Согласно современной нормативной базы (СП.60-2020, СП.7-2013.) в шахты лифта и лестничные клетки необходимо организовывать приток и подпор уличного воздуха при пожаре.
При этом нужно обеспечивать два разных режима работы системы:
1.Подпор воздуха с избыточным давление в диапазоне 20-150Па с околонулевым расходом воздуха по объёму лестничного пролёта или шахты лифта.
2.Расход воздуха через объём лестничного пролёта или шахты лифта к отрытому проёму двери с интенсивностью около 12тыс.м3/ч.
По отдельности данные требования достаточно легко исполнимы. Проблемы возникают при попытке объединения этих двух требований для исполнения одним нерегулируемым вентилятором.
Так небольшое статическое давление с малым расходом утечек по щелям закрытых дверей может обеспечить сравнительно небольшой осевой вентилятор.
В тоже время большой расход через открытый проём одной двери может выполнить только весьма крупный осевой вентилятор. Вот только этот большой вентилятор уже имеет избыточно высокий статический напор в крайне левой части Расходно-Напорной характеристики (далее РНХ) при малых расходах воздуха на утечки. Типовой пример крышной системы подпора приведён ниже на рисунке (см Рис.1-1 и рис.1-2). Его РНХ представлена на Рис.1-3 (см.рис.1-3)
Для выполнения этих противоречивых требований в нормативах предусмотрен даже специальный пункт, позволяющий сбрасывать избыточное давление на малых расходах через специально предусматриваемые отверстия или автоматическими клапанами (СП.60.-2020. п.9.9):
« 9.9 Для обеспечения нормативных условий функционирования систем приточно-
вытяжной противодымной вентиляции допускается предусматривать сброс избыточного
давления из внутренних объемов незадымляемых лестничных клеток, тамбур-шлюзов,
коридоров безопасности, пожаробезопасных зон и т.п. помещений. Для сброса избыточного
давления рекомендуется использовать клапаны избыточного давления или другие
устройства в наружных ограждениях защищаемых объемов, аналогичные устройства
рекомендуется использовать в узлах обвязки вентиляторов, при размещении последних в
вентиляционных камерах (гидравлически связанных с наружной средой) или снаружи
здания, преобразователи частоты вращения электродвигателей вентиляторов систем
приточной противодымной вентиляции (не допускающем превышения частоты более 50
Гц), обводные вентиляционные линии с установкой клапанов избыточного давления и другие технические решения, в т.ч. основанные на применении систем пожарной автоматики.»
В данной статье рассматривается вариант уличной установки осевых вентиляторов подпора с завышенными РНХ в правой зоне, где режим малого давления обеспечен устройством сбросных окон в напорной части установки.
Если рассматривать вопрос с некоторой отстранённостью, то идеальная система подпора выглядит как большая дыра в стене, на границах которой удерживается небольшой перепад давления 20-150Па вне зависимости от расхода воздуха через само отверстие.
Мы можем воссоздать такую систему достаточно простыми подручными средствами.
Надо знать, что давление 20 Па соответствует скоростному напору воздуха со скоростью потока около 6 м/с.
Для давления 150Па будет соответствовать скоростной напор потока воздуха со скоростью около 16м/с.
В требованиях о расходе воздуха через проём у нас записана цифра не менее 1,3м/с, что соответствует статическому давлению в объёме лестничного марша всего менее 2 Па.
То есть нормативная скорость истечения воздуха при открытой двери в лестницу обеспечивается при избыточном давлении всего ДВА Па!!!
Итого: нам нужно выстроить такую систему из осевого вентилятора, огнезадерживающего клапана с сервоприводом (далее ОЗК) и сбросными окнами для отвода избытка воздуха, чтобы при нулевом расходе в шахте получить такой расход через сбросные окна, который соответствует статическому давлению 20-150 Па на РНХ вентилятора. (см.Рис.2.)
Если рассмотреть РНХ различных моделей осевых вентиляторов в каталоге, то нам подходят практически любой вентилятор, обеспечивающий расход 12 тыс.м3/ч в крайне правой точке РНХ с давлением около нуля ( 2Па). У такого вентилятора на правом краю графика вся мощь вентилятора переходит в скоростной напор струи воздуха в сечении вентилятора.
Таким параметрам соответствуют ряд вентиляторов из линейки осевиков ВИОС-190 от ООО «Аэрван».
ВИОС-190-4,5-Г-2 (2,2 кВт, 2 полюсный- 3000об/мин), 29кг, Рv=270 Па
ВИОС-190-5,0-Б-2 (1,5 кВт, 2 полюсный- 3000об/мин), 28кг, Рv=180 Па
ВИОС-190-5,6-А-2 (1, 5кВт, 2 полюсный- 3000об/мин), 34 кг, Рv=140 Па
ВИОС-190-5,6-Д-4 (1,1 кВт, 4 полюсный- 1500об/мин), 34 кг, Рv=110 Па
ВИОС-190-6,3-А-4 (0,75 кВт, 4 полюсный- 1500об/мин), 32 кг, Рv=100 Па
ВИОС-190-7,1-А-4 (1,5 кВт, 4 полюсный- 1500об/мин) , 50 кг, Рv=125 Па
Теперь нужно выбрать из этого ряда вентиляторов оптимальный вариант по цене и удобству использования.
