Исследование пожарной безопасности печного отопления

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

О.В. Черневич, ученый секретарь, к.т.н., Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем

чрезвычайных ситуаций МЧС Республики Беларусь,

г. Минск

Основной формой теплоснабжения усадебных застроек является печное отопление. В ближайшее время отопительные печи, на долю которых приходится около 80 % общего количества вырабатываемой теплоты в сельской местности, будут еще достаточно широко применяться в одно, двухэтажных зданиях, как в существующем жилищном фонде, так и в новом строительстве [1].

Известно, что подавляющее число пожаров происходит в жилом секторе населенных пунктов. Пожары, возникающие в жилых домах, зачастую, приводят к гибели и травмированию людей. Основными причинами пожаров являются неправильное устройство и эксплуатация отопительных печей и дымоходов, оставленных открытыми дверей топок (печей, каминов), выброса горящей золы вблизи строений, беспечности и небрежности в обращении с огнем.

Пожарная опасность печного отопления заключается в наличии высоких температур на поверхности элементов печи (стенок, патрубков, труб), которые могут быть источником зажигания горючих материалов и сгораемых конструкций зданий. Температура на поверхности элементов нетеплоемких печей зависит от вида сжигаемого топлива, режима топки печей и может достигать более 600 оС [2].

Температура в топливнике теплоемких печей может составлять более 1000 оС, а в дымовом канале в области междуэтажного перекрытия - 500 оС. Степень нагрева боковых поверхностей и перекрытия печи, а также дымовых каналов зависит от толщины стенок, вида и количества сжигаемого топлива и продолжительности горения.

Нагретые до высоких температур элементы печей могут быть источником зажигания материалов, находящихся в помещении, и строительных сгораемых конструкций (стен, перегородок, перекрытий, кровли), если они примыкают к поверхности печей или дымовых каналов.

Пожар также может возникнуть в результате воздействия пламени, топочных газов и искр на сгораемые материалы и конструкции через трещины и неплотности в кладке печей и дымовых каналов и топочные отверстия. Возможными причинами образования трещин являются неправильный выбор материала для кладки печей и каналов, неравномерность осадки здания и печей после окончания строительства, некачественная кладка [2].

Причинами пожаров от печного отопления могут быть отсутствие или недостаточный размер разделок, отступок и расстояний между нагретыми

поверхностями элементов печи и сгораемыми (трудносгораемыми) конструкциями здания, эксплуатация неисправленных печей, дымовых каналов и разделок и нарушение правил безопасной эксплуатации печей.

Пожарную опасность представляют также отопительные печи, если они подобраны без учета теплопотерь помещений, в которых они установлены. Теплоотдача устанавливаемой печи при нормальном режиме эксплуатации должна быть равна теплопотерям обслуживаемых помещений. Если средняя теплоотдача печи будет меньше потерь теплоты, то в обслуживаемом помещении температура воздуха будет ниже требуемой. В этом случае увеличение теплоотдачи печи может быть достигнуто нарушением режима топки печи, что приведет к повышению температуры теплоотдающих поверхностей.

Отопительные бытовые печи могут безопасно служить при соблюдении требований пожарной безопасности, предъявляемых к ним. В этой связи в НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций проведены исследования по определению пожарной опасности печного отопления с целью совершенствования противопожарных норм и правил при проектировании, монтаже и эксплуатации отопительных печей на твердом топливе.

Рис. Схема расстановки термопар на печи с лежанкой 1 - в топке печи; 2 - в дымоходе, в месте пересечения с перекрытием; 3 - на стенке толщиной 65 мм на уровне топки; 4 - на передней стенке толщиной 120 мм над топкой; 5 -на поверхности плиты; 6 - на лежанке; 7 - на дымоходе в месте поворота в патрубок; 8 - на дымоходе, в месте пересечения с перекрытием (толщина стенки дымохода 120 мм); 9 - на перекрыше над поворотом газохода; 10 - на патрубке в месте соединения с дымоходом; 11 -на стенке толщиной 120 мм; 12 - под патрубком по центру; 13 - на тыльной стенке печи на

уровне дымового канала

На экспериментальном полигоне института была возведена отопительно-варочная многоканальная печь с лежанкой размером в плане 770*1020 мм из полнотелого кирпича марки М 175-200. Стены печи по периметру топки и в месте размещения дымовых каналов были выполнены различной толщины 65 и 120 мм, толщина стенок дымохода 120 мм. В месте примыкания перекрытия

здания к дымовой трубе печи толщина стенки трубы по ее периметру составила 120 мм. Подключение печи к дымоходу выполнено с помощью кирпичного патрубка (горизонтального дымового канала). Длина патрубка 2200 мм. Стенки и дно выполнены из кирпича на ребро (четверть кирпича) и с перекрышей из одного ряда кладки кирпича плашмя. Для кладки использовалась глина с большим содержанием примесей.

Для достижения максимальных температур, пополнение топки топливом в период проведения испытаний осуществлялось по мере его выгорания, о чем свидетельствовала температура дымовых газов.

В ходе проведения испытаний регистрировались показания термопар, установленных внутри печи, на наружных стенках и дымоходе печи (рис.).

