Противодымная защита зданий и сооружений. Часть 4. Особенности противодымной защиты зданий повышенной этажности

4.1. Нормативные требования к противодымной защите зданий повышенной этажности

С ростом  этажности  здания  возрастает их пожарная опасность, поскольку расчетное время эвакуации возрастает,  а время блокирования путей эвакуации дымом уменьшается.  Поэтому в дополнение к требованиям по противодымной защите, изложенным выше, для зданий высотой  10 и более этажей (более 28 м от планировочной отметки земли до уровня низа проемов, используемых для спасения людей, с  верхнего не технического  этажа)  нормативными  документами предусматривается ряд специальных мероприятий.  В таких зданиях необходимо устройство дымоудаления из коридоров  и  холлов,  создание подпора  (избыточного давления) в шахтах лифтов.  Эти здания должны иметь незадымляемые лестничные клетки.  По принятой в нашей  стране классификации незадымляемые лестничные клетки подразделяются на три типа. В зависимости от типа незадымляемость лестничных клеток обеспечивается:

1 – устройством поэтажных входов через открытые воздушные зоны по балконам, лоджиям или галереям (Н1);
2 – созданием подпора воздуха при пожаре (Н2);
3 – созданием подпора воздуха при пожаре в тамбурах-шлюзах перед лестничной клеткой (Н3).

Требования к незадымляемым лестничным клеткам 1-го типа заключаются в следующем :

• расстояние в  осях  между дверью для выхода с этажа и входа в лестничную клетку должно быть не менее 2,2-2,5 м;
• выход с  первого  этажа  лестничной  клетки  должен  быть  непосредственно наружу или через отдельный выход, допускается выход в вестибюль здания через тамбур с подпором воздуха.

Незадымляемые лестничные клетки 1-го  типа  более  надежны  по сравнению лестничными клетками других типов,  поскольку для их нормального функционирования не требуется специальной автоматики.  Это качество и определяет область их применения. Если в здании повышенной этажности имеется одна незадымляемая лестничная клетка,  то она должна  быть 1-го типа.  При большем количестве лестничных клеток в здании (секции здания) не менее 50% незадымляемых лестничных клеток должно быть 1-го типа,  остальные могут быть других типов.

Незадымляемые лестничные  клетки 1-го типа (Н1) имеют серьезные недостатки с точки зрения их эксплуатации в нормальных условиях. Один из них  связан  с повышенными теплопотерями через выходные двери на поэтажные переходы.  Теплопотери с фильтрацией воздуха  через  щели притворов  дверей и с воздухообменом при открывании дверей на порядок выше теплопотерь за счет теплопроводности через дверной массив. Второй  обусловлен  довольно  редким использованием этих лестничных клеток по их прямому назначению.  Жильцы поднимаются по ним на  3-4 этажа, а для подъема на более высокие этажи, как правило, пользуются лифтом.  Небольшая посещаемость незадымляемых лестничных  клеток 1-го  типа провоцирует создание в них неблагоприятной криминогенной обстановки.

Требования к созданию избыточного давления (подпора) воздуха в незадымляемых лестничных клетках 2-го и 3-го  типов  заключаются  в следующем. Расход наружного воздуха для приточных вентиляторов следует рассчитывать  на  поддержание  избыточного  давления  не менее 20Па:

• в нижней части лифтовых шахт при закрытых дверях на всех этажах, кроме первого;
• в нижней части незадымляемых лестничных клеток 2-го  типа  при открытых  дверях  на  пути эвакуации из коридоров и холлов на этаже пожара в лестничную клетку и из здания наружу при  закрытых  дверях из коридоров и холлов на всех этажах.

Перепад давления на дверях из поэтажных коридоров в лестничные клетки не должен превышать 150 Па.  Аналогичное требование есть и в зарубежных нормах. Оно вызвано они стремлением ограничить усилие по открыванию двери.  При  перепаде  давления 150 Па на дверь площадью 2 м² 0(2х1 м) действует сила в 300 Н ( 30 кгс), а сила,  необходимая для открывания двери,  составляет 15 кгс.  Такое соотношение силы и давления, действующих на дверь, объясняется различными точками приложения этих сил (рис.13.2).  Момент силы давления равен произведению силы DР на половину ширины двери В,  а момент силы F_откр равен произведению этой силы на полную ширину двери.  Условием открывания двери является равенство моментов,  откуда следует,  что сила F_откр равна половине силы DР.

Требования к дымоудалению из коридоров и холлов можно свести к следующему.  Дымоудаление должно осуществляться с этажа, где возник пожар, через шахту,  оборудованную центробежным вытяжным вентилятором.  На каждом этаже в шахте имеется отверстие, закрытое клапаном.

При возникновении пожара на одном из этажей по сигналу от пожарного извещателя открывается клапан,  перекрывающий отверстие в шахте дымоудаления  на этом же этаже,  включается вентилятор дымоудаления и вентиляторы подпора в незадымляемые лестничные клетки 2-го типа и в шахты  лифтов.  Предусматривается и дистанционное включение системы противодымной защиты с помощью кнопок, установленных на каждом этаже в шкафах пожарных кранов.

Одна шахта дымоудаления  обслуживает отсек коридора длиной  не более 30 м. В жилых зданиях коридоры делятся на отсеки несгораемыми перегородками с дверями через каждые 30 м длины коридора,  а в промышленных – через каждые 60 м.  На один отсек коридора в жилом здании приходится одна шахта дымоудаления,  а в  промышленном  -  две.

