Требования пожарной безопасности к внутренней отделке

Дизайн внутренней отделки зданий является частью архитектурного проектирования. Материалы, используемые для отделки, относятся к категории пожарочувствительных, и подавляющее большинство пожаров в зданиях начинают распространяться и развиваться из внутренних помещений. Поэтому горючесть материалов внутренней отделки выступает одним из ключевых факторов, влияющих на динамику пожара и безопасность людей. Основное влияние отделочных материалов на пожарную обстановку и безопасность персонала проявляется в следующих аспектах: изменение скорости развития пожара от начального возгорания до общей вспышки, увеличение плотности пожарной нагрузки, выделение токсичного дыма и снижение видимости внутри помещений. По этой причине при проектировании внутренней отделки зданий обязательно необходимо учитывать требования пожарной безопасности.

[Справка] Плотность пожарной нагрузки — это отношение общего тепла сгорания, выделяющегося при полном выгорании всех горючих материалов внутри помещения, к расчетной площади этого помещения. В инженерной практике в качестве расчетной площади обычно принимают площадь пола.

10.2.1 Общие принципы проектирования

Внутренняя отделка чистого операционного отделения больницы включает в основном отделку стен, потолка и пола, а также внутреннюю мебель и декоративные элементы. При разработке проекта необходимо полно учитывать требования к герметичности и функциональному назначению пространства операционного отделения, грамотно разрешать противоречия между декоративной выразительностью, эксплуатационной безопасностью, удобством дезинфекции и уборки. По возможности следует использовать негорючие и трудногорючие материалы, отказываясь от образцов, которые при нагреве или горении выделяют большой объем дыма или токсичных газов. В соответствии с закономерностями распространения высокотемпературного дыма и развития пожара после возгорания внутри здания китайские нормативные документы требуют подбирать материалы по принципу постепенного снижения горючести отделки от потолка к полу в пределах одного помещения.

(1) Для чистых зон с неоткрывающимися или постоянно закрытыми окнами проектирование внутренней отделки выполняется по нормам для безоконных помещений.

(2) Для отделки потолков, стен и полов лестничных клеток без естественного освещения, закрытых и незадымляемых лестничных клеток должны применяться материалы класса А.

(3) В горизонтальных эвакуационных коридорах и вестибюлях у безопасных выходов для отделки потолка используются материалы класса А, для остальных конструкций — материалы с классом горючести не ниже B₁.

(4) Классы горючести отделочных материалов для различных конструктивных элементов гражданских зданий не должны быть ниже требований Таблицы 10.1.

Таблица 10.1 Классы горючести отделочных материалов для элементов гражданских зданий

(5) Отделочные конструкции не должны перекрывать средства противопожарной защиты (пожарные гидранты, автоматические пожарные извещатели, установки автоматического пожаротушения, системы противодымной защиты и дымоудаления и т.д.), эвакуационные указатели и выходы. Запрещается изменять направление открывания дверей эвакуационных и безопасных выходов, уменьшать эффективную ширину эвакуационных путей и выходов, создавать препятствия для нормальной работы противопожарных систем. Под эффективной шириной эвакуации понимают минимальную свободную ширину, необходимую для безопасного выхода людей, рассчитанную по нормативному количеству эвакуируемых и показателю пропускной способности на сто человек. По общепринятой международной практике при расчете также учитывается граничный эффект выхода или эвакуационного пути. При определении пропускной способности путей эвакуации в пределах пожарного отсека расчет ведется именно по эффективной, а не по чистой ширине прохода, на что следует обращать особое внимание.

Все остальные требования к противопожарному проектированию внутренней отделки зданий регламентированы национальным стандартом Нормы пожарной безопасности при проектировании внутренней отделки зданий (GB50222-95). 【Справка】 Эффективная ширина эвакуации. При ходьбе человек размахивает руками для поддержания равновесия, поэтому при движении по эвакуационному проходу люди не прижимаются вплотную к стенам или перилам, а выдерживают определенное расстояние. На границе прохода или выхода формируется неиспользуемый пограничный слой, ширину которого необходимо вычитать из чистой ширины конструкции при эвакуационных расчетах. Значения ширины пограничного слоя для разных типов проходов приведены в Таблице 10.2.

Таблица 10.2 Значения ширины пограничного слоя для разных типов эвакуационных проходов

10.2.2 Классификация и градация отделочных материалов

(1) Классификация и система градации.

