CC BY
37
С. П. КАЛМЫКОВ, канд. техн. наук, научный сотрудник Учебно-научного комплекса проблем пожарной безопасности в строительстве Академии ГПС МЧС РФ, г. Москва, Россия
УДК 614.841
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ИМПУЛЬСНОЙ ПРОТИВОДЫМНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЗАКРЫТЫХ АВТОСТОЯНОК В СЛУЧАЕ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ НЕСКОЛЬКИХ ВЕНТИЛЯТОРОВ
На основании численных экспериментов проведена количественная оценка распространения опасных факторов пожара в помещении автостоянки закрытого типа при работе системы импульсной противодымной вентиляции в случае выхода из строя одного, двух и трех вентиляторов в зоне очага пожара.
Ключевые слова: струйная противодымная вентиляция; противодымная защита; закрытые автостоянки.
Последние 10-15 лет в крупных городах нашей страны интенсивно ведется строительство многофункциональных зданий и комплексов жилого и общественного назначения. Практически в каждом из этих зданий предусматриваются подземные автостоянки для хранения автомобилей. В противопожарной защите подобных объектов ключевую роль играют системы противодымной защиты.
В настоящее время альтернативой существующей классической системе дымоудаления и вентиляции автостоянок закрытого типа с использованием воздуховодов является применение струйных вентиляторов. Система струйной вентиляции в качестве противодымной защиты автостоянок закрытого типа используется с целью создания скорости потока воздуха, превышающей скорость дымовых газов, образующихся при пожаре автомобиля, для перемещения потока дыма в заданном направлении.
Эти системы имеют ряд преимуществ перед классическими системами дымоудаления, такие как, например, возможность уменьшения высоты автостоянки или увеличения полезного объема помещения за счет отсутствия воздуховодов большого сечения в подпотолочном пространстве, возможность частичного дымоудаления из помещения автостоянки, работа системы дымоудаления в реверсивном режиме и др. [1, 2].
Однако при работе импульсной (струйной) противодымной вентиляции существует высокая вероятность выхода из строя одного или нескольких вентиляторов в результате огневого воздействия на них от очага пожара.
В рамках представленной статьи проведена проверка работоспособности системы импульсной про© Калмыков С. П., 2012
тиводымной вентиляции при выходе из строя одного, двух и трех струйных вентиляторов вследствие огневого воздействия на них от очага пожара или по иным причинам.
В качестве инструмента исследования была принята полевая модель пожара в помещении с применением программного комплекса FDS [3].
Основные уравнения математической модели приведены согласно [3]:
• уравнение неразрывности:
dp/dt + V pu = ml;
• уравнение движения:
д
— (ри) + Vpuu + VP = р£ + fb + VXij;
• уравнение энергии:
д , j , ,-7 j Dp fff fff ^-7 ft
— (phs) + Vphsu =7г- + q -qb ~Vq ;
dt Dt
• уравнение неразрывности для компонентов газовой среды:
дд- (pFa) + VpFau = VpDaVYa + ml + mb>a;
уравнение состояния идеального газа для замыкания системы уравнений, выражающих законы сохранения:
p=pRTX
a
Реализация процессов турбулентного переноса осуществлялась при помощи метода крупных вихрей LES (Large Eddy Simulation) [4].
Коэффициент турбулентной вязкости рассчитывался как:
Ц LES = P(Cs А)2 I 2SySy
Коэффициенты турбулентной теплопроводности и турбулентной диффузии связаны с коэффициентом турбулентной вязкости уравнениями:
^LES
Ц LES cp
Prt ;
pDl, LES
Ц LES
Sc ( '
Здесь p — плотность; t — время; V — оператор Гамильтона; и — составляющая скорости; m'b — скорость образования газообразных или твердых химических компонентов; p — давление; g — ускорение свободного падения; f — источниковый член; Ху — тензор вязких напряжений; hs — энтальпия смеси газов; D — коэффициент диффузии; q— удельная скорость тепловыделения; qb — энергия, затрачиваемая на газификацию горючего материала; q" — член уравнения, учитывающий конвективный и радиационный теплоперенос; е — скорость диссипации кинетической энергии турбулентности; Ya — массовая концентрация химического компонента; Da — коэффициент диффузии химического компонента; m'a — удельная массовая скорость образования химического компонента; m'b a — массовая скорость образования газообразных или твердых химических компонентов; R — универсальная газовая постоянная; T — температура; Ma - молярная масса химического компонента; цLES—коэффициент турбулентной вязкости; CS — эмпирическая константа; А—размер расчетной сетки; Sy—тензор скоростей деформации; XLES — коэффициент турбулентной теплопроводности; DLES — коэффициент турбулентной диффузии; cp — удельная изобарная теплоемкость; Prt — турбулентное число Прандтля; Sct — турбулентное число Шмидта.
В качестве модели горения использовалась модель доли в смеси (mixture fraction) [5]. Лучистый теплообмен включен в модель посредством решения уравнения переноса излучения для серого газа [6]. Уравнение решается с помощью метода, аналогичного методу конечных объемов для конвективного переноса. Коэффициенты поглощения сажей и дымом вычислены с помощью узкополосной модели RADCAL [7].