Предел огнестойкости стен шахты и клапана дымоудаления должен  быть не менее 0,5 ч. Мягкие шумопоглощающие вставки у вентиляторов дымоудаления должны изготовляться из несгораемых  материалов,  например из фольгированных асбо- или стеклоткани.

Для предотвращения попадания продуктов  горения  из  выхлопных отверстий  системы  дымоудаления в воздухозаборные отверстия систем подпора воздуха выброс дыма должен быть факельным через конфузор со скоростью не менее 20 м/с. Расстояние от выбросных отверстий систем дымоудаления до заборных отверстий систем  подпора  воздуха  должно быть не менее 5 м.

4.2. Расчет параметров  вентиляционного  оборудования  систем противодымной защиты зданий повышенной этажности

В верхние части незадымляемых лестничных  клеток 2-го  типа и шахт лифтов приточными вентиляторами подается наружный воздух для создания в них избыточного давления.  Из коридора  этажа пожара  по  специальной  шахте через открытый клапан удаляется дым. Шахта дымоудаления оборудована вытяжным вентилятором.

Расчет параметров  вентиляционного  оборудования  производится для неблагоприятного сочетания метеорологических условий,  положения проемов внутри здания и расположения помещения очага пожара:

• очаг пожара  возник  в  помещении (квартире) на нижнем типовом этаже в зимнее время;  расчетные параметры наружного воздуха принимаются  по  данным нормативных и справочных документов (параметры Б для холодного периода года);
• окна помещения очага пожара выходят на наветренный фасад  здания;
• в незадымляемой лестничной клетке 2-го типа закрыты все двери, кроме двух: входной в здание и в коридор этажа пожара;
• кабина лифта находится на первом этаже;  дверь шахты лифта  на первом этаже открыта, остальные – закрыты.

Подаваемый в лестничную клетку воздух через неплотности и щели в  окнах  фильтруется в окружающую атмосферу,  через щели притворов дверей – в другие части здания. Часть воздуха из лестничной клетки уходит в коридор этажа пожара,  а оставшаяся часть  – через  открытую входную дверь здания.  На верхних этажах лестничной клетки избыточное давление выше давления в шахте  лифтов.  За  счет этого  в верхнюю часть шахты лифта происходит фильтрация воздуха из объема здания. В шахте дымоудаления создается разряжение по отношению  к окружающим помещениям и из них в шахту дымоудаления фильтруется воздух.

В расчете взаимодействие систем дымоудаления,  подпора воздуха в лестничную клетку и шахты лифтов не учитываются,  т.е. считается, что взаимных перетеканий воздуха и газов между этими системами нет.

Рассмотрим физическую картину газообмена коридора этажа пожара при работе вентиляционных систем противодымной защиты.

В коридор из защищаемого объема подается воздух в количестве G_п. За счет  расслоения  холодного приточного воздуха и нагретых продуктов горения эпюра давлений на приточном проеме имеет  вид  трапеции.  В верхней  части  коридора  находятся продукты горения с температурой 300 С,  а в нижней – воздух с температурой,  равной  температуре  в лестничной клетке. Часть приточного воздуха G₁ проходит в помещение очага пожара,  другая часть G_п -G₁ смешивается с продуктами горения. Из  помещения очага пожара в коридор выходят продукты горения в количестве G₂.  Экспериментальные и теоретические исследования ВНИИПО и МНИИТЭП показали, что выход дыма из коридора этажа пожара в лестничную клетку  исключается  путем  создания притока по всей площади дверного проема со скоростью не менее 1,3 м/с для  жилых  зданий  и 1,5 м/с для общественных.

Давление в  коридоре этажа пожара выше давлений на наветренном и заветренном фасадах здания.  Часть воздуха  и  продуктов  горения через щели дверей негорящих квартир и другие неплотности в ограждающих конструкциях уходит из коридора. Поэтому расход удаляемого дыма меньше расхода воздуха, поступающего из защищаемого объема в коридор. Расход удаляемого дыма для жилых зданий вычисляется по  формуле

G_д = 0,96× В_п ×Н_п^3/2, (4.1)

а для общественных – по формуле

G_д = 1,2 ×В_п×Н_п^3/2, (4.2)

где В_п,Н_п-ширина и высота проема из защищаемого объема в коридор, м.

Методика расчета  требуемых  параметров  вентиляторов  системы противодымной защиты зданий повышенной этажности очень близка к методике конструкторского расчета обычной вентиляционной сети.  Некоторые отличия  обусловлены спецификой системы противодымной защиты.

В расчетах необходимо учитывать не  только  изменение  давления  по тракту вентиляционных  систем противодымной защиты,  но и изменения давлений по высоте здания.  Следует учитывать также снижение температуры в тракте дымоудаления за счет фильтрации холодного воздуха и подмешивания его  к продуктам горения.

4.2.1. Расчет требуемых параметров вентиляторов дымоудаления  из коридора

Для проведения  расчетов  требуемых  параметров   вентиляторов системы противодымной защиты здания повышенной этажности необходимо знать распределение внутренних и наружных давлений по  высоте  здания. Наружные давления на заветренном фасаде вычисляются по формуле

Р_нз,i=-0,6 ×r_н×U_в²/2 – h_i× g× (r_н – r_п), (4.3)

на наветренном фасаде -  по формуле

Р_нн,i = 0,8×r_н×U_в²/2 – h_i× g (r_н – r_п),

где h_i - высота середины дверного проема i-го этажа от уровня нижнего среза входной двери здания, м; r_п – плотность приточного воздуха, кг/м³.