Явно видно, что последний вентилятор с размерностью Ф710мм слишком тяжёлый, слишком дорогой ( более тяжёлый = более дорогой), и избыточно мощный. То есть вариант отпадает по трём параметрам в сравнении с остальными.
Два самых маленьких Ф 450 и Ф500 отличаются избыточной мощностью (которая бесполезно расходуется на высокий скоростному напору Рv=270 и 180Па соответственно), при этом они на 3-4 кг легче самого маломощного вентилятора с размерностью Ф630мм. То есть их вполне можно использовать в нужной нам конфигурации.
Остаётся сравнить самый маломощный Ф630мм- 0,75квт с меньшими по размеру Ф560мм-1,1кВт.
По результату сравнения выигрывает Ф630-0,75кВт, который имеет меньшую массу, меньшую мощность и самое меньшее давление скоростного напора Рv=100 Па. Так при большем диаметре и равном расходе резко снижаются затраты энергии на избыточно большой разгон воздуха в сечении вентилятора.
Для редко действующей противодымной вентиляции мощность не так важна, а цена имеет первостепенное значение. Так что окончательный выбор можно сделать только по прайс-листу на отдельные вентиляторы: какой дешевле – тот и лучший для данного случая.
Зная конфигурацию сборочного узла, интересно рассмотреть механизм его работы с точки зрения физики движения воздушных потоков.
Так вентилятор подпора загоняет высокоскоростную струю уличного воздуха непосредственно в большой объём подпираемого помещения лифтовой шахты или лестницы Н2, где струя воздуха тормозится об окружающие массы воздуха и стены. (см.рис.3)
На Рис.3. представлена схема воздушных потоков. Согласно этой схеме диффузор после вентилятора не только не нужен, но и вреден. Вместо этого нужен прямой патрубок от вентилятора до самого клапана того же сечения, что и вентилятор (Ф патрубка =Ф вентилятора).
Скоростной напор затопленной струи никак не повышает и не понижает давления вокруг себя во всём объёме помещения, а только напрасно расходуется на интенсивное вихреобразование.
Образование вихря- это результат решения системы уравнений по сохранению векторного импульса массы M*V с расходом кинетической энергии во что-то малоприменимое (в рассеянное тепло). Вихрь- это форма смерти кинетической энергии в замкнутом быстро вращающемся потоке воздуха, в том числе тороидальной формы (смерч, атмосферный циклон, колечки дыма изо рта).
Избыточное давление в объёме лестницы (лифта) формируется исключительно внутри проёма для сброса избытка воздуха (в данном случае в сетчатых окнах с боков вентилятора подпора), где статический напор из объёма лестницы расходуется на набор кинетической энергии потока воздуха в ограниченном зазоре сетчатых окон. Воздух выходит с некоторым расходом через открытый на улицу проём, и именно этот расход определяет на кривой РНХ нужное нам избыточное давление внутри подпираемой шахты.
Остаётся только экспериментальным путём подобрать размер этих сбросных окон, размер клапана ОЗК и типоразмер вентилятора, чтобы в целом система имела минимальную стоимость производства при максимальном расходе на закрытую дверь и при подпоре не ниже 20Па. Повысить же давление подпора можно в любой момент простым перекрытием части сечения выбросных окон небольшими кусками жести, что обеспечит сдвиг рабочей точки вентилятора по РНХ влево в сторону больших статических давлений.
Подобный узел вентиляционного подпора с кровли в шахту можно заказывать целиком одним изделием (см.рис.4.), собранным на заводе-производителе вентиляторов (например ООО «Аэрван»).
Похожие сборочные единицы вентиляторов подпора с кровли уже есть в ассортименте заводов- производителей, но именно такой конфигурации (с интегрированным клапаном ОЗК после сетчатых окон для сброса избытка воздуха) в номенклатуре заводов пока нет.
В варианте настенного монтажа узел выглядит ещё проще и легко собирается на стройке (см.рис.5).
В настенном варианте вовсе не обязательно соблюдать осевую симметрию расположения вентилятора к оси клапана. Так что удобнее будет расположить вентилятор в углу клапана, освободив большую часть клапана для свободного выхода воздуха обратно.
Частным случаем данного решения является вентилятор подпора с длинной воздуховодной сетью перед непосредственным входом воздуха в подпираемый объём лестницы Н2 или лифта.
В этом случае система приобретает несколько иной вид, причём в нескольких вариантах.
