УДК 697.921.4

Расчет пожара, регулируемого вентиляцией

Сарчин Руслан Рашидович – магистрант Казанского государственного архитектурно-строительного университета.

Варсегова Евгения Владиславовна – кандидат физико-математических наук, преподаватель, доцент Казанского государственного архитектурно-строительного университета.

Аннотация: Актуальность исследования заключается в том, что при проектировании эффективных систем дымоудаления необходимо учитывать температуру, концентрации продуктов горения, климатические условия района строительства и архитектуру здания.

Цель данной работы – методом CFD-моделирования провести анализ распространения продуктов горения и термического разложения пожара при работе системы дымоудаления высотного жилого дома.

Результаты. Для типового этажа высотного жилого здания г. Казани определены концентрации продуктов горения и термического разложения при возможном пожаре, регулируемом вентиляцией. Построены поля температур, давлений, концентраций кислорода и углекислого газа.

Ключевые слова: пожар, дымоудаление, продукты горения, термическое разложение пожара, противодымная защита зданий.

1. Введение

Под пожарами, регулируемыми вентиляцией, понимают пожары, которые протекают при ограниченном содержании кислорода в газовой среде помещения и повышенных концентрациях продуктов горения и термического разложения. Время эвакуации определяет система дымоудаления (СДУ), которая обеспечивает необходимый подпор воздуха и удаление опасных факторов пожара, как тепло и масса продуктов горения и термического разложения. СДУ входит в общий комплекс мероприятий пожарной безопасности. Поэтому при проектировании зданий различной архитектуры и назначения необходимо определить основные параметры оборудования СДУ, т. е. площадь приточных отверстий и расход чистого воздуха. При этом давление в объеме коридора на пути эвакуации должно находиться в диапазоне 20–150 Па с учетом всех комбинаций притока чистого воздуха [1].

Обязательными элементами оборудования СДУ являются дымовой клапан, вентиляторы дымоудаления и подпора воздуха. При рассмотрении процесса развития пожара, регулируемого вентиляцией, определяют массовую скорость выгорания и температуру материала пожарной нагрузки аналитическими методами расчета [2].

2. Материалы и методы

Подпор притока воздуха происходит в незадымляемые лестничные клетки, в тамбур-шлюз и лифтовые шахты.

Рисунок 1. План модели типового этажа здания.

План модели типового этажа представлен на рис.1, район строительства город Казань. На каждом этаже общего коридора установлен клапан дымоудаления. Подпор воздуха, давление не менее 20 Па, происходит через тамбур-шлюз и шахты лифтов. Шахта дымоудаления - бетон. Принимаем, что:

• пожар происходит в холодное время года в помещении нижнего типового этажа дома одного пожарного отсека;
• окна помещения, где возник пожар, и выбросные проемы систем дымоудаления выходят на наветренный фасад здания, входная дверь здания и воздухозаборные проемы систем подпора воздуха выходят на заветренный фасад здания;
• кабины лифтов располагаются на первом этаже с открытыми дверями кабин и шахт лифтов.

Таблица 1. Исходные данные.

К вытяжной системе дымоудаления может быть рекомендован вентилятор ВЕЗА маркировки ВРАВ-063-ДУ400-Н-02200/4-У2-5-П90-ТШК.

Вентиляторы тамбур-шлюза, шахт грузового и пассажирского лифтов создают подпор воздуха в общем коридоре. Расчеты параметров вентиляторов подпора воздуха проводились при открытых дверях на пути эвакуации от горящего помещения до улицы (открыты двери коридора на этаже пожара или непосредственно помещения, где возник пожар, в лестничную клетку и из здания наружу). Все остальные двери и окна в здании считались закрытыми. [3]

Давление в шахте лифта на уровне 1-го этажа согласно СП 7.13130.2013 должно быть на 20 Па выше давления на наветренном фасаде на уровне 1-го этажа. Тогда РШЛ1=РШЛ2=6,11+20= 26,11 Па.

Таблица 2. Параметры потоков вытяжной вентиляции системы дымоудаления.

Результаты расчета параметров потоков приточной вентиляции системы дымоудаления приведены в табл. 3.

Таблица 3. Параметры потоков приточной вентиляции системы дымоудаления.

