IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Показана актуальность совершенствования противодымной защиты зданий, представлен анализ основных нормативных правовых актов и документов в этой области, способов противодымной защиты, целей, задач, видов и требований к противодымной вентиляции, методик расчета параметров вытяжной противодымной вентиляции с естественным побуждением тяги, поставлены задачи для дальнейшего исследования.

Несмотря на принимаемые меры по повышению уровня пожарной безопасности и наметившуюся положительную тенденцию, в целом обстановка с пожарами в России остается сложной. Среднее число погибших на пожаре на 100 тыс. населения в России, которое, по мнению экспертов, наиболее объективно отражает уровень обеспечения пожарной безопасности, составляет 7 человек, что значительно превышает среднемировой уровень (рис. 1) [1]. Причем, по причине отравления токсичными продуктами горения (ПГ) при пожарах в зданиях погибает порядка 66% [2]. С учетом этого, проблема совершенствования пожарной безопасности и, в частности, противодымной защиты (ПДЗ) зданий, представляется актуальной.

К основным нормативным правовыми актами и документам в области ПДЗ зданий можно отнести технический регламент [3] и свод правил СП 7.13130 [4].

Рис. 1 — Среднее число погибших на 100 тыс. населения в 2014 году в различных странах

В техническом регламенте [3] сформулированы понятие, основные задачи и принципы ПДЗ, требования к ее конструкциям и оборудованию. Так, к системе ПДЗ зданий относят комплекс организационных мероприятий, объемно-планировочных решений, инженерных систем и технических средств, направленных на предотвращение или ограничение опасности задымления зданий и сооружений при пожаре, а также воздействия опасных факторов пожара (ОФП) на людей и материальные ценности.

Система ПДЗ здания должна обеспечивать защиту людей на путях эвакуации и в безопасных зонах от воздействия ОФП в течение времени, необходимого для эвакуации людей в безопасную зону, или всего времени развития и тушения пожара посредством удаления ПГ и термического разложения и (или) предотвращения их распространения, а также предусматривать один или несколько из следующих способов защиты:

1. использование объемно-планировочных решений зданий и сооружений для борьбы с задымлением при пожаре;
2. использование конструктивных решений зданий и сооружений для борьбы с задымлением при пожаре;
3. использование приточной противодымной вентиляции (ПДВ) для создания избыточного давления воздуха в защищаемых помещениях, тамбур-шлюзах и на лестничных клетках;
4. использование устройств и средств механической и естественной вытяжной ПДВ для удаления ПГ и термического разложения.

Как видим, технический регламент не определяет, в каком случае система ПДЗ должна обеспечивать безопасность людей в течение времени, необходимого для эвакуации людей в безопасную зону, а в каком случае — в течение всего времени развития и тушения пожара.

Помимо объемно-планировочных и конструктивных решений, к системе ПДЗ относится ПДВ, определение которой приведено в СП 7.13130 [4], где, также определены цели и задачи ПДВ, номенклатура помещений и зданий, подлежащих оборудованию системами ПДВ, требования к исполнению этой системы и отдельных ее элементов.

Под ПДВ понимают регулируемый (управляемый) газообмен внутреннего объема здания при возникновении пожара в одном из его помещений, предотвращающий поражающее воздействие на людей и (или) материальные ценности распространяющихся ПГ, обусловливающих повышенное содержание токсичных компонентов, увеличение температуры и изменение оптической плотности воздушной среды.

ПДВ следует предусматривать для предотвращения поражающего воздействия на людей и (или) материальные ценности ПГ, распространяющихся во внутреннем объеме здания при возникновении пожара в одном помещении на одном из этажей одного пожарного отсека.

Системы ПДВ зданий должны обеспечивать блокирование и (или) ограничение распространения ПГ в помещения безопасных зон и по путям эвакуации людей, в том числе с целью создания необходимых условий пожарным подразделениям для выполнения работ по спасанию людей, обнаружению и локализации очага пожара в здании.

Для каждого пожарного отсека системы ПДВ должны быть автономными. Исключение составляют системы ПДВ, предназначенные для защиты лестничных клеток и лифтовых шахт, сообщающихся с различными пожарными отсеками, а также системы вытяжной ПДВ, предназначенных для защиты атриумов и пассажей, не имеющих конструктивного разделения на пожарные отсеки. Подчеркивается, что системы приточной ПДВ должны применяться только в необходимом сочетании с системами вытяжной ПДВ, обособленное применение систем приточной ПДВ без устройства соответствующих систем вытяжной ПДВ не допускается.

