Особенности проектирования систем противодымной вентиляции

В последнее время практически в каждом выпуске журнала АВОК публикуются
переводные статьи по вопросам противодымной вентиляции под редакцией профессора
В. М. Есина, что указывает на высокую актуальность этой проблемы не только в России, но и за рубежом. Отечественная нормативная база в области проектирования,
монтажа и эксплуатации систем противодымной вентиляции нуждается в переработке. В ряде случаев для ее совершенствования потребуется проведения дополнительных
теоретических и экспериментальных исследований. Настоящая статья рассчитана на
специалистов, занимающихся проектированием, монтажом и эксплуатацией систем
противодымной вентиляции, а также разработкой нормативно-методической документации по данному вопросу.
Особенности проектирования систем противодымной вентиляции
при пожаре.
В настоящее время при разработке систем отопления, вентиляции и кондиционирования проектировщики должны руководствоваться СНиП 41- 01-2003, который вышел
взамен СНиП 2.04.05-91*.
В соответствии с требованиями СНиП 41- 01-2003 существенно расширен перечень условий, при которых должна предусматриваться противодымная вытяжная вентиляция. Новый СНиП предусматривает создание противодымной вытяжной вентиляции в
атриумах высотой более 15 м, пассажах, торговых залах без естественного освещения, из
общих коридоров и холлов зданий различного назначения с незадымляемыми лестничными клетками, а также из коридоров без естественного освещения жилых зданий, если максимальное расстояние по пути эвакуации до лестничной клетки, превышает 12 м.
В соответствии с требованиями СНиП 41- 01-2003 изменился также перечень условий, при которых должна предусматриваться приточная противодымная вентиляция. В
нем дополнительно оговорено, что подачу наружного воздуха при пожаре необходимо
предусматривать в шахты лифтов, имеющих режим «перевозка пожарных подразделений», а также в нижние части атриумов и пассажей. Атриумы и пассажи являются особыми помещениями в том смысле, что для них должны предусматриваться как вытяжные,
так и приточные системы противодымной вентиляции. Их включение в перечень помещений, в которых должны предусматриваться системы противодымной вентиляции, требует
от авторов СНиП 41-01-2003 дополнительных пояснений о режимах использования, обслуживающих эти помещения систем противодымной вентиляции.
В СНиП 41- 01-2003 имеются пункты, которые можно неоднозначно трактовать.
Так в п. 8.10,г сначала утверждается что «для систем вытяжной противодымной вентиляции следует предусматривать: … г) выброс продуктов горения, как правило, над покрытиями зданий и сооружений на расстоянии не менее 5 м от воздухозаборных устройств систем приточной противодымной вентиляции; выброс в атмосферу следует предусматривать на высоте не менее 2 м от кровли из горючих материалов; допускается выброс продуктов горения на меньшей высоте при защите кровли негорючими материалами на расстоянии не менее 2 м от края выбросного отверстия». Казалось бы, суть вопроса изложена
предельно четко. Однако, если читать этот пункт дальше, то встретимся со следующей
фразой: «Допускается выброс продуктов горения: … – через отдельные шахты на расстоянии не менее 15 м от наружных стен с окнами или от воздухозаборных или воздуховыбросных устройств систем вентиляции». По-видимому, здесь авторы имели ввиду дымоудаление из встроенных подземных автостоянок, но в нынешней редакции требования
данного пункта распространяются на все системы дымоудаления.. Может быть авторы
имели ввиду многосекционные (много корпусные) здания, секции которых имеют разную
высоту? Трудно понять.
В п. 8.1 СНиП 41- 01-2003 как и в п. 5.1 СНиП 2.04.05-91* утверждается, что «системы противодымной вентиляции следует предусматривать для обеспечения безопасной
эвакуации людей из здания при пожаре…». СНиП 2.04.05-91* не предусматривал противодымную вытяжную вентиляцию из помещений, время заполнения которых дымом
больше времени, необходимого для безопасной эвакуации людей. СНиП 41- 01-2003 предусматривает. По всей вероятности, приведенная в п. 8.1 СНиП 41- 01-2003 формулировка назначения систем противодымной вентиляции устарела и ее необходимо уточнить.
При такой формулировке возникает ряд вопросов: «зачем нужны дымовые зоны; зачем
поддерживать избыточное давление в лифтовых шахтах, если они не входят в маршруты
эвакуации; какие задачи должны выполнять эти системы после завершения эвакуации людей». Нам представляется, что более рационально п. 8.1 СНиП 41- 01-2003 изложить в
следующей редакции: «8.1 Системы приточно-вытяжной противодымной вентиляции
зданий (далее - противодымной вентиляции) следует предусматривать для обеспечения
эвакуации людей, защиты от задымления внутренних объемов здания при пожаре (возгорании) в помещениях здания , улучшения условий для тушения пожара, а также удаления
дымовых газов и продуктов тушения после ликвидации пожара.».
