Теплота сгорания автомобиля для расчета дымоудаления

Теплота сгорания автомобиля для расчета дымоудаления

P.S. Не так давно занимаюсь проектированием дымоудаления, поэтому прошу прощения, если некоторые мои вопросы не совсем корректны.

В методичке ВНИИПО упустили из виду формулу, подходящую для типичных пожаров на автостоянке. Поэтому придется пользоваться материалами NFPA 204 или старого СНиП.
Данные по мощности тепловыделения при горении большегрузных автомобилей, которые используют для туннелей, в случае автостоянок не годятся, потому что для туннелей эксперименты проводились с загруженными автомобилями (древесина, бумага, пластмассы, шины и т.д.).
По моему сугубо частному мнению для режима развившегося пожара (квазистационарный режим) канва расчета будет выглядить следующим образом.

Габарит автомобиля: BxW=2,5х8 м

Мощность тепловыделения очага горения Q = 15000 кВт (половина выделяемого тепла от горения крупного автобуса в помещении без АУП по NFPA 502)

Конвективная составляющая тепловыделения очага пожара Q_c = 0,7Q = 10500 кВт

Площадь горения S = 2,5х8 = 20 м 2

Высота расположения границы раздела слоев z = 2,5 м

Вычисления по NFPA 204:

Условный диаметр очага горения D =(4S/3,14) 0,5 = 5,05 м

Массовый расход дыма при осесимметричном факеле m_p = (0,0056Q_c)z/L = 0,0056х10500х2,5/11 = 30,6 кг/с Должно получится 25,13

Поправка на вытянутую форму очага горения m_c = (4W/z) 0,67 = (4×8/2,5) 0,67 = 5,47 кг/с Должно получится 5,52

Массовый расход дыма очага горения m = m_p+ m_c = 30,6 + 5,47 = 36,07 кг/с Должно получится 25,13+5,52=30,65

Нагрев дыма в факеле T_p = Q_c/c_p m = 10500/1×36,07 = 291 K, где c_p – уд. теплоемкость дыма Должно получится 10500/1х30,65=342К

Температура дымового слоя T_l = 293 + T_p = 293 + 291 = 584 K Должно получится 293 + 342 = 635К

_[sub]С уважением, NOVIK_N.[/sub]

PS. Нижние индексы формул плохо изобразились.

P.S. У вас в расчетах небольшая неточность при определении средней высоты пламени

В результате, что мы сейчас имеем? Позорное первое место в мире по числу гибнущих на один пожар. И отстаем мы от благополучных стран в зависимости от категорий зданий на один два порядка. Особенно позорное положение дел со школами и больницами.

То, что с приходом МЧС в строительное нормирование ситуация не улучшилась, а только ухудшилось (в результате эффекта «слон в посудной лавке») также легко объяснимо. «А Вы друзья как не садитесь, всё в музыканты не годитесь.»

До тех пор, пока наши с Вами жизни государство будет оценивать в «жалкие гроши», заниматься всерьез пожарной безопасностью будет убыточным.

В таких условиях, акстись, кто будет платить за услуги «профессиональных инженерно-консультационных компаний»? А нет спроса, нет и предложения.

В благополучных странах проектировщик в принципе не может работать по более менее сложным объектам без сотрудничества с консалтинговой компанией.

А у нас придумали взамен специализированные фирмы-«коммуникаторы» по оформлению и согласованию «фиговых» листочков СТУ с липовыми расчетами, дозволяемыми нормативно-правовыми документами. Это у нас называется «гибким» нормированием.

Предел допустимого давления на двери у нас в три раза выше, чем это допускается в Европе и Северной Америке. Проектировщики не озабочены применением предохранительных клапанов сброса давления в лестничной клетке, обеспечением адекватной корректировки работы нагнетающего вентилятора при переходе с режима «дверь поэтажного коридора закрыта» на режим «дверь открыта», обеспечением подачи компенсирующего воздуха в поэтажный коридор при закрытой двери на лестничную клетку и срабатывании дымового клапана и т.п.

О том, что можно считать по разным методикам сказано в п. 7.17 СП 7, но формулировка п. 7.4 СП 7 не предусматривает учет размеров очага пожара и приводит к недопустимым упрощениям Методики ВНИИПО.

Предел допустимого давления на двери у нас в три раза выше, чем это допускается в Европе и Северной Америке. Проектировщики не озабочены применением предохранительных клапанов сброса давления в лестничной клетке, обеспечением адекватной корректировки работы нагнетающего вентилятора при переходе с режима «дверь поэтажного коридора закрыта» на режим «дверь открыта», обеспечением подачи компенсирующего воздуха в поэтажный коридор при закрытой двери на лестничную клетку и срабатывании дымового клапана и т.п.

а цифра в 150Па разве не играет роли?

просто я недавно пришел в эксплуатацию АППЗ, и проблема того что при работе дымоудаления и подпора не открыть двери мало в лифтхолл или тамбур, из КВАРИТРЫ дверь не открыть, меня сильно озадачила.

почему дана именно цифра в 150Па, ведь двери бывают разные, главное разной герметичности, что при начальном моменте «открывания» имеет главную роль, площадь в приципе у всех одинаковая.

причем на домах 80-95 годов все идеально, и расходы и давление в шахте лифта, и двери открываются как надо, и двигатели сами по себе не дохнут.

мб это все специально?))

прокомментируйте, пожалуйста, ситуацию подробнее: куда подается воздух, как удаляется, расходы, тип дверей, хороше если план приложите.

в квартиры двери открываются в коридор (по пути эвакуации), а значит работающая система дымоудаления должна помогать им открываться. А раз двери не открываются, значит система подпора воздуха мощнее системы дымоудаления?

