Методические рекомендации "Расчетное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий" (утв. ФГУ ВНИИПО МЧС РФ 24 декабря 2007 г.)

Регламентированы выбор исходных данных и порядок проведения расчетов основных параметров противодымной вентиляции зданий различного назначения, преимущественно жилых и общественных. Методология расчетов ориентирована на действующие требования пожарной безопасности и базируется на результатах законченных тематических исследований ВНИИПО, которые выполнялись в период 1996-2004 гг. по техническим заданиям ГУГПС МЧС (МВД) России.

Предназначены для сотрудников УГПН главных управлений МЧС России по субъектам Российской Федерации. Могут быть использованы в деятельности проектных организаций, специализирующихся в разработке проектных решений в области комплексной противопожарной защиты строительных объектов, а также в работе проектных бюро широкого профиля и государственных учреждений соответствующих надзорных органов.

Введение

Согласно отечественной и зарубежной статистике, гибель примерно 85% от числа жертв пожаров в зданиях обусловлена поражающим воздействием выделяемых продуктов горения. Интенсивное распространение продуктов горения при пожарах в зданиях, построенных в соответствии с современными архитектурно-технологическими решениями, сопровождается переносом токсичных компонентов, повышением температуры воздушной среды до появления вторичных загораний и изменением ее оптической плотности вплоть до полной потери видимости. В связи с этим в нашей стране и за рубежом внимание специалистов в последние десятилетия обращено на решение проблем противодымной защиты зданий. Одна из важнейших задач в данной области - создание методологии расчета основных параметров противодымной вентиляции.

В практике отечественного проектирования до настоящего времени использовались различные методические пособия [1]-[3]. Они были ориентированы преимущественно на здания высотой 16-25 этажей с типовой коридорной структурой при четырех планировочных схемах лестнично-лифтовых узлов. В методической основе выполняемых расчетов по существу отсутствовала объективно необходимая взаимосвязь с физическими процессами развития пожаров в помещениях зданий.

С введением в действие обновленных норм проектирования [4] возникла необходимость в соответствующем преобразовании методологии расчета основных параметров противодымной вентиляции зданий. Настоящие рекомендации обобщают результаты исследований, выполнявшихся специалистами ВНИИПО в рамках плановой тематики по техническим заданиям ГУГПС МЧС (МВД) России в период 1996-2004 гг. Данная разработка не относится к формализованным методикам, устанавливающим содержание и последовательность расчетов в соответствии с особенностями объектов, поскольку современные тенденции развития архитектуры и технологии эксплуатации зданий исключают возможность подобного детерминизма. При этом представленные методические положения не иллюстрируются примерами расчета, что обусловлено как необходимостью существенного сокращения объема изложения, так и объективными условиями предотвращения недопустимого прямого заимствования таких примеров в проектных решениях. Рекомендуемая методология распространяется в основном на объекты гражданского строительства - жилые и общественные здания. С учетом многообразия строительных объектов представляется целесообразным продолжить работу по созданию расчетных методов, ориентированных на многофункциональные комплексы, подземные и супервысотные строительные объекты с массовым пребыванием людей.

Авторы будут благодарны специалистам в данной области за присланные замечания и предложения по содержанию представленной методологии и учтут их в дальнейшей работе.

1. Общие положения

1.1. Настоящие рекомендации разработаны в соответствии с действующими требованиями пожарной безопасности и регламентируют порядок расчета основных параметров противодымной вентиляции зданий, преимущественно жилых и общественных. Данные методические положения могут быть использованы также для расчета параметров противодымной вентиляции зданий и сооружений различного назначения (в том числе закрытых подземных и надземных автостоянок, производственных и складских зданий, многофункциональных комплексов), для которых не разработаны соответствующие методики.

1.2. Рекомендации предназначены для сотрудников УГПН главных управлений МЧС России по субъектам Российской Федерации, проектных организаций и предприятий, осуществляющих лицензированную деятельность по разработке и внедрению технических решений по комплексной противопожарной защите зданий и сооружений. Могут быть использованы в деятельности проектных бюро широкого профиля и государственных учреждений соответствующих надзорных органов.

1.3. Издание настоящих рекомендаций не отменяет действия и не исключает возможность использования специалистами различного профиля иных документов подобного назначения, в том числе новых разработок.

1.4. В целях исключения возможных искажений результатов практического применения разработанной методологии при ее использовании не допускаются обобщение и упрощенная интерпретация расчетных данных в виде номограмм, таблиц и иных подобных материалов.

2. Исходные данные

2.1. Проектные объемно-планировочные решения в составе комплекта чертежей архитектурно-строительной части должны соответствовать действующим нормативным документам в области пожарной безопасности, в том числе по устройству путей эвакуации и эвакуационных выходов, пределам огнестойкости основных строительных конструкций и разделению строительной части на отдельные пожарные отсеки. При необходимости кроме указанных нормативных документов могут использоваться положения разработанных дополнительно специальных технических условий на проектирование противопожарной защиты.

2.2. В качестве расчетных условий действия противодымной вентиляции следует принимать возможность возникновения пожара в одном из помещений, в каждом из пожарных отсеков, на одном из его этажей, преимущественно нижнем, как в надземной, так и в подземной части здания. Исходное положение оконных проемов - закрытое, дверных - согласно требованиям [4].