Давление внутри здания на всех этажах кроме  первого  принимается равным среднеарифметическому между давлениями на наветренном и заветренном фасадах

Р_в,i =0,1×r_н ×U_в²/2 – h_i ×g × (r_н – r_п). (4.4)

Давление в коридоре первого этажа принимается равным наружному давлению на  наветренном  фасаде  на уровне этого этажа.  Плотность приточного воздуха определяется по его температуре Т_п, а температура принимается равной среднеарифметическому значению между наружной температурой и расчетной температурой воздуха в здании

Т_п =  (Т_н + Т_в)/2, r_п = 353/Т_п. (4.5)

Исходными данными для расчета требуемых параметров  вентиляторов дымоудаления из коридоров являются следующие величины. Параметры наружного воздуха: температура t_н и скорость ветра U_в. Геометрические характеристики здания,  дверных проемов, клапана и шахты дымоудаления:  h_i,  В_п, Н_п,  F_кл – площадь  клапана  дымоудаления; a_ш, b_ш- размеры сечения шахты дымоудаления; материал шахты дымоудаления.

Методика расчета состоит в следующем:

1. По формуле (4.1) или (4.2) определяем расход дыма, удаляемого с этажа пожара. Температура дыма в коридоре этажа пожара принимается равной 300 С (573 К), плотность 0,616 кг/м³.

2. Определяем давление в шахте дымоудаления на уровне  первого этажа

Р_шд,1 = Р_к,1 – 2 ×(G_д/F_кл)².

3. Определяем давление на  уровне второго (i-го) этажа

Р_шд,i =Р_шд,i-1- l×(h_i - h_i-1)/d_экв ×(G_ш,i,i-1/F_шд)²/(2×r_д,i-1),

где l  -  коэффициент  трения о стены шахты дымоудаления (l=0,1 для кирпичных стен; l=0,05 для шахт из бетона; l=0,02 для металлических шахт); d_экв-эквивалентный или гидравлический диаметр шахты дымоудаления, м;  r_д,i-1-  плотность  продуктов  горения  при  температуре Т_ш,i-1; G_ш,i-1,i -  расход продуктов горения с i-1-го на i-й этаж, кг/с; F_шд = a_ш× b_ш-площадь проходного сечения шахты дымоудаления, м².

Эквивалентный диаметр сечения шахты дымоудаления

d_экв = 4×F_шд/П_шд = 2 ×a_ш×b_ш/(a_ш + b_ш).

4. Определяем расход воздуха, фильтрующегося через щели и неплотности шахты и клапанов дымоудаления на втором (i-м) этаже

G_ф,i=[( Р_в,i - Р_шд,i)/S_ш]^0,5,

где S_ш = S_уд/F_кл – характеристика сопротивления стен шахты дымоудаления,  1/(кг м);  S_уд – удельная характеристика сопротивления стен шахты дымоудаления (для кирпичных шахт S_уд = 1000 м/кг;  для бетонных стен S_уд = 3000 м/кг;  для металлических шахт S_уд = 8000 м/кг).

5. Определяем  температуру  продуктов  горения  между   вторым (i-м) и третьим (i-1-м) этажами

Т_i=[Т_в×G_а +573 ×G_д - 3×(i-1)×(G_д +0,5×G_а)]/(G_д+G_а),

где G_а = SG_ф,i – суммарный расход воздуха,  фильтрующегося в шахту дымоудаления со второго по i-й этаж, кг/с.

6. Если рассматриваемый этаж не последний,  то переходим к выполнению п.  3. Если этаж последний, то полученные давление, расход и температура являются параметрами на  оголовке шахты дымоудаления.

7. Рассчитываем требуемое давление вентилятора дымоудаления

Р_в = Р_шд,N – g ×(h_N +h_выбр)×r_к + DР_сети,

где N – номер верхнего этажа;  h_выбр – расстояние по  вертикали  от середины дверного  проема верхнего этажа до отверстия дымоудаления, м; DР_сети – потери давления в сети обвязки вентилятора дымоудаления, Па.

8.  Подача вентилятора  дымоудаления определяется по формуле

Q_в = 3600 ×(G_д + SG_ф,i)/r_N,

где Q_в – подача вентилятора дымоудаления, м³/ч; r_N – плотность продуктов горения при температуре Т_N, кг/м³.

Выбор вентилятора  дымоудаления  производится  по  аэродинамическим характеристикам.

Температура продуктов горения в шахте дымоудаления выше температуры воздуха в здании.  За счет этого между шахтой дымоудаления и помещениями в здании возникает  разность  давлений,  способствующая движению дыма. Этот эффект называют “самотягой” или “эффектом дымовой трубы”.  Отрицательной стороной этого явления может  стать  так называемая раздача дыма.  На верхних этажах давление в шахте дымоудаления может превысить давление в здании и дым будет  выходить  из шахты и задымлять помещения,  примыкающие к шахте дымоудаления. Для того, чтобы исключить это  явление,  необходимо  уменьшить  сечение шахты дымоудаления.