по поводу тамбуров и дверей в лифтовый холл. в тамбуры двери открываются также в сторону эвакуации, значит система подпора воздуха и система дымоудаления будут совместно «прижимать» дверь. если в лифтовый холл дверь также открывается по пути эвакуации, то ситуация как с тамбуром получается.
Так может мыть изменить нормативы в части открывания этих дверей!? Ведь если они будут открываться в другую сторону, то при включении противопожарных систем вентиляции двери будут даже сами открываться (безо всяких усилий или эл.приводов).

Вы это к кому обращаетесь? Чисто гипотетически? Ну да, ну да. Только как говорил профессор Преображенский:»Разруха не в клозетах. » И до тех пор, пока не будет единой концепции, где бы было все увязано и продумано до мельчайших подробностей, толку будет мало. Но это лично мое мнение, может я и не понимаю ничего.

Независит скоко м/м. щитается что горит одна. типа спринклера тушат. 80 нормально. Но я б считал пока не пришел бы к 50-65 тыщам.)

Ааа. двухуровневые 2

В СП 5.13130.2009 Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования (с Изменением N 1)

А.10 Перечень зданий, сооружений, помещений и оборудования, подлежащих защите автоматическими установками пожаротушения и автоматической пожарной сигнализацией, представлен далее в данном документе.

1.) «Настоящий свод правил устанавливает основные требования пожарной безопасности, регламентирующие защиту зданий, сооружений, помещений и оборудования на всех этапах их создания и эксплуатации автоматическими установками пожаротушения (АУП) и автоматическими установками пожарной сигнализации (АУПС)»

ИОВ, вас понял,спасибо!
еще такой вопрос..
вообщем здание 2-х этажное,

открываю
6.5 Автоматическое пожаротушение и автоматическая пожарная сигнализации (Докипедия: СП 113.13330.2016 Стоянки автомобилей Актуализированная редакция СНиП 21-02-99)

то к какому пункту отнести

6.5.3 Автоматическое пожаротушение в помещениях хранения автомобилей следует предусматривать в стоянках автомобилей закрытого типа:

.
или
.

г) встроенных в здания другого назначения;

Источник

Теплота сгорания автомобиля для расчета дымоудаления

Не хочу лезть в дебри Ваших расчетов и употребляемые Вами терминологические неточности, но Ваша предельная производительность дымоприемного отверстия (320 куб. м/с) значительно превышает требуемую производительность системы дымоудаления (то ли 37000 куб. м/ч, то ли 66 кг/с?).

Так откуда же появляется потребность в сотне дымоприемных отверстий?

Lk=36948 куб. м/ч=10,26 куб. м/с

Lk/Lo=10,26/320,5=0,032 отверстия. Округляем в большую сторону и принимаем одно дымоприемное отверстие на дымовую зону.

Не пойму, где Вас заклинило?

У меня по Вашей прогамме получается такой же расход воздуха, хотя параметры немного другие. Такое может быть?Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Wetall, shev
А не можете дать название источника из которого взято значение коэффициента полноты сгорания η=0,65?

Что-то я не нашёл значений этого коэффициента менее 0,85:

А не можете дать название источника из которого взято значение коэффициента полноты сгорания η=0,65?

Что-то я не нашёл значений этого коэффициента менее 0,85:

Коэффициент сгорания η=0,65 получен по формуле для вычисления коэффициента сгорания пожарной нагрузки в режиме пожара.
Но есть ещё просто коэффициент сгорания пожарной нагрузки. И они различаются.

Помогите разобраться: в указанную выше формулу, приведённой в методике ВНИИПО, нужно вставлять коэффициент полноты сгорания пожарной нагрузки или коэффициент полноты сгорания пожарной нагрузки в режиме пожара?

Нашёл я эту тему. Оттуда:

Позвольте уточнить, какую табличку Вы смотрели?

В трудах Молчадского И.С. 0.55-0.8 (по памяти, мог ошибиться на плюс минус 0.05)

В рекомендациях НИИПО «Средства пожарной автоматики. Область применения. Выбор типа» 2004г. говорится:

«При выборе расчетной схемы развития пожара все возможные схемы целесообразно свести к двум — круговое распространение пожара и горение штабеля из твердых горючих материалов.

К круговой схеме может быть отнесено распространение пожара по твердым (или волокнистым) горючим материалам, равномерно разложенным на достаточно больших площадях, а также распространение пожара по рассредоточенно расположенным горючим материалам, небольшое расстояние между которыми не препятствует переходу пламени с горящего материала на негорящий. Ко второй схеме можно отнести горение материалов, сложенных в виде штабелей различных размеров.

11.3.2. Тепловую мощность очага пожара для выбранных в п. 4.1.1 расчетных схем определяют по формуле Q = Kт t2, (11.1)

Коэффициент Kт определяют в зависимости от выбранной схемы развития пожара по формулам:

а) для кругового распространения пожара , (11.2)

Значения Vл, yуд и Qн принимают по ГОСТ 12.1.004-91 или по приложениям настоящих рекомендаций;

б) для горения твердых горючих материалов, сложенных в виде штабеля , (11.3)

где— время развития пожара до достижения характерной тепловой мощности, принимаемой равной 1055 кВт, с (определяют экспериментально или принимают по справочной литературе).»

Источник

Особенности расчёта систем противодымной вентиляции

Системы противодымной вентиляции играют заметную роль в комплексе всех инженерных систем здания и призваны предотвращать «. поражающие воздействия на людей и (или) материальные ценности продуктов горения, распространяющихся во внутреннем объёме здания при возникновении пожара в одном помещении на одном из этажей одного пожарного отсека» (пункт 7.1 СП 7.13130.2013 [1]). Этой статьёй мы начинаем ряд публикаций, посвящённых методам расчёта систем приточно-вытяжной противодымной вентиляции и программному обеспечению расчёта.