В настоящее время к СНиП 2.04.05-91* разработаны рекомендации [3] и два пособия [4,5]. В рекомендациях [3] и пособии [4] изложены общие вопросы расчета и проектирования систем противодымной вентиляции, а в пособии [5] приведены особенности расчета и проектирования противодымной защиты при пожаре подземных стоянок легковых
автомобилей. К СНиП 41- 01-2003 также необходимо разработать аналогичные документы. Хотелось бы, чтобы при их разработке был устранен ряд недостатков и неточностей,
которые имеют место в документах [3,4,5]. Нам представляется, что указанные документы
ориентируют проектировщика на проведение ручных расчетов. Они насыщены большим
количеством таблиц и графиков для определения аэродинамических сопротивлений, расходов, утечек и подсосов воздуха и дымовых газов. Для определения этих величин в
большинстве случаев имеются математические формулы, позволяющие производить вычисления в необходимой области исходных данных, в таблицах же приведены урезанные
данные. К примеру, в таблице 1 рекомендаций [3] приведены значения потерь давления в
стальных воздуховодах при четырех значениях их поперечных сечений. Так как при этом
не учитывается ни форма воздуховода, ни соотношение сторон для прямоугольных воздуховодов, то результат может оказаться довольно грубым. Возьмем два прямоугольных
воздуховода равных поперечных сечений S1 = S2. Один - сечением S1=А1*В1= 2* 0,5= 1 м2,
второй – S2 = А2*В2= 1* 1 = 1 м2. Определим для них эквивалентные диаметры:
D1экв = 2* А*В/(А+В)=0.8 м2, D2экв = 2* А*В/(А+В)=1.0 м2.
Для скорости движения газа в воздуховодах v = 10 м/c по справочнику [7] получим:
Rтр1 = 1.2 Па, Rтр2 = 0.813 Па. Нетрудно установить, что погрешность определения
удельных потерь давления от неучета соотношения сторон воздуховодов составляет 47 %.
С уменьшением поперечных размеров воздуховодов погрешность растет. В общем случае
к полученным значениям погрешности необходимо еще добавить погрешность интерполяции табличных значений.
Хотелось бы остановиться еще на одной особенности рассматриваемых пособий и
руководства. В приводимых в них формулах встречаются «интегрированные» коэффициенты, не имеющие физического смысла. Так в формуле(4) рекомендаций [3] и формуле
(15) пособия [5] используется «интегрированный» коэффициент Ктр , который должен
учитывать поправку на содержание в дымовых газах твердых частиц Ктч = 1,1 и коэффициент перевода давления из одной в другую систему измерения - Киз. Для рассматриваемого случая он равен Киз = 9,81. Понятно, что значение Ктр не может быть меньше 9,81,
однако пособие [5] рекомендует принимать его равным 8.
2
При проектировании систем дымоудаления приходится довольно часто сталкиваться с проблемой подбора вентилятора. С одной стороны, в рекомендациях и пособиях имеются ограничения на значения массовых скоростей в сети дымоудаления, а с другой стороны, при подборе вентилятора из потерь давления в сети необходимо вычесть естественное давление. При этом требуемый напор вентилятора может оказаться отрицательным.
Как поступать в таких случаях разработчикам проекта ответа в рассматриваемых документах нет. В нашей организации в таких случаях принято напор вентилятора назначать
исходя из соотношения:
Pсум - Pест <= Pвен <= 0.5 * Pсум,
(1)
где Pсум , Pест и Pвен – соответственно суммарные потери давления в сети, естественное
давление дымовых газов и потери давления в системе с учетом естественного давления.
Этот метод назначения напора вентилятора может гарантировать удовлетворительную работу системы дымоудаления и в случаях, когда температура дымовых газов окажется ниже расчетной.
При проектировании противодымной защиты лифтовых шахт, лестничных клеток
и тамбур-шлюзов также возникают вопросы, ответы на которые в тексте рекомендаций и
пособий нет. Прежде всего само название «противодымной защиты лифтовых шахт, лестничных клеток и тамбур-шлюзов» вызывает недоумение. На наш взгляд нужно защищать
не тамбур-шлюзы, а с помощью тамбур-шлюзов и поддержания в них избыточного давления защищать от задымления лифтовые шахты, лестничные клетки и здание в целом.
Нам представляется целесообразным в тексте рассматриваемых документов дать
краткую характеристику планировок лестнично-лифтовых узлов, убрать из рисунка, приводимого в документах [3 и 4] (см. рис. 1) планировку «Г», так как она дальше не рассматривается. Пункт.8.15 г) СНиП 41- 01-2003 предписывает при расчете параметров приточной противодымной вентиляции принимать, что кабины лифтов находятся «на основном посадочном этаже», а в рассматриваемых рекомендациях и пособиях расчеты проводятся только для первого этажа.
