Пример 3

Требуется определить площадь устройства дымоудаления из одноэтажной автостоянки закрытого типа высотой 4,5 м. Хранение автомобилей – двухъярусное. Требуемая высота незадымленной зоны – 2,0 м от пола помещения, площадь помещения – 1 500 м2, периметр ограждающих конструкций – 160 м. Мощность очага пожара 2∙ 4,5 = 9 МВт. Температура наружного

воздуха tн равна 20°С, температуравнутреннего воздуха tв равна 20 °С. Решение

Принимаем ϕ = 0,4.

Конвективная мощность очага пожара

Qс = (1 – ϕ) Qр = (1 – 0,4) 9,0 = 5,4 МВт = 5 400 кВт.

Расход дыма, поступающего с конвективной колонкой в подпотолочный слой, определяем по формуле (12.7):

Gк = 0,032 Qc3/5 Z = 0,032 54003/5 2,0 = 11,1 кг/с.

Температура продуктов горения

tп.г = {Qc / [(сp Gу) + α(Fпом + Lо.к (Hп – Z))]} + tв = {5400 / [(1,09 11,1) + + 0,012(1500 + 160(4,5 – 2))]} + 20 = 175 °С.

Плотности продуктов горения и наружного воздуха

ρп.г = 353 / (tп.г + 273) = 353 / (175 + 273) = 0,788 кг/м3;

ρн = 353 / (tн + 273) = 353 / (20 + 273) = 1,2 кг/м3.

Располагаемый перепад давлений

∆Pрасп = g(Hп – Z)(ρн – ρп.г) = 9,81(4,5 – 2,0) (1,2 – 0,788) = 10,1 Па.

Требуемая площадь отверстий дымоудаления

Fу = Gу / [µ(2ρп.г ∆Pрасп)0,5] = 11,1 / [0,64(2 ∙ 0,788 10,1)0,5] = 4,3 м2.

Объемный часовой расход удаляемого дыма

L= 3600Gу / ρп.г = 3600 11,1 / 0,788 = 50 710 м3/ч.

12.3.Обеспечение незадымляемости путей эвакуации и помещений, смежных с горящим

Если размеры очага пожара не ограничены, то для обеспечения незадымленной зоны в нижней части помещения требуются неприемлемо высокие параметры системы дымоудаления; единственной задачей, которую может решить система, становится обеспечение нераспространения дыма за пределы горящего помещения.

Рассмотрим процесс функционирования системы дымоудаления, предотвращающей выход дыма за пределы горящего помещения.

При воздействии ветра на здание динамическое давление ветра преобразуется в статическое давление (рис. 12.4) (Uв – скорость ветра, м/с). Фасад, на который направлен ветер, называется наветренным 1, противоположный ему фасад – заветренным или подветренным 2, остальные фасады называются боковыми 3.

216

1

Uв

2

Рис. 12.4. Воздействие ветра на здание:

1 – наветренный фасад; 2 – заветренный фасад; 3 – боковые фасады

На наветренном фасаде 1 динамическое давление ветра Рв = ρнUв2 /2

преобразуется в положительное статическое давление. На боковых фасадах 3 за счет ускорения потока динамическое давление ветра преобразуется в отрицательное или нулевое статическое давление. На заветренном фасаде 2 за счет срыва ветрового потока и образования вихрей динамическое давление ветра преобразуется в отрицательное статическое давление. Знак и степень указанного преобразования учитываются аэродинамическими коэффициентами фасадов Kн, Kз и Kбок. Значения аэродинамических коэффициентов фасадов получают экспериментально в результате продувок макетов зданий в аэродинамической трубе (подробные данные о них приведены в СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»). Для одноэтажных

зданий Kн = 0,6; Kбок = 0 и Kз = –0,4.

Выход дыма через открытые проемы из горящего помещения в смежные предотвращается при расположении плоскости равных давлений (нейтральной плоскости) выше этих проемов. Методика расчета площади устройств дымоудаления, обеспечивающих незадымляемость путей эвакуации из здания и помещений, смежных с горящим, основана на уравнении баланса массы воздуха, поступающего в горящее помещение через открытые проемы, и массы удаляемого дыма.