Одним из важнейших этапов проектирования систем противодымной вентиляции является расчёт систем. Для вытяжной противодымной системы — это определение количества продуктов горения, которые необходимо удалить из рассматриваемого помещения.

В соответствии с пунктом 7.4 [1] «Расход продуктов горения, удаляемый вытяжной противодымной вентиляцией, следует рассчитывать в зависимости от мощности тепловыделения очага пожара, теплопотерь через ограждающие строительные конструкции помещений и вентиляционные каналы, температуры удаляемых продуктов горения, параметров наружного воздуха, состояния (положения) дверных и оконных проёмов, геометрических размеров. »

Если в соответствии с ранее действующими нормативными документами СНиП 2.04.05-91* [6] по пункту 5.9 температуру продуктов горения, удаляемых из помещения, рекомендовалось принимать фиксированной: «. t = 600 °C — при горении жидкости и газов; . t = 450°C — при горении твёрдых тел. t = 300°C — при горении волокнистых веществ и удалении дыма из коридоров и холлов», то сегодня пункт 7.4 [1], как было сказано выше, требует от автора проекта рассчитывать температуру дыма для каждого рассматриваемого случая, то есть «Не допускается принимать без расчёта фиксированные значения температуры удаляемых продуктов горения из коридора и помещений».

Таким образом, в самом Своде Правил 7.13130.2013 [1] декларируются правила, в соответствии с которыми необходимо проектировать противодымные системы. Инструкции для реального воплощения в жизнь этих требований разработаны в Методических рекомендациях к Своду Правил 7.13130.2013 [1] «Расчётное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий» [3], разработанных ВНИИПО.

Расход продуктов горения, удаляемый вытяжной противодымной вентиляцией, следует рассчитывать в зависимости от мощности тепловыделения очага пожара. Не допускается принимать без расчёта фиксированные значения температуры удаляемых продуктов горения из коридора и помещений

Рассмотрим особенности расчёта систем вытяжной противодымной вентиляции на примере одной из программ, разработанной на основании этой методики [8].

«Рекомендации разработаны в соответствии с вновь введёнными нормативными документами по пожарной безопасности [1, 2] и регламентируют порядок расчёта основных параметров противодымной вентиляции различного назначения — преимущественно жилых и общественных, производственных и складских, а также многофункциональных зданий и комплексов, закрытых подземных и надземных автостоянок».

Соответственно, теми же функциями обладает и программа, разработанная на основе этих рекомендаций.

Программа позволяет определить параметры систем противодымной вентиляции из: вестибюлей, холлов, коридоров, смежных с горящим посещением; из зальных помещений различного назначения и атриумов; из залов атриумов при пожаре непосредственно под галереей на уровне основания атриума; из закрытых надземных и подземных автостоянок.

Рассмотрим расчёт системы удаления продуктов горения из вестибюлей, коридоров, холлов и т.п., смежных с горящим помещением.

Интерфейс программы содержит ряд страниц для ввода данных. На первой определяются характеристики объекта: здание жилое или общественное. Расположение: в городе, за городом. Наличие системы автоматического пожаротушения.

Независимо от того, удаляем мы продукты горения непосредственно из помещения, где возможен пожар, или из смежного с ним, например, из коридора, расчёт всегда начинается с рассмотрения помещения, где происходит пожар. Какое помещение принять за расчётное? Если в коридор выходят несколько помещений, то к расчёту принимается помещение с наихудшими с точки зрения пожарной нагрузки характеристиками. Если помещения однотипны (офисы) и визуально определить расчётное не представляется возможным, необходимо просчитать несколько помещений (программа позволяет оперативно сделать это).

При описании помещения вводятся его характеристики: размеры помещения, размеры всех проёмов (окон, дверей и т.п.). Размеры проёмов необходимы для вычисления проёмности помещения — величины П. Величина П используется далее при расчёте критической пожарной нагрузке в помещении.

На следующей странице программы вводится пожарная нагрузка. Для удобства пользователя в программу включена специальная таблица с необходимыми для расчёта параметрами горючих веществ. В ней приведены: низшая рабочая теплота сгорания, линейная скорость распространения пламени, удельная скорость выгорания (далее — характеристики горючих веществ). Справочные данные взяты из справочного пособия [4]. С развитием технологии в настоящее время стал актуальным ряд веществ, неучтённых в данном справочнике. Чтобы иметь возможность включить в расчёт дополнительные горючие вещества, введена кнопка «Пользовательская», позволяющая ввести их при условии одновременного введения всех необходимых характеристик.

Эти соотношения определяют зависимости, используемые при расчёте максимальной среднеобъёмной температуры в горящем помещении, а именно — зависимости (13) и (14) [3] в соответствии с характером пожара, то есть регулируемый вентиляцией или нагрузкой.

На следующей странице определяются характеристики коридора (либо другого рассматриваемого помещения, смежного с горящим, непосредственно из которого происходит удаление продуктов горения). Вводится площадь и длина коридора. При этом длина коридора не должна превышать 60 м (пункт 7.4, а [1]). Далее определяется площадь двери на выходе из коридора по путям эвакуации. Причём в соответствии с пунктом 7.16 в [1] следует принимать «площадь большей створки двустворчатых дверей. При этом ширина такой створки должна быть не менее необходимой для эвакуации, в противном случае в расчёте следует учитывать всю ширину дверей. » Ширина эвакуационного прохода должна быть не менее 0,8 м (пункт 4.2.5 [5]). Высота коридора задаётся до отметки подшивного потолка, если это цельная конструкция типа Armstrong, или до отметки перекрытия при перфорированном подшивном потолке.

