Расчет расходов воздуха в клапане дымоудаления из коридоров при периодических и приемо-сдаточных испытаниях систем противодымной защиты жилых зданий

Calculation of Air Flowrate in Corridor Smoke Exhaust Valve During periodic and Acceptance Tests of Fire Protection Systems in Residential Buildings

V. M. Esin, Doctor of Engineering, Professor, Academy of State Fire Service of the Ministry of Emergencies of RF; S. P. Kalmykov, Candidate of Engineering, Academy of State Fire Service of the Ministry of Emergencies of RF; K. A. Noskov, Academy of State Fire Service of the Ministry of Emergencies of RF

Keywords: smoke protection, ventilation, combustion products, air flow, tests

Reliable operation of smoke exhaust system requires its periodic maintenance and testing, during which not only their working ability, but also technical characteristics/parameters are tested. The article authors have compared the results of air flowrate calculation in corridor smoke exhaust valves during periodic and acceptance tests in residential buildings, available methods, and methods that do not use certain assumptions. The results received provide for a conclusion on the precision of available methods.

Для обеспечения надежности работы системы дымоудаления требуется ее периодическое техобслуживание и проведение испытаний, в ходе которых проверяется не только работоспособность, но и их технические характеристики/параметры. Авторами статьи проведено сравнение результатов расчета расхода воздуха в клапане дымоудаления из коридоров при периодических и приемо-сдаточных испытаниях в жилых зданиях, имеющихся методик и методики, не использующей некоторых допущений. Полученные результаты позволяют сделать вывод о точности имеющихся методик.

Расчет расходов воздуха в клапане дымоудаления из коридоров при периодических и приемо-сдаточных испытаниях систем противодымной защиты жилых зданий

В. М. Есин, доктор техн. наук, профессор, Академия государственной противопожарной службы МЧС РФ

С. П. Калмыков, канд. техн. наук, Академия государственной противопожарной службы МЧС РФ

К. А. Носков, Академия государственной противопожарной службы МЧС РФ

Для обеспечения надежности работы системы дымоудаления требуются ее периодическое техобслуживание и проведение испытаний, в ходе которых проверяется не только работоспособность, проводится последовательное тестирование отдельных узлов, агрегатов систем дымоудаления/притока воздуха, но и их технические характеристики, например: работа различных видов клапанов в ручном/автоматическом режиме; фактический расход воздуха по отдельным зонам и помещениям; величина избыточного давления в шахтах лифтов, фойе, холлах, тамбур-шлюзах, вестибюлях, коридорах, являющихся путями эвакуации. Авторами статьи проведено сравнение результатов расчета расхода воздуха в клапане дымоудаления из коридоров при периодических и приемо-сдаточных испытаниях в жилых зданиях, имеющихся методик и методики, не использующей некоторых допущений. Полученные результаты позволяют сделать вывод о точности имеющихся методик.

Действующие в Российской Федерации нормативные [1–3] и другие документы предписывают устройство систем удаления дыма из коридоров зданий, высота которых от уровня проезда пожарных автомобилей до низа оконных проемов на верхнем, не техническом этаже, превышает 28 м. Устройство систем дымоудаления необходимо предусматривать из производственных, складских, многофункциональных, общественных и административно-бытовых зданий меньшей высоты (от двух этажей и более) в случаях отсутствия естественного проветривания во время пожара при длине коридора более 15 м. Кроме того, удаление продуктов горения при пожаре системами вытяжной противодымной вентиляции следует предусматривать из общих коридоров и холлов зданий различного назначения с незадымляемыми лестничными клетками, из атриумов и пассажей и в ряде других случаев, изложенных в нормативных документах [2].

