Рассчитываются давление и расход вентиляторов систем противодымной защиты многоэтажных зданий, а также необходимая площадь сечения дымовых вытяжных шахт бесфонарных зданий.
Расчет начинается с определения максимальной среднеобъемной температуры в помещении, где возник пожар. Для производственных помещений бесфонарных зданий температуру следует принимать не менее 700 °С (973 К). В помещениях общественных зданий максимальная среднеобъемная температура, находится по формуле /2/
, (2)
где tм10 - максимальная температура в помещении высотой Н = 10 м и объемом V, определяется по рис. 1;
-отношение максимальной температуры в помещении с параметрами V, П и Н к максимальной температуре в помещении с параметрами V = 10 м3 и Н = 10 м определяется по рис. 2;
Dt - поправка к температуре на величину V и H/10, определяемая по рис. 3.
Рис. 1. Номограмма для определения максимальной среднеобъемной температуры при пожаре в помещении высотой 10 м для различной проемности:
Рис. 2. Зависимость для определения максимальной среднеобъемной температуры при пожаре, в помещении высотой Н и объемом 104 м3
Фактор проемности П вычисляется по формуле
П = 100 - Aw/F , (3)
где Aw - общая площадь оконных и дверных проемов в помещении, м2;
F - площадь пола помещения, м2.
Площадь дымовых вытяжных шахт Fл для бесфонарных зданий рассчитывается по формуле
, (4)
где mп, mл - коэффициенты расхода открытых дверных проемов и клапанов вытяжных шахт (принимаются в зависимости от конструктивного исполнения по справочным данным /3/;
Fп - площадь открытых дверных проемов, м2;
Том - максимальная среднеобъемная температура в помещении, К;
Тн - температура наружного воздуха, К;
Kб - коэффициент безопасности;
hп - высота дверных проемов (в качестве hп следует принимать наибольшую высоту верхнего края проемов смежных помещений и проемов на заветренный фасад здания), м;
Расчет вентиляционных систем противодымной защиты жилых и общественных зданий повышенной этажности выполняется при условии открытого дверного проема из коридора этажа, где возник пожар, в защищаемый объем. Для предотвращения выхода дыма в защищаемый объем по всей площади открытого дверного проема в поэтажный коридор подается воздух. Скорость воздуха uп в этом проеме должна удовлетворять следующему условию /4/:
uп ³ , (5)
где lп - расстояние от двери из поэтажного коридора в защищаемый объем до двери ближайшей квартиры, м;
L - длина коридора (отсека коридора), м;
Нп - высота дверного проема из коридора в защищаемый объем, м.
С целью упрощения расчетов для типового проекта жилых домов можно принять uп = 2,1 м×с-1.
Расход воздуха Gп, подаваемого из защищаемого объема в поэтажный коридор этажа, где возник пожар, вычисляется по формуле
Gп = rпuпBпНп, (6)
где rп - плотность приточного воздуха, кг×м-3;
Bп - ширина дверного проема, м.
Расход дыма Gд, удаляемого с этажа пожара, вычисляется по формуле
Gд = 1,1Gп + Gов. (7)
Расход воздуха Gов посредством общеобменной вентиляции для жилых зданий принимается равным нулю, а для общественных зданий рассчитывается по формуле
Gов = , (8)
где V - объем - наибольшего помещения на этаже пожара, м3;
n - кратность воздухообмена (принимается по проектным данным).
Величина G2 расхода продуктов горения из помещения очага пожара в поэтажный коридор вычисляется по формуле /4/
G2 = 0,6BoHo3/2, (9)
где Bo, Ho - ширина и высота дверного проема квартиры (помещения), м.
В жилых зданиях температуру продуктов горения в поэтажном коридоре у клапана дымоудаления следует принимать равной 300 °С.
Температура дыма, удаляемого из поэтажного коридора общественных зданий, у клапана дымоудаления рассчитывается по формуле
. (10)
Температура продуктов горения Ток, выходящих из очага пожара в коридор, вычисляется по формуле /5/
Ток = 0,65 – Tом. (11)
Плотность дыма и воздуха определяется по температуре по формуле /6/
r = 353/Т. (12)
Потеря давления в клапане дымоудаления вычисляется по формуле
, (13)
где xкд- коэффициент сопротивления клапана дымоудаления.
