Рекомендации по расчету систем противодымной защиты зданий различного назначения. ВНИИПО МВД СССР, 1982

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

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ СИСТЕМ ПРОТИВОДЫМНОЙ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Рекомендации разработаны кандидатами техн. наук В.М. Есиным, И.И. Ильминским, М.П. Стецовским, инженерами В.П. Бородавкиным, Г.Н. Валеевым, В.Ф. Коротких, П.Н. Поповым.

Изложена методика выбора исходных данных для расчета систем противодымной защиты зданий различного назначения. Приведены метод и примеры расчетов параметров таких сметем.

Рекомендации предназначены для персонала проектных организаций, практических работников пожарной охраны.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.

1. Общие положения.

2. Исходные данные для расчета систем противодымной защиты.

3. Расчет параметров вентиляционных систем противодымной защиты зданий различного назначения.

4. Примеры расчетов вентиляционных систем противодымной защиты зданий.

Список литературы.

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 мс-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 tм10 - 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;

t - 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 - Aw/F , (3)

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

F - площадь пола помещения, м2.

Площадь дымовых вытяжных шахт Fл для бесфонарных зданий рассчитывается по формуле

, (4)

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

Fп - площадь открытых дверных проемов, м2;

Том - максимальная среднеобъемная температура в помещении, К;

Тн - температура наружного воздуха, К;

Kб - коэффициент безопасности;

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

g - ускорение свободного падения, мс-2;

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

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

uв - скорость ветра, мс-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 uп в этом проеме должна удовлетворять следующему условию /4/:

uп , (5)

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

L - длина коридора (отсека коридора), м;

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

С целью упрощения расчетов для типового проекта жилых домов можно принять uп = 2,1 мс-1.

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

Gп = пuпBпНп, (6)

где п - плотность приточного воздуха, кгм-3;

Bп - ширина дверного проема, м.Расход дыма Gд, удаляемого с этажа пожара, вычисляется по формуле

Gд = 1,1Gп + Gов. (7)

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

Gов = , (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 = 0,6BoHo3/2, (9)

где Bo, Ho - 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 Ток, выходящих из очага пожара в коридор, вычисляется по формуле /5/

Ток = 0,65 – Tом. (11)

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

= 353/Т. (12)

Потеря давления в клапане дымоудаления вычисляется по формуле

, (13)

где кд - коэффициент сопротивления клапана дымоудаления.

Площадь клапана дымоудаления fкд выбирается такой, чтобы скорость воздуха в нем не превышала 20 мс-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 tз - температура в здании, С;

N - число этажей;

hэт - - 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/

tc = 13 + 0,34tд. (16)

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

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

Потеря давления в шахте дымоудаления определяется по формуле

, (18)

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

с - плотность дыма при tc, кгм-3;

fшд - площадь внутреннего поперечного сечения шахты дымоудаления; м2;

dэ - эквивалентный диаметр шахты дымоудаления, м;

N - количество этажей, здания.

Если hэт 3,3 м, в формулу (18) следует подставить приведенное число этажей, составляющее Nпр = hэтN/3 .

Давление, которое должен развивать вентилятор дымоудаления, вычисляется по формуле

Рвд = Ркд + Ршд + Рсети + Рп. (19)

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

, (20)

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

н - плотность наружного воздуха, кгм-3;

uв - скорость ветра, мс-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

(f)э = (f)1 + (f)2 + ... + (f)n. (22)

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

Qвд = Gошд/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 мс-1).

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

Piн(з) = - ghi(н - в) + Kн(з), (24)

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

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

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

Рлк,1 = Р1,н + п, (25)

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

Расход воздуха через открытую входную дверь здания рассчитывается по формуле

Gвх = (f)э, (26)

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

Рвх - 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

Рлк,2 = Рлк,1 + лк, (27)

Рлк,i = Рлк,i - 1 + лк, (28)

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

uлк,i - скорость воздуха между i-м и (i - 1)-м этажом лестничной клетки, мс-1.