Расчетный период действия противодымной вентиляции должен предусматриваться либо на период эвакуации людей из помещений, с этажа или из здания в целом, либо на время проведения пожарными подразделениями работ по спасению людей, обнаружению и локализации очага пожара.

Проектное исполнение строительной части объекта должно приниматься в соответствии с установленным уровнем качества. Конструкции и оборудование противодымной вентиляции (воздуховоды, коллекторы, противопожарные клапаны, вытяжные вентиляторы, двери, в том числе противопожарные дымогазонепроницаемые, противодымные экраны и др.) должны соответствовать техническим данным предприятий-изготовителей и применяться в составе противодымной защиты объекта при наличии сертификатов соответствия системы ГОСТ Р и сертификатов пожарной безопасности.

2.3. Аэродинамические характеристики зданий определяются коэффициентами ветрового напора на различных фасадах. Распределение и значения аэродинамических коэффициентов ветрового напора для проектируемых зданий необходимо принимать согласно проектной документации или по экспериментальным данным, полученным в результате аэродинамических испытаний (продувка моделей в аэродинамической трубе). При отсутствии необходимых данных аэродинамические характеристики должны устанавливаться расчетным путем в зависимости от направления ветрового воздействия на различные фасады зданий:

, (1)

где - аэродинамический коэффициент ветрового напора при воздействии ветра под углом со# к плоскости фасада;

, - аэродинамические коэффициенты ветрового напора при воздействии ветра соответственно по нормали и по касательной к плоскости фасада.

Величины коэффициентов ветрового напора и могут быть приняты по данным табл. 1.

Соответствующие числовые значения коэффициентов ветрового напора , , могут быть определены по следующим зависимостям:

,

,

где L, Н - соответственно длина и высота фасада, перпендикулярного направлению ветрового воздействия, м;

- длина боковых фасадов, м;

х - удаление от плоскости данного фасада по поверхностям покрытия и фасадов, имеющих размеры , м;

при ,

при ,

где у - удаление от плоскости фасада, имеющего размеры , вдоль поверхностей покрытия и фасадов, имеющих размеры , м;

при .

Для конечного вычисления аэродинамических коэффициентов по зависимости (1) должно использоваться соответствующее сочетание пар из коэффициентов , , , приобретающих таким образом значения коэффициентов и .

Таблица 1

Аэродинамические коэффициенты ветрового напора для различных фасадов зданий

Соотношение габаритных размеров фасадов	Перпендикулярный направлению ветра фасад	Наветренная сторона	Боковая сторона или плоскость покрытия	Заветренная сторона
		0,8	-0,4	-0,6
		0,8	-0,4	-0,6
		0,5...0,8
		0,6...0,8		-0,3...-0,2

Для выполнения расчетов основных параметров противодымной вентиляции с меньшей точностью допускается выбор аэродинамических характеристик по фиксированным величинам коэффициентов согласно табл. 1 при .

2.4. Параметры наружного воздуха для проектируемых объектов должны соответствовать [5]. Величину скорости и направление ветра следует принимать по данным метеорологических наблюдений, относящихся к территории застройки. Температура наружного воздуха должна соответствовать периоду максимального ветрового воздействия. Температуру внутреннего воздуха следует определять согласно проектной технологии эксплуатации проектируемого здания.

3. Вытяжная противодымная вентиляция

Вытяжная противодымная вентиляция по функциональным признакам подразделяется на две основные группы, одна из которых объединяет системы, предназначенные для удаления продуктов горения непосредственно из горящего помещения, другая - системы для удаления продуктов горения из смежных с горящим помещений.

3.1. Удаление продуктов горения непосредственно из горящего помещения

Массовый расход продуктов горения, удаляемых из горящего помещения, рассчитывается на основе уравнения неразрывности вида:

, (2)

где А - эквивалентная площадь сечения дымового слоя в горизонтальной плоскости, ;

- время, с;

- средняя плотность газа в дымовом слое, образующемся в верхней части горящего помещения, ;

h - толщина образующегося дымового слоя, м;

, - массовый расход соответственно в конвективной колонке и удаляемых продуктов горения, кг/с.

Для решения уравнения (2) необходимо дополнительно использовать зависимости для мощности тепловыделения очага пожара и средней температуры дымового слоя:

; (3)

, (4)

где - мощность тепловыделения, кВт;

- полнота сгорания;

, - параметры пожарной нагрузки помещения (прил. 1);

- площадь горения пожарной нагрузки, ;

, - средняя температура дымового слоя и температура воздуха в помещении, К;

- коэффициент теплоотдачи дымового слоя в ограждающие конструкции, ;

- коэффициент, характеризующий теплопотери на излучение;

- максимальный периметр горизонтального сечения дымового слоя, м;

- удельная теплоемкость газа при температуре .

Для помещений прямоугольной формы с размерами пола и потолка axb указанный периметр составляет .

Приведенные зависимости замыкаются уравнением состояния газа и функциональной связью массового расхода в конвективной колонке с мощностью тепловыделения и толщиной дымового слоя:

; (5)

, (6)

где - плотность воздуха, .

Расчетная схема газообмена, соответствующая функциональным зависимостям (2)-(6), приведена на рис. 1. Порядок и содержание расчета с учетом специфики защищаемых помещений определяется выбором функциональной зависимости (6).

3.1.1. Для зальных помещений различного назначения, в том числе конференц-залов, зрительных залов, торговых залов, спортзалов и др., зависимость (6) используется в виде [6]:

, (7)

где Н - высота помещения, м.