4.2.2. Расчет  параметров  вентиляторов  подпора в лестничные клетки и шахты лифтов

Схема расчета  параметров  вентиляторов  подпора  в лестничные клетки и шахты лифтов отличается от схемы расчета вентиляторов дымоудаления тем,  что нет необходимости учета изменения температуры по тракту.

Расчет параметров вентиляторов подпора в лестничные клетки начинается с определения давления на первом этаже лестничной клетки

P_лк,1 =  P_в,1 +  20, (4.6)

Расход воздуха из лестничной клетки в коридор этажа пожара определяется по формуле

G_п = Н_п×В_п×r_п× V_п,

где V_п -  скорость воздуха в дверном проеме из лестничной клетки в коридор этажа пожара (1,3 м/с для жилых зданий;  1,5 м/с – для  общественных).

Зная давление  на  уровне 1-го этажа лестничной клетки,  можно определить расход воздуха через открытую входную дверь здания:

G_вх = (m×f)_вх× [2×r_п× (P_лк,1 - P_вх)]^0,5 (4.7)

Давление Р_вх вычисляется по формуле

Р_вх = – g ×h_вх ×(r_н – r_п) – 0,6 ×r_н×U_в²/ 2,

где h_вх-  высота середины входного дверного проема над уровнем нижнего среза этого проема,  м;  (m×f)_вх- эквивалентная гидравлическая площадь входа в здание, м².

Эквивалентная гидравлическая площадь последовательно и параллельно работающих проемов определяется по известным формулам.

Коэффициент расхода  m открытых проемов следует принимать равным 0,64, коэффициент расхода щелей в закрытых проемах – 0,8.

Воздух, уходящий в коридор этажа пожара и через входные  двери здания,  подается  на  1-й этаж лестничной клетки со второго этажа. Давление воздуха на 2-ом этаже  лестничной  клетки  вычисляется  по формуле

P_лк,2 = P_лк,1 + x_лк×G²_2,1/(2×r_п×f²_лк),

где G_2,1-  расход  воздуха  со 2-го этажа лестничной клетки на 1-й, кг/с;  f_лк- площадь лестничной клетки, м²; x_лк- коэффициент гидравлического  сопротивления  двухмаршевой лестничной клетки в пределах одного этажа (принимать равным 60).

Окна на  2-м  и последующих этажах лестничной клетки считаются выходящими на заветренный фасад здания, двери – внутрь здания. Зная давление на 2-м этаже лестничной клетки,  вычисляем расходы воздуха через двери и окна

G_д,i= [(P_лк,i - P_в,i) / S_дв]^0,5, (4.8)

G_о,i= J×f_о × (P_лк,i-  P_нз,i)^0,5, (4.9)

где P_лк,i- давление в лестничной клетке на уровне i-го этажа,  Па; P_нз,i- наружное давление на заветренном фасаде на уровне  середины дверного проема i-го этажа,  Па;  S_дв=S_уд/(F_дв)^0,5 - характеристика гидравлического сопротивления двери,  1/(кг м);  S_уд- удельная характеристика гидравлического сопротивления двери (S_уд изменяется от 2000 1/кг для неуплотненных дверей до 5000 1/кг  для  противодымных дверей);  J_о-  воздухопроницаемость окон (для одинарного спаренного остекления J 4о 0= 7,5 10^-3 кг/(с м Па^0,5),  для двойного раздельного – J_o= 5× 10^-3 кг/(с× м× Па^0,5); F_дв - площадь дверей, м².

Расход воздуха,  подаваемого с 3-го  (i-го)  этажа  лестничной клетки  на 2-й (i-1-й), равен сумме расходов воздуха,  уходящего по лестничной клетке на 1-й (i-2-й) этаж и через щели  дверей  и  окон 2-го (i-1-го) этажа:

G_i,i-1 = G_i-1,i-2 + G_д,i + G_о,i.

По расходу  воздуха  с i-го этажа лестничной клетки на i-1-й и давлению на i-1-м этаже определяем давление на i-м этаже лестничной клетки:

P_лк,i=  P_лк,i-1+ x_лк×G²_i,i-1/(2×r_п×f²_лк).

После этого по формулам (4.8) и (4.9) определяем утечки воздуха через щели дверей и окон i-го этажа и т.д.  вплоть до верхнего этажа лестничной клетки или ее зоны.

Требуемое давление вентилятора подпора в лестничную клетку определяется по формуле

P_вент = P_лк,N – P_вз +  DP_сети.

где P_лк,N – давление в лестничной клетке на уровне  верхнего  этажа, Па; P_вз – наружное давление на уровне воздухозабора,  расположение которого в расчете принимается с заветренной стороны здания, Па; DP_сети – потери давления в сети обвязки вентилятора, Па.

В случае деления лестничной  клетки  по  высоте  на  зоны  при расчете  величины DP_сети в нее следует включать потери давления в канале подачи воздуха в нижние зоны.  Расчет давлений и расходов  в зонированной  лестничной клетке производится по тем же формулам и в той же последовательности,  что и для лестничной клетки,  не разделенной на зоны.

Давление в  шахте  лифтов  на уровне 1-го этажа вычисляется по формуле

P_шл,1 = P_в,1 + 20 (4.10)

Давление в  коридоре  этажа  пожара  определяется  по  формуле (4.6). Потери давления на трение в шахте лифтов на два-три порядка меньше потерь давления в лестничной клетке,  поэтому можно считать, что

P_шл,N = P_шл,i = P_шл,1.

