X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

In case of fire the greatest danger to human life is not fire and high temperature air but smoke. Smog can provoke panic, to mislead people and cause poisoning. To prevent such problems, install in the premises a smoke control system, which can localize carbon monoxide, to clean the room from small particles of dust and ash.

Smoke extraction — the removal of smoke and flow clean air system supply and exhaust smoke ventilation of buildings to ensure safe evacuation of people from buildings in case of fire, resulting in one of the rooms. Hence the definition of the smoke exhaust system is a complex emergency ventilation, creating the conditions for evacuation in case of fire. System smoke protection is included in the total set of measures of fire safety.

Smoke evacuation system performs the following tasks:

1. Prevent the spread of fire with the fire.

2. Reduction of smoke on escape routes.

3. Maintenance of a normal microclimate outside of the fire - this will effectively do the job staff fire.

4. Lowering the temperature of the air in the room. In closed buildings during a fire, the temperature can reach 1000°C and for the well-functioning of smoke control system the temperature is reduced to 400°C. Such a degree, according to regulations, must be able to withstand the office and residential buildings – risk of collapse is greatly reduced and people can leave the danger zone.

5. Monitoring and timely notification of the occurrence of ignition source.

6. The opening of automatic doors, Windows for removal of combustion products and ventilation of the building.

7. Maintaining the oxygen concentration in the normal state is necessary for the evacuation and safety of people.

Fire ventilation system is functioning according to the laws of physics: cold air sinks down the room, as warm rises. Equipment for removal of warm air will help to limit the temperature rise and reduce the negative impact of smoke on the human body.

Smoke exhaust system is an expensive complex, its technical characteristics and reasonable structure require special design.

Elements of the smoke control system

Smoke is produced through the existing ventilation shaft, the inner surface of which is coated with a fire retardant. However, more effective is the use of the individual communications with specific fans and ducts. Smoke fans – large heat-resistant installation increased power. Minimum air flow is 20,000 m3/hour. Smoke fans capable of operating at very high temperatures. The fan pumps out smoke, combustion products from the fire. Some models of fans alternately perform two functions: provide clean air and a smoke. Smoke fans mounted on the roof of the building.

The fan air overpressure pressurized stairwells, Elevator shafts and lobbies, gateways, excluding them smoke.

Smoke hatches are mounted on the roofs of buildings and in case of fire, automatically opens. As these hatches can be used in rooflights, which under normal conditions perform the functions of lighting and ventilation.

Ventilation ducts, smoke extraction (mine) is a duct of large cross section, made of black steel. Material thickness shall be not less than 1.2 mm, it increases resistance of ducts smoke to high temperatures.

No less important element smoke extraction systems – fire dampers. There are four categories of fire dampers:

Fire dampers (normally open valves) mounted in air ducts of air-conditioning, air heating and General ventilation. Under normal conditions, the valves are fully open and in case of fire the valves close and prevent ingress of combustion products into other areas of the room.

Smoke flaps the smoke ventilation system ensure the reception of the smoke and redirect it in the smoke pit.

Fire-prevention normally closed valves mounted in the system of antismoke ventilation. The valves are always closed, and only in the event of a fire are opened for smoke extraction. If the room is equipped with powder or gas fire extinguishing system, the valves will be opened for the removal of gas and noxious fumes.

Valves of double action installed in the main ventilation system. During the fire he plays the role fire-retardant valve, and after the elimination of a fire the valve is opened for removing gas and smoke from the buildings, equipped with powder and gas firefighting.

Modes of operation of smoke exhaust systems

Smoke removal system operates on the same principle as the system of ventilation, and can be statistical or dynamic mode. The statistical system of smoke removal is only relevant in homes and in the premises, which is not subject to special fire safety requirements. For static smoke extraction occurs emergency shutdown of ventilation. The smoke does not "pass" to other areas of the room. This system is the most primitive and affordable. In fact, the smoke exhaust, as it happens, all the smoke is localized in the same room. In large enterprises it is advisable to set up a dynamic smoke exhaust system, which not only removes the smoke, but also delivers inside the fresh air. The work is based on the use of fans that "pull in" outside the premises (building) products of combustion. Dynamic systems may function as on a single fan operating alternately in different directions (exhaust smoke or fresh air supply) and a separate fan flow and air pressurization, or a combination of the two axial fans.

