Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Развитие науки и техники при решении вопросов противопожарной вентиляции зданий

А.В. Бусахин, к.т.н., доцент НИУ МГСУ

Г.А. Савенко, аспирант НИУ МГСУ

Технологии в строительстве стремительно развиваются весь XX и начало ХХ1 века.  Возникновение новых подходов, методов, оборудования и физико-математических вычислений происходит быстрее, чем успевают устаревать предшествующие им основы. Вследствие этого, возникающие проблемы создают значительные трудности при проектировании систем, их монтаже и наладке, а также конструировании для этих целей требуемых агрегатов. Своевременный комплексный анализ существующих решений и оперативные мероприятия по предотвращению потенциальных ошибок – это задача, которая стоит перед всеми участниками процесса строительства.

Большинство фундаментальных основ в науке и технике в области строительства пришлось на период 1920-1970 годов. За полвека были сформированы школы теплоснабжения и теплотехники, газоснабжения, вентиляции, водоснабжения и канализации, строительных материалов, электрики и многие другие. Выпущенные за то время учебники, пособия, СНиПы, методические рекомендации, ГОСТы легли в основу всего современного строительства. Каждый документ разрабатывался группой из ведущих специалистов по рассматриваемому направлению. Ученые, инженеры, конструкторы, строители, монтажники и мастера работали сообща и каждый вышедший документ имел широкое прикладное значение. Помимо указаний по расчетам, вариантов реализации тех или иных схем, множества справочных данных и технических иллюстраций, прикладывалась огромная часть теоретических материалов, с описанием причин необходимости использования того или иного решения. Все разрабатываемые документы базировались на успешно реализованных решений на различных объектах. Несмотря на активную индустриализацию в стране, решений, принятых без многократного согласования, не было. Существовали определенные сложности по ряду вопросов, но это больше относилось к особенностям определенной специфики работ.

На протяжении последних 20 лет ситуация менялась в обратную сторону. Выпускаемые требования базировались на тенденциях, показавших результат за короткий промежуток времени, без дальнейшего отслеживания последствий. Необходимость обновления нормативной документации каждые 4 годы привело к появлению сотен сводов правил на каждый отдельно взятый случай. Корреляции по ряду документов для проектирования одних и тех же систем может не наблюдаться, даже если требования отличаются лишь принимаемыми схемами и материалами.

Наступил новый этап, когда появились острая необходимость совместного подхода к решению сложившихся проблем. Одним из примеров, когда над проблемой работают специалисты по  разным направлений строительства, является научно-техническое сотрудничество между НИУ МГСУ и фирмами производителями вентиляционного инженерного оборудования ООО «АРКТИКА ГРУПП» и ООО «АЭРДИН». Вместе поставлена цель найти наиболее оптимальные и эффективные решения, касающиеся работы систем противопожарной вентиляции в зданиях и сооружениях. Для достижения столь сложной цели были сформулированы следующие задачи:

• выполнить комплексной анализ технической литературы и документации по вопросу требований, предъявляемым к системам вытяжной и приточной противодымной вентиляции;
• выделить существующие проблемы, оценить полученные в ходе анализа знания и соотнести опыт участвующих специалистов с возможностями решения;
• сформировать на основе научных и экспериментальных исследований новые подходы с учетом существующих решений с наименьшими затратами на модернизацию процессов

Таким образом, началась работа группы специалистов для выполнения поставленных задач. Самая первая для рассмотрения проблема – обеспечение безопасной эвакуации людей через тамбур-шлюз при лестничной клетке. На её примере будет продемонстрированы результаты проделанной работы.

Рисунок 1. Типовой лестнично-лифтовой узел жилого этажа

Рассматривая стандартную планировку по принципу организации работы систем противодымной вентиляции, наблюдаем 3 основных пути для эвакуации людей:

• из межквартирного коридора для маломобильных групп населения, в ожидании приезда пожарных подразделений на лифте «ППП» предусматривается пожаробезопасная зона «ПБЗ»;
• из межквартирного коридора в лестничную клетку типа Н2;
• из межквартирного коридора в лестничную клетку типа Н2+Н3 через тамбур-шлюз

Первые два пути представляют меньшую опасность при эвакуации, чем случай с преодолением промежуточного тамбур-шлюза на пути в лестничную клетку типа Н2+Н3. По статистике и опыту многочисленно проведенных испытаний, перепад давления на эвакуационной двери для таких систем значительно превышает диапазон допустимого значения от 20-150 Па [1]. Происходит это из-за двух взаимоисключающих требований при открытой и закрытой двери, а именно: обеспечения требуемой скорости воздуха 1,3 м/с в проеме живого сечения эвакуационной двери (при открытой) и тот же вентилятор должен создать перепад на закрытой двери от 20, но не более чем 150 Па. В действительности, наблюдается следующая картина.

Рисунок 2. Рабочая точка вентилятора подпора при открытой двери

Рисунок 3. Рабочая точка вентилятора подпора при закрытой двери

Методики расчета [2], [3], используемые для вычисления требуемых расходов и необходимого давления для обеспечения подбираемых параметров, имеют одинаковый алгоритм нахождения параметров и метод является верным. Ошибочной является схема, предлагаемая для реализации. Вентилятор не может работать на несколько режимов одновременно, без соответствующего модуля, частотного преобразователя и других электрических устройств, которые в момент развития пожара значительно снижают надежность работы системы из-за высоковероятного выхода из строя на этаже возгорания. Несколько лет назад, был предложен и введен в нормативные требования [4] клапан избыточного давления, который в значительной степени способствовал решению данной проблемы, но при этом до конца избавиться от превышения перепада не получилось. Это связано с упомянутым ранее принципом интеграции способа решения, не получившим продолжительную по времени верификацию . Для ряда объектов, даже при использовании клапана избыточного давления, проблема осталась. Чтобы исследовать и досконально проверить всевозможные варианты, было решено разработать испытательный комплекс для проведения экспериментов и отработки множества вариантов решения указанных проблем.

Рисунок 4. Испытательный комплекс по исследованию режимов и схем работы систем приточной противодымной вентиляции

Были проведены тысячи экспериментов, позволившие найти слабые места при работе системы, оптимизировать существующие схемы и предложить варианты решений на основе полученных разработок.

Многие аспекты были исследованы исключительно в ходе испытаний, другие выводы нашли обоснование в выводимых физико-математических зависимостях, часть результатов получены в результате безупречной работы конструкторского отдела и итог, полученный в ходе данного сотрудничества, оправдал все ожидания и позволил иначе взглянуть на описанную проблему.

ЛИТЕРАТУРА

1. СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности» с Изменением №1 и 2 (от 12 сентября 2020 года). [Электронный ресурс]: сайт правовой системы Консультант Плюс: https://www.consultant.ru/.
2. Системы противодымной вентиляции жилых и общественных зданий: методические рекомендации / А.Н. Колубков, Ю.А. Табунщиков, В.М. Есин [и др.]. — М.: НП АВОК, 2023. – 172 с.
3. Расчетное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий: методические рекомендации / И.И. Ильминский, Д.В. Беляев, П.А. Вислогузов, Б.Б. Колчев — М.: ФГУ ВНИИПО, 2013. – 58 с.
4. СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. СНиП 41-01-2003» с Изменением №1 (от 30 декабря 2020 года). [Электронный ресурс]: сайт правовой системы Консультант Плюс: https://www.consultant.ru/.

Скачать PDF-версию статьи «Развитие науки и техники при решении вопросов противопожарной вентиляции зданий»