При монтаже вентилятора внутри помещения венткамеры (тех.этажа) сброса избытка давления из напорной части воздуховода после вентилятора производится по воздуховоду большого диаметра (Ф800мм) в воздуховод со стороны всасывания этого же вентилятора. При работе на «закрытую дверь» практически весь расход вентилятора ( за исключением малых расходов утечек по щелям попираемого объёма) прокачивается по этому малому кругу циркуляции (байпасу). Расход по байпасу определяет рабочую точку РНХ вентилятора и соответсвующее ей давление, создаваемое в подпираемом объёме. (см.рис.7) . На байпасе устанавливается регулирующий клапан ( ручной или автоматический), который позволяет регулировать давление подпора вентилятора в объёме помещения за счёт изменения расхода по малому кругу байпаса.
В случае системы с протяжённой сетью воздуховодов и установкой вентилятора на кровле байпас не требуется. В этом случае делается сброс избытка воздуха непосредственно на улицу, для чего устанавливается тройник в напорной части после вентилятора, на боковом выходе которого устанавливается ручной (или автоматический) клапан, регулирующий давление сброса воздуха на улицу. (см.рис.8.)
Часть 2.
Нормативные противоречия, мешающие нормально проектировать и эксплуатировать системы вентиляции дымоудаления и противодымного подпора.
Существует нормативная коллизия СП60-2020 и СП7-2013 (регламентирующая работу проектировщиков) с нормативом по приёмо-сдаточным испытаниям систем противодымной вентиляции (ГОСТ Р 53300-2009). Так в ГОСТ Р 53300-2009 предъявляются противоречивые требования, требующие наличия избыточного давления в лестницах Н2 при открытых дверях на улицу или в первый этаж (п.4.4).
«4.4 В надземных незадымляемых лестничных клетках типа Н2 измерения избыточного давления должны выполняться в 2 этапа:
- все двери лестничной клетки закрыты, измерения производятся на закрытых дверях нижнего
и верхнего этажей;
- все двери лестничной клетки закрыты, за исключением двери на этаже, ведущем из здания наружу, измерения производятся на закрытой двери смежного этажа, расположенного выше от этажа, оборудованного выходом из здания наружу.»
В данной формулировке не очень ясно какое давление предлагают измерять:
- абсолютное избыточное давление в лестнице Н2 по отношению к улице или к этажу с работающим ДУ?
- или перепад давления между лестницей Н2 и коридором выше лежащего этажа при закрытой двери в этот этаж, при этом не ясно при работающем ли ДУ именно на этом на этаже и вообще в здании?
По утверждению принимающих экспертов от МЧС вдруг оказывается, что для лестниц типа Н2 необходимо обеспечивать давление не ниже 20Па даже при открытых дверях на улицу!
Это является явной ошибкой, так как реализуемо только при потоке воздуха в открытой двери со скоростью более 6м/с.
То есть исходное требования для проектировщика по обеспечению расхода воздуха в проёме двери со скорость потока в 1,3м/с вдруг в наладочном нормативе увеличивается в 5 раз .
В целых ПЯТЬ раз!!!!
При этом НЕ предъявляется таких требований к поддержанию давления в зонах безопасности МГН с открытыми дверями. Для зон безопасности МГН перепад давления меряют только при закрытой двери.
Случайная неточность формулировки в очевидном пункте, начинает противоречить физическому смыслу работы противодымной вентиляции.
Можно, конечно, обеспечить скорость потока в проёме эвакуационной двери с лестницы Н2 на улицу и со скоростью 6м/с ( 43тыс.м3/ч), но для этого надо увеличить количество приточных вентиляторов подпора в 4-5 раз.
По сути, данная коллизия — это преднамеренная коррупционная закладка в нормативах.
Она позволяет контролёрам со стороны МЧС получать взятку с монтажников систем противодымной вентиляции за невыполнением пункта, который не требуется выполнять с точки зрения проектировщиков, но он прописан в монтажном требовании.
На самом деле в п.4.5. есть дополнительное уточнение к пункту 4.4.:
«4.5 При контроле фактических параметров систем приточной противодымной вентиляции, указанных в 4.4, все двери помещений (тамбуров, холлов, вестибюлей, коридоров), расположенных по ходу эвакуации от лестничной клетки до наружного выхода, должны быть открыты.»
Этот пункт говорит об открытой двери из лестницы Н2 на 1-ЭТАЖ с выходом на улицу через дополнительные двери и коридоры по пути следования к обычному центральному выходу из здания. (см.рис.9)
В таком случае подпор 20Па вполне может быть достигнут при практически тех же расходах 10-11тыс.м3/ч за счёт накопленных сопротивлений на нескольких открытых дверях на пути следования через нижний эвакуационный этаж до центрального выхода на улицу.
В п.4.4. нет указания об открывании двери из лестницы Н2 непосредственно на улицу при замере избыточного давления в лестничной клетке.
Эта нормативная лазейка в обход требований инспекторов МЧС, конечно, может сработать при достаточно длинном и заковыристом маршруте от лестницы до улицы через 1-й этаж, но не отменяет в принципе физический АБСУРД требования о поддержании избыточного давления 20Па в пустом объёме лестницы Н2 при распахнутой двери непосредственно на улицу или на первый этаж с выходом на улицу через ряд последовательно открытых на момент испытания дверей на этаже.