Методика определения параметров приточной противодымной вентиляции лестнично-лифтового узла «А» изложена доходчиво и убедительно для случаев двух и трех
лифтов. Хотелось бы здесь найти ответ на вопрос, как определяются указанные параметры при другом количестве лифтов. В своей практике при одном лифте мы рассчитывали
параметры приточной противодымной вентиляции также как и для двух. Представляется,
что такой подход приводит к значительным запасам по расходу дымовых газов.
Методика определения параметров приточной противодымной вентиляции лестнично-лифтового узла «Б» изложена менее доступно для рядового проектировщика. Здесь
общий расход воздуха, подаваемого в незадымляемую лестничную клетку 2-го типа - Gк и
в лифтовую шахту Gш должен компенсировать утечки воздуха, уходящего через неплотности ограждений лифтовой шахты, открытую входную дверь в здание – Gдв, а также расход дыма – Gд, удаляемого вытяжной противодымной вентиляцией с этажа пожара. Расходы Gдв и Gд определяются непосредственно по приводимым формулам. Для определения
утечек воздуха через неплотности ограждений лифтовой шахты, сначала необходимо задаться разностью давлений в лестничной клетке и лифтовой шахте. Выбор этой разности
зависит от принятого способа раздачи воздуха. При подаче общего расхода воздуха в
лестничную клетку с отводом воздуха части его в лифтовую шахту разность давлений
ΔPкш рекомендуется принимать в диапазоне 60- 150 Па. При независимой подаче воздуха
в лестничную клетку и в лифтовую шахту разность давлений Pкш рекомендуется принимать в диапазоне от 90 до- 20 Па. Зная ΔPкш по приведенным формулам определяется
давление воздуха в лифтовой шахте - Pш1. Средний расход наружного воздуха Gср через
неплотности ограждений лифтовой шахты определяется по рис. 3 [4 ] в зависимости от
Pш1, расчетной температуры наружного воздуха и этажности здания. Если посмотреть на
зависимости, приведенные на рис.3 [4 ], то нетрудно заметить, что в общем случае Gср
растет вместе с возрастанием Pш1. Отсюда следует, что для обеспечения минимального
3
расхода воздуха ΔPкш следует принимать максимальным из допустимых диапазонов: 150
Па при первом варианте подачи воздуха и 90 Па при втором варианте. В рекомендациях
[3] в примере 4 Pкш принято равным 100 Па. При этом по графику на рис. 3,б [4 ] средний
расход воздуха через неплотности лифтовой шахты Gср = 1430 кг/ч. Если принять ΔPкш =
150 Па, то
Pш1 =2·45- 0,1·150 = 75 Па. При этом по графику на рис. 3,б средний расход воздуха через
неплотности лифтовой шахты Gср = 1380 кг/ч, а общий расход воздуха составит:
Gоб = Gср · (N-1) + Gдв + Gд = 1380· (17-1) + 30623 + 10044 = 62747 кг/ч.
Расход уменьшился на 800 кг/ч.
Методика определения параметров приточной противодымной вентиляции лестнично-лифтового узла «В» с отдельными выходами на лестничную клетку и лифтовой
холл также требует дополнительных пояснений для того, чтобы исключить возможность
двоякого толкования ее некоторых положений. Здесь также как при планировке «Б»
сначала необходимо определить давление в вестибюле на первом этаже Pвес. По нему выбрать разность давлений в лестничной клетке и лифтовой шахте ΔPкш на уровне верхнего
этажа из табл. 4 рекомендаций [3]. Зная Pвес и ΔPкш по приводимым формулам для 2-х,
3-х и 4-х лифтов определяется давление в лифтовой шахте на первом этаже Pш1. При этом
указано, что Pвес определяется по ранее приведенной формуле (20) которая имеет вид:
Pш1 = Pвес = Pк = 0,7· ν 2·ρ + 20,
(2)
где ν – расчетная скорость ветра для района строительства, но не более 5 м/с; ρ – плотность наружного воздуха при расчетной температуре наружного воздуха.
Бросается в глаза то обстоятельство, что в формуле (2) утверждается что Pш1 = Pвес,
а в формулах рекомендаций [3] (35, 36, 37) в корне опровергается, так как, например,
формула (35) имеет вид:
Pш1 = 25 + 1,9 · Pвес ─ 0,22 · ΔPкш,
(3)
По всей вероятности не надо отсылать к формуле (20), переписать ее правильно для рассматриваемого варианта планировки лестнично-лифтового узла. Кроме того, в таблице 4
рекомендаций [3] Pвес изменяется в диапазоне от 20 до 120 Па. Если принять температуру
наружного воздуха даже равной –50 ºС, а скорость ветра 5 м/с, то и тогда
Pвес = 0,7· ν 2·ρ + 20 = 0,7· 5 2·1,58 + 20 = 47,65 Па не превысит значения 50 Па.