Скорость воздуха в лестничной клетке определяется по формуле /9/

uлк,i = Gлк,i/(пfлк), (29)

где Gлк,i - расход воздуха, поступающего с i-го на (i - 1)-й этаж, кгс-1;

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

Расход воздуха со второго этажа на первый равен сумме расходов Gп и Gвх. 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:

Gлк,1 = Gп + Gвх + G0,1; (30)

Gлк,i = Gлк,i - 1 + Gщ,i - 1 + G0,i - 1. (31)

Расход воздуха, фильтрующегося через щели дверей, вычисляется по формуле

Gщ,i = (f)э, (32)

расход воздуха через щели окон - по формуле

Go,i = Jo. (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

Ршл,1 = Ршл,i = Ршл,N = Р1,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

Ршл,1 = Ршл,i = Ршл,N = Р1,н + п, (35)

где uщ - скорость воздуха в щели между шахтой и кабиной лифта, мс-1 (принимать равной 2,1 мс-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

Рвлк = Pлк,N – Pвз + Pклп + Ркан + Рсети, (36)

где Pлк,N - давление на верхнем этаже зоны лестничной клетки, Па;

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

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

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

Рсети - потери давления в обвязке вентилятора подпора, Па.

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

; (37)

, (38)

где Gут,i - утечки воздуха через неплотности лифтовых шахт, кгс-1. Последняя величина в эквивалентном выражении может быть приравнена к утечкам воздуха Gмл через машинное отделение шахты лифтов /9/:

= Gмл.

Величина Gмл вычисляется по формуле /9/

Gмл = fмл, (30)

где fмл - площадь отверстий для тросов лифтов, м (для шахты на два лифта при отсутствии сведений принимать fмл = 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

Gлк = Gлкз + hэтNк - Gф, (40)

где Gлкз - расход воздуха, подаваемого в зону лестничной клетки для создания в ней заданного давления, кгс-1;

Nк - число этажей, через которые проходит канал;

Gф - расход воздуха, уходящего через стены канала, кгс-1м-1; (при отсутствии данных принимать Gф = 0,05 кгс-1м-1).

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

, (41)

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

uкан - средняя скорость воздуха в канале, мс-1;

lкан - длина канала, м;

Пкан - 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 мс-1 (исходя из условия незначительного возрастания гидравлического сопротивления шахты):

, (42)

где Gщ,н, Gщ,к - массовый расход воздуха соответственно в начале и в конце шахты (канала), кгс-1;

с - средняя плотность газов в шахте (канале), кгм-3;

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

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

4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРОТИВОДЫМНОЙ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ

Пример 1. Рассчитать площадь люков дымоудаления для промышленного бесфонарного здания длиной 88 м, шириной 32 м и высотой 10,8 м. Помещение здания имеет дверной проем высотой 2,2 м и шириной 3,5 м. Здание будет возводиться в г. Иркутске.

Согласно СНиП II-37-75 (прил. 4) примем tн = - 38 С, и uв = 5 мс-1.

Вычислим общую площадь Fл люков дымоудаления по формуле (4), учитывая следующие параметры: коэффициент расхода открытых дверных проемов и люков дымоудаления п = л = 0,64; площадь дверных проемов Fп = 2,2 - 1,3 + + 33,5 = 13,36 м2; максимальная среднеобъемная температура Tом = 973 К; температура наружного воздуха Тн = 235 К; коэффициент безопасности K = 1,2; высота дверных проемов hп = 3 м; ускорение силы тяжести g = 0,81 мс-2; аэродинамический коэффициент заветренного фасада здания Kз = -0,6; аэродинамический коэффициент люка дымоудаления Kл = -0,4; скорость ветра uв = 5 мс-1; высота места установки люков дымоудаления Н = 10 м.

Получим:

м2.

Пример 2. Рассчитать расход газов и подобрать оборудование для системы дымоудаления 16-этажного жилого дома. Высота этажа 2,7 м. Ширина квартирной двери 0,83 м, высота 2 м. Ширина створки двери в лестничную клетку 0,85 м, высота 2 м. Расчетная температура наружного воздуха минус 30 °С, скорость ветра 5 мс-1.

Температуру приточного воздуха вычислим по формуле (1):

К.

Плотность приточного воздуха определим по формуле (12):

п = = 1,32 кгм-3.