Расчет параметров систем противодымной вентиляции выполняется с использованием методик [4–5]. Исходные данные для проведения расчетов регламентируются действующими нормативными документами [2]. В состав исходных данных входят:

• этажность здания, отметки этажей;
• геометрические данные коридора, размеры и положение (открыто или закрыто) дверей из коридора в защищаемый объем (лестничная клетка или лестнично-лифтовый холл);
• параметры наружного воздуха (температура наружного воздуха, скорость и направление ветра для теплого или холодного периода года);
• материал, геометрические параметры (размеры клапанов, воздуховодов и шахты) и аэродинамические характеристики (коэффициенты аэродинамического сопротивления и характеристики дымогазопроницания) элементов сети;
• расчетная температура продуктов горения, удаляемых из коридора через клапан дымоудаления.

Расчет требуемых параметров всех вентиляторов системы противодымной защиты вентиляции производится при одних параметрах наружного воздуха и температуре удаляемых из коридора продуктов горения. Порядок испытания параметров вытяжной и приточной систем противодымной вентиляции регламентируется в ГОСТ Р 53300–2009 «Противодымная защита зданий и сооружений. Методы приемо-сдаточных и периодических испытаний» [7]. Параметры наружного воздуха (температура, скорость и направление ветра) при испытаниях, как правило, могут существенно отличаться от соответствующих параметров, при которых производился расчет. Наибольшее отличие параметров в расчете системы дымоудаления от параметров при проведении испытаний состоит в том, что расчет параметров вентилятора дымоудаления производится при температуре нагретых продуктов горения, а испытания проходят при температуре холодного воздуха. При испытаниях системы не возникает «эффекта дымовой трубы» (движения продуктов горения за счет разности их плотности и плотности воздуха). Меняются аэродинамические характеристики сети и вентилятора, поэтому расход удаляемых через дымовой клапан продуктов горения может отличаться от соответствующего расхода воздуха. До настоящего времени этот вопрос в нормативных документах не отражался. Разработчиком ГОСТ Р 53300 в проекте изменений [8] к нему содержится обязательное приложение А «Расчетное определение требуемых значений расхода воздуха через открытые дымоприемные устройства в аэродинамических испытаниях противодымной вентиляции».

В основу указанной методики заложены дополнительные к принятым при расчете требуемых параметров вентилятора дымоудаления допущения. Эти допущения заключаются в следующем. Не учитывается влияние ветрового воздействия на параметры вентилятора дымоудаления, давление и температура внутри здания считаются равными соответствующим параметрам наружного воздуха. Температура и плотность продуктов горения определяются как среднее арифметическое между соответствующими значениями на входе в дымоприемное отверстие и перед вентилятором.

Для проверки влияния этих допущений на достоверность результатов, полученных с использованием методики [8], была проведена серия расчетов с использованием методики, не использующей указанные выше допущения. Расчет состоял в следующем. Сначала по методике, изложенной в [5], определялись требуемые параметры вентилятора дымоудаления: объемный расход удаляемого дыма и приведенное к нормальным условиям давление вентилятора. Затем по каталогам выбирается вентилятор. Аэродинамическая характеристика выбранного вентилятора аппроксимируется квадратичной параболой. С использованием метода половинного деления (бисекции) [8] определялся объемный и массовый расходы воздуха, удаляемого через дымоприемное отверстие. Расчеты проведены для 15- и 25-этажных жилых зданий в Москве.

Параметры наружного воздуха приняты равными –25 °С для холодного периода года и +23 °С для теплого периода года. Скорость ветра 2 м/с для теплового и холодного периодов года. Материал шахты дымоудаления – металл. Температура продуктов горения, удаляемых через дымоприемное устройство, в расчетах изменялась от 100 до 500 °С. Рассмотрены следующие варианты:

• расчет параметров вентилятора для теплого периода года, испытания в холодный период года;
• расчет параметров и испытания вентилятора для теплого периода года;
• расчет параметров вентилятора для холодного периода года, испытания в теплый период года;
• расчет параметров и испытания вентилятора для холодного периода года.