Отделочные материалы чистого операционного отделения больницы по месту монтажа и назначению делятся на материалы для отделки потолка, стен, пола и перегородок, стационарную мебель, декоративные ткани (шторы, портьеры, покрывала, обивку мебели и т.д.) и прочие отделочные элементы (лестничные перила, картины багеты, плинтусы, шторные карнизы, экраны радиаторов отопления и т.д.).

В соответствии с национальным стандартом Метод классификации горючести строительных материалов (GB8624) все отделочные материалы делятся на четыре класса: негорючие (класс А), трудногорючие (класс B₁), горючие (класс B₂) и легковоспламеняющиеся (класс B₃). Большинство материалов классифицируется по общему стандарту GB8624, но для отдельных категорий действуют специализированные методики:

• напольные покрытия классифицируются по Определению критического лучистого потока напольных покрытий методом источника лучистого тепла (GB11785);
• декоративные ткани — по Определению огнезащитных свойств текстильных полотен вертикальным методом (GB5455);
• пластмассы — по Методу определения кислородного индекса (GB2406), Методу горизонтального горения (GB2408) и Методу вертикального горения (GB4609).

В стандарте GB50222 три последние специализированные категории материалов также ранжируются по классам B₁ и B₂.

【Справка】 Строительные отделочные материалы. ① По действующим китайским методикам пожарных испытаний гипсокартон на бумажной основе относится к классу B₁, но при монтаже на стальном каркасе он может использоваться как материал класса А. ② Фанера с нанесенным огнезащитным покрытием первого сорта относится к классу B₁. При отделке стен покрытие допускается наносить только на сторону, обращенную в помещение; при отделке подвесных потолков обработка выполняется с обеих сторон. ③ Бумажные или тканевые обои плотностью менее 300 г/м², наклеенные непосредственно на негорючее основание класса А, относятся к классу B₁. ④ Неорганические отделочные материалы на основании класса А относятся к классу А. Органические декоративные покрытия на негорючем основании с расходом влажного слоя менее 1,5 кг/м² относятся к классу B₁. ⑤ При многослойной отделке класс горючести каждого слоя должен соответствовать требованиям норм пожарной безопасности. Композиционные материалы проходят комплексные испытания в аккредитованной инспекции качества для подтверждения класса горючести. ⑥ При локальном размещении пористых и пенопластовых материалов на потолках или стенах их толщина не должна превышать 15 мм, а занимаемая площадь — 10 % от общей площади потолка или стены помещения.

(2) Полистирол в композиционных панелях и токсичность продуктов его горения.

Горючие продукты термического разложения полимеров при смешивании с воздухом в определенной пропорции и достижении температуры вспышки, температуры возгорания или температуры самовоспламенения инициируют устойчивое горение. Обычно температура возгорания на 20–30 ℃ выше температуры вспышки. Для полистирола температура вспышки составляет 360 ℃, температура возгорания — около 380 ℃, температура самовоспламенения — 495 ℃. Конструкция полистирольных композиционных панелей исключает прямой контакт полистирола с открытым пламенем при пожаре: материал деформируется, газифицируется и переходит к беспламенному горению за счет тепла, проходящего через защитный слой цементно-песчаного раствора.

Полистирольные теплоизоляционные плиты. Полистирольные сердечники практически не используются в системах наружных ограждающих конструкций, но широко применяются для внутренней теплоизоляции зданий, например на предприятиях пищевой промышленности. По пожарным характеристикам полистирол отличается от жесткого полиуретана (PIR/PUR): это термопластичный материал, который легко плавится, усаживается и воспламеняется. Температура его размягчения составляет около 100 ℃, температура плавления — около 180 ℃. При нагреве полистирол расплавляется, поверхность усаживается с образованием полостей, в которые проникает пламя. Это приводит к появлению горящих капель расплава, вытекающих с обеих сторон ограждающей конструкции. Испытания подтверждают: после проникновения пламени в сердечник огонь беспрепятственно распространяется между облицовками, выжигая внутренний слой. При ненадежном креплении облицовок происходит их преждевременное обрушение, которое резко ускоряет распространение пламени. При качественном монтаже облицовок и герметизации стыков внезапного выхода пламени на поверхность стены не происходит.

При крупномасштабных испытаниях полистирольные плиты демонстрируют следующие особенности пожарного поведения: плавление и усадка, выделение горящих капель расплава, рост интенсивности горения, скрытое распространение огня внутри облицовочного слоя, обрушение ненадежно закрепленных каркасов и облицовок.