Площадь клапана дымоудаления fкд выбирается такой, чтобы скорость воздуха в нем не превышала 20 м×с-1 (при условии ограничения гидравлических сопротивлений). Скорость дыма в клапане дымоудаления рассчитывается по формуле
. (14)
Средняя по высоте шахты дымоудаления температура дыма определяется по формуле /7/
, (15)
где tз- температура в здании, °С;
N - число этажей;
hэт - - высота этажа, м, или по формуле упрощенного вида с максимальной погрешностью ±10 °С:
. (15а)
Для жилых 10-16-этажных зданий с высотой этажа 2,7-3,0 м средняя температура дыма вычисляется по формуле /7/
tc = 13 + 0,34tд. (16)
Расход дыма Gошд на оголовке шахты дымоудаления рассчитывается по формуле /7/
Расход воздуха Gф в шахту дымоудаления за счет инфильтрации зависит от воздухопроницаемости стен шахты и закрытых клапанов дымоудаления. При отсутствии экспериментальных данных о величине Gф ее следует принимать не менее 0,11 кг×с-1 на один погонный метр длины шахты.
Потеря давления в шахте дымоудаления определяется по формуле
, (18)
где xшд - коэффициент сопротивления трению на поверхности стен шахты дымоудаления;
rс - плотность дыма при tc, кг×м-3;
fшд - площадь внутреннего поперечного сечения шахты дымоудаления; м2;
dэ - эквивалентный диаметр шахты дымоудаления, м;
N - количество этажей, здания.
Если hэт ³ 3,3 м, в формулу (18) следует подставить приведенное число этажей, составляющее Nпр = hэтN/3 .
Давление, которое должен развивать вентилятор дымоудаления, вычисляется по формуле
Рвд = DРкд + DРшд + DРсети + DРп. (19)
Потеря давления в обвязке вентилятора дымоудаления DРсети определяется в зависимости от ее конструктивного исполнения. Потеря давления DРп от коридора до входа в здание при наличии подпора в защищаемых объемах и коридора, не разделенного на отсеки, принимаются равными нулю. В противном случае DРп рассчитывается по формуле
, (20)
где (mf)э - эквивалентная площадь проемов от коридора до входа в здание (этаж здания), м2;
rн - плотность наружного воздуха, кг×м-3;
uв - скорость ветра, м×с-1.
Если воздух проходит через несколько последовательно соединенных проемов, то их эквивалентная площадь определяется по формуле
. (21)
Если воздух проходит через несколько параллельных проемов, то их эквивалентная площадь вычисляется по формуле
(mf)э = (mf)1 + (mf)2 + ... + (mf)n. (22)
Вентилятор дымоудаления выбирается по каталогам в соответствии с вычисленными величинами подачи и давления. Подача вентилятора дымоудаления определяется по формуле
Qвд = Gошд/rc. (23)
В системе дымоудаления следует устанавливать вентиляторы только центробежного (радиального) типа. Выброс дыма должен быть факельным (через конфузор, выходное сечение которого должно обеспечить скорость истечения не менее 20 м×с-1).
Расчет вентиляторов подпора в лестничные клетки и шахты лифтов начинается с определения расчетных наружных давлений по формуле
Piн(з) = - ghi(rн - rв) + Kн(з) , (24)
где hi - высота от уровня земли до середины i-го проема, м;
Давление на первом этаже лестничной клетки (зоны лестничной клетки при наличии рассечек с переходом через наружную зону) определяется по формуле /4/
Рлк,1 = Р1,н + xп , (25)
где xп - коэффициент гидравлического сопротивления дверного проема из поэтажного коридора в защищаемый объем.
Расход воздуха через открытую входную дверь здания рассчитывается по формуле
Gвх = (mf)э , (26)
где (mf)э - эквивалентная площадь всех проемов на пути от защищаемого объема до входа в здание, м2;
Рвх - давление на заветренном фасаде здания на уровне середины входной двери, Па.
Давление на втором и последующих i-х этажах лестничной клетки вычисляется через сумму расходов с первого, (i - 1)-го этажа. Давление на первом, (i - 1)-м этаже и перепад давления между первым, (i - 1)-м и вторым, i-м этажом определяются по формулам
Рлк,2 = Рлк,1 + xлк , (27)
Рлк,i = Рлк,i - 1 + xлк , (28)
где xлк - коэффициент гидравлического сопротивления одного этажа лестничной клетки (для двухмаршевой лестничной клетки следует принимать xлк = 60 /8/);
uлк,i - скорость воздуха между i-м и (i - 1)-м этажом лестничной клетки, м×с-1.
Скорость воздуха в лестничной клетке определяется по формуле /9/
uлк,i = Gлк,i/(rпfлк), (29)
где Gлк,i - расход воздуха, поступающего с i-го на (i - 1)-й этаж, кг×с-1;
fлк - площадь внутреннего поперечного сечения шахты лестничной клетки, м2.