Problems of smoke removal systems

According to domestic and foreign statistics, the death of approximately 85% of the number of victims of fires in buildings is due to the damaging effect of the released combustion products (smoke and toxic gases).

Therefore, when a fire occurs, it is very important to stop the smoke and toxic gases from spreading the appropriate smoke exhaust systems. When the smoke removal system captures only the gas mixture from the near-ceiling layer, this system operates in the calculated mode.

The effectiveness of smoke removal systems in case of fire can be reduced due to the phenomenon of "plugholing", which consists in the fact that clean air from under the ceiling smoke layer is drawn into the suction zone of the exhaust fan or by natural convection, through the action of lifting forces, passes through the smoke exhaust opening, while the consumption of the mixture of combustion products and smoke particles, which are removed from the room through the smoke exhaust holes, decreases (down to zero), which can lead to the accumulation of smoke and on the periphery of the upper zone of the room in places where people stay (for example, in atriums, passages, etc.) Therefore, the phenomenon of "blowing" should not be allowed.

Innovation in fire fighting systems is a system of constant maintenance of a reduced concentration of oxygen. Such systems reduce and permanently maintain a reduced oxygen level in the protected room (by supplying nitrogen) below the ignition limit of the materials therein. This air composition excludes the possibility of the occurrence and spread of a fire: the remaining oxygen is simply not enough for combustion. This reduces to zero the risk of fires and their consequences caused by smoke, soot or extinguishing media.

No less interesting and innovative pulsed smoke removal systems.

In addition to the classical system of smoke removal from premises based on the use of air ducts, there is a pulsed, or jet, smoke removal system. Its main difference from the classical smoke removal system, consisting in the absence of air ducts, means that the combustion products move from the fire to the smoke intake openings of the exhaust chambers due to the communication of an additional pulse to the sub-ceiling layer of the flue gases.

The ceiling layer of flue gases is moved by means of jet fans. In this case, both axial and radial fans are used. Pulsed smoke removal systems are arranged at such sites in the UK, Germany, Portugal, Korea, China, as tunnels, car parks, underground.

In these countries, there is a regulatory framework that regulates the use of impulse smoke ventilation. For example, the British "Body of Functional Recommendations and Methods for Calculating Smoke Detectors from Enclosed Parking" requires that the air exchange in the parking lot is at least ten times an hour so that the performance of the exhaust fans is calculated from the condition of a fire with a heat output of 4 megawatts when equipping the sprinkler room fire extinguishing system or 8 megawatts without sprinkler fire extinguishing system.

The arrangement of the jet fans should be such as to ensure that the flow of the underhead jet is limited within 10 meters of all possible fires in the direction opposite to the generated airflow. It must take into account the presence of beams and their effect on the movable under-ceiling layer of flue gases.

The main functions of the system being designed should be carried out even after the failure of the impulse fan as a result of the fire impact. And the area of ​​the supply air holes must be sufficient to prevent smoke from circulating inside the parking lot due to the high supply air velocity. The maximum air speed should not exceed 2 meters per second.

However, there are no scientifically justified requirements for the operating parameters of jet fans and the appropriateness of their placement in the premises of car parks, both in the normative literature and in accessible literature sources. In addition, the diameter and velocity of the jet at the jet nozzle of the jet fan, the number, thrust and performance of the fans, the geometric parameters of the room, the heat dissipation capacity in the event of a fire, the smoke-generating capacity of the fire load, the dimensions of the exhaust openings and the performance of the exhaust fans can influence the operation of pulse smoke ventilation.

Russian specialists in the field of fire safety in construction with the help of the FDS software complex conducted several series of numerical experiments to study the influence of various factors on the efficiency of such systems. With the introduction of the initial data, the area of ​​the parking lot was assumed equal to 3 thousand square meters, the height is 3 meters, the heat dissipation capacity of the fire center is 4 megawatts, the number of jet fans is 12 pieces.

Inside the simulated room, 125 control points were uniformly set, in which the dangerous fire factors were fixed. This loss of visibility, high temperature, low oxygen content, the maximum allowable content of monoxide and carbon dioxide, for 25 control points for each of the factors. The control points were located at a level of 1.7 meters from the floor of the room. The efficiency of the pulse smoke smoke ventilation was estimated by the number of control points in which the dangerous fire factors reached the maximum permissible values.

