Расчет систем противодымной защиты зданий стр.1 Удк 614.84.697.98. Министерство внутренних дел ссср. Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной...

Пожарная безопасность -> Рекомендации -> Расчет систем противодымной защиты зданий ->

текст целиком

УДК 614.84.697.98

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ

СОГЛАСОВАНО

Начальник ГУПО МВД СССР

генерал-лейтенант внутренней службы

Ф.В. Обухов

29 октября 1982 года

УТВЕРЖДАЮ

Зам. начальника ВНИИПО МВД СССР

полковник внутренней службы

А.Н. Баратов

16 ноября 1982 года

ПРЕДИСЛОВИЕ

Согласно ГОСТу 12.1.004-76 /1/ система противодымной защиты должна обеспечивать незадымление путей эвакуации в течение времени, достаточного для эвакуации людей, и (или) коллективную защиту людей.

В настоящее время накоплен значительный экспериментальный материал о параметрах теплогазообмена в промышленных бесфонарных зданиях, а также на этаже пожара в жилых и общественных зданиях повышенной этажности при работе систем противодымной защиты. Получены экспериментальные данные о гидравлических характеристиках лестничных клеток и других элементов зданий. Разработаны метод расчета вентиляционных систем противодымной защиты жилых зданий повышенной этажности, метод расчета таких систем для общественных зданий высотой 10-16 этажей, метод расчета дымоудаления из промышленных бесфонарных зданий.

Данные методологические разработки выполнены с учетом специфики конкретных объектов, для расчета вентиляционных систем которых они предназначаются. Вместе с тем предложенные методы используют общий принцип детерминированного анализа сложных гидравлических схем реальных зданий. Это позволило создать единые рекомендации по расчету систем противодымной защиты знаний различного назначения (промышленных бесфонарных, жилых и общественных зданий повышенной этажности).

Настоящие рекомендации разработаны на основе исследований, проведенных ВИПТШ МВД СССР в области дымоудаления из промышленных бесфонарных зданий и ВНИИПО в области противодымной защиты жилых и общественных зданий повышенной этажности.

Замечания и предложения просьба направлять по адресу: 143900, г. Балашиха-6 Московской обл., ВНИИПО.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Настоящие рекомендации предназначены для расчета вентиляционных систем противодымной защиты жилых и общественных (преимущественно административных) многоэтажных зданий, а также систем дымоудаления одноэтажных производственных зданий промышленных предприятий с помещениями без светоаэрационных и аэрационных фонарей.

Общая схема вентиляционных систем противодымной защиты многоэтажных жилых и общественных зданий предусматривает подачу воздуха в лестничные клетки (зоны лестничных клеток), шахты лифтов для создания избыточного давления и организованное удаление дыма из объема поэтажного коридора (отсека поэтажного коридора) этажа, где возник пожар. Противодымная защита по данной схеме осуществляется при автоматическом или ручном дистанционном включении исполнительных устройств, основными по функциональному назначению среди которых являются вентиляторы дымоудаления и подпора воздуха, а также поэтажные клапаны дымоудаления. Расчет параметров этих устройств в соответствии с настоящими рекомендациями проводится с учетом обеспечения незадымляемости защищаемых объемов здания (лестничных клеток, шахт лифтов, холлов) независимо от положения (открыты, закрыты) дверных и оконных проемов на этаже, где возник пожар. При открытом положении дверного проема между защищаемым объемом здания и коридором на том этаже, где возник пожар, система противодымной защиты дополнительно обеспечивает в поэтажном коридоре слой воздуха, достаточный для прохода людей без специальных средств защиты.

Схема системы дымоудаления одноэтажных производственных зданий промышленных предприятий основана на естественном удалении продуктов горения из производственных бесфонарных помещений, в которых возник пожар. Непосредственное удаление дыма осуществляется через находящиеся в этих помещениях дымовые вытяжные шахты с клапанами, которые при возникновении пожара открываются автоматически или дистанционно вручную с уровня пола помещения. Одной из задач расчета систем дымоудаления таких зданий является определение необходимой площади поперечного сечения дымовых вытяжных шахт. Расчет площади вытяжных шахт по данным рекомендациям осуществляется исходя из условия обеспечения при пожаре в производственном помещении незадымления смежных с ним помещений независимо от влияния метеорологических условий и реального положения проемов в здании.

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА СИСТЕМ ПРОТИВОДЫМНОЙ ЗАЩИТЫ

В качестве исходных данных для расчета систем противодымной защиты зданий различного назначения принимаются наихудшие, с точки зрения противодымной защиты, сочетания метеорологических условий и условий внутри здания при пожаре.