3.1.2. Для атриумов различного архитектурного исполнения, с учетом наличия в их объемах галерей на нескольких уровнях или конструктивного отделения этажей от этих объемов, расчетные схемы газообмена соответствуют приведенным на рис. 2. При этом для варианта газообмена, приведенного на рис. 2, а, зависимость (6) используется в виде зависимости (7), а для варианта газообмена, приведенного на рис. 2, б, - в следующем виде [6]:

. (8)

Частным случаем первого из указанных вариантов является газообмен в атриуме при возникновении в нем пожара непосредственно под галереей (на уровне основания атриума). В этом случае функциональная зависимость (6) используется в следующем виде [6]:

, (9)

где W - начальная толщина струи газообразных продуктов горения, истекающей от ограждающей конструкции галереи атриума, м;

- высота от уровня галереи, омываемой истекающей струей, до нижней границы дымового слоя, м;

Н - высота от основания атриума до уровня расположения галереи, м.

Согласно разд. 2 настоящих рекомендаций расчет основных параметров вытяжной противодымной вентиляции данного типа должен проводиться по условиям защиты только на период эвакуации людей из помещений либо на время, необходимое для обеспечения действий пожарных подразделений. Первые из указанных условий удовлетворяют соотношениям вида:

; (10)

, (11)

где - расчетное время эвакуации из помещений;

- предельно допустимая толщина дымового слоя, при которой сохраняется свободная от задымления воздушная зона на горизонтальных путях эвакуации.

В этом случае .

Для вторых из указанных условий справедливы соотношения вида:

(12)

где - время окончания спасательных работ.

В этом случае и расчет параметров вытяжной противодымной вентиляции осуществляется без интегрирования уравнения (2).

3.2. Удаление продуктов горения из смежных с горящим помещений

Расчет параметров систем данной группы проводится в зависимости от вида объемного пожара в помещении, сообщающемся со смежными с ним помещениями, в том числе вестибюлями, холлами, коридорами, торговыми моллами, атриумами и т.п. Согласно [7], [8], вид объемного пожара в помещении определяется при сравнении значения приведенной удельной пожарной нагрузки помещения с ее критическим значением :

если , то в помещении будет пожар, регулируемый нагрузкой (ПРН);

если , то в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией (ПРВ).

Значение максимальной среднеобъемной температуры в горящем помещении при ПРН определяется зависимостью [7], имеющей следующий вид:

, (13)

где - максимальная среднеобъемная температура, К;

- температура воздуха, К;

- приведенная удельная пожарная нагрузка (согласно п. 2 прил. 1).

При ПРВ максимальная среднеобъемная температура в горящем помещении соответствует зависимости вида [7]:

, (14)

где - приведенная удельная пожарная нагрузка (согласно п. 1 прил. 1).

Указанные зависимости используются для определения параметров вытяжной противодымной вентиляции данной группы.

3.2.1. Расчетная схема газообмена в коридоре на этаже, на котором возник пожар, приведена на рис. 3.

Для определения температуры в потоке газов, вытекающем из горящего помещения в коридор, использовано соотношение вида [7]:

, (15)

где - искомое значение температуры газов, поступающих из горящего помещения в коридор, К;

- максимальная среднеобъемная температура в горящем помещении (в зависимости от вида пожара - ПРВ или ПРН), К.

Для определения усредненной температуры дымового слоя в коридоре используется следующая зависимость, полученная интегрированием уравнения, характеризующего изменение температуры в дымовом слое по длине коридора [9]:

, (16)

где - предельная толщина дымового слоя, м;

- площадь коридора, ;

- длина коридора, м.

При использовании в расчетах данной зависимости предельная толщина дымового слоя должна удовлетворять условию:

,

где Н - высота коридора.

Расчет заканчивается определением массового расхода удаляемых из коридора продуктов горения при пожаре по формуле [2], [3]:

(17)

где - массовый расход удаляемых продуктов горения, кг/с;

- площадь двери при выходе из коридора по путям эвакуации, ;

- высота этой двери, м.

Значения коэффициента в данной зависимости составляют 1,0 и 1,2 соответственно для жилых и общественных зданий.

Зависимости (16), (17) могут быть использованы для определения параметров вытяжной противодымной вентиляции, предназначенной также для защиты других смежных с горящим помещений: холлов и одноуровневых вестибюлей.

3.2.2. Для вестибюлей, сообщающихся с двумя и более уровнями, а также для торговых моллов (закрытых галерей, сообщающихся с торговыми залами различной площади) и атриумов может быть использована регламентированная [6] зависимость вида:

, (18)

где - площадь проема горящего помещения, сообщающегося с защищаемыми вестибюлем, моллом, атриумами, ;

- высота этого проема, м;

- расстояние от верха данного проема до нижней границы дымового слоя, м;

.

В дополнение к данной зависимости для определения усредненной температуры дымового слоя может быть использована зависимость (4).

4. Приточная противодымная вентиляция

Системы приточной противодымной вентиляции предназначены для создания избыточного давления воздуха в защищаемых лестнично-лифтовых узлах и тамбур-шлюзах, а также для компенсирующей подачи воздуха в горящие помещения, защищенные вытяжной противодымной вентиляцией. Принцип действия таких систем каждого вида существенно различается, поэтому и определение их параметров имеет особенности.

