Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительства. Рудаков О.Б., Перцев В.Т
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
5.Рудаков О.Б., Черепахин А.М., Исаев А.А.,, Рудакова Л.В., Калач А.В. Температура вспышки бинарных растворителей для жидкостной хроматографии// Конденсированные среды и межфазные границы, т. 13, №2, 2011, с.191-195.
6.Рудаков О.Б., Рудакова Л.В., Подолина Е.А., Барсукова Л.Г. Изотермы проницаемости бинарных подвижных фаз для жидкостной хроматографии//Журн. физич. химии. 2009. Т. 83.
№11. С. 2165-2168.
7.Рудаков О.Б., Калач А.В., Бердникова Н.В. Пожарная опасность водорастворимых растворителей и их водных растворов//Пожаровзрывобезопасность. 2011. Т. 20. № 1. С. 3132.
8.Рудаков О.Б., Калач А.В., Черепахин А.М., Исаев А.А. Пожарная опасность бинарных органических растворителей для жидкостной хроматографии // Пожаровзрывобезопасность. 2011. Т. 20. № 8. С. 9-11.
9.Черепахин А.М., Исаев А.А., Барсукова Л.Г., Рудаков О.Б. Пожарная опасность бинарных растворителей для жидкостной экстракции и хроматографии // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физикохимические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. 2011. № 3-4. С. 144-149.
10.Черепахин А. М., Хорохордина Е. А., Рудаков О. Б., Калач Е. В. Поверхностное натяжение и пожароопасные свойства смешанных растворителей // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физикохимические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. 2015. № 10.
_______________________________________________________________________________________
Калач Елена Владимировна – доцент кафедры физики Воронежского института Государственной противопожарной службы МЧС РФ, к.т.н.
Любарь Александр Викторович – ведущий инженер управления научной деятельности Воронежского ВГАСУ, к.т.н.
Кузива Ирина Вячеславовна – студент 3041б Строительно-технологического факультета Воронежского ВГАСУ.
106
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015
УДК 699.814.6:697.92
В.И. Буянов, В.А. Чертов
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМ ДЫМОУДАЛЕНИЯ В ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЯХ ПРИ ПОЖАРЕ
Приведены результаты модельных испытаний элементов противодымной защиты лестничной клетки высотного здания при пожаре с одновременным воздействием ветра. Предложены рекомендации для комплексного повышения эффективности и снижения затрат на эксплуатацию противодымных систем зданий.
Ключевые слова: противодымная защита, вентиляция, моделирование, ветровая нагрузка, высотные здания, лестничные клетки, люки дымоудаления.
V.I. Buianov, V.A. Chertov
IMPROVING THE EFFICIENCY OF SMOKE REMOVAL SYSTEMS
IN HIGH-RISE BUILDINGS IN CASE OF FIRE
The results of model tests elements smoke protection of the stairwell of a high-rise building In a fire with a simultaneous effect of the wind. Recommendations for comprehensive improve efficiency and reduce operating costs smoke protection systems of buildings.
Keywords: smoke protection, ventilation, modeling, wind load, high-rise buildings, stairwell, smoke hatches.
Введение
При проектировании, строительстве и эксплуатации зданий повышенной этажности (10 и более этажей) основное значение придается обеспечению безопасной эвакуации людей при пожарах. Особенностью зданий повышенной этажности является то, что при пожаре существенно возрастает время эвакуации людей по лестницам. Кроме того, каналы и неплотности в перекрытиях способствуют задымлению всего здания по высоте [1].
По данным опубликованной открытой статистики главными причинами гибели людей при пожарах являются:
-действие продуктов горения (до 76% от общего числа погибших);
-высокая температура (до 19% от общего числа погибших).
Большинство применяемых в быту для отделки помещений полимерных материалов имеют теплостойкость 40-100 oC. Согласно противопожарным нормам проектирования зданий и сооружений [2] при открытом горении в помещении температура 556 oC может быть достигнута через 5 мин после возникновения пожара. Таким образом, уже в начальной стадии пожара, происходит интенсивное образование токсичных паров и газов.
Продукты горения, выделяемые при пожарах, содержат от 50 до 100 химических соединений, которые могут оказывать токсическое воздействие на человека за счет многократного превышения допустимого санитарными нормами уровня их концентрации в воздухе помещений, создают нарушение (потерю) видимости на путях эвакуации из здания и движутся в сторону лестничных клеток и шахт лифтов, при этом скорость их распространения по вертикали может составлять 10 м/мин и более. В течение нескольких минут здание полностью задымляется, поэтому людям находиться в помещениях без специальных средств защиты органов дыхания невозможно.