Расход воздуха из лестничной клетки в поэтажный коридор найдем по формуле (6):

Gп = 1,322,10,832 = 4,6 кгс-1.

Расход продуктов горения, удаляемых из поэтажного коридора, рассчитаем по формуле (7):

Gд = 1,14,6 + 0 = 5,1 кгс-1.

Массовый расход продуктов горения на оголовке шахты дымоудаления вычислим по формуле (17):

Gошд = 5,1 + 2,7 (16 – 1)0,11 = 9,6 кгс-1.

Среднюю плотность продуктов горения в шахте дымоудаления при температуре дыма 115 С определим по формуле (12):

с = = 0,910 кгм-3.

Объемный расход газов, перемещаемых вентилятором дымоудаления, вычислим по формуле (23):

Qвд = = 10,5 м3с-1 = 38000 м3ч-1.

Плотность продуктов горения у клапана дымоудаления при температуре дыма 300 С найдем по формуле (12):

д = = 0,616 кгм-3.

Выберем клапан дымоудаления с площадью проходного сечения 0,5 м2. Скорость газов в этом клапане определим по формуле (14):

uд = = 16,6 мс-1.

Потерю давления в клапане дымоудаления вычислим по формуле (13):

Ркд = 1,5 = 127,3 Па.

Принимая площадь поперечного сечения шахты дымоудаления равной 1 м2, рассчитаем по формуле (42) скорость газов е шахте:

uш = = 8,1 мс-1.

Потерю давления в шахте дымоудаления вычислим по формуле (18), принимая величину относительной шероховатости стенки шахты не превышающей 15 мм:

Па.

Потерю давления в обвязке вентилятора дымоудаления вычислим для сети, схема которой показана на рис. 4. Данная сеть включает в себя составное колено (2 = 1), конфузор (к = 0,058), выхлопной конфузор (к + в = 0,058 + 1). Потеря давления в сети равна

Рис. 4. Схема сети воздуховода вентилятора дымоудаления

Требуемое давление вентилятора дымоудаления вычислим по формуле (19):

Рвд = 127,3 + 68,9 + 721,7 + 2,44 = 294,8 Па = 94,3 кгм-2.

По каталогу выберем радиальный вентилятор Ц 4-70 № 10 с частотой вращения 16 с-1 двигателем мощностью 18 кВт.

Пример 3. Рассчитать требуемые подачу и давление воздуха и подобрать вентиляционное оборудование, обеспечивающее подпор воздуха в лестничной клетке с естественным освещением для 16-этажного жилого дома.

Параметры наружного воздуха, высота этажа здания, размеры дверных проемов квартиры и лестничной клетки такие же, как в примере 2.

Уровень первого этажа здания на 1,5 м выше уровня входа в здание. Входные двери в здание двойные, площадь их проема 2,2 м2. Лестничная клетка имеет рассечку между 8 и 9 этажом, переход между зонами лестничной клетки - по балкону, дверные проемы на переход имеют остекление. Лестничная клетка на каждом этаже имеет остекленные оконные проемы площадью 1,5 м2 с удельной воздухопроницаемостью 0,00237 кгс-1м-2Па-0,5 и двери, площадь щелей которых равна 0,024 м2.

Плотность наружного воздуха вычислим по формуле (12):

н = = 1,45 кгм-3.

Значения наружного давления по высоте здания определим по формуле (24):

Рi,н = -hi,д(1,45 – 1,20) + 0,8;

Рi,з = -hi,д(1,45 – 1,20) + 0,6.

Результаты вычислений представлены в табл. 1 (3, 4, 5-я графы).

Плотность приточного воздуха вычислим по формуле (12) по его температуре:

п = = 1,32 кгм-3.

