Расчет дымоудаления из коридора: определение параметров для вытяжки
Порядок расчета дымоудаления из коридора
Пожар в здании любого типа – не такое уж редкое явление, а последствия его непредсказуемы. Существует масса примеров, когда в результате возгорания не только было уничтожено оборудование или имущество, но и погибли люди. Чаще всего причиной этого становится задымленность помещений и путей эвакуации.
Пример конструктивного решения противопожарной стены.
Чтобы исключить ситуации с нанесением вреда здоровью и жизни людей в результате пожара, в здании необходимо организовать полноценную систему дымоудаления, предварительно выполнив тщательный ее расчет.
Характеристика систем удаления продуктов сгорания
Одной из главных задач системы дымоудаления является обеспечение свободного прохода по путям эвакуации, коридорам и лестничным клеткам наружу. То есть при возникновении пожара в одном или нескольких помещениях здания продукты горения должны удаляться из коридоров и лестничных клеток.
Схема удаления продуктов сгорания.
Если одноэтажное здание имеет относительно небольшие размеры в плане, а все его коридоры сообщаются непосредственно с улицей, то в нем можно организовать систему удаления продуктов сгорания с естественным побуждением. Это достигается за счет разницы наружного и внутреннего давления с учетом ветрового подпора. Такая система не требует затрат энергоносителей либо специального оборудования, достаточно обеспечить необходимые площади проемов для вытяжки, которые принимаются по расчету.
Система дымоудаления из коридоров должна быть с искусственным (механическим) побуждением в больших многоэтажных зданиях сложной конфигурации, в которых коридоры сообщаются с улицей не напрямую, а через лестничные клетки. Тогда предусматривается устройство вертикальных вытяжных шахт, к ним из коридоров на каждом этаже присоединены каналы со специальными дымовыми клапанами, которые открываются в случае пожара, в результате продукты горения попадают в шахту. Разрежение в таком вертикальном канале создается с помощью специального вентилятора – дымососа, он включается автоматически по команде пожарной сигнализации.
Определение площади проема для естественного удаления дыма
Организация естественной системы дымоудаления из коридоров не требует больших капитальных затрат или специального оборудования, но расчет такого способа достаточно сложен и требует особого внимания. Начать следует с определения ориентации здания на местности и направления, с которого в течение года чаще всего ветровая нагрузка воздействует на стены здания с наибольшей периодичностью.
При проекте системы дымоудаления следует начать с определения ориентации дома на местности и направления, с которого чаще всего ветровая нагрузка воздействует на стены помещения с частой периодичностью.
Такие данные имеются в строительной нормативной документации по климатологии для каждого региона Российской Федерации. Фасад, на который ветер воздействует чаще всего в течение года, принимается как наветренный, противоположный ему – подветренный. Схему взаимодействия ветровых нагрузок со всеми фасадами строения можно увидеть на рис. 1. На рисунке: 1 – наветренная сторона здания, 2 – подветренная сторона, 3 – боковые фасады, ϑв – скорость воздушных масс, м/с.
Во время столкновения ветрового потока с фасадом №1 его динамическое давление переходит в статическое со знаком плюс. На боковых сторонах под №3 оно переходит в статическое со знаком минус либо нулевое давление, на фасаде №2 результатом преобразования становится статическое давление со знаком минус. Это происходит из-за резкого перепада на краях здания и возникающих разрежения и вихревых потоков. Величины таких переходов отражают коэффициенты аэродинамики фасадов:
- Кн – коэффициент аэродинамики фасада №1 (наветренного);
- Кп – то же, фасада №2 (подветренного);
- Кб – то же, фасадов боковых под №3.
Для одноэтажного здания показатели этих коэффициентов равны: Кн = 0.6, Кп = – 0.4, Кб = 0 в соответствии со СНиП «Нагрузки и воздействия». Расчет следует начать с выяснения эквивалентной площади сечения просветов Fэ (м2). Если эти проемы работают параллельно по отношению к ветровой нагрузке, величину эквивалентного сечения получают простым суммированием их площадей. В случае когда они работают последовательно, значение Fэ рассчитывают по формуле:
Fэ = 1 : (1 / f12 + 1 / f22 +…….1 / fi2)1/2
Здесь f1, f2, …… fi – площади проемов, м2.