Температура наружного воздуха принимается равной средней температуре наиболее холодной пятидневки за год (СНиП II-33-79. прил. 4, графа 8 таблицы). Скорость ветра в расчетах принимается наибольшей из средних скоростей по румбам за наиболее холодный месяц года, но не менее 5 м×с^-1 (СНиП II-33-75, прил. 4, графа 13 таблицы). Температура воздуха, поступающего через проемы в помещения бесфонарных зданий, принимается равной температуре наружного воздуха, а температура воздуха, поступающего из защищаемого объема в коридор (отсек коридора) этаже пожара, вычисляется по формуле

. (1)

Дверные проемы в производственном помещении бесфонарного здания, оборудованном дымовыми вытяжными шахтами, считаются выходящими на заветренный фасад здания. Причем, открытыми принимаются не менее 50% этих проемов.

Для жилых и общественных многоэтажных здании считается, что очаг пожара находится в квартире, расположенной на первом этаже с наветренной стороны здания. Все двери на пути из горящей квартиры (помещения) до выхода в жилых и общественных многоэтажных зданиях принимаются открытыми, остальные окна и двери - закрытыми. Двери лифтов считаются открытыми на первом этаже здания, на остальных этажах - закрытыми.

Входные двери в вестибюль жилого или общественного здания (секции здания), двери и окна лестничных клеток, двери шахт лифтов, а также воздухозаборные отверстия системы подпора воздуха принимаются (при расчете расходов) выходящими на заветренный фасад здания. Данные о геометрических размерах, необходимые для расчета, например, о размерах проемов, каналов, шахт, берутся из проектных материалов. Ширина зазоров в притворах дверей принимается по паспортным данным с учетом эксплуатационного износа (до 1 мм). Воздухопроницаемость окон, аэродинамические характеристики клапанов и оголовков люков дымоудаления принимаются по паспортным данным на эти изделия.

3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРОТИВОДЫМНОЙ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Рассчитываются давление и расход вентиляторов систем противодымной защиты многоэтажных зданий, а также необходимая площадь сечения дымовых вытяжных шахт бесфонарных зданий.

Расчет начинается с определения максимальной среднеобъемной температуры в помещении, где возник пожар. Для производственных помещений бесфонарных зданий температуру следует принимать не менее 700 °С (973 К). В помещениях общественных зданий максимальная среднеобъемная температура, находится по формуле /2/

, (2)

где t_м10 - максимальная температура в помещении высотой Н = 10 м и объемом V, определяется по рис. 1;

-отношение максимальной температуры в помещении с параметрами V, П и Н к максимальной температуре в помещении с параметрами V = 10 м³ и Н = 10 м определяется по рис. 2;

Dt - поправка к температуре на величину V и H/10, определяемая по рис. 3.

Рис. 1. Номограмма для определения максимальной среднеобъемной температуры при пожаре в помещении высотой 10 м для различной проемности:

1 - П = 0%; 2 - 1%; 3 - 2%; 4 - 3%; 5 - 4%; 6 - 5%; 7 - 8,5%; 8 - 10%; 9 - 12,5%; 10 - 15%;

11 - 17,5%; 12 - 20%; 13 - 26%; 14 - 30%; 15 - 35%; 16 - 40%

Рис. 2. Зависимость для определения максимальной среднеобъемной температуры при пожаре, в помещении высотой Н и объемом 10⁴ м³

Фактор проемности П вычисляется по формуле

П = 100 - A_w/F , (3)

где A_w - общая площадь оконных и дверных проемов в помещении, м²;

F - площадь пола помещения, м².

Площадь дымовых вытяжных шахт F_л для бесфонарных зданий рассчитывается по формуле

, (4)

где m_п, m_л - коэффициенты расхода открытых дверных проемов и клапанов вытяжных шахт (принимаются в зависимости от конструктивного исполнения по справочным данным /3/;

F_п - площадь открытых дверных проемов, м²;

Т_ом - максимальная среднеобъемная температура в помещении, К;

Т_н - температура наружного воздуха, К;

K_б - коэффициент безопасности;

h_п - высота дверных проемов (в качестве h_п следует принимать наибольшую высоту верхнего края проемов смежных помещений и проемов на заветренный фасад здания), м;

g - ускорение свободного падения, м×с^-2;

K_з - аэродинамический коэффициент заветренного фасада здания, принимается равным минус 0,6;

K_л - аэродинамический коэффициент на оголовке вытяжных шахт, принимается по паспортным данным;

u_в - скорость ветра, м×с^-1;

Н - высота от уровня пола помещения до оголовка вытяжной шахты, м.