Методика расчета системы дымоудаления, обеспечивающей незадымляемость помещений, смежных с горящим, и путей эвакуации, состоит в следующем.

Сначала определяется наиболее неблагоприятное направление ветра, выбираются заветренный и наветренный фасады. Номеруем все фасады и части фасадов здания. В качестве заветренного (противоположного направлению ветра) фасада берется тот фасад, отношение площадей F1 / F2 для которого максимально; F1, м2, – эквивалентная площадь проемов на одном из фасадов, соединяющих горящее помещение с соседним

217

помещением или с улицей; F2, м2, – эквивалентная площадь проемов от первого проема из горящего помещения до улицы. Если дверной проем из горящего помещения выходит на улицу, то F2 считается бесконечным.

Эквивалентная площадь проемов Fэкв, м2, работающих параллельно, определяется по формуле

где f1, …, fi – площади проемов, м2.

Эквивалентная площадь проемов Fэкв, м2, работающих последовательно, определяется по формуле

Определяется давление на уровне пола в горящем помещении P0в, Па, при котором плоскость равных давлений (нейтральная плоскость) располагается на уровне верха проемов как на наветренном, так и на заветренном фасадах:

где Pн.з – наружное давление на заветренном (подветренном) фасаде, Па; hд – высота проемов, Па;

Δρ – разность плотностей наружного воздуха и продуктов горения, кг/м3. Давления снаружи здания вычисляются следующим образом:

− ветровое давление Pв, Па,

− наружное давление на заветренном (подветренном) фасаде Pн.з, Па,

Вычисляются расходы воздуха, поступающего в горящее помещение через открытые проемы с наветренного Gн, кг/с, боковых Gб, кг/с, и заветренного Gз, кг/с, фасадов:

где Fн.экв, Fб.экв, Fз.экв – эквивалентные площади соответственно наветренного , боковых и заветренного фасадов.

218

Вычисляется площадь проходного сечения Fу, м2, устройств дымо-

где Kу – аэродинамический коэффициент устройства дымоудаления; Δρ – разность плотностей наружного воздуха и продуктовгорения, кг/м3.

Рассмотрим методику расчета системы дымоудаления на примере здания, разрез и план которого представлены на рис. 12.5 и 12.6.

Gу

Рис. 12.5. Схема для расчета системы дымоудаления, обеспечивающей незадымляемость путей эвакуации из здания и помещений, смежных с горящим

3''

Рис. 12.6. Схема для расчета системы дымоудаления, обеспечивающей незадымляемость путей эвакуации из здания и помещений, смежных с горящим: f1–f14 – площади проемов; 1, 2, 3', 3'', 4 – номера фасадов (частей фасадов)

219

Пример 4

Требуется определить площадь устройства дымоудаления из одноэтажного здания с учетом ветрового воздействия.

Исходные данные:

высота помещения – 6 м; температура наружного воздуха – 20 °С; скорость ветра – 4 м/с;

размеры проемов – f1 = f2 = f3 = f7 = f9 = f13 = 2,5×2,5 = 6,25 м2;

f4 = f5 = f6 = f8 = f10 = f11 = f12 = f14 = 1×2 = 2 м2.

Решение Расчет системы дымоудаления начинается с определения неблагоприят-

ного для работы системы направления ветра. Неблагоприятным направлением считается такое направление, при котором площадь устройств дымоудаления или расход удаляемого дыма максимальны из четырех возможных.

Для фасада 1 (см. рис. 12.6) рассчитаем эквивалентную площадь проемов, соединяющих горящее помещение с соседним помещением или с улицей, F1, м2; эквивалентную площадь проемов от первого из горящего помещения до улицы F2, м2; отношение этих эквивалентных площадей О1; эквивалентную площадь проемов Fэкв1:

F1 = f4 + f5 + f6 = 2 + 2 + 2 = 6 м2;

F2 = f1 + f2 + f3 = 6,25 + 6,25 + 6,25 = 18,75 м2;

O1 = F1 / F2 = 6 / 18,75 = 0,32;

Fэкв1 =1/(1/ F12 +1/ F22)0,5 =1/(1/62 +1/18,752 )0,5 = 5,71м2.