Таблица Результаты расчета расходов удаляемого воздуха при аэродинамических испытаниях вентиляционных систем дымоудаления из коридоров жилых зданий

№ п/п Температура наружного воздуха: в расчете/в испытаниях, 0 С Расход вентилятора: в констр. расчете/в поверочн. расчете, м 3 /ч Температура дыма, удаляемого из коридора /температура дыма перед вентилятором, К Расход дыма через клапан в конструкторском расчете, м 3 /ч Расход дыма через клапан в поверочном расчете/ по методике ГОСТ Р, м 3 /ч Отличие в расходах в м 3 /ч и в % Число этажей 15, материал шахты дымоудаления – металл 1 –25 -25 19 502 17 910 573 470 15 365 14 208 13 181 1027 и 7,2 2 +23 +23 19 688 18 493 573 476 15 365 12 642 12 717 –75 и 0,6 3 –25 +23 19 502 18 021 573 470 15 365 12 321 12 722 –401 и 3,3 4 +23 –25 19 688 18 361 573 467 15 365 14 565 13 196 1369 и 9 Число этажей 25, материал шахты дымоудаления –металл 5 –25 –25 22 240 19 948 573 438 15 365 12 767 11 654 1113 и 10 6 +23 +23 22 783 21 052 573 433 15 365 11 699 11 089 610 и 5 7 –25 +23 22 240 20 163 573 438 15 365 11 208 11 031 177 и 2 8 +23 –25 22 783 20 853 573 433 15 365 13 337 11 765 1572 и 12

Как видно из результатов, приведенных в таблице, значения параметров системы противодымной вентиляции, полученные с использованием методики [8], и значения, полученные в расчетах, не использующих ряд допущений, существенно не различаются. Отличие не превышает 20 %, что подтверждает точность используемой методики.

Вывод

Анализ результатов поведенных расчетов позволяет сделать вывод о том, что предложенная в [8] методика может использоваться для пересчета расхода воздуха, удаляемого системами дымоудаления из коридоров многоэтажных зданий при проведении аэродинамических приемо-сдаточных и периодических испытаний систем вытяжной противодымной вентиляции.

Дымоудаление: нормы и правила

Вентилирование и установки систем удаление дыма из помещений предусматривают на стадии проектирования, капитального ремонта или реконструкции зданий и сооружений. Техтребования регламентируются СНиП 2. 04. 05-91, конкретные рекомендации прописаны в Пособии 13. 91 к нему.

Противодымная вентиляция может быть общей для таких объектов как:

• жилые помещения различной площади;
• производственные помещения, относящиеся к категории В, допускается такая схема для общественных и административных зданий;
• таких же, относящихся к одной категорий А или Б если они располагаются на одном этаже;
• складов категорий А, Б и В, они должны быть однотипные;
• санузлов, общественных бань, душевых и иных сантехнических помещений.

Если в помещении постоянно пребывает большое количество людей, то ответвления воздуховодов не должны присоединяться общим магистралям, для них предусматривается установка резервного вентилятора. В производственных помещениях с наличием в воздухе взрывоопасных веществ используется только принудительная вентиляция, месторасположения всасывающих заборников учитывает особенности рабочих зон и архитектурной планировки здания. Воздух в них должен меняться не мене раза в час, если высота более 6 метров, то скорость дымоудаления не может быть меньшей 6 м 3 /ч на каждый квадратный метр.

Удаление дыма в аварийном порядке проектируется для обеспечения безопасной эвакуации из помещений людей и материальных ценностей. Удаление дыма должно производиться:

1. Из рабочих помещений промышленных цехов, бытовых и административных зданий при условии, что их высота ≥ 26,5 м. Дополнительно приемные устройства монтируются в коридорах длиной ≥ 15 м, если они не имеют естественного освещения.
2. Из общих коридоров и проходов в жилых домах высотой более десяти этажей, если по проекту у них лестничные клетки являются незадымленными. Для вентиляции из подвала монтируются отдельные воздуховоды и подключаются к существующим магистральным. Расчеты производительности выполняются в зависимости от регламентируемой кратности обмена воздуха в заданном объеме.

