Современным фасадам гореть не пристало
На конференции «Современный фасад в Республике Беларусь: опыт проектирования и строительства», которая прошла 20 мая 2009 года в Минске, выступил заместитель начальника НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций МЧС Республики Беларусь Дмитрий СЕНЬКО. Он рассказал о пожарной опасности фасадных систем и облицовки наружных ограждающих конструкций, а также о других относящихся к данной теме вещах. Ниже – изложение письменной версии этого выступления.
Утепление наружных ограждающих конструкций зданий приобрело особую актуальность с началом активного применения в строительстве эффективных утеплителей, в первую очередь полимерных, которые по своей химической природе являются пожароопасными материалами. Это относится прежде всего к легким штукатурным системам утепления, в которых в качестве теплоизоляции стали использовать пенополистирол и некоторые виды пенополиуретанов, а также к вентилируемым фасадам, в конструкцию которых входят многослойные панели либо металлические листы с полимерным покрытием.
В НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций совместно с зарубежными коллегами провели исследования легких штукатурных систем и методов испытаний, применяемых за рубежом.
В Польше с 12 апреля 2002 года даны улучшенные правила по противопожарной безопасности теплоизоляции наружных стен. В этих правилах говорится, что утепление зданий высотой 25 метров и выше должно осуществляться негорючими материалами. Это накладывает ограничения на применение систем с использованием самозатухающего пенополистирола. В жилых зданиях высотой до 11 этажей, построенных до 1 апреля 1995 года, разрешается делать теплоизоляцию с самозатухающим пенополистиролом при условии нераспространения пламени. В Германии и Словакии самозатухающий пенополистирол можно применять в зданиях высотой не более 22 метров.
Государственной пожарной службой Польши проведен анализ пожаров теплоизоляции наружных стен и крыш зданий, возведенных с использованием пенополистирола и минеральной ваты. С 1999 по 2003 год зафиксировано 175 пожаров, когда теплоизоляция наружных стен и крыш повлияла на распространение пламени. В случае 58 пожаров теплоизоляция была выполнена из минваты или стекловаты либо была смешанного типа, в случае 117 пожаров – из пенополистирола. В большинстве случаев при нагревании материал теплоизоляции расплавился, что сильно повлияло на распространение пламени. Выводы: при горении облицовки возгорание пенополистирола наблюдалось в 67 процентах случаев; горение теплоизоляции вызвало трудности при спасении людей; наружная облицовка из горючих материалов способствовала переходу огня с одного этажа на другой по наружным стенам; в 13 процентах пожаров наружных стен огонь перекинулся с них на крышу.
Главная пожарная опасность штукатурных систем с плитным пенополистиролом – их потенциальная способность содействовать распространению пожара на расположенные выше этажи здания, если пламя выходит на фасад здания. Особо опасно выделение газообразных стиролов, образующихся при термической деструкции полистирола. Часть выделившихся газов, диффундируя через слой штукатурки, попадает в факел пламени и сгорает. Это значительно усиливает мощность теплового потока и его высоту, способствуя тем самым сокращению времени до разрушения остекления вышерасположенного этажа и распространению пожара на этот этаж.
Влияют на пожарную опасность систем утепления и термомеханические свойства декоративно-защитных штукатурок и, в частности, образование в них трещин. Уменьшение трещиностойкости штукатурок сопровождается ростом количества горючих продуктов термического разложения пенополистирола, которые поступают из внутреннего объема системы в факел пламени.
Пример проявления названных опасных факторов – пожар в жилом семиэтажном доме в Берлине 21 апреля 2005 года (фото 1). Пожар возник в квартире на третьем этаже из-за загорания телевизора и распространился по наружной поверхности фасада до шестого этажа. Дом построили в 1996 году, реконструировали в 2004-м, в том числе провели тепловую реабилитацию фасада, смонтировав легкую штукатурную систему утепления с пенопластом толщиной 80 миллиметров. Было предписано ввести в конструкцию утепления горизонтальные противопожарные пояса, или рассечки, и защиту оконных проемов из негорючей минваты. Но эти требования выполнены не были.
