В современных высотных зданиях, согласно требованиям СП 1.13130.2020 [1] и СП 253.1325800.2016 [2], предусматриваются незадымляемые лестничные клетки (ЛК) типа Н2 или Н3, чтобы выполнялись требования по обеспечению безопасности эвакуации [3].

Рассмотрим лестничную клетку типа Н2 — это незадымляемая лестничная клетка, в которой защита от распространения дымогазвоздушной смеси на путях эвакуации при пожаре обеспечивается механической системой противодымной приточной вентиляции (далее СППВ).

Одним из ключевых условий эффективной работы такой системы является поддержание определённого перепада избыточного давления на проёме эвакуационной двери. Согласно требованиям СП 7.13130.2013 п. 7.16, подп. б [4], этот перепад должен составлять от 20 до 150 Па и контролироваться автоматической системой управления, работающей по соответствующему алгоритму. Это необходимо для создания одинаковых условий эвакуации людей на всех этажах здания.

Превышение допустимого перепада избыточного давления создаёт непреодолимые условия для безопасной эвакуации людей [5]. В случае, когда перепад давления ниже нормы, существует риск проникновения дымогазовоздушной смеси в зону эвакуации. Возникает опасность нерасчётного воздушного режима при несоблюдении хотя бы одного из установленных требований, что в значительной степени ухудшает условия эвакуации из-за возрастания перепада избыточного давления на эвакуационной двери лестничной клетки.

Выделяют два вида приточной противодымной вентиляции в лестничную клетку типа Н2 — с обособленной и распределённой подачей. Первый вид системы характеризуется тем, что есть только одна точка подачи воздуха в объём незадымляемой лестничной клетки, у второго вида имеется несколько точек подачи по высоте лестничной клетки.


Рис. 1. Схема эвакуации людей через лестничную клетку (а — дверь I, эвакуация непосредственно на улицу; б — дверь II, эвакуация во входную группу)

Схема эвакуации людей через лестничную клетку может быть реализована двумя способами: непосредственно выход из лестничной клетки на улицу (рис. 1а) и выход во входную группу здания (рис. 1б).

Согласно п. 4.4 ГОСТ Р 53300–2009 [6], порядок и последовательность проведения приёмно-сдаточных испытаний имеют следующий вид:

«В надземных незадымляемых лестничных клетках типа Н2 измерения избыточного давления должны выполняться в два этапа:

  • все двери лестничной клетки закрыты, измерения производятся на закрытых дверях нижнего и верхнего этажей;
  • все двери лестничной клетки закрыты, за исключением двери на этаже, ведущем из здания наружу, измерения производятся на закрытой двери смежного этажа, расположенного выше от этажа, оборудованного выходом из здания наружу».

Расчёт следует выполнять при открытых дверях на этаже пожара и на первом этаже, а также при открытой двери, ведущей на улицу или во входную группу здания. При этом необходимо учитывать возможность временного открытия дверей не только на этаже возникновения пожара, но и на других этажах здания, кроме первого, через который осуществляется эвакуация наружу. Одновременное открытие дверей на всех этажах здания при расчёте не рассматривается.

Расчёт базируется на методике, представленной в [7] (аналогичная методика отражена в Р НП «АВОК» [8] и ВНИИПО [9]).

Однако методика не содержит указаний, как рассчитать количество точек подачи воздуха в лестничной клетке. В данном исследовании сделана попытка на базе данной методики выявить и обосновать возможность расчёта количества точек подачи воздуха и их размещения по этажам здания.

Объёмный расход воздуха [ м³/с], фильтрующегося через щели дверей внутрь здания на уровне i-го этажа, определяют по формуле:

где Piлк — давление в лестничной клетке на уровне i-го этажа, Па; Piв — давление внутри здания на уровне i-го этажа, Па; ρн — плотность наружного воздуха, кг/м³;

Sдвлк — характеристика сопротивления газопроницанию дверей [1/(кг·м)], которую определяют по формуле:

где Sудлк — удельная характеристика сопротивления газопроницанию; Bлк — ширина дверного проёма из коридора в лестничную клетку, м; Hлк — высота дверного проёма из коридора в лестничную клетку, м.

Давление на i+1-м этаже лестничной клетки Piлк+1 [Па], которое больше, чем давление на i-м этаже, на величину потерь давления на участке межэтажного пролёта лестничной клетки, определяют по формуле:

где Li+1,i — объёмный расход воздуха, поступающего с i+1-го этажа лестничной клетки на i-й этаж, м³/с; fлк — площадь лестничной клетки, м².