В СП 7.13130 [4] указывается, что при определении расхода удаляемых ПГ следует учитывать:

1. подсосы воздуха через неплотности каналов систем вытяжной ПДВ;
2. подсосы воздуха через неплотности закрытых противопожарных клапанов по данным протоколов сертификационных испытаний (фактическим значениям удельной характеристики дымогазопроницанию испытываемых образцов), но не более чем определяемые выражением:

, 11* MERGEFORMAT ()

где — площадь проходного сечения клапана, м²;

— перепад давления на закрытом клапане, Па;

— удельная характеристика сопротивления дымогазопроницанию клапана, м³/кг.

Отметим, что СП 7.13130 [4] не содержат других указаний или соответствующих методик по расчету систем ПДВ, на практике для расчета параметров указанной вентиляции применяются методические рекомендации к СП 7.13130, разработанные ВНИИПО [5] и рекомендации, разработанные некоммерческим партнерством "АВОК" [6].

Рекомендации ВНИИПО [5] устанавливают перечень исходных данных и порядок выполнения расчетов основных параметров приточно-вытяжной ПДВ зданий различного назначения: жилых и общественных; производственных и складских, а также многофункциональных зданий и комплексов, закрытых подземных и надземных автостоянок.

По функциональным признакам рекомендации [5] вытяжную ПДВ подразделяют на две основные группы, одна из которых объединяет системы, предназначенные для удаления ПГ непосредственно из горящего помещения, другая — системы для удаления ПГ из смежных с горящим помещений.

Определение массового расхода удаляемых ПГ непосредственно из помещений осуществляется на основе уравнения неразрывности:

, 22* MERGEFORMAT ()

где , — массовый расход в конвективной колонке и удаляемых ПГ соответственно, кг/с; — средняя плотность газа в дымовом слое, образующемся в верхней части горящего помещения, кг/м³; — толщина образующегося дымового слоя, м; — эквивалентная площадь сечения дымового слоя в горизонтальной плоскости, м² [5].

Порядок и содержание расчета с учетом специфики защищаемых помещений определяются выбором функциональной зависимости массового расхода в конвективной колонке от мощности тепловыделения и толщины дымового слоя:

, 33* MERGEFORMAT ()

где — мощность тепловыделения очага пожара, кВт; — толщина образующегося дымового слоя, м.

Согласно [3] расчетное определение основных параметров вытяжной ПДВ данной группы должно производиться по условиям защиты только на период эвакуации людей из помещений либо на период ликвидации пожара пожарными подразделениями. Первое из указанных условий удовлетворяет следующим соотношениям [5]:

; 44* MERGEFORMAT ()

, 55* MERGEFORMAT ()

где , — текущее время и расчетное время эвакуации из помещений, с; — предельно допустимая толщина дымового слоя, при которой сохраняется свободная от задымления воздушная зона на горизонтальных путях эвакуации, м.

В этом случае .

Для другого из указанных условий справедливы соотношения:

, 66* MERGEFORMAT ()

где , — текущее время и время окончания спасательных работ, с.

В этом случае и расчет параметров вытяжной ПДВ осуществляется без интегрирования (2).

Расчет параметров вытяжной ПДВ, предназначенной для удаления ПГ из смежных с горящим помещений сводится к определению массового расхода удаляемых из коридора ПГ:

, 77* MERGEFORMAT ()

где — массовый расход удаляемых непосредственно из коридора ПГ, кг/с; — площадь двери при выходе из коридора по путям эвакуации, м²; — высота этой двери, м; значения коэффициента в данной зависимости составляют 1,0 и 1,2 для жилых и общественных зданий соответственно.

Одним из видов вытяжной ПДВ является естественная ПДВ (с естественным побуждением тяги).

Для систем естественной вытяжной ПДВ минимально необходимое проходное сечение дымовых люков (дымоприемных устройств, проемов дымоудаления), устанавливаемых в покрытиях зданий, определяется выражением [5]:

, 88* MERGEFORMAT ()

где — площадь проходного сечения i-го дымового люка, м²; — массовый расход газа через i-й дымовой люк, кг/с; — плотность газа в дымовом слое, кг/м³; — толщина дымового слоя, м; — плотность наружного воздуха, кг/м3; , , — аэродинамические коэффициенты ветрового напора, — скорость ветра, м/с; — коэффициент аэродинамического сопротивления i-го дымового люка.

