Противодымная защита: система, устройство, требования, работа
Системы противодымной защиты – это автоматические системы защиты, блокирующие на начальной стадии пожара дальнейшее распространение дымовых газов в смежные помещения из пожарного отсека здания/сооружения, где произошло возгорание, по эвакуационным путям – лестничным клеткам, лифтовым шахтам, включая пожарные лифты, коридорам, фойе, холлам, переходам; а также эффективно удаляющие попавшие/просочившиеся в них дымовые газы; обеспечивающие приток свежего воздуха, взятого извне для обеспечения возможности дыхания людей, покидающих строения.
Даже людям, весьма приблизительно представляющим, чем опасны пожары, как уберечься от них, понятно, что наибольшую опасность при возгорании в помещениях жилых или общественных зданий, на производстве представляет не пламя, жар от открытого огня; а токсичные, едкие летучие продукты.
Они представляют собой взвесь мелких твердых частиц золы, копоти, сажи в воздушно-газовой среде, где многие газы ядовиты для здоровья людей; например, такие, как известный всем угарный газ, связывающий гемоглобин крови в течение 2-3 минут, что приводит к смерти.
Такой плотный поток дыма, очень быстро распространяется по коридорам, лестничным клеткам, переходам зданий, в т.ч. в высотных офисных, торгово-выставочных центрах, многоэтажных жилых домах, затрудняя видимость, не давая дышать людям, покидающим строения, использующим все доступные эвакуационные пути, выходы.
Большинство оборудования элементов активной огнезащиты зданий, различных инженерных, технологических сооружений предназначены для обнаружения очага возгорания как установки АПС, или для локализации, ликвидации как стационарные системы пожаротушения; но они не способны бороться с таким опасным фактором, как дымовой поток, буквально за считанные минуты способный распространиться по всем этажам, отметкам строений, сделав невозможной эвакуацию привычным способом, даже при помощи световых, звуковых пожарных оповещателей установок СОУЭ.
Зачем нужна система противодымной защиты
Устройство системы
По ГОСТ 12.1.033-81, дающем термины, определения ПБ в системе стандартизации безопасности, противопожарной защитой называется комплекс организационных решений, технических средств, что направлены на исключение воздействия на людей, находящихся в зданиях, дыма, теплового воздействия высокой температуры от очага пожара, токсичных продуктов процесса горения.
Организационная часть этого комплекса мероприятий представляет собой документированные процедуры, необходимые для предприятия, организации, на чьих объектах имеются системы ПДЗ – это приказы, распоряжения, инструкции по эксплуатации оборудования, по действиям дежурного персонала, о назначении ответственных лиц.
Техническое устройство противодымной системы для каждого объекта, если он не является типовым зданием, сооружением массового промышленного или гражданского строительства, конечно, индивидуально; но обычно состоит из следующих элементов:
- Вентиляторов систем дымоудаления/принудительной подачи, подпора воздуха.
- Противодымных противопожарных люков, дверей, окон, экранов, штор.
- Окон, фонарей, фрамуг инсоляции помещений, а также дымовых люков, имеющих побудительный привод с автоматическим пуском на случай возникновения пожара.
- Клапанов дымоудаления, устройств приема дыма, устанавливаемых на путях эвакуации, в защищаемых помещениях.
- Клапанов противопожарных дымовых, огнезадерживающих, обратных, универсальных, двойного действия, монтируемых на различных участках систем дымоудаления, принудительной подачи чистого воздуха, общеобменной вентиляции зданий/сооружений разного функционального назначения.
- Огнестойкие воздуховоды, шахты, магистральные каналы систем дымоудаления.
- Исполнительные механизмы, контрольно-управляющая аппаратура, приборы, в т.ч. сблокированные с системами АПС, установками тушения пожаров водой, порошком, пеной, газами или огнетушащими аэрозолями.
Требования к установке системы противодымной защиты зданий и сооружений, а также к устройству, составу, созданию таких специализированного вентиляционного оборудования изложены в таких нормативных документах по ПБ:
- СП 60.13330 «СНиП 41-01-2003*» о вентиляции воздуха, в который с февраля 2017 внесены изменения с дополнительными требованиями к системам ПДЗ.
- СП 7.13130. 2013, о требованиях ПБ к этим системам.
Читайте также:
Методические рекомендации к СП 7.13130.2013
Расчетное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий
Расчет системы противодымной защиты
- НПБ 239-97 – об испытаниях стойкости к открытому огню конструкций шахт, коробов, каналов.
- НПБ 241-97 – о клапанах противопожарных, применяемых в системах вентиляционного оборудования.
- НПБ 253-98 – о противопожарных характеристиках вентиляторов систем ПДЗ.
- НПБ 240-97, определяющий методики сдачи-приемки, проверок таких систем.
Схема подпора и удаления воздуха
Довольно много основополагающих требований к разработке, устройству, принципам построения систем ПДЗ в новостроящихся, реконструируемых объектах изложено в нескольких статьях Федерального закона № 123:
- Ст. 56 указывает, что система ПДЗ должна обеспечить защиту на эвакуационных путях, в безопасных зонах от вредных факторов на период, необходимый для того, чтобы люди покинули здание, сооружение; или на все время развития, локализации, ликвидации пожара путем устранения продуктов горения, пиролиза.
- Система ПДЗ обязана иметь несколько эффективных способов защиты: путем использования архитектурно-планировочных, конструктивных решений для устранения быстрого заполнения зданий дымовыми газами; нагнетания избыточного давления/подпора воздуха в пожарных отсеках, отдельных помещениях, лестничных клетках, переходах, тамбур-шлюзах; с помощью оборудования естественной, принудительной противодымной вентиляции для вытяжки продуктов горения, тления.
- Ст. 85 указывает, что для системы ПДЗ необходим автоматический, дистанционный ручной привод, а объемно-планировочные решения совместно с ней должны предотвратить или ограничить распространение дымовых, токсичных продуктов за пределы, выделенного противопожарными перегородками помещения для возможности безопасной эвакуации.
- Запрещается применение приточных вентиляционных установок без устройства систем дымоудаления, а также проектирование, монтаж общих систем вентиляции для обслуживания помещений с разными классами пожарной опасности.
- Автоматический пуск систем ПДЗ должен производиться при срабатывании установок АПС, АУПТ, защищающих здания, строения.
- Ручной запуск дистанционно – от устройств, устанавливаемых возле выходов из зданий, в диспетчерских, пультовых, пожарных постах. Как правило, это ручные пожарные извещатели, используемые для таких целей.
- При включении систем ПДЗ обязательно производится автоматическое отключение общеобменных, технологических вентиляционных, кондиционирующих воздух установок.
- Запрещается одновременная эксплуатация систем ПДЗ и порошковых, газовых, аэрозольных установок пожаротушения.
- Ст. 138 сообщает об обязательных условиях функционирования, конструктивных особенностях некоторых ключевых элементов систем ПДЗ.
- Шахты, короба воздуховодов, каналы приточно-вытяжных установок дымоудаления, а также транзитных коллекторов общеобменной вентиляции должны изготавливаться из негорючих материалов, обеспечивая нормативный предел стойкости к огню, в т. ч. за счет проведения огнезащиты конструкций оборудования.
- То же относится к узлам пересечения таких воздуховодов с противопожарными преградами, ограждающими конструкциями зданий, поэтому для заделки/заполнения проемов, отверстий в этих местах необходимы различные виды огнезащитной штукатурки, базальтового материала.
- Все разъемные, в т.ч. фланцевые соединения воздуховодов в огнестойком исполнении должны иметь уплотнения только из негорючих материалов.
- Привода противопожарных клапанов должны управляться как автоматически, так и дистанционно.
- Противопожарные двери, используемые как элементы системы ПДЗ, должны иметь минимально необходимые параметры сопротивления проницанию дымо-газового потока от очага пожара.
- Приводы противодымных штор, экранов, занавесов должны управляться как в автоматическом режиме, так и дистанционном ручном варианте пуска.
Принцип работы системы
Системы противодымной защиты зданий и сооружений начинают свою работу после срабатывания пожарных извещателей в составе АПС, АУПТ, получив управляющий сигнал с их приемно-контрольной аппаратуры. После этого приборы управления системы ПДЗ передают сигналы:
- На отключение установок общеобменной вентиляции, местных технологических отсосов, закрывание огнезадерживающих клапанов для исключения распространения открытого огня по воздуховодам, связывающим, как правило, все этажи зданий, отметки сооружений.
- На открытие клапанов дымоудаления, дымовых люков, фрамуг, фонарей.
- Пуск вентиляторов дымоудаления и принудительной подачи чистого воздуха в помещения на путях эвакуации, в лифтовые шахты.
Работа системы ПДЗ обычно продолжается и некоторое время после подавления очага пожара для полной очистки, проветривания помещений от летучих продуктов горения, порошков, газов, огнетушащих аэрозолей после работы соответствующих установок пожаротушения, защищавших помещения, где произошло возгорание.
