Способ дополнительной противодымной защиты торцевого участка коридора при работе в коридоре вытяжной противодымной вентиляции при пожаре Российский патент 2024 года по МПК F24F7/06 A62C2/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам повышения эффективности функционирования систем противодымной защиты зданий и сооружений.

Уровень техники

Безопасность людей при пожаре в здании обеспечивается, в том числе, поддержанием параметров среды, в которой проходит эвакуация или осуществляется спасение, где проходит деятельность пожарных подразделений по ликвидации пожара, на приемлемом для нахождения в ней человека уровне. При возникновении пожара в здании, помещения, коридоры, вестибюли, другие объемы здания подвержены распространению на них опасных факторов пожара. Для защиты помещений здания от распространения на них опасных факторов пожара, в том числе смежных с коридором пожара коридоров и лестничных клеток, предусматривается система противодымной защиты (свод правил СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности»).

Известна система противодымной защиты коридоров, принцип действия которой основан на удалении продуктов горения из коридора дымоприемным устройством с одновременной подачей компенсирующего наружного воздуха в коридор. При работе такой системы, согласно расчетов и опытных данных, во всем коридоре формируется задымленная область со среднеобъемной температурой и со среднеобъемными концентрациями дыма и токсичных продуктов горения. (РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОТИВОДЫМНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЗДАНИЙ Методические рекомендации к СП 7.13130.2013, Стецовский Михаил Петрович ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОГАЗООБМЕНА НА ЭТАЖЕ ПОЖАРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ РАСЧЕТА ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРОТИВОДЫМНОЙ ЗАЩИТЫ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ. Диссертация: на соискание ученой степени кандидата технических наук).

Недостатком такой системы является то, что в частях коридора, удаленных от очага пожара, также наблюдается присутствие дымового слоя с повышенной температурой и концентрацией дыма и токсичных продуктов горения. Требования нормативных документов по пожарной безопасности и расчетная методика не содержат указаний каким образом ограничить распространение опасных факторов пожара на всю длину коридора при работе противодымной вентиляции. При этом, согласно требований нормативных документов по пожарной безопасности, участок коридора, на котором усредняются параметры воздушной среды, может быть длиной до 60 м (свод правил СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности»). Для коридоров небольшой высоты расчетные методы и эксперименты прямо указывают на невозможность поддержания высоты границы задымленной зоны, при которой обеспечивается возможность эвакуации или спасения людей без защитных средств (письмо ФГБУ ВНИИПО МЧС России, https://takir.ru/vse-publikacii/stati/kak-opredelit-tolshhinu-dymovogo-sloja-dlja-sistem-protivodymnoj-ventiljacii/?ysclid=lugqc86s8q302927349 (дата обращения 01.04.2024 года).

Известно, что для снижения концентрации примеси вдали от источника примеси необходимо направить на этот источник поток чистого воздуха. При этом примесь будет также распространяться против потока, а ее концентрация будет уменьшаться тем сильнее, чем больше скорость потока, направленного на источник примеси. В других случаях распространение примеси происходит в различных направлениях за счет турбулентных свойств воздуха помещения и за счет внесения возмущения приточными струями (В.М. Эльтерман Вентиляция химических производств Издательство «Химия, М., 1970, 240 с.). В случае пожара источником примеси является помещение с очагом пожара и верхний нагретый слой дымовых газов в коридоре. Имеющиеся расчетные методы не предлагают способов организованной подачи приточного воздуха в коридоре в направлении снизу вверх для создания незадымленной области в нижней части коридора по всей его длине, и также не предлагают способов подачи приточного воздуха в продольном направлении коридора с равномерным распределением по всему сечению коридора. При подаче воздуха приточными струями из приточных отверстий наблюдаются стесненные струи, которые не способны занять все сечение коридора, а только порядка 40%, при развитии которых создаются обратные потоки воздуха в направлении к устройству подачи воздуха. (М.И. Гримитлин Распределение воздуха в помещениях Издательство «АВОК Северо-Запад, СПб., 2004). Таким образом, при работе противодымной вентиляции создаются условия для распространение опасных факторов пожара по всему объему коридора за счет интенсивного перемешивания воздуха.