Согласно разд. 2 настоящих рекомендаций распределение давления по противоположным фасадам определяется соотношениями вида:

; (19)

, (20)

где , - перепад давления на наружных ограждающих конструкциях здания по высоте соответственно с наветренной и заветренной стороны, Па;

- высота i-го этажа (от уровня средней планировочной отметки земной поверхности до уровня центра дверных проемов i-го этажа), Па;

, - плотность наружного воздуха при температуре и плотность воздуха в помещениях здания при температуре К;

, - коэффициенты ветрового напора для наружных ограждающих конструкций, расположенных под углом к направлению ветра, соответственно с наветренной и заветренной стороны;

- величина скорости ветра, м/с.

Для температуры воздуха внутри здания используется общепринятое соотношение

,

где - начальная температура воздуха внутри здания, К.

Соответствующее распределение давления внутри здания по его высоте определяется соотношением вида:

. (21)

Параметры приточной противодымной вентиляции для лестнично-лифтовых узлов надземной части зданий определяются в зависимости от размещения этих узлов: при примыкании к наружным ограждающим конструкциям или в центральном ядре.

4.1. Подача воздуха в лестничные клетки

4.1.1. Для лестничных клеток надземной части, примыкающих к наружным ограждающим конструкциям с устройством обособленного наружного выхода, ввиду отсутствия внутренней связи на уровне нижнего (первого) этажа, избыточное давление воздуха на уровне вышележащего этажа должно составлять:

, (22)

где - давление воздуха, определяемое по зависимости (21), на уровне рассматриваемого этажа, Па.

При этом массовый расход воздуха, истекающего через наружный выход лестничной клетки, определяется зависимостью вида:

, (23)

где - эквивалентная площадь проемов в тамбуре наружного выхода, ;

- давление в лестничной клетке на уровне наружного выхода, Па;

- давление по зависимости (20) на уровне наружного выхода, Па.

Эквивалентная площадь проемов наружного выхода лестничной клетки соответствует выражению

, (24)

где F - площадь дверного проема, ;

n - количество проемов (дверей) наружного выхода;

, - коэффициент местного сопротивления соответственно проема и тамбура наружного выхода.

Числовые значения коэффициентов местного сопротивления составляют:

;

(для прямого тамбура);

(для прямоугольного тамбура);

(для z-образного тамбура).

Массовый расход воздуха через открытый проем лестничной клетки на уровне второго этажа здания определяется по соотношению

, (25)

где - массовый расход удаляемых продуктов горения, определяемый по зависимостям (7)-(9), (17), (18) с учетом соотношений (10), (11);

n - расчетное количество лестничных клеток, имеющих выходы в тот же коридор (помещение) того же этажа и защищаемых приточной противодымной вентиляцией (при одной лестничной клетке - n = 1, при двух и более лестничных клетках - n = m - 1, где m - фактическое количество лестничных клеток).

Если то на последующих этапах расчета принимается значение , в противном случае дальнейший расчет осуществляется по значению .

Последовательно определяемые для каждого вышележащего этажа давление и массовый расход воздуха соответствуют зависимостям:

; (26)

, (27)

где , - давление в лестничной клетке на уровне ее i-го этажа и (i+1)-го этажа, Па;

- коэффициент местного сопротивления лестничной клетки;

- скорость воздуха на уровне i-го этажа лестничной клетки, м/с;

, - массовый расход воздуха на уровне i-го и (i+1)-го этажа лестничной клетки, кг/с;

- утечки воздуха через неплотности проемов на уровне (i+1)-го этажа лестничной клетки, кг/с.

Значение коэффициента сопротивления лестничной клетки может быть принято (при отсутствии дополнительных данных в составе проектной документации).

Скорость воздуха на уровне i-го этажа лестничной клетки определяется соотношением вида:

,

где - площадь сечения лестничной клетки, .

Утечки воздуха через неплотности дверных проемов на уровне (i+1)-го этажа лестничной клетки определяются зависимостью

, (28)

где - удельное сопротивление воздухопроницанию закрытой двери, ;

- площадь дверей на (i+1)-м этаже лестничной клетки, .

При устройстве дымогазонепроницаемых дверей лестничной клетки утечки воздуха через них определяются зависимостью

, (29)

где - удельное сопротивление дымогазопроницанию, .

Значения характеристик удельного сопротивления воздухо- и дымогазопроницанию должны определяться в соответствии с техническими данными изделий (конструкций дверей, предусмотренных проектной документацией). Для расчетов меньшей точности могут быть приняты значения:

;

,

где - коэффициент сопротивления щели притвора дверей;

- длина щели, м;

- ширина щели, м.

Для указанных расчетов могут быть приняты значения: (для одностворчатой двери), (для двустворчатой двери), м, определяется по периметру дверного полотна.

Утечки воздуха через оконный проем лестничной клетки на уровне (i+1)-го этажа определяются зависимостью

, (30)

где - давление на фасаде, принимается либо по зависимости (19), либо по формуле (20) в соответствии с проектным расположением лестничной клетки, Па;

- сопротивление воздухопроницанию заполнений оконных проемов, определяемое в соответствии с [10], .

Суммарные утечки воздуха составляют:

. (31)

Расчет по зависимостям (22)-(31) должен проводиться до достижения верхнего этажа лестничной клетки: i = N, где N - порядковый номер верхнего этажа лестничной клетки. При этом избыточное давление воздуха в лестничной клетке не должно превышать максимально допустимое значение, равное 150 Па.