Таблица 1

Результаты расчета давления снаружи здания, расхода и скорости движения воздуха в лестничной клетке

Этаж Высота центра проема, мГравитационное давление, Па Давление, Па Расход, кгс-1 Скорость воздуха по шахте лестничной клетки, мс-1

на наветренном фасаде на заветренном фасаде в лестничной клетке через дверь лестничной клетки через окна лестничной клетки по шахте лестничной клетки Вход 1,00 -2,41 12,09 -13,28 2 - - - -

1 2,85 -6,86 7,64 -13,73 14,74 13,0 0,02 13,20 0,768

2 5,55 -13,35 1,15 -24,23 38,16 0,24 0,03 13,47 0,785

3 8,25 -19,85 -5,35 -30,72 62,57 0,30 0,03 13,81 0,804

4 10,95 -26,34 -11,84 -37,22 88,20 0,35 0,04 14,19 0,827

5 13,65 -32,84 -18,34 -43,72 115,30 0,39 0,04 14,63 0,852

6 16,35 -39,34 -24,84 -50,21 144,08 0,43 0,05 15,11 0,880

7 19,05 -45,83 -31,33 -56,71 174,79 0,47 0,05 15,64 0,911

8 21,85 -52,33 -37,83 -63,20 207,67 0,51 0,06 16,21 -

9 24,49 -58,83 -44,33 -69,70 -37,23 15,26 0,02 15,28 0,890

10 27,15 -65,32 -50,82 -76,20 5,86 0,26 0,03 15,57 0,907

11 29,85 -11,82 -57,32 -82,69 26,74 0,32 0,04 15,83 0,928

12 32,55 -78,31 -63,81 -89,19 60,87 0,38 0,04 16,35 0,953

13 35,25 -84,81 -70,31 -95,69 96,84 0,43 0,05 16,83 0,931

14 37,95 -91,31 -76,81 -102,18 134,95 0,48 0,05 17,37 1,012

15 40,65 -97,80 -83,30 -108,68 175,68 0,52 0,06 17,95 1,045

16 43,35 -104,30 -89,80 -115,17 218,87 0,57 0,06 18,58 -

Давление на первом этаже здания рассчитаем по формуле (25):

Рлк,1 = 7,64 + 2,44 = 14,74 Па,

результат запишем в графу 6 табл. 1.

Расход воздуха через открытые входные двери тамбура здания найдем по формуле (26):

кгс-1.

Расход воздуха через закрытые двери лестничной клетки вычислим по формуле (32):

Gш,i = 0,80,024

и занесем в графу 7 табл. 1.

Расход воздуха через окна лестничной клетки определим по формуле (33):

Gо,i = 0,002371,5

и занесем в графу 8.

Общий расход воздуха по лестничной клетке в пределах этажа вычислим по формулам (30), (31):

Gлк,i = 4,6 + 3,39 + 0,02 = 13,2 кгс-1.

Результаты вычислений занесем в графу 9 табл. 1.

Расчетную скорость движения воздуха по шахте лестничной клетки определим по формуле (29):

uлк,i = = 0,769 мс-1.

Результаты расчетов занесем в графу 10 табл. 1.

Величину избыточного давления в лестничной клетке рассчитаем по формуле (28):

Рлк,i = Рлк,i – 1 + 60

Результаты расчетов занесем в графу 6 табл. 1.

Расчеты закончим для уровня 8-го этажа, так как между 8 и 9 этажом имеется рассечка. Для верхней зоны лестничной клетки (9-16 этажи) примем открытыми двери на наружный переход и на 9-й этаж.

Определим давление внизу верхней зоны по формуле (25):

Рлк,9 = -44,33 + 2,44 = -37,23 Па.

Результат запишем в графу 6 табл. 1.

Расходы воздуха через открытые двери на наружный переход и на 9-й этаж определим по формулам (26) и (6):

Gпер = 0,6420,9 = 10,66 кгс-1,

Gп,д = Gп = 4,62 кгс-1.

Расход воздуха через окна лестничной клетки на 9-м этаже рассчитаем по формуле (33):

Gо,9 = 0,002371,5 = 0,020 кг-с-1.

Последнее значение занесем в графу 8 табл. 1.

Расход воздуха по лестничной клетке с 10-го на 9-й этаж определим по формуле (30):

Gлк,9 = 10,66 + 4,6 + 0,02 = 15,28 кгс-1.

Две последние величины занесем соответственно в графы 7 и 9 табл. 1. Дальнейшие вычисления проводим по тем же формулам и в той же последовательности, в какой выполняли расчеты для 2-8-го этажей. Результаты всех расчетов представлены в табл. 1.