При пожаре кабины лифтов должны опускаться на 1-ый этаж и  останавливаться  там с открытыми дверями,  дверь шахты лифтов на 1-ом этаже также открыта. Воздух из шахты лифтов на первом этаже выходит в открытый дверной проем через щель, образованную стенами и кабиной лифта.  Периметр этой щели равен периметру дверного проема шахты, а ширину при отсутствии данных следует принимать равной 3-5см. Расход через дверь 1-го этажа шахты лифтов вычисляется по формуле

G_шл,i= f_щ×m_щ ×[2×r_п(Р_шл,1 -Р_в,1)]^0,5 = f_щ×m_щ×(40×r_п)^0,5. (4.11)

Двери шахты лифтов на всех вышележащих этажах считаются  выходящими на заветренный фасад здания,  расход воздуха через щели этих дверей вычисляется по формуле

G_щ,i =[( P_шл,i - P_нз,i)/S_дл]^0,5 , (4.12)

где S_дл =S_уд/(F_дл)^0,5 – характеристика гидравлического сопротивления дверей шахты лифтов,  1/(кг× м);  S_уд – удельная характеристика гидравлического сопротивления дверей шахты лифтов (изменяется от  1500 до 2500 1/кг; F_дл – площадь дверей шахты лифтов, м².

Подача вентилятора подпора воздуха в шахту лифтов  вычисляется по формуле

Q_шл = SG_шл,i,

а давление – по формуле (4.10).

Расчет параметров вентиляторов подпора в лестничные  клетки  и шахты лифтов удобно оформить в виде таблицы.

В качестве  примера рассчитаем параметры вентиляторов дымоудаления и подпора в лестничную клетку и шахту лифтов 16-этажного  жилого  здания,  выстроенного  в Москве.  Исходные данные для расчета следующие:

• высота этажа здания  3 м;
• высота пола 1-го этажа над уровнем нижнего среза входной двери
• здания 3 м;
• размеры дверей из лестничной клетки в коридор 2х0,85=1,7 м²;
• размеры сечения  шахты дымоудаления 0,5×0,5 м;
• материал шахты дымоудаления – бетон;
• площадь клапана дымоудаления 0,2 м²;
• удельная характеристика гидравлического сопротивления дверей лестничной клетки  2000 1/кг;
• остекление в  лестничной клетке – одинарное спаренное площадью 1,5х1,5 = 2,25 м²;
• периметр дверей шахты лифта 6 м, площадь 2м²;
• удельная характеристика гидравлического  сопротивления  дверей шахты лифта 1500 1/кг;
• вход в здание выполнен в виде тамбура с дверями 2х1=2 м²;
• расчетная температура в здании 18 С;
• площадь лестничной клетки 18 м².

По нормативным документам выбираем расчетные параметры наружного воздуха для Москвы :  t_н = -28 С, U_в = 4,2 м/с. Для проведения расчетов берем скорость ветра U_в =5 м/с.

Плотность наружного воздуха

r_н = 353/(t_н + 273) = 353/Т_н = 353/(-28 + 273) = 1,44 кг/м³.

Температура приточного воздуха

Т_п = (Т_в + Т_н)/2 = (t_в + t_н)/2 +273 = 268 К.

Плотность приточного воздуха

r_п = 353/Т_п = 1,32 кг/м³.

Расход приточного воздуха из лестничной клетки в коридор этажа пожара

G_п = r_п×V_п×f_п = 1,32×1,3×2,0×0,85 = 2,91 кг/с.

Расход дыма, удаляемого с этажа пожара

G_д = 0,96 ×В_п× Н_п^3/2 = 0,96×0,85×2^3/2 = 2,284 кг/с.

Высота середины дверного проема из лестничной клетки в коридор этажа пожара от уровня нижнего среза входной двери здания

h₁ = 3 + 1 = 4 м.

Внутреннее давление на 1-м этаже вычисляем по формуле (4.4)

Р_в,1 = -9,81×4 (1,44 – 1,32) + 0,8×1,44×5 52 0/2 = 9,6 Па.

Давление в лестничной клетке на уровне 1-го этажа  по  формуле (4.6)

Р_лк,1= 9,6 + 20 = 29,6 Па.

Расход через дверь лифта на 1-м этаже – по формуле (4.11)

G_шл,1= 0,05x6x0,8 (40×1,32)² = 1,74 кг/с.

Результаты дальнейших расчетов заносим в таблицу.

Эквивалентная площадь входа в здание

(m×f)_вх = [1/(2x1x0,64)² + 1/(2x1x0,64)²]^-0.5= 0.905 м².

Расход воздуха через входную дверь здания

G_вх =  (m×f)_вх ×[2×r_п×(Р_лк,1 - Р_вх )]^0.5=

=0,905 [2x1,32 (29,6 +12)]^0.5 == 9,48 кг/с.

