+7(495)741-94-20
+7(915)246-16-87

Основы проектирования систем дымоудаления

Терминология

Термин «дымоудаление» применяется здесь в широком смысле, т. к. этот процесс подразумевает использование физических свойств материалов и конструкций, оборудования и различных методов (отдельно или в сочетании друг с другом) для управления распространением дыма и для его удаления. Физические параметры – это пассивные характеристики, такие как, например, дымопроницаемость конструкций. Оборудование – вентиляторы, открываемые окна и детекторы дыма. Методы – проектные решения, такие как изоляция помещений, дымоудаляющая аэрация, система механического дымоудаления. Изоляция помещений основана на использовании физических свойств конструкций, рассчитанных на предотвращение распространения дыма путем изоляции очага возгорания. В системе дымоудаляющей аэрации используются отдельные устройства, не связанные с системой воздуховодов, рассчитанные на удаление дыма за счет естественного перепада давлений внутри и снаружи здания. Система механического дымоудаления использует оборудование (вентиляторы, воздуховоды, клапаны, детекторы) для управления перемещением дыма путем создания необходимых перепадов давлений механическими средствами. Нормальная работа систем механического дымоудаления зависит от физических свойств строительных конструкций.

Тесно связанной с дымоудалением является задача пожаротушения, для которой используются физические свойства конструкций (огнестойкие ограждения), оборудование (спринклеры) и методы (изоляция помещений). Размещение огнестойких перегородок и спринклерных систем регламентируется различными нормативными документами, причем для этих документов не требуется взаимное согласование. Таким образом, огнезащитные и дымонепроницаемые перегородки часто бывают не согласованы с зонированием спринклерной системы. Примером объекта с согласованием систем пожаротушения и дымоудаления является проект здания с атриумом, в котором сигналом для включения системы механического дымоудаления является течение воды в трубах спринклерной системы.

Разработка систем борьбы с задымлением

Концепция дымоудаления является достаточно древней. Как только человек впервые построил очаг в своем жилище, он сразу осознал необходимость наличия отверстия для выпуска дыма.

Современная практика борьбы с задымлением берет начало из 1940-х годов, когда стало очевидным, что по воздуховодам систем вентиляции дым распространяется далеко за пределы очага пожара. Это предопределило появление огнезащитных клапанов и статических систем дымозащиты.

Дымозащитные клапаны и динамические системы дымоудаления стали появляться в 1970-х годах, когда стало ясно, что перекрытие путей распространения дыма в статической системе борьбы с задымлением входит в противоречие с необходимостью подачи свежего воздуха в операционные больниц. В операционных подача чистого воздуха на пациента является первым средством защиты от инфекции. Когда идет операция, недопустимо перекрывать подачу чистого воздуха, тем более при задымлении соседних помещений. По этой причине многие кондиционеры для операционных были рассчитаны на подачу 100 % наружного воздуха (предполагается, что наружный воздух не задымляется).

Первые серьезные рекомендации по проектированию систем дымоудаления были опубликованы в середине 1980-х годов.
При наличии определенных стандартов изготовители оборудования смогут указывать в спецификациях производительность вентиляторов как при нормальной, так и при повышенной температуре. Это позволит проектировщикам подбирать вентиляторы с учетом их характеристик как при нормальной эксплуатации, так и в режиме дымоудаления.

Полезным инструментом, используемым при проектировании систем дымоудаления, является компьютерное моделирование аэродинамики. Сущность метода численного моделирования состоит в том, что объем помещения представляется в виде некоторого (конечного) количества «тонких» зон. Источник возгорания занимает сравнительно небольшое число таких зон. Компьютер используется для решения системы уравнений аэродинамики, описывающих струйное течение в масштабе времени, – таким образом моделируется распространение дыма. Корректность моделирования проверялась в ходе полномасштабных натурных исследований. Проверка подтвердила высокую точность компьютерного моделирования, была признана его полезность и возможность применения. Однако, поскольку компьютерное моделирование достаточно сложно, для его проведения требуется соответствующая квалификация. Наиболее подходящей областью применения компьютерных моделей являются нестандартные здания сложной конфигурации.

Исследования проводятся и в смежных областях. Так, например, определяется оптимальное размещение датчиков задымления в помещениях и воздуховодах, изучается явление «перемычки» при задымлении атриумов (когда при определенном размещении вытяжных отверстий чистый воздух протекает сквозь слой дыма), исследуется надежность защиты от задымления лестничных клеток путем создания избыточного давления.

Касаясь перспектив дальнейших исследований, можно указать проблему сохранения работоспособности системы. Например, сейчас не предусматривается никакой защиты средствами дымоудаления мест прокладки коммуникаций. Другая проблема – прочность и надежность дымозащитных конструкций.