Для определения усреднённой температуры дымового слоя в коридоре используется зависимость (16) [3], полученная интегрированием эмпирического уравнения, характеризующая изменение температуры в дымовом слое по длине коридора:

где T_sm — средняя температура дымового слоя в коридоре, К; Т_r — температура воздуха в коридоре, К; h_sm — предельная толщина дымового слоя, м; А_с — площадь коридора, м 2 ; L_c — длина коридора, м.

Определение параметров производится в зависимости от вида объёмного пожара в рассматриваемом помещении. Определение вида объёмного пожара в помещении происходит по соотношению величины приведенной пожарной нагрузки помещения g_k и критического значения g_k кр

При использовании данной зависимости предельная толщина дымового слоя должна удовлетворять условию:

где h_sm — толщина дымового слоя, м; Н — высота коридора, м.

Таким образом, в зависимости от высоты коридора задаётся высота незадымляемой зоны, которая представляет из себя разницу между высотой коридора и толщиной дымового слоя и составляет соответственно 0,4-0,5 Н. Таким образом, при высоте коридора, равной 3 м, высота незадымляемой зоны составит 1,2-1,5 м. Согласуется ли это с пунктом 4.2.5 [5], требующим обеспечить высоту эвакуационных выходов в свету не менее 1,9 м? Естественно, согласуется, так как требование [5] относится к физическим размерам пути эвакуации.

На следующей странице задаются климатические параметры наружного воздуха для расчёта систем вытяжной противодымной вентиляции в соответствии с пунктом 7.4 [1]: температуру наружного воздуха следует принимать для тёплого периода года, скорость ветра по наибольшим значениям независимо от периода года согласно [2, 7].

Введённых на этом этапе данных достаточно для определения температуры и количества дыма, удаляемого из смежного с горящим помещения. Однако для расчёта системы вытяжной противодымной вентиляции необходимы дальнейшие расчёты. Если система обслуживает более одного этажа, для определения полного расхода продуктов горения необходимо учесть количество дыма, поступающее через неплотности противопожарных нормально закрытых клапанов, установленных на остальных обслуживаемых системой этажах. Важно помнить, что всегда рассматривается пожар, возникший «. в одном помещении на одном из этажей одного пожарного отсека» (пункт 7.1 [1]).

Требуется также рассчитать температуру дыма перед вентилятором, которая изменится по сравнению со средней температурой дымового слоя в коридоре T_sm за счёт подсосов воздуха через закрытые клапаны остальных этажей. Для подбора оборудования необходимо также определить напор вентилятора в соответствии с аэродинамической характеристикой сети. Программа обладает всеми этими возможностями, которые будут подробно рассмотрены в следующих статьях.

Источник

Сравнение результатов моделирования противодымной вентиляции зонным и полевым методами

Введение

Значительную опасность для человека при пожаре представляют продукты горения [1]. Для удаления продуктов горения из помещений используется противодымная вентиляция [2], которая может быть как с естественным, так и с механическим побуждением тяги. Подбор параметров вентиляционного оборудования должен осуществляется в соответствии с нормативными документами по пожарной безопасности. При этом, согласно [1], для выполнения расчетов следует применять зонную (зональную) или полевую модели. В [3, 4] содержатся методические рекомендации по расчёту параметров противодымной вентиляции, основанные на предположении, что при пожаре формируется две зоны: подпотолочный слой продуктов горения и незадымлённая зона снизу.

В ряде публикаций сообщается о низкой точности используемого в [3, 4] формализма. Например, в работе [5] утверждается, что расчёт по зонной модели может в полтора раза завысить высоту незадымлённой зоны по сравнению с данными натурного эксперимента. Тем самым зонная модель может приводить к существенной недооценке пожарных рисков. При этом расчёт по полевой модели показал значительно лучшее соответствие с экспериментом. В работе [6] сообщается о необходимости учёта эффекта «поддува». В работе [7] сообщается о необходимости учёта формы конвективной колонки.

Предлагаемый в 4 подход не позволяет учитывать точное положение отверстий вытяжной и приточной вентиляции. Имеется лишь указание располагать отверстия вытяжной вентиляции в пределах толщины дымовой зоны, а отверстия приточной компенсационной вентиляции – как можно ниже. Одним отверстием вытяжной вентиляции может обслуживаться площадь до 1000 м 2 [2], и оно может располагаться как на потолке, так и на стене. Таким образом, взаимное положение очага пожара и отверстий приточной и вытяжной вентиляции может быть достаточно произвольным. В результате работы вытяжки при пожаре может возникать перемешивание слоёв и предположение зонной модели о наличии двух зон будет нарушаться. При этом, во-первых, рассчитанная по зонной модели производительность вентиляции может оказаться недостаточной. Во-вторых, противодымная вентиляция при некоторых положениях вытяжных и приточных отверстий относительно очага пожара может оказаться вообще неэффективной.

Зонная модель не может дать чётких указаний, как именно нужно размещать отверстия при возгорании в конкретной области помещения. В то же время, можно ожидать, что полевые модели, рассчитанные на сетке с высоким пространственным разрешением, и учитывающие реальную конфигурацию помещения и положение вентиляционных отверстий и очага пожара, будут давать физически обоснованные результаты. В данной статье будет произведён расчёт противодымной вентиляции для нескольких ситуаций с помощью зонной модели [3, 4]. Развитие пожара в этих же ситуациях с учётом противодымной вентиляции будет рассчитано с помощью полевой модели в системе FDS [8]. Результаты моделирования будут изучены с точки зрения оценки качества работы вентиляции. Таким образом, на конкретных примерах будет рассмотрен вопрос о достаточности зонной модели при проектировании противодымной вентиляции.

