Федеральным законом от 22 июля 2008 года №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» установлено, что «системы противодымной защиты» — это комплекс организационных мероприятий, объёмно-планировочных решений, инженерных систем и технических средств, направленных на предотвращение или ограничение опасности задымления зданий и сооружений при пожаре, а также воздействия опасных факторов пожара на людей и материальные ценности. Системы механического дымоудаления используют оборудование (вентиляторы, воздуховоды, клапаны и др.), которое предназначено для управления перемещением дыма путём создания необходимых перепадов давлений механическими средствами.

Учёт гравитационного давления при расчёте систем дымоудаления. 5/2019. Фото 1

В настоящее время для расчёта параметров дымоудаления пользуются двумя методиками: разработкой Р НП «АВОК» 5.5.1–2015 «Расчёт параметров систем противодымной защиты жилых и общественных зданий» и разработкой Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны (ФГБУ «ВНИИПО») «Расчётное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий. Методические рекомендации к СП 7.13130.2013».

Первая методика предлагает подбирать вентилятор механической системы дымоудаления на расчётную температуру дымовых газов, где учитывается гравитационная составляющая давления в шахте, возникающая вследствие разницы плотностей приточного воздуха и удаляемых газов. Вторая методика не даёт подробных указаний по выбору вентилятора. 

Ни одна из указанных методик не учитывает, что система дымоудаления должна обеспечивать проектный расход как при расчётной температуре, так и на «холодном» воздухе, не нагретом дымовыми газами. Необходимость работы систем дымоудаления с переменными параметрами перемещаемой среды объясняется двумя факторами: первый — в начальный момент пожара температура низкая и гравитационная составляющая не будет оказывать существенного влияния; второй — при сдаче и испытании системы дымоудаления замеры производятся при температуре приточного или внутреннего («холодного») воздуха. Соответственно, и оборудование подбирается с учётом возможности перемещения как горячего, так и холодного воздуха.

При этом массовый расход дымовых газов может отличаться в разы, а объёмный принимается условно постоянным. В соответствии с ГОСТ Р 53300–2009 «Противодымная защита зданий и сооружений. Методы приёмосдаточных и периодических испытаний» контролируемым параметром является именно объёмный расход, без какой-либо корректировки на расчётные условия.

В случае реального пожара и увеличения температуры дымовых газов, при наличии вертикального канала в системе дымоудаления, появляется гравитационная составляющая перепада давлений, и она тем больше, чем значительнее высота вертикального канала. Такая система при повышении температуры увеличит свою производительность.

Проиллюстрируем это на примере. Имеется система дымоудаления из коридора общественного здания, вентилятор стоит на кровле здания.

Расход рассчитан по методике ФГБУ «ВНИИПО» и составил около 15 тыс. м³/ч. Потери давления в системе определялись методом удельных потерь давления и составили около 700 Па, подобран вентилятор КРОВ 91-ДУ производства компании «ВЕЗА», его характеристика представлена на рис. 1 (кривая 4, рабочая точка вентилятора с системой дымоудаления А).

Учёт гравитационного давления при расчёте систем дымоудаления. 5/2019. Фото 2

В общем случае гравитационное давление, возникающее вследствие разности плотностей, вычисляется как

Δp = hgн — ρдг), Па,

где — расстояние по вертикали от дымоприёмного устройства до выхлопного патрубка вентилятора, м; g — ускорение свободного падения; ρн — плотность приточного воздуха (примем 1,2 кг/м³); ρдг — плотность дымовых газов, которая изменяется в зависимости от их температуры. Так, для трёхэтажного здания h = 10 м при t = 200°C гравитационное давление будет незначительным и составит 45 Па. Однако с ростом температуры и увеличением вертикальной части системы дымоудаления гравитационное давление увеличивается.

В табл. 1 показано увеличение гравитационного давления в зависимости от температуры дымовых газов и высоты рассматриваемого здания.

Учёт гравитационного давления при расчёте систем дымоудаления. 5/2019. Фото 3

Как видно из данной таблицы, величина гравитационного давления может достигать больших величин, сопоставимых с аэродинамическим сопротивлением системы дымоудаления. Это не может не сказаться на производительности системы.

Для возможности оценки влияния увеличения перепада давлений в рассматриваемой сети дымоудаления вычислим характеристику сопротивления сети, затем нанесём на график характеристики вентилятора параболу характеристики сети (кривая 5 на рис. 1). Затем, отложив от характеристики сети отрезок 6, численно равный гравитационному давлению для минимального случая (45 Па), на пересечении с характеристикой вентилятора нанесём точку Б, характеризующую параметры работы сети с учётом гравитационного давления. Подобные построения проведём и для максимального случая (390 Па) — отрезок 7 и рабочая точка В, соответственно.

Учёт гравитационного давления при расчёте систем дымоудаления. 5/2019. Фото 4

По шкале производительности на графике найдём диапазон изменения расходов. Так, в случае трёхэтажного здания и температуры 200°C расход увеличится с 15 тыс. до 15,4 тыс. м³/ч, то есть окажется больше на 2,6%, что несущественно в случае 15-этажного здания, но при температуре 600°C расход составит 17,3 тыс. м³/ч, то есть возрастёт на 15,3%, что уже находится за рамками допустимых норм.

Мы разобрали частный случай с конкретным вентилятором. Если подобрать для рассмотренной системы дымоудаления другие типы вентиляторов с более пологой характеристикой, например, производства компании NED, превышение составит 33%. Если отойти от конкретного случая и предположить сеть с низким аэродинамическим сопротивлением, то увеличение производительности будет ещё больше. Таким образом, неверно полагать, что влияние гравитационной составляющей при небольших высотах (до 20 м) будет незначительным, правильнее будет рассматривать соотношение потерь давления в сети и гравитационной составляющей.

Заключение

При проектировании систем дымоудаления и подборе оборудования необходимо учитывать указанную особенность и стараться избегать значительного превышения расхода. Этого можно добиться на стадии проектирования, например, снизить температуру дымовых газов, изменяя толщину дымового слоя, увеличить скорость в шахте дымоудаления, тем самым сделав характеристику сети более крутой, или подобрать вентилятор с ниспадающей характеристикой. Можно решить проблему аппаратно, применив частотное регулирование оборотов двигателя вентилятора дымоудаления.