Известны методы тактической вентиляции, с помощью которых пожарные подразделения обеспечивают удаление дыма и снижение температуры в коридорах здания для обеспечения условий для спасения людей (МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ РУКОВОДИТЕЛЮ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА по организации и проведению тактической вентиляции зданий и сооружений при тушении пожаров и ликвидации последствий ЧС на территории города Москвы).

Нахождение способов ограничения распространения дыма и других опасных факторов пожара по длине коридора повысит безопасность людей и пожарных подразделений при эвакуации, при проведении спасения людей, находящихся в помещениях, выходящих в коридор с включенной противодымной вентиляцией, а также людей, находящихся в смежных с коридором пожара помещениях - смежных коридорах, лестничных клетках, холлах.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом является поддержание при пожаре на торцевом участке коридора пониженной температуры и пониженных концентраций опасных факторов пожара относительно средних по всему коридору при работе противодымной вентиляции, вплоть до приемлемых для нахождения без средств защиты, что способствует дополнительной защите от задымления смежных объемов, способствует сокращению времени работы тактической вентиляции, способствует повышению уровня защищенности людей при эвакуации и спасении их пожарными.

Существенной особенностью изобретения является новый способ подачи компенсирующего приточного воздуха в коридор при работе в коридоре вытяжной противодымной вентиляции.

Для достижения технического результата используется известный технический принцип, когда приточные струи создают в замкнутом объеме избыточное давление и когда струи, набегающие на препятствия по прямым или близким к нему углом, растекаются вдоль препятствия в разные стороны. (И.А. Шепелев Аэродинамика воздушных потоков в помещении. М., Стройиздат 1978, М.И. Гримитлин Распределение воздуха в помещениях Издательство «АВОК Северо-Запад, СПб., 2004). В данном изобретении в качестве препятствий выступают пол, стены и потолок коридора.

Технический результат достигается тем, что из отверстия в приточном вентиляционном канале, расположенном в нижней части коридора, посредством применения воздухораспределителей, обеспечивается истечение веерной струи, которая перекрывает все поперечное сечение коридора и обладает достаточной интенсивностью для того, чтобы соударяться с конструкциями коридора - полом, стенами, потолком, и вследствие соударения растекаться в виде двух потоков, направленных по полу, стенам, потолку в противоположные стороны. Достижение технического результата возможно в том случае, если между приточным отверстием и торцом коридора не располагается дымоприемное устройство, устройства организованного стока воздуха и помещение очага пожара.

На фиг. 1 представлена схема развития веерной струи из приточного отверстия в стене коридора в поперечном разрезе коридора.

На фиг. 2 представлена схема развития веерной струи в продольном вертикальном разрезе коридора.

На фиг. 3 представлена схема развития веерной струи в продольном горизонтальном разрезе коридора.

При растекании струй, возникающих в результате набегания веерной струи на пол, стены, потолок коридора, часть приточного воздуха поступает в торцевой участок коридора. При этом в торцевой части коридора, где отсутствуют стоки воздуха, возникает избыток воздуха и, как следствие, повышение давления. Здесь приточная веерная струя работает аналогично плоской воздушной завесе при наличии разности давлений по разные стороны завесы (В.А. Тюменцев Исследование боковой односторонней воздушной завесы без подогрева воздуха, диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, В.М. Эльтерман Воздушные завесы, издательство «Машиностроение», М., 1966). В этих условиях веерная струя отклоняется в сторону меньшего давления, что означает появление горизонтальной составляющей скорости по всему сечению коридора. При этом в течение всего времени работы системы вытяжной противодымной вентиляции сохраняются условия для ограничения задымления торцевой части коридора. Двери помещений, выходящих в коридор, защищенных противодымной вентиляцией, обеспечены уплотнением в притворах и устройствами самозакрывания (свод правил СП 1.13130.2020 «Эвакуационные пути и выходы. Требования пожарной безопасности»), что способствует сокращению стоков воздуха из торцевой части коридора.

