Импульсная противодымная вентиляция подземных автостоянок

В. М. Есин, доктор техн. наук, профессор кафедры пожарной безопасности в строительстве Академии ГПС МЧС России

С. П. Калмыков, научный сотрудник учебно-научного комплекса пожарной безопасности в строительстве Академии ГПС МЧС России

Импульсные системы дымоудаления  применяются в Великобритании, Германии, Португалии, Корее, Китае и других странах на таких объектах, как тоннели, автостоянки, метрополитен.

В нашей стране подобные системы распространения пока не получили по ряду причин методологического и нормативного характера – отсутствие сертификатов на оборудование импульсной противодымной вентиляции (ИПДВ) и отличие принципа работы ИПДВ от методов обеспечения незадымляемости помещений, принятых в нашей стране.

В вышеуказанных странах существует нормативная база в отношении применения ИПДВ. Так, например, в британском стандарте ВS 7346-7:2006, части 7 «Своде правил по функциональным рекомендациям и методам расчета систем дымоудаления из закрытых автостоянок» приведены следующие требования:

- воздухообмен в автостоянке должен быть не меньше 10-кратного в час;

- производительность вытяжных вентиляторов должна быть рассчитана из условия возникновения пожара с мощностью тепловыделения 4 МВт при оснащении помещения спринклерной системой пожаротушения или 8 МВт – без спринклерной системы пожаротушения;

- расположение струйных вентиляторов должно быть таким, чтобы обеспечить ограничение растекания подпотолочной струи в пределах 10 м от очага возгорания (всех возможных очагов возгорания) в направлении, противоположном возникшему воздушному потоку;

- расположение должно учитывать наличие балок и их влияние на перемещаемый подпотолочный слой дымовых газов;

- основные функции проектируемой системы должны выполняться даже после выхода из строя импульсного вентилятора в результате огневого воздействия;

- площадь приточных отверстий должна быть таковой, чтобы предо-твратить циркуляцию дыма внутри помещения автостоянки вследствие высокой скорости приточного воздуха; максимальная скорость воздуха должна быть не более 2 м/с.

Однако научно-обоснованные требования, предъявляемые к эксплуатационным параметрам струйных вентиляторов и целесообразности их размещения в помещениях автостоянок, как в нормативной литературе, так и в доступных литературных источниках, отсутствуют.

Кроме этого, на работу ИПДВ может повлиять значительное количество факторов: диаметр и скорость струи на выбросном патрубке струйного вентилятора, количество, тяга и производительность вентиляторов, геометрические параметры помещения, мощность тепловыделения при пожаре, дымообразующая способность пожарной нагрузки, размеры вытяжных отверстий и производительность вытяжных вентиляторов и др.

Исследование влияния различных факторов на эффективность работы системы ИПДВ

При помощи программного комплекса FDS было проведено несколько серий численных экспериментов по исследованию влияния различных факторов на эффективность работы системы ИПДВ.

Условия проведения численных экспериментов заключались в следующем:

- площадь помещения автостоянки принималась равной 3 000 м²;

- высота помещения автостоянки – 3 м;

- мощность тепловыделения очага пожара – 4 МВт;

- количество струйных вентиляторов – 12 шт.

Диаметр выбросных патрубков струйных вентиляторов и скорость потока воздуха на них, высота их установки, геометрические параметры, расход и количество приточных и вытяжных отверстий изменялись в зависимости от условий проведения конкретного численного эксперимента.

Внутри моделируемого помещения равномерно располагались 125 контрольных точек, в которых фиксировали опасные факторы пожара (ОФП): потеря видимости, повышенная температура, пониженное содержание кислорода, предельно допустимое содержание моноксида и диоксида углерода – по 25 контрольных точек на каждый из ОФП. Контрольные точки располагались на уровне 1,7 м от пола помещения.

Эффективность работы ИПДВ оценивалась количеством контрольных точек, в которых ОФП достигли предельно допустимых значений. Чем меньше количество контрольных точек, тем лучше эффективность работы.

В первой серии экспериментов было проведено 7 расчетов. Скорость на выбросных патрубках варьировалась от 2,5 до 25 м/с. Импульсные вентиляторы принимались с размерами патрубков 0,5 x 0,5 м. Удаление продуктов горения предусматривалось через 2 дымоприемных отверстия с расходом по 40 000 м³/ч каждое. Приток наружного воздуха пре-дусматривался через 2 приточных отверстия с расходом по 30 000 м³/ч каждое. Большие расходы, изначально принимаемые как для вытяжки, так и для притока, объясняются высокой степенью перемешивания подпотолочного слоя дыма с достаточно неподвижным нижележащим слоем воздуха, вследствие чего увеличивается объем удаляемой газовоздушной среды.

Лучшие результаты были получены при скорости воздушного потока на выбросных патрубках импульсных вентиляторов, равной 10 м/с, что соответствует производительности вентилятора 9 000 м³/ч.

Рисунок 1. Осевой струйный вентилятор

Наступление ОФП по пониженному содержанию кислорода, предельно допустимым содержаниям моноксида и диоксида углерода в течение моделируемого промежутка времени, равного 300 секундам, не наблюдалось.

