Горение древесины при пожаре

ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

Горение древесины при пожаре

Учебно-методическое пособие

Железногорск

2021

УДК 624.011.1

ББК 38.3+68.9

А 61

А 61
Амельчугов Сергей Петрович. 
Горение древесины при пожаре: учебно-методическое пособие 
[Текст] / С.П. Амельчугов, Р.Г. Шубкин. – Железногорск: Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2021. - 82 
с. 

Пособие содержит описание лекционного курса, основные лекции, их содер
жание и рисунки, контрольные вопросы, список рекомендуемой литературы.

Предназначено для студентов специалитета 20.05.01 «Пожарная безопас
ность, и направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность».

© ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия 
ГПС МЧС России, 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ
4

1.
ГОРЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ НА КОРНЮ
12

2.
ИТЕРАТИВНОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
25

3.
ОГНЕСТОЙКОСТЬ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕ
ВЕСИНЫ ПРИ ПОЖАРАХ В ЗДАНИЯХ

30

4.
ОГНЕСТОЙКОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯН
НЫХ КОНСТРУКЦИЙ

54

5.
ПОВЫШЕНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ НЕСУЩИХ ДЕРЕВЯННЫХ 

КОНСТРУКЦИЙ

97

6.
ОГНЕСТОЙКОСТЬ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
112

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

135

136

ВВЕДЕНИЕ

Древесина издавна используется человечеством в качестве строительного 

материала. 

К достоинствам древесины следует отнести: легкость добычи, богатую сы
рьевую базу; простоту обработки и соединения; невысокую стоимость; высокую

относительную прочность (отношение предела прочности на сжатие, изгиб к объ
емной массе материала), её величина прочности значительно выше, чем у стали, 

бетона, кирпича; малую теплопроводность – ниже, чем у стали примерно в 400 

раз, в 10-12 раз меньше, чем у железобетона и в 5-7 раз ниже, чем у кирпича, это 

позволяет использовать древесину в качестве теплоизоляционного материала; ма
лую температурную деформацию.

У древесины существуют и недостатки: анизотропность (неоднородность) 

строения приводит к существенному различию характеристик древесины (проч
ности, теплопроводности и др.) в направлениях вдоль и поперек волокон; наличие 

пороков (сучки, трещины, искривления и т.д.), приводящее к значительной неста
бильности свойств древесины; гигроскопичность древесины существенно влияет 

на ее характеристики, а также размеры и форму, склонность к гниению, повре
ждению различными насекомыми, что приводит к снижению механических 

свойств и горючести.

Наиболее широкое применение в современном строительстве нашли хвой
ные породы (ввиду большей распространенности и лучшего качества древесины). 

Лиственные породы (осина, береза, ольха, липа, тополь) в основном применяются 

для постройки временных зданий, оград. Их также используют для изготовления 

дверей, наличников, перегородок, опалубки при бетонных работах.

Сортамент лесоматериалов состоит из следующих видов изделий: круглые, 

в виде бревен; пиломатериалы (доски, бруски, шпалы); изделия для пола (паркет, 

торцовая шашка); изделия для кровли (дрань, щепа); погонажные детали (плин
тусы, наличники для окон и дверей, поручни); клееные деревянные конструкции; 

элементы для сборного домостроения; фанера; пластмассы, содержащие древес
ный заполнитель (ДВП, ДСП); конструкции из профилированного бруса; кон
струкции с использованием плит клееных из пиломатериалов с перекрестным рас
положением слоев; конструкции из дощато-гвоздевых плит (технология MHM); 

конструкции с использованием плит древесных с ориентированной стружкой 

(ОСП, OSB); древесные пластики (листовые материалы, состоящие из шпона, 

пропитанные синтетическими смолами и затем склеенные в процессе термообра
ботки под давлением).

Производство новых индустриальных изделий из древесины (фанеры, ДВП, 

ДСП, клееных конструкций) позволяет использовать неделовую древесину и от
ходы лесопильных и деревообрабатывающих предприятий, что является основ
ным источником экономии лесных материалов в строительстве. Дело в том, что в 

нашей стране ежегодно заготавливают более 280 млн. м3 деловой древесины, а на 

различных стадиях ее переработки образуется около 120 млн. м3 отходов. 

Важнейшим для строительства зданий показателем способности древесины 

аккумулировать теплоту, является удельная теплоемкость С, представляющая со
бой количество теплоты, необходимое для того, чтобы нагреть 1 кг материала на 

1 К (или на 1°С). 