Стоит задать вопрос, что должна обеспечивать система противодымной защиты, зачем вкладывать в ее создание немалые средства, когда здание зачастую и так уже защищено установками АПС, АУПТ.
Ответ – в случае грамотного проектирования, правильного устройства системы ПДЗ каждый элемент/изделие, выполненные согласно нормам, сертифицированные в установленном порядке, занимают свое место, обеспечивая как безопасность людей в ходе эвакуации или возможность переждать процесс ликвидации пожара в безопасных зонах зданий/сооружений; так и значительное уменьшение материального ущерба за счет резкого снижения количества продуктов горения, способных беспрепятственно распространяться по этажам, помещениям зданий, сооружений.
Испытания и проверка системы
Испытания системы противодымной защиты проводятся после окончания монтажно-наладочных работ. В ходе их выполняются следующие мероприятия:
- Проверяется соответствие установленного оборудования проектным решениям, согласно спецификациям рабочей документации, наличие сертификатов соответствия ПБ на все изделия, устройства и материалы, использованные в ходе установки всех узлов, выполнения работ по огнезащите металлических конструкций.
- Производится пуск комплекса системы ПДЗ для проверки исправности оборудования, работоспособности как в целом, так и отдельных узлов/механизмов в автоматическом/дистанционном режиме пуска; соответствия параметрам, заложенным в проекте, выявления недостатков для последующего устранения.
- Производится проверка проведенной огнезащиты конструкций огнестойких воздуховодов, мест пересечения ими противопожарных преград.
Обслуживание систем
Техническое обслуживание – это обязательное условие для долгосрочной работы, сданной в эксплуатацию системы ПДЗ. Оно проводится на договорных условиях чаще всего предприятием/организацией, производившей монтажно-наладочные работы, на основании требований РД 25. 964-90 по графику – ежемесячно и ежеквартально с регистрацией результатов.
Дополнительная информация о правилах технического содержания указана в РД 009-01-96 в 4 разделе, а так же Типовой регламент №4.
Регламент обслуживания систем противодымной защиты
Руководителям предприятий, организаций следует помнить, что защита объектов от пожаров, обеспечение безопасности людей законодательством возложены на них, в т.ч. необходимость содержания в работоспособном состоянии имеющихся в зданиях, сооружениях систем АПС, противодымной защиты, пожаротушения.
404 Cтраница не найдена
Размер:
AAA
Изображения Вкл. Выкл.
Обычная версия сайта
Но вы можете воспользоваться поиском или картой сайта ниже
|
|
Оценка эффективности противодымной защиты высотных зданий методами вычислительной аэрогидродинамики | C.
O.K. archive | 2007Такие здания относятся к объектам массового пребывания людей. В случае возникновения пожара или других чрезвычайных ситуаций в высотном здании должны быть обеспечены возможность эвакуации людей и проведение аварийно-спасательных работ в наиболее безопасном режиме. Защита людей на путях эвакуации обеспечивается комплексом объемно-планировочных, конструктивных, инженерно-технических и организационных мероприятий, в число которых входит противодымная защита здания [1]. Противодымная защита зданий устраивается для обеспечения эвакуации людей в пожаробезопасные зоны и содействия успешному тушению пожара. Противодымная защита зданий повышенной этажности включает в себя: ❏ удаление дыма из коридоров и холлов в случае пожара с целью проведения безопасной эвакуации людей на начальной стадии пожара; ❏ подачу воздуха в лифтовые шахты, противопожарные тамбур-шлюзы, незадымляемые лестничные клетки типа Н2, Н4 и другие защищаемые объемы для создания в них избыточного давления (подпора воздуха) и предотвращения влияния на людей опасных факторов пожара [2]. Работа системы противодымной защиты подвержена действию множества с трудом поддающихся учету факторов, в основе которых лежат сложные, многообразные явления, наблюдаемые при пожаре: химические реакции горючих материалов с кислородом воздуха, сложный теплообмен, диффузия, турбулентное перемешивание пространственных неизотермических потоков воздуха и продуктов горения (дыма). Сложность физической картины пожара и его вероятностная природа объективно затрудняют теоретический анализ процесса задымления помещений. В связи с этим действующие нормативные методики проектировочного расчета систем противодымной защиты зданий [3–6] основаны на очень грубых допущениях (об одномерности течения в целом, равномерном распределении параметров в пределах условно выделяемых зон и т.п.). Проблема заключаетсяв том, что в рамках традиционных подходов невозможно учесть реальное разнообразие архитектурных форм, характерных для интерьеров современных зданий, и соответственно реализовать их эффективные и безопасные проектные решения. Ситуация стала активно меняться с появлением компьютеров, ростом их производительности, развитием численных методов, прикладных и комплексных разделов механики жидкости и газа, теории тепломассообмена и горения, разработкой средств компьютерной графики и визуализации, что в совокупности привело к становлению во второй половине прошлого века новой области знаний — вычислительной аэрогидродинамики (СFD — Computational Fluid Dynamics) [7–10]. Вычислительная аэрогидродинамика использует в качестве базовой физическую модель вязкой жидкости и ее математическую модель — систему уравнений Навье-Стокса с соответствующими начальными и граничными условиями. К ним могут быть добавлены модели локальных явлений: химических реакций, дисперсной фазы и излучения. Численное решение дифференциальных уравнений в частных производных осуществляется итерационно методами конечных разностей, конечных (контрольных) объемов или конечных элементов, а обыкновенных дифференциальных уравнений — методами типа Рунге-Кутта. В результате современные методы вычислительной аэрогидродинамики позволяют определять значения термогазодинамических и физико-химических параметров среды практически в каждой точке помещения с учетом турбулентного характера течения, наличия горения, частиц дыма и излучения, что открывает возможность прогнозирования развития пожара и задымления с минимальным привлечением эмпирических данных [11]. К настоящему времени различными коллективами разработано большое количество СFD-кодов, пригодных для расчета процесса задымления помещений, как исследовательских, так и коммерческих (например, Jasmine, Sofie, Phoenics, Star-СD, Fluent, СFX и др.), благодаря чему может быть поставлена и решена задача расчетной оценки эффективности системы противодымной защиты в конкретной объемно-планировочной обстановке для предполагаемого сценария пожара. Описание объекта исследования В качестве объекта исследования была выбрана система противодымной защиты десятиэтажного здания высотой 33 м в г. Харькове по ул. Богдана Хмельницкого, реконструируемого под офисный центр (рис. 1). Здание имеет две лестничных клетки: одна категории Н2 — с подпором воздуха в лестничную клетку в случае пожара и естественным освещением на каждом надземном этаже через застекленные проемы в наружных стенах и другая категория Н3 — с входом на лестничную клетку на каждом надземном этаже через противопожарный тамбур-шлюз 1-го типа с подпором воздуха в случае пожара и естественным освещением на каждом этаже через застекленные проемы в наружных стенах. Лестничная клетка категории Н2 разделена пожарной преградой между пятым и шестым этажами. В каждый отсек в случае пожара предусмотрена подача свежего воздуха. Фасад здания ориентирован на запад. На кровле здания установлен вентилятор дымоудаления радиальный крышный с выходом потока вверх ВРКВ-10ДУ производства завода «Веза». Этот вентилятор может перемещать газы с температурой до 600°С не менее 120 мин. Выброс газовоздушной смеси вверх предотвращает повреждение поверхности крыши в результате воздействия удаляемых высокотемпературных газов. На противоположной стороне кровли расположены вентиляторы подпора воздуха в лифтовые шахты пассажирского лифта и лифта для подъема пожарного подразделения соответственно ВО30-160-100-18.1 и ВО25-188-8.5, а также вентилятор ВКОП-10 подпора воздуха в верхний отсек лестничной клетки категории Н2. На уровне третьего этажа в лестничную клетку Н2 подается воздух вентилятором ВО30-160-071-18. В тамбур-шлюз перед лестничной клеткой категории Н3 в случае пожара подается воздух вентилятором ВР 80-75-6,3. Типовой этаж здания имеет длину 30 м, ширину 15 м (рис. 2). Все окна помещений этажа противопожарные (неоткрываемые). Высота подвесного потолка— 2,7 м. По центру этажа параллельно фасаду расположен коридор шириной 3 м. С северного и южного торцов коридор имеет естественное освещение. По обеим сторонам коридора расположены офисные помещения. Габариты дверных проемов — 0,9×2,2 (h). С восточного торца коридора имеется выход в тамбур-шлюз, который ведет на лестничную клетку категории Н3, с западного — находятся лифтовая шахта и лестничная клетка категории Н2. На расстоянии 2 м от входа в тамбур-шлюз под потолком коридора установлен клапан дымоудаления КПДВ-4. Размеры клапана — 800×500 мм. Лифты — противопожарные, в случае пожара они предназначены для подъема пожарной команды. Перед дверями лифтов предусмотрен тамбуршлюз из огнестойкого стекла. В случае возникновения пожара при срабатывании системы пожарной сигнализации (по достижении температуры 70°С) или от пожарной кнопки открывается клапан дымоудаления на этаже пожара, и включаются вентиляторы дымоудаления и подпора воздуха. Эвакуация людей предусмотрена по коридору через тамбур-шлюз и лестничные клетки. Расчетная максимальная скорость эвакуации — 1,5 мин. Вентиляторы подпора воздуха создают приток свежего воздуха навстречу эвакуирующимся людям и обеспечивают избыточное статическое давление 20 Па в плоскости дверных проемов, отделяющих коридор от тамбуршлюза и лестничной клетки категории Н2. Расчетный массовый расход дыма через клапан дымоудаления — 3,66 кг/c. Непрерывное удаление дымовых газов из коридора и приток в него свежего воздуха должны обеспечить безопасную эвакуацию людей на начальной стадии пожара. Предполагаемый сценарий пожара и расчетная схема задымляемого помещения Предполагается, что возгорание происходит в кабинете, наиболее отдаленном от выходов на лестничные клетки. Распространение пожара из этого места представляет наибольшую потенциальную опасность. На начальной стадии пожар локализован внутри кабинета. Он сопровождается образованием высокотемпературных дымовых газов, скапливающихся у потолка. В момент открывания двери кабинета происходит прорыв дымовых газов в коридор этажа и начинается заполнение коридора дымом. В этот же момент включается в работу система дымоудаления. Расчетная схема задымляемого помещения — коридора этажа— показана на рис. 3. Коридор представлен параллелепипедом 24x3x2,7 (h). Ось Z направлена вверх, ось X — на север, ось Y — на восток. Коридор сообщается с кабинетом, в котором возник пожар, и лестничными клетками через соответствующие дверные проемы, с шахтой дымоудаления — через клапан дымоудаления. Все ограждающие конструкции полагаются непроницаемыми и теплоизолированными. Численная модель распространения дыма в помещении Чтобы адекватно смоделировать процесс распространения дыма в коридоре этажа методами вычислительной аэрогидродинамики и при этом сэкономить вычислительные ресурсы, необходимо учесть наиболее существенные стороны процесса — нестационарность, неизотермичность, явления турбулентности и гидростатики (в частности, эффект плавучести) и попытаться отбросить второстепенные. В первом приближении дым может быть смоделирован как среда, отличающаяся лишь температурой, но не химическим составом (т.