Если в ходе расчета величина Па, то не выше уровня данного этажа лестничная клетка подлежит разделению рассечками на зоны. Для вышележащей зоны лестничной клетки должен быть проведен расчет в аналогичной последовательности без учета выброса воздуха через наружный выход нижнего этажа. Взамен конструктивного разделения лестничной клетки рассечками может быть предусмотрена распределенная подача воздуха в эту лестничную клетку на различных уровнях (этажах). Возможные для реализации варианты приведены на рис. 4.

4.1.2. Для лестничных клеток по п. 4.1.1 при дополнительном их сообщении с холлами, вестибюлями нижнего этажа, например, через тамбур-шлюзы, защищаемые автономными системами приточной противодымной вентиляции, рекомендованные выше последовательность и содержание расчетов остаются неизменными.

В случае устройства поэтажных выходов в подобные лестничные клетки через тамбур-шлюзы с аналогичной защитой последних приточной противодымной вентиляцией из изложенной выше последовательности расчета исключаются зависимости (28), (29).

Если взамен тамбур-шлюза при дополнительном выходе в такую же лестничную клетку из вестибюля, холла нижнего этажа предусмотрена одинарная дверь, то в последовательность и содержание расчета должны быть внесены следующие изменения:

зависимость (22) преобразуется посредством замены на и на ;

зависимость (23) дополняется слагаемым, учитывающим дополнительный выброс воздуха из лестничной клетки в холл, вестибюль.

4.1.3. Для лестничных клеток надземной части, расположенных в центральном ядре, изначально необходимо определить количество воздуха, выбрасываемого в холл, вестибюль нижнего этажа. В случае устройства тамбур-шлюзов, автономно защищаемых приточной противодымной вентиляцией и отделяющих указанные холл, вестибюль от таких лестничных клеток, расход воздуха в этих лестничных клетках на уровне нижнего этажа принимается равным нулю. В таком случае значение расхода воздуха на уровне второго этажа лестничной клетки рассчитывается по зависимости (25), и его величина, определенная таким образом, используется на последующих этапах расчета согласно зависимостям (26)-(31).

Если эти лестничные клетки сообщаются с холлом, вестибюлем нижнего этажа через одинарные дверные проемы, то расход воздуха определяется зависимостями (22)-(25). При этом значение определяется по зависимости (26) как для дверей тамбуров наружных выходов холла, вестибюля, так и для дополнительной двери лестничной клетки. С учетом отмеченных особенностей дальнейший расчет проводится согласно зависимостям (26)-(31).

4.1.4. Лестничные клетки подземной части выполняются, как правило, с непосредственным выходом наружу на уровне нижнего этажа надземной части здания.

Давление на уровне верхнего подземного этажа в данной лестничной клетке определяется зависимостью

, (32)

где - глубина от уровня нулевой отметки (поверхности земли) до уровня центра дверного проема на данном этаже, м;

, - плотность воздуха при температуре соответственно , , К.

Расход воздуха через наружный выход лестничной клетки определяется с использованием зависимостей (23), (24). Давление и расход воздуха на нижележащих этажах определяются последовательно согласно зависимостям (26)-(31) при исключении величин утечек воздуха по зависимости (30). При этом распределение давления по глубине подземной части (помещениям этой части) рассчитывается по зависимости

, (33)

где - давление на i-м этаже подземной части, Па;

- глубина от нулевого уровня (поверхности земли) до центра дверного проема лестничной клетки i-го этажа, м.

Массовый расход воздуха через открытый дверной проем лестничной клетки определяется на уровне нижнего этажа подземной части с использованием соотношения (25). Величина при этом рассчитывается по зависимостям (7), (17). Схема подачи воздуха в указанную лестничную клетку приведена на рис. 5, а.

При устройстве выхода из этой лестничной клетки в холл, вестибюль нижнего этажа надземной части здания требуется применять защищенный автономной противодымной вентиляцией тамбур-шлюз. В этом случае величина массового расхода воздуха по зависимости (23) приравнивается к нулю, а все остальные параметры определяются по зависимостям (7), (17), (26)-(29), (31).

4.2. Подача воздуха в лифтовые шахты

4.2.1. Для лифтовых шахт надземной части (с остановками лифтов на уровнях только надземных этажей) с выгороженными лифтовыми холлами на каждом этаже, кроме нижнего (основного посадочного этажа), величина избыточного давления воздуха на уровне вышележащего этажа должна составлять:

. (34)

Расход воздуха из лифтовой шахты на уровне нижнего (первого) этажа определяется зависимостью вида:

, (35)

где - эквивалентная площадь дверных проемов лифтовой шахты, .

Величина эквивалентной площади проемов лифтовой шахты определяется зависимостью

, (36)

где n - количество кабин лифтов в шахте;

- площадь дверей лифтовой шахты при выходе из кабины, ;

- коэффициент местного сопротивления.

Числовые значения должны приниматься согласно технической документации на лифтовые установки здания. Для приближенных вычислений может быть использовано соотношение вида:

, (37)

где , - площадь поперечного сечения соответственно кабины лифта и лифтовой шахты, .