Описание параметров численного эксперимента

В качестве пожарной нагрузки рассмотрим материал «древесина», как наиболее часто участвующий в пожарах материал [9]. Источник пожара отмечен на рис. 1 символом “F”.

По периметру помещения равномерно расположены двенадцать дверных проёмов (d1-d12 на рис. 1) площадью 2 м 2 каждый, чтобы обеспечить достаточный приток воздуха и выполнение требования [4] о превосходстве площади приточных проёмов над вытяжными в 2.5-3 раза для вентиляции с естественным побуждением тяги.

Ветер снаружи помещения отсутствует, температура воздуха 20 °C.

Согласно [2], противодымная вентиляция определяется как «регулируемый (управляемый) газообмен внутреннего объема здания при возникновении пожара в одном из его помещений, предотвращающий поражающее воздействие на людей и (или) материальные ценности распространяющихся продуктов горения, обусловливающих повышенное содержание токсичных компонентов, увеличение температуры и изменение оптической плотности воздушной среды». Высота незадымляемой зоны по возможности должна составлять не менее 2.5 м. Для контроля высоты незадымляемой зоны в описанной модели на высоте 2.5 м от пола в некоторых точках размещаются измерители температуры, дальности видимости и концентрации токсичных продуктов горения (зелёные точки p1-p18 на рис. 1). Двенадцать измерителей расположены напротив дверей и ещё шесть – в свободном пространстве помещения. Поскольку превышение допустимых показателей в точках, находящихся на границе незадымляемой зоны, не говорит однозначно о том, что дым спустился ниже этой границы, ещё 18 измерителей размещены в тех же точках на высоте 2 м.

Рис. 01/а. Помещение, вид сверху Рис. 01/б. Помещение, объёмный вид (потолок не показан)

Формулы расчёта площади вытяжного отверстия

Приведём формулы по методичке АВОК [4], на которые будем опираться при расчётах. Введём обозначения:

У нас H = 6, Z = 2.5

где Q_k — конвективная составляющая мощности очага пожара (часть тепловыделения пожара, идущая на нагрев продуктов горения), кВт; определяют по формуле

где φ — доля теплоты, отдаваемой очагом пожара ограждающим конструкциям; при отсутствии данных рекомендуется принимать равной 0.4;

η — коэффициент полноты сгорания; принимают равным 0,85-0,95 (у нас 0.93);

Q_p — теплота сгорания, кДж/кг; (у нас 13800)

ψ_уд — удельная скорость выгорания, кг/(м 2 ·с); (у нас 0.0145)

с_р — удельная изобарная теплоемкость воздуха и продуктов горения, кДж/(кг·К); принимают равной 1.09;

α — коэффициент теплоотдачи от продуктов горения к ограждающим конструкциям, кВт/(м 2 ·К); принимают равным 0.012;

А — длина помещения, м; (у нас 20 м)

В — ширина помещения, м; (у нас 10 м)

T_в — температура внутреннего воздуха, К. (у нас 20 °C)

Приведённая формула для T_пг подходит для прямоугольного в плане помещения.

где G_y — массовый расход удаляемых продуктов горения, кг/с; G_y = G_к;

μ — коэффициент расхода проема дымоудаления; для проемов прямоугольного или квадратного сечения принимают равным 0.64, для щелей и проемов круглого сечения — 0,8.

Расчёты для нашего случая

Q_k = 0.6*0.93*13800*0.0145*4 = 446.6 кВт;

G_k = 0.032*446.6 3/5 *2.5 = 3.11 кг/с;

T_пг = 446.6/[1.09*3.11 + 0.012*(200+60*3.5)] + 20 + 273 = 346.74 K;

ρ_пг = 353/346.74 = 1.018 кг/м 3 ;

ΔP_расп = 9.81*0.182*3.5 = 6.25 Па;

Q_k = 0.6*0.93*13800*0.0145*12 = 1340 кВт;

G_k = 0.032*1340 3/5 *2.5 = 6.02 кг/с;

T_пг = 1340/[1.09*6.02 + 0.012*(200+60*3.5)] + 20 + 273 = 409.72 K;

ρ_пг = 353/409.72 = 0.86 кг/м 3 ;

ΔP_расп = 9.81*(1.2−0.86)*3.5 = 11.67 Па;

Результаты моделирования

На рис. 2 и 3 показаны графики дальности видимости в 18 точках на высоте 2.5 м и 2 м соответственно. Можно заметить, что предельно допустимый уровень 20 м достигается на высоте 2.5 метра примерно через 150 сек, а на высоте 2 м – через 250 сек или позднее. То есть, строго говоря, «незадымляемая зона» задымляется, хотя и не быстро.

Существенно ниже уровня 2 м дым не опускался в течение всего времени моделирования.

Рис. 2. Дальность видимости на высоте 2.5 м Рис. 3. Дальность видимости на высоте 2 м

На рис. 4 и 5 показаны графики концентрации CO₂ в 18 точках на высоте 2.5 м и 2 м соответственно.

Рис. 4. Концентрация CO2 на высоте 2.5 м Рис. 5. Концентрация CO2 на высоте 2 м

Ни в одной точке предельно допустимый уровень не превышен.

На рис. 6 и 7 показаны графики концентрации CO в 18 точках на высоте 2.5 м и 2 м соответственно.

Рис. 6. Концентрация CO на высоте 2.5 м Рис. 7. Концентрация CO на высоте 2 м

Ни в одной точке предельно допустимый уровень не превышен.

На рис. 8 и 9 показаны графики концентрации HCl в 18 точках на высоте 2.5 м и 2 м соответственно.

