Валідація методів визначення теплових показників систем вогнезахисту сталевих конструкцій

Abstract

Надано процедуру валідації методів визначення теплових показників систем вогнезахисту сталевих конструкцій, засновану на проведенні натурного (валідаційного) експерименту, яка забезпечує автоматизацію процесу валідації. Ця процедура містить етапи експериментального визначення температури зразків сталевих конструкцій (балок, колон завдовжки 1,0 м), оснащених певною системою вогнезахисту, в умовах вогневого впливу за стандартного температурного режиму, розрахунку теплових показників за методикою, наведеною в стандартах EN 13381-4 і EN 13381-8, та за методикою, яку засновано на розв’язанні оберненої задачі теплопровідності й задачі оптимізації та порівняння розрахункових і дійсних значень визначальних показників. Методика проведення валідаційного експерименту, регламентована в процедурі, відповідає наведеній в зазначених стандартах, за винятком того, що в ній не застосовують навантажені зразки (балки чи колони), призначені для оцінювання здатності системи вогнезахисту до зчеплення. Застосована математична модель для визначення розрахункових значень коефіцієнта теплопровідності вогнезахисного матеріалу і необхідної мінімальної товщини вогнезахисту відповідає наведеній в зазначених стандартах. У математичній моделі, яку використовують в процедурі валідації для визначення дійсних (умовно точних) значень коефіцієнта теплопровідності та необхідної мінімальної товщини, на обігрівній поверхні системи вогнезахисту задають граничні умови складного конвективно-радіаційного теплообміну (коефіцієнти тепловіддачі і теплового випромінювання, а також температуру в печі). Це її відрізняє від математичної моделі, наведеній в зазначених стандартах, в якій на цій поверхні задають значення температури, котре дорівнює температурі в печі, і не враховано теплообмін між піччю і системою вогнезахисту. З’ясовано, що для забезпечення автоматизації процесу валідації за зазначеною процедурою необхідно розробити та впровадити інтелектуальну систему керування температурним режимом у печі, а також програмний продукт, який забезпечує автоматизацію процесу введення та збереженість вхідних і вихідних даних, необхідних для реалізації процедури валідації, а також розв’язання оберненої задачі теплопровідності й задачі оптимізації.

This article presents the procedure for the validation of methods for determining the thermal performance of fire protection systems of steel structures, based on conducting a full-scale (validation) experiment, which ensures the automation of the validation process. This procedure includes the stages of experimental determination of the temperature of samples of steel structures (beams, columns 1.0 m long), equipped with a certain fire protection system, under the conditions of fire exposure at a standard temperature regime, calculation of thermal performance according to the methodology given in the standards EN 13381-4 and EN 13381-8, and according to the method, which is based on solving the inverse problem of thermal conductivity and the optimization problem, and comparing the calculated and actual values of the determining performance. The method of conducting the validation experiment, regulated in the procedure, corresponds to that given in the specified standards, except that it does not use loaded samples (beams or columns) intended for evaluating the ability of the fire protection system to bond. The applied mathematical model for determining the calculated values of the coefficient of thermal conductivity of the fire protection material and the required minimum thickness of the fire protection corresponds to that given in the specified standards. In the mathematical model, which is used in the validation procedure to determine the valid (conditionally accurate) values of the thermal conductivity coefficient and the required minimum thickness, the boundary conditions of complex convective-radiative heat exchange (coefficients of heat transfer and thermal radiation, as well as the temperature in the furnace) are set on the heating surface of the fire protection system. It was determined that in order to ensure the automation of the validation process according to the specified procedure, it is necessary to develop and implement an intelligent temperature control system in the furnace, as well as a software product that ensures the automation of the input process and the preservation of input and output data necessary for the implementation of the validation procedure, as well as the development solving the inverse heat conduction problem and the optimization problem.