Расходы воздуха, фильтрующегося последовательно через двери лифтовых шахт и лифтовых холлов на каждом i-м этаже, включая этаж конечной остановки, определяются зависимостями:

, (38)

, (39)

где - давление в лифтовой шахте на уровне i-го этажа, Па;

- суммарная площадь дверей лифтовой шахты или лифтового холла на промежуточном посадочном этаже, м;

, - характеристики удельного сопротивления дверей лифтового холла соответственно воздухопроницанию и дымогазопроницанию, .

С учетом суммарный расход воздуха, фильтрующегося из лифтовой шахты, составляет:

, (40)

где - требуемый по расчету суммарный расход воздуха, подаваемого в лифтовую шахту, кг/с.

4.2.2. Исполнение лифтовых шахт по п. 4.2.1 с дополнительным устройством выгороженного лифтового холла на основном посадочном этаже обусловливает возможность использования зависимостей (34), (38)-(40). При этом расход воздуха из лифтовой шахты на уровне первого этажа здания должен определяться по зависимостям (38) или (39).

4.2.3. Для лифтовых шахт подземной части (с остановками на уровнях подземных этажей) с выгороженными лифтовыми холлами на каждом этаже, включая основной посадочный этаж (нижний надземный), последовательность и содержание расчета требуемых значений избыточного давления и суммарного расхода воздуха следует принимать аналогичными указанным в п. 4.2.2. При этом расчетное распределение давления по глубине подземной части должно соответствовать зависимости (33). Схемы подачи воздуха в лифтовые шахты данного вида приведены на рис. 5, б.

4.2.4. При устройстве лифтовых шахт, сообщающихся с подземной и надземной частью, необходимо предусматривать раздельную подачу воздуха согласно схеме, приведенной на рис. 6. Расчетные значения параметров при этом следует определять по зависимостям, указанным в пп. 4.2.1 и 4.2.3.

4.2.5. Для шахт лифтов с режимом "перевозка пожарных подразделений" необходимо определять расход воздуха на основном посадочном этаже по зависимости (35) без учета выгороженного лифтового холла на этом этаже.

4.3. Подача воздуха в тамбур-шлюзы

4.3.1. Расход воздуха, подаваемого в тамбур-шлюзы при выходах из лестничных клеток и лифтовых шахт в холлы, вестибюли нижнего надземного этажа здания, определяется соотношением вида:

, (41)

где - минимально допустимая скорость истечения воздуха через одну открытую дверь тамбур-шлюза, м/с;

- площадь двери тамбур-шлюза, ;

- плотность воздуха при температуре .

4.3.2. Расход воздуха, подаваемого в тамбур-шлюзы при поэтажных выходах в лестничные клетки, определяется зависимостями вида:

, (42)

, (43)

где - массовый расход воздуха, поступающего в вертикальный коллектор, кг/с;

- утечки воздуха через закрытые клапаны коллектора, кг/с;

n - количество клапанов в коллекторе;

- площадь проходного сечения клапана, ;

- среднее избыточное давление в коллекторе, Па;

- удельное сопротивление дымогазопроницанию клапана, .

4.3.3. Расход воздуха, подаваемого в лифтовые холлы на подземных уровнях, тамбур-шлюзы при выходах из помещений подземной части в лестничные клетки, сообщающиеся с вестибюлем надземной части здания, определяется зависимостью

, (44)

где - площадь дверей тамбур-шлюза, м;

- избыточное давление воздуха в защищаемом тамбур-шлюзе, Па;

- удельное сопротивление дымогазопроницанию дверей тамбур-шлюза, .

Величина избыточного давления в тамбур-шлюзе должна удовлетворять условию: Па.

4.4. Компенсирующая подача воздуха

Возмещение объемов удаляемых из помещений продуктов горения при пожаре обеспечивается посредством подачи наружного воздуха в нижнюю часть таких помещений. Расход подаваемого воздуха определяется соотношением

, (45)

где - массовый расход удаляемых продуктов горения, кг/с;

n - коэффициент дисбаланса.

Диапазон допускаемого дисбаланса: .

Для определения требуемого объемного расхода подаваемого воздуха применяются зависимости

или , (46)

где , - объемный расход соответственно подаваемого воздуха и удаляемых продуктов горения, или ;

, - абсолютные температуры воздуха и удаляемых продуктов горения, К.

Способы подачи воздуха могут быть различными, но в основном подразделяются на использование принудительной и естественной вентиляции. Естественная вентиляция может быть предусмотрена с применением дверей наружных выходов помещения или специально выполненных воздухоприточных каналов. Требуемые размеры проходных сечений таких дверей и каналов определяются с учетом их фактического гидравлического сопротивления, соотносимого с установленным статическим давлением вытяжной противодымной вентиляции.

5. Технические характеристики оборудования

Для систем вытяжной и приточной противодымной вентиляции в качестве основных параметров, подлежащих учету, рассматриваются величины давления и подачи вентиляторов.

5.1. Оборудование систем вытяжной противодымной вентиляции

5.1.1. С учетом полученных расчетных значений , для помещений, защищаемых вытяжной противодымной вентиляцией, согласно принятым исходным данным, определяется необходимое количество дымоприемных устройств и их размещение. В соответствии со структурной схемой систем намечается трассировка этажных вытяжных каналов, вертикальных коллекторов. Предусматриваются места установки вентиляторов с фиксированным наружным выбросом продуктов горения.