Факторы, способствовавшие быстрому, в течение примерно 20 минут, распространению берлинского пожара с третьего до шестого этажа:
– позднее сообщение о пожаре; владелец квартиры длительное время пытался потушить пламя собственными силами;
– отсутствие автоматической пожарной сигнализации и огнетушащих средств в квартире;
– открытые окна со шторами на вышележащих этажах;
– основные силы и средства пожарной команды в начальной стадии развития пожара были направлены на спасение людей;
– деревянная обрешетка стен, потолков и наружного утепления;
– применение пенополистирола в системе наружного утепления здания;
– отсутствие рассечек и междуэтажных поясов из негорючих материалов при устройстве утепления.
На основе анализа последствий берлинского пожара и проведенных научных исследований были выработаны требования по:
– ограничению устройства в жилых и общественных зданиях систем утепления фасадов с горючим утеплителем до высоты 22 метра;
– устройству междуэтажных поясов из негорючего утеплителя шириной не менее 1 метра;
– оборудованию квартир и лестничных клеток автоматической пожарной сигнализацией;
– установке дымонепроницаемых противопожарных входных дверей в квартиры.
Очевидно, для обеспечения пожаробезопасной эксплуатации штукатурных систем с пенополистиролом следует выполнять окантовки оконных и дверных проемов, а также поэтажные противопожарные пояса из негорючих минераловатных плит. Роль таких поясов и окантовок заключается в том, что: – они обеспечивают крепление декоративно-защитной штукатурки при тепловом воздействии пожара, так как у пенополистирола низкая температура начала усадки и плавления – 85 и 240 градусов, соответственно;
– горизонтальные пояса препятствуют распространению внутри системы утепления продуктов термодеструкции и тем самым ограничивают область усадки пенополистирола;
– все минераловатные элементы окантовки оконных и дверных проемов обеспечивают отсутствие разрушения штукатурной системы в этих самых напряженных в тепловом отношении областях фасада.
При отсутствии поясов пожарная опасность подобных систем существенно возрастает и возможно разрушение декоративно-защитной штукатурки (фото 2), особенно если она содержит по массе до 14 процентов, а иногда и более, полимеров. Полимерные штукатурки при нагревании до температуры, превышающей 240–260 градусов, могут переходить в пиропластичное состояние, сопровождающееся снижением прочностных свойств и разрушением под воздействием собственной массы.
Огневые испытания систем утепления с применением пенополистирольных плит с группой горючести Г4 показали следующее. При устройстве противопожарных поясов наблюдалось выгорание опытного образца на 100 процентов в глубину на площади примерно 4,3 квадратного метра и на 50 процентов в глубину на площади примерно 3,8 квадратного метра. Общая площадь повреждений составила 26,5 процента от общей площади поверхности фасада. Без противопожарных поясов образец выгорел на 100 процентов в глубину на площади примерно 21,9 квадратного метра и на 50 процентов в глубину на площади примерно 2,6 квадратного метра. Общая площадь повреждений составила 80,3 процента от общей площади поверхности фасада. В отношении наружных облицовок стен и вентилируемых фасадов из многослойных композитных панелей серьезную проблему представляет распространение пламени не только вверх, но и вниз по наружной стене, особенно в высотных зданиях. Особый интерес представляет анализ пожара, происшедшего 30 мая 2006 года в 34-этажном здании Административно-технологического комплекса Министерства транспорта и коммуникаций «Транспорт- Тауэр», город Астана, Казахстан (фото 3). Конструктивные особенности этого здания – несущий остов из монолитного железобетона; перегородки из гипсокартона по металлическому каркасу; во всех помещениях, кроме технических, подвесной потолок типа «Армстронг». Причина пожара – воспламенение горючих материалов на 27-м этаже от малокалорийного источника огня. Огнем и дымом были уничтожены наружная декоративная обшивка кровли, лестничных маршей на площади 1200 квадратных метров, мебель, бытовая техника и внутренние перегородки на площади 600 квадратных метров. Расчетная пожарная нагрузка в 30 кг/м2 состояла в основном из композитных панелей Alucobond китайского производства, полиэтилена, частично деревянных конструкций крепления композитных панелей. Пожарную опасность данного материала подтвердили и проведенные в НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций испытания. На натурном стенде с наружной облицовкой из композитных панелей наблюдалось образование горящих капель расплава слоя полимера, являвшегося наполнителем композитных панелей.
