Особенности проектирования систем вытяжной противодымной вентиляции с естественным побуждением
Specifics of Designing Naturally Driven Smoke Exhaust Ventilation Systems
M. V. Ivanenko, HVAC Systems Design Engineer
Keywords: naturally driven smoke exhaust ventilation system, smoke zone, smoke intake, smoke damper, pressure losses
Naturally driven smoke exhaust ventilation systems are not as common as mechanical exhaust systems. But this fact does not lessen their significance. These systems have a number of features that are discussed in this article.
Системы вытяжной противодымной вентиляции с естественным побуждением не так распространены, как механические вытяжные системы. Но данный факт нисколько не умаляет их значимости. Данные системы обладают рядом особенностей, которые и рассмотрены в статье.
Особенности проектирования систем вытяжной противодымной вентиляции с естественным побуждением оборудования
Системы вытяжной противодымной вентиляции с естественным побуждением (далее – ДВЕ) не так распространены, как механические вытяжные системы. Но данный факт нисколько не умаляет их значимости. Данным системам присущи следующие особенности:
- конструктивное выделение дымовых зон;
- количество дымовых люков – по расчету, но не менее одного на 1000 м2;
- при расчете по существующим рекомендациям [1, 2] подразумевается, что компенсирующая подача воздуха будет осуществляться системами приточной противодымной вентиляции с механическим побуждением.
Рассмотрим подробнее каждую особенность.
Конструктивное выделение дымовых зон
Согласно требованиям [3] (п. 7.9), существует конструктивное и условное деление на дымовые зоны. На данный момент в нормативных документах расчетное обоснование для выбора способа деления дымовых зон не представлено. В то же время, согласно [4, 5], при значении разности средней температуры дымового слоя и средней температуры воздуха в помещении до начала пожара менее 20 °С необходимо предусматривать конструктивное деление дымовых зон. В случае применения систем ДВЕ по определению (вне зависимости от разности температур) необходимо предусматривать конструктивное деление дымовых зон (п. 3.6 [3]).
Количество дымовых люков
Дымовой люк по п. 3.2 [3] является дымоприемным устройством. Соответственно, на дымовые люки распространяется требование п. 7.9 [3]: «Площадь помещения, приходящаяся на одно дымоприемное устройство, должна быть определена расчетом и составлять не более 1000 м2». К сожалению, по существующим методикам [1, 2] можно определить только минимальную суммарную площадь проходного сечения дымовых люков, но не их минимальное количество. Поэтому на данный момент исходим из нормативного требования: не менее одного люка на 1000 м2 площади помещения. При этом нужно помнить, что более эффективным будет применение большего числа маленьких люков, чем меньшего числа больших. Пользоваться формулами для расчета количества дымовых люков из п. 7.1.16 [6] некорректно, т. к. они распространяются на системы с механическим побуждением тяги. Исследованию влияния явления plugholing («поддува») на эффективность работы дымовых люков посвящены работы [7, 8], но их результаты в методические рекомендации не сформированы.
Механические системы компенсирующей подачи воздуха
При расчете систем ДВЕ по формулам рекомендаций [1, 2] подразумевается, что компенсирующая подача воздуха будет осуществляться системами приточной противодымной вентиляции с механическим побуждением (см. рис. 1). К необходимости такого решения можно прийти, ознакомившись с [9] и проанализировав соответствующие формулы рекомендаций [1, 2]: в формулах (91), (92) рекомендаций [1] и формуле 7.13 рекомендаций [2] отсутствуют переменные, относящиеся к компенсирующим устройствам.
Для более наглядной демонстрации влияния способа компенсации на минимальную суммарную площадь проходного сечения дымовых люков произведем соответствующие расчеты. Для расчета по рекомендациям [1] воспользуемся специализированным программным комплексом.
Исходные данные: г. Екатеринбург (ta = 26 °С, va = 4 м/с), размеры помещения 20×30×5 м, мощность очага пожара 5 МВт, температура воздуха внутри помещения до начала пожара 26 °С, высота незадымляемой зоны 2,5 м.
В результате расчета получим (результаты расчета доступны по ссылке через QR-код):
массовый расход удаляемого дыма Gsm = 10,7 кг/с;
средняя температура дымового слоя Tsm = 461,2 °К (188,2 °С).
По методике [1] рассчитаем минимальную суммарную площадь проходного сечения дымовых люков для установки в кровле.
Примем к установке дымовые люки типоразмером 900×600 (согласно данным производителя: Sжс = 0,5 м2, ξd = 0,17). В результате получим минимальную суммарную площадь проходного сечения дымовых люков 2,42 м2 – 5 шт.