Рис. 8. Концентрация HCl на высоте 2.5 м Рис. 9. Концентрация HCl на высоте 2 м

На высоте 2.5 м предельно допустимая концентрация превышается примерно через 200 сек, а на высоте 2 м вовсе не превышается в течение времени моделирования.

В данном примере самым показательным фактором наличия дыма явилась дальность видимости. Она падает относительно резко. Концентрации вредных продуктов горения растут относительно медленно и плавно. Далее мы будем использовать значение уровня дальности видимости для расчета границы дымового слоя, равное 20 м.

Добавили в дверные проёмы измерители скорости на высоте 1 м от пола.

На рис. 10 приведены графики скорости потока воздуха через дверные проёмы. Ни в один момент времени она не превышает максимально допустимого значения 6 м/с [2].

Рис. 10. Скорость потока воздуха в дверных проёмах

Добавили на уровне пола измерители давления в тех же 18 точках, где остальные измерители.

Избыточное давление на уровне пола относительно уличного давления отсутствует. То есть корректировать расчёт площади вытяжного отверстия, выполненный в предположении, что на уровне пола давление равно уличному, не требуется. Также этот результат значит, что имеющееся количество открытых дверных проёмов не создаёт сколь-либо значительного сопротивления притоку воздуха.

Стоит отметить, что дверные проёмы в исследуемой модели исключительно выполняют роль приточных отверстий вентиляции, и не должны рассматриваться как необходимо присутствующие элементы конфигурации. Мы можем варьировать их количество, и наблюдать, будет ли изменяться высота незадымляемой зоны.

Проверим, как изменятся результаты, если оставить открытыми только три двери (d3, d6, d10), суммарная площадь которых более, чем в три раза превышает площадь вытяжного отверстия, чего должно быть вполне достаточно для правильной работы вентиляции [4]. Визуальный анализ результатов показал, что примерно через 170 с дым опустился до верхней границы дверей и стал выходить через двери. А вскоре вообще заполнил всё помещение (рис. 11).

Рис. 11. Заполнение помещения дымом (прозрачные стены)

При этом скорость потока воздуха через все двери не превышала 1 м/с. Давление на уровне пола примерно на 160-й сек упало на 1 Па ниже атмосферного. Впрочем, к этому времени граница незадымляемой зоны уже была нарушена, поэтому говорить о необходимости учёта этого перепада давлений в изначальных расчётах не приходится.

На рис. 12 и 13 показаны графики дальности видимости в 18 точках на высоте 2.5 м и 2 м соответственно. Можно заметить, что предельно допустимый уровень 20 м достигается на высоте 2.5 метра примерно через 50 сек, и на высоте 2 м не сильно позднее. То есть «незадымляемая» зона начинает задымляться гораздо раньше, чем при всех открытых дверях.

Рис. 12. Дальность видимости на высоте 2.5 м Рис. 13. Дальность видимости на высоте 2 м

Сравнение двух рассмотренных примеров позволяет прийти к выводу о сильной зависимости качества работы вентиляции от площади приточных отверстий. Причём площади, троекратно превосходящей площадь вытяжного отверстия, не достаточно для длительного предохранения незадымляемой зоны от задымления.

Снова откроем всё 12 дверей, чтобы не возникало сомнений в достаточности площади приточных отверстий, хотя, как упоминалось выше, согласно [4] трёх дверей тоже должно было быть достаточно. Рассмотрим, как повлияет на результат перемещение вытяжных отверстий.

На рис. 16 показана температура в 18 точках на высоте 2.5 м. Пороговое значение 70 °C не было превышено за всё время моделирования.

Рис. 14. Конфигурация помещения (вытяжка на стене слева) Рис. 16. Температура на высоте 2.5 м

На рис. 17 и 18 показана дальность видимости на высоте 2.5 м и 2 м соответственно.

Рис. 17. Дальность видимости на высоте 2.5 м Рис. 18. Дальность видимости на высоте 2 м

На высоте 2.5 м дальность видимости в разных точках падает ниже 20 м через разное время: от 20 с до 70 с. Этот результат сильно отличается от первого эксперимента с вытяжным отверстием на потолке, когда дальность видимости упала ниже порога примерно через 150 с. То есть смещение вытяжного отверстия из точки над очагом пожара на ближайшую стену сильно ухудшило динамику дальности видимости.

Рассмотрим динамику концентраций вредных веществ (рис. 19-22). Концентрация CO₂ была существенно ниже предельно допустимого уровня в течение всего эксперимента, хотя и достигла в три раза большей величины, чем в первом опыте, где отверстие было над очагом пожара. Про концентрацию CO можно сказать то же самое. Концентрация HCl превысила предельно допустимый уровень примерно через 70 с, т.е. в три раза быстрее, чем в первом эксперименте. При этом на высоте 2 м концентрация HCl превысила порог через 100 с, в то время как в первом эксперименте на высоте 2 м концентрация вообще не была превышена.

Рис. 19. Концентрация CO2 на высоте 2.5 м Рис. 20. Концентрация CO на высоте 2.5 м Рис. 21. Концентрация HCl на высоте 2.5 м Рис. 22. Концентрация HCl на высоте 2 м

Можно заключить, что смещение вытяжного отверстия на ближайшую стену на расстояние всего 2.5 м по горизонтали значительно ухудшило динамику опасных факторов в помещении.

Сместим теперь вытяжное отверстие на дальнюю от очага пожара стену. Модель показана на рис. 23.