Под токсичностью продуктов горения понимают отравляющие газы, выделяющиеся при горении или термическом разложении материалов, вдыхание которых приводит к гибели людей. Из-за высокой опасности таких газов исследования пожарной токсичности активно ведутся во многих странах. По результатам испытаний в продуктах горения распространенных органических полимеров присутствуют оксид углерода (CO), диоксид углерода (CO₂), диоксид серы (SO₂), аммиак (NH₃), метан (CH₄), цианистый водород (HCN), хлористый водород (HCl) и другие соединения. Основными газами, вызывающими гибель людей при пожарах, являются CO, CO₂ и HCN.

Пенополистирол при горении также выделяет токсичные соединения: оксид и диоксид углерода, метан, этилен и этан, но не образует цианистый водород. На долю метана, этилена и этана приходится всего около 2 % от общего объема выделившихся газов. Для испытаний токсичности используется горизонтальная трубчатая печь Линдберга, разработанная Национальным управлением США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). В ходе испытания 4 белых мыши помещаются в камеру с продуктами горения на 30 минут, каждые 10 минут фиксируется гибель и потеря трудоспособности животных. По результатам тестов 27 органических материалов были получены данные, приведенные в Таблице 10.3. Токсическая доза при пламенном и беспламенном горении различается: для полистирола токсичность при пламенном горении примерно в 1,76 раза выше, чем при беспламенном. Как правило, горение полистирола внутри сэндвич-панелей протекает в беспламенном режиме.

Таблица 10.3 Относительная токсичность полимерных материалов по результатам испытаний в печи Линдберга

Таблица 10.3 (продолжение)

(3) Национальные стандарты и методики пожарных испытаний жестких пенопластов.

В настоящее время в Китае действуют три основных нормативных документа, напрямую регламентирующих методы пожарных испытаний жестких пенопластов: Нормы проектирования пожарной безопасности зданий (GBJ-16-87), Жесткие пенополиуретаны для строительной теплоизоляции (GB10800-89) и Метод классификации горючести строительных материалов (GB8624-97). Для реализации этих стандартов было разработано около десяти национальных методик испытаний.

В обновленной редакции стандарта GB8624-97 был добавлен показатель кислородного индекса для большой группы материалов, но из-за ограниченной информативности этого параметра он практически не используется как обязательный нормативный показатель за рубежом. Китайские исследователи провели сравнительную оценку горючести 10 распространенных строительных материалов тремя методами: по кислородному индексу (минимальной концентрации кислорода, поддерживающей горение), по испытанию на воспламеняемость стандарта ISO (тепловое излучение) и по методу зажигания водородно-кислородным пламенем (конвекция). Результаты приведены в Таблице 10.4. Исследование показало, что ранжирование материалов по огнестойкости сильно различается в зависимости от выбранной методики. Например, огнезащитный полиуретан с кислородным индексом 24,5 занимает второе место по уровню огнестойкости из 10 образцов, но по методикам ISO и водородно-кислородного зажигания показывает наихудший результат. Это подтверждает, что оценка пожарной опасности материалов только по кислородному индексу ненадежна, поэтому использовать этот метод как основной нормативный для классификации строительных материалов следует с осторожностью. При этом в лабораторных исследованиях и при подборе рецептур продукции метод кислородного индекса широко используется благодаря точности количественных результатов.

Таблица 10.4 Сравнение результатов испытаний по методу кислородного индекса, стандарту ISO и методу водородно-кислородного зажигания

Примечание: испытания проведены в Лаборатории пожарных исследований Национального исследовательского совета Канады.

(4) Жесткий полиуретан относится к термореактивным материалам: при воздействии огня он затвердевает и обугливается. Полистирол же является термопластом — он плавится и воспламеняется при нагреве. Испытания полиуретановых плит показали, что и обычные PUR, и огнестойкие PIR материалы не допускают скрытого распространения пламени между слоями облицовки. Внутренняя облицовка незначительно коробится, но стыки сохраняют целостность. В точках контакта с источником огня пламя может проникать к сердечнику через стыки, но осмотр после испытаний фиксирует только локальное обугливание. Под действием тепла полиуретан постепенно разлагается с образованием плотного защитного угольного слоя. Сначала обугливается только слой, контактирующий с внутренней облицовкой, что блокирует прогрев остальной плиты. По мере развития пожара угольный слой утолщается до тех пор, пока огонь не затухает. В процессе горения материал выделяет дым: огнестойкий PIR полиуретан дымит незначительно, а обычный PUR дает большой объем дымовых газов.