Поскольку состав древесного вещества у всех пород одинаков, удельная 

теплоемкость древесины не зависит от породы и при температуре 0 °С для абсо
лютно сухой древесины равна 1,55 кДж/(кг·°С). С повышением температуры 

удельная теплоемкость древесины несколько возрастает по линейному закону и 

при 100 °С увеличивается примерно на 25 %. Значительно сильнее влияет на теп
лоемкость увлажнение древесины. Так, увеличение влажности древесины от 0 до 

130 % приводит к повышению теплоемкости примерно в 2 раза.

Показателем интенсивности переноса теплоты в материале является коэф
фициент теплопроводности λ, который численно равен количеству теплоты, про
ходящей в единицу времени через стенку из древесины площадью 1 м2 и толщи
ной 1 м при разности температур на противоположных сторонах стенки в 1 °С. 

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·°С). Коэффициент λ повы
шается с увеличением плотности, влажности и положительной температуры (во 

влажной и сырой древесине); он примерно в 2 раза больше вдоль волокон, чем 

поперек, причем у пород с хорошо развитыми сердцевинными лучами в радиаль
ном направлении λ несколько больше, чем в тангенциальном. При изменении 

плотности ρ от 350 до 600 кг/м3 λ возрастает в 1,8 раза. Чем выше ρб, тем сильнее 

ее влияние на теплопроводность древесины.

Показателем способности древесины выравнивать температуру является 

коэффициент температуропроводности а, м2/с, который представляет собой отно
шение коэффициента теплопроводности к теплоемкости единицы объема древе
сины. Увеличение содержания связанной воды в древесине почти не отражается 

на коэффициенте температуропроводности, так как его значения у древесного ве
щества и воды довольно близки. Однако повышение содержания свободной воды, 

у которой коэффициент а примерно в 100 раз меньше, чем у замещаемого ею воз
духа в полостях клеток, приводит к резкому снижению температуропроводности 

древесины.

При нагревании твердых материалов, в том числе и древесины, происходит 

увеличение их объема. Коэффициент линейного теплового расширения а показы
вает на сколько изменяется единица длины тела при нагревании его на 1 °С. 

Наименьший коэффициент а в направлении вдоль волокон; величина его для су
хой древесины колеблется в пределах (2,5-5,4)∙10-6 1/°С. Тепловое расширение 

поперек волокон значительно больше (иногда в 10-15 раз), чем вдоль волокон, 

причем в тангенциальном направлении оно обычно в 1,5-1,8 раза выше, чем в ра

диальном. Коэффициент линейного расширения вдоль волокон древесины состав
ляет 1/10-1/3 коэффициентов теплового расширения стекла, бетона и металлов. 

При нагревании влажной древесины одновременно происходит усушка, которая 

маскирует в десятки раз меньшее тепловое расширение древесины поперек воло
кон.

Показатели, характеризующие тепловые свойства древесины, использу
ются для расчета процессов ее нагревания, сушки, оттаивания, замораживания, 

потерь теплоты через ограждения из древесины.

Древесина весьма чувствительна к нагреву. Уже при температуре материала 

порядка 110˚С (383К) начинается ее разложение, сопровождающееся выделением 

летучих веществ, что можно обнаружить по характерному запаху.

При температурах 110-150˚С (383-423К) происходит выделение из древе
сины, в основном, негорючих продуктов разложения (вода, углекислый газ), что 

сопровождается изменением цвета древесины (она желтеет).

При температурах 150-200˚С (423-473К) древесина начинает обугливаться, 

приобретая коричневую окраску. Газы, выделяющиеся при этом, являются горю
чими и состоят в основном из окиси углерода, водорода и паров органических 

веществ. Однако выделяющихся продуктов разложения недостаточно, чтобы об
разовалась горючая смесь и началось пламенное горение. Это возможно лишь при 

более высоких температурах.

При 250-300˚С (623-673К) происходит воспламенение продуктов разложе
ния древесины.

Идеальная схема разложения древесины:

(1)

Для горения, как известно, необходимы 3 основных условия:

- наличие горючего материала (в данном случае древесины);

C
O
H
CO
O
H
C
n



2
2
5
10
6
)
(

- наличие источника зажигания (воспламенения), способного нагреть дре
весину до температуры 250-300˚С (523-573К);

- наличие окислителя, т.е. беспрепятственного доступа воздуха в зону горе
ния.

Процесс горения древесины протекает в две стадии:

- пламенное горение продуктов разложения;

- тление образующегося угля.

Однако основное свойство, горючесть древесины, весьма ограничивает 

применение древесины в строительстве.

Пожары в поселениях с преобладающей деревянной застройкой, особенно 

в сочетании с ландшафтными пожарами [1], наносят большой ущерб.