Рис. 23. Конфигурация помещения (вытяжка на стене справа, потолок не показан)

На рис. 24 показана динамика температуры. Критическое значение почти не превышено. На рис. 25 и 26 показана дальность видимости на высоте 2.5 м и 2 м соответственно. Графики похожи на предыдущий случай. Примерно через 90 с и в этой и в предыдущей модели становится хорошо визуально видно, что дым выходит через все двери. А дальность видимости на высотах 2 и 2.5 м становится меньше 20 м уже через 20 с.

Можно заключить, что рассчитанная по формулам из [4] противодымная вентиляция защищает помещение от дыма довольно недолго.

Рис. 24. Температура на высоте 2.5 м

Рис. 25. Дальность видимости на высоте 2.5 м Рис. 26. Дальность видимости на высоте 2 м

Рис. 27. Конфигурация помещения (вытяжка сверху)

На рис. 28 показана динамика температуры. Критическое значение превышено примерно через 150 с. На рис. 29 и 30 показана дальность видимости на высоте 2.5 м и 2 м соответственно. Она резко снижается примерно через 20 с. Причём через 50 с дальность видимости становится меньше 5 м.

Рис. 28. Температура на высоте 2.5 м Рис. 29. Дальность видимости на высоте 2.5 м Рис. 30. Дальность видимости на высоте 2 м

Таким образом, при площади пожара 12 м 2 противодымная вентиляция, рассчитанная по формулам [4], справляется с удалением дыма ещё хуже. Детально рассматривать результаты моделирования при размещении вытяжных отверстий на стенах не будем. Очевидно, время обеспечения незадымлённой зоны в этих моделях будет ещё меньше.

Через ближайшие к очагу пожара двери дым в рассмотренных выше моделях начинает выходить примерно через 60 с, после чего скорость роста опасных факторов замедляется. Мы не можем рассматривать выход дыма через двери как нормальное явление. Сам по себе факт, что дымовая зона опустилась до уровня дверных проёмов, гарантированно свидетельствует о том, что вентиляция не справилась со своей задачей.

На этом моделирование работы вентиляции в рассматриваемом помещении можно остановить.

Обеспечение незадымления коридора

Приступим к рассмотрению моделирования работы противодымной вентиляции с механическим побуждением тяги в коридоре. Расчёт регламентируется п. 3.2 и 4.4 [3].

Рассмотрим коридор длиной L=20 м, шириной 3 м, высотой 3.5 м. Такой коридор может располагаться, например, в школе. Очаг пожара расположен в примыкающем помещении с размерами (а х b х h) 6x4x3.5 м (небольшой класс или кабинет). Размер дверного проёма из кабинета в коридор (H_i x A_i) 2.25×1 м. Размер дверного проёма из коридора на лестничную клетку (H_d x A_d) 2.25×1.5 м. Поскольку дым не должен опускаться ниже высоты дверного проёма эвакуационного выхода, предельная толщина дымового слоя составляет Н_sm = 3.5-2.25=1.25 м.

Пожарная нагрузка массой m = 50 кг, размещённая в кабинете, обладает свойствами материала «Общественное помещение + линолеум» [3]: низшая рабочая теплота сгорания Q = 14 МДж/кг, удельная скорость выгорания Ψ = 0.0137 кг/(м 2 ·с), линейная скорость распространения пламени υ = 0.015 м/с. Для расчётов также понадобится низшая рабочая теплота сгорания дерева Q_w = 13.8 МДж/кг.

Рассчитаем требуемую производительность вентиляции

Проёмность помещения П = A_i· H_i 3/2 / V_R 2/3 = 0.176.

Суммарная низшая теплота сгорания Q_H = m·Q = 700 МДж.

Необходимое удельное количество воздуха V₀ = 0.263·Q = 3.68 м 3 /кг.

Начальная температура воздуха в помещении T_C = 18+273 = 291 K.

Удельная пожарная нагрузка в помещении, приведенная к площади пола,

Удельная пожарная нагрузка в помещении, приведенная к площади ограждений

Критическая пожарная нагрузка в помещении

Пожарная нагрузка, приведенная к площади ограждений, ниже критической, следовательно, имеем дело с пожаром, регулируемым нагрузкой.

Максимальная среднеобъёмная температура

Температура в потоке газов, поступающих из горящего помещения

Средняя температура дымового слоя в коридоре

Массовый расход продуктов горения, удаляемых из коридора

Средняя плотность продуктов горения, удаляемых из коридора

Объемный расход продуктов горения, удаляемых из коридора

L_пг = G_пг / ρ_ПГ =5.3 м 3 /сек = 19084 м 3 /ч

Компенсирующая подача воздуха

Температура наружного воздуха T_Н = −31+273 = 242 K.

Массовый расход G_a = G_пг / (1-n), где −0.3 ≤ n ≤ 0.3 [3].

Разработчики вентиляции зачатую берут значение n = −0.3, чтобы минимизировать расход.

Объемный расход приточной вентиляции L_a = G_a/ ρ_Н =3.2 м 3 /сек = 11530 м 3 /ч.

Комментарии

Дисбаланс вытяжки и притока 30% при моделировании в FDS может привести к сильному падению давления. Однако, раз так делают на практике, придётся с этим мириться.

Моделирование в FDS

Модель помещения (вид сверху) показана на рис. 31. Буквой “F” показан пол кабинета, охваченный пламенем. Квадраты синего цвета показывают месторасположение на потолке коридора двух вытяжных отверстий, площадью 1 м 2 каждое. Красные отрезки со стрелочками в торцах коридора показывают расположение отверстий приточной вентиляции на стенах, также площадью 1 м 2 каждое. Хотя в [2] нет требований размещать вытяжное отверстие непосредственно на потолке, а приточное вплотную к полу, в рассматриваемой модели отверстия размещены именно так, поскольку именно таким образом лучше всего выполняется рекомендация размещать вытяжные отверстия как можно выше, а приточные как можно ниже. Кроме того, и вытяжная и приточная вентиляция имеют по два отверстия, расположенных в разных точках коридора. Это упрощает выход дыма, хотя и не требуется в обязательном порядке [2]. То есть в рассматриваемой модели отверстия вентиляции расположены заведомо не хуже, чем в большинстве реально встречающихся ситуаций.