е. как горячий воздух). Тем самым из трех опасных факторов пожара и задымления — действие высоких температур, токсичность продуктов горения и ухудшение видимости — непосредственно оценивается только температурный фактор, а остальные полагаются коррелирующими с ним. Существенное значение имеет также точное представление геометрии пространства коридора (габариты и расположение дверных проемов, источника дыма и клапана дымоудаления) с достаточным его разрешением. Для математического моделирования трехмерного нестационарного турбулентного течения газообразной среды в объекте исследования разработана компьютерная программа численного решения полной системы осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса. Система включает уравнения неразрывности, сохранения количества движения и энергии, которые можно записать в следующем обобщенном виде [9]: (1) где ф— независимая переменная, ρ, V — соответственно плотность среды и скорость, Гф— обобщенный коэффициент диффузии и Sф— источниковый член. Система уравнений (1) является незамкнутой. Для ее замыкания использована низкорей-нольдсовая k–ε-модель турбулентности Чена [12] (k — кинетическая энергия турбулентных пульсаций, ε— скорость ее диссипации), два уравнения которой по форме записи аналогичны уравнению (1). Связь между температурой, давлением и плотностью среды устанавливается уравнением состояния идеального газа. Для корректной постановки краевой задачи система дифференциальных уравнений в частных производных (1) должна быть дополнена соответствующими начальными и граничными (рис. 4) условиями. В начальный момент времени t = 0 (соответствующий открытию двери кабинета, в котором происходит пожар) воздух в коридоре полагался неподвижным, его статическое давление — равным атмосферному, температура — 27°С. На участке расчетной области, соответствующем дверному проему между коридором и кабинетом, в котором возник пожар, задавалось граничное условие «вход с заданным профилем скорости». Нулевая отметка скорости принималась лежащей на линии равновесных давлений дыма и воздуха, подсасываемого пожаром. Влиянием подсоса воздуха из коридора к очагу возгорания на нижнем участке дверного проема (на рис. 5 он показан черным цветом) пренебрегали. На оставшейся (верхней) части проема принимался треугольный профиль распределения скорости в плоскости YOZ. Среднемассовая скорость дыма на этом участке соответствовала массовому расходу 1 кг/c. Температура дыма принималась равной 737°С. На дверных проемах между коридором и тамбуршлюзом и между коридором и проходом к лестничной клетке категории Н2 ставилось граничное условие «выход с заданным давлением». Избыточное статическое давление на этих участках принималось равным 20 Па. На клапане дымоудаления задавалось граничное условие «выход с заданным массовым расходом» 3,6 кг/c. На всех ограждающих конструкциях ставилось граничное условие «непроницаемая адиабатная стенка». Для учета пограничных слоев, не разрешаемых сеткой, использовались функции стенки. Решение системы (1) отыскивалось итерационно методом контрольных объемов на расчетной сетке 77 узлов (рис. 5). В расчетах использовались разностные схемы аппроксимации второго порядка точности по пространству и первого— по времени. Результаты численного моделирования распространения дыма при работающей системе механического дымоудаления Непосредственными результатами численного моделирования распространения дыма в коридоре типового этажа при работающей системе механического дымоудаления являются значения независимых переменных системы уравнений (1) (давления, скорости, температуры и параметров турбулентности) в узлах расчетной сетки на каждом временном шаге. Применение современных средств компьютерной графики и визуализации позволяет представить расчетные данные в удобной для анализа форме: в виде векторных полей, линий уровня (изолиний) заданного параметра на заданных реальных или виртуальных поверхностях, поверхностей равных значений заданного параметра (изоповерхностей) на фоне границ расчетной области и т.д. На рис. 6 представлены изоповерхности температуры среды 70°С в различные моменты времени. Эта температура является предельно допустимой для безопасной эвакуации людей из задымляемого помещения. Ее изоповерхность можно интерпретировать как тепловую границу дымового слоя. Из рис. 6 видно, что дым после его прорыва из кабинета, в котором происходит пожар, в коридор под действием сил плавучести устремляется вверх. Столкнувшись с потолком, дымовая струя растекается по нему в радиальных направлениях с образованием характерного торообразного вихря (t = 2 c). На четвертой секунде проявляется влияние открытого дымового клапана на поток дымовых газов, которые большей частью устремляются в его сторону. Под действием встречного потока свежего воздуха, поступающего из тамбур-шлюза и лестничной клетки категории Н2, происходит поджатие и волнообразование распространяющегося дыма. На одиннадцатой секунде та часть горячего потока, которая направляется в сторону дымового клапана, достигает его. Режим удаления дыма в этом направлении стабилизируется. Поток дыма, распространяющийся в противоположном (северном) направлении, сопровождается интенсивным вихреобразованием. С одной стороны, высокотемпературные газы поднимаются вверх и распределяются вдоль потолка. С другой стороны, поток свежего воздуха, поступающего в коридор из лестничной клетки, оказывает давление и отжимает их вниз. По достижении северного торца коридора поток дыма начинает понижаться и двигаться в сторону своего источника и дымового клапана. С 16-й до 45-й секунды по мере опускания потока дымовых газов в коридоре перед лестничной клеткой наблюдается нестабильное движение потоков. При этом дымовой слой интенсивно меняет свою форму с образованием нерегулярных складок и «протуберанцев» (t = 16 c). К 45-й секунде крупномасштабные колебания поверхности дымового слоя затухают.К 90-й секунде течение дымогазовоздушной смеси в коридоре этажа устанавливается, и граница дымового слоя стабилизируется. Дымовой слой имеет наибольшую толщину в северной части коридора (его граница, соответствующая температуре 70°С, находится ниже отметки 1,7 м от пола), наименьшую — в южной его части (граница, соответствующая температуре 70°С, находится выше отметки 1,7 м от пола), особенно в непосредственной близости от дымового клапана. На рис. 7 показаны изолинии температуры дымогазовоздушной смеси в плоскости, находящейся на отметке 1,7 м от пола (средний рост человека), в различные моменты времени. Из рисунка видно, что на 16-й секунде на пути эвакуации имеются участки с температурой, превышающей 70°С (максимальная температура 77°С), но большую часть площади занимают изолинии с температурой ниже 37°С. На 90-й секунде на всем пути эвакуации к лестнице категории Н2 температура превышает 70°С (максимальная температура 92°С). При этом на пути эвакуации в сторону клапана дымоудаления и тамбур-шлюза с выходом на лестничную клетку категории Н3 температура не повышается выше 37°С. На рис. 8 представлены изолинии температуры среды в вертикальных плоскостях, проходящих через середины дверных проемов и клапана дымоудаления. Из рисунка видно, что работа системы механического дымоудаления обеспечивает приемлемые условия для эвакуации людей и работы пожарного подразделения. Выводы и перспективы дальнейших исследований Выполненное численное моделирование системы противодымной защиты типового этажа высотного здания методами вычислительной аэрогидродинамики подтвердило эффективность рассчитанной по нормативным документам системы дымоудаления при предполагаемом сценарии пожара и принятых значениях режимных параметров. Высокая информативность использованного метода расчета позволила получить подробное и наглядное представление о направлениях и скорости распространения дыма и выявить опасные высокотемпературные зоны, что помогло уточнить планы эвакуации и аварийно-спасательных работ. Согласно численному прогнозу люди имеют возможность безопасно эвакуироваться из коридора этажа высотного здания. Эвакуация в сторону выхода на лестничную клетку категории Н3 через тамбур-шлюз предпочтительнее, т.к. там ниже температура воздуха и меньше задымление, особенно в первые 45 с пожара. По высоте коридора приемлемые условия по температуре имеют место ниже отметки 1,7 м от пола. Поэтому людям желательно эвакуироваться пригнувшись. По окончании расчетного времени эвакуации (1,5 минуты) сохраняется возможность прохода и работы пожарного подразделения, прибывающего к месту пожара на противопожарном лифте, с северного торца коридора. Следует отметить, что исследованный объект имеет достаточно простую геометрическую форму, в отличие от большинства новых архитектурных сооружений. Основа нормативных документов по противодымной защите была заложена во времена СССР. В настоящее время появились новые материалы, новое оборудование систем дымоудаления, в т.ч. и оборудование естественных (гравитационных) систем дымоудаления, найдены новые решения по разбивке на зоны дымоудаления. Современные здания имеют новые назначения, новые формы, и расчет систем их противодымной защиты вызывает много вопросов, ответы на которые в нормативных документах отсутствуют. Поэтому для всех сложных архитектурных форм в целях повышения безопасности при возникновении пожара расчет системы дымоудаления методами вычислительной аэрогидродинамики особенно целесообразен. Направления дальнейших исследований авторы видят в совершенствовании разработанной методики численного моделирования систем противодымной защиты зданий в направлениях обеспечения возможности описания сложных архитектурных форм и непосредственного учета остальных опасных факторов задымления, помимо температурного. Это позволит, в случае необходимости, устранить недостатки систем, рассчитанных по нормативным документам, и повысить качество защиты при пожаре.