As a result, the system of pulse smoke-suppression ventilation showed a higher efficiency in comparison with the classical smoke exhaust system. However, to ensure this efficiency, it is necessary to provide sufficiently high costs of the removed combustion products, 80 thousand cubic meters per hour with a pulsed system against 50 thousand with a classical smoke removal system.

Nevertheless, the system of jet ventilation allows to obtain a number of advantages in comparison with the smoke removal and ventilation system equipped with air ducts. This is also a reduction in the height of the parking lot due to the lack of air ducts with a large cross-section, and there is no need for measures to ensure that fire and combustion products do not spread from the parking lot to other rooms through air duct systems for general exchange and smoke ventilation. The economic evaluation of jet ventilation of closed parking lots shows that the cost of a jet system is commensurate with the classical smoke removal system, and in some cases it is cheaper by 25-75 percent.

При возникновении пожара наибольшую опасность для жизни человека представляет не огонь и высокая температура воздуха, а дым. Смог может спровоцировать панику, дезориентировать людей и стать причиной отравления. С целью недопущения подобных проблем, в помещениях устанавливают системы дымоудаления, которые могут локализовать угарный газ, очистить помещение от мелких частиц пыли и пепла.

Дымоудаление — процесс удаления дыма и подачи чистого воздуха системой приточно-вытяжной противодымной вентиляции зданий для обеспечения безопасной эвакуации людей из здания при пожаре, возникшем в одном из помещений. Отсюда следует определение системы дымоудаления (СДУ) – это аварийный комплекс приточно-вытяжной вентиляции, создающий условия для эвакуации людей при пожаре. Система противодымной защиты входит в общий комплекс мероприятий пожарной безопасности.

Система дымоудаления выполняет следующие задачи:

Предотвращение распространения огня с места возгорания.

Снижение задымленности на путях эвакуации.

Обеспечение нормального микроклимата за пределами очага возгорания - это позволят эффективно выполнять работу персоналу пожаротушения.

Снижение температуры воздуха в помещении. В закрытых зданиях, во время пожара, температура может достигать 1000°С, а при отлаженной работе системы дымоудаления температура снижается до 400°С. Такой градус, согласно нормативам, должны выдерживать офисные и жилые строения – риск обрушения значительно снижается и люди могут покинуть опасную зону.

Контроль и своевременное оповещение о возникновении источника возгорания.

Открытие автоматических люков, окон для удаления продуктов горения и проветривания здания.

Поддержание концентрации кислорода в нормальном состоянии – это необходимо для эвакуации и безопасности людей.

Противопожарная система вентиляции функционирует по законам физики: холодный воздух опускается вниз помещения, а теплый – поднимается вверх. Оборудование для отвода теплого воздуха позволит сдерживать повышение температуры и уменьшить негативное воздействие дыма на организм человека.

Система дымоудаления – дорогостоящий комплекс, его технические характеристики и целесообразная структура требуют специального проектирования.

Элементы системы дымоудаления

Дымоудаление производится через существующие вентиляционные шахты, внутренняя поверхность которых покрыта огнезащитным составом. Однако более эффективным считается использование отдельных коммуникаций со специальными вентиляторами и воздуховодами. Вентиляторы дымоудаления – большие термостойкие установки повышенной мощности. Минимальный расход воздуха – 20000 м3/час. Вентиляторы дымоудаления способны работать при очень высоких температурах. Вентилятор откачивает дым, продукты горения с места возгорания. Некоторые модели вентиляторов выполняют попеременно две функции: подача чистого воздуха и отвод дыма. Вентиляторы дымоудаления монтируются на крыше здания.

Вентиляторы подпора воздуха создают избыточное давление на лестничных клетках, в лифтовых шахтах и тамбурах шлюзах, исключая их задымления.

Люки дымоудаления монтируются на крышах зданий и при возникновении пожара автоматически открываются. В качестве таких люков могут использоваться зенитные фонари, которые при нормальных условиях выполняют функции освещения и вентилирования.

Вентиляционные каналы дымоудаления (шахты) – воздуховоды большого сечения, изготовленные из черной стали. Толщина материала должна быть не менее 1,2 мм – это повышает устойчивость воздуховодов дымоудаления к высоким температурам.

Не менее важный элемент системы дымоудаления – противопожарные клапаны. Выделяют четыре категории противопожарных клапанов:

Огнезадерживающие клапаны (нормально открытые клапаны) монтируются в воздуховодах кондиционирования, воздушного отопления и общеобменной вентиляции. При нормальных условиях клапаны полностью открыты, а при возникновении пожара клапаны закрываются и предотвращают проникновение продуктов горения в другие зоны помещения.

