Дымовые люки. Коэффициент аэродинамического сопротивления

М. В. Иваненко, инженер

Для расчетов в статье [1] были приняты дымовые люки одного из известных производителей вентиляционного оборудования. Производитель предлагает рассчитывать коэффициент аэродинамического сопротивления дымовых люков по формулам, представленным ниже (информация взята из каталога производителя).

Коэффициент аэродинамического сопротивления ξ_d:

(1)

где S_лд – площадь геометрического сечения люка, м² (определяется по формуле (2));

S_жлд – живое сечение люка, м² (согласно данным каталога).

Площадь геометрического сечения для дымовых кровельных люков:

S_лд = (A B) / 106, (2)

где A – ширина внутреннего сечения люка, мм;

 B – длина внутреннего сечения люка, мм.

Для расчетов в статье [1] был принят одностворчатый кровельный дымовой люк 900 × 600. Согласно данным каталога производителя А = 900 мм, В = 600 мм, S_жлд = 0,5 м².

Площадь геометрического сечения:

S_лд = (900 × 600) / 106 = 0,54 м².

Коэффициент аэродинамического сопротивления:

ξ_d = (0,54 / 0,5)² – 1 ≈ 0,17.

Для сравнения вычислим коэффициент аэродинамического сопротивления для самого маленького одностворчатого кровельного люка и самого большого двухстворчатого дымового люка данного производителя.

Одностворчатый кровельный люк: А = 500 мм, В = 600 мм, S_жлд = 0,26 м². Выполнив расчет по (2) и (1), получим: S_лд = 0,3 м², ξ_d = 0,33.

Двухстворчатый кровельный люк: А = 1400 мм, В = 3200 мм, S_жлд = 4,28 м². Выполнив расчет по (2) и (1), получим: S_лд = 4,48 м², ξ_d = 0,1.

Во всех случаях получили небольшие значения коэффициента аэродинамического сопротивления, что наводит на мысли об ошибочности формулы (1). Для сравнения на рис. 1 представлены КМС вытяжной одинарной верхнеподвесной створки (согласно [2]). Разница значительная.

Зададимся вопросом: обязательно ли определять коэффициент аэродинамического сопротивления при испытании дымовых люков на огнестойкость? Испытания на огнестойкость дымовых люков (фонарей или фрамуг) систем вытяжной противодымной вентиляции с естественным побуждением осуществляются по [3] (применяется с 01.07.2023 (с возможностью досрочного применения)). Согласно требованиям [3]:

«6.6. Сущность метода испытаний дымовых люков (клапанов) вытяжной противодымной вентиляции с естественным побуждением тяги заключается в оценке работоспособности и пожарно-технических характеристик конструкции образца при одностороннем тепловом воздействии по 6.3 в совокупности с механической и ветровой нагрузками.

Работоспособность дымового люка характеризуется безотказностью срабатывания и устойчивостью конструкции к разрушению при испытаниях.

<…>

6.8. Пожарно-технические характеристики конструкции дымового люка определяются инерционностью срабатывания и (при необходимости) коэффициентом расхода».

Из текста следует, что определение коэффициента расхода при испытаниях дымовых люков, к сожалению, не является обязательным. Но если коэффициент расхода определялся, то соответствующая информация будет отображена в протоколе на испытания. Зная коэффициент расхода, можно легко определить коэффициент аэродинамического сопротивления, т. к. коэффициент сопротивления ξ и коэффициент расхода µ связаны соотношением (см. [4, 5]):

ξ = 1 / µ². (3)

Если информация о коэффициенте расхода отсутствует, то его приближенно можно вычислить по формуле [5]:

µ = 0,62 sinα, (4)

где α – угол открытия створки.

Рассчитаем коэффициент аэродинамического сопротивления, подставив формулу (4) в (3), при полном открытии створки люка (α = 90 °):

ξ = 1 / (0,62 × 1)² = 1 / 0,62² ≈ 2,6.

Результаты, полученные по формулам (3), (4), близки к результатам из [2]. В случае отсутствия информации предлагаем пользоваться ими.

Произведем перерасчет количества дымовых люков по условиям, указанным в [1], с учетом ξ_d = 2,6. Полные данные для расчета доступны здесь. Результаты расчета представлены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, коэффициент аэродинамического сопротивления значительно влияет на результаты расчета. В связи с этим, в случае отсутствия в каталоге производителя информации о значении коэффициента аэродинамического сопротивления дымового люка или если значение коэффициента подозрительно низкое, рекомендуем следующий порядок действий:

• запросить у производителя протокол испытания дымового люка;

• найти в протоколе коэффициент расхода для выбранного типа люков. Рассчитать коэффициент аэродинамического сопротивления по формуле (3). Если коэффициент расхода в протоколе отсутствует, рассчитать коэффициент аэродинамического сопротивления по формуле (3) с учетом формулы (4) или принять значение коэффициента аэродинамического сопротивления по справочной литературе.

Литература

1. Иваненко М. В. Особенности проектирования систем вытяжной противодымной вентиляции с естественным побуждением // АВОК. – 2024. – № 6.
2. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М. О. Штейнберга. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992.
3. ГОСТ 34720-2021 «Клапаны противопожарные вентиляционных систем. Метод испытания на огнестойкость».
4. Иванов О. П., Мамченко В. О. Аэродинамика и вентиляторы: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Холодильные и компрессорные установки». – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1986.
5. Каменев П. Н., Тертичник Е. И. Вентиляция. Учебное пособие. – М.: АСВ, 2008.