Основные пожарные характеристики жестких теплоизоляционных плит по результатам крупномасштабных испытаний:

• сохранение целостности конструкции;
• отсутствие распространения пламени внутри сердечника;
• соответствие нормативным требованиям по теплоизоляции;
• отсутствие горящих капель расплава;
• постепенное разложение при температуре выше 300 ℃ с небольшим дымовыделением;
• локальная потеря адгезии облицовки к сердечнику в зоне нагрева без нарушения общей целостности;
• отсутствие дополнительных рисков для пожарных подразделений.

Испытания полиуретановых плит с системой орошения. Для оценки влияния sprinkler-систем испытания были повторены с установкой двух оросителей у горючей стены с нормативным шагом. Подача воды включалась вручную после полного развития пожара. За 30 секунд после включения пламя в стыках стен погасло, дым из черного стал серым, а затем постепенно побелел. Оросители увлажняли только первый слой и заднюю поверхность деревянного очага, поэтому температура в этих зонах снизилась с 550 ℃ до 100 ℃ за минуту, а средняя температура дымового слоя упала до 270 ℃.

Система водяного орошения не только эффективно подавляет развитие пожара, но и поддерживает температуру в зоне горения ниже уровня, при котором воспламеняется полиуретановый сердечник плит.

Для плит с системой орошения по результатам испытаний зафиксированы следующие эффекты: ограничение площади горения и вовлечения утеплителя в пожар, уменьшение зоны повреждения плит, снижение объема выделяемого дыма.

(5) Теплоизоляционные плиты из каменной ваты, в том числе высокоплотные.

Стандартная плотность таких плит составляет 100 кг/м³. Они используются в наружных ограждающих конструкциях, если по нормам требуется предел огнестойкости более 30 минут для теплоизоляционного слоя, а также в зонах с повышенной пожарной опасностью.

По результатам испытаний высокоплотные плиты из каменной ваты по пожарным характеристикам не уступают специализированным огнезащитным изделиям. Как и любые другие теплоизоляционные материалы и системы, они могут повреждаться при пожаре из-за коробления внутренней облицовки, а сердечник под действием высоких температур требует последующей замены.

Основные пожарные характеристики плит из каменной ваты по результатам крупных испытаний:

• сохранение структурной устойчивости;
• отсутствие распространения огня внутри сердечника;
• минимальное влияние утеплителя на динамику пожара;
• сохранение целостности теплоизоляционного слоя;
• разрушение клеевых составов и смол при температуре выше 300 ℃;
• локальная потеря адгезии и коробление плит в зоне нагрева.

(6) Плиты на основе стекловолокна и каменной ваты.

Сравнительные испытания проводились на стандартной сборке из внутренней облицовочной плиты, слоя теплоизоляционной ваты толщиной 86 мм и наружной защитной панели. Оценивалось поведение стекловолокна плотностью 11 кг/м³ и каменной ваты плотностью 23 кг/м³.

Сами минеральные волокна являются негорючими и не усиливают пожар, но связующие составы и воздухопроницаемые мембраны могут гореть, оказывая незначительное влияние на интенсивность пожара и дымовыделение. Испытания показали, что низкоплотная волокнистая вата сильно усаживается при температурах выше 600 ℃. Стекловата при 850 ℃ усаживается до толщины всего 10 мм. Более плотная каменная вата также повреждается вблизи источника огня, но ее усадка и потеря теплоизоляционных свойств значительно меньше.

Основные пожарные характеристики сборных систем из стекловолокна и каменной ваты по результатам крупномасштабных испытаний:

• сохранение структурной устойчивости;
• усадка утеплителя при температурах выше 500 ℃;
• полная потеря теплоизоляционных свойств при температурах выше 850 ℃;
• минимальное влияние сердечника на развитие пожара;
• локальная потеря адгезии и коробление плит в зоне теплового воздействия.

(7) Базовые требования к проектированию и строительству чистых операционных залов полностью обусловлены спецификой их работы: ① необходимость максимально долго поддерживать среду, близкую к стерильной; ② создание комфортных условий для работы медицинского персонала. Поэтому к стенам предъявляются требования экологической чистоты и высокой гигиеничности. Для их отделки предпочтительно использовать панели с низкой статической электризацией (снижающей налипание пыли), негорючие, с комфортным матовым покрытием, стойкие к гниению, простые в уходе, нетоксичные, ударопрочные и водонепроницаемые. На Рисунке 10.1 показан реальный операционный зал со стенами, отделанными такими огнестойкими панелями.

Рисунок 10.1 Операционный зал со стеновыми панелями из огнестойких плит