Методы дымоудаления

Системы защиты от дыма и его удаления могут быть как статическими, так и динамическими. При наличии задымления здания статический способ предусматривает остановку всех вентиляторов, в результате этого распространение дыма замедляется из-за изоляции помещений при прекращении воздухообмена (базовый метод борьбы с задымлением).

В динамической системе при возникновении задымления все или какие-то определенные вентиляторы продолжают работать в нормальном или специальном режиме, создавая области избыточного давления в соответствии со сценарием управления распространением дыма. Вентиляторы в динамических системах могут быть отдельными для удаления дыма и подачи чистого воздуха для создания избыточного давления либо выполнять обе эти функции в определенной последовательности.

Динамические системы дымоудаления могут применяться отдельно или в сочетании с дымозащитными барьерами. Примером отдельной динамической системы дымоудаления может служить воздушная завеса, создающая воздушный поток как преграду для распространения дыма. Более распространенными являются системы дымоудаления, эффективность которых зависит от надежности дымозащитных конструкций. В качестве примера можно привести атриум с вытяжкой, лестничную клетку с избыточным давлением. В типичных системах «сэндвич» этаж с очагом возгорания находится в зоне вытяжки, а один или два этажа сверху и один этаж снизу – в зоне избыточного давления. Зонирующие системы дымоудаления с единой приточной установкой для всех зон очень сложны. Для упрощения монтажа, наладки и долговременной эксплуатации проектировщики должны предусматривать отдельную вентустановку для каждой зоны.


Нормальное давление

Нормальное давление

Нормальное давление

Нормальное давление

Избыточное давление (+)

Избыточное давление (+)

Разрежение на этаже, где пожар (-)

Избыточное давление (+)

Нормальное давление

Нормальное давление

Рисунок 2.
Система дымоудаления типа «сэндвич»

Все системы дымоудаления взаимодействуют с другим инженерным оборудованием здания, наибольшее значение при этом имеют электросеть и система пожарной безопасности. Поскольку дымозащитные клапаны закрываются по сигналу о пожаре, разрешается не устанавливать эти клапаны в воздуховодах системы дымоудаления, т. к. эта система во время пожара должна работать. Однако это исключение не касается огнезадерживающих клапанов, которые должны устанавливаться в воздуховодах системы дымоудаления в местах прохождения сквозь огнестойкие перегородки.

При этом надо отметить, что много элементов, относящихся к дымозащите, не контролируется инженером ОВК.
Для проектировщика механической системы дымоудаления очень важно координировать свою работу с другими специалистами, чтобы убедиться в надежности и правильном размещении защитных перегородок, проверить электропитание оборудования, связь с пожарной сигнализацией и системой пожаротушения. Корректное функционирование газовой системы пожаротушения может быть нарушено работой системы дымоудаления, т. к. перемещение воздуха, необходимое для дымоудаления, может привести к снижению концентрации газа до уровня, недостаточного для тушения огня.

Оборудование систем дымоудаления

Оборудование систем дымоудаления может быть как специального, так и общего назначения. Специальное оборудование используется только при наличии задымления. Оборудование общего назначения обычно используется для других нужд ОВК и, кроме того, служит для удаления дыма в случае пожара.

Специальное оборудование дымоудаления, как правило, не заменяется в течение срока службы здания, оно эксплуатируется всегда одинаково, в соответствии с назначением. Управлять специальным оборудованием сравнительно просто, т. к. оно служит единственной цели. Однако для такого оборудования требуется особое место и регулярное техобслуживание, т. к. от этого зависит его надежность. Примерами специального оборудования являются вентиляторы для создания избыточного давления в лестничных клетках и для вытяжки дыма из атриумов.

Регулярность технического обслуживания оборудования общего назначения обусловлена его повседневным использованием; в здании не требуется занимать лишнее место, т. к. одно и то же оборудование используется для разных целей. При этом имеется и ряд недостатков – усложнение регулирования из-за многофункциональности, возможность случайного ущерба для системы дымоудаления при реконструкции или обновлении систем ОВК. Пример использования оборудования ОВК для систем дымоудаления – приточный вентилятор кондиционера для создания избыточного давления по зонам в системе «сэндвич».

Сооружения, в которых обычно применяются системы дымоудаления, – высотные здания, тюрьмы, больницы, крытые рынки, подземные сооружения, транзитные тоннели. Помещения внутри зданий с необходимостью установки указанных систем – атриумы, лестницы для эвакуации, лифтовые шахты, убежища, театральные сцены, курительные комнаты.