Рис. 3. Номограмма для определения поправки для различной высоты помещения:

1 - Н/10 = 0,3; 2 - 0,5; 3 - 0,6; 4 - 0,7; 5 - 0,8; 6 - 1,1; 7 - 1,2; 8 - 1,5; 9 - 2; 10 - 2,5

Расчет вентиляционных систем противодымной защиты жилых и общественных зданий повышенной этажности выполняется при условии открытого дверного проема из коридора этажа, где возник пожар, в защищаемый объем. Для предотвращения выхода дыма в защищаемый объем по всей площади открытого дверного проема в поэтажный коридор подается воздух. Скорость воздуха u_п в этом проеме должна удовлетворять следующему условию /4/:

u_п ³ , (5)

где l_п - расстояние от двери из поэтажного коридора в защищаемый объем до двери ближайшей квартиры, м;

L - длина коридора (отсека коридора), м;

Н_п - высота дверного проема из коридора в защищаемый объем, м.

С целью упрощения расчетов для типового проекта жилых домов можно принять u_п = 2,1 м×с^-1.

Расход воздуха G_п, подаваемого из защищаемого объема в поэтажный коридор этажа, где возник пожар, вычисляется по формуле

G_п = r_пu_пB_пН_п, (6)

где r_п - плотность приточного воздуха, кг×м^-3;

B_п - ширина дверного проема, м.

Расход дыма G_д, удаляемого с этажа пожара, вычисляется по формуле

G_д = 1,1G_п + G_ов. (7)

Расход воздуха G_ов посредством общеобменной вентиляции для жилых зданий принимается равным нулю, а для общественных зданий рассчитывается по формуле

G_ов = , (8)

где V - объем - наибольшего помещения на этаже пожара, м³;

n - кратность воздухообмена (принимается по проектным данным).

Величина G₂ расхода продуктов горения из помещения очага пожара в поэтажный коридор вычисляется по формуле /4/

G₂ = 0,6B_oH_o^3/2, (9)

где B_o, H_o - ширина и высота дверного проема квартиры (помещения), м.

В жилых зданиях температуру продуктов горения в поэтажном коридоре у клапана дымоудаления следует принимать равной 300 °С.

Температура дыма, удаляемого из поэтажного коридора общественных зданий, у клапана дымоудаления рассчитывается по формуле

. (10)

Температура продуктов горения Т_ок, выходящих из очага пожара в коридор, вычисляется по формуле /5/

Т_ок = 0,65 - T_ом. (11)

Плотность дыма и воздуха определяется по температуре по формуле /6/

r = 353/Т. (12)

Потеря давления в клапане дымоудаления вычисляется по формуле

, (13)

где x_кд - коэффициент сопротивления клапана дымоудаления.

Площадь клапана дымоудаления f_кд выбирается такой, чтобы скорость воздуха в нем не превышала 20 м×с^-1 (при условии ограничения гидравлических сопротивлений). Скорость дыма в клапане дымоудаления рассчитывается по формуле

. (14)

Средняя по высоте шахты дымоудаления температура дыма определяется по формуле /7/

, (15)

где t_з - температура в здании, °С;

N - число этажей;

h_эт - - высота этажа, м, или по формуле упрощенного вида с максимальной погрешностью ±10 °С:

. (15а)

Для жилых 10-16-этажных зданий с высотой этажа 2,7-3,0 м средняя температура дыма вычисляется по формуле /7/

t_c = 13 + 0,34t_д. (16)

Расход дыма G_ошд на оголовке шахты дымоудаления рассчитывается по формуле /7/

Расход воздуха G_ф в шахту дымоудаления за счет инфильтрации зависит от воздухопроницаемости стен шахты и закрытых клапанов дымоудаления. При отсутствии экспериментальных данных о величине G_ф ее следует принимать не менее 0,11 кг×с^-1 на один погонный метр длины шахты.

Потеря давления в шахте дымоудаления определяется по формуле

, (18)

где x_шд - коэффициент сопротивления трению на поверхности стен шахты дымоудаления;

r_с - плотность дыма при t_c, кг×м^-3;

f_шд - площадь внутреннего поперечного сечения шахты дымоудаления; м²;

d_э - эквивалентный диаметр шахты дымоудаления, м;

N - количество этажей, здания.