Динамика изменения температуры на наружной поверхности стен, внутри печи и горизонтальном дымоходе при ее топке дровами показана в таблице.

Таблица

Зависимость температуры на поверхности стен, внутри печи и дымоходе

от времени топки ее дровами

Термопара Время топки, мин. и значения температуры, оС

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

1 690 780 820 880 945 880 860 860 860 850 815 800

2 300 315 345 350 420 460 330 320 320 315 320 330

3 100 140 155 160 170 180 195 215 215 215 215 215

4 45 60 75 90 95 110 125 130 135 140 145 155

5 275 375 395 415 425 460 450 455 455 460 435 430

6 45 50 60 60 70 70 70 70 70 65 70 70

7 55 70 80 90 95 95 105 115 120 130 130 130

8 30 30 35 40 45 50 55 55 55 60 60 60

9 30 35 35 40 50 55 60 60 65 65 65 65

10 35 35 45 55 60 70 75 75 75 75 80 80

11 80 105 120 140 150 155 155 160 160 160 160 160

12 25 30 35 50 65 75 85 85 85 85 85 85

13 100 125 140 150 160 165 170 175 175 175 175 175

При топке дровами, температура выше 100 оС, которая при длительном воздействии приводит к воспламенению незащищенных конструкций, была достигнута:

- на стенке толщиной 65 мм на уровне топки к 24 минуте. Максимальная температура составила 215 оС к 240 минуте. До окончания топки (360 мин) дальнейшего роста температур не отмечалось;

- на стенке толщиной 120 мм к 60 минуте топки. К 240 минуте температура выросла до 160 оС,

- на стенке толщиной 120 мм над дверцей топки к 160 минуте. К 360 минуте температура выросла до 155 оС, после чего рост температуры

прекратился;

- на дымоходе, в месте поворота в патрубок к 204 минуте. К 306 минуте температура увеличилась до 130 оС.

Максимальная температура 70 оС на лежанке достигла к 140 минуте.

Максимальный прогрев стенок дымохода в месте пересечения с кровлей составил 60 оС. Температура была отмечена к 300 минуте.

Максимальный прогрев пустошовки в кладке стены толщиной 65 мм составил 230 оС (120 мин), толщиной 120 мм - 215 оС (164 мин). Данные результаты свидетельствуют о том, что при неполном заполнении швов время прогрева стенок печи уменьшается практически в два раза.

Термическое разложение горючих материалов (бумага, ветошь), приложенных к пустошовке и к трещинам в кладке стены толщиной 65 и 120 мм происходило, через 4 минуты после начала топки.

Появление признаков пожара наблюдалось на передвижной стенке, установленной вплотную к стене печи, имеющей пустошовку, на 112 минуте при температуре 165 оС. Передвижная стенка, установленная на расстоянии 10 мм от стены печи с трещинами, прогрелась до 750 оС к 160 минуте.

Полученные данные подтверждают то, что наличие пустошовок и трещин в стенках и разделках печи является одним из факторов, способствующих возникновению пожара.

Воспламенение незащищенных сгораемых конструкций лучистым излучением из открытого топливника возможно на расстоянии 100 мм через 2,5 минуты после открывания дверцы топки.

Появление признаков возникновения пожара на ткани наблюдалось начиная с расстояния от топки 250 мм. На ткани, размещенной на большем расстоянии, признаков возникновения пожара не наблюдалось.

Проведенные исследования показали, что безопасная толщина разделки составляет 250 мм (при указанной толщине максимальная температура на внешней стороне разделки достигает 35 оС). Согласно [3, 4] размеры разделок печей и дымовых каналов с учетом толщины стенки печи следует принимать равными 500 мм до конструкций зданий из горючих материалов и 380 мм до защищенных конструкций

Учитывая необходимость увеличения долговечности и термостойкости конструкции разделки, которая достигается путем выполнения перевязки кладки, предлагается установить минимальный размер разделки печи не менее 380 мм.

Согласно проведенным исследованиям безопасное расстояние от наружной поверхности печи или дымового канала до стены или перегородки составляет 100 мм. Согласно [3, 4] указанное расстояние определяется в зависимости от толщины стенки печи и защищенности стенки от возгорания (от 200 до 500 мм).

Исследования показали, что безопасной является толщина печи 120 мм.

Результаты проведенных исследований легли в основу нормативного документа, устанавливающего требования к устройству, возведению и

эксплуатации отопительных и отопительно-варочных печей, работающих на твердом топливе.

Список использованной литературы

1. Сидорук В.И. Пожарная профилактика систем отопления / В.И. Сидорук. - М.: Стройиздат, 1988. - 79 с.

2. Пожарная профилактика в строительстве: Учеб. для пожарно-техн. училищ / Б.В. Грушевский [и др.]; Под ред. Б.В. Грушевского. - М.: Стройиздат, 1989. - 79 с.

3. Отопление, вентиляция и кондиционирование: СНиП 2.04.05-91. Введ. 01.01.1992. - М.: Ин-т промстройпроект, 1991. - С. 61.

4. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: СНБ 4.02.0103. Введ. 01.01.2004. - Минск: РУП «Стройтехнорм», 2003. - С. 66.