1.Батчер Е., Парнелл А. Опасность дыма и дымозащита. — М.:Стройиздат, 1983. 2.Пономаренко В.С.,Стельмах О.А. Практическое пособие по расчету и использованию оборудования для систем противодымной защиты зданий. — Харьков, 2002. 3.СНиП 2.04.05–91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». 4.ДБН В.2.2-9–99 «Общественные здания и сооружения». 5.ДБН В.1.1-7–2002 «Пожарная безопасность объектов строительства». 6.Пособие 4.91 к СНиП 2.04.05–91 «Противодымная защита зданий и помещений». 7.Госмен А.Д., Пан В.М., Ранчел А.К.,Сполдинг Д.Б., Вольфштейн М. Численные методы исследования течений вязкой жидкости.— М.: Мир, 1972. 8.Роуч П. Вычислительная гидродинамика.— М.: Мир, 1980. 9.Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей.Т. 1. — М.: Мир, 1991. 10. Приходько А.А.Компьютерные технологии в аэрогидродинамике и тепломассообмене.— К.: Наукова думка, 2003. 11. Olenich S.M., Carpenter D.J.An Updated International Survey of Computer Models for Fire and Smoke // Journal of Fire Protection Engineering, Vol. 13 — May, 2003.— P. 10–23. 12. Chien J.Y.Renormalization Group Method and Turbulence Modeling // AIAA Journal. — 1982.— Vol. 20.— №1.— P. 33–38.
программ моделирования пожаров | НИСТ
Программное обеспечение для моделирования пожаров
Эти программы моделирования пожаров были разработаны или спонсировались Отделом исследований пожаров. Список программ разделен на две широкие категории ниже: поддерживаемое в настоящее время программное обеспечение и архивное (неподдерживаемое) программное обеспечение. Чтобы получить дополнительную информацию или получить одну из программ, нажмите на соответствующее название.
Текущее программное обеспечение
Эти модели активно разрабатываются и поддерживаются лабораторией. Подробная информация о программном обеспечении, включая информацию о загрузке, разработке и поддержке, содержится на отдельных веб-страницах для каждой модели.
- FDS (симулятор динамики огня) — это модель вычислительной гидродинамики (CFD) потока жидкости, вызванной огнем. Программное обеспечение численно решает форму уравнений Навье-Стокса, подходящую для низкоскоростного теплового потока с акцентом на переносе дыма и тепла от пожаров.
- CFAST (Сводная модель переноса огня и дыма) — это двухзонная модель пожара, используемая для расчета распространения дыма, пожарных газов и температуры по помещениям здания во время пожара.
Архивное программное обеспечение
Эти модели включены в основном для справки или исторического интереса и охватывают несколько десятилетий разработки вычислительных инструментов в исследованиях пожаров в NIST. Таким образом, они в основном не поддерживаются из-за возраста программного обеспечения.
- ASCOS (Анализ систем дымоудаления) — это программа для анализа устойчивого воздушного потока систем дымоудаления. Эта программа может анализировать любую систему дымоудаления, создающую перепады давления, с целью ограничения движения дыма при пожаре в здании. Программа также способна моделировать эффект дымовой трубы, возникающий в высоких зданиях в условиях экстремальных температур. Входные данные программы состоят из наружной температуры и температуры здания, описания сети потоков здания и потоков, создаваемых системой вентиляции или дымоудаления. Выход состоит из стационарных давлений и потоков по всему зданию. Другая более новая программа, CONTAM, может быть более подходящей для некоторых приложений, чем ASCOS.
- ASET-B (Available Safe Egress Time — BASIC) — программа для расчета температуры и положения слоя горячего дыма в отдельном помещении с закрытыми дверями и окнами. ASET-B — это компактная и простая в использовании программа, которая решает те же уравнения, что и ASET. Требуемые входные данные программы: доля тепловых потерь, высота пожара, высота потолка помещения, площадь пола помещения, максимальное время моделирования и скорость выделения тепла при пожаре. Выходными данными программы являются температура и толщина слоя горячего дыма в зависимости от времени.
- ASMET (инженерные средства управления дымом в атрии) состоит из набора уравнений и модели зонального пожара для анализа систем управления дымом для больших пространств, таких как атриумы, торговые центры, аркады, спортивные арены, выставочные залы и ангары для самолетов. ASMET написан на языке C++. Для получения документации по программе и описания входных данных пользователь должен обратиться к NISTIR 5516, Klote, J. H., Method of Predicting Smoke Movement in Atria with Application to Smoke Management, NIST.
- BREAK1 (Алгоритм Беркли для разбития оконного стекла при возгорании в отсеке) — это программа, которая вычисляет температурную историю оконного стекла, подвергающегося воздействию описанных пользователем условий пожара. Расчеты останавливаются, когда разбивается стекло. Требуемые входные данные: теплопроводность стекла, температуропроводность, длина поглощения, разрушающее напряжение, модуль Юнга, тепловой коэффициент линейного расширения, толщина, коэффициент излучения, толщина затенения, полуширина окна, температура окружающей среды, численные параметры и временные характеристики. излучения пламени от огня, температуры горячего слоя и излучательной способности, а также коэффициентов теплопередачи. Выходными данными являются температурная история стекла по нормали к стеклянной поверхности и время разбивания окна.
- ККФМ (Консолидированная отсековая пожарная модель версия ВЕНТС) – двухслойная зональная пожарная модель отсека компьютерный код. Он имитирует условия из-за заданных пользователем пожаров в многокомнатном многоуровневом объекте. Необходимыми входными данными являются описание геометрии помещения и характеристик вентиляции (до 9 комнат, 20 вентиляционных отверстий), начальное состояние внутренней и внешней среды, а также скорость выделения энергии пожара в зависимости от времени (до 20 пожаров). Если требуется моделирование концентраций продуктов сгорания, то необходимо также указать скорости выделения продуктов (до трех продуктов). Вентиляционные отверстия могут быть простыми отверстиями между соседними помещениями (естественные вентиляционные отверстия) или системами принудительной вентиляции с вентилятором/каналом между произвольными парами помещений (принудительные вентиляционные отверстия). Для принудительной вентиляции скорость и направление потока могут быть заданы пользователем или включены в моделирование с учетом заданных пользователем характеристик вентилятора и воздуховода. Можно учитывать эффекты ветра и стека. Выходными данными программы для каждого помещения являются давление на полу, высота границы раздела слоев, температура верхнего/нижнего слоев и (опционально) концентрации продукта.