Факты свидетельствуют о необходимости тщательного исследования конкретных систем облицовки и утепления с учетом совокупного риска возможных опасных факторов от конструкции в целом. То есть для оценки пожарной опасности конкретных систем важны не только сведения о пожарно-технических характеристиках применяемых материалов, но и конструктивные особенности, способствующие ограничению распространения продуктов термической деструкции при огневом воздействии. По результатам проводимых в Беларуси с 2002 года испытаний и с учетом европейского и российского опыта выработаны критерии оценки пожарной опасности систем облицовок и утепления фасадов: наличие теплового эффекта в процентах, наличие вторичного источника зажигания, обрушение элементов системы, повреждение материалов образца. Соответствующие изменения внесены в НПБ 36-2002 «Нормы пожарной безопасности Республики Беларусь. Системы утепления и облицовки наружных ограждающих конструкций. Метод огневых испытаний и классификация».
Единственным реальным способом оценки их пожарной опасности является проведение крупномасштабных испытаний по СТБ 1761-2007 (ISO 13785- 2:2002) «Испытания для определения реакции фасадов зданий на воздействие огня. Часть 2. Крупномасштабное испытание». В соответствии с этим стандартом на экспериментальном полигоне построены и прошли калибровку две испытательные установки.
Согласно НПБ 36-2002, для металлических панелей с полимерным покрытием, а также для металлических сэндвич-панелей с негорючим утеплителем и других применяемых для систем утепления и наружной отделки зданий материалов, содержащих органические составляющие и имеющих группу горючести Г1 и теплоту сгорания материала не более 3 МДж/кг для однородных материалов и 3 МДж/м2 для слоистых материалов, а также не распространяющих пламя по поверхности, допускается огневые испытания не проводить и относить системы с такими материалами к классу КН0.
В пункте 82 НПБ 36-2002 говорится, что системы утепления, отделка и стены, в том числе с системой утепления или отделкой, подразделяются на классы пожарной опасности в соответствии с таблицей 1 по наименее благоприятному показателю.
Величина показателя наличия теплового эффекта принята от 20 процентов в отличие от российской классификации от 5 процентов. Это связано с тем, что погрешность измерений, выполняемых приемниками теплового потока, составляет 8 процентов, и испытания проводятся на открытой местности. В пункте 75 НПБ 36-2002 говорится, что повреждением считается обугливание материалов, из которых выполнена конструкция, на глубину более 2 миллиметров, их оплавление с признаками горения – обугливанием или образованием расплава черного цвета при светлых тонах окраски исходного материала, а также выгорание, отслоение и обрушение материалов, из которых изготовлен образец, образование трещин, проходящих сквозь весь слой материала.
В настоящее время пожарно-техническая классификация строительных и отделочных материалов в Беларуси регламентируется СНБ 2.02.01-98 «Пожарно- техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов». Для зданий со степенью огнестойкости выше VI применение горючих материалов для отделки фасадов не допускалось. На основании проведенных исследований и зарубежного опыта нормирования область применения современных материалов расширена. НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций совместно с РУП «Стройтехнорм» разработана область применения в зависимости от класса пожарной опасности систем.