Давление на i-м этаже лестничной клетки

Р_лк,i = Р_лк,i-1+  x_лк×G²_i,i-1/(2×r_п×f²_лк) =  Р_лк, + 0,07×G²_i,i-1

Характеристика гидравлического сопротивления дверей лестничной клетки

S_дв = 2000 ×F_дв^-0.5 =  2000 x1,7^-0,5 = 1534 1/(кг× м)

Расход воздуха  через  щели притворов дверей лестничной клетки

вычисляем по формуле (4.8)

G_дв,i =  [(Р_лк,i - Р_в,i)/1534]^0,5 = 0,0255× [P_лк,i -P_в,i]^0,5

Расход воздуха через щели окон по формуле (4.9)

G_o,i = 0,0169 ×(Р_лк,i – Р_нз,i)^0.5

Характеристика гидравлического сопротивления дверей шахты лифтов

S_дл = 1500 ×(F_дл)^-0.5 = 1500×2,0^-0,5 = 1060 1/(кг× м).

Расход воздуха через щели дверей шахты лифтов по формуле (4.12)

G_шл,i = [( 29,6 - Р_в,i)/1060]^0.5 = 0,0307 ×(29,6 – P_в,i)^0.5

Расход приточного воздуха, подаваемого вентилятором в лестничную клетку, G_в,лк, составляет 19,69 кг/с.

Расход приточного  воздуха,  подаваемого  вентилятором в шахту лифтов, составляет:

G_в,шл =SG_шл,i = 5,74 кг/с.

Объемный расход воздуха в лестничную клетку

Q_лк = G_в,лк /r_н = 19,69/1,44 = 11,57 м  /с = 41 650 м³/ч.

Объемный расход воздуха в шахту лифтов

Q_шл = G_в,шл /r_н = 5,74/1,44 = 3,99 м /с = 14 350 м³/ч.

Расчет параметров вентилятора дымоудаления проводится  в  табличной  форме  в  соответствии  с алгоритмом,  изложенным в разделе 13.2 учебника.  Требуемое  давление  на оголовке шахты дымоудаления равно -1088 Па, массовый расход продуктов горения 4,81 кг/с, температура 393 К. Объемный расход вентилятора составляет 19 273 м³/ч.

После расчета требуемых давлений  можно  приступить  к  выбору вентиляторов.

Расчет параметров  вентиляторов  системы  противодымной защиты здания повышенной этажности -  процедура  достаточно  трудоемкая  и требует нескольких часов работы.  Этот недостаток не является принципиальным и может быть устранен путем  разработки  соответствующих программ для персональных ЭВМ. Время расчета одного варианта меньше времени ввода исходных данных даже для самых маломощных ПЭВМ.

4.3. Управление  работой  систем  противодымной защиты зданий повышенной этажности

Основными элементами управления системами противодымной защиты в зданиях повышенной этажности являются:

• автоматические устройства обнаружения пожара и передачи сигнала о его возникновении и неисправности систем на диспечерский пункт (автоматические пожарные извещатели,  приемные станции,  линии связи);
• оборудование систем противодымной защиты (вентиляторы дымоудаления, вентиляторы подпора воздуха, поэтажные клапаны дымоудаления, воздухозаборные клапаны);
• устройства автоматического, дистанционного и местного управления оборудованием  системы  противодымной  защиты (щиты управления, промежуточные реле,  пакетные переключатели,  магнитные пускатели и др.).
• При возникновении пожара  система  управления  противопожарной защитой должна выполнить следующие операции:
• сигнализация (световая и звуковая) о  возникновении  пожара  с указанием этажа, на котором произошло загорание;
• включение в работу вентиляторов дымоудаления и подпора  воздуха;
• открытие клапана дымоудаления на том этаже и в той секции, где возник пожар;
• открытие воздухозаборных клапанов систем подпора;
• сигнализация о  неисправности  системы  с  указанием этажа или места возникновения неисправности;
• передача раздельных  сигналов о возникновении пожара и включении системы противодымной защиты,  общей неисправности и  состояния линий связи на центральный диспечерский пункт;
• отключение систем общеобменной вентиляции с  механическим  побуждением, кондиционирования и воздушного отопления;
• включение систем оповещения людей о пожаре;
• срабатывание автоматики  лифтов  по приведению их в режим “пожарная опасность” и “перевозка пожарных подразделений”.

В режиме  “пожарная опасность” кабины лифтов должны опускаться на 1-й этаж и оставаться там с открытыми дверями кабин и шахт в течение всего времени пожара. Использование лифтов для перевозки пассажиров в этом режиме исключается.  В  режиме  “перевозка  пожарных подразделений” блокировка  использования лифтов снимается специальным ключом и управление лифтом осуществляется только из его кабины.

В жилых  зданиях  автоматические  тепловые пожарные извещатели максимального действия устанавливаются в каждой квартире на  потолках прихожих над входными дверями в жилые помещения и кухню.  В коридорах и холлах общественных зданий, общежитий и гостиниц устанавливаются дымовые пожарные извещатели. На каждом этаже все извещатели включаются последовательно в луч.

Для дистанционного  включения  системы  противодымной защиты и насосов-повысителей предусматриваются кнопки в шкафах пожарных кранов. В схему управления они включаются независимо от автоматических пожарных извещателей. Местное управление вентилятором дымоудаления, вентиляторами  подпора и воздузаборными клапанами предусматривается в зоне размещения этого оборудования.

Щит управления оборудованием системы противодымной защиты размещается в специально отведенном помещении 1-го этажа здания.  Предусматривается выносной щиток пожарной сигнализации,  устанавливаемый при входе в секцию здания на фасаде или в вестибюле.