- DETACT-QS и DETACT-T2
DETACT-QS (DETector ACTuation – Quasi Steady) представляет собой программу для расчета времени срабатывания тепловых устройств под неограниченными потолками. Его можно использовать для прогнозирования времени срабатывания тепловых извещателей с фиксированной температурой и спринклерных головок в зависимости от заданного пользователем пожара. DETACT-QS предполагает, что тепловое устройство расположено на относительно большой площади, то есть нагревает устройство только поток пожарного потолка, а от скопившихся в помещении горячих газов обогрев отсутствует. Требуемые входные данные программы: высота потолка над топливом, расстояние теплового устройства от оси пожара, температура срабатывания теплового устройства, индекс времени срабатывания (RTI) для устройства и скорость тепловыделение огня. Выходными данными программы являются предельная температура газа и температура устройства как функция времени, так и время, необходимое для срабатывания устройства. DETACT-T2 (DETector ACTuation – Time Squared) представляет собой программу для расчета времени срабатывания тепловых устройств под неограниченными потолками. Его можно использовать для прогнозирования времени срабатывания тепловых извещателей с фиксированной температурой и скоростью подъема, а также спринклерных головок при заданном пользователем пожаре, который растет пропорционально квадрату времени. КТ-Т2 предполагает, что тепловое устройство расположено на относительно большой площади, то есть нагревает устройство только поток пожарного потолка, а от скопившихся в помещении горячих газов обогрев отсутствует. Необходимыми входными данными программы являются температура окружающей среды, индекс времени отклика (RTI) для устройства, активация и скорость повышения температуры устройства, высота потолка над топливом, расстояние между устройствами и скорость распространения огня. Выходными данными программы являются время до активации устройства и скорость выделения тепла при активации. - ELVAC (Elevator Evacuation) — интерактивная компьютерная программа, которая оценивает время, необходимое для эвакуации людей из здания с использованием лифтов и лестниц. Следует предупредить, что лифты, как правило, не предназначены для эвакуации при пожаре, и их нельзя использовать во время пожаров. Однако можно спроектировать лифтовые системы, предназначенные для пожаротушения, и ELVAC можно использовать для оценки потенциальной производительности таких систем. ELVAC рассчитывает время эвакуации для одной группы лифтов. Если в здании имеется более одной группы лифтов, ELVAC можно запускать для каждой группы отдельно. Входные данные состоят из высоты этажа, количества людей на этажах, количества лифтов в группе, скорости лифта, ускорения лифта, вместимости лифта, типа и ширины дверей лифта и различных факторов неэффективности. Результатом является таблица времени в пути лифта, времени в пути туда и обратно, перемещенных людей и количества поездок туда и обратно для каждого этажа плюс общее время эвакуации.
- FIRDEMND имитирует тушение обугленных и не обугливающихся возгораний твердого топлива в отсеках с помощью распыления воды из переносного шлангового оборудования, используемого пожарными подразделениями. Выходные данные модели пожарной потребности (FDM) показывают эффекты тушения водяной струей при различных расходах и размерах капель. Расчеты основаны на тепломассовом балансе с учетом газового и поверхностного охлаждения, парового тушения, водоразбрызгивания воздуха, непосредственного тушения пожара водой и переноса энергии за счет притока и оттока тепла и продуктов сгорания. .
- FIRST (метод моделирования пожара) является прямым потомком программы HARVARD V, разработанной Говардом Эммонсом и Генри Митлером. Пожар может быть введен либо в виде заданной пользователем скорости потери массы, зависящей от времени, либо в терминах основных свойств топлива. В последнем случае программа будет прогнозировать скорость распространения пожара, учитывая изменение концентрации кислорода и состояния задымленного слоя в помещении, где возник пожар. Он также может предсказать нагрев и возможное возгорание до трех целей. Исходный огонь и цели также могут быть заданы пользователем. Необходимыми входными данными программы являются геометрические данные, описывающие помещения и проемы, а также теплофизические свойства потолка, стен, горящего топлива и мишеней. Должна быть указана скорость образования сажи, а скорости образования других видов могут быть указаны как выход скорости пиролиза. Среди выходных данных программы — температура, толщина и концентрация веществ в горячем верхнем слое, а также в более холодном нижнем слое в каждом отделении. Также приведены температуры поверхности стенок, скорость теплопередачи и массовый расход. MASBANK используется для создания и ведения базы данных материалов и их огнестойкости для использования в программе FIRST. MASBANK может разместить 20 свойств до 50 материалов. В программе есть возможность добавлять, удалять, изменять, располагать по алфавиту и просматривать свойства материалов в банке данных. Свойства материалов из MASBANK могут быть переданы непосредственно в программу FIRST.
- FPETool (программное обеспечение и документация) представляет собой набор инженерных уравнений, полезных для оценки потенциальной пожарной опасности и реакции космических и противопожарных систем на развивающуюся опасность. Версия 3.2 включает оценку условий задымления в помещении, в котором происходит устойчивая утечка дыма из соседнего помещения. Оценки жизнеспособности человека в результате воздействия развивающихся условий в помещении рассчитываются на основе температуры дыма и токсичности.
- GetGo — GetGo передает результаты (температуры, прогибы и деформации) между структурной моделью, в которой используются балки и оболочки, и тепловой моделью, в которой используются твердые (кирпичные) элементы. GetGo также обнаруживает повреждение изоляции из-за чрезмерной деформации в соответствии с заданными пользователем критериями. Хотя этот компьютерный интерфейс был реализован для одного конкретного программного пакета (Ansys), разработанные методы являются общими и могут быть адаптированы к другому аналогичному программному обеспечению.
- ЛАВЕНТ — это программа, разработанная для имитации окружающей среды и срабатывания спринклерных звеньев при пожаре в отсеках с ветрозащитными шторами и потолочными вентиляционными отверстиями с плавкой вставкой. Модель, используемая для расчета нагрева плавких вставок, включает эффекты потолочной струи и верхнего слоя горячих газов под потолком. Необходимыми входными данными программы являются геометрические данные, описывающие отсек, теплофизические свойства потолка, высота пожара, скорость выделения энергии пожара в зависимости от времени, диаметр огня или скорость выделения энергии на площадь пожара, площадь потолочного вентиляционного отверстия. , индекс времени срабатывания плавкой вставки (RTI) и температура предохранителя, положение плавкой вставки вдоль потолка, назначение вставки для каждого потолочного вентиляционного отверстия и температура окружающей среды. В отсеке допускается не более пяти потолочных вентиляционных отверстий и десяти плавких вставок. Выходными данными программы являются температура, масса и высота горячего верхнего слоя, температура каждого звена, температура и скорость потолочной струи в каждом звене, радиальное распределение температуры по внутренней поверхности потолка, радиальное распределение тепла. потока на внутреннюю и внешнюю поверхности потолка, время плавления каждого звена и площадь вентиляционного отверстия, которая была открыта. GRAPH — это графическая программа, работающая совместно с LAVENT. Результаты для LAVENT отправляются в файл данных GRAPH.OUT после каждого заданного временного шага. Затем GRAPH позволяет пользователю выбрать два набора переменных для отображения на экране и имеет дополнительную возможность вывода на печать.
Здания и сооружения, Пожар, Моделирование пожаров, Математика и статистика, Моделирование и имитационное исследование, Численные методы и программное обеспечение
Создано 31 марта 2011 г., обновлено 2 июня 2021 г.
Как использовать NFPA 92 для проектирования систем дымоудаления | Консультации
Роберт С. Хикс, PE, WSP, Хьюстон; и Кевин Миллер, PE, LEED AP, WSP, Dallas 26 мая 2017 г.
Цели обучения:
- Понимание NFPA 92: Стандарт для систем дымоудаления, который представляет собой комбинированный стандарт, используемый при проектировании систем дымоудаления.
- Осознайте, что Международные строительные нормы и правила являются основой проектирования системы контроля дыма.
- Применить расчеты для моделирования решения по борьбе с дымом.
При проектировании систем дымоудаления необходимо знать стандарт NFPA 92 2015 года: Стандарт для систем дымоудаления. Исторически сложилось так, что инженеры HVAC проектировали эти системы с использованием электронных таблиц и предписывающих расчетов в строительных нормах и правилах. Это привело к тому, что негабаритные системы сильно повлияли на стоимость строительства и архитектуру здания, а также к непредсказуемым результатам в реальных условиях пожара. Дни проектирования системы контроля дыма, основанной на объеме пространства как единственном факторе, ушли в прошлое, уступив место научному процессу с использованием новейшей информации пожарной науки для более точного определения защиты, необходимой для различных сценариев контроля дыма.
В эволюции кодов NFPA 92 является относительно новым документом, впервые появившимся в 1988 и 1991 годах как два отдельных документа, NFPA 92A и NFPA 92B соответственно. После публикации издания 2012 года Технический комитет NFPA по системам дымоудаления объединил NFPA 92A и NFPA 92B в один стандарт, который можно использовать для различных систем.