Расход воздуха со второго этажа на первый равен сумме расходов Gп и Gвх. Расход воздуха с i-го на (i - 1)-й этаж равен сумме расходов воздуха, уходящего с (i - 1)-го этажа на (i - 2)-й этаж и фильтрующегося через ограждающие конструкции (i - 1)-го этажа. Для упрощения расчетов достаточно учитывать фильтрацию воздуха только через щели притворов окон и дверей лестничной клетки:
Gлк,1 = Gп + Gвх + G0,1; (30)
Gлк,i = Gлк,i - 1 + Gщ,i - 1 + G0,i - 1. (31)
Расход воздуха, фильтрующегося через щели дверей, вычисляется по формуле
Gщ,i = (mf)э , (32)
расход воздуха через щели окон - по формуле
Go,i = Jo . (33)
Расчет воздушного режима в шахте лифтов аналогичен расчету режима в лестничных клетках, за исключением того, что давление на первом этаже шахты лифтов определяется по формуле
Ршл,1 = Ршл,i = Ршл,N = Р1,н + 20, (34)
если двери шахты закрыты. Если при пожаре лифты опускаются на 1-й этаж и двери шахты лифтов на нем остаются открытыми, то давление в шахте лифтов рассчитывается по формуле
Ршл,1 = Ршл,i = Ршл,N = Р1,н + xп , (35)
где uщ - скорость воздуха в щели между шахтой и кабиной лифта, м×с-1 (принимать равной 2,1 м×с-1).
Последние формулы учитывают тот факт, что падение давления по высоте шахты лифтов невелико, поэтому с достаточной для расчета точностью потерями давления в шахте можно пренебречь.
Давление, которое должен развивать вентилятор подпора в зоне лестничной клетки (шахте лифтов), вычисляется по формуле
Рвлк = Pлк,N – Pвз + DPклп + DРкан + DРсети, (36)
где Pлк,N - давление на верхнем этаже зоны лестничной клетки, Па;
Pвз - давление снаружи здания на уровне воздухозабора вентилятора, создающего подпор в лестничной клетке, Па;
DPклп - па-донне давления на клапане подачи воздуха в верхнюю часть зоны лестничной клетки, Па;
DРкан - падение давления в канале подачи воздуха в зону лестничной клетки, Па;
DРсети - потери давления в обвязке вентилятора подпора, Па.
Подача вентилятора подпора в лестничную клетку или шахту лифтов рассчитывается по формулам
; (37)
, (38)
где Gут,i - утечки воздуха через неплотности лифтовых шахт, кг×с-1. Последняя величина в эквивалентном выражении может быть приравнена к утечкам воздуха Gмл через машинное отделение шахты лифтов /9/:
= Gмл.
Величина Gмл вычисляется по формуле /9/
Gмл = mfмл , (30)
где fмл - площадь отверстий для тросов лифтов, м (для шахты на два лифта при отсутствии сведений принимать fмл = 0,25 м2).
При расчете вентиляционных систем подпора воздуха зонированных лестничных клеток следует учитывать особенности исполнения рассечек. При наличии переходов из одной зоны лестничной клетки в другую через объем этажа в расчете необходимо принимать открытой нижнюю дверь из зоны в объем этажа. Если переход из одной зоны в другую осуществляется по лоджиям или балконам, в дополнение к указанному условию дверь следует принимать открытой на наружный переход внизу зоны. В обоих случаях давление в лестничной клетке на нижнем этаже зоны рассчитывается по формуле (25). Переход из одной зоны в другую следует предусматривать через тамбур-шлюз.
Для создания подпора в зонах лестничной клетки воздух необходимо подавать сверху в каждую из зон. Расход воздуха на оголовке канала для подачи воздуха в зону вычисляется по формуле
Gлк = Gлкз + hэтNк - Gф, (40)
где Gлкз - расход воздуха, подаваемого в зону лестничной клетки для создания в ней заданного давления, кг×с-1;
Nк - число этажей, через которые проходит канал;
Gф - расход воздуха, уходящего через стены канала, кг×с-1×м-1; (при отсутствии данных принимать Gф = 0,05 кг×с-1×м-1).
Потери давления в канале, подающем воздух в зону, следует рассчитывать по формуле
, (41)
где xкан - коэффициент сопротивления трения на поверхности стен канала для подачи воздуха;
uкан - средняя скорость воздуха в канале, м×с-1;
lкан - длина канала, м;
Пкан - периметр внутреннего поперечного сечения канала, м.
Внутреннее поперечное сечение шахты дымоудаления и каналов для подачи воздуха следует выбирать таким, чтобы средняя скорость движения газов не превышала 15 м×с-1 (исходя из условия незначительного возрастания гидравлического сопротивления шахты):
, (42)
где Gщ,н, Gщ,к - массовый расход воздуха соответственно в начале и в конце шахты (канала), кг×с-1;
rс - средняя плотность газов в шахте (канале), кг×м-3;
fш - площадь внутреннего поперечного сечения шахты (канала), м2.
Вентиляторы систем противодымной защиты зданий выбираются по каталогам с учетом вычисленных значений давления и подачи воздуха.