Расположение дымоприемного устройства и устройства подачи воздуха являются результатом проектирования, поэтому их следует предусмотреть так, чтобы в защищаемой торцевой части коридора не было дымоприемного устройства. Но помещение возникновения пожара предвидеть нельзя. Поэтому технический результат может быть достигнут только если пожара располагается в другой части коридора, отделенном веерной струей. При возникновении пожара в торцевой части коридора, отделенной веерной струей, условия для удаления из коридора дыма и токсичных продуктов горения не ухудшаются по сравнению с подачей воздуха обычной приточной струей, поскольку работа изобретения направлена на создание потока воздуха из торцевого участка коридора к дымоприемному устройству. Соответственно, дым из очага пожара также будет поступать к дымоприемному устройству, как и при других способах подачи приточного воздуха.

При расположении помещения с пожаром в части коридора с дымоприемным устройством фактическая длина коридора и длина участка распространения дыма, не совпадают, так как в торцевой части параметры воздушной среды резко отличаются от среднеобъемных, учтенных в расчете. В этом случае параметры оборудования, выбранные для всей длины коридора, в частности расход удаляемого воздуха, обеспечат в части коридора с дымоприемным устройством, не включающей торцевой участок, выделенный веерной струей, повышенный расход удаляемого воздуха относительно требуемого для этой части коридора, чем будет обеспечена более эффективная работа дымоудаления.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема развития веерной струи из приточного отверстия в стене коридора в поперечном разрезе коридора.

На фиг. 2 представлена схема развития веерной струи в продольном вертикальном разрезе коридора.

На фиг. 3 представлена схема развития веерной струи в продольном горизонтальном разрезе коридора.

Фиг. 4 Представление расчетной области в моделирующей программе

Фиг. 5 Распределение скорости воздуха вдоль коридора

Фиг. 6 Распределение температуры вдоль коридора

Фиг. 7 Распределение примесей (продуктов горения) вдоль коридора

Осуществление изобретения

Осуществление изобретения предполагается выполнить следующим образом.

В процессе проектирования противодымной вентиляции коридора здания определяются места установки дымоприемного устройства и устройства подачи компенсирующего воздуха в соответствии с требованиями нормативных документов по пожарной безопасности. Нормативными документами по пожарной безопасности не определяется расстояние по горизонтали между дымоприемным устройством в коридоре и устройством подачи приточного компенсирующего воздуха.

При применении настоящего изобретения место установки приточного устройства следует выбрать так, чтобы в коридоре была условно выделена торцевая часть, которая может сообщаться проемами с лестничной клеткой или смежным коридором. В этой части не должно быть дымоприемного устройства. Проектом может быть предусмотрено два или более устройств подачи приточного воздуха, каждое из которых выделяет свою торцевую часть коридора в зависимости от конфигурации коридора. Средствами пожарной автоматики может быть обеспечено включение веерных струй для дополнительной защиты тех торцевых участков, на которых не располагается очаг пожара.

Размеры устройства подачи приточного воздуха, воздуховодов, мощность вентилятора должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить истечение из устройства подачи воздуха веерной струи, перекрывающей все поперечное сечение коридора.

Техника воздухораспределения хорошо разработана. В качестве воздухораспределителей могут быть использованы изделия по патенту RU 2490562 С1, изделия, выполненные по каталогам производителей и на заказ (https://xn----7sbbgbkjk5cjg7c9d.xn--p1ai/files/catalog/vozduhoraspredeliteli.pdf?ver=2&ysclid=lugz32dfar791644021, дата обращения 01.04.2024 года).

Допустимая скорость воздуха на выходе из устройства подачи воздуха не должна превышать 11 м/с (пункт 9.14 свод правил СП 60.13330.2020 «ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА»). Данная норма позволяет сформировать дальнобойную струю и обеспечить требуемый расчетом расход приточного воздуха. Например, для отверстия для подачи приточного воздуха размером 0,8 х 0,9 м площадью 0,72 м.кв с учетом установки воздухораспределителей площадь живого сечения может составить только 0,36 м.кв, а расход приточного воздуха при наибольшей допустимой скорости 11 м/с составит 14256 м.куб./ч. Это значение укладывается в диапазон значений, практически требуемых для дымоудаления из коридоров различной длины жилых и общественных зданий.

