Организация и расчет вентиляции дымоудаления

Факторы, влияющие на возникновение и распространение пожара:

• Наличие горючих материалов;
• Источники воспламенения достаточной мощности;
• Доступ кислорода.

Динамика пожара определяется составом горючих материалов, концентрацией кислорода и температурой горения. В практике проектирования выделяют следующие фазы развития пожара:

• Начальная фаза возгорания;
• Фаза тления;
• Воспламенение (переход к активному горению);
• Переход к полномасштабному пожару;
• Фаза остывания.

В процессе горения образуются значительные объемы дыма и тепловой энергии, которые скапливаются под перекрытиями и распространяются по помещению. Это требует инженерного расчета систем противодымной вентиляции с учетом сценариев распространения продуктов горения и особенностей аэродинамики.

Организация противодымной вентиляции: инженерные аспекты

Основная задача противодымной вентиляции — удаление продуктов сгорания из обслуживаемых зон для обеспечения безопасной эвакуации и минимизации ущерба конструкциям. На практике газообразные продукты сгорания сначала формируют под потолком слой, который при развитии пожара опускается к полу. Как только этот слой достигает зоны пребывания людей, требуется немедленное включение противодымной системы.

Тепловая нагрузка на конструкции определяется по стандарту DIN 18230 (части 1 и 2). Тепловая нагрузка при пожаре q (кВт·ч/кг) — это отношение выделяемой теплоты всеми горючими материалами к расчетной площади зоны пожара. Формула расчета учитывает массу каждого материала и его теплоту сгорания. Важно учитывать не только строительные, но и складские, производственные материалы, а также упаковку и отделку.

В ряде случаев противодымная вентиляция проектируется только для части помещений, а не для всей расчетной зоны. Поэтому расчетная площадь зоны пожара может отличаться от площади зоны загорания. Для каждого помещения определяются массы горючих материалов и их характеристики, после чего рассчитывается тепловая нагрузка на площадь очага.

Коэффициент выгорания mi учитывает вид, форму и структуру материала, а также его поведение при возгорании. Например, бумага и ткань сгорают быстрее, чем древесина. Значения mi варьируются от 0,2 до 1,7. Минимальная тепловая нагрузка принимается равной 25 кВт·ч/кг.

В расчетах противодымной вентиляции традиционно используют кратность воздухообмена n=10/ч, однако на практике для помещений с интенсивным дымообразованием (например, при хранении резины, пластмасс) рекомендуется увеличивать этот показатель. Размеры отверстий для естественного дымоудаления и параметры систем с искусственным побуждением определяются исходя из ожидаемой тепловой нагрузки.

На графике приведены рекомендуемые значения кратности воздухообмена в зависимости от высоты помещения и тепловой нагрузки. Цель — снизить концентрацию газообразных продуктов сгорания до безопасного уровня за 15 минут после включения системы, что позволяет обеспечить эвакуацию и приступить к тушению пожара.

Температура в горящем помещении зависит от тепловой нагрузки и продолжительности пожара. Для большинства зданий эквивалентная продолжительность пожара составляет 20–55 минут, а расчетная температура дымовых газов — 750–950°C. При работе противодымной вентиляции температура снижается, что учитывается при подборе оборудования.

Средняя температура в зоне пожара определяется с учетом кратности воздухообмена и используется для выбора термостойкости оборудования.

Таблица коэффициентов для расчета тепловой нагрузки (по DIN 18230)

* Полные значения и дополнительные материалы приведены в DIN 18230, часть 2.

Этапы инженерного расчета противодымной вентиляции

1. Определение тепловой нагрузки и расчетных параметров по исходным данным объекта.
2. Расчет требуемой кратности воздухообмена с учетом типа материалов и сценариев пожара.
3. Оценка температуры газообразных продуктов сгорания и проверка соответствия оборудования по термостойкости.
4. Анализ подсоса воздуха через неплотности, расчет общего расхода и проверка аэродинамики системы.
5. Определение суммарных потерь давления в системе.
6. Выбор вентилятора с учетом режимов работы (обычный/пожарный), размещения и защиты электропроводки.

В практике проектирования систем противодымной вентиляции для торговых центров, складов и производственных зданий часто требуется интеграция с системами автоматизации и диспетчеризации. Подробнее о таких решениях можно узнать на странице автоматизации и диспетчеризации зданий.