Отмечалось наступление ОФП в 12 контрольных точках по потери видимости и в 3 – по повышенной температуре. При скорости на выбросных патрубках струйных вентиляторов меньше 10 м/с происходит задымление помещения, что является следствием недостаточной производительности струйных вентиляторов. При скорости в выбросных патрубках струйных вентиляторов больше 10 м/с происходит как задымление, так и повышение температуры, что является следствием раздувания очага пожара и циркуляции дыма внутри помещения. Подобная картина наблюдается и в последующих расчетах.

Во второй серии экспериментов импульсные вентиляторы принимались с размерами патрубков 0,4 х 0,4 м. Скорость на выбросных патрубках варьировалась от 5 до 25 м/с. Расходы приточного и удаляемого воздуха принимались такими же, как и в предыдущих сериях расчетов.

Лучшие результаты в этой серии экспериментов были получены также при скорости воздушного потока на выбросных патрубках импульсных вентиляторов, равной 10 м/с. При этом отмечалось наступление ОФП в 12 заданных точках по потери видимости и в одной – по повышенной температуре.

В третьей серии экспериментов импульсные вентиляторы принимались с размером патрубков 0,3 х 0,3 м. Скорость на выбросных патрубках варьировалась от 10 до 25 м/с. Расходы приточного и удаляемого воздуха принимались такими же, как в предыдущих сериях расчетов.

Лучшие результаты в этой серии экспериментов были получены при скорости воздушных струй на выбросных патрубках импульсных вентиляторов, равной 15 м/с. При этом отмечается наступление ОФП в девяти заданных точках по потери видимости, в 3 – по повышенной температуре.

По трем сериям расчетов можно сделать вывод о том, что наиболее эффективная работа импульсной вентиляции обеспечивается при ее оснащении импульсными вентиляторами с размерами патрубков 0,3 х 0,3 м.

В следующей серии экспериментов варьировалось количество вытяжных отверстий от 1 до 8. При этом общий расход удаляемого дыма оставался одинаковым. Условия проведения численного моделирования принимались такими же, как в предыдущих сериях расчетов.

При условии размещения 6 дымоприемных отверстий отмечается наступление ОФП в 8 заданных точках по потере видимости и в одной – по повышенной температуре. В остальных случаях наступление ОФП наблюдалось в большем количестве точек.

Помимо перечисленных расчетов произведено исследование влияния высоты установки импульсных вентиляторов на эффективность работы системы ИПДВ.

Рисунок 2. Радиальный струйный вентилятор

При небольшом расстоянии между потолком помещения и импульсным вентилятором появляется эффект «прилипания» верхнего слоя перемещаемого потока, а в нижней части потока усиливается перемешивание перемещаемого потока (дыма) с нижележащей менее подвижной зоной, что в свою очередь приводит к большему задымлению помещения.

При увеличении расстояния между потолком помещения и импульсным вентилятором зона перемещаемого потока опускается, и в условиях ограниченной высоты она может опускаться ниже высоты рабочей зоны для эвакуирующихся людей.

Наибольшая эффективность работы системы ИПДВ достигается при установке струйных вентиляторов в среднем положении между рабочей зоной и потолком помещения.

В заключительной серии расчетов производилось сравнение эффективности систем дымоудаления с воздуховодами и импульсных систем противодымной вентиляции.

Для оценки эффективности классических систем дымоудаления моделировалось помещение, подобное вышеуказанным расчетам. В помещении площадью 3 000 м предполагалось наличие 3 вытяжных отверстий в перекрытии. Расход газовоздушной смеси в каждом отверстии принимался равным 15 000 м³/ч. Приток наружного воздуха осуществлялся через 2 отверстия с расходом 18 000 м/ч каждое.

В течение 300 секунд от начала моделирования отмечалось наступление ОФП в 15 точках по потере видимости в наиболее удаленных от вытяжных отверстий.

При проведении аналогичного численного эксперимента, но с шестью дымоприемными отверстиями (общий расход во всех отверстиях 50 000 м/ч), наступление ОФП по потере видимости наблюдалось в 9 заданных точках.

Выводы

Проведено теоретическое исследование влияния скорости струи на выбросном патрубке, размеров патрубков, высоты установки струйных вентиляторов и количества дымоприемных отверстий на эффективность работы системы ИПДВ.

Система импульсной противодымной вентиляции показала более высокую эффективность по сравнению с классической системой дымоудаления. Однако для обеспечения этой эффективности следует обеспечивать достаточно высокие расходы удаляемых продуктов горения (80 000 м/ч при импульсной системе против 50 000 м/ч при классической системе дымоудаления).

Несмотря на некоторые недостатки, системы струйной вентиляции позволяют получить ряд преимуществ по сравнению с системой дымоудаления и вентиляции, оснащенной воздуховодами. Например, уменьшение высоты помещения автостоянки вследствие отсутствия воздуховодов большого сечения, отсутствие необходимости в мероприятиях, обеспечивающих нераспространение пожара и продуктов горения из помещения автостоянки в другие помещения по системам воздуховодов общеобменной и противодымной вентиляции (установка противопожарных клапанов и обеспечение нормативных пределов огнестойкости воздуховодов).

Экономическая оценка струйной вентиляции закрытых автостоянок показывает [1], что ИПДВ по стоимости соизмерима с классической системой дымоудаления, а в ряде случаев дешевле на 25–75 %.

Литература

1. Инженерное оборудование высотных зданий / Под общ. ред. М. М. Бродач. – М. : АВОК-ПРЕСС, 2007.