Расход воздуха [ м³/ч], который необходимо подавать в лестничную клетку для создания подпора при пожаре, определяют по формуле:

Lвелкнт = 3600[Lлк/вх + Σ(Liдв + Liок)], (4)

где Lлк/вх — объёмный расход при открытой двери лестничной клетки в коридор/холл/вестибюль или непосредственно на улицу, м³/с; Liдв — объёмный расход воздуха, фильтрующегося через дверные неплотности, м³/с; Liок — объёмный расход воздуха, фильтрующегося через оконные неплотности, м³/с.

Объектом исследования выступает 25-этажное жилое здание. Данные для расчёта сведены в табл. 1.

Полученные результаты расчётов по расходам сведены в табл. 2. Указанное распределение расхода воздуха по этажам здания представляет собой режим обеспечения подачи воздуха в защищаемый объём лестничной клетки. Поддержание заданной величины гарантирует выполнение требований о допустимом значении перепада давления на эвакуационной двери за счёт одной из выбранных схем организации системы. Для наглядности полученные результаты давлений были представлены в виде графиков.

Расчётное распределение перепада давления для обособленной подачи в лестничную клетку типа Н2 представлено на рис. 2, для распределённой подачи в ЛК типа Н2 по этажам здания расчётное распределение показано на рис. 3.


Рис. 2. График расчётного распределения перепада давления для обособленной подачи воздуха в лестничную клетку типа Н2

Рис. 2 демонстрирует динамику развития перепада давления при обособленной подаче в лестничную клетку и имеет характерный линейный рост избыточного давления по высоте здания. Данный режим подтверждён многочисленными натурными испытаниями.

Рис. 3 визуализирует методику расчёта перепада давления при распределённой подаче в лестничную клетку и имеет характерный амплитудный рост избыточного давления по высоте здания. Натурными испытаниями такой методологический подход не верифицирован. Данный график не отражает работу системы в действительности, поскольку не существует разработанной методологии расчёта для распределённой подачи воздуха.


Рис. 3. График расчётного распределения перепада давления для распределённой подачи воздуха в лестничную клетку типа Н2

В реальности распределённая подача характеризуется параллельным открытием клапанов и равномерной подачей воздуха по объёму лестничной клетки с выравниванием избыточного давления. В рамках развития теоретической части проводимого диссертационного исследования предлагается метод аппроксимации пиковых расчётных значений на равноудалённых участках между клапанами при распределённой подаче воздуха. Ожидаемый график распределения избыточного давления в рассматриваемой лестничной клетке представлен на рис. 4.


Рис. 4. График ожидаемого распределения перепада давления для распределённой подачи воздуха в ЛК при применении метода аппроксимации пиковых расчётных значений

Рис. 4 демонстрирует аппроксимированное распределение величины перепада давления при распределённой подаче воздуха в объём защищаемой лестничной клетки. Разработанный метод является одним из фрагментов системы критериальных уравнений, который позволит обосновать применение методологических подходов для объектов современного строительства с учётом актуализации и адаптации теоретических основ проектирования и расчёта систем противодымной вентиляции в объём незадымляемой лестничной клетки.

На основе результатов выполненного исследования можно сделать выводы:

1. Анализируя графики перепада давления по высоте лестничной клетки независимо от типа подачи воздуха, при эвакуации через дверь II избыточное давление не превышает допустимого значения.

2. Анализируя график перепада давления по высоте лестничной клетки типа Н2 при обособленной подаче воздуха, наблюдается линейный рост избыточного давления в защищаемом объёме при открытой двери непосредственно на улицу. Из этого следует невозможность поддержания требуемого диапазона перепада избыточного давления в лестничной клетке.

3. Анализируя график перепада давления по высоте лестничной клетки типа Н2 для распределённой подачи, наблюдаются точки преломления графика давления, что характеризует участок параллельного включения воздухораспределительного устройства. Из этого следует возможность поддержания требуемого диапазона перепада избыточного давления в лестничной клетке.

4. Рассматривая вариант эвакуации из объёма защищаемой незадымляемой лестничной клетки типа Н2 непосредственно на улицу, при обособленной подаче наблюдается превышение допустимого перепада давления в объёме лестничной клетки.

5. Рассматривая вариант эвакуации из объёма защищаемой незадымляемой ЛК через входную группу здания при распределённой подаче воздуха, не наблюдается превышения допустимого перепада давления в объёме лестничной клетки.

6. Разработан метод аппроксимации расчёта избыточного давления при распределённой подаче в лестничную клетку в рамках проводимого диссертационного исследования.