Рисунок 1. Схема взаимодействия ветровых нагрузок со всеми фасадами строения: 1 – наветренная сторона здания, 2 – подветренная сторона, 3 – боковые фасады, ϑв – скорость воздушных масс, м/с.
Далее требуется вычислить давление на уровне пола в помещении, в котором возник пожар:
Рво = Рн – Нпр g ∆ρ [1 + 0.5 (F1 / F2)2]
В этой формуле:
- Рво – значение давления на уровне пола, Па;
- Рн – значение наружного давления на подветренной или наветренной стороне, Па;
- Нпр – размер проема по высоте, м;
- g – величина ускорения свободного падения, равная 9.8 м/с2;
- ∆ρ – разница между плотностью наружного воздуха и дымовых газов внутри помещения, кг/м3;
- F1 – величина эквивалентной площади проемов фасада, которые сообщают возгоревшееся помещение с соседними, м2;
- F2 – величина эквивалентной площади всех дверных просветов, ведущих из возгоревшегося помещения наружу.
Плотности уличного воздуха и дымовых газов находят в справочных таблицах в зависимости от их температуры. Ее значение для продуктов горения следует принимать:
- При горении тканевых изделий – 300⁰С.
- При сгорании твердых изделий и материалов – 450⁰С.
- При горении различных газов и жидкостей – 600⁰С.
Схема сети воздуховодов вентилятора дымоудаления.
Величину Рн требуется находить из расчета в зависимости от стороны здания, для которой определяется это давление. Для фасада №1 оно будет равняться 0.6Рветр, для задней стороны (фасад №2) – минус 0.4 Рветр, для боковых сторон данное значение будет равно нулю. Ветровое давление определяется по стандартной формуле:
Рветр = ρв ϑв2 / 2, где:
- ρв – плотность воздушной среды снаружи здания, кг/м3;
- ϑв – скорость ветрового потока, м/с.
Теперь нужно произвести расчет количества воздуха, который поступает в комнату с пожаром из открытых просветов с различных сторон здания. Для этого найденные ранее величины нужно подставить в формулу:
Gн = μFэ [2 ρв (Рнн – Рво – 0.5 Нпр g ∆ρ)]1/2
Здесь:
- μ – безразмерный коэффициент, характеризующий количество воздуха, проходящего через проем для дымоудаления, μ = 0.64 для прямоугольных и μ = 0.8 для круглых просветов в наружной стене;
- Рнн – величина давления, оказываемого на наветренную стену здания (№1), Па;
- Gн – количество воздуха, которое поступает со стороны здания №1, кг/ч;
- Остальные параметры – как в предыдущих формулах.
Вычисление размеров дверного просвета
Определив расход воздушных масс, проходящих в комнату через проемы на фасаде №1, следует вычислить поступления воздуха и через другие просветы, что расположены на боковых и подветренном фасадах. Для этого используется та же формула, только значения эквивалентной площади Fэ и наружного давления Рн на стену здания нужно подставлять соответствующие расчетам по каждому из фасадов.
Таблица соответствия дверных проемов и дверей.
Когда известны расходы воздуха, проходящего в помещение с каждой стороны здания, можно рассчитать размеры проема для дымоудаления из коридора:
S = 1.1 (Gн + Gп + Gб) / μ (2 ρд ∆Р)1/2, где:
- Gн, Gп, Gб – расходы воздуха через просветы наветренного, подветренного и боковых фасадов, кг/ч;
- ρд – плотность дымовых газов, кг/м3;
- ∆Р – разница давлений между пространством коридора и снаружи здания, Па;
Остальные величины – как в предыдущих формулах.