Требуемые объемные расходы воздуха, попеваемого в нижнюю и верхнюю зоны лестничной клетки, найдем по формулам (37) и (40):

Qлк,вз = 12,8 м3с-1 = 46130 м3ч-1;

Qлк,нз = = 12,3 м3с-1 = 44250 м3ч-1.

Требуемое давление вентилятора, подающего воздух в нижнюю зону, вычислим по формуле (36). Наружное давление на уровне воздухозабора, расположенного на отметке 53 м, вычислим по формуле (24):

Рвз = -539,81 - (1,45 - 1,2) - 0,6 = 140,9 Па.

Рис. 5. Схема сети воздуховода вентилятора, подающего воздух в первую зону лестничной клетки:

1 - жалюзийная решетка; 2 - вентилятор; 3 - канал для подачи воздуха; 4 - регулирующая заслонка

Потерю давления в сети вентилятора вычислим с учетом ее схемы (рис. 5). Представленная сеть включает в себя декоративную решетку, занимающую менее 20% площади отверстия ( = 1,6), переход от конуса к цилиндру ( = 0,2), цилиндрическое составное колено к вентилятору ( = 0,2), диффузор за радиальным вентилятором ( = 0,7), шахту высотой в восемь этажей ( = 0,05), колено в шахте ( = 1,5), поворотный клапан ( = 2). Потеря давления в этой сети составит:

Потерю давления в поворотном клапане площадью 1 м2, установленном в оголовке стены нижней зоны лестничной клетки, вычислим по формуле (13):

Па.

Потерю давления в канале, подающем воздух, определим по формуле (41):

Па.

Требуемое давление вентилятора подачи воздуха в нижнюю зону лестничной клетки составит

Рвнз = 207,7 - (-140,9) + 927,7 + 219,4 + 118,5 = 1614,2 Па = 164,6 кгм-2.

Схема сети воздуховода вентилятора, подающего воздух в верхнюю зону, показана на рис. 6. В отличие от схемы, представленной на рис. 5, здесь отсутствует подающий канал. С учетом этого и величины подачи в верхнюю зону лестничной клетки 12,8 м3с-1 вычислим потери давления в сети вентилятора верхней зоны:

Потерю давления в поворотном клапане площадью 1 м2, установленном в покрытии лестничной клетки, определим по формуле (13):

Па.

Рис. 6. Схема сети воздуховода вентилятора, подающего воздух в верхнюю зону лестничной клетки:

1 - жалюзийная решетка; 2 - вентилятор; 3 - регулирующая заслонка; 4 - объем лестничной клетки или шахты лифтов

Требуемое давление вентилятора подачи воздуха в верхнюю зону лестничной клетки составляет:

Рввз = 218,8 - (-140,9) + 826,4 + 237,6 = 1423,7 Па = 145,1 кгм-2.

Исходя из полученных результатов, выбираем одинаковые (с целью унификации) вентиляторы Ц 4-70 № 10 с частотой вращения 19 с-1 и электродвигателями мощностью 27 кВт.

Пример 4. Рассчитать требуемые подачу и давление воздуха и подобрать вентиляционное оборудование для создания подпора воздуха в шахте лифтов 16-этажного жилого дома. В шахте размешены пассажирский и грузопассажирский лифты. Ширина проема двери шихты для пассажирского лифта 1 м, высота 2 м; эти же параметры для грузопассажирского лифта составляют соответственно 1,2 и 2 м. Ширина щелей в притворах дверей шахты лифтов равна в среднем 0,004 м.

Параметры наружного воздуха, высота этажа здания такие же, как в примерах 2 и 3.

Давление воздуха в шахте лифтов вычислим по формуле(34), учитывая значения наружного давления для здания, приведенные в табл.1 (графа 4):

Ршл = 7,64 + 20 = 27,64 Па.

Вычислим площадь щелей в притворах дверей шахты на одном этаже здания:

Fш,i = (1,02 + 2,02)0,004 + (1,22 + 2,02)0,004 = 0,05 м2.