4.4. Конструктивное исполнение элементов систем противодымной защиты зданий повышенной этажности

Конструктивными элементами  системы противодымной защиты являются вентиляторы дымоудаления и  подпора  воздуха,  воздухозаборные клапаны вентиляторов подпора,  клапаны дымоудаления, автоматические устройства управления системой.  В  системах  противодымной  защиты применяются обычные  вентиляторы и обычные воздухозаборные клапаны.

Имеются каталоги вентиляторов и воздухозаборных колапанов. Автоматические системы противопожарной и,  в частности, противодымной защиты рассматриваются в специальных курсах.  Представляется  целесообразным  рассмотреть конструктивные особенности клапанов дымоудаления.

С появлением первых систем противодымной защиты в нашей стране в  качестве  клапанов дымоудаления применялись жалюзийные воздушные заслонки (клапаны воздушные регулировочные КВР).  Клапан  типа  КВР состоит из корпуса, в боковых стойках которого имеются отверстия для осей жалюзи.  Одна из сторон каждой  пластины  жалюзи соединена с тягой,  приводимой в движение электродвигателем. Вращение  двигателя вызывает движение тяги,  открывающее или закрывающее пластины.  Недостатком клапанов типа КВР является их высокая воздухопроницаемость (низкое значение S_уд) и невысокая надежность.

В качестве поэтажных клапанов дымоудаления применялись клапаны гильотинного  типа.  Клапан  гильотинного  типа имеет металлическую крышку,  которая удерживается в закрытом положении электромагнитным исполнительным механизмом.  При подаче сигнала на электромагнит его сердечник втягивается в соленоид и  освобождает  заслонку  клапана. Под  действием  собственного  веса заслонка падает вниз и открывает отверстие дымоудаления.  Недостатком гильотинного клапана  является низкая  надежность,  обусловленная заеданиями заслонки в направляющих.  В Москве до настоящего времени есть здания,  в которых в  качестве клапанов дымоудаления установлены клапаны типа КВР и клапаны гильотинного типа.

В настоящее время наиболее широко распространены клапаны  типа КДП (клапан дымоудаления поэтажный) и клапаны шторчатого типа. Клапан типа КДП состоит из корпуса, заслонки и магнитного исполнительного механизма.  При подаче сигнала на  исполнительный механизм  освобождается  защелка,  удерживающая заслонку в закрытом положении. Заслонка, установленная под небольшим углом к вертикали, под  действием  собственного  веса вращается на оси и открывает отверстие дымоудаления.  Для возврата заслонки в исходное  (закрытое) положение  имеется  металлический тросик,  а для передачи сигнала в систему автоматики о положении клапана (открыт  -  закрыт)  на  его корпусе имеется концевой выключатель.

Клапаны шторчатого типа являются одной из последних и наиболее перспективных разработок ВНИИПО и конструкторских организаций. Клапан шторчатого типа состоит из корпуса,  в котором закреплена  заслонка,  набранная  из  отдельных металлических пластин специального профиля.  В закрытом положении заслонка  удерживается магнитным исполнительным механизмом. При подаче сигнала на исполнительный механизм сердечник магнита втягивается в соленоид  и  освобождает заслонку.  Под действием собственного веса заслонка складывается наподобие мехов гармони и открывает отверстие  дымоудаления. Возврат заслонки в закрытое положение осуществляется вручную.

При проверке соответствия проектов и действующих объектов требованиям пожарной безопасности следует рекомендовать  к  применению клапаны типа  КДП  и  шторчатого  типа,  прошедшие испытания на огнестойкость по методикам, разработанным  ВНИИПО.

4.5. Приемка  и эксплуатация систем противодымной защиты зданий повышенной этажности

4.5.1. Натурные огневые испытания вентиляционных систем противодымной защиты

Существует два вида испытаний вентиляционных  систем  противодымной  защиты  зданий  повышенной этажности:  аэродинамические или “холодные” и натурные  огневые.  Натурные огневые испытания  систем противодымной  защиты проводятся в особых случаях.  К таким случаям относятся следующие:

• при строительстве  зданий  или устройстве систем противодымной защиты применены решения не регламентированные действующими  нормативными документами;
• здание является головным в серии массового строительства;
• здание является уникальным по архитектурному решению, назначению или другим признакам.

При проведении натурных огневых испытаний в одном из помещений 1-го типового этажа устраивается очаг пожара.  Величина пожарной нагрузки  должна  соответствовать  средней  статистической пожарной нагрузке помещений данного класса. Положение проемов и режимы работы  вентиляторов  должны соответствовать расчетным.  Во время опыта контролируется выполнение системой противодымной защиты возложенных на нее задач (обеспечение незадымляемости защищаемых объемов),  выявляются пути распространения дыма по зданию, измеряются температуры  газов,  концентрации токсичных компонентов продуктов горения на этаже пожара и на смежных с ним этажах.

Порядок организации,  подготовки и проведения натурных огневых опытов изложен в методических документах.

4.5.2. Аэродинамические испытания

Существует два  вида аэродинамических испытаний:  приемо-сдаточные и контрольные. Приемо-сдаточные  испытания проводятся во время работы рабочей комиссии. Контрольные испытания проводятся после проведения работ по ремонту системы противопожарной защиты в целом или отдельных ее элементов.