Для того чтобы рассчитать площадь, а после этого и размеры проема для дымоудаления из коридора, остается только найти разницу давлений ∆Р:
∆Р = Рво – Кду Рветр + Н ∆ρ, здесь:
Кду – коэффициент аэродинамики просвета для дымоудаления, принимается по справочным таблицам для прямоугольных проемов;
Н – значение высоты от пола коридора до отметки, на которой дымовые газы удаляются из него, м;
Оставшиеся параметры – как в предыдущих формулах.
Определение параметров для механической вытяжки смеси дыма с воздухом
Данный метод расчета в соответствии со СНиП предполагает определение величины удельной пожарной нагрузки и удельного критического количества пожарной нагрузки для определения средней температуры в горящем помещении. Удельная пожарная нагрузка, которая распределена по внутренней площади стен, рассчитывается таким образом:
gk = ∑mi Qi / (F – A) Qд
В приведенной формуле:
Схема приточно-вытяжной механической вентиляции: 1 — воздухозаборное устройство, 2 – воздуховод, 3 – фильтр для очистки воздуха от пыли, 4 – калорифер, 5, 8 – вентилятор, 6 – приточные отверстия-насадки, 7 – вытяжные отверстия, 9 – устройство очистки удаляемого воздуха, 10 — дефлектор.
- mi – массовая часть вещества среди других в помещении, участвующего в горении;
- Qi – теплота сгорания этого вида вещества, определяется по справочным таблицам, кДж/кг;
- F – сумма площадей всех ограждающих конструкций данной комнаты, м2;
- A – сумма площадей всех просветов помещения, м2;
- Qд – теплота сгорания материалов из древесины (справочн.), кДж/кг;
Знак суммирования указывает на то, что расчет необходимо выполнить для каждого из сгорающих в помещении веществ. Для дальнейших вычислений дымоудаления следует найти значение критического количества пожарной нагрузки (кг/м²):
gkкр = 4500П3 / (1 + 500П3) + V1/3 / 6V0, где:
V – объем комнаты, в которой происходит пожар, м3;
V0 – удельный расход воздуха на полное сгорание вещества, находящегося в пределах комнаты, м³/кг.
Величину V0 можно найти по формуле:
V0 = 0.263 ∑mi Qi / 1000
Для вычисления параметра П (удельная проемность, м1/2 ) используется следующее выражение:
П = ∑ Аoi hoi1/2 / V2/3 , здесь:
- Аoi – сумма площадей всех просветов i-го помещения, м2;
- hoi – размер по высоте i-го просвета комнаты, м.
Вычисление температуры пожара
Температура срабатывания тепловых извещателей.
Необходимость вычисления этих двух параметров в том, что с их помощью определяется вид пожара в каждом отдельно взятом помещении путем сравнения их между собой. Если gк < gккp, то пожар в комнате регулируется нагрузкой. При gк > gккp делается вывод, что пожар регулируется вентиляцией. После этого можно найти максимальную температуру в среднем по всему объему возгоревшейся комнаты по общей формуле:
Тмах =Та + 224 gк0,528
В этой формуле:
- Тмах – значение максимальной температуры в среднем на весь объем помещения, К;
- Та – значение начальной температуры воздушной среды в комнате, К;
- gк – величина удельной пожарной нагрузки, вычисленная ранее.
В том случае когда пожар регулируется вентиляцией, значение Тмах рассчитывается по видоизмененной формуле:
Тмах = Та + 940exp (0,0047gо – 0,141), где
gо – значение удельной пожарной нагрузки по отношению к площади комнаты.
Ее надо вычислить отдельно из выражения:
gо = ∑mi Qi / Fп Qд, где
Fп – площадь пола данной комнаты, м2.
Система дымоудаления зданий.