Рис. 31. Коридор и кабинет (вид сверху) Рис. 32. Трёхмерный вид помещения

Трёхмерный вид помещения показан на рис. 32. Зелёным цветом показаны точки, в которых расположены регистраторы опасных факторов пожара (на высоте 2.25 м и 2 м).

Скорость движения воздуха через приточные отверстия составляет 3.2 м 3 /сек / 2 м 2 = 1.6 м/с, а через вытяжные отверстия 5.3 м 3 /сек / 2 м 2 = 2.65 м/с.

Убедимся, что параметры модели, действительно, соответствуют ожидаемым. На рис. 33 приведён график скорости выгорания пожарной нагрузки. Как упоминалось выше, расчётное значение составляет 0.3288 кг/с. Значение скорости выгорания по графику с высокой степенью точности совпадает с расчётным.

Рис. 33. Скорость выгорания

На рис. 34 показан график скорости тепловыделения (HRR). Расчётное значение составляет 0.3288 кг/с * 14 МДж/кг = 4600 кВт, что подтверждается графиком.

Рис. 34. Скорость выгорания

На рис. 35 показан график давления. Несмотря на то, что, согласно расчёту по методике, приток воздуха меньше, чем отток, давление в помещении значительно выросло, примерно на 0.8 атм. С одной стороны, это ничему не противоречит, ибо может быть объяснено разогревом воздуха в помещении. С другой стороны, это значит, что вентиляция не справляется с удалением горячего воздуха. В реальности, помещения не являются герметичными и способными выдерживать такие перепады давления, а это значит, что горячий воздух и дым начнут выходить из помещения через любые щели, создавая задымление в соседних помещениях и на путях эвакуации.

Рис. 35. График давления

На рис. 36 показаны графики производительности каждого из четырёх вентиляционных отверстий. Видны только два графика, поскольку графики как для двух приточных, так и для двух вытяжных отверстий попарно идентичны. Положительный график соответствует приточным отверстиям, а отрицательный – вытяжным. Производительность вентиляции соответствует расчётным значениям.

Рис. 36. Производительность вентиляционных отверстий

На рис. 37 приведены графики температуры в девяти точках коридора на высоте 2.25 м. Наибольше значение температуры наблюдается на измерителе, расположенном напротив двери в кабинет, где происходит горение. Во всех точках превышено предельно допустимое значение температуры, то есть через дверь эвакуационного выхода на лестничную клетку поступает горячий воздух.

Рис. 37. Температура на высоте 2.25 м

На рис. 38 приведены графики температуры в девяти точках коридора на высоте 2 м. Предельно допустимые значения также превышены.

Рис. 38. Температура на высоте 2 м

На рис. 39 показаны графики дальности видимости на высоте 2.25 м. В течение первых 20 с дальность видимости падает ниже предельно допустимого значения. А через 40-60 с дальность видимости падает уже ниже 1 м.

Рис. 39. Дальность видимости на высоте 2.25 м

Дальность видимости на высоте 2 м показана на рис. 40. Она падает ниже предельно допустимого значения лишь немного позже, чем на высоте 2.25 м. Это доказывает, что граница дымового слоя, несомненно, нарушена, и дым опустился ниже верхней границы эвакуационного выхода.

Рис. 40. Дальность видимости на высоте 2 м

На рис. 41 приведен внешний вид задымлённого коридора на 60-й секунде. Граница дымовой зоны опустилась примерно до высоты 1 м.

Рис. 41. Дым в коридоре на 60-й секунде моделирования

Рис. 42. Концентрация CO2 Рис. 43. Концентрация CO Рис. 44. Концентрация HCl

Выводы

Рассмотренная модель помещения типа «зал» является геометрически самой простой из возможных, и применение формул [4] к такому помещению наиболее очевидно, и расчёт легко проверить. Однако полученные даже в таком простом случае результаты уже говорят о многом. Можно считать доказанным, что вентиляция удаляет недостаточное количество дыма даже в условиях невероятно большого количества приточных отверстий, распределённых равномерно по периметру помещения. Несколько десятков секунд, в течение которых опасные факторы не превышают допустимых значений, обеспечиваются не только, и возможно, не столько противодымной вентиляций, сколько большим объёмом помещения и большой высотой до потолка (6 м).

Вентиляция не вполне справляется с обеспечением незадымляемой зоны даже когда вытяжное отверстие расположено над очагом пожара. А при смещении отверстия на стену задымление помещения происходит довольно быстро и дым опускается ниже верхнего уровня дверных проёмов.

Система дымоудаления из коридора, рассчитанная согласно [3] и промоделированная в FDS, показала неудовлетворительные результаты работы, несмотря на то, что вентиляционные отверстия были размещены более благоприятно, чем это, зачастую, бывает в действительности. Дым опустился гораздо ниже верхней границы эвакуационных путей по всему коридору и очень быстро.

Проведённое исследование показало, что эмпирические формулы 3, применяемые для расчёта вентиляции как с естественным, там и с механическим побуждением тяги, не выдерживают проверку при сравнении с результатами моделирования полевым методом для конкретных простых конфигураций помещений.

Литература

Евгений Михайлович Любимов, АО «СПТ», руководитель отдела разработки

Владимир Владимирович Пархачёв, АО «СПТ», старший научный сотрудник, к.ф.-м.н.

Источник