Попадая в сильно задымленное помещение, человек теряет ориентировку, не может быстро отыскать выходы из здания и нередко гибнет от содержащихся в дыму токсичных веществ.
________________________________________________________________________________
© Буянов В.И., 2015
107
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Незадымляемость лестничной клетки 2-го типа с подпором воздуха при пожаре может быть достигнута, если в нее нагнетать воздух в верхнюю зону с помощью вентиляторов. Эффективность незадымляемости лестничных клеток зависит от правильного выбора величины давления, производительности вентиляторов и безотказности работы вентиляционных агрегатов при пожаре. Избыточное давление создается величиной не менее 20 Па в нижней части отсека лестничной и не более 150 Па в верхней части отсека лестничной клетки при одной открытой двери [3]. Производительность вентиляторов для нагнетания воздуха определяют расчетом, основанном на данных экспериментов.
Результаты опытов, проведенных в пожарно-технической Академии МВД РФ (ВНИИПО) с моделью лестничной клетки типового 16-этажного жилого дома [4], подтвердили необходимость учета гравитационного и ветрового давлений, а также гидравлического сопротивления маршей и площадок лестничных клеток при расчетах расхода воздуха для поддержания заданного уровня избыточного давления.
Экспериментальная часть. При проведении вышеназванных лабораторных исследований действие ветрового напора не моделировалось. Поэтому авторами, с целью уточнения существующих рекомендаций по расчету незадымляемых лестниц 2-го типа, были проведены лабораторные эксперименты по исследованию работы элементов противодымной защиты лестничной клетки высотного здания при пожаре с одновременным воздействием ветра [5].
Вэкспериментах использовалась модель лестничной клетки 12-ти этажного здания
размерами 130х260х560(h) мм, выполненная из оргстекла толщиной 3 мм в масштабе 1:60.
Площадь миделевого сечения модели составляет 0,073 м2 (dэкв=0,15 м), что менее 10 % от площади поперечного сечения потока в рабочей части установки (Fп=1,57 м2), и соответствует условиям автомодельности (Re=4025>Reкр=2300). Модель лестничной клетки устанавливалась на геодезическом штативе, закрепленном в рабочей части установки. Внутреннее давление в полости модели создавалось с помощью центробежного вентилятора
ирегулировалось поворотной заслонкой. Суть экспериментов заключалась в продувке модели лестничной воздушны потоком со скоростью 5...10 м/с и определении изменения значения давления в полости модели с одновременным подсчетом расхода воздуха для поддержания давления в модели не ниже 20 Па.
Всоответствии с указаниями СНиП [2] направление ветра принималось на фасад, противоположный эвакуационному выходу из здания, а избыточное давление в лестничной клетке определялось по отношению к давлению наружного воздуха на наветренной стороне здания. Проведенные эксперименты и расчеты позволили определить зависимость изменения величины расхода воздуха от высоты здания и скорости ветра для поддержания
заданного уровня давления 20 Па в лестничной клетке (рис. 1), причем расчетный расход воздуха в зимний период (43...75 тыс. м3/ч для разных высот зданий) более чем в 2 раза превышает расход для летнего периода (20...35 тыс. м3/ч).
Влияние скорости ветра существенно проявляется при скоростях более 7 м/с и высоте
здания более десяти этажей. Полученные результаты весьма точно аппроксимируются линейными функциями (значения R2), уравнения которых приведены на графиках. Были также получены данные для различных соотношений линейных размеров натурного объекта
имодели, что позволяет использовать их для большего количества объектов. Аппроксимирующие зависимости также приведены на графике (рис. 2).
Полученные данные применимы для многоэтажных и высотных зданий (от 10 до 24 этажей) при значении m=60...120 (m - отношение линейного размера натурного объекта к модели) [5].