Лесные пожары, на протяжении веков выполнявшие роль регулирующего 

фактора лесных экосистем, в современных условиях являются скорее катастро
фическим событием с разных точек зрения: экономической, социальной, экологи
ческой. Экономический ущерб от потерь поврежденной огнем древесины сопро
вождается затратами на тушение пожаров. Экологический ущерб выражается в 

гибели естественных местообитаний растений и животных, ухудшении средооб
разующих функций природной среды, выделений большого объема парниковых 

газов в атмосферу.

Крупномасштабные лесные пожары, требующие мобилизации значитель
ных средств на борьбу с ними, возникают периодически. Поэтому, прогнозирова
ние их возникновения возможно и целесообразно со всех точек зрения. Информа
ция о грядущей повышенной пожарной опасности позволит заранее привести в 

готовность имеющиеся средства и силы пожаротушения и минимизировать опи
санные выше ущербы.

Процессы, происходящие в лесах, обладают итеративностью, т.е. доста
точно однотипной повторяемостью во времени. В практическом смысле это про
является в цикличности явления, в нашем случае - лесных пожаров. Чем больший 

временной промежуток привлекается для анализа, тем точнее будут установлены 

причины и размерность итеративности возникновения лесных пожаров. Отсюда 

становится ясной необходимость ретроспективного восстановления хронологии 

лесных пожаров за максимально большой срок времени.

Строительные конструкции зданий и сооружений, выполненные из дерева, 

являются одним из компонентов горючей системы, способствующей распростра
нению пожара. 

Общество реагирует на обстановку с пожарами принятием дополнительных 

нормативных ограничений, что привело к созданию достаточно сложной модели 

противопожарной защиты населенного пункта [2]. Зачастую застройщики при 

строительстве деревянных зданий и сооружений не могут преодолеть ограниче
ния установленных норм пожарной опасности, прежде всего по экономическим 

причинам. Между тем, развитие технологий деревянного домостроения, в том 

числе огнестойкого, создание новых способов обнаружения пожаров, приемов ре
агирования на возникающие пожары, совершенствование технических средств 

спасания людей от пожара и т.д., создают предпосылки для смягчения требований 

нормативных документов в области пожарной безопасности. Введение норм тех
нического регулирования и принятие технических регламентов, устанавливаю
щих требования на основе исследования пожарного риска [5], в корне изменило 

принципы противопожарного нормирования безопасности зданий и сооружений. 

На сегодняшний день деревянные конструкции, элементы конструкции и 

изготовляемые из дерева детали узловых соединений составляют до 25% стоимо
сти материалов в мировом строительстве (см. рис. 1.) По аналитическим данным 

статистических компаний США себестоимость возведения металлического кар
каса аналогичной расчетной схемы выше в 1,5 раза, железобетонного – в 3,1 раза. 

Одним из наиболее продвинутых в технологическом плане вариантов кон
структивного решения является клееная древесина. Клееная древесина по сравне
нию с применением цельных деревянных элементов конструкций имеет ряд не
оспоримых преимуществ: 

– повышенная прочность по сравнению с цельными деревянными элемен
тами за счет сочетания свойств клея и дерева;

– отсутствие напряжений, возникающих в результате усушки древесины;

– улучшенная теплоизоляция;

– повышенная огнестойкость за счет возможности применения специаль
ных огнестойкий клеевых составов;

– уменьшенная усадка в результате усушки древесины.

Рисунок 1 – Процентное соотношение стоимости деревянного объема строительства в общем 

объеме строительства
/ малоэтажном строительстве

Однако существуют и отрицательные стороны применения инженерной 

древесины. Основной проблемой является увеличение трудоемкости при произ
водстве клееных конструкций непосредственно на строительной площадке, что 

влечет за собой существенное увеличение стоимости производства строительных 

конструкций из инженерной древесины. Данная проблема решается при помощи 

заводского изготовления клееных элементов конструкций и поставке на строи
тельную площадку готовых элементов как в виде отдельных элементов строи
тельных конструкций, так и сборных модулей, например, таких, как CLT-панели.

Применение готовых клееных конструкций позволяет уменьшить не только 

стоимость производства и строительства в целом, трудоемкость, но и, по совокуп
ности всех факторов, сроки строительства и проведения строительно-монтажных 

работ по реконструкции и капитальному ремонту зданий и сооружений. 

По совокупности всех вышеописанных факторов можно утверждать, что 

применение конструкций из инженерной древесины является прогрессивным ме
тодом строительства и имеет хорошую перспективу по развитию данной отрасли 

строительства.