Для создания подпора воздуха в шахтах лифтов может быть рекомендован вентилятор ВЕЗА маркировки ВРАВ-ПД-063-Н-02200/4-У2-1-П90 и для подпора в тамбур-шлюз – ВРАВ-ПД-050-Н-02200/4-У2-1-П90.

С помощью программном комплексе Ansys Fluent в работе решена задача распространения пожара в жилом помещении типового этажа здания с противодымной системой вентиляции.

3. Результаты и обсуждение

Результаты численного моделирования установившегося процесса дымоудаления на этаже здания представлены на рис. 2.

а	б
в	г

Рисунок 2. Результаты численного моделирования процесса горения: а – распределение температур; б – распределение полного давления; в – распространение частиц древесины и углекислого газа; г – распространение кислорода.

Поэтому распределение температуры продуктов горения и термического разложения имеет четкое направление в сторону клапана дымоудаления (рис. 2 а). От дверного проема помещения с горением, где температура распространяется по всей ширине коридора, поле температуры сужается. В тамбур-шлюзе и лифтовом холе температура повышается. Существенно возрастает температура в лифтовом холле в зоне дверей пассажирского и грузового лифтов. [4]

На рис. 2 б представлено распределение давления. Видно четкое направление изменения давления, которое создает подпор воздуха в тамбур-шлюз. Выбранное расположение подпора воздуха предотвращает распространение продуктов горения и термического разложения пожара. [5]

На рис. 2 в, г представлены картины распространения частиц древесины, углекислого газа и кислорода. Частицы горения древесины распространяются по всей ширине коридора, частью проникают в лифтовой холл, но не проникают в тамбур-шлюз (рис. 2 в). Углекислый газ, который выделяется за счет горения, распространяется абсолютно так же, как и частицы горения древесины (рис. 2 в). Содержание кислорода в коридоре минимально (рис. 2 г). Это объясняется тем, что продукты горения и клапан дымоудаления вымещают кислород из коридора. За счет подпора воздуха через щели дверных проемов пассажирского и грузового лифтов происходит проникновение кислорода в тамбур-шлюз. В тамбур-шлюзе содержание кислорода максимально. Присутствует проникновение небольшой массы кислорода в коридор из тамбур-шлюза. [5]

Заключение

Процесс горения и дымообразования в зданиях и сооружениях очень сложен и многие аспекты этого процесса происходят по-разному. Поэтому при проектировании системы дымоудаления важно понимать и предусматривать все факторы процесса дымоудаления.

1. По методике норматива Р НП «АВОК» 5.5.1-2018 «Расчет параметров систем противодымной защиты жилых зданий» определены параметры воздушных потоков пожара, регулируемого вентиляцией для каждого этажа двадцатиэтажного жилого дома г. Казани.
2. С помощью программы AnsysFluent, были получены поля температур, давлений, концентраций продуктов горения и термического разложения древесины, углекислого газа и кислорода на первом этаже.

Список литературы

1. Свердлов А.В., Волков А.П., Рыков С.В., Волков М.А., Барафанова Е.Ю. Моделирование процессов дымоудаления в подземных сооружениях транспортного назначения // Вестник Международной академии холода, 2019. № 1. С. 3-10. DOI:10.17586/1606-4313-2019-18-1-3-10.
2. Рекунов В.С., Анисимов М.В. Расчетное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий/ Рекунов В.С., Анисимов - М.В.- М.: ВНИИПО, 2013. - 58 с.
3. Хоперсков А.В., Шафран Ю.В., Бутенко М.А. Численное моделирование вентиляционных течений в промышленных помещениях/ Хоперсков А.В., Шафран Ю.В., Бутенко М.А. - Южно-Сибирский научный вестник, 2014. - 102 с.
4. Гримитлин А. М., Дацюк Т. А., Денисихина Д. М. Математическое моделирование в проектировании систем вентиляции и кондиционирования/ Гримитлин А. М., Дацюк Т. А., Денисихина Д. М. - СПб.: АВОК Северо-Запад, 2013. - 192 с. - ISBN 978-5-283-03283-2.
5. Варсегова Е.В., Ахмерова Д.Р. Исследование течения в каналах различных форм. Статья в журнале «Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета"/ Учредители «Казанский государственный архитектурно-строительный университет», 2017. – 245-250 с. – УДК 532.5.032+532.55.