Предварительный выбор размеров проходных сечений сборных элементов вытяжных каналов и оборудования (решеток, клапанов) проводится, исходя из условия обеспечения максимальной скорости течения газов не более 11 м/с (предпочтительно, в диапазоне 9-11 м/с). Если указанное условие является невыполнимым ввиду ограниченной возможности прокладки конструкций вытяжных каналов с соответствующими размерами на всем протяжении или локально, выбирается иной типоразмер сечений, который обеспечивал бы возможно меньшее увеличение скорости течения газов.

5.1.2. Определяется требуемая величина давления на начальном участке вытяжного канала (в защищаемом помещении) по зависимости вида:

, (47)

где - статическое давление в вытяжном канале в конце начального участка, Па;

- добавочное статическое давление в вытяжном канале, Па;

- коэффициент i-го местного сопротивления на начальном участке вытяжного канала;

- коэффициент сопротивления трения для вытяжного канала на начальном участке;

- длина i-го элемента вытяжного канала на начальном участке, м;

- эквивалентный гидравлический диаметр i-го элемента вытяжного канала на начальном участке, м;

- плотность газа при расчетной температуре дымового слоя, ;

- локальная скорость газа, перемещаемого в i-м элементе вытяжного канала на начальном участке, м/с.

Величина добавочного статического давления в вытяжном канале определяется по суммарным потерям давления в приточных устройствах компенсирующей подачи воздуха с естественным побуждением тяги:

,

где - эквивалентное сопротивление воздухоприточного канала, ;

- массовый расход приточного воздуха по зависимости (45), кг/с.

Локальная скорость перемещаемого в канале газа определяется соотношением

. (48)

Для определения эквивалентного гидравлического диаметра прямоугольного сечения канала используется соотношение

, (49)

где a, b - размеры сторон сечения, м.

Коэффициенты местного сопротивления определяются по справочным данным [11], а коэффициенты сопротивления трения - по известной зависимости А.Д. Альтшуля:

, (50)

где Re - критерий Рейнольдса;

k - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности канала (для воздуховодов из стали k = 0,1 мм).

При этом Re определяется по теплофизическим параметрам, приведенным в прил. 2:

. (51)

5.1.3. Если между вертикальным коллектором и начальным участком канала рассматриваемой системы существует промежуточный транзитный участок, то величина давления в нем может быть определена по зависимости (47) при соответствующей замене на и на . Поправка на изменение величины массового расхода в конце такого промежуточного транзитного участка определяется следующими зависимостями:

; (52)

, (53)

где - массовый расход газа в конечном сечении промежуточного участка канала, кг/с;

- подсосы воздуха через конструкции промежуточного участка канала, кг/с;

- плотность воздуха, ;

- подсосы воздуха, ;

, - эквивалентный гидравлический диаметр и длина i-го элемента промежуточного участка канала, м.

Значение определяется по аппроксимирующей зависимости согласно п. 1 прил. 3. При этом в аппроксимирующей формуле для воздуховодов класса "П" принимается:

.

Изменение температуры газа в конечном сечении промежуточного участка канала определяется зависимостью

ГАРАНТ:

Нумерация формул приводится в соответствии с источником

, (53)

где - потери тепла на единицу длины канала, кВт/м;

- суммарная длина промежуточного участка вытяжного канала, м.

Удельные потери тепла определяются зависимостями вида:

; (55)

. (56)

где - коэффициент теплопередачи, ;

, - коэффициенты теплоотдачи от газа к внутренней поверхности и от внешней поверхности канала к окружающему воздуху, ;

, - коэффициенты теплопроводности материалов собственно канала и огнезащитного покрытия, ;

, , - эквивалентный гидравлический диаметр, соответствующий внутренней поверхности, внешней поверхности канала (внутренней поверхности огнезащитного слоя) и внешней поверхности этого слоя, м.

Коэффициенты теплопроводности и находятся по справочным данным. Значение определяется из критериальной зависимости вида:

, (57)

где Nu, Рг - критерии Нуссельта и Прандтля соответственно;

, - поправочные коэффициенты;

.

Количественные значения коэффициента устанавливаются по табличным справочным данным [11], а коэффициента - определяются по соотношению

, (58)

где R - радиус изгиба канала, м.

Ввиду того что температура на внешней поверхности огнезащитного слоя вытяжного канала является неизвестной величиной, расчет проводится последовательными приближениями, на первом шаге которых задается значение .

5.1.4. Параметры перемещаемого газа при входе его в вертикальный коллектор соответствуют значениям

, , .

При условии сохранения неизменными площади проходных сечений и соосности таких сечений коллектора по всей его высоте производится условное разделение на участки с границами на уровне межэтажных перекрытий здания.

Для первого такого участка вначале определяется давление в конечном сечении:

,

где - коэффициент местного сопротивления;

- плотность при температуре , К.

Значения определяются по справочным данным [12] с учетом геометрических характеристик элементов присоединения этажного канала к вертикальному коллектору при наличии противопожарного клапана. Коэффициент местного сопротивления для этого клапана определяется по техническим данным изготовителя.

5.1.5. При переходе на следующий участок вертикального коллектора принимается, что при давлении остальные параметры имеют значения:

;

.

Давление в конце данного участка определяется зависимостью

, (59)

где - высота (длина) коллектора на данном участке, м;

- скорость перемещения газа, м/с.

Соответствующее изменение массового расхода газа в канале к концу данного участка составит

, (60)

где - расход воздуха, фильтрующегося в коллектор через неплотности противопожарного нормально закрытого клапана на данном участке, кг/с.