В качестве стандарта NFPA 92 является документом, на который ссылаются другие коды для целей применения. Он предназначен для описания процесса проектирования различных систем дымоудаления, когда эти системы должны быть установлены в соответствии с различными принятыми нормами. К ним относятся Международный строительный кодекс (IBC) Совета по международным нормам, а также NFPA 101: Кодекс безопасности жизнедеятельности и NFPA 5000: Кодекс строительства и безопасности зданий. НФПА 92 не указывает, когда требуется система дымоудаления, но определяет, как спроектировать систему.
Международные строительные нормы и правила и системы контроля дыма
Большинство местных юрисдикций приняли IBC; следовательно, это наиболее часто используемая отправная точка для определения потребности в системе дымоудаления. Двумя наиболее распространенными системами, требуемыми IBC, являются контроль дыма в атриуме (IBC Section 402) и дымозащитные ограждения (IBC Section 403), необходимые для лестничных клеток в высотных зданиях.
В частности, IBC требуется система контроля дыма в атриуме, когда атриум соединяет более двух этажей. (Обратите внимание на различия с NFPA 101, описанные ниже.) IBC требует дымонепроницаемых корпусов для лестниц, которые обслуживают этажи, которые превышают порог для высотных этажей. Еще одна система контроля дыма, не так часто используемая, но необходимая в качестве альтернативы лифтовым вестибюлям, — это система наддува лифта. Другим типом системы является система дымоудаления для подземных зданий или частей зданий с уровнем пола более чем на 30 футов ниже уровня выходного выброса. Кроме того, для помещений с дымозащитой может потребоваться система дымоудаления.
То, как организованы требования IBC, NFPA 92 упоминается только для проектирования воздушного потока постоянных отверстий в номинальных барьерах через границы дыма и для вытяжки из помещений большого объема (атриумы или торговые центры). Критерии проектирования для других систем, хотя и рассматриваются в NFPA 92, конкретно изложены в IBC. В этих случаях NFPA 92 можно использовать в качестве руководства для дальнейшего понимания того, как проектировать эти другие типы систем; однако необходимо будет выполнить требования IBC.
Использование кодов NFPA
Для проектов, использующих NFPA 101 или NFPA 5000, существует более прямая связь между кодом и использованием NFPA 92. NFPA 5000 требует наличия систем дымоудаления для подземных зданий, защищенных от дыма помещений и атриумы и дымонепроницаемые ограждения для высотных зданий. Требования NFPA 101 схожи, но отличаются тем, что для большинства зданий не требуются дымонепроницаемые кожухи, а для подземных зданий не требуется система контроля дыма, а требуется только вентиляция дыма.
Одно существенное различие между требованиями к контролю задымления в атриумах в соответствии с нормами NFPA и IBC заключается в том, что в случае с нормами NFPA необходимо провести анализ, чтобы показать, что задымление может поддерживаться во всех атриумах. Нет исключения для атриумов с двумя этажами, как в IBC. Это может оказать значительное влияние на стоимость проектов, которые должны соответствовать кодам NFPA (например, медицинские учреждения).
Типы систем противодымной защиты
NFPA 92 разбивает типы систем контроля дыма на две основные категории: сдерживание дыма и управление дымом. Система сдерживания дыма — это система, в которой перепады давления через преграду используются механическими средствами. Система управления дымом — это система, в которой используются естественные или механические системы для поддержания устойчивой среды в помещениях большого объема или для уменьшения миграции дыма между зоной возникновения и любыми помещениями, которые имеют прямое сообщение с этой зоной происхождения.
Эти две разные категории имеют несколько разных подходов к проектированию для каждого типа системы. В категории сдерживания дыма типы систем могут включать следующее: герметизация лестницы, герметизация лифта, зональная герметизация, герметизация вестибюля и герметизация зоны убежища. Примеры систем управления дымом включают вытяжку из атриума, заполнение дымом, естественную вентиляцию и противодействие воздушному потоку.
Наиболее часто используемыми системами являются герметизация лестницы и вытяжка атриума, чтобы соответствовать требованиям дымонепроницаемых ограждений лестниц и атриумов соответственно. Открытые вестибюли являются менее часто используемым вариантом, разрешенным в кодах для дымонепроницаемых корпусов. Также для обеспечения герметичности атриума вместо механических систем можно использовать естественную вентиляцию. Однако этот подход требует определенного набора условий, касающихся архитектуры пространства и внешних факторов, особенно ветра, которые должны быть благоприятными для системы этого типа для обеспечения адекватной защиты.
Герметизация лифта — это то, что можно использовать вместо пассивных дымозащитных вестибюлей в каждом вестибюле лифта. Однако эти системы очень сложны в использовании из-за эффекта стопки, эффекта поршня и утечки. Требуются отдельные шахты, примыкающие к шахтам лифта, со средствами балансировки на нескольких уровнях для поддержания требуемых диапазонов перепада давления на каждом уровне. Настоятельно рекомендуется планировать здания с закрытыми лифтовыми вестибюлями, чтобы избежать необходимости в этой системе. Если система требуется, следует использовать подробное моделирование дыма для определения критериев для проектирования системы наддува лифта и шахты.
Зональные системы герметизации требовались во многих юрисдикциях для высотных зданий в соответствии с некоторыми из старых норм. Однако базовые коды больше не требуют такого типа системы, в которой используется наддув и вытяжка для создания «бутербродного» состояния, предотвращающего миграцию дыма из отсека происхождения. Эти зонированные системы теперь требуются только в подземных зданиях, но могут потребоваться в некоторых юрисдикциях, которые изменили базовые требования IBC.
Системы наддува вестибюля или системы вентиляции являются альтернативой наддуву лестницы, разрешенной нормами и правилами, если между ограждением лестницы и остальной частью пола предусмотрена отдельная оболочка, а герметизация или вентиляция вестибюля создает зазор перепада давления между лестницей и полом . Это также может сочетаться с герметизацией лестницы.
Прежде чем приступить к процессу проектирования, необходимо рассмотреть несколько важных моментов и обсудить их с группой разработчиков и уполномоченным органом (AHJ). Это включает в себя определение целей проектирования и того, какой тип системы следует использовать для достижения этих целей. Когда проектировщик проектирует систему локализации дыма, ему необходимо определить перепады давления, которые необходимо получить. NFPA 92 описывает различные перепады давления в зависимости от наличия спринклеров и высоты потолка в помещении. Кроме того, эти перепады давления не могут превышать требования IBC или NFPA 101 по максимальному усилию двери, которое должно быть превышено. Для систем противодымной защиты проектировщик должен определить, будет ли задымление контролироваться путем поддержания слоя дыма выше уровня людей, чтобы обеспечить безопасный выход, использования дымовых барьеров для разделения сообщающихся пространств, обеспечения потока воздуха для предотвращения распространения дыма или сочетание этих. НФПА 92 требует, чтобы эти факторы определялись инженерным анализом и расчетами.
При подготовке этой оценки проектировщик должен принять во внимание как устойчивость окружающей среды, так и время выхода. Для этого может потребоваться проведение анализа эвакуации, чтобы показать, что обитатели могут безопасно покинуть помещение до того, как они окажутся в недопустимых условиях. Выполнение анализа выхода выходит за рамки NFPA 92. Для получения этой информации проектировщику потребуется обратиться к другим справочным материалам, например, к Техническому руководству Общества инженеров по противопожарной защите по противопожарной защите, основанной на характеристиках.
Проектные расчеты системы дымоудаления
NFPA 92 содержит уравнения, необходимые для расчета многих необходимых факторов при проектировании системы дымоудаления. Предпосылка расчетов аналогична модели зоны: существует примерно однородный интерфейс слоя дыма, который должен поддерживаться в соответствии с кодом. Основная цель инженера, использующего эти уравнения, состоит в том, чтобы определить объемную скорость дымообразования, чтобы определить скорость выхлопа, необходимую для поддержания слоя дыма на этом уровне. Как правило, для этого используются два отдельных типа шлейфов: осесимметричный и балконный.
Осесимметричный расчет довольно прост, и после некоторых предположений/инженерных суждений требуется только ввод данных о размере пожара и высоте слоя дыма. Для шлейфа с балкона эти факторы необходимы в дополнение к геометрии шлейфа, когда он переливается через балкон. Это зависит от высоты балкона над огнем и расстояния от огня до края балкона. Как правило, расчеты шлейфа разлива балкона предсказывают большее количество дыма, чем расчеты осесимметричного шлейфа, что часто делает осесимметричный сценарий пожара неактуальным. Для балконов большой ширины расчеты шлейфа разлива балкона часто завышают ожидаемое фактическое количество дыма, и в этих случаях обычно рекомендуется использовать модель вычислительной гидродинамики (CFD) для определения скорости выхлопа.