108
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015 |
||||||||||
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = 2.01x - 9.548 |
|
|
|||
|
10 |
|
|
|
|
R² = 1 |
|
|
|
|
/c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = 1.66x - 7.87 |
|
|
|
|
||||
м3 |
|
|
|
|
|
|
||||
8 |
|
|
R² = 0.999 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
расходу |
y = 1.354x - 6.448 |
|
|
|
|
|
|
|||
6 |
R² = 0.991 |
|
|
|
|
|
|
|||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поправка |
|
|
|
y = 1.034x - 4.631 |
|
|
||||
2 |
|
|
|
R² = 0.999 |
|
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
5 |
|
6 |
7 |
8 |
|
9 |
10 |
11 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
Скорость ветра, |
|
м/с |
|
|
||
Рис. 1. Изменение расхода при увеличении высоты здания для значений V = 5, 7.5 и 10 м/с |
||||||||||
|
|
12 |
|
y = 0.080x + 0.796 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
R² = 0.999 |
|
|
|
|
||
|
м3/с |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
y = 0.040x + 0.494 |
|
|
|||
|
, |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
R² = 0.924 |
|
|
|
||
|
расходу |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поправка |
2 |
|
|
|
|
y = 0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
130 |
|
|
|
|
|
Значение |
m |
|
|
|
|
Рис. 2. Изменение расхода при увеличении скорости ветра для значений m = 60, 80, 100 и 120 |
||||||||||
Для перехода к натурным объектам используются формулы теории подобия для условий автомодельности:
109
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
―
Lн = Lм m2 √m ,
где Lн - расход воздуха для натурного объекта; Lм - расход воздуха для модели;
m - отношение линейного размера натурного объекта к модели.
Обсуждение результатов. Задымление одноэтажных зданий, верхних этажей многоэтажных зданий и подвалов также можно снизить или ликвидировать путем устройства люков для дымоудаления (удаление дыма естественной тягой через кровельные люки или вентиляционные каналы). При возникновении пожара центральная пожарная сигнализация (дымовые извещатели) посылает на пульт управления сигнал «Тревога», после чего происходит автоматическое открывание люков на кровле (или перекрытии). Это обеспечивает вывод основного объема дыма и токсичных веществ, а также способствует притоку необходимого объема свежего воздуха, достаточного для того, чтобы на незадымленных участках в течение определенного времени сохранялись условия для безопасной эвакуации людей.
Известная (и широко применяемая в практике строительства) конструкция вентиляционной дымовой шахты (ДВШ) для бесчердачного покрытия (разработчик – Госхимпроект) предполагает автоматически или вручную открывающийся поворотный клапан (люк) для дымоудаления и обеспечения незадымления путей эвакуации либо полного удаления дымовых газов из помещения. Данная конструкция, хотя и выполняет свое основное назначение в период пожара (если еѐ параметры соответствуют расчетным [4]), то всѐ остальное время эксплуатации здания она не участвует в его функционировании, оставаясь почти невостревобанной (исключая весьма трудоемкий вариант ручного открытия для создания дополнительной аэрации помещения), если пожара никогда не будет. При этом элементы ДВШ усложняют конструкцию кровли за счет необходимости устройства отверстий в ней и возведения дополнительных надстроек шахтного типа с обрамлением, что удорожает себестоимость строительства и эксплуатации зданий.
Альтернативным (но и более функционально эффективным, по нашему мнению) вариантом данной конструкции ДВШ является автоматизированные светопрозрачные люки ВЕЛУКС фирмы ИКОПАЛ, которые постоянно работают как светоаэрационные фонари, при этом выполняют свою функцию и при возникновении пожара в здании [6].
Расчет параметров и количества таких устройств может проводиться по аналогии с известной конструкцией Госхимпроекта, но наличие дополнительных возможностей использования их не только в период чрезвычайных ситуаций (пожара), но в период нормальной эксплуатации здания позволит существенно повысить эффективность применения таких устройств и, соответственно, снизить затраты на эксплуатацию здания, обеспечивая при этом требуемый уровень пожарной безопасности.
Надо отметить, что часто применяемая проводная система связи датчиков с постом сигнализации является достаточно уязвимой (ненадежной) при возникновении пожара, а заполнение всего объема лифтовой шахты воздухом повышенного давления для обеспечения дымоудаления требует значительного времени работы вентиляторов, либо применения высокопроизводительного (и, соответственно, более дорогого) вентиляторного оборудования. Кроме того, в последние годы количество высотных зданий существенно увеличилось при одновременном увеличении их этажности. Эти факторы, с одной стороны, вызывают рост потенциальной опасности возникновения чрезвычайных ситуаций при пожаре, а, с другой стороны, обуславливают повышенные эксплуатационные затраты для таких зданий при использовании традиционных («старых») принципов организации их противодымной защиты.
110