Если h_эт ³ 3,3 м, в формулу (18) следует подставить приведенное число этажей, составляющее N_пр = h_этN/3 .

Давление, которое должен развивать вентилятор дымоудаления, вычисляется по формуле

Р_вд = DР_кд + DР_шд + DР_сети + DР_п. (19)

Потеря давления в обвязке вентилятора дымоудаления DР_сети определяется в зависимости от ее конструктивного исполнения. Потеря давления DР_п от коридора до входа в здание при наличии подпора в защищаемых объемах и коридора, не разделенного на отсеки, принимаются равными нулю. В противном случае DР_п рассчитывается по формуле

, (20)

где (mf)_э - эквивалентная площадь проемов от коридора до входа в здание (этаж здания), м²;

r_н - плотность наружного воздуха, кг×м^-3;

u_в - скорость ветра, м×с^-1.

Если воздух проходит через несколько последовательно соединенных проемов, то их эквивалентная площадь определяется по формуле

. (21)

Если воздух проходит через несколько параллельных проемов, то их эквивалентная площадь вычисляется по формуле

(mf)_э = (mf)₁ + (mf)₂ + ... + (mf)_n. (22)

Вентилятор дымоудаления выбирается по каталогам в соответствии с вычисленными величинами подачи и давления. Подача вентилятора дымоудаления определяется по формуле

Q_вд = G_ошд/r_c. (23)

В системе дымоудаления следует устанавливать вентиляторы только центробежного (радиального) типа. Выброс дыма должен быть факельным (через конфузор, выходное сечение которого должно обеспечить скорость истечения не менее 20 м×с^-1).

Расчет вентиляторов подпора в лестничные клетки и шахты лифтов начинается с определения расчетных наружных давлений по формуле

P_i_н(з) = - gh_i(r_н - r_в) + K_н(з), (24)

где h_i - высота от уровня земли до середины i-го проема, м;

K_н(з) - аэродинамический коэффициент наветренного (заветренного) фасадов здания (K_н = 0,8; K_з = -0,6).

Давление на первом этаже лестничной клетки (зоны лестничной клетки при наличии рассечек с переходом через наружную зону) определяется по формуле /4/

Р_лк,1 = Р_1,н + x_п, (25)

где x_п - коэффициент гидравлического сопротивления дверного проема из поэтажного коридора в защищаемый объем.

Расход воздуха через открытую входную дверь здания рассчитывается по формуле

G_вх = (mf)_э, (26)

где (mf)_э - эквивалентная площадь всех проемов на пути от защищаемого объема до входа в здание, м²;

Р_вх - давление на заветренном фасаде здания на уровне середины входной двери, Па.

Давление на втором и последующих i-х этажах лестничной клетки вычисляется через сумму расходов с первого, (i - 1)-го этажа. Давление на первом, (i - 1)-м этаже и перепад давления между первым, (i - 1)-м и вторым, i-м этажом определяются по формулам

Р_лк,2 = Р_лк,1 + x_лк, (27)

Р_лк_,i = Р_лк_{,i
- 1} + x_лк, (28)

где x_лк - коэффициент гидравлического сопротивления одного этажа лестничной клетки (для двухмаршевой лестничной клетки следует принимать x_лк = 60 /8/);

u_лк,_i - скорость воздуха между i-м и (i - 1)-м этажом лестничной клетки, м×с^-1.

Скорость воздуха в лестничной клетке определяется по формуле /9/

u_лк_,i = G_лк_,i/(r_пf_лк), (29)

где G_лк,_i - расход воздуха, поступающего с i-го на (i - 1)-й этаж, кг×с^-1;

f_лк - площадь внутреннего поперечного сечения шахты лестничной клетки, м².

Расход воздуха со второго этажа на первый равен сумме расходов G_п и G_вх. Расход воздуха с i-го на (i - 1)-й этаж равен сумме расходов воздуха, уходящего с (i - 1)-го этажа на (i - 2)-й этаж и фильтрующегося через ограждающие конструкции (i - 1)-го этажа. Для упрощения расчетов достаточно учитывать фильтрацию воздуха только через щели притворов окон и дверей лестничной клетки:

G_лк,1 = G_п + G_вх + G_0,1; (30)

G_лк_,i = G_лк_{,i - 1} + G_щ_{,i - 1} + G_{0,i - 1}. (31)

Расход воздуха, фильтрующегося через щели дверей, вычисляется по формуле

G_щ_,i = (mf)_э, (32)