Как можно видеть из выражения, данный вид пожарной нагрузки отнесен к площади пола, в отличие от параметра gк, который отнесен к сумме площадей всех ограждающих конструкций. Все найденные предварительным просчетом параметры будут использоваться для вытяжной системы дымоудаления из коридора. Далее можно найти температуру потока газов, который через дверные просветы попадает из помещения в коридор:
То = 0,8Тмах,
здесь То – температура дымовых газов от пожара, поступивших в коридор из комнаты, охваченной пламенем, К;
Температура Тмах внутри пылающего помещения была определена ранее в зависимости от вида пожара (регулируется ли он вентиляцией или нагрузкой). При попадании в коридор дымовые газы смешиваются с воздухом этого помещения, при этом охлаждаясь. Чтобы правильно подобрать вытяжной вентилятор для дымоудаления (дымосос), требуется знать среднюю температуру этой смеси дыма с воздухом. Для этого применяется формула:
Тсм = Та + 1.22 (То – Та)(2hсм + Ас / lс) / lс ᵡ [1 – exp (- 0.8 lс / (2hсм + Ас / lс)]
В приведенной формуле:
- hсм – максимальная толщина дымового слоя, м;
- Ас – величина площади коридора, м2;
- lс – значение протяженности коридора, м.
Участок стены в местах примыкания частей зданий под углом, разделенных противопожарными стенами.
Результат расчета дымоудаления – это величина расхода смеси воздуха и дымовых газов при пожаре:
Gсм = kсмAdНd0,5, здесь:
- Gсм – расход смеси дымовых газов и воздуха, кг/с;
- Ad – площадь дверного просвета, который ведет на выход из коридора, м2;
- Нd – размер этой двери по высоте, м.
Величину коэффициента kсм в приведенной формуле следует принимать 1.0 для жилых зданий и 1.2 для общественных зданий. Общая методика расчета, представленная выше, может быть применена при расчете механической вытяжки для дымоудаления не только из коридоров, но и прочих видов помещений, граничащих с горящими, например одноуровневых вестибюлей или холлов.
http://youtu.be/7P8yb4mVLtQ
Компенсация удаления дымовых газов при пожаре
После выполнения расчета системы удаления дымовых газов из коридора и определения производительности вытяжного агрегата необходимо обратить внимание на компенсацию воздуха, удаляемого вместе с дымом этим вентилятором. Очень часто встречается следующая недоработка проектировщиков: при закрытой двери из коридора на лестничную клетку между этими двумя помещениями возникает большой перепад давления в случае пожара.
Требования к современным конструкциям для удаления дымовых газов.
Это происходит по той причине, что при возгорании в какой-либо комнате система автоматического пожаротушения открывает дымовой клапан, ведущий в вертикальную вытяжную шахту, и включает дымосос. В пространстве коридора возникает разрежение, а в то же самое время на лестничной клетке образуется подпор вследствие включения приточного вентилятора. Дверь из коридора на лестничную клетку открывается наружу в соответствии с противопожарными нормами. В результате таких процессов во время пожара дверь на лестницу становится невозможно открыть из-за значительного перепада давлений в помещениях.
Возникновение такой ситуации может привести к серьезным последствиям для здоровья и жизни людей, находящихся в помещениях, соседних с возгоревшимся. Предотвратить эти последствия можно, только если выровнять давление в коридоре и на лестничной площадке. Этого можно достичь такими способами:
- В перегородку, отделяющую коридор от лестницы, можно установить переточную систему. Она состоит из двух клапанов: противопожарного и дымового. При срабатывании автоматической пожарной сигнализации клапаны откроются и дверь на выход блокироваться не будет. Так как температура на лестничной площадке в соответствии с нормативными документами ниже, чем в коридоре, рекомендуется принимать утепленные модели клапанов, чтобы не терять тепло.
- Чтобы не возникало перепада давлений, можно произвести расчет компенсируемого воздуха и установить приточный вентиляционный агрегат необходимой производительности. Делать это следует, соблюдая противопожарные требования и таким образом, чтоб его работа не мешала действию противодымной вытяжки.
http://youtu.be/TsTyWqeMvfw
Правильно выполненный расчет систем дымоудаления и дальнейший их монтаж в соответствии с противопожарными нормативными документами помогут избежать негативных последствий для здоровья и жизни людей.