Расчетом может быть выполнена оптимизация параметров системы противодымной вентиляции с использованием предлагаемого изобретения в направлении увеличения живого сечения и уменьшения скорости на выходе из устройства подачи компенсирующего воздуха при сохранении требуемой дальнобойности струи.

Численные расчеты показывают, что для увеличения эффективности получения технического результата, наряду с обеспечением требуемой дальнобойности необходимо увеличивать толщину веерной струи.

При возникновении пожара система дымоудаления в коридоре включается обычным способом, предусмотренным нормативными документами по пожарной безопасности. Если очаг пожара располагается в торцевой части коридора, отделенной веерной струей, работа системы ПДЗ и распределение дыма по коридору ничем не отличается от обычной работы с подачей приточного воздуха из прямоугольного приточного отверстия. Если очаг пожара располагается за пределами торцевого участка коридора, выделенного веерной струей, распространение дыма и токсичных продуктов горения в виде равномерного дымового слоя происходит в этой части, а в торцевой части, отделенной веерной струей, сохраняется температура и концентрации опасных факторов пожара, пониженные относительно средних по коридору.

На следующих фигурах (фиг. 4 - фиг. 7) приведены результаты численного моделирования работы изобретения. Численное моделирование выполнено для коридора длиной 13 м (на представленных изображениях начало коридора соответствует отметке 7,5 м по оси X), веерная струя подается на расстоянии 4,5 м от торцевого участка коридора. Очаг пожара расположен в коридоре непосредственно. Размер ячейки вычислительной сетки принят 4 см, что соответствует размеру ячеек, используемых для исследований воздушных течений (М.А. Засимова Численное исследование вентиляционных течений на основе метода моделирования крупных вихрей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук). Результаты численного моделирования представлены для момента времени после выхода пожара на наибольшую заданную мощность и показывают, что температура и концентрации токсичных продуктов горения в торцевом участке коридора при использовании изобретения существенно ниже средних по коридору. Численное моделирование также подтверждает наличие постоянного течения воздуха, направленного из торцевого участка коридора.

Изобретение относится к способам повышения эффективности функционирования систем противодымной защиты зданий и сооружений. Техническим результатом является снижение концентрации опасных факторов пожара и понижение температуры в торцевой часть коридора, на которой нет очага пожара и нет дымоприемного устройства и других организованных стоков воздуха, при работе вытяжной противодымной вентиляции, чем обеспечивается возможность более продолжительное время осуществлять самостоятельную эвакуацию через эту часть коридора, обеспечивается дополнительная защита смежного объема здания, обеспечиваются условия для спасения людей. Технический результат достигается тем, что компенсирующая подача наружного воздуха осуществляется широкой веерной струей, перекрывающей все поперечное сечение коридора, при этом в торцевой участок коридора поступает часть подаваемого приточной струей воздуха за счет набегания приточной струи на пол, стены и потолок коридора и растекания в противоположные стороны, в том числе в направлении торцевого участка, создавая при этом избыточное давление в торцевом участке в связи с отсутствием в нем организованных стоков воздуха, благодаря чему веерная струя, находящаяся между областями с разными давлениями, отклоняется по направлению из торцевого участка, приобретая продольную скорость, чем создается равномерное истечение воздуха из торцевого участка, препятствующее поступлению в этот участок коридора дыма и токсичных продуктов горения из участка коридора с очагом пожара. 7 ил.

Способ дополнительной противодымной защиты торцевого участка коридора при работе в коридоре вытяжной противодымной вентиляции при пожаре, характеризующийся тем, что компенсирующий приточный воздух в коридор подают веерной струей, создаваемой воздухораспределителями, устанавливаемыми в отверстии для подачи приточного воздуха, направленной поперек коридора, имеющей достаточные раскрытие и дальнобойность, обеспечивающие набегание струи на пол, стены и потолок коридора, растекание струи по коридору вдоль пола, стен и потолка в двух противоположных продольных направлениях, в том числе в направлении торцевого участка коридора, создание за счет притока воздуха в торцевую часть коридора избыточного давления в ней и создание направленного потока воздуха из торцевого участка коридора через все его поперечное сечение.