До проведения приемочных испытаний проверяется качество строительных и монтажных работ.  Особое  внимание  следует  обращать  на состояние каналов подпора воздуха и дымоудаления, прочность крепления оборудования,  соосность установки вентиляторов, наличие мягких шумопоглощающих вставок,  тщательную  заделку  отверстий  и щелей в междуэтажных перекрытиях и местах прокладки коммуникаций, плотность закрывания дверей, наличие и работоспособность дверных доводчиков и др.  Путем внешнего осмотра приборов и оборудования проверяется  их целостность,  соответствие паспортным данным и проекту, наличие защитных остеклений на ручных пожарных извещателях, указателей и надписей на оборудовании системы.

Проверяется также:

• качество выполнения  и  соответствие  правилам  монтажа   всех электропроводок;
• правильность выбора мест установки приемных станций, щитов управления, выносных сигнальных табло, обеспечение их соответствующими пояснительными надписями.

В процессе  проверки рабочая комиссия производит пробное включение вентиляторов, электроприводов всего противопожарного оборудования с целью выявления его работоспособности и правильности монтажа. Комплексное  опробование системы включает проверку работы и наладку систем:

• пожарной сигнализации на всех режимах,  включая проверку  прохождения сигналов “пожар” и “неисправность” на диспетчерский пункт;
• управления и сигнализации;
• подпора воздуха  и дымоудаления на соответствие заданным параметрам;
• внутреннего противопожарного водопровода на требуемые напоры и расходы воды;
• срабатывание автоматики  лифтов по приведению их в режимы “пожарная опасность” и “перевозка пожарных подразделений”.

При наладке  цепей  автоматики  системы  проверяют  наличие  и состояние всех пожарных извещателей, установленных в здании, надежность присоединения проводов к извещателям, поступление сигналов на приемные устройства сигнализации при имитации обрыва цепей пожарных извещателей и нажатии кнопок дистанционного пуска системы. Срабатывание автоматики от пожарного извещателя типа ДТЛ имитируется путем отсоединения одного   из  его  контактов.  Дистанционное  включение системы противодымной защиты проверяется нажатием кнопки  дистанционного пуска системы.

В аэродинамических испытаниях измеряются  основные  параметры, определяющие эффективность работы системы противодымной защиты:

• расход воздуха,  удаляемого через открытый клапан дымоудаления с нижнего типового этажа;
• расход воздуха через открытый проем из  защищаемого  объема  в коридор  нижнего типового этажа и перепад давления между защищаемым объемом и наветренным фасадом здания;
• избыточное давление в шахте лифта на уровне 1-го этажа по  отношению к наветренному фасаду здания.

Если измеренные в испытаниях величины больше или равны  регламентированным  значениям,  то  система  удовлетворяет предъявляемым требованиям.  Если же фактические параметры ниже требуемых, необходимо найти причину такого положения и устранить ее. Часто причинами заниженных значений параметров являются следующие:

• несоответствие паспортных  характеристик  вентиляторов  фактическим;
• низкая герметичность шахт и клапанов дымоудаления, ограждений, дверей и окон лестничных клеток и шахт лифтов;
• заниженное проходное  сечение шахт дымоудаления;
• завышенное сопротивление сетей обвязки вентиляторов.

Определение причин   несоответствия   фактических   параметров систем противодымной защиты проектным  представляет  собой  сложную задачу.

Периодичность проведения аэродинамических  испытаний,  порядок их организации,  объем измерений, применяемые приборы регламентируются  действующими нормативными и методическими документами.

4.5.3. Организационные  вопросы  эксплуатации систем противодымной защиты

Датой ввода системы противопожарной защиты  здания  повышенной этажности в  эксплуатацию  считается  дата  приемки  в эксплуатацию государственной приемочной комиссией  всего  объекта.  Руководитель жилищно-эксплуатационной организации  назначает  приказом  из числа инженерно-технических работников лицо,  ответственное за эксплуатацию средств систем противопожарной защиты.

Наличие договора со специализированной организацией на  выполнение работ по техническому обслуживанию систем противопожарной защиты не снимает ответственности с руководителя жилищно-эксплуатационной организации за состояние этих систем.

Жилищно-эксплуатационная организация,  осуществляющая эксплуатацию систем противопожарной защиты, должна:

• контролировать состояние включенных в  работу  противопожарных систем и  принимать  соответствующие  меры  в  случае  выхода их из строя;
• организовывать обучение  лиц  из состава инженерно-технических работников, ответственных за эксплуатацию систем;
• ежегодно, в  сроки,  предусмотренные графиком профилактических мероприятий, производить ремонт и окраску пожарных шкафов  и  полок для хранения пожарных рукавов,  помещений, где установлено противопожарное  оборудование;
• включать раздел  “Подготовка  систем  противопожарной защиты к работе в зимних условиях” в соответствующие  ежегодные  мероприятия по подготовке жилого фонда к зиме;
• проводить разъяснительную работу среди населения  по  вопросам обеспечения сохранности  приборов  и оборудования систем противопожарной защиты, их назначения, а также обучение правилам использования в случае возникновения пожара.

Передаваемое на специализированное  обслуживание  оборудование систем противопожарной защиты остается на балансе заказчика. Оплата капитального ремонта систем противопожарной защиты производится  за счет средств капитального ремонта.

Более подробно вопросы организации эксплуатации систем  противопожарной защиты изложены в специальной нормативной литературе.

Профессор кафедры ПБС, д.т.н. профессор Есин В.М.