Для определения минимально необходимой площади проходного сечения дымовых люков, устанавливаемых в наружных ограждениях фасадов зданий (в том числе в оконных проемах фрамуг с автоматически и дистанционно управляемыми приводами) применяется следующая зависимость [5]:

, 99* MERGEFORMAT ()

где — суммарная площадь проходного сечения принудительно открываемых фрамуг, м²; — суммарный массовый расход газа через открытые фрамуги, кг/с; — высота от расчетного уровня расположения нижней границы дымового слоя до геометрического центра фрамуг однорядного расположения, м; — коэффициент аэродинамического сопротивления однотипных фрамуг.

Помимо указанных рекомендаций ВНИИПО, на практике для определения параметров систем ПДВ для жилых и общественных зданий активно используются рекомендации некоммерческого партнерства инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике АВОК [6], тем более, что указанное партнерство предоставляет поддержку своих разработок на форумах [7].

Схема работы системы дымоудаления с естественным побуждением тяги, обеспечивающей незадымленную зону в нижней части горящего помещения, используемая для расчетов параметров ПДВ в рекомендациях АВОК, изображена на рис. 2 [6]. За счет разности плотностей нагретых ПГ и холодного воздуха в помещении над очагом пожара возникает восходящий поток, называемый конвективной струей (КС). Поднимающиеся в КС газы достигают потолка, растекаются по нему и образуют подпотолочный слой ПГ. Если площадь очага пожара F_Гограничена, через определенный промежуток времени величина расхода ПГ, поступающих с КС в подпотолочный слой, G_Кстабилизируется во времени. Для того, чтобы высота незадымленной зоны Z оставалась постоянной, необходимо соблюдение равенства массовых расходов ПГ, удаляемых из помещения G_У и поступающих в подпотолочный слой из КС G_К. Площадь проема дымоудаления F_У должна быть достаточной для того, чтобы соблюдалось условие G_У= G_К при заданной высоте незадымленной зоны Z [6].

Рис. 2 — Схема работы системы дымоудаления с естественным побуждением тяги

F_Г — площадь очага пожара, м²; Z — высота незадымленной зоны, м; Н — высота помещения от пола до места выброса ПГ, м; h_с — толщина слоя ПГ, м; F_У — площадь проема дымоудаления, м²; G_К — массовый расход ПГ, поступающих с КС в подпотолочный слой, кг/с; G_У — массовый расход удаляемых ПГ, кг/с.

Массовый расход ПГ, поступающих с КС в подпотолочный слой, G_К, кг/с, при расположении очага пожара на полу помещения определяется зависимостью [6]:

, 1010* MERGEFORMAT ()

где — конвективная составляющая мощности очага пожара (часть тепловыделения пожара, идущая на нагрев ПГ), кВт; Z — высота незадымленной зоны, м.

Задаваясь условием G_У= G_К, требуемую площадь проема дымоудаления F_У, м², определяют по зависимости:

, 1111* MERGEFORMAT ()

где — коэффициент расхода проема дымоудаления; — плотность ПГ, кг/м³; — располагаемый перепад давления (разность давлений внутри помещения и вне его на уровне проема дымоудаления), Па.

В случае, если нужно обеспечить незадымляемость путей эвакуации и помещений, смежных с горящим, необходимо определить массовые расходы воздуха, поступающего в горящее помещение через открытые проемы с заветренного G_З, боковых G_Б и наветренного G_Н фасадов здания, кг/с:

, 1212* MERGEFORMAT ()

, 1313* MERGEFORMAT ()

, 1414* MERGEFORMAT ()

где ,,— эквивалентная площадь проемов, находящихся на заветренном, боковых и наветренном фасадах, соответственно, м²; — плотность наружного воздуха, кг/м³; ,,— наружное давление на заветренном, боковых и наветренном фасадах, соответственно, Па; — давление на уровне пола в горящем помещении, Па; — высота проема, м; — ускорение свободного падения, м/с².