В общем же методика определения параметров приточной противодымной вентиляции лестнично-лифтового узла «В» с отдельными выходами на лестничную клетку и
лифтовой холл без рассечек достаточно легко осваивается и не содержит противоречивых
требований.
Вторая часть методики определения параметров приточной противодымной вентиляции лестнично-лифтового узла «В» с отдельными выходами на лестничную клетку и
лифтовой холл с рассечками требует серьезных пояснений. Совершенно ясно, что рассечки приведут к дополнительным затратам, поэтому их применение должно быть обосновано. В тексте же методики отсутствуют не только количественные, но и качественные
сравнения различных вариантов компоновок лестнично-лифтовых узлов. Для определения
давления в лифтовой шахте на первом этаже приводится формула (38)
Pш1= А + В· Pвес + С· ΔPкш. При этом коэффициенты А, В и С предлагается определять по
таблице, Pвес - по упоминавшейся ранее формуле (20), а
ΔPкш - по формуле ΔPкш = Рк.нз.в– Рш.нз.в. Однако, далее в методике приводится формула
(21), в которой Рк.нз.в определяется через ΔPкш и только изучив пример 6, можно установить, что значение ΔPкш не вычисляется , а принимается не совсем понятно на основании
каких соображений.
Методика определения параметров систем подачи наружного воздуха в тамбуршлюзы изложена четко и однозначно.
Нам представляется, что в рассматриваемые документы целесообразно поместить
также и основные положения по управлению системами противодымной защиты при пожаре.
4
В заключение остановимся на размещении систем противодымной защиты. В своей практике удаление дыма из коридоров, холлов и отдельных помещений мы осуществляли с помощью крышных вентиляторов, устанавливаемых на оголовках дымовых шахт.
Довольно часто возникают трудности с выполнением требований пункта 8.10, (г что «допускается выброс продуктов горения через отдельные шахты на расстоянии не менее 15 м
от наружных стен с окнами…». Эти трудности обычно возникают при проектировании
систем дымоудаления встроенных гаражей, а также многосекционных зданий отличающихся количеством этажей.
Если в здании перед кровлей имеется технический этаж, то размещение приточных
систем подачи наружного воздуха не вызывает особых трудностей. Если такого технического этажа нет, то эти системы можно разместить в вентиляционных камерах, расположенными над машинными отделениями лифтовых шахт. При этом необходимо устраивать
дополнительные каналы для подачи воздуха в лифтовые шахты. В последнее время появились проекты зданий, в том числе с мансардами, в которых технический этаж располагается между цокольным (подвальным) и первым этажом. Для этих случаев нами предлагались схемы подачи наружного воздуха в нижнюю зону лифтовых шахт, однако, так как
такие схемы отсутствуют в рассмотренных документах, то эксперты посоветовали от них
отказаться.
Вывод
1. С выходом СНиП 41- 01-2003 требуется переработка действующих рекомендаций и
пособий по проектированию систем противодымной вентиляции. В новых пособиях и
рекомендациях необходимо исключить неточности и неоднозначности, которые имели место в действовавшей нормативно-методической документации.
Список литературы
1. Строительные нормы и правила. Пожарная безопасность зданий и сооружений. СНиП
21- 01-97*.-М.: 1998.
2. Строительные нормы и правила. Отопление, вентиляция и кондиционирование. СНиП
41- 01-2003.-М.: ГОССТРОЙ РОССИИ, 2004.
3. Строительные нормы и правила. Отопление, вентиляция и кондиционирование. СНиП
2.04.05-91*.-М.: ГУП ЦПП, 2000.
4. Рекомендации по противодымной защите при пожаре. (к СНиП 2.04.05-91*), МДС 4199.
5. Противодымная защита при пожаре. Пособие 4.91 к СНиП 2.04.05-91*.
6 Противодымная защита при пожаре и вентиляция подземных стоянок легковых автомобилей. Пособие 15.91 к СНиП 2.04.05-91*.
7. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Часть 3.
Вентиляция и кондиционирование воздуха. Книга 2. – М.: Стройиздат, 1992.
8. L. Ferrari. Системы дымоудаления- эффективное «управление» дымом при пожаре//
АВОК. 2005.№7.
9. S. Duda. Дымоудаление из атриума// АВОК. 2004.№8.
А.М. Костыря, д.т.н., профессор, главный специалист,
Н.М. Дымов к.т.н., начальник проектного отдела
ООО «Компания «Стройинженерсервис»
5