Дымонепроницаемые конструкции

Целостность дымонепроницаемых конструкций может не обеспечиваться в следующих сложных ситуациях:

  1. Строительные нормы часто не указывают прямо, когда надо делать дымонепроницаемые перекрытия (дымовые барьеры). Есть только косвенные указания на это – наличие требования установки дымозащитных клапанов.
  2. Если в нормативах есть указание на установку дымовых барьеров, это чаще всего совпадает с требованием установки огнестойких перегородок (огневых барьеров). Однако находящееся в стадии развития производство устройств защиты от проникновения пламени с независимыми испытательными лабораториями обычно дает сертификацию только по огнестойкости и температуре. Даже если кто-то из изготовителей в своей лаборатории тестирует эти устройства на герметичность, строительные нормы в настоящее время не требуют и не признают сертификацию дымовых барьеров по этому показателю.
  3. При проходе воздуховодов сквозь огнестойкие перегородки обычно требуется установка огнезащитных клапанов (хотя существует ряд исключений). Однако, если этот огневой барьер должен быть также дымонепроницаемым, мало кто из изготовителей может предоставить комплексные огне/дымозащитные клапаны, в которых имеется периметральное уплотнение, сертифицированное на герметичность. Фактически во многих спецификациях на клапаны отсутствует указание об уплотнении по периметру, т. к. уплотнение может стать помехой температурному расширению клапанов. Тем не менее многие местные надзорные органы требуют от подрядчиков ставить на клапаны уплотнение, несмотря на расхождение со спецификацией.
  4. Устройства защиты от проникновения пламени тестируются в лабораторных условиях, которые часто не соответствуют реальным. Например, для некоторых трубопроводных систем характерно существенное температурное удлинение (смещение), и все трубопроводы подвергаются смещению при сейсмической нагрузке. В испытаниях независимыми испытательными лабораториями трубопроводы жестко прикрепляются к огневым барьерам; это означает, что и в реальных условиях трубопроводы должны быть жестко прикреплены к каждой пересекаемой огнестойкой перегородке. Когда изготовителя клапанов спрашивают, эластично ли уплотнение, он отвечает «да». На вопрос, насколько оно эластично, он отвечает «более 25 %». На вопрос о том, какова толщина слоя уплотнителя, он отвечает «1 см». Таким образом, физическая величина допускаемого смещения в пределах эластичности уплотнения составляет 3 мм, это меньше нормального удлинения паропровода не очень большой протяженности. При отсутствии жесткого крепления каждого паропровода или конденсатопровода к каждой огнестойкой перегородке при первом же использовании системы произойдет повреждение либо теплоизоляции трубы, либо устройства защиты от проникновения пламени. В некоторых специальных отраслях промышленности (например, производство компьютерных микросхем) используют свои идеи, например резиновые прокладки (такого же типа, которые ставятся на рычагах коробки передач переднеприводных автомобилей), для защиты от проникновения дыма сквозь огнестойкие перегородки.

Создание избыточного давления в лестничных клетках

Хотя подробное разъяснение методики создания избыточного давления в лестничных клетках в настоящей статье не предусмотрено, все же необходимо указать, что для многоэтажных зданий с множеством дверей, выходящих на лестницу, создание избыточного давления является проблемой.

Избыточное давление 12 Па дает нагрузку на дверь размером 0,9 х 2 м около 2 кг. Во время пожара и задымления положение дверей, выходящих на лестничную клетку, отличается от обычного. В хорошем проекте должно быть определено, какое давление надо поддерживать для защиты от дыма отдельно для ситуаций «большинство дверей закрыто» и «большинство дверей открыто» и каким образом отразится избыточное давление на усилии, необходимом для открывания дверей. Если предположить, что автоматика регулирования работает нормально, равномерное избыточное давление в высокой лестничной клетке может быть обеспечено при подаче воздуха в нескольких местах. Не забудьте предусмотреть место для разводки воздуховодов к множеству приточных устройств.
Некоторыми местными нормами допускается вместо создания избыточного давления в лестничных клетках применять более простые решения. К их числу относится естественная вентиляция или защищенные от дыма вентилируемые убежища.

Новости

01.02

Утвержден Административный регламент МЧС по согласованию специальных технических условий для объектов, в отношении которых отсутствуют требования пожарной безопасности

Приказом Министерства РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий от 28 ноября 2011 года N 710, зарегистрированным в Министерстве юстиции РФ 30 декабря 2011 года, утвержден Административный регламент Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий предоставления государственной услуги по согласованию специальных технических условий для объектов, в отношении которых отсутствуют требования пожарной безопасности, установленные нормативными правовыми актами

01.02

Технический регламент о требованиях пожарной безопасности может быть изменен

На рассмотрении Госдумы находится законопроект о внесении поправок в Федеральный закон "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности". Законопроектом предлагается внести многочисленные изменения в данный технический регламент, причем большая часть из них касается требований к зданиям, строениям и сооружениям. Изменения затронут права как застройщиков при строительстве будущих объектов недвижимости, так и собственников некоторых существующих зданий.