Дымовые клапаны в системе противодымной вентиляции обеспечивают прием дыма и перенаправление его в дымовые шахты.

Нормально закрытые противопожарные клапаны монтируются в системе противодымной приточной вентиляции. Клапаны постоянно находятся в закрытом состоянии, и только при возникновении очага возгорания открываются для выведения дыма. Если помещение оснащено порошковой или газовой системой пожаротушения, то клапаны откроются для выведения газа и вредных паров.

Клапаны двойного действия установлены в системе основной вентиляции. Во время пожара он выполняет роль огнезадерживающего клапана, а после ликвидации огня клапан открывается для выведения газа и дыма из зданий, оснащенных порошковым и газовым пожаротушением.

Режимы работы систем дымоудаления

Система дымоудаления работает по такому же принципу, что и система вентиляционная, и может иметь статистический или динамический режим. Статистическая система дымоудаления уместна только в жилищах и в помещениях, к которым не предъявляются особые требования пожарной безопасности. При статическом дымоудалении происходит экстренное отключение вентиляции. При этом дым не «проходит» в другие зоны помещения. Такая система – наиболее примитивна и доступна по цене.По сути, дымоудаление, как таковое не происходит, весь дым локализуется в одном помещении. На больших предприятиях целесообразно устанавливать динамическую систему дымоудаления, которая не только удаляет дым, но и поставляет внутрь свежий воздух. Работа комплекса основана на использовании вентиляторов, которые «вытягивают» за пределы помещения (здания) продукты горения. Динамические комплексы могут функционировать как на одном вентиляторе, работающем попеременно в разных направлениях (отсос дыма или подача свежего воздуха), так и на отдельных вентиляторах подачи и подпора воздуха, или на комбинации из двух осевых вентиляторов.

Проблемы систем дымоудаления

Согласно отечественной и зарубежной статистике, гибель примерно 85 % от числа жертв пожаров в зданиях обусловлена поражающим воздействием выделяемых продуктов горения (дым и токсичные газы).

Поэтому, когда пожара происходит, очень важно остановиться дым и токсичные газы от распространения соответствующими системами дымоудалением. Когда система дымоудаления захватывает только газовую смесь из припотолочного слоя , то эта система работает в расчетном режиме.

Эффективность работы систем дымоудаления при пожаре может снижаться из-за явления «поддува» («plugholing», которое заключается в том, что чистый воздух из-под припотолочного дымового слоя вовлекается в зону всасывания вытяжного вентилятора или при естественной конвекции за счет действия подъемных сил проходит через дымоудаляющее отверстие. При этом уменьшается (вплоть до нулевого значения) расход смеси продуктов горения и частиц дыма, удаляемых наружу из помещения через дымоудаляющие отверстия. Это может привести к скоплению дыма на периферии верхней зоны помещения в местах пребывания людей (например, в атриумах, пассажах и т.д.). Поэтому явления «поддува» нужно не допускать.

Инновацией в противопожарных системах являются системы постоянного поддержания пониженной концентрации кислорода. Такие системы снижают и постоянно поддерживает пониженный уровень кислорода в защищаемом помещении (путем подачи азота) ниже границы воспламенения находящихся там материалов. Такой состав воздуха исключает возможность возникновения и распространения пожара: оставшегося кислорода просто недостаточно для горения. Это сводит к нулю риск возникновения пожаров и их последствий, вызванных дымом, сажей или средствами пожаротушения.

Не менее интересны и инновационны импульсные системы дымоудаления.

Помимо классической системы удаления дыма из помещений, основанной на использовании воздуховодов, существует импульсная, или струйная, система дымоудаления. Основное ее отличие от классической системы дымоудаления, заключающееся в отсутствии воздуховодов, означает, что продукты горения перемещаются от очага пожара к дымоприемным отверстиям вытяжных шахт за счет сообщения дополнительного импульса подпотолочному слою дымовых газов.

Подпотолочный же слой дымовых газов перемещается посредством струйных вентиляторов. При этом применяются как осевые, так и радиальные вентиляторы. Импульсные системы дымоудаления устраиваются на таких объектах Великобритании, Германии, Португалии, Кореи, Китая, как тоннели, автостоянки, метрополитен.

