С увеличением этажности зданий значительно изменились подходы к организации путей эвакуации и обусловленных ими объёмно-планировочных решений. Значительная часть пользователей здания в России живёт в многоэтажных и высотных зданиях различных планировок.

Год постройки в рамках данного исследования имеет определяющую роль, поскольку с интенсивностью развития строительства значительно ужесточались требования к архитектурно-строительным решениям, общим показателям герметичности элементов здания и мероприятиям по защите здания от негативного влияния стак-эффекта. За последние 20 лет почти все строящиеся объекты жилого, общественного и административного назначения оснащены системами противодымной вентиляции. Как следствие, на объектах организованы защищаемые объёмы и помещения, разработаны пути эвакуации, использованы эвакуационные двери в противопожарном и дымогазонепроницаемом исполнении, а входные группы, подземные и надземные этажи здания оборудованы тамбурами для дополнительного шлюзования.

Работа систем противодымной вентиляции непосредственно зависит от разработанного решения по поддержанию требуемых рабочих параметров. Одним из основных аспектов, влияющих на надёжность работы систем, является напорная характеристика вентилятора. При подборе оборудования выполняется аэродинамический расчёт вентиляционной сети и суммируется с расчётным значением гидростатического давления при образовании стак-эффекта. Данная величина может существенно меняться в зависимости от высоты здания и, как следствие, определять рабочую точку при подборе вентилятора. Рассмотрим подбор вентилятора приточной противодымной вентиляции на типовое значение расчётного расхода для вентиляционной сети на 500 Па без учёта стак-эффекта и на ту же сеть с учётом образованного стак-эффекта на 200 Па (рис. 1).


Рис.1. Подбор вентилятора приточной противодымной вентиляции

На представленном примере видна разница по производительности одного и того же вентилятора, который преодолевает аэродинамическое сопротивление сети с учётом стак-эффекта и без него. Разница в расходе составляет более 5000 м³/ч, что может негативно повлиять на режим эвакуации людей и создать недопустимый перепад давления на эвакуационной двери (более 150 Па).

В качестве объекта исследования рассматривается высотный многофункциональный жилой дом (по адресу: г. Москва, ул. Красная сосна, д. 3) 2021 года постройки, объёмно-планировочные решения которого представлены на рис. 2.


Рис. 2. Принципиальная планировка первого и типового этажа объекта 2021 года

На типовом этаже лестничная клетка обособлена тамбур-шлюзом от межквартирного коридора, через который непосредственно эвакуируются жильцы в случае пожара. Из объёма лестницы — выход непосредственно на улицу. Тамбур для отсечения улицы и первого этажа присутствует.

Необходимо выполнить теоретический расчёт ожидаемого влияния стак-эффекта на перепад давления первого и второго этажей здания, провести серию натурных испытаний в условиях работающей системы отопления при наружной температуре +5°C. Полученные данные позволят оценить степень сходимости методологических подходов с условиями реальных измерений и провести анализ влияния стак-эффекта на распределение давления внутри зданий.

Теоретическая часть исследования базируется на основных методологических подходах по определению перепадов давления внутри здания на различных отметках в зависимости от образованного гидростатического и ветрового давления.

Методика №1

Для определения расчётного перепада давления [Па] на i-м этаже здания по методике №1 используется формула:

∆p1 = (ρi — ρ0)g(hi — hнпл), (1)

где ρi — плотность наружного воздуха при различных температурах, кг/м³; ρ0 — плотность внутреннего воздуха при температуре +20°C, кг/м³; g — ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; hi — высота i-го этажа уровня планировочной отметки, м; hнпл — высота линии нейтральной плоскости в здании.

Методика №2

Для определения расчётного перепада давления [Па] на i-м этаже здания по методике №2 используется формула:

∆p2 = (ρi — ρ0)gh, (2)

где h — высота от уровня планировочной отметки до уровня расположения оборудования систем противодымной вентиляции здания, м. В данной методике мы считаем разность давлений от первого этажа до уровня линии нейтральной плоскости, а в верхней оставшейся части здания принимаем значения нижней части с противоположным знаком.

Методика №3

Для определения расчётного перепада давления [Па] на i-м этаже здания по методике №3 используется формула:

∆p3 = 0,043(t0 — ti)(hi — hнпл), (3)

где 0,043 (Па/К)/м — удельный перепад давления по высоте здания; t0 и ti — температуры внутреннего и наружного воздуха, соответственно, °C.

Практическая часть исследования производится на основе замеров при помощи многофункционального измерительного прибора testo 435. Для рассматриваемого объекта исследуемыми параметрами являются расход воздуха при последовательно открытых дверях тамбур-шлюза из лестничной клетки и наружной двери из тамбура, а также перепады давления на эвакуационных дверях.


Рис. 3. Формирование стак-эффекта в исследуемых зданиях

Порядок измерений:

  • расчётные этажи 2, 10, 15, 22;
  • на первом этаже дверь из лестничной клетки в тамбур закрыта, дверь из тамбура на улицу закрыта, измеряется перепад давления на типовом этаже из межквартирного коридора в тамбур-шлюз;
  • на первом этаже дверь из лестничной клетки в тамбур закрыта, дверь из тамбура на улицу закрыта, измеряется перепад давления на типовом этаже из тамбур-шлюза в лестничную клетку (при открытой двери из коридора в тамбур-шлюз);
  • на первом этаже дверь из лестничной клетки в тамбур открыта, дверь из тамбура на улицу открыта, измеряется перепад давления на типовом этаже из межквартирного коридора в тамбур-шлюз;
  • на первом этаже дверь из лестничной клетки в тамбур открыта, дверь из тамбура на улицу открыта, измеряется перепад давления на типовом этаже из тамбур-шлюза в лестничную клетку (при открытой двери из коридора в тамбур-шлюз);
  • на первом этаже дверь из лестничной клетки в тамбур открыта, дверь из тамбура на улицу открыта, измеряется расход воздуха в живом сечении дверного проёма по шести точкам, принимается среднее арифметическое значение.

График ожидаемого перепада давления по разным методикам на этажах представлен на рис. 3. Результаты исследования приведены в табл. 1 и 2.

На основе результатов выполненного исследования можно сделать следующие выводы:

1. Для определения стак-эффекта наилучшей методикой оказалась методика №1.

2. Объёмно-планировочные решения и герметичность здания современной застройки несущественно подвержены влиянию стак-эффекта при работе систем противодымной вентиляции.

3. Учитывая сходимость теоретических расчётов и практических значений, можно сделать вывод о том, что если расчёт будет осуществляться для регионов РФ для холодного периода с отрицательными температурами, то разность давлений из-за стак-эффекта окажется в допустимом диапазоне и не будет значительно влиять на работу систем противодымной вентиляции.