Измененная к концу данного участка температура газа определяется зависимостью

. (61)

Удельные теплопотери определяются согласно выше приведенным зависимостям (55)-(58).

Для приближенных вычислений температуры газа в конце i-го участка канала допускается не учитывать потери тепла через ограждающие конструкции канала. В этом случае взамен зависимости (61) может быть использовано соотношение:

,

где .

5.1.6. Полученные в итоге аналогичных вычислений (для всех последующих вышележащих участков коллектора) параметры для верхней части коллектора (, , ) используются для конечного определения параметров вентилятора системы:

. (62)

, (63)

где - подача вентилятора, ;

- приведенное к стандартным условиям статическое давление вентилятора, Па;

- суммарное сопротивление присоединительных воздуховодов (от коллектора до устройства наружного выброса), Па.

5.1.7. Для систем вытяжной противодымной вентиляции с естественным побуждением тяги минимально необходимое проходное сечение дымовых люков, устанавливаемых в покрытиях зданий, определяется зависимостью

,

где - площадь проходного i-го дымового люка, ;

- суммарный массовый расход газа через дымовые люки, ;

- коэффициент расхода i-го дымового люка;

- плотность газа в дымовом слое при температуре , ;

- толщина дымового слоя, м;

- плотность наружного воздуха при температуре , ;

- аэродинамический коэффициент ветрового напора для покрытия здания;

- скорость ветра, м/с.

Указанная зависимость справедлива для дымовых люков однотипных конструкций (различающихся только типоразмерами). Для выбора значений , следует руководствоваться данными разд. 3, а значения , , следует принимать согласно разд. 2 настоящих рекомендаций. Значение должно соответствовать техническим данным предприятия-изготовителя.

5.2. Оборудование систем приточной противодымной вентиляции

Основные параметры систем приточной противодымной вентиляции определяются согласно следующим зависимостям:

- для лестничных клеток:

;

;

- для лифтовых шахт:

;

;

- для тамбур-шлюзов:

;

;

где - суммарное сопротивление присоединительных воздуховодов (от защищаемых лестничных клеток, лифтовых шахт до вентиляторов с воздухозаборными устройствами), Па;

- суммарное сопротивление присоединительных воздуховодов (от защищаемых тамбур-шлюзов до вентиляторов с воздухозаборными устройствами) с учетом гравитационного перепада давления, Па.

6. Режимы управления при пожаре

Управление приточно-вытяжными системами противодымной вентиляции предусматривается в автоматическом (от системы обнаружения пожара) и в дистанционном (от кнопок у эвакуационных выходов с этажей или в пожарных шкафах) режимах. Указанные режимы управления должны быть приемлемы для различных пожароопасных ситуаций, определяемых местом возникновения пожара - расположением горящего помещения на одном из этажей, в одном из пожарных отсеков (в случае разделения на пожарные отсеки строительной части здания). Перечень совместно действующих систем противодымной вентиляции определяется в зависимости от таких пожароопасных ситуаций.

В границах отсека, в котором возник пожар, подлежат отключению все системы общеобменной вентиляции и кондиционирования, кроме функционально совмещенных с системами противодымной вентиляции. Для обеспечения расчетных режимов совместного действия систем противодымной вентиляции, входящих в установленный перечень, необходимо опережающее включение вытяжных систем относительно приточных систем. Период опережения должен быть не более 30 с. В остальных пожарных отсеках системы общеобменной вентиляции и кондиционирования могут оставаться включенными (в том числе с использованием систем, совмещенных с противодымными).

Указанные особенности обусловливают возможность определения в общем перечне максимального количества систем противодымной вентиляции единовременного действия. Отношение такого количества систем к их общему числу при известной установочной мощности каждой, в конечном счете, соответствует коэффициенту эффективного использования вентиляционного оборудования.

Список литературы

1. Рекомендации по расчету систем противодымной защиты зданий различного назначения. - М.: ВНИИПО, 1983. - 35 с.

2. Противодымная защита зданий и помещений: Пособие 4.91 к СНиП 2.04.05-91. - М.: Промстройпроект, 1992. - 75 с.

3. Противодымная защита при пожаре: Рекомендации к МДС 41-1.99 СНиП 2.04.05-91*. - М.: СантехНИИпроект, 2000. - 66 с.

4. СНиП 41-01-03. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М.: ГУП ЦПП, 2003. - 54 с.

5. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. - М.: ГУП ЦПП, 2000. - 57 с.

6. International Building Cod. / USA. - ICC, 2003. - 660 с.

7. Методы расчета температурного режима пожара в помещениях зданий различного назначения: Рекомендации. - М.: ВНИИПО, 1988. - 56 с.

8. Молчадский И.С. Пожар в помещении. - М.: ВНИИПО, 2005. - 456 с.

9. Стецовский М.П. Исследования газообмена на этаже пожара и определение некоторых параметров для расчета вентиляционных систем противодымной защиты жилых зданий: Дис. ... канд. техн. наук. - М.: МИСИ, 1979.

10. СНиП II-3-79**. Строительная теплотехника. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 32 с.

11. Михеев М.А. Основы теплопередачи. - М.: Госэнергоиздат, 1956. - 392 с.

12. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1975. - 559 с.

13. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования.

14. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учеб. пособие. - М.: Академия ГПС МВД России, 2000. - 118 с.