Особенности проектирования систем вытяжной противодымной вентиляции с естественным побуждением оборудования

М. В. Иваненко, инженер-проектировщик систем ОВиК

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:

1. конструктивное выделение дымовых зон;
2. количество дымовых люков – по расчету, но не менее одного на 1000 м²;
3. 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 (t_a = 26 °С, v_a = 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 G_sm = 10,7 кг/с;

средняя температура дымового слоя T_sm = 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: S_жс = 0,5 м², ξ_d = 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 (ξ_в = 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   k_aw0 –  коэффициент ветрового напора для заветренного фасада. Принимаем k_aw0 = –0,6;
            
ξ_в –  коэффициент местного сопротивления проема ворот. Принимаем ξ_в = 2,44;
ρ_a –  плотность наружного воздуха при температуре ta, кг/м³;
v_a  –  скорость ветра, м/с;
v_в  –  скорость воздуха в проеме ворот, м/с.

По условиям массового баланса G_a = G_sm. 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

1. МД.137-13 «Расчетное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий: Методические рекомендации к СП 7.13130.2013».
   
2. Р НП «АВОК» 5.5.1-2023 «Системы противодымной вентиляции жилых и общественный зданий».
   
3. СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и конди­ционирование. Требования пожарной безопасности (с Изменениями № 1, 2)».
   
4. Системы противодымной вентиляции: вопросы и ответы // АВОК. – 2021. – № 4.
   
5. 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.
   
6. СП 477.1325800.2020 «Здания и комплексы высотные. Требования пожарной безопасности».
   
7. Пузач С. В., До Тхань Тунг. Условия возникновения «поддува» при работе систем дымоудаления с естественным побуждением // Пожаровзрывобезопасность. – 2014. – № 9.
   
8. Пузач С. В., До Тхань Тунг. Влияние высоты стенки дымоудаляющего отверстия на возникновение «поддува» при дымоудалении с естественным побуждением // Пожаровзрывобезопасность. – 2014. – № 11.
   
9. Колчев Б. Б. Особенности проектирования систем противодымной вентиляции с естественным побуждением тяги // Кровли. – 2010. – № 1(24).