В заключение стоит еще раз подтвердить то, что области и условия применения систем утепления и облицовки наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений должны определяться по результатам изучения каждой конкретной системы и ее составляющих.
Дмитрий ЖУКОВ
Утепление наружных ограждающих конструкций зданий приобрело особую актуальность с началом активного применения в строительстве эффективных утеплителей, в первую очередь полимерных, которые по своей химической природе являются пожароопасными материалами. Это относится прежде всего к легким штукатурным системам утепления, в которых в качестве теплоизоляции стали использовать пенополистирол и некоторые виды пенополиуретанов, а также к вентилируемым фасадам, в конструкцию которых входят многослойные панели либо металлические листы с полимерным покрытием.
В НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций совместно с зарубежными коллегами провели исследования легких штукатурных систем и методов испытаний, применяемых за рубежом.
В Польше с 12 апреля 2002 года даны улучшенные правила по противопожарной безопасности теплоизоляции наружных стен. В этих правилах говорится, что утепление зданий высотой 25 метров и выше должно осуществляться негорючими материалами. Это накладывает ограничения на применение систем с использованием самозатухающего пенополистирола. В жилых зданиях высотой до 11 этажей, построенных до 1 апреля 1995 года, разрешается делать теплоизоляцию с самозатухающим пенополистиролом при условии нераспространения пламени. В Германии и Словакии самозатухающий пенополистирол можно применять в зданиях высотой не более 22 метров.
Государственной пожарной службой Польши проведен анализ пожаров теплоизоляции наружных стен и крыш зданий, возведенных с использованием пенополистирола и минеральной ваты. С 1999 по 2003 год зафиксировано 175 пожаров, когда теплоизоляция наружных стен и крыш повлияла на распространение пламени. В случае 58 пожаров теплоизоляция была выполнена из минваты или стекловаты либо была смешанного типа, в случае 117 пожаров – из пенополистирола. В большинстве случаев при нагревании материал теплоизоляции расплавился, что сильно повлияло на распространение пламени. Выводы: при горении облицовки возгорание пенополистирола наблюдалось в 67 процентах случаев; горение теплоизоляции вызвало трудности при спасении людей; наружная облицовка из горючих материалов способствовала переходу огня с одного этажа на другой по наружным стенам; в 13 процентах пожаров наружных стен огонь перекинулся с них на крышу.
Главная пожарная опасность штукатурных систем с плитным пенополистиролом – их потенциальная способность содействовать распространению пожара на расположенные выше этажи здания, если пламя выходит на фасад здания. Особо опасно выделение газообразных стиролов, образующихся при термической деструкции полистирола. Часть выделившихся газов, диффундируя через слой штукатурки, попадает в факел пламени и сгорает. Это значительно усиливает мощность теплового потока и его высоту, способствуя тем самым сокращению времени до разрушения остекления вышерасположенного этажа и распространению пожара на этот этаж.
Влияют на пожарную опасность систем утепления и термомеханические свойства декоративно-защитных штукатурок и, в частности, образование в них трещин. Уменьшение трещиностойкости штукатурок сопровождается ростом количества горючих продуктов термического разложения пенополистирола, которые поступают из внутреннего объема системы в факел пламени.
Факторы, способствовавшие быстрому, в течение примерно 20 минут, распространению берлинского пожара с третьего до шестого этажа:
– позднее сообщение о пожаре; владелец квартиры длительное время пытался потушить пламя собственными силами;
– отсутствие автоматической пожарной сигнализации и огнетушащих средств в квартире;
– открытые окна со шторами на вышележащих этажах;
– основные силы и средства пожарной команды в начальной стадии развития пожара были направлены на спасение людей;
– деревянная обрешетка стен, потолков и наружного утепления;
– применение пенополистирола в системе наружного утепления здания;
– отсутствие рассечек и междуэтажных поясов из негорючих материалов при устройстве утепления.