В этих странах существует нормативная база, регламентирующая применение импульсной противодымной вентиляции. Например, британский «Свод функциональных рекомендаций и методов расчета систем дымоудаления из зданий закрытых автостоянок» требует, чтобы воздухообмен в здании автостоянки был как минимум десятикратным в час, чтобы производительность вытяжных вентиляторов была рассчитана из условия возникновения пожара с мощностью тепловыделения 4 мегаватта при оснащении помещения спринклерной системой пожаротушения или 8 мегаватт без спринклерной системы пожаротушения/

Расположение струйных вентиляторов должно быть таким, чтобы обеспечить ограничение растекания подпотолочной струи в пределах 10 метров от всех возможных очагов возгорания в направлении, противоположном возникшему воздушному потоку. Оно должно учитывать наличие балок и их влияние на перемещаемый подпотолочный слой дымовых газов.

Основные функции проектируемой системы должны выполняться даже после выхода из строя импульсного вентилятора в результате огневого воздействия. А площадь приточных отверстий должна быть достаточной для предотвращения циркуляции дыма внутри помещения автостоянки вследствие высокой скорости приточного воздуха. При этом максимальная скорость воздуха не должна превышать 2 метров в секунду.

Однако научно-обоснованные требования, предъявляемые к эксплуатационным параметрам струйных вентиляторов и целесообразности их размещения в помещениях автостоянок, как в нормативной литературе, так и в доступных литературных источниках, отсутствуют. Кроме того, на работу импульсной противодымной вентиляции могут влиять диаметр и скорость струи на выбросном патрубке струйного вентилятора, количество, тяга и производительность вентиляторов, геометрические параметры помещения, мощность тепловыделения при пожаре, дымообразующая способность пожарной нагрузки, размеры вытяжных отверстий и производительность вытяжных вентиляторов.

Российскими специалистами в области пожарной безопасности в строительстве с помощью программного комплекса FDS было проведено несколько серий численных экспериментов по исследованию влияния различных факторов на эффективность работы таких систем. При введении исходных данных площадь помещения автостоянки принималась равной 3 тысячам квадратных метров, высота 3 метрам, мощность тепловыделения очага пожара 4 мегаваттам, количество струйных вентиляторов 12 штукам.

Внутри моделируемого помещения было равномерно задано 125 контрольных точек, в которых фиксировали опасные факторы пожара. Это потеря видимости, повышенная температура, пониженное содержание кислорода, предельно допустимое содержание моноксида и диоксида углерода, по 25 контрольных точек на каждый из факторов. Контрольные точки располагались на уровне 1,7 метра от пола помещения. Эффективность работы импульсной противодымной вентиляции оценивалась количеством контрольных точек, в которых опасные факторы пожара достигли предельно допустимых значений.

В итоге система импульсной противодымной вентиляции показала более высокую эффективность по сравнению с классической системой дымоудаления. Однако для обеспечения этой эффективности следует обеспечивать достаточно высокие расходы удаляемых продуктов горения, 80 тысяч кубометров в час при импульсной системе против 50 тысяч при классической системе дымоудаления.

Тем не менее системы струйной вентиляции позволяют получить ряд преимуществ по сравнению с системой дымоудаления и вентиляции, оснащенной воздуховодами. Это и уменьшение высоты помещения автостоянки вследствие отсутствия воздуховодов большого сечения, и отсутствие необходимости в мероприятиях, обеспечивающих нераспространение пожара и продуктов горения из помещения автостоянки в другие помещения по системам воздуховодов общеобменной и противодымной вентиляции. Экономическая оценка струйной вентиляции закрытых автостоянок показывает, что по стоимости струйная система соизмерима с классической системой дымоудаления, а в ряде случаев оказывается дешевле ее на 25-75 процентов.

Список используемой литературы:

«Расчет противодымной вентиляции в зданиях различного назначения» (часть 1) Рекунов В.С., Анисимов М.В.

«Импульсная противодымная вентиляция подземных автостоянок»

Есин В.М., Калмыков С.П.

«Проблемы эффективности работы систем дымоудаления в условиях нерасчетного режима» До Тхань Тунг, адъюнкт Академия ГПС МЧС России, г.Москва

Брошюра OxyReduct «Инновационная противопожарная система, постоянное поддержание пониженной концентрации кислорода»

1poclimaty.ru

Код для цитирования: Скопировать