Для фасада 2 (см. рис. 12.6) рассчитаем F1 и F2, отношение этих экви-

валентных площадей О2 и эквивалентную площадь проемов Fэкв2:

F1 = f8 = 2 м2; F2 = f9 = 6,25 м2;

O2 = F1 / F2 = 2 / 6,25 = 0.32;

Fэкв2 =1/(1/ F12 +1/ F22)0,5 =1/(1/22 +1/6,252 )0,5 =1,9 м2.

Для части фасада 3' (см. рис. 12.6) рассчитаем F1 и F2, отношение этих

эквивалентных площадей О3' и эквивалентную площадь проемов Fэкв3':

F1 = f11 = 2 м2;

F2 = f13 = 6,25 м2;

O3' = F1 / F2 = 2 / 6,25 = 0,32;

Fэкв3′ =1/(1/ F12 +1/ F22)0,5 =1/(1/22 +1/6,252 )0,5 =1,9 м2.

Для части фасада 3'' (см. рис. 12.6) рассчитаем F1 и F2, отношение этих

эквивалентных площадей О3' и эквивалентную площадь проемовFэкв3'':

F1 = f10 = 2 м2;

220

F2 =1/(1/ f122 +1/ f142 )0,5 = 1/(1/22 +1/22 )0,5 =1,41 м2 ;

O3'' = F1 / F2 = 2 / 1,41 = 1,4;

Fэкв3′′ = 1/ (1/ F12 +1/ F22 )0,5 =1/ (1/22 +1/1,412 )0,5 = 1,15 м2.

Эквивалентная площадь проемов для фасада 3 Fэкв3 в целом будет равна

Fэкв3 = Fэкв3' + Fэкв3'' = 1,9 + 1,15 = 3,05 м2.

Для части фасада 4 (см. рис. 12.6) рассчитаем F1 и F2, отношение этих эквивалентных площадей О4 и эквивалентную площадь проемов Fэкв4:

F1 = f7 = 6,25 м2; F2 → ∞;

O4 = F1 / F2 = 0;

Fэкв4 =1/(1/ F12 + 1/ F22 )0,5 = f7 = 6,25 м2.

В качестве заветренного (подветренного) фасада для расчета выбираем тот, у которого отношение Оi наибольшее. Наибольшее отношение Оi = 1,4 у части фасада 3''. В качестве заветренного (подветренного) выбираем фасад 3, а в качестве наветренного выбираем противоположный фасад, т. е. фасад 1.

Вычисляем ветровое давление Рв, Па, давления на наветренном Рн.н, Па, заветренном Рн.з, Па, и боковых Рн.б, Па, фасадах:

Pв = ρнUв2 /2 =1,2 42 /2 = 9,6 Па;

Pн.н = 0,6Рв = 0,6 9,6 = 5,76 Па;

Pн.з = −0,4Рв = −0,4 9,6 = −3,84 Па;

Pн.б = 0.

Определяем давление на уровне пола горящего помещения Р0в, Па, при котором предотвращается выход дыма через проемы в смежные помещения и на пути эвакуации:

P0в = Pн.з – h g Δρ [1 + 0,5(F1/F2)2] =

= –3,84 – 2 9,81 0,488[1 + 0,5(1,4)2] = –22,8 Па.

Определяем расходы воздуха, поступающего в горящее помещение через открытые проемы со стороны заветренного Gз, кг/с, боковых Gб, кг/с, и наветренного Gн, кг/с, фасадов:

Gз = µFз.экв [2 ρн(Pн.з – P0в – 0,5hgΔρ)]0,5 = 0,64 3,05[2 1,2(–3,84 + 22,8 –

– 0,5 2 9,81 0,717)]0,5 = 10,44 кг/с;

б= µFб.экв[2ρн(Pн.б – P0в – 0,5hgΔρ)]0,5 =

=μ(Fэкв2 + Fэкв4)[2ρн(Pн.б – P0в – 0,5hgΔρ)]0,5 =

=0,64 8,15[2 1,2(0 + 22,8 – 0,5 2 9,81 0,717)]0,5 = 32 кг/с.

221