Расход воздуха через щели в притворах дверей шахты лифтов на первом этаже определим по формуле (32):

Gщ,i = 0,80,05 = 0,438 кгс-1.

Результаты расчетов избыточного давления в шахте лифтов относительно заветренного фасада и расхода воздуха через щели дверей шахты приведены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты расчетов давления снаружи здания, избыточного давления и расхода воздуха в шахте лифтов

Этаж Давление на заветренном фасаде здания, Па Избыточное давление в шахте лифтов относительно заветренного фасада здания, Па Расход воздуха, кгс-1

через щели дверей шахты по шахте лифтов

1 -17,73 45,37 0,438 0,438

2 -24,23 51,87 0,468 0,905

3 -30,72 58,36 0,496 1,402

4 -37,22 64,86 0,523 1,925

5 -43,72 71,36 0,549 2,474

6 -50,21 77,85 0,573 3,048

7 -56,71 84,35 0,596 3,645

8 -63,20 90,84 0,619 4,264

9 -69,70 97,34 0,641 4,905

10 -76,20 103,84 0,662 5,567

11 -82,60 110,33 0,682 6,250

12 -89,19 116,83 0,702 6,952

13 -95,69 123,33 0,721 7,674

14 -102,18 129,82 0,740 8,415

15 -108,68 136,32 0,758 9,174

16 -115,17 142,81 0,776 9,950

Утечку воздуха через машинное отделение шахты лифтов вычислим по формуле (39):

Gмл = 0,640,25 = 3,11 кгс-1.

Объемный расход воздуха на оголовке шахты лифтов вычислим по формуле (38):

= 9 м3с-1 = 32425 м3ч-1

Потерю давления в сети обвязки вентилятора подачи воздуха в шахту лифтов (рис. 4) примем равной 450 Па.

Требуемое давление вентилятора подачи воздуха в шахту лифтов определим по формуле (36):

Рвл = 142,8 - (-140,9) + 450 = 733,7 Па = 75 кгм-2.

Учитывая расчетные данные, из каталога выбираем вентилятор Ц 4-70 № 10 с частотой вращения 13,5 с-1 и электродвигателем мощностью 10 кВт.

Пример 5. Рассчитать расход газов в системе дымоудаления 16-этажного здания управления. Высота этажа здания 3,6 м. Площадь большинства рабочих помещений не превышает 36 м2. В каждом помещении имеются два окна площадью 6 м2 каждое и дверной проем высотой 2,2 м и шириной 1 м. Помещения оборудованы приточной общеобменной вентиляцией, обеспечивающей трехкратный обмен воздуха в течение часа. Поэтажный коридор длиной 60 м разделен на отсеки перегородкой с дверью. Высота дверных проемов в перегородках, отделяющих лестничную клетку с подпором воздуха от первого отсека коридора и отсеки коридора друг от друга, 2,2 м, ширина 1 м.

Средняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки составляет минус 30 °С, скорость ветра 5 мс-1. В здании поддерживается температура, равная 20 С.

Вычислим объем рабочего помещения:

V = 363,6 = 129,6 м3.

Фактор проемности помещения определим по формуле (3) с учетом открытых дверного и оконных проемов:П = = 39,4%.

Пользуясь номограммой (рис. 1), найдем, что в помещении объемом 129,6 м и высотой 10 м максимальная средне - объемная температура при пожаре составит tом = -760 С.

С помощью рис. 2 и 3 определим для помещения высотой 3,6 м отношение tом/tм10 и поправку на среднеобъемную температуру t:

tом/tм10 = 1,2; t = 0.

Максимальную среднеобъемную температуру при пожаре в рабочем помещении вычислим по формуле (2):

tом = 760[1,2 + 0] = 912 °С;

Том = 1185 К.

Температуру продуктов горения, выходящих из помещения очага пожара в поэтажный коридор, найдем по формуле (11):

Ток = 0,651185 = 770 К.

Среднюю скорость воздуха в дверном проеме между поэтажным коридором и лестничной клеткой с подпором воздуха, предотвращающую поступление в нее дыма, определим по формуле (5):

uп = (0,46 - 0,09) = 2 мс-1.