расход воздуха через щели окон - по формуле

G_o,i = J_o. (33)

Расчет воздушного режима в шахте лифтов аналогичен расчету режима в лестничных клетках, за исключением того, что давление на первом этаже шахты лифтов определяется по формуле

Р_шл,1 = Р_шл,_i = Р_шл,_N = Р_1,н + 20, (34)

если двери шахты закрыты. Если при пожаре лифты опускаются на 1-й этаж и двери шахты лифтов на нем остаются открытыми, то давление в шахте лифтов рассчитывается по формуле

Р_шл,1 = Р_шл,_i = Р_шл,_N = Р_1,н + x_п, (35)

где u_щ - скорость воздуха в щели между шахтой и кабиной лифта, м×с^-1 (принимать равной 2,1 м×с^-1).

Последние формулы учитывают тот факт, что падение давления по высоте шахты лифтов невелико, поэтому с достаточной для расчета точностью потерями давления в шахте можно пренебречь.

Давление, которое должен развивать вентилятор подпора в зоне лестничной клетки (шахте лифтов), вычисляется по формуле

Р_влк = P_лк,_N - P_вз + DP_клп + DР_кан + DР_сети, (36)

где P_лк,_N - давление на верхнем этаже зоны лестничной клетки, Па;

P_вз - давление снаружи здания на уровне воздухозабора вентилятора, создающего подпор в лестничной клетке, Па;

DP_клп - па-донне давления на клапане подачи воздуха в верхнюю часть зоны лестничной клетки, Па;

DР_кан - падение давления в канале подачи воздуха в зону лестничной клетки, Па;

DР_сети - потери давления в обвязке вентилятора подпора, Па.

Подача вентилятора подпора в лестничную клетку или шахту лифтов рассчитывается по формулам

; (37)

, (38)

где G_ут,_i - утечки воздуха через неплотности лифтовых шахт, кг×с^-1. Последняя величина в эквивалентном выражении может быть приравнена к утечкам воздуха G_мл через машинное отделение шахты лифтов /9/:

= G_мл.

Величина G_мл вычисляется по формуле /9/

G_мл = mf_мл, (30)

где f_мл - площадь отверстий для тросов лифтов, м (для шахты на два лифта при отсутствии сведений принимать f_мл = 0,25 м²).

При расчете вентиляционных систем подпора воздуха зонированных лестничных клеток следует учитывать особенности исполнения рассечек. При наличии переходов из одной зоны лестничной клетки в другую через объем этажа в расчете необходимо принимать открытой нижнюю дверь из зоны в объем этажа. Если переход из одной зоны в другую осуществляется по лоджиям или балконам, в дополнение к указанному условию дверь следует принимать открытой на наружный переход внизу зоны. В обоих случаях давление в лестничной клетке на нижнем этаже зоны рассчитывается по формуле (25). Переход из одной зоны в другую следует предусматривать через тамбур-шлюз.

Для создания подпора в зонах лестничной клетки воздух необходимо подавать сверху в каждую из зон. Расход воздуха на оголовке канала для подачи воздуха в зону вычисляется по формуле

G_лк = G_лкз + h_этN_к - G_ф, (40)

где G_лкз - расход воздуха, подаваемого в зону лестничной клетки для создания в ней заданного давления, кг×с^-1;

N_к - число этажей, через которые проходит канал;

G_ф - расход воздуха, уходящего через стены канала, кг×с^-1×м^-1; (при отсутствии данных принимать G_ф = 0,05 кг×с^-1×м^-1).

Потери давления в канале, подающем воздух в зону, следует рассчитывать по формуле

, (41)

где x_кан - коэффициент сопротивления трения на поверхности стен канала для подачи воздуха;

u_кан - средняя скорость воздуха в канале, м×с^-1;

l_кан - длина канала, м;

П_кан - периметр внутреннего поперечного сечения канала, м.

Внутреннее поперечное сечение шахты дымоудаления и каналов для подачи воздуха следует выбирать таким, чтобы средняя скорость движения газов не превышала 15 м×с^-1 (исходя из условия незначительного возрастания гидравлического сопротивления шахты):

, (42)

где G_щ,н, G_щ,к - массовый расход воздуха соответственно в начале и в конце шахты (канала), кг×с^-1;

r_с - средняя плотность газов в шахте (канале), кг×м^-3;

f_ш - площадь внутреннего поперечного сечения шахты (канала), м².

Вентиляторы систем противодымной защиты зданий выбираются по каталогам с учетом вычисленных значений давления и подачи воздуха.