можно рассматривать как признак термического разложения, ведущего к потере эксплуатационных характеристик. Такие расчеты могут быть использованы при оценке несущей способности конструкций при пожаре, так как наши результаты являются входными данными при расчете огнестойкости», — рассказал руководитель проекта, доцент кафедры физической и вычислительной механики, заведующий лабораторией моделирования и прогноза катастроф механико-математического факультета (ММФ) ТГУ, кандидат физико-математических наук Денис Касымов.
Ранее инженеры оценивали обугливание «на глаз» или с помощью прямых механических замеров, что возможно только постфактум. Новый алгоритм предусматривает возможность бесконтактного сбора данных при тепловизионном исследовании и их точной математической интерпретации.
Кроме того, ученые ТГУ комплексно исследовали причины и характеристики природных пожаров. Отдельный цикл лабораторных экспериментов был посвящен термическому воздействию лучистого теплового потока (30 кВт/кв. м) на образцы ДСП, ОСП и фанеры, в том числе обработанные огнезащитными составами. С помощью уникальной ИК-камеры научного класса JADE J530SB с набором узкополосных оптических фильтров исследователям удалось в деталях проследить, как меняется температура внутри материалов. Установлено, что химические реакции разложения запускаются при 380–660 °C (652–933 К), а окислительные реакции, сопровождающиеся выделением тепла, — при 640–680 °C (913–954 К).
«Эти данные позволили сделать важный вывод: влияние огнезащитных составов на глубину протекания реакций неоднозначно. Некоторые антипирены не предотвращают горение, а лишь замедляют скорость движения фронта экзотермических реакций. Более того, в отдельных случаях пропитка может сыграть отрицательную роль, способствуя увеличению глубины термического разрушения материалов. Это означает, что огнезащита требует не просто нанесения состава, а осмысленного подхода к выбору способа защиты с учетом теплофизических свойств», — отметил один из авторов исследования, заведующий кафедрой физической и вычислительной механики ММФ ТГУ, доктор физико-математических наук Егор Лобода.
На следующем этапе исследователи планируют изучить эффект увеличения теплопроводности обработанной древесины и испытать устойчивость реальных строительных конструкций к потоку горящих частиц. Результаты должны лечь в основу новых методик сертификации строительных материалов и контроля пожарной безопасности. Такой подход позволит не просто констатировать факт возгорания, а прогнозировать его наступление еще на этапе проектирования здания.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.