Температуру приточного воздуха рассчитаем по формуле(1):

Т = = 268 К.

Плотность приточного воздуха вычислим по формуле (12):

п = = 1,32 кгм-3.

Расход приточного воздуха из лестничной клетки в поэтажный коридор определим по формуле (6):

Gп = 1,322,212 = 5,8 кгс-1.

Расход воздуха приточной системы общеобменной вентиляции вычислим по формуле (8):

Gов = = 0,13 кгс-1.

Расход продуктов горения, удаляемых из отсека поэтажного коридора, рассчитаем по формуле (7):

Gд = 1,15,8 + 0,13 = 6,51 кгс-1.

Расход продуктов горения из помещения очага пожара в поэтажный коридор найдем по формуле (9):

G2 = 0,612,23/2 = 1,96 кгс-1.

Температуру продуктов горения, удаляемых из отсека поэтажного коридора, вычислим по формуле (10):

Тд = = 398 К;

tд = 125 °С.

Плотность продуктов горения в отверстии клапана дымоудаления определим по формуле (12):

д = = 0,887 кгм-3.

Скорость продуктов горения в отверстии клапана дымоудаления рассчитаем по формуле (14), принимая площадь отверстия клапана равной 0,5 м2,

uд = = 14,7 мс-1.

Среднюю температуру продуктов горения по высоте шахты дымоудаления вычислим по формуле (15):

tc = 20 + (125 - 20) = 45 С.

Плотность продуктов горения при температуре 45 °С найдем по формуле (12):

с = = 1,11 кгм-3.

Расход продуктов горения на оголовке шахты дымоудаления определим по формуле (17): 1

Gошд = 6,51 + 3,6(16 - 1)0,11 = 12,45 кгс-1.

Среднюю скорость газов в шахте дымоудаления рассчитаем по формуле (42), принимая площадь ее внутреннего поперечного сечения равной 1 м2:

uш = = 8,54 мс-1.

Потерю давления в шахте дымоудаления найдем по формуле (18):

Ршд = [(6,512(16–1) + 6,510,113,6(16-1)2 + 1/30,1123,62(16-1)3] = 450 Па.Потерю давления в отверстии клапана дымоудаления с учетом аэродинамического сопротивления клапана и поворота потока вычислим по формуле (13):

Ркд = 1,5 = 143,7 Па.

Эквивалентную площадь проемов, отделяющих лестничную клетку с подпором от объема второго отсека коридора, определим по формуле (21):

(f)э = = 1,0 м2.

Потерю давления в дверных проемах, отделяющих лестничную клетку от объема второго отсека коридора, вычислим по формуле (20):

Рп = = 59 Па.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 12.1.004-76. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

2. Инструкция по определению пожарной нагрузки в помещениях общественных зданий. - М.: ВНИИПО, 1981. - 28 с.

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

4. Стецовский М.П. Исследование теплогазообмена на этаже пожара и определение некоторых параметров для расчета вентиляционных систем противодымной защиты жилых зданий: Дис. канд. техн. наук/ МИСИ им. В.В. Куйбышева: - М., 1976.

5. Валеев Г.Н., Есин В.М., Ерофеев А.Н. Экспериментальное исследование температурных режимов в помещениях на этаже пожара. - В кн.: Огнестойкость строительных конструкций: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 1981, с. 50-57.

6. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника. Нормы проектирования.

7. Бородавкин В.П., Валеев Г.Н., Стецовский М.П. Расчет расхода и температуры продуктов горения в шахтах дымоудаления при пожарах в 10-16-этажных жилых зданиях. - В кн.: Пожарная профилактика: Сб. тр. М.: ВНИИПО, 1981, с. 63-68.

8. Дубовик В.И., Карпов Л.И. Формула для расчета коэффициента сопротивления лестничных клеток. - В кн.: Противодымная защита многоэтажных зданий: Сб. тр. М.: ВНИИПО, 1976, с. 49-52.

9. Испытание противодымной защиты эксплуатирующегося жилого дома /Бородавкин В.П., Валеев Г.Н., Попов П.Н., Стецовский М.П. - Там же, 1978, вып. 2, с. 74-84.