Расчеты проведены для реально проектируемой автостоянки, которая представляет собой трехэтажный подземный гараж, расположенный в г. Москве. Гараж по горизонтали разделен на два пожарных отсека: площадь первого —1860 м2, второго—2289 м2. Высота этажей автостоянки составляет 2,8 м.
Рассматривался больший по площади пожарный отсек типового этажа автостоянки, рассчитанный на
Лестничные клетки
Струйные Дымоприемные
вентиляторы 'v отверстия
Рис. 1. Схема моделируемого помещения закрытой автостоянки
76 машиномест. На рис. 1 приведена схема моделируемого помещения закрытой автостоянки.
Размеры моделируемого помещения закрытой автостоянки составляют 62,0x36,8x2,8 м. В нем предполагалась установка 11 струйных вентиляторов в два ряда. Расстояние между параллельно расположенными вентиляторами составляло 6 м, между последовательно расположенными — 24 м. Струйные вентиляторы принимались с размерами входных и выбросных патрубков 0,4x0,4 м. Скорость струй на выбросных патрубках струйных вентиляторов принималась 15 м/с. Очаг горения моделировался как горелка размерами 1,6x4,0 м с максимальной мощностью тепловыделения 4,0 МВт. Изменение мощности тепловыделения принято согласно экспериментальным данным [8].
Основной функцией системы противодымной защиты является предотвращение или ограничение воздействия опасных факторов пожара на людей при пожаре для обеспечения их безопасной эвакуации, а условие наступления опасных факторов пожара проверяется на уровне рабочей зоны. Высота рабочей зоны согласно [9] составляет 1,7 м.
При моделировании работы системы противодымной защиты с использованием струйных вентиляторов в помещении автостоянки в случае пожара отмечается только наступление повышенной температуры (более 70 °С) и снижение дальности видимости в дыму (менее 20 м). Причем наступление опасного фактора пожара по повышенной температуре отмечается не во всех случаях и на меньшей площади по сравнению с задымленностью. Наступление других опасных факторов пожара наблюдается лишь в зоне очага горения, поэтому эффективность работы импульсной противодымной вентиляции оценивалась на основе полей дальности видимости.
На основании численных экспериментов проведена количественная оценка распространения опасных факторов пожара в помещении автостоянки закрытого типа при работе системы импульсной про-
46
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 №5
При работе системы противодымной защиты с использованием струйных вентиляторов полностью избежать задымления не удается, так как дым перемещается от очага пожара в горизонтальном направлении к дымоприемным отверстиям вытяжных шахт и в результате образуется задымленная зона.
Минимальная площадь зоны пониженной видимости в помещении автостоянки закрытого типа при работе системы противодымной защиты с использованием струйных вентиляторов на уровне рабочей зоны составляет 30-40 % от площади помещения на протяжении всего пожара.
Выводы
По результатам исследования установлено, что выход из строя каждого последующего вентилятора приводит к увеличению площади пониженной видимости на 6-8 % от площади помещения автостоянки.
В целом, выход из строя нескольких (от одного до трех) вентиляторов не приводит к существенному снижению эффективности работы всей системы импульсной противодымной вентиляции и позволяет ей сохранять свою работоспособность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Есин В. М., Калмыков С. П. Импульсная противодымная вентиляция подземных автостоянок // Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. — 2010. — № 1. —С. 44-47.
2. Есин В. М., Калмыков С. П. Обоснование основных параметров, обеспечивающих эффективную работу системы дымоудаления и вентиляции автостоянки закрытого типа при помощи струйных вентиляторов // Пожаровзрывобезопасность. — 2007. — Т. 16, № 3. — С. 54-62.
3. McGrattanK. FireDinamics Simulator (Version 5): Technical Reference Guide //NIST Special Publication 1018-5. — Washington : National Institute of Standards and Technology, 2007.
4. Smagorinsky /.General Circulation Experiments with the Primitive Equations. I. The Basic Experiment //
Monthly Weather Review. — 91(3):99-164. — March 1963.
5. Raman V., Pitsch H., Fox R. O. Hybrid Large-Eddy Simulation / LagrangianFiltered-Density-Function Approach for Simulating Turbulent Combustion // Combustion and Flame. — 143:56-78. — 2005.
6. SiegelR., Howell J.R. Thermal Radiation Heat Transfer. —4th edition. —NewYork: Taylor & Francis,
2002.
7. Grosshandler W. RadCal: ANarrow Band Model for Radiation Calculations in a Combustion Environment // NIST Technical Note TN 1402. — Gaithersburg, Maryland : National Institute of Standards and Technology, 1993.
8. Steinert C. Experimental Investigation of Burning and Fire Jumping Behavior of Automobiles (in German) // VFDB. — Vol. 49. — P. 163-172.
9. ГОСТ 12.1.004-91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. —Введ. 01.07.92 г. —М.:
Изд-во стандартов, 1991; 2002. — 54 с.
Рис. 2. Изменение площади зоны задымления в помещении автостоянки в зависимости от количества работающих струйных вентиляторов: 1 — все вентиляторы работают; 2 — не работает один вентилятор; 3 — то же, два; 4 — то же, три
тиводымной вентиляции в случае выхода из строя одного, двух и трех вентиляторов в зоне очага пожара.
На рис. 2 показано изменение площади задымления в процентном отношении к площади автостоянки при нескольких неработающих струйных вентиляторах.
Материал поступил в редакцию 12 марта 2012 г.
Электронный адрес автора: [email protected].