Согласно положениям строительных норм и правил удаление дыма так же проектируется:

• из каждого помещения складского или производственного назначения, если в них отсутствует естественное освещение, имеются оборудованные рабочие места или открытие окон не обеспечивает расчетной кратности обмена воздуха;
• из помещения площадью ≥ 55 м2 при условии, что в них хранятся горючие материалы и пребывают люди;
• гардеробных ≥ 200 м2.

Во время расчетов время, нужное для заполнения помещений дымом, определяется по формуле t = 6,39 * А(У -0,5 – Н -0,5 )/P_о. Где:

А ≤ 1600 м 2 – общая площадь или его часть, называемой резервуар, если она менее 1600 м2, а по периметру есть негорючие перегородки или завесы. Размеры перегородок от потолка до пола;

У – расположение нижней границы дыма. В помещениях уровень регламентируется в 2,5 м, а для дымных резервуаров берется высота от пола до низа противодымных завес;

Н – высота потолков, м;

P_о – сумма сторон очага возгорания.

После возгорания дым и газы должны удаляться только системами с искусственным побуждением и из нижних зон. Если время, за которое дым появляется в коридоре, превышает время эвакуации, то дымоудаление может не предусматриваться. Это же касается и лабораторных помещений площадью не более 36 м 2 , помещений с автоматическим установками пожаротушения площадью ≥ 200 м 2 и коридоров, если все комнаты, выходящие в них, имеют системы дымоудаления или пожаротушения.

Система дымоудаления и огнезащита воздуховодов в многоэтажном доме

Главное назначение защиты многоэтажных зданий от дыма, в том, что дымоудаление должно обеспечить безопасную эвакуацию жителей на лестничные клетки и исключать распространение дыма в шахтах лифтов. Удаление дыма организовывается из всех коридоров без возможности естественного вентилирования и для всех коридоров, если высота жилого здания превышает 28 метров. Нормы и правила регламентируются положениями СП 7. 13130-2013.

Незадымленные лестничные клетки могут быть трех типов:

1. Вход на лестничные клетки возможен снаружи по лоджиям, балконам и открытым переходам.
2. Отсутствие дыма обеспечивается за счет поступления наружного воздуха в большом объеме и создания зоны повышенного давления.
3. Отсутствие дыма обеспечивается за счет поступления свежего воздуха в тамбур-шлюза, расположенный спереди лестничной клетки. Подпор давления воздуха создается в шахтах лифтов, ведущих из подземных этажей.

Приямки для дымоудаления предусматриваются в подвалах многоэтажных зданий, объем конструктивных элементов учитывает этажность. Для высасывания ядовитых газов может предусматриваться подключение принудительного дымоудаления.

Государственные стандарты требуют выполнять расчеты систем вентиляции и дымоудаления по наиболее сложным критериям:

1. Очаг возгорания располагается на первом этаже многоэтажного дома. Пожар может распространиться на всю высоту здания.
2. Окна в загоревшемся помещении расположены с наветренной стороны, а входная дверь и воздухозаборы на заветренной. Такое расположение усиливает тягу и увеличивает скорость распространения дыма по помещениям здания. Система призвана обеспечивать требуемую эффективность в сложных условиях.
3. Кабины лифтов имеют открытые двери. Образуются сквозняки, за счет перепада давления и естественной тяги дым быстро распространяется по шахтам лифтов.

С учетом исходных данных расчеты выполняются таким образом, чтобы вентиляция и дымоудаление выполнялись с учетом нормативных данных. После завершения монтажных работ стандарты требуют обязательной проверки работоспособности системы, на основании полученных данных составляется акт приема в эксплуатацию. К проведению испытаний допускаются только лицензированные компании, работы должны выполняться в присутствии заказчика и представителя пожарной инспекции.