Площадь проходного сечения проема дымоудаления F_У, м², в этом случае определяется:

, 1515* MERGEFORMAT ()

Таким образом, в обеих указанных рекомендациях расчет системы ПДВ сводится к определению массового расхода удаляемых ПГ и площади сечения проемов дымоудаления, в связи с чем полезными могут быть основные положения теории горения, основ развития пожара в помещении, термогазодинамики и теплопередачи на пожаре, и в целом, моделирования пожаров [8-15].

В рамках дальнейшего исследования планируется выполнить следующие задачи:

1. анализ методик расчета ПДВ с механическим побуждением тяги жилых и общественных зданий, а также производственных зданий;
2. определение проблемной области в расчетах ПДВ, зависимости, которую необходимо исследовать, выработка гипотезы, планирование (построение матрицы эксперимента), проведение эксперимента и обработка его результатов.

Библиографический список

1. World fire statistic 2016. Report №21 [Электронный ресурс] / N. N. Brushlinsky, M. Ahrens, S. V. Sokolov, P. Wagner. – Электрон. дан. — Center of Fire Statistic of CTIF. — Режим доступа: http://www.ctif.org/sites/default/files/ctif_report21_world_fire_statistics_2016.pdf. — Загл. с экрана. — Рус., англ., нем.
2. Пожары и пожарная безопасность в 2015 году [Текст]: статистический сборник / под общей редакцией А.В. Матюшина. — М.: ВНИИПО. — 2016. — 124 с.: ил. 40.
3. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности [Электронный ресурс]: Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ. — Электрон. дан., свободный: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=LAW&n=200820&dst=0&rnd=0.21598698724493048#0. — Загл. с экрана.
4. СП 7.13130.2013. "Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности" [Электронный ресурс]: утвержден приказом МЧС России от 21.02.2013 N 116. — Электрон. дан. — Режим доступа: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=144507#0, свободный.
5. Расчетное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий: Метод. рекомендации к СП 7.131130.2013 [Текст]. — М.: ВНИИПО. — 2013. — 58 с.
6. Расчет параметров систем противодымной защиты жилых и общественных зданий [Электронный ресурс]: рекомендации АВОК 5.5.1. — 2015. — Электрон. дан. — Режим доступа: http://www.abokbook.ru/normdoc/529/, свободный.
7. Диалог специалистов АВОК [Электронный ресурс]. — Электронные данные. — Режим доступа: http://forum.abok.ru, свободный. — Заглавие с экрана.
8. Молчадский, И.С. Пожар в помещении [Текст] / И.С. Молчадский. — М.: ВНИИПО. — 2005. — 456 с.
9. Михеев, М.А. Основы теплопередачи [Текст] / М.А. Михеев. — М.: Госэнергоиздат, 1956. — 392 с.
10. Кошмаров, Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении [Текст]: учеб. пособие / Ю.А. Кошмаров. — М.: Академия ГПС МВД России. — 2000. — 118 с.
11. Однолько, А. А. Теория горения и взрыва. Возникновение и распространение горения. Оценка пожаровзрывоопасности: Курс лекций [Текст] / А. А. Однолько, С. А. Колодяжный, Н. А. Старцева ‑ Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. – 2-е изд., перераб. и доп. – Воронеж, 2011. – 137 с.
12. Ситников, И.В. Экспериментальное исследование и моделирование динамики удельной массовой скорости выгорания жидкости в условиях функционирования противодымной вентиляции [Текст] / И. В. Ситников, С. А. Колодяжный, А. А. Однолько // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. ‑ 2014. ‑ № 3 (35). ‑ С. 149-157.
13. Однолько, А. А. Проблемы применения математических моделей, определяющих время блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара при расчете пожарного риска [Текст] / А.А. Однолько, И.В. Ситников – Инженерные системы и сооружения. – 2010. – № 1. – С. 185-191.
14. Ситников, И. В. Анализ основных математических моделей пожара, применяемых для расчета времени блокирования путей эвакуации опасных факторов пожара [Текст] / И.В. Ситников, И.А. Шепелев, С.А. Колодяжный, А.А. Однолько // Инженерные системы и сооружения. – 2012. – № 1 (6). – С. 81-87.
15. Ситников, И. В. Интегральная модель динамики пожара при неустановившемся горении толуола [Текст] / И. В. Ситников, П. А. Головинский, А. А. Однолько // Пожаровзрывобезопасность. – 2014. – Т. 23. — № 2. – С.34-41.

Код для цитирования: Скопировать