На основе анализа последствий берлинского пожара и проведенных научных исследований были выработаны требования по:
– ограничению устройства в жилых и общественных зданиях систем утепления фасадов с горючим утеплителем до высоты 22 метра;
– устройству междуэтажных поясов из негорючего утеплителя шириной не менее 1 метра;
– оборудованию квартир и лестничных клеток автоматической пожарной сигнализацией;
– установке дымонепроницаемых противопожарных входных дверей в квартиры.
Очевидно, для обеспечения пожаробезопасной эксплуатации штукатурных систем с пенополистиролом следует выполнять окантовки оконных и дверных проемов, а также поэтажные противопожарные пояса из негорючих минераловатных плит. Роль таких поясов и окантовок заключается в том, что: – они обеспечивают крепление декоративно-защитной штукатурки при тепловом воздействии пожара, так как у пенополистирола низкая температура начала усадки и плавления – 85 и 240 градусов, соответственно;
– горизонтальные пояса препятствуют распространению внутри системы утепления продуктов термодеструкции и тем самым ограничивают область усадки пенополистирола;
– все минераловатные элементы окантовки оконных и дверных проемов обеспечивают отсутствие разрушения штукатурной системы в этих самых напряженных в тепловом отношении областях фасада.
Факты свидетельствуют о необходимости тщательного исследования конкретных систем облицовки и утепления с учетом совокупного риска возможных опасных факторов от конструкции в целом. То есть для оценки пожарной опасности конкретных систем важны не только сведения о пожарно-технических характеристиках применяемых материалов, но и конструктивные особенности, способствующие ограничению распространения продуктов термической деструкции при огневом воздействии. По результатам проводимых в Беларуси с 2002 года испытаний и с учетом европейского и российского опыта выработаны критерии оценки пожарной опасности систем облицовок и утепления фасадов: наличие теплового эффекта в процентах, наличие вторичного источника зажигания, обрушение элементов системы, повреждение материалов образца. Соответствующие изменения внесены в НПБ 36-2002 «Нормы пожарной безопасности Республики Беларусь. Системы утепления и облицовки наружных ограждающих конструкций. Метод огневых испытаний и классификация».
Единственным реальным способом оценки их пожарной опасности является проведение крупномасштабных испытаний по СТБ 1761-2007 (ISO 13785- 2:2002) «Испытания для определения реакции фасадов зданий на воздействие огня. Часть 2. Крупномасштабное испытание». В соответствии с этим стандартом на экспериментальном полигоне построены и прошли калибровку две испытательные установки.
Согласно НПБ 36-2002, для металлических панелей с полимерным покрытием, а также для металлических сэндвич-панелей с негорючим утеплителем и других применяемых для систем утепления и наружной отделки зданий материалов, содержащих органические составляющие и имеющих группу горючести Г1 и теплоту сгорания материала не более 3 МДж/кг для однородных материалов и 3 МДж/м2 для слоистых материалов, а также не распространяющих пламя по поверхности, допускается огневые испытания не проводить и относить системы с такими материалами к классу КН0.
В пункте 82 НПБ 36-2002 говорится, что системы утепления, отделка и стены, в том числе с системой утепления или отделкой, подразделяются на классы пожарной опасности в соответствии с таблицей 1 по наименее благоприятному показателю.
В настоящее время пожарно-техническая классификация строительных и отделочных материалов в Беларуси регламентируется СНБ 2.02.01-98 «Пожарно- техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов». Для зданий со степенью огнестойкости выше VI применение горючих материалов для отделки фасадов не допускалось. На основании проведенных исследований и зарубежного опыта нормирования область применения современных материалов расширена. НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций совместно с РУП «Стройтехнорм» разработана область применения в зависимости от класса пожарной опасности систем.
В заключение стоит еще раз подтвердить то, что области и условия применения систем утепления и облицовки наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений должны определяться по результатам изучения каждой конкретной системы и ее составляющих.
Дмитрий ЖУКОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 21 за 2009 год в рубрике материалы и технологии