Вместо того, чтобы каждый раз вручную выполнять эти вычисления, обычно создают электронную таблицу, которая включает уравнения и автоматически дает ответы на основе ввода пользователя. Любые созданные электронные таблицы должны быть тщательно проверены и проанализированы инженером по пожарной безопасности, прежде чем использоваться для проектирования систем в проектах.
Типы моделирования дыма
Масштабное моделирование — редко используемая форма моделирования в коммерческой сфере. Суть в том, что создается масштабная модель помещения и имитируется пожар. Геометрия, температура, скорость, скорость тепловыделения и т. д. масштабируются с использованием масштабированных выражений, чтобы определить, какие фактические значения должны быть на объекте.
Моделирование зон представляет собой упрощенный подход к моделированию дыма. Предпосылка состоит в том, что в ситуации пожара есть две зоны: верхняя зона, которая считается полностью задымленной, и нижняя зона, которая считается свободной от дыма. Требуемая скорость выхлопа может быть определена алгебраически, но также может быть выполнена с использованием дифференциальных уравнений. Последняя обычно используется в расчетных зональных моделях, включая сводную модель переноса огня и дыма (CFAST).
Анализ CFD стал отраслевым стандартом для моделирования дыма, а симулятор динамики пожара, созданный Национальным институтом стандартов и технологий, является стандартной программой для CFD. Концепция CFD заключается в том, что модель разбита на ячейки, и каждая ячейка имеет набор свойств. Клетки взаимодействуют с соседними клетками. С помощью этих взаимосвязей можно моделировать течение и последствия пожара во всем пространстве. Не существует стандарта для размеров ячеек, поэтому инженер должен провести анализ чувствительности модели, чтобы определить, подходит ли размер ячейки. Исходя из нашего опыта, кубическая ячейка размером 1 фут часто бывает достаточно мала для получения точных результатов. Это ни в коем случае не применимый к каждой модели ответ, поскольку для таких характеристик, как расстояние до огня, положение относительно слоя дыма и размер огня, могут потребоваться ячейки большего или меньшего размера, но это хорошая отправная точка для анализа. большинство моделей.
Чтобы оценить успех конкретной конструкции, необходимо заранее установить определенные критерии прочности, чтобы обеспечить сохранение прочности. Предпочтительно предварительно просмотреть критерии с помощью AHJ, чтобы гарантировать, что стойки ворот не сдвинутся после завершения анализа. Оцениваемые критерии долговечности часто включают температуру, токсичность и видимость, хотя видимость обычно является определяющим фактором.
Для каждого сценария пожара создается модель, включающая различные характеристики, такие как ветер, размер пожара, место возгорания и скорость выхлопа. Поскольку скорость выхлопа указана в модели, обычно это итеративный процесс, который начинается со скорости выхлопа, заданной алгебраическими расчетами. Затем скорость выхлопа изменяется по мере необходимости, чтобы соответствовать критериям долговечности. В зависимости от количества ячеек, продолжительности анализа и компьютера, выполняющего расчеты, каждый запуск может занять часы, дни или даже недели. Однако недельные прогоны нецелесообразны, и часто делаются предположения относительно размера ячейки или площади модели, чтобы сократить прогон модели до разумного времени.
Определение сценария пожара
Наиболее важным фактором при проектировании противодымной защиты, который остается на усмотрение инженера, является фактический сценарий пожара. Независимо от того, используете ли вы алгебраическое решение или решение для моделирования, сценарии необходимо выбирать таким образом, чтобы конструкция системы обеспечивала разумный уровень безопасности. Как правило, это единичный пожар, расположенный в «худшей» части помещения. Часто это связано с возгоранием под балконами на первом этаже, рядом с отверстиями для подпитки или в местах, где нельзя рассчитывать на срабатывание спринклеров. Следует оценить несколько сценариев, чтобы определить наихудшую часть пространства как часть каждого проекта, чтобы убедиться, что система спроектирована надлежащим образом. Большинство проектов включают по крайней мере одно условие осесимметричного шлейфа и одно условие шлейфа разлива балкона.
Как и размеры ячейки модели, стандартного размера огня не существует. Доктор Джон Х. Клоте, PE, предлагает минимум 2000 БТЕ / с для кратковременных пожаров в Справочнике ASHRAE по технике противодымной защиты, но это минимальный размер пожара, если он не контролируется спринклерами. Часто используются пожары мощностью 5 МВт, но это консервативное значение из более ранних кодов, которое не является репрезентативным пожаром для всех сценариев. Можно использовать меньшие размеры огня, если позволяют особенности пространства, а размер огня часто определяется ожидаемой мебелью в пространстве. Диваны и двухместные диваны имеют широкий диапазон коэффициентов тепловыделения (HRR), и заманчиво использовать наименьший репрезентативный HRR, когда проект архитектора включает только минимальную мебель с низким уровнем горючести. Инженер должен учитывать не только мебель в пространстве при открытии здания, но и потенциальное использование пространства на протяжении всего срока службы здания. В то время как инженер может предусмотреть, что в помещении может использоваться только не пенопластовая металлическая мебель как часть проекта, если у владельца нет операционных процедур для фактического соблюдения этого условия, инженер идет на огромный риск, допуская небольшой размер пожара. .
В тех случаях, когда спринклеры могут контролировать огонь, пиковое значение HRR обычно определяется как температура, при которой спринклеры активируются. HRR остается постоянным после этого момента. До тех пор, пока спринклеры не сработают, некоторые сценарии моделируют устойчивый пожар, а другие включают квазистационарный (t 2 рост). Время, в которое срабатывает спринклер, может определяться различными корреляциями, подходящими для разных пожаров. В промышленности принято использовать корреляцию Альперта для определения HRR при срабатывании спринклера; однако корреляция Альперта предназначена для устойчивых пожаров. Это уместно, если предполагается устойчивый пожар, но эта корреляция часто используется для t 2 Рост пожара и недооценка HRR при срабатывании спринклера. Для ростового пожара t 2 больше подходит корреляция Бейлера.
После определения масштабов возгорания и размеров системы дымоудаления следующим важным шагом в процессе проектирования является определение системного оборудования. Как в строительных нормах, так и в NFPA 92 есть особые требования к тому, как это должно быть сделано. Системы управления зданием, которые используются для управления функциями дымоудаления, должны быть конкретно перечислены как система UUKL в соответствии с UL 864: Стандарт для блоков управления и аксессуаров для систем пожарной сигнализации. Требуется, чтобы система представляла собой единую систему управления с целью упрощения работы системы, особенно для сотрудников пожарной охраны. В дополнение к общим системным требованиям, NFPA 92 представлены основные требования к активации, времени отклика системы, пожарному посту дымоудаления и материалам, которые должны использоваться для компонентов системы.
Документация, испытания и квалификация для NFPA 92
Подобно IBC, NFPA 92 требует, чтобы проектировщики подготовили подробный проектный отчет и руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию (O&M). Детальный отчет о проектировании должен включать назначение системы, задачи проектирования, допущения и другие различные факторы, влияющие на проектирование системы. Этот раздел NFPA 92 конкретно перечисляет процедуры ввода в эксплуатацию как один из аспектов подробного отчета о проектировании. Дополнительные указания по разработке процедур ввода в эксплуатацию можно найти в NFPA 3: Рекомендуемая практика ввода в эксплуатацию систем противопожарной защиты и безопасности жизнедеятельности и NFPA 4: Стандарт для комплексных испытаний систем противопожарной защиты и безопасности жизнедеятельности. Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию поможет владельцу понять работу системы, ограничения системы и требования к периодическому тестированию.
В последнем основном разделе NFPA 92 излагаются требования как к приемочным, так и к периодическим испытаниям для всех типов систем дымоудаления. Процесс тестирования начинается с проверки компонентов, включает тестирование отдельных компонентов и заканчивается комплексным тестированием системы. Документация по каждому из этих предметов должна быть предоставлена как владельцу, так и AHJ. NFPA 92 устанавливает периодичность ежегодных периодических испытаний для неспециализированных систем и полугодовых испытаний для специализированных систем.
NFPA 92 не устанавливает конкретных требований для тех, кто проектирует и тестирует системы дымоудаления. Следует отметить, что IBC теперь устанавливает минимальные квалификации для специальных инспекционных испытаний, чтобы иметь опыт в области противопожарной защиты и машиностроения, а также сертификации по воздушной балансировке. Однако этот кодекс также не устанавливает требований к проектированию системы. С практической точки зрения, система контроля дыма должна быть разработана теми, кто имеет инженерное образование в области противопожарной защиты, а также опыт работы в области машиностроения. Если ваша команда разработчиков не включает обе эти дисциплины, то следует искать дополнительные ресурсы с этими наборами навыков, чтобы избежать неправильного понимания концепций и принципов, необходимых для успешного проектирования и реализации системы.
Изменения в редакции NFPA 2018 г. 92
На данном этапе цикла разработки кода для следующей редакции предложено незначительное количество изменений. Одним из основных факторов, который рассматривается, является добавление требований к прочности. Хотя, как правило, инженер-проектировщик должен установить эти коэффициенты долговечности из других ссылок, изложенных выше, а затем согласовать их с AHJ, включение этой информации в стандарт может помочь как проектировщику, так и AHJ более объективно определить обоснованность конструкции системы.