Теперь грубо прикинем потери давления на устройстве компенсирующей подачи воздуха при естественном побуждении (будем признательны, если читатели прокомментируют данный подход). Итак, худший вариант – размещение компенсирующих устройств на заветренном фасаде. Для компенсирующей подачи воздуха воспользуемся воротами. Площадь открытых ворот возьмем, например, в два раза больше площади дымовых люков – 4,84 м2 (ξв = 2,44). Потери давления на компенсирующем устройстве складываются из потерь давления на преодоление разрежения заветренного фасада и потерь давления в местных сопротивлениях компенсирующего устройства:
где kaw0 – коэффициент ветрового напора для заветренного фасада. Принимаем kaw0 = –0,6;
ξв – коэффициент местного сопротивления проема ворот. Принимаем ξв = 2,44;
ρa – плотность наружного воздуха при температуре ta, кг/м3;
va – скорость ветра, м/с;
vв – скорость воздуха в проеме ворот, м/с.
По условиям массового баланса Ga = Gsm. Тогда скорость воздуха в проеме ворот:
Соответственно:
Подставим полученное значение в формулу (91) рекомендаций [1]:
При том же типоразмере (900×600) получим минимальную суммарную площадь проходного сечения дымовых люков уже 4,58 м2 (~10 шт.). Из приведенного примера видно, что выбор способа и условий компенсации оказывает значительное влияние на количество дымовых люков. В некоторых случаях можно получить и отрицательную величину под знаком корня, что указывает на неприемлемость принятых величин и, как следствие, невозможность применения дымовых люков. Игнорирование факта влияния устройства компенсирующей подачи воздуха (при естественном побуждении) приведет к недостоверному определению площади дымовых люков и в дальнейшем – к невыполнению системой своих функций (см. рис. 2).
Закрепим особенности вытяжных систем противодымной вентиляции с естественным побуждением тяги:
- конструктивное выделение дымовых зон;
- более эффективным будет применение большего числа маленьких люков, чем меньшего числа больших (но не менее одного на 1000 м2);
- устройство механических систем для компенсирующей подачи наружного воздуха.
Литература
- МД.137-13 «Расчетное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий: Методические рекомендации к СП 7.13130.2013».
- Р НП «АВОК» 5.5.1-2023 «Системы противодымной вентиляции жилых и общественный зданий».
- СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности (с Изменениями № 1, 2)».
- Системы противодымной вентиляции: вопросы и ответы // АВОК. – 2021. – № 4.
- Практические вопросы проектирования и устройства систем противодымной защиты зданий и сооружений. Обзор нормативных требований по пожарной безопасности, актуализация нормативов в рамках приказа № 50 Министерства строительства от 31.01.2020 // IV Инженерный форум. URL: https://dzen.ru/video/watch/61798733b03ad74ad93395af.
- СП 477.1325800.2020 «Здания и комплексы высотные. Требования пожарной безопасности».
- Пузач С. В., До Тхань Тунг. Условия возникновения «поддува» при работе систем дымоудаления с естественным побуждением // Пожаровзрывобезопасность. – 2014. – № 9.
- Пузач С. В., До Тхань Тунг. Влияние высоты стенки дымоудаляющего отверстия на возникновение «поддува» при дымоудалении с естественным побуждением // Пожаровзрывобезопасность. – 2014. – № 11.
- Колчев Б. Б. Особенности проектирования систем противодымной вентиляции с естественным побуждением тяги // Кровли. – 2010. – № 1(24).
Статья опубликована в журнале “АВОК” за №6'2024
pdf версияСтатьи по теме
- Системы противодымной вентиляции: вопросы и ответы
АВОК №4'2021 - Системы гибридной вентиляции многоквартирных жилых зданий. Пример расчета
АВОК №4'2019 - Противодымная вентиляция: компенсация удаляемых продуктов горения
АВОК №8'2019 - Системы дымоудаления – ключевая проблема применения конденсационных котлов
АВОК №8'2019 - Поквартирное теплоснабжение на базе индивидуальных газовых теплогенераторов
АВОК №3'2020 - Противодымная воздушная завеса для автостоянок: пример расчета параметров вентилятора
АВОК №1'2022 - Системы противодымной вентиляции
АВОК №4'2015 - Проектирование систем противодымной вентиляции: рекомендации эксперта
АВОК №3'2023 - СП «Здания и комплексы высотные. Требования пожарной безопасности»
АВОК №8'2017 - Основные ошибки при проектировании систем противодымной защиты зданий и сооружений
АВОК №2'2021
Подписка на журналы