NFPA 92 — это руководство, которое гарантирует, что при проектировании системы дымоудаления учитываются все относительные факторы, основанные на последних достижениях инженерной науки в области противопожарной защиты. Хотя некоторые коды прямо ссылаются на него, рекомендуется использовать этот документ при разработке и проектировании любой планируемой системы дымоудаления для достижения целей безопасности жизнедеятельности каждого проекта.
Роберт С. Хикс — вице-президент по противопожарной защите и безопасности жизни в WSP в Хьюстоне. Хикс имеет 26-летний опыт работы и возглавляет группу противопожарной защиты в строительной практике WSP в США, специализируясь на соблюдении требований безопасности в сфере здравоохранения.
Кевин Миллер , PE, LEED AP, старший вице-президент WSP в Далласе. Миллер имеет 19-летний опыт работы в WSP, специализирующейся на машиностроении для здравоохранения. За последние 10 лет он отвечал в качестве руководителя проекта или ответственного руководителя за более чем 5 миллионов квадратных футов медицинских учреждений.
Есть ли у вас опыт и знания по темам, упомянутым в этом содержании? Вам следует подумать о том, чтобы внести свой вклад в нашу редакционную команду CFE Media и получить признание, которого вы и ваша компания заслуживаете. Нажмите здесь, чтобы начать этот процесс.
Расчет потерь от пожара в формах NFIRS
В этой NFIRSGram объясняется, как рассчитать потери от пожара для точного документирования пожара в Национальной системе отчетности о пожарах (NFIRS).
Ключевые моменты для расчета потерь от пожара
- Потери от пожара – это оценка общих потерь конструкции и содержимого с точки зрения замены того же вида и количества.
- Потери при пожаре включают содержимое, поврежденное огнем, дымом, водой и капитальным ремонтом.
- Потери от пожара не включают косвенные потери, такие как прерывание деятельности.
- Управление пожарной охраны США (USFA) рекомендует использовать формулу данных оценки зданий (BVD) Международного совета по нормам и правилам (ICC), чтобы помочь пожарным службам определить долларовые убытки от пожаров.
- Если значение неизвестно, желательно оставить поля пустыми. Нажатие на поле «Нет» означает, что потерь не было вообще.
- Когда потери от пожара обнаружены на соседнем объекте и эти потери не требуют заполнения отдельного отчета о воздействии, тогда потери должны быть включены в раздел примечаний первоначального отчета о происшествии.
Определение потерь от пожара
NFIRS требует, чтобы пожарные подразделения рассчитали свои потери в результате пожара, но что такое потери от пожара?
Потери при пожаре – это оценка общих потерь конструкции и содержимого с точки зрения замены в том же виде и в таком же количестве. Эта оценка потерь от пожара включает содержимое, поврежденное огнем, дымом, водой и капитальным ремонтом. Он не включает косвенные убытки, такие как перерыв в работе.
Стоимость до инцидента представляет собой оценку восстановительной стоимости конструкции и содержимого.
Цель сбора данных о потерях имущества и контента
Сбор данных о потерях имущества и контента помогает определить масштаб проблемы пожара, предоставляет дополнительный показатель серьезности инцидента и может использоваться для оценки прогресса, достигнутого в противопожарной защите. Эта информация может помочь местным сообществам, штатам и стране определить сумму денег, которую следует потратить на противопожарную защиту.
Предполагаемые потери имущества и контента также имеют решающее значение для определения типов ситуаций, в которых распространены большие денежные потери. Эта информация может помочь нацелить программы предотвращения пожаров и использоваться для оценки экономической эффективности противопожарного оборудования и методов противопожарной защиты. Значения до инцидента помогают определить масштаб потенциальной проблемы пожара, предоставляя основу для сравнения.
USFA рекомендует использовать формулу ICC BVD, чтобы помочь пожарным службам определить денежные потери от пожаров. BVD предоставляет «средние» затраты на строительство на квадратный фут, что может помочь определить оценочную стоимость здания по следующей формуле:
общая площадь в квадратных футах x стоимость строительства в квадратных футах
Например, дом площадью 1200 квадратных футов который полностью разрушен, вернет оценочную стоимость 1200 x 127,95 долларов США (стоимость квадратного фута строительства IIIA для жилого дома R3 на 1 или 2 семьи) = 153 540 долларов США.
Все расчеты для этой NFIRSGram предназначены для использования в качестве примеров и были выполнены с использованием руководства ICC BVD от августа 2016 года.
Вы можете загрузить самую последнюю версию формулы BVD с веб-сайта ICC.
Нажатие «Нет» вместо того, чтобы оставить поля пустыми
Если значение неизвестно, предпочтительнее оставить поля пустыми. Нажатие на поле «Нет» означает, что убытков не было вообще, тогда как оставление полей пустыми означает, что вы не знаете величину убытков.
Документирование ущерба от пожара
При возникновении пожара введите наилучшую оценку ущерба для имущества и любого содержимого, а также расчетные значения до инцидента. Денежные потери следует оценивать как можно точнее, хотя следует понимать, что на самом деле оценки могут быть грубыми приближениями, основанными на текущих значениях в вашей юрисдикции.
При вводе этих значений используйте только целые суммы в долларах; не включать центов. Если более точная оценка становится доступной после того, как отчет был представлен, исходный отчет следует отредактировать, а причину редактирования следует указать в разделе примечаний.
Если обнаружена потеря на соседнем объекте, но она не задокументирована в отчете об обнаружении пожара, тогда эта потеря должна быть задокументирована в разделе примечаний первоначального отчета о происшествии.
Пример: заполнение поля предполагаемых потерь и стоимости в долларах
В приведенном выше примере расчетная сумма убытков в долларах составила 3450 долларов, расчетная стоимость до инцидента — 7500 долларов, и во время этого пожара не было потеряно ни одного содержимого.
Примеры сценариев кодирования
Сценарий 1
- На место пожара в здании направляется пожарная команда. По прибытии пожарные обнаруживают, что горит гараж, пристроенный к дому.
- Пожарным службам удалось локализовать пожар в гараже, а жилые помещения в пристроенном доме пострадали от воды и дыма.
- Пожарная служба подсчитала, что пожар нанес ущерб строению на сумму около 50 000 долларов, а также дополнительно 10 000 долларов в виде воды и задымления прилегающего дома.
- Используя формулу BVD, пожарная часть определяет, что общая площадь дома и пристроенного гаража составляет 1900 квадратных футов.
- 1900 умножается на стоимость строительства в квадратных футах для данного типа здания. В этом случае мы будем использовать стоимость IIIA в размере 127,95 долларов США для дома на 1 или 2 семьи (R3).
- Таким образом, общая оценочная стоимость резиденции составляет 243 105 долларов.
- Департамент вводит оценочную стоимость в 50 000 долларов США в поле потери имущества и 10 000 долларов США в поле потери содержимого.
- Затем отдел вводит 243 105 долларов США в поле стоимости имущества до инцидента.
Сценарий 2
- На место пожара в здании направляется пожарная часть. По прибытии пожарные обнаруживают горящий одноэтажный дом на одну семью, а дом соседней семьи уже начинает проявлять признаки теплового повреждения, поскольку виниловый сайдинг начинает плавиться.
- Пожарная служба способна защитить соседний дом, и все повреждения, которые он получает, — это оплавленный сайдинг на той стороне, которая обращена к пожарному зданию.
- Пожарная служба подсчитала, что пожар нанес ущерб конструкции на сумму около 50 000 долларов США, а также дополнительные 10 000 долларов США в виде ущерба от воды и дыма для горящего дома, а соседний дом получил ущерб на сумму около 3 000 долларов США от расплавленного винила. сайдинг.
- Используя формулу BVD, пожарная служба определяет, что общая площадь горящего дома составляет 1900 квадратных футов.
- 1900 умножается на стоимость строительства в квадратных футах для данного типа здания. В этом случае мы будем использовать стоимость IIIA в размере 127,9 долларов США.5 для дома на 1 или 2 семьи (R3). В результате общая оценочная стоимость резиденции составляет 243 105 долларов.
- Такой же расчет выполняется для соседнего дома, в котором расплавился сайдинг, с оценочной стоимостью 150 500 долларов.
- Департамент вводит оценочную стоимость в 50 000 долларов США в поле потери имущества и 10 000 долларов США в поле потери содержимого.
- Затем отдел вводит 243 105 долларов США в поле стоимости имущества до инцидента.
- Чтобы задокументировать потери, обнаруженные в соседнем доме, пожарная часть отмечает их в разделе примечаний к отчету о пожаре, вводя заявление с подробным описанием потерь, их местонахождение в огне и любые защитные меры, предпринятые для защиты строения от дальнейшего потеря.